-
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
-
Gebiet der Erfindung
-
Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Batterie mit nichtwässerigem
Elektrolyten, enthaltend nichtwässeriges
Lösungsmittel
als Lösungsmittel
eines Elektrolyten hiervon.
-
Diesbezüglicher Hintergrund-Stand der
Technik
-
Eine
Lithiumsekundärbatterie,
enthaltend nichtwässerigen
Elektrolyten, bezieht eine positive Elektrode ein, die in der Regel
durch Aufbringen eines Metalloxids und dergleichen, das als ein
aktives Material für die
positive Elektrode dient, auf einer Aluminiumfolie gebildet wird.
Darüber
hinaus wird die negative Elektrode der Batterie durch Crimpen von
Lithium, das als ein aktives Material für die negative Elektrode dient,
auf eine Kupferfolie gebildet. Zusätzlich wird ein Separatur durch
einen feinporösen
Film, hergestellt aus Polyethylen, angeordnet zwischen den zwei
Elektroden, die wie oben beschrieben erhalten wurden, gebildet.
Eine Spule, gebildet durch Wickeln und Stapeln der erhaltenen Struktur,
wird in einer Büchse,
hergestellt aus rostfreiem Stahl, untergebracht und dient als externe
Elektrode (beispielsweise eine externe negative Elektrode).
-
Die
oben erwähnte
Lithiumsekundärbatterie
weist Charakteristika einer großen
Kapazität,
hoher Spannung und großer
Ausgabeleistung auf. Wenn die Schaltung oder dergleichen unter unnormalen
Bedingungen bewirkt, dass die positive Elektrode und die negative
Elektrode der Batterie kurzgeschlossen werden, wird die Temperatur
der Batterie unerwünschterweise
erhöht.
Um einen Anstieg der Temperatur der Batterie zu verhindern, werden
eine Vielzahl von Schutzmitteln, wie eine Temperatursicherung, eine
elektrische Stromsicherung und eine PTC-Vorrichtung für die Batterie
bereitgestellt. Zusätzlich
wird ein Sicherheitsventil zur Verhinderung eines Anstiegs des Drucks
in der Batterie vorgesehen.
-
Jedoch
wird angenommen, dass eine Vielzahl von unnormalen Zuständen auftreten,
genau so wie ein Kurzschluss der positiven Elektrode und der negativen
Elektrode der Batterie, verursacht aus einem unnormalen Zustand
des Stromkreises der Batterie. Wenn die Batterie durch externen
Druck durch einen Unfall eingedrückt
wird, wird der Separatur zwischen der positiven Elektrode und der
negativen Elektrode zerbrochen oder geschmolzen. Somit werden die
positive Elektrode und die negative Elektrode kurzgeschlossen. Wenn
die positive Elektrode und die negative Elektrode kurzgeschlossen
werden, besteht die Befürchtung,
dass die Batterie durch Wärme,
Rauch oder dergleichen zerstört
wird.
-
Die
japanische Patentanmeldung
JP
09180761 A (Fuji Electrochem Co. Ltd oder Patent Abstracts
of Japan, Band 1997, Nov. 28, 1997 (28.11.1997) und die europäische Patentanmeldung
EP-A-0780920 (Asahi Chemical
Int.) offenbaren jeweils eine Batterie mit nichtwässerigem
Elektrolyten gemäß dem Oberbegriff
von Anspruch 1.
-
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
-
Im
Hinblick auf das Vorangehende ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung,
eine Batterie mit nichtwässerigem
Elektrolyt bereitzustellen, die in der Lage ist, eine Beschädigung hiervon
zu minimieren, selbst wenn die Batterie durch Einwirkung von Druck
eingedrückt
wird.
-
Gemäß eines
Aspekts der vorliegenden Erfindung wird eine Batterie mit nichtwässerigem
Elektrolyt bereitgestellt, umfassend: eine spiralförmige Spule,
gebildet durch Aufwickeln einer positiven Elektrode, die einen länglichen
positiven Elektrodenkollektor aufweist, mit zwei Seiten, wobei auf
jeder hiervon ein Aktivmaterial für die positive Elektrode gebildet
wurde, und einer negativen Elektrode, die einen länglichen
negativen Elektrodenkollektor aufweist, mit zwei Seiten, wobei auf
jeder hiervon ein Aktivmaterial für die negative Elektrode gebildet
wurde, um einen bzw. mit einem Separator, wobei die positive Elektrode
ein längliches
Ende mit zwei Seiten aufweist, die beide einen freiliegenden Abschnitt
des positiven Elektrodenkollektors bereitstellen, wo der positive
Elektrodenkollektor freiliegt, wobei die negative Elektrode ein
längliches
Ende mit zwei Seiten aufweist, die beide einen freiliegenden Abschnitt
des negativen Elektrodenkollektors bereitstellen, wo der negative
Elektrodenkollektor freiliegt, und wobei der freiliegende Abschnitt
des positiven Elektrodenkollektors und der freiliegende Abschnitt
des negativen Elektrodenkollektors die Spule ein oder zweimal durch
den Separator bedecken.
-
Die
Batterie mit nichtwässerigem
Elektrolyten gemäß der vorliegenden
Erfindung umfasst die Spule, bedeckt mit dem freiliegenden Abschnitt
des positiven Elektrodenkollektors und dem freiliegenden Abschnitt des
negativen Elektrodenkollektors. Daher, selbst wenn die Batterie
eingedrückt
wird, werden zuerst der freiliegende Abschnitt des positiven Elektrodenkollektors
und der freiliegende Abschnitt des negativen Elektrodenkollektors
kurzgeschlossen. Die Batterie mit nichtwässerigem Elektrolyten gemäß der vorliegenden
Erfindung ermöglicht
es, dass Wärme,
erzeugt durch Kurzschluss zwischen dem freiliegenden Abschnitt des
positiven Elektrodenkollektors und dem freiliegenden Abschnitt des
negativen Elektrodenkollektors, abgeführt wird.
-
Daher
wird jede kritische Beeinflussung der aktiven Materialien für die Elektroden
vermieden. Folglich kann eine Beschädigung des Gesamtkörpers der
Batterie verhindert werden.
-
Andere
Ziele, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der nachfolgenden
detaillierten Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen, beschrieben im
Zusammenhang mit den beigefügten
Zeichnungen, offensichtlich.
-
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
-
1 ist
eine vertikale Querschnittsansicht, die ein Beispiel der Struktur
der erfindungsgemäßen Batterie
mit nichtwässerigem
Elektrolyten zeigt;
-
2 ist
eine perspektivische Ansicht, die ein Beispiel der Struktur einer
positiven Elektrode zeigt;
-
3 ist
eine perspektivische Ansicht, die ein Beispiel der Struktur einer
negativen Elektrode zeigt;
-
4 ist
eine laterale Querschnittsansicht, die ein Beispiel der Struktur
einer Spule zeigt und
-
5 ist
eine laterale Querschnittsansicht, die Kreis A, gezeigt in 4,
zeigt.
-
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
-
Eine
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wird nun anhand der Zeichnungen beschrieben.
-
1 ist
eine vertikale Querschnittsansicht, die ein Beispiel der Struktur
einer erfindungsgemäßen Batterie
mit nichtwässerigem
Elektrolyten zeigt.
-
Die
Batterie mit nichtwässerigem
Elektrolyten 1 umfasst eine spiralförmige Spule 5, gebildet
in einem hermetischen Zustand durch Aufwickeln einer länglichen
positiven Elektrode 2 und einer länglichen negativen Elektrode 3 um
beziehungsweise mit den Separatoren 4a und 4b.
Die spiralförmige
Spule 5 wird in einer Batteriebüchse 6 untergebracht.
-
Wie
in 2 gezeigt, weist die positive Elektrode 2 einen
positiven Elektrodenkollektor 7 mit zwei Seiten auf, wobei
auf jeder eine positive Elektrodenaktivmaterialschicht 8 gebildet
wird. Wenn die positive Elektrode 2 hergestellt wird, werden
91 Gew.-% MnO2, das ein Material für die positive
Elektrode darstellt, 6 Gew.-% eines leitfähigen Materials und 3 Gew.-%
eines Bindemittels miteinander gemischt. Somit wird eine positive
Elektrodenmischung hergestellt. Es ist bevorzugt, dass das Material
für die
positive Elektrode Li in einer ausreichen großen Menge enthält. Beispielsweise
sind ein Metallmischoxid sowie eine Zwischenschichtverbindung, enthaltend
Li, geeignete Materialien, wobei das Metallmischoxid aus Lithium
aufgebaut ist, ausgedrückt beispielsweise
durch LiMO2 (worin M mindestens ein Typ
eines Materials, ausgewählt
aus Co, Ni, Mn, Fe, Al, V und Ti, darstellt) sowie ein Übergangsmetall.
-
Das
leitfähige
Material, um der positiven Elektrode Leitfähigkeit zu verleihen, sowie
das Bindemittel zum Binden des Materials der positiven Elektrode
an den positiven Elektrodenkollektor können herkömmliche Materialien sein.
-
Das
leitfähige
Material kann Graphit oder Carbon Black beziehungsweise Russ darstellen,
während das
Bindemittel aus Fluorharz, wie Polyvinylidenfluorid, aufgebaut sein
kann.
-
Dann
wird die positive Elektrodenmischung in N-Methyl-2-pyrrolidon dispergiert,
um aufgeschlämmt zu
werden. Die aufgeschlämmte
positive Elektrodenmischung wird gleichmäßig auf jede der zwei Oberflächen einer
Aluminiumfolie aufgebracht, die zu einem positiven Elektrodenkollektor 7 gebildet
wird, und die eine Dicke von beispielsweise 20 μm aufweist und dann getrocknet
wird. Somit wird eine positive Elektrodenaktivmaterialschicht 8 gebildet,
so dass die positive Elektrode 2 hergestellt wird.
-
Die
positive Elektrode 2 weist einen freiliegenden Abschnitt
des positiven Elektrodenkollektors 9 auf, gebildet an einem
länglichen
Ende hiervon. Der freiliegende Abschnitt des positiven Elektrodenkollektors 9 weist
zwei Oberflächen
auf, wobei auf keiner hiervon die positive Elektrodenaktivmaterialschicht 8 gebildet wird,
so dass der positive Elektrodenkollektor 7 freiliegt.
-
Der
im freiliegenden Abschnitt des positiven Elektrodenkollektors 9 gebildete
Endabschnitt dient als ein äußerer Abschnitt
der spiralförmigen
Spule 5, gebildet durch den Aufwickelvorgang. Der freiliegende
Abschnitt des positiven Elektrodenkollektors 9 deckt die
spiralförmige
Spule 5 mindestens einmal ab. Angenommen, dass der äußere Durchmesser
der spiralförmigen
Spule 5d beträgt,
so ist die Länge
L des freiliegenden Abschnitts des positiven Elektrodenkollektors 9 πd oder länger.
-
Wie
in 3 gezeigt umfasst die negative Elektrode 3 den
negativen Elektrodenkollektor 10, der zwei Oberflächen aufweist,
wobei auf jeder hiervon ein negatives Elektrodenaktivmaterial 11 gebildet
wird. Die negative Elektrode 3 wird hergestellt durch Binden
beispielsweise einer Metalllithiumfolie, die als negatives Elektrodenaktivmaterial 11 dient,
an eine Kupferfolie, die als der negative Elektrodenkollektor 10 dient
und die eine Dicke von beispielsweise 10 μm aufweist. Die negative Elektrode 3 kann
eine Struktur aufweisen, erhalten durch Aufbringen eines Materials
für eine
negative Elektrode auf den negativen Elektrodenkollektor 10,
welches ein Dotieren/Entdotieren von Lithiumionen erlaubt, sowie
dem Bindemittel.
-
Das
Material für
die negative Elektrode kann beispielsweise ein Kohlenstoffmaterial
sein. Das Kohlenstoffmaterial kann veranschaulicht werden durch
thermisch zersetzten Kohlenstoff, Koks (Pechkoks, Nadelkoks, Petroleumkoks
oder dergleichen), Graphit, glasartiger Kohlenstoff, eine calcinierte
organische Polymerverbindung (ein Material, erhalten durch Calcinieren
von Phenolharz, Furanharz oder dergleichen), Kohlenstofffaser und
Aktivkohle. Das Material für
die negative Elektrode kann ein kristallines oder amorphes Metalloxid
sein, das ein Dotieren/Entdotieren von Lithiumionen erlaubt, genau
so wie das Kohlenstoffmaterial.
-
Das
Bindemittel zum Binden des Materials für die negative Elektrode an
den negativen Elektrodenkollektor kann ein herkömmliches Material darstellen.
Beispielsweise kann das Bindemittel Fluorharz wie Polyvinylidenfluorid
sein.
-
Die
negative Elektrode 3 weist einen freiliegenden Abschnitt
des negativen Elektrodenkollektors 12 auf, gebildet an
einem Ende in Längsrichtung
hiervon. Der freiliegende Abschnitt des negativen Elektrodenkollektors 12 weist
zwei Oberflächen
auf, wobei auf keiner hiervon das negative Elektrodenaktivmaterial 11 gebildet
wird, so dass der negative Elektrodenkollektor 10 freiliegt.
-
Der
auf dem freiliegenden Abschnitt des negativen Elektrodenkollektors 12 gebildete
Endabschnitt dient als ein äußerer Abschnitt
der spiralförmigen
Spule 5, gebildet durch den Aufwickelvorgang. Der freiliegende
Abschnitt des negativen Elektrodenkollektors 12 deckt die
spiralförmige
Spule 5 mindestens einmal ab. Angenommen, dass der äußere Durchmesser
der spiralförmigen
Spule 5d beträgt,
ist die Länge
L2 des freiliegenden Abschnitts des negativen
Elektrodenkollektors 12 πd
oder länger.
-
Die
spiralförmige
Spule 5 wird durch spiraliges Aufwickeln eines Bauteils,
gebildet durch Stapeln in dieser sequentiellen Reihenfolge: der
positiven Elektrode 2, dem Separator 4a, der negativen
Elektrode 3 und dem Separator 4b gebildet.
-
Jeder
der Separatoren 4a und 4b ist aus einem isolierenden
Material mit einer relativ hohen spezifischen Wärme hergestellt. Jeder der
Separatoren 4a und 4b wird durch einen feinporösen Polypropylenfilm
mit einer Dicke von etwa 25 μm
gebildet.
-
Der
Separator ist nicht besonders beschränkt. Der Separator kann ein
gewebtes Textil, ein ungewebtes Textil oder ein feinporöser Film,
hergestellt aus synthetischem Harz oder dergleichen, sein. Von den
vorangehenden Materialien ist ein feinporöser Film, hergestellt aus Polyolefin,
ein bevorzugtes Material vom Gesichtspunkt der Verwirklichung einer
erforderlichen Dicke, Festigkeit des gebildeten Films und Beständigkeit des
Films. Speziell kann irgendein feinporöser Polyethylenfilm, ein feinporöser Polypropylenfilm,
ein feinporöser
Film und deren Mischung eingesetzt werden.
-
4 ist
eine laterale Querschnittsansicht, die ein Beispiel der Struktur
der spiralförmigen
Spule 5 zeigt. 5 ist eine vergrößerte Ansicht,
die den Kreis A, der in 4 gezeigt ist, zeigt.
-
Die
spiralförmige
Spule 5 ist mit dem freiliegenden Abschnitt des positiven
Elektrodenkollektors 9 sowie dem freiliegenden Abschnitt
des negativen Elektrodenkollektors 12 ein oder zweimal
bedeckt. Darüberhinaus
wird der äußerste Abschnitt der
spiralförmigen
Spule 5 im Separator 4b gebildet. Die negative
Elektrode 3 der spiralförmigen
Spule 5 wird weiter außen
als die positive Elektrode 2 positioniert. Der freiliegende
Abschnitt des negativen Elektrodenkollektors 12 bedeckt
den freiliegenden Abschnitt des positiven Elektrodenkollektors 9.
Da die negative Elektrode 3 weiter außen als die positive Elektrode 2 positioniert
wird, kann ein Kurzschluss in der Batterie, wie später beschrieben
wird, verhindert werden.
-
Die
Batterie mit nicht-wässerigem
Elektrolyten 1 weist die Struktur auf, dass die spiralförmige Spule 5 in
der Batteriebüchse 6,
wie in 1 gezeigt, untergebracht wird.
-
Um
die Batterie mit nichtwässerigem
Elektrolyt 1 zu bilden, indem die spiralförmige Spule 5 in
der Batteriebüchse 6 untergebracht
wird, wird eine isolierende Platte 13, hergestellt aus
beispielsweise Eisen und zuvor mit Nickel platiert, in den Boden
der Batteriebüchse 6 eingeführt. Somit
wird die spiralförmige
Spule 5 aufgenommen.
-
Um
von der negativen Elektrode 3 elektrischen Strom abzunehmen,
wird ein Ende eines negativen Elektrodenanschlusses 14,
hergestellt aus beispielsweise Nickel, an die negative Elektrode 3 gecrimped.
Ein anderes Ende des negativen Elektrodenanschlusses 14 wird
an die Batteriebüchse 6 geschweißt. Folglich
ist die Batteriebüchse 6 mit
der negativen Elektrode 3 elektrisch verbunden, um in eine
externe negative Elektrode der Batterie mit nichtwässerigem
Elektrolyten 1 gebildet zu werden. Um von der positiven
Elektrode 2 elektrischen Strom abzunehmen, wird ein Ende
eines positiven Elektrodenanschlusses 15, hergestellt aus
beispielsweise Aluminium, mit der positiven Elektrode 2 verbunden.
Ein anderes Ende des positiven Elektrodenanschlusses 15 wird
mit einer Batterieabdeckung 17 durch eine stromunterbrechende
dünne Platte 16 elektrisch verbunden.
Die stromunterbrechende dünne
Platte 16 unterbricht den elektrischen Strom, um dem Innendruck der
Batterie zu entsprechen. Folglich werden die Batterieabdeckung 17 und
die positive Elektrode 2 miteinander elektrisch verbunden,
um in die externe positive Elektrode der Batterie mit nichtwässerigem
Elektrolyten 1 gebildet zu werden.
-
Die
negative Elektrode 3 der spiralförmigen Spule 5 wird
weiter außen
als die positive Elektrode 2 positioniert. Daher kann ein
Kurzschluss zwischen der Batteriebüchse 6, elektrisch
verbunden mit der negativen Elektrode 3, und der positiven
Elektrode 2, der in der Batterie auftritt, verhindert werden,
selbst wenn der Separator 4b, welcher das äußerste Element
der spiralförmigen
Spule 5 darstellt, sich verzieht. Folglich kann der Herstellungsertrag
verbessert werden.
-
Dann
wird ein nichtwässeriger
Elektrolyt in die Batteriebüchse 6 injiziert.
Der nichtwässerige
Elektrolyt wird durch Lösen
von LiPF6, was einen Elektrolyten darstellt,
in gemischtem Lösungsmittel,
hergestellt durch Mischen von 50 Vol.-% Propy lencarbonat, welches
ein organisches Lösungsmittel
darstellt, und 50 Vol.-% Dimethoxyethan, hergestellt. Das Auflösungsverhältnis im
Hinblick auf das gemischte Lösungsmittel
beträgt
1 Mol/l.
-
Das
organische Lösungsmittel,
das nicht besonders beschränkt
ist, wird veranschaulicht durch Propylencarbonat, Ethylencarbonat,
1,2-Dimethoxyethan, 1,2-Diethoxyethan,
Diethylcarbonat, γ-Butyrolacton,
Tetrahydrofuran, 1,3-Dioxolan, 4-Methyl-1,3-dioxolan,
Diethylether, Sulfolan, Methylsulfolan, Acetonitril und Propionitril.
Das vorangehende Material wird allein oder zwei oder mehr Typen
des Materials werden als gemischtes Lösungsmittel verwendet.
-
Der
Elektrolyt, der nicht besonders beschränkt ist, wird veranschaulicht
durch LiClO4, LiAsF6,
LiPF6, LiBF4, LiB(C6H5)4,
LiCl, LiBr, LiSO3CH3 und
LiSO3CF3.
-
Schließlich wird
die Batteriebüchse 6 mit
einer isolierenden Dichtung 18, aufgebracht mit Asphalt,
so dass die Batteriebadeckung 17 gesichert wird, gecrimped.
Folglich kann die zylindrische Batterie mit nichtwässerigem
Elektrolyten 1 hergestellt werden.
-
Die
Batterie mit nichtwässerigem
Elektrolyten 1 weist einen Zentrumsstift 19 auf,
der mit dem positiven Elektrodenanschluss 15 und dem negativen
Elektrodenanschluss 14 verbunden ist. Darüber hinaus
wird eine Sicherheitsventileinheit 20 zum Entfernen von
Gas in der Batterie, wenn der Druck in der Batterie auf ein Niveau
höher als
ein vorbestimmtes Niveau ansteigt, für die Batterie mit nichtwässerigem
Elektrolyten 1 vorgesehen. Zusätzlich wird eine PTC-Vorrichtung
(positive Temperaturkoeffizient) 21 zur Verhinderung eines
Anstiegs der Temperatur in der Batterie für die Batterie mit nichtwässerigem
Elektrolyten 1 vorgesehen.
-
Das
Problem von Wärme
und Rauch, verursacht durch Quetschen der Batterie mit nichtwässerigem Elektrolyten
durch äußeren Druck,
wird nun beschrieben. Wenn die Batteriebüchse durch äußeren Druck eingedrückt wird,
wird zu Beginn der Separator zerbrochen. Somit werden die positive
Elektrode und die negative Elektrode in der Batterie kurzgeschlossen,
was die Erzeugung von Wärme
verursacht. Die Wärme
verursacht, dass Reaktionen stattfinden und somit wird Rauch erzeugt.
-
Wenn
die Batterie mit nichtwässerigem
Elektrolyten 1 einem abnormalen Zustand wie einem Quetschen
des Batteriekörpers
ausgesetzt wird, werden der freiliegende Abschnitt des positiven
Elektrodenkollektors 9 und der freiliegende Abschnitt des
negativen Elektrodenkollektors 12 an der äußeren Peripherie
der spiralförmigen
Spule 5 zu Beginn kurzgeschlossen. Der Kurzschluss zwischen
dem freiliegenden Abschnitt des positiven Elektrodenkollektors 9 und
dem freiliegenden Abschnitt des negativen Elektrodenkollektors 12 tritt
an einer Position, getrennt von der positiven Elektrodenaktivmaterialschicht 8 und
der negativen Elektrodenaktivmaterialschicht 11, auf. Darüber hinaus
werden die Separatoren 4a und 4b, jeweils mit
einer relativ hohen spezifischen Wärme, um die Position angeordnet,
an der der Kurschluss stattgefunden hat. Daher, selbst wenn Wärme aufgrund
des Kurzschlusses zwischen dem freiliegenden Abschnitt des positiven
Elektrodenkollektors 9 und dem freiliegenden Abschnitt
des negativen Elektrodenkollektors 12 erzeugt wird, kann
die Wärme
abgeleitet werden. Folglich wird keine kritische Beeinflussung auf
die aktive Materialschicht der Elektrode ausgeübt.
-
Daher
kann ein Schaden, wie Wärme
und Rauch, die einen Effekt auf den Gesamtkörper der Batterie bewirken,
in befriedigender Weise verhindert werden. Folglich kann eine Batterie
mit nichtwässerigem
Elektrolyten 1, die ausgezeichnete Sicherheit zeigt, erhalten
werden.
-
Wenn
die Länge
des freiliegenden Abschnitts des positiven Elektrodenkollektors 9 oder
diejenige des freiliegenden Abschnitts des negativen Elektrodenkollektors 12 kürzer als πd ist, können der
freiliegende Abschnitt des positiven Elektrodenkollektors 9 und
der freiliegende Abschnitt des negativen Elektrodenkollektors 12 nicht
die spiralförmige
Spule 5 ein oder mehrmals bedecken. Ein Zustand, in dem
die spiralförmige
Spule 5 nicht durch den freiliegenden Abschnitt des positiven
Elektrodenkollektors 9 und den freiliegenden Abschnitt des
negativen Elektrodenkollektors 12 ein oder zweimal bedeckt
wird, wird nun beschrieben. Wenn die Batterie in einer Position,
die nicht mit dem freiliegenden Abschnitt des positiven Elektrodenkollektors 9 und
dem freiliegenden Abschnitt des negativen Elektrodenkollektors 12 bedeckt
ist, eingedrückt
wird, werden der freiliegende Abschnitt des positiven Elektrodenkollektors 9 und
der freiliegende Abschnitt des negativen Elektrodenkollektors 12 nicht
zuerst kurzgeschlossen. Daher kann der Schaden nicht minimiert werden.
-
Wenn
der freiliegende Abschnitt des positiven Elektrodenkollektors 9 oder
der freiliegende Abschnitt des negativen Elektrodenkollektors 12 für nur eine
Seite bereitgestellt wird, kann zwischen dem freiliegenden Abschnitt
des positiven Elektrodenkollektors 9 und dem freiliegenden
Abschnitt des negativen Elektrodenkollektors 12 kein Kurzschluss
verursacht werden, der an einer Position ausreichend getrennt vom
aktiven Material für
die Elektrode stattfindet. Daher kann der nachteilige Einfluss auf
das aktive Material für
die Elektrode nicht minimiert werden.
-
Daher
werden die freiliegenden Abschnitte des Elektrodenkollektors auf
den zwei Seiten der Elektroden angeordnet und ihre Längen werden
mit πd bis
2 πd ausgelegt.
Somit kann die Sicherheit der Batterie mit nichtwässerigem
Elektrolyten 1 weiter verbessert werden.
-
Obwohl
die Lithiumsekundärbatterie
in der oben erwähnten
Ausführungsform
beschrieben wurde, ist die vorliegende Erfindung nicht auf diese
beschränkt.
Die vorliegende Erfindung kann auf eine Batterie mit nichtwässerigem
Elektrolyten genauso wie die Lithiumsekundärbatterie angewendet werden.
-
BEISPIELE
-
Batterien
mit nichtwässerigem
Elektrolyten mit der oben erwähnten
Struktur wurden hergestellt, um sie Druck-Quetschtests zu unterziehen.
-
Beispiel 1
-
Zunächst wurde
eine positive Elektrode hergestellt. Zu Beginn wurden 91 Gew.% MnO2, 6 Gew.-% leitfähiges Material und 3 Gew.-%
Bindemittel gemischt, so dass eine positive Elektrodenmischung hergestellt wurde.
Das leitfähige
Material war Graphit, während
das Bindemittel Polyvinylidenfluorid war.
-
Dann
wurde die positive Elektrodenmischung in N-Methyl-2-pyrrolidon dispergiert,
um aufgeschlämmt zu
werden. Die Aufschlämmung
wurde gleichmäßig auf
die zwei Seiten einer Aluminiumfolie aufgebracht, die als positiver
Elektrodenkollektor diente und eine Dicke von 20 μm hatte.
Dann wurde die Aufschlämmung
getrocknet und dann die Aluminiumfolie durch eine Walzenpressvorrichtung
komprimiert und geformt. Somit wurde die positive Elektrode hergestellt.
-
Zu
diesem Zeitpunkt wurde auf keiner der zwei Seiten eines Endes der
positiven Elektrode eine aktive Materialschicht für die positive
Elektrode gebildet. Daher wurde der freiliegende Abschnitt des positiven
Elektrodenkollektors, in dem der positive Elektrodenkollektor freiliegt,
gebildet. Die Länge
des freiliegenden Abschnitts des positiven Elektrodenkollektors
wurde mit πd
ausgelegt.
-
Dann
wurde eine negative Elektrode gebildet.
-
Die
negative Elektrode wurde durch Aufbringen einer Metalllithiumfolie,
welche ein aktives Material für die
negative Elektrode war, auf eine Kupferfolie, die ein negativer
Elektrodenkollektor war und die eine Dicke von 10 μm hatte,
hergestellt.
-
Zu
diesem Zeitpunkt wurde auf keiner der zwei Seiten eines Endes der
negativen Elektrode eine aktive Materialschicht für die negative
Elektrode gebildet. Daher wurde ein freiliegender Abschnitt des
negativen Elektrodenkollektors, in dem der negative Elektrodenkollektor
freiliegt, gebildet. Die Länge
des freiliegenden Abschnitts des negativen Elektrodenkollektors
wird mit πd
ausgelegt.
-
Die
positive Elektrode, der Separator, die negative Elektrode und der
Separator wurden sequentiell hermetisch in dieser sequentiellen
Reihenfolge gestapelt. Dann wurde die gestapelte Struktur spiralförmig mehrfach
aufgewickelt, so dass eine Spule gebildet wurde. Der Separator wurde
aus feinporösem
Polypropylenfilm mit einer Dicke von 25 μm hergestellt.
-
Dann
wurde eine isolierende Platte in den Boden einer Batteriebüchse, die
aus Eisen hergestellt und zuvor mit Nickel platiert wurde, eingeführt. Dann
wurde die oben erwähnte
Spule in die Batteriebüchse
aufgenommen. Um von der negativen Elektrode den elektrischen Strom
abzunehmen, wurde ein Ende des negativen Elektrodenanschlusses an
die negative Elektrode gecrimped. Ein anderes Ende des negativen
Elektrodenanschlusses wurde an die Batteriebüchse geschweißt.
-
Um
von der positiven Elektrode elektrischen Strom abzunehmen, wurde
ein Ende eines positiven Elektrodenanschlusses, hergestellt aus
Aluminium, mit der positiven Elektrode verbunden. Ein anderes Ende
des positiven Elektrodenanschlusses wurde durch eine stromunterbrechende
dünne Platte
mit der Batterieabdeckung elektrisch verbunden.
-
Dann
wurde ein nichtwässeriger
Elektrolyt in die Batteriebüchse
injiziert. Der nichtwässerige
Elektrolyt wurde hergestellt durch Lösen von LiPF6 in
einem gemischten Lösungsmittel,
hergestellt durch Mischen von 50 Vol.-% Propylencarbonat und 50
Vol.-% Dimethoxyethan. Das Lösungsverhältnis im
Hinblick auf das gemischte Lösungsmittel
betrug 1 Mol/l.
-
Schließlich wurde
die Batterie durch eine isolierende Abdichtdichtung, aufgebracht
mit Asphalt, gecrimped, so dass die Batterieabdeckung gesichert
war. Folglich wurde eine zylindrische Batterie mit nichtwässerigem
Elektrolyten mit einem Durchmesser von etwa 18 mm und einer Höhe von etwa
65 mm hergestellt.
-
Beispiel 2
-
Ein
Verfahren ähnlich
zu demjenigen gemäß Beispiel
1 wurde durchgeführt
außer
für eine
Struktur, wobei die Länge
von jedem der freiliegenden Abschnitte des positiven Elektrodenkollektors
und dem freiliegenden Abschnitt des negativen Elektrodenkollektors
mit 2πd
ausgelegt wurde. Somit wurde eine Batterie mit nichtwässerigem
Elektrolyten hergestellt.
-
Vergleichsbeispiel 1
-
Ein
Verfahren, ähnlich
zu demjenigen gemäß Beispiel
1 wurde durchgeführt
außer
für die
Struktur, dass der freiliegende Abschnitt des positiven Elektrodenkollektors
nicht für
die positive Elektrode bereitgestellt wurde und der freiliegende
Abschnitt des negativen Elektrodenkollektors nicht für die negative
Elektrode bereitgestellt wurde. Somit wurde eine Batterie mit nichtwässerigem
Elektrolyten hergestellt.
-
Vergleichsbeispiel 2
-
Ein
Verfahren ähnlich
zu demjenigen gemäß Beispiel
1 wurde durchgeführt
außer
für die
Struktur, dass der freiliegende Abschnitt des positiven Elektrodenkollektors
nur auf einer Seite der positiven Elektrode bereitgestellt wurde.
Somit wurde eine Batterie mit nichtwässerigem Elektrolyt hergestellt.
-
Vergleichsbeispiel 3
-
Ein
Verfahren ähnlich
zu demjenigen gemäß Beispiel
1 wurde durchgeführt
außer
für die
Struktur, dass der freiliegende Abschnitt des negativen Elektrodenkollektors
nicht für
die negative Elektrode vorgesehen wurde. Somit wurde eine Batterie
mit nichtwässerigem
Elektrolyten hergestellt.
-
Vergleichsbeispiel 4
-
Ein
Verfahren ähnlich
zu demjenigen gemäß Beispiel
1 wurde durchgeführt,
außer
für die
Struktur, dass der freiliegende Abschnitt des positiven Elektrodenkollektors
nur auf einer Seite der negativen Elektrode vorgesehen wurde. Somit
wurde eine Batterie mit nichtwässerigem
Elektrolyten hergestellt.
-
Vergleichsbeispiel 5
-
Ein
Verfahren ähnlich
zu demjenigen gemäß Beispiel
1 wurde durchgeführt
außer
für die
Struktur, dass die Länge
jeweils des freiliegenden Abschnitts des positiven Elektrodenkollektors
und des freiliegenden Abschnitts des negativen Elektrodenkollektors
auf 0,5πd
ausgelegt waren. Somit wurde eine Batterie mit nichtwässerigem
Elektrolyten hergestellt.
-
Vergleichsbeispiel 6
-
Ein
Verfahren ähnlich
zu demjenigen gemäß Beispiel
1 wurde durchgeführt
außer
für die
Struktur, dass die Länge
des freiliegenden Abschnitts des positiven Elektrodenkollektors
auf 0,5πd
ausgelegt war und diejenige des freiliegenden Abschnitts des negativen
Elektrodenkollektors auf πd
ausgelegt war. Somit wurde eine Batterie mit nichtwässerigem
Elektrolyten hergestellt.
-
Vergleichsbeispiel 7
-
Ein
Verfahren ähnlich
zu demjenigen gemäß Beispiel
1 wurde durchgeführt
außer
für die
Struktur, dass die Länge
des freiliegenden Abschnitts des positiven Elektrodenkollektors
mit πd ausgelegt
war und diejenige des freiliegenden Abschnitts des negativen Elektrodenkollektors
mit 0,5πd
ausgelegt war. Somit wurde eine Batterie mit nichtwässerigem
Elektrolyten hergestellt.
-
Eine
vorbestimmte Anzahl der derart hergestellten Batterien mit nichtwässerigem
Elektrolyten gemäß der Beispiele
1 und 2 und Vergleichsbeispiele 1 bis 7 wurden hergestellt. Jede
der Batterien mit nichtwässerigem
Elektrolyten wurde 100 Zyklen geladen/entladen in einem Spannungsbereich
von 1,5 bis 3,0 V. Dann wurde die Batterie mit nichtwässerigem
Elektrolyten auf 3,0 V geladen und dann ein Druck/Quetschtest durchgeführt.
-
Die
Batterien mit nichtwässerigem
Elektrolyten gemäß der Vergleichsbeispiele
1 bis 3 umfassten die Elektroden mit keinem freiliegenden Abschnitt
des Elektrodenkollektors, nur eine der Elektroden, bereitgestellt mit
dem freiliegenden Abschnitt des Elektrodenkollektors oder eine Elektrode
mit einem freiliegenden Abschnitt des Elektrodenkollektors, bereitgestellt
auf einer der Oberflächen
hiervon. Ein Abschnitt der vorangehenden Batterien mit nichtwässerigem
Elektrolyten war einer Schädigung
ausgesetzt, wie Wärme
und/oder Rauch, über
den gesamten Körper
der Batterien.
-
Die
Batterien mit nichtwässerigem
Elektrolyten gemäß der Beispiele
1 und 2 und mit der Struktur, dass der freiliegende Abschnitt des
Elektrodenkollektors auf jeder der zwei Seiten der zwei Elektroden
bereitgestellt war, waren frei von Schaden, wie Wärme und/oder
Rauch, über
den gesamten Körper
der Batterien.
-
Daher
wurde die Struktur, dass die freiliegenden Abschnitte des Elektrodenkollektors
für die
zwei Seiten der zwei Elektroden bereitgestellt war, hinsichtlich
der Sicherheit der Batterie der nichtwässerigen Elektrolyten verbessert.
-
In
den Beispielen 1 und 2 und Vergleichsbeispielen 1 und 5 bis 7 wurden
Versuche durchgeführt,
derart, dass die Länge
des freiliegenden Abschnitts des positiven Elektrodenkollektors
oder desjenigen des freiliegenden Abschnitts des negativen Elektrodenkollektors
geändert
wurde.
-
Die
Anzahl der Batterien, die den Versuchen unterzogen wurden und die
Batterien, die Hitze und/oder Rauch entwickelten, sind in Tabelle
1 gezeigt. Tabelle 1
| Länge des
freiliegenden Abschnitts des positiven Elektrodenkollektors | Länge des
freiliegenden Abschnitts des negativen Elektrodenkollektors | Anzahl
der getesteten Batterien | Anzahl
der Batterien, die Rauch erzeugten |
Beispiel
1 | πd | πd | 5 | 0 |
Beispiel
2 | 2πd | 2πd | 5 | 0 |
Vergleichsbeispiel 1 | 0 | 0 | 5 | 5 |
Vergleichsbeispiel 5 | 0,5πd | 0,5πd | 5 | 3 |
Vergleichsbeispiel 6 | 0,5πd | πd | 5 | 2 |
Vergleichsbeispiel 7 | πd | 0,5πd | 5 | 3 |
-
Wie
aus Tabelle 1 verstanden werden kann, unterlagen die Batterien mit
nichtwässerigem
Elektrolyten gemäß der Vergleichsbeispiele
1 und 5 bis 7 jeweils mit der Struktur, dass die Länge des
freiliegenden Abschnitts des Elektrodenkollektors kürzer als πd war, einer
Schädigung,
wie Wärme
und Rauch, über
den gesamten Körper
der Batterie.
-
Andererseits
waren Batterien mit nichtwässerigem
Elektrolyten gemäß den Beispielen
1 und 2, jeweils mit der Struktur, dass die Länge des freiliegenden Abschnitts
des Elektrodenkollektors länger
als πd war,
frei von irgendwelchen Schäden
des gesamten Körpers
der Batterien.
-
Wenn
daher die Länge
des freiliegenden Abschnitts des Elektrodenkollektors nicht kürzer als πd ist, kann
die Sicherheit der Batterie mit nichtwässerigem Elektrolyten weiter
verbessert werden.
-
Die
erfindungsgemäße Batterie
mit nichtwässerigem
Elektrolyten ist derart strukturiert, dass Kurzschluss zwischen
dem freiliegenden Abschnitt des positiven Elektrodenkollektors und
dem freiliegenden Abschnitt des negativen Elektrodenkollektors,
vorgesehen auf zwei Seiten der Elektroden, stattfindet. Daher kann die
Hitze verteilt werden. Folglich wird kein kritischer Einfluss auf
die aktiven Materialien für
die positive Elektrode und die negative Elektrode ausgeübt. Darüber hinaus
können
Wärme und
Rauch verhindert werden.
-
Die
erfindungsgemäße Batterie
mit nichtwässerigem
Elektrolyten weist die Struktur auf, dass die freiliegenden Abschnitte
des Elektrodenkollektors für
die zwei Seiten der zwei Elektroden bereitgestellt werden. Darüber hinaus
bedeckt der freiliegende Abschnitt des Elektrodenkollektors die
Spule ein oder mehrfach. Daher können
Wärme und
Rauch, die erzeugt werden, wenn die Batterie eingequetscht wurde,
weiterhin in befriedigender Weise verhindert werden.
-
Daher
kann ein Schaden für
die Batterie und ein negativer Einfluss auf die Umgebung minimiert
werden. Folglich kann eine Batterie mit nichtwässerigem Elektrolyten, die
ausgezeichnete Sicherheit und Verlässlichkeit zeigt, bereitgestellt
werden.