DE112015005214T5 - Sekundärbatterie mit nicht-wässrigem Elektrolyt - Google Patents

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Junpei Terashima
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Abstract

Eine Sekundärbatterie mit nicht-wässrigem Elektrolyt beinhaltet: einen flachen gewickelten Elektrodenkörper, in dem eine längliche positive Elektrode, eine längliche negative Elektrode und ein länglicher Separator (70), der die positive Elektrode und die negative Elektrode elektrisch voneinander trennt, einander überlagern und in einer Längsrichtung gewickelt sind; und einen nicht-wässrigen Elektrolyten. Der Separator (70) beinhaltet eine Substratschicht (90), die aus einem Harzsubstrat gebildet ist, und eine wärmebeständige Schicht (80), die auf einer Oberfläche der Substratschicht (90) gebildet ist, und eine Haftfestigkeit zwischen der Substratschicht (90) und der wärmebeständigen Schicht (80) beträgt 0,19 N/10 mm bis 400 N/10 mm.

Description

  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • 1. Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Sekundärbatterie mit nicht-wässrigem Elektrolyt.
  • 2. Beschreibung des verwandten Standes der Technik
  • Eine Sekundärbatterie mit nicht-wässrigem Elektrolyt, wie etwa eine Lithium-Ionen-Sekundärbatterie (Lithium-Sekundärbatterie), besitzt ein geringeres Gewicht und eine höhere Energiedichte als existierende Batterien bzw. Akkumulatoren. Mithin wird eine Sekundärbatterie mit nicht-wässrigem Elektrolyt in jüngster Zeit bevorzugt als eine sogenannte tragbare Leistungsversorgung für einen PC, eine tragbare Vorrichtung oder dergleichen oder als eine Antriebsleistungsversorgung für ein Fahrzeug verwendet. Insbesondere wird eine leichtgewichtige Lithium-Ionen-Sekundärbatterie, die imstande ist, eine hohe Energiedichte zu erreichen, bevorzugt als eine Leistungsversorgung hoher Ausgabeleistung zum Antreiben eines Fahrzeugs, wie etwa eines Elektrofahrzeugs (EV), eines Hybridfahrzeugs (HV) oder eines Plug-in-Hybridfahrzeugs (PHV), verwendet. Typischerweise ist eine solche Sekundärbatterie so ausgebildet, dass sie einen Aufbau besitzt, bei dem ein Elektrodenkörper zusammen mit einem Elektrolyten in einem Gehäuse aufgenommen ist, wobei der Elektrodenkörper durch Laminieren einer positiven Elektrode und einer negativen Elektrode mit einem dazwischen positionierten Separator erhalten wird. Als der Aufbau des Elektrodenkörpers ist beispielsweise ein laminierter Elektrodenkörper bekannt, bei dem mehrere planare Elektrodenkörper laminiert sind, oder ein gewickelter Elektrodenkörper, bei dem ein länglicher, bahnförmiger Elektrodenkörper spiralförmig gewickelt ist. Durch Wählen einer solchen Konfiguration nimmt die Reaktionsfläche zwischen der positiven und der negativen Elektrode zu, was Energiedichte und Ausgabeleistung verbessern kann.
  • Dabei wird als der Separator typischerweise ein poröser Harzfilm verwendet. Der Separator besitzt eine Funktion des elektrischen Isolierens einer positiven Elektrode und einer negativen Elektrode voneinander, eine Funktion des Haltens eines nicht-wässrigen Elektrolyten und eine Shutdown- bzw. Abschaltfunktion (das heißt, eine Funktion des Erweichtwerdens, um einen Ladungsträger-Leitungspfad zu unterbrechen, wenn das Innere einer Batterie über einen bestimmten Temperaturbereich hinaus (typischerweise einen Erweichungspunkt des Separators) überhitzt wird). Ferner muss der Separator zum Sicherstellen der Sicherheit einer Batterie und einer Vorrichtung, in der die Batterie installiert ist, nicht nur die oben beschriebenen Funktionen besitzen, sondern auch eine Funktion (kurzschlussverhindernde Funktion) des Verhinderns eines Kurzschlusses, der durch Kontakt zwischen einer positiven Elektrode und einer negativen Elektrode verursacht wird. Wenn beispielsweise das Innere einer Batterie auf einen Erweichungspunkt eines den Separator bildenden Harzes oder darüber überhitzt wird, so dass der Separator thermisch geschrumpft wird, dann kann aufgrund eines unzureichenden Beschichtungsbereichs einer Elektrode, welcher durch den Separator oder durch Bruch (Reißen) des Separators bedingt ist, ein Kurzschluss auftreten. Mithin muss der Separator eine Leistung des Unterdrückens des Schrumpfens des Separators aufweisen, um einen Kurzschluss selbst in einer Hochtemperaturumgebung zu verhindern; das heißt, er muss einen vorbestimmten Grad an Wärmebeständigkeit (Dauerhaltbarkeit) besitzen. Als ein Mittel zum Erfüllen der oben beschriebenen Anforderungen ist eine Konfiguration offenbart, bei der ein Separator eine poröse wärmebeständige Schicht (HRL) auf einer Oberfläche eines Harzseparators beinhaltet. Und zwar ist eine Konfiguration offenbart, die eine aus einem porösen Harzfilm gebildete Substratschicht und eine poröse wärmebeständige Schicht beinhaltet. Die wärmebeständige Schicht enthält typischerweise Partikel einer anorganischen Verbindung (anorganischen Füllstoff) als eine Hauptkomponente und besitzt hohe Wärmebeständigkeit und Isoliereigenschaften (Nichtleitfähigkeit). Beispielsweise offenbart die japanische Patentanmeldungsveröffentlichung Nr. 2014-120214 ( JP 2014-120214 A ) eine Batterie, welche beinhaltet: einen Separator, bei dem eine wärmebeständige Schicht, die einen anorganischen Füllstoff als eine Hauptkomponente enthält, auf einer Oberfläche (einzelnen Oberfläche) einer Harzsubstratschicht gebildet ist; und ein Batteriegehäuse, das einen den Separator beinhaltenden gewickelten Elektrodenkörper aufnimmt.
  • KURZFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Gemäß der Untersuchung durch die vorliegenden Erfinder lässt sich die Wärmebeständigkeit des Separators durch Bilden der wärmebeständigen Schicht auf der Oberfläche der Substratschicht verbessern; wenn jedoch die wärmebeständige Schicht von der Substratschicht abgelöst wird, dann ist es schwierig, das Schrumpfen des Separators an einem Abschnitt, an dem die wärmebeständige Schicht abgelöst ist, zu unterbinden, und die kurzschlussverhindernde Funktion mag unzureichend sein. Wenn beispielsweise die Batterie schwierigeren Bedingungen ausgesetzt ist (zum Beispiel über einen langen Zeitraum Bedingungen einer höheren Temperatur, wie etwa einer Hochtemperaturumgebung, ausgesetzt ist), dann ist eine Energie, welche die Substratschicht schrumpfen lässt, übermäßig hoch, und somit kann die wärmebeständige Schicht von der Substratschicht abgelöst werden. Wenn darüber hinaus die in JP 2014-120214 A beschriebene Batterie, welche den gewickelten Elektrodenkörper beinhaltet, einer Hochtemperaturumgebung ausgesetzt ist, dann kann ein Abschnitt der Substratschicht, an dem das Harz freiliegt, an eine Gegenelektrode angehaftet (gebunden) werden, wobei der gewickelte Elektrodenkörper den Separator beinhaltet, bei dem die wärmebeständige Schicht auf einer Oberfläche der Substratschicht gebildet ist. Dagegen wird ein Abschnitt der Substratschicht, der nicht an der Elektrode angehaftet wird, oder eine Oberfläche der Substratschicht, auf der die wärmebeständige Schicht gebildet ist, typischerweise wahrscheinlich in einer Innenumfangsrichtung des gewickelten Elektrodenkörpers geschrumpft. Mithin können in dem Separator aufgrund von Energie, welche die Substratschicht schrumpfen lässt, Spannungen entstehen und die wärmebeständige Schicht kann an einem Abschnitt, an dem sich die Energie örtlich konzentriert, von der Substratschicht abgelöst werden. Darüber hinaus wurde gemäß der Untersuchung der vorliegenden Erfinder festgestellt, dass die wärmebeständige Schicht wahrscheinlich an gekrümmten Abschnitten eines flachen gewickelten Elektrodenkörpers und in der Nähe von Übergängen zwischen den gekrümmten Abschnitten und einem flachen Abschnitt (flacher Oberfläche) desselben von der Substratschicht abgelöst wird.
  • Die Erfindung sieht eine hochzuverlässige Sekundärbatterie mit nicht-wässrigem Elektrolyt vor, bei der vorzugsweise das Schrumpfen eines Separators in einer Hochtemperaturumgebung unterdrückt wird.
  • Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung ist eine Sekundärbatterie mit nicht-wässrigem Elektrolyt vorgesehen, welche beinhaltet: einen flachen gewickelten Elektrodenkörper, in dem eine längliche positive Elektrode, eine längliche negative Elektrode und ein länglicher Separator, der die positive Elektrode und die negative Elektrode elektrisch voneinander trennt, einander überlagern und in einer Längsrichtung gewickelt sind; und einen nicht-wässrigen Elektrolyten. Der Separator beinhaltet eine Substratschicht, die aus einem Harzsubstrat gebildet ist, und eine wärmebeständige Schicht, die auf einer Oberfläche der Substratschicht vorgesehen ist, und die wärmebeständige Schicht enthält einen Füllstoff und ein Bindemittel. Eine Haftfestigkeit zwischen der Substratschicht und der wärmebeständigen Schicht beträgt 0,19 N/10 mm bis 400 N/10 mm.
  • In dieser Spezifikation bezieht sich „Sekundärbatterie mit nicht-wässrigem Elektrolyt” auf Batterien bzw. Akkumulatoren, die einen nicht-wässrigen Elektrolyten (typischerweise eine nicht-wässrige Elektrolytlösung, die einen Trägerelektrolyten in einem nicht-wässrigen Lösungsmittel (organischen Lösungsmittel) enthält) beinhalten. In dieser Spezifikation bezieht sich „Sekundärbatterie” auf allgemeine Batterien bzw. Akkumulatoren, die wiederholt geladen und entladen werden können, und umfasst chemische Batterien, wie etwa eine Lithium-Ionen-Sekundärbatterie, und sogenannte physikalische Batterien, wie etwa einen elektrischen Doppelschichtkondensator.
  • Bei der erfindungsgemäß vorgesehenen Sekundärbatterie mit nicht-wässrigem Elektrolyt wie oben beschrieben wird die Haftfestigkeit zwischen der Substratschicht und der wärmebeständigen Schicht in dem Separator höher eingestellt als eine Haftfestigkeit zwischen einer Substratschicht und einer wärmebeständigen Schicht in einem allgemeinen Separator, der in einer Sekundärbatterie mit nicht-wässrigem Elektrolyt des verwandten Standes der Technik verwendet wird. Durch Einstellen der Haftfestigkeit derart, dass sie innerhalb des oben beschriebenen Bereichs liegt, kann das Ablösen der wärmebeständigen Schicht von der Substratschicht beträchtlich unterdrückt werden. Insbesondere kann das Ablösen der wärmebeständigen Schicht von der Substratschicht selbst an gekrümmten Abschnitten eines flachen gewickelten Elektrodenkörpers und in der Nähe von Übergängen zwischen den gekrümmten Abschnitten und einem flachen Abschnitt (einer flachen Oberfläche) desselben beträchtlich unterdrückt werden. Wenn darüber hinaus die Haftfestigkeit zwischen der Substratschicht und der wärmebeständigen Schicht in dem Separator übermäßig hoch ist, dann ist die Biegsamkeit des Separators übermäßig niedrig (die Steifigkeit des Separators ist übermäßig hoch). Mithin ist es schwierig, den Separator zu wickeln (das heißt, einen gewickelten Elektrodenkörper unter Verwendung des Separators zu erstellen). Alternativ können selbst dann, wenn ein gewickelter Elektrodenkörper unter Verwendung des Separators erstellt wird, Probleme auftreten, wie etwa das Locker des gewickelten Zustands (Wickeldefekt), die Rissbildung des Separators oder schlechte Formbarkeit in eine flache Form. Das heißt, wenn der Separator verwendet wird, der eine übermäßig hohe Haftfestigkeit zwischen der Substratschicht und der wärmebeständigen Schicht in dem Separator besitzt, dann tritt der Fertigungsdefekt eines gewickelten Elektrodenkörpers mit großer Häufigkeit auf. Dagegen kann durch Einstellen der Haftfestigkeit zwischen der Substratschicht und der wärmebeständigen Schicht in dem Separator derart, dass sie innerhalb des oben beschriebenen Bereichs liegt, die Handhabbarkeit des Separators aufrechterhalten werden, wenn ein gewickelter Elektrodenkörper unter Verwendung des Separators erstellt wird. Das heißt, die Häufigkeit eines Fertigungsdefekts bei Herstellung eines gewickelten Elektrodenkörpers mit dem Separator kann niedrig gehalten werden.
  • Die in dieser Spezifikation beschriebene Haftfestigkeit bezieht sich auf eine 90-Grad-Ablösefestigkeit, welche gemäß JIS C 6481 (1996) gemessen wird. Ein typisches Prüfverfahren zum Messen der Haftfestigkeit (90-Grad-Ablösefestigkeit) wird nachstehend beschrieben. Konkret wird der Separator auf eine vorbestimmte Größe (beispielsweise 120 mm × 10 mm) zugeschnitten, um einen rechteckigen Prüfling zu erstellen. Um die Substratschicht an einem Ende des Prüflings in einer Längsrichtung an einer Zugvorrichtung (beispielsweise einer Klemmvorrichtung) zu fixieren, wird die wärmebeständige Schicht am Ende des Prüflings in der Längsrichtung von der Substratschicht abgelöst. Die Oberfläche der wärmebeständigen Schicht des Prüflings wird unter Verwendung eines Haftmittels, wie etwa eines doppelseitigen Klebebands, an einem Gestell einer Zugprüfmaschine fixiert, und der Abschnitt des Prüflings, von dem die wärmebeständige Schicht abgelöst wurde (Substratschicht), wird an der Zugvorrichtung fixiert. Die Zugvorrichtung wird mit einer vorbestimmten Rate bzw. Geschwindigkeit (zum Beispiel 0,5 mm pro Sekunde) zu einer oberen Seite (Ablösewinkel: 90 ± 5°) in einer Richtung, die zu einer Oberfläche des Gestells (das heißt, der an dem Gestell angehafteten wärmebeständigen Schicht) senkrecht ist, hochgezogen, so dass die wärmebeständige Schicht von der Substratschicht abgelöst wird. Dabei wird ein durchschnittlicher Belastungswert in dem Zeitraum, in dem die Substratschicht von der wärmebeständigen Schicht abgelöst wird, gemessen, und ein durchschnittlicher Belastungswert pro Breiteneinheit (Breite hier: 10 mm) wird als die Haftfestigkeit (N/10 mm) festgelegt.
  • Die Haftfestigkeit zwischen der Substratschicht und der wärmebeständigen Schicht kann 0,58 N/10 mm bis 98 N/10 mm betragen. Durch Einstellen der Haftfestigkeit zwischen der Substratschicht und der wärmebeständigen Schicht derart, dass sie innerhalb des oben beschriebenen Bereichs liegt, kann das Ablösen der wärmebeständigen Schicht von der Substratschicht beträchtlich unterdrückt werden, und die Biegsamkeit des Separators, die sich für die Erstellung eines gewickelten Elektrodenkörpers eignet, kann sichergestellt werden. Mithin kann das Schrumpfen des Separators in einer Hochtemperaturumgebung beträchtlich unterdrückt werden, und ein Fertigungsdefekt, der während der Erstellung eines gewickelten Elektrodenkörpers auftreten kann, lässt sich beträchtlich verringern.
  • Der flache gewickelte Elektrodenkörper kann durch Wickeln der positiven Elektrode, der negativen Elektrode und des Separators in einer zylindrischen Form, so dass ein gewickelter Elektrodenkörper erhalten wird, und dann Drücken des gewickelten Elektrodenkörpers in einer zu einer Wicklungsachse senkrechten Richtung, so dass eine flache Form ausgebildet wird, erhalten werden. Der flache gewickelte Elektrodenkörper beinhaltet: eine flache Oberfläche (einen flachen Abschnitt); und gekrümmte Abschnitte, die an entgegengesetzten Enden der flachen Oberfläche vorgesehen sind. In dem flachen gewickelten Elektrodenkörper, der wie oben beschrieben ausgebildet ist, konzentriert sich eine externe Kraft (Druckbelastung), welche durch das Drücken aufgebracht wird, auf die gekrümmten Abschnitte. Konkret wird ein Teil der auf den Elektrodenkörper aufgebrachten Druckbelastung durch Verändern der Form eines Abschnitts des Elektrodenkörpers, auf den die Druckbelastung aufgebracht wird, von einer Bogenform in eine im Wesentlichen lineare Form abgebaut. Dagegen verlagert sich eine Druckbelastung, die in dem Elektrodenkörper verbleibt, ohne abgebaut zu werden, von dem Abschnitt (der flachen Oberfläche) des Elektrodenkörpers, auf den die Druckbelastung aufgebracht wird, hin zu Abschnitten (gekrümmten Abschnitten) des Elektrodenkörpers, auf welche die Druckbelastung nicht aufgebracht wird. Gemäß der Untersuchung der vorliegenden Erfinder wurde festgestellt, dass bei dem gewickelten Elektrodenkörper das Ablösen der wärmebeständigen Schicht von der Substratschicht wahrscheinlich insbesondere an den gekrümmten Abschnitten erfolgt, an denen sich die Druckbelastung konzentriert, sowie in der Nähe von Übergängen zwischen den gekrümmten Abschnitten und der flachen Oberfläche (dem flachen Abschnitt), wie oben beschrieben. Insbesondere erfolgt das Ablösen der wärmebeständigen Schicht von der Substratschicht wahrscheinlich in einer Hochtemperaturumgebung (typischerweise in einer Temperaturumgebung, in der die Substratschicht thermisch geschrumpft werden kann). Darüber hinaus wurde festgestellt, dass dann, wenn ein gewickelter Elektrodenkörper wie oben beschrieben erstellt wird, das Auftreten eines Fertigungsdefekts eines Elektrodenkörpers (zum Beispiel die Rissbildung des Separators oder das Ablösen oder Rissbilden der wärmebeständigen Schicht) wahrscheinlich ist. Mithin kann durch Anwenden der Erfindung auf den gewickelten Elektrodenkörper das Ablösen der wärmebeständigen Schicht von der Substratschicht beträchtlich unterdrückt werden, und der Fertigungsdefekt des Elektrodenkörpers kann verringert werden.
  • Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung ist ein Batterie-Pack vorgesehen, das die mehreren Sekundärbatterien mit nicht-wässrigem Elektrolyt gemäß dem ersten Aspekt, welche elektrisch miteinander verbunden sind, beinhaltet. In dem Batterie-Pack wird ein gewickelter Elektrodenkörper, der in jeder der Sekundärbatterien mit nicht-wässrigem Elektrolyt beinhaltet ist, mit einer Rückhaltekraft von 100 N bis 20000 N in einer zu einer flachen Oberfläche des gewickelten Elektrodenkörpers senkrechten Richtung beaufschlagt, und eine Differenz zwischen einer Rückhaltekraft, die auf gekrümmte Abschnitte des gewickelten Elektrodenkörpers aufgebracht wird, und einer Rückhaltekraft, die auf die flache Oberfläche aufgebracht wird, beträgt 50 N oder mehr. Bei dem gewickelten Elektrodenkörper, der in jeder der Sekundärbatterien mit nicht-wässrigem Elektrolyt beinhaltet ist, ist in der oben beschriebenen Hochtemperaturumgebung das Ablösen der wärmebeständigen Schicht von der Substratschicht an den gekrümmten Abschnitten, an denen die Rückhaltekraft nicht aufgebracht wird, und in der Nähe der Übergänge zwischen der flachen Oberfläche (dem flachen Abschnitt) und den gekrümmten Abschnitten eher wahrscheinlich als an der flachen Oberfläche (dem flachen Abschnitt), die mit der vorbestimmten Rückhaltekraft beaufschlagt wird. Darüber hinaus ist das Ablösen der wärmebeständigen Schicht von der Substratschicht in dem Separator dann wahrscheinlich, wenn eine Differenz zwischen der auf die gekrümmten Abschnitte des gewickelten Elektrodenkörpers aufgebrachten Rückhaltekraft und der auf die flache Oberfläche (den flachen Abschnitt) aufgebrachten Rückhaltekraft innerhalb des oben beschriebenen Bereichs liegt. Mithin können durch Anwenden der Erfindung auf den gewickelten Elektrodenkörper die Wirkungen der Erfindung auf einem hohen Niveau vorliegen.
  • Erfindungsgemäß ist ein Fahrzeug vorgesehen, das die Sekundärbatterie mit nicht-wässrigem Elektrolyt gemäß dem ersten Aspekt und/oder das Batterie-Pack gemäß dem zweiten Aspekt beinhaltet. Bei der Sekundärbatterie mit nicht-wässrigem Elektrolyt und dem Batterie-Pack, das die mehreren (zum Beispiel 10 oder mehr, vorzugsweise 40 bis 80) Sekundärbatterien mit nicht-wässrigem Elektrolyt als hierin offenbarte Einzelzellen beinhaltet, wird das thermische Schrumpfen des Separators beträchtlich unterdrückt, und somit sind Zuverlässigkeit und Dauerhaltbarkeit hoch. Mithin sind die Sekundärbatterie mit nicht-wässrigem Elektrolyt und das Batterie-Pack dank der oben beschriebenen Eigenschaften vorzugsweise als eine Leistungsversorgung (zum Beispiel eine Leistungsquelle zum Antreiben eines Motors) zum Antreiben eines Fahrzeugs (typischerweise eines Plug-in-Hybridfahrzeugs (PHV), eines Hybridfahrzeugs (HV) oder eines Elektrofahrzeugs (EV)) verwendbar, bei dem hohe Energiedichte, hohe Ausgabedichte oder hohe Dauerhaltbarkeit in einem breiten Temperaturbereich erforderlich sein mögen.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Merkmale, Vorteile sowie die technische und wirtschaftliche Bedeutung beispielhafter Ausführungsformen der Erfindung werden nachstehend unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben, wobei gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente kennzeichnen, und wobei:
  • 1 ein Diagramm ist, das einen Separator gemäß einer Ausführungsform der Erfindung in einem Schnitt zeigt;
  • 2 eine perspektivische Ansicht ist, die die äußere Erscheinung einer Sekundärbatterie mit nicht-wässrigem Elektrolyt gemäß einer Ausführungsform der Erfindung schematisch zeigt;
  • 3 eine Längsschnittansicht ist, die eine Schnittstruktur entlang der Linie III-III von 2 schematisch zeigt;
  • 4 ein schematisches Diagramm ist, das eine Konfiguration eines gewickelten Elektrodenkörpers gemäß der Ausführungsform zeigt;
  • 5 eine teilweise vergrößerte Schnittansicht ist, die einen Teil eines Bereichs zwischen einer positiven und einer negativen Elektrode des gewickelten Elektrodenkörpers gemäß der Ausführungsform schematisch zeigt; und
  • 6 eine perspektivische Ansicht ist, die ein Batterie-Pack schematisch zeigt, welches eine Kombination aus den mehreren Sekundärbatterien mit nicht-wässrigem Elektrolyt gemäß der Ausführungsform ist.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachstehend beschrieben. Sachverhalte, die zum Implementieren der Ausführungsformen der Erfindung notwendig sind, mit Ausnahme jener, auf die in der Erfindung speziell Bezug genommen wird, können von einem Durchschnittsfachmann basierend auf dem verwandten Stand der Technik in dem einschlägigen Gebiet als Gestaltungsfragen verstanden werden. Die Erfindung ist auf Grundlage der in dieser Beschreibung offenbarten Inhalte sowie technischem Allgemeinwissen auf dem betreffenden Gebiet praktizierbar. Darüber hinaus werden in den folgenden Zeichnungen funktionsgleiche Teile oder Abschnitte durch die gleichen Bezugszeichen dargestellt, und deren wiederholte Beschreibung entfällt oder wird vereinfacht. In jeder Zeichnung gibt ein Abmessungsverhältnis (zum Beispiel Länge, Breite oder Dicke) nicht notwendigerweise das tatsächliche Abmessungsverhältnis wieder.
  • Nachstehend wird ein Separator gemäß einer zu bevorzugenden Ausführungsform der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen geeignet beschrieben. Die Erfindung ist nicht dazu gedacht, auf die Ausführungsform beschränkt zu sein. Beispielsweise unterliegt eine Form (äußere Form oder Größe) des Separators keinen besonderen Einschränkungen.
  • Der Separator für eine hierin offenbarte Sekundärbatterie mit nicht-wässrigem Elektrolyt kann die gleiche Konfiguration besitzen wie im verwandten Stand der Technik, mit der Ausnahme, dass eine wärmebeständige Schicht (HRL), welche ein Merkmal der Erfindung ist, vorgesehen ist. Wie in 1 gezeigt, beinhaltet ein Separator 70: eine Substratschicht 90, welche aus einem porösen Separatorsubstrat gebildet ist; und eine wärmebeständige Schicht 80, welche auf einer Oberfläche (einzelnen Oberfläche) der Substratschicht 90 gebildet ist. Typischerweise kann die wärmebeständige Schicht 80 auf der gesamten Oberfläche der Substratschicht 90 gebildet sein, das heißt, dem gesamten Bereich der Substratschicht 90 in einer Längsrichtung und einer Breitenrichtung derselben. Die Form des Separators 70 unterliegt keinen besonderen Einschränkungen, da sie je nach der Form und dergleichen einer Sekundärbatterie mit nicht-wässrigem Elektrolyt variieren kann. Beispielsweise kann der Separator 70 verschiedene Formen besitzen, wie etwa eine Stabform, eine Plattenform, eine Bahnform und eine Folienform. Der Separator 70 mit der oben beschriebenen Konfiguration besitzt eine Funktion des Isolierens einer positiven Elektrode (Positivelektrodenaktivmaterialschicht) und einer negativen Elektrode (Negativelektrodenaktivmaterialschicht) voneinander, eine Funktion des Haltens eines Elektrolyten sowie eine Abschaltfunktion. Nachstehend werden die Substratschicht (Separatorsubstrat) 90 und die wärmebeständige Schicht 80 im Detail beschrieben.
  • Als das Separatorsubstrat, welches die Substratschicht 90 bildet, kann das gleiche Harzsubstrat verwendet werden wie bei einer Sekundärbatterie mit nicht-wässrigem Elektrolyt des verwandten Standes der Technik. Zu bevorzugende Beispiele des Separatorsubstrats umfassen eine poröse Harzbahn (Film bzw. Schicht), die ein thermoplastisches Harz wie etwa Polyethylen (PE), Polypropylen (PP), Polyester, Cellulose oder Polyamid als eine Hauptkomponente enthält. Von diesen besitzt die poröse Harzbahn (zum Beispiel PE oder PP), die ein Polyolefinharz als eine Hauptkomponente enthält, eine Abschalttemperatur von 80°C bis 140°C (typischerweise 110°C bis 140°C; zum Beispiel 120°C bis 135°C), welche hinreichend niedriger ist als die Wärmebeständigkeitstemperatur (typischerweise etwa 200°C oder darüber) einer Batterie, und kann die Abschaltfunktion somit zu einem geeigneten Zeitpunkt aufweisen. Demgemäß lässt sich eine hochzuverlässige Batterie realisieren.
  • Die Substratschicht 90 kann eine einschichtige Struktur oder eine Struktur besitzen, in der zwei oder mehr poröse Harzbahnen, welche aus unterschiedlichen Materialien gebildet sind oder unterschiedliche Eigenschaften besitzen (zum Beispiel Dicke oder Porosität), laminiert sind. Zum Beispiel kann eine PE-Einzelschichtbahn, eine PP-Einzelschichtbahn oder eine Mehrschichtbahn, wie etwa eine Bahn mit einer zweischichtigen Struktur (PE/PP-Struktur), bei der eine PE-Schicht und eine PP-Schicht laminiert sind, oder eine Bahn mit einer dreischichtigen Struktur (PP/PE/PP-Struktur), bei der eine PP-Schicht auf beiden Seiten einer PE-Schicht laminiert ist, bevorzugt verwendet werden.
  • Die Dicke (durchschnittliche Dicke) der Substratschicht 90 unterliegt keinen besonderen Einschränkungen. Typischerweise ist zu bevorzugen, dass die Dicke 5 μm oder mehr (typischerweise 10 μm oder mehr; zum Beispiel 12 μm oder mehr) und 40 μm oder weniger (typischerweise 30 μm oder weniger; zum Beispiel 25 μm oder weniger) beträgt. Wenn die Dicke der Substratschicht 90 innerhalb des oben beschriebenen Bereichs liegt, dann können die Isolierfunktion und die Funktion des Haltens des Elektrolyten auf geeignete Weise vorliegen, und eine weit überlegene Ionendurchlässigkeit kann aufrechterhalten werden. Mithin lässt sich eine weit überlegene Batterieleistung realisieren. Die Dicke der Substratschicht 90 kann beispielsweise durch Messen unter Verwendung eines Mikrometers oder eines Dickenmessers oder durch Analyse einer SEM-Querschnittsaufnahme erhalten werden.
  • Selbst wenn die Innentemperatur einer Batterie aufgrund beispielsweise eines internen Kurzschlusses hoch wird (zum Beispiel 150°C oder höher; typischerweise 200°C oder höher), kann die wärmebeständige Schicht 80 ein Formhaltevermögen besitzen (welches einen geringen Grad an Verformung erlauben kann), ohne erweicht oder geschmolzen zu werden. Die hierin offenbarte wärmebeständige Schicht 80 enthält einen Füllstoff und ein Bindemittel.
  • Der in der wärmebeständigen Schicht 80 enthaltene Füllstoff kann ein organischer Füllstoff, ein anorganischer Füllstoff oder eine Kombination aus einem organischen Füllstoff und einem anorganischen Füllstoff sein. Unter den Gesichtspunkten von Wärmebeständigkeit, Dauerhaltbarkeit, Dispergierbarkeit, Stabilität und dergleichen wird vorzugsweise ein anorganischer Füllstoff verwendet.
  • Der anorganische Füllstoff unterliegt keinen besonderen Einschränkungen, und Beispiele hierfür umfassen ein Metalloxid und ein Metallhydroxid. Konkrete Beispiele für den anorganischen Füllstoff umfassen: anorganische Oxide, wie etwa Aluminiumoxid (Al2O3), Böhmit (Al2O3·H2O), Siliziumdioxid (SiO2), Titandioxid (TiO2), Zirkoniumdioxid (ZrO2), Kalziumoxid (CaO), Magnesiumoxid (MgO) oder Bariumtitanat (BaTiO3) und Eisenoxid; anorganische Nitride, wie etwa Siliziumnitrid (Si3N4) und Aluminiumnitrid (AlN); elementare Materialien, wie etwa Silizium, Aluminium und Eisen; sowie mineralische Materialien, wie etwa Talk, Ton, Glimmer, Bentonit, Montmorillonit, Zeolith, Apatit, Kaolin, Mullit und Serizit. Von diesen anorganischen Füllstoffen kann eine Art alleine verwendet werden, oder zwei oder mehr Arten können in Kombination verwendet werden. Insbesondere ist Aluminiumoxid, Böhmit, Siliziumdioxid, Titandioxid, Zirkoniumdioxid, Kalziumoxid oder Magnesiumoxid zu bevorzugen; und Aluminiumoxid, Böhmit, Titandioxid, Siliziumdioxid oder Magnesiumoxid ist stärker zu bevorzugen. Diese Verbindungen besitzen einen hohen Schmelzpunkt und überlegene Wärmebeständigkeit. Darüber hinaus besitzen die Verbindungen eine relativ hohe Mohshärte und überlegene Dauerhaltbarkeit (mechanische Festigkeit). Da die Verbindungen ferner relativ günstig sind, können die Materialkosten gesenkt werden. Von den Metallen besitzt insbesondere Aluminium ein relativ niedriges spezifisches Gewicht und kann somit eine Verringerung des Gewichts der Batterie realisieren und die Wirkungen der Erfindung auf einem höheren Niveau aufweisen.
  • Beispiele für den organischen Füllstoff umfassen Partikel eines wärmebeständigen Harzes wie etwa Aramid, Polyimid, Polyamidimid, Polyethersulfon, Polyetherimid, Polycarbonat, Polyacetal, Polyetheretherketon, Polyphenylenether und Polyphenylensulfid.
  • Wenn der anorganische Füllstoff und der organische Füllstoff in Kombination verwendet werden, dann unterliegt ein Mischungsmassenverhältnis (anorganischer Füllstoff:organischer Füllstoff) keinen besonderen Einschränkungen und beträgt vorzugsweise 10:90 bis 90:10 (typischerweise 20:80 bis 70:30; zum Beispiel 30:70 bis 60:40).
  • Die Form des Füllstoffs unterliegt keinen besonderen Einschränkungen und kann beispielsweise teilchenförmig, faserförmig oder plattenartig (plättchenförmig) sein. Die durchschnittliche Partikelgröße des Füllstoffs unterliegt keinen besonderen Einschränkungen und beträgt unter den Gesichtspunkten der Dispergierbarkeit und dergleichen geeigneterweise 0,01 μm bis 5 μm (zum Beispiel 0,05 μm bis 2 μm; typischerweise 0,1 μm bis 1 μm). Wenn die Partikelgröße des Füllstoffs innerhalb des oben beschriebenen Bereichs liegt, dann kann die Haftfestigkeit der wärmebeständigen Schicht 80 gegenüber der Substratschicht 90 innerhalb eines zu bevorzugenden Bereichs eingestellt werden. In dieser Spezifikation bezieht sich die durchschnittliche Partikelgröße des Füllstoffs auf eine Partikelgröße (auch als „Partikelgröße D50” oder „mittlere Größe” bezeichnet), die einem kumulativen Wert von 50 Vol.-% in einer Reihenfolge ab der kleinsten Partikelgröße in einer Volumenteilchengrößenverteilung entspricht, welche durch eine Teilchengrößenverteilungsmessung basierend auf einem allgemeinen Laserbeugungs-Laserstreuungsverfahren erhalten wird. Die Partikelgröße des anorganischen Füllstoffs kann unter Verwendung eines Verfahrens wie etwa Zerkleinern oder Sieben eingestellt werden.
  • Die spezifische Oberfläche des Füllstoffs unterliegt keinen besonderen Einschränkungen und beträgt vorzugsweise etwa 1 m2/g bis 100 m2/g (zum Beispiel 1,5 m2/g bis 50 m2/g; typischerweise 5 m2/g bis 20 m2/g). Wenn die spezifische Oberfläche des Füllstoffs innerhalb des oben beschriebenen Bereichs liegt, dann kann die Haftfestigkeit der wärmebeständigen Schicht 80 gegenüber der Substratschicht 90 innerhalb eines zu bevorzugenden Bereichs eingestellt werden. Dabei bezieht sich „spezifische Oberfläche” auf eine allgemeine spezifische BET-Oberfläche.
  • Beispiele für das in der wärmebeständigen Schicht 80 enthaltene Bindemittel umfassen: Acrylharze, die durch Polymerisation einer Monomerkomponente erhalten werden, welche ein Alkyl(meth)acrylat (vorzugsweise ein Alkyl(meth)acrylat, bei dem die Anzahl von Kohlenstoffatomen in einer Alkylgruppe 1 bis 14 (typischerweise 2 bis 10) beträgt) als eine Hauptkomponente enthält, Beispiele für das Alkyl(meth)acrylat umfassen Methylacrylat, Methylmethacrylat, Ethylacrylat, Ethylmethacrylat, Butylacrylat und 2-Ethylhexylacrylat; Polyolefinharze wie etwa Polyethylen (PE); Fluorharze wie etwa Polytetrafluorethylen (PTFE); Vinylhalogenidharze wie etwa Polyvinylidenfluorid (PVdF); Celluloseharze wie etwa Carboxymethylcellulose (CMC) oder Methylcellulose (MC); Kautschuke, welche Acrylnitril als eine Copolymerisationskomponente enthalten, wie etwa Acrylnitril-Butadien-Copolymer-Kautschuk (NBR), Acrylnitril-Isopren-Copolymer-Kautschuk (NIR) und Acrylnitril-Butadien-Isopren-Copolymer-Kautschuk (NBIR); Polyvinylpyrrolidon(PVP)-Harze; Poly(N-Vinylacetamid)(PNVA)-Harze; Epoxidharze; und Styrol-Butadien-Kautschuk (SBR). Als das in der wärmebeständigen Schicht 80 enthaltene Bindemittel können aus den oben beschriebenen Bindemitteln eine Art alleine oder zwei oder mehr Arten geeignet ausgewählt werden. Insbesondere ist ein Acrylharz zu bevorzugen, da es aufgrund seiner starken Haftung (typischerweise anfänglicher Klebkraft oder Haftfestigkeit) und hohen elektrochemischen Stabilität ein hohes Formhaltevermögen aufweisen kann. Durch geeignetes Wählen der Art und Kombination des zum Bilden der wärmebeständigen Schicht 80 verwendeten Bindemittels kann die Haftfestigkeit der wärmebeständigen Schicht 80 gegenüber der Substratschicht 90 innerhalb eines gewünschten Bereichs eingestellt werden.
  • Monomerkomponenten, die für die Polymerisation des Acrylharzes verwendet werden, können ein wohlbekanntes Monomer wie etwa ein carboxylgruppenhaltiges Vinylmonomer wie etwa Acrylsäure oder Methacrylsäure; ein amidgruppenhaltiges Vinylmonomer wie etwa Acrylamid oder Methacrylamid; und ein hydroxylgruppenhaltiges Vinylmonomer wie etwa 2-Hydroxyethylacrylat oder 2-Hydroxyethylmethacrylat umfassen. Ein Mischungsverhältnis des obigen Monomers unterliegt keinen besonderen Einschränkungen und kann niedriger sein als 50 Masse-% (zum Beispiel 30 Masse-% oder niedriger; typischerweise 10 Masse-% oder niedriger) bezogen auf alle Monomerkomponenten. Das Acrylharz kann irgendeines aus einem durch Polymerisation eines Monomers erhaltenen Homopolymer, einem durch Polymerisation von zwei oder mehr Monomeren erhaltenen Copolymer und einem Gemisch aus zwei oder mehr Arten sein, die aus den oben beschriebenen Homopolymeren und Copolymeren ausgewählt sind. Ein Teil des Acrylharzes kann modifiziert werden, um ein modifiziertes Acrylharz zu erhalten.
  • Die Form des Bindemittels unterliegt keinen besonderen Einschränkungen. Das partikelförmige (pulverförmige) Bindemittel kann unverändert verwendet werden, oder es kann ein Lösungsmittel oder eine Emulsion, welche unter Verwendung des partikelförmigen Bindemittels erstellt wurden, verwendet werden. Zwei oder mehr Bindemittel, die unterschiedliche Formen besitzen, können verwendet werden. Wenn ein partikelförmiges Bindemittel verwendet wird, unterliegt die durchschnittliche Partikelgröße desselben keinen besonderen Einschränkungen. Zum Beispiel kann ein partikelförmiges Bindemittel mit einer durchschnittlichen Partikelgröße von 0,05 μm bis 0,5 μm verwendet werden.
  • Ein Massenverhältnis (bezogen auf NV (Non-Volatile bzw. nichtflüchtig), das heißt, bezogen auf den Feststoffgehalt) des Bindemittels zu dem Füllstoff in der wärmebeständigen Schicht 80 beträgt beispielsweise 90:10 bis 99,8:0,2 und beträgt vorzugsweise 93:7 bis 99,5:0,5 und stärker bevorzugt 93:7 bis 99:1. Wenn das Massenverhältnis des Bindemittels zu dem Füllstoff innerhalb des oben beschriebenen Bereichs liegt, dann kann die Haftfestigkeit der wärmebeständigen Schicht 80 gegenüber der Substratschicht 90 innerhalb eines gewünschten Bereichs eingestellt werden. Wenn das Verhältnis des Bindemittels zu dem Füllstoff übermäßig niedrig ist, dann nimmt eine Verankerungswirkung der wärmebeständigen Schicht 80 oder die Festigkeit (Formhaltevermögen) der wärmebeständigen Schicht ab, was Probleme wie etwa Rissbildung oder Ablösen verursachen kann. Wenn das Verhältnis des Bindemittels zu dem Füllstoff übermäßig hoch ist, dann kann sich die Porosität der wärmebeständigen Schicht 80 oder die Ionendurchlässigkeit des Separators 70 verschlechtern. In einer zu bevorzugenden Ausführungsform beträgt ein Verhältnis der Gesamtmasse des Füllstoffs und des Bindemittels zur Gesamtmasse der wärmebeständigen Schicht 80 etwa 90 Masse-% oder mehr (zum Beispiel 95 Masse-% oder mehr). Die wärmebeständige Schicht kann im Wesentlichen nur aus dem Füllstoff und dem Bindemittel bestehen. Das Massenverhältnis des Bindemittels zu dem Füllstoff in der wärmebeständigen Schicht 80 kann auf ein vorbestimmtes Verhältnis eingestellt werden, indem ein Mischungsverhältnis (bezogen auf die Masse) des Bindemittels zu dem Füllstoff in der wärmebeständigen Schicht 80 während des Erstellens einer nachstehend beschriebenen wärmebeständige-Schicht-bildenden Zusammensetzung auf das vorbestimmte Verhältnis festgelegt wird.
  • Zusätzlich zu dem Füllstoff und dem Bindemittel enthält die wärmebeständige Schicht 80 gegebenenfalls ein Material oder zwei oder mehr Materialien, welche als Komponenten einer wärmebeständigen Schicht in einer allgemeinen Sekundärbatterie verwendbar sind. Beispiele für das Material umfassen verschiedene Additive wie etwa ein Verdickungsmittel oder ein Dispergiermittel.
  • Ein Verhältnis der Masse des Füllstoffs zu der Gesamtmasse der wärmebeständigen Schicht 80 beträgt geeigneterweise etwa 50 Masse-% oder mehr. Typischerweise ist es zu bevorzugen, dass das Massenverhältnis des Füllstoffs 80 Masse-% oder mehr (zum Beispiel 85 Masse-% oder mehr) und 99,8 Masse-% oder weniger (zum Beispiel 99 Masse-% oder weniger) beträgt. Ein Verhältnis der Masse des Bindemittels zur Gesamtmasse der wärmebeständigen Schicht 80 beträgt beispielsweise etwa 0,2 Masse-% bis 15 Masse-%. Typischerweise ist zu bevorzugen, dass das Massenverhältnis des Bindemittels vorzugsweise 0,5 Masse-% bis 8 Masse-% beträgt. Werden verschiedene Additive verwendet, so beträgt ein Verhältnis der Masse der Additive zur Gesamtmasse der wärmebeständigen Schicht 80 beispielsweise etwa 0,2 Masse-% bis 10 Masse-%. Typischerweise ist zu bevorzugen, dass das Massenverhältnis der Additive etwa 0,5 Masse-% bis 5 Masse-% beträgt.
  • Die Dicke (durchschnittliche Dicke) der wärmebeständigen Schicht 80 unterliegt keinen besonderen Einschränkungen. Typischerweise ist zu bevorzugen, dass die Dicke der wärmebeständigen Schicht 80 im trockenen Zustand 1 μm oder mehr (zum Beispiel 1,5 μm oder mehr; typischerweise 2 μm oder mehr) beträgt. Wenn die Dicke der wärmebeständigen Schicht 80 übermäßig gering ist, dann kann keine ausreichende Wärmebeständigkeitswirkung vorliegen und die kurzschlussverhindernde Wirkung kann abnehmen. Die Obergrenze der Dicke der wärmebeständigen Schicht 80 im trockenen Zustand unterliegt keinen besonderen Einschränkungen. Typischerweise ist zu bevorzugen, dass die Obergrenze 20 μm oder weniger beträgt (zum Beispiel 10 μm oder weniger; typischerweise 6 μm oder weniger). Wenn die Dicke der wärmebeständigen Schicht 80 übermäßig groß ist, dann kann sich die Handhabbarkeit oder Bearbeitbarkeit des Separators 70 verschlechtern. Mithin tritt wahrscheinlich ein Fertigungsdefekt auf, wenn ein gewickelter Elektrodenkörper unter Verwendung des Separators erstellt wird. Wenn die Dicke der wärmebeständigen Schicht 80 übermäßig groß ist, dann verschlechtert sich die Biegsamkeit der wärmebeständigen Schicht, und somit treten wahrscheinlich Probleme wie Rissbildung oder Ablösen auf. Mithin kann durch Einstellen der Dicke der wärmebeständigen Schicht 80 innerhalb des oben beschriebenen Bereichs eine hohe kurzschlussverhindernde Wirkung vorliegen und ein Fertigungsdefekt, der auftreten kann, wenn ein gewickelter Elektrodenkörper unter Verwendung des Separators erstellt wird, kann unterdrückt werden. Die Dicke der wärmebeständigen Schicht 80 ist beispielsweise durch Analysieren einer Aufnahme erhältlich, die unter Verwendung eines Rasterelektronenmikroskops (SEM) erhalten wird.
  • Eine Gesamtporosität der wärmebeständigen Schicht 80 unterliegt keinen besonderen Einschränkungen und kann beispielsweise 75 Vol.-% oder mehr (typischerweise 78 Vol.-% oder mehr; zum Beispiel 80 Vol.-% oder mehr) und 90 Vol.-% oder weniger (typischerweise 85 Vol.-% oder weniger) betragen. Wenn die Porosität der wärmebeständigen Schicht 80 übermäßig hoch ist, dann kann die mechanische Festigkeit unzureichend sein. Wenn die Porosität der wärmebeständigen Schicht übermäßig niedrig ist, dann kann aufgrund einer verringerten Ionendurchlässigkeit der Widerstand zunehmen oder Ein- und Ausgabekennwerte können abnehmen. Innerhalb des oben beschriebenen Bereichs können die Wirkungen der Erfindung auf einem höheren Niveau vorliegen.
  • Die Porosität der wärmebeständigen Schicht kann wie folgt berechnet werden. Das apparente Volumen der wärmebeständigen Schicht pro Oberflächeneinheit wird durch V1 (cm3) dargestellt. Ein Verhältnis W/ρ der Masse W (g) der wärmebeständigen Schicht zur Reindichte ρ (g/cm3) eines Materials, das die wärmebeständige Schicht bildet, wird durch V0 dargestellt. Dabei lässt sich die Porosität der wärmebeständigen Schicht aus (V1 – V0)/V1 × 100 berechnen. Zum Berechnen des apparenten Volumens V1 wird die Dicke der wärmebeständigen Schicht 80 benötigt. Die Dicke der wärmebeständigen Schicht 80 ist beispielsweise durch Analysieren einer Aufnahme erhältlich, welche unter Verwendung eines Rasterelektronenmikroskops (SEM) erhalten wird. Die Masse W der wärmebeständigen Schicht kann wie folgt gemessen werden. Und zwar wird der Separator auf eine vorbestimmte Fläche zugeschnitten, um eine Probe zu erhalten, und die Masse der Probe wird gemessen. Als Nächstes kann die Masse der wärmebeständigen Schicht, welche die vorbestimmte Fläche besitzt, durch Subtrahieren der Masse der Substratschicht mit der vorbestimmten Fläche von der Masse der Probe berechnet werden. Die Masse der wärmebeständigen Schicht, welche wie oben beschrieben berechnet wurde, wird in die Masse pro Flächeneinheit umgerechnet. Infolgedessen kann die Masse W (g) der wärmebeständigen Schicht berechnet werden.
  • Die Haftfestigkeit (90-Grad-Ablösefestigkeit) der wärmebeständigen Schicht 80 gegenüber der Substratschicht 90 beträgt 0,19 N/10 mm oder mehr (vorzugsweise 0,21 N/10 mm oder mehr, stärker bevorzugt 0,58 N/10 mm oder mehr und noch stärker bevorzugt 0,80 N/10 mm oder mehr; typischerweise 0,82 N/10 mm oder mehr; zum Beispiel 1,18 N/10 mm oder mehr). Durch Einstellen der Haftfestigkeit der wärmebeständigen Schicht 80 gegenüber der Substratschicht 90 innerhalb des oben beschriebenen Bereichs kann das Ablösen der wärmebeständigen Schicht 80 von der Substratschicht 90 beträchtlich unterdrückt werden. Insbesondere in einer Hochtemperaturumgebung, in der die Substratschicht 90 thermisch geschrumpft wird, kann das Ablösen der wärmebeständigen Schicht 80 von der Substratschicht 90 geeignet unterdrückt werden. Mithin kann durch Einstellen der Haftfestigkeit (90-Grad-Ablösefestigkeit) der wärmebeständigen Schicht 80 gegenüber der Substratschicht 90 innerhalb des oben beschriebenen Bereichs eine Wirkung des Unterdrückens des Schrumpfens (typischerweise thermischen Schrumpfens) des Separators 70 auf einem hohen Niveau vorliegen. Mit zunehmender Haftfestigkeit (90-Grad-Ablösefestigkeit) der wärmebeständigen Schicht 80 gegenüber der Substratschicht 90 kann eine Wirkung des Unterdrückens des Ablösens der wärmebeständigen Schicht 80 von der Substratschicht 90 (das heißt, die Wirkung des Unterdrückens des Schrumpfens des Separators) auf einem höheren Niveau vorliegen. Die Haftfestigkeit (90-Grad-Ablösefestigkeit) der wärmebeständigen Schicht 80 gegenüber der Substratschicht 90 beträgt beispielsweise 400 N/10 mm oder weniger (vorzugsweise 98 N/10 mm oder weniger und stärker bevorzugt 50 N/10 mm oder weniger). Durch Einstellen der Haftfestigkeit der wärmebeständigen Schicht 80 gegenüber der Substratschicht 90 innerhalb des oben beschriebenen Bereichs kann ein Fertigungsdefekt, der auftreten kann, wenn ein gewickelter Elektrodenkörper unter Verwendung des Separators 70 erstellt wird, welcher die wärmebeständige Schicht 80 beinhaltet, beträchtlich unterdrückt werden. Mithin ist der Separator 70, welcher die wärmebeständige Schicht 80 beinhaltet, vorzugsweise für die Konstruktion eines gewickelten Elektrodenkörpers verwendbar. Mit abnehmender Haftfestigkeit (90-Grad-Ablösefestigkeit) der wärmebeständigen Schicht 80 gegenüber der Substratschicht 90 ist es einfacher, die Biegsamkeit des Separators aufrechtzuerhalten. Wenn mithin ein gewickelter Elektrodenkörper unter Verwendung des Separators gefertigt wird, dann ist die Handhabbarkeit des Separators überlegen. Typischerweise kann die Haftfestigkeit der wärmebeständigen Schicht 80 gegenüber der Substratschicht 90 beispielsweise basierend auf der Art des zum Bilden der wärmebeständigen Schicht verwendeten Bindemittels und dem Verhältnis des Bindemittels zu der wärmebeständigen Schicht (typischerweise dem Verhältnis des Bindemittels zu dem Füllstoff in der wärmebeständigen Schicht) eingestellt werden.
  • Die in dieser Spezifikation beschriebene Haftfestigkeit bezieht sich auf die 90-Grad-Ablösefestigkeit, welche gemäß JIS C 6481 (1996) gemessen wird.
  • Der Separator 70, bei dem die wärmebeständige Schicht 80 auf der Substratschicht 90 (Separatorsubstrat) gebildet ist, kann beispielsweise unter Verwendung des folgenden Verfahrens gefertigt werden. Zuerst werden der Füllstoff, das Bindemittel und andere optionale Materialien in einem geeigneten Lösungsmittel dispergiert, um eine pastöse oder schlämmeartige Zusammensetzung zu erstellen. Die Zusammensetzung zum Bilden der wärmebeständigen Schicht wird auf die Oberfläche der Substratschicht 90 aufgebracht und getrocknet. Infolgedessen kann die wärmebeständige Schicht 80 gebildet werden.
  • Ein Lösungsmittel zum Lösen oder Dispergieren des Füllstoffs und des Bindemittels unterliegt keinen besonderen Einschränkungen und kann beispielsweise aus Wasser, Alkoholen wie etwa Ethanol, N-Methyl-2-Pyrrolidon (NMP), Toluol, Dimethylcarbonat (DMC) und Ethylmethylcarbonat (EMC) geeignet ausgewählt werden. Das Lösungsmittel kann je nach den Arten des Füllstoffs und des Bindemittels geeignet gewählt werden.
  • Ein Verfahren zum Auftragen der wärmebeständige-Schicht-bildenden Zusammensetzung auf die Substratschicht 90 unterliegt keinen besonderen Einschränkungen, und Beispiele hierfür umfassen Verfahren, die einen Düsenbeschichter, einen Gravurbeschichter, einen Umkehrwalzenbeschichter, einen Pflatschwalzenbeschichter, einen Tauchwalzenbeschichter, einen Rollrakelbeschichter, einen Luftrakelbeschichter, einen Sprühbeschichter, einen Bürstenbeschichter oder einen Siebbeschichter verwenden.
  • Der Trocknungsschritt nach dem Auftragen kann durch geeignetes Auswählen eines wohlbekannten Verfahrens des verwandten Standes der Technik durchgeführt werden. Beispiele für ein Trocknungsverfahren umfassen ein Trocknungsverfahren des Haltens der Substratschicht auf einer Temperatur (zum Beispiel 70°C bis 100°C), die niedriger ist als ein Schmelzpunkt der Substratschicht, und ein Trocknungsverfahren des Haltens der Substratschicht auf einer niedrigen Temperatur unter vermindertem Druck.
  • Nachstehend wird die Sekundärbatterie mit nicht-wässrigem Elektrolyt gemäß der zu bevorzugenden Ausführungsform der Erfindung anhand des Beispiels einer Lithium-Ionen-Sekundärbatterie unter geeigneter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Jedoch ist die Erfindung nicht dazu vorgesehen, auf die Ausführungsform beschränkt zu sein. Die Form (äußere Erscheinung und Größe) der Sekundärbatterie mit nicht-wässrigem Elektrolyt unterliegt keinen besonderen Einschränkungen. In der folgenden Ausführungsform wird eine Sekundärbatterie mit nicht-wässrigem Elektrolyt (Lithium-Ionen-Sekundärbatterie), welche eine Konfiguration besitzt, bei der ein gewickelter Elektrodenkörper und eine Elektrolytlösung in einem rechtwinkligen Batteriegehäuse aufgenommen sind, beispielhaft beschrieben. Die Lithium-Ionen-Sekundärbatterie ist lediglich beispielhaft, und der technische Gedanke der Erfindung ist auch auf andere Sekundärbatterien mit nicht-wässrigem Elektrolyt (zum Beispiel eine Magnesium-Sekundärbatterie) anwendbar, welche andere Ladungsträger (zum Beispiel Magnesiumionen) beinhalten.
  • Die hierin offenbarte Lithium-Ionen-Sekundärbatterie kann die gleiche Konfiguration annehmen wie im verwandten Stand der Technik, mit der Ausnahme, dass sie den Separator beinhaltet, welcher ein Merkmal der Erfindung ist, das heißt, den Separator, der die wärmebeständige Schicht beinhaltet, welche ein Merkmal der Erfindung ist. Als der Separator kann der oben beschriebene Separator verwendet werden.
  • Wie in 2 und 3 gezeigt, sind bei einer Lithium-Ionen-Sekundärbatterie (Sekundärbatterie mit nicht-wässrigem Elektrolyt) 100 gemäß der Ausführungsform ein flacher gewickelter Elektrodenkörper 20 und ein nicht-wässriger Elektrolyt (nicht gezeigt) in einem Batteriegehäuse 30 (das heißt, einem äußeren Gehäuse) aufgenommen.
  • Das Batteriegehäuse 30 beinhaltet: einen kastenförmigen (das heißt, einen mit Boden versehenen, rechteckigen, parallelepipedförmigen) Gehäusekörper 32 mit einer Öffnung an einem Ende (welches in einem normalen Betriebszustand der Batterie einem oberen Ende entspricht); und einen Deckel 34, der die Öffnung des Gehäusekörpers 32 verschließt. Wie in 4 gezeigt, ist der gewickelte Elektrodenkörper 20 in dem Batteriegehäuse 30 (das heißt, dem Gehäusekörper 32 des Batteriegehäuses) in einer Stellung aufgenommen, in der eine Wicklungsachse WL des gewickelten Elektrodenkörpers 20 seitwärts verläuft (das heißt, die Öffnung ist in der Normalenrichtung der Wicklungsachse WL des gewickelten Elektrodenkörpers 20 gebildet). Als das Material des Batteriegehäuses 30 kann beispielsweise ein leichtes und hochwärmeleitfähiges Metallmaterial, wie etwa Aluminium, Edelstahl oder vernickelter Stahl, bevorzugt verwendet werden. Wie in 2 und 3 gezeigt, sind an dem Deckel 34 ein Positivelektrodenanschluss 42 und ein Negativelektrodenanschluss 44 zur externen Verbindung vorgesehen. Darüber hinaus sind an dem Deckel 34 ein Sicherheitsventil 36 und ein Einspritzloch (nicht gezeigt) vorgesehen, durch welches der nicht-wässrige Elektrolyt (typischerweise eine nicht-wässrige Elektrolytlösung) in das Batteriegehäuse 30 eingespritzt wird. Das Sicherheitsventil 36 ist so eingestellt, dass es einen Innendruck des Batteriegehäuses 30 ablässt, wenn der Innendruck auf einen vorbestimmten Pegel oder darüber ansteigt. In dem Batteriegehäuse 30 ist der Deckel 34 mit dem Umfang einer Öffnung des Gehäusekörpers 32 des Batteriegehäuses verschweißt. Infolgedessen können der Gehäusekörper 32 und der Deckel 34 des Batteriegehäuses miteinander verbunden werden (ein Übergang dazwischen kann abgedichtet werden).
  • Der gewickelte Elektrodenkörper 20, bei dem ein Laminat in einer Längsrichtung gewickelt ist, ist ausgebildet wie in 3 und 4 gezeigt. In dem Laminat sind eine positive Elektrode 50 (Positivelektrodenbahn) und eine negative Elektrode 60 (Negativelektrodenbahn) mit zwei dazwischen positionierten länglichen Separatoren 70 (Separatorbahnen) laminiert (so angeordnet, dass sie einander überlagern). In der positiven Elektrode 50 (der Positivelektrodenbahn) ist eine Positivelektrodenaktivmaterialschicht 54 auf einer einzelnen Oberfläche oder beiden Oberflächen (hier beiden Oberflächen) eines länglichen Positivelektrodenstromkollektors 52 in der Längsrichtung gebildet. In der negativen Elektrode 60 (Negativelektrodenbahn) ist eine Negativelektrodenaktivmaterialschicht 64 auf einer einzelnen Oberfläche oder beiden Oberflächen (hier beiden Oberflächen) eines länglichen Negativelektrodenstromkollektors 62 in der Längsrichtung gebildet.
  • Ein Verfahren zum Erstellen des flachen gewickelten Elektrodenkörpers 20 unterliegt keinen besonderen Einschränkungen. Beispielsweise wird ein Laminat, bei dem die positive und die negative Elektrode und der Separator einander überlagern, in einer kreisrunden, zylindrischen Querschnittsform gewickelt. Als Nächstes wird der zylindrische gewickelte Elektrodenkörper in einer zu der Wicklungsachse WL senkrechten Richtung (typischerweise von seiner Seitenfläche aus) gequetscht (gedrückt), so dass er in einer flachen Form ausgebildet wird. Bei dem gewickelten Elektrodenkörper 20, der unter Verwendung des oben beschriebenen Verfahrens in einer flachen Form ausgebildet wird, ist es wahrscheinlich, dass die wärmebeständige Schicht 80 insbesondere an gekrümmten Abschnitten und in der Nähe von Übergängen zwischen den gekrümmten Abschnitten und einer flachen Oberfläche (einem flachen Abschnitt) von der Substratschicht 90 in dem Separator abgelöst wird. Die wärmebeständige Schicht 80 wird wahrscheinlich dann von der Substratschicht 90 in dem Separator abgelöst, wenn der gewickelte Elektrodenkörper in einer flachen Form ausgebildet wird (während des Drückens) und wenn der gewickelte Elektrodenkörper einer Hochtemperaturumgebung (typischerweise einer Temperaturumgebung, in der die Substratschicht 90 thermisch geschrumpft werden kann) ausgesetzt ist. Während des Drückens ist es wahrscheinlich, dass ein Fertigungsdefekt, wie etwa das Rissbilden des Separators 70, das Ablösen oder Rissbilden der wärmebeständigen Schicht 80, und ein Wicklungsdefekt auftreten. Mithin ist die oben beschriebene Konfiguration als ein Anwendungsziel der Erfindung zu bevorzugen. Durch Ausbilden des gewickelten Elektrodenkörpers in einer flachen Form kann der flache gewickelte Elektrodenkörper auf geeignete Weise in dem in 2 gezeigten Batteriegehäuse 30 mit einer Kastenform (das heißt, einer mit Boden versehenen, rechteckigen, parallelepipedförmigen Form) aufgenommen werden. Als das Wickelverfahren kann bevorzugt beispielsweise ein Verfahren des Wickelns der positiven und der negativen Elektrode und des Separators um die zylindrische Wicklungsachse gewählt werden.
  • Hier unterliegt eine Laminierrichtung des Separators 70 (eine der wärmebeständigen Schicht 80 des Separators 70 zugewandte Richtung) keinen besonderen Einschränkungen. Die auf einer Oberfläche des Separators 70 gebildete wärmebeständige Schicht 80 kann irgendeiner aus der Negativelektrodenaktivmaterialschicht 64 und der Positivelektrodenaktivmaterialschicht 54 zugewandt sein. In der in 5 gezeigten Ausführungsform ist die wärmebeständige Schicht 80 der Negativelektrodenaktivmaterialschicht 64 zugewandt. Der Separator 70, die positive Elektrode 50 und die negative Elektrode 60 sind derart laminiert, dass die wärmebeständige Schicht 80 der Negativelektrodenaktivmaterialschicht 64 zugewandt ist. Wenn infolgedessen zum Beispiel die Negativelektrodenaktivmaterialschicht (negative Elektrode) aufgrund von Überladung oder dergleichen Wärme erzeugt, kann die Substratschicht 90 in dem Separator vor der erzeugten Wärme geschützt werden. Andererseits sind der Separator 70, die positive Elektrode 50 und die negative Elektrode 60 derart laminiert, dass die wärmebeständige Schicht 80 der Positivelektrodenaktivmaterialschicht 54 zugewandt ist. Infolgedessen wird ein direkter Kontakt zwischen der positiven Elektrode 50 und der Substratschicht 90 des Separators 70 verhindert, und somit kann verhindert werden, dass das Separatorsubstrat durch die positive Elektrode oxidiert wird.
  • Obgleich nicht besonders hierauf beschränkt, kann der gewickelte Elektrodenkörper 20, wie in 3 und 4 gezeigt, eine Konfiguration besitzen, bei der die positive Elektrode 50, die negative Elektrode 60 und die Separatoren 70 so angeordnet sind, dass sie einander überlagern und derart gewickelt sind, dass ein Positivelektrodenaktivmaterialschicht-Nichtbildungsabschnitt 52a (das heißt, ein Abschnitt, an dem der Positivelektrodenstromkollektor 52 freiliegt, ohne dass die Positivelektrodenaktivmaterialschicht 54 gebildet ist) und ein Negativelektrodenaktivmaterialschicht-Nichtbildungsabschnitt 62a (das heißt, ein Abschnitt, an dem der Negativelektrodenstromkollektor 62 freiliegt, ohne dass die Negativelektrodenaktivmaterialschicht 64 gebildet ist), von entgegengesetzten Ende in einer axialen Wicklungsrichtung nach außen hervorstehen. Infolgedessen wird in der Mitte des gewickelten Elektrodenkörpers 20 in der axialen Wicklungsrichtung ein Wickelkern gebildet, in dem die positive Elektrode 50 (die Positivelektrodenbahn), die negative Elektrode 60 (die Negativelektrodenbahn) und die Separatoren 70 laminiert und gewickelt sind. Wie in 3 gezeigt, sind in der positiven Elektrode 50 und der negativen Elektrode 60 der Positivelektrodenaktivmaterialschicht-Nichtbildungsabschnitt 52a und der Positivelektrodenanschluss 42 (der zum Beispiel aus Aluminium gebildet ist) durch eine Positivelektrodenstromkollektorplatte 42a elektrisch miteinander verbunden; und der Negativelektrodenaktivmaterialschicht-Nichtbildungsabschnitt 62a und der Negativelektrodenanschluss 44 (der zum Beispiel aus Nickel gebildet ist) sind durch die Negativelektrodenstromkollektorplatte 44a miteinander verbunden. Die Positiv- und Negativelektrodenstromkollektoren 42a, 44a sowie die Positiv- und Negativelektrodenaktivmaterialschicht-Nichtbildungsabschnitte 52a, 62a (typischerweise die Positiv- und Negativelektrodenstromkollektoren 52, 62) sind beispielsweise durch Ultraschallschweißen oder Widerstandsschweißen miteinander verbunden.
  • Hier können die positive Elektrode 50 und die negative Elektrode 60 ohne besondere Einschränkungen die gleiche Konfiguration besitzen wie bei einer Sekundärbatterie mit nicht-wässrigem Elektrolyt (Lithium-Ionen-Sekundärbatterie) des verwandten Standes der Technik. Eine typische Konfiguration wird nachstehend beschrieben.
  • Die positive Elektrode 50 der hierin offenbarten Lithium-Ionen-Sekundärbatterie beinhaltet den Positivelektrodenstromkollektor 52; und die auf dem Positivelektrodenstromkollektor 52 gebildete Positivelektrodenaktivmaterialschicht 54. Als der Positivelektrodenstromkollektor 52 kann vorzugsweise ein leitendes Material, das aus hochleitfähigem Metall (zum Beispiel Aluminium, Nickel, Titan oder Edelstahl) gebildet ist, verwendet werden. Die Positivelektrodenaktivmaterialschicht 54 enthält mindestens ein Positivelektrodenaktivmaterial. Als das Positivelektrodenaktivmaterial können ohne besondere Einschränkungen eine Art oder zwei oder mehr Arten aus verschiedenen bekannten Materialien verwendet werden, die als ein Positivelektrodenaktivmaterial einer Sekundärbatterie mit nicht-wässrigem Elektrolyt verwendbar sind. Zu bevorzugende Beispiele des Positivelektrodenaktivmaterials umfassen Lithium-Verbundmetall-Oxide mit einer geschichteten Struktur oder einer Spinell-Struktur (zum Beispiel LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2, LiNiO2, LiCoO2, LiFeO2, LiMn2O4, LiNi0,5Mn1,5O4 und LiFePO4). Die Positivelektrodenaktivmaterialschicht 54 kann ferner Komponenten enthalten, die von dem Positivelektrodenaktivmaterial verschieden sind, zum Beispiel ein leitendes Material oder ein Bindemittel. Als das leitende Material kann beispielsweise ein Kohlenstoffmaterial, wie etwa Kohlenstoffruß (zum Beispiel Acetylenruß (AB)) oder Graphit, bevorzugt verwendet werden. Als das Bindemittel kann beispielsweise PVdF verwendet werden.
  • Die positive Elektrode 50 kann beispielsweise unter Verwendung des folgenden Verfahrens gefertigt werden. Zuerst werden das Positivelektrodenaktivmaterial und andere optionale Materialien in einem geeigneten Lösungsmittel (zum Beispiel N-Methyl-2-Pyrrolidon) dispergiert, um eine pastöse (schlämmeartige) Zusammensetzung zu bereiten. Als Nächstes wird eine geeignete Menge der Zusammensetzung auf eine Oberfläche des Positivelektrodenstromkollektors 52 aufgetragen und dann zum Entfernen des Lösungsmittels getrocknet. Infolgedessen kann die positive Elektrode 50 gebildet werden. Darüber hinaus können durch optionales Durchführen einer geeigneten Druckbehandlung die Eigenschaften (beispielsweise durchschnittliche Dicke, Dichte des aktiven Materials und Porosität) der Positivelektrodenaktivmaterialschicht 54 eingestellt werden.
  • Die negative Elektrode 60 der hierin offenbarten Lithium-Ionen-Sekundärbatterie beinhaltet den Negativelektrodenstromkollektor 62; und die auf dem Negativelektrodenstromkollektor 62 gebildete Negativelektrodenaktivmaterialschicht 64. Als der Negativelektrodenstromkollektor 62 kann vorzugsweise ein aus hochleitfähigem Metall (zum Beispiel Kupfer, Nickel, Titan oder Edelstahl) gebildetes leitendes Material verwendet werden. Die Negativelektrodenaktivmaterialschicht 64 enthält mindestens ein Negativelektrodenaktivmaterial. Als das Negativelektrodenaktivmaterial können ohne besondere Einschränkungen eine Art oder zwei oder mehr Arten aus verschiedenen bekannten Materialien verwendet werden, die als ein Negativelektrodenaktivmaterial einer Sekundärbatterie mit nicht-wässrigem Elektrolyt verwendbar sind. Zu bevorzugende Beispiele für das Negativelektrodenaktivmaterial umfassen verschiedene Kohlenstoffmaterialien, von denen zumindest ein Teil eine Graphitstruktur (geschichtete Struktur) besitzt, zum Beispiel Graphit, nicht-graphitisierbarer Kohlenstoff (Hartkohlenstoff), graphitisierbarer Kohlenstoff (Weichkohlenstoff), Kohlenstoffnanoröhrchen und ein Kohlenstoffmaterial mit einer Kombination hieraus. Von diesen wird unter dem Gesichtspunkt des Erhalts einer hohen Energiedichte vorzugsweise Naturgraphit (Reißblei) oder künstlicher Graphit verwendet. Die Negativelektrodenaktivmaterialschicht 64 kann ferner Komponenten enthalten, die von dem aktiven Material verschieden sind, zum Beispiel ein Bindemittel oder ein Verdickungsmittel. Als das Bindemittel können beispielsweise verschiedene Polymermaterialien wie etwa Styrol-Butadien-Kautschuk (SBR) verwendet werden. Als das Verdickungsmittel sind beispielsweise verschiedene Polymermaterialien, wie etwa Carboxymethylcellulose (CMC), verwendbar.
  • Die negative Elektrode 60 kann beispielsweise unter Verwendung des gleichen Verfahrens wie bei der positiven Elektrode gefertigt werden. Und zwar werden das Negativelektrodenaktivmaterial und andere optionale Materialien in einem geeigneten Lösungsmittel (zum Beispiel Ionenaustauschwasser) dispergiert, um eine pastöse (schlämmeartige) Zusammensetzung zu bereiten. Als Nächstes wird eine geeignete Menge der Zusammensetzung auf eine Oberfläche des Negativelektrodenstromkollektors 62 aufgetragen und dann zum Entfernen des Lösungsmittels getrocknet. Infolgedessen kann die negative Elektrode 60 gebildet werden. Darüber hinaus können durch optionales Durchführen einer geeigneten Druckbehandlung die Eigenschaften (beispielsweise durchschnittliche Dicke, Dichte des aktiven Materials und Porosität) der Negativelektrodenaktivmaterialschicht 64 eingestellt werden.
  • Bei dem hierin offenbarten nicht-wässrigen Elektrolyten kann ein geeignetes nicht-wässriges Lösungsmittel (typischerweise organisches Lösungsmittel) typischerweise einen Trägerelektrolyten enthalten. Zum Beispiel kann ein nicht-wässriger Elektrolyt, der bei einer normalen Temperatur flüssig ist (das heißt, eine nicht-wässrige Elektrolytlösung), bevorzugt verwendet werden.
  • Als das nicht-wässrige Lösungsmittel sind ohne besondere Einschränkungen verschiedene organische Lösungsmittel verwendbar, welche in einer allgemeinen Sekundärbatterie mit nicht-wässrigem Elektrolyt verwendet werden. Als das nicht-wässrige Lösungsmittel sind aprotische Lösungsmittel, wie etwa Carbonate, Ether, Ester, Nitrile, Sulfone und Lactone, ohne besondere Einschränkungen verwendbar. Insbesondere sind Carbonate, wie etwa Ethylencarbonat (EC), Diethylcarbonat (DEC), Dimethylcarbonat (DMC), Ethylmethylcarbonat (EMC) und Propylencarbonat (PC), bevorzugt verwendbar.
  • Alternativ sind Lösungsmittel auf Fluorbasis, beispielsweise fluorierte Carbonate, wie etwa Monofluorethylencarbonat (MFEC), Difluorethylencarbonat (DFEC), Monofluormethyldifluormethylcarbonat (F-DMC) und Trifluordimethylcarbonat (TFDMC), bevorzugt verwendbar.
  • Als der Trägerelektrolyt ist beispielsweise ein Lithiumsalz oder ein Natriumsalz verwendbar. Zum Beispiel sind bei der Lithium-Ionen-Sekundärbatterie, bei der Lithiumionen als Ladungsträger verwendet werden, Lithiumsalze, wie etwa LiPF6, LiClO4, LiAsF6, Li(CF3SO2)2N, LiBF4 und LiCF3SO3, bevorzugt verwendbar. Von diesen Trägerelektrolyten kann eine Art allein verwendet werden, oder zwei oder mehr Arten können in Kombination verwendet werden. Insbesondere ist LiPF6 zu bevorzugen. Die Konzentration des Trägerelektrolyten unterliegt keinen besonderen Einschränkungen. Wenn jedoch die Konzentration extrem niedrig ist, ist die in der nicht-wässrigen Elektrolytlösung enthaltene Menge an Ladungsträgern (typischerweise Lithiumionen) unzureichend, und die Ionenleitfähigkeit nimmt tendenziell ab. Wenn die Konzentration extrem hoch ist, dann nimmt die Viskosität der nicht-wässrigen Elektrolytlösung in einem Temperaturbereich von Raumtemperatur oder darunter (zum Beispiel 0°C bis 30°C) zu, und die Ionenleitfähigkeit nimmt tendenziell ab. Mithin beträgt die Konzentration des Trägerelektrolyten 0,1 mol/l oder mehr (zum Beispiel 0,8 mol/l oder mehr) und 2 mol/l oder weniger (zum Beispiel 1,5 mol/l oder weniger). Die Konzentration des Trägerelektrolyten beträgt vorzugsweise 1,1 mol/l.
  • Der nicht-wässrige Elektrolyt kann ferner optionale Komponenten, die von dem nicht-wässrigen Lösungsmittel und dem Trägerelektrolyten verschieden sind, in einem Bereich enthalten, in dem sich die Wirkungen der Erfindung nicht beträchtlich verschlechtern. Diese optionalen Komponenten können für einen oder zwei oder mehr der folgenden Zwecke verwendet werden, welche umfassen: Verbesserung der Batterieausgabeleistung; Verbesserung der Lagerungsfähigkeit (Verhinderung einer Abnahme der Kapazität während der Lagerung); Verbesserung von Zykluseigenschaften; und Verbesserung der Erstlade-/entladeeffizienz. Bevorzugte Beispiele für die Additive umfassen verschiedene Additive, zum Beispiel ein gaserzeugendes Mittel, wie etwa Biphenyl (BP) oder Cyclohexylbenzol (CHB); einen Filmbildner, wie etwa Oxalatokomplexverbindungen, Fluorphosphate (typischerweise Difluorphosphate; zum Beispiel Lithiumdifluorphosphat), Vinylencarbonat (VC) und Fluorethylencarbonat (FEC); ein Dispergiermittel; und ein Verdickungsmittel. Von diesen Additiven kann eine Art allein verwendet werden, oder zwei oder mehr Arten können in Kombination verwendet werden.
  • Als Nächstes wird ein Beispiel für einen Batterie-Pack 200 (typischerweise einen Batterie-Pack, bei dem mehrere Einzelzellen miteinander in Reihe geschaltet sind) beschrieben, bei dem die Lithium-Ionen-Sekundärbatterie (Sekundärbatterie mit nicht-wässrigem Elektrolyt) 100 als eine Einzelzelle verwendet wird und die mehreren Einzelzellen vorgesehen sind. Wie in 6 gezeigt, ist in dem Batterie-Pack 200 jede zweite der mehreren (typischerweise 10 oder mehr und vorzugsweise etwa 10 bis 30; zum Beispiel 20) Lithium-Ionen-Sekundärbatterien (Einzelzellen) 100 umgekehrt angeordnet, so dass die Positivelektrodenanschlüsse 42 und die Negativelektrodenanschlüsse 44 abwechselnd angeordnet sind und in einer Richtung (Laminierrichtung) angeordnet sind, in der breite Flächen des Batteriegehäuses 30 einander gegenüberliegen. Kühlplatten 110, welche eine vorbestimmte Form besitzen, sind zwischen den angeordneten Einzelzellen 100 positioniert. Die Kühlplatte 110 fungiert als ein Wärmeableitelement zum effizienten Ableiten von Wärme, die bei Verwendung von jeder der Einzelzellen 100 erzeugt wird, und besitzt vorzugsweise eine Form, die imstande ist, Kühlfluid (typischerweise Luft) zwischen die Einzelzellen 100 einzuleiten (beispielsweise eine Form, bei der mehrere parallele Nuten, die sich vertikal von einem Ende der rechteckigen Kühlplatte zu einem entgegengesetzten Ende derselben erstrecken, auf der Oberfläche der Kühlplatte 110 vorgesehen sind). Die Kühlplatte 110 ist vorzugsweise aus Metall mit hoher Wärmeleitfähigkeit, leichtem Hartpolypropylen oder einem anderen Kunstharz gebildet.
  • Ein Paar von Endplatten (Halteplatten) 120 ist an entgegengesetzten Endabschnitten eines angeordneten Körpers, der die Einzelzellen 100 und die Kühlplatten 110 beinhaltet, angeordnet. Eines oder mehrere bahnförmige Abstandshalterelemente 150 können als Längeneinstellmittel zwischen den Kühlplatten 110 und den Endplatten 120 positioniert sein. Die Einzelzellen 100, die Kühlplatten 110, die Abstandshalterelemente 150, welche angeordnet sind, werden durch ein Rückhalteband 130 derart beaufschlagt, dass eine vorbestimmte Rückhaltekraft in der Laminierrichtung aufgebracht wird, wobei das Rückhalteband 130 so angebracht ist, dass es zwischen den beiden Endplatten 120 eine Brücke bildet. Konkret werden die Einzelzellen und dergleichen durch Befestigen und Fixieren von Endabschnitten des Rückhaltebands 130 an den Endplatten 120 mittels Schrauben 155 derart beaufschlagt, dass eine vorbestimmte Rückhaltekraft in der Anordnungsrichtung aufgebracht wird. Infolgedessen wird die Rückhaltekraft auch auf den gewickelten Elektrodenkörper 20 aufgebracht, der in dem Batteriegehäuse 30 jeder der Einzelzellen 100 aufgenommen ist. Bei den beiden benachbarten Einzelzellen 100 ist der Positivelektrodenanschluss 42 einer Einzelzelle mit dem Negativelektrodenanschluss 44 einer anderen Einzelzelle durch ein Verbindungselement (Busschiene) 140 elektrisch verbunden. Indem die Einzelzellen 100 miteinander in Reihe geschaltet werden, wird das Batterie-Pack 200 mit einer gewünschten Spannung konstruiert.
  • Es ist zu bevorzugen, dass die Rückhaltekraft, mit der jede der Einzelzellen 100 beaufschlagt wird, derart festgelegt wird, dass eine vorbestimmte Rückhaltekraft auf den in jeder der Einzelzellen 100 beinhalteten gewickelten Elektrodenkörper 20 aufgebracht wird. Beispielsweise ist es zu bevorzugen, dass in jedem der gewickelten Elektrodenkörper 20 jede Einzelzelle derart beaufschlagt wird, dass eine Rückhaltekraft von 100 N bis 20000 N in einer zu der flachen Oberfläche (dem flachen Abschnitt) des gewickelten Elektrodenkörpers 20 senkrechten Richtung aufgebracht wird. Typischerweise kann durch Beaufschlagen jeder der angeordneten Einzelzellen 100 mit einer Rückhaltekraft von 100 N bis 20000 N in der Anordnungsrichtung (Laminierrichtung) der Einzelzellen die gleiche Rückhaltekraft auf den in jeder der Einzelzellen beinhalteten gewickelten Elektrodenkörper 20 aufgebracht werden. Das heißt, typischerweise wird durch Beaufschlagen jeder der Einzelzellen 100 mit der gleichen Rückhaltekraft wie jener, die auf den gewickelten Elektrodenkörper aufgebracht wird, eine vorbestimmte Rückhaltekraft auf den gewickelten Elektrodenkörper aufgebracht. Dabei ist zu bevorzugen, dass die Rückhaltekraft, mit der jede der Einzelzellen (der in jeder der Einzelzellen beinhaltete gewickelte Elektrodenkörper) beaufschlagt wird, so festgelegt wird, dass eine Differenz zwischen der Rückhaltekraft, die auf die flache Oberfläche (den flachen Abschnitt) des gewickelten Elektrodenkörpers 20 aufgebracht wird, und der Rückhaltekraft, die auf die gekrümmten Abschnitte des gewickelten Elektrodenkörpers 20 aufgebracht wird, 50 N oder mehr (vorzugsweise 100 N oder mehr) beträgt.
  • Der hierin offenbarte Separator (Separator, bei dem die wärmebeständige Schicht auf einer Oberfläche der Substratschicht gebildet ist) ist dadurch gekennzeichnet, dass das Ablösen der wärmebeständigen Schicht von der Substratschicht selbst dann unterdrückt wird, wenn er einer Umgebung (typischerweise einer Hochtemperaturumgebung) ausgesetzt ist, in der die Substratschicht (Separatorsubstrat) geschrumpft wird. Mithin wird das Schrumpfen des Separators in einer Hochtemperaturumgebung beträchtlich unterdrückt. Bei der Batterie, die den Separator beinhaltet, wird das Schrumpfen des Separators unterdrückt (typischerweise wird ein interner Kurzschluss unterdrückt, der durch das Schrumpfen des Separators verursacht wird) und die Zuverlässigkeit ist hoch. Demgemäß ist die hierin offenbarte Sekundärbatterie mit nicht-wässrigem Elektrolyt aufgrund ihrer Eigenschaften vorzugsweise als eine in einem Fahrzeug, wie etwa einem Plug-in-Hybridfahrzeug (PHV), einem Hybridfahrzeug (HV) oder einem Elektrofahrzeug (EV), montierte Antriebskraftversorgung verwendbar. Erfindungsgemäß kann ein Fahrzeug bereitgestellt werden, das die hierin offenbarte Sekundärbatterie mit nicht-wässrigem Elektrolyt (typischerweise einen Batterie-Pack, bei dem mehrere Sekundärbatterien miteinander elektrisch verbunden sind) vorzugsweise als eine Leistungsquelle beinhaltet.
  • Nachstehend werden mehrere die Erfindung betreffende Beispiele beschrieben, doch sind die Beispiele nicht dazu vorgesehen, die Erfindung zu beschränken.
  • Unter Verwendung der folgenden Materialien und Prozesse wurden Separatoren (das heißt, Separatoren gemäß Beispiel 1 bis 15) erstellt, welche für die Konstruktion von in Tabelle 1 gezeigten Lithium-Ionen-Sekundärbatterien (Sekundärbatterien mit nicht-wässrigem Elektrolyt) gemäß Beispiel 1 bis 15 verwendet wurden.
  • Zunächst wurde als ein Separatorsubstrat (Substratschicht) ein mikroporöser Film (durchschnittliche Dicke: 20 μm) mit einer dreischichtigen PP/PE/PP-Struktur erstellt, welche Polypropylen (PP) und Polyethylen (PE) beinhaltete.
  • Der Separator gemäß Beispiel 1 wurde in dem folgenden Verfahren erstellt. Zunächst wurden Aluminiumoxid (durchschnittliche Partikelgröße (D50): 0,2 μm, spezifische BET-Oberfläche: 9 m2/g) als ein anorganischer Füllstoff; ein Acrylharz als ein Bindemittel; und Carboxymethylcellulose (CMC) als ein Verdickungsmittel mit Ionenaustauschwasser vermischt. Infolgedessen wurde eine pastöse Zusammensetzung zum Bilden der wärmebeständigen Schicht erstellt. Als Nächstes wurde die wärmebeständige-Schicht-bildende Zusammensetzung nur auf eine Oberfläche des Separatorsubstrats aufgebracht und getrocknet. Infolgedessen wurde ein Separator erstellt, der die wärmebeständige Schicht auf einer Oberfläche der Substratschicht beinhaltete.
  • Der Separator gemäß Beispiel 2 wurde unter Verwendung des gleichen Materials und Prozesses wie in Beispiel 1 erstellt, mit der Ausnahme, dass Böhmit (durchschnittliche Partikelgröße (D50): 0,2 μm, spezifische BET-Oberfläche: 8 m2/g) als ein anorganischer Füllstoff; ein Acrylharz als ein Bindemittel; und Carboxymethylcellulose (CMC) als ein Verdickungsmittel mit Ionenaustauschwasser vermischt wurden, um eine pastöse Zusammensetzung zum Bilden der wärmebeständigen Schicht zu erstellen.
  • Der Separator gemäß Beispiel 3 wurde unter Verwendung des gleichen Materials und Prozesses wie in Beispiel 1 erstellt, mit der Ausnahme, dass Böhmit (durchschnittliche Partikelgröße (D50): 0,2 μm, spezifische BET-Oberfläche: 8 m2/g) als ein anorganischer Füllstoff; ein Acrylharz als ein Bindemittel; und Carboxymethylcellulose (CMC) als ein Verdickungsmittel mit Ionenaustauschwasser vermischt wurden, um eine pastöse Zusammensetzung zum Bilden der wärmebeständigen Schicht zu erstellen.
  • Der Separator gemäß Beispiel 4 wurde unter Verwendung des gleichen Materials und Prozesses wie in Beispiel 1 erstellt, mit der Ausnahme, dass Böhmit (durchschnittliche Partikelgröße (D50): 0,2 μm, spezifische BET-Oberfläche: 8 m2/g) als ein anorganischer Füllstoff; ein Acrylharz als ein Bindemittel; und Carboxymethylcellulose (CMC) als ein Verdickungsmittel mit Ionenaustauschwasser vermischt wurden, um eine pastöse Zusammensetzung zum Bilden der wärmebeständigen Schicht zu erstellen.
  • Der Separator gemäß Beispiel 5 wurde unter Verwendung des gleichen Materials und Prozesses wie in Beispiel 1 erstellt, mit der Ausnahme, dass Böhmit (durchschnittliche Partikelgröße (D50): 0,2 μm, spezifische BET-Oberfläche: 8 m2/g) als ein anorganischer Füllstoff; Polyvinylpyrrolidon (PVP) als ein Bindemittel; und Poly(N-vinylacetamid) (PNVA) als ein Verdickungsmittel mit Ionenaustauschwasser vermischt wurden, um eine pastöse Zusammensetzung zum Bilden der wärmebeständigen Schicht zu erstellen.
  • Der Separator gemäß Beispiel 6 wurde unter Verwendung des gleichen Materials und Prozesses wie in Beispiel 1 erstellt, mit der Ausnahme, dass Böhmit (durchschnittliche Partikelgröße (D50): 0,2 μm, spezifische BET-Oberfläche: 8 m2/g) als ein anorganischer Füllstoff; Polyvinylpyrrolidon (PVP) als ein Bindemittel; und Poly(N-vinylacetamid) (PNVA) als ein Verdickungsmittel mit Ionenaustauschwasser vermischt wurden, um eine pastöse Zusammensetzung zum Bilden der wärmebeständigen Schicht zu erstellen.
  • Der Separator gemäß Beispiel 7 wurde unter Verwendung des gleichen Materials und Prozesses wie in Beispiel 1 erstellt, mit der Ausnahme, dass Böhmit (durchschnittliche Partikelgröße (D50): 0,2 μm, spezifische BET-Oberfläche: 8 m2/g) als ein anorganischer Füllstoff; Styrol-Butadien-Kautschuk (SBR) als ein Bindemittel; und Poly(N-vinylacetamid) (PNVA) als ein Verdickungsmittel mit Ionenaustauschwasser vermischt wurden, um eine pastöse Zusammensetzung zum Bilden der wärmebeständigen Schicht zu erstellen.
  • Der Separator gemäß Beispiel 8 wurde unter Verwendung des gleichen Materials und Prozesses wie in Beispiel 1 erstellt, mit der Ausnahme, dass Böhmit (durchschnittliche Partikelgröße (D50): 0,2 μm, spezifische BET-Oberfläche: 8 m2/g) als ein anorganischer Füllstoff; und ein Epoxidharz als ein Bindemittel mit Ionenaustauschwasser vermischt wurden, um eine pastöse Zusammensetzung zum Bilden der wärmebeständigen Schicht zu erstellen.
  • Der Separator gemäß Beispiel 9 wurde unter Verwendung des gleichen Materials und Prozesses wie in Beispiel 1 erstellt, mit der Ausnahme, dass Magnesiumoxid (durchschnittliche Partikelgröße (D50): 0,2 μm, spezifische BET-Oberfläche: 9 m2/g) als ein anorganischer Füllstoff; ein Acrylharz als ein Bindemittel; und Carboxymethylcellulose (CMC) als ein Verdickungsmittel mit Ionenaustauschwasser vermischt wurden, um eine pastöse Zusammensetzung zum Bilden der wärmebeständigen Schicht zu erstellen.
  • Der Separator gemäß Beispiel 10 wurde unter Verwendung des gleichen Materials und Prozesses wie in Beispiel 1 erstellt, mit der Ausnahme, dass Titandioxid (durchschnittliche Partikelgröße (D50): 0,1 μm, spezifische BET-Oberfläche: 20 m2/g) als ein anorganischer Füllstoff; ein Acrylharz als ein Bindemittel; und Carboxymethylcellulose (CMC) als ein Verdickungsmittel mit Ionenaustauschwasser vermischt wurden, um eine pastöse Zusammensetzung zum Bilden der wärmebeständigen Schicht zu erstellen.
  • Der Separator gemäß Beispiel 11 wurde unter Verwendung des gleichen Materials und Prozesses wie in Beispiel 1 erstellt, mit der Ausnahme, dass Siliziumdioxid (durchschnittliche Partikelgröße (D50): 0,2 μm, spezifische BET-Oberfläche: 8 m2/g) als ein anorganischer Füllstoff; ein Acrylharz als ein Bindemittel; und Carboxymethylcellulose (CMC) als ein Verdickungsmittel mit Ionenaustauschwasser vermischt wurden, um eine pastöse Zusammensetzung zum Bilden der wärmebeständigen Schicht zu erstellen.
  • Der Separator gemäß Beispiel 12 wurde unter Verwendung des gleichen Materials und Prozesses wie in Beispiel 1 erstellt, mit der Ausnahme, dass Böhmit (durchschnittliche Partikelgröße (D50): 0,2 μm, spezifische BET-Oberfläche: 8 m2/g) als ein anorganischer Füllstoff; ein Acrylharz als ein Bindemittel; und Carboxymethylcellulose (CMC) als ein Verdickungsmittel mit Ionenaustauschwasser vermischt wurden, um eine pastöse Zusammensetzung zum Bilden der wärmebeständigen Schicht zu erstellen.
  • Der Separator gemäß Beispiel 13 wurde unter Verwendung des gleichen Materials und Prozesses wie in Beispiel 1 erstellt, mit der Ausnahme, dass Böhmit (durchschnittliche Partikelgröße (D50): 0,2 μm, spezifische BET-Oberfläche: 8 m2/g) als ein anorganischer Füllstoff; ein Acrylharz als ein Bindemittel; und Carboxymethylcellulose (CMC) als ein Verdickungsmittel mit Ionenaustauschwasser vermischt wurden, um eine pastöse Zusammensetzung zum Bilden der wärmebeständigen Schicht zu erstellen.
  • Bei dem Separator gemäß Beispiel 14 wurde das Separatorsubstrat im Ist-Zustand verwendet (das heißt, die wärmebeständige-Schicht-bildende Zusammensetzung wurde nicht aufgebracht).
  • Der Separator gemäß Beispiel 15 wurde unter Verwendung des gleichen Materials und Prozesses wie in Beispiel 1 erstellt, mit der Ausnahme, dass Böhmit (durchschnittliche Partikelgröße (D50): 0,2 μm, spezifische BET-Oberfläche: 8 m2/g) als ein anorganischer Füllstoff; und ein Epoxidharz als ein Bindemittel mit Ionenaustauschwasser vermischt wurden, um eine pastöse Zusammensetzung zum Bilden der wärmebeständigen Schicht zu erstellen.
  • Bei den zur Erstellung der Separatoren gemäß Beispiel 1 bis 15 verwendeten anorganischen Füllstoffen wurde die durchschnittliche Partikelgröße (D50) unter Verwendung eines Laserstreuungs-Partikelgrößenanalysators (MICROTRAC HRA, gefertigt von Nikkiso Co., Ltd.) gemessen, und die spezifische BET-Oberfläche wurde unter Verwendung einer spezifischen Oberflächenmessvorrichtung (gefertigt von Shimadzu Corporation) gemessen. Während der Erstellung der wärmbeständige-Schicht-bildenden Zusammensetzungen gemäß Beispiel 1 bis 15 wurden die Komponenten unter Verwendung eines Ultraschalldispergierers (CLEARMIX, gefertigt von M Technique Co., Ltd.) als Vordispergierung für 5 Minuten bei 15000 UpM vermischt und geknetet und als Hauptdispergierung für 15 Minuten bei 20000 UpM vermischt und geknetet. Die wärmebeständige-Schicht-bildende Zusammensetzung wurde unter Verwendung eines Gravurbeschichtungsverfahrens gleichmäßig auf das Substrat (Substratschicht) aufgebracht.
  • Die durchschnittliche Dicke der wärmebeständigen Schicht in dem Separator gemäß jedem Beispiel wurde durch Analysieren einer unter Verwendung eines Rasterelektronenmikroskops (SEM) erhaltenen Aufnahme erhalten. Die durchschnittliche Dicke der wärmebeständigen Schicht ist in Tabelle 1, „Dicke (um)” der „Wärmebeständige[n] Schicht” ausgewiesen. Die Porosität der wärmebeständigen Schicht in dem Separator gemäß jedem Beispiel wurde gemessen und lag innerhalb eines Bereichs von 75 Vol.-% bis 90 Vol.-%.
  • In Bezug auf den wie oben beschrieben erstellten Separator gemäß jedem Beispiel wurde die Haftfestigkeit zwischen der Substratschicht und der wärmebeständigen Schicht durch Durchführen eines 90°-Ablöseversuch unter Verwendung einer Zugprüfmaschine gemessen. Der 90°-Ablöseversuch wurde gemäß JIS C 6481 (1996) durchgeführt. Konkret wurde zunächst ein Prüfling mit einer Größe von 120 mm × 10 mm aus jedem Separator geschnitten. Um das Separatorsubstrat (Substratschicht) an einem Ende des Prüflings in einer Längsrichtung an einer Zugvorrichtung (zum Beispiel einer Klemmvorrichtung) zu fixieren, wurde die wärmebeständige Schicht am Ende des Prüflings in der Längsrichtung von dem Separatorsubstrat (Substratschicht) abgelöst. Unter Verwendung eines doppelseitigen Klebebands wurde die Oberfläche der wärmebeständigen Schicht des Prüflings an einem Gestell einer Zugprüfmaschine angehaftet, um den Prüfling (Separator) an dem Gestell der Zugprüfmaschine zu fixieren. Der Abschnitt des Prüflings, von dem die wärmebeständige Schicht abgelöst wurde (Substratschicht), wurde an der Zugvorrichtung fixiert. Die Zugvorrichtung wurde mit einer Rate bzw. Geschwindigkeit von 0,5 mm pro Sekunde zu einer oberen Seite (Ablösewinkel: 90 + 5°) in einer Richtung, die zu einer Oberfläche des Gestells (das heißt, der an dem Gestell angehafteten wärmebeständigen Schicht) senkrecht ist, hochgezogen, so dass die wärmebeständige Schicht von der Substratschicht abgelöst wurde. Dabei wurde ein durchschnittlicher Belastungswert in dem Zeitraum, in dem die wärmebeständige Schicht von der Substratschicht abgelöst wurde, gemessen, und ein durchschnittlicher Belastungswert pro Breiteneinheit (Breite hier: 10 mm) wurde als die Haftfestigkeit (N/10 mm) festgelegt. Die Ergebnisse sind in „Haftfestigkeit (N/10 mm)” von Tabelle 1 gezeigt.
  • Als Nächstes wurden in Tabelle 1 gezeigte Lithium-Ionen-Sekundärbatterien (Sekundärbatterien mit nicht-wässrigem Elektrolyt) gemäß Beispiel 1 bis 15 unter Verwendung der folgenden Materialien und Prozesse konstruiert.
  • Die positive Elektrode wurde in dem folgenden Verfahren erstellt. LiNi0,33Co0,33Mn0,33O2 (LNCM) als Positivelektrodenaktivmaterialpulver; AB als ein leitendes Material; und PVdF als ein Bindemittel wurden in einem Massenverhältnis (LNCM:AB:PVdF) von 90:8:2 abgewogen. Diese abgewogenen Materialien wurden mit NMP vermischt, um eine Positivelektrodenaktivmaterialschicht-bildende Schlämme zu bereiten. Diese Schlämme wurde bandförmig auf beide Oberflächen einer länglichen Aluminiumfolie (Positivelektrodenstromkollektor), welche eine Dicke von 15 μm besaß, aufgebracht, getrocknet und gedrückt. Infolgedessen wurde eine Positivelektrodenbahn erstellt.
  • Die negative Elektrode wurde in dem folgenden Verfahren erstellt. Graphit (C) als ein Negativelektrodenaktivmaterial; Styrol-Butadien-Kautschuk (SBR) als ein Bindemittel; und CMC als ein Verdickungsmittel wurden in einem Massenverhältnis (C:SBR:CMC) von 98,6:0,7:0,7 abgewogen. Die abgewogenen Materialien wurden mit Ionenaustauschwasser vermischt. Infolgedessen wurde eine Negativelektrodenaktivmaterialschicht-bildende Schlämme bereitet. Diese Schlämme wurde bandförmig auf beide Oberflächen einer länglichen Kupferfolie (Negativelektrodenstromkollektor), welche eine Dicke von 10 μm besaß, aufgebracht, getrocknet und gedrückt. Infolgedessen wurde eine Negativelektrodenbahn erstellt.
  • Unter Verwendung einer positiven Elektrode, einer negativen Elektrode und zweier Separatoren (Separatoren gemäß einem der Beispiele 1 bis 15), welche wie oben beschrieben erstellt wurden, wurde der gewickelte Elektrodenkörper gemäß einem der Beispiele 1 bis 15 erstellt. Das heißt, die positive und die negative Elektrode wurden mit den dazwischen positionierten Separatoren gemäß jedem Beispiel in einer Längsrichtung derart laminiert, dass Aktivmaterialschicht-Nichtbildungsabschnitte auf entgegengesetzten Seiten positioniert waren; und dass die wärmebeständige Schicht des Separators der negativen Elektrode (Negativelektrodenaktivmaterialschicht) zugewandt war. Ein Laminat, in dem die positive Elektrode, die negative Elektrode und die Separatoren laminiert waren, wurde in einer Längsrichtung um eine Wicklungsachse mit einer kreisrunden Querschnittsform gewickelt. Als Nächstes wurde das Laminat gequetscht, um einen flachen gewickelten Elektrodenkörper zu erstellen. Der Separator wurde in Kombination mit dem Separator verwendet, der die gleiche Konfiguration besaß (zum Beispiel die Separatoren gemäß Beispiel 1).
  • Unter Verwendung des oben beschriebenen Verfahrens wurden für jedes Beispiel 10 gewickelte Elektrodenkörper erstellt. Im Hinblick auf jeden der Elektrodenkörper wurde bestimmt, ob ein Fertigungsdefekt, wie etwa das Rissbilden oder Ablösen der wärmebeständigen Schicht des Separators, das Rissbilden des Separators, lockeres Wickeln oder ein Wicklungsdefekt, auftrat oder nicht. Die Anzahl gewickelter Elektrodenkörper, bei denen der Fertigungsdefekt auftrat, wurde für jedes Beispiel gezählt. Die Anzahl gewickelter Elektrodenkörper aus 10 Elektrodenkörpern gemäß jedem Beispiel, bei denen der Fertigungsdefekt auftrat, ist in „Anzahl Fertigungsdefekte (1 aus 10 Stück)” von Tabelle 1 gezeigt. Wenn dabei die Häufigkeit eines Fertigungsdefekts 40% oder weniger betrug, dann wurde bestimmt, dass der Fertigungsdefekt im Fertigungsprozess der Batterie tolerierbar ist. Bei einer Häufigkeit eines Fertigungsdefekts von 20% oder weniger wurde bestimmt, dass der Fertigungsdefekt auf geeignete Weise unterdrückt wurde. Das heißt, ein Beispiel, bei dem die Häufigkeit eines Fertigungsdefekts 20% oder weniger betrug, wurde als „gut” bestimmt, ein Beispiel, bei dem die Häufigkeit eines Fertigungsdefekts 40% oder weniger betrug, wurde als „akzeptabel” bestimmt, und ein Beispiel, bei dem die Häufigkeit eines Fertigungsdefekts höher als 40% war, wurde als „inakzeptabel” bestimmt. Die Bestimmungsergebnisse sind in „Bestimmung” von Tabelle 1 gezeigt.
  • Als Nächstes wurde der gewickelte Elektrodenkörper gemäß jedem Beispiel in einem rechtwinkligen Batteriegehäuse aus Aluminium (rechtwinkligen Batteriegehäuse) aufgenommen, eine nicht-wässrige Elektrolytlösung wurde durch eine Öffnung des Batteriegehäuses eingespritzt und die Öffnung wurde luftdicht verschlossen. Infolgedessen wurde eine Lithium-Ionen-Sekundärbatterie (Sekundärbatterie mit nicht-wässrigem Elektrolyt) gemäß jedem Beispiel erstellt. Als die nicht-wässrige Elektrolytlösung wurde eine Lösung verwendet, in der LiPF6 als ein Trägerelektrolyt in einem Mischlösungsmittel in einer Konzentration von 1,1 mol/l gelöst war, wobei das Mischlösungsmittel EC, EMC und DMC in einem Volumenverhältnis (EC:EMC:DMC) von 30:40:30 enthielt.
  • [Hochtemperatur-Halteversuch]
  • Ein Hochtemperatur-Halteversuch des Stehenlassens der wie oben beschrieben erstellten Sekundärbatterie mit nicht-wässrigem Elektrolyt gemäß jedem Beispiel in einer Hochtemperaturumgebung (etwa 170°C) wurde durchgeführt. Konkret wurde zunächst im Hinblick auf die Lithium-Ionen-Sekundärbatterie gemäß jedem Beispiel das Batteriegehäuse von außen derart gedrückt, dass der gewickelte Elektrodenkörper in dem Batteriegehäuse mit einer Rückhaltekraft von 6000 N in einer zu der flachen Oberfläche (flachen Abschnitt) des Elektrodenkörpers senkrechten Richtung beaufschlagt wurde. Nach dem Beaufschlagen wurde die Batterie gemäß jedem Beispiel mit einem konstanten Strom bei einer Laderate von 1 C geladen, bis das Potential zwischen dem Positiv- und dem Negativelektrodenanschluss 3,3 V erreichte. Die geladene Batterie wurde in einer Temperaturumgebung von 170°C für 1 Stunde stehengelassen. Nach dem Stehenlassen für 1 Stunde wurde die Spannung (Potential zwischen dem Positiv- und dem Negativelektrodenanschluss) der Batterie gemäß jedem Beispiel gemessen. Typischerweise zeigt ein Abfall der Spannung (des Potentials zwischen der positiven und der negativen Elektrode) in dem Hochtemperatur-Halteversuch, dass in dem Elektrodenkörper aufgrund des thermischen Schrumpfens des Separators ein interner Kurzschluss auftrat. Demgemäß wurde bei der Batterie, bei der die Spannung in dem Hochtemperatur-Halteversuch aufrechterhalten wurde, das thermische Schrumpfen des Separators unterdrückt, und die Wärmebeständigkeit (Hochtemperatur-Dauerbeständigkeit) war hoch. Der Hochtemperatur-Halteversuch wurde an der Batterie gemäß jedem Beispiel zehnmal wie oben beschrieben durchgeführt. Während der zehn Male des Versuchs wurde die Anzahl von Batterien gezählt, bei denen die Spannung nach dem Stehenlassen bei einer hohen Temperatur auf 3 V oder darunter abfiel. Die Anzahl gewickelter Elektrodenkörper, bei denen der Spannungsabfall in 10 Sekundärbatterien mit nicht-wässrigem Elektrolyt gemäß jedem Beispiel festgestellt wurde, ist in „Hochtemperatur-Halteversuch (1 aus 10 Stück)” von Tabelle 1 gezeigt. [Tabelle 1]
    Beispiel Wärmebeständige Schicht Haftfestigkeit Hochtemperatur-Halteversuch Häufigkeit eines Fer tigungsdefekts
    Anorganischer Füllstoff Dicke (μm) (N/10 mm) (1 aus 10 Stück) Anzahl Fertigungsdefekte (1 aus 10 Stück) Bestimmung
    1 Aluminiumoxid 2 0,19 0 0 Gut
    2 Böhmit 2 0,19 0 0 Gut
    3 Böhmit 5 0,19 0 0 Gut
    4 Böhmit 5 0,21 0 0 Gut
    5 Böhmit 5 0,58 0 0 Gut
    6 Böhmit 5 1,18 0 0 Gut
    7 Böhmit 5 98 0 2 Gut
    8 Böhmit 5 400 0 4 Akzeptabel
    9 Magnesiumoxid 5 0,82 0 0 Gut
    10 Titandioxid 5 0,82 0 0 Gut
    11 Siliziumdioxid 5 0,80 0 0 Gut
    12 Böhmit 2 0,05 9 0 Gut
    13 Böhmit 5 0,04 8 0 Gut
    14 Keiner - - 10 0 Gut
    15 Böhmit 5 2600 - 10 Inakzeptabel
  • Wie in Tabelle 1 gezeigt, wurde bei den Batterien gemäß Beispiel 1 bis 11 der Spannungsabfall in dem Hochtemperatur-Halteversuch unterdrückt. Das heißt, in dem Separator, bei dem die Haftfestigkeit zwischen der Substratschicht und der wärmebeständigen Schicht 0,19 N/10 mm bis 400 N/10 mm betrug, wird das Ablösen der wärmebeständigen Schicht von der Substratschicht verringert; infolgedessen wurde das Schrumpfen des Separators in einer Hochtemperaturumgebung beträchtlich unterdrückt. Darüber hinaus war bei der Batterie, die den gewickelten Elektrodenkörper beinhaltete, welcher unter Verwendung des Separators konstruiert wurde, die Hochtemperatur-Dauerbeständigkeit überlegen. Bei den Batterien gemäß Beispiel 1 bis 11 wurde die Häufigkeit eines Fertigungsdefekts während der Fertigung der gewickelten Batterien derart unterdrückt, dass sie im Fertigungsprozess der Batterien tolerierbar war. Insbesondere wurde bei den Batterien gemäß Beispiel 1 bis 7 und Beispiel 9 bis 11, bei denen die Haftfestigkeit zwischen der Substratschicht und der wärmebeständigen Schicht in dem Separator 98 N/10 mm oder niedriger war, die Häufigkeit eines Fertigungsdefekts während der Fertigung der gewickelten Elektrodenkörper beträchtlich unterdrückt. Das heißt, bei dem Separator, bei dem die Haftfestigkeit zwischen der Substratschicht und der wärmebeständigen Schicht in dem Separator 0,19 N/10 mm bis 400 N/10 mm (insbesondere 98 N/10 mm oder darunter) betrug, war die Handhabbarkeit überlegen, wenn der gewickelte Elektrodenkörper unter Verwendung des Separators hergestellt wurde. Aus den obigen Ergebnissen wurde festgestellt, dass durch Einstellen der Haftfestigkeit zwischen der Substratschicht und der wärmebeständigen Schicht in dem Separator auf 0,19 N/10 mm bis 400 N/10 mm ein Separator mit hoher Wärmebeständigkeit bereitgestellt werden kann, der sich zur Fertigung eines gewickelten Elektrodenkörpers eignet, und dass eine den Separator beinhaltende Sekundärbatterie mit nicht-wässrigem Elektrolyt, die eine hohe Zuverlässigkeit besitzt (interner Kurzschluss wird beträchtlich unterdrückt), bereitgestellt werden kann.
  • Dagegen trat bei der Batterie gemäß Beispiel 14, welche den Separator beinhaltete, bei dem die wärmebeständige Schicht nicht gebildet war, und bei den Batterien gemäß Beispiel 12 und 13, welche den Separator beinhalteten, bei dem die Haftfestigkeit zwischen der Substratschicht und der wärmebeständigen Schicht allzu sehr niedriger war als der oben beschriebene Bereich, der Spannungsabfall in dem Hochtemperatur-Halteversuch mit hoher Häufigkeit auf (das heißt, die Hochtemperatur-Dauerhaltbarkeit war schlecht). Als Grund hierfür wird Folgendes angenommen: Da die in diesen Batterien verwendeten Separatoren (Separatoren gemäß Beispiel 12 bis 14) in einer Hochtemperaturumgebung thermisch geschrumpft wurden, trat ein interner Kurzschluss auf. Bei der Batterie gemäß Beispiel 15, welche den Separator beinhaltete, bei dem die Haftfestigkeit zwischen der Substratschicht und der wärmebeständigen Schicht höher war als der oben beschriebene Bereich, war die Steifigkeit der Separatoren übermäßig hoch; infolgedessen konnte ein Elektrodenkörper nicht erstellt werden (Fertigungsdefekt: 100%).
  • Aus den Ergebnissen der Beispiele 1 und 9 bis 11 wurde festgestellt, dass nicht nur Böhmit, sondern auch Aluminiumoxid, Magnesiumoxid, Titandioxid und Siliziumdioxid bevorzugt als der Füllstoff verwendbar sind, welcher in der wärmebeständigen Schicht gemäß Ausführungsformen der Erfindung verwendet wird.
  • Vorstehend wurden konkrete Beispiele der Erfindung im Detail beschrieben. Jedoch sind die Ausführungsform und die Beispiele lediglich beispielhaft und beschränken nicht die Erfindung. Die Erfindung beinhaltet verschiedene Modifikationen und Abänderungen der oben beschriebenen konkreten Beispiele.

Claims (4)

  1. Sekundärbatterie mit nicht-wässrigem Elektrolyt, umfassend: einen flachen gewickelten Elektrodenkörper, in dem eine längliche positive Elektrode, eine längliche negative Elektrode und ein länglicher Separator, der die positive Elektrode und die negative Elektrode elektrisch voneinander trennt, einander überlagern und in einer Längsrichtung gewickelt sind; und einen nicht-wässrigen Elektrolyten; wobei der Separator eine Substratschicht, die aus einem Harzsubstrat gebildet ist, und eine wärmebeständige Schicht, die auf einer Oberfläche der Substratschicht vorgesehen ist, beinhaltet, die wärmebeständige Schicht einen Füllstoff und ein Bindemittel enthält, und eine Haftfestigkeit zwischen der Substratschicht und der wärmebeständigen Schicht 0,19 N/10 mm bis 400 N/10 mm beträgt.
  2. Sekundärbatterie mit nicht-wässrigem Elektrolyt nach Anspruch 1, wobei die Haftfestigkeit zwischen der Substratschicht und der wärmebeständigen Schicht 0,58 N/10 mm bis 98 N/10 mm beträgt.
  3. Sekundärbatterie mit nicht-wässrigem Elektrolyt nach Anspruch 1 oder 2, wobei der flache gewickelte Elektrodenkörper durch Wickeln der positiven Elektrode, der negativen Elektrode und des Separators in einer zylindrischen Form, so dass ein gewickelter Elektrodenkörper erhalten wird, und dann Drücken des gewickelten Elektrodenkörpers in einer zu einer Wicklungsachse senkrechten Richtung, so dass eine flache Form ausgebildet wird, erhalten ist.
  4. Batterie-Pack, umfassend: eine Mehrzahl der Sekundärbatterien mit nicht-wässrigem Elektrolyt nach einem der Ansprüche 1 bis 3, welche miteinander elektrisch verbunden sind, wobei der flache gewickelte Elektrodenkörper, der in jeder der Sekundärbatterien mit nicht-wässrigem Elektrolyt beinhaltet ist, mit einer Rückhaltekraft von 100 N bis 20000 N in einer zu einer flachen Oberfläche des flachen gewickelten Elektrodenkörpers senkrechten Richtung beaufschlagt ist, und eine Differenz zwischen einer Rückhaltekraft, die auf gekrümmte Abschnitte des flachen gewickelten Elektrodenkörpers aufgebracht wird, und einer Rückhaltekraft, die auf die flache Oberfläche aufgebracht wird, 50 N oder mehr beträgt.
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