DE60000672T2

DE60000672T2 - Festelektrolyt-Batterie

Info

Publication number: DE60000672T2
Application number: DE60000672T
Authority: DE
Inventors: Hiroyuki Akashi; Gorou Shibamoto
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1999-05-26
Filing date: 2000-05-23
Publication date: 2003-09-18
Anticipated expiration: 2020-05-24
Also published as: US7214450B2; EP1056142B1; KR20000077418A; EP1056142A1; US20050053830A1; US7432019B2; US7070885B2; US7183021B1; JP2001043897A; CN1160811C; KR100687159B1; CA2309410A1; DE60000672D1; CN1275816A; TW484243B; JP4075259B2; CA2309410C; US20050031937A1; US20050037257A1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Festelektolytbatterie mit einem festen Elektrolyten und insbesondere eine Festelektrolytbatterie mit einem Separator, welcher eine spezielle oder bestimmte mechanische Stärke oder Festigkeit besitzt und thermische Eigenschaften oder Charakteristika derart aufweist, dass die Energiedichte sowie die Sicherheit verbessert sind.

Beschreibung des Standes der Technik

Für tragbare elektronische Geräte, z. B. für tragbare Telefone oder Notebookcomputer, sind Batterien als Stromquellen oder Spannungsquellen wichtige Bestandteile. Um die Größe und das Gewicht derartiger elektronischer Geräte zu verringern, ist eine Verstärkung oder Vergrößerung der Kapazität der Batterien sowie eine Verringerung des Volumens dieser Batterien notwendig. Aus den zuvor genannten Gründen sind Lithiumbatterien, welche eine besonders hohe Energiedichte und Energieausgabedichte besitzen, besonders geeignet, als Energiequellen für tragbare elektronische Geräte zu dienen. Eine Lithiumbatterie enthält eine negative Elektrode, welche aus einem Carbonmaterial oder Kohlenstoffmaterial gebildet wird und welche eine mittlere Entladungsspannung von 3,7 V oder darüber besitzt. Darüber hinaus können Qualitätsverschlechterungen aufgrund der Lade- und Entladezyklen vergleichsweise befriedigend verhindert werden. Daher besitzt die Lithiumbatterie den großen Vorteil einer hohen Energiedichte.
Von Lithiumbatterien wird erwartet, dass sie eine große Vielzahl von Formen besitzen. Dabei kann eine derartige Batterie z. B. eine hohe Flexibilität und damit einen hohen Grad an Freiheit in der äußeren Gestalt haben. Eine plättchenartige Batterie ist möglich, welche eine geringe Stärke oder geringe Dicke und eine große Fläche besitzt. Darüber hinaus sind sogenannte Kartenbatterien mit einer ebenfalls geringen Stärke und geringen Fläche bekannt. Bei herkömmlichen Anordnungen oder Strukturen für Batterieelemente sind vorgesehen eine positive Elektrode und eine negative Elektrode sowie eine Elektrolytlösung, welche allesamt von einem Metall eingeschlossen sind, wodurch es schwierig wird, die Variabilität in Bezug auf die äußere Form zu gewährleisten. Da eine Elektrolytlösung verwendet wird, wird nämlich dann der Herstellungsprozess zu komplex. Darüber hinaus müssen Gegenmaßnahmen im Hinblick auf eine Leckage der Elektrolytlösung getroffen werden,
Um die oben erwähnten Probleme zu beheben, wurden Batterien erforscht und entdeckt, welche z. B. Batterien sind, die einen Festelektrolyten verwenden, der seinerseits gebildet wird von einem leitfähigen und organischen Polymer oder von anorganischen Keramiken und von einem gelartigen Festelektrolyten (nachfolgend als "Gelelektrolyt" bezeichnet), in welchen Matrixpolymere imprägniert sind oder werden mit Elektrolytlösung. Die Festelektrolytbatterien mit Festelektrolyten und die Gelelektrolytbatterien besitzen fixierte Elektrolyte. Daher kann ein Kontakt zwischen der Elektrode und dem Elektrolyten bestehen bleiben oder aufrechterhalten werden. Folglich ergibt sich, dass die zuvor genannten Batterien nicht notwendigerweise von einer Metallhülle oder einem Metallgefäß umschlossen werden müssen. Auch muss kein Druck auf die Batterie oder das Batterieelement ausgeübt werden. Ein schichtartiges oder filmartiges Gehäusematerial kann verwendet werden, um die Stärke oder Dicke der Batterie zu verringern. Folglich kann somit eine höhere Energiedichte realisiert werden als bei herkömmlichen Batterien.
Gewöhnlich besitzt der Festelektrolyt einer Festelektrolytbatterie geeignete mechanische Eigenschaften, insbesondere eine geeignete mechanische Stärke oder Widerstandsfähigkeit, wie das in der Veröffentlichung "MATERIAL TECHNIQUE OF HIGH-PERFORMANCE SECONDARY BATTERY AND EVALUATION, APPLICATION AND DEVELOPMENT OF THE SAME" (Technical Information Association, 1998) offenbart ist. Daher kann hier ein Aufbau für eine Batterie gewählt werden, der sich von dem Aufbau einer herkömmlichen Batterie mit einer Elektrolytlösung unterscheidet. Zum Beispiel wurde berichtet, dass zwischen der positiven Elektrode und der negativen Elektrode kein Separator mehr notwendig ist. Dieser Umstand ist als Vorteil der Festelektrolyte bekannt.
Die dort beschriebenen Festelektrolyte haben aber den Nachteil einer unbefriedigenden Stärke oder Stabilität, wobei dort auch ein Perforationswiderstand (piercing resistance) berücksichtigt ist, und zwar im Vergleich mit einem herkömmlichen Separator, welcher von einem kleinporigen Polyolefinfilm oder einer kleinporigen Polyolefinschicht oder dergleichen gebildet wird. Wenn die Stärke oder Dicke des Festelektrolyten bei herkömmlichen Festelektrolytbatterien auf z. B. 40 um oder geringer reduziert wird, um die Energiedichte zu steigern, entsteht das Problem, dass mit großer Wahrscheinlichkeit interne Kurzschlüsse nach dem Herstellen der Batterie durch den Vorgang des Zusammenbaus auftreten. Wie oben beschrieben wurde, kann die Energiedichte einer Festelektrolytbatterie nicht auf einfache Art und Weise durch Verringern der Schichtstärke oder Dicke der Festelektrolytschicht erreicht werden.
In Bezug auf die Wärmewiderstandsfähigkeit, welche ein Hinweis ist für die Zuverlässigkeit der Batterie, ergibt sich, dass herkömmliche Festelektrolytbatterien eine unbefriedigende Wärmewiderstandsfähigkeit besitzen. Ein Anteil vermarkteter Batterien ist so ausgebildet, dass sie einen sogenannten Shutdown-Effekt verwenden, um die Wärmewiderstandsfähigkeit zu verbessern. Andererseits wurde bisher kein Festelektrolytmaterial für Festelektrolytbatterien gefunden, welches selbst den sogenannten Shutdown-Effekt zeigt.
In Bezug auf die Zuverlässigkeit und die Sicherheit von Batterien bleibt festzustellen, dass Zuverlässigkeit und Sicherheit nicht auf einfache Art und Weise erreicht werden können, wenn die Energiedichte der Batterie gesteigert wird. Daher muss auch beim Steigern der Energiedichte einer Festelektrolytbatterie möglichst eine Technik zum Aufrechterhalten oder Verbessern der Sicherheitsbedingungen berücksichtigt werden.
Eine dünne Batterie weist einen Separator auf, welcher aus Polyolefin gebildet ist. Insbesondere wird ein Polyethylenseparator verwendet.
In einem gewöhnlichen Zustand, wenn nämlich die Temperatur der Batterie ein Durchschmelzen erzeugt hat, treten Kurzschlüsse zwischen der positiven und negativen Elektrode auf, dann aber tritt kein thermisches Hochlaufen oder Fortlaufen auf. In einem Fall, bei welchem eine Batterie in einer abnormalen Umgebung verwendet wird, z. B. in dem Fall, bei welchem die Temperatur einer Batterie, welche auf ein Spannungsniveau geladen wird, welches höher ist als gewöhnlich, ansteigt, besteht die Gefahr eines Unfalls. In dem vorangehend genannten Fall besteht die Befürchtung, dass die Verwendung eines aus Polyethylen gebildeten Separators mit einer Schmelztemperatur unterhalb derjenigen von Polypropylen ein Durchschmelzen des Separators nach sich ziehen kann.
Das bedeutet, dass eine Beschädigung des Separators auftritt, wodurch ein Kurzschluss zwischen der positiven Elektrode und der negativen Elektrode bewirkt wird. Daher besteht dann die Gefahr, dass durch die Batterie Hitze erzeugt wird.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Im Hinblick auf die vorangenannten Aspekte liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Festelektrolytbatterie zu schaffen, welche eine hohe Energiedichte und gleichzeitig eine verbesserte Sicherheit besitzt.
Erfindungsgemäß wird eine Festelektrolytbatterie geschaffen, welche eine positive Elektrode, eine negative Elektrode, die der positiven Elektrode gegenüberliegt, einen Separator, welcher zwischen der positiven Elektrode und der negativen Elektrode angeordnet ist, und einen Festelektrolyten aufweist, wobei dieser jeweils zwischen der positiven Elektrode und dem Separator und der negativen Elektrode angeordnet ist, wobei der Separator von einer porösen Polyolefinschicht gebildet wird, wobei die poröse Polyolefinschicht eine Stärke aufweist, welche in einem Bereich von nicht kleiner als 5 um und nicht größer als 15 um liegt, wobei die Porosität nicht geringer als 25% und nicht höher als 60% ist, wobei eine Bruchfestigkeit von weniger als 1650 kg/cm² vorliegt und wobei eine Zugfestigkeit von nicht weniger als 135% vorliegt.
Die erfindungsgemäße Festelektrolytbatterie weist einen Separator auf, welcher aus einer porösen Polyolefinschicht mit einer gewissen Stärke, einem bestimmten Raumverhältnis oder Lückenverhältnis (vacancy ratio) und bestimmten thermischen Charakteristika gebildet wird. Daher können die Energiedichte gesteigert und gleichzeitig die Sicherheit verbessert werden.
Andere Zielsetzungen, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Detailbeschreibung bevorzugter Ausführungsformen im Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen.

KURZBESCHREIBUNG DER FIGUREN

Fig. 1 ist eine perspektivische Ansicht, welche ein Beispiel des Aufbaus einer Festelektolytbatterie gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.
Fig. 2 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie X-Y aus Fig. 1.
Fig. 3 ist eine perspektivische Ansicht, welche einen Zustand zeigt, bei welchem die positive Elektrode und die negative Elektrode als gewickelte Elektrode ausgebildet sind.
Fig. 4 ist eine perspektivische Ansicht, welche ein Beispiel des Aufbaus der positiven Elektrode zeigt.
Fig. 5 ist eine perspektivische Ansicht, welche ein Beispiel des Aufbaus der negativen Elektrode zeigt.
Fig. 6 ist eine Fotografie, welche eine Fibrillstruktur oder Faserstruktur eines Separators gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.
Fig. 7 ist eine perspektivische Ansicht, welche ein Beispiel des Aufbaus einer Festelektolytbatterie gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.
Fig. 8 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie X-Y aus Fig. 7.
Fig. 9 ist eine perspektivische Ansicht, welche einen Zustand zeigt, bei welchem die positive Elektrode und die negative Elektrode als gewickelte Elektrode ausgebildet sind.
Fig. 10 ist eine perspektivische Ansicht, welche ein Beispiel des Aufbaus der positiven Elektrode zeigt.
Fig. 11 ist eine perspektivische Ansicht, welche ein Beispiel des Aufbaus der negativen Elektrode zeigt.
Fig. 12 ist eine Fotografie, welche eine Fibrillstruktur oder Faserstruktur eines Separators gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.
Fig. 13 ist eine schematische Ansicht, welche den Zusammenhang zwischen der Breite des Separators und der der Elektrode zeigt.
Fig. 14 ist eine Querschnittsansicht, welche ein Beispiel des Aufbaus einer Gehäuseschicht oder eines Gehäusefilms zeigt.
Fig. 15 ist ein Graph, der den Zusammenhang zwischen der Temperatur der Batterie gemäß Beispiel 1 und der internen Impedanz dieser Batterie zeigt.
Fig. 16 ist ein Graph, der hier den Zusammenhang zwischen der Temperatur der Batterie gemäß Beispiel 6 und der internen Impedanz dieser Batterie zeigt.
Fig. 17 ist ein Graph, welcher den Zusammenhang zwischen der Bruchfestigkeit und der Zugfestigkeit für die Separatoren der Beispiele 1 bis 7 zeigt.
Fig. 18 ist eine Fotografie, welche die Fibrillstruktur oder Faserstruktur des Separators der Batterie gemäß Beispiel 6 zeigt.

Detailbeschreibung bevorzugter Ausführungsformen

Erste Ausführungsform

Es werden nun Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben.
In Fig. 1 und 2 ist ein Beispiel für den Aufbau einer Gelelektrolytbatterie 1 gemäß einer Ausführungsform beschrieben. Die Gelelektrolytbatterie 1 besitzt eine länglich ausgedehnte positive Elektrode 2, eine länglich ausgedehnte negative Elektrode 3, welche der positiven Elektrode 2 gegenüberliegend angeordnet ist, eine Gelelektrolytschicht 4, welche auf der positiven Elektrode 2 und auf der negativen Elektrode 3 angeordnet ist, und einen Separator 5, der zwischen der positiven Elektrode 2 mit der Gelelektrolytschicht 4 darauf und der negativen Elektrode 3 mit der Gelelektrolytschicht 4 darauf vorgesehen ist.
Die Gelelektrolytbatterie 1 besitzt einen Aufbau derart, dass die positive Elektrode 2 mit der Gelelektrolytschicht 4 darauf und die negative Elektrode 3 mit der Gelelektrolytschicht 4 darauf mittels oder durch den Separator 5 laminiert oder geschichtet angeordnet sind. Ferner ist eine gewickelte oder gewundene Elektrode 6, wie sie in Fig. 3 dargestellt ist, durch Windung oder Wickelung der positiven Elektrode 2 und der negativen Elektrode 3 in einer Längsrichtung ausgebildet. Die gewundene oder gewickelte Elektrode 6 ist mit einer Gehäuseschicht derart abgedeckt, dass eine hermetische Versiegelung entsteht. Ein Elektrodenanschluss 8 für die positive Elektrode ist mit der positiven Elektrode 2 verbunden. Ein negativer Anschluss 9 für die negative Elektrode ist mit der negativen Elektrode 3 verbunden. Der positive Elektrodenanschluss 8 und der negative Elektrodenanschluss 9 sind geschichtet oder sandwichartig in einem Versiegelungsbereich vorgesehen, welcher der äußere Peripheriebereich der Gehäuseschicht 7 ist. Jeder der Bereiche, in welchem der positive Elektrodenanschluss 8 und der negative Elektrodenanschluss 9 in Kontakt sind mit der Gehäuseschicht 7, ist mit einer Harzschicht 10 ausgebildet.
Wie in Fig. 4 dargestellt ist, weist die positive Elektrode 2 eine aktive Materialschicht 2a für die positive Elektrode auf, welche ein aktives Material für die positive Elektrode aufweist und welche auf beiden Seiten des Kollektorbereichs oder Sammelbereichs 2b der positiven Elektrode vorgesehen ist. Der Kollektorbereich 2b für die positive Elektrode wird z. B. von einer Metallfolie, insbesondere einer Aluminiumfolie, gebildet.
Das aktive Material für die positive Elektrode kann z. B. ein zusammengesetztes Lithiumoxidmaterial oder Lithiumoxidverbindungen enthalten, z. B. Lithium- Cobaltoxid (Lithiumcobaltat, cobalt acid lithium), Lithium-Nickeloxid (Lithiumnickelat, nickel acid lithium) oder Lithium-Manganspinell (spinel manganese acid lithium). Die Lithiumoxidverbindung kann eine oder eine Mehrzahl der vorangehend genannten Materialien verwenden oder enthalten.
Vorzugsweise besitzt die Lithiumoxidverbindung eine mittlere Teilchengröße von 15 um oder darunter. Falls die Lithiumoxidverbindung eine mittlere Teilchengröße von 15 um oder darunter aufweist, und zwar als aktives Material für die positive Elektrode, kann eine Gelelektrolytbatterie erhalten werden, welche einen niedrigen Innenwiderstand besitzt und darüber hinaus exzellente Ausgabequalitäten oder Charakteristika.
Fig. 4 zeigt einen Zustand, bei welchem eine Gelelektrolytschicht 4, welche später im Detail beschrieben wird, auf einer Materialschicht 2a aktiven. Materials für die positive Elektrode 2 ausgebildet ist.
Wie in Fig. 5 dargestellt ist, besitzt die negative Elektrode 3 eine aktive Materialschicht 3a, die ihrerseits ein aktives Material für die negative Elektrode 3 aufweist und welche auf beiden Seiten des Elektrodenkollektorbereichs 3b für die negative Elektrode 3 ausgebildet ist. Der negative Elektrodenkollektor 3b oder der Sammelbereich 3b für die negative Elektrode wird z. B. von einer Metallfolie, z. B. von einer Kupferfolie, gebildet.
Das aktive Elektrodenmaterial für die negative Elektrode kann ein Material sein, welches, mit Lithium dotiert ist, wobei die Dotierung gegebenenfalls wieder entfernt wurde (doped/dedoped). Dieses Material, welches mit Lithium dotiert ist, wobei die Dotierung gegebenenfalls wieder entfernt wurde (doped/dedoped), kann z. B. Lithium sein, eine Legierung von Lithium oder ein Kohlenstoffmaterial. Insbesondere bietet sich als Kohlenstoffmaterial z. B. Ruß oder Carbonblack, natürliches Graphit, künstliches Graphit, Pyrocarbon, Kohle oder Kokssorten, Acetylenruß oder Acetylenschwarz, Glaskohlenstoff (vitreous carbon), Aktivkohle, Kohlefaser, gesinterte Materialien organischer Polymere, gesinterte Materialien von Kaffeebohnen, gesinterte Materialien aus Cellulose oder gesinterte Materialien aus Bambus an.
Der Erfinder hat verschiedenste Studien durchgeführt. Als Ergebnis davon wurde der Umstand ermittelt, dass als bevorzugtes Material verwendet werden kann Methocarbon-Mikroperlenkohlenstoff (methocarbon microbead carbon), welcher bei einer Backtemperatur von 2800ºC graphitiert wurde. Der Methocarbon-Mikroperlenkohlenstoff besitzt in Bezug auf eine Elektrolytlösung eine hohe elektrochemische Stabilität. Damit kann ein entsprechender Effekt oder eine entsprechende Wirkung erzielt werden, wenn dieser Kohlenstoff mit einem Gelelektrolyten kombiniert wird, welcher dazu ausgebildet ist, an eine Elektrolytlösung mit Polypropylencarbonat angepasst zu sein.
Bevorzugterweise besitzt der Methocarbon-Mikroperlenkohlenstoff (methocarbon microbead carbon) eine mittlere Teilchengröße im Bereich von etwa 6 um bis etwa 25 um. Mit Verringerung der mittleren Teilchengröße des Methocarbon-Mikroperlenkohlenstoffs kann die Überspannung der Elektrodenreaktion gesenkt werden. Im Ergebnis davon werden die Ausgabecharakteristika der Batterie verbessert. Um die Elektrodenfülldichte zu steigern, ist es vorteilhaft, die mittlere Teilchengröße anzuheben. Daher ist es bevorzugt, dass der Methocarbon-Mikroperlenkohlenstoff eine mittlere Teilchengröße besitzt im Bereich von etwa 6 um bis etwa 25 um.
Fig. 5 zeigt einen Zustand, bei welchem die später zu beschreibende Gelelektrolytschicht 4 auf der aktiven Materialschicht 3a für die negative Elektrode 3 ausgebildet ist.
Die Gelelektrolytschicht 4 weist ein Elektrolytsalz, Matrixpolymere oder Polymermatrizen und ein Quelllösungsmittel auf, welches als Mittel zum Ausbilden einer Plastizität oder als Plastizierer dient.
Das Elektrolytsalz kann ausgewählt werden aus der Gruppe LiPF&sub6;, LiClO&sub4;, LiC- F&sub3;SO&sub3;, LiAsF&sub6;, LiBF&sub4;, LiN(CF&sub3;SO&sub3;)&sub2; und C&sub4;FgSO&sub3;Li, diese können einzeln oder in ihrer Kombination ausgewählt werden. Insbesondere ist LiPF&sub6; im Hinblick auf eine geeignete Ionenleitfähigkeit besonders bevorzugt.
Das Matrixpolymer oder die Polymermatrix müssen eine Ionenleitfähigkeit von 1 mS/cm oder darüber bei Raumtemperatur als Solenpolymer oder in der Form eines Gelelektrolyten aufweisen. Wenn die vorgenannte Ionenleitfähigkeit gegeben ist, ergibt sich keinerlei Einschränkung im Hinblick auf die chemische Struktur des Matrixpolymers oder der Polymermatrix. Als Matrixpolymer oder Polymermatrix können beispielsweise verwendet werden: Polyvinylidenfluorid, Polyacrylonitril, Polyethylenoxid, Polysiloxanverbindungen, Polyphosphagenverbindungen, Polyproplylenoxid, Polymethylmethacrylat, Polymethacrylonitril und Polyetherverbindungen. Auch sind Materialien denkbar, die erhalten werden durch Copolymerisation eines anderen Polymers mit den zuvor genannten Polymeren. Im Hinblick auf die chemische Stabilität und die Ionenleitfähigkeit wird bevorzugt ein Material in Copolymerisation verwendet, und zwar in einem Copolymerisationsverhältnis von Polyvinylidenfluorid und Polyhexafluorpropylen im Gewichtsverhältnis von weniger als 8%.
Das Quelllösungsmittel kann ein nicht-wässriges Lösungsmittel sein, z. B. Ethylencarbonat, Polypropylencarbonat, γ-Butylolactan, Acetonitril, Diethylether, Diethylcarbonat, Dimethylcarbonat, 1,2-Dimethoxyethan, Dimethylsulfoxid, 1,3- Dioxolan, Methylsulfonat, 2-Methyltetrahydrofuran. Tetrahydrofuran, Sulfolan, 2,4-Difluoroanisol und Vinylencarbonat. Die vorangehenden Materialien können einzeln oder in einer ihrer Mischungen verwendet werden.
Insbesondere wird bevorzugt, dass ein Material, z. B. Ethylencarbonat, Propylencarbonat oder γ-Butylolacton mit einem vergleichsweise weiten Potenzialfenster verwendet wird. Es ist zu bemerken, dass das Potenzialfenster ein Potenzialbereich ist, in welchem das Lösungsmittel stabil ist.
Falls 2,4-Difluoroanisol oder Vinylencarbonat hinzugefügt werden in einer Menge, die im Bereich von 0,5% bis 5% liegt, und zwar im Hinblick auf das Gesamtgewicht des Lösungsmittels, können die Charakteristika der Batterie manchmal verbessert werden.
Es wird bevorzugt, dass die Gelelektrolytschicht 4 eine derartige Struktur aufweist, dass das Mischungsverhältnis des Matrixpolymers oder der Polymermatrix und des Quelllösungsmittels derart ausgebildet ist, dass das Matrixpolymer oder die Polymermatrix und das Quelllösungsmittel nicht niedriger oder geringer ist als 1 : 5 oder darüber und nicht höher oder größer als 1 : 10 sind. Wenn die Menge oder der Anteil des Quelllösungsmittels geringer ist als die fünffache Menge des Matrixpolymers oder der Polymermatrix ist die Elektrolytlösungskomponente im Gelelektrolyten zu gering oder zu klein. Folglich wird dann die Ionenleitfähigkeit des Gelelektrolyten 4 verschlechtert. Falls die Menge oder der Anteil des Quelllösungsmittels größer ist als das Zehnfache der Menge des Matrixpolymers oder der Polymermatrix, wird der Gelelektrolyt spröde oder brüchig. Daher können in diesen. Fällen günstige Eigenschaften der Matrixpolymere oder Polymermatrix im Hinblick auf ein Halten der Flüssigkeit nicht erreicht werden.
Falls das Mischungsverhältnis des Matrixpolymers oder der Polymermatrix und des Quelllösungsmittels den oben genannten Bereich erfüllt, hat die Polymermatrix oder das Matrixpolymer besonders günstige Eigenschaften im Hinblick auf das Halten der Flüssigkeiten, und diese können auch aufrechterhalten werden. Darüber hinaus kann auch die Ionenleitfähigkeit der Gelelektrolytschicht 4 aufrechterhalten werden.
Bevorzugt wird, dass die Stärke oder Dicke der Gelelektrolytschicht 4 nicht geringer ist als 5 um und nicht größer als 19 um. Wenn die Stärke der Gelelektrolytschicht 4 geringer ist als 5 um, kann eine Gelmenge, welche benötigt wird, damit die Elektrodenreaktion gleichmäßig oder sanft voranschreitet, nicht erreicht werden. Wenn die Stärke der Gelelektrolytschicht 4 größer ist als 19 um wird der Abstand zwischen der positiven Elektrode und der negativen Elektrode vergrößert. Mit der Vergrößerung des Abstandes zwischen den beiden Elektroden verschlechtern sich die Energiedichte der Batterie und die Ausgabe- oder Ausgangscharakteristika maßgeblich. Daher wird die Stärke der Gelelektrolytschicht 4 so gewählt, dass sie nicht geringer ist als 5 um und nicht größer als 19 um. Somit werden die Verschlechterung der Energiedichte der Batterie und eine Verschlechterung der Ausgangscharakteristika während der Elektrodenreaktion vermieden.
Der Separator 5, welcher zwischen der positiven Elektrode 2 und der negativen Elektrode 3 vorgesehen ist, verhindert das Auftreten von Kurzschlüssen, die aufgrund eines physikalischen Kontakts zwischen der positiven Elektrode 2 und der negativen Elektrode 3 auftreten können.
Die Stärke des Separators 5 gemäß dieser Ausführungsform liegt im Bereich von nicht kleiner als 5 um und nicht größer als 15 um. Wenn die Stärke des Separators 5 geringer ist als 5 um, kann der Separator 5 während des Herstellungsprozesses der Batterie nicht mehr einfach gehandhabt werden. Im Ergebnis davon verschlechtert sich die Produktionskapazität bei der Herstellung der Gelelektrolytbatterie 1. Wenn die Stärke des Separators 5 größer ist als 15 um steigt der Innenwiderstand der Gelelektrolytbatterie 1 merklich an. Damit geht der maßgebliche Nachteil einher, dass die Energiedichte stark abfällt. Daher wird der Separator 5 derart ausgebildet, dass seine Stärke im Bereich von 5 um bis 15 um liegt. Es ergibt sich damit, dass eine Verschlechterung der Herstellungskapazität in Bezug auf die Gelelektrolytbatterie 1, ein Anstieg des Innenwiderstands und einer Vergrößerung des Energiedichteverlusts verhindert werden können.
Das Raumverhältnis oder Lückenverhältnis (vacancy ratio) des Separators 5 gemäß dieser Ausführungsform ist nicht geringer als 25% und nicht höher als 60%. Falls das Lückenverhältnis oder Raumverhältnis des Separators 5 geringer ist als 25%, ergibt sich ein Anstieg des Innenwiderstands der Gelelektrolytbatterie 1 im Übermaß, wenn vorbestimmte Ausgabe- oder Ausgangscharakteristika erreicht werden sollen. Falls das Lückenverhältnis oder Raumverhältnis des Separators 5 oberhalb von 60% liegt, kann eine geeignete mechanische Stabilität nicht mehr erreicht werden. Daher wird das Lückenverhältnis oder Raumverhältnis des Separators 5 so eingestellt, dass es nicht geringer ist als 25% und nicht oberhalb von 60 % liegt. Damit wird erreicht, dass der Separator 5 seine mechanische Stabilität behält, ohne dass der Innenwiderstand der Gelelektrolytbatterie gesteigert wird.
Der Separator 5 gemäß dieser Ausführungsform besitzt einen sogenannten Shutdown-Effekt oder Abschalteffekt, wenn die Temperatur der Batterie in einem Bereich von nicht weniger als 100ºC und nicht mehr als 160ºC liegt. Um diesen Abschalteffekt oder Schutdown-Effekt zu erreichen, wenn die Temperatur der Batterie in einem Bereich von nicht weniger als 100 ºC und nicht mehr als 160ºC liegt, werden die Schmelzpunkte der Materialien des Separators so gewählt, dass sie in einem Bereich von nicht weniger als 100ºC und nicht mehr als 160ºC liegen. Da der Separator 5 zwischen den Elektroden vorgesehen ist, muss der Separator 5 in elektrochemischer Hinsicht stabil sein.
Die Frage, dass ein "Shutdown-Effekt oder Abschalteffekt erreicht werden kann, wenn die Temperatur des Separators 5 in einem Bereich von nicht weniger als 100 ºC und nicht mehr als 160ºC liegt" bedeutet, dass der Innenwiderstand oder die interne Impedanz der Batterie verglichen mit derjenigen bei Raumtemperatur, um zwei Einheiten oder mehr vergrößert ist, wenn die Temperatur der Batterie in einem Bereich von nicht weniger als 100ºC und nicht mehr als 160ºC liegt.
Ein Material, welches die voranstehend genannten Bedingungen erfüllt, ist z. B. ein Polyolefinpolymer, z. B. Polyethylen oder Polypropylen. Insbesondere wird ein Separator 5 aus Polyethylen bevorzugt. Als Alternative zu einem Polyolefinpolymer kann ein Harz mit chemischer Stabilität gegenüber dem Gelelektrolyten derart verwendet werden, dass das Harz mit Polyethylen oder Polypropylen copolymerisiert oder gemischt wird.
Wie oben beschrieben wurde, besitzt der Separator 5 eine Stärke, die in einem Bereich von nicht weniger als 5 um und nicht mehr als 15 um liegt. Das Lückenverhältnis oder Raumverhältnis liegt in einem Bereich von nicht weniger als 25% und nicht mehr als 60%. Der Shutdown-Effekt oder. Abschalteffekt liegt vor, wenn die Temperatur in einem Bereich von nicht weniger als 100ºC und nicht mehr als 160ºC liegt. Folglich kann die Energiedichte der Gelelektrolytbatterie 1 gesteigert werden, und es kann der Sicherheitsaspekt dieser Batterie verbessert werden.
Der Erfinder hat ferner den Zusammenhang zwischen den physikalischen Eigenschaften des Separators 5 und den Batteriecharakteristika untersucht. Im Ergebnis davon ergab sich das Folgende: Es wird ein Separator 5 mit einer Stärke und einem Bereich von nicht weniger als 5 um und nicht mehr als 15 um bevorzugt, wobei das Raumverhältnis oder Lückenverhältnis in einem Bereich von nicht weniger als 25 und nicht mehr als 60% liegt, wobei die Bruchfestigkeit geringer als 1650 kg/cm² und die Zugfestigkeit 135% oder mehr beträgt. Falls die Bruchfestigkeit und die Zugfestigkeit des Separators 5 nicht die zuvor genannten Bedingungen erfüllen, ist es nicht möglich, den Separator 5 beim Herstellungsprozess im Hinblick auf die Gelelektrolytbatterie 1 auf einfache Art und Weise zu handhaben. Damit verschlechtert sich die Produktivität beim Herstellen der Gelelektrolytbatterie 1. Darüber hinaus kann damit eine Batterie mit befriedigenden Charakteristika nicht hergestellt werden. Daher verhindert das Verwenden eines Separators 5 mit einer Bruchfestigkeit unterhalb von 1650 kg/cm² und einer Zugfestigkeit von 135 % oder darüber eine Verschlechterung der Produktivität beim Herstellen der Gelelektrolytbatterie 1. Ferner können dadurch befriedigende Eigenschaften oder Charakteristika für die Gelelektrolytbatterie 1 sichergestellt werden.
Es wurde ein Zugtest oder Zugfestigkeitstest am Separator 5 durchgeführt, welcher es erlaubt, die Bruchfestigkeit und die Zugfestigkeit des Separators 5, wie nachstehend beschrieben, zu ermitteln.
Ein Teststück des Separators 5 in Form eines Rechtecks mit 30 mm · 70 mm wurde durch Herausschneiden bereitgestellt. Dann wurde ein Cellophanband mit einer Breite von 10 mm an beiden Längsenden des Teststücks angebracht.
Dann wurde das so erhaltene Teststück ausreichend in einen Probenklemmbereich eines Zugtestgeräts eingespannt oder eingeklemmt. Das Zugtestgerät kann z. B. das Modell mit der Nummer 1310f der Firma Aiko sein. Der durch den Probenklemmbereich oder Probenhaltebereich zu klemmende oder zu haltende Bereich des Teststücks ist ein Bereich, welcher mittels des Cellophanbandes verstärkt wurde. Das bedeutet, dass der Bereich des Teststücks mit einer Länge von 50 mm mit Ausnahme der beiden verstärkten Endbereiche mit einer Länge von 10 mm dem Zugtest ausgesetzt wird.
Bei der zuvor genannten Anordnung wird sichergestellt, dass das Teststück senkrecht zur Bühne oder zum Tisch des Testgeräts angeordnet und ausgerichtet ist. Dann wird der Test gestartet. Die Zugstärke oder der Zug ist 40 mm pro Minute. Daten im Hinblick auf die Belastung und das Zugverhältnis werden mittels eines Computers über eine A/D-Wandlereinrichtung aufgenommen. Gemäß den erhaltenen Daten werden die Bruchfestigkeit und die Zugfestigkeit bestimmt oder berechnet. Die Belastung, bei welcher das Teststück kaputtgeht oder zerbricht, wird als Bruchfestigkeit verwendet. Die Länge (mm) des Teststücks unmittelbar vor dem Kaputtgehen, Zerbrechen oder Zerreißen des Teststücks wird gemessen, um die Zugfestigkeit (%) unter Verwendung der Gleichung (1) zu erhalten:
Zugfestigkeit = 100 · (Länge des Teststücks unmittelbar vor dem Brechen/- Zerreißen/ 50)... (1)
Die zuvor beschriebenen Einrichtungen sind so ausgebildet, dass der Separator 5 gemäß der vorliegenden Ausführungsform eine Bruchfestigkeit unterhalb von 1650 kg/cm² und eine Zugfestigkeit von 135% oder darüber besitzt. Falls ein Separator 5 mit den zuvor genannten Eigenschaften verwendet wird, kann eine Verschlechterung im Produktionsergebnis beim Herstellen der Gelelektrolytbatterie 1 verhindert werden. Ferner können befriedigende Eigenschaften oder Charakteristika bei dieser Batterie realisiert werden.
Wie oben beschrieben wurde, wird dabei ein Separator 5 verwendet, dessen Stärke nicht geringer ist als 5 um und nicht größer als 15 um, dessen Lückenverhältnis oder Raumverhältnis nicht geringer ist als 25% und nicht größer als 60%, dessen Bruchfestigkeit geringer ist als 1650 kg/cm² und dessen Zugfestigkeit 135% oder mehr beträgt. Aufgrund dieser Maßnahmen können eine hohe Energiedichte und eine besonders hohe Sicherheit bei der Gelelektrolytbatterie 1 realisiert werden.
Eine Zielsetzung bei der Verwendung des Separators 5 ist das Verhindern von Kurzschlüssen, die durch einen physikalischen Kontakt zwischen der positiven Elektrode 2 und der negativen Elektrode 3 verursacht werden können. Die Größe des Separators 5 wird in Abhängigkeit von der Größe der positiven Elektrode 2 und der negativen Elektrode 3 unter der Gestalt oder Form der Batterieelemente ermittelt und festgesetzt. Das bedeutet, dass die sich gegenüberliegenden Elektroden durch den Separator 5 vollständig voneinander isoliert werden müssen. Darüber hinaus müssen Elektrodenanschluss und Elektrode zueinander durch den Separator 5 isoliert werden. Um dieses zu verwirklichen muss die Größe des Separators 5 größer sein als die Gesamtgröße jeder der Elektroden 1, 2 und 3.
Die Tatsache, dass der Separator 5 gemäß diesem Ausführungsbeispiel eine Feinstruktur besitzt, welche eine sogenannte Faserstruktur oder fibrilläre Struktur gemäß Fig. 6 ist, wurde durch Experimente entwickelt. Fig. 6 ist eine Fotografie der Feinstruktur der gewickelten oder gewundenen Elektrode, welche durch Elektronenmikroskopie bei einer Vergrößerung von 50.000 aufgenommen wurde.
Es ist eine Vielzahl von Verfahren anwendbar, um den Separator 5 mit dieser fibrillären Struktur oder Faserstruktur zu erhalten.
Zunächst wird eine geschmolzene Flüssigkeit eines wenig flüchtigen Lösungsmittels (ein gutes Lösungsmittel im Hinblick auf eine Polyolefinzusammensetzung) einem Extruder zugeführt, in welchem eine geschmolzene Polyolefinzusammensetzung enthalten ist, um durchgeknetet zu werden. In Folge entsteht eine hoch konzentrierte Lösung der Polyolefinzusammensetzung mit einer gleichmäßigen oder gleichförmigen Konzentration.
Dieses Polyolefin ist z. B. Polyethylen oder Polypropylen. Bevorzugt wird aber Polyethylen. Als wenig flüchtiges Lösungsmittel kann ein wenig flüchtiger aliphatischer Kohlenwasserstoff oder ein zyklischer Kohlenwasserstoff verwendet werden. z. B. Nonan, Dekan, Dekalin, p-Xylen, Undekan oder flüssiges Paraffin.
Bevorzugt wird dabei ein Mischungsverhältnis der Polyolefinzusammensetzung und des wenig flüchtigen Lösungsmittels im Bereich von nicht weniger als 10 Gewichtsanteilen und nicht mehr als 80 Gewichtsanteilen bei 100 Gewichtsanteilen der Gesamtmenge der beiden Materialien. Weiter bevorzugt wird ein Bereich von nicht weniger als 15 Gewichtsanteilen und nicht mehr als 70 Gewichtsanteilen. Wenn der Anteil der Polyolefinzusammensetzung geringer als 10 Gewichtsanteile ist, tritt ein übermäßiges Quellen oder ein übermäßiges Neck-In an der Auslassöffnung des Gefäßes oder der Zerteileinrichtung (dice) auf. In dem vorangehend beschriebenen Fall kann ein benötigtes Blatt oder eine benötige Platte nicht auf einfache Weise ausgebildet werden. Wenn der Anteil der Polyolefinzusammensetzung größer als 80 Gewichtsanteile beträgt, kann eine gleichförmige Lösung nicht auf einfache Weise hergestellt werden. Daher wird der Anteil oder das Verhältnis an Polyolefin in einem Bereich von nicht weniger als 10 Gewichtsanteilen und nicht mehr als 80 Gewichtsanteilen gewählt. Dadurch ergibt sich eine einfache Möglichkeit, eine gleichmäßige Lösung oder ein gleichförmiges Lösungsmittel sowie ein entsprechendes Blatt oder eine entsprechende Platte auszubilden.
Die aufgeheizte oder erwärmte Lösung der Polyolefinzusammensetzung wird durch eine Zerteileinrichtung (dice) derart extrudiert, dass ein Blatt, eine Platte oder eine Schicht der Polyolefinzusammensetzungslösung erzeugt wird, welche dann abgekühlt wird. Dadurch wird eine Gelschicht oder Gelplatte erhalten. Der Abkühlungsvorgang wird solange durchgeführt, bis die Temperatur nicht höher als die Geltemperatur ist. Als Abkühlungsverfahren können die folgenden Verfahren verwendet werden: Ein Verfahren, bei welchem ein direkter Kontakt mit kalter Luft, Kühlwasser oder einem anderen Kühlmedium hergestellt wird, oder ein Verfahren, bei welchem ein Kontakt mit einer über ein Kühlmittel gekühlten Walze hergestellt wird.
Die Polyolefinzusammensetzungslösung, welche von der Zerteileinrichtung (dice) extrudiert wurde, kann mit einem Aufnahmeverhältnis im Bereich von nicht weniger als 1 und nicht mehr als 10 aufgenommen werden, vorzugsweise in einem Bereich von nicht weniger als 1 und nicht mehr als 5. Wenn das Aufnahmeverhältnis (take-up ratio) 10 oder darüber beträgt, entsteht ein vergleichsweise großer Neck- In-Effekt, und es kann leicht ein Brechen auftreten. Wenn das Aufnahmeverhältnis im Bereich von nicht weniger als 1 und nicht mehr als 10 liegt, können der Neck-In-Effekt und ein Bruch der Gelplatte oder der Gelschicht verhindert werden.
Die so erhaltene Gelplatte oder Gelschicht wird aufgeheizt, um bei einer vorgegebenen Vergrößerung derart orientiert zu werden, dass sich eine orientierte Schicht oder ein orientierter Film ergibt. Die Gelschicht oder Gelplatte wird durch ein gewöhnliches Spannverfahren, ein Walzenverfahren, ein Mahlverfahren oder durch ein daraus kombiniertes Verfahren orientiert. Das biaxiale Orientierungsverfahren kann entweder aus einer simultanen Orientierung in einer Längsrichtung, Breiten- oder Querrichtung oder in einem diesbezüglichen sequenziellen Verfahren erfolgen. Insbesondere ist es bevorzugt, dass eine simultane biaxiale Orientierung erfolgt.
Vorzugsweise wird die Gelschicht oder die Gelplatte einer Temperatur im Bereich des Schmelzpunkts der Polyolefinzusammensetzung +10ºC oder darunter durchgeführt. Weiter bevorzugt liegt die Orientierungstemperatur in einem Bereich von nicht weniger als der Kristalldispersionstemperatur der Polyolefinzusammensetzung und unterhalb der Schmelzpunkttemperatur dieser Polyolefinzusammensetzung. Wenn die Orientierungstemperatur oberhalb der Schmelzpunkttemperatur der Polyolefinzusammensetzung +10ºC liegt, schmilzt das Harz in nicht gewünschter Art und Weise. In diesem Fall kann eine wirkungsvolle Orientierung der Moleküle nicht realisiert werden. Wenn die Orientierungstemperatur unterhalb der Kristalldispersionstemperatur liegt, ist das Harz nicht weich genug. In diesem Fall kann beim Orientierungsvorgang leicht ein Brechen auftreten und es ist dann eine Orientierung bei starker Vergrößerung möglich. Falls die Orientierungstemperatur des Gels dagegen im zuvor genannten Bereich liegt, kann eine gleichmäßige Orientierung bei starker Vergrößerung erhalten werden. Darüber hinaus ist dann die Orientierung der Molekülketten besondres wirkungsvoll.
Der so erhaltene orientierte Film oder die so erhaltene orientierte Schicht wird mit einem flüchtigen Lösungsmittel gereinigt, um Reste des gering flüchtigen Lösungsmittels zu entfernen. Das flüchtige Lösungsmittel für den Reinigungsprozess kann z. B. ein einfacher Kohlenwasserstoff, z. B. Pentan, Hexan oder Heptan sein, oder ein fluorierter Kohlenwasserstoff, z. B. Ethantrifluorid, oder Ether, z. B. Diethylether oder Dioxan. Die zuvor genannten Materialien werden entweder einzeln oder in Mischungen miteinander verwendet. Das zum Reinigen der orientierten Schicht verwendete Lösungsmittel kann in geeigneter Weise gewählt und an das wenig flüchtige Lösungsmittel angepasst werden, welches zum Lösen der Polyolefinzusammensetzung verwendet wird.
Die orientierte Schicht oder der orientierte Film können durch ein Verfahren gereinigt werden, bei welchem der orientierte Film oder die orientierte Schicht in das Lösungsmittel eingetaucht werden, um das auf der orientierten Schicht oder dem orientierten Film verbliebene wenig flüchtige Lösungsmittel zu extrahieren. Es ist auch ein Abspritzen des Lösungsmittels oder eine Kombination mit dem vorangehend beschriebenen Verfahren denkbar. Der orientierte Film oder die orientierte Schicht werden solange gereinigt, bis der Anteil an wenig flüchtigem Lösungsmittel auf der orientierten Schicht oder dem orientierten Film weniger als 1 Gewichtsanteil beträgt.
Schließlich wird das zum Reinigen serwendete Lösungsmittel auf dem orientierten Film oder der orientierten Schicht durch Trocknen entfernt. Das Lösungsmittel wird durch Aufheizen oder durch Anblasen mit Luft getrocknet. Nach dem zuvor beschriebenen Vorgang ist der Separator 5 gemäß der vorliegenden Ausführungsform fertiggestellt. Der so hergestellte Separator 5 besitzt die in Fig. 6 gezeigte Faserstruktur oder fibrilläre Struktur.
Eine Gelelektrolytbatterie 1 gemäß dieser Ausführungsform, welche den zuvor beschriebenen Separator 5 enthält, wird dann hergestellt.
Die positive Elektrode 2 wird gemäß der nachfolgend beschriebenen Vorgehensweise hergestellt: Es wird eine Mischung für die positive Elektrode aus einem aktiven Material für die positive Elektrode und ein Bindemittel gleichförmig auf die Oberfläche einer Metallfolie, z. B. einer Aluminiumfolie, aufgebracht, welche zum Kollektor 2b für die positive Elektrode ausgebildet wird. Dann wird die Mischung für die positive Elektrode getrocknet. Auf diese Weise ist die Materialschicht 2a für das aktive Material der positiven Elektrode derart ausgebildet, dass sich eine Elektrodenplatte für die positive Elektrode ergibt. Das Bindemittel für die Mischung für die positive Elektrode kann ein bekanntes Bindemittel sein. Es können auch bekannte Additive oder Zusatzstoffe zur Mischung für die positive Elektrode hinzugefügt werden.
Die Gelelektrolytschicht 4 wird auf der aktiven Materialschicht 2a für die positive Elektrode der positiven Elektrodenplatte ausgebildet. Um die Gelelektrolytschicht 4 auszubilden, wird zunächst ein erster Schritt derart ausgeführt, dass das Elektrolytsalz in einem nicht-wässrigen Lösungsmittel gelöst wird. Auf diese Weise wird eine nicht-wässrige Elektrolytlösung hergestellt. Das Matrixpolymer oder die Polymermatrix wird dieser nicht-wässrigen Elektrolytlösung hinzugefügt. Dann wird die Lösung in ausreichendem Maße gerührt, um das Matrixpolymer oder die Polymermatrix aufzulösen. Im Ergebnis davon ergibt sich eine Solenelektrolytlösung.
Dann wird die Elektrolytlösung in einer vorbestimmten Menge oder in einem vorbestimmten Anteil auf die Oberfläche der aktiven Materialschicht 2a für die positive Elektrode aufgebracht. Dann wird die aktive Materialschicht 2a für die positive Elektrode auf Raumtemperatur derart abgekühlt, dass die Polymermatrix oder das Matrixpolymer geliert oder ein Gel bildet. Es ergibt sich somit, dass sich durch die sen Vorgang die Gelelektolytschicht 4 auf der aktiven Materialschicht 2a der positiven Elektrode ausbildet.
Die so gebildete Elektrodenplatte für die positive Elektrode mit der Gelelektrolytschicht 4 darauf wird in sich länglich erstreckende Elemente zerschnitten oder unterteilt. Es wird ein Aluminiumdraht an einen Bereich des Elektrodenkollektors 2b der positiven Elektrode angelötet oder angeschweißt, in welchem die aktive Materialschicht 2a für die positive Elektrode nicht ausgebildet ist, so dass nunmehr dann der positive Elektrodenanschluss vorliegt. Auf diese Art und Weise wird eine längliche positive Elektrode 2 mit einer Gelelektrolytschicht 4 erhalten.
Die negative Elektrode 3 wird gemäß dem folgenden Vorgehen erzeugt: Es wird eine Mischung für die negative Elektrode, bestehend aus einem aktiven Material für die negative Elektrode und einem Bindemittel, gleichmäßig auf einer Metallfolie, z. B. einer Kupferfolie, aufgebracht, welche dann zum Elektrodenkollektor 3b für die negative Elektrode geformt wird. Die Metallfolie wird derart getrocknet, dass sich eine negative Elektrodenplatte mit einer aktiven Materialschicht 3a auf der negativen Elektrode darauf ergibt. Das Bindemittel kann ein bekanntes Bindemittel sein. Es können auch Additive der Mischung für die negative Elektrode hinzugefügt sein.
Dann wird auf dem Elektrodenkollektor 3b die Gelelektrolytschicht 4 aufgebracht. Um die Gelelektrolytschicht 4 auszubilden, wird ein Vorgehen gewählt, welches dem zuvor beschriebenen Prozess ähnlich ist, so dass die gemäß dem zuvor beschriebenen Vorgang erzeugte Elektrolytlösung in einer vorbestimmten Menge oder in einem vorbestimmten Anteil auf die aktive Materialschicht für die negative Elektrode aufgebracht wird. Die aktive Materialschicht für die negative Elektrode wird dann bei Raumtemperatur getrocknet, damit das Matrixpolymer oder die Polymermatrix gelieren und ein Gel bilden. Somit wird auch im Elektrodenkollektor 3b für die negative Elektrode im Ergebnis eine Gelelektrolytschicht 4 ausgebildet.
Dann wird die negative Elektrodenplatte mit der Gelelektrolytschicht 4 darauf in sich länglich erstreckende Elemente unterteilt oder zerschnitten. Es wird ein Draht, z. B. aus Nickel, an einen Bereich des Elektrodenkollektors 3b für die negative Elektrode, wo sich keine aktive Materialschicht 3a für die negative Elektrode befindet, angelötet oder angeschweißt. Somit ergibt sich ein negativer Elektrodenanschluss 9. Auf diese Art und Weise wird eine sich länglich erstreckende negative Elektrode 3 mit der Gelelektrolytschicht 4 darauf erhalten.
Die Oberflächen der so hergestellten sich länglich erstreckenden positiven Elektrode 2 und negativen Elektrode 3, welche beide jeweils eine Gelelektrolytschicht 4 darauf ausgebildet haben, werden gegenüberliegend zueinander angeordnet oder positioniert. Es wird der Separator 5 zwischen die positive Elektrode 2 und die negative Elektrode 3 eingeführt. Dann werden diese Elemente zu einem Laminat oder zu einer Schichtstruktur aneinandergedrückt und miteinander verbunden. Auf diese Art und Weise ergibt sich das Elektrodenlaminat oder die Elektrodenschicht. Die Elektrodenschicht oder das Elektrodenlaminat werden in einer Längsrichtung derart gewickelt, dass sich die gewundene Elektrode 6 oder gewickelte Elektrode 6 ergibt.
Schließlich wird die gewickelte Elektrode 6 sandwichartig mit der Gehäuseschicht 7 verbunden. Dann wird eine Harzschicht 10 in jedem der Bereiche vorgesehen, wo der positive Elektrodenanschluss 8, der negative Elektrodenanschluss 9 und die Gehäuseschicht 7 überlappen. Dann wird der äußere Umfang oder die äußere Peripherie der Gehäuseschicht 7 versiegelt. Dann werden der positive Elektrodenanschluss 8 und der negative Elektrodenanschluss 9 sandwichartig in der Versiegelungsöffnung des Gehäuses 7 angeordnet. Darüber hinaus wird die gewickelte Elektrode 6 hermetisch in der Gehäuseschicht 7 eingebracht. In dem Zustand, bei welchem die gewickelte Elektrode 6 in der Gehäuseschicht 7 eingeschlossen ist, wird die gewickelte Elektrode einer Wärmebehandlung unterzogen. Auf diese Weise wird die Gelelektrolytbatterie 1 fertiggestellt.
Wenn die gewickelte Elektrode 6 im Gehäusefilm oder in der Gehäuseschicht 7 eingebracht ist, wird die Harzschicht 10 in jedem der Kontaktbereiche zwischen der Gehäuseschicht 7 und dem positiven Elektrodenanschluss 8 bzw. zwischen der Gehäuseschicht 7 und dem negativen Elektrodenanschluss 9 ausgebildet. Somit kann das Auftreten von Kurzschlüssen aufgrund von Graten oder Nähten der Gehäuseschicht 7 verhindert werden. Darüber hinaus kann das Anhaften zwischen der Gehäuseschicht 7 und dem positiven Elektrodenanschluss 8 bzw. zwischen der Gehäuseschicht 7 und dem negativen Elektrodenanschluss 9 verbessert werden. Die Harzschicht 10 kann von einem Material gebildet werden, welches das Anhaften des positiven Elektrodenanschlusses 8 und des negativen Elektrodenanschlusses 9 bewirkt. Falls das Material die zuvor genannte Fähigkeit zum Anhaften besitzt, ist das Material ansonsten nicht weiter eingeschränkt. Es kann vorzugsweise eines der Materialien Polyethylen, Polypropylen, denaturiertes Polyethylen, denaturiertes Polypropylen, deren Copolymere und/oder ein Polyolefinharz sein. Vorzugsweise besitzt die Harzschicht eine Stärke, welche vor der Wärmebehandlung durch Löten oder Schweißen im Bereich von 20 um bis 300 um liegt. Die Stärke der Harzschicht verschlechtert die Handhabbarkeit, wenn sie unterhalb von 20 um liegt. Falls die Stärke mehr als 300 um beträgt, kann die Harzschicht 10 leicht von Wasser durchdrungen werden. Dann kann im Ergebnis davon die Abgeschlossenheit der Batterie gegenüber Luft nicht gewährleistet werden.
Bei dem zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel sind die längliche positive Elektrode 2 und die längliche negative Elektrode 3 laminiert oder geschichtet. Dann wird das Laminat oder die Schichtstruktur in Längsrichtung gewickelt, um die gewickelte Elektrode 6 zu bilden. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf diese Struktur oder diesen Aufbau beschränkt. Die vorliegende Erfindung kann auch auf Strukturen oder Anordnungen angewandt werden, bei denen eine rechteckige positive Elektrode 2 oder eine rechteckige negative Elektrode 3 laminiert ausgebildet werden, um ein Elektrodenlaminat oder eine Elektrodenschichtstruktur zu bilden oder eine Struktur, bei welcher die Elektrodenschichtstruktur alternierend gefaltet ist oder wird.
Bei dem zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel enthält der zwischen der positiven Elektrode 2 und der negativen Elektrode 3 vorgesehene Elektrolyt einen Gelelektrolyten mit einem Quelllösungsmittel oder wird durch einen solchen gebildet. Die Erfindung ist jedoch nicht auf diese Anordnung beschränkt. Die vorliegende Erfindung kann auch bei einer Anordnung verwendet werden, bei welcher ein Festelektrolyt verwendet wird, der kein Quelllösungsmittel enthält.
Der Festelektrolyt muss eine elektrische Leitfähigkeit von 1 mS/cm oder darüber bei Raumtemperatur besitzen. Wenn der Festelektrolyt diese Eigenschaft besitzt, ist er hinsichtlich seiner chemischen Struktur keiner Einschränkung unterworfen. Der Festelektrolyt des voranstehend genannten Typus wird beispielsweise realisiert durch einen organischen Festelektrolyten, der erhalten wird durch Auflösen eines anorganischen Salzes in einem der Stoffe Polyvinylidenfluorid, Polyacrylonitril, Polyethylenoxid, Polysiloxanverbindung, Polyphosphagenverbindung, Polypropylenoxid, Polymethylmethacrylat, Polymethacrylonitril oder Polyetherverbindung, ein ionenleitfähiges keramisches Material oder ein ionenleitfähiges Glas.
Die Form der Gelelektrolytbatterie 1 gemäß dieser Ausführungsform ist keiner Einschränkung unterworfen. Zum Beispiel sind eine Zylinderform, eine Rechteckform, eine Münzenform oder dergleichen denkbar. Die Erfindung kann sowohl auf Primärbatterien als auch auf Sekundärbatterien angewandt werden.

Zweite Ausführungsform

In den Fig. 7 und 8 ist ein Beispiel des Aufbaus einer Gelelektrolytbatterie 20 gemäß dieser Ausführungsform dargestellt. Die Gelelektrolytbatterie 20 weist eine länglich ausgedehnte positive Elektrode 21, eine länglich ausgebildete negative Elektrode 22, welche der positiven Elektrode 21 gegenüberliegend angeordnet ist, eine Gelelektrodenschicht 23, welche auf jeder der positiven Elektrode 21 und der negativen Elektrode 22 ausgebildet ist, sowie einen Separator 24 auf, welcher zwischen der positiven Elektrode 21 und der Gelelektrolytschicht 23 darauf und der negativen Elektrode 22 mit der Gelelektrolytschicht 23 darauf angeordnet ist.
Die Gelelektrolytbatterie 20 weist eine positive Elektrode 21 mit einer darauf ausgebildeten Gelelektrolytschicht 23 sowie eine negative Elektrode 22 mit einer darauf ausgebildeten Gelelektrolytschicht 23 auf. Die positive Elektrode 21 und die negative Elektrode 22 sind auf dem Separator 24 geschichtet oder laminiert ausgebildet und in einer Längsrichtung derart aufgewickelt, dass eine gewickelte Elektrode 25 gemäß Fig. 9 entsteht. Die gewickelte Elektrode 25 wird mit einer Gehäuseschicht 26 abgedeckt, welche ihrerseits von einem Isolationsmaterial gebildet wird, so dass die gewickelte Elektrode 25 in der Gehäuseschicht 26 versiegelt vorliegt. Es ist ein positiver Elektrodenanschluss 27 mit der positiven Elektrode 21 verbunden, dem gegenüber ist ein negativer Elektrodenanschluss 28 mit der negativen Elektrode 22 verbunden. Der positive Elektrodenanschluss 27 und der negative Elektrodenanschluss 28 sind sandwichartig in einer Versiegelungsöffnung vorgesehen, welche im Außenbereich der Gehäuseschicht 26 ausgebildet ist. Die Bereiche, in denen der positive Elektrodenanschluss 27 und der negative Elektrodenanschluss. 28 in Kontakt stehen mit der Gehäuseschicht 26 sind mit Harzschichten 29 ausgebildet.
Wie in Fig. 10 dargestellt ist, weist die positive Elektrode 21 eine aktive Materialschicht 21 für die positive Elektrode auf mit einem aktiven Material für die positive Elektrode, welches auf einem positiven Elektrodenkollektor 2 1b ausgebildet ist. Der positive Elektrodenkollektor 21b kann z. B. aus einer Metallfolie z. B. aus Aluminium gebildet werden.
Das aktive Material für die positive Elektrode kann ein Material sein, welches eine Implantation und Separation positiver Ionen erlaubt. Diese Ionen können z. B. Li- Ionen sein. Insbesondere kann als aktives Material für die positive Elektrode verwendet werden LiCoO&sub2;, LiNiO&sub2;, und LiMn&sub2;O&sub4;. Es können sowohl zwei oder mehr Arten von Übergangsmetallelementen als auch einzelne Übergangsmetallelemente verwendet werden. Insbesondere kann die Substanz LiNi0,5Co0,5O&sub2; oder dergleichen verwendet werden.
Die aktive Materialschicht 21a für die positive Elektrode wird wie folgt ausgebildet: Das voranstehend genannte aktive Material für die positive Elektrode, ein Carbonmaterial oder Kohlenstoffmaterial, welches als Leitfähigkeitsmaterial dient, und Polyvinylidenfluorid als Binder werden miteinander gemischt. Dann wird N- Methylpyrolidon als Lösungsmittel derart zugeführt, dass sich ein Slurry oder eine Aufschlämmung bildet. Die erhaltene Aufschlämmung wird gleichmäßig auf der Oberfläche der Aluminiumfolie ausgebildet, welche ihrerseits als positiver Elektrodenkollektor dient, und zwar mittels eines Rakelverfahrens oder Abstreifklingenverfahrens. Dann wird die Aluminiumfolie bei hohen Temperaturen derart getrocknet, dass das Lösungsmittel N-Methylpyrolidon entfernt wird.
Die Mischung des aktiven Materials für die positive Elektrode, des Leitungsmaterials, des Bindematerials und von N-Methylpyrolidon ist hinsichtlich des Mischungsverhältnisses keinen Beschränkungen unterworfen. Es besteht nur die Notwendigkeit, dass eine Aufschlämmung erzeugt wird, in welcher die Mischung gleichmäßig dispergiert ist.
Fig. 10 zeigt einen Zustand, bei welchem die Gelelektrolytschicht 23, welche später beschrieben wird, auf der aktiven Materialschicht 29a der positiven Elektrode 21 ausgebildet ist.
Wie in Fig. 11 gezeigt ist, weist die negative Elektrode 22 eine aktive Materialschicht 22a mit einem aktiven Material für die negative Elektrode auf, welche auf dem negativen Elektrodenkollektor 22b ausgebildet ist. Der negative Elektrodenkollektor 22b kann z. B. von einer Metallfolie, z. B. aus Kupfer, gebildet werden.
Das aktive Material für die negative Elektrode kann ein Material sein, welches eine Implantation und Separation von Li erlaubt. Beispielsweise bieten sich Graphit, nicht-graphitierbarer Kohlenstoff oder graphitierbarer Kohlenstoff an.
Die aktive Materialschicht 22a für die negative Elektrode wird wie folgt ausgebildet: Es werden das aktive Material für die negative Elektrode und Polyvinylidenfluorid als Bindemittel miteinander gemischt. Es wird, dann N-Methylpyrolidon als Lösungsmittel zur Herstellung einer Aufschlämmung oder eines Slurrys hinzugefügt. Die erhaltene Aufschlämmung wird gleichmäßig auf der Oberfläche der Kupferfolie, welche als negativer Elektrodenkollektor ausgebildet ist, aufgebracht, und zwar mittels eines Rakelverfahrens oder eines Abstreifklingenverfahrens. Dann wird die Kupferfolie bei hohen Temperaturen derart getrocknet, dass N- Methylpyrolidon entfernt wird. Die aktive Materialschicht 22a für die negative Elektrode ergibt sich auf diese Art und Weise. Das Mischungsverhältnis des aktiven Materials für die negative Elektrode, des Bindemittels und von N-Methylpyrolidon wird so gewählt, dass sich eine Aufschlämmung oder ein Slurry bildet, bei welchen die Mischung gleichförmig verteilt oder dispergiert ist. Daher ist das Mischungsverhältnis diesbezüglich nicht beschränkt. Die Phrase "dass eine Einfügung oder eine Separation von Li ermöglicht werden soll" ist nicht als Beschränkung im Hinblick auf eine Einfügung oder eine Entfernung von Li in Bezug auf den inneren Bereich der Kristallstruktur gemeint. Wenn eine Aufladung oder Entladung in dem Fall einer so aufgebauten Batterie erlaubt wird, wird eine Bestimmung durchgeführt, dass eine Implantation oder eine Separation erfolgen kann. Als negative Elektrode bietet sich z. B. eine negative Li-Elektrode oder eine negative Li-Al-Legierungselektrode an.
Fig. 11 zeigt eine Situation, bei welcher eine Gelelektrolytschicht 23, welche später beschrieben wird, auf einer aktiven Materialschicht 22a für eine negative Elektrode 22 ausgebildet ist.
Die Gelelektrolytschicht 23 weist ein Elektrolytsalz, ein Matrixpolymer oder eine Polymermatrix sowie ein Lösungsmittel auf, welches als Plastisierungsmittel dient.
Das Matrixpolymer oder die Polymermatrix muss mit dem Lösungsmittel kompatibel sein. Als Material bieten sich z. B. an Polyacrylonitril, Polyethylenoxidpolymer, Polyvinylidenfluorid, Copolymere aus Polyvinylidenfluorid und Hexafluoropropylen, Styrenbutadiengummi und Polymethylmethacrylat. Es können zwei oder mehrere Typen Matrixpolymere gemeinsam oder auch einzeln davon verwendet werden. Es können auch Matrixpolymere verwendet werden, die bei der obigen Aufzählung nicht genannt wurden, solange sie mit dem Lösungsmittel kompatibel sind und solange sie ein Gel bilden.
Das Lösungsmittel ist ein Lösungsmittel, welches im Matrixpolymer oder in der Polymermatrix dispergiert werden kann. Es sind nicht-protonische Lösungsmittel denkbar, z. B. Ethylencarbonat, Polypropylencarbonat, Butylencarbonat, γ-Butylolacton, Diethylcarbonat, Dimethylcarbonat, Ethylmethylcarbonat und Dimethoxyethan. Es kann auch nur ein einziger Typ der vorangehend genannten Materialien als Lösungsmittel verwendet werden, oder zwei oder mehr Typen.
Das Elektrolytsalz muss im Lösungsmittel aufgelöst werden. Als Kation bieten sich an Alkalimetallkation und Erdalkalimetallkation. Als Anion bieten sich an, Cl&supmin;, Br&supmin;, I&supmin;, SCN&supmin;, ClO&sub4;, BF&sub4;, PF&sub6;, CR&sub3;SO&sub3; und (CF&sub3;SO&sub2;)&sub2;N&supmin;. Die Konzentration des Elektrolytsalzes muss eine Konzentration sein, welche ein Auflösen im Lösungsmittel erlaubt.
Bevorzugt wird eine Stärke für die Gelelektrolytschicht 23 im Bereich von 5 um oder darüber bis 15 um oder darunter. Falls die Stärke der Gelelektrolytschicht 23 geringer ist als 5 um, können Kurzschlüsse aufgrund von Kontaktierungen zwischen der positiven Elektrode und der negativen Elektrode nicht verhindert werden. Falls die Stärke der Gelelektrolytschicht 23 größer ist als 15 um verschlechtert sich der Widerstand gegenüber hohen Lasten, und die Volumenenergiedichte wird abgesenkt.
Der Separator 24 ist zwischen der positiven Elektrode und der negativen Elektrode 3 vorgesehen, um einen Kurzschluss aufgrund physikalischer Kontakte zwischen der positiven Elektrode 2 und der negativen Elektrode 3 zu verhindern. Der Separator 24 gemäß dieser Ausführungsform wird gebildet von einem zusammengesetzten Material aus Polyethylen und Polypropylen, und zwar durch Hinzufügen von Polypropylen zu Polyethylen. Falls der Separator 24 von einem Zusammensetzungsmaterial aus Polyethylen und Polypropylen gebildet wird, wird ausschließlich die Schmelztemperatur angehoben, während die sogenannte Shutdown-Temperatur des Separators 24, welche ähnlich ist zu der eines freien Polyethylenseparators, erhalten bleibt.
Insbesondere wird bevorzugt, dass die Schmelztemperatur des Separators 24 über der Schmelztemperatur eines Polyethylenseparators liegt, und zwar insbesondere um etwa 10ºC oder darüber, oder 30ºC oder darunter. Die Schmelztemperatur ist diejenige Temperatur, bei welcher der Separator 24 schmilzt und kaputtgeht.
Falls die Schmelztemperatur des Separators 24 höher ist als die Schmelztemperatur des Polyethylenseparators, und zwar um weniger als 10ºC, kann der Effekt der vorliegenden Erfindung, die Schmelztemperatur anzuheben, nicht in geeigneter Weise erreicht werden. Der Grund dafür, dass die Schmelztemperatur des Separators 24 höher ist als die Schmelztemperatur des Polyethylenseparators, und zwar um nicht mehr als 30ºC, wird nun beschrieben. Das heißt, der Unterschied zwischen der Schmelztemperatur des Polypropylenseparators und der des Polyethylenseparators ist etwa 30ºC.
Es wird eine Stärke oder Dicke für den Separator 24 bevorzugt, welche gemäß dieser Ausführungsform 5 um oder mehr oder 15 um oder weniger beträgt. Falls die Stärke des Separators 24 geringer ist als 5 um, kann der Separator 24 beim Herstellen der Batterie nicht auf einfache Art und Weise gehandhabt werden. Damit verschlechtert sich die Produktivität beim Herstellen der Batterie. Falls die Stärke des Separators 24 größer ist als 15 um, wird der Innenwiderstand der Batterie angehoben. Dadurch ergibt sich in nachteilhafter Art und Weise ein nicht gewünschter gesteigerter Energieverlust. Daher wird die Stärke des Separators 24 derart gewählt, dass sie im Bereich von 5 um oder darüber bis 15 gm oder darunter liegt. Somit wird eine Verschlechterung bei der Herstellungsproduktivität für die Batterie, ein Anstieg im Innenwiderstand der Batterie sowie ein gesteigerter Energieverlust verhindert.
Ferner wird bevorzugt, dass das Lückenverhältnis oder Raumverhältnis des Separators geringer ist als 25% und nicht höher ist als 60%. Wenn das Raumverhältnis des Separators 24 geringer ist als 25%, steigt der Innenwiderstand der Batterie übermäßig an, wenn die gewünschten Ausgabecharakteristika erreicht werden sollen. Falls das Raumverhältnis des Separators 24 über 60% beträgt, ist es nicht möglich, einen Separator 24 mit hinreichender mechanischer Stabilität herzustellen. Daher wird das Raumverhältnis oder Lückenverhältnis des Separators 24 derart gewählt, dass es nicht weniger als 25% und nicht mehr als 60% beträgt. Dadurch kann eine ausreichende mechanische Stabilität für den Separator 24 ohne Anstieg im Innenwiderstand der Batterie gewährleistet werden.
Wie oben beschrieben wurde, kann der Separator 24 gemäß dieser Ausführungsform z. B. wie nachfolgend beschrieben hergestellt werden. Dabei ist zu beachten, dass das Herstellungsverfahren für den Separator 24 nicht auf die genannten spezifischen Werte beschränkt ist. Auch ist das Mischungsverhältnis von Polyethylen und Polypropylen, aus welchem der Separator 24 gebildet wird, nicht auf den nachfolgend genannten Wert beschränkt.
Zu Beginn werden 0,375 Gewichtsanteile eines Oxidationsinhibitors zu 100 Gewichtsanteilen einer Polyolefinmischung hinzugefügt, welche ihrerseits gebildet wird von 20 Gew.-% eines ultrahoch molekularen Polyethylens (UHMWPE) mit einem mittleren Molekulargewicht Mw von 2,5 · 10&sup6;, von 30 Gew.-% hoch dichten. Polyethylens (HDPE) mit einem mittleren Molekulargewicht Mw von 3,5 · 10&sup5; und von 50 Gew.-% eines Polypropylens mit einem mittleren Molekulargewicht von Mw von 5,1 · 10&sup5;, um so eine Polyolefinzusammensetzung auszubilden.
Dann werden 30 Gewichtsanteile der Polyolefinzusammensetzung einem Biaxialextruder zugeführt (mit einem Durchmesser von 58 mm, L/D = 42, Gerätetyp zum starken Durchkneten). Darüber hinaus werden 70 Gewichtsanteile flüssigen Paraffins durch eine seitliche Zuführung zugeführt, um geschmolzen und mit 100 Umdrehungen pro Minute derart durchgeknetet zu werden, dass im Extruder eine entsprechende Polyolefinlösung entsteht.
Dann wird die Polyolefinlösung aus einer T-Düse extrudiert, welche an einem vorderen Ende des Extruders angeordnet ist, und zwar bei 190ºC und derart, dass das Material auf eine Kühlwalze aufgewickelt wird. Somit wird durch Pressformen eine Gelschicht oder eine Gelplatte ausgebildet. Dann wird die Gelschicht oder die Gelplatte simultan doppelachsig orientiert, und zwar bei 115ºC, um eine 5 · 5 orientierte Schicht zu erhalten. Die so erhaltene orientierte Schicht oder der so erhaltene orientierte Film wird mit Methylenchlorid gereinigt, um flüssiges Paraffin zu extrahieren und zu entfernen. Dann wird die orientierte Schicht getrocknet und einer Wärmebehandlung zugeführt. Auf diese Art und Weise wird ein feinporöser Separator 24 aus einem Zusammensetzungsmaterial aus Polyethylen und Polypropylen erhalten.
Der Separator 24 dieser Ausführungsform, der aus einem Zusammensetzungsmaterial von Polyethylen und Polypropylen gebildet wird, kann mittels eines Verbindungsvorgangs eines Separators 24a aus Polyethylen und eines Separators 24b aus Polypropylen aneinander erhalten werden, wie das in Fig. 12 dargestellt ist. Falls der Separator 24a aus Polyethylen und der Separator 24b aus Polypropylen aneinander gebunden werden, kann die Schmelztemperatur für den Separator 24 auf die Schmelztemperatur von Polypropylen angehoben werden, während die Shutdown-Temperatur für den Separator 24 mit derjenigen von Polyethylen übereinstimmt.
Nachfolgend wird der Grund dafür näher erläutert, warum der Separator 24a aus Polyethylen und der Separator 24b aus Polypropylen aneinander gebunden werden. Wenn drei oder mehr Separatoren übereinandergelegt werden, steigt die Gesamtdicke des Separators im Übermaß an, um einen Anstieg des Innenwiderstands der Batterie verhindern zu können. Es besteht daher das Problem, dass in nicht wünschenswerter Art und Weise der Energiedichteverlust vergrößert wird.
Daher werden der Separator 24a aus Polyethylen und der Separator 24b aus Polypropylen derart aneinander gebunden, dass die Gesamtdicke oder Gesamtstärke des Separators soweit wie möglich reduziert wird. Dadurch kann eine maximale Wirkung erreicht werden.
Falls der Separator 24 in der zuvor beschriebenen gebundenen Struktur oder verbundenen Struktur ausgebildet wird, werden vorzugsweise die Stärke des Separators 24a aus Polyethylen und die Stärke des Separators 24b aus Polypropylen so gewählt, dass sie im Bereich von nicht weniger als 2,5 um und nicht mehr als 7,5 um liegen. Darüber hinaus wird bevorzugt, dass die Gesamtstärke der beiden Separatoren insgesamt nicht weniger als 5 um und nicht mehr als 15 um beträgt. Wenn die Gesamtstärke des Separators 24 geringer ist als 5 um kann der Separator 24 beim Herstellen der Batterien nicht auf einfache Art und Weise gehandhabt werden. Daher verschlechtert sich die Herstellungsproduktivität beim Herstellen der Batterie. Wenn die Stärke des Separators 24 größer ist als 15 um, ist der Innenwiderstand der Batterie im Übermaß erhöht. Dabei entsteht das Problem, dass der Energiedichteverlust ansteigt. Daher wird die Stärke des Separators 24 so gewählt, dass sie nicht geringer ist als 5 um und nicht größer als 15 um. Damit wird eine Verschlechterung der Herstellungsproduktivität zum Herstellen der Batterie, ein Anstieg des Innenwiderstands der Batterie und ein hoher Energiedichteverlust vermieden.
Der gemäß dieser Ausführungsform ausgebildete Separator 24 benötigt eine größere Breite als die Breite der positiven Elektrode 22 und der negativen Elektrode 23, wie das in Fig. 13 dargestellt ist. Wenn die positive Elektrode 22, die negative Elektrode 23 und der Separator 24 übereinandergelegt und umeinandergewickelt werden, ergibt sich eine Verschiebung der positiven Elektrode 22, der negativen Elektrode 23 und des Separators 24 in einigen Fällen. Unter der Annahme, dass die Verschiebungen in der Breite L&sub1; und L&sub2; betragen, wenn die positive Elektrode 22, die negative Elektrode und der Separator 24 übereinandergelegt werden, wie das in Fig. 13 dargestellt ist, werden die positive Elektrode 22 und die negative Elektrode 23 miteinander in Kontakt treten, falls die Bedingungen L&sub1; < 0 oder L&sub2; < 0 erfüllt sind. Das bedeutet, dass ein Kontakt hergestellt ist oder auftritt, wenn das Ende des Separators 24 innerhalb des Endes der positiven Elektrode 22 oder der negativen Elektrode 23 anliegt. Im Ergebnis davon kann ein Kurzschluss auftreten, wodurch die Herstellungsproduktivität beim Herstellen der Batterie verschlechtert wird.
Daher muss ein Kontakt zwischen der positiven Elektrode 22 und der Gelelektrolytschicht 23 verhindert werden, wenn eine Verschiebung beim Vorgang des Übereinanderlegens und Wickelns der positiven Elektrode 22 und der negativen Elektrode 23 und des Separators 24 auftritt. Daher muss die Breite des Separators 24 in irgendeiner Form größer sein als die Breite sowohl der positiven Elektrode 22 als auch der negativen Elektrode 23. In einem Fall, in welchem die Breite des Separators 24 im Übermaß vergrößert ist, wird die Energiedichte der Batterie abgesenkt. Daher muss die Breite des Separators 24 so gewählt werden, dass, wie das in Fig. 13 dargestellt ist, die Beziehungen L&sub1; > 0,5 mm, L&sub2; > 0,5 mm und L&sub1; + L&sub2; < 4 mm erfüllt sind. Wenn der Separator 24 die zuvor genannte Breite besitzt, kann das Auftreten interner Kurzschlüsse aufgrund der positiven Elektrode 22 und der Gelelektrolytschicht 23 in dem Fall verhindert werden, dass eine Verschiebung unter der positiven Elektrode 22 und der negativen Elektrode 23 und des Separators 24 auftritt. Im Ergebnis davon kann eine Verschlechterung der Herstellungsproduktivität verhindert werden.
Die Herstellung der Gelelektrolytbatterie 20 mit dem oben beschriebenen Separator 24 und gemäß dieser Ausführungsform wird nachfolgend beschrieben.
Zunächst wird eine positive Elektrode 21 wie folgt hergestellt: Es wird eine positive Elektrodenmischung mit einem aktiven Material für die positive Elektrode mit einem Bindemittel gleichmäßig auf die Oberfläche einer Metallfolie, z. B. einer Aluminiumfolie, aufgebracht, die ihrerseits zu einem positiven Elektrodenkollektor 21b ausgebildet ist. Dann wird die Metallfolie derart getrocknet, dass sich darauf eine aktive Materialschicht 21a für die positive Elektrode ausbildet. Auf diese Art und Weise wird eine Platte oder Schicht für die positive Elektrode 2 ausgebildet. Das Bindemittel für die positive Elektrodenmischung kann ein bekanntes Bindemittel sein. Es können auch bekannte Additive der positiven Elektrodenmischung hinzugefügt werden.
Dann wird die Gelelektrolytschicht 23 auf der aktiven Materialschicht 21a für die positive Elektrode der positiven Elektrodenplatte oder positiven Elektrodenschicht ausgebildet. Zur Ausbildung der Gelelektrolytschicht 23 wird ein Elektrolytsalz in einem nicht-wässrigen Lösungsmittel gelöst, um eine nicht-wässrige elektrolytische Lösung auszubilden. Es wird ein Matrixpolymer oder eine Polymermatrix der nicht-wässrigen elektrolytischen Lösung oder nicht-wässrigen Elektrolytlösung zugeführt, und die Lösung wird dann hinreichend gerührt, um das Matrixpolymer oder die Polymermatrix aufzulösen. Auf diese Weise wird eine Solenelektrolytlösung ausgebildet.
Dann wird die Elektrolytlösung auf die Oberfläche der aktiven Materialschicht 21a der positiven Elektrode in einer vorbestimmten Menge aufgebracht. Dann wird die aktive Materialschicht 21a der positiven Elektrode bei Raumtemperatur gekühlt, um das Matrixpolymer oder die Polymermatrix zu gelieren oder zu einem Gel auszubilden. Auf diese Art und Weise wird die Gelelektrolytschicht 23 auf der aktiven Materialschicht 21a der positiven Elektrode ausgebildet.
Dann wird die positive Elektrodenplatte oder positive Elektrodenschicht mit der Gelelektrolytschicht 23 darauf in länglich ausgedehnte Elemente oder Einzelteile unterteilt. Es wird dann ein Draht, z. B. aus Aluminium an einem Bereich des positiven Elektrodenkollektors 21b angeschweißt oder angelötet, so dass ein positiver Elektrodenanschluss 27 ausgebildet wird. Dadurch ergibt sich die länglich ausgedehnte positive Elektrode 21 mit der darauf ausgebildeten Gelelektrolytschicht 23.
Die negative Elektrode 22 wird auf folgende Art und Weise ausgebildet: Es wird eine negative Elektrodenmischung mit einem aktiven Material für die negative Elektrode und einem Bindemittel gleichförmig auf einer Metallfolie, z. B. aus Kupfer, aufgebracht, welche dann zu einem negativen Elektrodenkollektor 22b weitergebildet wird. Dann wird die Metallfolie getrocknet, so dass sich die Materialschicht 22a für die negative Elektrode ergibt. Auf diese Art und Weise wird eine negative Elektrodenplatte oder eine negative Elektrodenschicht hergestellt. Das in der negativen Elektrodenmischung verwendete Bindemittel kann ein bekanntes Bindemittel sein. Ferner können bekannte Additive der negativen Elektrodenmischung hinzugefügt werden.
Dann wird die Gelelektrolytschicht 4 auf dem negativen Elektrodenkollektor 22b der negativen Elektrodenplatte oder der negativen Elektrodenschicht ausgebildet. Zur Ausbildung der Gelelektrolytschicht 23 wird eine Elektrolytlösung in ähnlicher Weise wie beim vorangehend beschriebenen Vorgang hergestellt und dann auf die aktive. Materialschicht der negativen Elektrode in einer vorgegebenen Menge aufgebracht. Dann wird die aktive Materialschicht für die negative Elektrode bei Raumtemperatur gekühlt, so dass das Matrixpolymer oder die Polymermatrix geliert oder sich zu einem Gel bildet. Im Ergebnis davon entsteht die Gelelektrolytschicht 23 auf dem negativen Elektrodenkollektor 22b.
Dann wird die negative Elektrodenplatte oder negative Elektrodenschicht mit der Gelelektrolytschicht 4 darauf in länglich sich erstreckende Einzelteile oder Elemente unterteilt oder zerschnitten. Dann wird ein Draht z. B. aus Nickel an einem Bereich des negativen Elektrodenkollektors 22b angeschweißt oder angelötet, in welchem die aktive Materialschicht 22a für die negative Elektrode nicht ausgebildet ist, so dass so ein negativer Elektrodenanschluss 28 entsteht. Auf diese Art und Weise wird eine länglich erstreckte negative Elektrode 3 mit einer Gelelektrolytschicht 23 darauf ausgebildet.
Die Oberflächen der so erzeugten länglich ausgedehnten positiven Elektrode 21 und der negativen Elektrode 22, auf denen jeweils Gelelektrolytschichten 23 ausgebildet sind, werden einander gegenüberliegend angeordnet. Dann wird der Separator 24 zwischen der positiven Elektrode 21 und der negativen Elektrode 22 angeordnet, und es werden die Teile zusammengepresst. Auf diese Art und Weise wird ein Elektrodenlaminat oder eine Elektrodenschichtstruktur ausgebildet. Dann wird das Elektrodenlaminat oder die Elektrodenschichtstruktur gewickelt, und zwar in einer Längsrichtung, so dass die gewickelte Elektrode 25 entsteht.
Schließlich wird die gewickelte Elektrode 25 sandwichartig mit der Gehäuseschicht 26 aus einem isolierenden Material versehen. Dann wird eine Harzschicht 29 an denjenigen Bereichen vorgesehen, an denen der positive Elektrodenanschluss 27 und der negative Elektrodenanschluss 28 mit der Gehäuseschicht 26 überlappen. Dann wird der äußere Umfangsbereich der Gehäuseschicht 26 versiegelt, um den positiven Elektrodenanschluss 27 und den negativen Elektrodenanschluss 28 in den Siegelbereich der Gehäuseschicht 26 einzufügen oder einzuführen. Darüber hinaus wird die gewickelte Elektrode 25 hermetisch im Gehäusefilm oder in der Gehäuseschicht 26 eingeschlossen. Auf diese Art und Weise wird die Gelelektrolytbatterie 20 fertiggestellt.
Die Gehäuseschicht 26 wird gebildet durch aufeinanderfolgendes Laminieren einer ersten Polyethylenterephthalatschicht 26a, einer Aluminiumschicht 26b, einer zweiten Polyethylenterephthalatschicht 26c und einer Polyethylenschicht 26d aus einem geradkettigen und niedrig dichten Polyethylen, in dieser Reihenfolge, wie dies in Fig. 14 dargestellt ist. Die Polyethylenschicht 26d aus einem geradkettigen Polyethylen niedriger Dichte dient als Wärmeschweißschicht. Wenn die gewickelte Elektrode 25 eingeschlossen wird, wird die Polyethylenschicht 26d des geradkettigen Polyethylens geringer Dichte zur Innenseite hin ausgebildet. Die Wärmeverschweißungsschicht kann gebildet werden aus einem Material, z. B. Polyethylenterephthalat, Nylon, Gusspolypropylen oder einem Polyethylen hoher Dichte und auch von einem geradkettigen Polyethylen geringer Dichte.
Die Struktur und der Aufbau des Gehäusefilms 26 und der Gehäuseschicht 26 ist nicht auf den zuvor beschriebenen Aufbau beschränkt. Die Notwendigkeit, dass zumindest eine Aluminiumschicht in der Schichtstruktur vorhanden ist und dass eine thermisch verschmelzbare Polymerschicht vorhanden ist an zumindest einer der Oberflächen, ist die einzige Randbedingung.
Dann wird die gewickelte Elektrode in die Gehäuseschicht 26 eingebracht. Die Harzschicht 29 wird an jedem derjenigen Bereiche vorgesehen, in welchem die Gehäuseschicht 26 und der positive Elektrodenanschluss 27 und der negative Elektrodenanschluss 28 miteinander in Kontakt kommen. Somit wird das Auftreten von Kurzschlüssen aufgrund von. Graten oder Nähten in der Gehäuseschicht 26 verhindert. Darüber hinaus kann das Anhaften zwischen der Gehäuseschicht 26 und dem positiven Elektrodenanschluss 27 und der Gehäuseschicht 26 und dem negativen Elektrodenanschluss 28 verbessert werden.
In Bezug auf den positiven Elektrodenanschluss 27 und den negativen Elektrodenanschluss 28 muss das Material der Harzschicht 29 Hafteigenschaften oder Klebeeigenschaften besitzen. Wenn diese zuvor genannten Bedingungen und Notwendigkeiten erfüllt sind, ergeben sich weiterhin keine Beschränkungen gegenüber diesem Material. Bevorzugterweise wird eines der nachfolgenden Materialien verwendet: Polyethylen, Polypropylen, denaturiertes Poylethylen, denaturiertes Polypropylen, ihre Copolymere und Polyolefinharz. Bevorzugt wird eine Stärke für die Harzschicht 29 im Bereich von 20 um bis 300 um vor dem Wärmeverschweißvorgang. Wenn die Stärke der Harzschicht geringer ist als 20 um verschlechtert sich die Handhabbarkeit. Wenn die Stärke der Schicht größer ist als 300 um kann möglicherweise ein Wassereintritt die Folge sein. Auf diese Weise kann dann ein luftdichter Abschluss der Batterie nicht gewährleistet werden.
Bei dem zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel sind die länglich ausgedehnte positive Elektrode 21 und die länglich ausgedehnte negative Elektrode 22 laminiert oder schichtartig ausgebildet. Die schichtartige Ausbildung wird in einer Längsrichtung gewickelt, so dass sich eine gewickelte Elektrode 25 ergibt. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf diese Anordnung oder Struktur beschränkt. Es kann eine rechteckige Elektrode 22 laminiert werden, um eine gewickelte Elektrode auszubilden. Eine andere Anordnung kann auch verwendet werden, bei welcher das Elektrodenlaminat oder die Elektrodenschichtanordnung alternativ dazu gefaltet wird.
Bei der vorangehend beschriebenen Ausführungsform wird der Elektrolyt zwischen der positiven Elektrode 21 und der negativen Elektrode 22 als Gelelektrolyt mit einem Matrixpolymer, einem Elektrolytsalz und einem Lösungsmittel vorgesehen. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf diesen Aufbau beschränkt. Die vorliegende Erfindung kann auch bei einem Aufbau oder einer Struktur verwendet werden, bei welchen der Festelektrolyt kein Lösungsmittel enthält, oder bei einem Aufbau, bei welchem die Elektrolytlösung kein Matrixpolymer oder keine Polymermatrix enthält.
Die Form der Gelelektrolytbatterie 20 gemäß dieser Ausführungsform ist ebenfalls nicht beschränkt. Zum Beispiel können eine Zylinderform, eine rechteckige Form oder eine Münzform verwendet werden. Darüber hinaus kann die Größe variiert werden, so dass eine dünne Struktur oder eine großformatige Struktur ausgebildet ist. Die vorliegende Erfindung kann sowohl bei Primärbatterien als auch bei Sekundärbatterien ausgebildet sein und verwendet werden.

Beispiele

Um die Wirkungen nach der vorliegenden Erfindung zu bestätigen, wurden Batterien mit den nachfolgenden Strukturen hergestellt, um ihre Charakteristika auszuwerten.

Erstes Experiment

In den Beispielen 1 bis 7 und im Vergleichsbeispiel 1 sind die Separatoren gemäß der ersten Ausführungsform ausgebildet und verwendet, um Batterien herzustellen und ihre Eigenschaften auszubilden.

Herstellung der Batterien

Beispiel 1

Es wird zunächst eine positive Elektrode ausgebildet.
Zunächst wurden handelsübliches Lithiumcarbonat und handelsübliches Cobaltcarbonat miteinander derart gemischt, dass ein Zusammensetzungsverhältnis von Lithiumatomen und Cobaltatomen von 1 : 1 entstand. Dann wurde diese Mischung für fünf Stunden in Luft bei 900ºC gebacken. Auf diese Weise wurde Lithiumcobaltat (cobalt acid lithium) als aktives Material für die positive Elektrode erzeugt. Die mittlere Teilchengröße des Lithiumcobaltats betrug 10 um.
Dann wurden 91 Gewichtsanteile des aktiven Materials für die positive Elektrode, 6 Gewichtsanteile Graphit, welches als Leitfähigkeitsmaterial diente, und 3 Gewichtsanteile eines Poylvinylidenfluorids als Binder miteinander gemischt, so dass auf diese Weise eine positive Elektrodenmischung entstand. Dann wurde diese positive Elektrodenmischung in N-Methyl-2-pyrolidon dispergiert, um daraus eine Paste zu bilden.
Die so erhaltene positive Elektrodenmischungspaste wurde gleichförmig auf beiden Seiten einer länglich ausgebildeten Aluminiumfolie als positivem Elektrodenkollektor mit einer Stärke von 20 um aufgetragen. Dann wurde die Aluminiumfolie einem Trocknungsprozess zugeführt. Nach dem Trocknungsprozess wurde ein Walzenpressverfahren angewandt, um die Aluminiumfolie zu komprimieren und zu formen. Es ergab sich dabei eine aktive Materialschicht für die positive Elektrode mit einer Stärke von 40 um. Dann wurde ein Draht aus Aluminium an einem Bereich des positiven Elektrodenkollektors angeschweißt oder angelötet, in welchem die aktive Materialschicht für die positive Elektrode nicht ausgebildet war. Auf diese. Weise ergab sich der positive Elektrodenanschluss. Als Endergebnis lag die positive Elektrode vor. Die Dichte des aktiven Material oder der aktiven Materialschicht der positiven Elektrode war 3,6 g/cm³.
Dann wurde die negative Elektrode wie folgt ausgebildet.
Zunächst wurden Methocarbonmikroperlen (methocarbon microbeads) mit einer mittleren Teilchengröße von 25 um bei einer Temperatur von 2800ºC derart gebacken, dass sich eine Graphitstruktur als aktives Material für die negative Elektrode ergab. Danach wurden 90 Gewichtsanteile dieses aktiven Materials für die negative Elektrode und 70 Gewichtsanteile eines Polyvinylidenchlorids zu einer negativen Elektrodenmischung gemischt und ausgebildet. Dann wurde die negative Elektrodenmischung in N-Methyl-2-Pyrolidon als Lösungsmittel dispergiert, um eine Paste auszubilden.
Dann wurde die negative Elektrodenmischungspaste gleichförmig auf den beiden Seiten einer länglich ausgedehnten Kupferfolie als negativem Elektrodenkollektor mit einer Schichtstärke von 15 um aufgebracht. Dann wurde ein Trocknungsprozess durchgeführt. Nach dem Trocknen der länglich ausgedehnten Kupferfolie wurde ein Walzenpressverfahren zur Kompression und zur Ausformung angewandt. Die so ausgebildete aktive Materialschicht für die negative Elektrode hatte eine Stärke von 55 um. Danach wurde ein Nickeldraht an einen Bereich des negativen Elektrodenkollektors angeschweißt oder angelötet, wo die aktive Materialschicht für die Negativelektrode nicht ausgebildet war. Insgesamt ergab sich somit ein negativer Elektrodenanschluss. Die Dichte des aktiven Materials oder der aktiven Materialschicht für die negative Elektrode betrug 1,6 g/cm³ in diesem Beispiel. Dann wurde eine Gelelektrolytschicht auf der positiven Elektrode und der negativen Elektrode ausgebildet.
Dabei wurden anfänglich 80 g Dimethylcarbonat, 40 g Ethylcarbonat, 40 g Polypropylencarbonat, 9,2 g LiPF&sub6;, 0,8 g Vinylencarbonat und 0,8 g 2,4-Difluoroanisol miteinander gemischt, um eine Lösung zu erhalten. Dann wurden der Lösung 10 g eines Copolymers (Copolymerisationsgewichtsverhältnis PVdF : HFP = 97 : 3) aus Polyvinylidenfluorid (PVdF) und Hexafluoropolypropylen (HFP) gebildet. Dann wurde ein Homogenisator (homonizer) verwendet, um eine gleichmäßige Dispersion auszubilden. Danach wurden ein Aufheizen und ein Rühren durchgeführt bei 75 ºC, bis sich ein farbloser transparenter Zustand ergab. Somit wurde auf diese Art und Weise die Elektrolytlösung herausgebildet.
Dann wurde die Elektrolytlösung gleichmäßig auf den beiden Seiten der positiven Elektrode und der negativen Elektrode mittels eines Rakelklingenverfahrens oder Abstreifklingenverfahrens aufgebracht. Dann verblieben die mit der aufgebrachten Elektrolytlösung versehene positive Elektrode und negative Elektrode in einer Trockeneinheit, deren Inneres auf einer Temperatur von 40ºC gehalten wurde, und zwar für eine Minute. Auf diese Art und Weise gelierte die Elektrolytlösung zu einer Gelelektrolytschicht mit einer Stärke von 8 um auf jeder der beiden Seiten der positiven Elektrode und der negativen Elektrode.
Die Batterie wurde auf folgende Art und Weise zusammengesetzt.
Zunächst wurde die länglich ausgebildete positive Elektrode mit der Gelelektrolytschicht auf beiden Seiten und die länglich ausgebildete negative Elektrode mit der Gelelektrolytschicht auf beiden Seiten mittels oder über einen Separator aneinandergeschichtet, um ein Laminat oder eine Schichtstruktur zu bilden. Dann wurde diese Laminat oder die Schichtstruktur in einer Längsrichtung gewickelt, um eine gewickelte Elektrode auszubilden. Als Separator wurde eine poröse Ethylenschicht mit einem Raumverhältnis oder Lückenverhältnis von 36% und einer Stärke von 8 um verwendet.
Die gewickelte Elektrode wurde in eine feuchtigkeitssichere Gehäuseschicht eingebracht. Diese Gehäuseschicht wurde durch Laminieren einer Nylonschicht mit einer Stärke von 25 um, einer Aluminiumschicht mit einer Stärke von 40 um und einer Polypropylenschicht mit einer Stärke von 30 um erzeugt. Der äußere Bereich oder äußere Umfang der Gehäuseschicht wurde mittels Hitze unter Verwendung eines schrumpfenden Polyethylens verschweißt, um eine Versiegelung auszulösen. Auf diese Art und Weise wurde die gewickelte Elektrode hermetisch mit der Gehäuseschicht eingeschlossen. Gleichzeitig wurden dadurch der erste und der zweite Elektrodenanschluss in den Versiegelungsbereichen der Gehäuseschicht eingebracht. Darüber hinaus wurde eine Polyolefinschicht in jedem der Bereiche aufgebracht, an welchen die Gehäuseschicht und der positive Elektrodenanschluss und der negative Elektrodenanschluss in Kontakt miteinander standen.
Schließlich wurden die Elektrodenelemente einer Hitzebehandlung unterworfen, und zwar in einem Zustand, bei welchem die Elektrodenanschlüsse durch die Gehäuseschicht eingeschlossen waren. Auf diese Art und Weise ergab sich letztlich die Gelelektrolytbatterie.

Beispiel 2

Es wurde ein zum Beispiel 1 vergleichbarer Vorgang ausgeführt, außer dass der Separator in diesem Beispiel eine poröse Polyethylenschicht mit einem Raumverhältnis oder Lückenverhältnis von 37% und einer Stärke von 9 um war. Somit wurde eine Gelelektrolytbatterie hergestellt.

Beispiel 3

Es wurde ein zum Beispiel 1 vergleichbarer Vorgang ausgeführt, außer dass der Separator in diesem Beispiel eine poröse Polyethylenschicht mit einem Raumverhältnis oder Lückenverhältnis von 35% und einer Stärke von 10 um war. Somit wurde eine Gelelektrolytbatterie hergestellt.

Beispiel 4

Es wurde ein zum Beispiel 1 vergleichbarer Vorgang ausgeführt, außer dass der Separator in diesem Beispiel eine poröse Polyethylenschicht mit einem Raumverhältnis oder Lückenverhältnis von 30% und einer Stärke von 12 um war. Somit wurde eine Gelelektrolytbatterie hergestellt.

Beispiel 5

Es wurde ein zum Beispiel 1 vergleichbarer Vorgang ausgeführt, außer dass der Separator in diesem Beispiel eine poröse Polyethylenschicht mit einem Raumverhältnis oder Lückenverhältnis von 39% und einer Stärke von 15 um war. Somit wurde eine Gelelektrolytbatterie hergestellt.

Beispiel 6

Es wurde ein zum Beispiel 1 vergleichbarer Vorgang ausgeführt, außer dass der Separator in diesem Beispiel eine poröse Polyethylenschicht mit einem Raumverhältnis oder Lückenverhältnis von 36% und einer Stärke von 8 um war. Somit wurde eine Gelelektrolytbatterie hergestellt.

Beispiel 7

Es wurde ein zum Beispiel 1 vergleichbarer Vorgang ausgeführt, außer dass der Separator in diesem Beispiel eine poröse Polyethylenschicht mit einem Raumverhältnis oder Lückenverhältnis von 36% und einer Stärke von 16 um war. Somit wurde eine Gelelektrolytbatterie hergestellt.

Vergleichsbeispiel 1

Es wurde ein zu dem in Beispiel 1 beschriebenen Prozess vergleichbarer Prozess verwendet, außer dass der Separator in diesem Vergleichsbeispiel fortgelassen wurde. Auf diese Art und Weise wurde eine Gelelektrolytbatterie hergestellt.

Auswertung der Charakteristika der Beispiele der Batterien

Die Materialien, Lückenverhältnisse und Raumverhältnisse, Stärken, Bruchfestigkeiten und Zugfestigkeiten der in den Beispielen 1 bis 7 verwendeten Separatoren sind kollektiv in der Tabelle 1 dargestellt. Tabelle 1

Auswertung der Lade- und Entladecharakteristika

Die so hergestellten Batterien wurden Lade- und Entladetests derart unterzogen, dass ihre Charakteristika ermittelt und ausgewertet werden konnten. Dabei wurde ein Potenzio-Galvanostat verwendet und derart betrieben, dass die Lade- und Entladetests an den Batterien ausgeführt werden konnten. Es wurde ein Konstantstrom- und ein Konstantspannungsverfahren verwendet, um das Laden und Entladen durchzuführen.
Anfangs wurde jede Batterie mit einem konstanten Strom von 200 mA aufgeladen. Nachdem die Spannung der geschlossenen Schaltkreises auf 4,2 V angehoben war, wurde von der Konstantstromaufladung zur Konstantstromspannungsaufladung übergegangen. Dann wurde die Konstantspannungsaufladung fortgesetzt. Das Aufladen war nach 9 Stunden nach dem Beginn des Ladungsvorgangs abgeschlossen. Dann wurde ein Entladen mit einem konstanten Strom von 200 mA durchgeführt. Nachdem die Spannung des geschlossenen Schaltkreises auf 3,0 V angestiegen war, war der Entladevorgang abgeschlossen.
Die Lade- und Entladekapazitäten jeder Batterie wurden ermittelt. Darüber hinaus wurden die Lade- und Entladewirkungsgrade sowie die Energiedichten für jede Batterie berechnet.
Die ermittelten Ladekapazitäten, die Entladekapazitäten die Lade- und Entladungswirkungsgrade sowie die Energiedichten jeder Batterie gemäß der Beispiele 1 bis 7 und gemäß dem Vergleichsbeispiel 1 sind in der Tabelle 2 dargestellt. Tabelle 2
Aus Tabelle 2 ergibt sich, dass die Batterien der Beispiele 1 bis 7 bei sämtlichen Größen Ladekapazität, Entladekapazität, Lade-/Entladewirkungsgrad und Energiedichte exzellent waren. Daher ergaben sich exzellente Charakteristika für diese Batterien. Insbesondere die Batterien mit den Polyethylenseparatoren und gemäß der Beispiele 1 bis 5 zeigten exzellente Charakteristika.
Andererseits zeigte die Batterie gemäß dem Vergleichsbeispiel 1 einen geringen Kurzschluss während der Ladeoperation. Das bedeutet, dass hier geeignete Batteriecharakteristika nicht erreicht wurden.

Auswertung der Sicherheitsaspekte der Batterien

Es wurden die Shutdown-Starttemperatur der Separatoren jeder der Batterien der Beispiele 1 bis 7 und des Vergleichsbeispiels 1 sowie die höchsten Oberflächentemperaturen beim externen Kurzschließen der Batterien untersucht.
Die Shutdown-Temperatur wurde derart gemessen, dass die Batterie mit einem Anstiegsverhältnis von 5ºC/Minute aufgeheizt wurde, wenn der AC-Widerstand um zwei oder mehr Einheiten oder Größenordnungen aufgrund der Beaufschlagung mit einem kHz anstieg, wurde die Temperatur jeder Batterie gemessen.
Die Temperatur der Oberfläche der Batterie wurde ermittelt, wenn die Batterie einem externen Kurzschluss ausgesetzt wurde, und zwar derart, dass die Batterie unter ähnlichen Bedingungen zu dem beim Lade-/Entladetest aufgeladen wurde. Dann wurde die Batterie auf 60ºC aufgeheizt. In dem vorangehend beschriebenen Zustand wurde die höchste Temperatur beim Kurzschließen der Anschlüsse mit einem 12 mΩ-Widerstand unter Verwendung eines Thermokopplers gemessen.
Die Shutdown-Temperatur und die Temperatur der Oberfläche jeder der Batterien gemäß der Beispiele 1 bis 7 und gemäß dem Vergleichsbeispiel 1 wurden gemessen, und die Werte sind in Tabelle 3 dargestellt. Tabelle 3
Aus der Tabelle 3 ergibt sich, dass die Batterien gemäß der Beispiele 1 bis 5 mit dem Separator aus Polyethylen einen Shutdown bei einer Temperatur im Bereich von 100ºC bis 160ºC zeigen. Dieser Zusammenhang zwischen der Temperatur der Batterien gemäß dem Beispiel 1 und der Impedanz der Batterie ist in Fig. 15 dargestellt. Wie sich aus Fig. 15 ergibt, erhöht sich die Impedanz der Batterie rapid, wenn die Batterietemperatur über 126ºC liegt.
Die Batterien gemäß den Beispielen 6 und 7, die einen Separator aus Polypropylen verwenden, zeigen stattdessen eine Temperatur für einen Shutdown oberhalb von 160ºC oder darüber. Der Zusammenhang zwischen der Temperatur der Batterie gemäß Beispiel 6 und der Impedanz dieser Batterie ist in Fig. 16 dargestellt.
Aus Fig. 16 ergibt sich, dass die Impedanz der Batterie stark ansteigt, wenn die Temperatur oberhalb von 163ºC liegt.
Die Oberflächentemperatur jeder der Batterien gemäß den Beispielen 1 bis 5 beim externen Kurzschließen der geladenen Batterie war 120ºC und darunter. Folglich ergab sich, dass die Hitzeproduktion oder Wärmeproduktion beim Fehlbetrieb der jeweiligen Batterien effektiv und wirkungsvoll verhindert werden konnte. Somit ergibt sich, dass Sicherheit in Bezug auf diese Batterie gewährleistet ist. Andererseits stieg die Temperatur der Oberfläche der Batterien der Beispiele 6 und 7 beim externen Kurzschließen dieser geladenen Batterien auf 160ºC an. Folglich ergab sich für diese Batterie eine starke Hitzeentwicklung beim fehlerhaften Betrieb. In Bezug auf die Batterien der Beispiele 1 bis 7 ergab sich beim Shutdown-Effekt keine Rauchentwicklung im inneren Bereich der Batterie, wenn die geladenen Batterien extern kurzgeschlossen wurden.
Andererseits zeigte die Batterie gemäß dem Vergleichsbeispiel 1 keinen Shutdown- Effekt, wenn die Temperatur der Batterie auf 180ºC angehoben wurde. Beim externen Kurzschließen der geladenen Batterie stieg die Temperatur der Oberflächenbatterie auf 200ºC an. Darüber hinaus lag eine Rauchentwicklung im Innern der Batterie vor.

Ermittlung der physikalischen Eigenschaften des Separators

Der Zusammenhang zwischen der Bruchfestigkeit und der Zugfestigkeit der Separatoren der Batterien gemäß den Beispielen 1 bis 7 ist in Figur. 17 dargestellt. Aus Fig. 17 und aus den Resultaten der Auswertung der Charakteristika der Batterie ergibt sich, dass die. Bruchfestigkeit des Separators jeder der Batterien gemäß der Beispiele 1 bis 5, welche exzellente Charakteristika zeigten, unterhalb von 1650 kg/cm² lag. Darüber hinaus betrug die Zugfestigkeit 135% oder mehr. Somit ergab sich für diese Beispiele eine hinreichende mechanische Stabilität.
Für diese Separatoren mit der eben beschriebenen mechanischen Stabilität konnte bestätigt werden, dass sie die in Fig. 6 gezeigte Faserstruktur oder fibrilläre Struktur aufwiesen. In Fig. 18 ist eine elektronenmikroskopische Fotografie der Feinstruktur des Separators gemäß dem Beispiel 6 bei einer Vergrößerung von 50.000 dargestellt. Ein Vergleich zwischen Fig. 6 und Fig. 18 ergibt, dass die mechanische Stabilität des Separators mit dieser Feinstruktur zusammenhängt. Um die zuvor genannte mechanische Stabilität aufzuweisen, ist also die beschriebene Feinstruktur des Separators in Form der Faserstruktur oder fibrillären Struktur notwendig.
Im Ergebnis davon schafft die Verwendung eines porösen Polyolefinseparators mit einer Stärke oder Dicke von nicht weniger als 5 um und nicht mehr als 15 um, einem Raumverhältnis oder Lückenverhältnis von nicht weniger als 25% und nicht mehr als 60% und einem Shutdown-Effekt, wenn die Temperatur der Batterie im Bereich von 100ºC oder darüber bis 160ºC oder darunter beträgt, eine hohe Energiedichte sowie gesteigerte Sicherheitseigenschaften der Batterie.
Eine andere Tatsache in diesem Zusammenhang ist, dass durch das Verwenden eines porösen Polyolefinfilms oder einer porösen Polyolefinschicht mit einer Stärke von nicht weniger als 5 um und nicht mehr als 15 um, einem Lückenverhältnis oder Raumverhältnis von nicht weniger als 25% und nicht mehr als 60%, einer Bruchfestigkeit von weniger als 1650 kg/cm² und einer Zugfestigkeit von nicht weniger als 135% bei der Batterie zu einer hohen Energiedichte und einer gesteigerten Sicherheitseigenschaften führte.

Zweites Experiment

Bei jedem der nachfolgenden Beispiele 8 und 9 und bei dem Vergleichsbeispiel 2 wurde der Separator gemäß der zweiten Ausführungsform zur Herstellung von Batterien zur Auswertung deren Charakteristika verwendet.

Beispiel 8

Die positive Elektrode wurde derart ausgebildet, dass 95 Gew.-% von LiCoO&sub2; als aktives Material für die positive Elektrode, 2 Gew.-% Graphit als Leitfähigkeitsmaterial und 3 Gew.-% Polyvinylidenfluorid miteinander gemischt wurden. Auf diese Weise wurde eine positive Elektrodenmischung erzeugt. Dann wurde N- Methylpyrolidon in einer Menge zugeführt, welche das 0,6-fache der Menge der positiven Elektrodenmischung betrug, so dass auf diese Weise ein Slurry oder eine Aufschlämmung hergestellt wurde.
Die so erzeugte Aufschlämmung wurde auf beiden Seiten der Aluminiumfolie gleichförmig aufgetragen, wobei die Aluminiumfolie mittels eines Rakelverfahrens oder eines Abstreifklingenverfahrens zu einem positiven Elektrodenkollektor umgebildet wurde. Dann wurde die Aluminiumfolie bei hohen Temperaturen getrocknet, um N-Methylpyrolidon zu entfernen. Auf diese Weise wurde eine aktive Materialschicht für die positive Elektrode gebildet. Schließlich wurde unter Verwendung einer Druckwalze ein geeignetes Polyethylen aufgetragen und somit ein Druckvorgang oder Andrückvorgang durchgeführt. Dann wurde das Produkt zur Herstellung der positiven Elektrode in eine Größe von 300 mm · 50 mm zerschnitten.
Dann wurde ein säulenartiges oder stangenartiges Aluminiumstück an der positiven Elektrode punktgeschweißt oder punktgelötet, um einen positiven Elektrodenanschluss auszubilden.
Zur Herstellung der negativen Elektrode wurden 91 Gew.-% Graphit als aktives Material für die negative Elektrode sowie 9 Gew.-% Polyvinylidenfluorid als Bindemittel miteinander zur Herstellung einer negativen Elektrodenmischung miteinander gemischt. Dann wurde N-Methylpyrolidon in einer Menge hinzugefügt, welche das 1,1-fache der Menge der negativen Elektrodenmischung betrug, um so einen Slurry oder eine Aufschlämmung auszubilden.
Die so erhaltene Aufschlämmung wurde dann auf beiden Seiten einer Kupferfolie gleichmäßig aufgetragen. Diese wurde dann mittels eines Rakelverfahrens oder eines Abstreifklingenverfahrens zum negativen Elektrodenkollektor umgeformt. Die Kupferfolie wurde dann zum Entfernen von N-Methylpyrolidon derart getrocknet, dass auf diese Art und Weise eine aktive Materialschicht für die negative Elektrode ausgebildet wurde. Schließlich wurde unter Verwendung einer Druckwalze ein geeignetes Polyethylen aufgetragen und somit ein Druckvorgang oder Andrückvorgang durchgeführt. Das so erhaltene Produkt wurde dann zur Herstellung der negativen Elektrode in eine Größe von 370 mm · 52 mm geschnitten. Danach wurde ein Kupferstab oder Kupferdraht an die negative Elektrode punktgeschweißt oder punktgelötet, um somit einen negativen Elektrodenanschluss auszubilden.
Andererseits wurden 6,7 Gew.-% Polyvinylidenfluorid, 9,2 Gew.-% Ethylencarbonat, 11,6 Gew.-% Polypropylencarbonat. 2,3 Gew.-% γ-Butyllacton, 6,67 Gew.-% Dimethylcarbonat und 3,5 Gew.-% LiPF&sub6; miteinander gemischt. Auf dieser Weise wurde eine Polymerelektrolytlösung ausgebildet. Es ist zu bemerken, dass Dimethylcarbonat dabei als Lösungsmittel zum Lösen des Polyvinylidenfluorids dient.
Die so erhaltene Polymerelektrolytlösung wurde im flüssigen Zustand auf die Oberflächen sowohl der positiven als auch der negativen Elektrode mittels eines Rakelverfahrens oder Abstreifklingenverfahrens aufgebracht. Dann wurde die positive Elektrode und die negative Elektrode für drei Minuten bei einer konstanten Temperatur von 35ºC getrocknet. Auf diese Weise bildete sich eine dünne Schicht aus. Dabei wurde das Dimethylcarbonat nicht im Polymerelektrolyt zurückbehalten. Der Aufbringungsvorgang oder Auftragungsvorgang wurde derart ausgeführt, dass die Schichtstärke des Polymerelektrolyts auf der positiven Elektroden und der negativen Elektrode 10 um betrug.
Es wurde ein Separator verwendet, welcher gebildet wurde von einem Kompositmaerial oder zusammengesetzten Material aus Polyethylen und Polypropylen mit einer Schichtstärke von 10 um. Das Verhältnis von Polyethylen zu Polyproplen im Kompositmaterial war 1 : 1. Der Separator aus dem Kompositmaterial wurde auf folgende Art und Weise hergestellt.
Anfänglich wurden 100 Gewichtsanteile einer Polyolefinmischung, welche gebildet wurde aus 20 Gew.-% eines Polyethylens mit ultrahoher Molekularmasse (UHM- WPE) mit einem mittleren Molekulargewicht Mw von 2,5 · 10&sup6;, 30 Gew.-% eines Polyethylens hoher Dichte (HDPE) mit einem mittleren Molekulargewicht Mw von 3,5 · 10&sup5; und von 50 Gew.-% eines Polypropylens mit einem mittleren Molekulargewicht Mw von 5,1 · 10&sup5;, sowie 0,37 Gewichtsanteile eines Oxidationsinhibitors zur Ausbildung einer Polyolefinzusammensetzung zusammengebracht.
Dann wurden 30 Gewichtsanteile der. Polyolefinzusammensetzung einem Biaxialextruder zugeführt (mit einem Durchmesser von 58 mm, L/D = 42, mit starken Kneteigenschaften). Darüber hinaus wurden 70 Gewichtsanteile flüssigen Paraffins einer seitlichen Zuführung des Biaxialextruders zugeführt, um geschmolzen und bei 200 Umdrehungen pro Minute geknetet zu werden. Auf diese Art und Weise wurde im Extruder eine Polyolefinlösung erzeugt.
Die Polyolefinlösung wurde mittels eines T-Auslasses am Vorderende des Extruders bei 190ºC derart extrudiert, so dass sich diese um eine Kühlwalze wickelte. Auf diese Art und Weise wurde eine Gelschicht oder Gelplatte geformt. Dann wurde die Gelschicht oder Gelplatte simultan in zwei Achsen oder zwei Richtungen orientiert, und zwar bei einer Temperatur von 115ºC. Auf diese Art und Weise wurde ein 5 · 5-orientierter Film oder eine 5 · 5-orientierte Schicht erzeugt. Die auf diese Art erzeugte orientierte Schicht wurde mittels Methylenchlorid gereinigt, um flüssiges Paraffin zu extrahieren und zu entfernen. Dann wurde die orientierte Schicht getrocknet und einer Wärmebehandlung zugeführt. Auf diese Art und Weise wurde ein feinporöser Separator aus einem Kompositmaterial aus Polyethylen und Polypropylen erzeugt.
Die hergestellte länglich ausgedehnte positive Elektrode mit der darauf ausgebildeten Gelelektrolytschicht sowie die hergestellte länglich ausgedehnte negative Elektrode mit der darauf ausgebildeten Gelelektrolytschicht wurden über den Separator oder mittels des Separators geschichtet angeordnet oder laminiert, um ein Laminat oder eine Schichtstruktur zu bilden. Dann wurde das Laminat oder die Schichtstruktur in Längsrichtung gewickelt. Auf diese Art und Weise wurde eine gewickelte Elektrode mit den Maßen 36 mm · 52 mm · 5 mm erhalten.
Dann wurde die gewickelte Elektrode sandwichartig in eine Gehäuseschicht eingebracht, welche ihrerseits gebildet wurde von einer feuchtigkeitsdichten Mehrfachschicht mit einer Stärke von 100 um. Dann wurde der äußere Umfangsbereich der Gehäuseschicht unter vermindertem Druck wärmebehandelt oder geschmolzen, um somit eine Versiegelung auszubilden. Die gewickelte Elektrode wurde somit hermetisch in der Gehäuseschicht versiegelt. Dabei wurden der positive Elektrodenanschluss und der negative Elektrodennschluss ebenfalls sandwichartig in den Versiegelungsbereichen der Gehäuseschicht angeordnet.

Beispiel 9

Es wurde ein Herstellungsvorgang ähnlich zu dem des Beispiels 8 durchgeführt, mit der Ausnahme, dass bei diesem Beispiel ein Separator verwendet wurde, der dadurch ausgebildet wurde, dass ein Polyethylenseparator mit einer Schichtstärke von 5 um und ein Polypropylenseparator mit einer Schichtstärke von 5 um miteinander verbunden wurden. Auf diese Art und Weise wurde die Batterie hergestellt.

Vergleichsbeispiel 2

Es wurde ein Herstellungsvorgang verwendet, welcher ähnlich war zu dem in Bezug auf Beispiel 8, mit dem Unterschied, dass als Separator in diesem Beispiel ein Polyethylenseparator mit einer Schichtstärke von 10 um verwendet wurde. Auf diese Art und Weise wurde eine Batterie erzeugt.
Jede der so hergestellten Batterien wurde mehrmals geladen und entladen. Im entladenen Zustand wurde die Batterie in einen Bereich konstanter Temperatur eingeführt. Während des Messens des Widerstands bei 1 kHz stieg die Temperatur auf die Werte 140ºC, 145ºC. 150ºC, 155ºC, 160ºC, 165ºC und 170ºC, und zwar mit einer Anstiegsrate von 5ºC/Minute. Dann wurde die Temperatur für 30 Minuten gehalten. Wenn sich der Widerstand während der Zeitspanne des Haltens der vorbestimmten Temperatur nicht absenkte, wurde ermittelt oder festgelegt, dass kein Kurzschluss aufgetreten sein konnte. Wenn sich der Widerstand absenkte wurde ermittelt oder festgestellt, dass sich ein Kurzschluss zugetragen haben muss.
Die Ergebnisse sind in der Tabelle 4 dargestellt. Tabelle 4
Die Batterien der Beispiele 8 und 9 enthielten einen Separator, welcher von einem Kompositmaterial aus Polyethylen und Polypropylen gebildet wurde, bzw. einen Separator, welcher durch Verbinden eines Polyethylenseparators mit einem Polypropylenseparator entstand. Verglichen mit der Batterie des Vergleichsbeispiels 2, welcher einen Separator enthielt, welcher gebildet wurde ausschließlich aus Polyethylen, war die Durchschmelztemperatur um 15ºC angehoben. Die Batterie mit diesem Separator hatte somit eine Durchschmelztemperatur, die angehoben war, so dass auch interne Kurzschlüsse aufgrund dieses Durchschmelzens erst bei einer höheren Temperatur stattfanden. Folglich konnte die Batterietemperatur, bei welcher interne Kurzschlüsse auftraten, gesteigert werden, so dass das Auftreten interner Kurzschlüsse im Vergleich zur Verwendung mit reinen Polyethylenseparatoren verhindert werden konnte. Es ergab sich somit eine Einschränkung oder Verhinderung der Wärmeproduktion aufgrund interner Kurzschlüsse.
Die hergestellte Batterie wurde mehrere Male geladen und entladen. Dann wurde die Batterie in einen überladenen Zustand von 4,4 Volt überführt und in einen Hochtemperaturbereich eingebracht. Während des Messens des Widerstands bei 1 kHz wurde die Temperatur mit einer Anstiegsrate von 5ºC/Minute auf die Werte 135ºC, 140ºC, 145ºC, 150ºC und 155ºC gebracht. Jede Temperatur wurde für 30 Minuten gehalten. Falls der Widerstand während des Haltens auf der jeweiligen Temperatur nicht absank, wurde ermittelt oder festgestellt, dass kein Kurzschuss aufgetreten ist. Wenn der Widerstand dagegen absank, wurde ermittelt und festgestellt, dass ein Kurzschluss aufgetreten sein musste. Da die Spannung 4,4 Volt oder darüber in diesem Experiment betrug, wurde teilweise oder nur manchmal aufgrund von Kurzschlüssen Wärme oder Hitze produziert. Daher wurde die Messung jeweils abgeschlossen oder beendet, wenn die Tatsache des Absinkens des Widerstands bestätigt wurde.
Die Ergebnisse sind in Tabelle 5 dargestellt. Tabelle 5
Selbst in einem abnormalen oder unnormalen Zustand der Überladung bei 4,4 Volt zeigten die Batterien gemäß Beispiel 8 und Beispiel 9, welche einen Separator enthielten, welcher gebildet wurde von einem Kompositmaterial aus Polyethylen und Polypropylen, bzw. von einem Separator, welcher gebildet wurde durch Zusammenfügen eines Polyethylenseparators und eines Polypropylenseparators, die Möglichkeit des Anhebens der Durchschmelztemperatur um 15ºC, und zwar verglichen mit der Batterie gemäß dem Vergleichsbeispiel 2. Die Batterie des Vergleichsbeispiels 2 enthielt einen ausschließlich aus Polyethylen bestehenden Separator. Eine Batterie, welche einen Separator enthielt, der eine hohe Durchschmelztemperatur hatte, ermöglichte eine Temperatur, bei welcher interne Kurzschlüsse aufgrund eines Durchschmelzens auftraten, dass diese gesteigert war. Wenn die Batterietemperatur angehoben wurde, traten Kurzschlüsse seltener auf, verglichen mit dem Fall der Verwendung eines reinen Polyethlenseparators. Auf diese Weise konnte eine Wärmeentwicklung oder Hitzeentwicklung in der Batterie aufgrund interner Kurzschlüsse verhindert werden.
In dieser Erfindung wurde ein Separator aus einer porösen Polyolefinschicht verwendet. Der Separator wurde gebildet von einem Kompositmaterial aus Polyethylen und Polypropylen oder durch Verbindnen eines ersten Separators aus Polethylen und eines zweiten Separators aus Polypropylen. Die mechanischen Charakteristika und die thermischen Charakteristika wurden ermittelt. Es wurde gezeigt, dass ein Anstieg in der Energiedichte und eine Verbesserung der Sicherheitseigenschaften erfindungsgemäß erreicht werden können, im Gegensatz zu herkömmlichen Verfahrensweisen. Somit konnten Festelektrolytbatterien mit exzellenten Charakteristika und guten Sicherheitseigenschaften erzeugt werden.
Obwohl die Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsformen und Anordnungen beschrieben wurde, versteht es sich von selbst, dass die vorliegende Offenbarung der bevorzugten Ausführungsformen hinsichtlich der Details des Aufbaus und der Kombination und Anordnung der einzelnen Bestandteile geändert werden können ohne vom Geist der Erfindung fortzuführen.

Claims

1. Festelektrolytbatterie mit:

- einer positiven Elektrode,

- einer negativen Elektrode, welche der positiven Elektrode gegenüberliegt,

- einem Separator, welcher zwischen der positiven Elektrode und der negativen Elektrode angeordnet ist, und

- Festelektrolyten, welche jeweils zwischen der positiven Elektrode und dem Separator bzw. dem Separator und der negativen Elektrode angeordnet sind, wobei der Separator von einer porösen Polyolefinschicht gebildet wird, wobei die poröse Polyolefinschicht eine Stärke aufweist, welche in einem Bereich von nicht kleiner als 5 um und nicht größer als 15 um liegt, wobei die Porosität nicht geringer als 25% und nicht höher als 60% beträgt, wobei eine Bruchfestigkeit von weniger als 1650 kg/cm² vorliegt und wobei eine Zugfestigkeit von nicht weniger als 135% vorliegt.

2. Festelektrolytbatterie nach Anspruch 1, bei welcher die Impedanz der Festelektrolytbatterie höher ist als diejenige Impedanz bei Raumtemperatur, wenn die Temperatur der Festelektrolytbatterie nicht geringer als ein 100ºC und nicht höher als 160ºC ist.

3. Festelektrolytbatterie nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei welcher die poröse Polyolefinschicht Polyethylen enthält.

4. Festelektrolytbatterie nach einem der vorangehenden Ansprüche,

- bei welcher der Separator von einem zusammengesetzten Material aus Polyethylen und Polypropylen gebildet wird,

- bei welcher die Abschalttemperatur im Wesentlichen dieselben dieselbe Abschalttemperatur ist wie bei einem Separator, welcher gebildet wird von Polyethylen, und

- bei welcher die Schmelztemperatur höher ist als die Schmelztemperatur bei einem Separator, welcher gebildet wird von Polypropylen, und welche nicht geringer ist als 10ºC und nicht höher als 30ºC.

5. Festelektrolytbatterie nach einem der Ansprüche 1 bis 3,

- bei welcher der Separator gebildet wird durch Bonden eines ersten Separators aus Polyethylen mit einem zweiten Separator aus Polypropylen aneinander und

- bei welcher die Schmelztemperatur im Wesentlichen die gleiche ist wie die Schmelztemperatur wie bei einem Separator aus Polypropylen.

6. Festelektrolytbatterie nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei welcher der Festelektrolyt ein Gelelektrolyt ist, welcher ein quellendes Lösungsmittel enthält.

7. Festelektrolytbatterie nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei welcher die Elektroden gebildet werden von einer positiven Elektrode unter Verwendung von Lithiumionen als Elektrodenreaktionsspezies und von einer negativen Elektrode aus einem Kohlenstoffmaterial.

8. Festelektrolytbatterie nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei welcher der Festelektrolyt ein Gelelektrolyt ist, welcher Ethylencarbonat, Propylencarbonat und LiPF&sub6; aufweist.

9. Festelektrolytbatterie nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei welcher der Festelektrolyt ein Gelelektrolyt ist und ferner Vinylencarbonat und/oder 2,4-Difluoranisol aufweist.

10. Festelektrolytbatterie nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei welcher der Anteil an Vinylencarbonat und 2,4-Difluoranisol nicht höher ist als 5 Gew.-% des Gesamtgewichts des Festelektrolyten.

11. Festelektrolytbatterie nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei welcher ein Gelelektrolyt verwendet wird, welcher besteht aus Polyvinylidenfluorid oder einem Copolymer von Polyvinylidenfluorid.

12. Festelektrolytbatterie nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei welcher ein Copolymer verwendet wird, welches Vinylidenfluorid und Hexafluorpropylen aufweist.

13. Festelektrolytbatterie nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei welcher der Gelelektrolyt gebildet wird von einem Copolymer aus Vinylidenfluorid und Hexafluorpropylen derart, dass Hexafluorpropylen in einer Menge geringer als 8 Gew.-% enthalten ist.