DE3412890A1

DE3412890A1 - Batterie mit nichtwaessrigem elektrolyten und mit spiralfoermig gewickelten elektroden

Info

Publication number: DE3412890A1
Application number: DE19843412890
Authority: DE
Inventors: Hironosuke Ikeda; Hitoshi Nakashima; Etsuro Yamashita
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 1983-04-06
Filing date: 1984-04-05
Publication date: 1984-10-11
Also published as: JPS59156358U; US4604333A; FR2544135B1; GB2140609A; GB2140609B; CH663689A5; FR2544135A1; GB8408509D0

Description

BESCHREIBUNG

Die Erfindung betrifft eine Nichtwäßrigelektrolytbatterie, die hier als Batterie mit nichtwäßrigem Elektrolyten bezeichnet wird, und einen spiralförmigen Elektrodenkörper aufweist, der durch Wickeln von sowohl einer bandförmigen negativen Elektrode, in der ein Leichtmetall, wie beispielsweise Lithium, Natrium, etc. als aktives Material verwendet wird, als auch einer bandförmigen positiven Elektrode, in der Mangandioxyd, Kohlenstoffluorid etc. als aktives Material verwendet wird, unter Zwischenfügung eines Trennelements hergestellt wird.

Batterien dieser Art, die mit einem spiralförmigen Elektrodenkörper versehen sind, haben insbesondere den Vorteil, daß eine hohe Stromentladung von diesen Batterien im Vergleich mit Batterien vom Knopftyp oder flachen Batterien abgenommen werden kann. Da jedoch das Trennelement, das zwischen die positive und negative Elektrode zwischengefügt ist, generell aus Materialien mit verhältnismäßig niedrigem Schmelzpunkt besteht, wie beispielsweise aus ungewebten Faserstoffen oder dünnen Platten bzw. Folien von gegenüber dem nichtwäßrigen Elektrolyt widerstandsfähigem Polypropylen (Schmelzpunkt: 165 bis 170⁰C) oder Polyethylen (Schmelzpunkt: 130 bis 140⁰C), kann das Trennelement durch Wärmeerzeugung innerhalb der Batterie, die durch Hochstromentladung oder äußeren Kurzschluß bewirkt wird, geschmolzen werden, so daß es dadurch zu einem inneren Kurzschluß kommen kann.

In der US-Patentschrift 3 298 871 ist ein Batterieaufbau beschrieben, der einen spiralförmigen Elektrodenkörper umfaßt, bei dem im Beispielsfall einer Nickel-Cadmlum-Batterie ein Kurzschluß verhindert wird, welcher durch Durch-

dringen bzw. Durchstechen der Trennelemente mittels rauher Kanten oder Grat in der spiralförmig gewickelten Zellenrolle oder durch Aufspringen, Reißen, Rissigwerden o. dgl. der Elektroden an beiden Endrändern, wenn diese hergestellt werden, verursacht wird, wobei diese Verhinderung eines Kurzschlusses dadurch geschieht, daß beide Endränder der bandförmigen Elektroden mit einer dünnen Platte bzw. Folie von Zellwolle bzw. zurückgewonnener Zellulose o. dgl. bedeckt' werden. Jedoch wird die dünne Platte bzw. Folie nicht dazu verwendet, um einen Kurzschluß zu verhindern, der durch Schmelzen oder Verschmelzung von Trennelementen verursacht werden könnte. Im einzelnen läßt sich, da die Zellwolle bzw. degenerierte Zellulose, die konkret angegeben ist, durch Wärme carbonisiert und leitend wird, ein Kurzschluß, der durch Schmelzen von Trennelementen verursacht wird, nicht verhindert.

Mit der vorliegenden Erfindung wird eine Batterie mit nichtwäßrigem Elektrolyten zur Verfügung gestellt, die einen spiralförmigen Elektrodenkörper aufweist, der durch Wikkeln einer bandförmigen negativen Elektrodenplatte aus einem Leichtmetall und einer bandförmigen positiven Elektrodenplatte durch ein Trennelement bzw. unter Zwischenfügung eines Trennelements ausgebildet ist, wobei ein beliebiger bzw. willkürlicher Teil, in dem die positive und negative Elektrodenplatte einander zugewandt sind, durch Zwischenfügung eines wärmewiderstandsfähigen Isolationsteils, das aus einem anderen Material als das Trennelement hergestellt ist, isoliert ist.

Gemäß der Erfindung wird selbst dann, wenn das Trennele- ' ment durch innere Wärme der Batterie, die durch eine hohe · Stromentladung bzw. durch einen hohen Entladungsstrom oder einen äußeren Kurzschluß der Batterie verursacht wird, geschmolzen wird, ein innerer Kurzschluß der Batterie ver-

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hindert, da das wärmewiderstandsfähige Isolationsteil zwischen der positiven und negativen Elektrodenplatte vorhanden bleibt.

Die Erfindung sei nachstehend anhand einiger in den Fig. 1 bis 9 der Zeichnung dargestellter, besonders bevorzugter Ausführungsformen derselben näher erläutert; es zeigen:

Fig. 1 getrennte perspektivische Ansichten von Bauteibis 4 len eines spiralförmigen Elektrodenkörpers, wie er für eine Ausführungsform einer Batterie gemäß der Erfindung verwendet wird, und zwar zeigen diese Fig. jeweils eine negative Elektrode, ein Trennelement, ein wärmewiderstandsfähiges Isolationsteil und eine positive Elektrode;

Fig. 5 einen Teil einer Schnittansicht durch eine Batterie gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 6 eine Schnittansicht längs der Linie A-A¹;

Fig. 7 eine perspektivische Ansicht eines wärmewiderstandsfähigen Isolationsteils gemäß einer anderen Ausführungsform, das für eine Batterie nach der Erfindung verwendet werden kann; und

Fig. 8 perspektivische Ansichten von positiven Elektro- und 9 den, die mit einem wärmewiderstandsfähigen Isolationsteil auf der Seitenoberfläche versehen sind und in einer weiteren Ausführungsform einer

Batterie nach der Erfindung verwendet werden.

Als wärmewiderstandsfähige Teile, wie sie gemäß der Erfindung verwendet werden, können dünne Platten oder Folien oder geformte Teile von Harzen bzw. Kunststoffen mit hohem Schmelzpunkt verwendet werden, wie er bei fluorhaltigen

Harzen bzw. Kunststoffen erzielt wird., wie beispielsweise Polytetrafluorethylen (Schmelzpunkt: 327°C), etc., oder wie er durch Silikonharze (Schmelzpunkt: oberhalb von 200⁰C) oder in anderer Weise erzielt wird. 5

In einer Batterie gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein beliebiger bzw. willkürlicher Teil, wo die positive und negative Elektrodenplatte einander zugewandt sind, durch Zwischenfügung eines wärmewiderstandsfähigen Isolationsteils isoliert, das aus einem Material hergestellt ist, welches unterschiedlich von dem Material ist, aus dem das Trennelement hergestellt ist. Der erwähnte willkürliche bzw. beliebige Teil kann der gesamte Teil bzw. Bereich zwischen der positiven Elektrodenplatte und der negativen Elektrodenplatte sein, er ist jedoch angemessenerweise bzw. bevorzugt in einer Position dieser Elektrodenplatten, in welcher die Temperatur am stärksten ansteigt. Konkret gesagt, ist dieser Teil besonders bevorzugt, der Anfangsteil der Rolle, welcher dem Zentrum eines spiralförmigen Elektrodenkörpers entspricht, in dem es schwierig ist, die Wärme abzuleiten, und/oder ein Teilbereich in der Nähe eines Leiters einer Elektrode, der eine hohe Stromdichte hat.

Das Isolationsteil kann in der Form einer dünnen Platte oder Folie, einer U-förmigen dünnen Platte oder Folie, die durch Falten einer dünnen Platte oder Folie erhalten worden ist, oder einer Säule bzw. eines Stabs, die bzw. der eine Nut in der Seitenoberfläche hat, verwendet werden. Im einzelnen kann es in der Weise angewandt werden, daß man das in Form einer dünnen Platte oder Folie vorliegende Teil unter Verwendung eines Klebemittels an ein Trennelement bindet bzw. mit einem Trennelement verbindet, daß man entweder die positive Elektrodenplatte oder die negative Elektrodenplatte mit dem in Form einer U-förmigen dünnen Platte oder Folie vorliegenden Teil bedeckt, oder daß man die Elektrodenplatte, die ein Trennelement

auf beiden Oberflächen hat, mit dem in Form einer U-förmigen dünnen Platte oder Folie vorliegenden Teil bedeckt. Weiter kann auch ein wärmewiderstandsfähiges Isolationsteil verwendet werden, das aus einem säulen- bzw. stabförmigen geformten Körper besteht, der eine Nut bzw. Vertiefung in der Seitenoberfläche hat. Dieses Isolationsteil kann in der Weise angewandt werden, daß man einen Anfangsteil der Rolle, welcher einen überlappten Teil von einer Elektrode und einem Trennelement umfaßt, in der Nut bzw. Vertiefung anordnet.

Die Erfindung sei nun anhand einer bevorzugten Ausführungsform einer nachfolgend beschriebenen Batterie mit nichtwäßrigem Elektrolyt näher erläutert.

In Fig. 1 bis 6 ist mit 1 eine bandförmige negative Elektrodenplatte bezeichnet, die aus einer gewalzten Lithiumplatte besteht. Ein negatives Kollektornetz 2 ist auf eine Seitenoberfläche der negativen Elektrodenplatte 1 gepreßt, und ein negativer Kollektorstab 3, der auch als ein Wickelkern dient, ist an einem freiliegenden Endteil des negativen Kollektornetzes befestigt.

Mit 4 ist ein Trennelement aus einer porösen dünnen PoIypropylenplatte bzw. einer porösen Polypropylenfolie bezeichnet, die zweifach gefaltet ist bzw. so gefaltet ist, daß sie doppelt liegt, und die die negative Lithiumelektrodenplatte 1 bedeckt.

Mit 5 ist ein wärmewiderstandsfähiges Isolationsteil bezeichnet, das aus einer U-förmigen dünnen Platte aus PoIytetrafluourethylen besteht und auf dem Trennelement 4 so vorgesehen ist, daß es an der Außenseite des Trennelements 4 angeordnet ist, welches die negative Elektrodenplatte umgibt.

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Mit 6 ist eine bandförmige positive Elektrodenplatte bezeichnet, die aus einem positiven Material zusammengesetzt ist, das Mangandioxyd als aktives Material enthält (Mangandioxyd:Graphit als leitfähiges Material:Polytetrafluorethylen als Bindemittel = 85:10:5 Gewichtsteile). Ein Kern bzw. ein innerer Teil der Elektrodenplatte liegt an deren Endteil frei, und an dem freiliegenden Teil ist eine positive Leitung 7, beispielsweise ein streifenartiges Leiterstück, befestigt.

Die positive Elektrodenplatte 6 wird auf der einen Seitenoberfläche des wärmewiderstandsfähigen Isolationsteils 5 angeordnet, und diese Teile werden gewickelt oder gerollt bzw. gewalzt, indem man den negativen Kollektorstab 3 als Wickelkern benutzt, so daß dadurch ein spiralförmiger Elektrodenkörper erzielt wird.

Der spiralförmige Elektrodenkörper wird dann in einem Gehäuse 8 angeordnet, das als positiver Anschluß dient.

Die positive Leitung 7 wird durch Punktschweißung an der inneren Oberfläche des Gehäuses 8 angebracht, und ein negativer Anschluß 10, der an einer mittigen Perforation einer isolierenden Abdichtungsplatte 9 befestigt ist, wird durch eine negative Leitung 11 mit dem negativen Kollektorstab 3 verbunden. Danach wird der Öffnungsrand des Gehäuses 8 an der isolierenden Abdichtungsplatte 9 festgeklemmt, so daß man die in Fig. 5 gezeigte vollständig fertiggestellte Batterie erhält.

Als Elektrolyt wird z. B. eine Lösung benutzt, die durch Auflösen von Lithiumperchlorat in einer Konzentration von 1 mol in einem gemischten Lösungsmittel aus gleichen Volumina von Propylencarbonat und Dimethoxyethan hergestellt wird.

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Die Fig. 7 zeigt ein säulenförmiges wärmewiderstandsfähiges Isolationsteil 5' gemäß einer anderen Ausführungsform, das aus Polytetrafluorethylen hergestellt ist. Das Teil 5" wird in der Weise angewandt, daß ein Anfangsteil einer Rolle bzw. eines Wickelkörpers, der einen überlappenden Teil der Elektrode und des Trennelements aufweist, in einer Nut 12 dieses Teils 12' angeordnet wird.

Die Fig. 8 und 9 zeigen weitere Ausführungsformen, in denen jeweils eine positive Leitung 17 und 27, die vorliegend streifenförmig ausgebildet ist, an der Mitte bzw. Längsmitte von der jeweiligen positiven Elektrodenplatte 16 bzw. 26 vorgesehen ist. Das in Fig. 8 gezeig- te wärmewiderstandsfähige Isolationsteil ist ein zweifach gefaltetes bzw. durch Falten übereinandergelegtes folienförmiges bzw. dünnplattenförmiges wärmewiderstandsfähiges Isolationsteil 15, welches ein Beispiel für die Abdeckung der Nachbarschaft bzw. unmittelbaren Umgebung der positiven Leitung 17 ist. Das in Fig. 9 gezeigte wärmewiderstandsfähige Isolationsteil ist ein solches Beispiel, bei dem die positive Leitung 27 durch den gefalteten Teil des zweifach gefalteten bzw. durch Faltung übereinandergelegten, folienförmigen bzw. dünnplattenförmigen, wärmewiderstandsfähigen Isolationsteils 25 hindurchdringt, bei dem auf diese vorerwähnte Weise die Nachbarschaft bzw. unmittelbare Umgebung des Leiters 27 mit diesem isolierenden Teil 25 abgedeckt ist.

Da, wie oben beschrieben wurde, der beiliebige Teil, an dem die positive und negative Elektrodenplatte einander zugewandt sind, durch Zwischenfügung des wärmewiderstandsfähigen Isolationsteils voneinander isoliert sind, wird ein innerer Kurzschluß der Batterie verhindert, weil das Isolationsteil selbst dann zwischen der positiven und negativen Elektrodenplatte bleibt, wenn das Trennelement

durch die innere Wärme der Batterie, die durch einen hohen Entladungsstrom oder einen äußeren Kurzschluß der Batterie verursacht wird, geschmolzen wird. Obwohl der Teil, an dem die positive und negative Elektrodenplatte einander zugewandt sind, der gesamten Oberfläche der Elektrodenplatten entsprechen kann, wird das vorgenannte Ziel in genügendem Maße erreicht, wenn dieser Teil der Anfangsteil der Rolle bzw. des Wickels des Elektrodenkörpers ist, in dem die Temperatur leicht ansteigt, und/oder die Nachbarschaft des Leiters der Elektrode, der bzw. die eine hohe Stromdichte hat, wie in den Ausführungsformen veranschaulicht worden ist.

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Claims

3 4 Ί Z Ö a U KRAUS · WEISERT & PARTNER PATENTANWÄLTE UND ZUGELASSENE VERTRETER VOR DEM EUROPÄISCHEN PATENTAMT DR. WALTER KRAUS OIPLOMCHEMIKER · OR.-INQ. DIPU-ING. ANNEKÄTE WEISERT ■ DIPL.-PHYS. JOHANNES SPIES IRMGARDSTRASSE 18 ■ D-βΟΟΟ MÜNCHEN 71 · TE LEFON Ο8Θ /7Θ 7O 77 TELEGRAMM KRAUSPATENT · TELEX 5-212156 kpat d · TELEFAX (Ο8Θ) 7 91 82 33 4418 JS/ei SANYO ELECTRIC CO., LTD. MORIGUCHI/JAPAN Batterie mit nichtwäßrigem Elektrolyten und mit spiralförmig gewickelten Elektroden PATENTANSPRÜCHE

1./ Batterie mit nichtwäßrigem Elektrolyten, umfassend iinen spiralförmigen Elektrodenkörper, der durch Wickeln einer bandförmigen negativen Elektrodenplatte aus einem Leichtmetall und einer bandförmigen positiven Elektrodenplatte unter Zwischenfügung eines Trennelements hergestellt ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein beliebiger Teil, an dem die positive und negative Elektrodenplatte (1,6,16,26) einander zugewandt sind, durch Zwischenfügung eines wärmewiderstandsfähigen Isolationsteils (5 ,5 ' , 15 ,25), das aus einem anderen Material als das Trennelement (4) hergestellt ist, isoliert ist.

2. Batterie mit nichtwäßrigem Elektrolyten nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der beliebige Teil ein Anfangsteil der Rolle aus der positiven und negativen Elektrodenplatte (1,6,16,26) und/ oder die Nachbarschaft eines Leiters (3,7,17,27) von einer der Elektrodenplatten (1,6,16,26) ist.

3. Batterie mit nichtwäßrigem Elektrolyten nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das wärmewiderstandsfähige Isolationsteil (5,15,25) die Form einer dünnen Platte oder Folie oder die Form einer U-förmigen dünnen Platte oder Folie, welche durch Falten einer dünnen Platte oder Folie erhalten worden ist, hat, die zum Bedecken bzw. Abdecken des Anfangsteils der Rolle aus der positiven und negativen Elektrodenplatte (1,6,16,26) und/oder der Nachbarschaft eines Leiters (7,17,27) von einer der Elektrodenplatten (6, 16,26) benutzt wird.

4. Batterie mit nichtwäßrigem Elektrolyten nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das wärmewiderstandsfähige Isolationsteil (5¹) die Form einer Säule bzw. eines Stabs besitzt, die bzw. der eine Nut (12) in der Seitenoberfläche hat, welche bzw. welcher dazu benutzt wird, einen Anfangsteil der Rolle, der einen überlappten Teil aus einer Elektrode (1,6,) und dem Trennelement (4) aufweist, in der Nut (12) anzuordnen.