DE69923138T2 - Batterie mit festem Elektrolyten - Google Patents

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Goro Shinagawa-ku Shibamoto
Shuji Shinagawa-ku Goto
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Sony Corp
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Description

  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Batterie mit einem festen Elektrolyten, die einen festen Elektrolyten oder einen Gelelektrolyten einbezieht.
  • Beschreibung des diesbezüglichen Standes der Technik
  • In den letzten Jahren hat sich die Leistungsfähigkeit von elektronischen Vorrichtungen, dargestellt durch Videokameras und tragbare Telefone, bedeutend verbessert, und die Größe derselben hat sich beträchtlich verringert. Auch eine Größenreduktion und Verbesserung der Leistungsfähigkeit von Sekundärbatterien, die als Stromquellen für die elektronischen Vorrichtungen dienen, war erforderlich. Bisher wurden Bleibatterien und Nickel-Cadmium-Batterien als Sekundärbatterien verwendet. Darüber hinaus wurden Forschung und Entwicklung für neue Sekundärbatterien mit nicht-wässerigen Elektrolyten energisch verfolgt, von denen jede Lithium oder eine Lithiumlegierung als ein aktives Material einer negativen Elektrode enthält.
  • Die Sekundärbatterie mit nicht-wässerigem Elektrolyt, enthaltend Lithium oder die Lithiumlegierung als das aktive Material der negativen Elektrode zeigt eine hohe Energiedichte. Die vorangehend genannte Sekundärbatterie mit nicht-wässerigem Elektrolyten hat aber das Problem, dass die Leistungsfähigkeit infolge von Dendrit-Wachstum und unerwünschter Verkürzung der Lebensdauer gegenüber Ladungs- und Entladungszyklen beeinträchtigt wird. Eine Sekundärbatterie mit nicht-wässerigem Elektrolyten enthält als aktives Material der negativen Elektrode ein Material, wie eine Substanz, die in der Lage ist, die Lithiumionen zu dotieren/entdotieren. Darüber hinaus enthält die Sekundärbatterie mit nicht-wässerigem Elektrolyten als aktives Material der positiven Elektrode ein zusammengesetztes Lithiumoxid, wie Lithiumkobaltoxid oder Lithiumnickeloxid. Die Sekundärbatterie mit nicht-wässerigem Elektrolyten mit der oben erwähnten Struktur liegt ohne Abscheidungs- und Auflösungsreaktionen von Lithium vor, wenn die Elektrodenreaktionen durchgeführt werden. Daher zeigt die Sekundärbatterie mit nichtwässerigem Elektrolyten eine ausgezeichnete Lebensdauer gegenüber Ladungs-/Entladungszyklen.
  • Eine sekundäre Batteriezelle mit nicht-wässerigem Elektrolyten des oben beschriebenen Typs wird in der EP-A-0 492 586 offenbart, umfassend eine positive und eine negative Elektrode sowie einen nicht-wässerigen Elektrolyten. In einem Beispiel werden sowohl die positiven als auch negativen Elektroden hergestellt, um eine aktive Materialschicht mit einer Filmdicke von 80 μm auf beiden sich gegenüberliegenden Seiten eines Kollektors aufzuweisen, wobei der positive Kollektor eine Dicke von 20 μm aufweist und der negative Kollektor eine Dicke von 10 μm aufweist.
  • In der WO 98/38029 wird ein thermoplastischer poröser Körper zur Herstellung einer nichtwässerigen Batteriezelle beschrieben. In einem Beispiel wird aktives Material auf beide Flächen einer Kollektorfolie mit einer Dicke von 20 μm aufgebracht. In dieser Art und Weise wird eine positive Elektrode mit einer Dicke von 175 μm und eine negative Elektrode mit einer Dicke von 140 μm hergestellt.
  • Jüngst wurde eine sogenannte Batterie mit festem Elektrolyten als Sekundärbatterie mit nichtwässerigem Elektrolyten vorgeschlagen, die ein Kohlenstoffmaterial oder Graphit enthält, um die negative Elektrode zu bilden. Die Batterie mit festem Elektrolyten enthält einen festen Elektrolyten oder einen Gelelektrolyten. Von den Batterien mit festem Elektrolyten zeigt eine Batterie mit festem Elektrolyten eines Typs, enthaltend einen Gelelektrolyten, erhalten durch Plastifizieren eines Polymermaterials mit einer nicht-wässerigen Elektrolytlösung, hohe Ionen-Leitfähigkeit bei Raumtemperaturen. Daher wurden die oben erwähnten Sekundärbatterien als vielversprechende Sekundärbatterie angesehen.
  • Die vorangehende Batterie mit festem Elektrolyten kommt ohne die Befürchtung aus, dass die Lösung ausläuft, sowie die Notwendigkeit, eine Versiegelungsstruktur unter Verwendung eines äußeren Gefäßes, das für die herkömmliche Struktur erforderlich war, vorzusehen. Daher kann die Batterie hergestellt werden durch Einkapseln einer Elektrode vom gewickelten Typ, bestehend aus einer positiven Elektrode und einer negativen Elektrode, mit einem feuchtigkeitsresistenten laminierten Film. Daher erlaubt die Batterie mit festem Elektrolyten eine Reduktion von Gewicht und Dicke, verglichen mit der herkömmlichen Struktur. Folglich kann die Energiedichte der Batterie weiterhin verbessert werden.
  • Die Batterie mit festem Elektrolyten des vorangehenden Typs unterliegt dem Problem, dass die Entladungs-Ladungs-Charakteristika schlechter sind als jene von Sekundärbatterien mit nicht-wässerigem Elektrolyten, weil die Ionen-Leitfähigkeit des Gelelektrolyts nur halb so groß ist wie die Ionen-Leitfähigkeit des nicht-wässerigen Elektrolyts.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Um die vorangehenden Probleme zu überwinden, die mit den herkömmlichen Techniken auftreten, ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Batterie mit festem Elektrolyten bereitzustellen, der die Entladungs-Ladungs-Charakteristika hiervon nicht beeinträchtigt, und in der Lage ist, die Energiedichte anzuheben.
  • Um das vorangehende Ziel zu erreichen, wurde nach einem Aspekt der vorliegenden Erfindung eine Batterie mit festem Elektrolyten bereitgestellt, umfassend eine gewickelte Elektrode, die eine positive Elektrode einbezieht, die einen länglichen Kollektor der positiven Elektrode mit zwei Seiten einbezieht, auf denen Aktivmaterialschichten der positiven Elektrode gebildet sind, eine negative Elektrode, die einen länglichen Kollektor der negativen Elektrode mit zwei Seiten einbezieht, auf denen Aktivmaterialschichten der negativen Elektrode gebildet sind, sowie eine Festelektrolytschicht, gebildet zwischen der positiven Elektrode und der negativen Elektrode, derart, dass die positive Elektrode und die negative Elektrode laminiert und gewickelt sind, worin, wenn die Voraussetzung getroffen wird, dass die Gesamtdicke eines Paars der Aktivmaterialschichten der positiven Elektrode gebildet sind, die auf den zwei Seiten des Kollektors für die positive Elektrode, die Gesamtfilmdicke A darstellt, und die Gesamtdicke eines Paars der Aktivmaterialschichten der negativen Elektrode, die auf den zwei Seiten des Kollektors für die negative Elektrode gebildet sind, die Gesamtdicke B darstellt, die Gesamtfilmdicke A der Aktivmaterialschichten der positiven Elektrode einen Bereich von 60 bis 150 μm erfüllt, und das Verhältnis A/B von der Gesamtfilmdicke A der Aktivmaterialschichten der positiven Elektrode zur Gesamtdicke B der Aktivmaterialschichten der negativen Elektrode einen Bereich von 0,5 bis 1,2 erfüllt.
  • Da die erfindungsgemäße Batterie mit festem Elektrolyten, wie oben beschrieben, strukturiert ist, kann die Energiedichte der Batterie erhöht werden, ohne die Entladungs-/Ladungs-Charakteristika der Batterie zu beeinträchtigen, wenn ein optimaler Wert des Dickenverhältnisses A/B der Gesamtfilmdicke A der Aktivmaterialschichten der negativen Elektrode und der Gesamtdicke B der Aktivmaterialschichten der negativen Elektrode erhalten wird.
  • Andere Ziele, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der nachfolgend detaillierten Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen, die im Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen beschrieben sind, offensichtlich.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1 ist eine auseinander gezogene perspektivische Ansicht, die die Struktur einer Polymer-Lithiumionen-Sekundärbatterie nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
  • 2 ist eine perspektivische Ansicht, die die Struktur der Polymer-Lithiumionen-Sekundärbatterie zeigt;
  • 3 ist ein Diagramm, das schematisch die Struktur einer Elektrode vom gewickelten Typ der Polymer-Lithiumionen-Sekundärbatterie zeigt;
  • 4 ist eine vertikale Querschnittsansicht, die die Struktur einer positiven Elektrode der Polymer-Lithiumionen-Sekundärbatterie zeigt;
  • 5 ist eine vertikale Querschnittsansicht, die eine Gelelektrolytschicht zeigt, gebildet auf der positiven Elektrode der Polymer-Lithiumionen-Sekundärbatterie;
  • 6 ist eine Draufsicht, die die Struktur der positiven Elektrode der Polymer-Lithiumionen-Sekundärbatterie zeigt;
  • 7 ist eine vertikale Querschnittsansicht, die die Struktur einer negativen Elektrode der Polymer-Lithiumionen-Sekundärbatterie zeigt;
  • 8 ist eine vertikale Querschnittsansicht, die eine Gelelektrolytschicht zeigt, gebildet auf der negativen Elektrode der Polymer-Lithiumionen-Sekundärbatterie;
  • 9 ist eine Draufsicht, die die Struktur der negativen Elektrode der Polymer-Lithiumionen-Sekundärbatterie zeigt;
  • 10 ist eine Querschnittsansicht, die einen wesentlichen Bereich der Struktur eines laminierten Films der Polymer-Lithiumionen-Sekundärbatterie zeigt;
  • 11 ist eine Seitenansicht, gesehen von einem in 2 gezeigten Pfeil C, die einen wesentlichen Bereich zeigt;
  • 12 ist eine Darstellung, die die Beziehung zwischen Dickenverhältnissen und Kapazitätsverhältnissen zeigt und
  • 13 ist eine Darstellung, die die Beziehung zwischen Dickenverhältnissen und Energiedichten zeigt.
  • BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nun anhand der Zeichnungen beschrieben. Anhand von 1 und 2 wird nun die Struktur der Polymer-Lithiumionen-Sekundärbatterie 1 nach der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. Ein Leitungsdraht 3 der positiven Elektrode und ein Leitungsdraht 4 der negativen Elektrode, verbunden mit einer gewickelten Elektrode 2, die als externe Anschlüsse dienen, werden aus dem äußeren Abschnitt herausgeführt. Die gewickelte Elektrode 2 wird durch einen oberen laminierten Film 6 und einen unteren laminierten Film 7, die ein Gehäuseteil 5 bilden, eingekapselt.
  • Wie in 3 gezeigt, ist die gewickelte Elektrode 2 derart strukturiert, dass eine positive Elektrode 8 und eine negative Elektrode 9 laminiert und durch einen Separator 10 gewickelt sind. Eine Gelelektrolytschicht 11 wird zwischen der positiven Elektrode 8 und dem Separator 10 und zwischen der negativen Elektrode 9 und dem Separator 10 gebildet.
  • Wie in 4 gezeigt, wird die positive Elektrode 8 gebildet durch Bilden einer Aktivmaterialschicht 13 der positiven Elektrode auf jeder der zwei Seiten eines Kollektors 12 der positiven Elektrode. Darüberhinaus weist die positive Elektrode 8 eine Gelelektrolytschicht 11 auf, gebildet auf jeder der Aktivmaterialschichten 13 der positiven Elektrode, die auf zwei Seiten hiervon, wie in 5 gezeigt, gebildet sind.
  • Wie in den 4 und 5 gezeigt, wird hinsichtlich der positiven Elektrode 8 die Voraussetzung getroffen, dass die Dicken der Aktivmaterialschichten 13 der positiven Elektrode, die auf den zwei Seiten des Kollektors 12 der positiven Elektrode gebildet sind, A1 und A2 sind. Eine weitere Voraussetzung wird getroffen, dass die Gesamtdicke der Paare der Aktivmaterialschichten 13 der positiven Elektrode A darstellt. Daher kann die Gesamtfilmdicke A der Aktivmaterialschichten 13 der positiven Elektrode erhalten werden durch Berechnen von A1 + A2.
  • Der Kollektor der positiven Elektrode 12 kann durch eine Metallfolie gebildet werden, wie eine Aluminiumfolie, eine Nickelfolie oder eine Folie aus rostfreiem Stahl. Es ist bevorzugt, dass die vorangehende Metallfolie eine poröse Metallfolie darstellt. Wenn eine poröse Metallfolie verwendet wird, kann die Haftfestigkeit zwischen dem Kollektor und den Elektrodenschichten erhöht werden. Die poröse Metallfolie kann ein Stanzmetall, ein Streckmetall oder eine Metallfolie mit einer Vielzahl von Öffnungen, gebildet durch Durchführen eines Ätzverfahrens, sein.
  • Das Aktivmaterial der positiven Elektrode zum Aufbau der Aktivmaterialschichten 13 der positiven Elektrode kann ein Metalloxid, Metallsulfid oder ein spezifisches Polymermaterial sein. Das Aktivmaterial der positiven Elektrode kann LixMO2 sein (worin M ein oder mehrere Typen von Übergangsmetallen, bevorzugt Co, Ni oder Mn, darstellt, und x, das in Abhängigkeit vom Ladungs-/Entladungszustand der Batterie abhängt, variiert, erfüllt 0,05 ≤ x ≤ 1,12). Es ist bevorzugt, dass das Übergangsmetall, das das zusammengesetzte Lithiumoxid bildet, Co, Ni oder Mn darstellt. Das zusammengesetzte Lithiumoxid wird veranschaulicht durch LiCoO2, LiNiO2, LiNiyCo1-yO2 (worin 0 < y < 1) sowie LiMn2O4.
  • Zwei oder mehrere Typen von Aktivmaterialien der positiven Elektrode können gemischt werden, um die Aktivmaterialschichten der positiven Elektrode 13 zu bilden. Wenn die Aktivmaterialschichten der positiven Elektrode 13 gebildet werden, wird ein bekanntes Leitfähigkeitsmaterial und/oder ein bekanntes Bindemittel zugegeben.
  • Wie in 6 gezeigt, hat die positive Elektrode 8 ein Ende in Längsrichtung, an dem ein freiliegender Abschnitt 12a gebildet wird, in dem der Kollektor der positiven Elektrode 12 freiliegt, um der Breite des Leitungsdrahts 3 der positiven Elektrode zu entsprechen. Der Leitungsdraht 3 der positiven Elektrode ist mit dem freiliegenden Abschnitt 12a des Kollektors der positiven Elektrode 12 derart verbunden, dass der Leitungsdraht 3 der positiven Elektrode aus einem Ende in Richtung der Breite des freiliegenden Abschnitts 12a des Kollektors der positiven Elektrode 12 herausgeführt wird.
  • Wie in 7 gezeigt, weist die negative Elektrode 9 eine auf jede der zwei Seiten des Kollektors 14 der negativen Elektrode gebildete Aktivmaterialschicht 15 der negativen Elektrode auf. Wie in 8 gezeigt, umfasst die negative Elektrode 9 die Aktivmaterialschicht 15 der negativen Elektrode, die auf jeder der zwei Seiten hiervon gebildet ist, und weist die Gelelektrolytschicht 11 auf, die auf jede der zwei Seiten hiervon gebildet wird.
  • Wie in den 7 und 8 gezeigt, wird hinsichtlich der negativen Elektrode 9 eine Voraussetzung getroffen, dass die Dicken der Aktivmaterialschichten der negativen Elektrode, von denen jede auf jeder der zwei Seiten des Kollektors der negativen Elektrode gebildet ist, B1 und B2 sind. Eine weitere Voraussetzung wird getroffen, dass die Gesamtdicke des Paars der Aktivmaterial schichten der negativen Elektrode B darstellt. Die Gesamtfilmdicke B der Aktivmaterialschichten der negativen Elektrode kann durch Berechnung von B1 + B2 erhalten werden.
  • Der Kollektor 14 der negativen Elektrode kann gebildet werden durch eine Metallfolie, wie eine Kupferfolie, Nickelfolie oder eine Folie aus rostfreiem Stahl. Es ist bevorzugt, dass die Metallfolie eine poröse Metallfolie darstellt. Wenn eine poröse Metallfolie verwendet wird, kann die Haftfestigkeit zwischen dem Kollektor und der Elektrodenschicht erhöht werden. Die poröse Metallfolie kann irgendein Stanzmetall, Streckmetall und eine Metallfolie mit einer Vielzahl von Öffnungen, gebildet durch Durchführen eines Ätzverfahrens, sein.
  • Es ist bevorzugt, dass das Aktivmaterial der negativen Elektrode zum Bilden der Aktivmaterialschichten der negativen Elektrode 15 ein Material darstellt, das in der Lage ist, Lithium zu dotieren/entdotieren. Das Material, das in der Lage ist, Lithium zu dotieren/entdotieren, wird veranschaulicht durch Graphit, nicht graphitisierbares Kohlenstoffmaterial sowie ein graphitisierbares Kohlenstoffmaterial. Das Kohlenstoffmaterial wird veranschaulicht durch Carbon-Black, wie Pyrolyse-Kohlenstoff oder Acetylen-Schwarz, Graphit, glasartigen Kohlenstoff, Aktivkohle, Kohlenstofffaser, ein gesintertes kompaktes Material eines organischen Polymers, ein gesintertes kompaktes Material aus Kaffeebohnen, ein gesintertes kompaktes Material aus Cellulose sowie ein gesintertes kompaktes Material aus Bambus.
  • Zwei oder mehrere Typen der Aktivmaterialien der negativen Elektrode können gemischt werden, um die Aktivmaterialschichten 15 der negativen Elektrode zu bilden. Wenn die Aktivmaterialschichten 15 der negativen Elektrode gebildet werden, kann ein bekanntes Leitfähigkeitsmaterial und/oder ein bekanntes Bindemittel zugegeben werden.
  • Wie in 9 gezeigt, hat die negative Elektrode 9 einen freiliegenden Abschnitt 14a, in dem der Kollektor 14 der negativen Elektrode frei liegt, um der Breite des Leitungsdrahts 4 der negativen Elektrode zu entsprechen, wobei der freiliegende Abschnitt 14a an einem Ende in Längsrichtung der negativen Elektrode 9 gebildet ist. Ein Leitungsdraht 4 der negativen Elektrode wird mit dem freiliegenden Abschnitt 14a verbunden, in dem der Kollektor 14 der negativen Elektrode in einer derartigen Art und Weise frei liegt, dass der Leitungsdraht 4 der negativen Elektrode aus einem Ende in Richtung der Breite des freiliegenden Abschnitts 14a herausgeführt wird.
  • Es ist bevorzugt, dass der Separator 10 gebildet wird durch einen dünnen Film mit kleinen Poren und veranschaulicht durch Polypropylen, Polyethylen und deren zusammengesetztes Material. Es ist weiterhin bevorzugt, dass ein dünner Film mit kleinen Poren verwendet wird, der verbesserte Benetzbarkeit hinsichtlich der Elektrolytlösung durch Verwendung eines oberflächenaktiven Mittels oder Durchführung eines Korona-Entladungsverfahrens aufweist. Somit kann der Anstieg des Widerstands in der Batterie verhindert werden.
  • Wenn die Gelelektrolytschicht 11 gebildet wird, kann ein nicht-wässeriges Lösungsmittel verwendet werden, das veranschaulicht wird durch Ethylencarbonat, Polypropylencarbonat, Butylencarbonat, γ-Butyllacton, γ-Valerolacton, Diethoxyethan, Tetrahydrofuran, 2-Methyltetrahyd rofuran, 1,3-Dioxan, Methylacetat, Methylpropiolsäure, Dimethylcarbonat, Diethylcarbonat, Ethylmethylcarbonat, 2,4-Difluoranisol, 2,6-Difluoranisol und 4-Bromveratrol. Das vorangehende Material kann allein verwendet werden oder zwei oder mehrere Typen der vorangehenden Materialien können als gemischte Lösungsmittel eingesetzt werden.
  • Wenn ein feuchtigkeitsresistenter laminierter Film verwendet wird, um das Gehäuseteil 5 zu bilden, kann das nicht-wässerige Lösungsmittel zusammengesetzt sein aus einer Kombination der folgenden Materialien mit einem Siedepunkt von 150°C oder höher und veranschaulicht durch Ethylencarbonat, Polypropylencarbonat, γ-Butyllacton, 2,4-Difluoranisol, 2,6-Difluoranisol und 4-Bromveratrol.
  • Wenn die Gelelektrolytschicht 11 gebildet wird, wird ein Elektrolytsalz verwendet, das veranschaulicht wird durch ein Lithiumsalz, wie LiPF6, LiAsF6, LiBF4, LiClO4, LiCF3SO3, Li(CF3SO2)2N und LiC4F9SO3. Das vorangehende Lithiumsalz kann einzeln verwendet werden oder zwei oder mehrere Typen der Lithiumsalze können kombiniert werden. Es ist bevorzugt, dass die Menge des Elektrolytsalzes, die zugegeben werden muss, derart ist, dass die Mol-Konzentration im nicht-wässerigen Elektrolyten im Gelelektrolyt 0,10 bis 2,0 mol/l beträgt, um eine befriedigende Ionen-Leitfähigkeit zu verwirklichen.
  • Wenn die Gelelektrolytschicht 11 gebildet wird, wird das Polymermaterial zur Herstellung des Gelelektrolyts eingesetzt. Das Polymermaterial kann sein Polyvinylidenfluorid oder ein Copolymer von Polyvinylidenfluorid. Das Copolymermonomer wird veranschaulicht durch Hexafluorpolypropylen und Tetrafluorethylen.
  • Das Polymermaterial zum Bilden des Gelelektrolyten kann beispielsweise sein Polyacrylonitril oder ein Copolymer von Polyacrylonitril. Das Copolymermonomer (Vinylmonomer) kann irgendeines der nachfolgenden Materialien sein: beispielsweise Vinylacetat, Methylmethacrylat, Butylmethacrylat, Methylacrylat, Butylacrylat, Itaconsäure, Methylacrylathydrid, Ethylacrylathydrid, Acrylamid, Vinylchlorid, Vinylidenfluorid und Vinylidenchlorid. Als eine Alternative hierfür kann irgendeines der nachfolgenden Materialien verwendet werden: Acrylonitril-Butadien-Kautschuk, Acrylonitril-Butadien-Styrol-Harz, Acrylonitril-Polyethylen-Propylen-Dienstyrolchlorid-Harz, Acrylonitril-Vinylchlorid-Harz, Acrylonitril-Methacrylat-Harz und Acrylonitril-Acrylat-Harz.
  • Das Polymermaterial zum Bilden des Gelelektrolyten kann sein Polyethylenoxid oder ein Copolymer von Polyethylenoxid. Das Copolymermonomer kann beispielsweise sein Polypropylenoxid, Methylmethacrylat, Butylmethacrylat, Methylacrylat oder Butylacrylat.
  • Das Polymermaterial zum Bilden des Gelelektrolyten kann sein Polyether-denaturiertes Siloxan oder dessen Copolymer.
  • Das Polymermaterial zum Bilden des Gelelektrolyten kann allein verwendet werden oder zwei oder mehrere Typen der vorangehenden Materialien können gemischt werden.
  • Um einen befriedigenden Gelelektrolyten der Gelelektrolytschicht 11 zu erhalten, ist es bevorzugt, dass die Menge des Polymermaterials, das zugegeben werden muss, beispielsweise etwa 5% bis etwa 50%, bezogen auf das Gewicht der Elektrolytlösung, beträgt. Obwohl der Gelelektrolyt als fester Elektrolyt der Gelelektrolytschicht 11 verwendet wird, kann jedes Material mit einer Ionen-Leitfähigkeit bei Raumtemperatur von 1 mS/cm oder größer als Ersatz für den festen Gelelektrolyt verwendet werden. Beispielsweise kann ein fester Polymerelektrolyt eingesetzt werden, der zusammengesetzt ist aus einem Polymermaterial, erhalten durch Quellen einer nicht-wässerigen Lösung, die das vorangehende Elektrolytsalz enthält. Das Polymermaterial zum Bilden des festen Elektrolyten kann beispielsweise sein Polyethylenoxid, Polypropylenoxid, Polyphosphagen oder Polysiloxan.
  • Obwohl der laminierte Elektrolyt 2 die Struktur aufweist, dass der Separator zwischen der positiven Elektrode 8 und der negativen Elektrode 9 angeordnet ist, ist die vorliegenden Erfindung nicht auf die vorangehende Struktur begrenzt. Eine Struktur kann eingesetzt werden, in der eine Gelelektrolytschicht 10 zwischen der positiven Elektrode 8 und der negativen Elektrode 9 als Ersatz für die Struktur gebildet wird, in der der Separator zwischen der positiven Elektrode 8 und der negativen Elektrode 9 angeordnet ist.
  • Der Leitungsdraht 3 der positiven Elektrode und der Leitungsdraht 4 der negativen Elektrode können aus Metall, wie Aluminium, Kupfer, Nickel oder rostfreiem Stahl, hergestellt sein. Der Leitungsdraht 3 der positiven Elektrode und der Leitungsdraht 4 der negativen Elektrode wird jeweils in einer dünnen plattenähnlichen Form oder einer Maschenform gebildet. Der Leitungsdraht 3 der positiven Elektrode und der Leitungsdraht 4 der negativen Elektrode werden mit dem entsprechenden freiliegenden Abschnitt 12a des Kollektors 12 der positiven Elektrode und der freiliegende Abschnitt 14a der negativen Elektrode 14 der negativen Elektrode 9, beispielsweise durch Widerstandsschweißen oder Ultraschallschweißen, verbunden.
  • Wie in 10 gezeigt, muss das Gehäuseteil 5 feuchtigkeitsbeständige Charakteristik aufweisen. Beispielsweise hat das Gehäuseteil 5 eine Dreischichtstruktur, erhalten durch Binden des Nylonfilms 16, der Aluminiumfolie 17 und des Polyethylenfilms 18 in dieser aufeinander folgenden Reihenfolge. Wie in den 1 und 2 gezeigt, hat das Gehäuseteil 5 eine hervorstehende Struktur derart, dass der obere laminierte Film 6 die gewickelte Elektrode 2 unterbringt, und ein äußerer Endabschnitt 6a, der geschweißt werden muss, wird übriggelassen.
  • Wenn die gewickelte Elektrode 2 im Gehäuseteil 5 eingekapselt ist, werden der äußere Endabschnitt 6a des oberen laminierten Films 6 und des unteren laminierten Films 7 mit Wärme derart aneinander geschweißt, dass der Polyethylenfilm des oberen laminierten Films 6 und derjenige des unteren laminierten Films 7 einander gegenüber liegen. Dann wird der Innendruck reduziert und das Gehäuseteil 5 abgedichtet. Zu diesem Zeitpunkt kapselt das Gehäuseteil 5 die gewickelte Elektrode 2 derart ein, dass der Leitungsdraht 3 der positiven Elektrode und der Leitungsdraht 4 der negativen Elektrode aus dem Gehäuseteil 5 herausgeführt werden.
  • Die Struktur des Gehäuseteils 5 ist nicht auf die vorangehende Struktur begrenzt. Beispielsweise kann eine Struktur verwendet werden, in welcher ein laminierter Film, gebildet in einer sackförmigen Form, die gewickelte Elektrode 2 einkapselt. Im vorangehenden Fall wird die gewickelte Elektrode 2 im Gehäuseteil 5 untergebracht. Dann wird der Druck des Gehäuseteils 5 reduziert und das Gehäuseteil 5 wird derart abgedichtet, dass der Leitungsdraht 3 der positiven Elektrode und der Leitungsdraht 4 der negativen Elektrode aus dem äußeren Abschnitt herausgeführt werden.
  • Wie in den 1, 2 und 11 gezeigt, werden die oberen und unteren aus Polyolefinharz hergestellten schmelzbaren Filme 19 auf den Kontaktabschnitt vom Gehäuseteil 5, dem Leitungsdraht 3 der positiven Elektrode und dem Leitungsdraht 4 der negativen Elektrode aufgebracht, um den Leitungsdraht 3 der positiven Elektrode und den Leitungsdraht 4 der negativen Elektrode zu halten, wenn die gewickelte Elektrode 2 im Gehäuseteil 2 eingekapselt ist.
  • Der schmelzbare Film 19 muss im Hinblick auf den Leitungsdraht 3 der positiven Elektrode und den Leitungsdraht 4 der negativen Elektrode Klebefähigkeit aufweisen. Beispielsweise wird ein Polyolefinharz, das das Material des schmelzbaren Films 19 darstellt, veranschaulicht durch Polyethylen, Polypropylen, denaturiertes Polyethylen, denaturiertes Polypropylen und ein Copolymer von irgendeinem der vorangehenden Materialien. Es ist bevorzugt, dass die Dicke des schmelzbaren Films 19, verwirklicht bevor der schmelzbare Film 19 mit Wärme verschmolzen wird, 20 bis 200 μm erfüllt. Wenn die Dicke, die realisiert wird, bevor der schmelzbare Film 19 geschmolzen wird, kleiner ist als 20 μm, ist eine einfache Handhabung nicht möglich. Wenn die Dicke, die realisiert wird, bevor der schmelzbare Film geschmolzen wird, größer als 200 μm ist, penetriert Wasser den schmelzbaren Film 19 ohne weiteres. In diesem Fall kann ein luftdichtes Verhalten in der Batterie nicht ohne weiteres aufrechterhalten werden.
  • Daher wird, wenn die gewickelte Elektrode 2 im Gehäuseteil 5 eingekapselt wird, der schmelzbare Film 19 durch Durchführen eines Heißschmelzverfahrens verschweißt. Somit kann die Klebefähigkeit vom Leitungsdraht 3 der positiven Elektrode, dem Leitungsdraht 4 der negativen Elektrode und dem Gehäuseteil 5 weiter verbessert werden.
  • Die erfindungsgemäße Polymer-Lithiumionen-Sekundärbatterie 1 hat die oben erwähnte Struktur, die dadurch charakterisiert ist, dass die Gesamtfilmdicke A der Aktivmaterialschichten 13 der positiven Elektrode den Bereich von 60 bis 150 μm erfüllt. Darüber hinaus erfüllt das Verhältnis A/B von der Gesamtfilmdicke A der Aktivmaterialschichten 13 der positiven Elektrode zur Gesamtfilmdicke B der Aktivmaterialschichten 15 der negativen Elektrode, den Bereich von 0,5 bis 1,2.
  • Das optimale Dickenverhältnis A/B von der Gesamtfilmdicke A der Aktivmaterialschichten der positiven Elektrode zur Gesamtfilmdicke B der Aktivmaterialschichten der negativen Elektrode, wird wie oben beschrieben erhalten. Daher kann die Entladungs-Ladungs-Charakteristik der Batterie verbessert werden. Somit kann die Energiedichte der Batterie weiterhin erhöht werden.
  • Wenn der Gelelektrolyt der Gelelektrolytschicht 11 Polyvinylidenfluorid darstellt, ist es bevorzugt, dass ein Gelelektrolyt verwendet wird, der zusammengesetzt ist aus verschiedenen Polymeren, erhalten durch Copolymerisieren von Polyhexafluorpolypropylen oder Polytetrafluorethylen. Im Ergebnis kann ein Gelelektrolyt mit höherer mechanischer Festigkeit erhalten werden.
  • Um die mechanische Festigkeit der Gelelektrolytschicht 11 zu erhöhen, ist es bevorzugt, dass ein Gelelektrolyt verwendet wird, der zusammengesetzt ist aus einem Polymer, erhalten durch Copolymerisieren von Hexafluorpolypropylen, in einem Verhältnis, das niedriger als 8 Gew.-%, bezogen auf Polyvinylidenfluorid, ist. Noch bevorzugter wird ein Gelelektrolyt verwendet, der aus einem Polymer zusammengesetzt ist, erhalten durch Blockcopolymerisieren von Hexafluorpolypropylen mit einem Verhältnis von nicht weniger als 3 Gew.-% und nicht mehr als 7,5 Gew.%.
  • Der Grund, warum das Verhältnis des Hexafluorpolypropylens 7,5 Gew.-% oder niedriger beträgt, liegt darin, dass eine befriedigende Festigkeit nicht verwirklicht werden kann, wenn das Verhältnis höher ist als der oben erwähnte Wert. Der Grund, warum das Verhältnis 3 Gew.-% oder höher ist, liegt darin, dass die Wirkung des Verbesserns der Rückhaltefähigkeit des Lösungsmittels durch Copolymerisieren von Hexafluorpolypropylen nicht in befriedigender Weise erhalten werden kann. In diesem Fall kann das Lösungsmittel nicht in einer ausreichend großen Menge zurückgehalten werden.
  • Es ist bevorzugt, dass die Gesamtdicke A + B der Gesamtfilmdicke A der Aktivmaterialschicht der positiven Elektrode und die Gesamtdicke B der Aktivmaterialschicht der negativen Elektrode 500 μm oder kleiner ist, bevorzugter 300 μm oder kleiner.
  • Beispiele
  • Beispiele der erfindungsgemäßen Polymer-Lithiumionen-Sekundärbatterie werden nun beschrieben. Darüber hinaus werden Vergleichsbeispiele, die hergestellt wurden, um mit den Beispielen verglichen zu werden, nun beschrieben.
  • Beispiel 1
  • In Beispiel 1 wurde die positive Elektrode hergestellt durch zunächst Mischen von vermarktetem Lithiumcarbonat und Kobaltcarbonat derart, dass das Zusammensetzungsverhältnis von Lithiumatomen und Kobaltatomen 1:1 betrug. Dann wurde die Mischung an Luft 5 Stunden bei 900°C kalziniert, resultierend in dem Erhalt von Lithiumkobaltoxid (LiCoO2), das als das aktive Material der positiven Elektrode verwendet wurde. Das Lithiumkobaltoxid wurde in einer Menge von 91 Gew.-%, mit Carbon-Black, das als Leitfähigkeitsmaterial diente, in einer Menge von 6 Gew.-%, sowie Polyvinylidenfluorid, das als Bindemittel diente, in einer Menge von 3 Gew.-%, so gemischt, dass eine Mischung zum Bilden der positiven Elektrode erhalten wurde. Die Mischung für die positive Elektrode wurde in N-Methylpynolidon so dispergiert, dass die Aufschlämmung (in Form einer Paste) erhalten wurde. Dann wurde die erhaltene gemischte Aufschlämmung für die positive Elektrode gleichmäßig auf die zwei Seiten einer Aluminiumfolie aufgebracht, die als Kollektor der positiven Elektrode gebildet war, und eine Dicke von 20 μm aufwies. Dann wurden die zwei Seiten der Aluminiumfolie getrocknet und eine Walzenpressmaschine wurde eingesetzt, um die Aluminiumfolie formzupressen, so dass eine längliche positive Elektrode hergestellt wurde.
  • Die Dicken A1 und A2 der Aktivmaterialschicht der positiven Elektrode, gebildet auf jeder der zwei Seiten des Kollektors der positiven Elektrode, waren im wesentlichen dieselben. Die Gesamtfilmdicke A des Paars des aktiven Materials der positiven Elektrode betrug 60 μm. Die Dichte der Aktivmaterialschicht der positiven Elektrode betrug 3,6 g/cm3.
  • Die negative Elektrode wurde derart hergestellt, dass Graphit in einer Menge von 90 Gew.-% und Polyvinylidenfluorid, das als Bindemittel diente, in einer Menge von 10 Gew.-%, so gemischt wurden, dass eine Mischung für die negative Elektrode erhalten wurde. Die Mischung für die negative Elektrode wurde in N-Methylpyrrolidon so dispergiert, dass eine Aufschlämmung (in Form einer Paste) erhalten wurde. Dann wurde die erhaltene gemischte Aufschlämmung für die negative Elektrode gleichmäßig auf die zwei Seiten der Kupferfolie aufgebracht, die als Kollektor der negativen Elektrode gebildet wurde, und die eine Dicke von 15 μm aufwies. Dann wurden die zwei Seiten der Kupferfolie getrocknet und dann wurde eine Walzenpressmaschine eingesetzt, um die Kupferfolie so formzupressen, dass eine längliche negative Elektrode hergestellt wurde.
  • Die Dicken B1 und B2 der Aktivmaterialschicht der negativen Elektrode, gebildet auf jeder der zwei Seiten des Kollektors der negativen Elektrode, waren im wesentlichen dieselben. Die Gesamtfilmdicke B des Paars des Aktivmaterials der negativen Elektrode betrug 50 μm. Die Dichte der Aktivmaterialschicht der negativen Elektrode betrug 1,6 g/cm3.
  • Daher betrug das Dickenverhältnis A/B von der Gesamtfilmdicke A der Aktivmaterialschicht der positiven Elektrode zur Gesamtfilmdicke B der Aktivmaterialschicht der negativen Elektrode 1,20.
  • Der Leitungsdraht der negativen Elektrode, hergestellt aus maschenförmigem Kupfer, wurde auf die negative Elektrode punktgeschweißt, während der aus maschenförmigem Aluminium hergestellte Leitungsdraht der positiven Elektrode auf die positive Elektrode punktgeschweißt wurde. Die Leitungsdrähte der negativen und positiven Elektroden dienten als Anschlüsse zur Herstellung externer Ausgänge.
  • Die Gelelektrodenschicht wurde gebildet durch Verwendung eines Polymermaterials, erhalten durch Blockcopolymerisieren von Polyvinylidenfluorid und Hexafluorpolypropylen, bei einem Gewichtsverhältnis von 93:7. Zunächst wurde 2,4-Difluoranisol in einer Menge von 1 Gew.-% zur Lösung zugegeben, erhalten durch Mischen von Dimethylcarbonat in einer Menge von 80 Gew.-Teilen, γ-Butyllacton in einer Menge von 42 Gew.-Teilen, Ethylencarbonat in einer Menge von 50 Gew.-Teilen, Propylencarbonat in einer Menge von 8 Gew.-Teilen, und LiPF6 in einer Menge von 18 Gew.-Teilen. Dann wurde das Copolymer von Polyvinylidenfluorid und Hexafluorpolypropylen in einer Menge von 10 Gew.-% zur vorangehenden Lösung zugegeben, um diese durch einen Homogenisator gleichmäßig zu dispergieren. Dann wurde die Lösung erhitzt und bei 75°C gerührt. Nachdem die gemischte Lösung in einen farblosen und transparenten Zustand übergegangen war, wurde das Rühren unterbrochen. Dann wurde die Lösung gleichmäßig auf die zwei Seiten von jeweils der positiven Elektrode und der negativen Elektrode durch Verwendung eines Abstreifmessers aufgebracht. Dann wurde die Struktur 3 Minuten in einen auf 70°C eingestellten Trockenofen gestellt, so dass eine Gelelektrolytschicht mit einer Dicke von etwa 25 μm auf der Oberfläche jeweils der positiven Elektrode und der negativen Elektrode gebildet wurde.
  • Während die so hergestellte negative Elektrode und die positive Elektrode laminiert wurden, wurden die negative Elektrode und die positive Elektrode viele Male aufgewickelt. Somit wurde eine aufgewickelte Elektrode hergestellt. Die erhaltene aufgewickelte Elektrode wurde in einen laminierten Film unter reduziertem Druck eingekapselt, während der Anschlussdraht der negativen Elektrode und der Anschlussdraht der positiven Elektrode aus dem äußeren Abschnitt herausgeführt wurden. Im Ergebnis wurde eine Polymer-Lithiumionen-Sekundärbatterie hergestellt.
  • Beispiele 2 bis 4
  • Polymer-Lithiumionen-Sekundärbatterien nach den Beispielen 2 bis 4 wurden in ähnlicher Weise zu Beispiel 1 hergestellt, außer dass die Gesamtfilmdicke A der Aktivmaterialschicht der positiven Elektrode mit 60 μm identisch war, und die Gesamtfilmdicke B der Aktivmaterialschicht der negativen Elektrode wie in Tabelle 1 gezeigt war. In den Beispielen 2 bis 4 wurden die Dickenverhältnisse A/B von der Gesamtfilmdicke A der Aktivmaterialschicht der positiven Elektrode zur Gesamtfilmdicke B der Aktivmaterialschicht der negativen Elektrode hergestellt mit 1,00, 0,80 und 0,60, durch Verändern der Gesamtfilmdicke B der Aktivmaterialschicht der negativen Elektrode.
  • Beispiele 5 bis 8
  • Polymer-Lithiumionen-Sekundärbatterien gemäß den Beispielen 5 bis 8 wurden in ähnlicher Weise zu Beispiel 1 hergestellt, außer dass die Gesamtfilmdicke A der Aktivmaterialschicht der positiven Elektrode mit 90 μm identisch war, und die Gesamtfilmdicken B der Aktivmaterialschicht der negativen Elektrode wie in Tabelle 1 gezeigt waren. In den Beispielen 5 bis 8 wurden die Dickenverhältnisse A/B von der Gesamtfilmdicke A der Aktivmaterialschicht der positiven Elektrode zur Gesamtfilmdicke B der Aktivmaterialschicht der negativen Elektrode hergestellt mit 1,00, 0,80 und 0,60 durch Verändern der Gesamtfilmdicke B der Aktivmaterialschicht der negativen Elektrode.
  • Beispiele 9 bis 12
  • Polymer-Lithiumionen-Sekundärbatterien gemäß den Beispielen 9 bis 12 wurden in ähnlicher Weise zu Beispiel 1 hergestellt, außer dass die Gesamtfilmdicke A der Aktivmaterialschicht der positiven Elektrode mit 120 μm identisch war, und die Gesamtfilmdicken B der Aktivmaterialschicht der negativen Elektrode wie in Tabelle 1 gezeigt waren. In den Beispielen 9 bis 12 wurden die Dickenverhältnisse A/B von der Gesamtfilmdicke A der Aktivmaterialschicht der positiven Elektrode zur Gesamtfilmdicke B der Aktivmaterialschicht der negativen Elektrode hergestellt mit 1,00, 0,80 und 0,60 durch Verändern der Gesamtfilmdicke B der Aktivmaterialschicht der negativen Elektrode.
  • Beispiele 13 bis 16
  • Polymer-Lithiumionen-Sekundärbatterien gemäß den Beispielen 13 bis 16 wurden in ähnlicher Weise zu Beispiel 1 hergestellt, außer dass die Gesamtfilmdicke A der Aktivmaterialschicht der positiven Elektrode mit 150 μm identisch war, und die Gesamtfilmdicken B der Aktivmaterialschicht der negativen Elektrode wie in Tabelle 1 gezeigt waren. In den Beispielen 13 bis 16 wurden die Dickenverhältnisse A/B von der Gesamtfilmdicke A der Aktivmaterialschicht der positiven Elektrode zur Gesamtfilmdicke B der Aktivmaterialschicht der negativen Elektrode hergestellt mit 1,00, 0,80 und 0,60 durch Verändern der Gesamtfilmdicke B der Aktivmaterialschicht der negativen Elektrode.
  • Vergleichsbeispiele 1 bis 3
  • Polymer-Lithiumionen-Sekundärbatterien gemäß den Vergleichsbeispielen 1 bis 3 wurden in ähnlicher Weise zu Beispiel 1 hergestellt, außer dass die Gesamtfilmdicke A der Aktivmaterialschicht der positiven Elektrode mit 60 μm identisch war, und die Gesamtfilmdicken B der Aktivmaterialschicht der negativen Elektrode wie in Tabelle 1 gezeigt waren. In den Vergleichsbeispielen 1 bis 3 wurden die Dickenverhältnisse A/B von der Gesamtfilmdicke A der Aktivmaterialschicht der positiven Elektrode zur Gesamtfilmdicke B der Aktivmaterialschicht der negativen Elektrode hergestellt mit 1,40, 0,40 und 0,20 durch Verändern der Gesamtfilmdicke B der Aktivmaterialschicht der negativen Elektrode.
  • Vergleichsbeispiele 4 bis 6
  • Polymer-Lithiumionen-Sekundärbatterien gemäß den Vergleichsbeispielen 4 bis 6 wurden in ähnlicher Weise zu Beispiel 1 hergestellt, außer dass die Gesamtfilmdicke A der Aktivmaterialschicht der positiven Elektrode mit 90 μm identisch war, und die Gesamtfilmdicken B der Ak tivmaterialschicht der negativen Elektrode wie in Tabelle 1 gezeigt waren. In den Vergleichsbeispielen 4 bis 6 wurden die Dickenverhältnisse A/B von der Gesamtfilmdicke A der Aktivmaterialschicht der positiven Elektrode zur Gesamtfilmdicke B der Aktivmaterialschicht der negativen Elektrode hergestellt mit 1,40, 0,40 und 0,20 durch Verändern der Gesamtfilmdicke B der Aktivmaterialschicht der negativen Elektrode.
  • Vergleichsbeispiele 7 bis 9
  • Polymer-Lithiumionen-Sekundärbatterien gemäß den Vergleichsbeispielen 7 bis 9 wurden in ähnlicher Weise zu Beispiel 1 hergestellt, außer dass die Gesamtfilmdicke A der Aktivmaterialschicht der positiven Elektrode mit 120 μm identisch war, und die Gesamtfilmdicken B der Aktivmaterialschicht der negativen Elektrode wie in Tabelle 1 gezeigt waren. In den Vergleichsbeispielen 7 bis 9 wurden die Dickenverhältnisse A/B von der Gesamtfilmdicke A der Aktivmaterialschicht der positiven Elektrode zur Gesamtfilmdicke B der Aktivmaterialschicht der negativen Elektrode hergestellt mit 1,40, 0,40 und 0,20 durch Verändern der Gesamtfilmdicke B der Aktivmaterialschicht der negativen Elektrode.
  • Vergleichsbeispiele 10 bis 12
  • Polymer-Lithiumionen-Sekundärbatterien gemäß den Vergleichsbeispielen 10 bis 12 wurden in ähnlicher Weise zu Beispiel 1 hergestellt, außer dass die Gesamtfilmdicke A der Aktivmaterialschicht der positiven Elektrode mit 150 μm identisch war, und die Gesamtfilmdicken B der Aktivmaterialschicht der negativen Elektrode wie in Tabelle 1 gezeigt waren. In den Vergleichsbeispielen 10 bis 12 wurden die Dickenverhältnisse A/B von der Gesamtfilmdicke A der Aktivmaterialschicht der positiven Elektrode zur Gesamtfilmdicke B der Aktivmaterialschicht der negativen Elektrode hergestellt mit 1,40, 0,40 und 0,20 durch Verändern der Gesamtfilmdicke B der Aktivmaterialschicht der negativen Elektrode.
  • Vergleichsbeispiele 13 bis 19
  • Polymer-Lithiumionen-Sekundärbatterien gemäß den Vergleichsbeispielen 13 bis 19 wurden in ähnlicher Weise zu Beispiel 1 hergestellt, außer dass die Gesamtfilmdicke A der Aktivmaterialschicht der positiven Elektrode mit 180 μm identisch war, und die Gesamtfilmdicken B der Aktivmaterialschicht der negativen Elektrode wie in Tabelle 1 gezeigt waren. In den Vergleichsbeispielen 13 bis 19 wurden die Dickenverhältnisse A/B von der Gesamtfilmdicke A der Aktivmaterialschicht der positiven Elektrode zur Gesamtfilmdicke B der Aktivmaterialschicht der negativen Elektrode hergestellt mit 1,40, 1,20, 1,00, 0,80, 0,60, 0,40 und 0,20 durch Verändern der Gesamtfilmdicke B der Aktivmaterialschicht der negativen Elektrode.
  • Tabelle 1
    Figure 00150001
  • Figure 00160001
  • Figure 00170001
  • Versuche zur Beurteilung der Charakteristika
  • Die so gemäß der Beispiele 1 bis 16 und der Vergleichsbeispiele 1 bis 19 hergestellten Polymer-Lithiumionen-Sekundärbatterien wurden Ladungs- und Entladungsexperimenten unter VerWendung eines Potentialgalvanostats mit einem Verfahren mit konstantem Strom und konstanter Spannung unterzogen. Dann wurden die Entladungskapazitäten, die für den Erhalt der Kapazitätsverhältnisse und Energiedichten erforderlich waren, gemessen. Die Messung wurde durch das nachfolgende Verfahren durchgeführt.
  • Zunächst wurde das Aufladen begonnen mit einem elektrischen Strom von 200 mA. Wenn die Spannung eines geschlossenen Stromkreises auf 4,2 V angestiegen war, wurde das Aufladungsverfahren geändert zu konstanter Spannung. Nachdem 8 Stunden vom Start des Versuchs verstrichen waren, war der Beladungsbetrieb abgeschlossen. Dann wurde die Entladung unter konstanten Strombedingungen von 200 mA durchgeführt. Wenn die Spannung des geschlossenen Stromkreises auf 3,0 V angestiegen war, war der Entladungsbetrieb beendet. Die vorangehenden Ladungs-/Entladungszyklen wurden dreimal durchgeführt. Die Entladungskapazität, erhalten, nachdem der dritte Entladungsvorgang durchgeführt worden war, wurde gemessen.
  • Dann wurde die Aufladung mit einem üblichen Wert von 500 mA begonnen. Wenn die Spannung des geschlossenen Stromkreises auf 4,2 V angestiegen war, wurde das Aufladungsverfahren zu einem konstanten Spannungsladungsverfahren geändert. Der Aufladungsvorgang wurde 3 Stunden nach dem Start des Versuchs beendet. Dann wurde eine Entladung unter konstanten Strombedingungen von 3.000 mA durchgeführt. Wenn die Spannung im geschlossenen Stromkreis auf 3,0 V anstieg, war der Entladungsbetrieb beendet.
  • Das Kapazitätsverhältnis wurde beurteilt durch Erhalt der Entladungskapazität, verwirklicht beim dritten Zyklus und die Entladungskapazität beim vierten Zyklus unter Verwendung der nachfolgenden Gleichung:
    Figure 00170002
  • Die Energiedichte wurde beurteilt durch Erhalt derselben gemäß der Entladungskapazität beim dritten Zyklus, der durchschnittlichen Entladungsspannung und dem Volumen der Batterie. Die Ergebnisse der Beurteilungen wurden in Tabelle 1 gezeigt.
  • Gemäß den erhaltenen Ergebnissen der Beurteilungen wurde die Beziehung zwischen dem Dickenverhältnis und dem Kapazitätsverhältnis, verwirklicht, wenn die Gesamtfilmdicke A der Aktivmaterialschicht der positiven Elektrode 60 μm, 90 μm, 120 μm und 180 μm, wie in 12 gezeigt, erhalten wurden, so dass die Beurteilung durchgeführt wurde. In ähnlicher Weise wurden die Beziehungen zwischen dem Dickenverhältnis und den Energiedichten, wie in 13 gezeigt, so erhalten, dass die Beurteilung durchgeführt wurde.
  • Wie aus 12 ersichtlich ist, betrug das Kapazitätsverhältnis jeder Batterie in den Fällen, wo die Gesamtfilmdicken A der Aktivmaterialschicht der positiven Elektrode 60 μm, 90 μm, 120 μm und 180 μm mit fünf Kurven angegeben waren, 65% oder höher, wenn die Gesamtfilmdicke A der Aktivmaterialschicht der positiven Elektrode 150 μm oder kleiner war. Wenn die Gesamtfilmdicke A der Aktivmaterialschicht der positiven Elektrode 60 μm betrug, war das Kapazitätsverhältnis jeder Batterie 90% oder höher. Daher wurden ausgezeichnete Ladungscharakteristika bestätigt.
  • Wenn die Gesamtfilmdicke A der Aktivmaterialschicht der positiven Elektrode 180 μm betrug, war das Kapazitätsverhältnis der Batterie etwa 50%. Daher wurde als Tatsache bestätigt, dass ein befriedigendes Kapazitätsverhältnis nicht erhalten wurde, verglichen mit den anderen Batterien.
  • Wie aus 13 ersehen werden kann, wurden in den Fällen, wo die Gesamtfilmdicke A der Aktivmaterialschicht der positiven Elektrode 60 μm, 90 μm, 120 μm, 150 μm und 180 μm mit fünf Kurvenlinien angegeben worden war, die Tatsache bestätigt, dass die Energiedichte verbessert wurde, wenn die Gesamtfilmdicke A der Aktivmaterialschicht der positiven Elektrode vergrößert wurde. Wenn die Gesamtfilmdicke A der Aktivmaterialschicht der positiven Elektrode 180 μm betrug, war die Energiedichte unerwünschterweise herabgesetzt, verglichen mit dem Fall, in dem die Gesamtfilmdicke A der Aktivmaterialschicht der positiven Elektrode 150 μm betrug. Wenn die Gesamtfilmdicke A der Aktivmaterialschicht der positiven Elektrode 60 μm betrug, war die Energiedichte 200 Wh/1 oder niedriger, abhängig vom Dickenverhältnis A/B. Im vorangehenden Fall können die Charakteristika, die für die Batterie auf dem Markt erforderlich sind, nicht erfüllt werden (Vergleichsbeispiel 1, worin das Dickenverhältnis A/B 1,40 betrug, und Vergleichsbeispiel 3, worin das Dickenverhältnis A/B 0,20 betrug).
  • Wenn das Dickenverhältnis A/B erhöht wurde, wurde die Energiedichte in jedem Fall erhöht. Wenn das Dickenverhältnis A/B etwa 1,00 betrug, wurde die Energiedichte maximiert. Wenn das Dickenverhältnis A/B weiterhin angehoben wurde, wurde die Energiedichte abgesenkt.
  • Somit ist es bevorzugt, dass die Gesamtfilmdicke A der Aktivmaterialschicht der positiven Elektrode den Bereich von 60 bis 150 μm erfüllt. Es ist bevorzugt, dass das Dickenverhältnis A/B von der Gesamtfilmdicke A der Aktivmaterialschicht der positiven Elektrode zur Gesamtfilmdicke B der Aktivmaterialschicht der negativen Elektrode den Bereich von 0,05 bis 1,2 erfüllt.
  • Wie oben beschrieben, ist die vorliegende Erfindung derart strukturiert, dass die optimalen Werte der Gesamtfilmdicke A der Aktivmaterialschichten der positiven Elektrode der Batterie mit festem Elektrolyten, die den Gelelektrolyten einbezieht, und das Dickenverhältnis A/B von der Gesamtfilmdicke A der Aktivmaterialschicht der positiven Elektrode zur Gesamtfilmdicke B der Aktivmaterialschicht der negativen Elektrode erhalten werden. Somit kann erfindungsgemäß eine Batterie mit festem Elektrolyten vorgesehen werden, die in der Lage ist, deren Energiedichte anzuheben, ohne die Entladungs-Ladungs-Charakteristika der Batterie zu beeinträchtigen.
  • Obwohl die Erfindung in ihrer bevorzugten Form und Struktur mit einem gewissen Spezialitätsgrad beschrieben wurde, ist verständlich, dass die vorliegende Offenbarung der bevorzugten Ausführungsform, in Baudetails und in Kombination und Anordnung von Teilen geändert werden kann, ohne vom Umfang der nachfolgend beanspruchten Erfindung abzuweichen.

Claims (10)

  1. Batterie (1) mit festem Elektrolyten, umfassend: eine gewickelte Elektrode (2), die eine positive Elektrode (8) einbezieht, die einen länglichen Kollektor (12) der positiven Elektrode mit zwei Seiten einbezieht, auf denen Aktivmaterialschichten (13) der positiven Elektrode gebildet sind, eine negative Elektrode (9), die einen länglichen Kollektor (14) der negativen Elektrode mit zwei Seiten einbezieht, auf denen Aktivmaterialschichten (15) der negativen Elektrode gebildet sind, sowie eine Festelektrolytschicht (11), gebildet zwischen der positiven Elektrode (8) und der negativen Elektrode (9), derart, dass die positive Elektrode (8) und die negative Elektrode (9) laminiert und gewickelt sind, dadurch gekennzeichnet, dass wenn die Voraussetzung getroffen wird, dass die Gesamtdicke eines Paars der Aktivmaterialschichten (13) der positiven Elektrode, die auf den zwei Seiten des Kollektors (12) für die positive Elektrode (8) gebildet sind, die Gesamtfilmdicke A darstellt und die Gesamtdicke eines Paars der Aktivmaterialschichten (15) der negativen Elektrode, die auf den zwei Seiten des Kollektors (14) für die negative Elektrode (9) gebildet sind, die Gesamtdicke B darstellt, die Gesamtfilmdicke A der Aktivmaterialschichten (13) der positiven Elektrode einen Bereich von 60 bis 150 μm erfüllt und das Verhältnis A/B von der Gesamtfilmdicke A der Aktivmaterialschichten (13) der positiven Elektrode zur Gesamtdicke B der Aktivmaterialschichten (15) der negativen Elektrode einen Bereich von 0,5 bis 1,2 erfüllt.
  2. Batterie (1) mit festem Elektrolyten nach Anspruch 1, worin die Festelektrolytschicht (11) unter Verwendung eines Gelelektrolyts gebildet ist, der aus Polyvinylidenfluorid und einem Copolymer von Polyvinylidenfluorid zusammengesetzt ist.
  3. Batterie (1) mit festem Elektrolyten nach Anspruch 2, worin die Festelektrolytschicht (11) unter Verwendung eines Gelelektrolyts gebildet ist, der aus einem Copolymer von Polyvinylidenfluorid und Hexafluorpolypropylen zusammengesetzt ist.
  4. Batterie (1) mit festem Elektrolyten nach Anspruch 3, worin die Festelektrolytschicht (11) unter Verwendung eines Gelelektrolyts gebildet ist, der aus einem Polymer zusam mengesetzt ist, in dem Hexafluorpropylen mit einem Verhältnis copolymerisiert wird, das geringer als 8 Gew.-%, bezogen auf Polyvinylidenfluorid, ist.
  5. Batterie (1) mit festem Elektrolyten nach Anspruch 4, worin die Festelektrolytschicht (11) unter Verwendung eines Gelelektrolyts gebildet ist, der aus einem Polymer zusammengesetzt ist, in dem Hexafluorpropylen in einem Verhältnis von nicht weniger als 3 Gew.-% und nicht mehr als 7,5 Gew.-%, bezogen auf Polyvinylidenfluorid, block-copolymerisiert ist.
  6. Batterie (1) mit festem Elektrolyten nach Anspruch 1, worin das Aktivmaterial (13) der positiven Elektrode unter Verwendung eines zusammengesetzten Lithiumoxids hergestellt ist, das hauptsächlich aus LixMO2 zusammengesetzt ist (worin M ein oder mehrere Typen von Übergangsmetallen darstellt, bevorzugt Co, Ni oder Mn und x abhängig vom Ladungs/Entladungszustand der Batterie variiert und 0,05 ≤ x ≤ 1,12 erfüllt).
  7. Batterie (1) mit festem Elektrolyten nach Anspruch 1, worin das Aktivmaterial (15) der negativen Elektrode ein Material ist, das in der Lage ist, Lithium zu dotieren/zu entdotieren.
  8. Batterie (1) mit festem Elektrolyten nach Anspruch 7, worin das Material (15), das in der Lage ist, Lithium zu dotieren/zu entdotieren, mindestens ein Material darstellt, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Graphit, einem nichtgraphitisierbaren Kohlenstoffmaterial und einem graphitisierbaren Kohlenstoffmaterial.
  9. Batterie (1) mit festem Elektrolyten nach Anspruch 1, worin die gewickelte Elektrode (2) durch laminierte Filme (6, 7) eingekapselt ist, und eine Leitung (3) der positiven Elektrode (8) und eine Leitung (4) der negativen Elektrode (9), die mit der gewickelten Elektrode (2) verbunden sind, aus dem äußeren Abschnitt der laminierten Filme (6, 7) herausgeführt sind.
  10. Batterie (1) mit festem Elektrolyten nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 9, worin die positive Elektrode (8) und die negative Elektrode (9) durch einen Separator (10) getrennt gewickelt sind.
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