CN101719542A - 电池电极和电池电极的制造方法 - Google Patents

电池电极和电池电极的制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供电池电极和电池电极的制造方法。所述电池电极具有内部电极层和外部电极层。所述电池电极的制造方法包括：组合物制备工序，制备含有粒径比多孔集电体(5)的孔径大的第一电极材料(1)及粒径比所述多孔集电体(5)的孔径小的第二电极材料(2)的电极层形成用组合物(4)；和涂布工序，在所述多孔集电体(5)上涂布所述电极层形成用组合物(4)。

Description

电池电极和电池电极的制造方法
技术领域
本发明涉及能够容易地形成多层结构的电极层的电池电极和电池电极的制造方法。
背景技术
金属空气电池、锂电池及燃料电池等化学电池中使用的电极通常具有集电体和形成于该集电体上的电极层。近年来，为了提高电池电极的性能，进行了将电极层多层化的尝试。
例如，日本特开2006-286414中公开了一种用于非水电解质空气电池的正极，其具有组成不同的两个层。具体而言，公开了一种正极，其具有：在空气孔侧形成的具有氧还原能力的层和在负极侧形成的具有锂离子吸附能力的层。另外，日本特开2006-286414中，作为形成这种正极的方法，列举了将两个层分别成形为膜状后将两层与集电体一起重叠的方法、和依次涂布含有构成各层的成分的组合物的方法等。
日本特开平7-320744中公开了一种用于金属空气电池或燃料电池的电极，其具有含有催化剂的活性层和具有防水性的阻挡层。另外，日本特开平7-320744中，作为形成这种电极的方法，列举了使用含有构成各层的成分的分散液，利用过滤装置依次淀积的方法。
日本特开2006-286414及日本特开平7-320744记载的方法均为将形成单层的操作进行组合的方法。因此，存在制造工序多、操作繁杂的问题。
发明内容
本发明是鉴于上述问题而进行的，提供能够容易地形成多层结构的电极层的电池电极和电池电极的制造方法。
因此，根据本发明的一个观点，提供一种电池电极的制造方法，其特征在于，包括：组合物制备工序，制备电极层形成用组合物，所述电极层形成用组合物含有粒径比多孔集电体的孔径大的第一电极材料和粒径比所述多孔集电体的孔径小的第二电极材料；和涂布工序，在所述多孔集电体上涂布所述电极层形成用组合物。
根据如上所述的电池电极的制造方法，通过将多孔集电体与粒径不同的两种以上电极材料组合使用，能够容易地形成多层结构的电极层。由此，能够容易地得到性能优良的电池电极。
另外，优选所述第一电极材料和所述第二电极材料为相互不同的材料。其原因在于材料选择的范围广，能够得到性能优良的各种电池电极。
另外，优选所述第一电极材料和所述第二电极材料分别为催化剂、导电材料、防水材料、活性物质或固体电解质。其原因在于能够得到性能优良的各种电池电极。
另外，优选所述多孔集电体的材料为金属材料或碳材料。其原因在于电子传导性优良。
另外，优选所述电池电极为金属空气电池用电极。其原因在于与锂电池相比，能够进一步实现高容量化。
另外，优选所述第一电极材料为催化剂，所述第二电极材料为导电材料，所述多孔集电体为使用碳材料的集电体。其原因在于能够得到发电效率优良的空气极。
另外，根据本发明的另一观点，提供一种电池电极，其特征在于，具备：多孔集电体；内部电极层，形成于所述多孔集电体的表面内部，且含有粒径比所述多孔集电体的孔径小的第二电极材料；和外部电极层，形成于所述内部电极层上，且含有粒径比所述多孔集电体的孔径大的第一电极材料。
根据如上所述的电池电极，通过设置形成于集电体内部的内部电极层和形成于集电体外部的外部电极层，能够得到性能优良的电池电极。
本发明具有可得到能够容易地形成多层结构的电极层的电池电极和电池电极的制造方法的效果。
附图说明
参照附图在本发明的具体实施方式中对本发明的特征、优点和产业实用性进行说明。
图1A、图1B、图1C是表示本发明的电池电极的制造方法的一例的示意剖面图；
图2A、图2B、图2C是对实施例使用的碳纸及实施例得到的电池电极进行SEM观察的结果；
图3A、图3B、图3C是对实施例得到的电池电极进行EDX分析的结果。
具体实施方式
下面，对本发明的电池电极的制造方法及电池电极进行具体说明。
首先，对本发明的电池电极的制造方法进行说明。本发明的电池电极的制造方法的特征在于，包括：组合物制备工序，制备电极层形成用组合物，所述电极层形成用组合物含有粒径比多孔集电体的孔径大的第一电极材料和粒径比所述多孔集电体的孔径小的第二电极材料；和涂布工序，在所述多孔集电体上涂布所述电极层形成用组合物。
根据本发明，通过将多孔集电体与粒径不同的两种以上电极材料组合使用，能够容易地形成多层结构的电极层。由此，能够容易地得到性能优良的电池电极。另外，通过简化制造工序，能够实现制造效率的提高和成本的降低。
图1A～图1C是表示本发明的电池电极的制造方法的一例的示意剖面图。图1A～图1C所示的电池电极的制造方法中，首先，如图1A所示，制备含有下述材料的电极层形成用组合物4：粒径比多孔集电体的孔径大的第一电极材料1、粒径比多孔集电体的孔径小的第二电极材料2和分散、溶解于溶剂中的粘结材料3。接着，如图1B所示，在多孔集电体5的表面上涂布电极层形成用组合物4。由此，如图1C所示，能够得到电池电极13，其中，具备：多孔集电体5；内部电极层11，形成于多孔集电体5的表面内部，且含有第二电极材料2及粘结材料(未图示)；和外部电极层12，形成于内部电极层11上，且含有第一电极材料1及粘结材料3。
接着，对本发明的第一电极材料的粒径、第二电极材料的粒径及多孔集电体的孔径的关系进行说明。本发明中，多孔集电体的孔径如下定义。即，根据起泡点法(ASTMF316-86、JISK3832)和半干法(ASTME1294-89)，将累积过滤流量为90％的瓶颈孔径设为本发明的多孔集电体的孔径。另外，多孔集电体的瓶颈孔径分布可以通过自动孔径分布检测仪Perm-Porometer(PMI公司制)测定。多孔集电体的孔径只要是比第一电极材料的粒径小、且比第二电极材料的粒径大的值，则没有特别限制，例如在1μm～50μm的范围内，其中特别优选在5μm～30μm的范围内。
另外，本发明中，第一电极材料的粒径如下定义。即，为了测定电极材料的粒径分布，进行粒度分布测定，将d50的值设为本发明的第一电极材料的粒径。第一电极材料的粒径通常比多孔集电体的孔径大，第一电极材料的粒径与多孔集电体的孔径之差例如优选为1μm以上，更优选在5μm～25μm的范围内。另外，第一电极材料的粒径例如在10μm～100μm的范围内，其中优选在5μm～25μm范围内。
另外，本发明中，第二电极材料的粒径可以通过与上述第一电极材料相同的方法进行定义。第二电极材料的粒径通常比多孔集电体的孔径小，多孔集电体的孔径与第二电极材料的粒径之差例如优选为1μm以上，更优选在5μm～20μm的范围内。另外，第二电极材料的粒径例如在0.01μm～10μm的范围内，其中优选在0.1μm～10μm的范围内。下面，对本发明的电池电极的制造方法，逐个工序进行说明。
首先，对本发明的组合物制备工序进行说明。本发明的组合物制备工序是制备含有粒径比多孔集电体的孔径大的第一电极材料及粒径比所述多孔集电体的孔径小的第二电极材料的电极层形成用组合物的工序。电极层形成用组合物可以通过将电极材料等混合而得到。
(1)电极层形成用组合物
如上所述，本发明的电极层形成用组合物至少含有第一电极材料和第二电极材料。另外，本发明中，可以分别使用两种以上的第一电极材料和第二电极材料。另外，电极层形成用组合物优选含有粘结材料。其原因在于能够提高电极材料的粘合性。根据需要，电极层形成用组合物还可以含有溶剂。通过添加溶剂，能够提高电极材料等的分散性，或者能够容易地进行组合物的粘度调节。
作为第一电极材料和第二电极材料，可以列举例如：催化剂、导电材料、防水材料、活性物质及固体电解质等。对于这些材料的具体例或组合在后述的“(2)第一电极材料和第二电极材料的组合”中详细说明。另外，电极层形成用组合物中第一电极材料和第二电极材料的含量优选根据目标电池电极进行适当设定。
另外，本发明中使用的粘结材料只要能够固定电极材料，则没有特别限制，优选化学稳定性高的材料。其原因在于通过电极反应能够抑制电极层劣化。作为这种粘结材料，可以列举例如：聚偏氯乙烯(PVDF)、聚偏氯乙烯-六氟丙烯(PVDF-HFP)、聚四氟乙烯(PTFE)等含氟粘结材料。电极层形成用组合物中粘结材料的含量只要是能够确保电极材料的粘合性的程度的量即可，优选含量更少。
另外，本发明中使用的溶剂只要能够分散电极材料和粘结材料，则没有特别限制，优选挥发性高的溶剂。作为上述溶剂，可以列举例如：丙酮、N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)、N，N-二甲基乙酰胺(DMA)、N，N-二甲基甲酰胺(DMF)、甲乙酮(MEK)及四氢呋喃(THF)等。
本发明的电极层形成用组合物的固体成分浓度优选根据渗透到多孔集电体的内部的第二电极材料的量来适当设定。通常，电极层形成用组合物的固体成分浓度越低，越能够使第二电极材料向多孔集电体的内部深入渗透。电极层形成用组合物的固体成分浓度例如在5％～50％的范围内，其中优选在10％～20％的范围内。另外，固体成分浓度可以通过下式算出。
电极层形成用组合物的固体成分浓度(％)＝(80℃下、Ar气氛中干燥1小时后的组合物浓度)/(干燥前的组合物浓度)×100
(2)第一电极材料和第二电极材料的组合
下面，对本发明的第一电极材料和第二电极材料的组合进行说明。本发明中，第一电极材料和第二电极材料可以是相同的材料，也可以是不同的材料。前一种情况下，使用只有粒径不同的电极材料制作电池电极。另一方面，后一种情况还可以进一步分为使用功能相同的材料的情况和使用功能不同的材料的情况。作为使用功能相同的材料的情况的一例，可以列举第一电极材料为催化剂、并且第二电极材料为与上述催化剂不同的材料的催化剂。与此相对，作为使用功能不同的材料的情况的一例，可以列举第一电极材料为催化剂、并且第二电极材料为导电材料的情况。
另外，通过本发明得到的电池电极例如可以用于化学电池。作为化学电池，可以列举例如：金属空气电池、锂电池及燃料电池等。下面，根据电池种类对电极材料的组合逐一进行说明。
对得到金属空气电池用电极的情况进行说明。该情况下，根据本发明能够得到金属空气电池用的空气极或负极。作为空气极的电极层中所含的电极材料，可以列举例如：催化剂、导电材料及防水材料等。另外，催化剂也可以由导电材料负载。另外，例如在全固态电池的情况下，也可以使用固体电解质。作为上述催化剂，可以列举例如二氧化锰和酞菁钴等。作为上述导电材料，可以列举例如：中孔炭、石墨、乙炔黑、碳纳米管和碳纤维等。作为上述固体电解质，可以列举例如聚合物电解质和无机固体电解质等。作为上述防水材料，可以列举例如防水聚合物。另外，作为上述防水聚合物，具体可以列举FAS(氟烷基硅烷)类防水聚合物等。
本发明中，空气极的电极层中所含的电极材料可以任意组合。作为该情况下的电极材料的组合，可以列举例如：使用催化剂作为第一电极材料、使用导电材料作为第二电极材料的组合；使用催化剂作为第一电极材料、使用负载有催化剂的导电材料作为第二电极材料的组合；使用固体电解质作为第一电极材料、使用负载有催化剂的导电材料作为第二电极材料的组合；使用负载有催化剂的导电材料作为第一电极材料、使用防水材料作为第二电极材料的组合等。
另一方面，作为金属空气电池的负极的电极层中所含的电极材料，可以列举例如负极活性物质和导电材料等。另外，例如在全固态电池的情况下，也可以使用固体电解质。上述负极活性物质只要能吸附和/或释放金属离子，则没有特别限制。作为锂空气电池中使用的负极活性物质，可以列举例如：锂金属、锂合金、锂氧化物、锂氮化物等。另外，对于导电材料，与上述空气极的情况相同。
本发明中，金属空气电池的负极的电极层中所含的电极材料可以任意组合。作为该情况下的电极材料的组合，可以列举例如：使用固体电解质作为第一电极材料、使用负极活性物质作为第二电极材料的组合。
另外，作为金属空气电池的种类，可以列举例如：锂空气电池、钠空气电池、钾空气电池、镁空气电池、钙空气电池、锌空气电池、铝空气电池及铁空气电池等，其中优选锂空气电池、钠空气电池及钾空气电池，特别优选锂空气电池。另外，金属空气电池可以是一次电池，也可以是二次电池。
下面，对得到锂电池用电极的情况进行说明。该情况下，根据本发明能够得到锂电池用的正极或负极。作为正极的电极层中所含的电极材料，可以举出例如正极活性物质和导电材料。另外，在全固态的情况下，也可以使用固体电解质。作为上述正极活性物质，可以列举例如：LiCoO2、LiMn2O4、LiNiO2、LiNi0.5Mn1.5O4、LiNi1/3Mn1/3Co1/3O2、LiNi0.5Mn0.5O2、LiCoPO4、LiFePO4、LiMnPO4等。另外，对于导电材料和固体电解质，与上述金属空气电池的情况相同。
本发明中，锂电池的正极的电极层中所含的电极材料可以任意组合。作为该情况下的电极材料的组合，可以列举例如：使用固体电解质作为第一电极材料、使用正极活性物质和导电材料作为第二电极材料的组合；同时使用正极活性物质和导电材料分别作为第一电极材料和第二电极材料的组合等。
另一方面，作为锂电池的负极的电极层中所含的电极材料，可以列举例如负极活性物质和导电材料等。另外，在全固态的情况下，也可以使用固体电解质。上述负极活性物质只要能吸附和/或释放锂离子，则没有特别限制，可以列举例如金属活性物质和碳活性物质。作为金属活性物质，可以列举例如：In、Al、Si、Sn等。另一方面，作为碳活性物质，可以列举例如：中间相炭微球(MCMB)、高定向性石墨(HOPG)、硬碳、软碳等。另外，对于导电材料和固体电解质，与上述金属空气电池的情况相同。
本发明中，锂电池的负极的电极层中所含的电极材料可以任意组合。作为该情况下的电极材料的组合，可以列举例如：使用固体电解质作为第一电极材料、使用负极活性物质和导电材料作为第二电极材料的组合；同时使用负极活性物质和导电材料分别作为第一电极材料和第二电极材料的组合等。
下面，对得到燃料电池用电极的情况进行说明。该情况下，根据本发明能够得到燃料电池用电极(阳极或阴极)。作为燃料电池的电极层中所含的电极材料，可以列举例如催化剂和导电材料等。另外，催化剂可以由导电材料负载。作为上述催化剂，可以列举例如：Pt、Pd、Rh、铁卟啉和La0.8Sr0.2MnO3等。另外，电极层形成用组合物可以含有以全氟磺酸类聚合物为代表的电解质材料。另外，对于导电材料，与上述金属空气电池的情况相同。另外，本发明中，燃料电池的电极层中所含的电极材料可以任意组合。
下面，对本发明中的涂布工序进行说明。本发明中的涂布工序是在所述多孔集电体上涂布所述电极层形成用组合物的工序。另外，多孔集电体的孔径等如上所述。
本发明中使用的多孔集电体只要具有所希望的电子传导性且具有第二电极材料能够渗透程度的多孔性，则没有特别限制。其中，优选多孔集电体具有气体扩散性。这是因为例如作为金属空气电池用的空气极集电体和燃料电池用的气体扩散(集电)体有用。
作为多孔集电体的结构，可以列举例如：构成纤维有规则地排列的网状结构、构成纤维无规排列的无纺布结构及具有独立孔或连通孔的三维交联网状结构等，其中，优选无纺布结构和三维交联网状结构。其原因在于容易将第二电极材料保持于集电体内部。
另外，多孔集电体的气孔率没有特别限制，例如优选为20％～99％的范围内。
另外，作为多孔集电体的材料，可以列举例如：金属材料、碳材料及高电子传导性陶瓷材料等。作为金属材料可以列举例如：不锈钢、镍、铝、铁、钛、铜等。另外，作为碳材料可以列举例如碳纤维等。另外，作为高电子传导性陶瓷材料可以列举例如氮化钛(TiN)等。
作为使用金属材料的多孔集电体的具体例，可以列举金属网等。另外，作为使用碳材料的多孔集电体的具体例，可以列举例如碳布(相当于上述网状结构)和碳纸(相当于上述无纺布结构)等。另外，作为使用高电子传导性陶瓷材料的多孔集电体，可以列举具有三维交联网状结构的氮化钛(TiN)等。
本发明中，特别是在制作金属空气电池用的空气极时，优选多孔集电体为使用碳材料的集电体。其原因在于通过放电反应所生成的强碱性的金属氧化物M2O2(M为金属元素，例如Li)，能够抑制多孔集电体的熔析。由此，能够提高放电容量保持率等。
另外，多孔集电体的厚度例如为10μm～1000μm的范围内，其中，优选为20μm～400μm范围内。
本发明中，在多孔集电体的表面上涂布电极层形成用组合物。涂布电极层形成用组合物的方法没有特别限制，可以使用刮刀法等一般的涂布方法。另外，本发明中，优选在涂布电极层形成用组合物后，进行去除溶剂的干燥。
下面，对本发明的电池电极进行说明。本发明的电池电极的特征在于，具备：多孔集电体；内部电极层，形成于所述多孔集电体的表面内部，且含有粒径比所述多孔集电体的孔径小的第二电极材料；和外部电极层，形成于所述内部电极层上，且含有粒径比所述多孔集电体的孔径大的第一电极材料。
根据本发明，通过设置形成于集电体内部的内部电极层和形成于集电体外部的外部电极层，能够得到性能优良的电池电极。
图1C是表示本发明的电池电极的一例的示意剖面图。图1C所示的电池电极13具备：多孔集电体5；内部电极层11，形成于多孔集电体5的表面内部，且含有第二电极材料2及粘结材料(未图示)；和外部电极层12，形成于内部电极层11上，且含有第一电极材料1及粘结材料3。
另外，本发明中的多孔集电体、第一电极材料、第二电极材料和粘结材料以及本发明的电池电极的用途等与上述记载的内容相同，因此省略此处的记载。
本发明中的内部电极层是形成于多孔集电体的表面内部、且至少含有第二电极材料的层。另外，内部电极层也可以含有两种以上的第二电极材料。内部电极层中第二电极材料的含量没有特别限制，但优选在例如10重量％～90重量％的范围内。另外，内部电极层优选还含有粘结材料。其原因在于可提高第二电极材料与集电体表面之间的粘合性。内部电极层中粘结材料的含量只要是能够确保第二电极材料的粘合性的程度的量即可，优选含量更少。另外，内部电极层的厚度根据电池电极的用途而有所不同，但优选在例如10μm～500μm的范围内。
本发明中的外部电极层是形成于内部电极层上、且至少含有第一电极材料的层。另外，外部电极层也可以含有两种以上的第一电极材料。外部电极层中第一电极材料的含量没有特别限制，但优选在例如10重量％～90重量％的范围内。另外，外部电极层优选还含有粘结材料。其原因在于可提高第一电极材料与内部电极层的表面之间的粘合性。外部电极层中粘结材料的含量只要是能够确保第一电极材料的粘合性的程度的量即可，优选含量更少。另外，外部电极层的厚度根据电池电极的用途而有所不同，但优选在例如10μm～200μm的范围内。
另外，本发明中，可以提供以使用上述电池电极为特征的化学电池。作为化学电池，可以列举例如：金属空气电池、锂电池及燃料电池等。
另外，本发明不限于上述实施方式。上述实施方式只是示例，具有与本发明的权利要求范围所记载的技术构思实质上相同的结构、并且发挥相同作用效果的改进或变形，均包含在本发明的技术范围内。
下面列举实施例进一步具体地说明本发明。以25∶42∶33的重量比称量碳布(d50＝5.0μm)、MnO2催化剂(d50＝15μm)、PVDF-HFP(聚偏氯乙烯-六氟丙烯)粘结剂并进行混合。接着，将它们的混合物与丙酮混合搅拌(2000rpm，30分钟)，得到电极层形成用组合物。
接着，作为电极集电体，准备孔径为8μm的碳纸(东丽公司制，TGP-H-090，厚度0.28mm)。用刮刀将上述电极层形成用组合物涂布在该碳纸上。接着，在Ar气氛、80℃、1小时的条件下进行干燥，然后，在60℃进行一昼夜真空干燥。由此得到电池电极。
对实施例中使用的碳纸和实施例得到的电池电极进行SEM(扫描型电子显微镜)观察。其结果如图2A～图2C所示。图2A是碳纸的平面照片，能够确认碳纤维无规地排列。另外，图2B是实施例得到的电池电极的平面照片，能够确认在碳纸表面存在粒径大的MnO2催化剂。另外，图2C是实施例得到的电池电极的剖面照片，能够确认在碳纸内部存在粒径小的炭黑。这样，能够确认通过一次涂布能够容易地形成多层结构的电极层。
另外，对实施例得到的电池电极进行EDX(能量分散型X射线)分析。其结果如图3A～图3C所示。图3A～图3C是分别表示碳(C)元素、氧(O)元素和锰(Mn)元素的存在的平面照片。特别是如图3B和图3C所示，氧元素和锰元素的位置一致，因此，能够确认在碳纸的外侧表面存在的粒子是MnO2催化剂。

Claims (16)

1.一种电池电极的制造方法，其特征在于，包括：
组合物制备工序，制备电极层形成用组合物(4)，所述电极层形成用组合物(4)含有粒径比多孔集电体(5)的孔径大的第一电极材料(1)和粒径比所述多孔集电体(5)的孔径小的第二电极材料(2)；和
涂布工序，在所述多孔集电体(5)上涂布所述电极层形成用组合物(4)。
2.如权利要求1所述的电池电极的制造方法，其特征在于，所述电极层形成用组合物(4)还含有提高所述第一电极材料(1)和所述第二电极材料(2)的粘合性的粘结材料。
3.如权利要求1所述的电池电极的制造方法，其特征在于，所述电极层形成用组合物(4)还含有提高所述第一电极材料(1)和所述第二电极材料(2)的分散性的溶剂。
4.如权利要求1所述的电池电极的制造方法，其特征在于，所述第一电极材料(1)及所述第二电极材料(2)为相互不同的材料。
5.如权利要求1～4中任一项所述的电池电极的制造方法，其特征在于，所述第一电极材料(1)及所述第二电极材料(2)分别为催化剂、导电材料、防水材料、活性物质或固体电解质。
6.如权利要求5所述的电池电极的制造方法，其特征在于，所述催化剂含有二氧化锰或酞菁钴。
7.如权利要求5所述的电池电极的制造方法，其特征在于，所述导电材料包含中孔炭、石墨、乙炔黑、碳纳米管或碳纤维。
8.如权利要求5所述的电池电极的制造方法，其特征在于，所述防水材料含有防水聚合物。
9.如权利要求5所述的电池电极的制造方法，其特征在于，所述固体电解质含有聚合物电解质或无机固体电解质。
10.如权利要求1～4中任一项所述的电池电极的制造方法，其特征在于，所述多孔集电体(5)的材料为金属材料或碳材料。
11.如权利要求10所述的电池电极的制造方法，其特征在于，所述多孔集电体(5)的结构为构成纤维无规排列的无纺布结构或者具有独立孔或连通孔的三维交联网状结构。
12.如权利要求10所述的电池电极的制造方法，其特征在于，所述金属材料含有不锈钢、镍、铝、铁、钛或铜。
13.如权利要求10所述的电池电极的制造方法，其特征在于，所述碳材料含有碳纤维。
14.如权利要求1～4中任一项所述的电池电极的制造方法，其特征在于，所述电池电极为金属空气电池用电极。
15.如权利要求14所述的电池电极的制造方法，其特征在于，所述第一电极材料(1)为催化剂，所述第二电极材料(2)为导电材料，所述多孔集电体(5)为使用碳材料的集电体。
16.一种电池电极，其特征在于，具备：
多孔集电体(5)；
内部电极层(11)，形成于所述多孔集电体(5)的表面内部，且含有粒径比所述多孔集电体(5)的孔径小的第二电极材料(2)；和
外部电极层(12)，形成于所述内部电极层(11)上，且含有粒径比所述多孔集电体(5)的孔径大的第一电极材料(1)。
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Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102468507A (zh) * 2010-11-15 2012-05-23 通用汽车环球科技运作有限责任公司 通过膜中的氧化物担载的贵金属改进了燃料电池耐久性
CN102948005A (zh) * 2010-06-22 2013-02-27 巴斯夫欧洲公司 电极及其制造和用途
CN105280882A (zh) * 2014-06-30 2016-01-27 中兴通讯股份有限公司 一种高性能富锂型锂离子电池正极极片
CN107871874A (zh) * 2016-09-27 2018-04-03 三星电子株式会社 用于金属‑空气电池的正极和包括其的金属‑空气电池
CN107895774A (zh) * 2016-10-03 2018-04-10 财团法人工业技术研究院 电极及包含电极的装置
CN110660588A (zh) * 2019-09-30 2020-01-07 中国振华(集团)新云电子元器件有限责任公司(国营第四三二六厂) 电极及电极制造方法
CN111276668A (zh) * 2018-12-05 2020-06-12 丰田自动车株式会社 全固体电池用电极层叠体及其制造方法
CN113993856A (zh) * 2019-06-28 2022-01-28 富士胶片株式会社 紫外线吸收剂、紫外线吸收组合物、紫外线吸收膜、层叠体及新型化合物
TWI820501B (zh) * 2021-10-27 2023-11-01 台灣奈米碳素股份有限公司 電極的製造方法及其催化層

Families Citing this family (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5028214B2 (ja) 2007-10-25 2012-09-19 富士フイルム株式会社 組成物、フィルム、偏光板、及び液晶表示装置
JP5625059B2 (ja) * 2010-07-02 2014-11-12 株式会社日立製作所 金属空気二次電池
KR101353257B1 (ko) * 2010-08-09 2014-01-21 주식회사 엘지화학 탄소계 물질로 이루어진 양극 집전체 및 이를 포함하는 마그네슘 이차전지
JP2012186140A (ja) * 2011-02-18 2012-09-27 Sumitomo Electric Ind Ltd 空気電池および電極
US8760118B2 (en) 2011-06-02 2014-06-24 Robert Bosch Gmbh System and method for charging and discharging a Li-ion battery
JP2013120736A (ja) * 2011-12-08 2013-06-17 Sony Corp 電極、電池、電池パック、電子機器、電動車両、蓄電装置および電力システム
JP6229994B2 (ja) 2012-04-18 2017-11-15 日産自動車株式会社 空気電池用正極及びその製造方法
KR101309577B1 (ko) * 2012-04-18 2013-09-17 연세대학교 산학협력단 리튬-공기전지용 공기극 및 이를 포함하는 리튬-공기전지
FR2991103B1 (fr) * 2012-05-25 2015-08-14 Commissariat Energie Atomique Cathode pour batterie lithium-air, comportant une structure bi-couches de catalyseurs differents et batterie lithium-air comprenant cette cathode
KR101511822B1 (ko) * 2012-05-30 2015-04-13 주식회사 엘지화학 리튬 이차전지용 음극 활물질 및 이를 포함하는 리튬 이차전지
KR101579641B1 (ko) 2012-05-30 2015-12-22 주식회사 엘지화학 리튬 이차전지용 음극 활물질 및 이를 포함하는 리튬 이차전지
US8728671B1 (en) * 2013-06-05 2014-05-20 ZAF Energy Systems, Incorporated Air electrodes including perovskites
US9054394B2 (en) 2013-06-28 2015-06-09 Dynantis Corporation Secondary alkali metal/oxygen batteries
FR3009834B1 (fr) 2013-08-23 2015-08-28 Commissariat Energie Atomique Assemblage couche active/membrane pour dispositif de production d'hydrogene et ensemble comprenant ledit assemblage adapte a un collecteur de courant poreux et procede de fabrication de l'assemblage
KR102339437B1 (ko) * 2014-08-11 2021-12-16 에스케이이노베이션 주식회사 리튬-공기 전지
KR101804005B1 (ko) * 2014-10-17 2017-12-04 주식회사 엘지화학 리튬 공기 전지용 양극, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 리튬 공기 전지
KR102298970B1 (ko) * 2017-07-03 2021-09-06 현대자동차주식회사 리튬 공기 전지용 양극, 이를 포함하는 리튬 공기 전지, 및 리튬 공기 전지용 양극의 제조 방법
JP6962235B2 (ja) * 2018-02-23 2021-11-05 トヨタ自動車株式会社 リチウムイオン二次電池用正極の製造方法
JP7249581B2 (ja) * 2018-05-09 2023-03-31 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 固体電解質およびそれを用いたマグネシウム二次電池
JP7086800B2 (ja) * 2018-09-19 2022-06-20 株式会社東芝 電極、積層体、リチウムイオン二次電池、電池パック及び車両
CN113994507A (zh) * 2019-06-12 2022-01-28 株式会社半导体能源研究所 固态二次电池
US11894514B2 (en) * 2020-12-16 2024-02-06 United States Of America As Represented By The Secretary Of The Air Force Electronic connection in an all-solid state battery at the anode/electrolyte interface

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0732013B2 (ja) * 1985-12-10 1995-04-10 松下電器産業株式会社 アルカリ電池用ニツケル電極の製造法
JP3400089B2 (ja) 1994-05-13 2003-04-28 エレクトリック フュール（イー．エフ．エル．）リミティド ガス拡散電極の一段階製造法
JPH11111265A (ja) * 1997-09-30 1999-04-23 Asahi Glass Co Ltd ポリマー電解質二次電池
JPH11345633A (ja) * 1998-06-02 1999-12-14 Matsushita Electric Ind Co Ltd 空気亜鉛電池
JP3594533B2 (ja) * 2000-05-30 2004-12-02 三洋電機株式会社 燃料電池
BR0315457B1 (pt) * 2002-11-29 2012-06-26 eletrodo negativo para bateria secundária não-aquosa, processo de produção de eletrodo negativo, e bateria secundária não-aquosa.
JP2006019174A (ja) * 2004-07-02 2006-01-19 Tomoegawa Paper Co Ltd ガス拡散電極、膜−電極接合体、その製造方法および固体高分子型燃料電池
JP4575212B2 (ja) 2005-03-31 2010-11-04 株式会社東芝 非水電解質空気電池
JP2008066293A (ja) * 2006-08-09 2008-03-21 Dainippon Ink & Chem Inc 燃料電池ガス拡散層用部材、その製造方法および燃料電池
JP5151217B2 (ja) * 2007-04-03 2013-02-27 株式会社日立製作所 燃料電池

Cited By (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102948005A (zh) * 2010-06-22 2013-02-27 巴斯夫欧洲公司 电极及其制造和用途
CN102468507A (zh) * 2010-11-15 2012-05-23 通用汽车环球科技运作有限责任公司 通过膜中的氧化物担载的贵金属改进了燃料电池耐久性
CN105280882A (zh) * 2014-06-30 2016-01-27 中兴通讯股份有限公司 一种高性能富锂型锂离子电池正极极片
CN107871874A (zh) * 2016-09-27 2018-04-03 三星电子株式会社 用于金属‑空气电池的正极和包括其的金属‑空气电池
CN107871874B (zh) * 2016-09-27 2022-03-08 三星电子株式会社 用于金属-空气电池的正极和包括其的金属-空气电池
CN107895774B (zh) * 2016-10-03 2020-11-24 财团法人工业技术研究院 电极及包含电极的装置
CN107895774A (zh) * 2016-10-03 2018-04-10 财团法人工业技术研究院 电极及包含电极的装置
US10804541B2 (en) 2016-10-03 2020-10-13 Industrial Technology Research Institute Electrode and device employing the same
CN111276668A (zh) * 2018-12-05 2020-06-12 丰田自动车株式会社 全固体电池用电极层叠体及其制造方法
CN111276668B (zh) * 2018-12-05 2023-03-10 丰田自动车株式会社 全固体电池用电极层叠体及其制造方法
US11710830B2 (en) 2018-12-05 2023-07-25 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Electrode laminate for all-solid-state batteries and method for producing the electrode laminate
CN113993856A (zh) * 2019-06-28 2022-01-28 富士胶片株式会社 紫外线吸收剂、紫外线吸收组合物、紫外线吸收膜、层叠体及新型化合物
CN110660588B (zh) * 2019-09-30 2022-03-01 中国振华(集团)新云电子元器件有限责任公司(国营第四三二六厂) 电极及电极制造方法
CN110660588A (zh) * 2019-09-30 2020-01-07 中国振华(集团)新云电子元器件有限责任公司(国营第四三二六厂) 电极及电极制造方法
TWI820501B (zh) * 2021-10-27 2023-11-01 台灣奈米碳素股份有限公司 電極的製造方法及其催化層

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JP2010092721A (ja) 2010-04-22
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US8252451B2 (en) 2012-08-28

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