DE69535472T2 - Nichtwässrige Batterie - Google Patents

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Description

  • Hintergrund der Erfindung
  • Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine neue nichtwässrige Batterie. Die vorliegende Erfindung bezieht sich insbesondere auf eine nichtwässrige Batterie, die Folgendes umfasst: (1) ein Gehäuse, (2) einen nichtwässrigen Elektrolyten, der in einem Zwischenraum enthalten ist, der durch eine innere Wand des Gehäuses definiert wird, und (3) eine spiralig aufgewickelte Elektrodenanordnung, die funktionell mit dem nichtwässrigen Elektrolyten in dem oben erwähnten Zwischenraum untergebracht ist; wobei die spiralig aufgewickelte Elektrodenanordnung eine Kathode (die eine Schicht aus aktivem Kathodenmaterial umfasst), eine Anode (die eine Schicht aus aktivem Anodenmaterial umfasst) und einen Separator umfasst, die zusammen spiralig zu einer spiralig aufgewickelten Struktur aufgewickelt sind, wobei die Schicht aus aktivem Kathodenmaterial und die Schicht aus aktivem Anodenmaterial über den Separator hinweg einander gegenüberliegend angeordnet sind; und wobei die Batterie ein kathodenäquipotentiales Metallsegment aufweist, das in Verbindung mit der Kathode vorliegt, wobei das kathodenäquipotentiale Metallsegment auf wenigstens einer seiner Seiten einen Teil aufweist, der frei von der Schicht aus aktivem Kathodenmaterial ist, was einen kathodenäquipotentialen, exponierten Metallteil (α) ergibt, der sich über eine Länge einer Wicklung oder mehr der spiralig aufgewickelten Struktur in Längsrichtung erstreckt, wobei der kathodenäquipotentiale, exponierte Metallteil (α) einem anodenäquipotentialen, exponierten Metallteil (β) gegenüberliegt, der in Verbindung mit der Anode über eine Länge von einer Wicklung oder mehr der spiralig aufgewickelten Struktur vorliegt. Die vorliegende Erfindung betrifft auch eine nichtwässrige Batterie, die im Wesentlichen die gleiche Konstruktion wie die der oben erwähnten Batterie hat, außer dass anstelle der oben erwähnten spiralig aufgewickelten Elektrodenanordnung eine gestapelte Laminatelektrodenanordnung oder eine zickzackgefaltete Laminatelektrodenanordnung verwendet wird, die jeweils im Wesentlichen die gleiche Kathoden/Separator/Anoden-Struktur haben, wie diejenige der oben erwähnten spiralig aufgewickelten Elektrodenanordnung. Durch die oben erwähnte einzigartige Konstruktion der Batterie der vorliegenden Erfindung ist es möglich geworden, die Sicherheit der Batterie zu gewährleisten, selbst wenn die Batterie einen Unfall erleidet. Wenn die Batterie der vorliegenden Erfindung insbesondere Unfälle erleidet, wie einen Unfall, bei dem das Batteriegehäuse durch einen äußeren Druck gequetscht wird, einen Unfall, bei dem die Batterie durch eine Fehlfunktion eines Ladestromkreises oder dergleichen überladen wird, einen Unfall, bei dem die Batterie von einem Metallnagel oder dergleichen durchdrungen wird, und einen Unfall, bei dem von einer äußeren Hochtemperatur-Wärmequelle Wärme auf die Batterie einwirken gelassen wird, ist die Batterie so anpasst, dass sie leicht einem Kurzschließen zwischen metallischen Segmenten mit sehr niedrigem elektrischen Widerstand unterliegt, wodurch das Auftreten einer schnellen Temperaturerhöhung in der Batterie vermieden wird, so dass die Sicherheit der Batterie gewährleistet werden kann.
  • Stand der Technik
  • Eine konventionelle Lithiumionen-Sekundärbatterie unter Verwendung einer nichtwässrigen Elektrolytflüssigkeit hat im Allgemeinen einen Aufbau, in der eine spiralig aufgewickelten Elektrodenanordnung verwendet wird, wobei die Elektrodenanordnung Folgendes umfasst: eine Kathodenfolie (die durch Beschichtung einer Aluminiumfolie mit einem lithiumhaltigen Mischmetalloxid als aktivem Kathodenmaterial hergestellt wird), eine Anodenfolie (die durch Beschichtung einer Kupferfolie mit einem kohlenstoffartigen Material als aktivem Anodenmaterial hergestellt wird) und einen Separator, der aus einer mikroporösen Polyethylenfolie oder dergleichen (die zwischen der Kathodenfolie und der Anodenfolie angeordnet ist) besteht, die zusammen spiralig zu einer spiralig aufgewickelten Struktur aufgewickelt sind, und in der die Elektrodenanordnung in einem Becher aus Edelstahl untergebracht ist, der als äußere Elektrode wie eine Außenanode fungiert. Bezüglich der Einzelheiten der oben erwähnten Lithiumionen-Sekundärbatterie unter Verwendung einer nichtwässrigen Elektrolytflüssigkeit kann z.B. auf die japanische Offenlegungsschrift Nr. 2-51875 und die japanische Offenlegungsschrift Nr. 5-234620 Bezug genommen werden.
  • Die oben erwähnte Lithiumionen-Sekundärbatterie hat verschiedene vorteilhafte Eigenschaften, wie eine hohe Kapazität, eine hohe Spannung und eine hohe Leistung. Aufgrund der oben erwähnten Eigenschaften der Lithiumionen-Sekundärbatterie ist es jedoch wichtig, die Sicherheit der Batterie zu gewährleisten, wie nachstehend ausführlich beschrieben wird. Um die Sicherheit der Lithiumionen-Sekundärbatterie zu gewährleisten, ist es in der Praxis üblich, eine Lithiumionen-Sekundärbatterie bereitzustellen, die verschiedene Typen von Schutzvorrichtungen aufweist, wie eine Temperatursicherung, eine Stromsicherung und ein PTC-Element, um das Auftreten einer Temperaturerhöhung bei einem Unfall zu verhindern, wie einem Unfall, bei dem ein Kurzschließen zwischen der Kathode und der Anode aufgrund einer Fehlfunktion des Stromkreises oder dergleichen erfolgt. Weiterhin ist es in der Praxis auch üblich, eine Lithiumionen-Sekundärbatterie bereitzustellen, die ein Sicherheitsventil aufweist, um so das Auftreten einer Erhöhung des Innendrucks der Batterie zu verhindern.
  • Es ist jedoch möglich, dass das Kurzschließen der Batterie bei verschiedenen Unfällen auftritt, die von der oben beschriebenen Fehlfunktion eines Stromkreises oder dergleichen verschiedenen sind. Wenn die Batterie z.B. Unfälle erleidet, wie einen Unfall, bei dem das Batteriegehäuse durch einen äußeren Druck gequetscht wird, und einen Unfall, in dem die Batterie durch eine Fehlfunktion eines Ladestromkreises oder dergleichen überladen wird, zerbricht oder schmilzt der zwischen der Kathode und der Anode angeordnete Separator, was ein Kurzschließen zwischen der Kathode und der Anode in der Batterie verursacht. Wenn die Batterie einen Unfall erleidet, bei dem das Batteriegehäuse (das als Anode dient) von einem leitfähigen Teil, wie einem Metallnagel oder dergleichen, durchdrungen wird, erfolgt ein Kurzschließen zwischen der Kathode und dem Eisennagel, der das Gehäuse als Anode durchdringt. Wenn weiterhin die Batterie einen Unfall erleidet, bei dem von einer äußeren Hochtemperatur-Wärmequelle Wärme auf die Batterie einwirken gelassen wird, schmilzt der zwischen der Kathode und der Anode angeordnete Separator eher als die Metalle, die in der Kathode und Anode verwendet werden, wodurch ein Kurzschließen zwischen der Kathode und Anode verursacht wird. Im Hinblick auf eine Batterie, die sich im nicht geladenen oder vollständig entladenen Zustand befindet, ist eine solche Batterie frei von den oben erwähnten Nachteilen. Im Hinblick auf eine Batterie, die sich im geladenen Zustand befindet, beeinflussen die oben erwähnten vorteilhaften Eigenschaften der Batterie (wie eine hohe Kapazität und eine hohe Spannung) jedoch eher negativ die Sicherheit der Batterie. D.h. vom Gesichtspunkt der Sicherheit aus gesehen ist die Lithiumionen-Sekundärbatterie im geladenen Zustand anderen Typen von Batterien eher unterlegen. Man nimmt an, dass der Grund dafür wie folgt ist. In einer Lithiumionen-Sekundärbatterie wird als aktives Kathodenmaterial ein Mischmetalloxid von Lithium, einem Übergangsmetall und gegebenenfalls einem Nicht-Übergangsmetall wie LiCoO2 verwendet. Das oben erwähnte Mischmetalloxid, das als aktives Kathodenmaterial verwendet wird, hat einen relativ hohen Widerstand. Wenn daher ein Kurzschluss-Strom durch das aktive Kathodenmaterial hindurchgeht, wird die Temperatur des aktiven Kathodenmaterials leicht erhöht. Wenn sich zusätzlich dazu die Batterie im geladenen Zustand befindet, liegt das Mischmetalloxid (aktives Kathodenmaterial) in einem instabilen Zustand vor, in dem eine bestimmte Menge an Lithiumatomen aus dem Mischmetalloxid in Form von Lithiumionen freigesetzt ist. Wenn die Temperatur eines solchen aktiven Kathodenmaterials erhöht wird, ist ein Zersetzen des aktiven Kathodenmaterials unter Bildung von aktivem Sauerstoff wahrscheinlich. Daher besteht eine dahingehende Gefahr, dass der erzeugte aktive Sauerstoff mit der Aluminiumfolie (ein Stromabnehmer für die Kathode), die mit dem aktiven Kathodenmaterial beschichtet ist, und/oder einem in dem nichtwässrigen Elektrolyten verwendeten organischen Lösungsmittel heftig reagiert, wodurch die Temperatur der Batterie schnell ansteigt.
  • GB-A-2 225 153 bezieht sich auf eine elektrochemische Zelle, die spiralig aufgewickelte Elektroden und einen Elektrolyten aufweist, der das Plattieren des Anodenmetalls während der Spannungsumkehrung verstärkt. Die Sicherheit solcher Zellen wird durch Konzentrieren des Stroms während der Spannungsumkehrung zwischen einem äußeren Segment der Anode und einer mit der Kathode verbundenen Metallfolie verbessert, wodurch das Anodenmetall nur auf der Metallfolie abgeschieden wird. Somit wird der gefährliche Zustand vermieden, dass Anodenmetall auf der Kathode abgeschieden wird.
  • US-A-4,622,227 stellt eine Konstruktion für spiralig aufgewickelte elektrochemische Zellen bereit, die ihre Sicherheit während eines Missbrauchs einer solchen Spannungsumkehrung verbessert. Die Erfindung umfasst die Kupplung eines ersten Segments eines inerten leitfähigen Metalls an die Kathode und eines Dendrittargets, bestehend aus einem inerten leitfähigen Metall, an die Anode. Wenn diese Elektroden spiralig zusammen aufgewickelt sind, stehen sich die zwei Segmente aus inertem leitfähigen Metall gegenüber, wobei sie durch den Separator körperlich voneinander getrennt gehalten sind, wodurch der Dendrit während der Spannungsumkehrung von dem ersten Segment zu dem Dendrittarget wächst.
  • US-A-4,385,101 offenbart eine elektrochemische Zelle mit zwei Elektroden entgegengesetzter Polarität, die mit einer Elektrolytlösung zusammenwirken, um dazwischen eine elektrische Spannung während des normalen Betriebs zu erzeugen, die so konfiguriert ist, dass Explosionen nach einer forcierten Entladung oder einem Laden minimiert werden, indem wenigstens ein Teil einer Elektrode in enger Nachbarschaft zur anderen Elektrode angeordnet ist, so dass eine niedrige Impedanzbahn zwischen den zwei Elektrodenoberflächen erzeugt wird, wodurch die Menge eines von außen auferlegten Stroms, der durch den Hauptkörper der Zelle fließt, minimiert wird. In einer bevorzugten Ausführungsform haben Teile der zwei Elektroden angrenzende Oberflächen, die durch ein poröses Separatormaterial voneinander getrennt sind, wobei die Oberflächen so ausgewählt sind, dass das Abscheiden eines dendritischen Wachstums von einer Elektrode zur anderen bei Potentialdifferenzen ermöglicht wird, die unterhalb von denjenigen liegen, bei denen eine Elektrolyse erfolgt.
  • Daher ist es erwünscht, eine Lithiumionen-Sekundärbatterie zu entwickeln, die eine hohe Sicherheit aufweist, in der ein Kurzschließen zwischen dem aktiven Kathodenmaterial und der Anode oder das Auftreten einer Temperaturerhöhung, die durch ein solches Kurzschließen verursacht wird, unterdrückt werden kann, selbst wenn die Batterie Unfälle erleidet, wie einen Unfall, bei dem das Batteriegehäuse durch einen äußeren Druck gequetscht wird, einen Unfall, bei dem die Batterie durch eine Fehlfunktion eines Ladestromkreises oder dergleichen überladen wird, einen Unfall, bei dem die Batterie von einem Metallnagel oder dergleichen durchdrungen wird, und einen Unfall, bei dem von einer äußeren Hochtemperatur-Wärmequelle her Wärme auf eine Batterie einwirkt.
  • Kurzbeschreibung der Erfindung
  • Der Erfinder der vorliegenden Erfindung hat ausführliche und intensive Untersuchungen durchgeführt, und zwar mit dem Ziel, eine Lithiumionen-Sekundärbatterie zu entwickeln, die frei von den oben erwähnten Problemen ist, die mit der konventionellen Lithiumionen-Sekundärbatterie verbunden sind. Als Ergebnis wurde unerwarteter Weise gefunden, dass eine nachstehend definierte, spezielle Lithiumionen-Sekundärbatterie selbst bei verschiedenen Unfällen eine hohe Sicherheit aufweist.
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Folgendes:
    • (1) Eine Lithiumionen-Sekundärbatterie, umfassend: (1) ein Gehäuse, (2) einen nichtwässrigen Elektrolyten, der in einem Zwischenraum enthalten ist, der durch eine innere Wand des Gehäuses definiert wird, und (3) eine Elektrodenanordnung, die funktionell mit dem nichtwässrigen Elektrolyten in dem Zwischenraum untergebracht ist; wobei die Elektrodenanordnung (3) aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus einer spiralig aufgewickelten Elektrodenanordnung (3-i), einer gestapelten Laminatelektrodenanordnung (3-ii) und einer zickzackgefalteten Laminatelektrodenanordnung (3-iii) ausgewählt ist; wobei die spiralig aufgewickelte Elektrodenanordnung (3-i) Folgendes umfasst: eine Kathode, die (a-1) eine Kathodenmetallfolie, die als Kathodenstromabnehmer dienen kann, und (a-2) eine Schicht aus aktivem Kathodenmaterial, die auf wenigstens einer Seite der Kathodenmetallfolie (a-1) gebildet ist, umfasst, wobei die Schicht aus aktivem Kathodenmaterial (a-2) ein aktives Kathodenmaterial umfasst, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus einem Mischmetalloxid von Lithium und einem Übergangsmetall und einem Mischmetalloxid von Lithium, einem Übergangsmetall und einem Nichtübergangsmetall, das kein Alkalimetall ist, besteht; eine Anode, die eine Schicht aus aktivem Anodenmaterial umfasst, die ein kohlenstoffartiges Material umfasst; und einen Separator, der sich zwischen der Kathode und der Anode befindet; wobei die Kathode, die Anode und der Separator zusammen spiralig zu einer spiralig aufgewickelten Struktur aufgewickelt sind, wobei die Schicht aus aktivem Kathodenmaterial und die Schicht aus aktivem Anodenmaterial über den Separator hinweg einander gegenüberliegend angeordnet sind; wobei die gestapelte Laminatelektrodenanordnung (3-ii) Folgendes umfasst: eine Menge von elektrisch miteinander verbundenen Kathoden, die jeweils (a'-1) eine Kathodenmetallfolie, die als Kathodenstromabnehmer dienen kann, und (a'-2) eine Schicht aus aktivem Kathodenmaterial, die auf wenigstens einer Seite der Kathodenmetallfolie (a'-1) gebildet ist, umfassen, wobei die Schicht aus aktivem Kathodenmaterial (a'-2) ein aktives Kathodenmaterial umfasst, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus einem Mischmetalloxid von Lithium und einem Übergangsmetall und einem Mischmetalloxid von Lithium, einem Übergangsmetall und einem Nichtübergangsmetall, das kein Alkalimetall ist, besteht; eine Menge von elektrisch miteinander verbundenen Anoden, die jeweils eine Schicht aus aktivem Anodenmaterial umfassen, die ein kohlenstoffartiges Material umfasst; und eine Menge von Separatoren, die sich jeweils zwischen jeder Kathode und jeder Anode befinden; wobei jede Kathode, jede Anode und jeder Separator zu einer gestapelten Laminatstruktur gestapelt sind, wobei die Schicht aus aktivem Kathodenmaterial und die Schicht aus aktivem Anodenmaterial über den Separator hinweg einander gegenüberliegend angeordnet sind; wobei die zickzackgefaltete Laminatelektrodenanordnung (3-iii) Folgendes umfasst: eine Kathode, die (a''-1) eine Kathodenmetallfolie, die als Kathodenstromabnehmer dienen kann, und (a''-2) eine Schicht aus aktivem Kathodenmaterial, die auf wenigstens einer Seite der Kathodenmetallfolie (a''-1) gebildet ist, umfasst, wobei die Schicht aus aktivem Kathodenmaterial (a''-2) ein aktives Kathodenmaterial umfasst, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus einem Mischmetalloxid von Lithium und einem Übergangsmetall und einem Mischmetalloxid von Lithium, einem Übergangsmetall und einem Nichtübergangsmetall, das kein Alkalimetall ist, besteht; eine Anode, die eine Schicht aus aktivem Anodenmaterial umfasst, die ein kohlenstoffartiges Material umfasst; und einen Separator, der sich zwischen der Kathode und der Anode befindet; wobei die Kathode, die Anode und der Separator zusammen zu einer zickzackgefalteten Laminatstruktur gefaltet sind, wobei die Schicht aus aktivem Kathodenmaterial und die Schicht aus aktivem Anodenmaterial über den Separator hinweg einander gegenüberliegend angeordnet sind; wobei die Batterie ein kathodenäquipotentiales Metallsegment aufweist, das in Verbindung mit der Kathode vorliegt, wobei das kathodenäquipotentiale Metallsegment auf wenigstens einer seiner Seiten einen Teil aufweist, der frei von der Schicht aus aktivem Kathodenmaterial ist, was einen kathodenäquipotentialen, exponierten Metallteil (α) ergibt, der eine Länge von einer Wicklung oder mehr der spiralig aufgewickelten Struktur in Bezug auf die spiralig aufgewickelte Elektrodenanordnung (3-i), eine Länge von einer Schicht oder mehr der gestapelten Laminatstruktur in Bezug auf die gestapelte Laminatelektrodenanordnung (3-ii) oder eine Länge von einer Schicht oder mehr der zickzackgefalteten Laminatstruktur in Bezug auf die zickzackgefaltete Laminatelektrodenanordnung (3-iii) aufweist; wobei sich der kathodenäquipotentiale, exponierte Metallteil (α) gegenüber einem anodenäquipotentialen, exponierten Metallteil (β) befindet, wobei der Teil (β) in Verbindung mit der Anode über eine Länge von einer Wicklung oder mehr der spiralig aufgewickelten Struktur in Bezug auf die spiralig aufgewickelte Elektrodenanordnung (3-i), über eine Länge von einer Schicht oder mehr der gestapelten Laminatstruktur in Bezug auf die gestapelte Laminatelektrodenanordnung (3-ii) oder über eine Länge von einer Schicht oder mehr der zickzackgefalteten Laminatstruktur in Bezug auf die zickzackgefaltete Laminatelektrodenanordnung (3-iii) vorliegt.
    • (2) Die Batterie gemäß Punkt (1), wobei das kathodenäquipotentiale Metallsegment auf beiden Seiten einen Teil aufweist, der frei von der Schicht aus aktivem Kathodenmaterial ist.
    • (3) Die Batterie gemäß den Punkten (1) oder (2), wobei die Anode (b-1) eine Anodenmetallfolie, die als Anodenstromabnehmer dienen kann, und (b-2) eine Schicht aus aktivem Anodenmaterial, die auf wenigstens einer Seite der Anodenmetallfolie (b-1) gebildet ist, umfasst oder (b-3) eine Metallfolie als aktives Anodenmaterial, die als Schicht aus aktivem Anodenmaterial und als Anodenstromabnehmer dienen kann, sowie gegebenenfalls (b- 4) eine Anodenstromabnehmer-Metallfolie, die auf wenigstens einer ihrer Seiten an der Metallfolie als aktivem Anodenmaterial (b-3) mit elektrischer Verbindung zu der Metallfolie als aktivem Anodenmaterial befestigt ist, umfasst, und wobei der anodenäquipotentiale, exponierte Metallteil (β) wenigstens ein Vertreter ist, der aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Folgenden besteht: (c) einem exponierten Metallteil auf wenigstens einer Seite der Anodenmetallfolie (b-1), wobei der exponierte Metallteil frei von der Schicht aus aktivem Anodenmaterial (b-2) ist; (d) einem exponierten Metallteil auf wenigstens einer Seite der Metallfolie als aktives Anodenmaterial (b-3); (e) einem exponierten Metallteil auf wenigstens einer Seite der Anodenstromabnehmer-Metallfolie (b-4), wobei der exponierte Metallteil frei von der Metallfolie als aktivem Anodenmaterial (b-3) als Schicht aus aktivem Anodenmaterial ist; und (f) einer metallischen Verlängerung, die eine elektrische Verbindung zu wenigstens einem Ende, das aus dem innersten und dem äußersten Ende der Anodenmetallfolie (b-1), der Metallfolie als aktives Anodenmaterial (b-3) oder der Anodenstromabnehmer-Metallfolie (b-4) ausgewählt ist, aufweist und sich von diesem Ende weg erstreckt.
    • (4) Die Batterie gemäß einem der obigen Punkte (1) bis (3), wobei die Anode (b-1) eine Anodenmetallfolie, die als Anodenstromabnehmer dienen kann, und (b-2) eine Schicht aus aktivem Anodenmaterial, die auf wenigstens einer Seite der Anodenmetallfolie (b-1) gebildet ist, umfasst und es sich bei dem anodenäquipotentialen, exponierten Metallteil (β) um (c) einen exponierten Metallteil von wenigstens einer Seite der Anodenmetallfolie (b-1) handelt, wobei der exponierte Metallteil frei von der Schicht aus aktivem Anodenmaterial (b-2) ist.
    • (5) Die Batterie gemäß einem obigen Punkte (1) bis (4), wobei der kathodenäquipotentiale, exponierte Metallteil (α) wenigstens ein Vertreter ist, der aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Folgenden besteht: (g) einem exponierten Metallteil auf wenigstens einer Seite der Kathodenmetallfolie (a-1) an deren äußerstem Endteil, wobei der exponierte Metallteil frei von der Schicht aus aktivem Kathodenmaterial (a-2) ist; und (h) einer metallischen Verlängerung, die eine elektrische Verbindung zu einem äußersten Ende der Kathodenmetallfolie (a-1) aufweist und sich von diesem weg erstreckt.
    • (6) Die Batterie gemäß einem der obigen Punkte (1) bis (4), wobei der kathodenäquipotentiale, exponierte Metallteil (α) wenigstens ein Vertreter ist, der aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Folgenden besteht: (g') einem exponierten Metallteil auf wenigstens einer Seite der Kathodenmetallfolie (a-1) an deren innerstem Endteil, wobei der exponierte Metallteil frei von der Schicht aus aktivem Kathodenmaterial (a-2) ist; und (h') einer metallischen Verlängerung, die eine elektrische Verbindung zu einem innersten Ende der Kathodenmetallfolie (a-1) aufweist und sich von diesem weg erstreckt.
    • (7) Die Batterie gemäß einem der obigen Punkte (1) bis (6), wobei der kathodenäquipotentiale, exponierte Metallteil (α) eine Elektrodenlasche aufweist, um die Kathode kathodenäquipotential mit einer Außenelektrode zu verbinden, die sich außerhalb der spiralig aufgewickelten Elektrodenanordnung befindet.
    • (8) Die Batterie gemäß einem der obigen Punkte (1) bis (6), wobei der anodenäquipotentiale, exponierte Metallteil (β) eine Elektrodenlasche aufweist, um die Anode anodenäquipotential mit einer Außenelektrode zu verbinden, die sich außerhalb der spiralig aufgewickelten Elektrodenanordnung befindet.
    • (9) Die Batterie gemäß einem der obigen Punkte (1) bis (8), wobei der Separator aus Folgendem besteht: einem ersten Separatorsegment (S1), das sich in wenigstens einem ersten Bereich befindet, in dem die Schicht aus aktivem Kathodenmaterial der Kathode der Schicht aus aktivem Anodenmaterial der Anode gegenüberliegt, und einem zweiten Separatorsegment (S2), das sich in wenigstens einem zweiten Bereich befindet, in dem der kathodenäquipotentiale, exponierte Metallteil (α) dem anodenäquipotentialen, exponierten Metallteil (β) gegenüberliegt, wobei das erste Separatorsegment (S1) aus einem ionendurchlässigen Separatormaterial besteht und das zweite Separatorsegment (S2) aus einem Separatormaterial besteht, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus einem ionenisolierenden Separatormaterial und einem ionendurchlässigen Separatormaterial besteht.
    • (10) Die Batterie gemäß Punkt (9), wobei das zweite Separatorsegment aus einem ionenisolierenden Separatormaterial besteht.
    • (11) Die Batterie gemäß den Punkten (9) oder (10), wobei das zweite Separatorsegment eine Schmelztemperatur hat, die 100 °C oder mehr beträgt und um wenigstens 5 °C niedriger ist als die Schmelztemperatur des ersten Separatorsegments.
    • (12) Die Batterie gemäß einem der obigen Punkte (1) bis (11), wobei die spiralig aufgewickelte Elektrodenanordnung in einem Spiralwickelzentralteil derselben einen darin eingefügten starren oder elastischen Kern aufweist, so dass die Elektrodenanordnung, wenn das Gehäuse einer Druckkraft ausgesetzt ist, sich so anpasst, dass sie zwischen dem Gehäuse und dem Kern zusammengedrückt wird.
  • Eine derartige nichtwässrige Batterie umfasst (1) ein Gehäuse (2) einen nichtwässrigen Elektrolyten, der in einem Zwischenraum enthalten ist, der durch eine innere Wand des Gehäuses definiert wird, und (3) eine spiralig aufgewickelte Elektrodenanordnung, die funktionell mit dem nichtwässrigen Elektrolyten in dem oben erwähnten Zwischenraum untergebracht ist, wobei die spiralig aufgewickelte Elektrodenanordnung Folgendes umfasst: eine Kathode (die eine Schicht aus aktivem Kathodenmaterial umfasst), eine Anode (die eine Schicht aus aktivem Anodenmaterial umfasst) und einen Separator, die zusammen spiralig zu einer spiralig aufgewickelten Struktur aufgewickelt sind, so dass die Schicht aus aktivem Kathodenmaterial und die Schicht aus aktivem Anodenmaterial über den Separator hinweg einander gegenüberliegend angeordnet sind, und wobei die Batterie ein kathodenäquipotentiales Metallsegment aufweist, das in Verbindung mit der Kathode vorliegt, wobei das kathodenäquipotentiale Metallsegment auf wenigstens einer seiner Seiten einen Teil aufweist, der frei von der Schicht aus aktivem Kathodenmaterial ist, was einen kathodenäquipotentialen, exponierten Metallteil ergibt, der sich in der Längsrichtung über eine Länge von einer Wicklung oder mehr der spiralig aufgewickelten Struktur erstreckt, wobei sich der kathodenäquipotentiale, exponierte Metallteil gegenüber einem anodenäquipotentialen, exponierten Metallteil befindet, der in Verbindung mit der Anode über eine Länge von einer Wicklung oder mehr der spiralig aufgewickelten Struktur vorliegt. Durch eine solche einzigartige Konstruktion der nichtwässrigen Batterie unterliegt die Batterie – selbst wenn die Batterie einen Unfall erleidet, bei dem das Gehäuse der Batterie durch einen äußeren Druck gequetscht wird, wodurch ein gleichzeitiges Zerbrechen des Separators (der zwischen der Kathode und der Anode angeordnet ist) an mehreren seiner Teile verursacht wird – gleichzeitig einem Kurzschließen zwischen dem kathodenäquipotentialen, exponierten Metallteil, der frei von aktivem Kathodenmaterial ist, und dem anodenäquipotentialen, exponierten Metallteil, der frei von aktivem Anodenmaterial ist. Da der Kurzschlusswiderstand zwischen den exponierten Metallteilen sehr gering ist, verglichen mit dem Kurzschlusswiderstand zwischen dem aktiven Kathodenmaterial und der Anode, fließt der größte Teil des Kurzschlussstroms durch den kurzschließenden Teil zwischen den exponierten Metallteilen, während fast kein Kurzschlussstrom durch das aktive Kathodenmate rial fließt, und zwar in Übereinstimmung mit der Stromverteilung zwischen den unterschiedlichen kurzschließenden Teilen, die dem Widerstand des entsprechenden kurzschließenden Teils umgekehrt proportional ist. D.h. selbst wenn die oben erwähnte Batterie Unfälle erleidet, wie oben erwähnt wurde, erfolgt ein sicheres inneres Kurzschließen, das nicht mit dem nachteiligen Phänomen verbunden ist, wie eine schnelle Wärmeerzeugung, die einen schnellen Temperaturanstieg der Batterie ergibt. Weiterhin wurde auch gefunden, dass die oben erwähnten Effekte durch die nichtwässrige Batterie erreicht werden können, bei der in einem Gehäuse derselben eine gestapelte Laminatelektrodenanordnung oder eine zickzackgefaltete Laminatelektrodenanordnung untergebracht ist, wobei jede der Elektrodenanordnungen im Wesentlichen die gleiche Struktur wie in der oben erwähnten spiralig aufgewickelten Elektrodenanordnung aufweist, so dass sie einen kathodenäquipotentialen, exponierten Metallteil und einen anodenäquipotentialen, exponierten Metallteil aufweist. Auf der Basis dieser neuen Befunde wurde die vorliegende Erfindung vervollständigt.
  • Demgemäß besteht ein Ziel der vorliegenden Erfindung darin, eine nichtwässrige Batterie bereitzustellen, die eine hohe Sicherheit aufweist, frei von dem Auftreten einer schnellen Wärmebildung ist, die einen schnellen Temperaturanstieg der Batterie ergibt, und die basierend auf einen ganz neuen Idee hergestellt wird, und zwar eine Batterie so zu konstruieren, dass selbst wenn die Batterie Unfälle erleidet, wie einen Unfall, bei dem das Gehäuse der Batterie durch einen äußeren Druck gequetscht wird, einen Unfall, bei dem die Batterie durch eine Fehlfunktion eines Ladestromkreises oder dergleichen überladen wird, einen Unfall, bei dem die Batterie von einem leitfähigen Teil wie einem Metallnagel durchdrungen wird, und einen Unfall, bei dem von einer äußeren Hochtemperatur-Wärmequelle her Wärme auf die Batterie einwirkt, die Batterie so angepasst ist, dass sie leicht einem Kurzschließen zwischen Metallsegmenten, d.h. einem kathodenäquipotentialen, exponierten Metallteil und einem anodenäquipotentialem exponierten Metallteil, unterzogen wird.
  • Die vorhergehenden und andere Ziele, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung sind aus der folgenden ausführlichen Beschreibung zusammen mit den begleitenden Zeichnungen und den beigefügten Ansprüchen ersichtlich.
  • Kurzbeschreibung der Zeichnungen
  • Die Zeichnungen stellen Folgendes dar:
  • 1 ist eine schematische Querschnittsansicht einer nichtwässrigen Batterie gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die eine spiralig aufgewickelte Elektrodenanordnung aufweist.
  • 2 ist eine andere schematische Querschnittsansicht einer nichtwässrigen Batterie von 1, die den Zustand der Batterie zeigt, in dem die Batterie durch einen äußeren Druck gequetscht ist.
  • 3 ist eine schematische Querschnittsansicht einer nichtwässrigen Batterie gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die eine spiralig aufgewickelte Elektrodenanordnung aufweist.
  • 4 ist eine andere schematische Querschnittsansicht einer nichtwässrigen Batterie von 3, die den Zustand der Batterie zeigt, in dem ein Eisennagel in die Batterie eingedrungen ist.
  • 5 ist eine schematische Querschnittsansicht einer nichtwässrigen Batterie gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die eine spiralig aufgewickelte Elektrodenanordnung aufweist.
  • 6 ist eine schematische Querschnittsansicht einer nichtwässrigen Batterie gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die eine spiralig aufgewickelte Elektrodenanordnung aufweist.
  • 7 ist eine schematische Querschnittsansicht einer nichtwässrigen Batterie gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die eine spiralig aufgewickelte Elektrodenanordnung aufweist.
  • 8 ist eine schematische Querschnittsansicht einer nichtwässrigen Batterie gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die eine spiralig aufgewickelte Elektrodenanordnung aufweist.
  • 9 ist eine schematische Querschnittsansicht einer nichtwässrigen Batterie gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die eine gestapelte Laminatelektrodenanordnung aufweist.
  • 10 ist eine schematische Querschnittsansicht einer nichtwässrigen Batterie gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die eine gestapelte Laminatelektrodenanordnung aufweist.
  • 11 ist eine schematische Querschnittsansicht einer nichtwässrigen Batterie gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die eine zickzackgefaltete Laminatelektrodenanordnung aufweist.
  • 12 ist eine schematische Querschnittsansicht einer nichtwässrigen Batterie gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die eine zickzackgefaltete Laminatelektrodenanordnung aufweist.
    • 1
    Kathodenmetallfolie
    2
    Schicht aus aktivem Kathodenmaterial
    3
    Kathode
    4
    Anodenmetallfolie
    5
    Schicht aus aktivem Anodenmaterial
    6
    Anode
    7
    Separator aus einem ionendurchlässigen Separatormaterial
    8
    Gehäuse
    9
    metallische Verlängerung von einer Kathodenmetallfolie
    10
    Kathodenlasche
    11
    metallische Verlängerung von einer Anodenmetallfolie
    12
    Anodenlasche
    13
    rohrförmiger Kern
    14
    Kern mit einem Schlitz
    15
    Separator aus einem ionenisolierenden Material
    16
    Separator aus einem Material mit einer relativ niedrigen Schmelztemperatur
    17
    Separator mit einer Dicke, die geringer ist als diejenige des obigen Separators 7
    18
    elektrisch leitfähiges, steifes oder elastisches Teil
    19
    Eisennagel
  • Ausführliche Beschreibung der vorliegenden Erfindung
  • In einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine nichtwässrige Batterie bereitgestellt, die Folgendes umfasst: (1) ein Gehäuse, (2) einen nichtwässrigen Elektrolyten, der in einem Zwischenraum enthalten ist, der durch eine innere Wand des Gehäuses definiert wird, und (3) eine spiralig aufgewickelte Elektrodenanordnung, die funktionell mit dem nichtwässrigen Elektrolyten in dem Zwischenraum untergebracht ist,
    wobei die spiralig aufgewickelte Elektrodenanordnung (3) Folgendes umfasst:
    eine Kathode, die (a-1) eine Kathodenmetallfolie, die als Kathodenstromabnehmer dienen kann, und (a-2) eine Schicht aus aktivem Kathodenmaterial, die auf wenigstens einer Seite der Kathodenmetallfolie (a-1) gebildet ist, umfasst,
    eine Anode, die eine Schicht aus aktivem Anodenmaterial umfasst, und
    einen Separator, der sich zwischen der Kathode und der Anode befindet,
    wobei die Kathode, die Anode und der Separator zusammen spiralig zu einer spiralig aufgewickelten Struktur aufgewickelt sind, wobei die Schicht aus aktivem Kathodenmaterial und die Schicht aus aktivem Anodenmaterial über den Separator hinweg einander gegenüberliegend angeordnet sind,
    wobei die Batterie ein kathodenäquipotentiales Metallsegment aufweist, das in Verbindung mit der Kathode vorliegt, wobei das kathodenäquipotentiale Metallsegment auf wenigstens einer seiner Seiten einen Teil aufweist, der frei von der Schicht aus aktivem Kathodenmaterial ist, was einen kathodenäquipotentialen, exponierten Metallteil (α) ergibt, der sich in Längsrichtung über eine Länge einer Wicklung oder mehr der spiralig aufgewickelten Struktur erstreckt,
    wobei sich der kathodenäquipotentiale, exponierte Metallteil (α) gegenüber einem anodenäquipotentialen, exponierten Metallteil (β) befindet, wobei der Teil (β) in Verbindung mit der Anode sich über eine Länge von einer Wicklung oder mehr der spiralig aufgewickelten Struktur erstreckt.
  • In der vorliegenden Erfindung soll der Ausdruck "kathodenäquipotentialer, exponierter Metallteil" einen exponierten Metallteil bedeuten, der ein dem Potential der Kathode äquivalentes Potential aufweist. Gleichermaßen soll der hierin verwendete Ausdruck "anodenäquipotentialer, exponierter Metallteil" einen exponierten Metallteil bedeuten, der ein dem Potential der Anode äquivalentes Potential aufweist.
  • Im Hinblick auf die nichtwässrige Batterie der vorliegenden Erfindung erfolgt nachstehend eine ausführliche Beschreibung.
  • Wie oben erwähnt wurde, umfasst gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die nichtwässrige Batterie der vorliegenden Erfindung Folgendes: (1) ein Gehäuse, (2) einen nichtwässrigen Elektrolyten, der in einem Zwischenraum enthalten ist, der durch eine innere Wand des Gehäuses definiert wird, und (3) eine spiralig aufgewickelte Elektrodenanordnung, die funktionell mit dem nichtwässrigen Elektrolyten in dem Zwischenraum untergebracht ist. In der oben erwähnten Batterie umfasst die spiralig aufgewickelte Elektrodenanordnung (3) eine Kathode, die (a-1) eine Kathodenmetallfolie, die als Kathodenstromabnehmer dienen kann, und (a-2) eine Schicht aus aktivem Kathodenmaterial, die auf wenigstens einer Seite der Kathodenmetallfolie (a-1) gebildet ist, umfasst, eine Anode, die eine Schicht aus aktivem Anodenmaterial umfasst, und einen Separator, der zwischen der Kathode und Anode angeordnet ist. Die Kathode, die Anode und der Separator sind spiralig zu einer spiralig aufgewickelten Struktur aufgewickelt, wobei die Schicht aus aktivem Kathodenmaterial und die Schicht aus aktivem Anodenmaterial über den Separator hinweg einander gegegenüberliegend angeordnet sind.
  • Das charakteristische Merkmal der nichtwässrigen Batterie gemäß dieser Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die eine spiralig aufgewickelte Elektrodenanordnung aufweist, besteht darin, dass die Batterie ein kathodenäquipotentiales Metallsegment aufweist, das in Verbindung mit der Kathode vorliegt, wobei das kathodenäquipotentiale Metallsegment auf wenigstens einer seiner Seiten einen Teil aufweist, der frei von einer Schicht aus aktivem Kathodenmaterial ist, um einen kathodenäquipotentialen, exponierten Metallteil (α) bereitzustellen, der sich über eine Länge einer Wicklung oder mehr der spiralig aufgewickelten Struktur erstreckt, wobei der kathodenäquipotentiale, exponierte Metallteil (α) dem anodenäquipotentialen, exponierten Metallteil (β) gegenüberliegt, wobei der Teil (β) in Verbindung mit der Anode über eine Länge einer Wicklung oder mehr der spiralig aufgewickelten Struktur vorliegt.
  • In der vorliegenden Erfindung wird es bevorzugt, dass die oben erwähnte Anode Folgendes umfasst: (b-1) eine Anodenmetallfolie, die als Anodenstromabnehmer dienen kann, und (b-2) eine Schicht aus aktivem Anodenmaterial, die auf wenigstens einer Seite der Anodenmetallfolie (b-1) ausgebildet ist, oder (b-3) eine Metallfolie als aktives Anodenmaterial, die als Schicht aus aktivem Anodenmaterial und als Anodenstromabnehmer dienen kann, und gegebenenfalls (b-4) eine Anodenstromabnehmer-Metallfolie, die auf wenigstens einer ihrer Seiten an der Metallfolie als aktivem Anodenmaterial (b-3) mit elektrischer Verbindung zu der Anodenstromabnehmer-Metallfolie befestigt ist.
  • Weiterhin wird es in der vorliegenden Erfindung bevorzugt, dass der oben erwähnte anodenäquipotentiale, exponierte Metallteil (β) wenigstens ein Vertreter ist, der aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Folgendem besteht: (c) einem exponierten Metallteil auf wenigstens einer Seite der Anodenmetallfolie (b-1), wobei der exponierte Metallteil frei von der Schicht aus aktivem Anodenmaterial (b-2) ist; (d) einem exponierten Metallteil auf wenigstens einer Seite der Metallfolie als aktives Anodenmaterial (b-3); (e) einem exponierten Metallteil auf wenigstens einer Seite der Anodenstromabnehmer-Metallfolie (b-4), wobei der exponierte Metallteil frei von der Metallfolie als aktivem Anodenmaterial (b-3) als Schicht aus aktivem Anodenmaterial ist; und (f) einer metallischen Verlängerung, die eine elektrische Verbindung zu wenigstens einem Ende, das aus dem innersten und dem äußersten Ende der Anodenmetallfolie (b-1), der Metallfolie als aktives Anodenmaterial (b-3) oder der Anodenstromabnehmer-Metallfolie (b-4) ausgewählt ist, aufweist und sich von diesem Ende weg erstreckt.
  • In der vorliegenden Erfindung wird es bevorzugt, dass die Batterie eine Konstruktion aufweist, in der der oben erwähnte kathodenäquipotentiale, exponierte Metallteil (α) wenigstens ein Vertreter ist, der aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Folgendem besteht: (g) einem exponierten Metallteil auf wenigstens einer Seite der Kathodenmetallfolie (a-1) an deren äußerstem Endteil, wobei der exponierte Metallteil frei von der Schicht aus aktivem Kathodenmaterial (a-2) ist; und (h) einer metallischen Verlängerung, die eine elektrische Verbindung zu einem äußersten Ende der Kathodenmetallfolie (a-1) aufweist und sich von diesem weg erstreckt.
  • Durch die oben erwähnte Konstruktion der Batterie hat die Batterie z.B. die folgenden Vorteile. Selbst wenn die Batterie mit einem Metallgehäuse, das als Anode dient, einen Unfall erleidet, bei dem das Gehäuse von einem leitfähigen Teil wie einem Metallnagel von der Außenseite der Batterie her durchdrungen wird, durchdringt das leitfähige Teil, das das Gehäuse als Anode durchdringt, auch einen Separator, so dass ein Kurzschließen mit geringem Widerstand zwischen dem leitfähigen Teil, das das Anodengehäuse durchdringt (die innere Wand, die als anodenäquipotentialer, exponierter Metallteil (β) fungiert, wie nachstehend erklärt wird), und dem kathodenäquipotentialen, exponierten Metallteil (α), der frei von einer Schicht aus aktivem Kathodenmaterial ist, erfolgt.
  • Selbst wenn die Batterie zudem einen Unfall erleidet, bei dem die Batterie von einer äußeren Hochtemperatur-Wärmequelle her Wärme ausgesetzt wird, erfolgt ein sicheres Kurzschließen in der Batterie, ohne dass sie eine große Temperaturerhöhung erleidet, und zwar aus den folgenden Gründen. In der oben erwähnten Batterie liegt die äußerste Separatorschicht mit einer Wicklung in der Elektrodenanordnung näher zum Gehäuse vor als die anderen Teile des Separators. Wenn die Batterie daher Wärme ausgesetzt wird, wird verursacht, dass die oben erwähnte äußerste Separatorschicht mit einer Wicklung eher schmilzt als die anderen Teile des Separators, so dass ein Kurzschließen mit geringem Widerstand zwischen dem kathodenäquipotentialen, exponierten Metallteil (α) und dem metallischen Anodengehäuse erfolgt, während fast kein Strom durch das aktive Kathodenmaterial fließt. In der Batterie mit der oben erwähnten Konstruktion ist der anodenäquipotentiale, exponierte Metallteil (β) [der dem oben erwähnten kathodenäquipotentialen, exponierten Metallteil (α) gegenüberliegt] nicht auf das Anodengehäuse beschränkt und kann z.B. ein exponierter Teil der Anodenmetallfolie sein.
  • Hinsichtlich des Gehäuses lässt sich sagen, dass dasselbe entweder als Kathode oder als Anode dienen kann. Demgemäß kann die Innenwand des Gehäuses, das als eine Kathode dient, als kathodenäquipotentialer, exponierter Metallteil (α) dienen, oder alternativ dazu kann die Innenwand des Gehäuses, das als eine Anode dient, als anodenäquipotentialer, exponierter Metallteil (β) dienen. Weiterhin kann das oben erwähnte Gehäuse aus einem Kunststoffmaterial bestehen, so dass das Gehäuse weder als Kathode noch als Anode dient. In diesem Fall kann das Kunststoffgehäuse mit einer Außenelektrode versehen sein.
  • In der vorliegenden Erfindung wird es auch bevorzugt, dass die Batterie eine Konstruktion aufweist, in der der oben erwähnte kathodenäquipotentiale Metallteil (α) wenigstens ein Vertreter ist, der aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Folgenden besteht: (g') einem exponierten Metallteil auf wenigstens einer Seite der Kathodenmetallfolie (a-1) an deren innerstem Endteil, wobei der exponierte Metallteil frei von der Schicht aus aktivem Kathodenmaterial (a-2) ist; und (h') einer metallischen Verlängerung, die eine elektrische Verbindung zu einem innersten Ende der Kathodenmetallfolie (a-1) aufweist und sich von diesem weg erstreckt.
  • Die Batterie der oben erwähnten Konstruktion hat die folgenden Vorteile. Wenn die Batterie eine Druckkraft erleidet und langsam zerdrückt wird, erleidet der innerste Teil der spiralig aufgewickelten Elektrodenanordnung einen hohen Druck, verglichen mit den anderen Teilen der spiralig aufgewickelten Elektrodenanordnung (der Grund dafür besteht darin, dass die Wicklungsdurchmesser des innersten Teils der Elektrodenanordnung kleiner sind als diejenigen der äußeren Teile der Elektrodenanordnung), so dass der Teil des Separators, der im innersten Teil der Elektrodenanordnung angeordnet ist, wahrscheinlich eher bricht als die äußeren Teile des Separators. Daher erfolgt in dieser Batterie ein Kurzschließen mit geringem Widerstand schnell und sicher zwischen dem kathodenäquipotentialen, exponierten Metallteil (α) und dem anodenäquipotentialen, exponierten Metallteil (β). Selbst wenn ein Kurzschließen mit hohem Widerstand danach zwischen der Schicht aus aktivem Kathodenmaterial und der Anode erfolgt, die jeweils einen hohen Widerstand haben, fließt aus diesem Grund der Kurzschlussstrom nicht durch den Teil, in dem ein solches Kurzschließen mit hohem Widerstand erfolgt, wodurch das Auftreten einer Temperaturerhöhung des aktiven Kathodenmaterials verhindert wird und ein sicheres inneres Kurzschließen in der Batterie erreicht wird.
  • In der Batterie der vorliegenden Erfindung ist bezüglich der Länge eines gegenüberliegenden Teils in der spiralig aufgewickelten Elektrodenanordnung, an der der kathodenäquipotentiale, exponierte Metallteil (α) dem oben erwähnten anodenäquipotentialen, exponierten Metallteil (β) gegenüberliegt, die Verbesserung der Sicherheit der Batterie umso wirksamer, je größer die Länge des gegenüberliegenden Teils ist. Daher wird es bevorzugt, dass die Länge des gegenüberliegenden Teils so groß wie möglich ist. Wenn die Länge des gegenüberliegenden Teils jedoch zu groß ist, wird die Entladungskapazität der Batterie wahrscheinlich gering. Daher wird es bevorzugt, dass der gegenüberliegende Teil in der spiralig aufgewickelten Elektrodenanordnung in einer Länge von 1 bis 10 Wicklungen, besonders bevorzugt von 2 bis 4 Wicklungen vorliegt.
  • Weiterhin wird es bevorzugt, dass die Batterie der vorliegenden Erfindung eine Konstruktion hat, in der der oben erwähnte kathodenäquipotentiale, exponierte Metallteil (α) auf seinen beiden Seiten einen Anteil, der frei von einer Schicht aus aktivem Kathodenmaterial ist, über eine Länge von 1 Wicklung oder mehr aufweist. Die Batterie mit einer solchen Konstruktion ist dahingehend vorteilhaft, dass selbst wenn die Batterie einen Unfall erleidet, wie einen Unfall, bei dem die Batterie durch einen äußeren Druck innerhalb einer kurzen Zeitspanne zerquetscht wird, so dass ein Reißen des Separators (der zwischen der Kathode und der Anode angeordnet ist) an verschiedenen Teilen desselben beinahe gleichzeitig erfolgt, oder einen Unfall, bei dem die Stromabnehmerfolie an mehreren Teilen von einem leitfähigen Teil mit einer scharfen Spitze, wie einem Eisennagel, durchdrungen wird, ein sicheres Kurzschließen mit niedrigem Widerstand zwischen beiden exponierten Metallanteilen erfolgt.
  • In der vorliegenden Erfindung kann die Batterie eine Konstruktion aufweisen, in der der oben erwähnte kathodenäquipotentiale, exponierte Metallteil (α) eine Elektrodenlasche für das kathodenäquipotentiale Verbinden der Kathode mit der Außenelektrode, die außerhalb der spiralig aufgewickelten Elektrodenanordnung angeordnet ist, aufweist.
  • Eine Batterie einer derartigen Konstruktion ist in den folgenden Punkten vorteilhaft. Wenn die Batterie einen Unfall erleidet, in dem die Batterie durch eine Fehlfunktion eines Ladestromkreises oder dergleichen überladen wird, wird verursacht, dass eine große Strommenge durch die Elektrodenlasche fließt, so dass die Temperatur eines Teils genau um die Elektrodenlasche herum höher wird als die Temperaturen der anderen Teile in der Batterie. Als Ergebnis wird verursacht, dass ein Teil des Separators, der zwischen der Elektrodenlasche und dem anodenäquipotentialen, exponierten Metallteil (β) angeordnet ist, eher schmilzt als die anderen Anteile des Separators, wodurch ein Kurzschließen mit niedrigem Widerstand zwischen dem kathodenäquipotentialen, exponierten Metallteil (α) (auf dem die Elektrodenlasche vorliegt) und dem anodenäquipotentialen, exponierten Metallteil (β) verursacht wird.
  • Daher erfolgt in der Batterie der oben erwähnten Konstruktion ein sicheres Kurzschließen, ohne dass die Batterie eine große Temperaturerhöhung erleidet, die aufgrund der thermischen Zersetzung des aktiven Kathodenmaterials oder dergleichen verursacht wird.
  • Im Falle eines Kurzschließens zwischen dem anodenäquipotentialen, exponierten Metallteil (β) und einer Außenelektrode (wie einem Kathodengehäuse), die mit der Kathode durch eine Elektrodenlasche an ihrer Schweißstelle, die einen geringen Widerstand hat [wobei die Außenelektrode als kathodenäquipotentialer, exponierter Metallteil (α) fungiert], kathodenäquipotential verbunden ist, ist es jedoch wahrscheinlich, dass der Kurzschlusswiderstand nicht ausreichend niedrig ist, verglichen mit dem Kurzschlusswiderstand bei dem Kurzschließen zwischen dem anodenäquipotentialen, exponierten Metallteil (β) und dem oben erwähnten exponierten Metallteil (g) oder (g') und/oder der oben erwähnten metallischen Verlängerung (h) oder (h').
  • Weiterhin kann die Batterie der vorliegenden Erfindung eine Konstruktion aufweisen, in der der oben erwähnte anodenäquipotentiale, exponierte Metallteil (β) eine Elektrodenlasche für das anodenäquipotentiale Verbinden der Anode mit einer Außenelektrode, die außerhalb der spiralig aufgewickelten Elektrodenanordnung angeordnet ist, aufweist.
  • Die Batterie mit einer derartigen Konstruktion ist in den folgenden Punkten vorteilhaft. Wenn die Batterie einen Unfall erleidet, in dem die Batterie durch eine Fehlfunktion eines Ladestromkreises oder dergleichen überladen wird, wird verursacht, dass eine große Strommenge durch die Elektrodenlasche fließt, so dass die Temperatur eines Teils genau um die Elektrodenlasche herum höher wird als die Temperaturen der anderen Teile in der Batterie. Als Ergebnis wird verursacht, dass ein Teil des Separators, der zwischen der Elektrodenlasche und dem kathodenäquipotentialen, exponierten Metallteil (α) angeordnet ist, eher schmilzt als die anderen Anteile des Separators, wodurch ein Kurzschließen mit niedrigem Widerstand zwischen dem kathodenäquipotentialen, exponierten Metallteil (α) und dem anodenäquipotentialen, exponierten Metallteil (β) (auf dem die Elektrodenlasche vorliegt) verursacht wird.
  • Daher erfolgt in der Batterie der oben erwähnten Konstruktion ein sicheres Kurzschließen, ohne dass die Batterie eine große Temperaturerhöhung erleidet, die aufgrund der thermischen Zersetzung des aktiven Kathodenmaterials oder dergleichen verursacht wird.
  • Im Falle eines Kurzschließens zwischen dem kathodenäquipotentialen, exponierten Metallteil (α) und einer Außenelektrode (wie einem Anodengehäuse), die mit der Anode durch eine Elektrodenlasche an ihrer Schweißstelle, die einen geringen Widerstand hat [wobei die Außenelektrode als anodenäquipotentialer, exponierter Metallteil (β) fungiert] anodenäquipotential verbunden ist, ist es jedoch wahrscheinlich, dass der Kurzschlusswiderstand nicht ausreichend niedrig ist, verglichen mit dem Kurzschlusswiderstand bei dem Kurzschließen zwischen dem kathodenäquipotentialen, exponierten Metallteil (α) und wenigstens einem Vertreter, der aus den exponierten metallischen Teilen (c) bis (e) und der metallischen Verlängerung ausgewählt ist.
  • Für die oben erwähnte metallische Verlängerung, die eine elektrische Verbindung zu wenigstens einem innersten Ende und/oder äußersten Ende der Stromabnehmermetallfolie aufweist und sich davon weg erstreckt, kann z.B. eine Metallfolie aus dem gleichen Metall verwendet werden, wie demjenigen, das in der Stromabnehmermetallfolie verwendet wird, die im Wesentlichen die gleiche Breite hat wie diejenige der Stromabnehmermetallfolie und eine Dicke aufweist, die fünfmal bis zwanzigmal höher ist als die der Stromabnehmermetallfolie und die mit dem innersten und/oder äußersten Ende der Stromabnehmermetallfolie durch Schweißen oder dergleichen mechanisch verbunden ist, so dass die metallische Verlängerung eine elektrische Verbindung zur Stromabnehmermetallfolie hat und der Widerstand an einem Verbindungsteil derselben niedrig ist. Das Metall, das für die oben erwähnte metallische Verlängerung verwendet wird, kann von dem Metall verschieden sein, das für die Stromabnehmermetallfolie verwendet wird. In diesem Fall wird es jedoch bevorzugt, ein Metall zu verwenden, das leicht durch Schweißen oder dergleichen mit einer Stromabnehmermetallfolie verbunden werden kann.
  • Um den Raum, der durch die Innenwand des Gehäuses definiert ist, wirksam zu verwenden, um dadurch die Kapazität der Batterie zu erhöhen, ist es bezüglich der Dicke der Stromabnehmermetallfolie erwünscht, dass die Dicke so gering wie möglich ist, solange die Metallfolie eine ausreichende elektrische Leitfähigkeit und mechanische Festigkeit aufweisen kann, um als Stromabnehmer zu dienen. Im Falle einer kompakten Batterie wird z.B. im Allgemeinen eine Metallfolie mit einer Dicke von 10 bis 20 μm verwendet. Um ein Kurzschließen mit niedrigem Widerstand an der metallischen Verlängerung (die als exponierter metallischer Teil dient) zu erreichen, ist es bezüglich der oben erwähnten metallischen Verlängerung erwünscht, dass die Dicke der metallischen Verlängerung nicht zu gering ist. Aus diesem Grund und auch vom Gesichtspunkt der leichten Handhabung aus gesehen ist es erwünscht, dass die metallischen Verlängerung aus einer Metallfolie mit einer Dicke von 50–200 μm geformt ist, die mit einem äußersten und/oder innersten Ende der Stromabnehmermetallfolie durch Schweißen oder dergleichen mechanisch verbunden ist, so dass die metallische Verlängerung eine elektrische Verbindung mit der Stromabnehmermetallfolie hat und der Widerstand an der Verbindungsstelle derselben gering ist.
  • Die oben erwähnte Elektrodenlasche bedeutet ein Verbindungsstück, das eine Kathode und/oder Anode der spiralig aufgewickelten Elektrodenanordnung mit einer auf dem Gehäuse angebrachten Außenelektrode verbindet. Im Allgemeinen wird im Falle einer kompakten Batterie ein Metallblech einer Breite von 3–5 mm und einer Dicke von 100–200 μm als Elektrodenlasche verwendet. Das Metallblech als Elektrodenlasche kann mit dem kathodenäquipotentialen, exponierten Metallteil (α) und/oder dem anodenäquipotentialen, exponierten Metallteil (β) durch Widerstandsschweißen oder Ultraschallschweißen verbunden werden.
  • Bezüglich des Materials für die Elektrodenlasche können die gleichen Metalle verwendet werden, wie diejenigen, welche in den Stromabnehmern für die Kathode und die Anode verwendet werden. Spezielle Beispiele für Metalle, die als Materialien für die Kathodenlasche verwendbar sind, schließen Aluminium, Titan, Nickel und Edelstahl ein. Spezielle Beispiele für Metalle, die für die Anodenlasche verwendbar sind, schließen Kupfer, Nickel und Edelstahl ein.
  • Bezüglich des Separators gibt es keine besondere Einschränkung und konventionelle Batterieseparatoren können verwendet werden.
  • In der vorliegenden Erfindung wird es jedoch bevorzugt, dass der Separator aus einem ersten Separatorsegment (S1) und einem zweiten Separatorsegment (S2) besteht, wie nachstehend beschrieben wird.
  • In dem oben erwähnten Separator ist das erste Separatorsegment (S1) in wenigstens einem ersten Bereich angeordnet, in welchem die Schicht aus aktivem Kathodenmaterial der Kathode der Schicht aus aktivem Anodenmaterial der Anode gegenüberliegt, und das zweite Separatorsegment (S2) ist in wenigstens einem zweiten Bereich angeordnet, in dem der kathodenäquipotentiale, exponierte Metallteil (α) dem anodenäquipotentialen, exponierten Metallteil (β) gegenüberliegt, wobei das erste Separatorsegment (S1) aus einem ionendurchlässigen Separatormaterial besteht und das zweite Separatorsegment (S2) aus einem Separatormaterial besteht, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus einem ionenisolierenden Separatormaterial und einem ionendurchlässigen Separatormaterial besteht.
  • Bezüglich des oben erwähnten ionendurchlässigen Separatormaterials gibt es keine spezielle Einschränkung. Beispiele für ionenduchlässige Materialien umfassen ein gewebtes Textilerzeugnis, ein Faservlies, ein gewebtes Glasfaser-Textilerzeugnis und eine mikroporöse synthetische Harzfolie. Wenn beabsichtigt ist, eine Dünnfilm-Elektrode mit einer großen spezifischen Oberfläche in der nichtwässrigen Batterie der vorliegenden Erfindung zu verwenden, wird es bevorzugt, z.B. die mikroporöse synthetische Harzfolie zu verwenden, die in der japanischen Offenlegungsschrift Nr. 58-59072 offenbart ist, besonders bevorzugt die mikroporöse Polyolefinfolie, die im US Patent Nr. 5,051,183 offenbart ist, wobei jede derselben zur Verwendung in der oben erwähnten Dünnfilm-Elektrode im Hinblick auf die Filmdicke, die Filmfestigkeit und den Filmwiderstand geeignet ist.
  • In der vorliegenden Erfindung wird es bevorzugt, dass das oben erwähnte zweite Separatorsegment (S2) wegen der nachstehend ausführlich beschriebenen Gründe aus einem ionenisolierenden Separatormaterial besteht.
  • Ein Segment des Separators, das an einer Stelle zwischen dem oben erwähnten kathodenäquipotentialen, exponierten Metallteil (α) und dem oben erwähnten anodenäquipotentialen, exponierten Metallteil (β) angeordnet ist, braucht keine ionendurchlässige Eigenschaft zu haben, da keine elektrochemische Reaktion an dieser Stelle erfolgt.
  • Bezüglich des ionenisolierenden Separators gibt es keine spezielle Einschränkung, solange er keine elektronische Leitfähigkeit und eine große Beständigkeit gegenüber organischen Lösungsmitteln hat.
  • Weiterhin kann das oben erwähnte zweite Separatorsegment (S2) aus einem ionendurchlässigen Material bestehen. Beispiele für ionenisolierende Separatormaterialien umfassen ein gewebtes Textilerzeugnis, ein Faservlies, ein gewebtes Glasfaser-Textilerzeugnis und eine mikroporöse synthetische Harzfolie. Wenn beabsichtigt ist, eine Dünnfilm-Elektrode mit einer großen spezifischen Oberfläche in der nichtwässrigen Batterie der vorliegenden Erfindung zu verwenden, wird es bevorzugt, z.B. die mikroporöse synthetische Harzfolie zu verwenden, die in der japanischen Offenlegungsschrift Nr. 58-59072 offenbart ist, besonders bevorzugt die mikroporöse Polyolefinfolie, die im US Patent Nr. 5,051,183 offenbart ist, wobei jede derselben zur Verwendung in der oben erwähnten Dünnfilm-Elektrode im Hinblick auf die Filmdicke, die Filmfestigkeit und den Filmwiderstand geeignet ist.
  • Das oben erwähnte ionenisolierende Separatormaterial ist, verglichen mit dem ionendurchlässigen Separatormaterial, nicht nur wegen der Kosten, sondern auch wegen der Festigkeit vorteilhaft. Selbst wenn die Dicke eines solchen ionenisolierenden Separatormaterials extrem gering ist, kann es daher eine befriedigende Festigkeit aufweisen. Durch die Verwendung eines solchen Separatormaterials einer extrem geringen Dicke in der Batterie wird es ermöglicht, die Längen der gewickelten Elektroden der spiralig aufgewickelten Elektrodenanordnung zu erhöhen, die in der Batterie pro Volumeneinheit untergebracht werden können.
  • In der vorliegenden Erfindung wird es bevorzugt, dass das oben erwähnte Separatorsegment eine Schmelztemperatur hat, die 100 °C oder mehr, vorzugsweise 100–200 °C beträgt und die wenigstens 5 °C niedriger ist, vorzugsweise 5–150 °C niedriger ist als die Schmelztemperatur des oben erwähnten ersten Separatorsegments.
  • Wie oben erwähnt wurde, hat das zweite Separatorsegment [das in wenigstens einem zweiten Bereich angeordnet ist, in dem der kathodenäquipotentiale, exponierte Metallteil (α) dem anodenäquipotentialen, exponierten Metallteil (β) gegenüberliegt] eine niedrigere Schmelztemperatur als diejenige des ersten Separatorsegments [das in wenigstens einem ersten Bereich angeordnet ist, in dem die Schicht aus aktivem Kathodenmaterial der Kathode der Schicht aus aktivem Anodenmaterial der Anode gegenüberliegt]. Wenn daher die Temperatur in der Batterie hoch wird, schmilzt das zweite Separatorsegement [das eine niedrigere Schmelztemperatur hat als das erste Separatorsegement] viel eher als das erste Separatorsegment, dass ein sicheres Kurzschließen zwischen dem kathodenäquipotentialen, exponierten Metallteil (α) und dem anodenäquipotentialen, exponierten Metallteil (β) erfolgt.
  • Es ist bevorzugt, dass die Schmelztemperatur des zweiten Separatorsegments höher ist als die Temperatur, bei der eine nichtwässrige Batterie im Allgemeinen verwendet wird (–20 °C bis 100 °C), und dass sie deutlich niedriger ist als die Schmelztemperatur des ersten Separatorsegments (120 °C bis 250 °C).
  • Wenn der Unterschied zwischen der Schmelztemperatur des zweiten Separatorsegments und derjenigen des ersten Separatorsegments geringer als 5 °C ist, kann in diesem Zusammenhang ein Nachteil hervorgerufen werden, und zwar in Abhängigkeit von der Temperaturverteilung in der Batterie, wobei gelegentlich verursacht wird, dass das erste Separatorsegment eher schmilzt als das zweite Separatorsegment. Wenn andererseits der Unterschied zwischen der Schmelztemperatur des zweiten Separatorsegments und derjenigen des ersten Separatorsegments größer als 150 °C ist, kann ein Nachteil hervorgerufen werden, wobei gelegentlich verursacht wird, dass das zweite Separatorsegment in einem Temperaturbereich schmilzt, bei dem eine nichtwässrige Batterie im Allgemeinen verwendet wird.
  • Beispiele für ionenisolierenden Separatormaterialien, die für das zweite Separatorsegment brauchbar sind, schließen eine Polyethylenfolie und eine Polypropylenfolie ein.
  • In der vorliegenden Erfindung ist es bevorzugt, dass die Batterie eine Konstruktion aufweist, in der die spiralig aufgewickelte Elektrodenanordnung im Mittelpunkt ihres spiralig aufgewickelten Teils einen darin eingefügten steifen oder elastischen Kern aufweist, so dass, wenn das Gehäuse der Batterie eine Druckkraft erleidet, die Elektrodenanordnung so angepasst ist, dass sie zwischen dem Gehäuse und dem Kern zusammengepresst wird.
  • Die Batterie der oben erwähnten Konstruktion ist besonders vorteilhaft, wenn die Batterie einen gegenüberliegenden Teil [an dem der kathodenäquipotentiale, exponierte Metallteil (α) dem anodenäquipotentialen, exponierten Metallteil (β) gegenüberliegt] über eine Wicklungslänge oder mehr vom innersten Ende der spiralig aufgewickelten Struktur aufweist. Wenn insbesondere das Gehäuse einer solchen Batterie eine Druckkraft erleidet, kann der Teil des Separators, der in dem oben erwähnten gegenüberliegenden Teil vorliegt, leicht brechen, wodurch ein Kurzschließen mit niedrigem Widerstand zwischen den exponierten Metallteilen verursacht wird.
  • Zu den Beispielen von Kathodenmetallfolien, die in der Batterie der vorliegenden Erfindung brauchbar sind, gehören Metallfolien, die jeweils eine Dicke von 5–100 μm haben, wie eine Aluminiumfolie, eine Titanfolie und Edelstahlfolie. Von diesen wird eine Aluminiumfolie mit einer Dicke von 8–50 μm bevorzugt, und eine Aluminiumfolie mit einer Dicke von 10–30 μm wird besonders bevorzugt. Bezüglich der Dicke der Schicht aus aktivem Kathodenmaterial, die wenigstens auf einer Seite der Kathodenmetallfolie ausgebildet ist, wird es bevorzugt, dass die Dicke 30–300 μm, besonders bevorzugt 70–130 μm beträgt.
  • Zu den Beispielen von Anodenmetallfolien, die in der Batterie der vorliegenden Erfindung brauchbar sind, gehören eine Kupferfolie, eine Nickelfolie und eine Edelstahlfolie. Von diesen werden eine Kupferfolie und eine Edelstahlfolie bevorzugt. Bezüglich der Dicke der Anodenmetallfolie wird es bevorzugt, dass die Dicke 6–50 μm, besonders bevorzugt 8–25 μm beträgt. Bezüglich der Dicke der Schicht aus aktivem Anodenmaterial, die auf wenigstens einer Seite der Anodenmetallfolie ausgebildet ist, wird es bevorzugt, dass die Dicke 30–300 μm, besonders bevorzugt 70–130 μm beträgt.
  • In der vorliegenden Erfindung können sowohl die Kathodenmetallfolie als auch die Anodenmetallfolie in verschiedenen Formen vorliegen. Z.B. kann die Metallfolie in Form eines gestreckten Metalls, eines gestanzten Metalls und eines geschäumten Metalls vorliegen. Alternativ dazu kann in der vorliegenden Erfindung anstelle der Anodenmetallfolien eine Schicht eines Materials verwendet werden, das dem Metall im Hinblick auf die Leitfähigkeit gleichwertig ist, wie Kohletuch oder Kohlepapier.
  • In der vorliegenden Erfindung kann als aktives Kathodenmaterial ein Mischmetalloxid eines Alkalimetalls (wie Li, Na und Ca) und eines Übergangsmetalls (wie Co, Ni, Mn und Fe) und ein Mischmetalloxid eines Alkalimetalls, eines Übergangsmetalls und eines Nicht-Übergangsmetalls verwendet werden. Beispiele für Mischmetalloxide umfassen lithiumhaltiges Mischmetalloxid mit einer Lamellenstruktur und der Fähigkeit Li-Ionen elektrochemisch einzulagern und auszulagern. Zu den Beispielen für lithiumhaltige Mischmetalloxide gehören LiCoO2, wie in der japanischen Offenlegungsschrift Nr. 55-136131 (entsprechend US Patent Nr. 4,357,215 ) offenbart ist, LixNiyCo(1-y)O2 (wie in der japanischen Offenlegungsschrift Nr. 3-49155 offenbart ist) und LixMn2O4.
  • Diese Verbindungen können durch eine Calcinierungsreaktion einer Lithium-Verbindung, wie Lithiumhydroxid, Lithiumoxid, Lithiumcarbonat, Lithiumnitrat und dergleichen, mit einem Metalloxid, Metallhydroxid, Metallcarbonat, Metallnitrat oder dergleichen, falls gewünscht mit anderen Metall-Verbindungen, leicht erhalten werden.
  • In der vorliegenden Erfindung kann als aktives Anodenmaterial ein kohlenstoffartiges Material, wie Koks, Graphit und amorpher Kohlenstoff, verwendet werden. Das oben erwähnte kohlenstoffartige Material kann in verschiedenen Formen vorliegen, wie zerstoßene Teilchen, lamellare Teilchen und kugelförmige Teilchen. Im Hinblick auf den Typ des kohlenstoffartigen Materials gibt es keine spezielle Einschränkung und verschiedene Typen von kohlenstoffartigen Materialien können verwendet werden. Zu den Beispielen für kohlenstoffartige Materialien gehören Kohlenstoff oder Graphit-Material mit einer großen spezifischen Oberfläche, wie in der japanischen Offenlegungsschrift Nr. 58-35881 (entsprechend dem US Patent Nr. 4,617,243 ) offenbart ist, ein carbonisiertes Calcinierungsprodukt eines Phenolharzes und dergleichen, wie in der japanischen Offenlegungsschrift Nr. 58-209864 offenbart ist, und ein carbonisiertes Calcinierungsprodukt einer kondensierten polycyclischen Kohlenwasserstoff-Verbindung, wie in der japanischen Offenlegungsschrift Nr. 61-111907 (entsprechend US Patent Nr. 4,725,422 ) offenbart ist. Weiterhin kann in der vorliegenden Erfindung als aktives Anodenmaterial ein Mischmetalloxid oder dergleichen verwendet werden. Alternativ dazu kann in der vorliegenden Erfindung metallisches Lithium als solches als Anode (Metallfolie als aktives Anodenmaterial) verwendet werden, das nicht nur als Schicht aus aktivem Anodenmaterial, sondern auch als Andodenstromabnehmer dienen kann.
  • Bezüglich des nicht-wässrigen Elektrolyten, der in der Batterie der vorliegenden Erfindung verwendet wird, gibt es keine spezielle Einschränkung. Der nichtwässrige Elektrolyt kann durch Lösen des Elektrolyten – wie nachstehend erwähnt wird – in einem organischen Lösungsmittel hergestellt werden. Zu den Beispielen für Elektrolyte gehören LiClO4, LiBF4, LiAsF6, CF3SO3Li, (CF3SO3)2N·Li, LiPF6, LiI, LiAlCl4, NaClO4, NaBF4, NaI, (n-Bu)4N+ClO4, (n-Bu)4N+BF4 und KPF6. Es wird bevorzugt, dass die Konzentration des Elektrolyten in der organischen Elektrolytflüssigkeit etwa 0,1 bis etwa 2,5 mol/l beträgt. Alternativ dazu kann in der vorliegenden Erfindung ein fester Elektrolyt verwendet werden.
  • Zu den Beispielen der organischen Lösungsmittel gehören Ether, Ketone, Lactone, Nitrile, Amine, Amide, Schwefel-Verbindungen, chlorierte Kohlenwasserstoffe, Ester, Carbonate, Nitro-Verbindungen, Phosphorester-Verbindungen und Sulfolan-Verbindungen. Von den oben erwähnten organischen Lösungsmitteln werden Ether, Ketone, Nitrile, chlorierte Kohlenwasserstoffe, Carbonate und Sulfolan-Verbindungen bevorzugt und cyclische Carbonate werden besonders bevorzugt. Spezielle Beispiele für organische Lösungsmittel umfassen Tetrahydrofuran, 2-Methyltetrahydrofuran, 1,4-Dioxan, Anisol, Monoglyme, Acetonitril, Propionitril, 4-Methyl-2-pentanon, Butyronitril, Valeronitril, Benzonitril, 1,2-Dichlorethan, γ-Butyrolacton, Dimethoxyethan, Methylformiat, Propylencarbonat, Ethylencarbonat, Vinylencarbonat, Dimethylformamid, Dimethylsulfoxid, Dimethylthioformamid, Sulfolan, 3-Methylsulfolan, Trimethylphosphat, Triethylphosphat und Mischungen derselben. Die in der vorliegenden Erfindung brauchbaren organischen Lösungsmittel sind nicht auf die oben erwähnten beschränkt.
  • Es erfolgt eine Erklärung in Bezug auf die oben erwähnte nicht-wässrige Batterie (wie sie in den 1 bis 8 gezeigt ist) gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die eine spiralig aufgewickelte Elektrodenanordnung aufweist. Weiterhin können die gleichen Effekte, wie in der oben erwähnten nichtwässrigen Batterie, die eine spiralig aufgewickelte Elektrodenanordnung aufweist, durch eine nichtwässrige Batterie erreicht werden, die anstelle der oben erwähnten spiralig aufgewickelten Elektrodenanordnung eine gestapelte Laminatelektrodenanordnung (wie sie in 9 und 10 gezeigt ist) oder eine zickzackgefaltete Laminatelektrodenanordnung (wie sie in 11 und 12 gezeigt ist) aufweist, die jeweils im Wesentlichen die gleiche Struktur wie diejenige der oben erwähnten spiralig aufgewickelten Elektrodenanordnung haben, wobei sie einen kathodenäquipotentialen, exponierten Metallteil und einen anodenäquipotentialen, exponierten Metallteil aufweist.
  • D.h. gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird eine nichtwässrige Batterie bereitgestellt, die Folgendes umfasst: (1') ein Gehäuse, (2') einen nichtwässrigen Elektrolyten, der in einem Raum enthalten ist, der durch die Innenwand des Gehäuses definiert ist, und (3') eine gestapelte Laminatelektrodenanordnung, die in dem Raum funktionell mit dem nichtwässrigen Elektrolyten untergebracht ist,
    wobei die gestapelte Laminatelektrodenanordnung (3') Folgendes umfasst:
    eine Menge von elektrisch miteinander verbundenen Kathoden, die jeweils (a'-1) eine Kathodenmetallfolie, die als Kathodenstromabnehmer dienen kann, und (a'-2) eine Schicht aus aktivem Kathodenmaterial, die auf wenigstens einer Seite der Kathodenmetallfolie (a'-1) gebildet ist,
    eine Menge von elektrisch miteinander verbundenen Anoden, die jeweils eine Schicht aus aktivem Anodenmaterial umfassen; und
    eine Menge von Separatoren, die sich jeweils zwischen jeder Kathode und jeder Anode befinden;
    wobei jede Kathode, jede Anode und jeder Separator zu einer gestapelten Laminatstruktur gestapelt sind, wobei die Schicht aus aktivem Kathodenmaterial und die Schicht aus aktivem Anodenmaterial über den Separator hinweg einander gegenüberliegend angeordnet sind;
    die Batterie ein kathodenäquipotentiales metallisches Segment aufweist, das in Verbindung mit der Kathode vorliegt, wobei das kathodenäquipotentiale metallische Segment auf wenigstens einer seiner Seiten einen Anteil aufweist, der frei von einer Schicht aus aktivem Kathodenmaterial ist, um einen kathodenäquipotentialen, exponierten Metallteil (α') mit einer Länge von einer Schicht oder mehr der gestapelten Laminatstruktur zu ergeben,
    der kathodenäquipotentiale, exponierte Metallteil (α') gegenüber dem anodenäquipotentialen, exponierten Metallteil (β') vorliegt, wobei der Teil (β') in Verbindung mit der Anode über eine Länge von einer Schicht oder mehr der gestapelten Laminatstruktur vorliegt.
  • Weiterhin wird gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eine nichtwässrige Batterie bereitgestellt, die Folgendes umfasst: (1'') ein Gehäuse, (2'') einen nichtwässrigen Elektrolyten, der in einem Raum enthalten ist, der durch die Innenwand des Gehäuses definiert ist, und (3'') eine zickzackgefaltete Laminatelektrodenanordnung, die in dem Raum funktionell mit dem nichtwässrigen Elektrolyten untergebracht ist,
    wobei die zickzackgefaltete Laminatelektrodenanordnung (3'') Folgendes umfasst:
    eine Kathode, die (a''-1) eine Kathodenmetallfolie, die als Kathodenstromabnehmer dienen kann, und (a''-2) eine Schicht aus aktivem Anodenmaterial, die auf wenigstens einer Seite der Kathodenmetallfolie (a''-1) gebildet ist,
    eine Anode, die eine Schicht aus aktivem Anodenmaterial umfasst, und
    einen Separator, der sich zwischen der Kathode und der Anode befindet;
    wobei die Kathode, die Anode und der Separator zu einer zickzackgefalteten Laminatstruktur gefaltet sind, wobei die Schicht aus aktivem Kathodenmaterial und die Schicht aus aktivem Anodenmaterial über den Separator hinweg einander gegenüberliegend angeordnet sind;
    die Batterie ein kathodenäquipotentiales metallisches Segment aufweist, das in Verbindung mit der Kathode vorliegt, wobei das kathodenäquipotentiale metallische Segment auf wenigstens einer seiner Seiten einen Anteil aufweist, der frei von einer Schicht aus aktivem Kathodenmaterial ist, um einen kathodenäquipotentialen, exponierten Metallteil (α'') mit einer Länge von einer Schicht oder mehr der zickzackgefalteten Laminatelektrodenanordnung zu ergeben,
    der kathodenäquipotentiale, exponierte Metallteil (α'') dem anodenäquipotentialen, exponierten Metallteil (β'') gegenüberliegend angeordnet ist, wobei der Teil (β'') in Verbindung mit der Anode über eine Länge von einer Schicht oder mehr der gestapelten Laminatstruktur vorliegt.
  • Beste Art zur Durchführung der Erfindung
  • Nachstehend wird die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf die folgenden Ausführungsformen ausführlicher beschrieben, diese sollten aber nicht so aufgefasst werden, dass der Umfang der vorliegenden Erfindung darauf beschränkt ist.
  • 1 ist eine schematische Querschnittsansicht einer nichtwässrigen Batterie gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung (in 1 ist das Gehäuse der Batterie nicht gezeigt). Die in 1 gezeigte nichtwässrige Batterie hat eine spiralig aufgewickelte Elektrodenanordnung, umfassend Kathode 3 [die die Kathodenmetallfolie 1 (Aluminiumfolie) und die Schichten aus aktivem Kathodenmaterial 2, 2 umfasst, die auf beiden Seiten der Kathodenmetallfolie 1 ausgebildet sind], Anode 6 [die eine Anodenmetallfolie 4 (Kupferfolie) und Schichten aus aktivem Anodenmaterial 5, 5 umfasst (die jeweils ein kohlenstoffartiges Material umfassen), die auf beiden Seiten der Anodenmetallfolie 4 ausgebildet sind] und Separator 7 (eine mikroporöse Polyethylenfolie oder dergleichen), der zwischen der oben erwähnten Kathode 3 und der Anode 6 angeordnet ist, wobei Kathode 3, Anode 6 und Separator 7 zusammen spiralig zu einer spiralig aufgewickelten Struktur gewickelt sind, und wobei die Schicht aus aktivem Kathodenmaterial 2 und die Schicht aus aktivem Anodenmaterial 5 einander gegenüberliegend über den Separator 7 hinweg angeordnet sind. In 1 bezeichnet die Zahl 13 einen rohrförmigen Kern aus Edelstahl oder dergleichen. Der rohrförmige Kern ist so angepasst, dass er wie folgt funktioniert. Wenn ein Erhöhen des Innendrucks der Batterie erfolgt, dient der Kern dazu, dass er einen Gasfreisetzungsweg darstellt, der ein in der Batterie gebildetes Gas zu einem Sicherheitsventil führt, so dass das Gas aus der Batterie nach außen abgegeben werden kann. Wenn das Gehäuse weiterhin eine Druckkraft erleidet, dient der rohrförmige Kern dazu, ein Zusammendrücken der spiralig aufgewickelten Elektrodenanordnung zwischen dem Gehäuse und dem Kern zu gewährleisten.
  • In der nichtwässrigen Batterie dieser Ausführungsform weist die Kathodenmetallfolie 1 (Aluminiumfolie) auf ihren beiden Seiten exponierte Metallteile, die frei von Schichten aus aktivem Kathodenmaterial 2, 2 sind, über eine Länge von mehr als zwei Wicklungen vom innersten Ende der Kathodenmetallfolie 1 auf. Gleichermaßen weist die Anodenmetallfolie 4 (Kupferfolie) auf ihren beiden Seiten exponierte Metallteile, die frei von Schichten aus aktivem Anodenmaterial 5, 5 sind, über eine Länge von mehr als einer Wicklung vom innersten Ende der Anodenmetallfolie 4 auf. D.h. die spiralig aufgewickelte Elektrodenanordnung in der Ausführungsform von 1 hat eine Struktur, in der die folgenden drei Bereiche in der folgenden Reihenfolge vom innersten Ende der Anordnung aus angeordnet sind:
    einen ersten Bereich, in dem die Aluminiumfolie 1 und die Kupferfolie 4 einander gegenüberliegend über den Separator 7 hinweg über eine Länge von mehr als einer Wicklung der spiralig aufgewickelten Struktur angeordnet sind;
    einen zweiten Bereich, in dem die Aluminiumfolie 1 und die Schicht aus aktivem Anodenmaterial 5 einander gegenüberliegend über den Separator 7 hinweg über eine Länge von einer Wicklung der spiralig aufgewickelten Struktur angeordnet sind, und
    einen dritten Bereich, in dem die Schicht aus aktivem Kathodenmaterial 2 und die Schicht aus aktivem Anodenmaterial 5 über den Separator 7 hinweg einander gegenüberliegend angeordnet sind.
  • Wenn die nichtwässrige Batterie dieser Ausführungsform einen Druck in zwei gegenüberliegenden Richtungen von der oberen Seite und der unteren Seite her erleidet, wie in 2 dargestellt ist, so dass die Batterie zusammengedrückt und verformt wird, wie in 2 gezeigt ist, erleidet der innerste Endteil des Separators 7, der dem Kern 13 benachbart ist, die größte Spannung in der Batterie. Daher beginnt in diesem Fall ein Reißen der spiralig aufgewickelten Elektrodenanordnung am innersten Endteil des Separators 7 und breitet sich fortlaufend zur Außenseite der Elektrodenanordnung aus.
  • Wenn – wie insbesondere in 2 gezeigt wird – die Batterie einen Druck in zwei gegenüberliegenden Richtungen erleidet, erfolgt zuerst ein Kurzschließen mit niedrigem Widerstand an jedem der Teile A und F zwischen dem exponierten Metallteil der Aluminiumfolie 1 und dem exponierten Metallteil der Kupferfolie 4. Selbst wenn das Reißen von Separatoren 7, 7 an mehreren Teilen derselben erfolgt (die auf einer Linie angeordnet sind, entlang der der Druck an die Batterie angelegt wird), erfolgt aus den folgenden Gründen zudem fast gleichzeitig ein sicheres Kurzschließen in der Batterie ohne große Wärmebildung. Im Hinblick auf ein Kurzschließen, das an jedem der Teile A, B, F, G, H und I erfolgt, wobei das Kurzschließen zwischen Metallen mit niedrigem Widerstand erfolgt, ist zu sagen, dass der Kurzschlusswiderstand sehr niedrig ist, verglichen mit dem Kurzschlusswiderstand jeder der Teile D, E, K und L, an denen das Kurzschließen zwischen der Schicht aus aktivem Kathodenmaterial 2 mit hohem Widerstand und der Schicht aus aktivem Anodenmaterial 5 erfolgt. Wenn daher ein Kurzschließen an einem der oben erwähnten Teile mit niedrigem Widerstand A, B, F, G, H und I erfolgt, fließt der größte Teil des Kurzschlussstroms durch einen solchen Teil mit niedrigem Widerstand, während die Menge des Kurzschlussstroms, der durch die oben erwähnten Teile D, E, K und L fließt, sehr gering ist. An jedem der Teile A, B, F, G, H und I erfolgt ein Kurzschließen mit niedrigem Widerstand zwischen der Kathodenmetallfolie 1 (Aluminiumfolie) und der Anodenmetallfolie 4 (Kupferfolie), während die Schicht aus aktivem Kathodenmaterial 2 mit hohem Widerstand nicht zwischen den oben erwähnten zwei Metallfolien, die einem Kurzschließen unterliegen, vorliegt. Als Ergebnis erfolgt ein sicheres Kurzschließen in der Batterie unter alleiniger Bildung der Joule-Wärme aufgrund des Kurzschließens, ohne dass die Batterie eine große Temperaturerhöhung erleidet, die aufgrund einer thermischen Zersetzung des aktiven Kathodenmaterials oder dergleichen verursacht wird.
  • Wenn angenommen wird, dass das Reißen von Separatoren 7, 7 fast gleichzeitig an verschiedenen Teilen derselben erfolgt, einschließlich der innersten und äußersten Endteile, ist ein Teil der Kathode, an dem die Kathodenmetallfolie (Aluminiumfolie) exponiert werden soll, nicht notwendigerweise auf den innersten Endteil der Kathode beschränkt und kann der äußerste Endteil der Kathode oder ein Teil zwischen dem innersten Ende und dem äußersten Ende der Kathode sein.
  • Wenn das Kurzschließen zwischen einem exponierten Teil der Aluminiumfolie 1 und der Schicht aus aktivem Anodenmaterial 5 erfolgt, wie durch die Buchstaben C und J in 2 angegeben ist, fließt der Kurzschlussstrom nicht durch die Schicht aus aktivem Kathodenmaterial 2, so dass das Kurzschließen keine große Temperaturerhöhung in der Batterie verursacht, die auf eine thermische Zersetzung des aktiven Kathodenmaterials oder dergleichen zurückzuführen ist. In diesem Fall ist der Kurzschlusswiderstand niedrig, verglichen mit dem Kurzschlusswiderstand beim Kurzschließen durch die Schicht aus aktivem Kathodenmaterial 2 mit hohem Widerstand. Der Kurzschlusswiderstand beim Kurzschließen zwischen dem exponierten Teil der Aluminiumfolie 1 und der Schicht aus aktivem Anodenmaterial 5 ist jedoch nicht ausreichend niedrig, verglichen mit dem Kurzschlusswiderstand beim Kurzschließen zwischen Metallen. Wenn insbesondere ein Kurzschließen zwischen der Schicht aus aktivem Kathodenmaterial 2 und der Schicht aus aktivem Anodenmaterial 5 an einer anderen Stelle fast gleichzeitig mit dem Kurzschließen zwischen dem exponierten Teil der Aluminiumfolie 1 und der Schicht aus aktivem Anodenmaterial 5 erfolgt, kann daher eine Temperaturerhöhung der Batterie nicht auf befriedigende Weise verhindert werden.
  • In jeder der 1 und 2 bezeichnet die Zahl 10 eine Elektrodenlasche, die an dem exponierten Teil der Aluminiumfolie 1 vorliegt, um so die Kathode 3 mit einer Außenelektrode durch die Elektrodenlasche zu verbinden. Die Funktion der Elektrodenlasche 10 ist wie folgt. Die Elektrodenlasche 10 wird auf dem exponierten Teil der Aluminiumfolie 1 bereitgestellt, so dass sie dem exponierten Teil der Kupferfolie 4 über den Separator 7 hinweg gegenüberliegend angeordnet ist, wobei die Schicht aus aktivem Kathodenmaterial 2 nicht zwischen den oben erwähnten zwei exponierten Teilen vorliegt. Wenn die Batterie durch eine Fehlfunktion eines Ladestromkreises oder dergleichen überladen wird, wird verursacht, dass eine große Menge des Stroms durch die Elektrodenlasche 10 fließt, so dass die Temperatur von Teilen gerade um die Elektrodenlasche 10 herum höher wird als diejenige anderer Teile in der Batterie. Als Ergebnis wird verursacht, dass ein Teil des Separators 7, der zwischen der Elektrodenlasche 10 und dem exponierten Teil der Kupferfolie 4 angeordnet ist, eher schmilzt als die anderen Teile des Separators 7, wodurch ein Kurzschließen mit niedrigem Widerstand zwischen dem exponierten Teil der Kathodenaluminiumfolie 1 (auf der die Elektrodenlasche 10 vorliegt) und dem exponierten Teil der Anodenkupferfolie 4 verursacht wird, so dass ein sicheres Kurzschließen in der Batterie erfolgt, ohne dass die Batterie eine große Temperaturerhöhung erleidet, die durch eine thermische Zersetzung des aktiven Kathodenmaterials oder dergleichen verursacht wird. Da in der in den 1 und 2 gezeigten Batterie der kathodenäquipotentiale, exponierte Metallteil am innersten Endteil der Aluminiumfolie 1 (Kathodenmetallfolie) der spiralig aufgewickelten Struktur angeordnet ist und die darauf vorliegende Elektrodenlasche 10 aufweist, wird zusätzlich dazu Wärme, die durch eine Überladung der Batterie an der Elektrodenlasche 10 erzeugt wird, im mittleren Teil der spiralig aufgewickelten Elektrodenanordnung akkumuliert, so dass ein Teil des Separators 7, der dem exponierten Teil der Kathodenaluminiumfolie 1 entspricht, auf der die Elektrodenlasche 10 vorliegt, schnell und sicher schmilzt, verglichen mit einer Batterie, in der der kathodenäquipotentiale, exponierte Metallteil an einem Teil positioniert ist, der von dem innersten Endteil der Kathodenaluminiumfolie 1 der spiralig aufgewickelten Struktur verschieden ist.
  • In einer Batterie, in der eine Elektrodenlasche (nicht gezeigt) auf dem exponierten Teil der Kupferfolie 4 bereitgestellt ist, die dem exponierten Teil der Aluminiumfolie 1 über den Separator 7 hinweg gegenüberliegend angeordnet ist, wobei die Elektrodenlasche dazu dient, die Anode 6 mit einer Außenelektrode zu verbinden, kann weiterhin auch der gleiche Vorteil erhalten werden, wie er durch die oben erwähnte Bereitstellung der Elektrodenlasche 10 auf dem exponierten Teil der Aluminiumfolie erreicht wird. D.h. wenn die Batterie durch eine Fehlfunktion eines Ladestromkreises oder dergleichen überladen wird, wird verursacht, dass eine große Strommenge durch die Elektrodenlasche fließt, so dass die Temperatur von Teilen gerade um die Elektrodenlasche herum höher wird, als diejenige der anderen Teile in der Batterie. Als Ergebnis wird verursacht, dass ein Teil des Separators 7, der zwischen der Elektrodenlasche und dem exponierten Teil der Aluminiumfolie 1 angeordnet ist, eher schmilzt als die anderen Teile des Separators 7, wodurch ein Kurzschließen mit niedrigem Widerstand zwischen dem exponierten Teil der Kathodenaluminiumfolie 1 und dem exponierten Teil der Anodenkupferfolie 4 (auf der die Elektrodenlasche vorliegt) verursacht wird, so dass ein sicheres Kurzschließen in der Batterie erfolgt, ohne dass sie eine große Temperaturerhöhung erleidet, die durch die thermische Zersetzung des aktiven Kathodenmaterials oder dergleichen verursacht wird.
  • In der Batterie dieser Ausführungsform ist es notwendig, dass die spiralig aufgewickelte Elektrodenanordnung eine Struktur aufweist, in der der exponierte Teil der Kathodenmetallfolie 1 (Aluminiumfolie) und der exponierte Teil der Anodenmetallfolie 4 (Kupferfolie) über den Separator hinweg einander gegenüberliegend über eine Länge von einer Wicklung oder mehr der spiralig aufgewickelten Struktur vom innersten Ende derselben her angeordnet sind. Wenn die Batterie eine Druckkraft von der Außenseite der Batterie her erleidet, weist die Elektrodenanordnung aufgrund dieser Struktur auf eine Linie entlang der die Druckkraft angelegt wird, wenigstens einen Teil auf, der auf sichere Weise ein Kurzschließen mit niedrigem Widerstand zwischen dem exponierten Teil der Kathodenmetallfolie 1 und dem exponierten Teil der Anodenmetallfolie 4 unterzogen werden kann, wobei das aktive Kathodenmaterial nicht zwischen den beiden exponierten Metallteilen der Kathode und Anode vorliegt.
  • Durch Beschichten des exponierten Teils der Kathodenaluminiumfolie mit einer leitfähigen Beschichtung (nicht gezeigt) von Graphit oder dergleichen wird es weiterhin ermöglicht, eine Oxidation der Oberfläche der Kathodenaluminiumfolie zu verhindern, so dass eine hohe Leitfähigkeit der Aluminiumfolie beibehalten werden kann. Als leitfähige Beschichtung kann eine Verankerungsschicht selbst verwendet werden (die Verankerungsschicht bedeutet eine Beschichtung von Graphit oder dergleichen, die auf die Aluminiumfolie aufgetragen wird, bevor das aktive Kathodenmaterial aufgetragen wird, um die Haftung zwischen der Aluminiumfolie und dem aktiven Kathodenmaterial zu verbessern).
  • 3 ist eine schematische Querschnittsansicht einer nichtwässrigen Batterie gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die in 3 gezeigte nichtwässrige Batterie umfasst ein Gehäuse 8, das als Außenanode dient, und eine spiralig aufgewickelte Elektrodenanordnung, die in dem Gehäuse 8 untergebracht ist, die Folgendes umfasst: eine Kathode 3 [die eine Kathodenmetallfolie 11 (Aluminiumfolie) mit einer Schicht aus aktivem Kathodenmaterial 21 (die ein lithiumhaltiges Mischoxid umfasst), die auf einer Seite derselben ausgebildet ist, und eine Aluminiumfolie 12 mit einer Schicht aus aktivem Kathodenmaterial 22 , die auf einer Seite derselben ausgebildet ist, umfasst, wobei die Kathodenmetallfolien 11 und 12 so laminiert sind, dass die von aktivem Material freien Seiten der Metallfolien einander gegenüberstehen], eine Anode 6 [die eine Anodenmetallfolie 4 (Kupferfolie) mit Schichten aus aktivem Anodenmaterial 5, 5 umfasst (die jeweils ein kohlenstoffartiges Material umfassen), die auf beiden Seiten derselben ausgebildet sind] und einen Separator 7 (eine mikroporöse Polyethylenfolie oder dergleichen), der zwischen der oben erwähnten Kathode 3 und der Anode 6 angeordnet ist, wobei die Kathode 3, die Anode 6 und der Separator 7 zusammen spiralig zu einer spiralig aufgewickelten Struktur aufgewickelt sind, und wobei jede Schicht aus aktivem Kathodenmaterial und jede Schicht aus aktivem Anodenmaterial über den Separator 7 hinweg einander gegenüberliegend angeordnet sind.
  • In der in 3 gezeigten nichtwässrigen Batterie hat ein Teil der Kathode 3, der sich über die Länge von etwa einer Wicklung der spiralig aufgewickelten Struktur vom äußersten Ende der spiralig aufgewickelten Struktur her erstreckt, nur die Aluminiumfolie 12 (die die Schicht aus aktivem Kathodenmaterial 22 nur auf ihrer innersten Seite aufweist) und keine Aluminiumfolie 11 (die die Schicht aus aktivem Kathodenmaterial 21 nur auf ihrer Außenseite aufweist). D.h. über die Länge einer Wicklung vom äußersten Ende der spiralig aufgewickelten Elektrodenanordnung her sind der exponierte Teil der Aluminiumfolie 12 und die Innenwand des Anodengehäuses 8 über den Separator 7 hinweg einander gegenüberliegend angeordnet. Die Kathode 3 mit einer solchen Struktur kann durch ein Verfahren erhalten werden, in dem durch Anordnen der Aluminiumfolien 11 und 12 eine Folie durch die Länge einer Wicklung von der anderen Folie versetzt ist.
  • Wenn die nichtwässrige Batterie dieser Ausführungsform einen Unfall erleidet, wie in 4 gezeigt ist, bei dem das Gehäuse 8 und die spiralig aufgewickelte Elektrodenanordnung von einem leitfähigen Teil, wie einem Eisennagel 19, durchdrungen werden, erfolgt ein Kurzschließen in der Batterie wie folgt. Das spitze Ende des Eisennagels 19, der das Gehäuse 8 als Anode durchdringt, durchdringt die Aluminiumfolie 12 der Kathode 3, die Schicht aus aktivem Kathodenmaterial 22 , die Schicht aus aktivem Anodenmaterial 5, die Kupferfolie 4 usw. (der Separator ist hierin weggelassen) in dieser Reihenfolge, wodurch ein Kurzschließen an den Teilen A, B, C, D und E in dieser Reihenfolge erfolgt.
  • D.h. als Ergebnis des oben erwähnten Eindringens des Eisennagels 19 erfolgt schließlich ein Kurzschließen zwischen der Schicht aus aktivem Kathodenmaterial und der Anode. Ein erstes Kurzschließen an dem Teil A erfolgt jedoch zwischen dem Eisennagel 19, der das Gehäuse 8 durchdringt, und der Aluminiumfolie 12 der Kathode 3. Bei dem oben erwähnten ersten Kurzschließen, das am Teil A erfolgt, wobei das Kurzschließen zwischen metallischen Segmenten erfolgt, ist der Kurzschlusswiderstand ausreichend niedrig, verglichen mit dem Kurzschlusswiderstand an jedem der Teile B, C, D und E, wobei das Kurzschließen zwischen dem Eisennagel 19 und dem aktiven Kathodenmaterial erfolgt. Daher fließt der größte Teil des Kurzschlussstroms durch Teil A, wobei das Kurzschließen zwischen dem Gehäuse 8 und der Aluminiumfolie 12 durch den Eisennagel 19 erfolgt. Als Ergebnis erfolgt ein sicheres inneres Kurzschließen, ohne dass sich in der Batterie eine große Temperaturerhöhung ergibt.
  • Wenn weiterhin die nichtwässrige Batterie der oben erwähnten Konstruktion einen Unfall erleidet, bei dem die Batterie von einer äußeren Hochtemperatur-Wärmequelle her Wärme ausgesetzt wird, erfolgt ein sicheres Kurzschließen in der Batterie wie folgt. In der oben erwähnten Batterie liegt die äußerste eine Wicklung der Separatorschicht in der Elektrodenanordnung dichter am Gehäuse 8 vor als die anderen Teile des Separators. Wenn die Batterie daher Wärme ausgesetzt wird, wird verursacht, dass die oben erwähnte äußerste eine Wicklung der Separatorschicht eher schmilzt als die anderen Teile des Separators 7, so dass ein Kurzschließen mit niedrigem Widerstand zwischen der Aluminiumfolie 12 , der Kathode 3 und dem Gehäuse 8 erfolgt, während fast kein Strom durch das aktive Kathodenmaterial fließt.
  • Die 5 bis 8 zeigen jeweils schematische Querschnittsansichten der nichtwässrigen Batterie gemäß vier unterschiedlichen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, in denen jede der nichtwässrigen Batterien so gestaltet ist, dass sie sowohl die Struktureigenschaften des innersten Endteils der spiralig aufgewickelten Elektrodenanordnung, die in der Batterie von 1 verwendet wird, als auch die Struktureigenschaften des äußersten Endteils der spiralig aufgewickelten Elektrodenanordnung, die in der Batterie von 3 verwendet wird, aufweist.
  • Nachstehend erfolgt eine Erklärung der Strukturen des innersten Endteils und des äußersten Endteils der spiralig aufgewickelten Elektrodenanordnung und Auswirkungen derselben in Bezug auf die vier unterschiedlichen Batterien.
  • 5 ist eine schematische Querschnittsansicht einer nichtwässrigen Batterie gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In der nichtwässrigen Batterie dieser Ausführungsform hat der innerste Endteil der Kathodenmetallfolie 1 (Aluminiumfolie) der Kathode 3 eine Struktur, in der die folgenden zwei Bereiche in der folgenden Reihenfolge vom innersten Ende der Kathodenaluminiumfolie 1 her angeordnet sind: einen ersten Bereich, in dem die Kathodenaluminiumfolie 1 auf ihren beiden Seiten exponierte Metallteile, die frei von Schichten aus aktivem Kathodenmaterial 2, 2 sind, über eine Länge von etwa zwei Wicklungen aufweist; und einen zweiten Bereich, in dem die Kathodenaluminiumfolie 1 auf einer ihrer Seiten einen exponierten Metallteil, der frei von einer Schicht aus aktivem Kathodenmaterial 2 ist, über eine Länge von etwa einer Wicklung aufweist. Sowohl im ersten als auch im zweiten Bereich des innersten Endteils der Kathodenaluminiumfolie 1 ist der exponierte Teil der Aluminiumfolie 1 dem exponierten Teil der Kupferfolie 4, der frei von Schichten aus aktivem Anodenmaterial ist, über den Separator 7 hinweg gegenüberliegend angeordnet. Wenn daher der Separator 7 ein Reißen des innersten Endteils der Elektrodenanordnung erleidet, erfolgt ein Kurzschließen zwischen dem exponierten Teil der Kathodenaluminiumfolie 1 und dem exponierten Teil der Anodenkupferfolie 4.
  • In der nichtwässrigen Batterie dieser Ausführungsform hat weiterhin der äußerste Endteil der Kathodenmetallfolie 1 eine Struktur, in der die folgenden zwei Bereiche in der folgenden Reihenfolge vom äußersten Ende der Kathodenaluminiumfolie 1 her angeordnet sind: einen ersten Bereich, in dem die Kathodenaluminiumfolie 1 auf ihren beiden Seiten exponierte Metallteile, die frei von Schichten aus aktivem Kathodenmaterial 2, 2 sind, über eine Länge von etwa zwei Wicklungen aufweist; und einen zweiten Bereich, in dem die Kathodenaluminiumfolie 1 auf einer ihrer Seiten einen exponierten Metallteil, der frei von einer Schicht aus aktivem Kathodenmaterial 2 ist, über eine Länge von etwa einer Wicklung aufweist.
  • In dem ersten Bereich und dem zweiten Bereich des äußersten Endteils der Kathodenaluminiumfolie 1 sind drei äußerste Aluminiumfolienschichten ausgebildet, wie in 5 gezeigt ist, wobei kein Separator zwischen den entsprechenden exponierten Seiten der Aluminiumfolienschichten vorliegt. In der Batterie dieser Ausführungsform ist ein exponierter Teil der Kathodenaluminiumfolie 1, der am äußersten Endteil der spiralig aufgewickelten Struktur angeordnet ist, gegenüber einer Innenwand des metallischen Gehäuses, das als Anode dient (d.h. ein anodenäquipotentialer, exponierter Metallteil) über den Separator 15 hinweg, der aus einem ionenisolierenden Separatormaterial besteht, angeordnet.
  • Selbst wenn die nichtwässrige Batterie dieser Ausführungsform einen Unfall erleidet, bei dem das Gehäuse 8 und die spiralig aufgewickelte Elektrodenanordnung von einem leitfähigen Teil mit einem spitzen Ende, wie einem Eisennagel, durchdrungen werden, wird mittels der Struktur des oben erwähnten ersten Bereichs und des oben erwähnten zweiten Bereichs des äußersten Endteils der Kathodenaluminiumfolie verursacht, dass der größte Teil des Kurzschlussstroms zwischen dem Gehäuse 8 und der Aluminiumfolie 1 durch den Eisennagel (ein leitfähiges Teil) fließt, wie im Falle der Batterien der 3 und 4. D.h. selbst wenn der Eisennagel die Schicht aus aktivem Kathodenmaterial 2 nach dem Auftreten eines Kurzschließens zwischen dem Eisennagel und der Aluminiumfolie 1 durchdringt, wodurch das Kurzschließen zwischen dem Eisennagel und der Schicht aus aktivem Kathodenmaterial 2 verursacht wird, ist die Menge an Kurzschlussstrom, die durch die Schicht aus aktivem Kathodenmaterial 2 fließt, ausreichend gering. Als Ergebnis erfolgt ein sicheres inneres Kurzschließen in der Batterie, ohne dass die Batterie eine große Temperaturerhöhung erleidet, die durch eine thermische Zersetzung des aktiven Kathodenmaterials oder dergleichen verursacht wird.
  • In der nichtwässrigen Batterie dieser Ausführungsform ist – wie oben erwähnt wurde – der Separator, der aus einem ionenisolierenden Material besteht, zwischen der Aluminiumfolie 1 und dem Gehäuse 8 angeordnet. Der Grund dafür, warum der Separator aus einem ionenisolierenden Material verwendet werden kann, ist der, dass keine elektrochemischen Reaktionen zwischen der Aluminiumfolie 1 und dem Gehäuse 8 erfolgen, so dass ein Separator, der zwischen der Aluminiumfolie 1 und der Innenwand des Gehäuses 8 angeordnet werden soll, keine ionische Leitfähigkeit aufweisen muss. Daher kann als Separator, der zwischen der Aluminiumfolie 1 und der Innenwand des Gehäuses 8 angeordnet werden soll, eine starre Isolierfolie, die keine ionendurchlässige Eigenschaft aufweist, verwendet werden. Die Verwendung einer solchen starren Isolierfolie als Separator ist aufgrund der folgenden Punkte vorteilhaft. Während der Herstellung einer Batterie, in der ein Separator aus einer starren Isolierfolie zwischen der Innenwand eines Gehäuses und der Elektrodenanordnung angeordnet wird, kann das Verfahren des Einfügens der Elektrodenanordnung in das Gehäuse ohne die Gefahr einer Beschädigung des Separators durch Abrieb oder dergleichen leicht durchgeführt werden. Als Ergebnis wird es ermöglicht, die Gefahr des Auftretens einer defekten Batterie zu unterdrücken, die wahrscheinlich ein Kurzschließen zwischen dem Gehäuse und der Elektrodenanordnung in einem anfänglichen Schritt der praktischen Verwendung der Batterie aufgrund des beschädigten Separators, der zwischen der Innenwand des Gehäuses und der Elektrodenanordnung angeordnet ist, erleidet.
  • 6 ist eine schematische Querschnittsansicht einer nichtwässrigen Batterie gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In der nichtwässrigen Batterie dieser Ausführungsform hat der innerste Endteil der Kathodenmetallfolie 1 (Aluminiumfolie) der Kathode 3 eine Struktur, in der die folgenden zwei Bereiche in der folgenden Reihenfolge vom innersten Ende der Kathodenaluminiumfolie her angeordnet sind: einen ersten Bereich, in dem die Kathodenaluminiumfolie 1 auf ihren beiden Seiten exponierten Metallteile, die frei von Schichten aus aktivem Kathodenmaterial 2, 2 sind, über eine Länge von etwa zwei Wicklungen aufweist; und einen zweiten Bereich, in dem die Kathodenaluminiumfolie 1 auf ihren beiden Seiten Schichten aus aktivem Kathodenmaterial aufweist. In dem ersten Bereich der Kathodenaluminiumfolie 1 ist der exponierte Teil der Aluminiumfolie 1 dem exponierten Teil der Kupferfolie 4, der frei von Schichten aus aktivem Anodenmaterial 2, 2 ist, über den Separator 7 hinweg gegenüberliegend angeordnet. Wenn daher der Separator 7 ein Reißen im mittleren Teil der Elektrodenanordnung erleidet, erfolgt ein Kurzschließen zwischen dem exponierten Teil der Kathodenaluminiumfolie 1 und dem exponierten Teil der Kupferfolie 4.
  • In der nichtwässrigen Batterie dieser Ausführungsform hat die spiralig aufgewickelte Elektrodenanordnung der Batterie weiterhin anstelle des rohrförmigen Kerns 13, der in der Ausführungsform von 5 verwendet wird, in ihrem mittleren Bereich einen elastischen Kern 14, der einen Hauptschlitz aufweist, der sich entlang der Längsrichtung des Kerns erstreckt, so dass der Kern einen C-förmigen Querschnitt aufweist (der in 6 gezeigte Kern 14 ist ferner mit Hilfsschlitzen versehen, wie nachstehend beschrieben wird). Die Batterie dieser Ausführungsform ist so konstruiert, dass der folgende Effekt erreicht wird. Wenn das Gehäuse der Batterie eine Druckkraft erleidet, wirken die Ränder des Hauptschlitzes des Kerns dahingehend, dass der innerste Teil der spiralig aufgewickelten Elektrodenanordnung durchbohrt wird und ein Teil des Separators, der in dem innersten Teil der Elektrodenanordnung angeordnet ist, schnell und sicher bricht, so dass ein schnelles und sicheres Kurzschließen mit niedrigem Widerstand zwischen dem exponierten Teil der Kathodenaluminiumfolie 1 und dem exponierten Teil der Anodenkupferfolie 4 erfolgt.
  • Bei dem oben erwähnten Kern 14 mit einem Hauptschlitz wird es bevorzugt, dass der Kern 14 zudem an verschiedenen Teilen desselben Hilfsschlitze mit einer kurzen Länge aufweist, solange das Bereitstellen der Hilfsschlitze derartig gesteuert wird, dass die Starrheit des Kerns nicht nachteilig reduziert wird. In diesem Fall kann durch die erhöhte Anzahl der Ränder der Schlitze der oben erwähnte Effekt (schnelles und sicheres Reißen eines Teils des Separators, der im mittleren Teil der Elektrodenanordnung positioniert ist) des Kerns 14 verstärkt werden, und dieser Effekt kann auf stabile Weise erreicht werden, und zwar unabhängig von der Richtung des Drucks, den das Gehäuse der Batterie erfährt.
  • Weiterhin kann im Wesentlichen der gleiche wie oben erwähnte Effekt durch die Verwendung einer Spiralstruktur (wie eine Schnecke und eine Schraube) (in 6 nicht gezeigt) mit Vorsprüngen verschiedener Formen am Außenumfang derselben anstelle eines Kerns mit Schlitzen erreicht werden.
  • In der nichtwässrigen Batterie der Ausführungsform von 6 hat der äußerste Endteil der Aluminiumfolie 1 (Kathodenmetallfolie 1 der Kathode 3) eine Struktur, in der die Aluminiumfolie 1 auf einer ihrer (äußeren) Seiten einen exponierten Metallteil über eine Länge von etwa einer Wicklung der spiralig aufgewickelten Struktur vom äußersten Ende der Aluminiumfolie 1 her aufweist. Die Kupferfolie 4 der Anode hat auf ihren beiden Seiten exponierte Metallteile über eine Länge von etwa einer Wicklung der spiralig aufgewickelten Struktur vom äußersten Ende der Kupferfolie 4 her. In dieser Batterie ist der oben erwähnte exponierte Teil der Außenseite der Aluminiumfolie 1 dem exponierten Teil der Innenseite der Anodenkupferfolie 4 (die auf ihren beiden Seiten exponierte Metallteile über eine Länge von etwa einer Wicklung vom äußersten Ende der Anodenkupferfolie 4 her aufweist) über den Separator 7 hinweg gegenüberliegend angeordnet. Wenn ein Teil des Separators 7, der zwischen dem exponierten Teil der Aluminiumfolie 1 und dem exponierten Teil der Kupferfolie 4 angeordnet ist, ein Reißen erleidet, erfolgt ein sicheres Kurzschließen mit niedrigem Widerstand zwischen der Aluminiumfolie 1 und der Kupferfolie 4, wobei der Effekt dieses Kurzschließens mit demjenigen im Falle der nichtwässrigen Batterie der Ausführungsform von 3 identisch ist.
  • Wie oben erwähnt wurde, hat in der oben erwähnten nichtwässrigen Batterie der Ausführungsform von 3 der äußerste Endteil der spiralig aufgewickelten Elektrodenanordnung eine Konstruktion, in der über eine Länge von etwa einer Wicklung der spiralig aufgewickelten Struktur vom äußersten Ende derselben her der exponierte Teil der Aluminiumfolie 1 über den Separator 7 hinweg der Innenwand des Anodengehäuses 8 gegenüberliegend angeordnet ist. Die Struktur des äußersten Endteils der Elektrodenanordnung der nichtwässrigen Batterie der vorliegenden Erfindung ist nicht speziell auf eine solche Struktur beschränkt, wie sie in 3 gezeigt ist, und der oben erwähnte Effekt (d.h. das Erreichen eines sicheren inneren Kurzschließens beim Eindringen eines leitfähigen Teils wie eines Eisennagels in die Batterie) kann auch durch eine Batterie erreicht werden, die eine Struktur des äußersten Endteils der Elektrodenanordnung aufweist, die von derjenigen in der Batterie von 3 verschieden ist. Beispiele für andere Strukturen des äußersten Endteils der Elektrodenanordnung umfassen nicht nur die Struktur von 6, sondern auch eine Struktur, in der eine Anode mit einer Schicht aus aktivem Anodenmaterial zwischen dem exponierten Teil der Kathodenaluminiumfolie 1 und der Innenwand des Anodengehäuses 8 vorliegt (in der Letzteren ist der erreichte Effekt jedoch etwas geringer).
  • Wenn weiterhin z.B. eine Batterie, wie eine Batterie der Ausführungsform von 6 [in der der äußerste Endteil der spiralig aufgewickelten Elektrodenanordnung eine Struktur hat, in der die Anodenkupferfolie 4 (die darauf keine Schicht aus aktivem Anodenmaterial aufweist) zwischen dem exponierten Teil der Kathodenaluminiumfolie 1 und der Innenwand des Gehäuses 8 vorliegt] einen Unfall erleidet, in dem das Batteriegehäuse von einem leitfähigen Teil durchdrungen wird, erfolgt ein Kurzschließen zwischen dem exponierten Teil der Aluminiumfolie 1 und der exponierten Seite der Anodenkupferfolie 4, nicht aber zwischen dem exponierten Teil der Aluminiumfolie 1 und der Innenwand des Gehäuses 8. Um ein Kurzschließen mit niedrigem Widerstand bei dem oben erwähnten Unfall zu erreichen, braucht daher das Gehäuse der oben erwähnten Batterie nicht äquipontential zur Anode zu sein, und das Gehäuse kann aus einem Nichtmetall-Material wie einem Harz bestehen.
  • In der Batterie dieser Ausführungsform ist weiterhin die äußerste Schicht der spiralig aufgewickelten Elektrodenanordnung eine Schicht der Anodenkupferfolie 4. Wenn daher ein Kathodengehäuse, das äquipontential zur Kathode ist, in der nichtwässrigen Batterie dieser Ausführungsform anstelle des Anodengehäuses verwendet wird, hat die erhaltene Batterie eine Konstruktion, in der die (äußere) exponierte Seite der oben erwähnten Anodenkupferfolie 4 über den Separator 7 hinweg der Innenwand des Kathodengehäuses gegenüberliegend angeordnet ist. Wenn eine solche Batterie einen Unfall erleidet, in dem das Batteriegehäuse von einem leitfähigen Teil durchdrungen wird, erfolgt daher ein sicheres Kurzschließen in der Batterie wie im Fall der Batterie der Ausführungsform von 6, die ein Anodengehäuse aufweist.
  • 7 ist eine schematische Querschnittansicht einer nichtwässrigen Batterie gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In der nichtwässrigen Batterie dieser Ausführungsform ist die Aluminiumfolie 9 (die keine Schicht aus aktivem Material hat und eine Dicke von 100 μm und im Wesentlichen die gleiche Breite aufweist wie diejenige der Aluminiumfolie 1) mit dem innersten Endteil der Aluminiumfolie 1 (die eine Dicke von 15 μm aufweist) mechanisch verbunden, wobei die Aluminiumfolie 9 (die sich vom innersten Ende der Aluminiumfolie 1 erstreckt) spiralig über eine Länge von etwa zwei Wicklungen aufgewickelt ist und mit der Aluminiumfolie 1 elektrisch verbunden ist. In der nichtwässrigen Batterie dieser Ausführungsform ist zudem eine Kupferfolie 11 (die keine Schicht aus aktivem Material aufweist und eine Dicke von 100 μm und im Wesentlichen die gleiche Breite wie diejenige der Kupferfolie 4 hat) mit dem innersten Ende der Kupferfolie 4 (die eine Dicke von 18 μm hat) mechanisch verbunden, wobei die Kupferfolie 4 (die sich vom innersten Ende der Kupferfolie 11 erstreckt) spiralig über eine Länge von etwa einer Wicklung aufgewickelt ist und mit der Kupferfolie 4 elektrisch verbunden ist. In dieser Batterie hat der innerste Endteil der spiralig aufgewickelten Elektrodenanordnung eine Struktur, in der beide Seiten der Kupferfolie 11 exponiert sind und jede exponierte Seite der exponierten Seite der Aluminiumfolie 9 über eine Länge von einer Wicklung vom innersten Ende der Kupferfolie 11 her gegenüberliegend angeordnet ist und der exponierte Teil der Kupferfolie 4 der exponierten Seite der Aluminiumfolie 9 über eine Länge von einer Wicklung vom innersten Ende der Kupferfolie 4 her gegenüberliegend angeordnet ist.
  • In der nichtwässrigen Batterie dieser Ausführungsform wird ferner ein Edelstahlkern 14 mit Schlitzen wie in der nichtwässrigen Batterie von 6 verwendet. Wenn daher die Batterie der Ausführungsform von 7 einen Unfall erleidet, in dem das Batteriegehäuse eine Druckkraft erleidet, wirken die Ränder der Schlitze des Kerns dahingehend, dass die 100 μm dicke Aluminiumfolie 9 und die 100 μm dicke Kupferfolie 11 durchbohrt werden, wodurch zwischen denselben ein Kurzschließen verursacht wird. In diesem Fall ist durch die große Dicke der Aluminiumfolie 9 und der Kupferfolie 11 der Kurzschlusswiderstand ausreichend niedrig, verglichen mit dem Kurzschlusswiderstand bei einem Kurzschließen zwischen der 15 μm dicken Aluminiumfolie 1 und der 18 μm dicken Kupferfolie 4.
  • In der nichtwässrigen Batterie dieser Ausführungsform ist weiterhin ein Separator, der aus einem ionenisolierenden Separatormaterial besteht und eine geringere Dicke als diejenige des Separators 7 hat, so angeordnet, dass die metallische Verlängerung 9, die sich von der Kathodenmetallfolie 1 her erstreckt, und sowohl die Anodenmetallfolie 4 als auch die metallische Verlängerung 11, die sich von der Anodenmetallfolie 4 erstreckt, über den Separator 7 hinweg einander gegenüberliegend angeordnet sind. Im Allgemeinen muss ein Separator eine ionendurchlässige Eigenschaft aufweisen, um als Batterieseparator zu fungieren, sowie eine elektronenisolierende Eigenschaft aufweisen. Zusätzlich dazu weist ein Separator eine große Anzahl von Poren auf, um darin eine elektrolytische Flüssigkeit zurückzuhalten, so dass, um eine befriedigende mechanische Festigkeit beizubehalten, die Dicke des Separators nicht stark reduziert werden kann. In diesem Zusammenhang sollte jedoch darauf hingewiesen werden, dass bezüglich des Separators, der zwischen gegenüberliegend exponierten Teilen der Kathodenmetallfolie und der Anodenmetallfolie in der nichtwässrigen Batterie der vorliegenden Erfindung angeordnet werden soll, der Separator keine derartige ionendurchlässige Eigenschaft haben muss, wie sie erforderlich ist, um als Batterieseparator zu fungieren, solange der Separator eine elektronenisolierende Eigenschaft aufweist, so dass der Separator keine Poren aufweisen muss, und somit ein Separator mit einer geringen Dicke frei verwendet werden kann. Daher kann der Raum innerhalb des Gehäuses der Batterie effizient verwendet werden und es wird möglich, eine Batterie zu entwerfen, die eine erhöhte Kapazität aufweist, ohne dass die hohe Sicherheit der Batterie geopfert wird.
  • Wie oben erwähnt wurde, ist in dem äußersten Endteil der spiralig aufgewickelten Elektrodenanordnung der nichtwässrigen Batterie der in 7 gezeigten Ausführungsform, die Aluminiumfolie 9, die in einer Blechform vorliegt und auf ihren beiden Seiten exponierte Metallteile aufweist, die frei von Schichten aus aktivem Kathodenmaterial sind, und die eine Breite hat, die im Wesentlichen mit derjenigen der Aluminiumfolie 1 identisch ist, und eine Dicke von 100 μm aufweist, mit dem äußersten Ende der Aluminiumfolie 1 mit einer Dicke von 15 μm elektrisch und mechanisch verbunden, wobei die Aluminiumfolie 9 über eine Länge von etwa einer Wicklung der spiralig aufgewickelten Struktur von dem verbundenen Anteil her spiralig aufgewickelt ist. Der äußerste Endteil der Anodenkupferfolie 4 hat auf einer seiner Seiten einen exponierten Metallteil, der sich über eine Länge von etwa einer Wicklung zum äußersten Ende der Kupferfolie 4 erstreckt. Die Aluminiumfolie 9 und der oben erwähnte äußerste exponierte Teil der Anodenkupferfolie 4 sind einander gegenüberliegend über eine Länge von etwa 1 Wicklung der spiralig aufgewickelten Struktur angeordnet, wodurch ein Anteil bereitgestellt wird, in dem die exponierten Metallteile der Kathode und der Anode einander gegenüberliegend angeordnet sind. Wenn das Gehäuse als Anode dienen kann, können in diesem Fall die Effekte der vorliegenden Erfindung verstärkt werden. Das Gehäuse der Batterie ist jedoch nicht speziell auf ein Gehäuse beschränkt, das als Anode dienen kann, und kann ein Gehäuse sein, das als Kathode wie in der nichtwässrigen Batterie der in 6 gezeigten Ausführungsform dienen kann, oder ein nichtmetallischer Behälter sein, der aus einem Harz oder dergleichen besteht, oder ein beutelartiges Gehäuse sein, das aus einer Folie besteht.
  • In der nichtwässrigen Batterie wie in der in 7 gezeigten Ausführungsform umfasst der äußerste Teil der spiralig aufgewickelten Elektrodenanordnung einen exponierten Anteil einer Aluminiumfolie. Der äußerste Teil der spiralig aufgewickelten Elektrodenanordnung ist mit dem Separator 16 bedeckt, der eine niedrigere Schmelztemperatur hat als diejenige des Separators 7, und die gesamte Struktur ist in dem Anodengehäuse 8 angeordnet. Wenn eine solche nichtwässrige Batterie einen Unfall erleidet, in dem die Batterie von einer äußeren Wärmequelle her Wärme ausgesetzt wird, wird verursacht, dass der Separator 16, der zwischen der Gehäuseinnenwand und der spiralig aufgewickelten Elektrodenanordnung angeordnet ist und eine niedrigere Schmelztemperatur hat als diejenige des Separators 7, eher schmilzt als der Separator 7, der zwischen der Schicht aus aktivem Kathodenmaterial 2 und der Schicht aus aktivem Anodenmaterial 5 angeordnet ist, so dass ein Kurzschließen mit niedrigem Widerstand zuerst zwischen der Kathodenaluminiumfolie 9 und dem Anodengehäuse 8 erfolgt. Daher fließt kein Kurzschlussstrom durch das aktive Kathodenmaterial, das einen hohen Widerstand hat, so dass die Batterie keine große Temperaturerhöhung erleidet, wodurch die Sicherheit der Batterie gewährleistet wird. Wie oben bereits erwähnt wurde, kann ein solch ausgezeichneter Effekt auch durch die nichtwässrige Batterie der in 3 gezeigten Ausführungsform erreicht werden, in der die äußerste eine Wicklung des Separators 7 den äußersten Teil der spiralig aufgewickelten Elektrodenanordnung darstellt. Unter Verwendung von Separator 16 (der eine niedrigere Schmelztemperatur hat als diejenige des Separators 7) zum Bedecken der Elektrodenanordnung wie in der nichtwässrigen Batterie der in 7 gezeigten Ausführungsform, wird es jedoch ermöglicht, auf wirksamere Weise den oben erwähnten ausgezeichneten Effekt zu erreichen.
  • 8 ist eine schematische Querschnittsansicht einer nichtwässrigen Batterie gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In der nichtwässrigen Batterie dieser Ausführungsform hat der innerste Endteil der Kathodenmetallfolie 1 (Aluminiumfolie) der Kathode 3 eine Struktur, in der die folgenden zwei Bereiche in der folgenden Reihenfolge vom innersten Ende der Kathodenaluminiumfolie 1 her angeordnet sind: einen ersten Bereich, in dem die Kathodenaluminiumfolie 1 auf ihren beiden Seiten exponierte Metallteile über eine Länge von etwa zwei Wicklungen aufweist; und einen zweiten Bereich, in dem die Kathodenmetallfolie 1 auf einer ihrer Seiten ein exponiertes Metallteil über eine Länge von etwa einer Wicklung aufweist. Sowohl im ersten als auch im zweiten Bereich des innersten Endteils der Kathodenaluminiumfolie 1 ist der exponierte Teil der Aluminiumfolie 1 der metallischen Anodenlithiumfolie 6 über den Separator 7 hinweg gegenüberliegend angeordnet. In dieser Ausführungsform ist die Anode eine metallische Lithiumfolie mit einem ausreichend niedrigen elektrischen Widerstand, so dass sie nicht zusätzlich mit einem Metallfolien-Stromabnehmer, wie eine Kupferfolie, versehen werden muss. Wenn der Separator 7 reißt, erfolgt leicht ein Kurzschließen mit niedrigem Widerstand zwischen den beiden metallischen Segmenten, d.h. der metallischen Anodenlithiumfolie 6 und der Kathodenaluminiumfolie 1, so dass die Sicherheit der Batterie gewährleistet werden kann.
  • In der Elektrodenanordnung der nichtwässrigen Batterie dieser in 8 gezeigten Ausführungsform hat zudem der äußerste Endteil der Kathodenaluminiumfolie 1 der Kathode 3 eine Struktur, in der die Kathodenaluminiumfolie 1 auf einer ihrer (äußeren) Seiten einen exponierten Metallteil aufweist, der sich über eine Länge von etwa einer Wicklung zum äußersten Ende derselben erstreckt. Dieser exponierte Teil des äußersten Endteils der Kathodenaluminiumfolie 1 ist dem metallischen Gehäuse, das der Anode äquipotential ist, über den Separator 15 hinweg, der aus einem ionenisolierenden Material besteht, gegenüberliegend angeordnet.
  • In dieser Batterie ist der Mechanismus zur Gewährleistung eines sicheren Kurzschließens mit niedrigem Widerstand bei einem Unfall fast der gleiche, wie bei der in 3 gezeigten Ausführungsform. Der Sicherheitsmechanismus der Batterie von 8 unterscheidet sich jedoch von dem der Batterie von 3 dahingehend, dass die Erstere einen Separator 15 aus einem ionenisolierenden Material aufweist. Dieser Punkt wird nachstehend erklärt. Die spiralig aufgewickelte Elektrodenanordnung der Batterie von 8 hat einen äußersten Endteil, der aus Kathode 3 besteht, die die Aluminiumfolie 1 umfasst, auf deren einer (inneren) Seite eine Schicht aus aktivem Kathodenmaterial 2 ausgebildet ist und auf deren anderer (äußerer) Fläche ein exponierter Metallteil angeordnet ist. Wenn daher in dieser Ausführungsform von 8 ein Separator aus einem ionendurchlässigen Separatormaterial zwischen dem anodenäquipotentialen Gehäuse und dem äußersten Endteil (exponierte Kathodenaluminiumfolie) der spiralig aufgewickelten Elektrodenanordnung angeordnet wird, werden einige Probleme auftreten. D.h., wenn z.B. eine solche Batterie überladen und stehengelassen wird, ist es möglich, das Ionen, die sich aus dem anodenäquipotentialen Gehäuse herauslösen, durch den ionendurchlässigen Separator befördert werden und dann auf den Oberflächen der Kathode abgeschieden werden, und ist es auch möglich, dass aufgrund des Herauslösens von Ionen aus dem Gehäuse Durchgangslöcher in dem Gehäuse gebildet werden, so dass ein Auslaufen eines Elektrolyten aus der Batterie verursacht wird.
  • Weiterhin hat eine nichtwässrige Sekundärbatterie einer solchen Struktur (in der der Separator 15 in der Batterie von 8 in einen solchen abgeändert ist, der eine ionendurchlässige Eigenschaft hat) auch ein dahingehendes Problem, dass, wenn sie einem Laden unterzogen wird, Lithiumionen – obwohl in geringer Menge – von dem aktiven Kathodenmaterial, das am äußersten Ende (A) der Kathode vorliegt, zum Gehäuse wandern und auf dem Gehäuse als Teil der Anode abgeschieden werden. Demgegenüber kann das Auftreten dieser Probleme verhindert werden, indem man eine Maßnahme ergreift, wie diejenige, die in 8 angegeben ist, dass ein ionenisolierender Separator 15 zwischen dem Gehäuse und dem äußersten Endteil (exponierte Kathodenaluminiumfolie) der spiralig aufgewickelten Elektrodenanordnung angeordnet wird, wodurch eine Ionenisolierung zwischen denselben erreicht wird.
  • Jede der oben beschriebenen Ausführungsformen ist eine zylindrische nichtwässrige Batterie mit einer spiralig aufgewickelten Elektrodenanordnung, umfassend eine Kathode, eine Anode und einen Separator, die zusammen spiralig zur spiralig aufgewickelten Struktur aufgewickelt sind, so dass die Kathode und die Anode über den Separator hinweg einander gegenüberliegend angeordnet sind. Die Konstruktion jeder der oben beschriebenen Ausführungsformen der Batterie der vorliegenden Erfindung kann jedoch auch auf nichtwässrige Batterien angewendet werden, die jeweils eine rechteckige Form mit geringer Dicke aufweisen, die weit verbreitet in handlichen transportierbaren Endgeräten verwendet werden.
  • Eine Elektrodenanordnung, die zum Unterbringen in einem rechteckigen Gehäuse geringer Dicke geeignet ist, kann z.B. durch ein Verfahren erhalten werden, in dem eine spiralig aufgewickelte Elektrodenanordnung der gleichen Struktur wie in irgendeiner der obigen Ausführungsformen formgepresst wird, so das sie eine flache Form und einen elliptischen Querschnitt aufweist, oder ein Verfahren, in dem der Vorgang des spiraligen Aufwickelns auf solche Weise durchgeführt wird, dass die erhaltene spiralig aufgewickelte Elektrodenanordnung eine rechteckige Form geringer Dicke aufweist.
  • Weiterhin ist die in der vorliegenden Erfindung verwendete Elektrodenanordnung nicht auf eine spiralig aufgewickelte Elektrodenanordnung beschränkt. Z.B. kann die in der vorliegenden Erfindung verwendete Elektrodenanordnung entweder eine in den 9 und 10 gezeigte einfach gestapelte Laminatelektrodenanordnung sein oder eine in den 11 und 12 gezeigte zickzackgefaltete Laminatelektrodenanordnung, wobei jede dieser Elektrodenanordnungen die gleiche Wirkung wie die spiralig aufgewickelte Elektrodenanordnung aufweist.
  • Um bei der spiralig aufgewickelten Elektrodenanordnung die Sicherheit bei einem Unfall zu verstärken, bei dem die Batterie Wärme von einer äußeren Hochtemperatur-Wärmequelle ausgesetzt wird oder von einem Eisennagel durchdrungen wird, wird es bevorzugt, dass die Kathodenmetallfolie (z.B. eine Aluminiumfolie) auf ihrer Außenseite einen exponierten Metallteil über eine Länge von einer Wicklung oder mehr vom äußersten Ende derselben aufweist, wobei der exponierte Metallteil dem Gehäuse gegenüber angeordnet ist. Bei einer einfach gestapelten Laminatelektrodenanordnung, wie sie in den 9 und 10 gezeigt ist, und einer zickzackgefalteten Laminatelektrodenanordnung, wie sie in den 11 und 12 gezeigt ist, kann jedoch die Sicherheit der Batterie bei dem oben erwähnten Unfall verstärkt werden, ohne dass eine exponierte Kathodenaluminiumfolie auf dem gesamten Umfang der Elektrodenanordnung angeordnet ist, so dass sie der Innenwand des Gehäuses gegenüberliegt. D.h. bei einer Batterie mit einer gestapelten Laminatelektrodenanordnung oder einer zickzackgefalteten Laminatelektrodenanordnung kann die Sicherheit der Batterie bei Unfällen auf befriedigende Weise verstärkt werden, solange ein exponierter Metallteil der Kathode und ein exponierter Metallteil der Anode jeweils auf zwei einander gegenüberliegenden Flächen in der Elektrodenanordnung vorliegen.
  • 9 ist eine schematische Querschnittsansicht einer Form der nichtwässrigen Batterie der vorliegenden Erfindung, die eine gestapelte Laminatelektrodenanordnung aufweist. Im mittleren Teil der Elektrodenanordnung der nichtwässrigen Batterie der in 9 gezeigten Ausführungsform, werden eine Kathodenschicht, die auf einer ihrer Seiten einen exponierten Teil der Aluminiumfolie 1 aufweist, und eine Anodenschicht, die auf einer ihrer Seiten einen exponierten Teil der Kupferfolie 4 aufweist, so angeordnet, dass die exponierten Metallteile der Kathode und der Anode einander gegenüberliegend über die Separatoren 7, 7 hinweg angeordnet sind, wobei zwischen diesen Separatoren 7, 7 ein elektrisch leitfähiges starres oder elastisches Teil 18 angeordnet ist.
  • 10 ist eine schematische Querschnittsansicht einer anderen Form der nichtwässrigen Batterie gemäß der vorliegenden Erfindung, die eine gestapelte Laminatelektrodenanordnung aufweist. In der Elektrodenanordnung der nichtwässrigen Batterie dieser Ausführungsform von 10 hat jede der zwei äußersten Kathodenaluminiumfolien 1, 1 auf einer ihrer (äußeren) Seiten einen exponierten Metallteil, so dass der exponierte Teil des äußersten Kathodenaluminiums und des Anodengehäuses 8 jeweils einander gegenüberliegend angeordnet sind.
  • 11 ist eine schematische Querschnittsansicht einer Form der nichtwässrigen Batterie der vorliegenden Erfindung, die eine zickzackgefaltete Laminatelektrodenanordnung aufweist. In der nichtwässrigen Batterie der in 11 gezeigten Ausführungsform hat jeder der zwei äußersten Schichtteile der zickzackgefalteten Laminatelektrodenanordnung eine Struktur, in der eine metallische Verlängerung 11, die sich von der Anodenkupferfolie 4 erstreckt, und die Kathodenaluminiumfolie 1, die auf einer ihrer Seiten einen exponierten Metallteil aufweist, so angeordnet sind, dass die metallische Verlängerung 11 und der exponierte Teil der Kathodenaluminiumfolie 1 über den Separator 7 (oder alternativ Separator 17 mit einer geringeren Dicke als der des Separators 7) und einem elektrisch leitfähigen starren oder elastischen Teil 18 hinweg einander gegenüberliegend angeordnet sind, wobei das elektrisch leitfähige starre oder elastische Teil 18 so angepasst ist, dass es einen lokalen Druck auf den Separator 7 ausüben kann, so dass, wenn die Batterie einen Druck von der oberen und unteren Seite erfährt, wie in 11 ersichtlich ist, ein Kurzschließen mit niedrigem Widerstand leicht zwischen der metallischen Verlängerung 11 und dem exponierten Teil der Kathodenaluminiumfolie 1 erfolgt.
  • 12 ist eine schematische Querschnittsansicht einer anderen Form der nichtwässrigen Batterie der vorliegenden Erfindung, die eine zickzackgefaltete Laminatelektrodenanordnung aufweist. In der nichtwässrigen Batterie der in 12 gezeigten Ausführungsform hat jeder der zwei äußersten Schichtteile der zickzackgefalteten Laminatelektrodenanordnung eine Struktur, in der die Kathodenaluminiumfolie 1, die auf ihren beiden Seiten exponierte Metallteile aufweist, gefaltet ist, und die gefaltete Kathodenaluminiumfolie 1 und die Anodenkupferfolie 4, die auf einer ihrer Seiten einen exponierten Metallteil aufweist, so angeordnet, dass die gefaltete Kathodenaluminiumfolie 1 und der exponierte Teil der Anodenkupferfolie 4 über den Separator 7 hinweg einander gegenüberliegend angeordnet sind. Durch Unterbringen der oben erwähnten zickzackgefalteten Laminatelektrodenanordnung in einem Gehäuse als Anode erfolgt weiterhin ein Kurzschließen mit niedrigem Widerstand auf sichere Weise.
  • Als elektrisch leitfähiges Teil, das durch die Zahl 18 in den 9 und 11 bezeichnet wird, kann z.B. eine Edelstahlplatte mit einer Dicke von 100–150 μm verwendet werden, und dieselbe wird zickzackgefaltet, so dass sie eine Breite von 500–2000 μm hat, oder es kann eine Edelstahlplatte mit einer Dicke von 500 bis 2000 μm verwendet werden, die eine streifenförmige, konkav-konvexe Oberflächenstruktur einer Tiefe von 100 bis 1000 μm hat. Wenn das elektrisch leitfähige Teil 18 wie in den nichtwässrigen Batterien der 9 und 11 verwendet wird, kann ein dahingehender Vorteil erreicht werden, dass, wenn die Batterie eine äußere Druckkraft in zwei entgegengesetzten Richtungen von der oberen Seite und der unteren Seite erleidet, wie in den 9 und 11 gezeigt ist, die hervorstehenden Anteile des leitfähigen Teils 18 eine lokale Druckkraft auf den Separator 7 ausüben und dazu dienen, den Separator 7 zu zerbrechen, so dass leichter ein Kurzschließen mit niedrigem Widerstand zwischen einem exponierten Teil der Kathodenmetallfolie und einem exponierten Teil der Anodenmetallfolie erfolgt, wodurch die Sicherheit der Batterie verstärkt wird.
  • Unter Verwendung einer nichtwässrigen Batterie, die die gestapelte Laminatelektrodenanordnung oder die zickzackgefaltete Laminatelektrodenanordnung aufweist, und eines Separators (wie ein Separator aus einem ionenisolierenden Separatormaterial oder ein Separator aus einem Material mit einer relativ niedrigen Schmelztemperatur, wobei jeder derselben eine Dicke hat, die geringer ist als die eines Separators, der zwischen einer Schicht aus aktivem Kathodenmaterial und einer Schicht aus aktivem Anodenmaterial angeordnet ist), der zwischen dem Gehäuse und der gestapelten Laminatelektrodenanordnung oder der zickzackgefalteten Laminatelektrodenanordnung angeordnet ist, können die gleichen Effekte erhalten werden, wie jene der nichtwässrigen Batterie, die eine spiralig aufgewickelte Elektrodenanordnung hat.
  • Gewerbliche Anwendbarkeit
  • Aufgrund der einzigartigen Struktur der Elektrodenanordnung ist die nichtwässrige Batterie der vorliegenden Erfindung dahingehend vorteilhaft, dass, selbst wenn die Batterie Unfälle erleidet, wie einen Unfall, bei dem das Batteriegehäuse durch einen äußeren Druck gequetscht wird, einen Unfall, bei dem die Batterie durch eine Fehlfunktion eines Ladestromkreises oder dergleichen überladen wird, einen Unfall, bei dem die Batterie von einem Metallnagel oder dergleichen durchdrungen wird, und einen Unfall, bei dem von einer äußeren Hochtemperatur-Wärmequelle her Wärme auf die Batterie einwirken gelassen wird, leicht ein Kurzschließen mit niedrigem Widerstand zwischen metallischen Segmenten erfolgt, wodurch das Auftreten eines schnellen Temperaturanstiegs in der Batterie verhindert wird, so dass die Batterie eine hohe Sicherheit aufweisen kann.

Claims (12)

  1. Lithiumionen-Sekundärbatterie, umfassend: (1) ein Gehäuse, (2) einen nichtwässrigen Elektrolyten, der in einem Zwischenraum enthalten ist, der durch eine innere Wand des Gehäuses definiert wird, und (3) eine Elektrodenanordnung, die funktionell mit dem nichtwässrigen Elektrolyten in dem Zwischenraum untergebracht ist; wobei die Elektrodenanordnung (3) aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus einer spiralig aufgewickelten Elektrodenanordnung (3-i), einer gestapelten Laminatelektrodenanordnung (3-ii) und einer zickzackgefalteten Laminatelektrodenanordnung (3-iii) ausgewählt ist; wobei die spiralig aufgewickelte Elektrodenanordnung (3-i) Folgendes umfasst: eine Kathode, die (a-1) eine Kathodenmetallfolie, die als Kathodenstromabnehmer dienen kann, und (a-2) eine Schicht aus aktivem Kathodenmaterial, die auf wenigstens einer Seite der Kathodenmetallfolie (a-1) gebildet ist, umfasst, wobei die Schicht aus aktivem Kathodenmaterial (a-2) ein aktives Kathodenmaterial umfasst, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus einem Mischmetalloxid von Lithium und einem Übergangsmetall und einem Mischmetalloxid von Lithium, einem Übergangsmetall und einem Nichtübergangsmetall, das kein Alkalimetall ist, besteht; eine Anode, die eine Schicht aus aktivem Anodenmaterial umfasst, die ein kohlenstoffartiges Material umfasst; und einen Separator, der sich zwischen der Kathode und der Anode befindet; wobei die Kathode, die Anode und der Separator zusammen spiralig zu einer spiralig aufgewickelten Struktur aufgewickelt sind, wobei die Schicht aus aktivem Kathodenmaterial und die Schicht aus aktivem Anodenmaterial über den Separator hinweg einander gegenüberliegend angeordnet sind; wobei die gestapelte Laminatelektrodenanordnung (3-ii) Folgendes umfasst: eine Menge von elektrisch miteinander verbundenen Kathoden, die jeweils (a'-1) eine Kathodenmetallfolie, die als Kathodenstromabnehmer dienen kann, und (a'-2) eine Schicht aus aktivem Kathodenmaterial, die auf wenigstens einer Seite der Kathodenmetallfolie (a'-1) gebildet ist, umfassen, wobei die Schicht aus aktivem Kathodenmaterial (a'-2) ein aktives Kathodenmaterial umfasst, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus einem Mischmetalloxid von Lithium und einem Übergangsmetall und einem Mischmetalloxid von Lithium, einem Übergangsmetall und einem Nichtübergangsmetall, das kein Alkalimetall ist, besteht; eine Menge von elektrisch miteinander verbundenen Anoden, die jeweils eine Schicht aus aktivem Anodenmaterial umfassen, die ein kohlenstoffartiges Material umfasst; und eine Menge von Separatoren, die sich jeweils zwischen jeder Kathode und jeder Anode befinden; wobei jede Kathode, jede Anode und jeder Separator zu einer gestapelten Laminatstruktur gestapelt sind, wobei die Schicht aus aktivem Kathodenmaterial und die Schicht aus aktivem Anodenmaterial über den Separator hinweg einander gegenüberliegend angeordnet sind; wobei die zickzackgefaltete Laminatelektrodenanordnung (3-iii) Folgendes umfasst: eine Kathode, die (a''-1) eine Kathodenmetallfolie, die als Kathodenstromabnehmer dienen kann, und (a''-2) eine Schicht aus aktivem Kathodenmaterial, die auf wenigstens einer Seite der Kathodenmetallfolie (a''-1) gebildet ist, umfasst, wobei die Schicht aus aktivem Kathodenmaterial (a''-2) ein aktives Kathodenmaterial umfasst, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus einem Mischmetalloxid von Lithium und einem Übergangsmetall und einem Mischmetalloxid von Lithium, einem Übergangsmetall und einem Nichtübergangsmetall, das kein Alkalimetall ist, besteht; eine Anode, die eine Schicht aus aktivem Anodenmaterial umfasst, die ein kohlenstoffartiges Material umfasst; und einen Separator, der sich zwischen der Kathode und der Anode befindet; wobei die Kathode, die Anode und der Separator zusammen zu einer zickzackgefalteten Laminatstruktur gefaltet sind, wobei die Schicht aus aktivem Kathodenmaterial und die Schicht aus aktivem Anodenmaterial über den Separator hinweg einander gegenüberliegend angeordnet sind; wobei die Batterie ein kathodenäquipotentiales Metallsegment aufweist, das in Verbindung mit der Kathode vorliegt, wobei das kathodenäquipotentiale Metallsegment auf wenigstens einer seiner Seiten einen Teil aufweist, der frei von der Schicht aus aktivem Kathodenmaterial ist, was einen kathodenäquipotentialen, exponierten Metallteil (α) ergibt, der eine Länge von einer Wicklung oder mehr der spiralig aufgewickelten Struktur in Bezug auf die spiralig aufgewickelte Elektrodenanordnung (3-i), eine Länge von einer Schicht oder mehr der gestapelten Laminatstruktur in Bezug auf die gestapelte Laminatelektrodenanordnung (3-ii) oder eine Länge von einer Schicht oder mehr der zickzackgefalteten Laminatstruktur in Be zug auf die zickzackgefaltete Laminatelektrodenanordnung (3-iii) aufweist; wobei sich der kathodenäquipotentiale, exponierte Metallteil (α) gegenüber einem anodenäquipotentialen, exponierten Metallteil (β) befindet, wobei der Teil (β) in Verbindung mit der Anode über eine Länge von einer Wicklung oder mehr der spiralig aufgewickelten Struktur in Bezug auf die spiralig aufgewickelte Elektrodenanordnung (3-i), über eine Länge von einer Schicht oder mehr der gestapelten Laminatstruktur in Bezug auf die gestapelte Laminatelektrodenanordnung (3-ii) oder über eine Länge von einer Schicht oder mehr der zickzackgefalteten Laminatstruktur in Bezug auf die zickzackgefaltete Laminatelektrodenanordnung (3-iii) vorliegt.
  2. Batterie gemäß Anspruch 1, wobei das kathodenäquipotentiale Metallsegment auf beiden Seiten einen Teil aufweist, der frei von der Schicht aus aktivem Kathodenmaterial ist.
  3. Batterie gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die Anode (b-1) eine Anodenmetallfolie, die als Anodenstromabnehmer dienen kann, und (b-2) eine Schicht aus aktivem Anodenmaterial, die auf wenigstens einer Seite der Anodenmetallfolie (b-1) gebildet ist, umfasst oder (b-3) eine Metallfolie als aktives Anodenmaterial, die als Schicht aus aktivem Anodenmaterial und als Anodenstromabnehmer dienen kann, sowie gegebenenfalls (b-4) eine Anodenstromabnehmer-Metallfolie, die auf wenigstens einer ihrer Seiten an der Metallfolie als aktivem Anodenmaterial (b-3) mit elektrischer Verbindung zu der Metallfolie als aktivem Anodenmaterial befestigt ist, umfasst, und wobei der anodenäquipotentiale, exponierte Metallteil (β) wenigstens ein Vertreter ist, der aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Folgenden besteht: (c) einem exponierten Metallteil auf wenigstens einer Seite der Anodenmetallfolie (b-1), wobei der exponierte Metallteil frei von der Schicht aus aktivem Anodenmaterial (b-2) ist; (d) einem exponierten Metallteil auf wenigstens einer Seite der Metallfolie als aktives Anodenmaterial (b-3); (e) einem exponierten Metallteil auf wenigstens einer Seite der Anodenstromabnehmer-Metallfolie (b-4), wobei der exponierte Metallteil frei von der Metallfolie als aktivem Anodenmaterial (b-3) als Schicht aus aktivem Anodenmaterial ist; und (f) einer metallischen Verlängerung, die eine elektrische Verbindung zu wenigstens einem Ende, das aus dem innersten und dem äußersten Ende der Anodenmetallfolie (b-1), der Metallfolie als aktives Anodenmaterial (b-3) oder der Anodenstromabnehmer-Metallfolie (b-4) ausgewählt ist, aufweist und sich von diesem Ende weg erstreckt.
  4. Batterie gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Anode (b-1) eine Anodenmetallfolie, die als Anodenstromabnehmer dienen kann, und (b-2) eine Schicht aus aktivem Anodenmaterial, die auf wenigstens einer Seite der Anodenmetallfolie (b-1) gebildet ist, umfasst und es sich bei dem anodenäquipotentialen, exponierten Metallteil (β) um (c) einen exponierten Metallteil von wenigstens einer Seite der Anodenmetallfolie (b-1) handelt, wobei der exponierte Metallteil frei von der Schicht aus aktivem Anodenmaterial (b-2) ist.
  5. Batterie gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der kathodenäquipotentiale, exponierte Metallteil (α) wenigstens ein Vertreter ist, der aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Folgenden besteht: (g) einem exponierten Metallteil auf wenigstens einer Seite der Kathodenmetallfolie (a-1) an deren äußerstem Endteil, wobei der exponierte Metallteil frei von der Schicht aus aktivem Kathodenmaterial (a-2) ist; und (h) einer metallischen Verlängerung, die eine elektrische Verbindung zu einem äußersten Ende der Kathodenmetallfolie (a-1) aufweist und sich von diesem weg erstreckt.
  6. Batterie gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der kathodenäquipotentiale, exponierte Metallteil (α) wenigstens ein Vertreter ist, der aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Folgenden besteht: (g') einem exponierten Metallteil auf wenigstens einer Seite der Kathodenmetallfolie (a-1) an deren innerstem Endteil, wobei der exponierte Metallteil frei von der Schicht aus aktivem Kathodenmaterial (a-2) ist; und (h') einer metallischen Verlängerung, die eine elektrische Verbindung zu einem innersten Ende der Kathodenmetallfolie (a-1) aufweist und sich von diesem weg erstreckt.
  7. Batterie gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der kathodenäquipotentiale, exponierte Metallteil (α) eine Elektrodenlasche aufweist, um die Kathode kathodenäquipotential mit einer Außenelektrode zu verbinden, die sich außerhalb der spiralig aufgewickelten Elektrodenanordnung befindet.
  8. Batterie gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der anodenäquipotentiale, exponierte Metallteil (β) eine Elektrodenlasche aufweist, um die Anode anodenäquipotential mit einer Außenelektrode zu verbinden, die sich außerhalb der spiralig aufgewickelten Elektrodenanordnung befindet.
  9. Batterie gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei der Separator aus Folgendem besteht: einem ersten Separatorsegment (S1), das sich in wenigstens einem ersten Bereich befindet, in dem die Schicht aus aktivem Kathodenmaterial der Kathode der Schicht aus aktivem Anodenmaterial der Anode gegenüberliegt, und einem zweiten Separatorsegment (S2), das sich in wenigstens einem zweiten Bereich befindet, in dem der katho denäquipotentiale, exponierte Metallteil (α) dem anodenäquipotentialen, exponierten Metallteil (β) gegenüberliegt, wobei das erste Separatorsegment (S1) aus einem ionendurchlässigen Separatormaterial besteht und das zweite Separatorsegment (S2) aus einem Separatormaterial besteht, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus einem ionenisolierenden Separatormaterial und einem ionendurchlässigen Separatormaterial besteht.
  10. Batterie gemäß Anspruch 9, wobei das zweite Separatorsegment aus einem ionenisolierenden Separatormaterial besteht.
  11. Batterie gemäß Anspruch 9 oder 10, wobei das zweite Separatorsegment eine Schmelztemperatur hat, die 100 °C oder mehr beträgt und um wenigstens 5 °C niedriger ist als die Schmelztemperatur des ersten Separatorsegments.
  12. Batterie gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei die spiralig aufgewickelte Elektrodenanordnung in einem Spiralwickelzentralteil derselben einen darin eingefügten starren oder elastischen Kern aufweist, so dass die Elektrodenanordnung, wenn das Gehäuse einer Druckkraft ausgesetzt ist, sich so anpasst, dass sie zwischen dem Gehäuse und dem Kern zusammengedrückt wird.
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