DE112020006384T5 - Nichtwässriger-elektrolyt-energiespeichervorrichtung und verfahren zum herstellen derselben - Google Patents

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Abstract

Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Nichtwässriger-Elektrolyt-Energiespeichervorrichtung, die eine negative Elektrode, die Lithiummetall enthält, einen nichtwässrigen Elektrolyten, der ein fluoriertes Lösungsmittel enthält, und einen Separator mit einem Luftdurchlässigkeitswiderstand von 150 Sekunden oder weniger enthält.

Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Nichtwässriger-Elektrolyt-Energiespeichervorrichtung und ein Verfahren zum Herstellen derselben.
  • HINTERGRUND
  • Nichtwässriger-Elektrolyt-Sekundärbatterien, typischerweise Lithiumionen-Sekundärbatterien, sind in elektronischen Geräten wie Personal-Computern und Datenübertragungsendgeräten, Kraftfahrzeugen und dergleichen weit verbreitet, da diese Sekundärbatterien eine hohe Energiedichte aufweisen. Die Nichtwässriger-Elektrolyt-Sekundärbatterien enthalten im Allgemeinen ein Paar Elektroden, die durch einen Separator elektrisch voneinander getrennt sind, und einen nichtwässrigen Elektrolyten, der zwischen den Elektroden angeordnet ist, und so konfiguriert sind, um zu ermöglichen, dass Ionen zwischen den zwei Elektroden zum Laden/Entladen übertragen werden können. Kondensatoren wie Lithiumionen-Kondensatoren und elektrische Doppelschichtkondensatoren werden ebenfalls häufig als Nichtwässriger-Elektrolyt-Energiespeichervorrichtung verwendet, anders als Nichtwässriger-Elektrolyt-Sekundärbatterien. Lithiummetall ist als negatives Aktivmaterial mit einer hohen Energiedichte für die Verwendung in Nichtwässriger-Elektrolyt-Energiespeichervorrichtungen bekannt (siehe Patentschriften 1 und 2).
  • DOKUMENTE ZUM STAND DER TECHNIK
  • PATENTSCHRIFTEN
    • Patentschrift 1: JP-A-2016-100065
    • Patentschrift 2: JP-A-07-245099
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • AUFGABEN, DIE DURCH DIE ERFINDUNG GELÖST WERDEN SOLLEN
  • In einer Nichtwässriger-Elektrolyt-Energiespeichervorrichtung, in dem Lithiummetall als ein negatives Aktivmaterial verwendet wird, kann Lithiummetall während eines Ladens in dendritischer Form an der Oberfläche der negativen Elektrode ausgefällt werden (im Folgenden wird Lithiummetall in dendritischer Form als „Dendrit“ bezeichnet). Wenn der Dendrit wächst, einen Separator durchdringt und dann mit einer positiven Elektrode in Kontakt kommt, wird ein Kurzschluss verursacht. Aus diesem Grund hat eine Nichtwässriger-Elektrolyt-Energiespeichervorrichtung, die Lithiummetall als ein negatives Aktivmaterial enthält, den Nachteil, dass es wahrscheinlich ist, dass ein Kurzschluss durch wiederholtes Laden/Entladen verursacht wird.
  • Die vorliegende Erfindung wurde in Anbetracht der oben beschriebenen Umstände gemacht, und eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Nichtwässriger-Elektrolyt-Energiespeichervorrichtung, in der jeder Kurzschluss unterdrückt wird, und ein Verfahren zum Herstellen einer solchen Nichtwässriger-Elektrolyt-Energiespeichervorrichtung bereitzustellen.
  • MITTEL ZUM LÖSEN DER PROBLEME
  • Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Nichtwässriger-Elektrolyt-Energiespeichervorrichtung, die eine negative Elektrode, die Lithiummetall enthält, einen nichtwässrigen Elektrolyten, der ein fluoriertes Lösungsmittel enthält, und einen Separator mit einem Luftdurchlässigkeitswiderstand von 150 Sekunden oder weniger enthält.
  • Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Herstellen einer Nichtwässriger-Elektrolyt-Energiespeichervorrichtung, enthaltend: Herstellen einer negativen Elektrode, die Lithiummetall enthält; Herstellen eines nichtwässrigen Elektrolyten, der ein fluoriertes Lösungsmittel enthält; und Herstellen eines Separators mit einem Luftdurchlässigkeitswiderstand von 150 Sekunden oder weniger.
  • VORTEILE DER ERFINDUNG
  • Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist es möglich, eine Nichtwässriger-Elektrolyt-Energiespeichervorrichtung bereitzustellen, in der jeder Kurzschluss unterdrückt wird, sowie ein Verfahren zum Herstellen einer solchen Nichtwässriger-Elektrolyt-Energiespeichervorrichtung.
  • Figurenliste
    • 1 ist eine perspektivische Außenansicht, die eine Nichtwässriger-Elektrolyt-Energiespeichervorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
    • 2 ist eine schematische Ansicht, die ein Energiespeichergerät, das eine Vielzahl von Nichtwässriger-Elektrolyt-Energiespeichervorrichtungen gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthält, zeigt.
  • MITTEL ZUM AUSFÜHREN DER ERFINDUNG
  • Zunächst werden die Grundzüge einer Nichtwässriger-Elektrolyt-Energiespeichervorrichtung und eines Verfahrens zum Herstellen der Nichtwässriger-Elektrolyt-Energiespeichervorrichtung beschrieben, die in der vorliegenden Spezifikation offenbart sind.
  • Eine Nichtwässriger-Elektrolyt-Energiespeichervorrichtung gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Nichtwässriger-Elektrolyt-Energiespeichervorrichtung, die eine negative Elektrode, die Lithiummetall enthält, einen nichtwässrigen Elektrolyten, der ein fluoriertes Lösungsmittel enthält, und einen Separator mit einem Luftdurchlässigkeitswiderstand von 150 Sekunden oder weniger enthält.
  • In der Nichtwässriger-Elektrolyt-Energiespeichervorrichtung wird jeder Kurzschluss unterdrückt. Obwohl der Grund dafür nicht klar ist, wird der folgende Grund vermutet. Die Verwendung des Separators mit dem geringen Luftdurchlässigkeitswiderstand homogenisiert die Konzentrationsverteilung der Lithiumionen im nichtwässrigen Elektrolyten in der Nähe der negativen Elektrodenoberfläche, wodurch die Ausfällung und das Wachstum von Dendriten verhindert wird. Zusätzlich verhindert der Film, der auf der negativen Elektrodenoberfläche aus dem nichtwässrigen Elektrolyten, der das fluorierte Lösungsmittel enthält, gebildet wird, die Ausfällung und das Wachstum von Dendriten. Dementsprechend wird davon ausgegangen, dass die Verwendung des nichtwässrigen Elektrolyten, der das fluorierte Lösungsmittel enthält, und des Separators mit einem Luftdurchlässigkeitswiderstand von 150 Sekunden oder weniger das Wachstum von Dendriten verhindert, wodurch jeder Kurzschluss unterdrückt wird. Zusätzlich wird bei der Nichtwässriger-Elektrolyt-Energiespeichervorrichtung jeder Kurzschluss unterdrückt, und damit weist sie auch ein hohes Kapazitätserhaltungsverhältnis in einem Lade-Entlade-Zyklus auf.
  • In diesem Zusammenhang ist der „Luftdurchlässigkeitswiderstand“ ein Wert, der durch das „Gurley-Testverfahren“ gemäß JIS-P 8117 (2009) gemessen wird. Die Testprobe des Separators, der für die Messung verwendet wird, hat Abmessungen von 50 mm×50 mm.
  • Es ist zu beachten, dass der Luftdurchlässigkeitswiderstand des Separators, der in der Nichtwässriger-Elektrolyt-Energiespeichervorrichtung bereitgestellt ist, unter Verwendung des Separators gemessen wird, der aus der Nichtwässriger-Elektrolyt-Energiespeichervorrichtung, die nach dem folgenden Verfahren zerlegt wird, erhalten wird. Zunächst wird die Nichtwässriger-Elektrolyt-Energiespeichervorrichtung entladen, und dann wird die Nichtwässriger-Elektrolyt-Energiespeichervorrichtung unter einer trockenen Atmosphäre zerlegt. Als nächstes wird der Separator entnommen, mit einer Salzsäure mit einer Konzentration von 36 Massenprozent gewaschen, weiter mit entionisiertem Wasser gewaschen und dann einem Vakuumtrocknen bei Normaltemperatur für 10 Stunden oder länger unterzogen. Danach wird der Separator, der der Vakuumtrocknung unterzogen wurde, ausgeschnitten, um eine Testprobe zu erhalten.
  • Es ist zu beachten, dass die negative Elektrode, die in der Nichtwässriger-Elektrolyt-Energiespeichervorrichtung bereitgestellt ist, mindestens in einem geladenen Zustand nur Lithiummetall enthalten muss und in einem entladenen Zustand Lithiummetall enthalten kann oder kein Lithiummetall enthalten kann. Beispielsweise kann die Nichtwässriger-Elektrolyt-Energiespeichervorrichtung so konfiguriert sein, dass Lithiummetall im geladenen Zustand mindestens in einem Teilbereich der negativen Elektrodenoberfläche ausgefällt wird, das Lithiummetall an der negativen Elektrodenoberfläche durch Entladen der Vorrichtung im Wesentlichen vollständig in den nichtwässrigen Elektrolyten eluiert wird und somit im entladenen Zustand an der negativen Elektrodenoberfläche im Wesentlichen kein Lithiummetall vorhanden ist.
  • Der Luftdurchlässigkeitswiderstand beträgt bevorzugt 50 Sekunden oder mehr und 80 Sekunden oder weniger. Die Verwendung des Separators mit einem solchen Luftdurchlässigkeitswiderstand verhindert ferner, dass die Nichtwässriger-Elektrolyt-Energiespeichervorrichtung kurzgeschlossen wird.
  • Der Separator weist bevorzugt ein Substratharz und anorganische Partikel, die in dem Substratharz dispergiert sind, auf. Die Verwendung eines solchen Separators verhindert ferner, dass die Nichtwässriger-Elektrolyt-Energiespeichervorrichtung kurzgeschlossen wird. Obwohl der Grund, warum ein solcher Effekt erzeugt wird, nicht klar ist, werden einige Gründe vermutet, wie beispielsweise die Tatsache, dass das Vorhandensein der anorganischen Partikel den Separator in einer geeigneten porösen Form bereitstellt, und die Tatsache, dass das Vorhandensein der anorganischen Partikel die Festigkeit des Separators erhöht, wodurch der geeigneten porösen Form ermöglicht wird, auch bei unter Druck gesetztem Separator aufrechterhalten zu werden, wobei eine günstige hohe Durchlässigkeit erhalten bleibt.
  • Das positive Elektrodenpotential bei der Ladeschlussspannung bei normalem Gebrauch in der Nichtwässriger-Elektrolyt-Energiespeichervorrichtung ist bevorzugt 4,30 V gegen Li/Li+ oder höher. Das positive Elektrodenpotential bei der Ladeschlussspannung bei normalem Gebrauch wird als gleich oder größer als die obige untere Grenze festgelegt, wodurch ermöglicht wird, die Entladekapazität zu steigern, und ermöglicht wird, die Energiedichte zu steigen. Zusätzlich wird angenommen, dass im Falle eines wiederholten Ladens/Entladens auf ein hohes Potential, so dass das positive Elektrodenpotential 4,30 V gegen Li/Li+ oder höher erreicht, die Menge an Elektrizität, die in der positiven Elektrode für die Zersetzung einer Komponente mit geringer Oxidationsbeständigkeit in dem nichtwässrigen Elektrolyten verwendet wird, zum Beispiel für die Ausfällung und das Wachstum von Dendriten in der negativen Elektrode verwendet wird, wodurch es wahrscheinlicher wird, dass ein Kurzschluss verursacht wird. So ist es möglich, die Vorteile der vorliegenden Erfindung ausreichend darzustellen, um solche Nachteile zu lösen.
  • Ein Verfahren zum Herstellen einer Nichtwässriger-Elektrolyt-Energiespeichervorrichtung gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Herstellen einer Nichtwässriger-Elektrolyt-Energiespeichervorrichtung, enthaltend: Herstellen einer Kombination einer positiven Elektrode mit einer negativen Elektrode, die Lithiummetall enthält, oder einer negativen Elektrode, die einen Oberflächenbereich aufweist, mit der Fähigkeit, Lithiummetall während eines Ladens auszufällen; Herstellen eines nichtwässrigen Elektrolyten, der ein fluoriertes Lösungsmittel enthält; und Herstellen eines Separators mit einem Luftdurchlässigkeitswiderstand von 150 Sekunden oder weniger.
  • Das Herstellungsverfahren weist die Fähigkeit eines Herstellens einer Nichtwässriger-Elektrolyt-Energiespeichervorrichtung auf, in der jeder Kurzschluss unterdrückt wird.
  • Nachfolgend werden die Nichtwässriger-Elektrolyt-Energiespeichervorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und das Verfahren zum Herstellen der Nichtwässriger-Elektrolyt-Energiespeichervorrichtung der Reihe nach beschrieben.
  • < Nichtwässriger-Elektrolyt-Energiespeichervorrichtung>
  • Die Nichtwässriger-Elektrolyt-Energiespeichervorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist eine positive Elektrode, eine negative Elektrode und einen nichtwässrigen Elektrolyten auf. Im Folgenden wird eine Nichtwässriger-Elektrolyt-Sekundärbatterie (im Folgenden auch einfach als „Sekundärbatterie“ bezeichnet) als ein Beispiel für die Nichtwässriger-Elektrolyt-Energiespeichervorrichtung beschrieben. Die positive Elektrode und die negative Elektrode bilden normalerweise eine Elektrodenanordnung, in der die positive Elektrode und die negative Elektrode abwechselnd übereinander angeordnet sind, indem sie mit einem dazwischen angeordneten Separator gestapelt oder gewickelt sind. Die Elektrodenanordnung ist in einem Gehäuse untergebracht, das mit dem nichtwässrigen Elektrolyten gefüllt ist. Der nichtwässrige Elektrolyt ist zwischen der positiven Elektrode und der negativen Elektrode angeordnet. Als Gehäuse kann ein bekanntes Metallgehäuse, ein Harzgehäuse oder dergleichen verwendet werden, das normalerweise als ein Gehäuse einer Sekundärbatterie verwendet wird.
  • (Positive Elektrode)
  • Die positive Elektrode weist ein positives Substrat und eine positive Aktivmaterialschicht auf, die direkt oder mittels eine Zwischenschicht auf dem positiven Substrat angeordnet ist.
  • Das positive Substrat weist Leitfähigkeit auf. „Leitfähigkeit“ aufweisen bedeutet, einen spezifischen Volumenwiderstand von 107 Ω ·cm oder weniger aufzuweisen, der gemäß JIS-H-0505 (1975) gemessen wird, und der Begriff „keine Leitfähigkeit“ bedeutet, dass der spezifische Volumenwiderstand mehr als 107 Ω cm beträgt. Als Material des positiven Substrats wird ein Metall wie Aluminium, Titan, Tantal, rostfreier Stahl oder eine Legierung davon verwendet. Unter diesen sind Aluminium und Aluminiumlegierungen unter dem Gesichtspunkt der Ausgewogenheit von elektrischem Potentialwiderstand, hoher Leitfähigkeit und Kosten bevorzugt. Beispiele der Form der Bildung des positiven Substrats schließen eine Folie und ein Dampfabscheidungsfilm ein, und eine Folie ist unter dem Gesichtspunkt der Kosten bevorzugt. Insbesondere ist eine Aluminiumfolie als positives Substrat bevorzugt. Beispiele des Aluminiums und der Aluminiumlegierung schließen A1085P und A3003P ein, die in JIS-H-4000 (2014) spezifiziert sind.
  • Die durchschnittliche Dicke des positiven Substrats beträgt bevorzugt 3 µm oder mehr und 50 µm oder weniger, bevorzugter 5 µm oder mehr und 40 µm oder weniger, noch bevorzugter 8 µm oder mehr und 30 µm oder weniger, und besonders bevorzugt 10 µm oder mehr und 25 µm oder weniger. Wenn die durchschnittliche Dicke des positiven Substrats innerhalb des obigen Bereichs liegt, ist es möglich, die Energiedichte pro Volumen einer Sekundärbatterie zu erhöhen, während gleichzeitig die Festigkeit des positiven Substrats gesteigert wird. Die „durchschnittliche Dicke“ bezieht sich auf einen Wert, der durch Teilen der Ausschnittmasse im Ausschnitt eines Substrats, das eine vorbestimmte Fläche aufweist, durch die tatsächliche Dichte und Ausschnittfläche des Substrats erhalten wird. Nachfolgend gilt das gleiche auch für die später beschriebenen „durchschnittlichen Dicken“ des negativen Substrats und der negativen Aktivmaterialschicht.
  • Die Zwischenschicht ist eine Beschichtungsschicht auf der Oberfläche des positiven Substrats und enthält leitfähige Partikel wie Kohlenstoffpartikel, um den Kontaktwiderstand zwischen dem positiven Substrat und der positiven Aktivmaterialschicht zu verringern. Die Konfiguration der Zwischenschicht ist nicht besonders beschränkt, und die Zwischenschicht kann beispielsweise aus einer Zusammensetzung gebildet werden, die einen Harzbinder und leitfähige Partikel enthält.
  • Die positive Aktivmaterialschicht wird aus einem sogenannten positiven Komposit gebildet, der ein positives Aktivmaterial enthält. Der positive Komposit, der die positive Aktivmaterialschicht bildet, kann, wenn nötig, optionale Komponenten wie ein leitfähiges Mittel, einen Binder, ein Verdickungsmittel, einen Füllstoff und dergleichen enthalten.
  • Das positive Aktivmaterial kann geeigneter Weise aus bekannten positiven Aktivmaterialien ausgewählt werden. Als positives Aktivmaterial für eine Lithiumionen-Sekundärbatterie wird normalerweise ein Material verwendet, mit der Fähigkeit, Lithiumionen zu speichern und freizusetzen. Beispiele des positiven Aktivmaterials schließen Lithium-Übergangsmetall-Kompositoxide, die eine Kristallstruktur vom α-NaFeO2-Typ aufweisen, Lithium-Übergangsmetall-Oxide, die eine Kristallstruktur vom Spinell-Typ aufweisen, Polyanionenverbindungen, Chalkogenide und Schwefel ein. Beispiele des Lithium-Übergangsmetall-Kompositoxids, das eine Kristallstruktur vom α-NaFeO2-Typ aufweist, schließen Li[LixNi1-x]O2 (0 ≤ x < 0,5), Li[LixNiγCo1-x-γ]O2 (0 ≤ x < 0,5, 0 <γ< 1), Li[LixCo1-x]O2 (0 ≤ x < 0,5), Li[LixNiγMn1-x-γ]O2 (0 ≤ x < 0,5, 0 <γ < 1), Li[LixNiγMnβCo1-x-γ-β]O2 (0 ≤ x < 0,5, 0 <γ, 0 <β, 0,5 <γ+β < 1), und Li[LixNiCoβAl1-x-γ-β]O2 (0 ≤ x < 0,5, 0 < γ, 0 <β , 0,5 <γ+β < 1) ein. Beispiele des Lithium-Übergangsmetall-Kompositoxids, das eine Kristallstruktur vom Spinell-Typ aufweist, schließen LixMn2O4 und LixNiγMn2-γO4 ein. Beispiele der Polyanionenverbindungen schließen LiFePO4, LiMnPO4, LiNiPO4, LiCoPO4, L13V2(PO4)3, Li2MnSiO4 und Li2CoPO4F ein. Beispiele der Chalkogenide schließen Titandisulfid, Molybdändisulfid und Molybdändioxid ein. Ein Teil der Atome oder Polyanionen in diesen Materialien kann durch Atome oder Anionenspezies, die aus anderen Elementen bestehen, substituiert werden. Die Oberflächen dieser Materialien können mit anderen Materialien beschichtet sein. In der positiven Aktivmaterialschicht kann eines dieser Materialien einzeln verwendet werden, oder zwei oder mehr davon können als Mischung verwendet werden.
  • Die durchschnittliche Partikelgröße des positiven Aktivmaterials beträgt bevorzugt beispielsweise 0,1 µm oder mehr und 20 µm oder weniger. Durch Festlegen der durchschnittlichen Partikelgröße des positiven Aktivmaterials als gleich oder größer als die obige untere Grenze ist das positive Aktivmaterial leicht herzustellen oder handzuhaben. Durch Festlegen der durchschnittlichen Partikelgröße des positiven Aktivmaterials als gleich oder kleiner als die obige obere Grenze wird die Elektronenleitfähigkeit der positiven Aktivmaterialschicht verbessert. Hier bedeutet der Begriff „durchschnittliche Partikelgröße“ einen Wert, bei dem eine volumenbasierte integrierte Verteilung, die gemäß JIS-Z-8819-2 (2001) berechnet wird, 50 % beträgt, basierend auf einer Partikelgrößenverteilung, die durch ein Laserbeugungs-/Streuungsverfahren für eine verdünnte Lösung gemessen wurde, die durch Verdünnen von Partikeln mit einem Lösungsmittel gemäß JIS-Z-8825 (2013) erhalten wurde.
  • Ein Zerkleinerer, ein Klassierer oder dergleichen wird verwendet, um Partikel des positiven Aktivmaterials in einer vorbestimmten Form zu erhalten. Beispiele eines Zerkleinerungsverfahrens schließen ein Verfahren, bei dem ein Mörser, eine Kugelmühle, eine Sandmühle, eine Vibrationskugelmühle, eine Planetenkugelmühle, eine Strahlmühle, eine Gegenstrahlmühle, eine Strahlmühle mit wirbelndem Luftstrom oder ein Sieb oder dergleichen verwendet wird. Zum Zeitpunkt des Zerkleinerns kann auch eine Nasszerkleinerung in Gegenwart von Wasser oder einem organischen Lösungsmittel wie Hexan durchgeführt werden. Als Klassierungsverfahren wird je nach Bedarf ein Sieb oder ein Windkraftklassierer oder dergleichen sowohl in trockener und auch in nasser Form verwendet.
  • Der Gehalt des positiven Aktivmaterials in der positiven Aktivmaterialschicht beträgt bevorzugt 70 Massenprozent oder mehr und 98 Massenprozent oder weniger, bevorzugter 80 Massenprozent oder mehr und 97 Massenprozent oder weniger, weiter bevorzugt 90 Massenprozent oder mehr und 96 Massenprozent oder weniger. Der Gehalt der positiven Aktivmaterialpartikel innerhalb des obigen Bereichs ermöglicht einen Anstieg der elektrischen Kapazität der Sekundärbatterie.
  • Das leitfähige Mittel ist nicht besonders beschränkt, solange es ein Material ist, das Leitfähigkeit aufweist. Beispiele eines solchen leitfähigen Mittels schließen kohlenstoffhaltige Materialien, Metalle und leitfähige Keramiken ein. Beispiele der kohlenstoffhaltigen Materialien schließen Graphit und Kohlenstoffschwarz ein. Beispiele der Art des Kohlenstoffschwarzes schließen Ofenschwarz, Acetylenschwarz und Ketjenschwarz ein. Unter diesen sind kohlenstoffhaltige Materialien unter dem Gesichtspunkt der Leitfähigkeit und Beschichtbarkeit bevorzugt. Insbesondere Acetylenschwarz und Ketjenschwarz sind bevorzugt. Beispiele der Form des leitfähigen Mittels schließen eine Pulverform, eine Schichtform oder einer Faserform ein.
  • Der Gehalt des leitfähigen Mittels in der positiven Aktivmaterialschicht beträgt bevorzugt 1 Massenprozent oder mehr und 40 Massenprozent oder weniger, bevorzugter 2 Massenprozent oder mehr und 10 Massenprozent oder weniger. Durch Festlegen des Gehalts des leitfähigen Mittels in dem obigen Bereich kann die Energiedichte der Sekundärbatterie erhöht werden.
  • Beispiele des Binders schließen ein: thermoplastische Harze wie Fluorharz (Polytetrafluorethylen (PTFE), Polyvinylidenfluorid (PVDF) usw.), Polyethylen, Polypropylen und Polyimid; Elastomere wie Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk (EPDM), sulfoniertes EPDM, Styrol-Butadien-Kautschuk (SBR) und Fluorkautschuk; und Polysaccharidpolymere.
  • Der Gehalt des Binders in der positiven Aktivmaterialschicht beträgt bevorzugt 0,5 Massenprozent oder mehr und 10 Massenprozent oder weniger, bevorzugter 1 Massenprozent oder mehr und 6 Massenprozent oder weniger. Wenn der Gehalt des Binders in dem obigen Bereich liegt, kann das Aktivmaterial stabil gehalten werden.
  • Beispiele des Verdickungsmittels schließen Polysaccharidpolymere wie Carboxymethylcellulose (CMC) und Methylcellulose ein. Wenn das Verdickungsmittel eine funktionelle Gruppe aufweist, die mit Lithium reagiert, ist es vorteilhaft, diese funktionelle Gruppe im Voraus durch Methylierung und dergleichen zu deaktivieren. Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist das Verdickungsmittel in einigen Fällen bevorzugt nicht in der positiven Aktivmaterialschicht enthalten.
  • Der Füllstoff ist nicht besonders beschränkt. Beispiele des Füllstoffs schließen Polyolefine wie Polypropylen und Polyethylen, anorganische Oxide wie Siliciumdioxid, Aluminiumoxid, Titandioxid, Calciumoxid, Strontiumoxid, Bariumoxid, Magnesiumoxid und Alumosilikat, Hydroxide wie Magnesiumhydroxid, Calciumhydroxid und Aluminiumhydroxid, Carbonate wie Calciumcarbonat, schwer lösliche ionische Kristalle von Calciumfluorid, Bariumfluorid, Bariumsulfat und dergleichen, Nitride wie Aluminiumnitrid und Siliciumnitrid, und aus mineralischen Rohstoffen gewonnene Substanzen wie Talk, Montmorillonit, Böhmit, Zeolith, Apatit, Kaolin, Mullit, Spinell, Olivin, Sericit, Bentonit und Glimmer sowie künstliche Produkte davon ein. Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist der Füllstoff in einigen Fällen bevorzugt nicht in der positiven Aktivmaterialschicht enthalten.
  • Die positive Aktivmaterialschicht kann ein typisches Nichtmetallelement wie B, N, P, F, Cl, Br oder I, ein typisches Metallelement wie Li, Na, Mg, Al, K, Ca, Zn, Ga, Ge, Sn, Sr und Ba oder ein Übergangsmetallelement wie Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Mo, Zr, Nb oder W als eine Komponente anders als das positive Aktivmaterial, das leitfähige Mittel, den Binder, das Verdickungsmittel und den Füllstoff enthalten.
  • (Negative Elektrode)
  • Die negative Elektrode weist ein negatives Substrat und eine negative Aktivmaterialschicht auf, die direkt oder mittels eine Zwischenschicht auf dem negativen Substrat angeordnet ist. Die Zwischenschicht der negativen Elektrode kann die gleiche Konfiguration aufweisen wie die Zwischenschicht der positiven Elektrode.
  • Obwohl das negative Substrat die gleiche Konfiguration wie das positive Substrat haben kann, werden als Material Metalle wie Kupfer, Nickel, rostfreier Stahl und vernickelter Stahl oder deren Legierungen verwendet, wobei Kupfer oder eine Kupferlegierung bevorzugt ist. Insbesondere ist das negative Substrat bevorzugt eine Kupferfolie. Beispiele der Kupferfolie schließen eine gewalzte Kupferfolie und eine elektrolytische Kupferfolie ein.
  • Die durchschnittliche Dicke des negativen Substrats beträgt bevorzugt 2 µm oder mehr und 35 µm oder weniger, bevorzugter 3 µm oder mehr und 30 µm oder weniger, noch bevorzugter 4 µm oder mehr und 25 µm oder weniger, besonders bevorzugt 5 µm oder mehr und 20 µm oder weniger. Wenn die durchschnittliche Dicke des negativen Substrats innerhalb des oben beschriebenen Bereichs liegt, ist es möglich, die Energiedichte pro Volumen einer Sekundärbatterie zu erhöhen während die Festigkeit des negativen Substrats gesteigert wird.
  • Die negative Aktivmaterialschicht weist Lithiummetall auf. Das Lithiummetall ist eine Komponente, die als negatives Aktivmaterial fungiert. Das Lithiummetall kann als reines Lithiummetall vorhanden sein, das im Wesentlichen nur aus Lithium besteht, oder es kann als Lithiumlegierung vorhanden sein, die andere Metallkomponenten enthält. Beispiele der Lithiumlegierung schließen eine Lithiumsilberlegierung, eine Lithiumzinklegierung, eine Lithiumcalciumlegierung, eine Lithiumaluminiumlegierung, eine Lithiummagnesiumlegierung und eine Lithiumindiumlegierung ein. Die Lithiumlegierung kann zahlreiche Metallelemente anders als Lithium enthalten.
  • Die negative Aktivmaterialschicht kann eine Schicht sein, die im Wesentlichen nur aus Lithiummetall besteht. Der Gehalt an Lithium in der negativen Aktivmaterialschicht kann 90 Massenprozent oder mehr, 99 Massenprozent oder mehr und 100 Massenprozent betragen.
  • Die negative Aktivmaterialschicht kann eine Lithiumfolie oder eine Lithiumlegierungsfolie sein. Die negative Aktivmaterialschicht kann eine nicht poröse Schicht (feste Schicht) sein. Zusätzlich kann die negative Aktivmaterialschicht eine poröse Schicht sein, die Partikel enthält, die Lithiummetall enthalten. Die negative Aktivmaterialschicht, die eine poröse Schicht ist, die Partikel enthält, die Lithiummetall enthalten, kann außerdem beispielsweise Harzpartikel, anorganische Partikel und dergleichen enthalten. Die durchschnittliche Dicke der negativen Aktivmaterialschicht beträgt bevorzugt 5 µm oder mehr und 1 000 µm oder weniger, bevorzugter 10 µm oder mehr und 500 µm oder weniger, noch bevorzugter 30 µm oder mehr und 300 µm oder weniger.
  • Es ist zu beachten, dass im Falle einer Nichtwässriger-Elektrolyt-Energiespeichervorrichtung, bei der das Lithiummetall in einem geladenen Zustand auf mindestens einem Teil der negativen Elektrodenoberfläche ausgefällt wird, das Lithiummetall an der negativen Elektrodenoberfläche durch Entladen der Vorrichtung im Wesentlichen vollständig in den nichtwässrigen Elektrolyten eluiert wird, wobei die negative Elektrode in einem entladenen Zustand keine negative Aktivmaterialschicht aufweisen kann.
  • (Separator)
  • Der Separator ist nicht besonders beschränkt, solange der Separator einen Luftdurchlässigkeitswiderstand von 150 Sekunden oder weniger aufweist, und kann geeigneter Weise aus bekannten Separatoren ausgewählt werden. Als Separator kann beispielsweise ein Separator, der nur aus einer Substratschicht besteht, ein Separator, bei dem eine hitzebeständige Schicht, die hitzebeständige Partikel und einen Binder enthält, auf einer oder beiden Oberflächen der Substratschicht gebildet wird, oder dergleichen verwendet werden. Unter dem Gesichtspunkt des weiteren Unterdrückens von Kurzschlüssen kann ein Separator, der nur aus einer Substratschicht besteht, bevorzugt sein.
  • Beispiele der Form der Substratschicht des Separators schließen ein Gewebe, einen Vliesstoff und einen porösen Harzfilm ein, wobei ein poröser Harzfilm bevorzugt ist. Das Material der Substratschicht des Separators ist typischerweise ein Harz. Als Harz (Substratharz) für das Material der Substratschicht des Separators ist ein Polyolefin wie Polyethylen oder Polypropylen unter dem Gesichtspunkt einer Abschaltfunktion und Polyimid, Aramid oder dergleichen unter dem Gesichtspunkt der Oxidations- und Zersetzungsbeständigkeit bevorzugt. Als Substratschicht des Separators kann ein Material verwendet werden, das durch Kombination dieser Harze erhalten wird.
  • Der Separator weist bevorzugt ein Substratharz und anorganische Partikel auf, die in dem Substratharz dispergiert sind. Die Verwendung des Separators mit den anorganischen Partikeln, die im Substratharz dispergiert sind, verhindert ferner, dass die Nichtwässriger-Elektrolyt-Energiespeichervorrichtung kurzgeschlossen wird. Bei dem Separator, der das Substratharz und die anorganischen Partikel enthält, die in dem Substratharz dispergiert sind, wird die Substratschicht typischerweise aus dem Substratharz und den anorganischen Partikeln gebildet. In diesem Fall ist der Separator bevorzugter ein Separator, der nur aus der Substratschicht besteht, d. h. ein Separator ohne jede andere Schicht, wie beispielsweise einer hitzebeständigen Schicht. Es ist zu beachten, dass die Substratschicht des Separators die darin dispergierten anorganischen Partikel enthält, so dass dem Separator ermöglicht wird, sogar in Abwesenheit einer hitzebeständigen Schicht eine günstige Hitzebeständigkeit aufzuweisen. Die Substratschicht kann ferner darin Komponenten anders als das Substratharz und die anorganischen Partikel enthalten.
  • Beispiele des spezifischen Typs des Substratharzes schließen die oben beschriebenen Harze als ein Material für die Substratschicht des Separators ein.
  • Beispiele des spezifischen Typs für das Materials, die die anorganischen Partikel bilden, schließen Oxide wie Eisenoxid, Siliciumoxid, Aluminiumoxid, Titandioxid, Bariumtitanat, Zirkoniumoxid, Calciumoxid, Strontiumoxid, Bariumoxid, Magnesiumoxid und Alumosilicat; Hydroxide wie Magnesiumhydroxid, Calciumhydroxid und Aluminiumhydroxid; Nitride wie Aluminiumnitrid und Siliciumnitrid; Carbonate wie Calciumcarbonat; Sulfate wie Bariumsulfat; schwer lösliche ionische Kristalle aus Calciumfluorid, Bariumfluorid und dergleichen; kovalent gebundene Kristalle wie Silicium und Diamant; und aus mineralischen Ressourcen gewonnene Substanzen wie Talk, Montmorillonit, Böhmit, Zeolith, Apatit, Kaolin, Mullit, Spinell, Olivin, Serizit, Bentonit und Glimmer sowie künstliche Produkte davon ein. Als anorganische Verbindung kann eine einfache Substanz oder ein Komplex dieser Substanzen allein verwendet werden, oder zwei oder mehr davon können gemischt und verwendet werden. Unter diesen anorganischen Verbindungen ist Siliciumoxid, Aluminiumoxid oder Alumosilicat unter dem Gesichtspunkt der Sicherheit der Nichtwässriger-Elektrolyt-Energiespeichervorrichtung bevorzugt.
  • Der Gehalt der anorganischen Partikel in der Substratschicht beträgt bevorzugt 1 Massenprozent oder mehr und 70 Massenprozent oder weniger, bevorzugter 5 Massenprozent oder mehr und 50 Massenprozent oder weniger, noch bevorzugter 10 Massenprozent oder mehr und 20 Massenprozent oder weniger. Der Gehalt der anorganischen Partikel innerhalb des oben genannten Bereichs verhindert ferner, dass die Nichtwässriger-Elektrolyt-Energiespeichervorrichtung kurzgeschlossen wird. Zusätzlich wird durch den Gehalt der anorganischen Partikel innerhalb des oben genannten Bereichs eine geeignete Ausgewogenheit zwischen der Festigkeit (der Druckfestigkeit in Dickenrichtung) und der Flexibilität, der Reißfestigkeit oder dergleichen erreicht.
  • Die hitzebeständigen Partikel, die in der hitzebeständigen Schicht enthalten sind, haben bevorzugt einen Massenverlust von 5 % oder weniger im Falle eines Erwärmens von Raumtemperatur auf 500° C unter der Atmosphäre und bevorzugter einen Massenverlust von 5 % oder weniger im Falle eines Erwärmens von Raumtemperatur auf 800° C unter der Atmosphäre. Anorganische Verbindungen können als Materialien bezeichnet werden, deren Massenverlust beim Erwärmen kleiner als oder gleich einem vorgegebenen Wert ist. Beispiele der anorganischen Verbindungen schließen die oben beschriebenen Verbindungen ein, die die anorganischen Partikel in der Substratschicht bilden. Unter den anorganischen Verbindungen ist Siliciumoxid, Aluminiumoxid oder Aluminosilicat unter dem Gesichtspunkt der Sicherheit der Nichtwässriger-Elektrolyt-Energiespeichervorrichtung bevorzugt.
  • Der Luftdurchlässigkeitswiderstand des Separators beträgt bevorzugt 30 Sekunden oder mehr und 150 Sekunden oder weniger, bevorzugter 35 Sekunden oder mehr und 100 Sekunden oder weniger, noch bevorzugter 50 Sekunden oder mehr und 80 Sekunden oder weniger. Die Verwendung des Separators mit einem Luftdurchlässigkeitswiderstand innerhalb des oben genannten Bereichs verhindert außerdem, dass die Nichtwässriger-Elektrolyt-Energiespeichervorrichtung kurzgeschlossen wird. Der Luftdurchlässigkeitswiderstand des Separators wird mit der Porosität, der durchschnittlichen Dicke und dergleichen des Separators eingestellt. Zusätzlich kann als Separator mit einem solchen Luftdurchlässigkeitswiderstand ein handelsübliches Produkt verwendet werden.
  • Die durchschnittliche Dicke des Separators beträgt beispielsweise bevorzugt 3 µm oder mehr und 50 µm oder weniger, bevorzugter 10 µm oder mehr und 25 µm oder weniger. Die durchschnittliche Dicke des Separators ist gleich oder größer als die obige untere Grenze, wodurch ermöglicht wird, einen Kurzschluss weiter zu unterdrücken. Im Gegensatz dazu ist die durchschnittliche Dicke des Separators gleich oder geringer als die obige obere Grenze, wodurch eine Steigerung der Energiedichte der Nichtwässriger-Elektrolyt-Energiespeichervorrichtung ermöglicht wird. Es ist zu beachten, dass die durchschnittliche Dicke des Separators als ein durchschnittlicher Wert von Dicken angesehen wird, die an zehn beliebigen Punkten gemessen werden.
  • (Nichtwässriger Elektrolyt)
  • Der nichtwässrige Elektrolyt enthält ein fluoriertes Lösungsmittel. Der nichtwässrige Elektrolyt kann eine nichtwässrige Elektrolytlösung sein, die enthält: ein nichtwässriges Lösungsmittel, das ein fluoriertes Lösungsmittel enthält, und ein Elektrolytsalz, das in dem nichtwässrigen Lösungsmittel gelöst ist.
  • Das fluorierte Lösungsmittel ist ein Lösungsmittel, das ein Fluoratom aufweist. Das fluorierte Lösungsmittel kann ein Lösungsmittel sein, in dem einige oder alle Wasserstoffatome in einer Kohlenwasserstoffgruppe in einem nichtwässrigen Lösungsmittel, das die Kohlenwasserstoffgruppe aufweist, durch Fluoratome substituiert sind. Der nichtwässrige Elektrolyt enthält das fluorierte Lösungsmittel, wodurch jeder Kurzschluss unterdrückt wird. Zusätzlich erhöht die Verwendung des fluorierten Lösungsmittels die Oxidationsbeständigkeit und ermöglicht, dass ein günstiger Lade-Entlade-Zyklus aufrechterhalten wird, selbst im Falle eines Ladens, in dem das positive Elektrodenpotential bei normalem Gebrauch ein hohes Potential erreicht. Beispiele des fluorierten Lösungsmittels schließen fluorierte Carbonate, fluorierte Carbonsäureester, fluorierte Phosphorsäureester und fluorierte Ether ein. Eins der fluorierten Lösungsmittel, oder zwei oder mehr davon können verwendet werden.
  • Unter den fluorierten Lösungsmitteln sind fluorierte Carbonate bevorzugt, und fluorierte cyclische Carbonate und fluorierte Kettencarbonate werden bevorzugter in Kombination verwendet. Die Verwendung des cyclischen Carbonats ermöglicht, dass die Dissoziation des Elektrolytsalzes gefördert wird, um die Ionenleitfähigkeit des nichtwässrigen Elektrolyten zu verbessern. Die Verwendung des fluorierten Kettencarbonats ermöglicht, dass die Viskosität des nichtwässrigen Elektrolyten niedrig gehalten wird. Wenn das fluorierte cyclische Carbonat und das fluorierte Kettencarbonat in Kombination verwendet werden, liegt das Volumenverhältnis des fluorierten cyclischen Carbonats zu dem fluorierten Kettencarbonat (fluoriertes cyclisches Carbonat: fluoriertes Kettencarbonat) bevorzugt in einem Bereich von beispielsweise 5 : 95 bis 50 : 50.
  • Die untere Grenze des Gehaltsverhältnisses des fluorierten Carbonats im fluorierten Lösungsmittel beträgt bevorzugt 50 Volumenprozent, bevorzugter 70 Volumenprozent, noch bevorzugter 90 Volumenprozent. Die obere Grenze des Gehaltsverhältnisses des fluorierten Carbonats in dem fluorierten Lösungsmittel kann 100 Volumenprozent betragen.
  • Beispiele des fluorierten cyclischen Carbonats schließen fluorierte Ethylencarbonate wie Fluorethylencarbonat (FEC) und Difluorethylencarbonat, fluorierte Propylencarbonate und fluorierte Butylencarbonate ein. Unter diesen Carbonaten sind fluorierte Ethylencarbonate bevorzugt, und FEC ist bevorzugter. Das FEC zeigt eine hohe Oxidationsbeständigkeit und weist einen hohen Effekt eines Unterdrückens von Nebenreaktionen (oxidative Zersetzung von nichtwässrigem Lösungsmittel und dergleichen) auf, die zum Zeitpunkt eines Ladens/Entladens der Sekundärbatterie auftreten können.
  • Beispiele der fluorierten Kettencarbonate schließen Trifluormethylethylcarbonat, Trifluorethylmethylcarbonat, Bis(trifluormethyl)carbonat und Bis(trifluorethyl)carbonat ein.
  • Beispiele des fluorierten Carbonsäureesters schließen 3,3,3-Trifluorpropionat-Methyl und 2,2,2-Trifluorethylacetat ein.
  • Beispiele des fluorierten Phosphorsäureesters schließen Tris(2,2-difluorethyl)phosphat und Tris(2,2,2-trifluorethyl)phosphat ein.
  • Beispiele des fluorierten Ethers schließen 1,1,2,2-Tetrafluorethyl-2,2,2-Trifluorethylether, Methylheptafluoropropylether und Methylnonafluorbutylether ein.
  • Das nichtwässrige Lösungsmittel kann ein nichtwässriges Lösungsmittel anders als das fluorierte Lösungsmittel enthalten. Beispiele eines solchen nichtwässrigen Lösungsmittels schließen Carbonate anders als das fluorierte Lösungsmittel, Carbonsäureester, Phosphorsäureester und Ether ein.
  • Die untere Grenze des Gehaltsverhältnisses des fluorierten Lösungsmittels zum gesamten nichtwässrigen Lösungsmittel beträgt bevorzugt 50 Volumenprozent, bevorzugter 70 Volumenprozent, noch bevorzugter 90 Volumenprozent. Das Gehaltsverhältnis des fluorierten Lösungsmittels in dem nichtwässrigen Lösungsmittel wird gesteigert, wodurch ermöglicht wird, die Kurzschlussunterdrückung, die Oxidationsbeständigkeit und dergleichen weiter zu erhöhen.
  • Das Elektrolytsalz kann geeigneter Weise aus bekannten Elektrolytsalzen ausgewählt werden. Beispiele des Elektrolytsalzes schließen ein Lithiumsalz, ein Natriumsalz, ein Kaliumsalz, ein Magnesiumsalz und ein Oniumsalz ein. Unter ihnen ist das Lithiumsalz bevorzugt.
  • Beispiele des Lithiumsalzes schließen anorganische Lithiumsalze wie LiPF6, LiPO2F2, LiBF4, LiClO4, und LiN(SO2F)2, und Lithiumsalze ein, die eine halogenierte Kohlenwasserstoffgruppe aufweisen, wie LiSO3CF3, LiN(SO2CF3)2, LiN(SO2C2F5)2, LiN(SO2CF3)(SO2C4F9), LiC(SO2CF3)3 und LiC(SO2C2F5)3. Unter diesen ist ein anorganisches Lithiumsalz bevorzugt, und LiPF6 ist bevorzugter.
  • Der Gehalt des Elektrolytsalzes in der nichtwässrigen Elektrolytlösung beträgt bevorzugt 0,1 mol/dm3 oder mehr und 2,5 mol/dm3 oder weniger, bevorzugter 0,3 mol/dm3 oder mehr und 2,0 mol/dm3 oder weniger, weiter bevorzugt 0,5 mol/dm3 oder mehr und 1,7 mol/dm3 oder weniger, und besonders bevorzugt 0,7 mol/dm3 oder mehr und 1,5 mol/dm3 oder weniger. Der Gehalt des Elektrolytsalzes innerhalb des oben genannten Bereichs ermöglicht, dass die Ionenleitfähigkeit des nichtwässrigen Elektrolyten gesteigert wird.
  • Der nichtwässrige Elektrolyt kann ein Additiv enthalten. Beispiele des Additivs schließen aromatische Verbindungen wie Biphenyl, Alkylbiphenyl, Terphenyl, teilhydriertes Terphenyl, Cyclohexylbenzol, t-Butylbenzol, t-Amylbenzol, Diphenylether und Dibenzofuran; Teilhalogenide der aromatischen Verbindungen wie 2-Fluorbiphenyl, o-Cyclohexylfluorbenzol und p-Cyclohexylfluorbenzol; halogenierte Anisolverbindungen wie 2,4-Difluoranisol, 2,5-Difluoranisol, 2,6-Difluoranisol und 3,5-Difluoranisol; Bernsteinsäureanhydrid, Glutarsäureanhydrid, Maleinsäureanhydrid, Citraconsäureanhydrid, Glutaconsäureanhydrid, Itaconsäureanhydrid und Cyclohexandicarbonsäureanhydrid; Ethylensulfit, Propylensulfit, Dimethylsulfit, Dimethylsulfat, Ethylensulfat, Sulfolan, Dimethylsulfon, Diethylsulfon, Dimethylsulfoxid, Diethylsulfoxid, Tetramethylensulfoxid, Diphenylsulfid, 4,4'-bis(2,2-Dioxo-1,3,2-Dioxathiolan), 4-Methylsulfonyloxymethyl-2,2-dioxo-1,3,2-dioxathiolan, Thioanisol, Diphenyldisulfid, Dipyridiniumdisulfid, Perfluoroctan, Tristrimethylsilylborat, Tristrimethylsilylphosphat und Tetrakistrimethylsilyltitanat ein. Diese Additive können einzeln verwendet werden, oder zwei oder mehr davon können als Mischung verwendet werden.
  • Der Gehalt des Additivs, das in dem nichtwässrigen Elektrolyten enthalten ist, beträgt bevorzugt 0,01 Massenprozent oder mehr und 10 Massenprozent oder weniger, bevorzugter 0,1 Massenprozent oder mehr und 7 Massenprozent oder weniger, weiter bevorzugt 0,2 Massenprozent oder mehr und 5 Massenprozent oder weniger und besonders bevorzugt 0,3 Massenprozent oder mehr und 3 Massenprozent oder weniger, bezogen auf den gesamten nichtwässrigen Elektrolyten. Wenn der Gehalt des Additivs innerhalb des obigen Bereichs liegt, ist es möglich, die Kapazitätserhaltungsleistung oder die Lade-Entlade-Zyklusleistung nach einer Hochtemperaturlagerung zu verbessern und die Sicherheit weiter zu verbessern.
  • In der Sekundärbatterie (Nichtwässriger-Elektrolyt-Energiespeichervorrichtung) beträgt das positive Elektrodenpotential bei der Ladeschlussspannung bei normalem Gebrauch bevorzugt 4,30 V gegen Li/Li+ oder mehr, bevorzugter 4,35 V gegen Li/Li+ oder mehr und in einigen Fällen weiter bevorzugt 4,40 V gegen Li/Li+ oder mehr. Das positive Elektrodenpotential bei der Ladeschlussspannung wird bei normalem Gebrauch als gleich oder größer als die obige untere Grenze festgelegt, wodurch ermöglicht wird, dass die Entladekapazität gesteigert wird, und ermöglicht wird, dass die Energiedichte gesteigert wird.
  • Es ist zu beachten, dass der Begriff „bei normalem Gebrauch“ die Verwendung der Nichtwässriger-Elektrolyt-Energiespeichervorrichtung unter Anwenden der Ladebedingungen bedeutet, die für die Nichtwässriger-Elektrolyt-Energiespeichervorrichtung empfohlen oder angegeben sind. Wenn beispielsweise ein Ladegerät für die Nichtwässriger-Elektrolyt-Energiespeichervorrichtung hergestellt wird, bezieht sich der Begriff auf einen Fall des Verwendens der Nichtwässriger-Elektrolyt-Energiespeichervorrichtung durch Anwenden des Ladegeräts.
  • Die obere Grenze des positiven Elektrodenpotentials bei der Ladeschlussspannung bei normalem Gebrauch der Sekundärbatterie beträgt beispielsweise 5,0 V gegen Li/Li+ und kann 4,8 V gegen Li/Li+ betragen oder kann 4,7 V gegen Li/Li+ betragen.
  • In der Nichtwässriger-Elektrolyt-Energiespeichervorrichtung wird zumindest ein Teil der Elektrodenanordnung, die aus der positiven Elektrode, der negativen Elektrode und dem Separator besteht, bevorzugt unter Druck gesetzt. Ein solches unter Drucksetzen steigert tendenziell das Kapazitätserhaltungsverhältnis bei wiederholtem Laden/Entladen. Beispielsweise kann die Elektrodenanordnung, die im Gehäuse untergebracht ist, von der Außenseite des Gehäuses, d. h. mittels dem Gehäuse, unter Druck gesetzt werden. Die Elektrodenanordnung wird bevorzugt in der Richtung unter Druck gesetzt, in der sich die positive Elektrode, die negative Elektrode und der Separator gegenseitig überlappen (Dickenrichtung der einzelnen Schichten). Insbesondere werden die positive Aktivmaterialschicht und die negative Aktivmaterialschicht bevorzugt in der Richtung unter Druck gesetzt, in der die Schichten in der Dickenrichtung zusammengedrückt werden. Ein Teil der Elektrodenanordnung (z. B. ein Paar von gekrümmten Teilen oder dergleichen einer flachen Elektrodenanordnung vom gewickelten Typ) kann jedoch keinem unter Drucksetzen unterzogen werden. Außerdem können flache Teile einer laminierten Elektrodenanordnung und einer flachen, Elektrodenanordnung vom gewickelten Typ nur teilweise einem bis keinem unter Drucksetzen unterzogen werden. Der Druck, der auf mindestens einen Teil der oben genannten Elektrodenanordnung, die unter Druck gesetzt wird, ausgeübt wird, oder der Druck, der von außen auf das Gehäuse ausgeübt wird, beträgt bevorzugt 0,01 MPa oder mehr und 2 MPa oder weniger, bevorzugter 0,1 MPa oder mehr und 1,5 MPa oder weniger, noch bevorzugter 0,2 MPa oder mehr und 1 MPa oder weniger. Der Druck wird als gleich oder größer als die obige untere Grenze festgelegt, wodurch ermöglicht wird, das Kapazitätserhaltungsverhältnis zu steigern. Im Gegensatz dazu wird der Druck als gleich oder geringer als die obige obere Grenze festgelegt, wodurch jeder Kurzschluss bei wiederholtem Laden/Entladen weiter unterdrückt wird.
  • Die Elektrodenanordnung kann beispielsweise durch ein unter-Drucksetzungselement, das das Gehäuse von außen unter Druck setzt, unter Druck gesetzt werden. Das unter-Drucksetzungselement kann ein Beschränkungselement sein, das die Form des Gehäuses beschränkt. Das unter-Drucksetzungselement (Beschränkungselement) ist so bereitgestellt, dass es die Elektrodenanordnung von beiden Oberflächen in Richtung der Dicke des Gehäuses einschließt und dann unter Druck setzt. Die Oberflächen der Elektrodenanordnung, die unter Druck gesetzt werden, haben direkten Kontakt mit der Innenfläche des Gehäuses oder mit einem anderen Element, das dazwischen angeordnet ist. Somit wird die Elektrodenanordnung durch unter Drucksetzen des Gehäuses unter Druck gesetzt. Beispiele des unter-Drucksetzungselements schließen ein Beschränkungsband oder einen Metallrahmen ein. Ein Metallrahmen kann beispielsweise so konfiguriert sein, dass er eine einstellbare Last mit einer Schraube oder dergleichen anwendet. Darüber hinaus kann eine Vielzahl von Nichtwässriger-Elektrolyt-Energiespeichervorrichtungen in der Dickenrichtung der Elektrodenanordnung nebeneinander angeordnet und unter Verwendung eines Rahmens oder dergleichen fixiert werden, wobei die Vielzahl der Nichtwässriger-Elektrolyt-Energiespeichervorrichtungen von beiden Enden in der Dickenrichtung unter Druck gesetzt wird.
  • Dendriten haben die Tendenz zu wachsen, wenn die Stromdichte während eines Ladens hoch ist. Dementsprechend kann die Nichtwässriger-Elektrolyt-Energiespeichervorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung geeigneter Weise für eine Anwendung angewendet werden, bei dem ein Laden mit einer hohen Stromdichte durchgeführt wird. Beispiele einer solchen Anwendung schließen eine Stromquelle für ein Kraftfahrzeug wie ein Elektrofahrzeug (EV), ein Hybridelektrofahrzeug (HEV) oder ein Plug-in-Hybridelektrofahrzeug (PHEV), eine Stromquelle für ein Fluggerät wie ein Flugzeug und eine Drohne sowie eine Stromquelle zum Laden mit regenerativer elektrischer Energie ein. Insbesondere ist die Nichtwässriger-Elektrolyt-Energiespeichervorrichtung als Stromquelle für ein Fluggerät geeignet, da die Vorrichtung sowohl eine extrem hohe gravimetrische Energiedichte, die insbesondere für eine Stromquelle für ein Fluggerät erforderlich ist, und auch eine adäquate Lade-Entlade-Zyklusleistung aufweist.
  • Die Form der Nichtwässriger-Elektrolyt-Energiespeichervorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist nicht besonders beschränkt, und Beispiele dafür schließen zylindrische Batterien, prismatische Batterien, Flachbatterien, Münzbatterien und Knopfbatterien ein.
  • 1 zeigt eine Nichtwässriger-Elektrolyt-Energiespeichervorrichtung 1 als Beispiel einer prismatischen Batterie. 1 ist eine perspektivische Ansicht des Inneren eines Gehäuses. Eine Elektrodenanordnung 2, die eine positive und eine negative Elektrode aufweist, die mit einem dazwischen angeordneten Separator gewickelt sind, ist in einem prismatischen Gehäuse 3 untergebracht. Die positive Elektrode ist durch eine positive Elektrodenleitung 41 elektrisch mit einem positiven Elektrodenanschluss 4 verbunden. Die negative Elektrode ist durch eine negative Elektrodenleitung 51 elektrisch mit einem negativen Elektrodenanschluss 5 verbunden.
  • < Konfiguration eines Nichtwässriger-Elektrolyt-Energiespeichergeräts>
  • Die Nichtwässriger-Elektrolyt-Energiespeichervorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform kann als Energiespeichereinheit (Batteriemodul) montiert werden, die durch Anordnen einer Vielzahl von Nichtwässriger-Elektrolyt-Energiespeichervorrichtungen auf einer Stromquelle für Kraftfahrzeuge wie Elektrofahrzeuge (EV), Hybridfahrzeuge (HEV) und Plug-in-Hybridfahrzeuge (PHEV), einer Stromquelle für Fluggeräte wie Flugzeuge und Drohnen, einer Stromquelle für elektronische Geräte wie Personal-Computer und Datenübertragungsendgeräte oder einer Stromquelle für die Stromspeicherung oder dergleichen konfiguriert ist. In diesem Fall kann die Technik gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung auf mindestens eine Nichtwässriger-Elektrolyt-Energiespeichervorrichtung angewendet werden, die in der Energiespeichereinheit enthalten ist.
  • 2 zeigt ein Beispiel eines Energiespeichergeräts 30, das durch Anordnen von Energiespeichereinheiten 20 gebildet wird, in denen jeweils zwei oder mehr elektrisch verbundene Nichtwässriger-Elektrolyt-Energiespeichervorrichtungen 1 angeordnet sind. Das Energiespeichergerät 30 kann eine Stromschiene (nicht abgebildet) zum elektrischen Verbinden von zwei oder mehreren Nichtwässriger-Elektrolyt-Energiespeichervorrichtungen 1 und eine Stromschiene (nicht abgebildet) zum elektrischen Verbinden von zwei oder mehreren Energiespeichereinheiten 20 enthalten. Die Energiespeichereinheit 20 oder das Energiespeichergerät 30 kann einen Zustandsmonitor (nicht abgebildet) enthalten, der den Zustand eines oder mehrerer Nichtwässriger-Elektrolyt-Energiespeichervorrichtungen überwacht.
  • < Verfahren zum Herstellen einer Nichtwässriger-Elektrolyt-Energiespeichervorrichtung>
  • Ein Verfahren zum Herstellen einer Nichtwässriger-Elektrolyt-Energiespeichervorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthält: Herstellen einer Kombination einer positiven Elektrode mit einer negativen Elektrode, die Lithiummetall enthält, oder einer negativen Elektrode, die einen Oberflächenbereich aufweist, mit der Fähigkeit, Lithiummetall während eines Ladens auszufällen; Herstellen eines nichtwässrigen Elektrolyten, der ein fluoriertes Lösungsmittel enthält; und Herstellen eines Separators mit einem Luftdurchlässigkeitswiderstand von 150 Sekunden oder weniger.
  • Ein Herstellen der negativen Elektrode, die Lithiummetall enthält, kann ein Fertigen der negativen Elektrode sein, die Lithiummetall enthält. Die negative Elektrode kann durch Laminieren einer negativen Aktivmaterialschicht, die Lithiummetall enthält, direkt auf ein negatives Substrat oder über das Substrat mit einer dazwischen angeordneten Zwischenschicht und durch Pressen oder dergleichen hergestellt werden. Die negative Aktivmaterialschicht, die Lithiummetall enthält, kann eine Lithiumfolie oder eine Lithiumlegierungsfolie sein. Für eine bestimmte Form und eine geeignete Form der herzustellenden negativen Elektrode kann die oben beschriebene Form als negative Elektrode, die in der Nichtwässriger-Elektrolyt-Energiespeichervorrichtung bereitgestellt wird, angewendet werden.
  • Die negative Elektrode, die einen Oberflächenbereich aufweist, mit der Fähigkeit, Lithiummetall während eines Ladens auszufällen, kann beispielsweise eine negative Elektrode sein, die nur aus einem negativen Substrat besteht. Im Falle eines Herstellens der negativen Elektrode, die einen Oberflächenbereich aufweist, mit der Fähigkeit, Lithiummetall während eines Ladens auszufällen, wird eine positive Elektrode, die ein positives Aktivmaterial enthält, das Lithiumionen enthält, im Voraus für die positive Elektrode hergestellt.
  • Ein Herstellen des nichtwässrigen Elektrolyten, der das fluorierte Lösungsmittel enthält, kann ein Herstellen eines nichtwässrigen Elektrolyten sein, der ein fluoriertes Lösungsmittel enthält. Der nichtwässrige Elektrolyt kann durch Mischen der jeweiligen Komponenten, die den nichtwässrigen Elektrolyten bilden, beispielsweise eines fluorierten Lösungsmittels und anderer Komponenten, hergestellt werden. Für eine bestimmte Form und eine geeignete Form des herzustellenden nichtwässrigen Elektrolyten kann die oben beschriebene Form als nichtwässriger Elektrolyt in der Nichtwässriger-Elektrolyt-Energiespeichervorrichtung angewendet werden.
  • Ein Herstellen des Separators mit einem Luftdurchlässigkeitswiderstand von 150 Sekunden oder weniger kann ein Herstellen oder ein Kaufen eines im kommerziell erhältlichen Produkts eines solchen Separators oder ein Herstellen eines solchen Separators sein. Für eine spezifische Form und eine geeignete Form des herzustellenden Separators kann die oben beschriebene Form als Separator in der Nichtwässriger-Elektrolyt-Energiespeichervorrichtung angewendet werden.
  • Das Verfahren zum Herstellen der Nichtwässriger-Elektrolyt-Energiespeichervorrichtung enthält beispielsweise ein Herstellen oder Fertigen der positiven Elektrode, ein Herstellen oder Fertigen einer negativen Elektrode, ein Herstellen oder Fertigen eines nichtwässrigen Elektrolyten, ein Herstellen oder Fertigen des Separators, Bilden einer Elektrodenanordnung, in der die positive Elektrode und die negative Elektrode abwechselnd übereinander angeordnet sind, indem die positive Elektrode und die negative Elektrode mit einem zwischen den Elektroden angeordneten Separator gestapelt oder gewickelt werden, Unterbringen der positiven Elektrode und der negativen Elektrode (Elektrodenanordnung) in einem Gehäuse und Einspritzen des nichtwässrigen Elektrolyten in das Gehäuse. Die Nichtwässriger-Elektrolyt-Energiespeichervorrichtung kann durch Verschließen einer Einspritzöffnung nach der Einspritzung erhalten werden.
  • < Andere Ausführungsformen>
  • Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die oben genannten Ausführungsformen beschränkt, und es können verschiedene Modifikationen vorgenommen werden, ohne vom Kern der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Beispielsweise kann eine Konfiguration gemäß einer Ausführungsform zusätzlich mit einer Konfiguration gemäß einer weiteren Ausführungsform bereitgestellt werden, oder eine Konfiguration gemäß einer Ausführungsform kann teilweise durch eine Konfiguration gemäß einer weiteren Ausführungsform oder einer bekannten Technik ersetzt werden. Ferner kann ein Teil der Konfiguration gemäß einer Ausführungsform entfernt werden. Darüber hinaus kann die Konfiguration gemäß einer Ausführungsform um eine bekannte Technik ergänzt werden.
  • In der obigen Ausführungsform wurde zwar der Fall beschrieben, in dem die Nichtwässriger-Elektrolyt-Energiespeichervorrichtung als Nichtwässriger-Elektrolyt-Sekundärbatterie (beispielsweise Lithiumionen-Sekundärbatterie) verwendet wird, die geladen und entladen werden kann, doch sind Typ, Form, Größe, Kapazität und dergleichen der Nichtwässriger-Elektrolyt-Energiespeichervorrichtung beliebig. Die Nichtwässriger-Elektrolyt-Energiespeichervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung kann auch auf Kondensatoren wie verschiedene Nichtwässriger-Elektrolyt-Sekundärbatterien, elektrische Doppelschichtkondensatoren und Lithiumionen-Kondensatoren angewendet werden.
  • BEISPIELE
  • Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung anhand von Beispielen näher beschrieben, wobei die vorliegende Erfindung nicht auf die folgenden Beispiele beschränkt ist.
  • Im Folgenden werden die in den Beispielen und Vergleichsbeispielen verwendeten Separatoren dargestellt. Für jedes der Substratharze wurde ein Harz, das durch biaxiales Dehnen hergestellt wurde, verwendet.
    • - Separator A: Separator (ohne jede hitzebeständige Schicht) mit einem Luftdurchlässigkeitswiderstand von 35 Sekunden und einer durchschnittlichen Dicke von 16 pm, bestehend aus einer Substratschicht mit anorganischen Partikeln, die in einem Substratharz (Polyolefin-basiertes Harz) dispergiert sind, wobei der Gehalt der anorganischen Partikel in der Substratschicht: 50 Masseprozent
    • - Separator B: Separator (ohne jede hitzebeständige Schicht) mit einem Luftdurchlässigkeitswiderstand von 45 Sekunden und einer durchschnittlichen Dicke von 16 pm, bestehend aus einer Substratschicht mit anorganischen Partikeln, die in einem Substratharz (Polyolefin-basiertes Harz) dispergiert sind, wobei der Gehalt der anorganischen Partikel in der Substratschicht: 25 Masseprozent.
    • - Separator C: Separator (ohne hitzebeständige Schicht) mit einem Luftdurchlässigkeitswiderstand von 70 Sekunden und einer durchschnittlichen Dicke von 16 pm, bestehend aus einer Substratschicht mit anorganischen Partikeln, die in einem Substratharz (Polyolefin-basiertes Harz) dispergiert sind, wobei der Gehalt der anorganischen Partikel in der Substratschicht: 15 Massenprozent.
    • - Separator D: Separator mit einem Luftdurchlässigkeitswiderstand von 90 Sekunden und einer durchschnittlichen Dicke von 21 µm, bestehend aus: einer Substratschicht, die nur aus einem Substratharz (Polyolefin-basiertes Harz) besteht; und einer hitzebeständigen Schicht
    • - Separator E: Separator mit einem Luftdurchlässigkeitswiderstand von 172 Sekunden und einer durchschnittlichen Dicke von 17 µm, bestehend aus: einer Substratschicht, die nur aus einem Substratharz (Polyolefin-basiertes Harz) besteht; und einer hitzebeständigen Schicht
    • - Separator F: Separator mit einem Luftdurchlässigkeitswiderstand von 286 Sekunden und einer durchschnittlichen Dicke von 25 um, bestehend aus einer Substratschicht, die nur aus einem Substratharz (Polyolefin-basiertes Harz) besteht
    • - Separator G: Separator mit einem Luftdurchlässigkeitswiderstand von 300 Sekunden und einer durchschnittlichen Dicke von 24 um, bestehend aus: einer Substratschicht, die nur aus einem Substratharz (Polyolefin-basiertes Harz) besteht; und einer hitzebeständigen Schicht
  • [Beispiel 1]
  • (Fertigung einer positiven Elektrode)
  • Als positives Aktivmaterial wurde ein Lithium-Übergangsmetall-Kompositoxid verwendet, das eine Kristallstruktur vom α-NaFeO2-Typ aufweist, und durch Li1+αMe1-αO2 (Me war ein Übergangsmetall) dargestellt wird. Dabei betrug das molare Verhältnis Li/Me von Li zu Me 1,33, und Me bestand aus Ni und Mn und war in einem molaren Verhältnis von Ni : Mn = 1 : 2.
  • Eine positive Elektrodenpaste, die das positive Aktivmaterial, Acetylenschwarz (AB) als ein leitfähiges Mittel und Polyvinylidenfluorid (PVDF) als einen Binder in einem Massenverhältnis von 94 : 4,5 : 1,5 enthielt, wurde durch Verwenden von N-Methylpyrrolidon (NMP) als Dispersionsmedium hergestellt. Die positive Elektrodenpaste wurde auf eine Oberfläche einer Aluminiumfolie mit einer durchschnittlichen Dicke von 15 µm als ein positives Substrat aufgetragen und getrocknet, und das Resultierende wurde gepresst und geschnitten, um eine positive Elektrode, die eine positive Aktivmaterialschicht aufweist, zu fertigen, die in einer rechteckigen Form mit einer Breite von 30 mm und einer Länge von 40 mm angeordnet ist.
  • (Fertigung der negativen Elektrode)
  • Auf eine Oberfläche einer Kupferfolie mit einer durchschnittlichen Dicke von 10 µm als ein negatives Substrat wurde eine Lithiumfolie (Lithiummetall: 100 Massenprozent) mit einer durchschnittlichen Dicke von 100 µm als eine negative Aktivmaterialschicht laminiert, gepresst und dann in eine rechteckige Form mit einer Breite von 32 mm und einer Länge von 40 mm geschnitten, wodurch eine negative Elektrode gefertigt wurde.
  • (Herstellung eines nichtwässrigen Elektrolyten)
  • Als ein nichtwässriger Elektrolyt wurde LiPF6 in einer Konzentration von 1 mol/dm3 in einem Lösungsmittelgemisch aus Fluorethylencarbonat (FEC) und 2,2,2-Trifluorethylmethylcarbonat (TFEMC) im Volumenverhältnis von 30 : 70 gelöst.
  • (Fertigung einer Nichtwässriger-Elektrolyt-Energiespeichervorrichtung)
  • Eine Elektrodenanordnung wurde durch Laminieren der positiven Elektrode und der negativen Elektrode mit dem oben erwähnten zwischen den Elektroden angeordneten Separator A hergestellt. Die Elektrodenanordnung wurde in einem Gehäuse untergebracht, dann wurde der nichtwässrige Elektrolyt in das Innere des Gehäuses eingespritzt, und dann wurde eine Öffnung des Gehäuses verschlossen, um eine Nichtwässriger-Elektrolyt-Energiespeichervorrichtung (Sekundärbatterie) zu erhalten, wobei das Gehäuse von außen mit 0,3 MPa gemäß Beispiel 1 unter Druck gesetzt wurde.
  • [Beispiele 2 bis 4 und Vergleichsbeispiele 1 bis 5]
  • Die Nichtwässriger-Elektrolyt-Energiespeichervorrichtungen der Beispiele 2 bis 4 und der Vergleichsbeispiele 1 bis 5 wurden ähnlich zu Beispiel 1 erhalten, außer, dass die Art des Separators und die Zusammensetzung des nichtwässrigen Lösungsmittels für den nichtwässrigen Elektrolyten, wie in Tabelle 1 dargestellt, festgelegt wurden. In der Tabelle steht EC für ein Ethylencarbonat und EMC für ein Ethylmethylcarbonat.
  • (anfängliches Laden/Entladen)
  • Die so erhaltenen jeweiligen Nichtwässriger-Elektrolyt-Energiespeichervorrichtungen wurden einem anfänglichen Laden/Entladen unter den folgenden Bedingungen unterzogen. Bei 25° C wurde ein Laden bei konstantem Strom und konstanter Spannung mit einem Ladestrom von 0,1 C und einer Ladeschlussspannung von 4,60 V durchgeführt. Was die Bedingungen für die Beendigung der Ladung betrifft, so wurde ein Laden durchgeführt, bis der Ladestrom 0,02 C erreichte. Danach wurde eine Pause von 10 Minuten bereitgestellt. Danach wurde ein Entladen bei konstantem Strom mit einem Entladestrom von 0,1 C und einer Entladeschlussspannung von 2,00 V durchgeführt, und dann wurde eine Pause von 10 Minuten bereitgestellt. Dieser Lade-Entlade-Zyklus wurde für 2 Zyklen durchgeführt.
  • (Lade-Entlade-Zyklustest)
  • Anschließend wurde der folgende Lade-Entlade-Zyklustest durchgeführt. Bei 25° C wurde ein Laden bei konstantem Strom und konstanter Spannung mit einem Ladestrom von 1 C und einer Ladeschlussspannung von 4,60 V durchgeführt. Was die Bedingungen für die Beendigung des Ladevorgangs betrifft, so wurde ein Laden durchgeführt, bis der Ladestrom 0,05 C erreichte. Danach wurde ein Entladen bei konstantem Strom mit einem Entladestrom von 1 C und einer Entladeschlussspannung von 2,00 V durchgeführt, und dann wurde eine Pause von 10 Minuten bereitgestellt. Dieser Lade-Entlade-Zyklus wurde wiederholt, und die Anzahl der Zyklen bis zum Verursachen eines Kurzschlusses wurde aufgezeichnet. Bei einer Anzahl von mehr als 25 Zyklen bis zum Verursachen eines Kurzschlusses wurde das Entladekapazitätserhaltungsverhältnis bestimmt. Das Entladekapazitätserhaltungsverhältnis wurde als die Entladekapazität beim 25. Zyklus in Bezug auf die Entladekapazität beim 5. Zyklus angesehen. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 dargestellt. [Tabelle 1]
    Separator Nichtwässriges Lösungsmittel Evaluierung
    Typ Luftdurchlässigkeitswiderstand (Sekunde) Zusammensetzung (Volumenverhältnis) Die Anzahl der Zyklen bis zum Kurzschluss Entladekapazitätsverhältnis (%)
    Beispiel 1 A 35 FEC:TFEMC=30:70 65 97
    Beispiel 2 B 45 FEC:TFEMC=30:70 51 98
    Beispiel 3 C 70 FEC:TFEMC=30:70 140 98
    Beispiel 4 D 90 FEC:TFEMC=30:70 45 98
    Vergleichsbeispiel 1 C 70 EC:EMC=30:70 9 -
    Vergleichsbeispiel 2 E 172 FEC:TFEMC=30:70 19 -
    Vergleichsbeispiel 3 F 286 FEC:TFEMC=30:70 9 -
    Vergleichsbeispiel 4 G 300 FEC:TFEMC=30:70 8 -
    Vergleichsbeispiel 5 F 286 EC:EMC=30:70 5 -
  • Wie aus Tabelle 1 hervorgeht, wurden in den Vergleichsbeispielen 1 und 5, in denen nichtwässrige Elektrolyte, die kein fluoriertes Lösungsmittel enthalten, verwendet wurden, und in den Vergleichsbeispielen 2 bis 5, in denen Separatoren mit einem Luftdurchlässigkeitswiderstand von mehr als 150 Sekunden verwendet wurden, Kurzschlüsse bei einer geringen Anzahl von Zyklen von weniger als 20 verursacht. Im Gegensatz dazu wurde in den Nichtwässriger-Elektrolyt-Energiespeichervorrichtungen gemäß den Beispielen 1 bis 4, die unter Verwendung des nichtwässrigen Elektrolyten, der das fluorierte Lösungsmittel enthält, und des Separators mit einem Luftdurchlässigkeitswiderstand von 150 Sekunden oder weniger, bei einer Anzahl von mehr als 40 Zyklen bis zur Verursachung eines Kurzschlusses, der Kurzschluss ausreichend unterdrückt, auch mit dem Ergebnis des hohen Entladekapazitätserhaltungsverhältnisses. Insbesondere bei der Nichtwässriger-Elektrolyt-Energiespeichervorrichtung gemäß Beispiel 3 wurde der Kurzschluss besonders unterdrückt, wahrscheinlich, weil der Luftdurchlässigkeitswiderstand des Separators besonders geeignet war.
  • INDUSTRIELLE ANWENDBARKEIT
  • Die vorliegende Erfindung kann auf eine Nichtwässriger-Elektrolyt-Energiespeichervorrichtung angewendet werden, die als Stromquelle für elektronische Geräte wie Personal-Computer und Datenübertragungsendgeräte, Automobile und dergleichen verwendet wird.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Nichtwässriger-Elektrolyt-Energiespeichervorrichtung
    2
    Elektrodenanordnung
    3
    Gehäuse
    4
    positiver Elektrodenanschluss
    41
    positive Elektrodenleitung
    5
    negativer Elektrodenanschluss
    51
    negative Elektrodenleitung
    20
    Energiespeichereinheit
    30
    Energiespeichergerät
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • JP 2016100065 A [0002]
    • JP 7245099 A [0002]

Claims (5)

  1. Nichtwässriger-Elektrolyt-Energiespeichervorrichtung, umfassend: eine negative Elektrode, die Lithiummetall umfasst; einen nichtwässrigen Elektrolyten, der ein fluoriertes Lösungsmittel umfasst; und einen Separator mit einem Luftdurchlässigkeitswiderstand von 150 Sekunden oder weniger.
  2. Nichtwässriger-Elektrolyt-Energiespeichervorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei der Luftdurchlässigkeitswiderstand 50 Sekunden oder mehr und 80 Sekunden oder weniger beträgt.
  3. Nichtwässriger-Elektrolyt-Energiespeichervorrichtung gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei der Separator ein Substratharz und anorganische Partikel, die in dem Substratharz dispergiert sind, umfasst.
  4. Nichtwässriger-Elektrolyt-Energiespeichervorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei ein positives Elektrodenpotential bei einer Ladeschlussspannung bei normalem Gebrauch 4,30 V (gegen Li/Li+) oder höher ist.
  5. Verfahren zum Herstellen einer Nichtwässriger-Elektrolyt-Energiespeichervorrichtung, das Verfahren umfassend: Herstellen einer Kombination einer positiven Elektrode mit einer negativen Elektrode, die Lithiummetall umfasst, oder einer negativen Elektrode, die einen Oberflächenbereich aufweist, mit der Fähigkeit, Lithiummetall während eines Ladens auszufällen; Herstellen eines nichtwässrigen Elektrolyten, der ein fluoriertes Lösungsmittel umfasst; und Herstellen eines Separators mit einem Luftdurchlässigkeitswiderstand von 150 Sekunden oder weniger.
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