DE60000071T2

DE60000071T2 - Lithium-Ionen-Batterie

Info

Publication number: DE60000071T2
Application number: DE60000071T
Authority: DE
Inventors: Kenji Hara; Koji Higashimoto; Kensuke Hironaka; Tomohiro Iguchi; Kenji Nakai; Takeshi Nakano; Katsunori Suzuki
Original assignee: Shin Kobe Electric Machinery Co Ltd
Current assignee: Resonac Corp
Priority date: 1999-04-28
Filing date: 2000-03-03
Publication date: 2002-10-02
Anticipated expiration: 2020-03-04
Also published as: US6447946B1; EP1049189A1; JP3541723B2; EP1049189B1; TW452991B; JP2000311676A; DE60000071D1

Description

Die Erfindung betrifft eine Lithium-Ionen-Batterie und insbesondere die Sicherheits- und Zyklen- Lebensdauereigenschaften einer Lithium-Ionen-Batterie, wobei eine Wicklungsgruppe, die eine positive Elektrode, eine negative Elektrode und zumindest einen Separator aufweist, und ein Kuppelabschnitt zum Kuppeln mit entsprechenden Anschlüssen der Wicklungsgruppe in einem Batteriegehäuse untergebracht sind, und wobei die Lithium-Ionen-Batterie mit einem Innendruck-Reduktions-Mechanismus zum Entladen von Gas gemäß einer Erhöhung des Innendrucks im Inneren des Batteriegehäuses vorgesehen ist.
Da eine Lithium-Ionen-Sekundärbatterie oder -Zelle eine hohe Energiedichte als Leistungsmerkmal aufweist, wird sie als eine Energieversorgungsquelle für tragbare Geräte, hauptsächlich wie eine Videokamera, ein Notebook-Computer, ein tragbares Telefon und ähnliches verwendet. Im Inneren einer zylindrischen Lithium-Ionen-Sekundärbatterie ist eine wicklungsartige Struktur ausgebildet, wobei eine positive Elektrodenelement und eine negative Elektrodenelement, wobei jede Elektrode eine mit Aktivmaterial beschichtete streifenförmige Metallfolie aufweist, derart, im Querschnitt gesehen, spiralförmig gewickelt sind, dass sie mittels eines Separators, der dazwischenliegend angeordnet ist, daran gehindert werden, miteinander in Kontakt zu treten, womit eine Wicklungsgruppe oder ein Wicklungskörper gebildet wird. Die Wicklungsgruppe ist in einem zylindrischen Batteriebehälter eingebracht, der als Batteriegehäuse dient, und dann wird der Behälter nach dem Eingießen von Elektrolyt- Lösung in den Behälter verschlossen.
Eine herkömmliche zylindrische Lithium-Ionen-Batterie weist eine Außendimension mit einem Durchmesser von 18 mm und einer Höhe von 65 mm auf, was als Typ 18650 bezeichnet wird, und ist als Kleinformat-Lithium-Ionen-Batterie für die zivile Nutzung weit verbreitet. Lithiumkobaltat, das als Eigenschaften eine hohe Kapazität und eine lange Lebensdauer aufweist, wird hauptsächlich als Aktivmaterial für die positive Elektrode für die Lithium-Ionen-Batterie des Typs 18650 verwendet, und deren Batteriekapazität beträgt etwa 1,3 Ah bis 1,7 Ah, und deren Leistungsabgabe beträgt etwa 10 W oder dergleichen.
Inzwischen wurde, um mit den Umweltproblemen in der Automobilindustrie zurechtzukommen, die Entwicklung von Elektrofahrzeugen (EVs), deren Energiequellen vollständig auf Batterien beschränkt sind, sodass es keine Abgase gibt, und die Entwicklung von Hybrid-Elektrofahrzeugen (HEVs) gefördert, bei denen beides, Verbrennungsmotoren und Batterien als deren Energiequellen verwendet werden, und einige von ihnen haben Serienreife erreicht. Für die Sekundärbatterien für die EVs und HEVs werden Eigenschaften hoher Energie und hoher Leistung benötigt. Lithium-Ionen- Batterien, die diese Anforderung erfüllen können, werden als Sekundärbatterien in Betracht gezogen. Um Sekundärbatterien mit hoher Kapazität und hoher Leistung zu erlangen, wurden bis heute Verbesserungen in Bezug auf die Dimensionen für Elektroden ausgearbeitet. Beispielsweise offenbart das Japanische Patent Nr. 2701347 die optimalen Werte der Dicke der Verbindungsmaterial-Schichten für die positive Elektrodenelement und die negative Elektrodenelement.
Da die Energie höher wird, wird jedoch in dem Fall der Lithium-Ionen-Batterien die Sicherheit tendenziell als wichtig erachtet werden. Insbesondere ist bei solchen Batterien mit hoher Kapazität und hoher Leistung, die als Energiequellen für die EVs und HEVs verwendet werden, die Sicherheit nicht notwendigerweise in dem Rahmen sichergestellt, wie in dem Japanischen Patent 2701347 offenbart wird. Ferner ist es schwierig, da die Batterien mit hoher Kapazität und hoher Leistung erforderlich sind, um eine Aufladung und eine Entladung mit hohem Strom zu ermöglichen, solche Batterien mit einem Strom-Abschaltmechanismus (beispielsweise in der Art eines Shut-down-Schalters) bereitzustellen, der als Antwort auf eine Erhöhung des Innendrucks im Inneren der Batterien zu einer ungewöhnlichen Zeit aktiviert wird und der allgemein in den Lithium-Ionen- Batterien vom Typ 18650 angewendet wird.
In einem Fall, in dem das EV oder HEV Personen oder Insassen transportiert, ist zumindest ein notwendiges und extrem wichtiges Merkmal, die Sicherheit einer Batterie zu einer Zeit einer Überladung sicherzustellen kann, wenn ein Auflade-Steuersystem zusammengebrochen ist, zu einer Zeit, zu der eine Batterie aufgrund eines äußeren Zusammenstoßes eingedrückt worden ist, zu einer Zeit eines externen Kurzschlusses oder ähnlichem, was bei einer Unfallkollision des mit einer Batterie ausgestatten Fahrzeuges auftreten kann. Der hier verwendete Begriff "Sicherheit einer Batterie" bedeutet, dass nicht nur das Verhalten einer Batterie, die in solch einen ungewöhnlichen Zustand übergegangen ist, derart beeinflusst wird, dass die Fahrzeuginsassen inklusive des Fahrers davor bewahrt werden, physisch verletzt zu werden, sondern es betrifft ferner, dass die Fahrzeugkarosserie so wenig wie möglich durch die Batterie beschädigt wird.
Im Allgemeinen befindet sich Kohlenstoff-Material, das als aktives Material für die negative Elektrode einer Lithium-Ionen-Batterie verwendet wird, in einem Zustand, in dem Lithium-Ionen komplett entladen sind, sich somit das Kohlenstoff-Material im Entladezustand befindet. Demgemäß werden beispielsweise Lithiumkobaltat (LiCoO&sub2;), Lithiumnickelat (LiNiO&sub2;), Lithiummanganat (LiMn&sub2;O&sub4;) oder ähnliches als aktives Material ebenfalls für eine positive Elektrode verwendet. Da jedoch diese aktiven Materialien für die positive Elektrode keine ausreichende elektrische Leitfähigkeit aufweisen, werden sie zusammen mit einem Bindemittel gemischt zur Verwendung mit elektrisch leitfähigem Pulver, das als elektrisch leitfähiges Material dient, das stabil und preisgünstig ist, wie Graphit-Pulver, schwarzes Kohlenstoff-Pulver oder ähnliches.
Das Lithiummanganat, das eine Spinell-Struktur als Kristallstruktur aufweist, hat die Eigenschaft, dass die thermische Stabilität der des Lithiumkobaltats oder der des Lithiumnickelats überlegen ist. Aus diesem Grund ist eine Batterie, bei der Lithiummanganat als aktives Material für die positive Elektrode verwendet wird, als eine Batterie mit hoher Sicherheit für eine großformatige Lithium-Ionen- Batterie für die Energiespeicherung des EV oder HEV oder ähnliches geeignet. Jedoch vergrößert/verkleinert sich der Lithiummanganat-Kristall gemäß einer Zuführung/eines Abflusses von Lithium-Ionen (oder deren Absorption/ Freisetzung) infolge der Aufladung/Entladung. Wenn die Aufladung/Entladung wiederholt wird, die mit einer Vergrößerung/Verkleinerung einhergeht, verschlechtert sich daraufhin die elektrische Leitfähigkeit und die Entladekapazität verringert sich, welche für die positive Elektrode benötigt werden. Ferner löst sich in der positiven Elektrode, bei der Lithiummanganat als aktives Material verwendet wird, dessen Mangan-Komponente in eine nichtwässrige Elektrolyt-Lösung unabhängig von dem Lade/Entladezustand auf. Die Auflösung der Mangan-Komponente führt zu einer Verkürzung der Lebensdauer der Lade/Entlade- Zyklen und/oder zu einem Rückgang der Ladekapazität.
Zum Verbessern der Lade/Entlade-Zyklen-Eigenschaften bei der Lithium-Ionen-Batterie offenbart die offengelegte japanische Patentanmeldung (JP-A) Nr. 10-182160 eine Technik zum Herstellen von Lithiummanganat mit dem Merkmal hochkristalliner Struktur durch Verbessern der Strukturbedingungen des Lithiummanganats oder durch Dotieren mit Additiven oder dergleichen. Die JP-A 10-182157 offenbart ferner eine Technik zum Dotieren von Teilchen verschiedener Art in die kristalline Struktur des Lithiummanganats. Bis heute jedoch wurde eine ausreichende Zyklen-Lebensdauer nicht erreicht.
In Anbetracht der obigen Umstände ist ein Ziel der Erfindung, eine Lithium-Ionen-Batterie bereitzustellen, die eine hohe Sicherheit beibehält, während sie eine hohe Kapazität und Leistung aufweist.
Es ist ferner ein anderes Ziel der Erfindung, die Lebensdauer der Lithium-Ionen-Batterie unter Verwendung eines Lithium-Mangan-Komplexoxids für eine positive Elektrode zu erhöhen.
Um das oben genannte erste Ziel zu erreichen, ist ein erster Aspekt der Erfindung eine Lithium-Ionen-Batterie, bei der eine Wicklungsgruppe, die eine positive Elektrode, eine negative Elektrode und zumindest einen Separator aufweist, und ein Kuppelabschnitt zum Kuppeln mit entsprechenden Anschlüssen der Wicklungsgruppe in einem Batteriegehäuse angeordnet sind, und wobei die Batterie mit einem Innendruck- Reduktions-Mechanismus zum Entladen von Gas gemäß einer Erhöhung eines im Inneren des Batteriegehäuses herrschenden Innendrucks ausgestattet ist, wobei die positive Elektrode einen Kollektor aufweist, auf dessen beiden Oberflächen ein Verbindungsmaterial aufgebracht ist, das ein Lithium-Mangan- Komplexoxid aufweist, wobei die Gesamtdicke des Verbindungsmaterials an beiden Oberflächen des Kollektors zumindest 210 um beträgt, und die Menge des Aktivmaterials pro Oberfläche des Kollektors zumindest 240 g/m² beträgt.
Gemäß dem Aspekt weist die positive Elektrode den Kollektor auf, auf dessen beiden Oberflächen Verbindungsmaterial aufgebracht ist, das Lithium-Mangan- Komplexoxide aufweist, um eine Lithium-Ionen-Batterie mit hoher Kapazität und hoher Leistung sicherzustellen. In der Lithium-Ionen-Batterie wird, wenn der oben beschriebene ungewöhnliche Zustand auftritt, Gas infolge einer Reaktion zwischen der Elektrolyt-Lösung und dem Verbindungsmaterial erzeugt, das das Lithium-Mangan-Komplexoxid während des Beibehaltens eines Ladezustands mit hohem Strom oder eines Entladezustands mit hohem Strom aufweist, wodurch sich der Innendruck im Inneren des Batteriegehäuses in einigen Fällen erhöht. Um die Erhöhung des Innendrucks zu verhindern, weist die Lithium-Ionen-Batterie im Allgemeinen einen Innendruck- Reduktions-Mechanismus auf, wie ein Sicherheitsventil, ein Rohrbruchventil oder ähnliches, um Gas aus dem Gehäuse bei einem vorbestimmten Innendruck zu entladen. Bei einer mit solch einem Mechanismus ausgestatteten Batterie wird in dem Fall, in dem die Dicke des Verbindungsmaterials auf beiden Oberflächen des Kollektors zumindest 210 um beträgt und die Menge des Aktivmaterials pro Oberfläche des Kollektors zumindest 240 g/m² beträgt, das Gas mittels diesem Mechanismus viel schwächer ohne irgendein heftiges Entladen entladen. Demgemäß kann eine Batterie mit überlegener Sicherheit erlangt werden.
Unter diesem Aspekt kann in einem Fall, in dem das Verbindungsverhältnis des Lithium-Mangan-Komplexoxids auf zumindest 80 Gewichtsprozent eingestellt wird, eine Lithium- Ionen-Batterie mit hoher Kapazität und hoher Sicherheit realisiert werden, da verhindert werden kann, dass sich die Entladekapazität verringert. Es ist ferner bevorzugt, dass die negative Elektrode einen zweiten Kollektor aufweist, auf dessen beiden Oberflächen ein zweites Verbindungsmaterial aufgebracht ist, das Kohlenstoff-Material aufweist, wobei die Dicke des zweiten Verbindungsmaterials an den beiden Oberflächen des zweiten Kollektors auf zumindest 130 um eingestellt ist.
Die Erfinder haben frühzeitig einen Fall studiert, bei dem das Lithiummanganat für die positive Elektrode verwendet wird, und als ein Ergebnis davon festgestellt, dass, wenn das Lithiummanganat für die positive Elektrode verwendet wird, die Verschlechterung der Eigenschaften der negativen Elektrode stärker ist als in einem Fall des Verwendens von Lithiumkobaltat für die positive Elektrode. Die Erfinder haben auch die Gründe herausgefunden: Da sich das Volumen des Lithiummanganats bei der Aufladung reduziert, verringert sich die Druckkraft der Wicklungsgruppe. Als Ergebnis wird ein Zusammenbruch in einem elektrisch leitfähigen Netzwerk in dem Verbindungsmaterial einer negativen Elektrode hervorgerufen. Daher weist das zweite Verbindungsmaterial einer Lithium- Ionen-Batterie gemäß dem ersten Aspekt faserförmiges oder nadelförmiges leitfähiges Material auf, um das andere Ziel gemäß einem zweitem Aspekt der Erfindung zu erreichen.
Gemäß dem zweiten Aspekt kann das Merkmal der Zyklen- Lebensdauer erhöht werden, da das leitfähige Material das elektrisch leitfähige Netzwerk in dem Verbindungsmaterial der negativen Elektrode hält. Unter diesem Aspekt wird bevorzugt, dass das leitfähige Material aus Kohlenstofffasern mittels eines Gasphasenverfahren oder aus leitfähigen Keramikfasern hergestellt wird und eine durchschnittliche Länge der Fasern zumindest 5 um beträgt und ein durchschnittlicher Durchmesser der Fasern höchstens 5 um beträgt.
Die Erfindung wird klarer durch Bezugnahme auf die folgenden bevorzugten Ausführungsbeispiele.
Fig. 1 ist eine Schnittansicht einer zylindrischen Lithium-Ionen-Batterie eines ersten Ausführungsbeispiels, auf das die Erfindung gerichtet ist;
Fig. 2 ist eine Schnittansicht einer zylindrischen Lithium-Ionen-Batterie eines zweiten Ausführungsbeispiels, auf das die Erfindung gerichtet ist.

(Erstes Ausführungsbeispiel)

Ein erstes Ausführungsbeispiel der zylindrischen Lithium-Ionen-Batterie, auf die die Erfindung gerichtet wird, wird nachstehend unter Bezugnahme auf Fig. 1 erläutert.

< Positive Elektrodenelement>

Lithiummanganat (LiMn&sub2;O&sub4;)-Pulver, welches das aktive Material ist, schuppenförmiges Graphit (durchschnittliche Partikelgröße: 20 um), welches das elektroleitfähige Material ist, und Polyvinylidenfluorid (PVDF) als Bindemittel werden in einem zuvor bestimmten Verbindungsverhältnis, wie später beschrieben, gemischt, die erhaltene Mischung wird mit N- Methyl-2-Pyrrolidon (NMP) als dispergierendem Lösungsmittel versetzt, und das so zusammengesetzte Gemisch gemischt, wodurch eine Paste erzeugt wird. Die Paste wird im Wesentlichen gleichmäßig und homogen auf beide Oberflächen einer Aluminiumfolie (positiver Elektrodenkollektor) aufgebracht, die eine Dicke von 20 um aufweist und als Kollektor dient. Zugleich wird ein unbeschichteter oder unbehandelter Abschnitt mit einer Breite von 50 mm links an einer Seitenkante entlang einer longitudinalen Richtung (obere oder untere Richtung in Fig. 1) des positiven Elektrodenelement übrig gelassen. Danach wird die positive Elektrodenelement getrocknet, gepresst und geschnitten, wodurch ein positives Elektrodenelement erlangt wird mit einer Breite von 300 mm, einer zuvor bestimmten Länge und eine zuvor bestimmten Dicke des aufgebrachten Abschnittes des Verbindungsmaterials für die positive Elektrode aufweist, wie später beschrieben. Die apparente Dichte der Schicht des Verbindungsmaterials der positiven Elektrode beträgt 2,56 g/cm³. Der obere unbehandelte Abschnitt wird geschnitten, und ein verbleibender Abschnitt von ihm bildet Leitungsabschnitte. Ferner wird ein Abstand oder Raum zwischen benachbarten Leitungsabschnitten auf 20 mm festgelegt, und die Breite der Leitungsabschnitte wird auf 10 mm festgelegt. <

Negatives Elektrodenelement>

92 Gewichtsteile "Carbotron P" -Pulver (Markenname), das von Kureha Chemical Industry Co., Ltd. hergestellt wird, das amorpher (nichtkristalliner) Kohlenstoff ist, wird mit 8 Gewichtsteilen PVDF als Bindemittel versetzt, und wird mit NMP, das das dispergierende Lösungsmittel ist, versetzt und wird gemischt, um eine Paste herzustellen. Die so erhaltene Paste wird im Wesentlichen gleichmäßig und homogen auf beide Oberflächen einer gewalzten Kupferfolie (negativer Elektrodenkollektor) aufgebracht, die eine Dicke von 10 um aufweist und als ein zweiter Kollektor dient. Zugleich wird ein unbehandelter Abschnitt mit einer Dicke von 50 mm an einer Seitenkante in longitudinaler Richtung (untere oder obere Richtung der Fig. 1) des negativen Elektrodenelement übrig gelassen. Danach wird die so beschichtete gewalzte Kupferfolie getrocknet, gepresst und geschnitten, wodurch eine negative Elektrodenelement erhalten wird, die eine Breite von 305 mm, eine zuvor bestimmte Länge und eine zuvor bestimmte Dicke des beschichteten Abschnittes des Verbindungsmaterials für die negative Elektrode aufweist, wie später beschrieben. Die apparente Dichte der Schicht des Verbindungsmaterials für die negative Elektrode mit einer vorbestimmten Dicke beträgt 1,0 g/cm³. Der obere unbehandelte Abschnitt wird in der gleichen Art geschnitten wie die positive Elektrodenelement, und deren verbleibender Abschnitt bildet Leitungsabschnitte. Ferner wird der Abstand oder der Platz zwischen benachbarten Leitungsabschnitten auf 20 mm festgelegt, und die Breite der Leitungsabschnitte wird auf 10 mm festgelegt.

< Aufbau der Batterie>

Das positive Elektrodenelement und das negative Elektrodenelement, die so hergestellt worden sind, werden mit einem oder mehreren Separator(en), die aus Polyethylen hergestellt worden sind und eine Dicke von 40 um aufweisen, dazwischenliegend derart gewickelt, dass sie einander nicht direkt kontaktieren. Zugleich werden die Leitungsabschnitte des positiven Elektrodenelements und die Leitungsabschnitte des negativen Elektrodenelements an beiden Endabschnitten zueinander gegenüberliegend bezogen auf die Wicklungsgruppe 6 positioniert (siehe Fig. 1). Ferner werden die Längen der positiven Elektrodenelement, der negativen Elektrodenelement und des Separators angepasst und so der Durchmesser der Wicklungsgruppe auf 65 ± 0,1 mm festgelegt.
Wie in Fig. 1 gezeigt, werden die Leitungsabschnitte 9, die sich von dem positiven Elektrodenelement erstrecken, verformt, und alle Leitungsabschnitte 9 werden um einen peripheren Abschnitt eines Flanschabschnittes 7 herum zusammengefasst, der sich von einer Außenseite einer Polstrebe (ein externer Anschluss einer positiven Elektrode 1) erstreckt, die fast an einer sich erstreckenden Linie von einem Loch und einem zylindrischem Kern 15 der Wicklungsgruppe 6 positioniert ist. Nach dem Kontaktieren der Leitungsabschnitte 9 mit der peripheren Oberfläche des Flanschabschnittes 7 werden diese miteinander durch Ultraschallschweißen verbunden, und fixiert.
Das Durchführen des Koppelns zwischen dem Anschluss der negativen Elektrode 1' und den Leitungsabschnitten 9', die sich von der negativen Elektrodenelement erstrecken, wird in der gleichen Weise ausgeführt, wie das Durchführen des Koppelns zwischen dem Anschluss der positiven Elektrode 1 und den Leitungsabschnitten 9, die sich von der positiven Elektrodenelement erstrecken.
Danach wird eine isolierende Abdeckung 8 auf der gesamten peripheren Oberfläche des Flanschabschnitts 7 des externen Anschlusses der positiven Elektrode 1 und des externen Anschlusses der negativen Elektrode 1' aufgebracht. Die isolierende Abdeckung 8 wird ferner auf der gesamten peripheren Oberfläche der Wicklungsgruppe 6 aufgebracht. Ein Klebeband umfasst ein Trägerelement, das aus Polyimid gebildet wird, und einen Klebstoff, der auf einer Oberfläche des Trägerelements aufgebracht ist, und wird als isolierende Abdeckung 8 verwendet. Dieses Klebeband wird einige Male von der Peripheriefläche des Flanschabschnitts 7 zu der äußeren peripheren Oberfläche der Wicklungsgruppe 6 hin gewickelt, wodurch die isolierende Abdeckung 8 gebildet wird. Die Zahl der Wicklungen der isolierenden Abdeckung 8 wird so angepasst, dass die isolierende Abdeckung 8 innerhalb eines maximalen Durchmesseranteils der Wicklungsgruppe 6 liegt und der maximalem Durchmesseranteil wird geringfügig kleiner als der Innendurchmesser des Batteriegehäuses 5 gemacht, sodass die Wicklungsgruppe 6 in das Batteriegehäuse 5 eingeführt werden kann. Im Übrigen betragen der Außen- und der Innendurchmesser des Batteriegehäuses 5 entsprechend 67 mm und 66 mm.
Als nächstes werden, wie in Fig. 1 gezeigt, zweite Keramikdichtungsringe 3' entsprechend an der Polstrebe eingepasst, deren distales Ende den externen Anschluss der positiven Elektrode 1 bildet, und die Polstrebe, deren distales Ende den externen Anschluss der negativen Elektrode 1' bildet. Jeder zweite Dichtungsring 3' ist aus Tonerde hergestellt und weist einen Abschnitt auf, der an einen rückseitigen Abschnitt einer scheibenförmigen Batterie- Deckelplatte 4 anstößt, wobei die Dicke des anstoßenden Abschnitts, der Innendurchmesser und der Außendurchmesser entsprechend 2 mm, 16 mm und 25 mm betragen. Ferner sind erste planere, aus Tonerde hergestellte Keramikdichtungsringe 3, die eine Dicke von 2 mm, einen Innendurchmesser von 16 mm und einen Außendurchmesser von 28 mm aufweisen, entsprechend an den Batterie-Deckelplatten 4 angeordnet, und der externe Anschluss der positiven Elektrode 1 und der externe Anschluss der negativen Elektrode 1' werden entsprechend in die Keramikdichtungsringe 3 eingeführt. Dann werden die peripheren Endabschnitte der Batterie-Deckelplatten 4 in die Öffnungen des Batteriegehäuses 5 eingepasst, und die gesamten Kontaktabschnitte von ihnen werden lasergeschweißt. Zugleich stehen der externe Anschluss 1 der positiven Elektrode und der externe Anschluss 1' der negativen Elektrode außerhalb der entsprechenden Batterie-Deckelplatten 4 durch die Löcher hervor, die in der Mitte der Batterie-Deckelplatten 4 ausgebildet sind. Wie in Fig. 1 gezeigt, werden die ersten Keramikdichtungsringe 3 und Metalldichtungsringe 11, die gleichmäßiger ist als diejenigen der Unterseite der Metallmuttern 2, entsprechend in den externen Anschluss 1 der positiven Elektrode und den externen Anschluss 1' der negativen Elektrode in dieser Reihenfolge eingepasst. Ein Spaltventil (cleavage valve) 10, das als Antwort auf eine Erhöhung eines Batterie-Innendrucks bricht, ist an einer Seite der Batterie-Deckelplatte 4 angeordnet. Das Spaltventil 10 wird auf einen Spaltungsdruck von 1,27 bis 1,77·10&sup6; Pa eingestellt (13 bis 18 kg/cm²).
Als nächstes wird die Mutter 2 jeweils auf den externen Anschluss 1 der positiven Elektrode und auf den externen Anschluss 1' der negativen Elektrode geschraubt, um die Batterie-Deckelplatte 4 mit dem Flanschabschnitt durch den zweiten Keramikdichtungsring 3', den ersten Keramikdichtungsring 3 und den Metalldichtungsring 11 hindurch miteinander zu befestigen. Der Wert des Befestigungs-Drehmomentes beträgt 6,86 Nm (70 kp·cm). Im übrigen wurde der Metalldichtring 11 nicht gedreht, bis die Befestigung beendet war. In diesem Zustand wird ein Erzeugungs-Element, das in dem Batteriegehäuse 5 eingebracht ist, vom der Umgebungsluft mittels eines aus Gummi (EPDM) hergestellten O-Rings 12 abgesperrt, der zwischen der Rückseite der Batterie-Deckelplatte 4 und dem Flanschabschnitt 7 angeordnet ist.
Danach wird Elektrolyt-Lösung in einer zuvor bestimmten Menge in das Batteriegehäuse 5 durch eine Flüssigkeitseinfüllöffnung 13 eingefüllt, die an einer anderen Seite der Batterie-Deckelplatte 4 vorgesehen ist, und dann wird die Flüssigkeitseinfüllöffnung 13 verschlossen, sodass der Zusammenbau einer zylindrischen Lithium-Ionen-Batterie 20 abgeschlossen ist.
Die Elektrolyt-Lösung wird zuvor in der folgenden Weise angesetzt: Lithiumhexafluorphosphat (LiPF&sub6;) wird mit 1 mol/l in einer Mischlösung aufgelöst, bei der das Volumenverhältnis von Ethylencarbonat, Dimethylcarbonat und Diethylcarbonat 1 : 1 : 1 beträgt. Im übrigen ist die zylindrische Lithium-Ionen- Batterie 20 nicht mit einem Strom-Abschaltmechanismus, der den Strom als Antwort auf eine Erhöhung des Innendrucks im Inneren des Batteriegehäuses 5 abschaltet, ausgestattet.

(Beispiele)

Als nächstes werden Beispiele der zylindrischen Lithium- Ionen-Batterie 20 ausführlich erläutert, die gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel hergestellt worden sind. <

Beispiel 1>

Wie in der folgenden Tabelle 1 gezeigt, wurde bei diesem Beispiel die Batterie in der folgenden Weise hergestellt. Das Verbindungsverhältnis von Lithiummanganat (LiMn&sub2;O&sub4;)-Pulver, dem schuppenförmigen Graphit und dem PVDF betrug 87 : 8,7 : 4,3 Gewichtsprozent (Gew.-%), die Dicke der Schicht des Verbindungsmaterials für das Aktivmaterial der positiven Elektrode (weiterhin bezeichnet als "Schicht aus Verbindungsmaterial der positiven Elektrode") an beiden Seiten betrug 210 um (wobei die Dicke des Kollektors der positiven Elektrode nicht eingeschlossen ist), und deren Länge betrug 690 cm, die Menge des aktiven Materials für die positive Material (nachfolgend hier als "Masse des aktiven Materials der positiven Elektrode" bezeichnet) betrug pro Seite des Kollektors der positiven Elektrode 241 g/m², und die Dicke der Schicht des Verbindungsmaterials für das Aktivmaterial der negativen Elektrode (nachfolgend hier bezeichnet als "Schicht des Verbindungsmaterials der negativen Elektrode") betrug an beiden Seiten 130 um (wobei die Dicke des Kollektors der negativen Elektrode nicht eingeschlossen ist), und deren Länge betrug 708 cm. Tabelle 1

< Beispiele 2-5> ·

Die Batterien der Beispiele 2 bis 5, wie in Tabelle 1 gezeigt, werden ebenfalls gemäß dem gleichen Batterie- Herstellungsverfahren wie dem der Batterie des Beispiels 1 hergestellt, indem das Verbindungsverhältnis des Lithiummanganat-Pulvers, des schuppenförmigen Graphits und des PVDF, die Dicke und die Länge der Schicht des Verbindungsmaterials der positiven Elektrode, die Masse des Aktivmaterials der positiven Elektrode pro Seite des Kollektors der positiven Elektrode sowie die Dicke und die Länge der Schicht des Verbindungsmaterials der negativen Elektrode verändert wurden. Im übrigen kann die Tabelle 1 bei den Batterien dieser Beispiele in der gleichen Weise gesehen werden wie im Fall von Beispiel 1. <

Kontrollen 1-5>

Es wurden ferner Batterien von Kontrollen (Vergleichsbeispiele) 1-5 hergestellt, um die Auswirkungen der obigen Beispiele zu sehen. Bei den Batterien der Kontrollen kann die Tabelle 1 in der gleichen Weise gesehen werden wie im Fall von Beispiel 1. Im übrigen wurde für die Kontrollen 4 und 5 Cellseed C-10 (Markenname) genanntes Lithiumkobaltat (LiCoO&sub2;), das von Nippon Chemical Industry Co., Ltd. hergestellt wird, anstelle des in der Batterie des Beispiels 1 verwendeten Lithiummanganats verwendet.
Es ist anzumerken, dass die Ladung (Herstellungsmengen) des aktiven Materials der positiven Elektrode und des aktiven Materials der negativen Elektrode für die entsprechenden Batterien der Beispiele und Kontrollen wie folgt ermittelt wurden:
Bezüglich der Einheits-Flächen der positiven Elektrode und der negativen Elektrode, die über die Separatoren einander gegenüberliegen, wurde die Ladekapazität bis zu einer endgültigen Spannung von 4,5 V (Li/Li+ -Referenz) der positiven Elektrode auf den gleichen Wert gesetzt wie die Ladekapazität bis zu einer endgültigen Spannung von 0 V (Li/Li+ -Referenz) der negativen Elektrode. Im übrigen betrug bei dem aktiven Material der positiven Elektrode die Ladekapazität des aktiven Materials pro Gewichtseinheit des Lithiummanganats 105 mAh/g, und die Ladekapazität des aktiven Materials pro Gewichtseinheit des Lithiumkobaltats betrug 155 mAh/g. Die Ladekapazität des aktiven Materials der negativen Elektrode betrug 450 mAh/g.
Die negative Elektrodenelement wurde um 18 cm länger als die positive Elektrodenelement derart ausgeführt, dass das positive Elektrodenelement sich weder über das negative Elektrodenelement an der Innenperipherie noch an der Außenperipherie der Wicklungsgruppe in Wicklungsrichtung hinaus erstreckt, wenn sie gewickelt worden ist. In Richtung vertikal zu der Wicklungsrichtung wurde die Breite des Verbindungsmaterials der negativen Elektrode 5 mm breiter ausgeführt als die des Verbindungsmaterials der positiven Elektrode, sodass sich der beschichtete Abschnitt des Verbindungsmaterials der positiven Elektrode nicht über den Abschnitt des Verbindungsmaterial der negativen Elektrode hinaus erstreckt.

< Test und Auswertung>

Als nächstes wurden die so hergestellten entsprechenden Batterien der Beispiele und Kontrollen mit den folgenden Tests 1 und 2 getestet.
[Test 1] Nachdem jede Batterie bei Raumtemperatur aufgeladen wurde, wurde sie entladen, sodass die Entladekapazität gemessen wurde. Die Aufladebedingungen wurden auf eine konstante Spannung von 4,2 V und einen Begrenzungsstrom von 80 A sowie eine Ladezeit von 3,5 Stunden eingestellt. Die Entladebedingungen wurden auf einen konstanten Strom von 20 A und eine endgültige Spannung von 2,5 V eingestellt.
[Test 2] Jede Batterie wurde mit einem konstanten Strom von 80 A bei Raumtemperatur kontinuierlich geladen, und das Verhalten jeder Batterie wurde beobachtet. Bei dem Ereignis, nachdem das Spaltventil bricht, erfolgt eine Gasentladung. Um die Größenordnung oder das Ausmaß dieser Gasentladung zu zeigen, wurde das Gewicht der Batterie, nachdem das Ereignis aufgetreten war, gemessen, und der prozentuale Anteil des Batteriegewichts nach diesem Ereignis zu dem vor dem Ereignis wurde berechnet. Es wurde ferner eine Beobachtung durchgeführt, ob sich das Batteriegehäuse 5 verformt hat oder nicht, nachdem das Gas entladen wurde.

< Testergebnisse>

Die Testergebnisse von Test 1 und Test 2 werden in der folgenden Tabelle 2 gezeigt. Tabelle 2
Bei jeder Batterie der Kontrollen 1 bis 3 wurde, nachdem das Spaltventil gebrochen war, Gas zusammen mit einem Teil des Batterieinhaltes relativ heftig durch die Entlüftung entladen, und das Gewicht der Batterien nach diesem Ereignis schwankte zwischen 71% bis 72%. Es konnte keine Verformung der Batterien beobachtet werden. Bei jeder Batterie der Kontrollen 4 und 5 wurde, nachdem das Spaltventil gebrochen war, Gas zusammen mit einem Teil des Batterieinhaltes heftig und schnell entladen, und das Gewicht der Batterien nach dem Ereignis schwankte zwischen 61% bis 63%, welche die leichteste unter den Batterien war. Ferner wurde klar, dass die Größenordnung der Gasentladung sehr hoch war, da bei diesen zwei Batterien eine Dehnung bzw. Ausdehnung des Batteriegehäuses 5 beobachtet wurde.
Demgegenüber wurde bei der Batterie von jedem der Beispiele, nachdem das Spaltventil gebrochen war, das Gas schonend oder mild entladen, und es wurde keine Verformung des Batteriegehäuses beobachtet. Es verblieben 80% oder mehr des ursprünglichen Gewichts in diesen Batterien. Daher wurde der Inhalt der Batterien kaum entladen, und das Verhalten der Batterien war sehr schonend.
Wie klar aus den Tabellen 1 und 2 zu ersehen ist, war bei den Batterien, bei denen Lithiummanganat, das als Lithium-Mangan-Komplexoxid dient, als aktives Material für die positive Elektrode verwendet wurde, in dem Fall, in dem die Dicke der Schicht des Verbindungsmaterials der positiven Elektrode an beiden Oberflächen des Kollektors der positiven Elektrode zumindest 210 um betrug und in dem die Masse des aktiven Materials der positiven Elektrode pro Seite des Kollektors der positiven Elektrode zumindest 240 g/m² betrug, das Verhalten der Lithium-Ionen-Batterien sehr schonend, selbst wenn sie in einen anormalen Zustand übergehen, und demzufolge ermöglichten die Batterien, eine ausgezeichnete Sicherheit zu realisieren.
Ferner war, wenn das Verbindungsverhältnis des aktiven Materials der positiven Elektrode in dem Verbindungsmaterial der positiven Elektrode kleiner als 80 Gew.-% war, das Verhalten der Batterien zum Zeitpunkt des kontinuierlichen Ladens schonend, allerdings wurde die Entladekapazität merklich reduziert. Daher wird bevorzugt, dass das Verbindungsverhältnis des aktiven Materials der positiven Elektrode in dem Verbindungsmaterial der positiven Elektrode zumindest 80 Gew.-% beträgt. Ferner wird in diesem Fall bevorzugt, wie bei den Batterien der Beispiele 1 bis 5 gezeigt, dass die Dicke der Schicht des Verbindungsmaterials der negativen Elektrode, die das Kohlenstoff-Material als aktives Material der negativen Elektrode verwendet, zumindest 130 um beträgt.
Andererseits konnte, selbst wenn die Dicke der Schicht des Verbindungsmaterials der positiven Elektrode 210 um betrug und die Masse des aktiven Materials der positiven Elektrode pro eine Oberfläche des Kollektors der positiven Elektrode zumindest 240 g/m² betrug, die Batterie, wie bei der Kontrolle 4 gezeigt, deren aktives Material der positiven Elektrode ein anderes als Lithiummanganat war, eine ausreichende Sicherheit nicht gewährleistet werden. Da insbesondere bei der Batterie der Kontrolle 4 die hohe Kapazität erhalten wurde, wurde bei der Batterie der Kontrolle 5 das Verbindungsverhältnis des aktiven Materials der positiven Elektrode derart verringert, dass die Kapazität auf das Niveau der Batterien der Beispiele gesetzt wurde. Jedoch blieb die hohe Größenordnung der Gasentladung die gleiche.
Wie oben angegeben, verhielt sich die zylindrische Lithium-Ionen-Batterie 20 der vorliegenden Ausführungsform sehr schonend, selbst wenn sie in einen anormalen Zustand überführt wurde, und die Batterie konnte als eine exzellente Batterie mit hoher Sicherheit angesehen werden. Daher ist die Batterie mit solch einer hohen Kapazität, hohen Leistung und extrem hoher Sicherheit insbesondere als Energieversorgungsquelle des EV oder HEV geeignet.

(Zweite Ausführungsform)

Als nächstes wird nachfolgenden eine zweite Ausführungsform der zylindrischen Lithium-Ionen-Batterie beschrieben, auf die die Erfindung gerichtet ist. Bei dieser Ausführungsform werden die gleichen Teile oder Elementen wie die bei dem ersten Ausführungsbeispiel mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet, und deren Erläuterung wird weggelassen, und lediglich unterschiedliche Teile oder Elementen werden weiter unten erläutert.

< Positives Elektrodenelement>

Bei diesem Ausführungsbeispiel werden das Lithiummanganat-Pulver, das schuppenförmige Graphit und das PVDF in einem Gewichtsverhältnis von 80 : 15 : 5 gemischt, und das so erhaltene Gemisch wird mit NMP versetzt und gemischt, wodurch eine Paste produziert wird. Die verwendete Aluminiumfolie weist in der Fläche eine Größe von 50 mm · 450 mm auf, und die apparente Dichte der Schicht des Verbindungsmaterials der positiven Elektrode beträgt 2,8 g/cm³. <

Negatives Elektrodenelement>

"Carbotron P", das ein amorpher Kohlenstoff ist, elektrisch leitfähiges Material, das Kohlenstofffaserpulver oder leitfähiges Keramikfaserpulver aufweist, wie später beschrieben, und PVDF werden in einem Gewichtsverhältnis von 85 : 5 : 10 gemischt, und das so erhaltene Gemisch wird mit NMP versetzt und gemischt, wodurch eine Paste hergestellt wird. Die verwendete gewalzte Kupferfolie weist in der Fläche eine Größe von 52 mm · 490 mm auf, und die apparente Dichte der Schicht des Verbindungsmaterials der negativen Elektrode beträgt 1,0 g/cm³.

< Aufbau der Batterie>

Das positive Elektrodenelement und das negativ Elektrodenelement werden mit einem bzw. mehreren Polyethylen- Separator(en) mit einer Dicke von 25 um dazwischenliegend angeordnet gewickelt, um eine Wicklungsgruppe 25 herzustellen. Die Wicklungsgruppe 25 wird in das Batteriegehäuse 26 eingeführt, und ein elektrisch leitfähiger Flachstecker-Anschluss 24 der negativen Elektrode, der zuvor mit der gewalzten Kupferfolie (Kollektor der negativen Elektrode) verschweißt worden ist, die als ein zweiter Kollektor dient, ist mit einer Bodenfläche des Batteriegehäuses 26 verschweißt, das einen Boden aufweist. Andererseits ist ein elektrisch leitfähiger Flachstecker- Anschluss 28 der positiven Elektrode, der zuvor mit der Aluminiumfolie (Kollektor der positiven Elektrode) verschweißt worden ist, mit einer Bodenfläche einer Kappe 27 der positiven Elektrode verschweißt, die einen hutförmigen Abschnitt aufweist. In dieser Kappe 27 der positiven Elektrode sind ein Strom-Abschaltmechanismus (ein Druckschalter) wie ein PTC (positiver Temperaturkoeffizient)- Element oder dergleichen der gemäß einer Erhöhung eines Innendrucks innerhalb der Batterie betrieben wird, und ein Innendruck-Reduktions-Mechanismus wie ein Sicherheitsventil, das bei einem höheren Druck als bei dem Strom- Abschaltmechanismus betrieben wird, montiert oder aufgenommen. Bei dieser Ausführungsform werden ein Strom- Abschaltmechanismus (ein Druckschalter) mit einem Betriebsdruck von 8,83·10&sup5; Pa (9 kgf/cm²) und ein Sicherheitsventil mit einem Betriebsdruck von 1,96·10&sup6; Pa (20 kgf/cm³) verwendet.
Dann werden 5 ml einer Elektrolyt-Lösung in das Batteriegehäuse 26 eingefüllt. Die verwendete Elektrolyt- Lösung wird in der folgenden Weise angesetzt. LiPF&sub6; wurde mit 1 mol/l in einer Lösung aufgelöst, in der Ethylencarbonat und Dimethylcarbonat in einem Volumenverhältnis von 1 : 2 gemischt worden sind. Die Kappe 27 der positiven Elektrode ist an einem oberen Abschnitt des Batteriegehäuses 26 angeordnet, und der obere Abschnitt des Batteriegehäuses 26 wird durch eine isolierende Dichtung 29 abgedichtet, sodass der Zusammenbau einer zylindrischen Lithium-Ionen-Batterie 30 des Typs 18650, die einen Durchmesser von 18 mm und eine Höhe von 65 mm aufweist, abgeschlossen ist.
Als nächstes werden die Beispiele der zylindrischen Lithium-Ionen-Batterie 30 ausführlich erläutert, die gemäß der vorliegenden Ausführungsform hergestellt worden sind. Im übrigen wird ebenfalls eine Batterie einer Kontrolle (Vergleichsbeispiel), die zum Vergleich hergestellt worden ist, erläutert.

(Beispiele)

< Beispiel 6>

Wie in der folgenden Tabelle 3 gezeigt, wurde bei diesem Beispiel eine Batterie durch den Einsatz von Kohlenstofffasern vervollständigt, die mittels eines Gasphasenverfahrens als leitfähiges Material für die negative Elektrode hergestellt worden sind. Bei diesem Beispiel betrug der durchschnittliche Faserdurchmesser der Kohlenstofffasern 0,2 um, und deren durchschnittliche Faserlänge betrug 15 um. Tabelle 3

< Beispiel 7>

Wie in Tabelle 3 gezeigt, wurde bei diesem Beispiel eine Batterie durch den Einsatz von Acetylen-Ruß als leitfähiges Material für die negative Elektrode vervollständigt. Der Durchschnittswert der primären Partikelgröße im verwendeten Acetylen-Ruß betrug 40 nm.

< Beispiel 8>

Wie in Tabelle 3 gezeigt, wurde bei diesem Beispiel eine Batterie durch den Einsatz von mit Kohlenstoff beschichteten Kaliumtitanat-Whisker als leitfähiges Material für die negative Elektrode vervollständigt. Der durchschnittliche Faserdurchmesser der mit Kohlenstoff beschichteten Kaliumtitanat-Whisker betrug 0,5 um und die durchschnittliche Faserlänge betrug 15 um.

< Beispiel 9>

Wie in Tabelle 3 gezeigt, wurde bei diesem Beispiel eine Batterie durch den Einsatz von mit Silber beschichteten Kaliumtitanat-Whisker als leitfähiges Material für die negative Elektrode vervollständigt. Der durchschnittliche Faserdurchmesser der mit Silber beschichteten Kaliumtitanat- Whiskers betrug 0,6 um, und die durchschnittliche Faserlänge betrug 15 um.

< Beispiele 10 bis 14>

Wie in Tabelle 3 gezeigt, wurden bei den Beispielen 10 bis 14 die Batterien durch den Einsatz von Kohlenstofffasern, die mittels eines Gasphasenverfahrens hergestellt worden sind, als leitfähiges Material für die negativen Elektroden in der gleichen Weise wie bei Beispiel 6 vervollständigt. Bei diesen Beispielen wurden die Herstellungsbedingungen für die Kohlenstofffasern derart angepasst, dass der durchschnittliche Faserdurchmesser und die durchschnittliche Faserlänge der Kohlenstofffasern in der folgenden Weise verschiedenfach abgeändert wurden. Bei Beispiel 10 betrug der durchschnittliche Faserdurchmesser 5 um, und die durchschnittliche Faserlänge betrug 15 um; bei Beispiel 11 betrug der durchschnittliche Faserdurchmesser 10 um, und die durchschnittliche Faserlänge betrug 15 um; bei Beispiel 12 betrug der durchschnittliche Faserdurchmesser 0,2 um, und die durchschnittliche Faserlänge betrug 5 um; bei Beispiel 13 betrug der durchschnittliche Faserdurchmesser 5 um, und die durchschnittliche Faserlänge betrug 5 um; und bei Beispiel 14 betrug der durchschnittliche Faserdurchmesser 0,2 um, und die durchschnittliche Faserlänge betrug 1 um.

< Kontrolle 6>

Wie in Tabelle 3 gezeigt, wurde eine Batterie dieser Kontrolle durch Einsatz eines Verbindungsmaterials der negativen Elektrode, in dem kein leitfähiges Material enthalten war, vervollständigt. Das Verbindungsmaterial der negativen Elektrode dieser Batterie wurde nämlich durch Mischen des amorphen Kohlenstoffs zu 90 Gew.-% und PVDF zu 10 Gew.-% im Verbindungsverhältnis angesetzt, und dann wurde das so erhaltene Gemisch wurde mit NMP versetzt und gemischt, wodurch die Paste erhalten wurde.

< Test und Auswertung>

[Test]

Als nächstes wurde für die so hergestellten entsprechenden Batterien der Beispiele und der Kontrollen ein Lade-/Entlade-Zyklus-Test durchgeführt. Bei dem Lade- /Entlade-Zyklus-Test wurde die ursprüngliche Entladekapazität jeder Batterie nach einem anfänglichen Stabilisierungsbetrieb gemessen, und dann wurde die Entladekapazität beim 200ten Zyklus gemessen, nachdem der Lade-/Entlade-Zyklus unter den Bedingungen, wie in der folgenden Tabelle 4 gezeigt, wiederholt worden war. Dann wurde der Prozentsatz der Entladekapazität beim 200ten Zyklus bezogen auf die ursprüngliche Entladekapazität (nachfolgend hier als "verbleibender Prozentsatz der Kapazität des 200ten Zyklus" bezeichnet) berechnet. Tabelle 4

[Testergebnisse]

Die Testergebnisse des Lade-/Entlade-Zyklus-Tests werden in der folgenden Tabelle 5 gezeigt.

Tabelle 5

verbleibender Prozentsatz der Kapazität des 200ten Zyklus (%)

Beispiel 6 83
Beispiel 6 83
Beispiel 7 64
Beispiel 8 72
Beispiel 9 75
Beispiel 10 78
Beispiel 11 63
Beispiel 12 80
Beispiel 13 76
Beispiel 14 70
Kontrolle 6 30

[Auswertung]

Wie in Tabelle 5 gezeigt, wiesen die Batterien der Beispiele 6 bis 14, die leitfähiges Material enthielten, einen höheren verbleibenden Prozentsatz der Kapazität des 200ten Zyklus auf als die Batterie der Kontrolle 6. Ferner wird offenbar, wie in Tabelle 3 und Tabelle 5 gezeigt, dass, wenn Fasern mit einem durchschnittlichen Faserdurchmesser von maximal 5 um und einer durchschnittlichen Faserlänge von zumindest 5 um enthalten waren, eine bevorzugte Zyklus- Charakteristik erhalten werden konnte. Im übrigen konnte der gleiche Effekt wie unter Verwendung von Kaliumtitanat-Whisker erlangt wurden, wenn Glasfasern anstelle von Kaliumtitanat- Whisker verwendet wurden.
Die zylindrische Lithium-Ionen-Batterie 30 mit hoher Sicherheit und langer Zyklus-Lebensdauer ist ferner als Energieversorgungsquelle für das HEV, wie oben angegeben, geeignet. Im übrigen bezog sich das erste Ausführungsbeispiel nicht auf die Verbesserung der Zyklus-Charakteristik, jedoch ist es selbstverständlich, dass die Zyklus-Charakteristik bei dem ersten Ausführungsbeispiel unter Verwendung des leitfähigen Materials wie bei der zweiten Ausführungsform gezeigt verbessert werden kann.
Ferner wurden bei den obigen Ausführungsformen großformatige Batterien, die als Energieversorgungsquelle für die EV oder HEV verwendet worden sind, erläutert, allerdings sind die Dimension und die Batteriekapazität der erfindungsgemäßen Batterie nicht auf diese Ausführungsformen beschränkt.
Ferner wurde bei den obigen Ausführungsformen Lithiummanganat für die positive Elektrode verwendet, der amorphe Kohlenstoff wurde für die negative Elektrode verwendet, und die Elektrolyt-Lösung wurde angesetzt, in dem das 6-Lithiumhexaphosphatfluorid mit 1 mol/l in der Mischlösung aus Ethylencarbonat, Dimethylcarbonat und dergleichen gelöst wurde. Jedoch gibt es keine Beschränkung bei dem erfindungsgemäßen Batterie-Herstellungsverfahren, und vor allem können als Bindemittel, aktives Material der negativen Elektrode und nicht wässrige Elektrolyt-Lösung jedes gewöhnlich verwendbares angewendet werden. Jedoch wird, um eine hohe Kapazität, hohe Leistung, hohe Sicherheit und eine hohe Lebensdauer zu gewährleisten, bevorzugt, Lithiummanganat, das ein Lithium-Mangan-Komplexoxid ist, anstelle von Lithiumkobalt-Komplexoxid oder Lithiumnickel-Komplexoxid zu verwenden.
Ferner wurde bei den obigen Ausführungsformen das PVDF als Bindemittel verwendet. Jedoch können als Bindemittel auch andere als die oben erwähnten Bindemittel verwendet werden, Polymere wie Teflon, Polyethylen, Polystyrol, Polybutadien, Butyl-Kautschuk (IIR) Nitril-Kautschuk, Styrol/Butadien- Kautschuk, Polysulfid-Kautschuk, Cellulosenitrat, Cyanoethyl- Cellulose, verschiedene Latexarten, Acrylnitril, Vinylfluorid, Vinylidenfluorid, Propylenfluoridchloroprenfluorid und dergleichen sowie Mischungen davon.
Ferner ist als das aktives Material der positiven Elektrode für die Lithium-Ionen-Sekundärbatterie ein anderes als das bei den obigen Ausführungsformen gezeigte Material, Lithium-Mangan-Komplexoxid, in das Lithium-Ionen eingeführt (eingeschlossen) und/oder entfernt (freigesetzt) werden können, und bei dem Lithium-Ionen in einer ausreichenden Menge im Voraus eingefügt (eingeschlossen) worden sind, bevorzugt. Es kann Lithiummanganat mit Spinell-Struktur oder jeder/beiden Seite(n) des Mangans oder des Lithiums in einem Kristall davon, das anderen als diesen Elementen ersetzt oder dotiert wird, verwendet werden.
Ferner kann als aktives Material der negativen Elektrode für die Lithium-Ionen-Batterie ein anderes Material als die bei den Ausführungsformen gezeigten verwendet werden, das die Erfindung nicht einschränkt. Beispielsweise können natürliches Graphit, verschiedene synthetische Graphitmaterialien und Koke verwendet werden. Die Partikelformen dieser Materialien können Schuppenformen, Kugelformen, Faserformen, massive Formen und ähnliches aufweisen, allerdings ist das aktive Material auf diese Partikelformen nicht beschränkt.
Ferner sind als Elektrolyt-Lösung, eine Elektrolyt- Lösung, bei der ein übliches Lithiumsalz als Elektrolyt in einem organischen Lösungsmittel gelöst ist, und das Lithiumsalz und das organische Lösungsmittel nicht auf diese bestimmten beschränkt. Beispielweise können als Elektrolyt LiClO&sub4;, LiAsF&sub6;, LiPF&sub6;, LiBF&sub4;, LIB(C&sub6;H&sub5;)&sub4;, CH&sub3;SO&sub3;Li, CF&sub3;SO&sub3;Li und dgl. sowie Mischungen davon verwendet werden.
Ferner kann als organisches Lösungsmittel für die nicht wässrige Elektrolyt-Lösung andere als die in den obigen Ausführungsformen gezeigten verwendet werden, wie Polypropylencarbonat, Ethylencarbonat, 1,2-Diethoxyethan, 1,2-Diemethoxyethan, γ-Butyrolacton, Tetrahydrofuran, 1,3- Dioxolan, 4-Methyl-1,3-dioxolan, Diethylether, Sulfolan, Methylsulfolan, Acetonitril, Propionitril oder dergleichen oder Gemische von zwei Arten davon. Ferner ist das Mischungs- Verbindungsverhältnis nicht auf bestimmte Verhältnisse beschränkt.
Ferner wurden bei der ersten Ausführungsform das Klebeband verwendet, das als Trägermaterial Polyimid aufwies und an dessen einer Seite als Klebemittel Hexamethaacrylat aufgebracht worden ist. Diese Erfindung ist nicht auf dieses Klebeband beschränkt. Beispielsweise kann ein Klebeband, das ein Trägermaterial aus Polyolefin wie Polypropylen oder Polyethylen und dergleichen und ein Acrylatsystem-Klebemittel wie Hexamethacrylat, Butylacrylat oder dergleichen, das auf einer oder beiden Seitenoberflächen des Trägermaterials aufgebracht ist, umfasst oder ein Band, auf dem kein Klebemittel aufgebracht wird und das Polyolefin oder Polyimid oder ähnliches aufweist, ebenfalls bevorzugt verwendet werden.
Bei den obigen Ausführungsbeispielen wurden zylindrische Lithium-Ionen-Batterien als Beispiele verwendet, allerdings ist die Erfindung nicht auf die zylindrische Wicklungsgruppe oder das zylindrische Batteriegehäuse beschränkt. Selbst wenn das positive Elektrodenelement und das negative Elektrodenelement, durch einen bzw. mehrere Separatoren getrennt, in Dreiecksform, Rechteckform, Polygon-Form oder ähnlichem gewickelt werden, um in das Batteriegehäuse eingeführt zu werden, nehmen die Sicherheits- und Lebensdauers- Charakeristiken der Batterie nicht ab.

Claims

1. Lithium-Ionen Batterie, bei der eine Wicklungsgruppe, die eine positive Elektrode, eine negative Elektrode und mindestens einen Separator aufweist, und ein Kuppelabschnitt, der die Wicklungsgruppe mit entsprechenden Anschlüssen verbindet, in einem Batteriegehäuse angeordnet sind, und die einen Mechanismus zum Reduzieren des Innendruck zum Entladen von Gas entsprechend der Erhöhung des Innendrucks in dem Batteriegehäuse aufweist, wobei die positive Elektrode einen Kollektor aufweist, auf dessen beiden Oberflächen ein Lithium-Mangan-Komplexoxid aufweisendes Verbindungsmaterial aufgebracht ist und die Gesamtdicke des auf beiden Oberflächen des Kollektors aufgebrachten Verbindungsmaterials mindestens 210 um beträgt und die Menge des auf jeweils einer Oberfläche des Kollektors aufgebrachten aktiven Materials mindestens 240 g/m² beträgt.

2. Lithium-Ionen-Batterie nach Anspruch 1, bei der das Verbindungsverhältnis des Lithium-Mangan-Komplexoxids in dem Verbindungsmaterial mindestens 80 Gew.-% beträgt.

3. Lithium-Ionen-Batterie nach Anspruch 1 oder 2, bei der die negative Elektrode einen zweiten Kollektor aufweist, auf dessen beiden Oberflächen ein Kohlenstoff aufweisendes zweites Verbindungsmaterial aufgebracht ist und die Dicke des auf beiden Oberflächen des zweiten Kollektors aufgebrachten zweiten Verbindungsmaterial mindestens 130 um beträgt.

4. Lithium-Ionen-Batterie nach Anspruch 1, bei der die negative Elektrode einen zweiten Kollektor aufweist, auf dessen beiden Oberflächen ein Kohlenstoff aufweisendes zweites Verbindungsmaterial aufgebracht ist, wobei das zweite Verbindungsmaterial faserförmiges oder nadelförmiges leitfähiges Material aufweist.

5. Lithium-Ionen-Batterie nach Anspruch 3, bei der das zweite Verbindungsmaterial faserförmiges oder nadelförmiges leitfähiges Material aufweist.

6. Lithium-Ionen-Batterie nach Anspruch 4 oder 5, bei der das leitfähige Material durch Dampfphasenverfahren hergestellte Kohlenstofffasern oder leitende Keramikfasern sind.

7. Lithium-Ionen-Batterie nach einem der Ansprüche 4 bis 6, bei der das leitfähige Material eine Durchschnittsfaserlänge von mindestens 5 um und einen Durchschnittsfaserdurchmesser von höchstens 5 um aufweist.

8. Lithium-Ionen-Batterie nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei der das Lithium-Mangan-Komplexoxid Lithium-Manganat ist.

9. Lithium-Ionen-Batterie nach einem der Ansprüche 3 bis 7, bei der das Kohlenstoffmaterial amorpher Kohlenstoff ist.