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Technisches
Gebiet
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Die
Erfindung betrifft eine Elektrode und eine Zelle, welche ein Stromerzeugungselement
aufweist, in dem positive und negative Elektroden abwechselnd über zum
Zurückhalten
eines Elektrolyten dienende Elektrolytrückhalteschichten, beispielsweise Separatoren,
nahe beieinander angeordnet sind.
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Technischer
Hintergrund
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Eine
Zelle (eine chemische Zelle vom Aktivmaterialrückhaltetyp, der eine Primärzelle und
eine Sekundärzelle
einschließt)
weist für
gewöhnlich Stromerzeugungselemente
auf, in denen jeweils positive und negative Elektroden über Separatoren nahe
beieinanderliegend angeordnet sind. Ein Separator ist eine Isoliereinrichtung,
die verwendet wird, um derartige positive und negative Elektroden
voneinander zu trennen, und dieser kann mit einer Elektrolytlösung durchtränkt sein.
In einer Zelle vom gewickelten Typ sind beispielsweise eine positive
Elektrode und eine negative Elektrode, von denen jede aus einem
einzelnen Streifen besteht, über
zwei streifenartige Separatoren gewickelt, wodurch ein Stromerzeugungselement
gebildet wird. In einer schichtweise aufgebauten Zelle sind mehrere
positive und negative Elektroden, die eine dünne plattenartige Form haben, über mehrere
Lagen von Separatoren übereinander
geschichtet, wodurch ein Stromerzeugungselement gebildet wird. Ein
Stromerzeugungselement, welches, wie zuvor beschrieben, gewickelt
oder übereinander
geschichtet ist, wird provisorisch mit einem Band oder dergleichen
befestigt, und das Stromerzeugungselement wird in einem starken
Zellenbehälter,
der aus einem Metallbehälter
oder dergleichen besteht, untergebracht und gepresst, um zu verhindern,
dass die Elektroden und die Separatoren voneinander getrennt werden
und sich der Zwischenelektrodenabstand ändert, oder dass ein Fluchtungsfehler
der Elektroden und der Separatoren entsteht.
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In
einem Stromerzeugungselement einer Zelle des Standes der Technik
sind jedoch die Elektroden und Separatoren in engem Kontakt miteinander,
und zwar dadurch, dass sie mit dem Band befestigt sind, sie durch
Verwenden eines Zellenbehälters unter
Druck gesetzt sind und dergleichen, so dass ein im Wesentlichen
spaltfreier Zustand erzeugt wird. Daher tritt das Problem auf, dass,
sogar wenn eine Elektrolytlösung
in einen Zellenbehälter
eingefüllt
ist, das Eindringen der Elektrolytlösung beginnend von den Kantenabschnitten
der Separatoren, die zur Oberfläche
des Stromerzeugungselementes hin frei liegen, allmählich fortschreitet
und für
eine ausreichend feine Verteilung der Elektrolytlösung im
mittleren Teil des Stromerzeugungselementes eine längere Zeit
erforderlich ist. Dieses Problem tritt sowohl in einer Primärzelle als
auch in einer Sekundärzelle
auf, oder entsteht anders gesagt üblicherweise in allen Arten
von Zellen, einschließlich
den Zellen vom gewickelten Typ und vom schichtweise aufgebauten
Typ. Insbesondere ist das Problem in einer Zelle zu bemerken, welche
eine große
Elektrodenoberfläche hat.
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Ein
Verfahren wurde vorgeschlagen, bei welchem in einer Zelle, in welcher
während
des Ladevorgangs im Wesentlichen kein Gas zwischen den Elektroden
erzeugt wird, beispielsweise in einer einen nicht-wässrigen
Elektrolyt enthaltenden Sekundärzelle,
positive und negative Elektroden an zwischen die Elektroden eingelegten
Separatoren befestigt sind, wodurch ein Stromerzeugungselement integriert
wird. Falls ein Stromerzeugungselement integriert ist, besteht,
sogar wenn das Stromerzeugungselement nicht durch Befestigen mit
einem Band oder dergleichen, noch durch Unterbringen in einem Zellenbehälter oder
dergleichen gepresst ist, keine Gefahr, dass sich der Zwischenelektrodenabstand
verändert
oder ein Fluchtungsfehler bei der Überlappung von Elektroden und
Separatoren entsteht. Daher kann ein derartiges Stromerzeugungselement
in einem biegsamen, bahnmaterialartigen Zellenbehälter untergebracht
werden.
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Wenn
jedoch ein Stromerzeugungselement wie zuvor beschrieben integriert
ist, sind Elektroden und Separatoren in einem Zustand, bei dem sie
sich vollkommen eng in Kontakt miteinander befinden, so dass ein
perfekter spaltloser Zustand erzeugt wird. In einer ein nicht-wässriges
Elektrolyt enthaltenden Sekundärzelle
wird für
gewöhnlich
ein mikroporöser Kunststofffilm
als Separator verwendet. Im Vergleich zu einem Separator, der aus
einem Textilvlies oder dergleichen aufgebaut ist, wird daher die
Durchdringungsgeschwindigkeit der Elektrolytlösung abgesenkt. In einem derartigen
Fall tritt daher das Problem auf, dass die Diffusionsgeschwindigkeit
der Elektrolytlösung
geringer ist als die einer üblichen Zelle.
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In
einigen ein nicht-wässriges
Elektrolyt aufweisenden Sekundärzellen
wird ein Gas lediglich bei einem anfänglichen Ladevorgang zwischen
den Elektroden erzeugt. Demzufolge kann ein Arbeitsgang des Extrahierens
des erzeugten Gases manchmal dadurch ausgeführt werden, dass ein Zellenbehälter evakuiert
wird, in welchem ein Stromerzeugungselement untergebracht ist, eine
Elektrolytlösung
in den Behälter
gegossen wird, ein vorbereitender Ladevorgang durchgeführt wird,
und dann der Behälter
erneut evakuiert wird. Bei derartigen Evakuierungsprozessen tritt
daher ebenfalls das Problem auf, dass das Extrahieren des Gases
aus einem Stromerzeugungselement nur in ungenügender Weise erfolgt.
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In
einer derartigen Zelle sind weiter die Grenzfläche eines Separators und einer
Elektrode miteinander durch einen ein Lösungsmittel enthaltenden Klebstoff
miteinander verklebt, und somit ist ein Schritt, bei dem das im
Klebstoff enthaltene Lösungsmittel
entfernt wird, bei der Herstellung der Zelle erforderlich. Für diesen
Schritt wird ein Wärmetrocknen,
ein Vakuumtrocknen, ein Vakuum-Wärme-Trocknen oder dergleichen
verwendet, und daher tritt das Problem auf, dass eine längere Zeitdauer zum
Entfernen eines Lösungsmittels
benötigt
wird.
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In
einer Zelle, in welcher Elektroden und Separatoren in unmittelbarer
Nähe voneinander
angeordnet sind, scheint es, dass das Durchtränken mit Elektrolytlösung über einen
Querschnitt eines jeden Separators erfolgt, und daher besteht das
Prob lem, dass eine längere
Zeitdauer benötigt
wird, sogar wenn ein Verfahren wie beispielsweise Vakuumdurchtränken verwendet
wird.
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Die
Erfindung wurde in Anbetracht dieser Umstände ausgeführt. Es ist ein Ziel der Erfindung, eine
Elektrode, bei welcher eine Nut in einer Fläche der Elektrode ausgebildet
ist, wodurch die Diffusion einer in ein Stromerzeugungselement eingefüllten Elektrolytlösung, die
Gasextraktion aus dem Stromerzeugungselement und die Geschwindigkeit
des Abführens
eines Lösungsmittels
verbessert werden können,
und ebenfalls eine Zelle bereitzustellen, die eine derartige Elektrode
verwendet.
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Offenbarung
der Erfindung
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Um
die Probleme zu lösen,
ist (1) die Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass ein Stromerzeugungselement,
bei welchem eine oder mehrere positive Elektroden und eine oder
mehrere negative Elektroden über
zum Rückhalten
eines Elektrolyten dienende Elektrolytrückhalteschichten wie beispielsweise
Separatoren abwechselnd nahe beieinanderliegend angeordnet sind,
eine Nut in einer gegenüberliegenden
Fläche
mindestens einer der Elektroden ausgebildet ist, wobei die gegenüberliegende
Fläche der
anderen Elektrode über
eine Elektrolytrückhalteschicht
gegenüberliegt,
und mindestens ein Ende der Nut bis zu einem Ende der Elektrode
reicht. Weiter ist die Elektrolytrückhalteschicht ein mikroporöser Kunststofffilm.
Gemäß der Einrichtung
(1) ist eine Nut in einer gegenüberliegenden
Fläche
mindestens einer der Elektroden ausgebildet ist. Daher dringt eine eingefüllte Elektrolytlösung nicht
nur über
eine Seitenfläche
des Stromerzeugungselementes in die Elektrolytrückhalteschicht, sondern durch
die Nut hindurch auch direkt in das Stromerzeugungselement ein,
so dass die Elektrolytlösung
durch diese hindurch in die Elektrolytrückhalteschicht und das Aktivmaterial
der Elektrode eindringen kann. Als Ergebnis wird die Diffusionsgeschwindigkeit
der Elektrolytlösung
verbessert.
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Weiter
kann (2) in einer Elektrode für
eine Zelle, welche ein Stromerzeugungselement aufweist, bei welchem
eine oder mehrere positive Elektroden und eine oder mehrere negative
Elektroden über Elektrolytrückhalteschichten
abwechselnd nahe beieinanderliegend angeordnet sind, eine Nut in
einer Oberfläche
mindestens einer der Elektroden ausgebildet sein, wobei die Oberfläche der
anderen Elektrode über
eine Elektrolytrückhalteschicht
gegenüberliegt
und mindestens ein Ende der Nut bis zu einem Ende der Elektrode
reicht.
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Weiter
kann (3) die Nut von (1) oder (2) einen Abschnitt von einer Tiefe
von 10 μm
oder mehr aufweisen.
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Alternativ
kann (4) in den Elektroden der zuvor beschriebenen Einrichtungen
(1) oder (3) die Querschnittsfläche
der ausgebildeten Nut nicht weniger als 0,2% und nicht mehr als
10% der Gesamtquerschnittsfläche
einer Mischungsschicht betragen, in welcher die Nut ausgebildet
ist.
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Alternativ
kann (5) in der Elektrode in den zuvor beschriebenen Einrichtungen
(1) oder (4) die ausgebildete Nut linear sein.
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Alternativ
ist (6) in der Elektrode in den zuvor beschriebenen Einrichtungen
(1) oder (5) die in der Elektrode ausgebildete Nut aus mindestens
zwei Nutgruppen von einer Nutgruppe, die aus einer Reihe von Nuten
besteht, welche in einer Elektrodenfläche in einer einzigen Richtung
ausgerichtet sind, und aus einer Nutgruppe aufgebaut, die aus einer
Reihe von Nuten besteht, welche in einer sich von der zuvor erwähnten Richtung
unterscheidenden Richtung ausgerichtet sind.
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Alternativ
ist (7) eine Zelle dadurch gekennzeichnet, dass sie die Elektroden
einer der zuvor beschriebenen Einrichtungen (1) bis (6) aufweist.
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Alternativ
ist (8) in einer Zelle, die durch eine positive Elektrode, eine
negative Elektrode und eine Elektrolytrückhalteschicht aufgebaut ist,
mindestens eine der Grenzflächen,
die jeweils durch zwei von der positiven Elektrode, der negativen
Elektrode und der Elektrolytrückhalteschicht
gebildet sind, durch eine feine Partikel enthaltende Klebstoffschicht
verklebt, und die positiven und/oder die negativen Elektroden weisen
die Nut der zuvor beschriebenen Einrichtungen (2) bis (6) auf.
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Alternativ
sind (9) die positiven und die negativen Elektroden der Zelle von
einer der zuvor beschriebenen Einrichtungen (2) bis (8) durch die
zwischen die Elektroden eingelegte Elektrolytrückhalteschicht befestigt. Gemäß der Einrichtung
(9) sind im Fall einer einen nicht-wässrigen Elektrolyt aufweisenden
Sekundärzelle
oder dergleichen die Elektroden an der Elektrolytrückhalteschicht
befestigt, wodurch eine weitere Beeinträchtigung der Diffusion einer Elektrolytlösung und
einer Gasextraktion verhindert wird. Bei einigen einen nicht-wässrigen
Elektrolyt aufweisenden Sekundärzellen
müssen
die positiven Elektroden der negativen Elektrode gegenüberliegen.
In diesem Fall ist es zu bevorzugen, eine Nut lediglich in einer
gegenüberliegenden
Fläche
der positiven Elektrode auszubilden.
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Weiter
ist (10) ein Stromerzeugungselement einer der zuvor beschriebenen
Zellen von (7) bis (9) in einem Zellenbehälter untergebracht, bei welchem eine
aus Metall und Kunststoff bestehende Schichtbahn ein Bestandteil
ist. Gemäß der Einrichtung
(10) tritt, wenn die Elektroden an der Elektrolytrückhalteschicht
befestigt sind und das Stromerzeugungselement integriert ist, nicht
die Gefahr, dass, sogar wenn das Stromerzeugungselement in einem
Zellenbehälter
in der Art einer biegsamen Materialbahn untergebracht ist, der Zwischenelektrodenabstand
verändert wird
oder ein Fluchtungsfehler bei der Überlappung der Elektroden und
des Separators auftritt. Daher kann der Zellenbehälter als
ein Behälter
ausgebildet werden, der leicht und wirtschaftlich ist.
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Bei
einer Zelle des Standes der Technik sind die Nutform und die Anzahl
der Nuten in der Fläche des
Aktivmaterials und dergleichen, welche vom Standpunkt der Verdampfungsgeschwindigkeit
optimal sind, nicht bekannt. Für
die Nutform, die Anzahl der Nuten und dergleichen wurde daher der
Einfluss auf die Trocknungszeit untersucht. Demzufolge wurden die
Form, die Anzahl der Nuten und dergleichen, die zu bevorzugen sind,
erkannt, und die Trocknungszeit kann durch die zuvor beschriebenen
Einrichtungen verkürzt
werden. Es wurde bestätigt,
dass eine durch derartige Einrichtungen erzeugte Nut ebenfalls als
Nut fungieren kann, die zur Durchtränkung mit einer Elektrolytlösung dient.
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Die
zuvor beschriebene Einrichtung ist einer Zelle zugehörig, welche
einen Herstellungsschritt beinhaltet, bei dem ein Lösungsmittel
verdampft wird oder bei dem eine Durchtränkung mit (ein Einfüllen) einer
Elektrolytlösung
erfolgt, und zwar aus dem zuvor erwähnten Grund, und ist wie zuvor
beschrieben insbesondere in einer Zelle vom verklebten Typ effektiv.
Vom Standpunkt des Trocknens der Zellelemente und des Einfüllens einer
Elektrolytlösung
sind die Einrichtungen ebenfalls für eine Zelle eines anderen Typs
effektiv. Ungeachtet der Tatsache, ob ein Verkleben ausgeführt wird
oder nicht, können
die Einrichtungen angewandt werden für: eine organische Elektrolytlösung aufweisende
Lithium-Ionen-Zelle, eine einen festen Elektrolyten aufweisende
Lithium-Ionen-Zelle, eine einen Gel-Elektrolyten aufweisende Lithium-Ionen-Zelle
und weitere Lithium-Ionen-Zellen, bei denen es sich um einen nicht-wässrigen
Elektrolyten aufweisende Zellen handelt; Primär- und Sekundärzellen,
welche eine wässrige
Elektrolytlösung
verwenden; etc.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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1 ist
eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform der Erfindung, die
eine positive Elektrode und Separatoren zeigt, welche auf und unter
der Elektrode zu platzieren sind;
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2 ist
eine perspektivische Ansicht der Ausführungsform der Erfindung, welche
eine positive Elektrode zeigt, auf deren Ober- und Unterseite die Separatoren
befestigt sind;
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3 ist
eine perspektivische Ansicht der Ausführungsform der Erfindung einer
einen nicht-wässrigen
Elektrolyten aufweisenden Sekundärzelle,
bei welcher ein Stromerzeugungselement durch eine Aluminium-Schichtmaterialbahn
dicht gekapselt ist;
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4 ist
ein Längsschnitt
einer Ausführungsform
der Erfindung, welcher den Aufbau eines Stromerzeugungselementes
der einen nicht-wässrigen
Elektrolyten aufweisenden Sekundärzelle
zeigt;
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5 ist
ein Querschnitt, welcher eine Elektrode von Beispiel 1 der Erfindung
zeigt, die einem Nuterzeugungsarbeitsgang unterzogen wurde;
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6 ist
ein Querschnitt einer Elektrode von Beispiel 1 der Erfindung, die
einem Nuterzeugungsarbeitsgang bei geringfügig versetzten Positionen unterzogen
wurde;
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7 ist
eine Draufsicht eines Nutmusters von Beispiel 2 der Erfindung bei
einem Nuterzeugungsarbeitsgang;
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8 zeigt
bei Beispiel 2 der Erfindung die Beziehungen zwischen der Trocknungszeit
bei der Herstellung einer Zelle und der Entladekapazität in dem
Fall an, bei dem eine positive Aktivmaterialschicht, welche auf
einer Fläche
eine vorbestimmte Dicke aufweist, auf jeder der Flächen einer
positiven Kollektorplatte ausgebildet und die Breite der in der Fläche ausgebildeten
Nuten verändert
wurde;
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9 zeigt
bei Beispiel 2 der Erfindung das Ergebnis einer Studie bezüglich der
Tiefe einer in der Oberfläche
der positiven Aktivmaterialschicht ausgebildeten Nut, und zwar bezogen
auf die Trocknungszeit und die Entladekapazität;
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10 zeigt
bei Beispiel 2 der Erfindung den Einfluss der Tiefe einer in der
Oberfläche
der Aktivmaterialschicht ausgebildeten Nut auf die Trocknungszeit
und die Entladekapazität;
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11 ist
eine Draufsicht von Beispiel 3 der Erfindung eines Nutmusters einer
Elektrode, welche einem Nuterzeugungsarbeitsgang unterzogen wurde;
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12 ist
eine Draufsicht von Beispiel 4 der Erfindung eines Nutmusters einer
Elektrode, welche einem Nuterzeugungsarbeitsgang unterzogen wurde;
und
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13 ist
eine Draufsicht von Beispiel 4 der Erfindung eines Nutmusters einer
Elektrode, welche einem Nuterzeugungsarbeitsgang unterzogen wurde.
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Bester Modus zur Ausführung der
Erfindung
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Nachfolgend
wird eine Ausführungsform
der Erfindung mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben, wobei der
Fokus auf einer Lithium-Ionen-Zelle liegt, bei der im Moment hauptsächlich für tragbare Geräte eine
intensive Entwicklung stattfindet. Die Erfindung kann sowohl auf
positive als auch negative Elektroden angewandt werden. Eine Ausführungsform
der Erfindung, welche ein Beispiel zeigt, bei dem die positiven
oder die negativen Elektroden verwendet werden, kann ebenfalls auf
die jeweils andere Elektrode angewandt werden. Ein Beispiel, bei
welchem ein Separator als Elektrolytrückhalteschicht verwendet wird,
wird nachfolgend beschrieben. Eine Elektrolytrückhalteschicht kann aus einem
porösen Material
aufgebaut sein, das aus feinen Partikeln von Magnesiumoxid, Siliziumdioxid,
Aluminiumnitrid oder dergleichen besteht.
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1 bis 4 zeigen
eine Ausführungsform
der Erfindung. 1 ist eine perspektivische Ansicht,
welche eine positive Elektrode und Separatoren zeigt, welche auf
und unter der Elektrode zu platzieren sind, 2 ist eine
perspektivische Ansicht, welche die positive Elektrode zeigt, auf
deren Ober- und Unterseite die Separatoren befestigt sind, 3 ist
eine perspektivische Ansicht einer einen nicht-wässrigen Elektrolyten aufweisenden
Sekundärzelle,
in welcher ein Stromerzeugungselement durch eine Aluminium-Schichtmaterialbahn
abgedichtet ist, und 4 ist ein Längsschnitt, welcher den Aufbau
des Stromerzeugungselementes der einen nichtwässrigen Elektrolyten aufweisenden
Sekundärzelle
zeigt.
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In
der Ausführungsform
wird nachfolgend eine einen nicht-wässrigen Elektrolyt aufweisende Sekundärzelle beschrieben,
in welcher ein Stromerzeugungselement 1 vom schichtweise
aufgebauten Typ dadurch abgedichtet ist, dass es mit einer Aluminium-Schichtmaterialbahn 2,
wie dargestellt in 3, überzogen ist. Wie dargestellt
in 4, ist das Stromerzeugungselement 1 dadurch
aufgebaut, dass positive Elektroden 11, negative Elektroden 12 und
Separatoren 13 übereinander
gestapelt werden, von denen mehrere vorhanden sind und die quadratisch
sind. In diesem Fall sind die positiven und negativen Elektroden 11 und 12 abwechselnd
jeweils einzeln angeordnet und die Separatoren 13 sind
jeweils zwischen die positiven und negativen Elektroden 11 und 12 eingelegt.
Bei der einen nicht-wässrigen
Elektroly ten aufweisenden Sekundärzelle
der Ausführungsform
müssen
die positiven Elektroden 11 den zugehörigen negativen Elektroden 12 gegenüberliegen.
Daher sind die positiven Elektroden 11 so ausgebildet,
dass sie eine geringfügig
geringere Größe als die
negativen Elektroden 12 haben, und am oberen und am unteren
Ende der übereinander
geschichteten Struktur befinden sich die negativen Elektroden 12.
Um eine Isolierung zu gewährleisten, sind
die Separatoren 13 so ausgebildet, dass sie die gleiche
Größe wie die
negativen Elektroden 12 haben, und sie sind ebenfalls oberhalb
und unterhalb der negativen Elektroden 12 am oberen und
unteren Ende der übereinander
geschichteten Struktur angeordnet. Die positiven Elektroden 11,
die negativen Elektroden 12 und die Separatoren 13 sind
aneinander an benachbarten gegenüberliegenden
Flächen befestigt,
so dass das Stromerzeugungselement 1 integriert wird.
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Wie
in 1 dargestellt, ist die positive Elektrode 11 eine
quadratische dünne
Platte, bei welcher eine positive Aktivmaterialschicht (positive
Mischungsschicht) 11b, beispielsweise ein Lithium-Kobalt-Komplexoxid,
an der Ober- und Unterseite einer positiven Kollektorplatte 11a aufgebracht
ist, die durch eine elektrisch leitende Metallplatte oder dergleichen
aufgebaut ist, und dann getrocknet, so dass sie auf dieser getragen
wird. Auf der Ober- und Unterseite der positiven Elektrode 11 sind
mehrere lineare Nuten 11c, welche bis zu beiden Kanten
der quadratischen Fläche
reichen, parallel und in gleichen Abständen ausgebildet. Die Nuten 11c sind
dadurch ausgebildet, dass die Oberflächen der positiven Aktivmaterialschichten 11b geringfügig eingedellt
werden. Beispielsweise ist die positive Aktivmaterialschicht 11b von
einer Dicke von 140 μm
sowohl auf der Ober- als auch auf der Unterseite der positiven Kollektorplatte 11a ausgebildet
und bei den Schichten wird eine lineares Walzenpressen von der Ober- und
der Unterseite her durchgeführt,
wodurch der gepresste Abschnitt auf eine Dicke von ca. 100 μm gepresst
wird. Als Ergebnis sind die Rillen 11c von einer Tiefe
von ca. 40 μm
an den gleichen Positionen der Ober- und Unterseite ausgebildet. Alternativ
können die
Nuten 11c dadurch ausgebildet sein, dass die Dicke während des
Auftragsprozesses der positiven Aktivmaterialschichten 11b gesteuert
wird. Falls die positive Kollektorplatte 11a, die als Substrat
zum Tragen der positiven Aktivmaterialschichten 11b dient, über eine
gewisse Di cke verfügt,
können
die Nuten dadurch ausgebildet werden, dass in der positiven Kollektorplatte
vorab Eindellungen ausgebildet werden. Es ist nicht erforderlich,
dass die Nuten 11c linear sind, sofern mindestens ein Ende
einer jeden Nut bis zu einem Endabschnitt der positiven Elektrode 11 reicht.
Anstelle einer parallelen Ausbildung von mehreren Nuten können Nuten
in Längs-
und Querrichtung gitterförmig
oder in radialer Weise ausgebildet sein.
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Der
Separator 13 ist eine quadratische Lage aus einem mikroporösen Kunststofffilm
oder dergleichen. Wie zuvor beschrieben, ist der Separator geringfügig größer als
die positive Elektrode 11. Wie in 2 dargestellt,
wird ein Klebstoff, wie beispielsweise PVDF auf die Ober- und die
Unterseite der positiven Elektrode 11 aufgebracht und dann
werden die Separatoren mit der positiven Elektrode verklebt, wodurch
die Separatoren an der positiven Elektrode befestigt werden. Die
in 4 dargestellte negative Elektrode 12 ist
eine quadratische dünne
Platte, bei der eine negative Aktivmaterialmischung, welche ein Wirtsmaterial
wie beispielsweise Graphit enthält,
das Lithium-Ionen einlagern und auslagern kann, und ein Bindemittel
auf eine negative Kollektorplatte aufgebracht sind. Auch wenn dies
nicht in den 1 und 2 dargestellt
ist, sind die Separatoren 13 in ähnlicher Weise an beiden Flächen der
negativen Elektrode 12 befestigt, so dass die positiven
Elektroden 11 und die negativen Elektroden 12 abwechselnd über die
Separatoren 13 übereinander
geschichtet sind, wie in 4 dargestellt.
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Wie
in 3 dargestellt, ist das Stromerzeugungselement 1 durch
die Aluminium-Schichtmaterialbahn 2 abgedeckt,
welche über
Barriereeigenschaften verfügt,
und die Abdichtung des Umfangs, abgesehen von einem Abschnitt, erfolgt
als Erstes. In diesem Fall wird das dichte Verschließen bei
dem Zustand sicher ausgeführt,
bei dem die äußeren Enden der
Anschlüsse 3,
welche jeweils mit den positiven und negativen Elektroden 11 und 12 des
Stromerzeugungselementes 1 verbunden sind, aus Lücken in
der Aluminium-Schichtmaterialbahn 2 vorstehen. Als Nächstes wird
ein Evakuieren beispielsweise dadurch ausgeführt, dass die Aluminium-Schichtmaterialbahn 2 in
eine Kammer eingelegt wird, wodurch Luft aus dem Innenraum des Stromerzeugungselementes 1 herausgezogen
wird. Eine nicht-wässrige Elektrolytlösung wird
in die Aluminium-Schichtmaterialbahn 2 hineingefüllt. Dann
wird ein vorbereitender Ladeprozess über die Anschlüsse 3 durchgeführt, so dass
Gas zwischen den Elektroden 11 und 12 erzeugt
wird. Danach wird erneut eine Evakuierung durchgeführt, so
dass das Gas entzogen wird. Die Aluminium-Schichtmaterialbahn 2 wird
dann vollständig
dicht verschlossen, um den Innenraum hermetisch dicht abzuschließen, wodurch
die einen nicht-wässrigen
Elektrolyten aufweisende Sekundärzelle
fertiggestellt wird. Bei der einen nicht-wässrigen Elektrolyten aufweisenden
Sekundärzelle
der Ausführungsform
sind die positiven Elektroden 11, die negativen Elektroden 12 und
die Separatoren 13 aneinander befestigt, um das Stromerzeugungselement 1 zu
integrieren. Sogar wenn das Stromerzeugungselement 1 nicht
durch Befestigen mit einem Band oder dergleichen, oder durch Unterbringen
ein einem Zellenbehälter
oder dergleichen zusammengedrückt wird,
ist es daher möglich,
die Gefahr zu eliminieren, dass der Zwischenelektrodenabstand zwischen
den Elektroden 11 und 12 verändert wird oder ein Fluchtungsfehler
beim Überlappen
der Elektroden 11 und 12 und der Separatoren 13 auftritt.
Als Ergebnis kann ein Stromerzeugungselement in der biegsamen Aluminium-Schichtmaterialbahn 2 untergebracht
werden. Bei der einen nicht-wässrigen
Elektrolyten aufweisenden Sekundärzelle
der Ausführungsform
wird ein Gas zwischen den positiven und negativen Elektroden 11 und 12 lediglich
in einem anfänglichen
Ladeprozess erzeugt. Demzufolge muss ein vorbereitender Ladeprozess
durchgeführt
werden, bevor ein vollständiges
Abdichten der Aluminium-Schichtmaterialbahn 2 erfolgt,
so dass das Gas vorab extrahiert wird. Die einen nicht-wässrigen
Elektrolyt aufweisende Sekundärzelle
kann in einem Außengehäuse vom Kartentyp
untergebracht werden, so dass sie als Sekundärzelle vom Kartentyp verwendet
werden kann. In den 1, 2 und 4 sind,
um das Verständnis
der Konfiguration des Stromerzeugungselementes 1 zu erleichtern,
die positiven Elektroden 11, die negativen Elektroden 12 und
die Separatoren 13 so dargestellt, dass ihre Dicke größer als
die tatsächliche
Dicke ist.
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Bei
der einen nicht-wässrigen
Elektrolyten aufweisenden Sekundärzelle
mit der zuvor beschriebenen Konfiguration sind die Elektroden 11 und 12 und
die Separatoren 13 des Stromerzeugungselementes 1 aneinander
durch den Klebstoff befestigt.
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Wenn
eine nicht-wässrige
Elektrolytlösung eingefüllt wird,
kann daher die Elektrolytlösung
nicht ins Innere des Stromerzeugungselementes 1 eindringen
und dabei zwischen den Elektroden 11 und 12 und
den Separatoren 13 passieren. Da ein mikroporöser Kunststofffilm
oder dergleichen für
die Separatoren 13 verwendet wird, dringt eine einen nicht-wässrigen
Elektrolyten aufweisende Lösung kaum
in die Separatoren ein, verglichen mit dem Fall eines Textilvlieses
oder dergleichen. Da die mehreren Nuten 11c in den positiven
Elektroden 11 ausgebildet sind, dringt jedoch eine in 2 dargestellte nicht-wässrige Elektrolytlösung A in
den Innenraum durch die Nuten 11c ein, deren Öffnungen
sich in einer Seitenfläche
des Stromerzeugungselementes 1 befinden, und dringt schnell
in die positiven Aktivmaterialschichten 11b der positiven
Elektrode 11 und den Separator 13 ein, die sich
in der Umgebung befinden, und dringt ebenfalls in die negative Aktivmaterialmischungsschicht
der negativen Elektrode 12, welche dem Separator 13 gegenüberliegt.
Ebenfalls kann beim Evakuierungsprozess vor dem Einfüllen der
nicht-wässrigen
Elektrolytlösung
A und bei der Evakuierung nach dem vorbereitenden Ladevorgang die
Luft im Stromerzeugungselement 1 und das in dem vorbereitenden
Ladeprozess erzeugte Gas durch die Nuten 11c des Stromerzeugungselementes 1 rasch
extrahiert werden. Ebenfalls kann, wenn die positive Elektrode 11 und
der Separator 13 miteinander mit einem Klebstoff verklebt
werden und dann getrocknet werden, ein Lösungsmittel des Klebstoffes
rasch durch die Nuten 11c verdampfen.
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Es
scheint, dass, sogar wenn Nuten in der Oberfläche des Separators 13 anstelle
der positiven Elektrode 11 ausgebildet sind, die gleichen
Effekte erzielt werden können.
Wenn Nuten im Separator 13 auszubilden sind, muss der Separator 13 so
ausgebildet sein, dass er eine Dicke aufweist, die größer ist als
ein gewisser Wert. Dies bedingt, dass der Abstand zwischen den Elektroden 11 und 12 übermäßig vergrößert wird.
Daher ist diese Konfiguration für
eine praktische Verwendung nicht geeignet.
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Wie
zuvor beschrieben, wird gemäß der einen
nicht-wässrigen
Elektrolyten aufweisenden Sekundärzelle
der Ausführungsform
die Diffusionsgeschwindigkeit der nicht-wässrigen Elektrolytlösung in das
Stromerzeugungselement 1 verbessert und die Gasextraktion
aus dem Stromerzeugungselement 1 kann rasch durchgeführt werden.
Demzufolge kann die Zeit für
einen Arbeitsgang des Einfüllens
einer nichtwässrigen
Elektrolytlösung
und der Arbeitsgang der Evakuierung verkürzt werden, so dass die Produktivität verbessert
werden kann. Da die Diffusion einer nichtwässrigen Elektrolytlösung, die
Gasextraktion und das Trocknen eines Lösungsmittels rasch durchgeführt werden
kann, wird die Produktivität nicht
gesenkt, sogar wenn die Elektroden 11 und 12 und
die Separatoren 13 aneinander befestigt sind, um das Stromerzeugungselement 1 zu
integrieren. Demzufolge kann das Stromerzeugungselement 1 in der
biegsamen Aluminium-Schichtmaterialbahn 2 untergebracht
werden, so dass der Zellenbehälter dünn, leicht
und wirtschaftlich ausgeführt
werden kann.
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In
der zuvor beschriebenen Ausführungsform
wurde der Fall beschrieben, bei dem die positiven Elektroden 11,
die negativen Elektroden 12 und die Separatoren 13 aneinander
befestigt sind. Sogar, wenn diese Bestandteile nicht aneinander
befestigt sind, wird fast kein Spalt zwischen diesen gebildet, und
daher ermöglicht
die Ausbildung von Nuten in den Elektroden, dass sich die Elektrolytlösung rasch verteilt.
In der zuvor beschriebenen Ausführungsform wurde
der Fall beschrieben, bei dem das Stromerzeugungselement 1 in
der biegsamen Aluminium-Schichtmaterialbahn 2 untergebracht
ist. Der Behälter
ist jedoch nicht auf diesen Fall beschränkt. Das Stromerzeugungselement
kann in einem anderen biegsamen, bahnartigen Zellenbehälter untergebracht
sein oder in einem festen Zellenbehälter, der aus einer Metalldose
oder dergleichen aufgebaut ist.
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In
der zuvor beschriebenen Ausführungsform
sind die Nuten 11c lediglich in der positiven Elektrode 11 ausgebildet.
Wenn sich keine Umstände ergeben,
dass die positive Elektrode 11 der negativen Elektrode 12 gegenüberliegen
muss, können
die Nuten auch in der negativen Elektrode 12 ausgebildet
sein. Ebenfalls ist es möglich,
dass die Nuten lediglich in der negativen Elektrode 12 ausgebildet sind.
In der zuvor beschriebenen Ausführungsform wurde
die einen nicht-wässrigen
Elektrolyten aufweisende Sekundärzelle
beschrieben. Die Erfindung ist nicht darauf begrenzt und kann in ähnlicher
Weise auch bei einer Primärzelle
oder einer anderen Sekun därzelle
ausgeführt
sein. Die Konfiguration der positiven Elektroden 11, der
negativen Elektroden 12 und der Separatoren 13 kann
willkürlich
in Übereinstimmung
mit der Art der Zelle verändert
werden.
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Beispiel 1
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5 und 6 zeigen
Beispiel 1 der Erfindung und sind Querschnitte von Elektroden, die
einem Nuterzeugungsarbeitsgang unterzogen wurden, und 7 ist
eine Draufsicht eines Nutmusters für einen Nuterzeugungsarbeitsgang
in Beispiel 2.
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In
der positiven Elektrode 11 ist die positive Aktivmaterialschicht
(positive Mischungsschicht) 11b, welche auf einer Fläche eine
vorbestimmte Dicke aufweist, auf jeder der Flächen der positiven Kollektorplatte 11a ausgebildet,
die beispielsweise durch eine Aluminiumfolie gebildet ist. Die Nuten 11c,
welche eine rechteckige Querschnittsform aufweisen (die Querschnittsform
ist nicht auf ein Rechteck beschränkt), sind in der Oberfläche der
positiven Aktivmaterialschicht 11b ausgebildet, so dass
sie in der Oberfläche
der positiven Aktivmaterialschicht 11b von dem einen Ende
der Elektrodenplatte 11 bis zum gegenüberliegenden Ende durchgängig sind.
Die positive Aktivmaterialschicht wurde durch Aufgingen und Trocknen
einer Mischung erzeugt, welche dadurch erzielt wurde, dass 90 Gew.-%
eines positiven Aktivmaterials, 4 Gew.-% Acetylenruß als leitendes Material
und 6 Gew.-% PVDF als Bindemittel vermischt wurden und die Mischung
durch Zusetzen einer geeigneten Menge an N-Methylpyrrolidon als
Lösungsmittel
in einen pastenartigen Zustand gebracht wurde. Bei dem Beispiel
wurde LiCoO2 als positives Aktivmaterial
verwendet.
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In
der positiven Elektrode 11 von Beispiel 1 betrug die Dicke
der positiven Kollektorplatte 11a 20 μm, die Dicke jeder positiven
Aktivmaterialschicht 11b betrug 90 μm, die Breite betrug 50 mm und
die Länge
betrug 100 mm. In den Nuten 11c betrug die Tiefe 50 μm, die Breite
betrug 0,3 mm und der Abstand von Mittelpunkt zu Mittelpunkt zwischen
den Nuten betrug 5 mm.
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Die
negative Elektrode wurde dadurch erzeugt, dass eine Mischung auf
beide Flächen
eines durch eine Kupferfolie von 10 μm aufgebauten negativen Kollektor
aufgebracht wurde und dann die Mischung getrocknet wurde. Die Mischung
wurde dadurch erzielt, dass 94 Gew.-% Graphit und 6 Gew.-% PVDF
als Bindemittel vermischt wurden und die Mischung durch Zusetzen
einer geeigneten Menge an N-Methylpyrrolidon
als Lösungsmittel
in einen pastenartigen Zustand gebracht wurde. Bei der negativen
Elektrode betrug die Breite 160 mm und die Länge betrug 110 mm.
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Der
Separator ist ein mikroporöser
Film aus Polyethylen, der eine Dicke von 25 μm und die Abmessungen 160 mm × 110 mm
aufweist.
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Wie
in 6 dargestellt, ist es nicht erforderlich, dass
die Positionen der entsprechenden Nuten in beiden Flächen der
positiven Aktivmaterialschicht 11b miteinander übereinstimmen.
Beim Nutmuster der Nuten 11c in der Oberfläche der
Elektrode sind, wie in 7 dargestellt, viele Nuten 11c so
ausgebildet, dass sie parallel verlaufen. Als Verfahren zur Ausbildung
der Nuten 11c kann ein beliebiges Bearbeitungsverfahren
angewandt werden, einschließlich einer
mechanischen Bearbeitung, wie beispielsweise einer Prägestempelbearbeitung,
einer Pressbearbeitung und einer Laserbearbeitung. Bei dem Beispiel wurden
die Nuten 11c durch eine Pressbearbeitung ausgebildet.
Die positive Elektrode, der aus Polyethylen bestehende Separator 13 und
die negative Elektrode wurden in dieser Abfolge verklebt, und zwar
wurde PVDF (Polyvinylidenfluorid), das in NMP (N-Methylpyrrolidon)
gelöst
war, als Klebstoff verwendet. Nach dem Aufbringen des Klebstoffes
wurde das Elektrodenelement, das aus der positiven Elektrode 11,
dem Separator 13 und der negativen Elektrode bestand, in
eine Vakuumtrocknungseinrichtung eingesetzt, die auf eine Temperatur
von 80°C
eingestellt war, und dann evakuiert. Der Zeitpunkt, bei dem der
elektrische Widerstand zwischen den Elektrodenplatten 100 Megaohm
erreichte, wurde als Anzeiger für
das Ende des Trocknungsvorgangs verwendet. Im Vergleich zu einem ähnlichen
Elektrodenelement, in dem die Nuten 11c nicht ausgebildet
waren, konnte die Trocknungszeit für das Elektrodenelement, in dem
die Nuten 11c ausgebildet waren, von 150 Minuten auf 30
Minuten verkürzt werden.
Demzufolge wurde die Produktivität
der Zellenherstellung beträchtlich
verbessert.
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Eine
Zelle wurde mit der gleichen Konfiguration und Prozedur hergestellt,
und zwar wurde als Klebstoff eine Mischung verwendet, die dadurch
erzielt wurde, dass in eine Lösung
von in NMP gelöstem
PVDF eine Menge von 50 bis 500 Gewichtsteilen (bezogen auf das PVDF)
Aluminiumoxidpartikel mit einem mittleren Partikeldurchmesser von
0,01 μm pro
100 Gewichtsteile PVDF zugemischt wurde. Auch mit dieser Zelle wurde
das gleiche Ergebnis erzielt. Die Aluminiumoxidpartikel bilden einen
Füllstoff, welcher
nach dem Trocknen eine poröse
Haftschicht mit einer Dicke von ca. 0,1 μm bis 20 μm bildet. Die Aluminiumoxidpartikel
können
entweder Sekundärpartikel
oder gesinterte Partikel sein. Die Partikel sind nicht auf Aluminiumoxid
beschränkt.
Beispielsweise kann Magnesiumoxid, Aluminiumnitrid, Siliziumdioxid oder
dergleichen verwendet werden.
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Beispiel 2
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8 ist
eine Ansicht, welche die Beziehungen zwischen der Trocknungszeit
einer Elektrode bei der Herstellung einer Zelle und der Entladekapazität einer
Zelle zeigt, die unter Verwendung der Elektrode hergestellt wurde,
falls eine positive Aktivmaterialschicht (beispielsweise wurde LiCoO2 als positives Aktivmaterial verwendet) 11b,
das auf einer Fläche eine
vorbestimmte Dicke aufweist, auf jeder der Flächen der positiven Kollektorplatte 11a ausgebildet wurde
und die Breite der Nuten 11c, die in den Flächen der
positiven Aktivmaterialschichten 11b ausgebildet wurden,
verändert
wurden.
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In
Beispiel 2 wurde die positive Elektrode 11 verwendet, welche
in dem in den 5 und 7 dargestellten
Beispiel 1 erzeugt wurde. Und zwar wurde als positive Elektrode 11 eine
Elektrode verwendet, bei welcher die positive Aktivmaterialschicht 11b,
welche eine Dicke von 90 μm
auf einer Seite aufwies, auf beiden Flächen der positiven Kollektorplatte 11a ausgebildet,
welche aus Aluminiumfolie bestand und eine Dicke von 20 μm, eine Breite
von 150 mm und eine Länge
100 mm aufwies. Für
die positive Elektrode 11 wurde die Tiefe und die Breite
der Nuten verändert.
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Die
Nuten 11c, die in den Flächen der positiven Aktivmaterialschichten 11b ausgebildet
wurden, waren so ausgebildet, dass sie in den Oberflächen der
positiven Aktivmaterialschichten 11b von dem einen Ende
der Elektrode 11 bis zum gegenüberliegenden Ende durchgängig waren.
Die Breite der Nuten 11c wurde verändert und jeweils die zum Trocknen erforderliche
Zeitdauer und die Entladekapazität
gemessen. Wie zuvor beschrieben, kann ein beliebiges Bearbeitungsverfahren,
einschließlich
eines mechanischen Bearbeitungsverfahrens wie beispielsweise eine
Prägestempelbearbeitung,
eine Pressbearbeitung oder eine Laserbearbeitung als Verfahren zur Ausbildung
der Nuten 11c verwendet werden. In dem Beispiel wurde eine
schichtweise aufgebaute Zelle unter Verwendung der positiven Elektrode 11 hergestellt,
in welcher die Nuten 11c durch eine Pressbearbeitung ausgebildet
wurden. Die negative Elektrode und der Separator waren die gleichen
wie in Beispiel 1. Ein Elektrodenelement aus einer positiven Elektrode
mit einem Anschluss, einem Separator und einer negativen Elektrode
mit einem Anschluss wurden in eine taschenartige Aluminium-Schichtmaterialbahn eingelegt
und deren Öffnung
durch thermisches Verschmelzen verschlossen, wodurch eine Zelle
hergestellt wurde. Als organische Elektrolytlösung wurde eine organische
Elektrolytlösung
aus EC + DEC/1 1 verwendet, die 1 Mol/l von LiPF6 enthielt.
Die positive Kollektorplatte 11a, der Separator 13 und
die negative Elektrode wurden miteinander unter Verwendung von PVDF
(Polyvinylidenfluorid), das in NMP (N-Methylpyrrolidon) als Klebstoff
verklebt. Nach dem Aufbringen des Klebstoffes wurden die positive
Elektrode 11, der Separator 13 und die negative
Elektrode, welche miteinander verklebt waren, in eine auf eine Temperatur
von 80°C
eingestellte Vakuumtrocknungseinrichtung eingesetzt und dann evakuiert.
Der Trocknungsvorgang endete zu einem Zeitpunkt, bei dem der elektrische
Widerstand zwischen den Elektrodenplatten 100 Megaohm erreichte.
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Wenn
ein Test unter den zuvor beschriebenen Bedingungen ausgeführt wurde,
bestand, wie in 8 dargestellt, die Tendenz,
dass die Trocknungszeit verlängert war,
wenn die Breite der Nuten 11c nicht mehr als 0,1 mm betrug,
und wenn die Breite der Nuten 0,8 mm überschritt, wurde die Entladekapazität verringert.
Durch die Versuchsergebnisse wurde erwiesen, dass eine Breite der
Nuten von nicht weniger als 0,1 mm und nicht mehr als 0,8 mm zu
bevorzugen ist.
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Die
Ergebnisse der Untersuchungen in Bezug auf den Effekt der Tiefe
der Nuten 11c auf die Trocknungszeit in Beispiel 2 sind
in 9 dargestellt. Wie aus 9 zu ersehen,
wurde belegt, dass eine Tiefe von 10 μm oder mehr bei der Trocknungszeit
effektiv ist. Die Ergebnisse der Untersuchungen bezüglich des
Effektes der Querschnittsfläche
der Nuten 11c auf die Trocknungszeit sind in 10 dargestellt. Die
Querschnittsfläche
ist als das Verhältnis
der Gesamtfläche
der Öffnungen,
die durch die Nuten 11c in einem Schnitt senkrecht zu den
Nuten 11c erzeugt wird, zur Querschnittsfläche der
Aktivmaterialschicht. Wie aus 10 zu
ersehen, erwies es sich, dass die Trocknungszeit mit zunehmender
Querschnittsfläche abnimmt.
Außerdem
wurden die Beziehungen zwischen der Querschnittsfläche der
Nuten 11c und den Zelleigenschaften (der Lade-/Entladekapazität) untersucht.
Als Ergebnis wurde entdeckt, dass die Lade-/Entladekapazität mit zunehmender
Querschnittsfläche
abnimmt.
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Wie
aus dem zuvor beschriebenen hervorgeht, wurde entdeckt, dass für Bedingungen,
bei denen die Trocknungszeit verkürzt werden kann, jedoch die
Lade-/Entladekapazität auf einem
gewissen Pegel oder darüber
bleibt, um beispielsweise eine Trocknungsdauer von 20 Minuten oder
weniger zu realisieren, und dabei eine Lade-/Entladekapazität von 60
mAh oder mehr zu erzielen, die Gestaltung vorzugsweise so ausgeführt wird,
dass das Querschnittsflächenverhältnis 0,002
bis 0,08 beträgt.
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Beispiel 3
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In
Beispiel 3 wurde die positive Elektrode 11 verwendet, welche
dadurch erzeugt wurde, dass die positive Aktivmaterialschicht 11b,
welche auf einer Fläche
eine Dicke von 90 μm
aufwies, auf beiden Flächen
der positiven Kollektorplatte 11a, die aus einer Aluminiumfolie
von einer Dicke von 20 μm,
einer Breite von 150 mm und einer Länge von 100 mm aufgebaut war,
und die rechteckigen Nuten 11c von einer Tiefe von 50 μm und einer
Breite von 0,3 mm ausgebildet wurden, so dass sie linear und durchgängig von
einem Ende der Elektrode 11 bis zum gegenüberliegenden
Ende in den Flächen
der positiven Aktivmaterialschichten 11b verliefen. Wie
in 11 dargestellt, wurden bei den Nutgruppen 11c, 11c,
..., welche durchgängig
sind, Nuten benachbart zueinander so ausgebildet, dass die Nuten
lediglich eines der gegenüberliegenden
Enden der Elektrode erreichen und die entgegengesetzten Seiten der
Nuten jeweils auf halbem Weg unterbrochen sind, so dass sie jeweils
das Ende der Elektrode nicht erreichen. Mehrere Nuten 11c sind
so ausgebildet, dass der Abstand von Mittelpunkt zu Mittelpunkt
der Nuten in der Oberfläche
der Elektrode 10 mm beträgt.
Wie zuvor beschrieben, kann als Verfahren zur Ausbildung der Nuten 11c ein
beliebiges Bearbeitungsverfahren einschließlich eines mechanischen Bearbeitungsverfahrens,
beispielsweise eine Prägestempelbearbeitung, eine
Pressbearbeitung und eine Laserbearbeitung, verwendet werden. In
dem Beispiel wurde eine schichtweise aufgebaute Zelle unter Verwendung
der Elektrode 11 hergestellt, bei welcher die Nuten 11c durch
eine Pressbearbeitung ausgebildet wurden. In diesem Fall wurden
die positive Elektrode 11, der Separator 13 und
die negative Elektrode miteinander verklebt, und zwar unter Verwendung
von in NMP (N-Methylpyrrolidon)
gelöstem
PVDF (Polyvinylidenfluorid) als Klebstoff. Nach dem Aufbringen des
Klebstoffes wurden die positive Elektrode 11, der Separator 13 und
die negative Elektrode, welche miteinander verklebt waren, in eine
auf eine Temperatur von 80°C
eingestellte Vakuumtrocknungseinrichtung eingesetzt und dann evakuiert.
Der Trocknungsvorgang endete zu dem Zeitpunkt, bei dem der elektrische
Widerstand zwischen den Elektrodenplatten 100 Megaohm erreichte.
Die Materialien und dergleichen der positiven Elektrode, der negativen
Elektrode, des Separators und der Zelle waren die gleichen wie bei
Beispiel 1.
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In
Beispiel 3 wurden die Elektrode 11, bei welcher die Nuten
abwechselnd mit dem Ende der Elektrode verbunden sind, und die Elektrode 11,
bei welcher alle Nuten mit den Enden der Elektrode verbünden waren,
miteinander in Bezug auf die Trocknungszeit verglichen. Die Trocknungszeit
von letzterer Elektrode 11, bei wel cher alle Nuten mit
den Enden der Elektrode verbunden sind, war kürzer als bei ersterer Elektrode.
Im Hinblick auf die Trocknungszeit war das Nuterzeugungsverfahren
für die
letztere Elektrode 11 besser. Im Hinblick auf die mechanische Festigkeit
der positiven Elektrode 11, beispielsweise die Biegefestigkeit,
ist jedoch die erstere besser als die letztere, und somit kann die
Handhabung der Elektrode verbessert werden. Als Ergebnis wurde die Produktivität der Zellenherstellung
verbessert. In beiden Fällen
wurde belegt, dass die Trocknungszeit im Vergleich zu einer Elektrode,
bei der keine Nuten ausgebildet waren, verkürzt wurde, und beide Verfahren
sind als Nuterzeugungsverfahren zu bevorzugen.
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Beispiel 4
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In
Beispiel 4 wurde die positive Elektrode 11 verwendet, welche
dadurch erzeugt wurde, dass die positive Aktivmaterialschicht 11b,
welche auf einer Fläche
eine Dicke von 90 μm
aufwies, auf beiden Flächen
der positiven Kollektorplatte 11a, die aus einer Aluminiumfolie
von einer Dicke von 20 μm,
einer Breite von 150 mm und einer Länge von 100 mm aufgebaut war,
und die rechteckigen Nuten 11c von einer Tiefe von 50 μm und einer
Breite von 0,3 mm ausgebildet wurden, so dass sie linear und durchgängig von
einem Ende der Elektrode 11 bis zum gegenüberliegenden
Ende in den Flächen
der positiven Aktivmaterialschichten 11b verliefen. Mehrere
Nuten 11c sind so ausgebildet, dass der Abstand von Mittelpunkt
zu Mittelpunkt der Nuten in der Oberfläche der Elektrode 5 mm beträgt. In dem
Beispiel waren, wie dargestellt in 12, die
Nuten 11c so ausgebildet, dass eine Reihe von Nutgruppen
einander senkrecht überkreuzt.
Daher bilden die Nutgruppen 11c gitterartige Nuten auf
der Oberfläche
der Elektrode. In diesem Fall ist es nicht erforderlich, dass die
Nuten 11c ein Muster haben, bei welchem die Nuten einander
in zwei Richtungen senkrecht kreuzen, und sie können ein Muster wie dargestellt
in 13 haben. Insbesondere bei einer Zelle vom gewickelten
Typ ist das Muster von 13, bei dem keine Nuten 11c ausgebildet
sind, die sich nahe bei einem Winkel von 90 Grad bezüglich der
Wicklungsrichtung der Zelle befinden, in Bezug darauf besser, dass
verhindert wird, dass ein Abtrennen der Elektrode während des
Wicklungsprozesses ausgehend von der Nut 11c erfolgt. Wie
zuvor beschrieben, kann als Verfahren zur Ausbildung der Nuten 11c ein
beliebiges Bearbeitungsverfahren einschließlich eines mechanischen Bearbeitungsverfahrens,
beispielsweise eine Prägestempelbearbeitung,
eine Pressbearbeitung und eine Laserbearbeitung, verwendet werden.
Im Fall einer Pressbearbeitung kann zur Herstellung von Nuten unterschiedlicher
Richtungen eine Pressoperation mehrmals ausgeführt werden. Alternativ kann
vorab eine Prägewalze
erzeugt werden, in welcher die Form der auszubildenden Nuten eingraviert
ist, und die Nuten können
durch eine einzige Pressoperation ausgebildet werden. In Beispiel
4 wurde eine schichtweise aufgebaute Zelle in gleicher Weise wie
in Beispiel 1 unter Verwendung der Elektrode 11 hergestellt,
bei welcher die Nuten 11c durch eine Pressbearbeitung ausgebildet
wurden. In diesem Fall wurden die positive Elektrode 11,
der Separator 13 und die negative Elektrode miteinander
verklebt, und zwar unter Verwendung von in NMP (N-Methylpyrrolidon) gelöstem PVDF
(Polyvinylidenfluorid) als Klebstoff. Nach dem Aufbringen des Klebstoffes
wurden die positive Elektrode 11, der Separator 13,
die negative Elektrode 12 und dergleichen, welche miteinander verklebt
waren, in eine auf eine Temperatur von 80°C eingestellte Vakuumtrocknungseinrichtung
eingesetzt und dann evakuiert. Der Trocknungsvorgang endete zu dem
Zeitpunkt, bei dem der elektrische Widerstand zwischen den Elektrodenplatten
100 Megaohm erreichte.
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Gemäß dem zuvor
beschriebenen Beispiel 4 konnte im Vergleich zu einem Elektrodenelement,
in welchem keine Nuten ausgebildet waren, die Trocknungszeit für das Elektrodenelement,
in welchem die Nuten 11c ausgebildet waren, von 150 Minuten
auf 25 Minuten verkürzt
werden. Demzufolge wurde die Produktivität der Zellenherstellung beträchtlich
verbessert. Der Aufbau, die Materialien und dergleichen der positiven
Elektrode, der negativen Elektrode, des Separators und der Zelle
waren die gleichen wie in Beispiel 1.
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Beispiel 5
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In
Beispiel 5 wurde die positive Elektrode 11 verwendet, welche
dadurch erzeugt wurde, dass die positive Aktivmaterialschicht 11b,
welche auf einer Fläche
eine Dicke von 90 μm
aufwies, auf beiden Flächen
der positiven Kollektorplatte 11a, die aus einer Aluminiumfolie
von einer Dicke von 20 μm,
einer Breite von 150 mm und einer Länge von 100 mm aufgebaut war,
und die rechteckigen Nuten 11c von einer Tiefe von 50 μm und einer
Breite von 0,3 mm ausgebildet wurden, so dass sie linear und durchgängig von
einem Ende der Elektrode 11 bis zum gegenüberliegenden
Ende in den Flächen
der positiven Aktivmaterialschichten 11b verliefen. Mehrere
Nuten 11c sind so ausgebildet, dass der Abstand von Mittelpunkt
zu Mittelpunkt der Nuten in der Oberfläche der Elektrode 10 mm beträgt. Die
Nutform wurde so ausgebildet, dass die Nutbreite von der Mitte der
Elektrode in Richtung zum Ende der Elektrode allmählich zunahm.
Andererseits wurde ebenfalls eine positive Elektrode 11 hergestellt,
bei welcher die Nutform so ausgebildet war, dass von der Mitte der
Elektrode zum Ende der Elektrode hin die Tiefe allmählich zunahm.
Als Verfahren zur Ausbildung der Nuten 11c kann ein beliebiges
Bearbeitungsverfahren einschließlich
einer mechanischen Bearbeitung verwendet werden. In Beispiel 5 wurde
eine schichtweise aufgebaute Zelle in der gleichen Weise wie in
Beispiel 1 unter Verwendung der Elektrode 11 hergestellt,
bei welcher die Nuten durch eine Pressbearbeitung ausgebildet wurden.
In diesem Fall wurden die positive Elektrode 11, der Separator 13 und
die negative Elektrode miteinander verklebt, und zwar unter Verwendung
von in NMP (N-Methylpyrrolidon) gelöstem PVDF (Polyvinylidenfluorid)
als Klebstoff. Nach dem Aufbringen des Klebstoffes wurden die positive Elektrode 11,
der Separator 13, die negative Elektrode 12 und
dergleichen, welche miteinander verklebt waren, in eine auf eine
Temperatur von 80°C
eingestellte Vakuumtrocknungseinrichtung eingesetzt und dann evakuiert.
Der Trocknungsvorgang endete zu dem Zeitpunkt, bei dem der elektrische
Widerstand zwischen den Elektrodenplatten 100 Megaohm erreichte.
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Gemäß dem zuvor
beschriebenen Beispiel 5 konnte im Vergleich zu einem Elektrodenelement,
bei welchem die Nutbreite oder -tiefe in der Elektrodenoberfläche sich
nicht verändert,
die Trocknungszeit für ein
Elektrodenelement, bei dem, in Richtung zum Ende der Elektrode hin,
sowohl die Nutbreite als auch die -tiefe in der Elektrodenoberfläche größer wird, von
35 Minuten auf 28 Minuten verkürzt
werden. Als Ergebnis wurde die Produktivität der Zellenherstellung verbessert.
Der Aufbau, die Materialien und dergleichen der positiven Elektrode,
der negativen Elektrode, des Separators und der Zelle waren dieselben wie
bei Beispiel 1.
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Beispiel 6
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In
Beispiel 6 wurde die positive Elektrode 11 verwendet, welche
dadurch erzeugt wurde, dass die positive Aktivmaterialschicht 11b,
welche auf einer Fläche
eine Dicke von 90 μm
aufwies, auf beiden Flächen
der positiven Kollektorplatte 11a, die aus einer Aluminiumfolie
von einer Dicke von 20 μm,
einer Breite von 150 mm und einer Länge von 100 mm aufgebaut war,
und die rechteckigen Nuten 11c von einer Tiefe von 50 μm und einer
Breite von 0,3 mm ausgebildet wurden, so dass sie linear und durchgängig von
einem Ende der Elektrode 11 bis zum gegenüberliegenden
Ende in den Flächen
der positiven Aktivmaterialschichten 11b verliefen. Mehrere
Nuten 11c sind so ausgebildet, dass der Abstand von Mittelpunkt
zu Mittelpunkt der Nuten in der Oberfläche der Elektrode 10 mm beträgt. Wie
zuvor beschrieben, kann als Verfahren zur Ausbildung der Nuten ein
beliebiges Bearbeitungsverfahren einschließlich eines mechanischen Bearbeitungsverfahrens,
beispielsweise eine Prägestempelbearbeitung,
eine Pressbearbeitung und eine Laserbearbeitung, verwendet werden.
In Beispiel 6 der Erfindung wurde ein vorstehendes Linearmuster
in einer aus rostfreiem Stahl bestehenden Prägewalze mit einem Durchmesser von
400 mm und einer Länge
von 400 mm mittels eines Gravierverfahrens erzeugt. Das vorspringende Muster
wurde so festgelegt, dass es einen Abstände von 5 mm, eine Breite von
0,3 mm und eine Tiefe von 0,05 mm aufwies. Zwei Walzen, welche einem
Arbeitsgang zur Herstellung des vorspringenden Musters unterzogen
wurden, wurden hergestellt. Die positive Elektrode 11,
in welcher das positive Aktivmaterial 11b auf beiden Flächen der
positiven Kollektorplatte 11a ausgebildet war, wurde zwischen
den beiden Walzen hindurch geschoben, wodurch die Nuten 11c gleichzeitig
in beiden Flächen
der Aktivmaterialschicht ausgebildet wurden. Eine schichtweise aufgebaute
Zelle wurde in gleicher Weise wie in Beispiel 1 unter Verwendung
der Elektrode 11 hergestellt, bei welcher die Nuten 11c durch
einen Nuterzeugungsarbeitsgang unter Verwendung der Walzen ausgebildet
wurden. In diesem Fall wurden die positive Elektrode 11,
der Separator 13 und die negative Elektrode miteinander
verklebt, und zwar unter Verwendung von in NMP (N-Methylpyrrolidon)
gelöstem
PVDF (Polyvinylidenfluorid) als Klebstoff. Nach dem Aufbringen des
Klebstoffes wurden die positive Elektrode 11, der Separator 13 und
die negative Elektrode, welche miteinander verklebt waren, in eine
auf eine Temperatur von 80°C
eingestellte Vakuumtrocknungseinrichtung eingesetzt und dann evakuiert.
Der Trocknungsvorgang endete zu dem Zeitpunkt, bei dem der elektrische
Widerstand zwischen den Elektrodenplatten 100 Megaohm erreichte.
Geeignetermaßen
wird ein Druck von 25 bis 250 kgf/cm (bezogen auf die Breite der
Elektrode) aufgebracht.
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Gemäß dem zuvor
beschriebenen Beispiel 6 konnte im Vergleich zu einem Elektrodenelement,
bei welchem die Nutbreite oder -tiefe in der Elektrodenoberfläche sich
nicht verändert,
die Trocknungszeit von 150 Minuten auf 30 Minuten verkürzt werden.
Als Ergebnis wurde die Produktivität der Zellenherstellung verbessert.
Der Aufbau, die Materialien und dergleichen der positiven Elektrode,
der negativen Elektrode, des Separators und der Zelle waren dieselben wie
bei Beispiel 1.
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Beispiel 7
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In
Beispiel 7 erfolgte die Herstellung einer Zelle unter Verwendung
einer Nuterzeugung in gleicher Weise wie in Beispiel 6, abgesehen
davon, dass lediglich die Tiefe der vorstehenden Muster der Walzen
auf 0,1 mm festgelegt war. Verglichen mit dem Fall einer Nuttiefe
von 0,05 mm wurde die Tiefe der Nuten, welche tatsächlich in
der Elektrode ausgebildet wurden, nicht stark verändert. Im
Fall der Nutbreite von 0,1 mm wies jedoch die Elektrode, in welcher die
Nuten ausgebildet waren, keine Abflachung auf und war an einem Abschnitt
der Nut 11c gekrümmt. Daher
hatte es den Anschein, dass die Krümmung dadurch unterdrückt werden
kann, dass die Nuttiefe der Walzen verringert wird, so dass ermöglicht wird, dass
Abschnitte der Walzen außer
den Vorsprüngen gegen
die Elektrode anstehen.
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Auch
wenn das Stromerzeugungselement 1 vom schichtweise aufgebauten Typ
in der Ausführungsform
und den zuvor beschriebenen Beispielen beschrieben wurde, kann die
Erfindung in ähnlicher Weise
auch bei einem Stromerzeugungselement von anderem Aufbau ausgeführt werden,
beispielsweise einem solchen vom gewickelten Typ,.
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Industrielle
Anwendbarkeit
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Wie
aus der vorhergehenden Beschreibung klar hervorgeht, erfolgt gemäß der Zelle
der Erfindung ein rasches Eindringen einer eingefüllten Elektrolytlösung in
den Innenraum des Stromerzeugungselementes entlang der Nut der Elektrode.
Daher kann die Diffusionsgeschwindigkeit einer Elektrolytlösung verbessert
werden. Auch wenn die Elektrode am Separator befestigt ist und das
Stromerzeugungselement integriert ist, wird eine Beeinträchtigung
der Diffusion einer Elektrolytlösung
und der Gasextraktion verhindert. Diese Integration des Stromerzeugungselementes
ermöglicht
das Verwenden eines biegsamen, bahnartigen Zellenbehälters. Daher
kann eine reduzierte Dicke, eine geringe Größe und ein geringes Gewicht
einer Zelle realisiert werden und die Erfindung kann zu verringerten
Produktionskosten beitragen. Da das Lösungsmittel der Klebstoffschicht rasch
verdunsten kann, wird die Trocknungszeit verkürzt, und somit ist es möglich, eine
Zelle von hervorragender Produktivität zu erzielen. Auch wenn die Nut
eine Form hat, bei welcher der Boden der Nut einen abgeflachten
Abschnitt aufweist, kann die Trocknungszeit weiterhin verkürzt werden.
Bevorzugter beträgt
die Länge
des abgeflachten Abschnittes mindestens 10% der Nuttiefe.