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Titel der Erfindung
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ELEKTRIZITÄTSSPEICHEREINRICHTUNG
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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Elektrizitätsspeichereinrichtung, die eine Elektrodengruppe aufweist, die eine erste Elektrode, eine zweite Elektrode und dazwischen einen Trenner aufweist. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung eine verbesserte Technik zur Verringerung des Drucks in einem Gehäuse, das die Elektrodengruppe aufnimmt, wenn der Druck im Gehäuse ungewöhnlich ansteigt.
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Hintergrund
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In jüngster Zeit wurden Elektrizitätsspeichereinrichtungen zur Verwendung in persönlichen digitalen Assistenten, Elektrofahrzeugen und häuslichen Energiespeichersystemen entwickelt. Bezüglich solcher Elektrizitätsspeichereinrichtungen wurden Kondensatoren und Sekundärbatterien mit einem nichtwässrigen Elektrolyt intensiv studiert. Insbesondere wird erwartet, dass Lithiumionenkondensatoren als Elektrizitätsspeichereinrichtungen entwickelt werden, die sehr sicher sind und eine hohe Kapazität und eine hohe Energiedichte aufweisen.
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Eine solche Elektrizitätsspeichereinrichtung weist ein Elektrolyt und eine Elektrodengruppe auf, die eine erste Elektrode, eine zweite Elektrode und dazwischen einen Trenner aufweist. Jede Elektrode weist einen Stromabnehmer (Elektrodenkern) und ein Aktivmaterial auf, das von dem Stromabnehmer getragen wird. Wenn eine Elektrizitätsspeichereinrichtung ein prismatisches bzw. quaderförmiges Gehäuse aufweist, wird eine Öffnung des Gehäuses normalerweise mit einer Dichtungsplatte abgedichtet, die einen äußeren Anschluss von wenigstens einer Elektrode aufweist (vgl. PTL 1 bis 3).
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Indem die Elektrizitätsspeichereinrichtungen größere Volumenenergiedichten aufweisen, wird es wichtiger, dass die Elektrizitätsspeichereinrichtungen einen Mechanismus zum Sicherstellen ihrer Sicherheit aufweisen. Einer der Mechanismen zum Sicherstellen der Sicherheit von Elektrizitätsspeichereinrichtungen ist ein Entgasungsventil, das betätigt wird, wenn der Druck in dem Gehäuse ungewöhnlich ansteigt. Wenn das Entgasungsventil betätigt wird, wird Gas in dem Gehäuse nach außen abgegeben, und folglich sinkt der Druck im Gehäuse.
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Zitatliste
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Patentliteratur
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- PTL 1: Japanische ungeprüfte Patentanmeldung Veröffentlichungsnummer 2012-109219
- PTL 2: Japanische ungeprüfte Patentanmeldung Veröffentlichungsnummer 2011-181485
- PTL 3: Japanische ungeprüfte Patentanmeldung Veröffentlichungsnummer 2011-204469
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Zusammenfassung der Erfindung
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Technisches Problem
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Ein Entgasungsventil ist geeigneter Weise an einer Dichtungsplatte vorgesehen, insbesondere bei Elektrizitätsspeichereinrichtungen, die ein prismatisches bzw. quaderförmiges Gehäuse aufweisen (im Folgenden auch als prismatische bzw. quaderförmige Elektrizitätsspeichereinrichtungen bezeichnet). Im Vergleich zu zylindrischen Einrichtungen sind prismatische bzw. quaderförmige Elektrizitätsspeichereinrichtungen insofern vorteilhaft, dass das Spaltvolumen zwischen Gehäusen verringert werden kann, wenn mehrere Einrichtungen montiert und verwendet werden, durch Verbinden dieser Einrichtungen in Reihe und/oder parallel. Wenn allerdings prismatische Elektrizitätsspeichereinrichtung, die ein Entgasungsventil an der lateralen Seite des Gehäuses aufweisen, montiert und verwendet werden, kann das Entgasungsventil von einer anderen Einrichtung blockiert werden bzw. geschlossen sein. Indem das Entgasungsventil an der Dichtungsplatte vorgesehen ist, kann auf einfache Weise vermieden werden, dass das Entgasungsventil von einer anderen Einrichtung blockiert wird, und somit wird gewährleistet, dass das Entgasungsventil stets korrekt funktioniert.
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Allerdings besteht im Hinblick auf die Tendenz hin zu einer hohen Energiedichte der Bedarf nach kleinen, dünnen prismatischen Elektrizitätsspeichereinrichtungen, um den Freiheitsgrad bezüglich der Anordnung zu erhöhen. Wenn eine solche prismatische Elektrizitätsspeichereinrichtung dünn gefertigt wird, um dieses Erfordernis zu erfüllen, ist die Druckverteilung im Gehäuse tendenziell ungleichmäßig. Somit kann es vorkommen, dass das Entgasungsventil nicht zuverlässig arbeitet, es sei denn, eine Schwankung des Betätigungsdrucks des Entgasungsventils wird verringert. Der Betätigungsdruck des Entgasungsventils ist ein Druck, der an dem Entgasungsventil oder der Dichtungsplatte anliegt, wenn das Entgasungsventil betätigt wird. Der Betätigungsdruck des Entgasungsventils unterscheidet sich oft beispielsweise vom mittleren Druck in dem Gehäuse einer Elektrizitätsspeichereinrichtung.
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Lösung des Problems
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Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung weist eine Elektrizitätsspeichereinrichtung auf:
eine Elektrodengruppe, die eine erste Elektrode, eine zweite Elektrode und einen Trenner aufweist, der die erste Elektrode von der zweiten Elektrode elektrisch isoliert,
einen Elektrolyt,
ein Gehäuse, das die Elektrodengruppe und den Elektrolyt aufnimmt und eine Öffnung aufweist, und
eine Dichtungsplatte, welche die Öffnung des Gehäuses abdichtet, wobei
die erste Elektrode einen ersten Stromabnehmer, der lagenförmig ist, und ein erstes Aktivmaterial aufweist, das von dem ersten Stromabnehmer getragen wird,
die zweite Elektrode einen zweiten Stromabnehmer, der lagenförmig ist, und ein zweites Aktivmaterial aufweist, das von dem zweiten Stromabnehmer getragen wird,
die erste Elektrode und die zweite Elektrode abwechselnd geschichtet sind, wobei der Trenner zwischen diesen vorgesehen ist,
die Dichtungsplatte ein Entgasungsventil aufweist, durch das Gas im Gehäuse nach außen abzugeben ist, wenn der Druck, den das Gas im Gehäuse auf die Dichtungsplatte ausübt, einen Referenzdruck erreicht,
das Entgasungsventil einen dünnen, kreisförmigen leicht zerbrechlichen Teil aufweist, und der leicht zerbrechliche Teil eine erste lineare Nut, eine zweite lineare Nut und eine dritte lineare Nut aufweist, und
erste Enden der ersten Nut, der zweiten Nut und der dritten Nut sich im Zentrum des leicht zerbrechlichen Teils treffen.
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Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
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Gemäß der obigen Beschreibung kann eine Schwankung des Betätigungsdrucks des Entgasungsventils verringert werden.
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Aus diesem Grund kann das Entgasungsventil rechtzeitig betätigt werden, und die Sicherheit der Elektrizitätsspeichereinrichtung kann verbessert werden.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 ist eine perspektivische Ansicht der äußeren Erscheinung einer Elektrizitätsspeichereinrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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2 ist eine Teilquerschnittsansicht der Innenstruktur der Elektrizitätsspeichereinrichtung, betrachtet von vorn.
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3A ist eine Teilquerschnittsansicht, die entlang der Linie IIIA-IIIA in 2 genommen ist.
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3B ist eine Teilquerschnittsansicht, die entlang der Linie IIIB-IIIB in 2 genommen ist.
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4 ist eine Draufsicht auf eine Dichtungsplatte, welche die Öffnung eines Gehäuses der Elektrizitätsspeichereinrichtung abdichtet.
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5 ist eine Teilquerschnittsansicht der Dichtungsplatte, welche die Detailstruktur eines Entgasungsventils darstellt.
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6 ist eine schematische graphische Darstellung, die eine beispielhafte Teilstruktur des Gerüsts eines ersten Stromabnehmers darstellt.
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7 ist eine schematische graphische Querschnittsdarstellung, die einen Zustand zeigt, in dem der erste Stromabnehmer mit einer Elektrodenmischung gefüllt ist.
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8 ist eine Teilquerschnittsansicht der Dichtungsplatte, die Probleme eines herkömmlichen Entgasungsventils darstellt.
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Beschreibung von Ausführungsformen
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[Überblick über Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung]
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Eine Elektrizitätsspeichereinrichtung gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung weist auf: eine Elektrodengruppe, die mehrere erste Elektroden, mehrere zweite Elektroden und einen oder mehrere Trenner aufweist, welche die mehreren ersten Elektroden von den mehreren zweiten Elektroden elektrisch isolieren; einen Elektrolyt, ein Gehäuse, das die Elektrodengruppe und den Elektrolyt aufnimmt und eine Öffnung aufweist; und eine Dichtungsplatte, welche die Öffnung des Gehäuses abdichtet. Die ersten Elektroden weisen jeweils einen ersten Stromabnehmer, der lagenförmige ist, und ein erstes Aktivmaterial auf, das von dem ersten Stromabnehmer getragen wird. Die zweiten Elektroden weisen jeweils einen zweiten Stromabnehmer, der lagenförmig ist, und ein zweites Aktivmaterial auf, das von dem zweiten Stromabnehmer getragen wird. Die ersten Elektroden und die zweiten Elektroden sind abwechselnd geschichtet, wobei die Trenner jeweils dazwischen vorgesehen sind.
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Die Dichtungsplatte weist ein Entgasungsventil auf, durch das Gas im Gehäuse nach draußen zu entlassen ist, wenn der Druck, den das Gas im Gehäuse auf die Dichtungsplatte ausübt, einen Referenzdruck erreicht. Das Entgasungsventil weist einen kreisförmigen leicht zerbrechlichen Teil auf. Der leicht zerbrechliche Teil weist eine erste lineare Nut, eine zweite lineare Nut und eine dritte lineare Nut auf. Erste Enden der ersten Nut, der zweiten Nut und der dritten Nut treffen sich im Zentrum des leicht zerbrechlichen Teils (vgl. 4 und 5). In anderen Worten sind die ersten Enden der ersten Nut, der zweiten Nut und der dritten Nut am Zentrum des leicht zerbrechlichen Teils vorgesehen.
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Der leicht zerbrechliche Teil ist vorzugsweise dünn. Das heißt, die Dicke DT des leicht zerbrechlichen Teils (vgl. 5) kann gleich oder größer sein als die Dicke des Umgebungsbereichs (die Dicke DS der Dichtungsplatte), aber die Dicke DT des leicht zerbrechlichen Teils ist vorzugsweise kleiner als die Dicke des Umgebungsbereichs (die Dicke DS der Dichtungsplatte). Beispielsweise gilt vorzugsweise 1 > DT/DS ≥ 0,2, und noch bevorzugter 0,8 ≥ DT/DS ≥ 0,4.
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Gemäß dieser Ausführungsform kann der Winkel, der von der ersten Nut und der zweiten Nut ausgebildet wird, der Winkel, der von der zweiten Nut und der dritten Nut ausgebildet wird, und/oder der Winkel, der von der dritten Nut und der ersten Nut ausgebildet wird, 180° betragen.
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Beim Entgasungsventil gemäß dieser Ausführungsform sind die mehreren Nuten in dem leicht zerbrechlichen Teil ausgebildet. Somit werden die Dicken von Abschnitten, an denen die mehreren Nuten ausgebildet sind, weiter verringert. Die mehreren Nuten sind jeweils linear bzw. geradlinig und so vorgesehen, dass diese ein Y-Zeichen in dem leicht zerbrechlichen Teil ausbilden. Der leicht zerbrechliche Teil und die mehreren Nuten können beispielsweise unter Verwendung eines Stempels bzw. Prägewerkzeugs in der Dichtungsplatte ausgebildet werden. Alternativ kann das Entgasungsventil an der Dichtungsplatte bereitgestellt werden, indem ein Element hergestellt wird, das einen leicht zerbrechlichen Teil und mehrere Nuten aufweist, und indem der Umfangsbereich des Elements mit dem Öffnungsende einer Durchgangsöffnung in der Dichtungsplatte verbunden (oder verschweißt) wird.
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Der leicht zerbrechliche Teil ist an der Dichtungsplatte vorgesehen, und mehrere Nuten, die wie ein Y-Zeichen angeordnet sind, sind in dem leicht zerbrechlichen Teil ausgebildet. Somit wird die Restdicke von Abschnitten, welche die mehreren Nuten aufweisen, weiter verringert. Dieser Aufbau ermöglicht, dass der leicht zerbrechliche Teil auf einfache Weise reißt bzw. zerbricht, ausgehend beispielsweise von den mehreren Nuten, wenn der Druck in dem Gehäuse ungewöhnlich ansteigt. Somit kann der Druck in dem Gehäuse auf einfache Weise verringert werden, indem das Gas in dem Gehäuse nach außen abgegeben wird.
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Wie es oben beschrieben ist, ist in dem Entgasungsventil gemäß dieser Ausführungsform ein kreisförmiger leicht zerbrechlicher Teil, der eine geeignete Dicke aufweist, an der Dichtungsplatte ausgebildet, ohne dass Nuten direkt in der Dichtungsplatte ausgebildet sind. Ferner sind mehrere Nuten in dem leicht zerbrechlichen Teil ausgebildet, so dass diese ein Y-Zeichen ausbilden. Aus diesem Grund kann die Dicke der Dichtungsplatte auf eine Dicke festgelegt werden, mit der eine ausreichende Festigkeit bezüglich der Dichtungsplatte sichergestellt werden kann. Die Dicke des leicht zerbrechlichen Teils und die Dicke der mehreren Nuten (oder die Restdicke des leicht zerbrechlichen Teils) können geeignet festgelegt werden, so dass das Entgasungsventil bei einem gewünschten Betätigungsdruck arbeitet bzw. betätigt wird. Die Bezeichnung "Betätigungsdruck", wie hierein verwendet, bezieht sich auf den Druck, der tatsächlich auf den leicht zerbrechlichen Teil wirkt, wenn der leicht zerbrechliche Teil des Entgasungsventils reißt, ausgehend von den mehreren Nuten.
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Wenn die durchschnittliche Dicke der Dichtungsplatte erhöht ist, um eine ausreichende Festigkeit der Dichtungsplatte zu erhalten, ist es schwierig, den Betätigungsdruck des Entgasungsventils lediglich durch Ausbilden von Nuten, die eine geeignete Tiefe an der Dichtungsplatte aufweisen, zu stabilisieren. Das heißt, wie es in 8 gezeigt ist, wenn eine Differenz (D12 – D11) zwischen der Restdicke D11 eines Abschnitts mit der Nut 121 und der Dicke D12 des Umgebungsbereichs (durchschnittliche Dicke der Dichtungsplatte) in der Dichtungsplatte 120 groß ist, ist eine Schwankung des Drucks (Schwankung des Betätigungsdrucks) zur Zeit eines Zerbrechens eines Abschnitts der Dichtungsplatte 120 der Nut 121 groß. Wenn die Dicke D12 des Abschnitts um die Nut 121 herum groß ist und die Dichtungsplatte 120 selbst an einem Abschnitt der Nut 121 zerbricht, ist der Öffnungsbereich, der als Folge des Zerbrechens ausgebildet wird, klein, und es ist schwierig, den Druck im Gehäuse auf einfache Weise zu verringern.
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Wenn gemäß dieser Ausführungsform der leicht zerbrechliche Teil der Nuten, die wie die Form eines Y-Zeichens angeordnet sind, beispielsweise unter Verwendung eines Stempels bzw. Prägewerkzeugs ausgebildet werden, können der leicht zerbrechliche Teil und die mehreren Nuten gleichzeitig durch einen Prägevorgang (one-press operation) ausgebildet werden. Es ist ferner auf einfache Weise möglich, die Dicke des leicht zerbrechlichen Teils und die Restdicke an den Nuten genau zu steuern. Die Anordnung der mehreren Nuten in der Form eines Y-Zeichens ermöglicht, dass der leicht zerbrechliche Teil ausgehend von einer der Nuten auf sichere Weise zerbricht, unter einem gewünschten Betätigungsdruck, wenn der Druck in dem Gehäuse ungewöhnlich ansteigt. Es ist ferner einfach, den Öffnungsbereich, der sich als Folge des Zerbrechens des leicht zerbrechlichen Teils ausbildet, zu vergrößern. Dadurch kann der Druck in dem Gehäuse auf sichere und einfache Weise verringert werden.
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Wenn vier oder mehr Nuten vorgesehen sind, ist es in dem leicht zerbrechlichen Teil einfacher, unter einem gewünschten Betätigungsdruck ein Zerbrechen auf sichere Weise zu bewirken, ausgehend von einer der Nuten. Allerdings, je mehr Nuten der leicht zerbrechliche Teil aufweist, desto kleiner werden die Bereiche bzw. Abschnitte, in die sich der leicht zerbrechliche Teil teilen kann. Wenn somit das Entgasungsventil tatsächlich betätigt wird, kann es vorkommen, dass in dem leicht zerbrechlichen Teil keine Öffnung mit ausreichender Querschnittsfläche ausgebildet und der Druck im Gehäuse nicht auf einfache Weise verringert wird. Wenn der leicht zerbrechliche Teil drei Nuten aufweist, die in der Form eines Y-Zeichens angeordnet sind, kann der Druck im Gehäuse auf sichere und einfache Weise verringert werden.
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Die Dicke DT des leicht zerbrechlichen Teils kann gemäß dem Material der Dichtungsplatte festgelegt werden. Wenn beispielsweise die Dichtungsplatte aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung gefertigt ist (beispielsweise aus Aluminiumlegierungen der 3000er Serien oder 5000er Serien gemäß dem "International Alloy Designation System") oder Aluminium oder eine Aluminiumlegierung aufweist, beträgt die Dicke DT des leicht zerbrechlichen Teils vorzugsweise 50 bis 250 µm. Wenn beispielsweise die Nennkapazität der Elektrizitätsspeichereinrichtung 500 oder mehr und weniger als 1.000 mAh beträgt, beträgt der Radius R1 des leicht zerbrechlichen Teils vorzugsweise 2 bis 4 mm. Wenn die Nennkapazität der Elektrizitätsspeichereinrichtung 1.000 bis 3.000 mAh beträgt, beträgt der Radius des leicht zerbrechlichen Teils vorzugsweise 3 bis 6 mm.
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Die Verhältnisse L1/R1, L2/R1 und L3/R1, die Verhältnisse der Länge L1 der ersten Nut, der Länge L2 der zweiten Nut und der Länge L3 der dritten Nut zum Radius R1 des kreisförmigen leicht zerbrechlichen Teils sind, betragen vorzugsweise 0,98 bis 1,02. Mit Verhältnissen L1/R1, L2/R1 und L3/R1 in diesem Bereich kann eine Schwankung des Betätigungsdrucks des Entgasungsventils verringert werden.
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Zweite Enden der mehreren Nuten erreichen vorzugsweise den Umfang des kreisförmigen leicht zerbrechlichen Teils. Diese Struktur vereinfacht es, eine Schwankung des Betätigungsdrucks des Entgasungsventils zu verringern und den Öffnungsbereich bzw. Öffnungsquerschnitt, der als Folge der des Zerbrechens des leicht zerbrechlichen Teils ausgebildet wird, zu vergrößern. Es sei darauf hingewiesen, dass die Längen L1, L2 und L3 und der Radius R1 Längen in der projizierten Ansicht der Dichtungsplatte, von oben betrachtet, sind.
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Solang die Verhältnisse L1/R1, L2/R1 und L3/R1 sich im Bereich von 0,98 bis 1,02 befinden, können die ersten Enden der mehreren Nuten vom Zentrum abweichen. Allerdings fallen die ersten Enden aller Nuten vorzugsweise im Zentrum des kreisförmigen leicht zerbrechlichen Teils zusammen.
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Ferner betragen das Verhältnis D1/D2 einer Restdicke D1 des leicht zerbrechlichen Teils an der ersten Nut zur Restdicke D2 des leicht zerbrechlichen Teils an der zweiten Nut, das Verhältnis D2/D3 der Restdicke D2 des leicht zerbrechlichen Teils an der zweiten Nut zur Restdicke D3 des leicht zerbrechlichen Teils an der dritten Nut und das Verhältnis D3/D1 der Restdicke D3 des leicht zerbrechlichen Teils an der dritten Nut zur Restdicke D1 des leicht zerbrechlichen Teils an der ersten Nut vorzugsweise 0,98 bis 1,02. Das heißt, die Tiefen der mehreren Nuten sind vorzugsweise gleich oder im Wesentlichen gleich. Mit Tiefen dieser Art kann eine Schwankung des Betätigungsdrucks des Entgasungsventils wirksam verringert werden. Aus diesem Grund ist die Tiefe jeder Nut in der Erstreckungsrichtung der Nut vorzugsweise so gleichförmig wie möglich. Aus dem gleichen Grund betragen der stumpfe Winkel θ1, der von der ersten Nut und der zweiten Nut gebildet wird, der stumpfe Winkel θ2, der von der zweiten Nut und der dritten Nut gebildet wird, und der stumpfe Winkel θ3, der von der dritten Nut und der ersten Nut gebildet wird, vorzugsweise (120 × 0,98)° bis (120 × 1,02)°. Es sei darauf hingewiesen, dass die Summe von θ1, θ2 und θ3 360° beträgt (θ1 + θ2 + θ3 = 360°).
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Wenn die Dichtungsplatte zwei parallele lange Seiten und zwei parallele kurze Seiten aufweist, liegt die erste Nut, die zweite Nut oder die dritte Nut vorzugsweise parallel zu den beiden langen Seiten und ist diese in der Mitte zwischen den beiden kurzen Seiten angeordnet. Mit diesem Aufbau kann unter einem gewünschten Betätigungsdruck wenigstens eine Nut (beispielsweise die erste Nut) auf einfache Weise zerbrechen, die parallel zu den langen Seiten der Dichtungsplatte vorgesehen ist, selbst bei einem flachen Batteriegehäuse, das ein Seitenverhältnis α1 von beispielsweise 5 bis 15 aufweist. Der Grund liegt darin, dass bei einer Elektrizitätsspeichereinrichtung, die eine flache quaderförmige bzw. prismatische Form aufweist, der Druck, den das Gas im Gehäuse auf die Dichtungsplatte ausübt, bewirkt, dass die maximale Belastung entlang der Nut (beispielsweise der ersten Nut) erzeugt wird, die parallel zu den langen Seiten der Dichtungsplatte angeordnet ist. Dadurch wird eine Schwankung des Betätigungsdrucks des Entgasungsventils in der Elektrizitätsspeichereinrichtung, die eine flache prismatische bzw. quaderförmige Form aufweist, verringert. Es sei darauf hingewiesen, dass α1 ein Seitenverhältnis der Batterie betrachtet direkt von oben ist, das heißt, das Verhältnis W2/W1 eines Abstands W2 zwischen den beiden kurzen Seiten zu einem Abstand W1 zwischen den beiden langen Seiten der Dichtungsplatte.
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Ferner weist bei der Elektrizitätsspeichereinrichtung gemäß dieser Ausführungsform das Entgasungsventil vorzugsweise einen Rissfortpflanzungsvermeidungsteil um den leicht zerbrechlichen Teil herum auf, um zu vermeiden, dass sich ein Riss des leicht zerbrechlichen Teils um den leicht zerbrechlichen Teil herum ausbreitet bzw. fortpflanzt, wenn der leicht zerbrechliche Teil zerbricht, ausgehend beispielsweise von der ersten Nut, der zweiten Nut und der dritten Nut. Aufgrund dieses Aufbaus bleibt der Riss des leicht zerbrechlichen Teils, der von der ersten Nut, der zweiten Nut und der dritten Nut ausgeht, in dem leicht zerbrechlichen Teil, so dass das Entgasungsventil auf stabile Weise betätigt werden kann. Der Rissfortpflanzungsvermeidungsteil kann eine ringförmige Nut oder eine lineare Nut sein.
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Wenn die Dichtungsplatte eine kreisförmige Einbringöffnung zum Einbringen eines Elektrolyts in das Gehäuse, nachdem die Öffnung des Gehäuses abgedichtet ist, aufweist, ist das Zentrum des leicht zerbrechlichen Teils vorzugsweise in der Mitte zwischen den beiden langen Seiten der Dichtungsplatte und in der Mitte zwischen den beiden kurzen Seiten vorgesehen, und das Verhältnis LS/DS des kürzesten Abstands LS zwischen dem Rissfortpflanzungsvermeidungsteil und der Einbringöffnung zur Dicke DS der Dichtungsplatte beträgt vorzugsweise 5 bis 12. Bei der Beurteilung des Verhältnisses LS/DS des kürzesten Abschnitts LS zur Dicke DS kann die Dicke DS als mittlere Dicke der Dichtungsplatte zwischen dem Rissfortpflanzungsvermeidungsteil und der Einbringöffnung betrachtet werden.
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Wenn das Zentrum des leicht zerbrechlichen Teils in der Mitte zwischen den beiden langen Seiten und den beiden kurzen Seiten der Dichtungsplatte vorgesehen ist, kann das Entgasungsventil gemäß einer Erhöhung des Drucks in dem Gehäuse korrekt betätigt werden. Wenn allerdings die Dichtungsplatte mit einer Einbringöffnung vorgesehen ist und ein Elektrolyt nach der Abdichtung der Öffnung des Gehäuses mit der Dichtungsplatte in das Gehäuse eingebracht wird, ist auch die Einbringöffnung vorzugsweise so nah wie möglich in der Mitte der Dichtungsplatte angeordnet. Dadurch wird ermöglicht, dass die Elektrodengruppe erfolgreich mit dem Elektrolyt imprägniert wird. Somit sind in diesem Fall die Einbringöffnung und das Entgasungsventil, vorgesehen in der Mitte der Dichtungsplatte, vorzugsweise so nah wie möglich, aneinander angeordnet.
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Wenn allerdings die Einbringöffnung und das Entgasungsventil zu nahe aneinander angeordnet sind, kann die Anwesenheit der Einbringöffnung den Betätigungsdruck des Entgasungsventils instabil machen. Wenn der kürzeste Abstand LS zwischen dem Rissfortpflanzungsvermeidungsteil und der Einbringöffnung und die Dicke DS der Dichtungsplatte so festgelegt sind, dass das Verhältnis LS/DS sich in dem obigen Bereich befindet, kann das Entgasungsventil gemäß einer Druckerhöhung in dem Gehäuse korrekt betätigt werden. Somit kann beim Imprägnieren der Elektrodengruppe mit dem Elektrolyt die Elektrodengruppe mit dem Elektrolyt gleichförmig imprägniert werden.
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Gemäß einer Ausführungsform der Elektrizitätsspeichereinrichtung als ein Lithiumionenkondensator enthält ein Elektrolyt ein Salz aus Lithiumionen und Anionen, wobei ein erstes Aktivmaterial oder ein zweites Aktivmaterial ein erstes Material ist (Aktivmaterial der negativen Elektrode), das Lithiumionen einlagert und abgibt (intercalates and deintercalates), und das andere Aktivmaterial ein zweites Material ist (Aktivmaterial der positiven Elektrode), das Anionen adsorbiert und desorbiert. Das erste Material lagert die Lithiumionen durch eine faradaysche Reaktion ein und aus. Beispiele der ersten Materialien umfassen Kohlenstoffmaterialien, wie beispielsweise Graphit, und legierte Aktivmaterialien mit Si, SiO, Sn, SnO und dergleichen. Das zweite Material adsorbiert und desorbiert die Anionen durch die nicht-faradaysche Reaktion. Beispiele des zweiten Materials umfassen Kohlenstoffmaterialien, wie beispielsweise Aktivkohlenstoff und Kohlenstoffnanoröhrchen. Das zweite Material (Aktivmaterial der positiven Elektrode) kann ein Material sein, das die faradaysche Reaktion einbezieht. Beispiele eines solchen Materials umfassen Metalloxide, wie beispielsweise Manganoxid, Rutheniumoxid, Nickeloxid und leitfähige Polymere, wie beispielsweise Polyazen, Polyanilin, Polythiol und Polythiophen. Ein Kondensator, in dem das erste Material und das zweite Material die faradaysche Reaktion einbeziehen, wird als Redox-Kondensator bezeichnet.
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Der erste Stromabnehmer weist vorzugsweise einen ersten porösen Metallkörper auf. Wenn die erste Elektrode beispielsweise eine positive Elektrode aus einem Lithiumionenkondensator ist, wird vorzugsweise ein poröser Metallkörper, der Aluminium enthält, als erster Stromabnehmer verwendet. Wenn die erste Elektrode eine negative Elektrode aus einem Lithiumionenkondensator ist, wird vorzugsweise ein poröser Metallkörper, der Kupfer enthält, als erster Stromabnehmer verwendet.
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Um die Kapazität der Elektrizitätsspeichereinrichtung zu erhöhen, wird die Menge (pro Flächeneinheit) des Aktivmaterials, das von dem Stromabnehmer getragen wird, nach Möglichkeit soweit wie möglich erhöht. Wenn allerdings eine große Menge des Aktivmaterials von einem herkömmlichen Stromabnehmer, der aus einer Metallfolie gefertigt ist, getragen wird, ist die Schicht des Aktivmaterials dick und ist der durchschnittliche Abstand zwischen dem Aktivmaterial und dem Stromabnehmer groß. Somit weist die Elektrode eine geringe stromabnehmende Leistung auf, und der Kontakt zwischen dem Aktivmaterial und dem Elektrolyt ist begrenzt, wodurch leicht die Lade-/Entladeeigenschaften beeinträchtigt sein können.
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Es wird vorzugsweise ein poröser Metallkörper, der kommunizierende Poren und eine hohe Porosität aufweist, als Stromabnehmer verwendet. Der poröse Metallkörper wird beispielsweise durch den folgenden Prozess hergestellt: Ausbilden einer Metallschicht auf die Gerüstfläche eines geschäumten Harzes, das kommunizierende Poren aufweist, wie etwa geschäumtes Urethan; anschließend thermisches Zersetzen des geschäumten Harzes; und ferner Reduzieren des Metalls.
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Ferner weisen mehrere der ersten Stromabnehmer jeweils vorzugsweise einen streifenförmigen ersten Verbindungsteil zum elektrischen Verbinden benachbarter erster Stromabnehmer auf. Die ersten Verbindungsteile der mehreren ersten Stromabnehmer sind so angeordnet, dass sich diese in der Schichtrichtung der Elektrodengruppe überlappen, und sie sind vorzugsweise durch ein erstes Befestigungselement miteinander befestigt.
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Der zweite Stromabnehmer kann einen zweiten porösen Metallkörper aufweisen. Ferner können mehrere der zweiten Stromabnehmer jeweils mit einem streifenförmigen zweiten Verbindungsteil zum elektrischen Verbinden benachbarter zweiter Stromabnehmer vorgesehen sein. Diese zweiten Verbindungsteile können so angeordnet sein, dass sich diese in der Schichtrichtung der Elektrodengruppe überlappen, und sie können durch ein zweites Befestigungselement miteinander befestigt sein.
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Der erste poröse Metallkörper und der zweite poröse Metallkörper weisen eine poröse Struktur auf, deren Oberflächenbereich zur Aufnahme bzw. zum Tragen eines Aktivmaterials (im Folgenden als ein effektiver Oberflächenbereich bezeichnet) größer als der einer einfachen Metallfolie oder dergleichen ist. Diesbezüglich sind der erste poröse Metallkörper und der zweite poröse Metallkörper besonders bevorzugt, je ein poröser Metallkörper, der ein dreidimensionales Netzwerk und ein Hohlgerüst aufweist, wie beispielsweise "Celmet" (eingetragene Marke, beziehbar von Sumitomo Electric Industries, Ltd.) oder "Aluminum-Celmet" (eingetragene Marke, beziehbar von Sumitomo Electric Industries, Ltd.), die unten beschrieben sind, da deren effektiver Oberflächenbereich pro Volumeneinheit erheblich vergrößert werden kann. Ferner können der erste poröse Metallkörper und der zweite poröse Metallkörper aus einem Faservliesstoff, einem Lochmetall, einem gestreckten Metall oder dergleichen gefertigt sein. Der Faservliesstoff, "Celmet" und "Aluminum-Celmet" sind poröse Metallkörper, die eine dreidimensionale Struktur aufweisen. Das Lochmetall und das gestreckte Metall sind poröse Körper, die eine zweidimensionale Struktur aufweisen.
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Die oben beschriebenen Metallkörper werden für Elektroden für Elektrizitätsspeichereinrichtungen als geeignet angesehen, da solche porösen Metallkörper eine große Menge eines Aktivmaterials tragen können, aufgrund eines großen Oberflächenbereichs, und ein Elektrolyt tendenziell halten. Wenn mehrere Elektroden, welche dieselbe Polarität haben und jeweils einen porösen Metallkörper aufweisen als Stromabnehmer verwendet werden, werden die Stromabnehmer mit derselben Polarität parallel verbunden.
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[Detaillierte Beschreibung von Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung]
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Im Folgenden wird eine detaillierte Beschreibung von Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die Zeichnungen bereitgestellt. Die vorliegende Erfindung ist nicht auf diese Beispiele beschränkt. Der Gegenstand der vorliegenden Erfindung wird von den beigefügten Ansprüchen definiert, und es ist beabsichtigt, dass dieser alle Modifikationen innerhalb der Bedeutung und des Bereichs der Äquivalenz der Ansprüche beinhaltet.
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1 ist eine perspektivische Ansicht der äußeren Erscheinung einer Elektrizitätsspeichereinrichtung gemäß dieser Ausführungsform. 2 ist eine Teilquerschnittsansicht der Innenstruktur der Elektrizitätsspeichereinrichtung, betrachtet von vorn. Die 3A und 3B sind Querschnittansichten, die entsprechend entlang der Linie IIIA-IIIA und Linie IIIB-IIIB in 2 genommen sind.
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Eine Elektrizitätsspeichereinrichtung 10 gemäß einem dargestellten Beispiel ist beispielsweise ein Lithiumionenkondensator. Die Elektrizitätsspeichereinrichtung 10 weist eine Elektrodengruppe 12, ein Gehäuse 14, das die Elektrodengruppe 12 und ein Elektrolyt (nicht dargestellt) aufnimmt, und eine Dichtungsplatte 16 auf, die eine Öffnung des Gehäuses 14 abdichtet. In dem dargestellten Beispiel hat das Gehäuse 14 eine prismatische bzw. quaderförmige Gestalt. Die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind für ein prismatisches bzw. quaderförmiges Gehäuse, wie in dem dargestellten Beispiel, sehr gut anwendbar.
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Wie es in 3A und 3B gezeigt ist, weist die Elektrodengruppe 12 mehrere lagenförmige erste Elektroden 18 und mehrere lagenförmige zweite Elektroden 20 auf. Die ersten Elektroden 18 und die zweiten Elektroden 20 sind abwechselnd geschichtet, wobei lagenförmige Trenner 21 zwischen diesen vorgesehen sind. Die ersten Elektroden 18 weisen jeweils einen ersten Stromabnehmer 22 und ein erstes Aktivmaterial auf. Die zweiten Elektroden 20 weisen jeweils einen zweiten Stromabnehmer 24 und ein zweites Aktivmaterial auf.
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Entweder die ersten Elektroden 18 oder die zweiten Elektroden 20 sind positive Elektroden, und die anderen Elektroden sind negative Elektroden. Die positiven Elektroden weisen jeweils einen Stromabnehmer der positiven Elektrode und ein Aktivmaterial der positiven Elektrode auf. Die negativen Elektroden weisen jeweils einen Stromabnehmer der negativen Elektrode und ein Aktivmaterial der negativen Elektrode auf. Entweder der erste Stromabnehmer 22 oder der zweite Stromabnehmer 24 ist ein Stromabnehmer der positiven Elektrode, und der andere Stromabnehmer ist ein Stromabnehmer der negativen Elektrode. In 3A und 3B sind, zur Vereinfachung der Beschreibung der Erfindung, die ersten Elektroden 18 als positive Elektroden dargestellt und sind die zweiten Elektroden 20 als negative Elektroden dargestellt. Das heißt, der erste Stromabnehmer 22 ist ein Stromabnehmer der positiven Elektrode und der zweite Stromabnehmer 24 ist ein Stromabnehmer der negativen Elektrode. In 3A und 3B sind die Elektroden und die Stromabnehmer dargestellt, als seien sie gleiche Komponenten, da es schwierig ist, die Elektroden und die Stromabnehmer voneinander unterscheidbar darzustellen.
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Der erste Stromabnehmer 22 (Stromabnehmer der positiven Elektrode) weist einen ersten porösen Metallkörper auf, und der zweite Stromabnehmer 24 (Stromabnehmer der negativen Elektrode) weist einen zweiten porösen Metallkörper auf. Ferner ist ein erstes Metall vorzugsweise Aluminium oder eine Aluminiumlegierung und ist ein zweites Metall vorzugsweise Kupfer oder eine Kupferlegierung. Die Dicke des Stromabnehmers der positiven Elektrode beträgt vorzugsweise 0,1 bis 10 mm. Die Dicke des Stromabnehmers der negativen Elektrode beträgt vorzugsweise 0,1 bis 10 mm.
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Da "Aluminum-Celmet" (eingetragene Marke, beziehbar von Sumitomo Electric Industries, Ltd.) eine große Porosität (beispielsweise 90% oder mehr) und kontinuierliche Poren aufweist und nur wenige geschlossene Poren enthält, wird "Aluminum-Celmet" als erster Stromabnehmer 22 (Stromabnehmer der positiven Elektrode) besonderes bevorzugt. Aus dem gleichen Grund wird "Celmet", das Kupfer oder Nickel enthält (eingetragene Marke, beziehbar von Sumitomo Electric Industries, Ltd.) als zweiter Stromabnehmer 24 (Stromabnehmer der negativen Elektrode) besonders bevorzugt. "Celmet" und "Aluminum-Celmet" werden unten im Detail beschrieben.
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Der erste Stromabnehmer 22 weist einen streifenförmigen ersten Verbindungsteil 26 auf. Gleichermaßen kann der zweite Stromabnehmer 24 mit einem streifenförmigen zweiten Verbindungsteil 28 vorgesehen sein. Jeder Verbindungsteil ist vorzugsweise aus dem gleichen Material wie der Körper des Stromabnehmers gefertigt und ist vorzugsweise mit dem Körper integriert. Erste leitfähige Abstandshalter 30 sind zwischen den ersten Verbindungsteilen 26 der mehreren ersten Stromabnehmer 22 angeordnet. Gleichermaßen können auch mehrere zweite Abstandshalter 32 zwischen den zweiten Verbindungsteilen 28 der mehreren zweiten Stromabnehmer 24 angeordnet sein.
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Ohne Beschränkung kann der prozentuale Anteil des projizierten Flächenbereichs des ersten Verbindungsteils 26 (Flächenbereich betrachtet in einer Richtung senkrecht zur Hauptfläche des ersten Stromabnehmers) bezüglich des projizierten Flächenbereichs des gesamten ersten Stromabnehmers 22 0,1% bis 10% betragen. Alternativ kann der projizierte Flächenbereich des ersten Verbindungsteils 26 oder die Länge der Grenze zwischen dem Körper des ersten Stromabnehmers und dem ersten Verbindungsteil gemäß der Kapazität der Elektrizitätsspeichereinrichtung bestimmt werden. Die Grenze ist beispielsweise eine gerade Linie, koaxial bzw. mittig bezüglich einer Seite des ersten Stromabnehmers, der mit dem ersten Verbindungsteil vorgesehen ist. Der erste Verbindungsteil 26 kann eine rechteckige Form mit abgerundeten Ecken aufweisen, aber er ist nicht auf eine solche Form beschränkt.
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Der erste leitfähige Abstandshalter 30 kann aus einem plattenförmigen Element ausgebildet sein, das einen Leiter (beispielsweise ein Metall oder ein Kohlenstoffmaterial) enthält. Um die Haftkraft mit dem ersten Verbindungsteil 26 zu stärken, ist der erste leitfähige Abstandshalter 30 vorzugsweise aus einem porösen Metallkörper (dritter poröser Metallkörper) ausgebildet und ist besonders bevorzugt aus dem gleichen Material (beispielsweise "Aluminum-Celmet") wie der erste Stromabnehmer 22 ausgebildet. Gleichermaßen kann auch der zweite leitfähige Abstandshalter aus einem plattenförmigen Element ausgebildet sein, das einen Leiter (beispielsweise ein Metall oder ein Kohlenstoffmaterial) aufweist. Auch der zweite leitfähige Abstandshalter 32 ist vorzugsweise aus einem porösen Metallkörper (vierter poröser Metallkörper) ausgebildet und ist besonders bevorzugt aus dem gleichen Material (beispielsweise "Celmet", das Kupfer enthält) wie der zweite Stromabnehmer 24 ausgebildet.
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Der Trenner 21 weist vorzugsweise eine Taschenform auf, so dass dieser die erste Elektrode 18 (positive Elektrode) enthält. Der taschenförmige Trenner 21 kann beispielsweise durch Falten eines rechteckigen Trenners 21 entlang der Längsmittellinie und aneinander Befestigen (Schweißen) von Randteilen, mit Ausnahme von Teilen, die der Öffnung entsprechen, ausgebildet werden.
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Die ersten Verbindungsteile 26 der ersten Elektroden 18 können beispielsweise eine Durchgangsöffnung 36 zur Aufnahme eines ersten Befestigungselements 34, das eine Niete ist, aufweisen. Eine beliebige Anzahl von Durchgangsöffnungen 36 kann vorgesehen sein. Jeder erste Verbindungsteil 26 ist in der Nähe eines Endes der Seite des ersten Stromabnehmers 22 ausgebildet, der mit dem ersten Verbindungsteil 26 vorgesehen ist. Gleichermaßen können die zweiten Verbindungsteile 28 der zweiten Elektroden 20 eine Durchgangsöffnung 36 zur Aufnahme eines zweiten Befestigungselements 38, das eine Niete ist, aufweisen. Jeder zweite Verbindungsteil 28 ist in der Nähe des anderen Endes der Seite des zweiten Stromabnehmers 24 ausgebildet, der mit dem zweiten Verbindungsteil 28 vorgesehen ist. Auch die ersten leitfähigen Abstandshalter 30 können eine Durchgangsöffnung 37 zur Aufnahme des ersten Befestigungselements 34 an einer Position aufweisen, die der Durchgangsöffnung 36 in jedem ersten Verbindungsteil 26 entspricht. Auch die zweiten leitfähigen Abstandshalter 32 können eine Durchgangsöffnung 37 zur Aufnahme des zweiten Befestigungselements 38 an einer Position aufweisen, die der Durchgangsöffnung 36 in jedem zweiten Verbindungsteil 28 entspricht. Bezüglich des ersten Befestigungselements 34 ist ein Ende eines ersten Anschlusselements 62 an der Elektrodengruppe 12 befestigt, um mit einem der ersten Verbindungsteile 26 in Kontakt zu stehen. Bezüglich des zweiten Befestigungselements 38 ist ein Ende eines zweiten Anschlusselements 64 an der Elektrodengruppe 12 angebracht, um mit einem der zweiten Verbindungsteile 28 in Kontakt zu stehen.
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Die ersten Verbindungsteile 26 und die zweiten Verbindungsteile 28 sind somit im Wesentlichen symmetrisch angeordnet, wenn die ersten Elektroden 18 und die zweiten Elektroden 20 geschichtet sind. Wenn jede zweite Elektrode 20 eine negative Elektrode ist, ist die äußere Form des Körpers der zweiten Elektrode 20 (des zweiten Stromabnehmers 24) so ausgebildet, dass diese im Wesentlichen dieselbe Größe wie die äußere Form des taschenförmigen Trenners 21 hat. Das heißt, die äußere Form der negativen Elektrode ist größer als die äußere Form der positiven Elektrode. Somit kann die gesamte positive Elektrode der negativen Elektrode zugewandt sein, mit dem Trenner dazwischen.
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Das erste Befestigungselement 34 ist vorzugsweise aus dem gleichen leitfähigen Material wie der erste Stromabnehmer 22 ausgebildet. Der Grund liegt darin, dass der Korrosionswiderstand des ersten Befestigungselements 34 erhöht ist. Gleichermaßen ist auch das zweite Befestigungselement 38 vorzugsweise aus dem gleichen leitfähigen Material wie der zweite Stromabnehmer 24 ausgebildet.
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Da die ersten Verbindungsteile 26 der mehreren ersten Elektroden 18 so angeordnet sind, dass sie sich in der Schichtrichtung der Elektrodengruppe 12 überlappen, sind auch die Durchgangsöffnungen 36 in den ersten Verbindungsteilen 26 ausgerichtet. Auch die ersten leitfähigen Abstandshalter 30 sind so angeordnet, dass die Durchgangsöffnungen 37 mit den entsprechenden Durchgangsöffnungen 36 ausgerichtet sind. Das erste Befestigungselement 34 ist in die ausgerichteten Durchgangsöffnungen 36 und 37 eingebracht, und die mehreren ersten Verbindungsteile 26 werden miteinander befestigt, indem die Enden (Köpfe) der ersten Befestigungselemente 34 an die ersten Verbindungsteile 26 genietet werden, oder dergleichen. Gleichermaßen werden auch die mehreren zweiten Verbindungsteile 28 durch die zweiten Befestigungselemente 38 befestigt, die in die ausgerichteten Durchgangsöffnungen 36 und 37 eingebracht werden.
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Die Dichtungsplatte 16 weist einen ersten äußeren Anschluss 40, der mit den mehreren ersten Elektroden 18 verbunden ist, und einen zweiten äußeren Anschluss 42 auf, der mit den mehreren zweiten Elektroden 20 verbunden ist. Ein Entgasungsventil 44 ist in einem mittleren Abschnitt der Dichtungsplatte 16 vorgesehen, und ein Stopfen 48 zum Schließen einer Einbringöffnung 46 (vgl. 4) ist an einer Position näher am ersten äußeren Anschluss 40 vorgesehen.
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4 ist eine Draufsicht auf die Dichtungsplatte. 5 ist eine Teilquerschnittsansicht der Dichtungsplatte, welche die Detailstruktur des Entgasungsventils darstellt. Die Dichtungsplatte 16 weist eine rechteckige Form auf, mit zwei langen Seiten H1, zwei kurzen Seiten H2 und abgerundeten Ecken. Das Entgasungsventil 44 weist einen kreisförmigen leicht zerbrechlichen Teil 66, eine erste lineare Nut 68A, eine zweite lineare Nut 68B und eine dritte lineare Nut 68C auf. Die erste Nut 68A, die zweite Nut 68B und die dritte Nut 68C sind in dem leicht zerbrechlichen Teil 66 ausgebildet. Erste Enden der ersten Nut 68A, der zweiten Nut 68B und der dritten Nut 68C treffen sich im Zentrum des leicht zerbrechlichen Teils 66.
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Die Dichtungsplatte 16 weist einen Rissfortpflanzungsvermeidungsteil 65 auf, der eine ringförmige Nut ist, entlang des Umfangs des kreisförmigen leicht zerbrechlichen Teils 66. Zweite Enden der ersten Nut 68A, der zweiten Nut 68B und der dritten Nut 68C erreichen den Rissfortpflanzungsvermeidungsteil 65. Somit sind die Längen L1, L2 und L3 (Längen in der Ebenenrichtung der Dichtungsplatte 16) der ersten Nut 68A, der zweiten Nut 68B und der dritten Nut 68C gleich oder im Wesentlichen gleich dem Radius R1 des leicht zerbrechlichen Teils 66. In anderen Worten sind die Verhältnisse L1/R1, L2/R1 und L3/R1 Werte im Bereich von 0,98 bis 1,02.
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Der stumpfe Winkel θ1, der von der ersten Nut und der zweiten Nut gebildet wird, der stumpfe Winkel θ2, der von der zweiten Nut und der dritten Nut gebildet wird, und der stumpfe Winkel θ3, der von der dritten Nut und der ersten Nut gebildet wird, sind Winkel im Bereich von (120 × 0,98)° bis (120 × 1,02)° (Winkel im Bereich von 117,6° bis 122,4°). Es sei darauf hingewiesen, dass die Summe von θ1, θ2 und θ3 360° beträgt (θ1 + θ2 + θ3 = 360°). Wenn die mehreren Nuten, der leicht zerbrechliche Teil 66 und der Rissfortpflanzungsvermeidungsteil 65 unter Verwendung eines Stempels bzw. Prägewerkzeugs oder dergleichen auf der Dichtungsplatte 16 ausgebildet werden, erhebt sich der leicht zerbrechliche Teil vorzugsweise kuppelförmig, wie es in 5 gezeigt ist.
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Das Zentrum des leicht zerbrechlichen Teils 66 ist in der Mitte zwischen zwei langen Seiten H1 und in der Mitte zwischen zwei kurzen Seiten H2 angeordnet. Das heißt, das Entgasungsventil 44 ist in einem mittleren Abschnitt der Dichtungsplatte 16 angeordnet. Wenn das Entgasungsventil 44 im mittleren Abschnitt der Dichtungsplatte 16 vorgesehen ist, kann das Entgasungsventil 44 betätigt werden, indem es einen Anstieg des Drucks in dem Gehäuse genau detektiert.
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Die Dicke DT des leicht zerbrechlichen Teils 66 kann gemäß dem Betätigungsdruck des Entgasungsventils 44 und dem Material der Dichtungsplatte festgelegt werden. Wenn beispielsweise der Betätigungsdruck 0,1 MPa bis 5 MPa beträgt und die Dichtungsplatte aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung (beispielsweise Aluminiumlegierungen der 3000er Serien oder 5000er Serien gemäß dem "International Alloy Designation System") gefertigt ist oder Aluminium oder eine Aluminiumlegierung aufweist, beträgt die Dicke DT des leicht zerbrechlichen Teils 66 vorzugsweise 50 bis 250 µm. Der Radius R1 des leicht zerbrechlichen Teils beträgt vorzugsweise 2 bis 4 mm, wenn die Nennkapazität der Elektrizitätsspeichereinrichtung 500 oder mehr und weniger als 1.000 mAh beträgt, und er beträgt vorzugsweise 3 bis 6 mm, wenn die Nennkapazität der Elektrizitätsspeichereinrichtung 1.000 bis 3.000 mAh beträgt.
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Das Verhältnis D1/D2 einer Restdicke D1 des leicht zerbrechlichen Teils 66 an der ersten Nut 68A zur Restdicke D2 des leicht zerbrechlichen Teils 66 an der zweiten Nut 68B, das Verhältnis D2/D3 der Restdicke D2 des leicht zerbrechlichen Teils an der zweiten Nut 68B zur Restdicke D3 des leicht zerbrechlichen Teils an der dritten Nut 68C und das Verhältnis D3/D1 der Restdicke D3 des leicht zerbrechlichen Teils an der dritten Nut 68C zur Restdicke D1 des leicht zerbrechlichen Teils an der ersten Nut 68A sind Werte im Bereich von 0,98 bis 1,02. Das heißt, die Restdicke D1 des leicht zerbrechlichen Teils 66 an der ersten Nut 68A, die Restdicke D2 des leicht zerbrechlichen Teils an der zweiten Nut 68B und die Restdicke des leicht zerbrechlichen Teils an der dritten Nut 68C sind gleich oder im Wesentlichen gleich.
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Die Restdicken D1, D2 und D3 an den Nuten können gemäß dem Material der Dichtungsplatte festgelegt werden. Wenn die Dichtungsplatte beispielsweise aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung gefertigt ist oder wenn die Dichtungsplatte Aluminium oder eine Aluminiumlegierung enthält, betragen die Restdicken D1, D2 und D3 an den Nuten vorzugsweise 10 bis 100 µm. Die Restdicke D4 der Dichtungsplatte in dem Rissfortpflanzungsvermeidungsteil 5 ist größer als die Restdicken D1, D2 und D3 (D4 > D1, D4 > D2, D4 > D3). Indem all die Restdicken D1, D2 und D3 an den Nuten kleiner vorgesehen sind als die Restdicke D4 des Rissfortpflanzungsvermeidungsteils, kann der leicht zerbrechliche Teil 66 entlang jeder Nut früher als an dem Rissfortpflanzungsvermeidungsteil 65 brechen bzw. reißen. Wenn der Rissfortpflanzungsvermeidungsteil 65, der eine ringförmige Nut ist, benachbart zum leicht zerbrechlichen Teil 66 und um den leicht zerbrechlichen Teil 66 herum vorgesehen ist, biegt sich der leicht zerbrechliche Teil 66 oder die Dichtungsplatte 16 tendenziell entlang des Rissfortpflanzungsvermeidungsteils 65 zur Zeit des Zerbrechens des leicht zerbrechlichen Teils 66 entlang jeder Nut. Dadurch wird der effektive Flächenbereich bzw. Querschnitt einer Öffnung, die als Folge des Zerbrechens des leicht zerbrechlichen Teils 66 ausgebildet wird, auf einfache Weise erhöht. Somit kann das Gas in dem Gehäuse auf einfache Weise aus dem Gehäuse abgegeben werden.
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Eine Nut (erste Nut 68A in dem dargestellten Beispiel) der mehreren Nuten liegt parallel zu den beiden langen Seiten H1 der Dichtungsplatte 16 und ist in der Mitte zwischen den beiden langen Seiten H1 vorgesehen. Durch Ausbilden der Position der ersten Nut 68A auf diese Weise, kann zumindest die erste Nut 68A unter einem gewünschten Druck auf einfache Weise stabil brechen, wenn die Elektrizitätsspeichereinrichtung flach ist und das Seitenverhältnis α1 des Gehäuses 14, W2/W1, 5 bis 15 beträgt. Auch dadurch wird eine Schwankung des Betätigungsdrucks des Entgasungsventils 44 in der Elektrizitätsspeichereinrichtung, welche ein flaches Gehäuse 14 aufweist, in ausreichendem Maße verringert, wie es oben beschrieben ist.
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Die Dichtungsplatte 16 weist eine Einbringöffnung 46 zum Einbringen eines Elektrolyts in das Gehäuse 14 nach dem Abdichten der Öffnung des Gehäuses 14 auf. Die Einbringöffnung 46 ist in der Nähe des Entgasungsventils 44 der Dichtungsplatte 16 angeordnet. Um eine erfolgreiche Elektrolytimprägnierung zu erreichen, wenn der Elektrolyt in das Gehäuse 14 eingebracht wird, ist die Einbringöffnung 46 vorzugsweise so nah wie möglich an einem mittleren Abschnitt der Dichtungsplatte angeordnet. Damit das Entgasungsventil (zerstörbares Ventil) bei einer Erhöhung des Drucks in dem Gehäuse rechtzeitig betätigt wird, ist das Entgasungsventil 44 vorzugsweise in dem mittleren Abschnitt der Dichtungsplatte 16 angeordnet.
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Um den Betätigungsdruck des Entgasungsventils 44 zu stabilisieren, sind die Einbringöffnung 46 und das Entgasungsventil 44 vorzugsweise in einem bestimmten Abstand angeordnet.
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Aus den oben genannten Gründen beträgt das Verhältnis LS/DS des kürzesten Abstands LS zwischen dem Rissfortpflanzungsvermeidungsteil 65 und der Einbringöffnung 46 zur Dicke DS der Dichtungsplatte 16 vorzugsweise 5 bis 12. Beim Ermitteln des Verhältnisses LS/DS des kürzesten Abstands LS zur Dicke DS kann die Dicke DS als mittlere Dicke der Dichtungsplatte 16 zwischen dem Rissfortpflanzungsvermeidungsteil 65 und der Einbringöffnung 46 angesehen werden, mit Ausnahme einer Aussparung um die Einbringöffnung 46 oder dergleichen.
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Als Nächstes wird der poröse Metallkörper, der als erster Stromabnehmer 22 oder als zweite Stromabnehmer 24 verwendet wird, im Detail beschrieben.
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Der poröse Metallkörper weist vorzugsweise ein dreidimensionales Netzwerk und ein Hohlgerüst auf. Wenn das Gerüst im Innern einen leeren Raum aufweist, weist der poröse Metallkörper eine dreidimensionale Volumenstruktur auf und ist sehr leicht.
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Der poröse Metallkörper kann durch die folgende Vorgehensweise ausgebildet werden: Plattieren eines porösen Harzkörpers, der kontinuierliche Hohlräume hat, mit einem Metall zur Ausbildung des Abnehmers; und Zersetzen oder Auflösen des Harzes im Innern durch eine Wärmebehandlung. Durch den Plattierungsprozess wird ein dreidimensionales Netzwertgerüst ausgebildet, und durch die Zersetzung und Auflösung des Harzes wird ein Hohlgerüst ausgebildet.
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Der poröse Harzkörper ist aus einem beliebigen Harzmaterial gefertigt, das kontinuierliche Hohlräume aufweist, und es kann ein geschäumter Harzkörper, ein harzhaltiger Faservliesstoff oder dergleichen verwendet werden. Nach der Wärmebehandlung können Komponenten, die in dem Gerüst zurückgeblieben sind (Harz, zersetzte Produkte, nicht-reagierte Monomere und Zusatzstoffe, die in dem Harz enthalten sind) durch Auswaschen oder dergleichen entfernt werden.
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Beispiele des Harzes, das den porösen Harzkörper ausbildet, umfassen wärmeaushärtende Harze, wie etwa wärmeaushärtendes Polyurethan und Melaminharz; und thermoplastische Harze, wie etwa Olefinharze (beispielsweise Polyethylen, Polypropylen) und thermoplastische Polyurethane. Wenn ein geschäumter Harzkörper verwendet wird, sind einzelne Poren, die in dem geschäumten Körper ausgebildet sind, zellenartige Poren (einzelne Poren müssen nicht unbedingt zellenartige Poren sein, in Abhängigkeit der Art des Harzes oder des Verfahrens zur Herstellung des geschäumten Körpers). Die Zellen sind verbunden und kommunizieren miteinander, wodurch kontinuierliche Hohlräume ausgebildet werden. Ein solcher geschäumter Körper enthält kleine zellenartige Poren, und die Größe der Poren ist tendenziell einheitlich. Insbesondere wenn wärmehärtendes Polyurethan oder dergleichen verwendet wird, sind die Größe und Form der Poren tendenziell noch einheitlicher.
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Der Plattierungsprozess kann durch ein allgemein bekanntes Plattierungsverfahren ausgeführt werden, beispielsweise durch ein Elektroplattierungsverfahren oder ein Schmelzsalzplattierungsverfahren, da mit einem solchen Verfahren eine Metallschicht ausgebildet werden kann, die als Stromabnehmer auf der Oberfläche des porösen Harzkörpers fungiert (wobei die Oberflächen in den kontinuierlichen Hohlräumen umfasst sind). Mit dem Plattierungsprozess wird ein poröser Metallkörper ausgebildet, der ein dreidimensionales Netzwerk hat, gemäß der Form des porösen Harzkörpers. Wenn der Plattierungsprozess durch ein Elektroplattierungsverfahren ausgeführt wird, wird vorzugsweise eine leitfähige Schicht vor der Elektroplattierung ausgebildet. Die leitfähige Schicht kann auf der Oberfläche des porösen Harzkörpers ausgebildet werden, beispielsweise sowohl durch stromloses Plattieren, Aufdampfen, Sputtern, als auch durch Aufbringen eines leitfähigen Mittels oder dergleichen, oder sie kann durch Eintauchen des porösen Harzkörpers in eine Dispersion, die ein leitfähiges Mittel enthält, ausgebildet werden.
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Nach dem Plattierungsprozess wird der poröse Harzkörper durch Erhitzen entfernt, so dass ein leerer Raum in dem Gerüst des porösen Metallkörpers ausgebildet wird, wodurch dieser hohl gemacht wird. Die Breite des leeren Raums in dem Gerüst (Breite wf des leeren Raums in 7, die unten beschrieben ist) beträgt im Mittel beispielsweise 0,5 bis 5 µm und vorzugsweise 1 bis 4 µm oder 2 bis 3 µm.
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Der poröse Harzkörper kann durch eine Wärmebehandlung mit geeignet angelegter Spannung, ja nach Bedarf, entfernt werden. Die Wärmebehandlung kann durch Anlegen einer Spannung durchgeführt werden, während der poröse plattierte Körper in ein Schmelzsalzplattierungsbad eingetaucht ist.
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Der poröse Metallkörper weist eine dreidimensionale Netzwerkstruktur auf, die der Struktur des geschäumten Harzkörpers entspricht. Insbesondere weist der Stromabnehmer viele Poren auf, die jeweils eine Zellenform haben. Diese zellenförmigen Poren sind miteinander verbunden, wodurch kommunizierende kontinuierliche Hohlräume ausgebildet werden. Zwischen benachbarten zellenförmigen Poren ist eine Öffnung (oder ein Fenster) ausgebildet. Die Poren befinden sich vorzugsweise über die Öffnung in Kommunikation miteinander. Beispiele der Form der Öffnung (oder des Fensters) umfassen, sind darauf aber nicht beschränkt, Formen, die im Wesentlichen polygonförmig sind (im Wesentlichen dreieckig, im Wesentlichen viereckig, im Wesentlichen fünfeckig und/oder im Wesentlichen sechseckig). Die Bezeichnung "im Wesentlichen polygonförmig", wie hierin verwendet, bezieht sich auf Polygone und Formen, die polygonähnlich sind (beispielsweise Polygone, die abgerundete Ecken aufweisen, und Polygone, bei denen manche oder alle Seiten gekrümmt sind).
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6 ist eine schematische Ansicht des Gerüsts des porösen Metallkörpers. Der poröse Metallkörper weist mehrere zellenförmige Poren 101 auf, die von einem Metallgerüst 102 umgeben sind. Eine Öffnung (oder ein Fenster) 103, die im Wesentlichen polygonförmig ist, ist zwischen benachbarten Poren 101 ausgebildet. Die Öffnung 103 ermöglicht eine Kommunikation zwischen den benachbarten Poren 101, und der Stromabnehmer weist somit kontinuierliche Hohlräume auf. Das Metallgerüst 102 ist dreidimensional ausgebildet, so dass zellenförmige Poren ausgebildet und die Poren verbunden sind, und somit wird eine dreidimensionale Netzwerkstruktur ausgebildet.
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Der poröse Metallkörper weist eine sehr hohe Porosität und eine große spezifische Oberfläche auf. Das heißt, eine große Menge des Aktivmaterials kann an einem großen Flächenbereich anhaften, inklusive den Oberflächen im Inneren der Hohlräume. Da der poröse Metallkörper einen großen Kontaktflächenbereich mit dem Aktivmaterial und eine große Porosität aufweist, während eine große Menge des Aktivmaterials in seinen Hohlräumen enthalten ist, kann das Aktivmaterial wirksam genutzt werden. Bei einer positiven Elektrode in einem Lithiumionenkondensator oder einer nichtwässrigen elektrolythaltigen Sekundärbatterie wird die Leitfähigkeit normalerweise durch Hinzufügen eines leitfähigen Hilfsstoffs erhöht. Die Verwendung des oben beschriebenen porösen Metallkörpers als Stromabnehmer der positiven Elektrode stellt tendenziell eine hohe Leitfähigkeit sicher, selbst wenn die Menge des hinzugefügten leitfähigen Hilfsmittels reduziert ist. Somit können die Nenncharakteristika und Energiedichte (und Kapazität) der Batterie wirksam erhöht werden.
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Die spezifische Oberfläche (BET spezifische Oberfläche) des porösen Metallkörpers beträgt beispielsweise 100 bis 700 cm2/g, vorzugsweise 150 bis 650 cm2/g und noch bevorzugter 200 bis 600 cm2/g.
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Die Porosität des porösen Metallkörpers beträgt beispielsweise 40 bis 99 Vol.-%, vorzugsweise 60 bis 98 Vol.-% und noch bevorzugter 80 bis 98 Vol.-%. Die mittlere Porengröße (mittlere Größe der zellenförmigen Poren in Kommunikation miteinander) in der dreidimensionalen Netzwerkstruktur beträgt beispielsweise 50 bis 1.000 µm, vorzugsweise 100 bis 900 µm und noch bevorzugter 350 bis 900 µm. Die mittlere Porengröße ist kleiner als die Dicke des porösen Metallkörpers (oder der Elektrode). Es sei darauf hingewiesen, dass ein Walzvorgang das Gerüst des porösen Metallkörpers verformt und die Porosität und die mittleren Porengröße ändert. Die Bereiche der Porosität und der mittleren Porengröße sind Bereiche der Porosität und der mittleren Porengröße des porösen Metallkörpers vor einem Walzvorgang bzw. Einwalzen (vor dem Füllen mit einer Mischung).
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Das Metall (das Metall zum Plattieren), das den Stromabnehmer der positiven Elektrode für einen Lithiumionenkondensator oder eine nichtwässrige elektrolythaltige Sekundärbatterie ausbildet, ist beispielsweise ein Metall, das aus Aluminium, Aluminiumlegierungen, Nickel und/oder Nickellegierungen ausgewählt ist. Das Metall (das Metall zum Plattieren), das den Stromabnehmer der negativen Elektrode für einen Lithiumionenkondensator oder eine nichtwässrige elektrolythaltige Sekundärbatterie ausbildet, ist ein Metall, das aus Kupfer, Kupferlegierungen, Nickel und/oder Nickellegierungen ausgewählt ist. Es können die gleichen Metalle, wie oben beschrieben (beispielsweise Kupfer, Kupferlegierungen), auch in einem Elektrodenabnehmer für einen elektrischen Doppelschichtkondensator verwendet werden.
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7 ist eine schematische graphische Querschnittsdarstellung, die einen Zustand zeigt, in dem Hohlräume des porösen Metallkörpers in 6 mit einer Elektrodenmischung gefüllt sind.
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Die zellenförmigen Poren 101 sind mit einer Elektrodenmischung 104 gefüllt. Die Elektrodenmischung 104 haftet an der Oberfläche des Metallkörpers 102 an, um eine Elektrodenmischschicht auszubilden, die eine Dicke wm aufweist. Ein leerer Raum 102a, der eine Breite wf aufweist, ist in dem Gerüst 102 des porösen Metallkörpers ausgebildet. Nachdem die zellenförmigen Poren 101 mit der Elektrodenmischung 104 gefüllt sind, verbleiben Hohlräume in den zellenförmigen Poren 101 auf der Innenseite der Elektrodenmischschicht. Nachdem der poröse Metallkörper mit der Elektrodenmischung gefüllt ist, wird der poröse Metallkörper in der Dickenrichtung gewalzt, je nach Bedarf, um eine Elektrode auszubilden. 7 stellt einen Zustand vor dem Walzen dar. Bei der Elektrode, die durch Walzen erhalten wird, befindet sich das Gerüst 102 in einem Zustand, in dem dieses in der Dickenrichtung etwas zusammengedrückt ist, und die Hohlräume in den Poren 101 im Innern der Elektrodenmischschicht und der leere Raum im Gerüst 102 befinden sich in einem Zustand, in dem diese zusammengedrückt sind. Nach dem Walzen des porösen Metallkörpers verbleiben die Hohlräume im Innern der Elektrodenmischschicht bis zu einem gewissen Ausmaß, wodurch eine hohe Porosität der Elektrode sichergestellt wird.
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Die positive Elektrode oder die negative Elektrode wird beispielsweise durch Füllen der Hohlräume des porösen Metallkörpers, der wie oben beschrieben erhalten wird, mit einer Elektrodenmischung und optional durch Zusammendrücken des Stromabnehmers in der Dickenrichtung ausgebildet. Die Elektrodenmischung enthält ein Aktivmaterial als eine wesentliche Komponente und kann ferner ein leitfähiges Hilfsmittel und/oder ein Bindemittel als optionale Komponenten enthalten.
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Die Dicke wm einer Mischschicht, die durch Füllen der zellenförmigen Poren des Stromabnehmers mit der Mischung ausgebildet wird, beträgt beispielsweise 10 bis 500 µm, vorzugsweise 40 bis 250 µm und noch bevorzugter 100 bis 200 µm. Um Hohlräume im Innern der Mischschicht, die in den zellenförmigen Poren ausgebildet ist, sicherzustellen, entspricht die Dicke wm der Mischschicht vorzugsweise 5 bis 40%, noch bevorzugter 10 bis 30%, der mittleren Porengröße der zellenförmigen Poren.
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Ein Material, das Alkalimetallionen einlagert und abgibt, kann als Aktivmaterial der positiven Elektrode für eine nichtwässrige elektrolythaltige Sekundärbatterie verwendet werden. Beispiele eines solchen Materials umfassen Metallchalkogenkomponenten (beispielsweise Metallsulfide), Metalloxide, Alkalimetall enthaltende Übergangsmetalloxide (beispielsweise Lithium enthaltende Übergangsmetalloxide und Natrium enthaltende Übergangsmetalloxide) und Alkalimetall enthaltende Übergangsmetallphosphate (beispielsweise Eisenphosphat, das eine Olivinstruktur aufweist). Diese Aktivmaterialien der positiven Elektrode können allein oder in Kombination von zwei oder mehr verwendet werden.
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Ein Material, das Alkalimetallionen einlagert und abgibt, wie beispielsweise Lithiumionen, kann als Aktivmaterial der negativen Elektrode für einen Lithiumionenkondensator oder eine nichtwässrige elektrolythaltige Sekundärbatterie verwendet werden. Beispiele eines solchen Materials umfassen Kohlenstoffmaterialien, spinellartiges Lithiumtitanoxid, spinellartiges Natriumtitanoxid, Siliziumoxid, Siliziumlegierungen, Zinnoxid und Zinnlegierungen. Beispiele von Kohlenstoffmaterialien umfassen Graphit, graphitierbarer Kohlenstoff (Weichkohle) und nicht graphitierbarer Kohlenstoff (Hartkohle).
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Als Aktivmaterial der positiven Elektrode für einen Lithiumionenkondensator kann ein erstes Kohlenstoffmaterial verwendet werden, das Anionen adsorbiert und desorbiert. Als Aktivmaterial für eine Elektrode in einem elektrischen Doppelschichtkondensator kann ein zweites Kohlenstoffmaterial verwendet werden, das organische Kationen adsorbiert und desorbiert. Als Aktivmaterial für die andere Elektrode kann ein drittes Kohlenstoffmaterial verwendet werden, das Anionen adsorbiert und desorbiert. Beispiele für die ersten bis dritten Kohlenstoffmaterialien umfassen Kohlenstoffmaterialien, wie etwa Aktivkohle, Graphit, graphitierbaren Kohlenstoff (Weichkohle) und nicht graphitierbaren Kohlenstoff (Hartkohle).
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Die Art des leitfähigen Hilfsmittels ist nicht beschränkt. Beispiele des leitfähigen Hilfsmittels umfassen Kohlenschwarz bzw. Ruße, wie etwa Azetylenruß und Ketjenblack; leitfähige Fasern, wie beispielsweise Kohlefasern und Metallfasern; und Nanokohlenstoffe, wie etwa Kohlenstoffnanoröhrchen. Die Menge des leitfähigen Hilfsmittels ist nicht beschränkt. Die Menge des leitfähigen Hilfsmittels beträgt beispielsweise 0,1 bis 15 Massenteile, und vorzugsweise 0,5 bis 10 Massenteile relativ zu 100 Massenteilen des Aktivmaterials.
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Die Art des Bindemittels ist nicht beschränkt. Beispiele des Bindemittels umfassen Fluorharze, wie etwa Polyvinylidenfluorid (PVDF) und Polytetrafluoräthylen; Chlor enthaltende Vinylharze, wie etwa Polyvinylchlorid; Polyolefinharze; Gummipolymere, wie etwa Styrol-Butadien-Gummi, Polyvinylpyrrolidon und Polyvinylalkohol; und Polysaccharide, wie etwa Zellulosederivate (beispielsweise Zelluloseether), wie etwa Carboxymethylzellulose und Xanthan. Die Menge des Bindemittels ist nicht beschränkt. Die Menge des Bindemittels beträgt beispielsweise 0,5 bis 15 Massenteile, vorzugsweise 0,5 bis 10 Massenteile und noch bevorzugter 0,7 bis 8 Massenteile relativ zu 100 Massenteilen des Aktivmaterials.
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Die Dicke der ersten Elektrode 18 und der zweiten Elektrode 20 beträgt 0,2 mm oder mehr, vorzugsweise 0,5 mm oder mehr und noch bevorzugter 0,7 mm oder mehr. Die Dicke der ersten Elektrode 18 und der zweiten Elektrode 20 beträgt 5 mm oder weniger, vorzugsweise 4,5 mm oder weniger und noch bevorzugter 4 mm oder weniger oder 3 mm oder weniger.
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Diese unteren Grenzen und obere Grenze können frei kombiniert werden. Beispielsweise kann die Dicke der ersten Elektrode 18 und der zweiten Elektrode 20 0,5 bis 4,5 mm oder 0,7 bis 4 mm betragen.
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Der Trenner 21 weist eine Ionendurchlässigkeit auf und ist zwischen der ersten Elektrode 18 und der zweiten Elektrode 20 vorgesehen, um einen Kurzschluss zwischen diesen Elektroden zu unterbinden. Der Trenner 21 weist eine poröse Struktur auf und erlaubt eine Durchdringung durch Ionen durch den Trenner 21, indem der Elektrolyt in feinen Poren der Porenstruktur gehalten wird. Als Trenner 21 kann ein feiner poröser Film, ein Faservliesstoff (wobei Papier umfasst ist) oder dergleichen verwendet werden. Beispiele für das Material des Trenners 21 umfassen Polyolefine, wie etwa Polyethylen und Polypropylen; Polyester, wie beispielsweise Polyäthylen-Terephthalat; Polyamide; Polyimide; Zellulose; und Glasfasern. Die Dicke des Trenners 21 beträgt beispielsweise etwa 10 bis 100 µm.
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Ein Elektrolyt für einen Lithiumionenkondensator enthält ein Salz aus Lithiumionen und Anionen (erstes Anion). Beispiele des erste Anions umfassen Fluor enthaltende Säure-Anionen (beispielsweise PF6 –, BF4 –), Chlor enthaltende Säure-Anionen (ClO4 –), Bis(Oxalat)Borat-Anionen (BC4O8 –), Bissulfonamid-Anionen und Trifluormethansulfonat-Ionen (CF3SO3 –).
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Ein Elektrolyt für einen elektrischen Doppelschichtkondensator enthält ein Salz aus organischen Kationen und Anionen (zweites Anion). Beispiele der organischen Kationen umfassen Tetraethylammonium-Ionen (TEA+), Triethylmonomethylammonium-Ionen (TEMA+), 1-Ethyl-3-Methyl-Imidazolium-Ionen (EMI+) und N-Methyl-N-Propylpyrrolidinium-Ionen (MPPY+). Beispiele für das zweite Anion umfassen die gleichen Anionen wie die, die für das erste Anion aufgelistet sind.
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Ein Elektrolyt für eine nichtwässrige elektrolythaltige Sekundärbatterie enthält ein Salz aus Alkalimetallionen und Anionen (drittes Anion). Beispielsweise enthält ein Elektrolyt für eine Lithiumionenbatterie ein Salz aus Lithiumionen und Anionen (drittes Anion). Ein Elektrolyt für eine Natriumionenbatterie enthält ein Salz aus Natriumionen und Anionen (drittes Anion). Beispiele für das dritte Anion umfassen die gleichen Anionen wie die, die für das erste Anion aufgelistet sind.
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Der Elektrolyt kann auch ein nichtionisches Lösungsmittel oder Wasser zum Lösen des obigen Salzes enthalten, oder es kann ein Schmelzsalz enthalten, welches das obige Salz enthält. Beispiele des nichtionischen Lösungsmittels umfassen organische Lösungsmittel, wie beispielsweise organische Karbonate und Laktone. Wenn der Elektrolyt ein Schmelzsalz enthält, macht das Salz (ionische Substanz, die aus Anionen und Kationen zusammengesetzt ist) vorzugsweise 90 Gew.-% oder mehr des Elektrolyts aus, um den Wärmewiderstand zu verbessern.
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Die Kationen, die im Schmelzsalz vorhanden sind, sind vorzugsweise organische Kationen. Beispiele der organischen Kationen umfassen Stickstoff enthaltende Kationen; Schwefel enthaltende Kationen; und Phosphor enthaltende Kationen. Die Anionen, die im Schmelzsalz enthalten sind, sind vorzugsweise ein Bisulfonylamid-Anionen. Bezüglich dieser Bisulfonaylamid-Anionen werden bevorzugt: Bis(Fluorsulfonyl)amid-Anionen (FSA–)(N(SO2F)2 –), Bis(Trifluormethylsulfonyl)amid-Anionen (TFSA–)(N(SO2CF3)2 –), (Fluorsulfonyl)(Trifluoromethylsulfonyl)amide-Anionen (N(SO2F)(SO2CF3)–) und dergleichen.
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Beispiele der Stickstoff enthaltenden Kationen umfassen quaternäre Ammonium-Kationen, Pyrrolildinium-Kationen, Pyridinium-Kationen und Imidazolium-Kationen.
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Beispiele quaternärer Ammonium-Kationen umfassen Tetraalkylammonium-Kationen (beispielsweise Tetra-C1-10-Alkylammonium-Kationen), wie etwa Tetramethylammonium-Kationen, Ethyltrimethylammonium-Kationen, Hexyltrimethylammonium-Kationen, Tetramethylammonium-Kationen (TEA+) und Methyltriethylammonium-Kationen (TEMA+).
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Beispiele von Pyrrolidinium-Kationen umfassen 1,1-Dimethylpyrrolidinium-Kationen, 1,1-Diethylpyrrolidinium-Kationen, 1-Ethyl-1-Methylpyrrolidinium-Kationen, 1-Methyl-1-Propylpyrrolidinium-Kationen (MPPY+), 1-Butyl-1-Methylpyrrolidinium-Kationen (MBPY+) und 1-Ethyl-1-Propylpyrrolidinium-Kationen.
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Beispiele von Pyridinium-Kationen umfassen 1-Alkylpyridinium-Kationen, wie etwa 1-Methylpyridinium-Kation, 1-Ethylpyridinium-Kationen und 1-Propylpyridinium-Kationen.
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Beispiele von Imidazolium-Kationen umfassen 1,3-Dimethylimidazolium-Kationen, 1-Ethyl-3-Methylimidazolium-Kationen (EMI+), 1-Methyl-3-Propylimidazolium-Kationen, 1-Butyl-3-Methylimidazolium-Kationen (BMI+), 1-Ethyl-3-Propylimidazolium-Kationen und 1-Butyl-3-Ethylimidazolium-Kationen.
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Beispiele von Schwefel enthaltenden Kationen umfassen tertiäre Sulfonium-Kationen, beispielsweise Trialkylsulfonium-Kationen (beispielsweise Tri-C1-10-Alkylsulfonium-Kationen), wie etwa Trimethylsulfonium-Kationen, Trihexylsulfonium-Kationen und Dibutylethylsulfonium-Kationen.
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Beispiele von Phosphor enthaltenden Kationen umfassen quaternäre Phosphonium-Kationen, beispielsweise Tetraalkylphosphonium-Kationen (beispielsweise Tetra-C1-10-Alkylphosphonium-Kationen), wie etwa Tetramethylphosphonium-Kationen, Tetraethylphosphonium-Kationen und Tetraoctylphosphonium-Kationen; and Alkyl(Alkoxyalkyl)Phosphonium-Kationen (beispielsweise Tri-C1-10-Alkyl(C1-5-Alkoxy-C1-5-Alkyl)Phosphonium-Kationen), wie etwa Triethyl(Methoxymethyl)Phosphonium-Kationen, Diethylmethyl(Methoxymethyl)Phosphonium-Kationen und Trihexyl(Methoxyethyl)Phosphonium-Kationen.
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Die obige Beschreibung umfasst die folgenden Merkmale.
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(Anhang 1)
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Elektrizitätsspeichereinrichtung, die aufweist:
eine Elektrodengruppe, die eine erste Elektrode, eine zweite Elektrode und einen Trenner, der die erste Elektrode von der zweiten Elektrode elektrisch isoliert, aufweist;
einen Elektrolyt;
ein Gehäuse, das die Elektrodengruppe und den Elektrolyt aufnimmt und eine Öffnung aufweist; und
eine Dichtungsplatte, welche die Öffnung des Gehäuses abdichtet, wobei
die Dichtungsplatte ein Entgasungsventil aufweist,
das Entgasungsventil einen leicht zerbrechlichen Teil aufweist, und
der leicht zerbrechliche Teil mehrere lineare Nuten aufweist.
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(Anhang 2)
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Elektrizitätsspeichereinrichtung nach Anhang 1, bei der
die erste Elektrode einen ersten Stromabnehmer, der lagenförmig ist, und ein erstes Aktivmaterial aufweist, das von dem ersten Stromabnehmer getragen wird,
die zweite Elektrode einen zweiten Stromabnehmer, der lagenförmig ist, und ein zweites Aktivmaterial aufweist, das von dem zweiten Stromabnehmer getragen wird, und
die erste Elektrode und die zweite Elektrode abwechselnd geschichtet sind, wobei der Trenner dazwischen vorgesehen ist.
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(Anhang 3)
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Elektrizitätsspeichereinrichtung nach Anhang 1 oder 2, bei welcher der leicht zerbrechliche Teil kreisförmig ist oder im Wesentlichen die Form eines regelmäßigen Polygons aufweist.
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Beispiele der Form des leicht zerbrechlichen Teils umfassen kreisförmig, elliptisch, im Wesentlichen polygonförmig, im Wesentlichen die Form eines regelmäßigen Polygons, im Wesentlichen rhombusförmig und im Wesentlichen rechteckig. Um eine Schwankung des Betätigungsdrucks des Entgasungsventils wirksam zu verringern und um eine Öffnung mit ausreichender Querschnittsfläche in dem leicht zerbrechlichen Teil herzustellen, ist der leicht zerbrechliche Teil vorzugsweise kreisförmig oder weist dieser im Wesentlichen die Form eines regelmäßigen Polygons auf, und weist dieser noch bevorzugter eine Kreisform auf.
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Die Bezeichnung "im Wesentlichen polygonförmig" bezeichnet Polygone und Formen, die polygonähnlich sind (beispielsweise Polygone, die abgerundete Ecken aufweisen und Polygone, bei denen manche oder alle Seiten gekrümmt sind). Die Bezeichnung "im Wesentlichen die Form eines regelmäßigen Polygons" bezeichnet regelmäßige Polygone (beispielsweise ein Quadrat, ein regelmäßiges Sechseck, ein regelmäßiges Achteck) und Formen, die regelmäßigen Polygonen ähnlich sind (beispielsweise regelmäßige Polygone, die abgerundete Ecken aufweisen und regelmäßige Polygone, bei denen manche oder alle Seiten gekrümmt sind). Die Bezeichnung "im Wesentlichen rhombusförmig" bezieht sich auf Rhomben und Formen, die rhombusähnlich sind (beispielsweise Rhomben, die abgerundete Ecken aufweisen und Rhomben, bei denen manche oder alle Seite gekrümmt sind). Die Bezeichnung "im Wesentlichen rechteckig" bezieht sich auf Rechtecke und Formen, die rechteckähnlich sind (beispielsweise Rechtecke, die abgerundete Ecken aufweisen und Rechtecke, bei denen manche oder alle Seiten gekrümmt sind).
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(Anhang 4)
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Elektrizitätsspeichereinrichtung nach Anhang 3, bei der erste Enden der Nuten in der Nähe des Zentrums des leicht zerbrechlichen Teils angeordnet sind.
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(Anhang 5)
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Elektrizitätsspeichereinrichtung nach Anhang 4, bei der die ersten Enden der Nuten sich in einem Punkt in der Nähe des Zentrums des leicht zerbrechlichen Teils treffen.
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Die ersten Enden der Nuten sind in dem leicht zerbrechlichen Teil angeordnet. Um Schwankungen des Betätigungsdrucks des Entgasungsventils wirksam zu verringern und eine Öffnung mit einer ausreichenden Querschnittsfläche in dem leicht zerbrechlichen Teil herzustellen, sind die ersten Enden der Nuten vorzugsweise in der Nähe des Zentrums des leicht zerbrechlichen Teils vorgesehen, treffen noch bevorzugter in einem Punkt in der Nähe des Zentrums des leicht zerbrechlichen Teils zusammen und treffen noch bevorzugter im Zentrum des leicht zerbrechlichen Teils zusammen.
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Die Bezeichnung "in der Nähe des Zentrums", wie hierin verwendet, bezieht sich beispielsweise auf den Bereich innerhalb eines Viertels des Radius des Kreises vom Zentrum des leicht zerbrechlichen Teils, den Bereich innerhalb eines Achtels der Nebenachse einer Ellipse vom Zentrum des leicht zerbrechlichen Teils, innerhalb eines Viertels des Abstands zwischen dem Zentrum des leicht zerbrechlichen Teils und den Seiten eines im Wesentlichen regelmäßigen Polygons vom Zentrum des leicht zerbrechlichen Teils, den Bereich innerhalb eines Viertels des Abstands zwischen dem Zentrum des leicht zerbrechlichen Teils und den Seiten einer Form, die im Wesentlichen ein Rhombus ist, vom Zentrum des leicht zerbrechlichen Teils oder den Bereich innerhalb eines Viertels des Abstands zwischen dem Zentrum des leicht zerbrechlichen Teils und den langen Seiten einer Form, die im Wesentlichen ein Rechteck ist, vom Zentrum des leicht zerbrechlichen Teils.
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Es sei darauf hingewiesen, dass der "Abstand zwischen dem Zentrum des leicht zerbrechlichen Teils und den Seiten eines im Wesentlichen regelmäßigen Polygons" den kürzesten Abstand zwischen dem Zentrum des leicht zerbrechlichen Teils und den Seiten des im Wesentlichen regelmäßigen Polygons betrifft (für ein regelmäßiges Polygon die Senkrechte auf die Seiten vom Zentrum). Gleichermaßen bezieht sich der "Abstand zwischen dem Zentrum des leicht zerbrechlichen Teils und den Seiten einer Form, die im Wesentlichen ein Rhombus ist" auf den kürzesten Abstand zwischen dem Zentrum des leicht zerbrechlichen Teils und den Seiten der Form, die im Wesentlichen ein Rhombus ist. Der "Abstand zwischen dem Zentrum des leicht zerbrechlichen Teils und den langen Seiten einer Form, die im Wesentlichen ein Rechteck ist" bezieht sich auf den kürzesten Abstand zwischen dem Zentrum des leicht zerbrechlichen Teils und den langen Seiten der Form, die im Wesentlichen ein Rechteck ist.
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(Anhang 6)
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Elektrizitätsspeichereinrichtung nach Anhang 5, bei der ein Winkel, der durch benachbarte Nuten der Nuten ausgebildet wird (360/N × 0,98)° bis (360/N × 1,02)° beträgt, wobei N die Anzahl der Nuten ist, der Gesamtwinkel, der durch benachbarte Nuten ausgebildet wird, 360° beträgt und N gleich 3 oder größer ist.
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Um die Schwankung des Betätigungsdrucks des Entgasungsventils wirksam zu verringern, sind die Winkel, die durch benachbarte Nuten ausgebildet sind, vorzugsweise gleich groß oder im Wesentlichen gleich groß.
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(Anhang 7)
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Elektrizitätsspeichereinrichtung nach Anhang 5 oder 6, bei der die Anzahl der Nuten 3 oder größer und 8 oder kleiner ist.
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Die Anzahl der Nuten kann 2, 3, 4, 5 oder 6 betragen oder größer sein. Um bei einem gewünschten Betätigungsdruck auf sichere Weise einen Riss ausgehend von einer der Nuten in dem leicht zerbrechlichen Teil zu bewirken, wenn das Entgasungsventil tatsächlich betätigt wird, beträgt die Anzahl der Nuten vorzugsweise 3 oder ist größer. Um eine Öffnung mit einer ausreichenden Querschnittsfläche in dem leicht zerbrechlichen Teil auf einfache Weise herzustellen, beträgt die Anzahl der Nuten vorzugsweise 8 oder weniger, und noch bevorzugter 6 oder weniger. Um bei einem gewünschten Betätigungsdruck auf sichere Weise einen Riss ausgehend von einer der Nuten in dem leicht zerbrechlichen Teil zu bewirken und eine Öffnung mit einer ausreichenden Querschnittsfläche in dem leicht zerbrechlichen Teil herzustellen, wenn das Entgasungsventil tatsächlich betätigt wird, beträgt die Anzahl der Nuten besonders bevorzugt 3.
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Gemäß den Anhängen 6 und 7 beträgt die Anzahl der Nuten 2 (der Winkel, der von zwei Nuten ausgebildet wird, kann 180° betragen, wenn der Schnittpunkt der Nuten als Scheitelpunkt des Winkels angesehen wird), wenn die Nuten sich jeweils linear über den Schnittpunkt derselben hinaus erstrecken.
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(Anhang 8)
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Elektrizitätsspeichereinrichtung, die aufweist:
eine Elektrodengruppe, die eine erste Elektrode, eine zweite Elektrode und einen Trenner, der die erste Elektrode von der zweiten Elektrode elektrisch isoliert, aufweist;
einen Elektrolyt;
ein Gehäuse, das die Elektrodengruppe und den Elektrolyt aufnimmt und eine Öffnung aufweist; und
eine Dichtungsplatte, welche die Öffnung des Gehäuses abdichtet, wobei
die erste Elektrode einen ersten Stromabnehmer, der lagenförmig ist, und ein erstes Aktivmaterial aufweist, das von dem ersten Stromabnehmer getragen wird,
die zweite Elektrode einen zweiten Stromabnehmer, der lagenförmig ist, und ein zweites Aktivmaterial aufweist, das von dem zweiten Stromabnehmer getragen wird,
die erste Elektrode und die zweite Elektrode abwechselnd geschichtet sind, wobei der Trenner dazwischen vorgesehen ist,
die Dichtungsplatte ein Entgasungsventil aufweist, durch das Gas im Gehäuse nach außen zu entlassen ist, wenn der Druck, den das Gas im Gehäuse auf die Dichtungsplatte ausübt, einen Referenzdruck erreicht,
das Entgasungsventil einen kreisförmigen leicht zerbrechlichen Teil aufweist,
der leicht zerbrechliche Teil eine erste lineare Nut, eine zweite lineare Nut und eine dritte lineare Nut aufweist, und
erste Enden der ersten Nut, der zweiten Nut und der dritten Nut sich im Zentrum des leicht zerbrechlichen Teils treffen.
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(Anhang 9)
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Elektrizitätsspeichereinrichtung nach Anhang 8, bei der
die Dichtungsplatte Aluminium oder eine Aluminiumlegierung enthält, und
das leicht zerbrechliche Teil eine Dicke DT von 50 bis 250 µm aufweist.
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(Anhang 10)
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Elektrizitätsspeichereinrichtung nach Anhang 8 oder 9, bei der
die Dichtungsplatte Aluminium oder eine Aluminiumlegierung enthält, und
die Nennkapazität 1.000 bis 3.000 mAh beträgt und der leicht zerbrechliche Teil einen Radius R1 von 3 bis 6 mm aufweist.
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(Anhang 11)
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Elektrizitätsspeichereinrichtung nach einem der Anhänge 8 bis 10, bei der
die Dichtungsplatte zwei parallele lange Seiten und zwei parallele kurze Seiten aufweist, und
das Verhältnis α1, das ein Verhältnis W2/W1 eines Abstands W2 zwischen den beiden kurzen Seiten zu einem Abstand W1 zwischen den beiden langen Seiten ist, 5 bis 15 beträgt.
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(Anhang 12)
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Elektrizitätsspeichereinrichtung nach einem der Anhänge 8 bis 11, bei welcher
der leicht zerbrechliche Teil in einer Umgebung desselben einen ringförmigen Rissfortpflanzungsvermeidungsteil aufweist, zur Vermeidung eines Risses des leicht zerbrechlichen Teils um den leicht zerbrechliche Teil herum, wenn das leicht zerbrechliche Teil zerbricht,
eine Restdicke D4 der Dichtungsplatte in dem Rissfortpflanzungsvermeidungsteil größer als eine Restdicke D1 des leicht zerbrechlichen Teils an der ersten Nut, eine Restdicke D2 des leicht zerbrechlichen Teils an der zweiten Nut und eine Restdicke D3 des leicht zerbrechlichen Teils an der dritten Nut ist.
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(Anhang 13)
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Elektrizitätsspeichereinrichtung nach einem der Anhänge 1 bis 12, bei welcher
der erste Stromabnehmer einen ersten porösen Metallkörper aufweist, und
der erste poröse Metallkörper ein poröser Metallkörper ist, der eine dreidimensionale Netzwerkstruktur aufweist, und
der poröse Metallkörper, der eine dreidimensionale Netzwerkstruktur hat, Aluminium enthält.
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(Anhang 14)
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Elektrizitätsspeichereinrichtung nach einem der Anhänge 1 bis 13, bei welcher
der zweite Stromabnehmer einen zweiten porösen Metallkörper aufweist, und
der zweite poröse Metallkörper ein poröser Metallkörper ist, der eine dreidimensionale Netzwerkstruktur aufweist, und
der poröse Metallkörper, der eine dreidimensionale Netzwerkstruktur aufweist, Kupfer enthält.
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Industrielle Anwendbarkeit
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Die vorliegende Erfindung kann weithin für Elektrizitätsspeichereinrichtungen angewendet werden, wie beispielsweise Lithiumionenbatterien, Natriumionenbatterien, Lithiumionenkondensatoren und elektrische Doppelschichtkondensatoren.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Elektrizitätsspeichereinrichtung
- 12
- Elektrodengruppe
- 14
- Gehäuse
- 16
- Dichtungsplatte
- 18
- Erste Elektrode
- 20
- Zweite Elektrode
- 21
- Trenner
- 22
- Erster Stromabnehmer
- 24
- Zweiter Stromabnehmer
- 26
- Erster Verbindungsteil
- 28
- Zweiter Verbindungsteil
- 30
- Erster leitfähiger Abstandshalter
- 32
- Zweiter leitfähiger Abstandshalter
- 34
- Erstes Befestigungselement
- 36, 37
- Durchgangsöffnung
- 38
- Zweites Befestigungselement
- 40
- Erster äußerer Anschluss
- 42
- Zweiter äußerer Anschluss
- 44
- Entgasungsventil
- 46
- Einbringöffnung
- 48
- Pfropfen
- 62
- Erstes Anschlusselement
- 64
- Zweites Anschlusselement
- 65
- Rissfortpflanzungsvermeidungsteil
- 66
- Leicht zerbrechliches Teil
- 68A
- Erste Nut
- 68B
- Zweite Nut
- 68C
- Dritte Nut
- 101
- Pore
- 102
- Metallgerüst
- 102a
- Hohlraum
- 103
- Öffnung
- 104
- Elektrodenmischung