DE202017007742U1

DE202017007742U1 - Energiespeichervorrichtung

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Publication number: DE202017007742U1
Application number: DE202017007742.6U
Authority: DE
Original assignee: GS Yuasa International Ltd
Current assignee: GS Yuasa International Ltd
Priority date: 2016-04-08
Filing date: 2017-03-24
Publication date: 2025-08-25
Anticipated expiration: 2027-03-25
Also published as: JP7367742B2; JP2025102936A; JP2022023106A; CN116259897A; JP7662007B2; CN108886128A; JP2022023105A; JP2025061038A; DE112017001858T5; JP2024009884A; WO2017174374A1; JP2017188371A; JP7616276B2; JP2023126819A; JP6957837B2; CN108886128B; JP7367741B2

Abstract

Energiespeichervorrichtung, umfassend:
ein erstes Elektrodenblatt; und ein zweites Elektrodenblatt, das auf dem ersten Elektrodenblatt gestapelt ist, wobei ein Separator zwischen dem ersten Elektrodenblatt und dem zweiten Elektrodenblatt angeordnet ist, und eine Polarität aufweist, die sich von einer Polarität des ersten Elektrodenblattes unterscheidet, wobei das erste Elektrodenblatt umfasst:
eine Metallfolie mit einem Kantenabschnitt, der sich in einer ersten Richtung geradlinig erstreckt, und mit einer ersten Lasche, die sich von dem Kantenabschnitt in eine zweite Richtung erstreckt, die sich mit der ersten Richtung kreuzt;
eine Aktivmaterialschicht, die auf einer Oberfläche der Metallfolie gebildet ist; und eine Isolationsschicht, die auf der Oberfläche der Metallfolie gebildet ist,
wobei ein Abschnitt, der sich entlang des Kantenabschnitts erstreckt, und die erste Lasche der Metallfolie zu einem Aktivmaterial-Nicht-Ausbildungs-Abschnitt gebildet sind, in dem die Aktivmaterialschicht nicht gebildet ist, und
wobei die Isolationsschicht auf dem Aktivmaterial-Nicht-Ausbildungs-Abschnitt gebildet ist.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Energiespeichervorrichtung mit einem Positivelektrodenblatt und einem Negativelektrodenblatt, die zusammen mit einem dazwischen angeordneten Separator gestapelt sind.
Stand der Technik
In einer Energiespeichervorrichtung, wie beispielsweise einer Lithium-Ionen-Batterie, kann es einen Fall geben, wo die Energiespeichervorrichtung eine Elektrodenanordnung mit einem Positivelektrodenblatt und einem Negativelektrodenblatt verwendet, die abwechselnd gestapelt sind, wobei zwischen ihnen ein Separator angeordnet ist. Im Allgemeinen sind das Positivelektrodenblatt und das Negativelektrodenblatt durch Aufbringen einer Aktivmaterialschicht auf beide Oberflächen einer Metallfolie als Beschichtung gebildet.
Wie in Patentdokument 1 offenbart ist, kann es einen Fall geben, wo Laschen auf einem Positivelektrodenblatt und einem Negativelektrodenblatt einer Energiespeichervorrichtung gebildet sind, so dass jede der Laschen nach außen in einer Breitenrichtung von einem geraden Kantenabschnitt des Blattes auf einer Seite in der Breitenrichtung ragt. Wenigstens ein Abschnitt der Lasche ist als ein Aktivmaterial-Nicht-Ausbildungs-Abschnitt ausgebildet, in dem keine Aktivmaterialschicht gebildet ist, wobei der Aktivmaterial-Nicht-Ausbildungs-Abschnitt über einen Stromkollektor elektrisch mit einem externen Anschluss verbunden ist.
Bei dieser Art von Energiespeichervorrichtung kann es einen Fall geben, wo auf dem Positivelektrodenblatt ein Aktivmaterial-Nicht-Ausbildungs-Abschnitt nicht nur auf der Lasche gebildet ist, sondern auch auf einem Abschnitt entlang eines Kantenabschnitts des Positivelektrodenblatts, aus dem die Lasche herausragt. Es kann auch ein Fall vorliegen, wo der Aktivmaterial-Nicht-Ausbildungs-Abschnitt, der entlang des Kantenabschnitts des Positivelektrodenblatts auf diese Weise gebildet ist, so angeordnet ist, dass er einer Aktivmaterialschicht des Negativelektrodenblatts mit einem dazwischen angeordneten Separator zugewandt ist und dieser gegenüberliegt.
Stand-der-Technik-Dokument
Patentdokument 1: Japanisches Patent mit der Nummer 5354042
Zusammenfassung der Erfindung
Durch die Erfindung zu lösende Probleme
In der vorstehend beschriebenen Energiespeichervorrichtung, bei der der Aktivmaterial-Nicht-Ausbildungs-Abschnitt, der entlang des Kantenabschnitts des Positivelektrodenblatts auf einer Laschenseite gebildet ist, so angeordnet ist, dass er der Negativ-Aktivmaterialschicht mit dem dazwischen angeordneten Separator zugewandt ist und dieser gegenüberliegt, besteht folgende Möglichkeit: Wenn ein Zustand herbeigeführt wird, in dem ein positiver Aktivmaterial-Nicht-Ausbildungs-Abschnitt und eine Negativ-Aktivmaterialschicht aufgrund einer Ursache wie Positionsverschiebung, Schrumpfung oder Bruch des Separators direkt und einander zugewandt gegenüberliegen, dann kommt es zu einem Kurzschluss zwischen dem positiven Aktivmaterial-Nicht-Ausbildungs-Abschnitt und der Negativ-Aktivmaterialschicht.
Die vorliegende Erfindung wurde in Anbetracht des Vorstehenden gemacht, wobei es ein Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist, das Auftreten eines Kurzschlusses in einem Aktivmaterial-Nicht-Ausbildungs-Abschnitt in einer Energiespeichervorrichtung zu unterdrücken, die den Aktivmaterial-Nicht-Ausbildungs-Abschnitt umfasst, der entlang eines Kantenabschnitts eines Elektrodenblatts auf einer Laschenseite gebildet ist.
Mittel zur Lösung der Probleme
Eine Energiespeichervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst: ein erstes Elektrodenblatt; und ein zweites Elektrodenblatt, das auf dem ersten Elektrodenblatt gestapelt ist, wobei ein Separator zwischen dem ersten Elektrodenblatt und dem zweiten Elektrodenblatt angeordnet ist, und eine Polarität aufweist, die sich von einer Polarität des ersten Elektrodenblattes unterscheidet, wobei das erste Elektrodenblatt umfasst: eine Metallfolie mit einem Kantenabschnitt, der sich in einer ersten Richtung geradlinig erstreckt, und mit einer ersten Lasche, die sich von dem Kantenabschnitt in eine zweite Richtung erstreckt, die sich mit der ersten Richtung kreuzt; eine Aktivmaterialschicht, die auf einer Oberfläche der Metallfolie gebildet ist; und eine Isolationsschicht, die auf der Oberfläche der Metallfolie gebildet ist, wobei ein Abschnitt, der sich entlang des Kantenabschnitts erstreckt, und die erste Lasche der Metallfolie zu einem Aktivmaterial-Nicht-Ausbildungs-Abschnitt gebildet sind, in dem die Aktivmaterialschicht nicht gebildet ist, und wobei die Isolationsschicht auf dem Aktivmaterial-Nicht-Ausbildungs-Abschnitt gebildet ist.
Mit einer solchen Konfiguration kann selbst dann, wenn ein Zustand herbeigeführt wird, wo sich das erste Elektrodenblatt und das zweite Elektrodenblatt aufgrund von Positionsverschiebung, Schrumpfung, Bruch oder dergleichen des Separators direkt und gegenüberliegend einander zugewandt sind, das Auftreten eines Kurzschlusses im Aktivmaterial-Nicht-Ausbildungs-Abschnitt des ersten Elektrodenblatts unterdrückt werden. Dies liegt daran, dass die Isolationsschicht zwischen dem Aktivmaterial-Nicht-Ausbildungs-Abschnitt des ersten Elektrodenblatts und dem zweiten Elektrodenblatt angeordnet ist.
In der vorliegenden Erfindung ist es vorteilhaft, dass die Isolierschicht in einem Bereich des Aktivmaterial-Nicht-Ausbildungs-Abschnitts gebildet ist, der einen proximalen Abschnitt der ersten Lasche umfasst. Mit einer solchen Konfiguration ist es möglich, den proximalen Abschnitt der ersten Lasche durch die Isolierschicht zu verstärken und gleichzeitig das Auftreten von Kurzschlüssen am proximalen Abschnitt der ersten Lasche zu unterdrücken.
In der vorliegenden Erfindung ist es vorteilhaft, dass die erste Lasche an ihrem proximalen Abschnitt gerundet ist. Mit einer solchen Konfiguration wird eine Beanspruchung auf den proximalen Abschnitt der ersten Lasche verteilt, so dass die Festigkeit der ersten Lasche erhöht werden kann.
In einem Fall, wo die Energiespeichervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung weiterhin einen Stromkollektor umfasst, der das erste Elektrodenblatt elektrisch mit einem externen Anschluss verbindet, kann die erste Lasche im gebogenen Zustand mit dem Stromkollektor verbunden sein. In diesem Fall wird der proximale Abschnitt der ersten Lasche, auf den sich eine Beanspruchung durch Biegen konzentriert, durch die Isolationsschicht verstärkt, so dass die Steifigkeit und Haltbarkeit der ersten Lasche verbessert werden kann.
In der vorliegenden Erfindung ist es vorteilhaft, dass ein Teil der auf einer Oberfläche der ersten Lasche gebildeten Isolationsschicht von einem Kantenabschnitt des Separators in die zweite Richtung ragt. Mit einer solchen Konfiguration, auch wenn ein Zustand herbeigeführt wird, wo die erste Lasche dem zweiten Elektrodenblatt gegenüberliegend zugewandt ist, ohne das der Separator aufgrund von Positionsverschiebung, Schrumpfung, Bruch oder dergleichen des Separators dazwischenliegt, kann das Auftreten von Kurzschlüssen in der ersten Lasche unterdrückt werden, da die Isolationsschicht zwischen der Metallfolie der ersten Lasche und dem zweiten Elektrodenblatt angeordnet ist.
In der vorliegenden Erfindung ist es vorteilhaft, dass die Isolationsschicht auch auf einer Endfläche der Metallfolie im Aktivmaterial-Nicht-Ausbildungs-Abschnitt gebildet ist. Mit einer solchen Konfiguration kann das Auftreten von Kurzschlüssen im Aktivmaterial-Nicht-Ausbildungs-Abschnitt des ersten Elektrodenblatts besser unterdrückt werden. Weiterhin ist die Endfläche des Kantenabschnitts des ersten Elektrodenblatts von der Isolationsschicht bedeckt, so dass, während einer Unterdrückung des Auftretens von Kurzschlüssen an der Endfläche des Kantenabschnitts, der Kantenabschnitt des ersten Elektrodenblatts leicht angeordnet werden kann, indem der Kantenabschnitt des ersten Elektrodenblatts nahe dem Kantenabschnitt des Separators angeordnet ist, der außerhalb des Kantenabschnitts des ersten Elektrodenblatts in der zweiten Richtung angeordnet ist. Dementsprechend kann das erste Elektrodenblatt in die zweite Richtung erweitert werden, so dass die Batteriekapazität erhöht werden kann.
In der vorliegenden Erfindung, in dem Fall, wo das zweite Elektrodenblatt einen Kantenabschnitt aufweist, der sich geradlinig in die erste Richtung erstreckt, und eine zweite Lasche, die sich in die zweite Richtung vom Kantenabschnitt erstreckt, können die erste Lasche und die zweite Lasche zur gleichen Seite in die zweite Richtung vorstehen und gleichzeitig beabstandet voneinander in der ersten Richtung angeordnet sein. In diesem Fall kann diese Art von Energiespeichervorrichtung die oben genannten vorteilhaften Effekte erzielen.
In der vorliegenden Erfindung, in dem Fall, wo das erste Elektrodenblatt eine Mehrzahl von ersten Laschen aufweist, die in der ersten Richtung beabstandet voneinander angeordnet sind, und ein Wickelkörper gebildet ist, indem das erste Elektrodenblatt und das zweite Elektrodenblatt um eine Achse parallel zur zweiten Richtung gewickelt sind, während das erste Elektrodenblatt und das zweite Elektrodenblatt mit dem dazwischen angeordneten Separator überlappt sind, kann der Wickelkörper ein erstes Laschenbündel aufweisen, das durch Stapeln der Mehrzahl von ersten Laschen gebildet ist. In diesem Fall ist die Steifigkeit des proximalen Abschnitts der ersten Lasche durch die Isolationsschicht erhöht, so dass es möglich ist, die Durchbiegung der ersten Lasche zu unterdrücken, die sich zum Zeitpunkt des Aufwickelns des ersten Elektrodenblatts in Dickenrichtung der ersten Elektrodenblatt verformt. Dementsprechend tritt beim Überlappen der Mehrzahl der ersten Laschen durch Aufwickeln des ersten Elektrodenblatts der einhakende Eingriff zwischen den ersten Laschen minimal auf, so dass ein Bruch jeder ersten Lasche unterdrückt werden kann.
In der vorliegenden Erfindung kann in dem Fall, wo der Wickelkörper ein Paar flacher Abschnitte, die sich in einer Richtung, in der sich die Achse erstreckt, in einer geraden Weise parallel zueinander erstrecken, und ein Paar gebogener Abschnitte, die das Paar flacher Abschnitte verbinden, umfasst, das erste Laschenbündel an den flachen Abschnitt angebracht sein. In diesem Fall kann diese Art von Energiespeichervorrichtung die oben genannten vorteilhaften Effekte erzielen.
Für den Fall, dass die Energiespeichervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ein geschichtetes Produkt umfasst, das aus einer Mehrzahl von ersten Elektrodenblättern und einer Mehrzahl von zweiten Elektrodenblättern gebildet ist, wobei das erste Elektrodenblatt und das zweite Elektrodenblatt abwechselnd mit dem zwischen dem ersten Elektrodenblatt und dem zweiten Elektrodenblatt angeordneten Separator gestapelt sind, kann das geschichtete Produkt ein erstes Laschenbündel umfassen, das durch Stapeln der ersten Laschen gebildet ist, die jeweils auf der Mehrzahl von ersten Elektrodenblättern gebildet sind. In diesem Fall kann diese Art von Energiespeichervorrichtung die oben genannten vorteilhaften Effekte erzielen.
Vorteile der Erfindung
Nach der vorliegenden Erfindung kann selbst dann, wenn ein Zustand herbeigeführt wird, wo sich das erste Elektrodenblatt und das zweite Elektrodenblatt aufgrund von Positionsverschiebung, Schrumpfung, Bruch oder dergleichen des Separators direkt und einander zugewandt gegenüberstehen, das Auftreten eines Kurzschlusses im Aktivmaterial-Nicht-Ausbildungs-Abschnitt des ersten Elektrodenblatts unterdrückt werden. Dies liegt daran, dass die Isolationsschicht zwischen dem Aktivmaterial-Nicht-Ausbildungs-Abschnitt des ersten Elektrodenblatts und dem zweiten Elektrodenblatt angeordnet ist.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen

1 ist eine perspektivische Ansicht, die eine Energiespeichervorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
2 ist eine perspektivische Ansicht mit einem Ausschnitt, der das Innere der Energiespeichervorrichtung entlang einer Linie A-A in 1 zeigt.
3 ist eine perspektivische Ansicht einer Elektrodenanordnung der in 1 dargestellten Energiespeichervorrichtung.
4 ist eine entwickelte Ansicht der in 3 dargestellten Elektrodenanordnung.
5 ist eine vergrößerte Ansicht von 4, die eine Positivelektrodenlasche eines Positivelektrodenblatts und Abschnitte um die Positivelektrodenlasche zeigt.
6 ist eine Querschnittsansicht eines ersten Isolierabschnitts einer Isolationsschicht des Positivelektrodenblatts und Abschnitte um den ersten Isolierabschnitt herum, die entlang einer Linie B-B in 5 in Längsrichtung des Positivelektrodenblatts betrachtet werden.
7 ist eine Querschnittsansicht eines zweiten Isolierabschnitts der Isolationsschicht des Positivelektrodenblatts und Abschnitte um den zweiten Isolierabschnitt herum, die entlang einer Linie C-C in 5 in Längsrichtung des Positivelektrodenblatts betrachtet werden.
8 ist eine Querschnittsansicht des zweiten Isolierabschnitts der Isolationsschicht des Positivelektrodenblatts und der Abschnitte um den zweiten Isolierabschnitt herum, die entlang einer Linie D-D in 5 in einer Projektionsrichtung der Positivelektrodenlasche betrachtet werden.
9 ist eine perspektivische Explosionsansicht, die schematisch eine Elektrodenanordnung einer Energiespeichervorrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.

Ausführungsformen der Erfindung
Im Folgenden wird eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf beigefügte Zeichnungen beschrieben. In dieser Spezifikation werden Begriffe, die „oberer“ und „unterer“ enthalten, die zur Angabe von Richtungen dienen, und Begriffe, die sich auf diese Begriffe beziehen und Richtungen angeben, zur Angabe von Richtungen in Bezug auf die räumliche Lage einer in den beigefügten Zeichnungen dargestellten Energiespeichervorrichtung verwendet. Diese Richtungen entsprechen nicht unbedingt den Richtungen der Energiespeichervorrichtung in einem tatsächlichen Nutzungszustand.
1 zeigt eine Energiespeichervorrichtung 1 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Energiespeichervorrichtung 1 ist eine Sekundärbatterie mit nichtwässrigem Elektrolyten, wie beispielsweise eine Lithium-Ionen-Batterie. Die vorliegende Erfindung ist jedoch ebenso auf verschiedene Energiespeichervorrichtungen anwendbar, darunter neben der Lithium-Ionen-Batterie auch ein Kondensator.
Wie in 1 dargestellt ist, umfasst die Energiespeichervorrichtung 1 ein Gehäuse 2, welches beispielsweise eine etwa rechtwinklige Parallelepiped-Form aufweist. Das Gehäuse 2 umfasst einen Gehäusekörper 3 mit einem Obere-Oberfläche-Öffnungsabschnitt, und einen Deckelkörper 4, der den Obere-Oberfläche-Öffnungsabschnitt des Gehäusekörpers 3 schließt.
Als ein Material für die Bildung des Gehäusekörpers 3 wird beispielsweise ein Metall wie Aluminium oder eine Aluminiumlegierung verwendet. Eine ganzflächige Abdeckung des Gehäusekörpers 3 kann beispielsweise durch eine Isolierschicht aus einem Harz (in der Zeichnung nicht dargestellt) erfolgen.
Der Deckelkörper 4 ist beispielsweise aus einer Metallplatte mit rechtwinkliger Form gebildet. Der Deckelkörper 4 ist durch Schweißen mit einem Öffnungs-Kantenabschnitt des Gehäusekörpers 3 verbunden. Ein externer Anschluss 11 einer Positivelektrode und ein externer Anschluss 12 einer Negativelektrode sind an einer Oberfläche des Deckelkörpers 4 befestigt.
Die jeweiligen externen Anschlüsse 11, 12 sind jeweils an einer Oberseite des Deckelkörpers 4 durch Abdichten, z.B. über die oberen Dichtungen 13, befestigt. Als Material für die Bildung der Außenanschlüsse 11, 12 wird beispielsweise ein Metall wie Aluminium, Kupfer oder Nickel verwendet.
Eine Gasabzugsöffnung 8 zum Entweichenlassen eines im Gehäusekörper 3 erzeugten Gases zur Außenseite des Gehäuses 2 hin und eine Elektrolytlösung-Füllöffnung (in der Zeichnung nicht dargestellt) sind für den Deckelkörper 4 vorgesehen. Die Elektrolytlösung-Füllöffnung ist durch einen Elektrolytlösung-Füllöffnungsstopfen 10 verschlossen.
Wie in 2 dargestellt ist, sind im Gehäuse 2 wenigstens eine Elektrodenanordnung 20 (entsprechend dem „Wickelkörper“ in den Ansprüchen), Stromkollektoren 15, die die Elektrodenanordnung 20 elektrisch mit den externen Anschlüssen 11, 12 der Positivelektrode und der Negativelektrode verbinden, und eine Elektrolytlösung (in der Zeichnung nicht dargestellt) gespeichert.
Der in 2 dargestellte Stromkollektor 15 ist ein Positivelektrode-Stromkollektor, der mit dem Außenanschluss 11 der Positivelektrode verbunden ist, wobei die Konfiguration des Positivelektrode-Stromkollektors 15 im Folgenden unter Bezugnahme auf 2 beschrieben wird, und wobei die Darstellung und Beschreibung eines an den Außenanschluss 12 der Negativelektrode angeschlossenen Negativelektrode-Stromkollektors weggelassen wird.
Obwohl der Negativelektrode-Stromkollektor die gleiche Konfiguration wie der nachfolgend beschriebene Positivelektrode-Stromkollektor 15 aufweist, kann der Negativelektrode-Stromkollektor die Konfiguration aufweisen, die sich von der Konfiguration des Positivelektrode-Stromkollektors 15 unterscheidet. Weiterhin können der Positivelektrode-Stromkollektor 15 und der Negativelektrode-Stromkollektor aus Materialien bestehen, die sich voneinander unterscheiden. Genauer gesagt, es wird beispielsweise ein Metall wie Aluminium als Material für die Bildung des Positivelektrode-Stromkollektors 15 verwendet, und ein Metall wie Kupfer wird beispielsweise als Material für die Bildung des Negativelektrode-Stromkollektors verwendet.
Der Stromkollektor 15 ist an einer Unterseite des Deckelkörpers 4 durch Abdichten, z.B. über eine untere Dichtung 14, befestigt. Der Stromkollektor 15 umfasst beispielsweise einen ersten flachen Plattenabschnitt 15a, der am Deckelkörper 4 befestigt ist, einen Verbindungsabschnitt 15b, der sich nach unten erstreckt, während er von einem Kantenabschnitt des ersten flachen Plattenabschnitts 15a gekrümmt ist, und einen zweiten flachen Plattenabschnitt 15c, der kontinuierlich mit dem ersten flachen Plattenabschnitt 15a über den Verbindungsabschnitt 15b ausgebildet und unter dem ersten flachen Plattenabschnitt 15a entgegengesetzt zugewandt angeordnet ist.
Der erste flache Plattenabschnitt 15a ist mit dem externen Anschluss 11 über einen Nietabschnitt (in der Zeichnung nicht dargestellt) elektrisch verbunden, der sich beispielsweise von dem externen Anschluss 11 nach unten erstreckt. Die später beschriebenen Laschen 35, die an der Elektrodenanordnung 20 ausgebildet sind, werden beispielsweise durch Ultraschallschweißen mit einer Unterseite des zweiten flachen Plattenabschnitts 15c verbunden. Bei einer solchen Konfiguration ist der externe Anschluss 11 elektrisch mit der Elektrodenanordnung 20 verbunden.
Ebenfalls in Bezug auf 3 und 4 ist die Elektrodenanordnung 20 so ausgebildet, dass ein Positivelektrodenblatt 21 (entsprechend „erstes Elektrodenblatt“ in den Ansprüchen), ein Negativelektrodenblatt 22 (entsprechend „zweites Elektrodenblatt“ in den Ansprüchen) und zwei Separatoren 23, 23, 23, die jeweils aus einem mikroporösen Harzblatt gebildet sind, jeweils eine längliche Laschenform mit einer festen Breite aufweisen, miteinander überlappen und zu einer annähernd länglichen Kreisform mit einem hohen Planheitsgrad gewickelt sind. Beide der zwei Separatoren 23, 23 sind zwischen einer Schicht des Positivelektrodenblatts 21 und einer Schicht des Negativelektrodenblatts 22 angeordnet, die angrenzend an eine Schicht des Positivelektrodenblatts 21 angeordnet ist. Die Separatoren 23, 23 sind größer als das Positivelektrodenblatt 21 und das Negativelektrodenblatt 22. Bei einer solchen Konfiguration ist eine äußerste Schicht der Elektrodenanordnung 20 aus den beiden Separatoren 23 gebildet.
Eine Achse der Wicklung (Wickelachse) des Positivelektrodenblatts 21, des Negativelektrodenblatts 22 und der zwei Separatoren 23, 23 wird durch das Symbol X in 3 konzeptionell gekennzeichnet. Die Elektrodenanordnung 20 ist im Inneren des Gehäusekörpers 3 in einer Haltung gelagert, in der sich die Wickelachse X im Wesentlichen in eine Richtung erstreckt, in der ein unterer Wandabschnitt und der in 1 dargestellte Obere-Oberfläche-Öffnungsabschnitt des Gehäusekörpers 3 einander zugewandt gegenüberliegen (in einer vertikalen Richtung in 1).
Wie in 3 dargestellt ist, bilden die jeweiligen Endabschnitte der Elektrodenanordnung 20 in einer Richtung, in der sich die Wickelachse X erstreckt, Endflächenabschnitte 20a, 20b, auf denen Kantenabschnitte des Positivelektrodenblatts 21 in einer Breitenrichtung (Querrichtung), Kantenabschnitte des Negativelektrodenblatts 22 in einer Breitenrichtung (Querrichtung) und Kantenabschnitte der Separatoren 23, 23 in einer Breitenrichtung (Querrichtung) angeordnet sind. Die Elektrodenanordnung 20 umfasst: ein Paar flacher Abschnitte 20c, 20c, die so angeordnet sind, dass sie einander zugewandt gegenüberliegend angeordnet sind, wobei die Wickelachse X dazwischen liegt und sich in einer Richtung, in der sich die Wickelachse X erstreckt, gerade parallel zueinander erstrecken; und ein Paar gekrümmter Abschnitte 20d, 20d, 20d, die sich in einer Richtung, in der sich die Wickelachse X erstreckt, halbkreisförmig gekrümmt erstrecken und das Paar flacher Abschnitte 20c, 20c miteinander verbinden.
Der flache Abschnitt 20c ist ein Abschnitt, der sich in seinem Design gerade erstreckt. In einem Zustand, in dem die Elektrodenanordnung 20 tatsächlich im Gehäuse 2 gelagert ist, ist der flache Abschnitt 20c nicht immer vollständig gerade angeordnet, und es kann einen Fall geben, in dem der flache Abschnitt 20c in einer gebogenen Weise angeordnet ist, obwohl der flache Abschnitt 20c insgesamt zu einer annähernd linearen Form gebildet sein kann.
Wie in 3 und 4 dargestellt ist, umfasst das Positivelektrodenblatt 21: eine streifenförmige Positivelektrode-Metallfolie 24; und positive Aktivmaterialschichten 25, die jeweils auf beiden Oberflächen der Positivelektrode-Metallfolie 24 ausgebildet sind. Kantenabschnitte auf beiden Seiten in Breitenrichtung (Querrichtung) der Positivelektrode-Metallfolie 24 sind in einer Längsrichtung der Positivelektrode-Metallfolie 24 geradlinig ausgedehnt ausgebildet. Auf einer Seite in Breitenrichtung der Positivelektrode-Metallfolie 24 (eine Unterseite in 3 und 4) ist die positive Aktivmaterialschicht 25 so gebildet, dass sie den Kantenabschnitt der Positivelektrode-Metallfolie 24 erreicht. Auf dem Kantenabschnitt auf der anderen Seite in Breitenrichtung der Positivelektrode-Metallfolie 24 (eine Oberseite in 3 und 4) ist die positive Aktivmaterialschicht 25 nicht gebildet, und es ist ein erster Aktivmaterial-Nicht-Ausbildungs-Abschnitt 34 gebildet, in dem die Positivelektrode-Metallfolie 24 freigelegt ist. Der erste Aktivmaterial-Nicht-Ausbildungs-Abschnitt 34 der Positivelektrode-Metallfolie 24 ist von einer wie beschriebenen Isolationsschicht 40 abgedeckt (siehe 5 bis 8). In 3 ist die Darstellung der Isolationsschicht 40 weggelassen.
Obwohl Aluminium als Material für die Bildung der Positivelektrode-Metallfolie 24 verwendet ist, kann beispielsweise ein von Aluminium verschiedenes Metall verwendet werden. Als positives Aktivmaterial können z.B. Lithiummanganat (LiMn₂O₄), Nickel-Kobalt-Lithium-Manganat (LiNi_xCo_yMn_1-x-yO₂), Lithium-Kobaltat (LiCoO₂), Lithium-Nickelat (LiNiO₂), Lithium-Eisen-Phosphat (LiFePO₄), Lithium-Mangan-Phosphat (LiMnPO₄) verwendet werden, welches Materialien sind, die durch Verwenden von Substitutions-Additiven in diesen Verbünden oder Mischungen dieser Verbünde gebildet werden. Es können jedoch auch andere Übergangsmetalloxide verwendet werden, die Lithium enthalten.
Das Negativelektrodenblatt 22 umfasst: eine streifenförmige Negativelektrode-Metallfolie 26; und Negativ-Aktivmaterialschichten 27, die jeweils auf beiden Oberflächen der Negativelektrode-Metallfolie 26 gebildet sind. Kantenabschnitte der Negativelektrode-Metallfolie 26 auf beiden Seiten in Breitenrichtung (Querrichtung) sind geradlinig in Längsrichtung der Negativelektrode-Metallfolie 26 ausgebildet. Auf beiden Seiten in Breitenrichtung der Negativelektrode-Metallfolie 26 (eine Oberseite und eine Unterseite in 3 und 4) sind die Negativ-Aktivmaterialschichten 27 so ausgebildet, dass sie die Kantenabschnitte der Negativelektrode-Metallfolie 26 erreichen. Bei einer solchen Konfiguration werden die jeweiligen ganzen Flächen der Negativelektrode-Metallfolie 26 von den Negativ-Aktivmaterialschichten 27 bedeckt.
Obwohl Kupfer als Material für die Bildung der Negativelektrode-Metallfolie 26 verwendet wird, kann beispielsweise auch ein von Kupfer verschiedenes anderes Metall verwendet werden. Als Negativ-Aktivmaterial wird z.B. Graphit verwendet. Es können jedoch Materialien verwendet werden, die Lithium einschließen können, wie z.B. andere Kohlenstoffmaterialien, Lithiummetall, eine Lithiumlegierung, Lithiumtitanat (Li₄Ti₅O₁₂), Silizium, Siliziummonoxid, oder Zinn, oder eine Mischung dieser Materialien.
In der nachstehenden Beschreibung werden eine Längsrichtung des Positivelektrodenblatts 21, eine Längsrichtung des Negativelektrodenblatts 22 und eine Längsrichtung des Separators 23 (Richtungen, die durch einen Pfeil P in 4 bis 8 gekennzeichnet sind) einfach als „Längsrichtung P“ bezeichnet, eine Querrichtung des Positivelektrodenblatts 21, eine Querrichtung des Negativelektrodenblatts 22 und eine Querrichtung des Separators 23 (eine Richtung, die durch einen Pfeil Q in 4 bis 8) werden einfach als „Querrichtung Q“ bezeichnet, und eine Dickenrichtung des Positivelektrodenblatts 21, eine Dickenrichtung des Negativelektrodenblatts 22 und eine Dickenrichtung des Separators 23 (Richtungen, die durch einen Pfeil R in 5 bis 8 gekennzeichnet sind) werden einfach als „Dickenrichtung R“ bezeichnet. Die Längsrichtung P entspricht der „ersten Richtung“ in den Ansprüchen. Die laterale Richtung Q entspricht der „zweiten Richtung“ in den Ansprüchen und ist eine Breitenrichtung parallel zur Wickelachse X (siehe 3) der Elektrodenanordnung 20.
Wie in 4 dargestellt ist, ist in der Querrichtung Q des Positivelektrodenblatts 21 und des Negativelektrodenblatts 22 eine Breite des Negativelektrodenblatts 22 größer eingestellt als eine Breite des Positivelektrodenblatts 21. Das Negativelektrodenblatt 22 ragt vom Kantenabschnitt des Positivelektrodenblatts 21 auf beiden Seiten in Querrichtung Q nach außen. Eine Breite des Separators 23 ist größer eingestellt als die Breite des Negativelektrodenblatts 22. Der Separator 23 ragt von einem Kantenabschnitt des Negativelektrodenblatts 22 auf beiden Seiten in Querrichtung Q nach außen.
Wie in 3 und 4 dargestellt ist, ist auf der Positivelektrode-Metallfolie 24 eine Mehrzahl von Positivelektrodenlaschen 35 (entsprechend der „ersten Lasche“ in den Ansprüchen), die in Querrichtung Q aus dem oben genannten ersten Aktivmaterial-Nicht-Ausbildungs-Abschnitt 34 nach außen ragen, der sich geradlinig entlang des Kantenabschnitts der Positivelektrode-Metallfolie 24 auf einer Seite (eine obere Seite in 3 und 4) in der Querrichtung Q erstreckt, in Abständen in Längsrichtung P gebildet. Der erste Aktivmaterial-Nicht-Ausbildungs-Abschnitt 34 und die Mehrzahl der Positivelektrodenlaschen 35 sind aus einem Blatt aus einer Positivelektrode-Metallfolie 24 gebildet, wobei die jeweiligen Positivelektrodenlaschen 35 integral mit dem ersten Aktivmaterial-Nicht-Ausbildungs-Abschnitt 34 verbunden sind. Die Positivelektrodenlasche35 bildet einen zweiten Aktivmaterial-Nicht-Ausbildungs-Abschnitt, wo eine Aktivmaterialschicht auf einer Oberfläche der Positivelektrode-Metallfolie 24 nicht gebildet ist.
Wie in 5 dargestellt ist, sind an einem proximalen Abschnitt 35a der Positivelektrodenlasche 35 abgerundete Abschnitte 35f an Eckabschnitten zwischen Kantenabschnitten der Positivelektrodenlasche 35 in Längsrichtung P und einem Kantenabschnitt des ersten Aktivmaterial-Nicht-Ausbildungs-Abschnitt 34 in Querrichtung Q gebildet. Die abgerundeten Abschnitte 35f, 35f sind an beiden Kantenabschnitten des proximalen Abschnitts 35a in Längsrichtung P gebildet. Mit einer solchen Konfiguration nimmt eine Breite des proximalen Abschnitts 35a in Längsrichtung P allmählich zu, wenn sich der proximale Abschnitt 35a dem ersten Aktivmaterial nähert. Durch die Bildung solcher abgerundeten Abschnitte 35f, 35f kann die auf den proximalen Abschnitt 35a der Positivelektrodenlasche 35, insbesondere auf die Eckabschnitte des proximalen Abschnitts 35a, ausgeübte Spannungskonzentration so verteilt sein, dass ein Bruch der positiven Lasche 35 am proximalen Abschnitt 35a unterdrückt werden kann. Das heißt, die Festigkeit des proximalen Abschnitts 35a der Positivelektrodenlasche 35 kann erhöht werden.
Wie in 3 und 4 dargestellt ist, sind auf der Negativelektrode-Metallfolie 26 in gleicher Weise wie auf den Positivelektrodenlaschen 35 auch eine Mehrzahl von Negativelektrodenlaschen 37 (entsprechend der „zweiten Lasche“ in den Ansprüchen) gebildet. Die Negativelektrodenlaschen 37 sind auf der gleichen Seite wie die Positivelektrodenlaschen 35 in der lateralen Richtung Q vorstehend ausgebildet. Der größte Teil des Abschnitts der Negativelektrodenlasche 37 mit Ausnahme eines proximalen Endabschnitts ist in einem Aktivmaterial-Nicht-Ausbildungs-Abschnitt gebildet, wo eine Aktivmaterialschicht auf der Oberfläche der Negativelektrode-Metallfolie 26 nicht gebildet ist.
Wie in 3 dargestellt ist, weist die Elektrodenanordnung 20, die durch Wickeln des Positivelektrodenblatts 21, des Negativelektrodenblatts 22 und der Separatoren 23, 23 in einem Zustand gebildet ist, wo das Positivelektrodenblatt 21 und das Negativelektrodenblatt 22 so angeordnet sind, dass sie sich mit dem dazwischen liegenden Separator 23, 23 überlappen, ein Positivelektrode-Laschenbündel 55 (entsprechend dem „ersten Laschenbündel“ in den Ansprüchen) auf, das durch Stapeln einer Mehrzahl von Positivelektrode-Laschen 35 gebildet ist. Das Positivelektrode-Laschenbündel 55 ist auf einem flachen Abschnitt 20c der Elektrodenanordnung 20 ausgebildet.
Die Negativelektrodenlaschen 37 sind beabstandet von den Positivelektrodenlaschen 35 in Längsrichtung P angeordnet, so dass es nicht möglich ist, dass sich die Positivelektrodenlaschen 35 und die Negativelektrodenlaschen 37 überlappen. In der Elektrodenanordnung 20 in einem Wickelzustand ist die Mehrzahl der Negativelektrodenlaschen 37 so ausgebildet, dass sie sich überlappen. Bei einer solchen Konfiguration ist ein Negativelektrode-Laschenbündel 57 gebildet, das das zweite Laschenbündel bildet.
Das Positivelektrode-Laschenbündel 55 und das Negativelektrode-Laschenbündel 57 ragen jeweils von einem Endflächenabschnitt 20a (der Endflächenabschnitt auf einer oberen Seite in 3) der Elektrodenanordnung 20 heraus. Weiterhin ragen das Positivelektrode-Laschenbündel 55 und das Negativelektrode-Laschenbündel 57 jeweils von einem Abschnitt (einer Betrachterseite in 3) des Paares der flachen Abschnitte 20c, 20c in Bezug auf eine Mittellinie Y, die sich in Längsrichtung erstreckt, heraus, wenn der Endflächenabschnitt 20a der Elektrodenanordnung 20 in der Richtung betrachtet wird, in der sich die Wickelachse X erstreckt.
Wie in 2 dargestellt ist, ist das Positivelektrode-Laschenbündel 55, das von einem flachen Abschnitt 20c der Elektrodenanordnung 20c vorsteht, mit dem Positivelektrode-Stromkollektor 15 in einem Zustand verbunden, wo das Positivelektrode-Laschenbündel 55 abfallend zur anderen flacher-Abschnitt-20c-Seite in Dickenrichtung Z (die Richtung orthogonal zur Wickelachse X und zur Mittellinie Y) der Elektrodenanordnung 20 gebogen ist.
In einem solchen Zustand sind die jeweiligen Positivelektrodenlaschen 35, die das Positivelektrode-Laschenbündel 55 bilden, an den proximalen Abschnitten 35a davon gekrümmt (Abschnitte, die von den proximalen Enden bis zu den Zwischenabschnitten reichen), wobei die Distalendseite-Abschnitte 35b (Abschnitte, die von den distalen Enden 35c bis zu den Zwischenabschnitten reichen) der jeweiligen Positivelektrodenlaschen 35b einer oberen Seite des Endflächenabschnitts 20a der Elektrodenanordnung 20 zugewandt sind und, gleichzeitig, entlang einer unteren Seite des zweiten flachen Plattenabschnitts 15c des Positivelektrode-Stromkollektors 15 angeordnet sind.
Das Positivelektrode-Laschenbündel 55 ist mit der unteren Seite des zweiten flachen Plattenabschnitts 15c des Positivelektrode-Stromkollektors 15c z.B. durch Ultraschallschweißen verbunden.
Bei einer solchen Konfiguration sind die jeweiligen Positivelektrodenlaschen 35 über den Positivelektrode-Stromkollektor 15 mit dem externen Anschluss 11 der Positivelektrode elektrisch verbunden.
Obwohl nicht in der Zeichnung dargestellt, sind die Negativelektrodenlaschen 37 ebenso elektrisch mit dem externen Anschluss 12 (siehe 1) der Negativelektrode durch den Negativ-Stromkollektor (in der Zeichnung nicht dargestellt) in einem Zustand verbunden, in dem die Negativelektrodenlaschen 37 in gleicher Weise gebogen sind wie die Positivelektrodenlaschen 35.
Im Folgenden werden die Isolationsschicht 40 des Positivelektrodenblatts 21 und die Konfiguration bezüglich der Isolationsschicht 40 mit Bezug auf 5 bis 8 beschrieben.
5 ist eine vergrößerte Ansicht, die die Positivelektrodenlasche35 und Abschnitte um die Positivelektrodenlasche35 herum zeigt, bei Betrachtung von einer Oberflächenseite des Positivelektrodenblatts 21 aus. 6 ist eine Querschnittsansicht vom ersten Aktivmaterial-Nicht-Ausbildungs-Abschnitts 34 und von Abschnitten um den ersten Aktivmaterial-Nicht-Ausbildungs-Abschnitt 34 herum an einem Abschnitt, der von der Positivelektrodenlasche 35 in Längsrichtung P verschoben ist, entlang einer Linie B-B in 5, mit Blick in Längsrichtung P. 7 ist eine Querschnittsansicht von der Positivelektrodenlasche 35 und von Abschnitten um die Positivelektrodenlasche 35 herum entlang einer Linie C-C in 5 mit Blick in der Längsrichtung P. 8 ist eine Querschnittsansicht von der Positivelektrodenlasche 35 und von Abschnitten um die Positivelektrodenlasche 35 herum entlang einer Linie D-D in 5 mit Blick in einer Projektionsrichtung (Querrichtung Q) der Positivelektrodenlasche 35.
Wie in 6 und 7 dargestellt ist, ist die Negativ-Aktivmaterialschicht 27 in Querrichtung Q stärker nach außen ragend angeordnet als die Positiv-Aktivmaterialschicht 25. Wenn es sich bei der Energiespeichervorrichtung 1 um eine Lithium-Ionen-Batterie handelt, können bei einer solchen Konfiguration Lithium-Ionen, die zum Zeitpunkt des Ladens der Energiespeichervorrichtung 1 von der Positiv-Aktivmaterialschicht 25 emittiert werden, leicht von der Negativ-Aktivmaterialschicht 27 eingeschlossen werden.
Wie in 5 bis 8 dargestellt ist, ist die Isolationsschicht 40 auf der Oberfläche der Positivelektrode-Metallfolie 24 so ausgebildet, dass die Isolationsschicht 40 benachbart zum Kantenabschnitt der Positiv-Aktivmaterialschicht 25 entlang eines Kantenabschnitts der Positiv-Aktivmaterialschicht 25 in Querrichtung Q angeordnet ist. Die Isolationsschicht 40 ist auf beiden Oberflächen der Positivelektrode-Metallfolie 24 ausgebildet. Die Isolationsschicht 40 umfasst einen ersten Isolationsschichtabschnitt 41, der auf dem ersten Aktivmaterial-Nicht-Ausbildungs-Abschnitt 34 der Positivelektrode-Metallfolie 24 ausgebildet ist, und einen zweiten Isolationsschichtabschnitt 42, der auf der Positivelektrodenlasche 35 ausgebildet ist, die den zweiten Aktivmaterial-Nicht-Ausbildungs-Abschnitt bildet.
Wie in 5 und 6 dargestellt ist, ist der erste Isolationsschichtabschnitt 41 auf Oberflächen des ersten Aktivmaterials auf beiden Seiten in gleicher Weise gebildet. Auf jeder Oberfläche des ersten Aktivmaterial-Nicht-Ausbildungs-Abschnitts 34 ist der erste Isolationsschichtabschnitt 41 entlang eines oberen Kantenabschnitts der Positiv-Aktivmaterialschicht 25 in der lateralen Richtung Q ausgebildet und bedeckt einen oberen Kantenabschnitt der Positiv-Aktivmaterialschicht 25.
Der erste Isolationsschichtabschnitt 41 ist in einer projizierenden Weise von einer oberen Endfläche 24a der Positivelektrode-Metallfolie 24 in Querrichtung Q vorstehend ausgebildet, und bedeckt die obere Endfläche 24a. Der erste Isolationsschichtabschnitt 41 ist über die gesamte Länge des ersten Aktivmaterial-Nicht-Ausbildungs-Abschnitts 34 in Längsrichtung P gebildet. Bei einer solchen Konfiguration sind Oberflächen des ersten Aktivmaterial-Nicht-Ausbildungs-Abschnitts 34 auf beiden Seiten und die obere Endfläche 24a des ersten Aktivmaterial-Nicht-Ausbildungs-Abschnitts 34 vollständig durch den ersten Isolationsschichtabschnitt 41 abgedeckt.
Wie in 5 dargestellt ist, ist der zweite Isolationsschichtabschnitt 42 in einem Bereich ausgebildet, der den proximalen Abschnitt 35a der Positivelektrodenlasche 35 umfasst. Genauer gesagt, ist der zweite Isolationsschichtabschnitt 42 auf einem Abschnitt der Positivelektrodenlasche 35 ausgebildet, der von einem proximalen Ende bis zu einem Zwischenabschnitt reicht. Ein distaler endseitiger Abschnitt 35b der Positivelektrodenlasche 35 wird freigelegt, ohne von der Isolationsschicht 40 abgedeckt zu werden, so dass der distale endseitige Abschnitt 35b und der oben genannte Stromkollektor 15 miteinander verbunden werden können.
Wie in 7 dargestellt ist, ist der zweite Isolationsschichtabschnitt 42 auf beiden Oberflächen der Positivelektrodenlasche 35 in gleicher Weise ausgebildet. Auf den jeweiligen Oberflächen der Positivelektrodenlasche 35 ist der zweite Isolationsschichtabschnitt 42 integral mit einer Außenseite des ersten Isolationsschichtabschnitts 41 in der Querrichtung Q verbunden. In der Querrichtung Q ist ein oberer Kantenabschnitt 42a des zweiten Isolationsschichtabschnitts 42 außerhalb eines oberen Kantenabschnitts 22a des Negativelektrodenblatts 22a und eines oberen Kantenabschnitts 23a des Separators 23 positioniert.
Wie oben beschrieben wurde, da der proximale Abschnitt 35a der Positivelektrodenlasche 35 von der Isolationsschicht 40 bedeckt ist, kann der proximale Abschnitt 35a durch die Isolationsschicht 40 verstärkt werden, wobei das Auftreten von Kurzschlüssen unterdrückt ist. Die Positivelektrodenlasche35 ist, wie oben beschrieben (siehe 2), zur Verbindung mit dem Stromkollektor 15 gebogen, so dass sich eine Beanspruchung auf den proximalen Abschnitt 35a, der durch Biegen gekrümmt ist, konzentrieren kann. Der proximale Abschnitt 35a ist jedoch durch die Isolationsschicht 40 verstärkt, so dass die Steifigkeit der Positivelektrodenlasche 35 erhöht werden kann, so dass die Haltbarkeit der Positivelektrodenlasche erhöht ist.
Weiterhin ist die Steifigkeit des proximalen Abschnitts 35a der Positivelektrodenlasche 35 durch die Isolationsschicht 40 erhöht, weshalb es möglich ist, die Durchbiegung der Positivelektrodenlasche 35 zu unterdrücken, die sich zum Zeitpunkt des Aufwickelns der Positivelektrodenlasche 21 in eine Dickenrichtung R der Positivelektrodenlasche 21 verformt. Dementsprechend tritt beim Überlappen der Mehrzahl von Positivelektrodenlaschen 35 durch Wickeln des Positivelektrodenblatts 21 der einhakende Eingriff zwischen den Positivelektrodenlaschen 35 minimal auf, so dass ein Bruch jeder Positivelektrodenlasche 35 unterdrückt werden kann. Weiterhin sind, wie vorstehend beschrieben wurde, die abgerundeten Abschnitte 35f, 35f auf dem proximalen Abschnitt 35a gebildet, weshalb, selbst wenn zum Zeitpunkt des Aufwickelns des Positivelektrodenblatts 21 eine Beanspruchung bzw. mechanische Spannung auf das Positivelektrodenblatt 21 ausgeübt wird, die Spannungskonzentration auf den proximalen Abschnitt 35a verringert ist, so dass die Festigkeit des proximalen Abschnitts 35a weiter erhöht ist.
Wie in 8 dargestellt ist, ragt der zweite Isolationsschichtabschnitt 42 der Isolationsschicht 40 von der Positivelektrodenlasche 35 auf beiden Seiten in Längsrichtung P nach außen und bedeckt Seitenkantenflächen 35d, 35e auf beiden Seiten der Positivelektrodenlasche 35. Bei einer solchen Konfiguration ist der proximale Abschnitt 35a der Positivelektrodenlasche 35 so ausgebildet, dass Oberflächen der Positivelektrodenlasche 35 auf beiden Seiten und Seitenkantenflächen 35d, 35e der Positivelektrodenlasche 35 auf beiden Seiten vom zweiten Isolationsschichtabschnitt 42 bedeckt sind.
Als Material zur Bildung der Isolationsschicht 40 wird ein Isoliermaterial mit hohem elektrischem Widerstand verwendet. Als ein spezifisches Material für die Bildung der Isolationsschicht 40 wird beispielsweise eine Mischung aus anorganischen und/oder organischen Partikeln und einem Bindemittel verwendet. Als anorganische Partikel werden beispielsweise Partikel aus Aluminiumoxid (Al₂O₃), SiO₂, ZrO₂, TiO₂ oder MgO verwendet, wobei als organische Partikel beispielsweise Polyimidpulver verwendet wird. Als das Bindemittel werden beispielsweise Polyvinylidenfluorid (PVDF), Polytetrafluorethylen (PTFE), Polyimid oder Polyamid verwendet.
Wie in 6 und 7 dargestellt ist, ist die Isolationsschicht 40 so angeordnet, dass die Isolationsschicht 40 der Negativ-Aktivmaterialschicht 27 mit dem dazwischen liegenden Separator 23 zugewandt ist. Insbesondere ragt der zweite Isolationsschichtabschnitt 42 der Isolationsschicht 40 aus dem oberen Kantenabschnitt 23a des Separators 23a in Querrichtung Q heraus. Dementsprechend, selbst wenn ein Abschnitt, wo der Separator 23 nicht zwischen dem ersten Aktivmaterial-Nicht-Ausbildungs-Abschnitt 34 und dem proximalen Abschnitt 35a der Positivelektrodenlasche 35 des Positivelektrodenblatts 21 und der Negativ-Aktivmaterialschicht 27 gebildet ist aufgrund verschiedener Ursachen, einschließlich Positionsverschiebungen, Schrumpfung oder Bruch des Separators 23, so dass das Positivelektrodenblatt 21 und das Negativelektrodenblatt 22 zufällig miteinander in Kontakt gebracht sind, ist die Isolationsschicht 40, die einen Metallabschnitt des Positivelektrodenblatts 21 bedeckt, zwischen der Metallfolie 24 am ersten Aktivmaterial-Nicht-Ausbildungs-Abschnitt 34 und der Positivelektrodenlasche 35 und der Negativ-Aktivmaterialschicht 27 angeordnet, weshalb das Auftreten eines Kurzschlusses verhindert werden kann.
Wie in 6 und 8 dargestellt ist, bedeckt die Isolationsschicht 40 nicht nur die Oberflächen des ersten Aktivmaterial-Nicht-Ausbildungs-Abschnitt 34 und des proximalen Abschnitts 35a der Positivelektrodenlasche 35 auf beiden Seiten, sondern auch die obere Endfläche 24a des ersten Aktivmaterial-Nicht-Ausbildungs-Abschnitt 34 und die Seitenkantenflächen 35d, 35e der Positivelektrodenlasche 35e, weshalb das Auftreten von Kurzschlüssen weiter effektiv unterdrückt werden.
Unter der Annahme, dass ein Metall, wie beispielsweise Kupfer, das bei einem Positivelektrodenpotential schmilzt, in die Positivelektrode-Metallfolie 24 eingemischt wird, schmilzt dieses Metall auf der Positivelektrode-Metallfolie 24. Wenn sich dieses geschmolzene Metall auf dem Negativelektrodenblatt 22 niederschlägt und die Ausfällung des Metalls wächst und mit dem Positivelektrodenblatt 21 in Kontakt gebracht wird, dann kommt es zu einem Kurzschluss.
Gemäß dieser Ausführungsform ist jedoch, wie in 6 und 7 dargestellt ist, die Positivelektrode-Metallfolie 24 von der Isolationsschicht 40 bedeckt, und somit kann das Schmelzen von Metall auf der Positivelektrode-Metallfolie 24, die in der Nähe des Negativelektrodenblatts 22 angeordnet ist, verhindert werden, so dass die Ausfällung von Metall auf dem Negativelektrodenblatt 22 unterdrückt werden kann, wodurch das Auftreten von Kurzschlüssen, die auf den Metallfälligkeit zurückzuführen sind, verhindert werden kann.
Weiterhin wird die obere Endfläche 24a des ersten Aktivmaterial-Nicht-Ausbildungs-Abschnitt 34 von der Isolationsschicht 40 abgedeckt, so dass unter Unterdrückung eines Kurzschlusses an der oberen Endfläche 24a die obere Endfläche 24a leicht in der Nähe des oberen Kantenabschnitts 23a des Separators 23a angeordnet sein kann, der außerhalb der oberen Endfläche 24a in Querrichtung Q angeordnet ist. Dementsprechend kann die Positivelektrode-Metallfolie 24 in Querrichtung Q erweitert werden, um die Batteriekapazität zu erhöhen.
Die Positivelektrodenlasche 35 wird gebildet, indem die Positivelektrode-Metallfolie 24 in eine vorbestimmte Form geschnitten wird. Genauer gesagt, können die Positivelektrodenlaschen 35 durch Schneiden von Abschnitten der Positivelektrode-Metallfolie 24 gebildet werden, mit Ausnahme von Abschnitten der Positivelektrode-Metallfolie 24, die den Positivelektrodenlaschen 35 an einem Kantenabschnitt der Positivelektrode-Metallfolie 24 in Querrichtung Q entsprechen.
Die oben genannte obere Endfläche 24a des ersten Aktivmaterial-Nicht-Ausbildungs-Abschnitts 34 und die Seitenkantenflächen 35d, 35e der Positivelektrodenlasche 35d, 35e werden durch Schneiden der Positivelektrode-Metallfolie 24 wie oben beschrieben gebildet, wobei, danach, die Isolationsschicht 40 gebildet ist. Auf diese Weise erfolgt die Bildung der Isolationsschicht 40 nach dem Schneiden der Positivelektrode-Metallfolie 24, weshalb die Endfläche 24a des ersten Aktivmaterial-Nicht-Ausbildungs-Abschnitts 34 und die Seitenkantenflächen 35d, 35e der Positivelektrodenlasche 35d, 35e durch die Isolationsschicht 40 abgedeckt sein können.
Die Isolationsschicht 40 ist durch Anwenden eines pastenartigen Materials durch Beschichten, z.B. im Schlitzdüsenverfahren, ausgebildet. Jedoch ist ein Verfahren zum Bilden der Isolationsschicht 40 nicht auf ein solches Verfahren beschränkt. So kann beispielsweise die Isolationsschicht 40 durch elektrostatische Pulverbeschichtung gebildet sein.
Obwohl die vorliegende Erfindung bisher mit Bezug auf die oben genannte Ausführungsform beschrieben wurde, ist die vorliegende Erfindung nicht auf die oben genannte Ausführungsform beschränkt.
So wird beispielsweise in der oben genannten Ausführungsform die Beschreibung in Bezug auf die Energiespeichervorrichtung 1 vorgenommen, die eine sogenannte Wicklungs-Typ-Elektrodenanordnung 20 umfasst. Die vorliegende Erfindung gilt jedoch auch für eine Energiespeichervorrichtung, die eine sogenannte Stapel-Typ-Elektrodenanordnung 120 (entsprechend dem „geschichteten Produkt“ in den Ansprüchen) umfasst, wie sie beispielsweise in 9 dargestellt ist.
Die in 9 dargestellte Elektrodenanordnung 120 ist ein geschichtetes Produkt, das aus einer Mehrzahl von Positivelektrodenblättern 121 (entsprechend „erstes Elektrodenblatt“ in den Ansprüchen) und einer Mehrzahl von Negativelektrodenblättern 122 (entsprechend „zweites Elektrodenblatt“ in den Ansprüchen) gebildet ist, wobei das Positivelektrodenblatt 121 und das Negativelektrodenblatt 122 abwechselnd mit einem dazwischen angeordneten Separator 123 gestapelt sind. Jedes Positivelektrodenblatt umfasst einen ersten Aktivmaterial-Nicht-Ausbildungs-Abschnitt 34 und eine Positivelektrodenlasche 35, die einen zweiten Aktivmaterial-Nicht-Ausbildungs-Abschnitt in der gleichen Weise wie die oben genannte Ausführungsform bildet, und jedes Negativelektrodenblatt 122 umfasst eine Negativelektrodenlasche 37 in der gleichen Weise wie die oben genannte Ausführungsform. Die Elektrodenanordnung 120 umfasst: ein Positivelektrode-Laschenbündel, das durch Stapeln der auf den jeweiligen Positivelektrodenblättern 121 gebildeten Positivelektrodenlaschen 35 gebildet ist; und ein Negativelektrode-Laschenbündel, das durch Stapeln der auf den jeweiligen Negativelektrodenblättern 122 gebildeten Negativelektrodenlaschen 37 gebildet ist.
Auch in einer solchen Stapel-Typ-Elektrodenanordnung 120 kann die Energiespeichervorrichtung dieser Ausführungsform, durch Bilden einer Isolationsschicht 40 auf dem ersten Aktivmaterial-Nicht-Ausbildungs-Abschnitt 34 und Positivelektrodenlaschen 35 des jeweiligen Positivelektrodenblatts 121 in der gleichen Weise wie die vorgenannte Ausführungsform, im Wesentlichen die gleichen vorteilhaften Effekte wie die vorgenannte Ausführungsform erlangen, wie z.B. einen Effekt, dass ein proximaler Abschnitt der Lasche 35, die einer Beanspruchungskonzentration durch Biegen der Positivelektrodenlasche 35 unterworfen ist, durch eine Isolationsschicht verstärkt werden kann.
Weiterhin wurde, in der oben genannten Ausführungsform, die Beschreibung am Beispiel des Falles vorgenommen, wo die „erste Richtung“, in der sich der Kantenabschnitt des Positivelektrodenblatts 21, das den ersten Aktivmaterial-Nicht-Ausbildungs-Abschnitt 34 bildet, erstreckt, und die „zweite Richtung“, in der die Positivelektrodenlasche 35 aus dem Kantenabschnitt herausragt, orthogonal zueinander sind. Bei der vorliegenden Erfindung kann jedoch die zweite Richtung in Bezug auf die Richtung orthogonal zur ersten Richtung geneigt sein.
In der oben genannten Ausführungsform wurde die Beschreibung am Beispiel des Falles vorgenommen, dass das erste Elektrodenblatt, auf dem die Isolationsschicht gebildet ist, das Positivelektrodenblatt ist. Die vorliegende Erfindung gilt jedoch auch für den Fall, dass das erste Elektrodenblatt ein Negativelektrodenblatt ist.
In der vorliegenden Erfindung muss eine Metallfolie des ersten Elektrodenblatts nicht immer nur aus Metall bestehen, wobei eine leitfähige Überzugsschicht (Film) aus einem Harz oder dergleichen auf einer Metalloberfläche ausgebildet sein kann.
In der vorliegenden Erfindung kann die auf der Oberfläche der Metallfolie des ersten Elektrodenblatts gebildete Isolationsschicht überlappend auf der Oberfläche des Kantenabschnitts der Aktivmaterialschicht oder kann auf der gesamten Oberfläche der Aktivmaterialschicht durch Überbeschichtung ausgebildet sein.
In der oben genannten Ausführungsform wurde die Beschreibung am Beispiel eines Falles vorgenommen, bei dem die Isolationsschicht nicht nur auf den Oberflächen der Metallfolie des ersten Elektrodenblatts gebildet ist, sondern auch auf den Endflächen der Metallfolie des ersten Elektrodenblatts gebildet ist. Bei der vorliegenden Erfindung kann es jedoch vorkommen, dass die Isolationsschicht nicht immer auf den Endflächen der Metallfolie gebildet ist. Wenn die Isolationsschicht nicht auf den Endflächen der Metallfolie gebildet ist, kann das Schneiden des ersten Elektrodenblatts zum Bilden der ersten Lasche durchgeführt werden, nachdem die Isolationsschicht auf den Oberflächen der Metallfolie gebildet wurde.
Weiterhin wurde in der oben genannten Ausführungsform die Beschreibung vorgenommen, indem man als Beispiel denjenigen Fall nimmt, dass die abgerundeten Abschnitte auf dem proximalen Abschnitt der ersten Lasche gebildet werden. In der vorliegenden Erfindung müssen die abgerundeten Abschnitte jedoch nicht immer auf dem proximalen Abschnitt der ersten Lasche ausgebildet sein.
Bezugszeichenliste

1: Energiespeichervorrichtung
2: externer Anschluss Positivelektrode
15: Stromkollektor mit Positivelektrode
20: Elektrodenanordnung (Wickelkörper)
20c: flacher Abschnitt
20d: gekrümmter Abschnitt
21: Positivelektrodenblatt (erstes Elektrodenblatt)
22: Negativelektrodenblatt (zweites Elektrodenblatt)
22a: Kantenabschnitt des Negativelektrodenblatts
23: Separator
23a: Kantenabschnitt des Separators
24: Positivelektrode-Metallfolie
24a: Endfläche der Positivelektrode-Metallfolie
25: Positiv-Aktivmaterialschicht
34: erster Aktivmaterial-Nicht-Ausbildungs-Abschnitt
35: Positivelektrodenlasche (erste Lasche) (zweiter Aktivmaterial-Nicht-Ausbildungs-Abschnitt)
35a: proximaler Abschnitt der Positivelektrodenlasche
35c: distales Ende der Positivelektrodenlasche
35d, 35e: Seitenkantenfläche der Positivelektrodenlasche
37: Negativelektrodenlasche (zweite Lasche)
40: Isolationsschicht
41: erster Isolationsschichtabschnitt
42: zweiter Isolationsschichtabschnitt
42a: Kantenabschnitt des zweiten Isolationsschichtabschnitts
55: Positivelektrode-Laschenbündel (erstes Laschenbündel)
57: Negativelektrode-Laschenbündel (zweites Laschenbündel)
120: Elektrodenanordnung (geschichtetes Produkt)
121: Positivelektrodenblatt (erstes Elektrodenblatt)
122: Negativelektrodenblatt (zweites Elektrodenblatt)
123: Separator
P: Längsrichtung des Blatts (erste Richtung)
Q: Querrichtung des Blatts (zweite Richtung)
X: Wickelachse

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 5354042 [0005]

Claims

Energiespeichervorrichtung, umfassend: ein erstes Elektrodenblatt; und ein zweites Elektrodenblatt, das auf dem ersten Elektrodenblatt gestapelt ist, wobei ein Separator zwischen dem ersten Elektrodenblatt und dem zweiten Elektrodenblatt angeordnet ist, und eine Polarität aufweist, die sich von einer Polarität des ersten Elektrodenblattes unterscheidet, wobei das erste Elektrodenblatt umfasst: eine Metallfolie mit einem Kantenabschnitt, der sich in einer ersten Richtung geradlinig erstreckt, und mit einer ersten Lasche, die sich von dem Kantenabschnitt in eine zweite Richtung erstreckt, die sich mit der ersten Richtung kreuzt; eine Aktivmaterialschicht, die auf einer Oberfläche der Metallfolie gebildet ist; und eine Isolationsschicht, die auf der Oberfläche der Metallfolie gebildet ist, wobei ein Abschnitt, der sich entlang des Kantenabschnitts erstreckt, und die erste Lasche der Metallfolie zu einem Aktivmaterial-Nicht-Ausbildungs-Abschnitt gebildet sind, in dem die Aktivmaterialschicht nicht gebildet ist, und wobei die Isolationsschicht auf dem Aktivmaterial-Nicht-Ausbildungs-Abschnitt gebildet ist.
Energiespeichervorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Isolationsschicht in einem Bereich des Aktivmaterial-Nicht-Ausbildungs-Abschnitts gebildet ist, der einen proximalen Abschnitt der ersten Lasche umfasst.
Energiespeichervorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Isolationsschicht in einem Abschnitt gebildet ist, in dem die Aktivmaterialschicht nicht gebildet ist, welcher zumindest ein proximales Ende der ersten Lasche umfasst.
Energiespeichervorrichtung nach Anspruch 2, wobei die erste Lasche an ihrem proximalen Abschnitt abgerundet ist.
Energiespeichervorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, wobei die erste Lasche an einem Eckabschnitt der ersten Lasche abgerundet ist.
Energiespeichervorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, wobei die Isolationsschicht in einem Abschnitt gebildet ist, der die abgerundeten Abschnitte beinhaltet.
Energiespeichervorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, weiterhin umfassend einen Stromkollektor, der das erste Elektrodenblatt elektrisch mit einem externen Anschluss verbindet, wobei die erste Lasche mit dem Stromkollektor in einem gebogenen Zustand verbunden ist.
Energiespeichervorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, weiterhin aufweisend einen Stromkollektor, der das erste Elektrodenblatt elektrisch mit einem externen Anschluss verbindet, wobei die erste Lasche gekrümmt ist und mit dem Stromkollektor verbunden ist.
Energiespeichervorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, wobei wobei ein Distalendseite-Abschnitt der ersten Lasche sich entlang einer dritten Richtung erstreckt, welcher senkrecht zur ersten Richtung und zur zweiten Richtung verläuft.
Energiespeichervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Isolationsschicht mit der Aktivmaterialschicht in der zweiten Richtung angeordnet ist und intergral mit der Aktivmaterialschicht verbunden ist.
Energiespeichervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die Isolationsschicht in einer Dickenrichtung des ersten Elektrodenblatts mit der Aktivmaterialschicht in Kontakt ist.
Energiespeichervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei wobei die Isolationsschicht weiter auf der Aktivmaterialschicht gebildet ist
Energiespeichervorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 12, wobei sich ein Abschnitt der auf einer Oberfläche der ersten Lasche gebildeten Isolationsschicht von einem Kantenabschnitt des Separators in die zweite Richtung erstreckt.
Energiespeichervorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 12, wobei ein oberer Kantenabschnitt der Isolationsschicht ausserhalb eines oberen Kantenabschnitts des Separators gebildet ist.
Energiespeichervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei die Isolationsschicht ebenso auf einer Endfläche der Metallfolie im Aktivmaterial-Nicht-Ausbildungs-Abschnitt ausgebildet ist.
Energiespeichervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, wobei das zweite Elektrodenblatt einen Kantenabschnitt aufweist, der sich geradlinig in die erste Richtung erstreckt, und eine zweite Lasche, die sich in die zweite Richtung vom Kantenabschnitt erstreckt, und wobei die erste Lasche und die zweite Lasche in der zweiten Richtung zur gleichen Seite vorstehen, und in der ersten Richtung in einer voneinander beabstandeten Art und Weise angeordnet sind.
Energiespeichervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, wobei das erste Elektrodenblatt eine Mehrzahl der ersten Laschen aufweist, die in der ersten Richtung in einer beabstandeten Art und Weise angeordnet sind, wobei ein Wickelkörper gebildet ist, indem das erste Elektrodenblatt und das zweite Elektrodenblatt um eine Achse parallel zur zweiten Richtung gewickelt sind, während das erste Elektrodenblatt und das zweite Elektrodenblatt so ausgebildet sind, dass sie sich mit dem dazwischen angeordneten Separator überlappen, und wobei der Wickelkörper ein erstes Laschenbündel aufweist, das durch Stapeln der Mehrzahl der ersten Laschen gebildet ist.
Energiespeichervorrichtung nach Anspruch 17, wobei der Wickelkörper ein Paar flacher Abschnitte umfasst, die sich in gerader Weise parallel zueinander erstrecken, bei Betrachtung in einer Richtung, in der sich die Achse erstreckt, und ein Paar gebogener Abschnitte umfasst, die das Paar flacher Abschnitte miteinander verbinden, und wobei das erste Laschenbündel dem flachen Abschnitt zugeführt ist.
Energiespeichervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, wobei die Energiespeichervorrichtung ein geschichtetes Produkt umfasst, das aus einer Mehrzahl der ersten Elektrodenblätter und einer Mehrzahl der zweiten Elektrodenblätter gebildet ist, wobei das erste Elektrodenblatt und das zweite Elektrodenblatt abwechselnd mit dem zwischen dem ersten Elektrodenblatt und dem zweiten Elektrodenblatt angeordneten Separator gestapelt sind, und das geschichtete Produkt das erste Laschenbündel umfasst, das durch Stapeln der ersten Laschen gebildet ist, die jeweils auf der Mehrzahl der ersten Elektrodenblätter gebildet sind.