DE102015209161A1

DE102015209161A1 - Energiespeichervorrichtung

Info

Publication number: DE102015209161A1
Application number: DE102015209161.9A
Authority: DE
Inventors: Takeshi Sasaki
Original assignee: GS Yuasa International Ltd
Current assignee: GS Yuasa International Ltd
Priority date: 2014-05-22
Filing date: 2015-05-20
Publication date: 2015-11-26
Also published as: US20150340690A1; JP2015222632A; JP6376441B2

Abstract

Energiespeichervorrichtung mit einer schichtförmigen positiven Elektrode und einer schichtförmigen negativen Elektrode, wobei die positive Elektrode und die negative Elektrode geschichtet sind; wobei jede Elektrode ein Stromsammelsubstrat und Schichten eines aktiven Materials enthält, die auf beiden Oberflächen des Stromsammelsubstrates angeordnet sind, sich zumindest ein Teil jedes Stromsammelsubstrates zu einem Endabschnitt jeder Elektrode erstreckt und zu einer Seite in einer geschichteten Richtung an dem Endabschnitt gebogen wird und eine Biegerichtung des Stromsammelsubstrates in der geschichteten Richtung an dem Endabschnitt der positiven Elektrode entgegengesetzt einer Biegerichtung des Stromsammelsubstrates in der geschichteten Richtung an dem Endabschnitt der negativen Elektrode ist, der an den Endabschnitt der positiven Elektrode angrenzt.

Description

GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Energiespeichervorrichtung.
HINTERGRUND
Herkömmlich sind verschiedene Energiespeichervorrichtungen bekannt. Beispielsweise wurde eine Energiespeichervorrichtung vorgeschlagen, bei der eine flächen- bzw. schichtförmige (sheet-like) positive Elektrode und eine schichtförmige negative Elektrode als eine Elektrode vorgesehen sind und die positive Elektrode und die negative Elektrode einander gegenüberliegen.
Bei dieser Art von Energiespeichervorrichtung sind beispielsweise die positive Elektrode und die negative Elektrode jeweils in einer Dickenrichtung geschichtet. Zudem enthält jede Elektrode beispielsweise ein schichtförmiges Stromsammelsubstrat und Schichten eines aktiven Materials, die jeweils auf beiden Seiten des Stromsammelsubstrates angeordnet sind.
Ein Beispiel dieser Art von Energiespeichervorrichtung ist beispielsweise in WO 2011/016243 A offenbart. Die in WO 2011/016243 A offenbarte Energiespeichervorrichtung enthält eine Elektrodenanordnung, die durch Wickeln der übereinander geschichteten positiven Elektrode und negativen Elektrode gebildet wird, und ein Gehäuse, das die Elektrodenanordnung in demselben unterbringt.
Des Weiteren wird bei der in WO 2011/016243 A offenbarten Energiespeichervorrichtung die negative Elektrode derart ausgebildet, dass eine breite negative Elektrodenplatte (ursprüngliche negative Elektrodenplatte), die mit Schichten eines aktiven Materials auf beiden Seiten eines schichtförmigen Stromsammelsubstrates angeordnet wird, in der Dickenrichtung geschnitten wird. Das heißt, zumindest ein Teil eines Endabschnitts der negativen Elektrode weist einen gebogenen Endabschnitt auf, in dem das Stromsammelsubstrat durch das Schneiden gebogen wird.
Da der gebogene Endabschnitt der negativen Elektrode durch Schneiden der breiten negativen Elektrodenplatte in Dickenrichtung gebildet wird, wird der Endabschnitt des Stromsammelsubstrates an dem gebogenen Endabschnitt zu einer Seite in Dickenrichtung der negativen Elektrode gebogen, während sich derselbe zu einer Endkante der negativen Elektrode erstreckt. Das heißt, an dem gebogenen Endabschnitt der negativen Elektrode wird das Stromsammelsubstrat zu einer der Schichten eines aktiven Materials der negativen Elektrode durch die Schneidkraft während des Schneidens gebogen.
Zudem wird bei der in WO 2011/016243 A offenbarten Energiespeichervorrichtung die Elektrodenanordnung durch das Wickeln der geschichteten positiven Elektrode und negativen Elektrode ausgebildet. Bei der Elektrodenanordnung ist die Biegerichtung des Stromsammelsubstrates an dem gebogenen Endabschnitt der negativen Elektrode in einer Wicklungsmittenrichtung der Elektrodenanordnung ausgerichtet.
Bei solch einer Energiespeichervorrichtung dehnen sich die Schichten eines aktiven Materials der negativen Elektrode aufgrund der Ladung aus. Durch diese Ausdehnung dehnt sich die Elektrodenanordnung nach außen aus.
Bei solch einer Energiespeichervorrichtung ist die Richtung, in die das Stromsammelsubstrat an dem gebogenen Endabschnitt der negativen Elektrode gebogen wird, während sich dasselbe zu der Endkante der negativen Elektrode erstreckt, die Wicklungsmittenrichtung der Elektrodenanordnung. Da das Stromsammelsubstrat in Wicklungsmittenrichtung der Elektrodenanordnung gebogen wird, gerät folglich die Endkante des Stromsammelsubstrates kaum mit der Innenfläche des Gehäuses in Kontakt, selbst wenn sich die Elektrodenanordnung nach außen ausdehnt. Folglich unterdrückt solch eine Energiespeichervorrichtung, dass beispielsweise die Endkante des Stromsammelsubstrates mit dem Gehäuse durch die Ausdehnung der Elektrodenanordnung aufgrund von Ladung/Entladung in Kontakt gerät.
ZUSAMMENFASSUNG
Die in WO 2011/016243 A offenbarte Energiespeichervorrichtung enthält die negative Elektrode mit dem gebogenen Endabschnitt und ist derart konfiguriert, dass die Biegerichtung des Stromsammelsubstrates an dem gebogenen Endabschnitt in einer vorbestimmten Richtung ausgerichtet ist. Bei dieser Energiespeichervorrichtung kann folglich eine ungleichmäßige Ladungs-/Entladungs-Reaktion in dem gebogenen Endabschnitt während der Ladung/Entladung auftreten.
Bei dieser Energiespeichervorrichtung wird insbesondere, da der gebogene Endabschnitt der negativen Elektrode durch Schneiden gebildet wird, der gebogene Endabschnitt der negativen Elektrode der Schneidkraft zu zumindest einer Seite in Dickenrichtung beim Schneiden ausgesetzt. Bei dieser Energiespeichervorrichtung wird daher, da beispielsweise die Dichte der Schicht eines aktiven Materials, die auf einer Oberfläche des Stromsammelsubstrates angeordnet ist, aufgrund der Schneidkraft höher wird, die Dichte der Schicht eines aktiven Materials, die auf der anderen Oberfläche des Stromsammelsubstrates angeordnet ist, geringer. Wenn die Differenz der Dichte in allen Schichten eines aktiven Materials auftritt, kann die ungleichmäßige Ladungs-/Entladungs-Reaktion während der Ladung/Entladung auftreten. Wenn diese Energiespeichervorrichtung eine Lithium-Ionen-Sekundärbatterie ist, kann beispielsweise Lithium an dem gebogenen Endabschnitt der negativen Elektrode aufgrund der ungleichmäßigen Ladungs-/Entladungs-Reaktion präzipitiert werden.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, eine Energiespeichervorrichtung zu liefern, bei der die ungleichmäßige Ladungs-/Entladungs-Reaktion unterdrückt wird, selbst wenn das Stromsammelsubstrat an dem Endabschnitt der Elektrode gebogen wird.
Eine Energiespeichervorrichtung nach einem Aspekt der vorliegenden Erfindung enthält Folgendes: eine schichtförmige positive Elektrode und eine schichtförmige negative Elektrode, wobei die positive Elektrode und die negative Elektrode geschichtet sind, wobei jede Elektrode ein Stromsammelsubstrat und Schichten eines aktiven Materials enthält, die auf beiden Oberflächen des Stromsammelsubstrates angeordnet sind, sich zumindest ein Teil jedes Stromsammelsubstrates zu einem Endabschnitt jeder Elektrode erstreckt und zu einer Seite in einer geschichteten Richtung an dem Endabschnitt gebogen wird und eine Biegerichtung des Stromsammelsubstrates in der geschichteten Richtung an dem Endabschnitt der positiven Elektrode entgegengesetzt einer Biegerichtung des Stromsammelsubstrates in der geschichteten Richtung an dem Endabschnitt der negativen Elektrode ist, der an den Endabschnitt der positiven Elektrode angrenzend ist.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine Querschnittsansicht, die ein Beispiel eines Querschnitts der Linie II-II einer in 3 veranschaulichten Elektrodenanordnung schematisch veranschaulicht.
2 ist eine Querschnittsansicht, die ein anderes Beispiel des Querschnitts der Linie II-II der in 3 veranschaulichten Elektrodenanordnung schematisch veranschaulicht.
3 ist eine schematische Darstellung, die ein Beispiel einer flachen Elektrodenanordnung bei Betrachtung von einer Seite schematisch veranschaulicht.
4 ist eine schematische Darstellung, die ein Beispiel einer geschichteten Struktur der Elektrodenanordnung schematisch veranschaulicht.
5 ist eine schematische Darstellung, die eine innere Struktur bei einem Beispiel einer Sekundärbatterie mit wasserfreiem Elektrolyt (Lithium-Ionen-Sekundärbatterie) als eine Energiespeichervorrichtung schematisch veranschaulicht.
6 ist eine schematische Darstellung, die ein Beispiel eines Querschnitts einer Elektrodenanordnung schematisch veranschaulicht.
7 ist eine auseinandergezogene schematische Darstellung, die einen Teil einer Struktur bei einem Beispiel einer Elektrodenanordnung vom Wicklungstyp schematisch veranschaulicht.
8 ist eine schematische Darstellung, die einen Querschnitt der Linie IV-IV einer in 9 veranschaulichten Elektrodenanordnung schematisch veranschaulicht.
9 ist eine Darstellung, die ein anderes Beispiel eines äußeren Erscheinungsbildes einer Sekundärbatterie mit wasserfreiem Elektrolyt (Lithium-Ionen-Sekundärbatterie) als eine Energiespeichervorrichtung veranschaulicht.
BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Eine Energiespeichervorrichtung nach einem Aspekt der vorliegenden Erfindung enthält Folgendes: eine schichtförmige positive Elektrode und eine schichtförmige negative Elektrode als eine Elektrode, wobei die positive Elektrode und die negative Elektrode geschichtet sind, wobei jede Elektrode ein Stromsammelsubstrat und Schichten eines aktiven Materials enthält, die auf beiden Oberflächen des Stromsammelsubstrates angeordnet sind, sich zumindest ein Teil jedes Stromsammelsubstrates zu einem Endabschnitt jeder Elektrode erstreckt und zu einer Seite in einer geschichteten Richtung an dem Endabschnitt gebogen wird und eine Biegerichtung des Stromsammelsubstrates in der geschichteten Richtung an dem Endabschnitt der positiven Elektrode entgegengesetzt einer Biegerichtung des Stromsammelsubstrates in der geschichteten Richtung an dem Endabschnitt der negativen Elektrode ist, der an den Endabschnitt der positiven Elektrode angrenzend ist.
In einem anderen Aspekt der Energiespeichervorrichtung können die Endabschnitte der positiven Elektrode und der negativen Elektrode in der geschichteten Richtung abwechselnd angeordnet werden, die Endabschnitte des Stromsammelsubstrates der positiven Elektrode in die gleiche Richtung in der geschichteten Richtung gebogen werden und die Endabschnitte des Stromsammelsubstrates der negativen Elektrode in eine den Endabschnitten des Stromsammelsubstrates der positiven Elektrode in der geschichteten Richtung entgegengesetzte Richtung gebogen werden.
In noch einem anderen Aspekt der Energiespeichervorrichtung können eine Dicke bzw. Stärke der positiven Elektrode und eine Stärke der negativen Elektrode konstant sein.
In noch einem anderen Aspekt der Energiespeichervorrichtung kann zumindest eine der Elektroden in eine rechteckige Form ausgebildet werden und die Biegerichtungen des Stromsammelsubstrates können an den Endabschnitten entlang zumindest zwei Seiten der einen rechteckigen Elektrode gleich sein.
Nach den Aspekten der vorliegenden Erfindung weist die Energiespeichervorrichtung einen Effekt auf, dass die ungleichmäßige Ladungs-/Entladungs-Reaktion unterdrückt wird, selbst wenn das Stromsammelsubstrat an dem Endabschnitt der Elektrode gebogen wird.
Eine Energiespeichervorrichtung nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird unten in Bezug auf die Zeichnungen beschrieben werden. Ein Beispiel der Energiespeichervorrichtung nach der Ausführungsform enthält eine Primärbatterie, eine Sekundärbatterie, einen Kondensator, etc. Bei der vorliegenden Ausführungsform wird eine ladbare/entladbare Sekundärbatterie als ein Beispiel der Energiespeichervorrichtung beschrieben werden.
Wie in den 1 und 2 veranschaulicht, enthält eine Energiespeichervorrichtung 1 nach der vorliegenden Ausführungsform Folgendes: schichtförmige positive Elektroden 10 und schichtförmige negative Elektroden 20, wobei die positiven Elektroden 10 und die negativen Elektroden 20 geschichtet sind, wobei die Elektroden Stromsammelsubstrate 11 und 21 und Schichten 12 und 22 eines aktiven Materials enthalten, die auf beiden Oberflächen der Stromsammelsubstrate 11 bzw. 21 angeordnet sind, sich zumindest ein Teil jedes Stromsammelsubstrates 11 und 21 zu einem Endabschnitt jeder Elektrode erstreckt und zu einer Seite in einer geschichteten Richtung an dem Endabschnitt gebogen wird und eine Biegerichtung des Stromsammelsubstrates 11 in der geschichteten Richtung an dem Endabschnitt der positiven Elektrode 10 entgegengesetzt einer Biegerichtung des Stromsammelsubstrates 21 in der geschichteten Richtung an dem Endabschnitt der negativen Elektrode 20 ist, der an den Endabschnitt der positiven Elektrode 10 angrenzend ist.
Nach der Energiespeichervorrichtung 1 der vorliegenden Ausführungsform werden insbesondere die Stromsammelsubstrate 11 der positiven Elektrode als das Stromsammelsubstrat in die gleiche Richtung und Stromsammelsubstrate 21 der negativen Elektrode als das Stromsammelsubstrat in eine den Stromsammelsubstraten 11 der positiven Elektrode entgegengesetzte Richtung an den Endabschnitten der positiven Elektroden 10 und der negativen Elektroden 20 gebogen, die in der geschichteten Richtung abwechselnd angeordnet werden.
Die Energiespeichervorrichtung nach der vorliegenden Ausführungsform ist eine Sekundärbatterie mit wasserfreiem Elektrolyt. Insbesondere kann ein Beispiel der Energiespeichervorrichtung 1 nach der vorliegenden Ausführungsform eine Sekundärbatterie 1 mit wasserfreiem Elektrolyt (Lithium-Ionen-Sekundärbatterie) enthalten, die in den 5 und 9 veranschaulicht ist.
Diese Art von Energiespeichervorrichtung speist elektrische Energie. Die Energiespeichervorrichtung wird in Einzel- oder Mehrfachformen verwendet. Insbesondere wird die Energiespeichervorrichtung in einer Einzelform verwendet, wenn ein erforderter Ausgang und eine erforderte Spannung gering sind. Indessen wird die Energiespeichervorrichtung in einem Energiespeichergerät in Kombination mit anderen Energiespeichervorrichtungen verwendet, wenn zumindest der erforderte Ausgang und/oder die erforderte Spannung groß ist. Bei dem Energiespeichergerät speist die in dem Energiespeichergerät zu verwendende Energiespeichervorrichtung elektrische Energie.
<Erste Ausführungsform>
Die Energiespeichervorrichtung 1 nach einer ersten Ausführungsform enthält beispielsweise eine Elektrodenanordnung 2, bei der eine Vielzahl von positiven Elektroden 10 und eine Vielzahl von negativen Elektroden 20 geschichtet sind.
Zudem enthält die Energiespeichervorrichtung 1 nach der ersten Ausführungsform, wie beispielsweise in 5 veranschaulicht, ein Gehäuse 40, das die Elektrodenanordnung 2 in demselben unterbringt.
Zudem enthält die Energiespeichervorrichtung 1 nach der ersten Ausführungsform eine in dem Gehäuse 40 gespeicherte Elektrolytlösung.
Die Energiespeichervorrichtung 1 nach der ersten Ausführungsform enthält eine Vielzahl von schichtförmigen Separatoren 3.
Wie in den 1 und 2 veranschaulicht, wird der Separator 3 zwischen der positiven Elektrode 10 und der negativen Elektrode 20 angeordnet. Wie in 1 veranschaulicht, kann jeder Separator 3 an der äußersten Seite in einer geschichteten Richtung der Elektrodenanordnung 2 angeordnet werden. Wie in 2 veranschaulicht, muss der Separator 3 indessen nicht an der äußersten Seite in der geschichteten Richtung der Elektrodenanordnung 2 angeordnet werden.
Die Elektrodenanordnung 2 ist üblicherweise in eine flache Form (Plattenform) ausgebildet.
Wie in den 4 und 5 veranschaulicht, enthält die Elektrodenanordnung 2 die Vielzahl von positiven Elektroden 10 und die Vielzahl von negativen Elektroden 20 und wird derart ausgebildet, dass die positiven Elektroden 10 und die negativen Elektroden 20 in einer Dickenrichtung abwechselnd geschichtet werden.
Wie unten beschrieben werden wird, kann die Elektrodenanordnung 2 beispielsweise derart ausgebildet werden, dass die bandähnliche positive Elektrode 10 und die bandähnliche negative Elektrode 20 voneinander überlappt und weiter gewickelt werden.
Wie beispielsweise in den 1 und 2 veranschaulicht, enthält die Elektrodenanordnung 2 insbesondere die schichtförmigen positiven Elektroden 10 und die schichtförmigen negativen Elektroden 20 als eine Elektrode. Zumindest die positive Elektrode 10 und/oder die negative Elektrode 20 wird in eine rechteckige Form ausgebildet.
Jede Elektrode enthält ein schichtförmiges Stromsammelsubstrat und Schichten eines aktiven Materials, die ein aktives Material enthalten und jeweils auf beiden Seiten des Stromsammelsubstrates angeordnet sind.
Das heißt, die positive Elektrode 10 enthält ein schichtförmiges Stromsammelsubstrat 11 der positiven Elektrode und Schichten 12 eines positiven aktiven Materials, die jeweils auf beiden Seiten des Stromsammelsubstrates 11 der positiven Elektrode angeordnet sind, wobei die Schicht eines positiven aktiven Materials ein positives aktives Material enthält.
Ähnlich enthält die negative Elektrode 20 ein schichtförmiges Stromsammelsubstrat 21 der negativen Elektrode und Schichten 22 eines negativen aktiven Materials, die jeweils auf beiden Seiten des Stromsammelsubstrates 21 der negativen Elektrode angeordnet sind, wobei die Schicht eines negativen aktiven Materials ein negatives aktives Material enthält.
Beispielsweise werden die Stromsammelsubstrate an Endabschnitten entlang zumindest zwei Seiten jeder rechteckigen Elektrode gebogen und die Stromsammelsubstrate weisen die gleiche Biegerichtung an den Endabschnitten auf, an denen die Stromsammelsubstrate gebogen werden.
Zumindest ein Teil des Endabschnitts jeder Elektrode der positiven Elektrode 10 und der negativen Elektrode 20 als die Elektrode weist insbesondere einen gebogenen Endabschnitt 6 auf, an dem das Stromsammelsubstrat durch Schneiden in Dickenrichtung gebogen wird.
An dem gebogenen Endabschnitt 6 sind die Schichten 12 und 22 eines aktiven Materials auf beiden Seiten der Stromsammelsubstrate 11 bzw. 21 angeordnet. Zudem erstrecken sich die Stromsammelsubstrate 11 und 21 zu Endkanten der Elektroden (positive Elektrode 10 und negative Elektrode 20) bzw. werden gleichzeitig zu einer Oberfläche der Elektroden gebogen.
Wie in den 1 und 2 veranschaulicht, ist beispielsweise der gebogene Endabschnitt 6 der positiven Elektrode 10 angeordnet, um an den gebogenen Endabschnitt 6 der negativen Elektrode 20 in der Dickenrichtung (geschichtete Richtung) angrenzend zu sein.
Zudem weisen die Stromsammelsubstrate 11 und 12 an dem gebogenen Endabschnitt 6 der positiven Elektrode 10 und dem gebogenen Endabschnitt 6 der negativen Elektrode 20, die aneinander angrenzend sind, die Biegerichtungen auf, die jeweils zu einer Oberfläche der Elektroden (positive Elektrode 10 und negative Elektrode 20) gebogen sind, um in der Dickenrichtung einander entgegengesetzt zu sein.
Bei der Energiespeichervorrichtung 1 nach der ersten Ausführungsform weist die positive Elektrode 10 und die negative Elektrode 20 jeweils den gebogenen Endabschnitt 6 auf, an dem das Stromsammelsubstrat durch Schneiden in Dickenrichtung gebogen wird. Da die Dichte von einer Schicht eines aktiven Materials an jedem gebogenen Endabschnitt 6 durch das Schneiden höher wird, wird folglich die Dichte der anderen Schicht eines aktiven Materials geringer. Das heißt, an dem gebogenen Endabschnitt 6 jeder Elektrode der positiven Elektrode 10 und der negativen Elektrode 20 wird, da die Dichte der Schicht eines aktiven Materials, die auf einer Oberfläche des Stromsammelsubstrates angeordnet ist, durch das Schneiden höher wird, die Dichte der Schicht eines aktiven Materials, die auf der anderen Oberfläche angeordnet ist, geringer. Des Weiteren wird das Stromsammelsubstrat an dem gebogenen Endabschnitt 6 zu der Elektrodenoberfläche der Seite der Schicht eines aktiven Materials, die die hohe Dichte aufweist, gebogen.
Der gebogene Endabschnitt 6 der positiven Elektrode 10 und der gebogene Endabschnitt 6 der negativen Elektrode 20 sind jedoch aneinander angrenzend und an den gebogenen Endabschnitten 6 beider Elektroden weisen die Stromsammelsubstrate die Biegerichtungen auf, die jeweils zu einer Oberfläche der Elektroden gebogen sind, um in Dickenrichtung einander entgegengesetzt zu sein. Das heißt, an dem gebogenen Endabschnitt 6 der positiven Elektrode 10 und dem gebogenen Endabschnitt 6 der negativen Elektrode 20, die aneinander angrenzend sind, sind die Schichten eines aktiven Materials, die die hohe Dichte aufweisen, aneinander angrenzend oder die Schichten eines aktiven Materials, die die geringe Dichte aufweisen, aneinander angrenzend.
Da die Schichten eines aktiven Materials, die die hohe Dichte aufweisen, aneinander angrenzend sind oder die Schichten eines aktiven Materials, die die geringe Dichte aufweisen, aneinander angrenzend sind, wird folglich die Ladungs-/Entladungs-Reaktion zwischen den Schichten eines aktiven Materials, die an dem gebogenen Endabschnitt 6 der positiven Elektrode 10 und dem gebogenen Endabschnitt 6 der negativen Elektrode 20 einander gegenüberliegen, gleichmäßiger.
Daher wird bei der Energiespeichervorrichtung 1 die ungleichmäßige Ladungs-/Entladungs-Reaktion unterdrückt, selbst wenn das Stromsammelsubstrat an dem Endabschnitt der Elektrode gebogen wird. Das heißt, bei der oben beschriebenen Energiespeichervorrichtung 1 wird die ungleichmäßige Ladungs-/Entladungs-Reaktion unterdrückt, selbst wenn das Stromsammelsubstrat durch das Schneiden gebogen wird und die Elektrode, die die Schichten eines aktiven Materials enthält, die eine hohe Dichtedifferenz auf beiden Seiten des Stromsammelsubstrates aufweisen, vorgesehen wird.
Wie in den 1 und 2 veranschaulicht, enthält die positive Elektrode 10 beispielsweise das schichtförmige Stromsammelsubstrat 11 der positiven Elektrode und die Schichten 12 eines positiven aktiven Materials, die ein partikelförmiges positives aktives Material enthalten. Die Schichten 12 eines positiven aktiven Materials sind auf beiden Oberflächen des Stromsammelsubstrates 11 der positiven Elektrode angeordnet.
Wie in 4 veranschaulicht, weist die positive Elektrode 10 beispielsweise eine Form einer rechteckigen Schicht auf.
Die Stärke der positiven Elektrode 10 beträgt üblicherweise 35 bis 250 μm. Zudem beträgt die Stärke des Stromsammelsubstrates 11 der positiven Elektrode üblicherweise 5 bis 50 μm und die Stärke der Schicht 12 eines positiven aktiven Materials üblicherweise 15 bis 100 μm.
Die Stärke der positiven Elektrode 10 ist üblicherweise konstant.
Die negative Elektrode 20 enthält das schichtförmige Stromsammelsubstrat 21 der negativen Elektrode und die Schicht 22 eines negativen aktiven Materials, die auf beiden Oberflächen des Stromsammelsubstrates 21 der negativen Elektrode angeordnet ist und ein partikelförmiges negatives aktives Material enthält.
Wie in 4 veranschaulicht, weist die negative Elektrode 20 beispielsweise eine Form einer rechteckigen Schicht auf.
Die Stärke der negativen Elektrode 20 beträgt üblicherweise 35 bis 250 μm. Zudem beträgt die Stärke des Stromsammelsubstrates 21 der negativen Elektrode üblicherweise 5 bis 50 μm und die Stärke der Schicht 22 eines negativen aktiven Materials üblicherweise 15 bis 100 μm.
Die Stärke der negativen Elektrode 20 ist üblicherweise konstant.
Bei der Elektrodenanordnung 2, die in den 1 und 2 veranschaulicht ist, werden die positive Elektrode 10 und die negative Elektrode 20 beispielsweise voneinander überlappt, wobei der Separator 3 zwischen denselben angeordnet ist, so dass die Schicht 12 eines positiven aktiven Materials und die Schicht 22 eines negativen aktiven Materials in Dickenrichtung einander gegenüberliegen.
Bei der Elektrodenanordnung 2 werden des Weiteren, wie beispielsweise in 4 veranschaulicht, die Vielzahl von positiven Elektroden 10 und die Vielzahl von negativen Elektroden 20 in der Dickenrichtung geschichtet und die positiven Elektroden 10 und die negativen Elektroden 20 in der geschichteten Richtung abwechselnd angeordnet. Zudem liegt die Schicht 12 eines positiven aktiven Materials der positiven Elektrode 10 der Schicht 22 eines negativen aktiven Materials der negativen Elektrode 20 durch den Separator 3 gegenüber.
Zumindest ein Teil des Endabschnitts jeder Elektrode (positive Elektrode 10 und negative Elektrode 20) weist den gebogenen Endabschnitt 6 auf, der gebildet wird, indem derselbe in Dickenrichtung geschnitten wird.
Der gebogene Endabschnitt 6 wird derart ausgebildet, dass eine breite Elektrodenplatte mit einem Vorschneide-Stromsammelsubstrat und Vorschneide-Schichten eines aktiven Materials, die jeweils auf beiden Oberflächen des Vorschneide-Stromsammelsubstrates angeordnet sind, in Dickenrichtung geschnitten wird. Die breite Elektrodenplatte wird unten detailliert beschrieben werden.
Da der gebogene Endabschnitt 6 derart ausgebildet wird, dass die breite Elektrodenplatte in Dickenrichtung geschnitten wird, wird das Stromsammelsubstrat zu einer Schicht eines aktiven Materials (eine Seite der Elektrode in Dickenrichtung) der Elektrode gebogen, während sich dasselbe zu der Endkante der Elektrode an dem gebogenen Endabschnitt 6 erstreckt. Wie in den 1 und 2 veranschaulicht, erstreckt sich das Stromsammelsubstrat an dem gebogenen Endabschnitt 6 beispielsweise zu der Endkante der Elektrode. Die Schichten eines aktiven Materials sind jeweils auf beiden Oberflächen des Stromsammelsubstrates an dem gebogenen Endabschnitt 6 angeordnet.
Beispielsweise wird der gebogene Endabschnitt 6 von einer Elektrode derart ausgebildet, dass sich das Stromsammelsubstrat der Oberfläche der anderen Elektrode nähert, während sich das Stromsammelsubstrat der Endkante der Elektrode nähert.
Der gebogene Endabschnitt 6 repräsentiert einen Teil des Endabschnitts jeder Elektrode von einer Stelle, an der das Stromsammelsubstrat, das sich zu der Endkante der Elektrode erstreckt, beginnt, sich einer Oberfläche der Elektrode zu der Endkante der Elektrode zu nähern.
Der gebogene Endabschnitt 6 wird derart ausgebildet, dass die breite Elektrodenplatte durch eine Schneidkraft, die von zumindest einer Seite in Dickenrichtung zu der anderen Seite angelegt wird, geschnitten wird. Folglich wird an dem gebogenen Endabschnitt 6, da die Dichte von einer Schicht eines aktiven Materials durch die Schneidkraft höher wird, die Dichte der anderen Schicht eines aktiven Materials geringer. Das heißt, an dem gebogenen Endabschnitt 6 jeder Elektrode wird die Dichte der Schicht eines aktiven Materials, die auf einer Oberfläche des Stromsammelsubstrates angeordnet ist, höher und die Dichte der Schicht eines aktiven Materials, die auf der anderen Oberfläche angeordnet ist, geringer.
Bei der Elektrodenanordnung 2 werden der gebogene Endabschnitt 6 der positiven Elektrode 10 und der gebogene Endabschnitt 6 der negativen Elektrode 20 angeordnet, um in der geschichteten Richtung (Dickenrichtung) durch den Separator 3 aneinander angrenzend zu sein.
Wie in den 1 und 2 veranschaulicht, bedeutet beispielsweise der Ausdruck „die gebogenen Endabschnitte 6 der jeweiligen Elektroden sind aneinander angrenzend”, dass zumindest ein Teil eines gebogenen Endabschnitts 6 zumindest einem Teil des anderen gebogenen Endabschnitts 6 gegenüberliegt. Das heißt, dies bedeutet, dass zumindest ein Teil eines gebogenen Endabschnitts 6 von zumindest einem Teil des anderen gebogenen Endabschnitts 6 überlappt wird, wenn die jeweiligen gebogenen Endabschnitte 6 von einer Seite in Dickenrichtung (geschichtete Richtung) der Elektrode zu der anderen Seite betrachtet werden.
Bei der Elektrodenanordnung 2 weisen die Stromsammelsubstrate an dem gebogenen Endabschnitt 6 der positiven Elektrode 10 und an dem gebogenen Endabschnitt 6 der negativen Elektrode 20, die aneinander angrenzend sind, die Biegerichtungen auf, die zu einer Schicht eines aktiven Materials gebogen sind, während sich dieselben zu der Endkante der positiven Elektrode 10 oder der Endkante der negativen Elektrode 20 erstrecken, um in Dickenrichtung einander entgegengesetzt zu sein. Das heißt, die Biegerichtung des Stromsammelsubstrates 11 der positiven Elektrode an dem gebogenen Endabschnitt 6 der positiven Elektrode 10 ist der Biegerichtung des Stromsammelsubstrates 21 der negativen Elektrode an dem gebogenen Endabschnitt 6 der negativen Elektrode 20, der an den gebogenen Endabschnitt 6 der positiven Elektrode 10 angrenzend ist, entgegengesetzt.
Da die Elektrodenanordnung 2 konfiguriert ist, wie oben beschrieben wurde, sind an den angrenzenden gebogenen Endabschnitten 6 die Schicht 12 eines positiven aktiven Materials und die Schicht 22 eines negativen aktiven Materials, in denen die Dichten aufgrund der Schneidkraft höher werden, aneinander angrenzend oder die Schicht 12 eines positiven aktiven Materials und die Schicht 22 eines negativen aktiven Materials, in denen die Dichten geringer werden, aneinander angrenzend.
Da die Schichten eines aktiven Materials, die die hohe Dichte aufweisen, aneinander angrenzend sind oder da die Schichten eines aktiven Materials, die die geringe Dichte aufweisen, aneinender angrenzend sind, wird folglich die Ladungs-/Entladungs-Reaktion zwischen der Schicht 12 eines positiven aktiven Materials und der Schicht 22 eines negativen aktiven Materials zwischen dem gebogenen Endabschnitt 6 der positiven Elektrode 10 und dem gebogenen Endabschnitt 6 der negativen Elektrode 20, die aneinander angrenzend sind, gleichmäßiger.
Wie in den 1 und 2 veranschaulicht, werden bei der Elektrodenanordnung 2 die positiven Elektroden 10 und die negativen Elektroden 20 in der geschichteten Richtung abwechselnd angeordnet. Insbesondere werden die gebogenen Endabschnitte 6 der positiven Elektroden 10 in der geschichteten Richtung angeordnet und die gebogenen Endabschnitte 6 der negativen Elektroden 20 in der geschichteten Richtung angeordnet. Die Biegerichtungen der Stromsammelsubstrate sind an den gebogenen Endabschnitten 6 der Vielzahl von positiven Elektroden 10, die in der geschichteten Richtung angeordnet sind, jeweils gleich. Zudem sind die Biegerichtungen der Stromsammelsubstrate an den gebogenen Endabschnitten 6 der Vielzahl von negativen Elektroden 20, die in der geschichteten Richtung angeordnet sind, jeweils gleich.
Wie in 1 veranschaulicht, wird der gebogene Endabschnitt 6 beispielsweise derart ausgebildet, dass die Endkante des Stromsammelsubstrates und die Endkante jeder Schicht eines aktiven Materials die gleiche Ebene aufweisen. Wie in 2 veranschaulicht, kann der gebogene Endabschnitt 6 alternativ beispielsweise derart ausgebildet werden, dass die Endkante des Stromsammelsubstrates weiter als die Endkante der Schicht eines aktiven Materials nach außen hervorsteht.
Der gebogene Endabschnitt 6 wird auf zumindest einem Teil des Endabschnitts jeder Elektrode (positive Elektrode 10 und negative Elektrode 20) ausgebildet. Vorzugsweise wird zumindest eine der Elektroden in eine rechteckige Form ausgebildet und der gebogene Endabschnitt 6 an einem Endabschnitt entlang zumindest zwei Seiten der rechteckigen Elektrode ausgebildet.
Insbesondere werden beispielsweise die gebogenen Endabschnitte 6 entlang drei Seiten der rechteckigen Elektrode ausgebildet. Ein Stromsammelstreifen, der unten zu beschreiben ist, ist ein Endabschnitt, an dem der gebogene Endabschnitt 6 nicht ausgebildet wird, und kann an einem Teil eines Endabschnitts entlang der einen übrigen Seite der Elektrode angeordnet werden.
Die gebogenen Endabschnitte 6 können an allen Endabschnitten jeder Elektrode (positive Elektrode 10 und negative Elektrode 20) ausgebildet werden. Insbesondere können die gebogenen Endabschnitte 6 beispielsweise durch Stanzen der breiten Elektrodenplatte an allen Endabschnitten ausgebildet werden. Durch Stanzen der breiten Elektrodenplatte kann der Stromsammelstreifen, der weiter als der Separator 3 nach außen hervorsteht, ausgebildet werden.
Wenn die Elektrodenanordnung 2 ein Wicklungstyp ist, der unten zu beschreiben ist, wird der gebogene Endabschnitt 6 üblicherweise entlang zwei gegenüberliegenden Seiten der rechteckigen Elektrode ausgebildet. In diesem Fall ist die Elektrodenanordnung 2 derart konfiguriert, dass jeder gebogene Endabschnitt 6 entlang einer Wicklungsrichtung an beiden Seiten der Wicklungsachse angeordnet wird.
Die Stromsammelsubstrate 11 und 21 werden üblicherweise jeweils in die gleiche Richtung an den gebogenen Endabschnitten 6 der Elektroden gebogen. Beispielsweise werden die Stromsammelsubstrate 11 und 21 jeweils in die gleiche Richtung an den gebogenen Endabschnitten 6 gebogen, die entlang zumindest zwei Seiten der rechteckigen Elektroden ausgebildet sind.
An dem gebogenen Endabschnitt 6 weisen die Stromsammelsubstrate 11 und 21 üblicherweise eine gebogene Breite (Länge „A”, die in 1 veranschaulicht ist) auf, die 0 μm und 100 μm oder weniger überschreitet. Die gebogene Breite repräsentiert die maximale Breite (Länge in Dickenrichtung) des Stromsammelsubstrates an dem gebogenen Endabschnitt 6.
Wenn die Elektrodenanordnung 2 von einer Seite in der geschichteten Richtung betrachtet wird, ist beispielsweise eine Fläche der Schicht 22 eines negativen aktiven Materials größer als die der Schicht 12 eines positiven aktiven Materials. Zudem ist die Schicht 12 eines positiven aktiven Materials in der Schicht 22 eines negativen aktiven Materials angeordnet.
Mit solch einer Konfiguration ist es möglich, Li-Ionen, die zu der negativen Elektrode 20 von der Schicht 12 eines positiven aktiven Materials während der Ladung bewegt werden, sicher auf der Schicht 22 eines negativen aktiven Materials einzubringen.
Das Stromsammelsubstrat 11 der positiven Elektrode wird üblicherweise in eine Form einer rechteckigen Schicht ausgebildet. Ein Teil des Endabschnitts des Stromsammelsubstrates 11 der positiven Elektrode kann nach außen hervorstehen, um einen Stromsammelstreifen 11a zu bilden.
Die Stärke des Stromsammelsubstrates 11 der positiven Elektrode ist nicht besonders beschränkt, aber beträgt üblicherweise 1 bis 500 μm.
Beispiele von Materialien des Stromsammelsubstrates 11 der positiven Elektrode können Metalle enthalten, wie beispielsweise Aluminium, Titan, rostfreier Stahl und Nickel.
Beispiele der Materialien des Stromsammelsubstrates 11 der positiven Elektrode können zusätzlich zu den Metallen gebackenen bzw. gebrannten Kohlenstoff (baked carbon), leitende Polymere, etc. enthalten.
Beispiele des Stromsammelsubstrates 11 der positiven Elektrode können Metallfolien enthalten.
Die Form der Schicht 12 eines positiven aktiven Materials ist beispielsweise eine rechteckige Form, wenn von einer Oberflächenseite betrachtet.
Das positive aktive Material enthält eine Metallverbindung, die zu einer Elektrodenreaktion einer Ladungs-Reaktion und einer Entladungs-Reaktion in der positiven Elektrode 10 beitragen kann.
Das positive aktive Material wird üblicherweise in Partikel ausgebildet.
Die Metallverbindung, die in dem positiven aktiven Material enthalten ist, ist nicht besonders beschränkt, aber kann beispielsweise Lithiumverbundoxide, wie beispielsweise Lithiumnickelat (LiNiO₂), Spinell-Lithiummanganat (LiMn₂O₄) und Lithiumkobaltat (LiCoO₂), sein.
Zudem können Beispiele der Metallverbindung Lithiummetallphosphat vom Olivin-Typ, wie beispielsweise Lithiumeisenphosphat, enthalten.
Falls erforderlich, enthält die Schicht 12 eines positiven aktiven Materials ein leitendes Mittel, ein Bindemittel, ein Verdickungsmittel, einen Füllstoff, etc. als einen Bestandteil.
Beispiele des leitenden Mittels enthalten natürlichen Graphit (schuppenartiger Graphit, flockiger Graphit, erdiger Graphit oder dergleichen), künstlichen Graphit, Carbon-Black, Acetylenruß, Ketjen-Ruß, Kohlenstoff-Whisker, Kohlenstofffasern, Metall-(Kupfer, Nickel, Aluminium, Silber, Gold oder dergleichen)Pulver, Metallfasern und leitende Keramik, aber sind nicht speziell darauf beschränkt.
Beispielsweise wird als das leitende Mittel eine einzelne Substanz oder ein Gemisch aus zwei oder mehreren derselben eingesetzt.
Beispiele des Bindemittels enthalten thermoplastische Harze, wie beispielsweise Polytetrafluorethylen (PTFE), Polyvenylidenfluorid (PVDF), Polyethylen und Polypropylen, Ethylen-Propylen-Dien-Terpolymer (EPDM), sulfoniertes EPDM, Styrol-Butadien-Kautschuk (SBR) und Fluorkautschuk, aber sind nicht speziell darauf beschränkt.
Beispielsweise wird als das Bindemittel eine einzelne Substanz oder ein Gemisch aus zwei oder mehreren derselben eingesetzt.
Beispiele des Verdickungsmittels enthalten Polysaccharide, wie beispielsweise Carboxymethylcellulose und Methylcellulose, sind aber nicht speziell darauf beschränkt.
Als das Verdickungsmittel wird beispielsweise eine einzelne Substanz oder ein Gemisch aus zwei oder mehreren derselben eingesetzt.
Beispiele des Füllstoffes enthalten auf Olefin basierende Polymere, wie beispielsweise Polypropylen und Polyethylen, amorphes Siliziumdioxid, Aluminiumoxid, Zeolith und Glas.
Das Stromsammelsubstrat 21 der negativen Elektrode wird üblicherweise in eine Form einer rechteckigen Schicht ausgebildet. Ein Teil des Endabschnitts des Stromsammelsubstrates 21 der negativen Elektrode kann nach außen hervorstehen, um einen Stromsammelstreifen 21a zu bilden.
Die Dicke des Stromsammelsubstrates 21 der negativen Elektrode ist nicht besonders beschränkt, aber beträgt üblicherweise 5 bis 50 μm.
Beispiele von Materialien des Stromsammelsubstrates 21 der negativen Elektrode können Metalle enthalten, wie beispielsweise Kupfer, Nickel, Eisen, rostfreier Stahl, Titan und Aluminium.
Beispiele der Materialien des Stromsammelsubstrates 21 der negativen Elektrode können zusätzlich zu den Metallen gebrannten Kohlenstoff, leitende Polymere, leitendes Glas, etc. enthalten.
Ein Beispiel des Stromsammelsubstrates 21 der negativen Elektrode kann Metallfolien aus den oben beschriebenen Metallen enthalten.
Die Form der Schicht 22 eines negativen aktiven Materials ist beispielsweise eine rechteckige Form, wenn von einer Seite betrachtet.
Das negative aktive Material ist eine Substanz, die zu einer Elektrodenreaktion einer Ladungs-Reaktion und einer Entladungs-Reaktion in der negativen Elektrode 20 beitragen kann.
Ein Beispiel des negativen aktiven Materials kann zumindest kohlenstoffreiche Materialien, Lithiummetalle, Legierungen, die zur Einbringung und Extraktion von Lithium-Ionen fähig sind, (Lithiumlegierung und dergleichen), Metalloxide, die durch eine allgemeine Formel MOz repräsentiert sind („M” repräsentiert zumindest ein Element, das aus W, Mo, Si, Cu und Sn ausgewählt wird, und „z” repräsentiert einen numerischen Wert in dem Bereich von 0 < z ≤ 2), Lithiummetalloxide (Li₄Ti₅O₁₂ und dergleichen) und/oder Polyphosphorsäure-Verbindungen enthalten.
Ein Beispiel des kohlenstoffreichen Materials kann zumindest Graphit und/oder amorphen Kohlenstoff enthalten.
Beispiele des amorphen Kohlenstoffs können schwer graphitisierbaren Kohlenstoff (Hartkohlenstoff), leicht graphitisierbaren Kohlenstoff (Weichkohlenstoff), etc. enthalten.
Beispiele der Legierung, die zur Einbringung und Extraktion von Lithium-Ionen fähig ist, kann eine Wood-Legierung, zumindest eine Lithiumlegierung einer Lithium-Aluminium-Legierung, Lithium-Blei-Legierung, Lithium-Zinn-Legierung und Lithium-Gallium-Legierung, etc. enthalten.
Ähnlich der Schicht 12 eines positiven aktiven Materials enthält die Schicht 22 eines negativen aktiven Materials erforderlichenfalls das Bindemittel, das Verdickungsmittel, den Füllstoff und dergleichen als einen Bestandteil.
Der Separator 3 verhindert einen Kurzschluss zwischen den Elektroden, während derselbe eine Ladungs-/Entladungs-Reaktion zwischen den Elektroden sicherstellt.
Der Separator 3 wird zwischen der Schicht 12 eines positiven aktiven Materials der positiven Elektrode 10 und der Schicht 22 eines negativen aktiven Materials der negativen Elektrode 20 angeordnet.
Der Separator 3 besteht beispielsweise aus einem porösen Film oder einem Vliesstoff. Beispielsweise besteht der Separator 3 aus einem einzigen Material des porösen Films oder des Vliesstoffes oder einem Gemisch derselben.
Beispiele von Materialien des Separators 3 können zumindest auf Polyolefin basierende Harze, wie beispielsweise Polyethylen und Polypropylen, auf Polyester basierende Harze, wie beispielsweise Polyethylenterephthalat und Polybutylenterephthalat, und/oder auf Fluor basierende Harze, etc. enthalten.
Die Elektrolytlösung wird in dem Gehäuse 40 untergebracht. Die in dem Gehäuse 40 untergebrachte Elektrodenanordnung 2 wird mit zumindest einem Anteil der Elektrolytlösung imprägniert.
Die Elektrolytlösung enthält üblicherweise ein nichtwässriges Lösungsmittel und ein Elektrolytsalz.
Im Allgemeinen enthält die Elektrolytlösung das Elektrolytsalz in einer Konzentration von 0,5 bis 2,0 mol/L.
Das nichtwässrige Lösungsmittel, das in der Energiespeichervorrichtung oder dergleichen allgemein zu verwenden ist, wird eingesetzt.
Insbesondere können Beispiele des nichtwässrigen Lösungsmittels zyklische Kohlensäureester, Lactone, Kettencarbonate, Kettenester, Ether, Nitrile, etc. enthalten.
Beispiele der zyklischen Kohlensäureester können Propylencarbonat, Ethylencarbonat, Butylencarbonat, Chlorethylencarbonat, etc. enthalten.
Beispiele der Lactone können γ-Butyrolacton, γ-Valerolacton, etc. enthalten.
Beispiele der Kettencarbonate können Dimethylcarbonat, Diethylcarbonat, Ethylmethylcarbonat, etc. enthalten.
Beispiele der Kettenester können Methylformiat, Methylacetat, Methylbutyrat, etc. enthalten
Beispiele der Ether können 1,3-Dioxan, 1,4-Dioxan, 1,2-Dimethoxyethan, 1,4-Dibutoxyethan, Methyl-Diglyme, etc. enthalten.
Beispiele der Nitrile können Acetonitril, Benzonitril, etc. enthalten.
Zudem können Beispiele des nichtwässrigen Lösungsmittels Tetrahydrofuran und Derivate desselben, Dioxolan und Derivate desselben, Ethylensulfid, Sulfolan, Sulton und Derivate desselben, etc. enthalten.
Als das nichtwässrige Lösungsmittel wird die einzelne Substanz oder das Gemisch aus zwei oder mehreren derselben, die oben beschrieben wurden, eingesetzt, aber ist nicht darauf beschränkt.
Beispiele des Elektrolytsalzes können Lithiumsalze enthalten, wie beispielsweise LiPF₆, LiClO₄, LiBF₄, LiCF₃SO₃, LiN(SO₂CF₃)₂, LiN(SO₂C₂F₅)₂, LiN(SO₂CF₃)(SO₂C₄F₉), LiSCN, LiBr, LiI, Li₂SO₄ und Li₂B₁₀Cl₁₀.
Als das Elektrolytsalz wird die einzelne Substanz oder das Gemisch aus zwei oder mehreren derselben, die oben beschrieben wurden, eingesetzt, aber ist nicht darauf beschränkt.
Wie in den 5 und 6 veranschaulicht, enthält die Sekundärbatterie 1 mit wasserfreiem Elektrolyt ferner das Gehäuse 40, das die Elektrodenanordnung 2 unterbringt, und einen Anschluss, der als ein elektrischer Pfad mit der Außenseite der Batterie während der Ladung/Entladung dient. Als der Anschluss wird beispielsweise ein plattenförmiger, flacher Anschluss 51 verwendet.
Wie in 5 veranschaulicht, weist das Gehäuse 40 ein Paar Gehäusestücke 41 auf.
Jedes Gehäusestück 41 wird in einer Richtung geöffnet und enthält einen Unterbringungsabschnitt 41a, der die Elektrodenanordnung 2 unterbringt, und einen Flanschabschnitt 41b, der sich von einer Öffnungskante des Unterbringungsabschnitts 41a nach außen erstreckt.
Das Gehäuse 40 ist zum Unterbringen der Elektrodenanordnung 2 und der Elektrolytlösung in einem Innenraum zwischen zwei Unterbringungsabschnitten 41a konfiguriert, die ausgebildet werden, nachdem Oberflächen der Flanschabschnitte 41b der Gehäusestücke 41 miteinander verbunden werden, während die Öffnungen des Unterbringungsabschnitts 41a der Gehäusestücke 41 einander gegenüberliegen.
Jedes Gehäusestück 41 wird beispielsweise aus einem Laminatmaterial ausgebildet, bei dem eine Aluminiumfolie und ein Harzfilm geschichtet sind.
Wie oben beschrieben wurde, wird die Elektrodenanordnung 2 beispielsweise in dem Gehäuse 40 untergebracht. Die Elektrodenanordnung 2 wird derart ausgebildet, dass die Vielzahl von positiven Elektroden 10 und die Vielzahl von negativen Elektroden 20 geschichtet werden, um in der Dickenrichtung abwechselnd angeordnet zu werden.
Die Elektrodenanordnung 2 wird durch das Gehäuse 40 von der Außenseite umgeben und in dem Gehäuse 40 untergebracht, wenn das Paar Gehäusestücke 41 miteinander verbunden wird, wie oben beschrieben wurde.
Als der flache Anschluss 51 werden ein flacher Anschluss 51a für die positive Elektrode und ein flacher Anschluss 51b für die negative Elektrode verwendet.
Der flache Anschluss 51a für die positive Elektrode wird mit dem Stromsammelstreifen 11a jedes Stromsammelsubstrates 11 der positiven Elektrode in der Elektrodenanordnung 2 durch beispielsweise eine Schweißbehandlung verbunden. Die äußeren Abschnitte der Stromsammelstreifen 11a werden gebündelt, indem dieselben einander überlappen, und mit dem flachen Anschluss 51a verbunden.
Ähnlich wird der flache Anschluss 51b für die negative Elektrode mit dem Stromsammelstreifen 21a jedes Stromsammelsubstrates 21 der negativen Elektrode in der Elektrodenanordnung 2 durch beispielsweise eine Schweißbehandlung verbunden. Die äußeren Abschnitte der Stromsammelstreifen 21a werden gebündelt, indem dieselben einander überlappen, und mit dem flachen Anschluss 51b verbunden.
Ein Teil des flachen Anschlusses 51 wird außerhalb des Gehäuses 40 angeordnet, um mit einer anderen Energiespeichervorrichtung oder einer externen Vorrichtung elektrisch verbunden zu werden.
Beispielsweise ist die Energiespeichervorrichtung 1 nach der ersten Ausführungsform mit der Elektrodenanordnung 2 versehen, die derart ausgebildet wird, dass die Vielzahl von positiven Elektroden 10 und die Vielzahl von negativen Elektroden 20 mehrere Male in der Dickenrichtung abwechselnd geschichtet werden, wie oben beschrieben wurde, aber die Energiespeichervorrichtung 1 (nachstehend auch als Energiespeichervorrichtung nach einer zweiten Ausführungsform bezeichnet) nach der Ausführungsform der Erfindung kann mit der Elektrodenanordnung 2 (nachstehend auch als Wicklungselektrodenanordnung bezeichnet) versehen sein, die in derart ausgebildet wird, dass eine bandähnliche positive Elektrode 10 und eine bandähnliche negative Elektrode 20 voneinander überlappt und weiter gewickelt werden.
<Zweite Ausführungsform>
Ähnlich der Energiespeichervorrichtung 1 nach der ersten Ausführungsform enthält die Energiespeichervorrichtung 1 nach einer zweiten Ausführungsform die schichtförmige positive Elektrode 10 und die negative Elektrode 20 als eine Elektrode.
Wie in den 7 bis 9 veranschaulicht, werden bei der Energiespeichervorrichtung 1 nach der zweiten Ausführungsform eine positive Elektrode 10 und eine negative Elektrode 20 geschichtet und weiter gewickelt, wobei dadurch eine Elektrodenanordnung 2 (Wicklungselektrodenanordnung) ausgebildet wird.
Bei der Elektrodenanordnung 2 vom Wicklungstyp bzw. Wicklungselektrodenanordnung 2 weist zumindest ein Teil eines Endabschnitts eine Struktur auf, die in 1 oder 2 veranschaulicht ist.
Wie in 7 veranschaulicht, weist die Wicklungselektrodenanordnung 2 beispielsweise eine flache, rechteckige Plattenform in einem Zustand auf, in dem dieselbe gewickelt ist.
Bei der Wicklungselektrodenanordnung 2 werden die gebogenen Endabschnitte 6 entlang zwei gegenüberliegenden Seiten jeder rechteckigen Elektrode ausgebildet. Insbesondere werden die gebogenen Endabschnitte 6 an beiden Endabschnitten in einer Längsrichtung der bandähnlichen Elektrode ausgebildet und die gebogenen Endabschnitte 6, die an beiden Endseiten in der Längsrichtung der bandähnlichen positiven Elektrode 10 angeordnet sind, und die gebogenen Endabschnitte 6, die an beiden Endseiten in der Längsrichtung der bandähnlichen negativen Elektrode 20 angeordnet sind, werden in der geschichteten Richtung abwechselnd angeordnet.
Ähnlich der Energiespeichervorrichtung 1 nach der ersten Ausführungsform wird bei der Energiespeichervorrichtung 1 nach der zweiten Ausführungsform die ungleichmäßige Ladungs-/Entladungs-Reaktion unterdrückt, selbst wenn das Stromsammelsubstrat an dem Endabschnitt der Elektrode gebogen wird. Das heißt, bei der Energiespeichervorrichtung 1 nach der zweiten Ausführungsform wird die ungleichmäßige Ladungs-/Entladungs-Reaktion unterdrückt, selbst wenn das Stromsammelsubstrat durch Schneiden gebogen wird und die Elektrode, die Schichten eines aktiven Materials mit einer hohen Dichtedifferenz auf beiden Seiten des Stromsammelsubstrates enthält, vorgesehen wird.
Die Energiespeichervorrichtung 1 nach der zweiten Ausführungsform weist die gleiche Konfiguration wie die bei der ersten Ausführungsform auf, wenn nicht anderweitig spezifiziert.
Wie in den 7 bis 9 veranschaulicht, enthält die Energiespeichervorrichtung 1 (Energiespeichervorrichtung 1, die mit der Wicklungselektrodenanordnung 2 versehen ist) nach der zweiten Ausführungsform die Wicklungselektrodenanordnung 2, das Gehäuse 40, das die Elektrodenanordnung 2 unterbringt, und externe Anschlüsse 55, die Anschlüsse sind, die außerhalb des Gehäuses 40 angeordnet und mit der Elektrodenanordnung 2 elektrisch verbunden werden. Zudem enthält die Energiespeichervorrichtung 1 einen Stromkollektor 5, etc., durch den die Elektrodenanordnung 2 und der externe Anschluss 55 miteinander elektrisch verbunden werden, zusätzlich zu der Elektrodenanordnung 2, dem Gehäuse 40 und dem externen Anschluss 55.
Wie in 7 veranschaulicht, enthält die positive Elektrode 10 der Wicklungselektrodenanordnung 2 einen nicht bedeckten Abschnitt 10a (ein Abschnitt, an dem das Stromsammelsubstrat 11 der positiven Elektrode freiliegend ist), der nicht mit der Schicht 12 eines positiven aktiven Materials bedeckt ist, an einer Endkante in einer Breitenrichtung, die eine Querrichtung der Bandform ist.
Die negative Elektrode 20 der Wicklungselektrodenanordnung 2 enthält einen nicht bedeckten Abschnitt 20a (ein Abschnitt, an dem das Stromsammelsubstrat 21 der negativen Elektrode freiliegend ist), der nicht mit der Schicht 22 eines negativen aktiven Materials bedeckt ist, an der anderen Endkante (eine Seite gegenüber dem nicht bedeckten Abschnitt der positiven Elektrode) in einer Breitenrichtung, die eine Querrichtung der Bandform ist. Die Breite der Schicht 22 eines negativen aktiven Materials ist breiter als die der Schicht 12 eines positiven aktiven Materials.
Wie in 7 veranschaulicht, werden bei der Wicklungselektrodenanordnung 2 die positive Elektrode 10 und die negative Elektrode 20 in einem Zustand gewickelt, in dem dieselben durch den Separator 3 isoliert sind. Die positive Elektrode 10 und die negative Elektrode 20 werden durch den Separator 3, der ein Element mit einer Isoliereigenschaft ist, in der Elektrodenanordnung 2 gegeneinander isoliert. Zudem hält der Separator 3 eine Elektrolytlösung in dem Gehäuse 40. Folglich bewegen sich Lithium-Ionen zwischen der positiven Elektrode 10 und der negativen Elektrode 20, die abwechselnd geschichtet werden, wobei der Separator 3 zwischen denselben gehalten wird, während der Ladung/Entladung der Energiespeichervorrichtung 1.
Die Breite (Maß in Querrichtung der Bandform) des Separators 3 ist etwas breiter als die der Schicht 22 eines negativen aktiven Materials. Die positive Elektrode 10 und die negative Elektrode 20 werden in einem Zustand voneinander überlappt, in dem Positionen in der Breitenrichtung voneinander abweichen, und der Separator 3 wird zwischen der positiven Elektrode 10 und der negativen Elektrode 20 angeordnet. Der nicht bedeckte Abschnitt 10a der positiven Elektrode 10 wird nicht von dem nicht bedeckten Abschnitt 20a der negativen Elektrode 20 überlappt. Das heißt, der nicht bedeckte Abschnitt 10a der positiven Elektrode 10 steht von einem Bereich, in dem die positive Elektrode 10 und die negative Elektrode 20 voneinander überlappt werden, in der Breitenrichtung hervor und der nicht bedeckte Abschnitt 20a der negativen Elektrode 20 steht von dem Bereich, in dem die positive Elektrode 10 und die negative Elektrode 20 voneinander überlappt werden, in der Breitenrichtung (Richtung entgegen einer Vorsprungrichtung des nicht bedeckten Abschnitts der positiven Elektrode) hervor. Die positive Elektrode 10, negative Elektrode 20 und der Separator 3, die geschichtet sind, werden gewickelt, wobei dadurch die Elektrodenanordnung 2 ausgebildet wird.
Ein nicht bedeckter geschichteter Abschnitt 26 der Elektrodenanordnung 2 wird durch einen Abschnitt gebildet, in dem der nicht bedeckte Abschnitt 10a der positiven Elektrode 10 geschichtet ist, und ein nicht bedeckter geschichteter Abschnitt 26 der Elektrodenanordnung 2 wird durch einen Abschnitt gebildet, in dem der nicht bedeckte Abschnitt 20a der negativen Elektrode 20 geschichtet ist.
Der nicht bedeckte geschichtete Abschnitt 26 ist ein Abschnitt, der mit dem Stromkollektor 5 elektrisch verbunden wird. Der nicht bedeckte geschichtete Abschnitt 26 ist in zwei Abschnitte geteilt (nicht bedeckte geschichtete Abschnitte 26a und 26a, die in zwei Teile geteilt sind), wobei beispielsweise ein hohler Abschnitt 9 (siehe 8) zwischen denselben gehalten wird, wenn in einer Wicklungsmittenrichtung der/des gewickelten positiven Elektrode 10, negativen Elektrode 20 und Separators 3 betrachtet.
Der nicht bedeckte geschichtete Abschnitt 26, der oben beschrieben wurde, wird auf jeder Elektrode der Elektrodenanordnung 2 vorgesehen. Das heißt, der nicht bedeckte geschichtete Abschnitt 26, der mit nur dem nicht bedeckten Abschnitt 10a der positiven Elektrode 10 geschichtet ist, bildet den nicht bedeckten geschichteten Abschnitt der positiven Elektrode 10 in der Elektrodenanordnung 2 und der nicht bedeckte geschichtete Abschnitt 26, der mit nur dem nicht bedeckten Abschnitt 20a der negativen Elektrode 20 geschichtet ist, bildet den nicht bedeckten geschichteten Abschnitt der negativen Elektrode 20 in der Elektrodenanordnung 2.
Das Gehäuse 40 enthält einen Gehäusekörper 45 mit einer Öffnung und einer Abdeckplatte 46, die die Öffnung des Gehäusekörpers 45 sperrt (schließt). Das Gehäuse 40 bringt außer der Elektrodenanordnung 2, dem Stromkollektor 5, etc., eine Elektrolytlösung in einem Innenraum desselben unter. Das Gehäuse 40 wird aus einem Metall gebildet, das eine Beständigkeit gegen die Elektrolytlösung aufweist. Das Gehäuse 40 wird aus beispielsweise einem auf Aluminium basierenden Metallmaterial, wie beispielsweise Aluminium oder eine Aluminiumlegierung, ausgebildet. Das Gehäuse 40 kann aus einem Metallmaterial, wie beispielsweise rostfreier Stahl oder Nickel, einem Verbundstoff, bei dem ein Harz, wie beispielsweise Nylon, an Aluminium gebunden wird, etc. ausgebildet werden.
Das Gehäuse 40 wird derart ausgebildet, dass ein Öffnungsumfang des Gehäusekörpers 45 und ein Umfang der Abdeckplatte 46 in einem Zustand verbunden werden, in dem dieselben voneinander überlappt werden. Zudem weist das Gehäuse 40 einen Innenraum auf, der durch den Gehäusekörper 45 und die Abdeckplatte 46 definiert ist. Der Öffnungsumfang des Gehäusekörpers 45 und der Umfang der Abdeckplatte 46 werden beispielsweise durch Schweißen miteinander verbunden.
Die Abdeckplatte 46 ist ein plattenähnliches Element zum Sperren der Öffnung des Gehäusekörpers 45. Insbesondere ist das Gehäuse wie folgt konfiguriert: der Umfang der Abdeckplatte 46 wird von dem Öffnungsumfang des Gehäusekörpers 45 derart überlappt, dass die Abdeckplatte 46 die Öffnung des Gehäusekörpers 45 sperrt, und die Grenze zwischen der Abdeckplatte 46 und dem Gehäusekörper 45 wird in dem Zustand verschweißt, in dem der Öffnungsumfang und die Abdeckplatte 46 voneinander überlappt werden.
Die Abdeckplatte 46 weist eine Kontur auf, die dem Öffnungsumfang des Gehäusekörpers 45 entspricht. Das heißt, die Abdeckplatte 46 ist ein rechteckiges Element. Zudem weisen vier Ecken der Abdeckplatte 46 eine kreisförmige Bogenform auf.
Die Abdeckplatte 46 weist ein Gasauslassventil 46a auf, das zum Auslassen von Gas in dem Gehäuse 40 zu der Außenseite fähig ist. Das Gasauslassventil 46a ist konfiguriert, um das Gas zu der Außenseite von der Innenseite des Gehäuses 40 auszulassen, wenn der Innendruck des Gehäuses 40 auf einen vorbestimmten Druck ansteigt. Das Gasauslassventil 46a wird in der Mitte der Abdeckplatte 46 vorgesehen.
Die Abdeckplatte 46 wird mit einer Flüssigkeitseinspritzöffnung zum Einspritzen der Elektrolytlösung versehen. Die Flüssigkeitseinspritzöffnung durchdringt die Abdeckplatte 46 in Dickenrichtung.
Die Abdeckplatte 46 wird mit einem Flüssigkeitseinspritzstopfen 46b zum Abdichten (Sperren) der Flüssigkeitseinspritzöffnung versehen. Der Flüssigkeitseinspritzstopfen 46b wird an dem Gehäuse 40 (Abdeckplatte 46) durch Schweißen befestigt.
Der externe Anschluss 55 ist ein Abschnitt, der mit einem externen Anschluss einer anderen Energiespeichervorrichtung oder einer externen Vorrichtung elektrisch verbunden wird. Der externe Anschluss 55 wird durch ein Element mit Leitfähigkeit ausgebildet. Beispielsweise wird der externe Anschluss 55 aus einem Metallmaterial mit einer hohen Schweißbarkeit, beispielsweise ein auf Aluminium basierendes Metallmaterial, wie beispielsweise Aluminium oder eine Aluminiumlegierung, oder ein auf Kupfer basierendes Metallmaterial, wie beispielsweise Kupfer oder eine Kupferlegierung, ausgebildet.
Der externe Anschluss 55 weist eine mit einer Sammelschiene verschweißbare Oberfläche 56 auf. Solch eine Oberfläche 56 weist eine ebene Form auf.
Der Stromkollektor 5 wird in dem Gehäuse 40 angeordnet und mit der Elektrodenanordnung 2 in einem elektrisch leitenden Zustand direkt oder indirekt verbunden. Der Stromkollektor 5 wird mit der Elektrodenanordnung 2 durch ein Klemmelement in einem elektrisch leitenden Zustand verbunden. Das heißt, die Energiespeichervorrichtung 1 enthält ein Klemmelement, das die Elektrodenanordnung 2 und den Stromkollektor 5 in einem elektrisch leitenden Zustand miteinander verbindet.
Der Stromkollektor 5 wird durch ein leitendes Element ausgebildet. Der Stromkollektor 5 wird entlang einer Innenfläche des Gehäuses 40 angeordnet.
Der Stromkollektor 5 wird jeweils mit der positiven Elektrode 10 und der negativen Elektrode 20 der Energiespeichervorrichtung 1 verbunden. Bei der Energiespeichervorrichtung 1 dieser Ausführungsform wird der Stromkollektor 5 in dem Gehäuse 40 angeordnet, um jeweils mit dem nicht bedeckten geschichteten Abschnitt 26 der positiven Elektrode 10 und dem nicht bedeckten geschichteten Abschnitt 26 der negativen Elektrode in der Elektrodenanordnung 2 verbunden zu werden.
Der mit der positiven Elektrode 10 verbundene Stromkollektor 5 und der mit der negativen Elektrode 20 verbundene Stromkollektor 5 werden aus verschiedenen Materialien ausgebildet. Insbesondere wird der mit der positiven Elektrode 10 verbundene Stromkollektor 5 beispielsweise aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung gebildet und der mit der negativen Elektrode 20 verbundene Stromkollektor 5 beispielsweise aus Kupfer oder einer Kupferlegierung gebildet.
Die Energiespeichervorrichtung 1 dieser Ausführungsform enthält ein Isolierelement 8 zum Isolieren der Elektrodenanordnung 2 und des Gehäuses 40. Beispielsweise wird das Isolierelement 8 zwischen dem Gehäuse 40 (genauer dem Gehäusekörper 45) und der Elektrodenanordnung 2 angeordnet. Das Isolierelement 8 wird beispielsweise aus einem schichtförmigen Element mit Isoliereigenschaften gebildet. Das Isolierelement 8 wird beispielsweise aus einem Harz gebildet, wie beispielsweise Polypropylen oder Polyphenylensulfid.
Ein Verfahren zum Herstellen der Sekundärbatterie 1 mit wasserfreiem Elektrolyt (Lithium-Ionen-Sekundärbatterie), wie die obige Energiespeichervorrichtung 1, wird unten beschrieben werden.
Die Sekundärbatterie 1 mit wasserfreiem Elektrolyt wird durch ein allgemeines Verfahren hergestellt.
Beispielsweise kann die Sekundärbatterie 1 mit wasserfreiem Elektrolyt durch Durchführen von Folgendem hergestellt werden:
einem Schritt zum Herstellen einer breiten Elektrodenplatte zum Herstellen einer breiten Elektrodenplatte mit einem schichtförmigen Vorschneide-Stromsammelsubstrat und Vorschneide-Schichten eines aktiven Materials, die auf beiden Seiten des Vorschneide-Stromsammelsubstrates angeordnet sind;
einem Schneideschritt zum Herstellen der positiven Elektrode 10 und der negativen Elektrode 20 als eine Elektrode durch Schneiden der breiten Elektrodenplatte in Dickenrichtung;
einem Elektrodenanordnungs-Herstellungsschritt zum Herstellen der Elektrodenanordnung 2 durch das Schichten der positiven Elektrode 10 und der negativen Elektrode 20, die durch das Schneiden hergestellt werden, und des Separators 3 in Dickenrichtung; und
einem Unterbringungsschritt zum Unterbringen der Elektrodenanordnung 2 und der Elektrolytlösung in dem Gehäuse 40.
In dem Schritt zum Herstellen einer breiten Elektrodenplatte werden eine breite positive Elektrodenplatte (ursprüngliche positive Elektrode) und eine breite negative Elektrodenplatte jeweils als die breite Elektrodenplatte hergestellt.
Bei der Herstellung der breiten positiven Elektrodenplatte wird beispielsweise ein positiver Verbundstoff durch Mischen des oben beschriebenen partikelförmigen, positiven aktiven Materials, des leitenden Mittels, des Bindemittels und des Verdickungsmittels mit einem organischen Lösungsmittel, wie beispielsweise N-Methyl-2-pyrrolidon (NMP), vorbereitet. Danach wird der positive Verbundstoff auf beide Seiten des schichtförmigen Vorschneide-Stromsammelsubstrates der positiven Elektrode aufgetragen. Dann wird das organische Lösungsmittel aus dem positiven Verbundstoff durch Trocknen verflüchtigt und folglich wird die breite positive Elektrodenplatte hergestellt, bei der die Schicht 12 eines positiven aktiven Materials auf beiden Seiten des Vorschneide-Stromsammelsubstrates der positiven Elektrode angeordnet ist.
Als das Vorschneide-Stromsammelsubstrat der positiven Elektrode wird das gleiche Material wie das oben beschriebene Stromsammelsubstrat 11 der positiven Elektrode eingesetzt.
Bei der Herstellung der breiten positiven Elektrodenplatte wird als ein Verfahren zum Mischen des positiven aktiven Materials, des leitenden Mittels, des Bindemittels, des Verdickungsmittels und dergleichen ein Verfahren zum Mischen der obigen Materialien beispielsweise unter Verwendung eines Pulvermischers, wie beispielsweise ein V-Mischer, ein S-Mischer, einer Steinmühle, einer Kugelmühle oder einer Planetenkugelmühle eingesetzt.
Bei der Herstellung der breiten positiven Elektrodenplatte ist ein Verfahren zum Auftragen des positiven Verbundstoffes auf das Stromsammelsubstrat der breiten positiven Elektrodenplatte nicht besonders beschränkt, aber setzt beispielsweise das Beschichten mittels Walzen bzw. Walzen-Beschichtung (roller coating), wie beispielsweise eine Auftragswalze, Screen-Beschichtung, Rakel-Beschichtung, Rotations-Beschichtung oder Stangen-Beschichtung (bar coating) ein.
Beispielsweise wird die breite negative Elektrodenplatte in gleicher Weise wie bei der breiten positiven Elektrodenplatte hergestellt.
Insbesondere wird die breite negative Elektrodenplatte durch das gleiche Verfahren wie beispielsweise das Verfahren zum Herstellen der breiten positiven Elektrodenplatte, das oben beschrieben wurde, mit Ausnahme des Verwendens des partikelförmigen negativen aktiven Materials anstelle des partikelförmigen positiven aktiven Materials hergestellt.
Das heißt, bei der Herstellung der breiten negativen Elektrodenplatte wird beispielsweise, nachdem ein negativer Verbundstoff durch Mischen des oben beschriebenen partikelförmigen, positiven aktiven Materials, des Bindemittels und des Verdickungsmittels mit einem organischen Lösungsmittel vorbereitet wird, der negative Verbundstoff auf beide Seiten des schichtförmigen Vorschneide-Stromsammelsubstrates der negativen Elektrode aufgetragen. Anschließend wird das organische Lösungsmittel aus dem negativen Verbundstoff durch Trocknen verflüchtigt. Dann wird die breite negative Elektrodenplatte hergestellt, bei der die Schichten eines aktiven Materials der negativen Elektrode auf beiden Seiten des Vorschneide-Stromsammelsubstrates der negativen Elektrode angeordnet sind.
Als das Vorschneide-Stromsammelsubstrat der negativen Elektrode wird das gleiche Material wie das oben beschriebene Stromsammelsubstrat 21 der negativen Elektrode eingesetzt.
In dem Schneideschritt werden die breite positive Elektrodenplatte und die breite negative Elektrodenplatte durch ein allgemeines Verfahren geschnitten.
Als das Schneidverfahren kann beispielsweise ein Verfahren zum Schneiden der breiten Platte unter Verwendung der Thomson-Klinge, die an der Thomson-Stanzmaschine angebracht ist, eingesetzt werden. Des Weiteren kann für das Schneiden ein Gruppenmodus (gang mode), ein Schermodus, ein Lasertyp oder ein Einkerbtyp eingesetzt werden.
Wie oben beschrieben wurde, wird der gebogene Endabschnitt 6 auf der Elektrode durch Schneiden in dem Schneideschritt ausgebildet. Beim Schneiden wird die Schneidkraft an eine der breiten positiven Elektrodenplatte und der breiten negativen Elektrodenplatte zu einer Richtung zumindest in Dickenrichtung angelegt. Folglich wird durch das Schneiden in dem Schneidschritt, da die Dichte der Schicht eines aktiven Materials, die auf einer Oberfläche des Stromsammelsubstrates angeordnet ist, höher wird, die Dichte der Schicht eines aktiven Materials, die auf der anderen Oberfläche des Stromsammelsubstrates angeordnet ist, an dem gebogenen Endabschnitt 6 geringer. Zudem wird das Stromsammelsubstrat zu der Schicht eines aktiven Materials mit der hohen Dichte gebogen.
In dem Elektrodenanordnungs-Herstellungsschritt wird beispielsweise die plattenförmige Elektrodenanordnung 2 hergestellt, die in den 3 bis 5 veranschaulicht ist.
Beispielsweise wird die Elektrodenanordnung 2 derart hergestellt, dass die schichtförmige positive Elektrode 10, der schichtförmige Separator 3, die schichtförmige negative Elektrode 20 und der schichtförmige Separator 3 jeweils in der Dickenrichtung in dieser Reihenfolge geschichtet werden. Zu dieser Zeit werden die positive Elektrode 10 und die negative Elektrode 20 derart geschichtet, dass der gebogene Endabschnitt 6 der positiven Elektrode 10 und der gebogene Endabschnitt 6 der negativen Elektrode 20 zumindest aneinander angrenzend sind und dass die Richtung des Stromsammelsubstrates 11 der positiven Elektrode und die Richtung des Stromsammelsubstrates 21 der negativen Elektrode an den gebogenen Endabschnitten 6, die aneinander angrenzend sind, einander entgegengesetzt sind. Zudem sind die Vielzahl von positiven Elektroden 10 in der geschichteten Richtung derart angeordnet, dass die Stromsammelsubstrate an den gebogenen Endabschnitten der positiven Elektroden 10 die gleiche Biegerichtung aufweisen, und die Vielzahl von negativen Elektroden 20 sind in der geschichteten Richtung derart angeordnet, dass die Stromsammelsubstrate an den gebogenen Endabschnitten der negativen Elektroden 20 die gleiche Biegerichtung aufweisen. Ferner können die positive Elektrode 10, der Separator 3 und die negative Elektrode 20 in der gleichen Weise geschichtet werden. Wenn die Elektrodenanordnung 2 durch das Schichten der Vielzahl von positiven Elektroden 10 und der Vielzahl von negativen Elektroden 20 der Reihe nach ausgebildet wird, werden beispielsweise die positiven Elektroden 10 mit den negativen Elektroden 20 jeweils elektrisch parallel geschaltet.
Zudem kann beispielsweise die in 7 veranschaulichte Wicklungselektrodenanordnung 2 in dem Elektrodenanordnungs-Herstellungsschritt hergestellt werden.
Bei der Herstellung der Wicklungselektrodenanordnung 2 wird beispielsweise ein geschichteter Körper derart hergestellt, dass die bandähnliche positive Elektrode 10, der bandähnliche Separator 3, die bandähnliche negative Elektrode 20 und der bandähnliche Separator 3 jeweils in der Dickenrichtung in dieser Reihenfolge geschichtet werden. Zu dieser Zeit werden die positive Elektrode 10 und die negative Elektrode 20 derart geschichtet, dass der gebogene Endabschnitt 6 der positiven Elektrode 10 und der gebogene Endabschnitt 6 der negativen Elektrode 20 zumindest aneinander angrenzend sind und dass die Biegerichtungen der Stromsammelsubstrate an den gebogenen Endabschnitten 6 jeweils einander entgegengesetzt sind. Der geschichtete Körper wird um eine Achse als eine Wicklungsachse herum gewickelt, die sich in Breitenrichtung des geschichteten Körpers erstreckt. Auf diese Weise wird die Wicklungselektrodenanordnung 2 hergestellt.
In dem Unterbringungsschritt werden die hergestellte Elektrodenanordnung 2 und die Elektrolytlösung in dem Gehäuse 40 untergebracht. Zudem wird der flache Anschluss 51 mit der Elektrodenanordnung 2 durch Verschweißen des äußeren Abschnitts des Stromsammelstreifens 11a jeder Elektrode und des flachen Anschlusses 51 verbunden.
Insbesondere wird die Elektrodenanordnung 2 in dem Gehäuse 40 durch Verbinden der Flanschabschnitte 41b der oben beschriebenen Gehäusestücke 41 angeordnet. Zu dieser Zeit wird die im Voraus vorbereitete Elektrolytlösung in dem Gehäuse 40 untergebracht. Zu dieser Zeit wird der flache Anschluss 51 für die positive Elektrode mit dem Stromsammelstreifen 11a der gebündelten positiven Elektrode 10 verbunden und der flache Anschluss 51 für die negative Elektrode mit dem Stromsammelstreifen 21a der gebündelten negativen Elektrode 20 verbunden. Zudem werden zu dieser Zeit ein Teil des flachen Anschlusses 51 für die positive Elektrode und ein Teil des flachen Anschlusses 51 für die negative Elektrode jeweils außerhalb des Gehäuses 40 angeordnet.
Indessen werden im Falle der Herstellung der Wicklungselektrodenanordnung 2 beispielsweise zunächst die positive Elektrode 10, der Separator 3, die negative Elektrode 20 und der Separator 2 in dieser Reihenfolge voneinander überlappt und dann gewickelt, wobei dadurch die Elektrodenanordnung 2 in dem Unterbringungsschritt ausgebildet wird. Als Nächstes wird die Elektrodenanordnung 2 in dem Gehäusekörper 45 untergebracht. Danach wird der Stromkollektor 5 mit jeder Elektrode der positiven Elektrode 10 und der negativen Elektrode 20 verbunden. Des Weiteren werden der Stromkollektor 5 und der externe Anschluss 55 miteinander verbunden, während der Gehäusekörper 45 mit der Abdeckplatte 46 bedeckt wird, die mit dem externen Anschluss 55 montiert wird. In diesem Zustand werden der Gehäusekörper 45 und die Abdeckplatte 46 verschweißt. Die Elektrolytlösung wird durch eine Flüssigkeitseinspritzöffnung eingespritzt. Schließlich wird die Flüssigkeitseinspritzöffnung mit dem Flüssigkeitseinspritzstopfen 46b gesperrt.
Folglich ist es möglich, die Sekundärbatterie 1 mit wasserfreiem Elektrolyt als die Energiespeichervorrichtung herzustellen.
Die Energiespeichervorrichtung der vorliegenden Erfindung ist nicht auf die obige Ausführungsform beschränkt und verschiedene Änderungen und Modifikationen können natürlich vorgenommen werden, ohne von dem Bereich und Wesen der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Beispielsweise kann eine Konfiguration einer anderen Ausführungsform zu einer Konfiguration einer Ausführungsform hinzugefügt werden oder ein Teil der Konfiguration einer Ausführungsform durch die Konfiguration einer anderen Ausführungsform ersetzt werden. Zudem kann ein Teil der Konfiguration einer Ausführungsform entfernt werden.
Ferner beschreibt die obige Ausführungsform den Fall, in dem die Energiespeichervorrichtung als die ladbare/entladbare Sekundärbatterie mit wasserfreiem Elektrolyt (beispielsweise Lithium-Ionen-Sekundärbatterie) verwendet wird, aber die Art und Größe (Kapazität) der Energiespeichervorrichtung sind willkürlich. Zudem beschreibt die obige Ausführungsform die Lithium-Ionen-Sekundärbatterie als ein Beispiel der Energiespeichervorrichtung, ist aber nicht darauf beschränkt. Beispielsweise ist die Erfindung auf Primärbatterien oder Energiespeichervorrichtungen in Form eines Kondensators, wie beispielsweise ein elektrischer Doppelschichtkondensator, zusätzlich zu verschiedenen Sekundärbatterien anwendbar.
Die Energiespeichervorrichtung (beispielsweise Batterie) der obigen Ausführungsformen kann in einem Energiespeichergerät (Batteriemodul, wenn die Energiespeichervorrichtung eine Batterie ist) verwendet werden. Das Energiespeichergerät enthält zumindest zwei Energiespeichervorrichtungen 1 und ein Sammelschienenelement, das zum elektrischen Verbinden von zwei (unterschiedlichen) Energiespeichervorrichtungen 1 miteinander verwendet wird. In diesem Fall kann zumindest eine der obigen Energiespeichervorrichtungen 1 auf die Energiespeichervorrichtung 1 angewandt werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 2011/016243 A [0004, 0004, 0005, 0007, 0010]

Claims

Energiespeichervorrichtung mit: einer schichtförmigen positiven Elektrode und einer schichtförmigen negativen Elektrode, wobei die positive Elektrode und die negative Elektrode geschichtet sind; wobei jede Elektrode ein Stromsammelsubstrat und Schichten eines aktiven Materials, die auf beiden Oberflächen des Stromsammelsubstrates angeordnet sind, enthält, sich zumindest ein Teil jedes Stromsammelsubstrates zu einem Endabschnitt jeder Elektrode erstreckt und zu einer Seite in einer geschichteten Richtung an dem Endabschnitt gebogen wird und eine Biegerichtung des Stromsammelsubstrates in der geschichteten Richtung an dem Endabschnitt der positiven Elektrode entgegengesetzt einer Biegerichtung des Stromsammelsubstrates in der geschichteten Richtung an dem Endabschnitt der negativen Elektrode ist, der an den Endabschnitt der positiven Elektrode angrenzend ist.
Energiespeichervorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Endabschnitte der positiven Elektrode und der negativen Elektrode in der geschichteten Richtung abwechselnd angeordnet werden, die Endabschnitte des Stromsammelsubstrates der positiven Elektrode in die gleiche Richtung in der geschichteten Richtung gebogen werden und die Endabschnitte des Stromsammelsubstrates der negativen Elektrode in eine den Endabschnitten des Stromsammelsubstrates der positiven Elektrode in der geschichteten Richtung entgegengesetzte Richtung gebogen werden.
Energiespeichervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei eine Stärke der positiven Elektrode und eine Stärke der negativen Elektrode konstant sind.
Energiespeichervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei zumindest die positive Elektrode und/oder die negative Elektrode in eine rechteckigen Form ausgebildet wird und die Biegerichtungen des Stromsammelsubstrates an den Endabschnitten entlang zumindest zwei Seiten der einen rechteckigen Elektrode gleich sind.