DE112012004372T5

DE112012004372T5 - Sekundärbatterie mit nicht wässrigem elektrolyten und verfahren zur herstellung der selben

Info

Publication number: DE112012004372T5
Application number: DE112012004372.3T
Authority: DE
Inventors: Hiroshi Onizuka; Tomohiro Nakano
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2011-10-18
Filing date: 2012-09-10
Publication date: 2014-07-03
Also published as: JP2013089445A; WO2013058033A1; JP5884967B2; US20140308578A1; CN103891034A; US9490504B2; CN103891034B

Abstract

Eine Lithiumsekundärbatterie 100 ist so konfiguriert, dass ein Elektrodenkörper 20, in welchem eine Anode und eine Kathode mittels eines mit einem Elektrolyten imprägnierten Separators gestapelt sind, in einem Batteriegehäuse 10 mit einer im Wesentlichen zylindrisch quadratischen Form eingehaust ist, und so dass eine Öffnung 12 des Gehäuses 10 durch einen Deckel 14 verschlossen ist. Ferner ist der Deckel 14 mit einem Kathodenanschluss 38 und einem Anodenanschluss 48 ausgestattet und solche Anschlüsse sind jeweils innerhalb des Batteriegehäuses 10 mit einem inneren Kathodenabnehmeranschluss 37 bzw. einem inneren Anodenabnehmeranschluss 47 verbunden. Ein für die Lithiumsekundärbatterie 100 verwendeter nicht wässriger Elektrolyt enthält als eine spezifische Verbindung beispielsweise LiBOB und ein initialer Gehalt solch einer spezifischen Verbindung relativ zu einer Kapazität der Anode beträgt 0,04 bis 0,5 [(mol/kg)/(mF/cm2)].

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Sekundärbatterie mit nicht wässrigem Elektrolyten für eine Fahrzeugbetriebsstromquelle (bzw. Fahrzeugantriebsstromquelle).
Technischer Hintergrund
In letzter Zeit wird von Sekundärbatterien mit nicht wässrigem Elektrolyten, wie etwa Lithium-(Ionen-)Sekundärbatterien, welche für Betriebs- bzw. Antriebsstromquellen (oder fahrzeuggebundene Stromquelle) für Fahrzeuge, wie etwa Hybridfahrzeuge, elektrische Fahrzeuge und Brennstoffzellenfahrzeuge verwendet werden, ausdauernder Leistungsfähigkeit, die über einen längeren Zeitraum als jemals zuvor aufgezeigt wird, benötigt. Also wurde, um die Verschlechterung einer Batteriekapazität zu unterdrücken, um die Zyklencharakteristika und Hoch-Raten-Charakteristika zu verbessern, die Zugabe von Bor enthaltendem Lithiumsalz, wie etwa Lithiumbis(oxalato)borat (Li[B(C₂O₄)₂]; das sogenannte LiBOB), Phosphor enthaltendem Lithiumsalz, wie etwa Lithiumdifluorbis(oxalato)phosphat (Li[PF₂(C₂O₄)₂]; das sogenannte LPFO) oder einer angemessenen Carbonatverbindung zu einem nicht wässrigem Elektrolyten weit eingesetzt.
Beispielsweise offenbart Patentdokument 1 eine Lithiumsekundärbatterie, die einen nicht wässrigen Elektrolyten umfasst, der Bor enthaltendes Lithiumsalz, welches in dem selben Dokument als LBFO bezeichnet wird, in einer vorbestimmten Konzentration in der Lösung oder in einem vorbestimmten molaren Verhältnis bezüglich eines Elektrolyten (LiPF₆) enthält.
Literatur des Stands der Technik
Patentdokument

Patentdokument 1: JP 2005-032712 A

Zusammenfassung der Erfindung
Durch die Erfindung zu lösende Aufgabenstellung
Es wurde verstanden, dass: das oben genannte Bor enthaltende Lithiumsalz, beispielsweise LiBOB, auf einer Anode während eines initialen Ladens der Lithiumsekundärbatterie reduziert und zersetzt wird; aus chemischen Spezies, die durch solch eine Reaktion erzeugt werden, eine Beschichtung, die aus einer chemisch stabilen Verbindung besteht (beispielsweise eine Polymerisationsverbindung von LiBOB; siehe beispielsweise J. Power Sources 174 (2007) 400–407) auf der Anode gebildet wird; und das Auftreten einer Reaktion zwischen einem nicht wässrigem Elektrolyten und der Anode dadurch während des Betriebs (Dauerbetrieb) der Lithiumsekundärbatterie unterdrückt wird (allerdings ist der Wirkmechanismus nicht auf den oben beschriebenen begrenzt).
Unterdessen führt, wie in Patentdokument 1 offenbart, das ledigliche Definieren der Menge Bor enthaltenden Lithiumsalzes, das zu dem nicht wässrigem Elektrolyten zuzugeben ist, bezüglich einer Konzentration in dem nicht wässrigem Elektrolyten oder einem Molverhältnis relativ zu dem Elektrolyten dazu, dass die chemische und/oder physikalische Beziehung zwischen der Anode (Anodenaktivmaterial), die als ein Gegenstand der Bildung der Beschichtung dient, und solch einer Bildung einer Beschichtung unklar wird, und es ist extrem schwierig oder unmöglich, die Menge an Bor enthaltendem Lithiumsalz, die zum Erhalten einer Beschichtung notwendig ist, welche es ermöglicht, einen ausreichenden Schutz der Anode zu implementieren, zu optimieren.
In dem Fall des Verwendens eines nicht wässrigem Elektrolyten, der Bor enthaltendes Lithiumsalz nicht in einer Menge, die notwendig und ausreichend ist, um eine gewünschte Beschichtung zu erhalten, enthält, besteht natürlich eine Möglichkeit; dass ein Anoden schützender Effekt und ein Kapazitätsverschlechterungsunterdrückungseffekt nicht ausreichend erhalten werden würde. Demgegenüber neigen in dem Fall des Verwendens eines nicht wässrigen Elektrolyten, der Bor enthaltendes Lithiumsalz in einer Menge enthält, die die Menge übersteigt, die notwendig und ausreichend ist, um eine gewünschte Beschichtung zu erhalten, die Materialkosten unnötiger Weise dazu, sich zu erhöhen, und dies ist von einem ökonomischen Gesichtspunkt aus nicht bevorzugt. Ferner wird in dem letztgenannten Fall von einem stöchiometrischen Gesichtspunkt aus angenommen, dass eine Beschichtung bevorzugt gebildet wird; allerdings wurde entgegen der Erwartungen gemäß der Erkenntnisse der Erfinder der vorliegenden Erfindung herausgefunden, dass es nicht schwierig wäre, den initialen Anodenschutzeffekt und den Kapazitätsverschlechterungsunterdrückungseffekt zu erhalten.
Ferner kann es durch Ableiten der Beziehung mit den physikalischen Eigenschaften einer Anode als ein Gegenstand der Bildung einer Beschichtung möglich sein, anzunehmen, dass die Zugabemenge an Bor enthaltendem Lithiumsalz zu einem nicht wässrigem Elektrolyten beispielsweise bezüglich der BET-spezifischen Oberfläche eines Anodenaktivmaterials spezifiziert wird. Als Ergebnis intensiver Studien durch die Erfinder der vorliegenden Erfindung wurde allerdings keine signifikante Korrelation zwischen dem Gehalt des Bor enthaltenden Lithiumsalzes relativ zu der BET-spezifischen Oberfläche eines Anodenaktivmaterials und dem oben beschriebenen Kapazitätsverschlechterungsunterdrückungseffekt einer Lithiumsekundärbatterie gefunden.
Die vorliegende Erfindung wurde im Lichte der oben genannten Umstände gemacht und ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine Sekundärbatterie mit nicht wässrigem Elektrolyten (bzw. nicht wässrige Elektrolytsekundärbatterie) für eine Fahrzeugbetriebsstromquelle bereitzustellen, welche in der Lage ist, die Zugabemenge bezüglich eines nicht wässrigem Elektrolyten eines Additivs, das den Anodenschutzeffekt und den assoziierten Batterie-Kapazitätsverschlechterungsunterdrückungseffekt aufzeigt, zu optimieren, und dadurch die Zyklencharakteristika und Beständigkeit weiter zu verbessern, und welche ebenso in der Lage ist, die ökonomische Effizienz unter Verwendung einer notwendigen und ausreichenden Menge des Additivs aufzuwerten, und ebenso ein Verfahren des Herstellens einer solchen Sekundärbatterie mit nicht wässrigem Elektrolyten bereitzustellen.
Mittel zum Lösen der Aufgabenstellung
Um das obige Problem zu lösen haben sich die Erfinder der vorliegenden Erfindung auf einen Reaktionsmechanismus eines Additivs in einer Anode einer Sekundärbatterie mit nicht wässrigem Elektrolyten konzentriert und fertigten wiederholt intensive Studien an, während sie insbesondere auf die Beziehung zwischen der Reaktionsfläche, in der Anode, des Bor enthaltenden Lithiumsalzes, wie etwa LiBOB, und den physikalischen Eigenschaften der Anode achteten und erreichten dann die Fertigstellung der vorliegenden Erfindung.
Das heißt, die Sekundärbatterie mit nicht wässrigem Elektrolyten gemäß der vorliegenden Erfindung ist in einem Fahrzeug vorgesehen und wird als eine Stromquelle zum Betreiben des Fahrzeugs verwendet, wobei die Sekundärbatterien mit nicht wässrigem Elektrolyten umfasst: eine Kathode, die ein Kathodenaktivmaterial enthält; eine Anode, die ein Anodenaktivmaterial enthält; und einen nicht wässrigem Elektrolyten, der ein Lithiumsalz in einem nicht wässrigem Lösungsmittel enthält, wobei der nicht wässrige Elektrolyt ferner eine durch die nachfolgende Formel (1) dargestellte Verbindung (nachfolgend als die „spezifische Verbindung”) enthält, und wobei in dem nicht wässrigem Elektrolyten ein initiales Gehaltsverhältnis der Verbindung relativ zu einer Kapazität der Anode 0,04 bis 0,5 [(mol/kg)/(mF/cm²)], bevorzugt 0,05 bis 0,25 [(mol/kg)/(mF/cm²)] beträgt. In der Formel (1) stellt M ein Element der dreizehnten, vierzehnten oder fünfzehnten Gruppe dar und eine weitere Gruppe mag daran in Abhängigkeit der Valenz gebunden sein; R stellt ein C₁-C₁₀ Alkylen, ein C₁-C₁₀ Alkylenhalogenid, ein C₆-C₂₀ Arylen oder ein C₆-C₁₀ Arylenhalogenid dar (eine Struktur davon kann einen Substituenten und ein Heteroatom beinhalten); und n stellt 0 oder 1 dar. Bezüglich eines Mess- und Auswertungsverfahrens betreffend einer „Anodenkapazität” sollte Bezug auf die Beschreibung in den Ausführungsformen unten genommen werden.
In der somit konfigurierten Sekundärbatterie mit nicht wässrigem Elektrolyten wird die in dem nicht wässrigem Lösungsmittel enthaltene spezifische Verbindung der Formel (1) auf der Anode mittels des Anodenaktivmaterials, das in einem Ladezustand als ein starkes Reduktionsmittel fungiert, reduziert und zersetzt, und die erzeugten chemischen Spezies mit hoher Aktivität binden aneinander, was in der Bildung einer Beschichtung, die aus einer chemisch stabilen Verbindung besteht, auf der Anode resultiert. Hier kann, wenn das initiale Gehaltsverhältnis der spezifischen Verbindung relativ zu der Kapazität der Anode in dem nicht wässrigem Elektrolyten einen Wert einnimmt, der innerhalb des oben beschriebenen Bereichs von 0,04 bis 0,5 [(mol/kg)/(mF/cm²)] fällt, der Kapazitätserhaltungsfaktor während des Betriebs der Sekundärbatterie mit nicht wässrigem Elektrolyten hoch gehalten werden. Dies wurde durch die Erfinder der vorliegenden Erfindung bestätigt.
Speziell ist es, wenn das initiale Gehaltsverhältnis der spezifischen Verbindung weniger als 0,04 [(mol/kg)/(mF/cm²)] beträgt, schwierig, eine dichte Beschichtung, die als eine ausreichende physikalische Barriere für die Anode dient, aufzuwachsen, und der Schutz der Anode neigt somit dazu, unzureichend zu sein. Demgegenüber wird, wenn das initiale Gehaltsverhältnis der spezifischen Verbindung über 0,5 [(mol/kg)/(mF/cm²)] liegt, eine nicht reagierte (nicht reagierte und nicht zersetzte) spezifische Verbindung dann in eine Beschichtung unter Wachstum eingefangen (bzw. eingeschlossen) und solch eine nicht reagierte spezifische Verbindung verbraucht dann eine Elektrizitätsmenge während des Betriebs (Dauerbetrieb) der Sekundärbatterie mit nicht wässrigem Elektrolyten, was in der Möglichkeit der Verschlechterung (Verringerung) einer scheinbaren Batteriekapazität resultiert. Allerdings sind die Effekte nicht auf die obigen begrenzt.
Ferner schließt die wie oben konfigurierte Sekundärbatterie mit nicht wässrigem Elektrolyten eine bevorzugte Ausführungsform mit ein, bei welcher die Kapazität der Anode 0,09 (mF/cm²) oder höher, stärker bevorzugt 0,2 (mF/cm²) oder höher ist.
Wenn die Kapazität der Anode unter 0,09 (mF/cm²) liegt, wo die nicht wässrige Sekundärbatterie beispielsweise eine Lithiumsekundärbatterie ist, ist die Anzahl von Stellen, die einer Deinsertion von Lithiumionen in dem Anodenaktivmaterial unterliegen, auf ein unangenehmes Niveau reduziert, was in der Möglichkeit einer exzessiven Erhöhung des Widerstands von Reaktionen (einschließlich einer Batteriereaktion und einer Reduktionsreaktion einer spezifischen Verbindung) in der Anode resultiert.
Ferner ist das Verfahren der Herstellung einer Sekundärbatterie mit nicht wässrigem Elektrolyten gemäß der vorliegenden Erfindung ein Verfahren, das beim Erhalten der Sekundärbatterie mit nicht wässrigem Elektrolyten der vorliegenden Erfindung effektiv ist, und ist ebenso ein Verfahren zur Herstellung einer Sekundärbatterie mit nicht wässrigem Elektrolyten, die in einem Fahrzeug vorgesehen ist, und die als eine Stromquelle zum Betrieb des Fahrzeugs verwendet wird, wobei das Verfahren die Schritte umfasst: Bilden oder Bereitstellen einer Kathode, die ein Kathodenaktivmaterial enthält; Bilden oder Bereitstellen einer Anode, die ein Anodenaktivmaterial enthält; und Anfertigen eines nicht wässrigem Elektrolyten, der ein Lithiumsalz in einem nicht wässrigem Lösungsmittel enthält, wobei bei dem Schritt des Anfertigens eines nicht wässrigem Elektrolyten die durch die obige Formel (1) dargestellte Verbindung (bezüglich der Symbole in der Formel trifft dasselbe wie oben angegeben hier zu) zu dem nicht wässrigem Elektrolyten so zugegeben wird, dass ein initiales Gehaltsverhältnis der Verbindung relativ zu einer Kapazität der Anode einen Wert annimmt, der innerhalb eines Bereichs von 0,04 bis 0,5 [(mol/kg)/(mF/cm²)], vorzugsweise 0,05 bis 0,25 [(mol/kg)/(mF/cm²)] fällt.
Eine stärker bevorzugte Ausführungsform in dem obigen Fall ist so, dass bei dem Schritt des Bildens oder Anfertigens einer Anode die Kapazität der Anode bevorzugt 0,09 (mF/cm²) oder höher, stärker bevorzugt 0,2 (mF/cm²) oder höher ist.
Effekt der Erfindung
Gemäß der Erfindung ist die durch die Formel (1) dargestellte spezifische Verbindung in einem initialen Gehaltsverhältnis innerhalb eines vorbestimmten Bereichs in dem nicht wässrigem Elektrolyten, der in der Sekundärbatterie mit nicht wässrigem Elektrolyten umfasst ist, enthalten; somit wird eine Beschichtung gebildet, die ausreichend ist, um die Anode zu schützen, und eine Verschlechterung der Batteriekapazität aufgrund einer nicht reagierten spezifischen Verbindung, die in solch einer Beschichtung eingefangen (bzw. eingeschlossen) ist, kann verhindert werden. Auf diese Weise kann die Zugabemenge der spezifischen Verbindung zu dem nicht wässrigem Elektrolyten optimiert werden, und im Ergebnis können der Anodenschutzeffekt aufgrund der spezifischen Verbindung ebenso wie der Batterie-Kapazitätverschlechterungsunterdrückungseffekt ausreichend ausgedrückt werden. Daher können die Zyklencharakteristika ebenso wie die Durchhaltefähigkeit (bzw. Beständigkeit) der Sekundärbatterie mit nicht wässrigem Elektrolyt verbessert werden, und ferner kann die ökonomische Effizienz gesteigert werden, während eine Erhöhung der Materialkosten unterdrückt wird.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist ein schematisches Diagramm, das ein Fahrzeug illustriert, das mit einer Sekundärbatterie mit nicht wässrigem Elektrolyten gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ausgestattet ist.
2 ist eine perspektivische Ansicht, die schematisch die Konfiguration der Sekundärbatterie mit nicht wässrigem Elektrolyten gemäß der vorliegenden Ausführungsform illustriert.
3 ist eine Querschnittsansicht, die entlang der Linie III-III in 2 genommen ist.
4 ist ein Graph, bei welchem das Messergebnis eines reaktiven Widerstands bezüglich eines LiBO Gehaltsverhältnisses hinsichtlich jedes der Beispiele und Vergleichsbeispiele aufgetragen ist.
5 ist ein Graph, bei welchem die Mess- und Auswertungsergebnisse eines Kapazitätserhaltungsfaktors bezüglich eines LiBO Gehaltsverhältnisses bezüglich jedes Beispiels und Vergleichsbeispiels aufgetragen ist.
6 ist ein Graph, bei welchem die Mess- und Auswertungsergebnisse eines reaktiven Widerstands bezüglich einer Anodenkapazität im Hinblick auf jedes der Beispiele 3, 5 und 6 und Vergleichsbeispiele 3 und 4 aufgetragen ist.
7 ist ein schematisches Diagramm, das die Struktur einer symmetrischen Zelle zum Messen und Auswerten einer Anodenkapazität einer Lithiumsekundärbatterie illustriert.
Bester Modus zum Ausführen der Erfindung
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend detailliert beschrieben werden. Es ist anzumerken, dass Positionsbeziehungen, wie etwa oben, unten, rechts und links auf den Positionsbeziehungen, die in den Zeichnungen gezeigt sind, bezogen sind, wenn nicht anders angegeben.
Zusätzlich sind Abmessungsverhältnisse in den Zeichnungen nicht auf die gezeigten beschränkt. Die nachfolgenden Ausführungsformen sind lediglich Beispiele zum Beschreiben der Erfindung und sind nicht dazu gedacht, die vorliegende Erfindung auf diese Ausführungsformen zu begrenzen. Verschiedene Modifikationen können auf die vorliegende Erfindung angewandt werden, ohne von der Essenz der Erfindung abzuweichen.
<Sekundärbatterien mit nicht wässrigem Lösungsmittel>
1 ist ein schematisches Diagramm, das eine Sekundärbatterie mit nicht wässrigem Lösungsmittel und ein mit solch einer Sekundärbatterie ausgestattetes Fahrzeug gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung illustriert. 2 ist eine perspektivische Ansicht, die die Konfiguration der Sekundärbatterie mit nicht wässrigem Elektrolyten gemäß der vorliegenden Ausführungsform illustriert. 3 ist eine Querschnittsansicht, die entlang der Linie III-III in 2 genommen ist.
Wie in 1 gezeigt ist eine Lithiumsekundärbatterie 100 (Sekundärbatterie mit nicht wässrigem Elektrolyten) auf einem Fahrzeug 1 (beispielsweise ein Fahrzeug, insbesondere ein Fahrzeug, das mit einem Motor ausgestattet ist, wie etwa ein Hybridfahrzeug, ein elektrisches Fahrzeug oder ein Brennstoffzellenfahrzeug) montiert, und fungiert als eine Stromquelle zum Betreiben des Fahrzeugs 1.
Ferner weist, wie in 2 und 3 gezeigt, die Lithiumsekundärbatterie 100 eine Struktur auf, bei welcher: ein Batteriegehäuse 10 mit einer im Wesentlichen zylindrischen quadratischen Form (rechtwinklig-parallelepipede Form bzw. Quaderform) darin einen elektrischen Körper 20 einhaust, wie etwa ein sogenannter gewickelter (aufgerollter) Elektrodenkörper, welcher aus einem Stapel aus einer Kathode und einer Anode, welcher dazwischen mit einem mit einem Elektrolyten imprägnierten Separator vorgesehen ist; und eine Öffnung 12 des Batteriegehäuses 10 ist mit einem Deckel 14 abgedeckt. Ferner ist der Deckel 14 mit einem Kathodenanschluss 38 und einem Anodenanschluss 48 zum externen Anschluss vorgesehen und bezüglich des Kathodenanschlusses 38 und des Anodenanschlusses 48 sind Teile der jeweiligen oberen Enden davon dazu vorgesehen, aus einer Oberfläche des Deckels 14 herauszustehen, und Teile der entsprechenden unteren Enden davon sind innerhalb des Batteriegehäuses 10 an einen internen Kathodensammelanschluss (bzw. Kathodenabnehmeranschluss) 37 bzw. einen internen Anodensammelanschluss (bzw. Anodenabnehmeranschluss) 47 angeschlossen.
Ferner ist der Elektrodenkörper 20 so konfiguriert, dass eine Kathodenlage 30, die auf einer Oberfläche einer langen Kathodenanordnung (Abnehmer) 32 eine Kathodenaktivmaterialschicht 34 umfasst, und eine Anodenlage 40, die auf einer Oberfläche einer langen Anodenanordnung (Abnehmer) 42 eine Anodenaktivmaterialschicht 44 umfasst, alternierend mittels eines langen langenförmigen Separators 50 gestapelt sind. Dieser gestapelte Körper ist in eine flache Form beispielsweise durch Quetschen eines gewickelten Elektrodenkörpers, welcher durch Wickeln, so dass er eine röhrenförmige Form um einen Kern (nicht gezeigt) des gestapelten Körpers erhalten ist, in der Richtung einer Seitenoberfläche davon gebildet ist.
Ferner sind der oben beschriebene innere Kathodenabnehmeranschluss 37 und der innere Anodenabnehmeranschluss 47 jeweils an einen Kathodenaktivmaterialschicht-Nichtbildungsteil 36 der Kathodenanordnung 32 und einen Anodenaktivmaterialschicht-Nichtbildungsteil 46 der Anodenanordnung 42 durch ein geeignetes Verfahren, wie etwa ein Ultraschallschweißen oder Widerstandsschweißen, angeschlossen, und dies stellt die elektrische Verbindung mit der Kathodenlage 30 und der Anodenlage 40 in dem Elektrodenkörper 20 her.
Der Separator 50 ist zwischen der Kathodenlage 30 und der Anodenlage 40 gelagert und ist so angeordnet, dass er in Kontakt sowohl mit der Kathodenaktivmaterialschicht 34, die in der Kathodenlage 30 vorgesehen ist, als auch der Anodenaktivmaterialschicht 44, die in der Anodenlage 40 vorgesehen ist, gebracht ist. Ein Elektrolyt (nicht wässriger Elektrolyt) ist durch Immersion in in dem Separator 50 gebildeten Löchern vorgesehen, wodurch ein leitfähiger Pfad (ein elektrisch leitfähiger Pfad) zwischen der Kathode und der Anode definiert ist. Es ist anzumerken, dass der Separator 50 eine Breite aufweist, die größer als der Stapelteil der Kathodenaktivmaterialschicht 32 und der Anodenaktivmaterialschicht 44 ist, und geringer ist als die des Elektrodenkörpers 20 und ebenso dass der Separator 50 dazu vorgesehen ist, zwischen der Kathodenaktivmaterialschicht 34 und der Anodenaktivmaterialschicht 44 des Stapelteils gelagert zu sein, so dass kein interner Kurzschluss aufgrund des Kontakts zwischen der Kathodenanordnung 32 und der Anodenanordnung 42 verursacht wird.
Als ein Bestandteilsmaterial des Separators 50 können die im Stand der Technik bekannten angemessen verwendet werden, und keine spezielle Limitierung ist auf solch ein Bestandteilsmaterial gelegt. Beispielsweise kann eine poröse Lage, die aus einem Harz besteht (mikroporöse Harzlage) bevorzugt verwendet werden und Beispiele der Art solch eines Harzes können Polyolefinharze, wie etwa Polypropylen und Polyethylen; und Polystyrol beinhalten. Der Separator 50, der entweder durch eine einzelne Schicht (Einschichtkörper) oder einen Stapelkörper zweier Schichten oder dreier oder mehrerer Schichten aufgebaut ist, kann bevorzugt verwendet werden.
(Kathodenlage 30)
Als ein Material zum Bilden der Kathodenanordnung 32, welche als ein Grundmaterial der Kathodenlage 30 dient, können diejenigen, die im Stand der Technik bekannt sind, angemessen verwendet werden und keine spezielle Limitierung ist auf solch ein Material gelegt. Beispiele solcher Materialien beinhalten Metalle mit exzellenter Leitfähigkeit wie etwa Aluminium und eine Legierung oder ein Kompositmaterial, die bzw. das als deren bzw. dessen Hauptbestandteil Aluminium enthält.
Die Kathodenaktivmaterialschicht 34 enthält zumindest ein Kathodenaktivmaterial, das in der Lage ist, Lithiumionen, die als Ladungsträger dienen, zu okkludieren und freizugeben. Als solch ein Kathodenaktivmaterial können die im Stand der Technik bekannten angemessen verwendet werden, und keine spezielle Limitierung ist auf solch ein Material gelegt. Beilspiele davon können ein Lithium-Übergangsmetall-Kompositoxid, das Lithium (Li) und zumindest eine Art eines Übergangsmetallselements umfasst, und das eine Schichtstruktur oder eine Spinellstruktur aufweist, beinhalten.
Spezieller können Beispiele solcher Materialien ein Kobalt-Lithium-Kompositoxid (LiCoO₂), ein Nickel-Lithium-Kompositoxid (LiNiO₂); ein Magnesium-Lithium-Kompositoxid (LiMn₂O₄); ein sogenanntes zweidimensionales Übergangsmetall-Kompositoxid, das zwei Arten von Übergangsmetallen beinhaltet, welches durch LiNi_xCo_1-xO₂ (0 < x < 1) als ein Nickel-Kobalt-Kompositoxid, LiCo_xMn_1-xO₂ (0 < x < 1) als ein Kobalt-Mangan-Kompositoxid oder LiNi_xMn_1-xO₂ (0 < x < 1) oder LiNi_xMn_2-xO₄ (0 < x < 2) als ein Nickel-Mangan-Kompositoxid dargestellt ist; und ein dreidimensionales Lithium-Übergangsmetall-Kompositoxid, wie etwa ein Nickel-Kobalt-Mangan-Kompositoxid, das drei Arten von Übergangsmetallelementen beinhaltet (beispielsweise LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂). Es ist anzumerken, dass jedes der obigen Übergangsmetall-Kompositoxide ein Potential aufweist, das innerhalb des Bereichs von etwa 3,5 V bis 4,2 V (Potential relativ zu einer Lithiumreferenzspannung) fällt.
Ferner kann ein Lithium-Übergangsmetall-Kompositoxid als Mikrometallelemente ein Element oder zwei oder mehr Elemente ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus beispielsweise Aluminium (Al), Chrom (Cr), Eisen (Fe), Vanadium (V), Magnesium (Mg), Titan (Ti), Zirkon (Zr), Niob (Nb), Molybdän (Mo), Wolfram (W), Kupfer (Cu), Zink (Zn), Gallium (Ga), Indium (In), Zinn (Sn), Lanthan (La) und Cer (Ce) beinhalten.
Als solch ein oben beschriebenes Lithium-Übergangsmetall-Oxid kann ein Lithium-Übergangsmetall-Oxidpulver, das durch ein konventionelles Verfahren angefertigt/bereitgestellt ist, beispielsweise so wie es ist verwendet werden; alternativ kann solch ein Lithium-Übergangsmetall-Oxid durch Mischen, in einem vorbestimmten molaren Verhältnis, verschiedener Ausgangsmaterialien, die gemäß der atomaren Zusammensetzungen angemessen ausgewählt sind, und dann Kalzinieren der resultierenden Mischung durch ein angemessenes Mittel angefertigt werden. Es ist ebenso möglich, ein kalziniertes Produkt durch ein angemessenes Mittel zu zerstoßen, granulieren und klassifizieren und dadurch partikuläres Lithium-Übergangsmetall-Oxidpulver zu erhalten, das im Wesentlichen aus Sekundärteilchen mit einem gewünschten durchschnittlichen Teilchendurchmesser und/oder einer gewünschten Teilchengrößenverteilung aufgebaut ist.
Ferner kann die Kathodenaktivmaterialschicht 34 als ein Additiv ein opferartiges Hilfsmaterial (bzw. Hilfsmaterial von der sich selbst opfernden Art), welches durch eine Oxidationsreaktion mit einem Additiv, das in dem nicht wässrigen Elektrolyten, der nachfolgend beschrieben ist, mit dem Entladen der Lithiumsekundärbatterie 100 zersetzt wird, und welches die Steuerung der Menge einer herzustellenden Beschichtung aufgrund solch einer Oxidationsreaktion auf der Oberfläche der Kathodenaktivmaterialschicht ermöglicht.
Als solch ein opferartiges Hilfsmaterial ist es möglich, solche bevorzugt zu verwenden, die jeweils ein Potential aufweisen (ein Potential relativ zu einer Lithiumreferenzelektrode) das geringer ist als ein Potential (etwa 3,5 bis 4,2 V) des oben zitierten Kathodenaktivmaterials. Beispiele solch eines Hilfsmaterials kann ein Lithium enthaltendes Phosphat mit einer Olivinstruktur, welches durch die allgemeine Formel LiMPO₄ (in der Formel stellt M zumindest eine Art oder zwei oder mehr Arten von Übergangsmetallelementen ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Co, Ni, Mn und Fe dar) dargestellt ist. Bevorzugte Beispiele solch eines olivinartigen Lithium enthaltenden Phosphats können Lithiumeisenphosphat (LiFePO₄) und Lithiummanganphosphat (LiMnPO₄) beinhalten (ein Potential relativ zu einer Lithiumreferenzspannung beträgt etwa 3,2 bis 3,8 V).
Eine Kombination des oben beschriebenen Kathodenaktivmaterials und des oben beschriebenen opferartigen Hilfsmaterials ist nicht insbesondere begrenzt, solange die Beziehung bezüglich eines Potentials (ein Potential relativ zu einer Lithiumreferenzspannung) zwischen dem Kathodenaktivmaterial und dem opferartigen Hilfsmaterial die Ungleichung erfüllt: Kathodenaktivmaterial > opferartiges Hilfsmaterial. Ein bevorzugtes Beispiel solche einer Kombination kann durch Verwenden, als ein Kathodenaktivmaterial, von LiNi_1/3CO_1/3Mn_1/3O₂ mit einer Schichtstruktur und Verwenden, als ein opferartiges Hilfsmaterial, von LiFePO₄ mit einer Olivinstruktur erhalten werden. Alternativ kann ein Lithium-Übergangsmetall-Kompositoxid mit einer Schichtstruktur als ein opferartiges Hilfsmaterial verwendet werden und ein Beispiel der relevanten Kombination kann durch Verwenden, als ein Kathodenaktivmaterial, von LiMnO₄ mit einer Spinellstruktur, welches ein relativ hohes Potential (etwa 4,2 V) aufweist, und Verwenden, als ein opferartiges Hilfsmaterial, von LiNiO₂ mit einer Struktur, welches ein höheres Potential als das obere Potential aufweist, erhalten werden.
Die Kathodenaktivmaterialschicht 34 kann weitere Bestandteile (optionale Bestandteile), die im Stand der Technik bekannt sind, wie etwa ein leitfähiges Material und ein Bindemittelmaterial nach Bedarf enthalten. Beispiele solch eines leitfähigen Materials können leitfähige Pulvermaterialien wie etwa Kohlenstoffpulver und Kohlefasern beinhalten. Spezifische Beispiele des Kohlenstoffpulvers beinhalten verschiedene Arten von Kohleschwarz (bzw. Ruß), wie etwa Acetylenruß, Ofenruß, Ketjenblack und Graphitpulver. Ferner kann die Kathodenaktivmaterialschicht 34 enthalten: leitfähige Fasern wie etwa Kohlefasern und Metallfasern; Metallpulver wie etwa Kupfer und Nickel; und organische leitfähige Materialien wie etwa ein Polyphenylenderivat, welche einzeln oder als eine Mischung verwendet werden können.
Als ein Bindemittelmaterial können solche, die im Stand der Technik bekannt sind, angemessen verwendet werden und keine spezielle Limitierung ist auf solch ein Bindemittelmaterial gelegt. Verschiedene Arten von Polymermaterialien können bevorzugt verwendet werden. Spezieller ist es möglich, selektiv ein Polymer zu verwenden, das in der Lage ist, sich in einem für die Produktion der Kathodenaktivmaterialschicht 34 verwendeten Lösungsmittel aufzulösen oder zu dispergieren. Wenn ein Wasser basiertes Lösungsmittel verwendet wird, ist es beispielsweise möglich, bevorzugt wasserlösliche oder wasserdispergierbare Polymere zu verwenden, einschließlich: Cellulosepolymere wie etwa Carboxymethylcellulose (CMC) und Hydroxypropylmethylcellulose (HPMC); Polyvinylalkohol (PVA); Fluorharze, wie etwa Polytetrafluorethylen (PTFE) und ein Tetrafluorethylen-Hexafluorpropylencopolymer (FEP); ein Vinylacetatcopolymer; Kautschuke wie etwa Styrol-Butadien-Kautschuk (SBR) und ein Acrylsäure-modifiziertes Styrol-Butadien-Kautschukharz (SBR Latex). Wenn ein nicht Wasser basiertes Lösungsmittel verwendet wird, ist es möglich, bevorzugt Polymere wie etwa Polyvinylidendifluorid (PVDF) und Polyvinylidenchlorid (PVDC) einzusetzen. Es ist anzumerken, dass verschiedene Polymermaterialien, die als Beispiele indiziert sind, die Funktion eines Additivs wie etwa eines Körperbildungsmittels, neben der Funktion als ein Bindemittelmaterial aufweisen können.
(Anodenlage 40)
Als ein Material zum Bilden der Anodenanordnung 42, die als ein Grundmaterial der Anodenlage 40 dient, können solche, die im Stand der Technik bekannt sind, angemessen verwendet werden und keine spezielle Limitierung ist auf solch ein Material gelegt. Beispiele eines solchen Materials können Metalle mit exzellenter Leitfähigkeit wie etwa Kupfer und eine Legierung oder ein Kompositmetall, die bzw. das in deren bzw. dessen Hauptbestandteil Kupfer enthält, beinhalten.
Die Anodenaktivmaterialschicht 40 enthält zumindest ein Anodenaktivmaterial, das in der Lage ist, Lithiumionen, die als Ladungsträger dienen, zu okkludieren oder freizugeben. Solch ein Anodenaktivmaterial ist ein Material, das durch eine Reduktionsreaktion mit einem Additiv, das in dem nicht wässrigen Elektrolyten, der nachfolgend beschrieben ist, mit dem Entladen der Lithiumsekundärbatterie zersetzt wird, und welches das Steuern der Menge an Produktion einer herzustellenden Beschichtung aufgrund solch einer Reduktionsreaktion auf der Oberfläche des Anodenaktivmaterials ermöglicht. Solche, die konventionell im Stand der Technik für das obige Anodenaktivmaterial verwendet werden, können ohne jegliche spezielle Limitierung verwendet werden. Spezifische Beispiele davon beinhalten teilchenförmiges Kohlenstoffmaterial (Kohlenstoffteilchen), die zumindest teilweise eine Graphitstruktur (Schichtstruktur) umfassen, beinhalten. Es ist ebenso möglich, bevorzugt verschiedene Kohlenstoffmaterialien zu verwenden, einschließlich: ein sogenanntes Graphitmaterial (Graphit); ein hart graphitisiertes Kohlenstoffmaterial (Hartkohlenstoff); ein weich graphitisiertes Kohlenstoffmaterial (Weichkohlenstoff); ein Material mit der Struktur einer Mischung, die die vorhergehenden umfasst, etc.
Unter den obigen können insbesondere Graphitteilchen, wie etwa Graphit, bevorzugt verwendet werden. Graphitteilchen weisen exzellente Leitfähigkeit auf, da sie in der Lage sind, bevorzugt Lithiumionen als Ladungsträger zu okkludieren und weisen ebenso einen geringen Teilchendurchmesser und eine große Oberfläche pro Einheitsvolumen auf. Somit weisen solche Graphitteilchen einen vorteilhaften Punkt auf, dass sie als ein Anodenaktivmaterial, das für Hochratenpulsladen/Entladen angemessen sind.
Ferner kann die Anodenaktivmaterialschicht 44 als ein Additiv ein opferartiges Hilfsmaterial (bzw. Hilfsmaterial von der sich selbst opfernden Art) welches das oben genannte Additiv mit dem Laden der Lithiumsekundärbatterie 100 reduziert und zersetzt, und welches ein Potential aufweist, das höher ist als ein Potential (Potential relativ zu einer Lithiumreferenzelektrode) des Anodenaktivmaterials, enthalten.
Beispiele solch eines opferartigen Hilfsmaterials können ein Oxid oder Sulfid eines Übergangsmetalls, wie etwa Titanoxid oder -Sulfid beinhalten. Spezifischere Beispiele davon können Lithiumtitanat, Titanoxid (TiO₂), Titansulfid, Wolframoxid, Molybdänoxid, Kobaltoxid und Eisensulfid beinhalten; ein insbesondere bevorzugtes Beispiel davon ist Lithiumtitanat; und ferner bevorzugte Beispiele davon können Li_4+xTi₅O₁₂ (0 ≤ x ≤ 3) und Li_2+xTi₃O₇ (0 ≤ x ≤ 3) beinhalten.
Ferner kann die Anodenaktivmaterialschicht 44 andere Bestandteile (optionale Bestandteile), die im Stand der Technik bekannt sind, wie etwa ein Bindemittelmaterial nach Bedarf enthalten. Als solch ein Bindemittelmaterial kann ein für eine Anode einer allgemeinen Lithiumsekundärbatterie verwendetes Bindemittelmaterial angemessen eingesetzt werden. Beispielsweise können die oben beschriebenen Materialien, die als das Bindemittelmaterial für die Kathodenaktivmaterialschicht 34 verwendet werden, ebenso angemessen in einer ausgewählten Weise verwendet werden.
(Nicht wässriger Elektrolyt)
Der nicht wässrige Elektrolyt, der in der Lithiumsekundärbatterie 100 verwendet wird, enthält ein nicht wässriges Lösungsmittel und ein Lithiumsalz, das als ein Trägerelektrolyt (Trägersalz) dient, und enthält ebenso die durch die nachfolgende Formel (1) dargestellte spezifische Verbindung (in der Formel (1) stellt M ein Element der dreizehnten, vierzehnten oder fünfzehnten Gruppe dar und eine weitere Gruppe, wie etwa eine Halogengruppe, eine Alkylgruppe, eine Alkoxygruppe, eine Cyanogruppe oder eine Hydroxylgruppe kann daran in Abhängigkeit von der Valenz gebunden sein; R stellt ein C₁-C₁₀ Alkylen, ein C₁-C₁₀ Alkylenhalogenid, ein C₅-C₂₀ Arylen oder ein C₅-C₁₀ Arylenhalogenid dar (eine Struktur davon kann einen Substituenten und ein Heteroatom beinhalten); und n stellt 0 oder 1 dar).
Als ein nicht wässriges Lösungsmittel können solche, die im Stand der Technik bekannt sind, angemessen verwendet werden und keine spezifische Limitierung ist auf die Art gelegt. Beispiele solch eines nicht wässrigen Lösungsmittels können verschiedene organische Lösungsmittel, stärker bevorzugt aprotische Lösungsmittel, wie etwa Carbonate, Ester, Ether, Nitrile, Sulfone und Lactone beinhalten. Spezieller kann es möglich sein, eine Art oder eine Kombination von zwei oder mehr Arten zu verwenden, ausgewählt unter: Carbonaten, wie etwa Ethylencarbonat (EC), Propylencarbonat (PC), Diethylcarbonat (DEC), Dimethlycarbonat (DMC) und Ethylmethylcarbonat (EMC); und die, die allgemein für einen Elektrolyten einer Lithiumsekundärbatterie verwendet werden können, wie etwa 1,2-Dimethoxy-ethan, 1,2-Diethoxy-ethan, Tetrahydrofuran, 2-Methyltetrahydrofuran, Dioxan, 1,3-Dioxolan, Diethylglycoldimethylether, Ethylenglycoldimethylether, Acetonitril, Propionitril, Nitromethan, N,N-Dimethylformamid, Dimethylsulfoxid, Sulfolan und γ-Butyrolacton.
Ferner können spezifische Beispiele des Lithiumsalzes, das als ein Trägerelektrolyt (Trägersalz) dient, verschiedene Lithiumsalze beinhalten, von denen bekannt ist, dass sie als Trägerelektrolyt in einem Elektrolyten für eine Lithiumsekundärbatterie zu fungieren in der Lage sind, wie etwa LiPF₆, LiBF₄, LiN(SO₂CF₃)₂, LiN(SO₂C₂F₅)₂, LiCF₃SO₃, LiC₄F₉SO₃, LiC(SO₂CF₃) und LiClO₄; allerdings sind solche Lithiumsalze nicht insbesondere darauf begrenzt. Bezüglich des Lithiumsalzes kann eine einzelne Art oder eine Kombination zweier oder mehrerer Arten verwendet werden. Unter diesen wird insbesondere LiPF₆ bevorzugt verwendet. Es ist anzumerken, dass keine spezielle Limitierung auf die Konzentration, in einem nicht wässrigen Elektrolyten, eines Lithiumsalzes, das als ein Trägerelektrolyt dient, gelegt ist, und dass solch eine Konzentration angemessen in Abhängigkeit der benötigten Leistungsfähigkeit eingestellt werden kann. Solch ein nicht wässriger Elektrolyt kann, wie im Fall des nicht wässrigen Elektrolyten, der in einer konventionellen Lithiumsekundärbatterie verwendet wird, aufgebaut sein.
Spezifische Beispiele solch einer spezifischen durch die obige Formel (1) dargestellten Verbindung können eine Verbindung beinhalten, die Bor (B) als M in der Formel (1) umfasst, und eine Verbindung, die Phosphor (P) als M in der Formel (1) umfasst. Ferner können spezifische Beispiele davon bevorzugt LiBOB und LPFO beinhalten, d. h. die jeweiligen Lithiumsalze, die durch die nachfolgenden Formeln (2) und (3) dargestellt sind, stärker bevorzugt LiBOB (Formel (2)).
Bezüglich des Gehalts solch einer spezifischen Verbindung in einem nicht wässrigen Elektrolyten beträgt das initiale Gehaltsverhältnis relativ zu einer Kapazität der Anode 0,04 bis 0,5 [(mol/kg)/(mF/cm²))], bevorzugt 0,05 bis 0,25 [(mol/kg)/(mF/cm²)]. Hier können bevorzugte Beispiele der Kapazität der Anode bevorzugt 0,09 (mF/cm²) oder höher, stärker bevorzugt 0,2 (mF/cm²) oder höher beinhalten.
<Verfahren zum Herstellen einer Sekundärbatterie mit nicht wässrigem Elektrolyten>
(Kathode)
Als Nächstes wird ein Verfahren zum Herstellen einer Kathode der Lithiumsekundärbatterie 100 beschrieben werden. Als Erstes wird das oben beschriebene Kathodenaktivmaterial und, wenn nötig, das oben beschriebene opferartige Hilfsmaterial für eine Kathode bereitgestellt und solche Materialien werden vermischt, gerührt, etc., in einer festen Phase, um eine Mischung davon anzufertigen. Im Ergebnis wird eine Mischung, in welcher ein opferartiges Hilfsmaterial auf zumindest einem Teil der Oberfläche des Kathodenaktivmaterials anhaftet, erhalten. Alternativ kann eine Mischung, in welcher ein Kathodenaktivmaterial eine Oberfläche aufweist, welche mit dem opferartigen Hilfsmaterial mit einer einheitlichen Dicke beschichtet ist, unter Verwendung verschiedener Arten konventioneller Beschichtungsabscheidungsverfahren erhalten werden, welche einzeln oder in angemessener Kombination verwendet werden können, wie etwa Flüssigphasenverfahren (Kristallisationsverfahren) des Eintauchens eines Kathodenaktivmaterials in ein Lösungsmittel, das ein opferartiges Hilfsmaterial enthält, und dann Trocknen (Kalzinieren) des resultierenden Produkts, und ein Verdampfungsverfahren (Gasphasenverfahren; ein PVD-Verfahren, wie etwa ein Sputterverfahren, und ein CVD-Verfahren, wie etwa ein Plasma-CVD-Verfahren).
Dann wird die erhaltene Mischung des Kathodenaktivmaterials und des opferartigen Hilfsmaterials in einem geeigneten Lösungsmittel gemeinsam mit einem leitfähigen Material, einem Bindemittelmaterial, etc. gemischt, um dadurch eine pastöse oder schlämmeartige Paste zum Bilden einer Kathodenaktivmaterialschicht anzufertigen. Diese Paste wird dann auf die Kathodenanordnung 32 (Grundmaterial) aufgebracht und das resultierende Produkt wird durch Verflüchtigen des Lösungsmittels getrocknet und wird dann komprimiert. Im Ergebnis wird eine Kathode der Lithiumsekundärbatterie 100 erhalten, welche auf der Kathodenanordnung 32 die Kathodenaktivmaterialschicht 34, die unter Verwendung der obigen Paste gebildet ist, umfasst.
Bezüglich des Lösungsmittels, das zum Anfertigen der oben beschriebenen Paste zum Bilden einer Kathodenaktivmaterialschicht verwendet wird, kann entweder ein Wasser basiertes Lösungsmittel oder ein nicht Wasser basiertes Lösungsmittel verwendet werden. Das Wasser basierte Lösungsmittel ist typischerweise Wasser. Ferner ist es ausreichend für das Wasser basierte Lösungsmittel, eine Wässrigkeit aufzuweisen; d. h. Wasser oder ein gemischtes Lösungsmittel, das Wasser als dessen Hauptbestandteil enthält, kann bevorzugt verwendet werden. Als ein von Wasser verschiedenes Lösungsmittel, welches solch ein gemischtes Lösungsmittel aufbaut, ist es möglich, angemessen und selektiv zumindest eines oder zwei oder mehr Arten von organischen Lösungsmitteln (niedere Alkohole, niedere Ketone, etc.), welche mit Wasser einheitlich gemischt werden können, zu verwenden. Ferner können bevorzugte Beispiele des nicht Wasser basierten Lösungsmittels N-Methyl-2-Pyrolidon (NMP), Methylethylketon und Toluol beinhalten.
Als ein Verfahren des Aufbringens der obigen Paste auf die Kathodenanordnung 32 können Techniken, die den konventionellen Verfahren ähnlich sind, angemessen eingesetzt werden. Beispiele solcher Verfahren können Verfahren beinhalten, die angemessene Beschichtungsapplikatoren, wie etwa ein Spaltbeschichter, ein Dye-Beschichter, ein Gravurstreichbeschichter und ein Kommabeschichter, verwenden. Ferner kann, beim Trocknen eines Lösungsmittels, Lufttrocknen, heiße Luft, Luft geringer Feuchtigkeit, Vakuum, Infrarotstrahlen, Ferninfrarotstrahlen und Elektronenstrahlen einzeln oder in angemessener Kombination verwendet werden. Über dies können als ein Kompressionsverfahren konventionelle Kompressionsverfahren, wie etwa Walzenpressen oder Plattenpressen eingesetzt werden. Beim Versuchen des Steuerns der relevanten Dicke (bzw. Stärke) kann die Kompression mehrere Male durchgeführt werden, um eine gewünschte Dicke durch Durchführen einer Dickenmessung mit einer Dickemessungsvorrichtung und ebenso durch Steuern eines Drucks zum Pressen angemessen durchgeführt werden.
(Anode)
Als Nächstes wird ein Verfahren des Herstellens einer Anode der Lithiumsekundärbatterie 100 beschrieben werden. Als Erstes werden das oben beschriebene Anodenaktivmaterial und, wenn nötig, das oben beschriebene opferartige Hilfsmaterial für eine Anode angefertigt und solche Materialien werden gemischt, gerührt, etc., in einer festen Phase, um eine Mischung davon anzufertigen. Im Ergebnis wird eine Mischung, in welcher ein opferartiges Hilfsmaterial auf zumindest einem Teil der Oberfläche eines Anodenaktivmaterials anhaftet, erhalten. Alternativ kann eine Mischung, in welcher ein Anodenaktivmaterial eine Oberfläche aufweist, welche mit einem opferartigen Hilfsmaterial mit einer einheitlichen Dicke beschichtet ist, unter Verwendung verschiedener Arten konventioneller Beschichtungsabscheidungsverfahren erhalten werden, welche einzeln oder in angemessener Kombination verwendet werden können, wie etwa Flüssigphasenverfahren (Kristallisationsverfahren) des Eintauchens eines Anodenaktivmaterials in ein Lösungsmittel, das ein opferartiges Hilfsmaterial enthält, und dann Trocknen (Kalzinieren) des resultierenden Produkts, und ein Verdampfungsverfahren (Gasphasenverfahren; ein PVD-Verfahren, wie etwa ein Sputterverfahren, und ein CVD-Verfahren, wie etwa ein Plasma-CVD-Verfahren).
Dann wird die erhaltene Mischung des Anodenaktivmaterials und des opferartigen Hilfsmaterials in einem geeigneten Lösungsmittel gemeinsam mit einem leitfähigen Material, einem Bindemittelmaterial, etc. gemischt, um dadurch eine pastöse oder schlämmeartige Paste zum Bilden einer Anodenaktivmaterialschicht anzufertigen. Diese Paste wird dann auf die Anodenanordnung 42 (Grundmaterial) aufgebracht und das resultierende Produkt wird durch Verflüchtigen des Lösungsmittels getrocknet und wird dann komprimiert. Im Ergebnis wird eine Kathode der Lithiumsekundärbatterie 100 erhalten, welche auf der Anodenanordnung 42 die Anodenaktivmaterialschicht 34, die unter Verwendung der obigen Paste gebildet ist, umfasst.
Bezüglich des relevanten Aufbringens können Trocknungs- und Kompressionsverfahren, Mittel und Verfahren, die dem oben beschriebenen Kathodenherstellungsverfahren ähnlich sind, verwendet werden. Ferner ist es für eine Anode bevorzugt, so konfiguriert zu sein, dass die Kapazität davon 0,09 (mF/cm²) oder höher, stärker bevorzugt 0,2 (mF/cm²) oder höher wie oben angeführt beträgt.
(Nicht wässriger Elektrolyt)
Das oben beschriebene Lithiumsalz, das als ein Trägerelektrolyt (Trägersalz) dient, wird in das oben beschriebene angemessene nicht wässrige Lösungsmittel in einer angemessenen Konzentration gemischt, und ebenso wird die spezifische durch die Formel (1) dargestellte Verbindung darin in dem oben beschriebenen Gehaltsverhältnis eingemischt, d. h. solch eine Verbindung wird darin so eingemischt, dass das initiale Gehaltsverhältnis relativ zu der Kapazität einer Anode 0,04 bis 0,5 [(mol/kg)/(mF/cm²)], bevorzugt 0,05 bis 0,25 [(mol/kg)/(mF/cm²)] beträgt.
(Lithiumsekundärbatterie 100)
Die oben angefertigte Anode (typischerweise die Kathodenlage 30) mit der Kathodenaktivmaterialschicht 34, die ein Kathodenaktivmaterial enthält, und die oben angefertigte Kathode (typischerweise die Anodenlage 40) mit der Kathodenaktivmaterialschicht 44, die ein Kathodenaktivmaterial enthält, werden gestapelt und gemeinsam mit zwei Separatoren 50 aufgewickelt, und der erhaltene aufgewickelte Elektrodenkörper 20 wird in der Richtung einer Seitenoberfläche davon gequetscht und wird dadurch in eine flache Form gebildet.
Dann werden der innere Kathodenabnehmeranschluss 37 und der innere Anodenabnehmeranschluss 47 jeweils an den Kathoden-Aktivmaterialschicht-Nichtbildungsteil 36 der Kathodenanordnung 32 bzw. den Anoden-Aktivmaterialschicht-Nichtbildungsteil 46 der Anodenanordnung 42 mittels Ultraschallschweißen, Widerstandsschweißen, etc. verbunden, und dadurch wird eine elektrische Verbindung mit der Kathodenlage 30 oder der Anodenlage 40 des flachförmigen Elektrodenkörpers 20, der wie oben beschrieben ist, hergestellt. Nachfolgend wird der somit erhaltene Elektrodenkörper 20 in dem Gehäuse 10 eingehaust; der nicht wässrige Elektrolyt, der wie oben beschrieben angefertigt ist, wird dann darin eingefüllt; und die Einfüllöffnung wird abgedichtet, wodurch die Lithiumsekundärbatterie 100 in der vorliegenden Ausführungsform erhalten werden kann.
Es besteht keine besondere Begrenzung beispielsweise bezüglich der Struktur, Größe und des Materials (zum Beispiel hergestellt aus Metall oder einer Laminatbeschichtung) des Gehäuses 10 und der spezifischen Struktur (aufgewickelte (aufgerollte) Struktur, laminierte Struktur, etc.) des Elektrodenkörpers 20, der als dessen Hauptbestandteile eine Kathode und eine Anode umfasst.
Gemäß der somit konfigurierten Lithiumsekundärbatterie 100 und des Herstellungsverfahrens wird die spezifische Verbindung der Formel (1), die in einem nicht wässrigen Elektrolyten enthalten ist, auf der Anode durch das Anodenaktivmaterial, das in einem Ladezustand als ein starkes Reduktionsmittel wirkt, reduziert und zersetzt, und die hergestellten chemischen Spezies mit hoher Aktivität binden aneinander, was in der Bildung einer Beschichtung, die aus einer chemisch stabilen Verbindung besteht, resultiert (SEI: Solid Electrolyte Interface (Festelektrolytübergang); als ob es eine physikalische Barriere wäre, die die Zersetzung eines nicht wässrigen Elektrolyten unterdrückt). Im Ergebnis wird eine Reduktionsdekompressionsreaktion auf der Anode unterdrückt und dies kann zu der Verbesserung der Batteriecharakteristika der Lithiumsekundärbatterie 100 beitragen, wie etwa den Zyklencharakteristika und der Beständigkeit.
Wie oben beschrieben ist das initiale Gehaltsverhältnis (beispielsweise das Gehaltsverhältnis in einem Rezept eines nicht wässrigen Elektrolyten) einer spezifischen Verbindung relativ zu der Kapazität der Anode in einem nicht wässrigen Elektrolyten so gesteuert, dass es einen Wert annimmt, der innerhalb des Bereichs von 0,04 bis 0,5 [(mol/kg)/(mF/cm²)], bevorzugt 0,05 bis 0,25 [(mol/kg)/(mF/cm²)] fällt. Somit wird eine Beschichtung aufgewachsen, um als eine ausreichende physikalische Barriere für die Anode zu fungieren, und eine nicht reagierte spezifische Verbindung kann davon abgehalten werden, in solch einer Beschichtung eingefangen zu werden. Daher kann die Anode ausreichend geschützt werden, während die Verschlechterung (Reduktion) einer scheinbaren Batteriekapazität aufgrund des Verbrauchens einer Menge an Elektrizität durch solch eine nicht reagierte spezifische Verbindung während des Betriebs (Dauerbetrieb) der Lithiumsekundärbatterie 100 unterdrückt werden kann.
Mit solch einer Konfiguration werden der Anodenschutzeffekt aufgrund einer spezifischen Verbindung ebenso wie der Batterie-Kapazitäts-Verschlechterungsunterdrückungseffekt ausreichend hergestellt, wodurch die Zyklencharakteristika und Beständigkeit der Lithiumsekundärbatterie 100 ferner verbessert werden können und wodurch die Zugabemenge einer spezifischen Verbindung zu einem nicht wässrigen Elektrolyten optimiert werden kann; daher kann die ökonomische Effizienz gesteigert werden, während die Erhöhung der Materialkosten unterdrückt werden kann.
Ferner ist in der Lithiumsekundärbatterie 100 die Anodenkapazität 0,09 (mF/cm²) oder höher, stärker bevorzugt 0,2 (mF/cm²) oder höher, und somit kann die Anzahl von Stellen, welche der Deinsertion von Lithiumionen in dem Anodenaktivmaterial unterliegen, effektiv davon abgehalten werden, auf ein unangenehmes Niveau reduziert zu werden. Im Ergebnis wird die Verschlechterung der Batteriecharakteristika der Lithiumsekundärbatterie 100, wie etwa der Ausgabecharakteristika, unterdrückt, während die Erhöhung des Reaktionswiderstandes in der Anode unterdrückt wird, wodurch eine höhere Ausgabe für eine längere Zeitdauer als je zuvor beibehalten werden kann.
Beispiele
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend detaillierter mit Bezug auf Beispiele und Vergleichsbeispiele weiter beschrieben werden. Allerdings ist die vorliegende Erfindung nicht auf diese Beispiele begrenzt.
(Vergleichsbeispiel 1)
Die Lithiumsekundärbatterie von Vergleichsbeispiel 1 wurde mit einer Konfiguration ausgestattet, die identisch zu der Lithiumsekundärbatterie 100, die in 1 und 2 angezeigt ist, ist, mit der Ausnahme, dass die spezifische Verbindung, die durch die Formel (1) dargestellt ist, nicht in einem nicht wässrigen Elektrolyten enthalten ist.
(Beispiele 1 bis 6 und Vergleichsbeispiele 2 bis 4)
Die Lithiumsekundärbatterien 100 der Beispiele 1 bis 6 und die Lithiumsekundärbatterien der Vergleichsbeispiele 2 bis 4 wurden in der gleichen Weise wie Vergleichsbeispiel 1 angefertigt, mit der Ausnahme, dass ein nicht wässriger Elektrolyt, der durch Zugeben, zu dem nicht wässrigen Elektrolyten in Vergleichsbeispiel 1, einer vorbestimmten Menge von LiBOB, das die spezifische Verbindung, die durch Formel (1) dargestellt ist, ist, erhalten war, anstatt des nicht wässrigen Elektrolyten in Vergleichsbeispiel 1 verwendet wurde.

Die Mess- und Auswertungs-(nachfolgend beschrieben)-ergebnisse eines initialen LiBOB Gehaltsverhältnisses relativ zu einer Anodenkapazität hinsichtlich jedes der Beispiele und Vergleichsbeispiele ist in Tabelle 1 als das „LiBOB Gehaltsverhältnis [(mol/kg)/(mF/cm²)]” gezeigt. Tabelle 1 zeigt ferner hinsichtlich jedes der Beispiele und Vergleichsbeispiele die „Anodenaktivmaterial BET spezifische Oberfläche (m²/g)”, die „Dichte (g/cm³) eines nicht wässrigen Elektrolyten und einen „LiBOB Gehalt (mol/kg)”, welche durch bekannte Verfahren gemessen und Ausgewertet wurden, ebenso wie die „Anodenkapazität (mF)”, den „reaktiven Widerstand (mΩ)” und den „Kapazitätserhaltungsfaktor (%)” einer Lithiumsekundärbatterie, welche wie nachfolgend beschrieben gemessen und ausgewertet wurden. [Tabelle 1]

	Anodenaktivmaterial BET Spezifische Oberfläche (m²/g)	Dichte (g/cm³)	LiBOB Gehalt (mol/kg)	Anodenkapazität (mF/cm²)	LiBOB Gehaltsverhältnis [(mol/kg)/(mF/cm²)]	Reaktionswiderstand (bzw. reaktiver Widerstand) (mΩ)	Kapazitätserhaltungsfaktor (%)
Vergleichsbeispiel 1	3,7	1,1	0,00	0,22	0,000	65	84
Vergleichsbeispiel 4	5,0	1,4	0,02	2,01	0,010	82	78
Beispiel 6	5,0	1,1	0,02	0,61	0,033	90	90
Beispiel 1	3,7	1,1	0,01	0,22	0,045	86	89
Beispiel 2	3,7	1,1	0,015	0,22	0,068	95	90
Beispiel 3	3,7	1,1	0,02	0,22	0,091	104	90
Beispiel 5	2,7	1,1	0,02	0,09	0,222	140	89
Beispiel 4	3,7	1,1	0,05	0,22	0,227	149	91
Vergleichsbeispiel 3	2,0	1,1	0,02	0,04	0,500	254	86
Vergleichsbeispiel 2	3,7	1,1	0,15	0,22	0,682	280	85

[Mess- und Auswertungsverfahren]
(Anodenkapazität)
Unter Verwendung der selben Anode in einem unveränderten Zustand wie die, die in jedem der Beispiele und Vergleichsbeispiele verwendet wurde, wurde eine Symmetriezelle 60 mit der in 7 schematisch gezeigten Struktur angefertigt. Wie in der selben Figur gezeigt, ist die Symmetriezelle 60 so konfiguriert, dass zwei Anoden 62, 62 einander gegenüberliegend mit einem Separator 61 dazwischen gelagert angeordnet sind. Ein nicht wässriger Elektrolyt umfassend ein vorbestimmtes gemischtes Lösungsmittel (EC/DMC/EMC = 1/1/1), das LiPF₆ in einer Konzentration von 1 M darin enthielt, wurde in die Zelle eingefüllt. Jede der Anoden 62 wies eine Elektrodenoberfläche (eine Seite) von 21,15 cm² auf.
Unter Verwendung der Symmetriezelle 60, die jedem der Beispiele und Vergleichsbeispiele entsprach, wurde der quantitative Wert einer Impedanz Z(f), der bezüglich einer Frequenz innerhalb eines vorbestimmten Bereichs basierend auf der Messung der Wechselstromimpedanzcharakteristika bei 25°C erhalten wurde, in eine elektrische Doppelkapazitätskomponente C(f) bezüglich solch einer Frequenz innerhalb eines vorbestimmten Bereichs umgewandelt. Bezüglich C(f) wie oben erhalten, war der durch Dividieren von C'(f) bei einer Frequenz von 0,1 Hz erhaltene Wert durch die oben genannte Elektrodenfläche (21,15 cm²) der Anode 62, die „Anodenkapazität”. Die Anodenkapazitäten hinsichtlich der Beispiele und Vergleichsbeispiele sind kollektiv in Tabelle 1 gezeigt. Es ist anzumerken, dass: die Anode aus der Lithiumsekundärbatterie nach dem Laden jedes der Beispiele und Vergleichsbeispiele entfernt wird; und die resultierende Lithiumsekundärbatterie wird einer CC-Entladung von 3 V (gegen Li/Li⁺) mit Li als eine Gegenelektrode unterzogen, dadurch die Symmetriezelle 60 konfigurierend, und dass die Anodenkapazität dann in der gleichen Weise wie oben analysiert und gemessen/evaluiert wurde, wobei im Ergebnis davon im Wesentlichen die gleichen Daten wie oben erhalten wurden.
[Beziehungsausdruck 1]
(Kapazitätserhaltungsfaktor)
Hinsichtlich der Lithiumsekundärbatterie jedes der Beispiele und Vergleichsbeispiele wurden die initiale Kapazität und die Kapazität nach einer Hochtemperaturlagerdurchhalteprüfung (Ladungszustand (SOC): 80%, 60°C und 30 Tage) gemessen und der Kapazitätserhaltungsfaktor wurde aus der nachfolgenden Formel (5) berechnet. Kapazitätserhaltungsfaktor (%) = Kapazität nach Durchhalteprüfung/initiale Kapazität × 100 (5)
Die spezifischen Messbedingungen für solch eine initiale Kapazität und die Kapazität nach Durchhalteprüfung und die Verfahrensschritte sind wie folgt:
(Bedingungen) Temperatur: 25°C, Spannungsbereich: 3,0 bis 4,1 V (Verfahrensschritte)

1. Nachdem 3,0 V durch einen 1 C Konstantstromentladevorgang erreicht sind, wird ein Konstantspannungsentladevorgang für 2 Stunden durchgeführt, und eine Pause von 10 Sekunden wird dann bereitgestellt.
2. Nachdem 4,1 V durch einen 1 C Konstantstromladevorgang erreicht sind, wird ein Konstantspannungsladevorgang für 2,5 Stunden durchgeführt und eine Pause von 10 Sekunden wird dann bereitgestellt.
3. Nachdem 3,0 V durch einen 0,5 C Konstantstromentladevorgang erreicht sind, wird ein Konstantspannungsentladevorgang für 2 Stunden durchgeführt, und eine Pause von 10 Sekunden wird dann bereit gestellt.
4. Die Entladekapazität, die von dem Konstantstromentladevorgang hin zu dem Konstantspannungsentladevorgang in Schritt 3 reicht (konstanter Strom/konstante Spannung: CCCV-Entladekapazität) war die Batteriekapazität.

(Reaktiver Widerstand)
Hinsichtlich der Lithiumsekundärbatterie jedes der Beispiele und Vergleichsbeispiele wurden die Wechselstromimpedanzcharakteristika bei Niedrigtemperaturbedingungen (SOC: 40%, –30°C) gemessen. Der Durchmesser des Bogenteils des erhaltenen Cole-Cole-Plots war der reaktive Widerstand.
(Beschichtungsanalyse)
Der Gehalt der spezifischen Verbindung der Formel (1), die in dem nicht wässrigen Elektrolyten der Lithiumsekundärbatterie enthalten war, welche eine Sekundärbatterie mit nicht wässrigem Elektrolyten ist, gemäß der vorliegenden Erfindung, ist durch das initiale Gehaltsverhältnis (initiale Einsatzmenge) normalisiert auf die Anodenkapazität, wie oben angegeben, spezifiziert. Wenn die Lithiumsekundärbatterie einem initialen Ladevorgang unterzogen wird, wird die spezifische Verbindung aufgebraucht, was zum Bilden einer Beschichtung führt. In solch einer Lithiumsekundärbatterie, in welcher eine Beschichtung auf einer Anode davon gebildet wurde, wenn beispielsweise LiBOB als die spezifische Verbindung verwendet wird, kann das initiale Gehaltsverhältnis von LiBOB durch Durchführen (1) einer quantitativen Analyse von Bor, das in einer Beschichtung enthalten ist, (2) einer Analyse von Oxalationen, die in einer Beschichtung enthalten sind, und (3) einer quantitativen Analyse von LiBOB, das in einem nicht wässrigen Elektrolyten verbleibt (überschüssige Lösung) wie folgt spezifiziert werden:
(1) Quantitative Analyse von Bor in einer Beschichtung
Eine Anode, die durch Zerlegen einer Lithiumsekundärbatterie herausgenommen wurde, wird gereinigt, und der Gehalt an Bor pro Gewicht der Anode nach dem Reinigen wird beispielsweise durch Emissionsspektralanalyseverfahren mit induktiv gekuppeltem Plasma (ICP) quantifiziert. Im Ergebnis kann der Borgehalt und die Menge an LiBOB als das Ausgangsmaterial in der Einheit (μmol/cm²), etc. ausgewertet werden.
(2) Analyse von Oxalationen in der Beschichtung
Die Beschichtungsbestandteile werden aus einer Anode, die durch Zerlegen einer Lithiumsekundärbatterie herausgenommen ist, unter Verwendung einer gemischten Wasser-/Acetonitrillösung extrahiert. Oxalationen (welche durch die Zersetzung von LiBOB hergestellt werden) in den extrahierten Komponenten werden dann beispielsweise durch ein Ionenchromatigraphie-(IC)-verfahren quantifiziert. Im Ergebnis kann der Oxalationengehalt und die Menge an LiBOB als das Ausgangsmaterial in der Einheit (μmol/cm²), etc. ausgewertet werden.
(3) Quantitative Analyse von LiBOB, das in dem nicht wässrigen Elektrolyten verbleibt (Lösung im Überschuss)
Ein nicht wässriger Elektrolyt wird direkt einer Ionenchromatographie (IC) unterzogen und die LiBOB Konzentration (beispielsweise in der Einheit (mmol/L)) wird dann gemessen und ausgewertet.
[Auswertung 1]
4 ist ein Graph, in welchem die Mess- und Auswertungsergebnisse eines reaktiven Widerstands bezüglich eines LiBO Gehaltsverhältnisses hinsichtlich jedes der Beispiele und Vergleichsbeispiele aufgetragen sind. Wie in der selben Figur und Tabelle 1 gezeigt, wurde bestätigt, dass das Gehaltsverhältnis von LiBOB in dem nicht wässrigen Elektrolyten und der reaktive Widerstand eine hohe Korrelation zeigen. Das zeigt an, dass, wenn das LiBOB Gehaltsverhältnis höher wird, die Beschichtungsdicke, welche äquivalent zu dem reaktiven Widerstand ist (eine Erhöhung der Beschichtungsdicke führt zu einer Erhöhung des elektrischen Widerstands) linear größer wird. Daraus kann anerkannt werden, dass die Reaktionsfläche von LiBOB in der Anode eine hohe Korrelation (Eins-Zu-Eins-Entsprechung) mit dem LiBOB Gehaltsverhältnis, normalisiert auf die Anodenkapazität, zeigt.
[Auswertung 2]
5 ist ein Graph, in welchem das Mess- und Auswertungsergebnis eines Kapazitätserhaltungsfaktors bezüglich eines LiBO Gehaltsverhältnisses hinsichtlich jedes der Beispiele und Vergleichsbeispiele aufgetragen ist. Wie in der selben Figur und Tabelle 1 gezeigt, wurde bestätigt, dass ein sehr hoher Kapazitätserhaltungsfaktor erreicht werden kann, wenn das LiBOB Gehaltsverhältnis in dem nicht wässrigen Elektrolyten einen Wert annimmt, der innerhalb des oben beschriebenen Bereichs der vorliegenden Erfindung fällt. Beispielsweise wird, während der Kapazitätserhaltungsfaktor der Lithiumsekundärbatterie in jedem der Vergleichsbeispiele im Allgemeinen 85% oder weniger beträgt, ein Kapazitätserhaltungsfaktor von etwa 90% in der Lithiumsekundärbatterie 100 jedes der Beispiele erreicht. Selbst ein Unterschied, von einigen Prozent, in solch einem Kapazitätserhaltungsfaktor resultiert in einem deutlichen Unterschied in der Leistungsfähigkeit. Ein Kapazitätserhaltungsfaktor, der um etwa 5% oder mehr im Fall der Beispiele höher ist, zeigt eine signifikante Verbesserung der Zyklencharakteristika und der Beständigkeit an.
Obwohl nicht in den Figuren gezeigt, wurde, als ein Ergebnis der Berechnung von den in Tabelle 1 gezeigten Daten, bei dem LiBOB Gehaltsverhältnis relativ zu der BET spezifischen Oberfläche des Anodenaktivmaterials (d. h. der normalisierte Wert basierend auf der BET spezifischen Oberfläche des Anodenaktivmaterials) in jedem der Beispiele und Vergleichsbeispiele, und der Betrachtung des berechneten LiBOB Gehalts bezüglich des Kapazitätserhaltungsfaktors, keine spezifische und unklare Korrelation oder Korrespondenz zwischen den beiden gefunden.
[Auswertung 3]
6 ist ein Graph, in welchem das Mess- und Auswertungsergebnis eines reaktiven Widerstands bezüglich einer Anodenkapazität hinsichtlich Beispielen 3, 5 und 6 plus, zum Vergleich, Vergleichsbeispielen 3 und 4 aufgetragen ist. Wie in der selben Figur und Tabelle 1 gezeigt, wurde bestätigt, dass, wenn die Anodenkapazität einen Wert annimmt, der innerhalb des oben beschriebenen bevorzugten Bereich in der Erfindung fällt, der reaktive Widerstand ausreichend niedrig unterdrückt werden kann (im Allgemeinen weniger als 150 (mΩ) in dieser Messung und Auswertung).
Es ist anzumerken, dass wie oben diskutiert die vorliegende Erfindung nicht auf die obige Ausführungsform limitiert ist und verschiedene Modifikationen ohne Abweichung von der Essenz der vorliegenden Erfindung gemacht werden können.
Industrielle Anwendbarkeit
Wie oben beschrieben, kann gemäß der vorliegenden Erfindung, da die spezifische Verbindung, die durch die Formel (1) dargestellt ist, in einem initialen Gehaltsverhältnis innerhalb eines vorbestimmten Bereichs in einem nicht wässrigen Elektrolyten enthalten ist, der Anodenschutzeffekt aufgrund der spezifischen Verbindung ebenso wie der Batteriekapazitätsverschlechterungsunterdrückungseffekt ausreichend aufgezeigt werden, wodurch die Zyklencharakteristika ebenso wie die Beständigkeit einer Sekundärbatterie mit nicht wässrigen Elektrolyten weiter verbessert werden können, und ferner, da die Menge der Zugabe der spezifischen Verbindung zu dem nicht wässrigen Elektrolyten optimiert werden kann, kann eine Erhöhung der Materialkosten unterdrückt werden, wodurch die ökonomische Effizienz gesteigert werden kann. Demgemäß ist die vorliegende Erfindung auf weitem Feld und effektiv auf Fahrzeuge im Allgemeinen, die, als Fahrzeug betriebsstromquellen, mit Lithiumsekundärbatterien, die Sekundärbatterien mit nicht wässrigem Elektrolyten sind, beispielsweise schematisch in 3 gezeigt, ebenso wie auf die Herstellung davon, etc. anwendbar.
Bezugszeichenliste

1: Fahrzeug
10: Batteriegehäuse
12: Öffnung
14: Deckel
20: Gewickelter Elektrodenkörper
30: Kathodenlage
32: Kathodenanordnung
34: Kathodenaktivmaterialschicht
36: Kathodenaktivmaterialschicht-Nichtbildungsteil
37: Kathodenabnehmeranschluss
38: Externer Kathodenabnehmeranschluss
40: Anodenlage
42: Anodenanordnung
44: Anodenaktivmaterialschicht
46: Anodenaktivmaterialschicht-Nichtbildungsteil
47: Anodenabnehmeranschluss
48: Externer Anodenabnehmeranschluss
50: Separator
60: Symmetriezelle
61: Separator
62: Anode
100: Lithiumsekundärbatterie (Sekundärbatterie mit nicht wässrigem Elektrolyten)

Claims

Sekundärbatterie mit nicht wässrigem Elektrolyten, die in einem Fahrzeug vorgesehen ist und die als eine Stromquelle zum Antreiben des Fahrzeugs verwendet wird, umfassend: eine Kathode, die ein Kathodenaktivmaterial enthält; eine Anode, die ein Anodenaktivmaterial enthält; und einen nicht wässrigen Elektrolyten, der ein Lithiumsalz in einem nicht wässrigen Lösungsmittel enthält, wobei der nicht wässrige Elektrolyt ferner eine durch die nachfolgende Formel (1) dargestellte Verbindung enthält:
[wobei M ein Element der dreizehnten, vierzehnten oder fünfzehnten Gruppe darstellt, und eine weitere Gruppe mag daran in Abhängigkeit einer Valenz gebunden sein; R ein C₁-C₁₀ Alkylen, ein C₁-C₁₀ Alkylenhalogenid, ein C₆-C₂₀ Arylen oder ein C₆-C₁₀ Alkylenhaloganid darstellt (eine Struktur davon mag einen Substituenten und ein Heteroatom beinhalten); und n gleich 0 oder 1 darstellt], und wobei in dem nicht wässrigen Elektrolyten ein initialer Gehalt der Verbindung relativ zu einer Kapazität der Anode 0,04 bis 0,5 [(mol/kg)/(mF/cm²)] beträgt.
Sekundärbatterie mit nicht wässrigem Elektrolyten nach Anspruch 1, wobei die Kapazität der Anode 0,09 (mF/cm²) oder höher ist.
Sekundärbatterie mit nicht wässrigem Elektrolyten nach Anspruch 1, wobei die durch die Formel (1) dargestellte Verbindung eine durch die nachfolgende Formel (2) dargestellte Verbindung ist:
Verfahren zum Herstellen einer Sekundärbatterie mit nicht wässrigem Elektrolyten, die in einem Fahrzeug vorgesehen ist und die als eine Stromquelle zum Antreiben des Fahrzeugs verwendet wird, wobei das Verfahren die Schritte umfasst: Bilden oder Bereitstellen einer Kathode, die ein Kathodenaktivmaterial enthält; Bilden oder Bereitstellen einer Anode, die ein Anodenaktivmaterial enthält; und Anfertigen eines nicht wässrigen Elektrolyten, der ein Lithiumsalz in einem nicht wässrigen Lösungsmittel enthält, wobei in dem Schritt des Anfertigens eines nicht wässrigen Elektrolyten eine durch die nachfolgende Formel (1) dargestellte Verbindung:
[wobei M ein Element der dreizehnten, vierzehnten oder fünfzehnten Gruppe darstellt, und eine andere Gruppe mag daran in Abhängigkeit einer Valenz gebunden sein; R ein C₁-C₁₀ Alkylen, ein C₁-C₁₀ Alkylenhalogenid, ein C₆-C₂₀ Arylen oder ein C₆-C₁₀ Alkylenhaloganid darstellt (eine Struktur davon mag einen Substituenten und ein Heteroatom beinhalten); und n gleich 0 oder 1 darstellt], zu dem nicht wässrigen Elektrolyten zugegeben wird, so dass ein initialer Gehalt der Verbindung relativ zu einer Kapazität der Anode einen Wert annimmt, der innerhalb eines Bereichs von 0,04 bis 0,5 [(mol/kg/(mF/cm²)] fällt.
Verfahren zum Herstellen einer Sekundärbatterie mit nicht wässrigem Elektrolyten nach Anspruch 4, wobei in dem Schritt des Bildens oder Bereitstellens einer Anode die Kapazität der Anode auf 0,09 (mF/cm²) oder höher eingestellt wird.
Verfahren zum Herstellen einer Sekundärbatterie mit nicht wässrigem Elektrolyten nach Anspruch 4, wobei als die durch die Formel (1) dargestellte Verbindung eine durch die nachfolgende Formel (2) dargestellte Verbindung verwendet wird: