DE102016115875B4 - Verfahren zum Herstellen eines Anodenaktivmaterialteilchens, einer Anode sowie einer Lithiumbatterie - Google Patents

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Abstract

Verfahren (S10) zum Herstellen eines Anodenaktivmaterialteilchens (10), das umfasst:einen ersten Schritt (S1) des Bewirkens, dass ein Kohlenstoffteilchen (1) mit Poren (1a) Kontakt mit einer ionischen Flüssigkeit (2), in der ein Lithiumsalz gelöst ist, hat, und des Bewirkens, dass die ionische Flüssigkeit (2) in die Poren (1a) fließt; undeinen zweiten Schritt (S2) des Waschens des Kohlenstoffteilchens (1) nach dem ersten Schritt (S1) mit einem organischen Lösungsmittel, während die ionische Flüssigkeit (2) innerhalb der Poren (1a) belassen wird.

Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Verfahren zum Herstellen von Anodenaktivmaterialteilchen, einer Anode sowie einer Lithiumbatterie.
  • HINTERGRUND
  • Kohlenstoff wird für Anodenaktivmaterialteilchen für Batterien verwendet. Zum Beispiel offenbart Patentliteratur 1 eine Gesamtfeststoffzustandsbatterie, die ein Kohlenstoffmaterial als ein Anodenaktivmaterial beinhaltet. Patentliteratur 2 offenbart eine Lithiumbatterie, die eine Kathodenmischung beinhaltet, die ein Schwefel-enthaltendes Material, eine ionische Flüssigkeit und einen anorganischen Festelektrolyt enthält. Patentliteratur 2 offenbart, dass Kohlenstoff für eine Anode verwendet werden kann. Patentliteratur 3 offenbart eine Lithiumbatterie, die eine ionische Flüssigkeit beinhaltet, die den Bereich zwischen den Anodenaktivmaterialteilchen füllt. In Patentliteratur 3 sind Kohlenstoff, Graphit, mesoporöser Kohlenstoff und dergleichen als Beispiele des Anodenaktivmaterials gegeben.
  • DE 10 2011 114 132 A1 betrifft ein Filtermaterial, welches insbesondere zum Einsatz als Filter zur Gasbehandlung und/oder Gasreinigung geeignet ist, wobei das Filtermaterial mindestens eine Aktivkohle, insbesondere Aktivkohle mit reaktiver und/oder katalytischer Ausrüstung, aufweist, wobei die Aktivkohle in Form von diskreten Aktivkohlepartikeln, vorzugsweise in Kugel- und/oder Kornform, vorliegt, wobei die Aktivkohle mit mindestens einer Metallkomponente ausgestattet ist, wobei die Metallkomponente mindestens eine metallhaltige, insbesondere Metallionen, vorzugsweise auf Basis einer Metallverbindung, enthaltende ionische Flüssigkeit umfasst.
  • WO 2016/ 190 225 A1 (nachveröffentlicht) stellt ein Elektrodenmaterial bereit, das ein Laminat enthält, worin reduzierte Graphenoxide laminiert sind, und wobei das Laminat eine ionische Flüssigkeit zwischen den reduzierten Graphenoxiden enthält.
  • Zitatliste
  • Patentliteratur
    • Patentliteratur 1: JP 2003-068361 A
    • Patentliteratur 2: JP 2013-191547 A
    • Patentliteratur 3: JP 2008-300173 A
  • ZUSAMMENFASSUNG
  • Technisches Problem
  • Kohlenstoffteilchen weisen Poren auf. Daher tritt ein Problem des Sicherstellens von Ionenpfaden in den Poren auf, wenn ein Kohlenstoffteilchen als ein Anodenaktivmaterial verwendet wird. In Gesamtfeststoffzustandslithiumbatterien, wie der in Patentliteratur 1 offenbarten Batterie, wird ein Festelektrolyt als der Elektrolyt verwendet, was es schwierig macht es zu ermöglichen, dass der Elektrolyt in die Poren eindringt, und es ist nicht möglich, die Ionenpfade in den Poren sicherzustellen. Daher gibt es eine Möglichkeit, dass der Widerstand ansteigt und die Entladungskapazität abnimmt. Andererseits wird angenommen, dass das Füllen der Bereiche zwischen Aktivmaterialteilchen mit einer ionischen Flüssigkeit effektiv ist zum Erhöhen der Ionenpfade in der Elektrode, wie in Patentliteraturen 2 und 3 offenbart. Allerdings wird, falls der Bereich zwischen den Anodenaktivmaterialteilchen mit einer ionischen Flüssigkeit gefüllt wird, die Pressformbarkeit beim Herstellen von Batterien schlechter. Daher ist es, wenn ein Kohlenstoffteilchen als ein Anodenaktivmaterial verwendet wird, schwierig, sowohl die Verbesserung in der Ionenleitfähigkeitseigenschaft einer Anode (spezifisch das Sicherstellen von Ionenpfaden in Poren) als auch das Sicherstellen der Formbarkeit bereitzustellen.
  • Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zum Herstellen eines Anodenaktivmaterialteilchens bereitzustellen, wobei das Anodenaktivmaterialteilchen sowohl die Verbesserung der Ionenleitfähigkeitseigenschaft als auch die Sicherstellung der Formbarkeit bereitstellt.
  • Lösung des Problems
  • Um die oben genannten Probleme zu lösen, nimmt die vorliegende Erfindung die folgenden Strukturen ein.
  • Das heißt, eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Herstellen eines Anodenaktivmaterialteilchens, das beinhaltet: einen ersten Schritt des Bewirkens, dass ein Kohlenstoffteilchen mit Poren Kontakt mit einer ionischen Flüssigkeit, in der ein Lithiumsalz gelöst ist (hiernach auch bezeichnet als ionische Flüssigkeit, die eine Lithiumionenleitfähigkeitseigenschaft aufweist), hat, und des Bewirkens, dass die ionische Flüssigkeit in die Poren fließt; und
    einen zweiten Schritt des Waschens des Kohlenstoffteilchens nach dem ersten Schritt mit einem organischen Lösungsmittel, während die ionische Flüssigkeit innerhalb der Poren belassen wird.
  • In der vorliegenden Erfindung beinhaltet „Bewirken, dass ein Kohlenstoffteilchen mit Poren Kontakt mit einer ionischen Flüssigkeit, die eine Lithiumionenleitfähigkeitseigenschaft aufweist, hat“ zum Beispiel eine Ausgestaltung, bei der ein Kohlenstoffteilchen in eine ionische Flüssigkeit (oder ein Lösungsmittel, das eine ionische Flüssigkeit enthält) eingetaucht ist, und eine Ausgestaltung, bei der eine ionische Flüssigkeit (oder ein Lösungsmittel, das eine ionische Flüssigkeit enthält) über ein Kohlenstoffteilchen gesprüht wird, um das Kohlenstoffteilchen mit der ionischen Flüssigkeit zu vernetzen. „Waschen des Kohlenstoffteilchens, während die ionische Flüssigkeit innerhalb der Poren belassen wird“ bedeutet, dass ein Waschen des Kohlenstoffteilchen ausgeführt wird, um vorzugweise überschüssige ionische Flüssigkeit auf den äußeren Oberflächen des Kohlenstoffteilchens zu entfernen (von den Oberflächen des Kohlenstoffmaterials die Oberflächen, die nicht die Innenwände der Poren bilden), während die ionische Flüssigkeit innerhalb der Poren belassen wird. Das „Waschen“ ist ein Schritt eines physikalischen Entfernens der ionischen Flüssigkeit von den Oberflächen des Kohlenstoffteilchens mit einem organischen Lösungsmittel. Bezüglich der ionischen Flüssigkeit, die auf den Oberflächen des Kohlenstoffteilchens existiert, kann die ionische Flüssigkeit, die außerhalb der Poren existiert, einfacher entfernt werden als die ionische Flüssigkeit, die innerhalb der Poren existiert. Daher kann das „Waschen des Kohlenstoffteilchens, während die ionische Flüssigkeit innerhalb der Poren belassen wird“ durch ein normales Waschen ausgeführt werden.
  • In dem ersten Schritt gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann eine Dekompression innerhalb des Systems ausgeführt werden, während das Kohlenstoffteilchen in der ionischen Flüssigkeit eingetaucht ist, um das Gas, das innerhalb der Poren existiert, nach außerhalb der Poren auszustoßen und um zu bewirken, dass die ionische Flüssigkeit in die Poren fließt. Das Eintauchen des Kohlenstoffteilchens unter einem reduzierten Druck macht es möglich, die Luft innerhalb der Poren des Kohlenstoffteilchens effizient nach außerhalb der Poren auszustoßen, und macht es möglich, zu bewirken, dass die ionische Flüssigkeit effektiv in die Poren des Kohlenstoffteilchens fließt.
  • Das Kohlenstoffteilchen wird in dem zweiten Schritt mit einem organischen Lösungsmittel gewaschen. Dies macht es möglich, die ionische Flüssigkeit, die außerhalb der Poren des Kohlenstoffteilchens existiert, effizient von den Oberflächen des Kohlenstoffteilchens zu entfernen.
  • In der vorliegenden Erfindung kann die ionische Flüssigkeit ein Trifluormethansulfonylamid (TFSA)-Anion beinhalten.
  • In der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann das Kohlenstoffteilchen ein Graphitteilchen sein, spezifisch kann es ein natürliches Graphitteilchen sein. Graphitteilchen weisen eine Menge Poren auf, was den Effekt der vorliegenden Erfindung bemerkenswerter macht.
  • In der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann die Teilchengröße des Kohlenstoffteilchens in dem Bereich von 0,1 µm bis 50 µm sein.
  • In der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann die spezifische Oberfläche des Kohlenstoffteilchens mehr als 0,5 m2/g bis 10 m2/g sein.
  • In der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann die spezifische Oberfläche des Anodenaktivmaterialteilchens in dem Bereich von 0,5 m2/g bis 2 m2/g sein. In der vorliegenden Erfindung ist die spezifische Oberfläche des Anodenaktivmaterials kleiner als die spezifische Oberfläche von dem Kohlenstoffteilchen selbst, weil die ionische Flüssigkeit innerhalb der Poren des Kohlenstoffteilchens existiert.
  • Eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Herstellen einer Anode, das einen Schritt des Ausführens eines Druckformens auf eine Anodenmischung aufweist, die das Anodenaktivmaterialteilchen beinhaltet, das durch das Verfahren gemäß dem Herstellungsverfahren nach der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung hergestellt ist.
  • Eine dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Herstellen einer Lithiumbatterie, wobei das Verfahren die Schritte umfasst: Anordnen der Anode, die durch das Verfahren nach der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung hergestellt ist, in einer Weise, dass die Anode Kontakt mit einer Oberfläche einer anorganischen Festelektrolytschicht hat; und Anordnen einer Kathode auf der anderen Oberfläche der anorganischen Festelektrolytschicht.
  • Die vorliegende Erfindung macht es möglich, in dem ersten Schritt eine ionische Flüssigkeit in Porenabschnitten eines Kohlenstoffteilchens anzuordnen und in dem zweiten Schritt die ionische Flüssigkeit von den äußeren Oberflächen des Kohlenstoffteilchens (von den Oberflächen des Kohlenstoffteilchens die Oberflächen, die nicht die Innenwände der Poren bilden, die Oberflächen, die Kontaktoberflächen von Kohlenstoffteilchen sein können, wenn die Kohlenstoffteilchen für eine Anode verwendet werden) effektiv zu entfernen, während die ionische Flüssigkeit innerhalb der Porenabschnitte belassen wird. Dies macht es möglich, ein Teilchen zu erhalten, das effektives Pressformen als ein Pulver durchlaufen kann, ohne das Aufweisen von „Klebrigkeit“ von Kohlenstoffteilchen, wobei die Teilchen gleichzeitig die Ionenleitfähigkeitseigenschaft innerhalb der Poren sicherstellen. Daher ist es gemäß der vorliegenden Erfindung möglich, ein Anodenaktivmaterialteilchen herzustellen, welches sowohl die Verbesserung in der Ionenleitfähigkeitseigenschaft als auch das Sicherstellen der Formbarkeit bereitstellt.
  • Figurenliste
    • 1 ist ein Fließdiagramm, um ein Verfahren zum Herstellen eines Anodenaktivmaterialteilchens zu erklären;
    • 2 ist eine schematische Ansicht, um das Verfahren zum Herstellen eines Anodenaktivmaterialteilchens zu erklären;
    • 3 ist eine schematische Ansicht, um ein Verfahren zum Herstellen einer Anode zu erklären;
    • 4 ist eine schematische Ansicht, um eine Struktur einer Lithiumbatterie zu erklären;
    • 5 ist ein Graph, der ein Evaluationsergebnis der Entladungskapazitätsbeibehaltungsrate zeigt; und
    • 6 ist ein Graph, der ein Evaluationsergebnis einer Wechselstromimpedanz zeigt.
  • BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • Verfahren zum Herstellen von Anodenaktivmaterialteilchen
  • Ein Herstellungsverfahren S10 eines Anodenaktivmaterialteilchens 10 gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nun mit Bezug auf 1 und 2 beschrieben. Wie in 1 und 2 gezeigt, beinhaltet das Herstellungsverfahren S10 einen ersten Schritt (S1) des Bewirkens, dass ein Kohlenstoffteilchen 1 mit Poren 1a Kontakt mit einer ionischen Flüssigkeit 2, die eine Lithiumionenleitfähigkeitseigenschaft aufweist, hat, und des Bewirkens, dass die ionische Flüssigkeit 2 in die Poren 1a fließt, und einen zweiten Schritt (S2) des Waschens des Kohlenstoffteilchens 1 nach dem ersten Schritt S1, während die ionische Flüssigkeit 2 innerhalb der Poren 1a belassen wird.
  • Kohlenstoffteilchen 1
  • Das Kohlenstoffteilchen 1, das in der vorliegenden Erfindung verwendet wird, ist ein Kohlenstoffteilchen mit Poren, wie schematisch in 2A gezeigt. Das Kohlenstoffteilchen 1 ist nicht besonders beschränkt, solange es herkömmlich als ein Anodenaktivmaterial verwendet wird. Beispiele davon beinhalten: Graphitteilchen, wie etwa natürlicher Graphit und künstlicher Graphit; Hartkohlenstoff, Weichkohlenstoff; und Mesokohlenstoff Micro Beads (MCMB). Von diesen können Graphitteilchen verwendet werden und ein natürliches Graphitteilchen kann verwendet werden. Dies beruht darauf, dass Graphitteilchen eine Menge Poren aufweisen, was den Effekt der vorliegenden Erfindung bemerkenswerter macht.
  • Der Porendurchmesser von jeder Pore 1a des Kohlenstoffteilchens 1 ist nicht besonders beschränkt. Die Pore 1a kann in Abhängigkeit von der Art und Größe des Kohlenstoffteilchens 1 irgendwelche Porendurchmesser haben. Die Tiefe der Pore 1a des Kohlenstoffteilchens 1 ist auch nicht besonders beschränkt. Die Pore 1a kann in Abhängigkeit von der Art und Größe des Kohlenstoffteilchens 1 irgendwelche Tiefen haben.
  • Die Teilchengröße des Kohlenstoffteilchens 1 kann in dem Bereich von 0,1 µm bis 50 µm sein. Die Untergrenze der Teilchengröße kann nicht weniger als 1 µm sein, und kann nicht weniger als 2 µm sein. Die Obergrenze kann nicht mehr als 30 µm sein, und kann nicht mehr als 10 µm sein. Mit solch einer Teilchengröße ist es möglich, ein Pressformen auf das Kohlenstoffteilchen als ein Pulver beim Herstellen einer Anode weiter verbessert auszuführen.
  • Die „Teilchengröße“ des Kohlenstoffteilchens kann durch ein Laserbeugungs-Streuungs-Typ-Teilchengrößenverteilungsmessgerät gemessen werden.
  • Die spezifische Oberfläche des Kohlenstoffteilchens 1 kann in dem Bereich von 0,5 m2/g bis 10 m2/g sein. Die Untergrenze der spezifischen Oberfläche kann nicht weniger als 1 m2/g sein. Die Obergrenze kann nicht mehr als 8 m2/g sein, und kann nicht mehr als 7 m2/g sein. Das Kohlenstoffteilchen 1 mit solch einer spezifischen Oberfläche weist eine Menge Poren 1a auf, und als ein Ergebnis wird der Effekt der vorliegenden Erfindung noch bemerkenswerter.
  • Die „spezifische Oberfläche“ das Kohlenstoffteilchen 1 kann durch ein BET-Verfahren gemessen werden. Alternativ kann die spezifische Oberfläche des Kohlenstoffteilchens 1 durch Ausführen einer Bildanalyse auf das Anodenaktivmaterialteilchen durch ein SEM gemessen werden.
  • Ionische Flüssigkeit 2
  • Als die ionische Flüssigkeit 2, die für die vorliegende Erfindung verwendet wird, können existierende Flüssigkeiten, welche herkömmlich als eine Elektrolytlösung von Lithiumbatterien verwendet werden können, ohne bestimmte Beschränkungen verwendet werden. Spezifisch: kettige Ammoniumbasierte ionische Flüssigkeiten, wie etwa Trimethylbutylammoniumbis(trifluormethylsulfonyl)amid, Trimethylbutylammonium-tri(pentafluorethyl) trifluorophosphat, Trimethylbutylammonium-tetrafluoroborat, N,N-Diethyl-N-(2-methoxyethyl)-N-methylammonium-bis(trifluormethylsulfonyl)amid und N,N-Diethyl-N-methylmethoxyethylammonium-bis(fluorsulfonyl)amid;
    cyclische Ammonium-basiert ionische Flüssigkeiten, wie etwa N-Methyl-N-propylpiperidinium-bis(trifluormethylsulfonyl)amid, N-Methyl-N-propylpyrrolidinium-bis(trifluormethylsulfonyl)amid, N-Buthyl-N-methylpiperidinium-bis(trifluormethylsulfonyl)amid, N-Buthyl-N-methylpyrrolidinium-bis(trifluormethylsulfonyl)amid, 1-Methoxyethyl-1-methylpyrrolidinium-tris(pentafluorethyl)trifluorophosphat, 1-Methoxyethyl-1-methylpyrrolidinium-trifluormethanesulfonat und 1-Methoxyethyl-1-methylpyrrolidinium-tetrafluoroborat;
    aromatische ionische Flüssigkeiten, wie etwa 1-Ethyl-3-methylimidazolium-bis(trifluormethansulfonyl)amid, 1-Ethyl-3-methylimidazolium-bis(fluorsulfonyl)amid und 1-Ethyl-3-methylimidazoliumtris(pentafluorethyl)trifluorophosphat;
    Phosphonium-basierte ionische Flüssigkeiten, wie etwa Tetrabutylphosphonium-bis(trifluormethansulfonyl)amid, Tetrabutylphosphonium-bis(fluorsulfonyl)amid und Tetrabutylphosphoniumtris(pentafluorethyl) trifluorophosphat; und
    Sulfonium-basierte ionische Flüssigkeiten, wie etwa Triethylsulfoniumbis(trifluormethansulfonyl)amid, Triethylsulfonium-bis(fluorsulfonyl)amid und Triethylsulfonium-tris(pentafluorethyl)trifluorophosphat.
  • Von diesem können quaternäre Ammoniumsalz-basierte ionische Flüssigkeiten und quaternäre Phosphonium-basierte ionische Flüssigkeiten verwendet werden. Quaternäre Ammoniumsalz-basierte ionische Flüssigkeiten, die ein Trifluormethansulfonylamid (TFSA)-Anion beinhalten, und quaternäre Phosphonium-basierte ionische Flüssigkeiten, die ein Trifluormethansulfonylamid (TFSA)-Anion beinhalten, können verwendet werden. In der vorliegenden Erfindung kann eine Art von ionischer Flüssigkeit alleine verwendet werden, oder zwei oder mehr Arten an ionischen Flüssigkeiten können für die ionische Flüssigkeit 2 in Kombination verwendet werden.
  • In der vorliegenden Erfindung weist die ionische Flüssigkeit 2 eine Lithiumionenleitfähigkeitseigenschaft auf. Das heißt, Lithiumsalz ist in der ionischen Flüssigkeit 2 gelöst. Die Konzentration an Lithiumionen, die in der ionischen Flüssigkeit 2 beinhaltet sind, ist nicht besonders beschränkt, und kann in dem Bereich von 0,01 mol/L bis 1.0 mol/L sein. Die Untergrenze kann nicht weniger als 0,1 mol/L sein, und kann nicht weniger als 0,2 mol/L sein. Die Obergrenze kann nicht mehr als 0,9 ml/L sein, und kann nicht mehr als 0,6 mol/L sein. Mit den Lithiumionen in diesen Bereichen kann die ionische Flüssigkeit 2 eine gute Lithiumionenleitfähigkeitseigenschaft sicherstellen.
  • Erster Schritt (S1)
  • Der erste Schritt (S1) ist ein Schritt des Bewirkens, dass das Kohlenstoffteilchen 1 Kontakt mit der obengenannten ionischen Flüssigkeit 2 hat (zum Beispiel 2B), und des Bewirkens, dass die ionische Flüssigkeit 2 in die Pore 1a strömt. Zum Beispiel können eine Ausgestaltung, bei der das Kohlenstoffteilchen 1 in die ionische Flüssigkeit 2 eingetaucht ist, und eine Ausgestaltung, bei der die ionische Flüssigkeit 2 über das Kohlenstoffteilchen 1 gesprüht wird, genannt werden. Hierbei kann beim Bewirken, dass die ionische Flüssigkeit 2 Kontakt mit dem Kohlenstoffteilchen 1 hat, die ionische Flüssigkeit 2 mit einem Lösungsmittel verdünnt sein, um Kontakt mit dem Kohlenstoffteilchen 1 zu haben.
  • In S1 ist es notwendig, dass die ionische Flüssigkeit 2 in die Pore 1a fließt. Zum Beispiel fließt durch Bewirken, dass die ionische Flüssigkeit 2 für eine lange Zeit Kontakt mit dem Kohlenstoffteilchen 1 hat, die ionische Flüssigkeit 2 graduell in die Pore 1a in einer Weise, um durch das Kohlenstoffteilchen 1 zu gehen. Hierbei kann im Hinblick auf effizientes Bewirken, dass die ionische Flüssigkeit 2 in die Pore 1a strömt, eine Art von Behandlungsoperation ausgeführt werden, zusätzlich zum einfachen Bewirken, dass die ionische Flüssigkeit 2 Kontakt mit dem Kohlenstoffteilchen 1 hat. Zum Beispiel kann in S1 durch Eintauchen des Kohlenstoffteilchens 1 in die ionische Flüssigkeit 2 und dann Reduzieren des Drucks innerhalb des Systems die Luft innerhalb der Pore 1a effizient nach außerhalb der Pore 1a ausgestoßen werden, wodurch es möglich ist, zu bewirken, dass die ionische Flüssigkeit 2 effektiv in die Pore 1a fließt. Spezifisch ist es in S1 durch Reduzieren des Drucks innerhalb des Systems zum effizienten Ausstoßen der Luft innerhalb der Pore 1a nach außerhalb und danach ferner Anwenden von Druck möglich, zu bewirken, dass die ionische Flüssigkeit 2 noch effizienter in die Pore 1 fließt. Alternativ ist es in S1 durch Eintauchen des Kohlenstoffteilchens 1 in die ionische Flüssigkeit 2 und dann Anwenden einer mechanischen Energie auf das Kohlenstoffteilchen 1 und die ionische Flüssigkeit 2 möglich, dass Fließen der ionischen Flüssigkeit 2 in die Pore 1a zu begünstigen. Oder es ist in S1 durch Erwärmen von zumindest einem aus dem Kohlenstoffteilchen 1 und der ionischen Flüssigkeit 2 in einem Zustand, in dem die ionische Flüssigkeit 2 Kontakt mit dem Kohlenstoffteilchen 1 hat, möglich, die Viskosität der ionischen Flüssigkeit 2 zu verringern, wodurch es möglich ist, das Fließen der ionischen Flüssigkeit 2 in die Pore 1a zu begünstigen.
  • Spezifisch kann eine Ausgestaltung genommen werden, bei der das Kohlenstoffteilchen 1 in der ionischen Flüssigkeit 2 eingetaucht ist und dann der Druck innerhalb des Systems reduziert wird. Diese Ausgestaltung kann bewirken, dass die ionische Flüssigkeit 2 in die Pore 1a am effizientesten fließt. In diesem Fall kann zum Beispiel das Kohlenstoffteilchen 1 in die ionische Flüssigkeit 2 unter Atmosphärendruck eingetaucht werden, danach kann der Druck innerhalb des Systems bis nicht mehr als 50 kPa, oder bis nicht mehr als 10 kPa, reduziert werden. Das Reduzieren und Wiederherstellen des Drucks kann wiederholt werden.
  • In einem Fall, bei dem das Kohlenstoffteilchen 1 in der ionischen Flüssigkeit 2 eingetaucht ist, werden mit dem Fließen der ionischen Flüssigkeit 2 in die Pore 1a feine Luftblasen von der Pore 1a ausgestoßen. Daher kann die Beendigung von S1 basierend darauf festgestellt werden, ob Luftblasen ausgestoßen werden oder ob keine Luftblasen mehr ausgestoßen werden. Das heißt, nachdem das Ausstoßen von Luftblasen weniger wird, kann der später beschriebene zweite Schritt ausgeführt werden. Alternativ kann von dem Volumen der in S1 ausgestoßenen Luftblasen die Füllrate der ionischen Flüssigkeit 2 in der Pore 1a spezifiziert werden. Nachdem die Füllrate der ionischen Flüssigkeit 2 als ein bestimmter Wert oder mehr bewertet wird, kann der zweite Schritt, der später beschrieben wird, ausgeführt werden.
  • Zweiter Schritt (S2)
  • Der zweite Schritt (S2) ist ein Schritt des Waschens des Kohlenstoffteilchens 1, während die ionische Flüssigkeit 2 innerhalb der Pore 1a belassen wird, nach dem ersten Schritt S1.
  • Das Kohlenstoffteilchen, das S1 durchlaufen hat, ist in einem Zustand, dass seine gesamte Oberfläche mit der ionischen Flüssigkeit bedeckt ist (zum Beispiel 2C). Das heißt, das Kohlenstoffteilchen 1 ist klebrig. Das Kohlenstoffteilchen 1, dessen gesamte Oberfläche mit der ionischen Flüssigkeit 2 bedeckt ist, ist schwierig als ein Anodenaktivmaterialteilchen zu verwenden, wie es ist. Dies beruht darauf, dass das Kohlenstoffteilchen 1 in solch einem Zustand nicht einem Pressformen in geeigneter Weiße als ein Pulver unterworfen werden kann. Daher wird in der vorliegenden Erfindung das Kohlenstoffteilchen 1 in S2 gewaschen.
  • Bezüglich der ionischen Flüssigkeit 2 auf den Oberflächen des Kohlenstoffteilchens 1 ist die ionische Flüssigkeit, die außerhalb der Pore 1 existiert, durch das Waschen einfacher zu entfernen als die ionische Flüssigkeit 2, die innerhalb der Pore 1a existiert. Daher ist es durch eine normale Waschoperation möglich, „das Kohlenstoffteilchen 1 zu waschen, während die ionische Flüssigkeit 2 innerhalb der Pore 1a verbleibt“. Daher ist das Waschen in S2 nicht besonders beschränkt, solange es eine Operation ist, mit welcher die ionische Flüssigkeit physikalisch von den Oberflächen des Kohlenstoffteilchens 1 entfernt werden kann, indem das Kohlenstoffteilchen 1 mit einem organischen Lösungsmittel gewaschen wird.
  • Die Art des organischen Lösungsmittels ist nicht besonders beschränkt und ein organisches Lösungsmittel, welches die ionische Flüssigkeit 2 effizient entfernt und welches eine bestimmte Menge an Volatilität aufweist, kann verwendet werden. Polare Lösungsmittel können auch verwendet werden. Zum Beispiel können Carbonatlösungsmittel, wie etwa Dimethylcarbonat, Carbonsäureesterlösungsmittel, wie etwa Ethylacetat, und Etherlösungsmittel, wie etwa Dimethoxyethan verwendet werden. Das Waschen kann zwei oder mehrmals wiederholt werden.
  • Es ist notwendig, das organische Lösungsmittel, das auf den Oberflächen des Kohlenstoffteilchens 1 verbleibt, nach dem Waschen zu entfernen. In diesem Fall kann ein natürliches Trocknen, Wärmetrocknen und ein Dekompressionstrocknen durchgeführt werden. Insbesondere kann angesichts eines effizienten Entfernens des organischen Lösungsmittels ein Dekompressionstrocknen ausgeführt werden. Der Dekompressionsgrad bei dem Dekompressionstrocknen ist nicht besonders beschränkt. Es ist möglich das organische Lösungsmittel durch eine Wärmebehandlung zu verflüchtigen, während die ionische Flüssigkeit 2 innerhalb der Pore 1a verbleibt, da organische Lösungsmittel höhere Flüchtigkeiten als die ionische Flüssigkeit 2 aufweisen.
  • Anodenaktivmaterialteilchen 10
  • Durch das wie oben beschriebene Herstellungsverfahren S10 ist es möglich, das Kohlenstoffteilchen 1 als das Anodenaktivmaterialteilchen 10 herzustellen, wobei die ionische Flüssigkeit 2 innerhalb der Pore 1a angeordnet ist (zum Beispiel 2D). Das Anodenaktivmaterialteilchen 10, das durch das Herstellungsverfahren S10 hergestellt ist, weist die ionische Flüssigkeit 2 hauptsächlich innerhalb der Pore 1a auf. Die ionische Flüssigkeit 2 außerhalb der Pore 1a ist zu solch einem Ausmaß entfernt, dass die ionische Flüssigkeit 2 keine Probleme beim Herstellen von Elektroden verursacht. Daher ist es möglich, die Pulverformen beizubehalten, wenn eine Mehrzahl an Teilchen 10 betrachtet wird, und sie einfacher durch Anwenden von Druck zu formen. Zusätzlich ist es durch das Aufweisen der ionischen Flüssigkeit 2 innerhalb der Pore 1a möglich, eine Lithiumionenleitfähigkeitseigenschaft bei dem Teil der Pore 1a zu realisieren. Das heißt, gemäß dem Herstellungsverfahren S10 ist es möglich, das Anodenaktivmaterialteilchen 10 herzustellen, welches sowohl die Verbesserung in der Lithiumionenleitfähigkeitseigenschaft als auch das Sicherstellen der Formbarkeit realisiert. Das Anodenaktivmaterialteilchen 10 kann insbesondere als ein Anodenaktivmaterial für Lithiumbatterien verwendet werden.
  • Das Anodenaktivmaterialteilchen 10, das durch die vorliegende Erfindung hergestellt wird, beinhaltet die ionische Flüssigkeit 2 innerhalb der Pore 1a. Daher ist die spezifische Oberfläche des Anodenaktivmaterialteilchens 10 geringer als die spezifische Oberfläche des Kohlenstoffteilchens 10 selbst (spezifische Oberfläche bevor die ionische Flüssigkeit 2 angeordnet wird). Zum Beispiel, gemäß den Erkenntnissen der Erfinder der vorliegenden Erfindung: das Anodenaktivmaterialteilchen 10, das durch die vorliegende Erfindung hergestellt wird, beinhaltet das Kohlenstoffteilchen 1 mit der Pore 1a und die ionische Flüssigkeit 2, die eine Lithiumionenleitfähigkeitseigenschaft aufweist, die innerhalb der Pore 1a des Kohlenstoffteilchens 1 angeordnet ist; und das Verhältnis B/A ist nicht mehr als 0,80, wobei A der Wert der spezifischen Oberfläche des Kohlenstoffteilchens 1 ist und B der Wert der spezifischen Oberfläche des Anodenaktivmaterialteilchens 10 ist. Die Untergrenze des Verhältnisses B/A kann nicht weniger als 0,45 sein und kann nicht weniger als 0,50 sein. Die Obergrenze kann nicht mehr als 0,75 sein.
  • Die spezifische Oberfläche des Anodenaktivmaterialteilchens kann durch ein BET-Verfahren gemessen werden.
  • Als der spezifische Wert der spezifischen Oberfläche kann, falls die spezifische Oberfläche A des Kohlenstoffteilchens 1 mehr als 0,5 m2/g bis 10 m2/g ist, die spezifische Oberfläche B des Anodenaktivmaterialteilchens 10 in dem Bereich von 0,5 m2/g bis 2 m2/g und geringer als die spezifische Oberfläche des Kohlenstoffteilchens 1 sein.
  • Das Anodenaktivmaterialteilchen 10, das durch die vorliegende Erfindung hergestellt wird, beinhaltet die ionische Flüssigkeit 2 angeordnet innerhalb der Pore 1a und das Porenvolumen davon ist gering. Zum Beispiel, gemäß den Erkenntnissen der Erfinder der vorliegenden Erfindung: das Anodenaktivmaterialteilchen 10, das durch die vorliegende Erfindung hergestellt wird, beinhaltet das Kohlenstoffteilchen 1 mit der Pore 1a, und die ionische Flüssigkeit 2, die eine Lithiumionenleitfähigkeitseigenschaft aufweist, die innerhalb der Pore 1a angeordnet ist; und das Verhältnis D/C ist nicht mehr als 0,80, wobei C das Volumen der Poren mit jeweils einem Porendurchmesser von nicht mehr als 100 nm in dem Kohlenstoffteilchen 1 ist und D das Volumen der Poren mit jeweils einem Porendurchmesser von nicht mehr als 100 nm in dem Anodenaktivmaterialteilchen ist. Die Untergrenze des Verhältnisses D/C kann nicht weniger als 0,30 sein und kann nicht weniger als 0,40 sein. Die Obergrenze kann nicht mehr als 0,70 sein. Das „Volumen der Poren mit jeweils einem Porendurchmesser von nicht mehr als 100 nm“ wird durch ein BET-Verfahren gemessen. Der „Porendurchmesser“ bedeutet den maximalen Durchmesser des Öffnungsabschnitts einer Pore.
  • Als ein spezifischer Wert des Porenvolumens kann zum Beispiel das Porenvolumen D des Anodenaktivmaterialteilchens nicht mehr als 0,007 cm3/g sein. Die Untergrenze kann nicht weniger als 0,003 cm3/g sein und die Obergrenze kann nicht mehr als 0,006 cm3/g sein.
  • Spezifisch kann das Anodenaktivmaterialteilchen 10, das durch die vorliegende Erfindung hergestellt wird, sowohl das oben beschriebene Verhältnis B/A der spezifischen Oberfläche und das oben beschriebene Verhältnis D/C des Porenvolumens erfüllen. Dies macht es möglich, exzellentere Ionenleitfähigkeitseigenschaft und die Formbarkeit sicherzustellen.
  • In der obigen Beschreibung wurde eine Ausgestaltung beschrieben, in der bewirkt wird, das nur das Kohlenstoffteilchen 1 Kontakt mit der ionischen Flüssigkeit 2 in S1 hat. Allerdings ist die vorliegende Erfindung nicht auf diese Ausgestaltung beschränkt. Zum Beispiel kann bewirkt werden, dass das Kohlenstoffteilchen 1 mit einem anderen Festmaterial Kontakt mit der ionischen Flüssigkeit 2 hat. Zum Beispiel kann bewirkt werden, dass eine Mischung aus dem Kohlenstoffteilchen 1 und einem anorganischen Festelektrolyt (und einem Bindemittel und einem Leitfähigkeitshilfsstoff) Kontakt mit der ionischen Flüssigkeit 2 hat. Es gibt eine geringe Möglichkeit des Eluierens des anorganischen Festelektrolyten, obwohl bewirkt wird, dass der anorganische Festelektrolyt und dergleichen mit dem Kohlenstoffteilchen 1 Kontakt mit der ionischen Flüssigkeit 2 hat. Dies beruht darauf, dass der anorganische Festelektrolyt und dergleichen gegenüber der ionischen Flüssigkeit 2 stabil ist. Allerdings ist es möglich, dass sich der anorganische Festelektrolyt in einem polaren Lösungsmittel löst und andererseits ist es in einigen Fällen schwierig, die ionische Flüssigkeit 2 mit einem nichtpolaren Lösungsmittel zu waschen. Unter Berücksichtigung davon ist es, wenn bewirkt wird, dass eine Mischung aus dem Kohlenstoffteilchen 1 und einem anorganischen Festelektrolyt (und einem Bindemittel und einem Leitfähigkeitshilfsstoff) Kontakt mit der ionischen Flüssigkeit 2 hat, besser, zu bewirken, dass ein Absorptionselement, das Flüssigkeit absorbieren kann (z.B. Filterpapier) Kontakt mit den Oberflächen des Kohlenstoffteilchens 1 und den anorganischen Festelektrolyt und dergleichen hat, um zu bewirken, dass das Absorptionselement die ionische Flüssigkeit 2 absorbiert und entfernt, im Vergleich zum Ausführen eines Waschens mit einem organischen Lösungsmittel beim Entfernen der ionischen Flüssigkeit in S2.
  • Verfahren zum Herstellen einer Anode
  • Die vorliegende Erfindung weist eine Ausführungsform für ein Verfahren zum Herstellen einer Anode auf. Das heißt, ein Verfahren zum Herstellen einer Anode beinhaltet einen Schritt des Ausführens einer Druckformung auf eine Anodenmischung, die das Anodenaktivmaterialteilchen beinhaltet, das durch das oben beschriebene Verfahren zum Herstellen eines Anodenaktivmaterialteilchens hergestellt ist. Hiernach wird das Verfahren zum Herstellen einer Anode gemäß der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf 3 beschrieben.
  • Anodenmischung 15
  • Eine in 3A gezeigte Anodenmischung 15 beinhaltet zumindest das Anodenaktivmaterialteilchen 10. Zusätzlich kann die Anodenmischung 15 ein optionales Material beinhaltet, das nicht gezeigt ist. Zum Beispiel können ein anorganischer Festelektrolyt, ein Bindemittel und ein Leitfähigkeitshilfsstoff beinhaltet sein. Die Anodenmischung 15, die einen anorganischen Festelektrolyten und dergleichen zusätzlich zu dem Anodenaktivmaterialteilchen 10 beinhaltet, kann zum Beispiel einfach nach dem Herstellen des Anodenaktivmaterialteilchens 10 erhalten werden, durch Mischen des Anodenaktivmaterialteilchens 10 und des anorganischen Festelektrolyten und dergleichen durch ein Trockenmischen. Alternativ, wie oben beschrieben, kann die Anodenmischung, die das Anodenaktivmaterialteilchen 10 und den anorganischen Festelektrolyten und dergleichen beinhaltet, erhalten werden durch Bewirken, dass der anorganische Festelektrolyt und dergleichen mit dem Kohlenstoffteilchen 1 in S1 und S2 koexistiert.
  • Anorganischer Festelektrolyt
  • Als der anorganische Festelektrolyt, der in der Anodenmischung 15 beinhaltet sein kann, können Oxidfestelektrolyte und Sulfidfestelektrolyte genannt werden. Beispiele der Oxidfestelektrolyte beinhalten Li3PO4, Li2O-Al2O3-TiO2-P2S5, Li2O-Al2O3-GeO2-P2O5, Li2O-La2O3-TiO2, Li2O-La2O3-ZrO2, Li4Ti5O12 und Li2O-P2O5-Nb2O5-B2O3-GeO2. Beispiele der Sulfidfestelektrolyten beinhalten Li2S-SiS2, LiI-Li2S-SiS2, LiI-Li2S-P2S5, LiI-Li2S-P2O5, LiI-Li3PO4-P2S5, Li2S-P2S5 und Li3PS4. Die Sulfidfestelektrolyte können verwendet werden.
  • Für die anorganischen Festelektrolyte ist es schwierig, in die Poren 1a des Anodenaktivmaterials 10 zu gelangen. Daher war es gewöhnlich schwierig, Ionenleitfähigkeitspfade in der Pore 1a sicherzustellen. Diesbezüglich können in der vorliegenden Erfindung Ionenleitfähigkeitspfade selbst bei dem Teil der Pore 1a sichergestellt werden, weil die ionische Flüssigkeit 2 innerhalb der Pore 1a des Anodenaktivmaterials 10 angeordnet ist. Zusätzlich löst sich der anorganische Festelektrolyt möglicherweise in einem polaren Lösungsmittel, während es, wie oben beschrieben, gegenüber der ionischen Flüssigkeit stabil ist. Das heißt, die ionische Flüssigkeit 2, die in der Pore 1a des Anodenaktivmaterials 10 beinhaltet ist, hat keine Möglichkeit den anorganischen Festelektrolyten zu verschlechtern, und daher ist es möglich, eine bestimmte Kapazitätsmenge beizubehalten, selbst wenn Laden und Entladen wiederholt werden. Auf diese Weise wird in der vorliegenden Erfindung der Effekt ferner bemerkenswert, falls ein anorganischer Festelektrolyt als eine Anode beinhaltet ist.
  • Bindemittel
  • Das Bindemittel, das in der Anodenmischung 15 beinhaltet sein kann, ist nicht besonders beschränkt. Beispiele davon beinhalten Butadienkautschuk (BR), Polyvinylidenfluorid (PVdF), Styrolbutadienkautschuk (SBR) und Polytetrafluorethylen (PTFE).
  • Leitfähigkeitshilfsstoff
  • Als der Leitfähigkeitshilfsstoff, der in der Anodenmischung 15 beinhaltet sein kann: Kohlenstoffmaterialien, wie etwa dampfgewachsene Kohlenstofffaser, Acetylenschwarz (AB), Ketjenblack (KB), Kohlenstoffnanoröhre (CNT) und Kohlenstoffnanofaser (CNF); und metallische Materialien, welche die Umgebung überstehen, in denen Gesamtfeststoffbatterien verwendet werden, können als Beispiele gegeben werden.
  • Der Gehalt des Anodenaktivmaterialteilchens 10 in der Anodenmischung 15 ist nicht besonders beschränkt. Zum Beispiel kann, basierend auf der gesamten Anodenmischung 15 (100 Massen-%), der Gehalt in dem Bereich von 40 Massen-% bis 99 Massen-% sein. Die Mengen des anorganischen Festelektrolyten und des Bindemittels können in Abhängigkeit von der Menge des Anodenaktivmaterialteilchens 10 geeignet eingestellt werden.
  • Pressformen
  • Die oben beschriebene Anodenmischung 15 kann durch das Anwenden von Druck in eine bestimmte Form geformt werden. Das heißt, die Anode 20 kann einfach durch ein Pressformen eines Pulvers in einem Trockenverfahren hergestellt werden (3A und 3B). Die Magnitude des beim Formen angewandten Drucks ist nicht besonders beschränkt und es muss eine Magnitude sein, mit welcher eine Formbeibehaltungseigenschaft als die Anode 20 sichergestellt werden kann.
  • Anode 20
  • Die Form (z.B. Dicke) der Anode nach dem Pressformen ist nicht besonders beschränkt. Gemäß der Struktur der anzuwendenden Batterien kann die Form der Anode geeignet ausgewählt werden. Die Anode 20, die durch die vorliegende Erfindung hergestellt wird, beinhaltet das Anodenaktivmaterialteilchen 10. Wie oben beschrieben, beinhaltet das Anodenaktivmaterialteilchen 10 die innerhalb der Pore 1a angeordnete ionische Flüssigkeit 2 und Ionenleitfähigkeitspfade sind bei dem Teil der Pore 1a sichergestellt. Ferner können die Anodenaktivmaterialteilchen 10, 10 durch das Druckformen eines Pulvers fest miteinander adhärieren und die Anode 20 bricht nicht leicht auseinander. Dies beruht darauf, weil die Menge der ionischen Flüssigkeit 2 zwischen den Anodenaktivmaterialteilchen 10, 10 reduziert ist. Das heißt, die Anode 20 weist eine exzellente Formbarkeit und Festigkeit auf und weist auch eine exzellente Lithiumionenleitfähigkeitseigenschaft auf. Die Anode 20 kann insbesondere als eine Anode für Lithiumbatterien verwendet werden.
  • In der obigen Beschreibung ist eine Ausgestaltung erklärt, in der nur die Anodenmischung 15 unabhängig einer Druckformung unterworfen wird. Allerdings ist die vorliegende Erfindung nicht auf diese Ausgestaltung beschränkt. Durch Ausführen eines Druckformens auf eine Metallfolie (Anodenstromabnehmer) und die auf der Oberfläche der Metallfolie angeordneten Anodenmischung ist es möglich, die Anode 20 zu erhalten, zu welcher die Metallfolie integriert ist. Alternativ ist es durch das Ausführen eines Druckformens auf die anorganische Festelektrolytschicht 30, die später beschrieben wird, und die Anodenmischung 15, die auf der Oberfläche der anorganischen Festelektrolytschicht 30 angeordnet ist, möglich, einen geschichteten Körper zu erhalten, in dem die anorganische Festelektrolytschicht 30 und die Anode 20 miteinander integriert sind.
  • Verfahren zum Herstellen von Lithiumbatterien
  • Die vorliegende Erfindung weist auch eine Ausführungsform als ein Verfahren zum Herstellen einer Lithiumbatterie auf. Das heißt, ein Verfahren zum Herstellen einer Lithiumbatterie beinhaltet einen Schritt des Anordnens der Anode, die durch das oben beschriebene Herstellungsverfahren hergestellt ist, in einer Weise, dass die Anode Kontakt zu einer Oberfläche einer anorganischen Festelektrolytschicht hat, und ein Schritt des Anordnens einer Kathode auf die anderen Oberfläche der anorganischen Festelektrolytschicht. Dies macht es möglich, eine Lithiumbatterie 50 herzustellen, die die Anode 20, die Kontakt hat mit und angeordnet ist auf einer Oberfläche der anorganischen Festelektrolytschicht 30, und eine Kathode 40, die auf der anderen Oberfläche der anorganischen Festelektrolytschicht 30 angeordnet ist, beinhaltet.
  • Anorganische Festelektrolytschicht 30
  • Als der anorganische Festelektrolyt, der die anorganische Festelektrolytschicht 30 konstituiert, können als Beispiele Oxidfestelektrolyte und Sulfidfestelektrolyte genannt werden. Spezifisch können Sulfidfestelektrolyte verwendet werden. Ähnliche Oxidfestelektrolyte und Sulfidfestelektrolyte wie die Festelektrolyte und Sulfidelektrolyte, die in der Anodenmischung 15 enthalten sein können, können verwendet werden. Die anorganische Festelektrolytschicht 30 kann ein Bindemittel beinhalten. Als das Bindemittel können Bindemittel verwendet werden, die in der Anodenmischung 15 enthalten sein können. Der Gehalt des Bindemittels, das in der anorganischen Festelektrolytschicht beinhaltet ist, ist nicht besonders beschränkt. Der Gehalt des Bindemittels, das in der anorganischen Festelektrolytschicht 30 enthalten ist, kann nicht mehr als 5 Massen-% sein, angesichts des Ermöglichens des Bindens einer anorganischen Festelektrolytschicht, die einen anorganischen Festelektrolyt nicht exzessiv aggregiert sondern adäquat dispergiert beinhaltet, für den Zweck des einfachen Bereitstellens einer hohen Ausgabeleistung usw.
  • Die anorganische Festelektrolytschicht 30 kann einfach durch das Anwenden eines bekannten Verfahrens hergestellt werden. Zum Beispiel kann die anorganische Festelektrolytschicht 30 hergestellt werden durch Aufbringung und Trocken einer Aufschlämmung des oben beschriebenen anorganischen Festelektrolyten und dergleichen, die in einem Lösungsmittel dispergiert und eingestellt sind. In diesem Fall können, als die Flüssigkeit zum dispergieren des anorganischen Festelektrolyten und dergleichen, verschiedene Arten organischer Lösungsmittel, wie etwa nicht-polare Lösungsmittel verwendet werden. Zum Beispiel kann Heptan und dergleichen verwendet werden. Es ist besser keine polaren Lösungsmittel zu verwenden, da es, wie oben beschrieben, eine Möglichkeit des Eluierens des anorganischen Festelektrolyten mit polaren Lösungsmitteln gibt. Alternativ kann die anorganische Festelektrolytschicht 30 hergestellt werden durch einen Prozess des Mischens des oben beschriebenen anorganischen Festelektrolyten und dergleichen durch ein Trockenverfahren und Ausführen eines Pressformens darauf. Die Dicke der anorganischen Festelektrolytschicht kann, während sie sich in Abhängigkeit von der Struktur der Batterie unterscheidet, zum Beispiel in dem Bereich von 0,1 µm bis ein 1 mm sein und kann in dem Bereich von 1 µm bis 100 µm sein.
  • Kathode 40
  • Die Kathode 40 wird aus einer geformten Kathodenmischung gebildet. Zusätzlich zu dem Kathodenaktivmaterial enthält die Kathodenmischung optional einen anorganischen Festelektrolyt, ein Bindemittel, einen Leitfähigkeitshilfsstoff und dergleichen.
  • Kathodenaktivmaterial
  • In der vorliegenden Erfindung ist das Kathodenaktivmaterial, das in der Kathodenmischung enthalten ist, nicht besonders beschränkt, solange das Kathodenaktivmaterial herkömmlich als ein Kathodenaktivmaterial für Lithiumbatterien bekannt ist. Beispiele davon beinhalten LiNi1/3CO1/3Mn1/3O2, LiCoO2, LiNiO2, LiFePO4, und LiMn2O4. Die Form des Kathodenaktivmaterials kann zum Beispiel ein Teilchen oder ein dünner Film sein. Der Gehalt des Kathodenaktivmaterials in der Kathode 40 kann, obwohl nicht darauf beschränkt, zum Beispiel in dem Bereich von 40 Massen-% bis 99 Massen-% liegen.
  • Anorganischer Festelektrolyt
  • Die Kathodenmischung kann, falls notwendig, einen anorganischen Festelektrolyt enthalten. Als der anorganische Festelektrolyt, welcher in der Kathodenmischung enthalten sein kann, können als Beispiele die oben beschriebenen anorganischen Festelektrolyten genannt werden, welche in der Anodenmischung 15 enthalten sein können.
  • Schicht, die das Kathodenaktivmaterial bedeckt
  • Wenn ein Sulfidfestelektrolyt als der anorganische Festelektrolyt verwendet wird, kann das Kathodenaktivmaterial durch ein ionenleitfähiges Oxid bedeckt sein, in Hinblick darauf, es einfach zu machen, die Erhöhung in dem Batteriewiderstand zu verhindern, durch Bewirken, dass es schwierig ist, eine Hochwiderstandsschicht an den Grenzflächen des Kathodenaktivmaterials und dem anorganischen Festelektrolyt zu bilden. Als das lithiumionenleitfähige Oxid, um das Kathodenaktivmaterial zu bedecken, können zum Beispiel Oxide genannt werden, die durch eine allgemeine Formel LixAOy dargestellt sind (A ist B, C, AI, Si, P, S, Ti, Zr, Nb, Mo, Ta oder W; jedes aus x und y ist eine positive Zahl). Spezifisch kann LiNbO3 und dergleichen verwendet werden. Wenn die Oberfläche des Kathodenaktivmaterials durch ein ionenleitfähiges Oxid bedeckt ist, muss das ionenleitfähige Oxid nur zumindest einen Teil des Kathodenaktivmaterials bedecken oder es kann die gesamte Oberfläche des Kathodenaktivmaterials bedecken. Das Verfahren zum Bedecken der Oberfläche des Kathodenaktivmaterials durch ein ionenleitfähiges Oxid ist nicht besonders beschränkt und ein bekanntes Verfahren kann angewandt werden. Die Dicke des ionenleifähigen Oxids, das das Kathodenaktivmaterial bedeckt, kann zum Beispiel in dem Bereich von 0,1 nm bis 100 nm sein und kann in dem Bereich von 1 nm bis 20 nm sein. Die Dicke des ionenleitfähigen Oxids kann durch ein Transmissionselektronenmikroskop (TEM) und dergleichen gemessen werden.
  • Bindemittel und Leitfähigkeitshilfsstoff
  • Ein bekanntes Bindemittel und Leitfähigkeitshilfsstoff, die in einer Kathode von Lithiumbatterien enthalten sein können, können für die Kathodenmischung verwendet werden. Die gleichen Bindemittel und Leitfähigkeitshilfsstoffe, die in der Anodenmischung 15 enthalten sein können, können für die Kathodenmischung verwendet werden, weshalb die Erklärungen davon ausgelassen werden.
  • Die Kathode 40 kann entweder durch ein Trockenverfahren oder ein Nassverfahren hergestellt werden. Zum Beispiel kann die Kathode 40 mit einer Kathodenmischung durch einen ähnlichen Weg wie bei der Herstellung der Anode 20 mit der Anodenmischung 15 hergestellt werden. Das Herstellungsverfahren der Kathode 40 ist bestens bekannt, weshalb die Erklärung davon ausgelassen wird.
  • Anodenstromabnehmer und Kathodenstromabnehmer
  • Die Lithiumbatterie wird mit einem Anodenstromabnehmer und einem Kathodenstromabnehmer bereitgestellt, welche nicht gezeigt sind. Bekanntes Metall, das als ein Stromabnehmer von Lithiumbatterien verwendet werden kann, kann verwendet werden. Beispiele davon beinhalten metallische Materialien, die eines oder zwei oder mehr Elemente ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Cu, Ni, Al, V, Au, Pt, Mg, Fe, Ti, Co, Cr, Zn, Ge und In beinhalten.
  • Lithiumbatterie 50
  • Die Lithiumbatterie 50 kann hergestellt werden durch die Schritte: Anordnen der Anode 20 in einer Weise, dass die Anode 20 Kontakt mit einer Oberfläche der anorganischen Festelektrolytschicht 30 hat; und Anordnen der Kathode 40 auf der anderen Seite der anorganischen Festelektrolytschicht 30. Zum Beispiel ist es durch Anordnen der Anodenmischung 15 auf eine Oberfläche der anorganischen Festelektrolytschicht 30 und Ausführen eines Pressformens darauf möglich, die Anode 20 in einer Weise zu bilden und anzuordnen, dass die Anode 20 Kontakt mit einer Oberfläche der anorganischen Festelektrolytschicht 30 hat. Andererseits ist es durch Anordnen der Kathodenmischung auf der anderen Oberfläche der anorganischen Festelektrolytschicht 30 und Ausführen eines Pressformens darauf möglich, die Kathode 40 auf der anderen Oberfläche der anorganischen Festelektrolytschicht 30 zu bilden und anzuordnen. Alternativ kann nach dem getrennten Herstellen der Anode 20, der anorganischen Festelektrolytschicht 30 und der Kathode 40, die Anode 20 in einer Weise angeordnet werden, dass die Anode 20 Kontakt mit einer Oberfläche der anorganischen Festelektrolytschicht 30 hat, und die Kathode 40 kann auf der anderen Oberfläche der anorganischen Festelektrolytschicht 30 angeordnet werden. Auf beide Weisen kann in der vorliegenden Erfindung die Lithiumbatterie 50 auf die gleiche Weise wie in konventionellen Verfahren hergestellt werden, mit der Ausnahme, dass die Anode 20 als die Anode verwendet wird.
  • Die Lithiumbatterie 50 muss keine anderen Elektrolytlösungen als die ionische Flüssigkeit 2, die innerhalb der Anode 20 existiert, aufweisen. Ausreichende Lithiumionenionenleitfähigkeitseigenschaft wird durch den anorganischen Festelektrolyten und dergleichen selbst ohne Elektrolytlösungen bereitgestellt. Das heißt, die Lithiumbatterie 50 kann bezüglich der Anode 20 als ein Feststoff als eine Gesamtfeststoffzustandslithiumbatterie definiert werden.
  • Die Anode 20 der Lithiumbatterie 50 beinhaltet die ionische Flüssigkeit 2, die innerhalb der Pore 1a des Anodenaktivmaterialteilchens 10 angeordnet ist. Hierbei ist in der Lithiumbatterie 50, obwohl die Anode 20 Kontakt mit dem anorganischen Festelektrolyt 30 hat, der anorganische Festelektrolyt stabil gegenüber der ionischen Flüssigkeit 2. Daher wird, selbst wenn die ionische Flüssigkeit 2 in der Anode 20 und die anorganische Festelektrolytschicht 30 Kontakt miteinander haben sollten, der anorganische Festelektrolyt 30 nicht eluiert, und es ist möglich, eine bestimmte Kapazitätsmenge beizubehalten, selbst wenn Laden und Entladen wiederholt werden (wie oben beschrieben, trifft das gleiche zu, wenn ein anorganischer Festelektrolyt in der Anode 20 enthalten ist). Zusätzlich weist die Anode 20 der Lithiumbatterie 50 eine exzellente Formbarkeit, Festigkeit und exzellente Lithiumionenleitfähigkeitseigenschaft auf. Daher weist die Lithiumbatterie 50 eine große erste Entladungskapazität und eine exzellente Entladungskapazitätsbeibehaltungsrate auf.
  • Beispiele
  • < Beispiel 1 >
  • Herstellen von Anodenaktivmaterialteilchen
  • Natürlicher Kohlenstoff wurde einer sphärodisierenden Behandlung unterworfen und mit amorphem Kohlenstoffen bedeckt. Dadurch wurden Kohlenstoffteilchen (Teilchengröße: ungefähr 10 µm, spezifische Oberfläche: 2,75 m2/g) erhalten. Bei einer Beobachtung mit einem SEM, wurde eine Menge an Poren auf den Oberflächen der Kohlenstoffteilchen bestätigt. Mit 6,0 g der Kohlenstoffteilchen wurden 5,0 g N-Methyl-N-propylpiperidiniumbis(trifluormethylsulfonyl)amid (PP13TFSA), in welchem LiTFSA von 0,32 mol/kg in Konzentration gelöst waren, als eine ionische Flüssigkeit gemischt, wodurch die Kohlenstoffteilchen in die ionische Flüssigkeit eingetaucht wurden. Danach wurde der Druck auf 10 Pa reduziert und der Normaldruck wieder hergestellt. Das Reduzieren und Wiederherstellen des Drucks wurden wiederholt, wodurch bewirkt wurde, dass die ionische Flüssigkeit in die Poren der Kohlenstoffteilchen fließt.
  • Danach wurde die Mischung der Kohlenstoffteilchen und der ionischen Flüssigkeit filtriert, wodurch ein Filterprodukt erhalten wurde. In dem Filterprodukt wurde exzessive ionische Flüssigkeit außerhalb der Poren der Kohlenstoffteilchen belassen. Dann wurden die Kohlenstoffteilchen zweimal mit 5 ml Dimethylcarbonat gewaschen, während die ionische Flüssigkeit innerhalb der Poren verblieb.
  • Danach wurde durch Ausführen eines Vakuumtrocknens (Druck: 10 Pa, Temperatur: 110°C) das Lösungsmittel entfernt und die Anodenaktivmaterialteilchen, in welchen die ionische Flüssigkeit innerhalb der Poren angeordnet war, wurden erhalten.
  • Herstellung von Anode
  • Die erhaltenen Anodenaktivmaterialteilchen (1,2 g) und ein Sulfidfestelektrolyt wurden gemischt. Die Mischung wurde einem Pressformen bei einem Druck von 40 kN unterworfen, wodurch eine Anode (Dicke: 50 µm, Größe: 1 cm2) hergestellt wurde. Es war möglich, ein geeignetes Pressformen für die Anodenaktivmaterialteilchen wie in einer Pulverform auszuführen, weil exzessive ionische Flüssigkeit von den Teilchen entfernt wurde.
  • Herstellung von Lithiumbatterie
  • Eine Mischung von Pulver (1,7 g), bestehend aus einem geschichteten Oxid, das Li, Ni, Mn und Co beinhaltet, und ein Sulfidfestelektrolyt (0,3 g) wurden einem Pressformen bei einem Druck von 40 kN unterworfen, wodurch eine Kathode (Dicke 40 µm: Größe 1 cm2) hergestellt wurde. Als ein Sulfidfestelektrolyt wurde Li2S-P2S5 (0,1 g) einem Pressformen bei einem Druck von 40 kN unterworfen, wodurch eine anorganische Festelektrolytschicht (Größe: 1 cm2) hergestellt wurde. Die hergestellte Anode, anorganische Festelektrolytschicht und Kathode wurden in der genannten Reihenfolge angeordnet und vereinigt. Zu dem resultierenden Material wurden ein Kathodenstromabnehmer und ein Anodenstromabnehmer angefügt, wodurch eine Lithiumbatterie hergestellt wurde.
  • <Beispiel 2>
  • Anodenaktivmaterialteilchen, Anode und Lithiumbatterie wurden in der gleichen Weise wie in Beispiel 1 hergestellt, mit der Ausnahme, dass die Konzentration von LiTFSA in PP13TFSA zu 0,64 mol/kg verändert wurde.
  • <Beispiel 3>
  • Anodenaktivmaterialteilchen, Anode und Lithiumbatterie wurden in der gleichen Weise wie in Beispiel 1 hergestellt, mit der Ausnahme, dass Py13TFSA (N-Methyl-N-propylpyrrolidium-bis(trifluormethylsulfonyl)amid als die ionische Flüssigkeit anstelle von PP13TFSA verwendet wurde.
  • <Beispiel 4>
  • Anodenaktivmaterialteilchen, Anode und Lithiumbatterie wurden in der gleichen Weise wie in Beispiel 1 hergestellt, mit der Ausnahme, dass Py13TFSA als die ionische Flüssigkeit anstelle von PP13TFSA verwendet wurde und die Konzentration von LiTFSA zu 0,64 mol/kg geändert wurde.
  • <Beispiel 5>
  • Anodenaktivmaterialteilchen, Anode und Lithiumbatterie wurden in der gleichen Weise wie in Beispiel 1 hergestellt, mit der Ausnahme, dass Py14TFSA (N-Butyl-N-methylpyrrolidinium-bis(trifluormethylsulfonyl)amid) als die ionische Flüssigkeit anstelle von PP13TFSA verwendet wurde.
  • <Beispiel 6>
  • Anodenaktivmaterialien, Anode und Lithiumbatterie wurden in der gleichen Weise in Beispiel 1 hergestellt, mit der Ausnahme, dass DEMETFSA (N,N-Dietyl-N-(2-methoxyethyl)-N-methylammonium-bis(trifluormethylsulfonyl)amid) als die ionische Flüssigkeit anstelle von PP13TFSA verwendet wurde.
  • <Beispiel 7>
  • Anodenaktivmaterialteilchen, Anode und Lithiumbatterie wurden in der gleichen Weise wie in Beispiel 1 hergestellt, mit der Ausnahme, dass Py14TFSA als die ionische Flüssigkeit anstelle von PP13TFSA verwendet wurde und die Konzentration von LITFSA zu 0,16 mol/kg verändert wurde.
  • <Beispiel 8>
  • Anodenaktivmaterialteilchen, Anode und Lithiumbatterie wurden in der gleichen Weise wie in Beispiel 1 hergestellt, mit der Ausnahme, dass PP14TFSA (N-Butyl-N-methylpiperidinium-bis(trifluormethylsulfonyl)amid) als die ionische Flüssigkeit anstelle von PP13TFSA verwendet wurde und die Konzentration von LiTFSA zu 0,16 mol/kg verändert wurde.
  • <Beispiel 9>
  • Anodenaktivmaterialteilchen, Anode und Lithiumbatterie wurden in der gleichen Weise wie in Beispiel 1 hergestellt, mit der Ausnahme, dass die Konzentration von LiTFSA in PP13TFSA zu 1,0 mol/kg verändert wurde.
  • <Beispiel 10>
  • Anodenaktivmaterialteilchen, Anode und Lithiumbatterie wurden in der gleichen Weise wie in Beispiel 1 hergestellt, mit der Ausnahme, dass Py13TFSA als die ionische Flüssigkeit anstelle von PP13TFSA verwendet wurde und die Konzentration von LiTFSA zu 1,0 mol/kg verändert wurde.
  • <Vergleichsbeispiel 1>
  • Anodenaktivmaterialteilchen, Anode und Lithiumbatterie wurden in der gleichen Weise wie in Beispiel 1 hergestellt, mit der Ausnahme, dass die Behandlung durch die ionische Flüssigkeit auf die Kohlenstoffteilchen nicht ausgeführt wurde, wodurch die Kohlenstoffteilchen als die Anodenaktivmaterialteilchen verwendet wurden wie sie waren.
  • <Vergleichsbeispiel 2>
  • Anodenaktivmaterialteilchen wurden in der gleichen Weise wie in Beispiel 1 hergestellt, mit der Ausnahme, dass das Waschen mit Dimethylcarbonat nicht ausgeführt würde. Eine Menge ionischer Flüssigkeit verblieb auf den erhaltenen Anodenaktivmaterialteilchen und es war nicht möglich, ein Pressformen auf die Anodenaktivmaterialteilchen auszuführen.
  • Evaluation von Batterie
  • Ladungs-Entladungskapazitätsbeibehaltungsrate
  • Als ein Evaluationsindex für die Ionenleitfähigkeitseigenschaft der Anodenaktivmaterialteilchen wurden die erste Entladungskapazität und die Entladungskapazitätsbeibehaltungsrate von jeder Batterie gemessen. Insbesondere wurde jede Batterie von den Beispielen und Vergleichsbeispielen bei einem Konstantstrom von 0,05 C bis 4,2 V geladen, zu der von dem Kathodenaktivmaterial berechneten Kapazität bei 25°C. Danach wurde jede Batterie bei einem Konstantstrom bis 0,01 C geladen. Als nächstes wurde jede Batterie bei einem Konstantstrom bis 3,0 V entladen und dann bei einer konstanten Spannung bis 0,01 C entladen. Dieser Zyklus von Laden und Entladen wurde wiederholt. Basierend auf der Ladungs-Entladungskapazität bei dem ersten Ladungs-Entladungszyklus (100%) wurde die Beibehaltungsrate der Ladungs-Entladungskapazität bei und nach der zweiten Ladungs-Entladungskapazität berechnet. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 gezeigt. 5 zeigt die Übergänge der Ladung-Entladungskapazitätsbeibehaltungsrate von jeder Batterie von Beispiel 1 und Vergleichsbeispiel 1.
  • Widerstandsmessung
  • Als ein Evaluationsindex für die Ionenleitfähigkeitseigenschaft der Anodenaktivmaterialteilchen wurde der Widerstand von jeder Batterie gemessen. Insbesondere wurde der Widerstand von jeder Batterie bei einer Messung von Wechselstromimpedanz zu dem Zeitpunkt gemessen, bei dem die Batterie auf 85% der Entladungskapazität geladen war, nach dem ersten Ladungs-Entladungszyklus. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 gezeigt. Der gezeigte Wert in Tabelle 1 für jede Batterie ist der Wert, bei dem die Widerstandskomponente vom Kreisbogen mit dem Gleichstromwiderstand in der Wechselstromimpedanzmessung addiert wird. 6 zeigt das Messergebnis der Wechselstromimpedanz von jeder Batterie von Beispiel 1 und Vergleichsbeispiel 1.
  • Formevaluation von Anodenaktivmaterialteilchen
  • Spezifische Oberfläche
  • Die spezifische Oberfläche von jeden Anodenaktivmaterialteilchen von Beispielen 1 bis 10 und dem Kohlenstoffteilchen von Vergleichsbeispiel 1 wurde durch ein BET-Verfahren gemessen. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 gezeigt.
  • Porenvolumen
  • Durch ein BET-Verfahren wurde „das Volumen der Poren mit jeweils einem Porendurchmesser von nicht mehr als 100 nm“ von jeden Anodenaktivmaterialteilchen von Beispielen 1 bis 10 und dem Kohlenstoffteilchen von Vergleichsbeispiel 1 gemessen. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 gezeigt.
    [Tabelle 1]
    ionische Flüssigkeit (Konzentratio n an LiTFSA) erste Entladungskapazität (5) (mAh/g) Entladungskapazitätsbeibehaltungsrate (%) Widerstand (Ω) BETspezifische Oberfläche (m2/g) Volumen von Poren mit Durchmesser von nicht mehr als 100 nm (cm3/g)
    Beispiel 1 PP13TFSA (0,32mol/kq) 163 98 17 1,46 0,004
    Beispiel 2 PP13TFSA (0,64mol/kg) 160 97 19 1,40 0,004
    Beispiel 3 Py13TFSA (0,32mol/kq) 164 98 17 1,76 0,006
    Beispiel 4 Py13TFSA (0,64mol/kq) 162 98 18 1,74 0,006
    Beispiel 5 Py14TFSA (0,32mol/kq) 161 97 19 1,92 0,007
    Beispiel 6 DEMETFSA (0,32mol/g) 163 97 18 1,93 0,007
    Beispiel 7 Py14TFSA (0,16mol/g) 162 98 18 1,98 0,007
    Beispiel 8 PP14TFSA (0,16mol/kg) 162 97 18 1,96 0,007
    Beispiel 9 PP13TFSA (1,0mol/kg) 160 97 18 1,17 0,003
    Beispiel 10 Py13TFSA (1,0mol/kg) 162 97 18 1,72 0,006
    Vergleichsbeispiel 1 keine Behandlung 157 97 19 2,73 0,009
    Vergleichsbeispiel 2 kein Waschen - - - - -
  • Wie von den in Tabelle 1 gezeigten Ergebnissen ersichtlich, hatten die Anodenaktivmaterialteilchen der Beispiele geringere spezifische Oberflächen und Porenvolumen als die des Kohlenstoffteilchens vom Vergleichsbeispiel, dadurch, dass sie Kontakt mit der ionischen Flüssigkeit haben. Daher kann geschlussfolgert werden, dass die ionischen Flüssigkeiten innerhalb der Poren angeordnet waren. Jede Batterie von den oben beschriebenen Beispielen hatte eine höhere erste Entladungskapazität und bessere Leistung als jene von den Batterien der Vergleichsbeispiele. Die Batterien der Beispiele hatten nahezu die gleichen Ladungs-Entladungskapazitätsbeibehaltungsraten, verglichen mit denen der Batterien der Vergleichsbeispiele. Das heißt, es wurde keine Verschlechterung von Batterien bestätigt, selbst in einem Fall, bei dem die ionische Flüssigkeit innerhalb der Poren der Kohlenstoffteilchen angeordnet war und es wurde gefunden, dass eine exzellente Leistung erhalten werden kann. Ferner war der Widerstandswert von jeder Batterie der Beispiele gering. Der Wert war der gleiche wie oder geringer als der Wert von jeder Batterie der Vergleichsbeispiele und jede Batterie der Beispiele zeigte exzellente Leistung. Dies ist von den Ergebnissen, die in 5 und 6 gezeigt sind, offensichtlich.
  • Zusätzlich kann, wie von den in Tabelle 1 gezeigten Ergebnissen ersichtlich ist, gesagt werden, dass die Anodenaktivmaterialteilchen der Beispiele die folgenden Merkmale hatten. Das heißt, jedes Anodenaktivmaterialteilchen der Beispiele beinhaltete ein Kohlenstoffteilchen mit Poren und eine ionische Flüssigkeit, die innerhalb der Poren des Kohlenstoffteilchens angeordnet ist, wobei die Flüssigkeit Lithiumionenleitfähigkeitseigenschaft aufweist, wobei ein Verhältnis B/A nicht mehr als 0,80 war, wobei A der Wert der spezifischen Oberfläche des Kohlenstoffteilchens ist und B der Wert der spezifischen Oberfläche des Anodenaktivmaterialteilchen ist. Von den in Tabelle 1 gezeigten Ergebnissen kann die Untergrenze des Verhältnisses B/A nicht weniger als 0,45 sein und kann nicht weniger als 0,50 sein. Die Obergrenze kann nicht mehr als 0,75 sein.
  • Zusätzlich kann, wie von den in Tabelle 1 gezeigten Ergebnissen ersichtlich, gesagt werden, dass die Anodenaktivmaterialteilchen der Beispiele die folgenden Merkmale hatten. Das heißt, jedes der Anodenaktivmaterialteilchen der Beispiele beinhaltete ein Kohlenstoffteilchen mit Poren und eine ionische Flüssigkeit, die innerhalb der Poren des Kohlenstoffteilchens angeordnet ist, wobei die Flüssigkeit eine Lithiumionenleitfähigkeitseigenschaft aufweist, wobei ein Verhältnis D/C nicht mehr als 0,80 war, wobei C das Porenvolumen von Poren jeweils mit einem Porendurchmesser von nicht mehr als 100 nm in dem Kohlenstoffteilchen war und D das Porenvolumen von Poren jeweils mit einem Porendurchmesser von nicht mehr als 100 nm in dem Anodenaktivmaterialteilchen war. Von den in Tabelle 1 gezeigten Ergebnissen kann die Untergrenze des Verhältnisses D/C nicht weniger als 0,30 sein und kann nicht weniger als 0,40 sein. Die Obergrenze kann nicht mehr als 0,70 sein.
  • Wie oben beschrieben wurde herausgefunden, dass es möglich ist, ein Anodenaktivmaterialteilchen herzustellen, welches sowohl die Verbesserung in der Ionenleitfähigkeitseigenschaft als auch die Sicherstellung der Formbarkeit bereitstellt, durch: Bewirken, dass das Kohlenstoffteilchen mit Poren Kontakt mit einer ionischen Flüssigkeit hat, die eine Lithiumionenleitfähigkeitseigenschaft aufweist, und Bewirken, dass die ionische Flüssigkeit in die Poren fließt; und danach Waschen des Kohlenstoffteilchens, während die ionische Flüssigkeit innerhalb der Poren belassen wird.
  • Industrielle Anwendbarkeit
  • Die durch das Herstellungsverfahren der vorliegenden Erfindung erhaltenen Anodenaktivmaterialteilchen können weithin als Anodenaktivmaterialteilchen verwendet werden, insbesondere für Lithiumbatterien.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Kohlenstoffteilchen
    1a
    Pore
    2
    ionische Flüssigkeit
    10
    Anodenaktivmaterialteilchen
    15
    Anodenmischung
    20
    Anode
    30
    anorganische Festelektrolytschicht
    40
    Kathode
    50
    Lithiumbatterie

Claims (10)

  1. Verfahren (S10) zum Herstellen eines Anodenaktivmaterialteilchens (10), das umfasst: einen ersten Schritt (S1) des Bewirkens, dass ein Kohlenstoffteilchen (1) mit Poren (1a) Kontakt mit einer ionischen Flüssigkeit (2), in der ein Lithiumsalz gelöst ist, hat, und des Bewirkens, dass die ionische Flüssigkeit (2) in die Poren (1a) fließt; und einen zweiten Schritt (S2) des Waschens des Kohlenstoffteilchens (1) nach dem ersten Schritt (S1) mit einem organischen Lösungsmittel, während die ionische Flüssigkeit (2) innerhalb der Poren (1a) belassen wird.
  2. Verfahren (S10) nach Anspruch 1, wobei in dem ersten Schritt (S1) eine Dekompression in einem System ausgeführt wird, während das Kohlenstoffteilchen (1) in der ionischen Flüssigkeit (2) eingetaucht ist, um ein Gas, das innerhalb der Poren (1a) existiert, nach außerhalb der Poren (1a) auszustoßen und um zu bewirken, dass die ionische Flüssigkeit (2) in die Poren (1a) fließt.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die ionische Flüssigkeit (2) ein Trifluormethansulfonylamid Anion beinhaltet.
  4. Verfahren (S10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Kohlenstoffteilchen (1) ein Graphitteilchen ist.
  5. Verfahren (S10) nach Anspruch 4, wobei das Graphitteilchen ein natürliches Graphitteilchen ist.
  6. Verfahren (S10) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei eine Teilchengröße des Kohlenstoffteilchens (1) in dem Bereich von 0,1 µm bis 50 µm ist.
  7. Verfahren (S10) nach Anspruch 6, wobei eine spezifische Oberfläche des Kohlenstoffteilchens (1) mehr als 0,5 m2/g bis 10 m2/g ist.
  8. Verfahren (S10) nach Anspruch 7, wobei eine spezifische Oberfläche des Anodenaktivmaterialteilchens (10) in dem Bereich von 0,5 m2/g bis 2 m2/g ist und kleiner als die spezifische Oberfläche des Kohlenstoffteilchens (1) ist.
  9. Verfahren zum Herstellen einer Anode (20), das einen Schritt des Ausführens einer Druckformung auf eine Anodenmischung (15) umfasst, die das Anodenaktivmaterialteilchen (10) beinhaltet, das durch das Verfahren (S10) nach einem der Ansprüche 1 bis 8 hergestellt ist.
  10. Verfahren zum Herstellen einer Lithiumbatterie (50), wobei das Verfahren die Schritte umfasst: Anordnen der Anode (20), die durch das Verfahren nach Anspruch 9 hergestellt ist, in einer Weise, dass die Anode (20) Kontakt mit einer Oberfläche einer anorganischen Festelektrolytschicht (30) hat; und Anordnen einer Kathode (40) auf der anderen Oberfläche der anorganischen Festelektrolytschicht (30).
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