DE112015002190T5 - Lithium-lonen-Sekundärbatterie und elektronisches Gerät - Google Patents

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Takahiro Kawakami
Tatsuya Ikenuma
Teruaki OCHIAI
Hiroyuki Miyake
Shuhei Yoshitomi
Yohei Momma
Takuya HIROHASHI
Satoshi Seo
Mako Motoyoshi
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Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
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Abstract

Eine Lithium-Ionen-Sekundärbatterie mit hoher Kapazität wird bereitgestellt. Alternativ wird eine Lithium-Ionen-Sekundärbatterie mit verbesserten Zykluseigenschaften bereitgestellt. Um dies zu erreichen, wird ein Aktivmaterial bereitgestellt, das ein Teilchen mit einer Spaltebene, und eine Schicht umfasst, die Kohlenstoff enthält und mindestens einen Teil der Spaltebene bedeckt. Das Teilchen mit der Spaltebene enthält Lithium, Mangan, Nickel und Sauerstoff. Die Schicht, die Kohlenstoff enthält, enthält vorzugsweise Graphen. Wenn eine Lithium-Ionen-Sekundärbatterie unter Verwendung einer Elektrode hergestellt wird, die das Teilchen mit der Spaltebene als Aktivmaterial umfasst, bei der mindestens ein Teil mit der Schicht, die Kohlenstoff enthält, bedeckt ist, kann die Entladekapazität erhöht werden und können die Zykluseigenschaften verbessert werden.

Description

  • Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Erfindung betrifft einen Gegenstand, ein Verfahren oder ein Herstellungsverfahren. Die vorliegende Erfindung betrifft einen Prozess, eine Maschine, eine Herstellung oder eine Materialzusammensetzung. Insbesondere betrifft eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eine Halbleitervorrichtung, eine Anzeigevorrichtung, eine Licht emittierende Vorrichtung, eine Stromspeichervorrichtung, eine Speichervorrichtung, ein Ansteuerverfahren dafür oder ein Herstellungsverfahren dafür. Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung betrifft insbesondere eine Struktur einer Sekundärbatterie und ein Verfahren zur Herstellung der Sekundärbatterie. Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung betrifft insbesondere ein Positivelektrodenaktivmaterial einer Lithium-Ionen-Sekundärbatterie.
  • Hintergrund der Erfindung
  • In den letzten Jahren haben sich tragbare elektronische Geräte, wie z. B. Smartphones und Tablets, rasch verbreitet. Außerdem haben Hybridautos und Elektroautos infolge des wachsenden Interesses an der Umwelt Aufmerksamkeit auf sich gezogen, wodurch sich die Bedeutsamkeit von Sekundärbatterien erhöht hat. Beispiele für die Sekundärbatterien umfassen eine Nickel-Metall-Hybrid-Batterie, eine Blei-Säure-Batterie und eine Lithium-Ionen-Sekundärbatterie. Insbesondere wurden Lithium-Ionen-Sekundärbatterien aktiv entwickelt, da ihre Kapazität erhöht und ihre Größe verringert werden kann.
  • Eine einfache Sekundärbatterie umfasst eine Positivelektrode, eine Negativelektrode und einen Elektrolyt (eine Elektrolytlösung oder einen Festelektrolyt), der dazwischen bereitgestellt ist. Typischerweise umfassen die Positivelektrode und die Negativelektrode jeweils einen Stromabnehmer und eine Aktivmaterialschicht, die über dem Stromabnehmer bereitgestellt ist. Im Falle einer Lithium-Ionen-Sekundärbatterie wird ein Material, das zum Aufnehmen und Abgeben von Lithium-Ionen geeignet ist, als Aktivmaterial für eine Positivelektrode und eine Negativelektrode verwendet.
  • Als Beispiele für Positivelektrodenaktivmaterialien einer Lithium-Ionen-Sekundärbatterie sind die in Patentdokument 1 offenbarten Phosphatverbindungen, wie beispielsweise Lithiumeisenphosphat (LiFePO4), Lithiummanganphosphat (LiMnPO4), Lithiumkobaltphosphat (LiCoPO4) und Lithiumnickelphosphat (LiNiPO4), bekannt, die jeweils eine Olivinstruktur aufweisen und Lithium (Li) sowie Eisen (Fe), Mangan (Mn), Kobalt (Co) oder Nickel (Ni) enthalten.
  • [Referenz]
  • [Patentdokument]
    • [Patentdokument 1] Japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. H11-025983
  • Offenlegung der Erfindung
  • Eine Aufgabe einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist, eine Stromspeichervorrichtung mit hoher Kapazität bereitzustellen. Eine weitere Aufgabe einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist, eine Stromspeichervorrichtung mit verbesserten Zykluseigenschaften bereitzustellen. Eine weitere Aufgabe einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist, eine hochzuverlässige Stromspeichervorrichtung bereitzustellen. Eine weitere Aufgabe einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist, eine Stromspeichervorrichtung mit einer langen Lebensdauer bereitzustellen.
  • Eine weitere Aufgabe einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist, eine Ausbeute einer Stromspeichervorrichtung zu erhöhen. Eine weitere Aufgabe einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist, eine neuartige Stromspeichervorrichtung, eine neuartige Elektrode, ein neuartiges Aktivmaterial oder dergleichen bereitzustellen.
  • Es sei angemerkt, dass die Beschreibung dieser Aufgaben dem Vorhandensein weiterer Aufgaben nicht im Wege steht. Bei einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist es unnötig, sämtliche Aufgaben zu erfüllen. Weitere Aufgaben werden aus der Erläuterung der Beschreibung, der Zeichnungen, der Patentansprüche und dergleichen ersichtlich und können davon abgeleitet werden.
  • Bei einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ein Aktivmaterial, das ein Teilchen mit einer Spaltebene und eine Schicht umfasst, die Kohlenstoff enthält und mindestens einen Teil der Spaltebene des Teilchens bedeckt, bereitgestellt. Das Teilchen mit der Spaltebene enthält Lithium, Mangan, Nickel und Sauerstoff. Die Schicht, die Kohlenstoff enthält, enthält Graphen. Die Dicke der Schicht, die Kohlenstoff enthält, ist vorzugsweise größer als oder gleich 1 nm und kleiner als oder gleich 50 nm.
  • Das Teilchen mit der Spaltebene weist eine geschichtete Steinsalz-Kristallstruktur auf. Alternativ weist das Teilchen mit der Spaltebene eine geschichtete Steinsalz-Kristallstruktur und eine Spinell-Kristallstruktur auf. Die Spaltebene des Teilchens mit einer geschichteten Steinsalz-Kristallstruktur weist eine Kristallebene einer (001)-Ebene oder einer (100)-Ebene auf.
  • Eine Elektrode, die das Aktivmaterial einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthält, weist eine Lade/Entladekapazität von größer als oder gleich 260 mAh/g in den ersten 15 Zyklen, wobei ein Redoxpotential von Li als Referenzpotential verwendet wird, in einem Spannungsbereich von höher als oder gleich 2,0 V und niedriger als oder gleich 4,8 V auf.
  • Bei einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird eine Elektrode bereitgestellt, die einen Stromabnehmer und eine Aktivmaterialschicht umfasst, die das Aktivmaterial, ein leitendes Additiv und ein Bindemittel enthält.
  • Bei einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird eine Lithium-Ionen-Sekundärbatterie, die eine erste Elektrode, die das Aktivmaterial enthält, und eine zweite Elektrode umfasst, bereitgestellt. Die erste Elektrode ist in der Lage, als Positivelektrode oder Negativelektrode zu arbeiten, und die zweite Elektrode ist in der Lage, als die andere von der Positivelektrode und der Negativelektrode zu arbeiten.
  • Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann eine Stromspeichervorrichtung mit hoher Kapazität bereitstellen. Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann eine Stromspeichervorrichtung mit verbesserten Zykluseigenschaften bereitstellen. Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann eine hochzuverlässige Stromspeichervorrichtung bereitstellen. Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann eine Stromspeichervorrichtung mit einer langen Lebensdauer bereitstellen.
  • Einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung entsprechend kann eine Ausbeute einer Stromspeichervorrichtung erhöht werden. Einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung entsprechend kann eine neuartige Stromspeichervorrichtung, eine neuartige Elektrode, ein neuartiges Aktivmaterial oder dergleichen bereitgestellt werden. Es sei angemerkt, dass die Beschreibung dieser Effekte dem Vorhandensein weiterer Effekte nicht im Wege steht. Bei einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist es unnötig, sämtliche Effekte zu erfüllen. Weitere Effekte werden aus der Erläuterung der Beschreibung, der Zeichnungen, der Patentansprüche und dergleichen ersichtlich und können davon abgeleitet werden.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • 1 ist ein Ablaufdiagramm, das ein Verfahren zum Ausbilden eines Aktivmaterials darstellt.
  • 2A ist eine schematische Darstellung von gesinterten Lithium-Mangan-Verbundoxiden, 2B ist eine schematische Darstellung von gespaltenen Lithium-Mangan-Verbundoxiden, und 2C ist eine schematische Darstellung von Lithium-Mangan-Verbundoxiden, die jeweils mit einer Schicht, die Kohlenstoff enthält, bedeckt sind.
  • 3A und 3B sind schematische Darstellungen, die eine Elektrode darstellen.
  • 4 stellt eine dünne Speicherbatterie dar.
  • 5A und 5B sind jeweils eine Querschnittsansicht einer Speicherbatterie.
  • 6A und 6B sind jeweils ein Diagramm zum Darstellen einer dünnen Speicherbatterie.
  • 7A und 7B sind jeweils ein Diagramm zum Darstellen einer dünnen Speicherbatterie.
  • 8 ist ein Diagramm zum Darstellen einer dünnen Speicherbatterie.
  • 9A bis 9C sind jeweils ein Diagramm zum Darstellen eines Krümmungsradius einer Oberfläche.
  • 10A bis 10D sind jeweils ein Diagramm zum Darstellen eines Krümmungsradius eines Films.
  • 11A und 11B stellen eine Knopfzellen-Speicherbatterie dar.
  • 12A und 12B stellen eine zylindrische Speicherbatterie dar.
  • 13A bis 13C stellen ein Beispiel für eine Stromspeichervorrichtung dar.
  • 14A bis 14C stellen ein Beispiel für eine Stromspeichervorrichtung dar.
  • 15A und 15B stellen ein Beispiel für eine Stromspeichervorrichtung dar.
  • 16A1, 16A2, 16B1 und 16B2 stellen jeweils ein Beispiel für eine Stromspeichervorrichtung dar.
  • 17A und 17B stellen jeweils ein Beispiel für eine Stromspeichervorrichtung dar.
  • 18A bis 18G stellen jeweils ein Beispiel für ein elektronisches Gerät dar.
  • 19A bis 19C stellen ein Beispiel für ein elektronisches Gerät dar.
  • 20 stellt Beispiele für elektronische Geräte dar.
  • 21A und 21B stellen ein Beispiel für ein elektronisches Gerät dar.
  • 22 stellt ein Querschnitts-TEM-Beobachtungsergebnis von Lithium-Mangan-Verbundoxiden dar.
  • 23A und 23B zeigen jeweils ein Querschnitts-TEM-Beobachtungsergebnis eines Lithium-Mangan-Verbundoxids.
  • 24A und 24B zeigen ein Querschnitts-TEM-Beobachtungsergebnis und ein Elektronenbeugungsergebnis eines Lithium-Mangan-Verbundoxids.
  • 25 zeigt ein STEM-Beobachtungsergebnis eines Aktivmaterials.
  • 26 zeigt ein EELS-Analyseergebnis eines Aktivmaterials.
  • 27 zeigt ein EELS-Analyseergebnis eines Aktivmaterials.
  • 28 zeigt ein EELS-Analyseergebnis eines Aktivmaterials.
  • 29A zeigt ein STEM-Beobachtungsergebnis eines Aktivmaterials, und 29B zeigt lineare EELS-Analyseergebnisse des Aktivmaterials.
  • 30A und 30B zeigen jeweils eine Entladekapazität infolge der Lade- und Entladezyklen.
  • 31 zeigt Lade- und Entladeeigenschaften nach dem fünften Zyklus.
  • 32 zeigt eine Entladekapazität infolge der Lade- und Entladezyklen.
  • 33A und 33B zeigen XAFS-Messergebnisse von Lithium-Mangan-Verbundoxiden.
  • 34A und 34B zeigen XAFS-Messergebnisse von Lithium-Mangan-Verbundoxiden.
  • 35 stellt eine Kristallstruktur von Li2MnO3 dar.
  • 36 ist ein Graph, der eine Li-Positionsabhängigkeit der Energie zu dem Zeitpunkt der Li-Auslagerung zeigt.
  • 37A stellt die Differenzladungsdichte der Struktur 2 dar, und 37B stellt die Differenzladungsdichte der Struktur 2 dar (von der b-Achsenrichtung aus betrachtet).
  • 38 stellt die Differenzladungsdichte der Struktur 3 dar.
  • 39 stellt eine Einheitszelle von Li2MnO3 dar.
  • 40 ist ein Graph, der Berechnungsergebnisse der Ausbildungsenergie einer Sauerstofffehlstelle zeigt.
  • 41 zeigt ein Querschnitts-TEM-Beobachtungsergebnis eines Aktivmaterials.
  • 42A zeigt ein TEM-Beobachtungsergebnis eines Aktivmaterials, und 42B zeigt ein Fourier-Transformationsbeugungsbild.
  • 43 zeigt ein Querschnitts-TEM-Beobachtungsergebnis eines Aktivmaterials.
  • 44A zeigt ein TEM-Beobachtungsergebnis eines Aktivmaterials, und 44B zeigt ein Fourier-Transformationsbeugungsbild.
  • 45 zeigt Messergebnisse der Rateneigenschaften einer Zelle eines Beispiels.
  • 46 zeigt Messergebnisse der Temperatureigenschaften einer Zelle eines Beispiels.
  • 47 zeigt ein SEM-Beobachtungsergebnis eines Aktivmaterials eines Beispiels.
  • 48 zeigt die Zykluseigenschaften von Zellen eines Beispiels.
  • 49 stellt einen Sprühtrockner dar.
  • 50 zeigt die Zykluseigenschaften einer Zelle eines Beispiels.
  • 51 zeigt die Lade- und Entladeeigenschaften einer Zelle eines Beispiels.
  • Beste Art der Ausführung der Erfindung
  • Ausführungsformen und Beispiele der vorliegenden Erfindung werden nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ausführlich beschrieben. Jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht auf die folgende Beschreibung beschränkt, und ein Fachmann wird leicht verstehen, dass die hier offenbarten Modi und Details auf verschiedene Weise verändert werden können. Darüber hinaus ist die vorliegende Erfindung nicht so ausgelegt, dass sie auf Beschreibungen der Ausführungsformen und Beispiele beschränkt ist.
  • (Ausführungsform 1)
  • Bei dieser Ausführungsform werden ein Aktivmaterial einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sowie ein Ausbildungsverfahren dafür unter Bezugnahme auf 1 und 2A bis 2C beschrieben.
  • Ein Aktivmaterial einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst ein Teilchen mit einer Spaltebene und eine Schicht, die Kohlenstoff enthält und mindestens einen Teil der Spaltebene bedeckt. Das Teilchen mit der Spaltebene enthält mindestens Lithium, Mangan und Sauerstoff. Das Teilchen mit der Spaltebene kann ferner mindestens ein Element enthalten, das aus Chrom, Kobalt, Aluminium, Nickel, Eisen, Magnesium, Molybdän, Zink, Indium, Gallium, Kupfer, Titan, Niob, Silizium, Phosphor und dergleichen ausgewählt wird.
  • Es sei angemerkt, dass ein Aktivmaterial im Allgemeinen nur ein Material bezeichnet, das die Einlagerung und die Auslagerung von Ionen betrifft, die als Ladungsträger dienen; jedoch umfasst ein Aktivmaterial, das in dieser Beschreibung und dergleichen erläutert wird, auch eine Schicht, die Kohlenstoff enthält und ein normales „Aktivmaterial” bedeckt.
  • In dieser Beschreibung und dergleichen meint ”Spalten” eine Rissbildung eines Kristalls entlang einer bestimmten Richtung, meint „Spaltebene” eine Kristallebene, die durch das Spalten erzeugt wird, und meint „Spalteigenschaft” eine Eigenschaft zur leichten Rissbildung entlang einer bestimmten Richtung.
  • Ein Beispiel für das Teilchen mit der Spaltebene ist ein Lithium-Mangan-Verbundoxid, das durch eine Zusammensetzungsformel LixMnyMzOw dargestellt wird. Somit wird das Lithium-Mangan-Verbundoxid, das durch die Zusammensetzungsformel LixMnyMzOw dargestellt wird, bei dieser Ausführungsform als Aktivmaterial beschrieben. Dabei ist das Element M vorzugsweise Silizium, Phosphor oder ein Metallelement, das verschieden von Lithium und Mangan ist. Des Weiteren werden vorzugsweise 0 ≤ x/(y + z) < 2, z > 0 und 0,26 ≤ (y + z)/w < 0,5 erfüllt. Es sei angemerkt, dass das Lithium-Mangan-Verbundoxid ein Oxid ist, das mindestens Lithium und Mangan enthält sowie mindestens eines von Chrom, Kobalt, Aluminium, Nickel, Eisen, Magnesium, Molybdän, Zink, Indium, Gallium, Kupfer, Titan, Niob, Silizium, Phosphor und dergleichen enthalten kann. Das Lithium-Mangan-Verbundoxid weist vorzugsweise eine geschichtete Steinsalz-Kristallstruktur auf. Das Lithium-Mangan-Verbundoxid kann eine geschichtete Steinsalz-Kristallstruktur und eine Spinell-Kristallstruktur aufweisen. Der durchschnittliche Teilchendurchmesser des Lithium-Mangan-Verbundoxids ist beispielsweise vorzugsweise größer als oder gleich 5 nm und kleiner als oder gleich 50 μm.
  • Es sei angemerkt, dass eine „geschichtete Steinsalz-Kristallstruktur” in dieser Beschreibung und dergleichen eine Kristallstruktur bezeichnet, bei der eine Lithiumschicht und eine Schicht, die Lithium und ein Metall enthält, alternierend übereinander angeordnet sind, wobei eine Sauerstoffschicht dazwischen bereitgestellt ist, das heißt eine Kristallstruktur bezeichnet, bei der eine Schicht, die ein Metallion und Lithium enthält, und eine Lithiumschicht alternierend übereinander angeordnet sind, wobei ein Oxidion dazwischen bereitgestellt ist.
  • Ein Syntheseverfahren des Lithium-Mangan-Verbundoxids, das durch die Zusammensetzungsformel LixMnyMzOw dargestellt wird, wird beschrieben.
  • Eine Manganverbindung und eine Lithiumverbindung können als Rohmaterialien des Lithium-Mangan-Verbundoxids verwendet werden. Zusätzlich zu der Manganverbindung und der Lithiumverbindung kann eine Verbindung, die mindestens eines von Chrom, Kobalt, Aluminium, Nickel, Eisen, Magnesium, Molybdän, Zink, Indium, Gallium, Kupfer, Titan, Niob, Silizium, Phosphor und dergleichen enthält, als Rohmaterial verwendet werden. Beispiele für die Manganverbindung sind Mangandioxid, Mangansesquioxid, Trimangantetroxid, wasserhaltiges Manganoxid, Mangancarbonat, und Mangannitrat. Beispiele für die Lithiumverbindung sind Lithiumhydroxid, Lithiumcarbonat und Lithiumnitrat.
  • Bei dieser Ausführungsform werden MnCO3 (Manganverbindung), Li2CO3 (Lithiumverbindung) und NiO als Ausgangsstoffe verwendet.
  • Als Erstes werden Li2CO3, MnCO3 und NiO jeweils als Ausgangsstoff gewogen, wie in Schritt S11 in 1 gezeigt.
  • In dem Fall, in dem beispielsweise Li2CO3, MnCO3 und NiO als Ausgangsstoffe bei einem Wägeverhältnis (Molverhältnis) von 1:0,7:0,3 verwendet werden, entsteht ein Lithium-Mangan-Verbundoxid Li2Mn0,7Ni0,3O3 als Endprodukt. In diesem Fall ist das Atomverhältnis von Li zu (Mn + Ni) in dem Lithium-Mangan-Verbundoxid 2:1.
  • Bei einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird das Wägeverhältnis (Molverhältnis) der Ausgangsstoffe derart angepasst, dass das Atomverhältnis von Li zu (Mn + Ni) in dem Lithium-Mangan-Verbundoxid etwas von 2:1 abweicht.
  • Bei dieser Ausführungsform werden die Ausgangsstoffe derart gewogen, dass das Wägeverhältnis (Molverhältnis) von Li2CO3 zu MnCO3 und NiO zu 0,84:0,8062:0,318 wird.
  • Als Nächstes werden Li2CO3, MnCO3 und NiO gemischt, wie in Schritt S12 in 1 gezeigt. Es gibt keine besondere Beschränkung hinsichtlich eines Verfahrens zum Mischen der Ausgangsstoffe, und eine bekannte Zerkleinerungsmaschine oder eine bekannte Mühle, wie z. B. eine Kugelmühle, eine Perlmühle, eine Strahlmühle oder eine Walzenmühle, können verwendet werden. Bei einem Zerkleinerungs- und Mahlverfahren kann es sich um ein Trockenverfahren oder ein Nassverfahren handeln. Es gibt keine besondere Beschränkung hinsichtlich eines Lösungsmittels, das bei einem Nassverfahren verwendet wird, und Wasser, Alkohol oder Aceton können beispielsweise als Lösungsmittel verwendet werden.
  • Wenn die Ausgangsstoffe durch ein Nassverfahren gemischt werden, wird eine Wärmebehandlung, die in Schritt S13 in 1 gezeigt wird, zum Verdampfen eines Lösungsmittels, das in den gemischten Ausgangsstoffen enthalten ist, durchgeführt. Die Wärmebehandlung wird bei höher als oder gleich 50°C und niedriger als oder gleich 150°C durchgeführt. Das Lösungsmittel, das verwendet wird, wenn die Ausgangsstoffe zerkleinert und gemahlen werden, wird bei der Wärmebehandlung verdampft, wodurch ein gemischtes Material erhalten wird.
  • Anschließend wird das gemischte Material in einen Schmelztiegel gegeben und ein Brennen, das in Schritt S14 in 1 gezeigt wird, wird bei höher als oder gleich 800°C und niedriger als oder gleich 1000°C durchgeführt. Das Brennen wird beispielsweise für länger als oder gleich 5 Stunden und kürzer als oder gleich 20 Stunden in einem Luftgas (trockener Luft) bei einer Durchflussrate von 10 l/min durchgeführt. Bei der Brennatmosphäre kann es sich um eine Luftatmosphäre oder eine Atmosphäre, die ein Sauerstoffgas enthält, handeln. Dank des Brennens des gemischten Materials, werden Primärteilchen (Lithium-Mangan-Verbundoxide) gebildet, und die Primärteilchen werden gesintert, um ein großes Sekundärteilchen zu bilden.
  • 2A stellt ein großes Sekundärteilchen dar, bei dem eine Vielzahl von Primärteilchen 110 bis 112 gesintert sind.
  • Als Nächstes wird eine Zerkleinerungsbehandlung, die in Schritt S15 in 1 gezeigt wird, an dem großen Sekundärteilchen durchgeführt, bei dem eine Vielzahl von Primärteilchen gesintert sind, so dass das große Sekundärteilchen in die Primärteilchen oder ein Pulver der Teilchen zerkleinert wird, die so groß sind wie die Primärteilchen. Die Zerkleinerungsbehandlung in dieser Beschreibung und dergleichen umfasst einen Arbeitsschritt zum Mahlen der Primärteilchen. Es sei angemerkt, dass Mahlen ferner ein Zerkleinern der Primärteilchen bezeichnet. Wie im Falle der Mischung der Ausgangsstoffe kann ein bekanntes Zerkleinerungsgerät oder eine bekannte Mühle für die Zerkleinerungsbehandlung verwendet werden. Bei einem Zerkleinerungs- und Mahlverfahren kann es sich um ein Trockenverfahren oder ein Nassverfahren handeln. Es gibt keine besondere Beschränkung hinsichtlich eines Lösungsmittels, das bei einem Nassverfahren verwendet wird, und Wasser, Alkohol oder Aceton können beispielsweise als Lösungsmittel verwendet werden. Das große Sekundärteilchen, bei dem eine Vielzahl von Primärteilchen gesintert sind, wird vorzugsweise der Zerkleinerungsbehandlung unterzogen, da sich die spezifische Oberflächenfläche der Teilchen nach der Zerkleinerungsbehandlung erhöht.
  • Bei dieser Ausführungsform wird die Zerkleinerungsbehandlung des großen Sekundärteilchens, bei dem eine Vielzahl von Primärteilchen gesintert sind, mit einer Perlmühle durch ein Nassverfahren unter Verwendung von Aceton durchgeführt.
  • Wenn die Zerkleinerungsbehandlung durch ein Nassverfahren durchgeführt wird, wird eine Wärmebehandlung zum Verdampfen eines Lösungsmittels nach der Zerkleinerungsbehandlung durchgeführt. Die Wärmebehandlung kann auf eine Weise durchgeführt werden, die derjenigen der Wärmebehandlung in Schritt S13 ähnlich ist. Anschließend wird eine Vakuumtrocknung durchgeführt, wodurch ein pulverartiges Lithium-Mangan-Verbundoxid erhalten wird.
  • Die Kristallinität des Lithium-Mangan-Verbundoxids, das der Zerkleinerungsbehandlung unterzogen wird, könnte durch die Auswirkung der Zerkleinerungsbehandlung gestört werden. Außerdem könnten sich Sauerstofffehlstellen in dem Lithium-Mangan-Verbundoxid bilden. Somit wird die Wärmebehandlung vorzugsweise an dem pulverartigen Lithium-Mangan-Verbundoxid durchgeführt, das der Vakuumtrocknung unterzogen worden ist.
  • Die Wärmebehandlung, die in Schritt S16 in 1 gezeigt wird, wird auf die folgende Weise durchgeführt: Die Lithium-Mangan-Verbundoxide, die der Zerkleinerungsbehandlung unterzogen worden sind, werden in einen Schmelztiegel gegeben und bei höher als oder gleich 300°C und niedriger als oder gleich 1000°C, vorzugsweise bei höher als oder gleich 600°C und niedriger als oder gleich 900°C erwärmt. Die Wärmebehandlung wird beispielsweise für länger als oder gleich 5 Stunden und kürzer als oder gleich 20 Stunden in einem Luftgas (trockener Luft) bei einer Durchflussrate von 10 l/min durchgeführt. Bei der Atmosphäre kann es sich um eine Luftatmosphäre oder eine Atmosphäre, die ein Sauerstoffgas enthält, handeln.
  • Die Wärmebehandlung, die an den Lithium-Mangan-Verbundoxiden durchgeführt wird, die der Zerkleinerungsbehandlung unterzogen worden sind, kann Sauerstofffehlstellen reparieren und die Kristallunordnung kompensieren, die durch die Auswirkung der Zerkleinerungsbehandlung verursacht wurde. Es sei angemerkt, dass eine weitere Zerkleinerungsbehandlung an dem pulverartigen Lithium-Mangan-Verbundoxid durchgeführt werden kann, das der Wärmebehandlung unterzogen worden ist, wobei in diesem Falle die Zerkleinerungsbehandlung auf eine Weise durchgeführt werden kann, die derjenigen der Zerkleinerungsbehandlung in Schritt S15 in 1 ähnlich ist.
  • Durch die vorstehenden Schritte kann das Lithium-Mangan-Verbundoxid, das durch die Zusammensetzungsformel LixMnyMzOw dargestellt wird, ausgebildet werden. Bei dieser Ausführungsform werden die Rohmaterialien derart gewogen, dass das Wägeverhältnis (Molverhältnis) von Li2CO3 zu MnCO3 und NiO zu 0,84:0,8062:0,318 wird, wodurch ein Lithium-Mangan-Verbundoxid, das durch eine Zusammensetzungsformel Li1,68Mn0,8062M0,318O3 dargestellt wird, entstehen kann.
  • Das Atomverhältnis von Li zu (Mn + Ni) in dem Lithium-Mangan-Verbundoxid, das bei dieser Ausführungsform beschrieben wird, wird derart angepasst, dass es etwas von 2:1 abweicht. Somit sind eine Spannung und eine Entladekapazität größer als in dem Fall, in dem ein Lithium-Mangan-Verbundoxid, dessen Atomverhältnis von Li zu (Mn + Ni) 2:1 ist, für eine Elektrode verwendet wird.
  • Bei einem Verfahren zum Ausbilden des Lithium-Mangan-Verbundoxids ist ein Zerkleinerungsschritt eines Sekundärteilchens, bei dem Primärteilchen gesintert sind, wichtig, da der Schritt die Eigenschaften einer Batterie beeinflusst. In dem Zerkleinerungsschritt wirkt eine Schubspannung (Mahlbeanspruchung) auf das Sekundärteilchen ein, bei dem die Primärteilchen gesintert sind, wodurch ein pulverartiges Lithium-Mangan-Verbundoxid ausgebildet wird. In dem Fall, in dem das Lithium-Mangan-Verbundoxid eine geschichtete Steinsalz-Kristallstruktur aufweist, könnte zu diesem Zeitpunkt ein Primärteilchen gespalten und entlang einer Ebene gerissen werden, die parallel oder senkrecht zu der Schicht ist. Das gespaltene und gerissene Primärteilchen wird in dieser Beschreibung und dergleichen als Teilchen mit einer Spaltebene oder als Teilchen mit einer freiliegenden Spaltebene bezeichnet. Es sei angemerkt, dass einige Primärteilchen keine Spaltebene aufweisen. 2B stellt Teilchen 110a und 110b, in die das Primärteilchen 110 gespalten wird, und Teilchen 111a und 111b dar, in die das Primärteilchen 111 gespalten wird.
  • Ein Aktivmaterial mit einer Spalteigenschaft, wie z. B. das Lithium-Mangan-Verbundoxid mit einer geschichteten Steinsalz-Kristallstruktur, könnte nicht nur in dem Zerkleinerungsschritt, sondern auch in einem Ausbildungsprozess einer Elektrode gerissen werden, da ein Druck auf eine Aktivmaterialschicht ausgeübt wird, wenn die Elektrode unter Druck gesetzt wird.
  • Wenn eine gewickelte Batterie ausgebildet wird, tritt eine große Belastung beim Aufwickeln einer Elektrode auf. Selbst wenn ein gewickelter Teil der Elektrode in einem Gehäuse untergebracht ist, könnte das Aktivmaterial noch weiter gerissen werden, da eine nach außen gerichtete Belastung von einer Achse der Aufwicklung die gesamte Zeit über auftritt.
  • Ein derartiges Spalten und eine derartige Rissbildung des Aktivmaterials verursacht eine Verringerung der Entladekapazität und der Zykluseigenschaften einer Batterie.
  • Somit wird bei einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eine Schicht, die Kohlenstoff enthält, an mindestens einem Teil einer Spaltebene eines Lithium-Mangan-Verbundoxids bereitgestellt. Die Schicht, die Kohlenstoff enthält, kann die gesamte Spaltebene oder das gesamte Lithium-Mangan-Verbundoxid mit einer Spaltebene bedecken.
  • Graphen wird vorzugsweise für die Schicht, die Kohlenstoff enthält, verwendet. Graphen weist ausgezeichnete elektrische Eigenschaften, nämlich eine hohe Leitfähigkeit, und ausgezeichnete physikalische Eigenschaften auf, nämlich eine hohe Flexibilität und eine hohe mechanische Festigkeit.
  • Es sei angemerkt, dass Graphen in dieser Beschreibung einschichtiges Graphen und mehrschichtiges Graphen, das zwei bis einhundert Schichten aufweist, umfasst. Das einschichtige Graphen bezeichnet ein monoatomar dickes Blatt aus Kohlenstoffmolekülen mit π-Bindungen. Graphenoxid bezeichnet eine Verbindung, die durch Oxidation eines derartigen Graphens ausgebildet wird. Wenn Graphenoxid zu Graphen reduziert wird, wird Sauerstoff, der in dem Graphenoxid enthalten ist, nicht vollständig freigesetzt, und ein Teil des Sauerstoffs verbleibt im Graphen. Wenn Graphen Sauerstoff enthält, ist der Anteil an Sauerstoff, der durch XPS gemessen wird, höher als oder gleich 2 Atom-% und niedriger als oder gleich 20 Atom-%, bevorzugt höher als oder gleich 3 Atom-% und niedriger als oder gleich 15 Atom-%.
  • Die Dicke der Schicht, die Kohlenstoff enthält und an mindestens einem Teil einer Spaltebene des Lithium-Mangan-Verbundoxids bereitgestellt ist, ist vorzugsweise größer als oder gleich 1 nm und kleiner als oder gleich 50 nm.
  • Das Lithium-Mangan-Verbundoxid weist eine geschichtete Steinsalz-Kristallstruktur auf. Alternativ weist das Lithium-Mangan-Verbundoxid einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eine geschichtete Steinsalz-Kristallstruktur und eine Spinell-Kristallstruktur auf.
  • Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben herausgefunden, dass eine Spaltebene des Lithium-Mangan-Verbundoxids mit einer geschichteten Steinsalz-Kristallstruktur eine Kristallebene einer (001)-Ebene, einer (00-1)-Ebene, einer (100)-Ebene, einer (-100)-Ebene, einer (010)-Ebene, einer (0-10)-Ebene, einer (021)-Ebene, einer (02-1)-Ebene, einer (0-21)-Ebene oder einer (0-2-1)-Ebene aufweist. Somit wird die Schicht, die Kohlenstoff enthält, vorzugsweise derart bereitgestellt, dass sie in Kontakt mit der Spaltebene des Lithium-Mangan-Verbundoxids mit einer Kristallebene der (001)-Ebene, der (00-1)-Ebene, der (100)-Ebene, der (-100)-Ebene, der (010)-Ebene, der (0-10)-Ebene, der (021)-Ebene, der (02-1)-Ebene, der (0-21)-Ebene oder der (0-2-1)-Ebene ist.
  • Als Nächstes wird ein Verfahren zum Bereitstellen der Schicht, die Kohlenstoff enthält, an dem Lithium-Mangan-Verbundoxid beschrieben. Bei dieser Ausführungsform wird reduziertes Graphenoxid (RGO), das durch Reduktion von Graphenoxid (GO) erhalten wird, als Schicht, die Kohlenstoff enthält, verwendet.
  • Verschiedene Syntheseverfahren, wie z. B. ein Hummers-Verfahren, ein modifiziertes Hummers-Verfahren und eine Oxidation von Graphit, können verwendet werden, um Graphenoxid auszubilden.
  • Beispielsweise wird bei einem Hummers-Verfahren Graphit, wie z. B. Flockengraphit, oxidiert, wodurch Graphitoxid erhalten wird. Bei dem erhaltenen Graphitoxid handelt es sich um das Graphit, das stellenweise oxidiert ist und an das demzufolge eine funktionelle Gruppe, wie z. B. eine Carbonylgruppe, eine Carboxylgruppe oder eine Hydroxylgruppe, gebunden ist. Bei dem Graphitoxid geht die Kristallinität des Graphits verloren, und der Abstand zwischen Schichten wird erhöht. Deshalb kann Graphenoxid leicht erhalten werden, indem die Schichten durch eine Ultraschallbehandlung oder dergleichen getrennt werden.
  • Die Länge einer Seite (auch als Flockengröße bezeichnet) des Graphenoxids ist größer als oder gleich 50 nm und kleiner als oder gleich 100 μm, bevorzugt größer als oder gleich 800 nm und kleiner als oder gleich 20 μm. Vorzugsweise ist die Flockengröße so groß wie möglich, um die Oberflächen der Lithium-Mangan-Verbundoxide mit Leichtigkeit zu bedecken.
  • Als Erstes werden Graphenoxid und Wasser in einen Mischer gegeben, um eine Dispersionslösung aus Graphenoxid zu bilden. Dabei wird vorzugsweise Graphenoxid mit mehr als oder gleich 0,5 Gew.-% und weniger als oder gleich 5 Gew.-% verwendet. Graphenoxid mit weniger als 0,5 Gew.-% könnte unzureichend sein, um die Oberflächen der Lithium-Mangan-Verbundoxide zu bedecken, wohingegen Graphenoxid mit mehr als 5 Gew.-% eine Vergrößerung des Volumens und des Gewichts der Elektrode verursacht.
  • Als Nächstes werden die Lithium-Mangan-Verbundoxide in die Dispersionslösung gegeben, und ein Kneten wird durchgeführt, wie in Schritt S17 in 1 gezeigt. Es sei angemerkt, dass Kneten bedeutet, dass etwas solange gemischt wird, bis es eine hohe Viskosität aufweist. Das Kneten kann die Kohäsion von Lithium-Mangan-Verbundoxidpulver schwächen; somit können das Graphenoxid und die Lithium-Mangan-Verbundoxide gleichmäßig dispergiert werden.
  • Anschließend wird die Mischung des Graphenoxids und der Lithium-Mangan-Verbundoxide unter verringertem Druck in einer Glasglocke getrocknet und dann in einem Mörser gemahlen, so dass die Lithium-Mangan-Verbundoxide, die mit Graphenoxid bedeckt sind, erhalten werden.
  • Anschließend wird eine Reduktionsbehandlung an dem Graphenoxid durchgeführt, das die Oberflächen der Lithium-Mangan-Verbundoxide bedeckt, wie in Schritt S18 in 1 gezeigt. Die Reduktionsbehandlung des Graphenoxids kann durch eine Wärmebehandlung oder durch Herbeiführen einer Reaktion in einem Lösungsmittel, das ein Reduktionsmittel enthält, durchgeführt werden. Bei dieser Ausführungsform wird das Graphenoxid dazu gebracht, in einem Lösungsmittel, das ein Reduktionsmittel enthält, zu reagieren.
  • Wenn das Graphenoxid dazu gebracht wird, in dem Lösungsmittel, das ein Reduktionsmittel enthält, zu reagieren, wird das Graphenoxid, das die Oberflächen der Lithium-Mangan-Verbundoxide bedeckt, reduziert, wodurch Graphen erhalten wird. Es sei angemerkt, dass Sauerstoff im Graphenoxid nicht notwendigerweise vollständig freigesetzt wird, sondern teilweise in dem Graphen verbleiben kann. In dem Fall, in dem Graphen Sauerstoff enthält, ist der Anteil an Sauerstoff im Graphen, der durch XPS gemessen wird, höher als oder gleich 2 Atom-% und niedriger als oder gleich 20 Atom-%, bevorzugt höher als oder gleich 3 Atom-% und niedriger als oder gleich 15 Atom-%. Diese Reduktionsbehandlung wird vorzugsweise bei Temperaturen von Raumtemperatur bis 150°C, stärker bevorzugt bei Temperaturen von Raumtemperatur bis 80°C durchgeführt. Die Reduktionsbehandlung mit Erwärmung kann die Reduktionsreaktion erleichtern. Die Reduktionszeit des Graphenoxids kann länger als oder gleich 3 Minuten und kürzer als oder gleich 10 Stunden sein.
  • Beispiele für das Reduktionsmittel umfassen Ascorbinsäure, Hydrazin, Dimethylhydrazin, Hydrochinon, Natriumborhydrid (NaBH4), Tetrabutylammoniumbromid (TBAB), Lithiumaluminiumhydrid (LiAlH4), N,N-Diethylhydroxylamin und ein Derivat davon. Beispielsweise sind Ascorbinsäure und Hydrochinon gegenüber Hydrazin und Natriumtetrahydroborat dahingehend vorteilhaft, dass sie dank einer niedrigen Reduktionsfähigkeit sicher sind und industriell leicht zu verwenden sind.
  • Ein polares Lösungsmittel kann als Lösungsmittel verwendet werden. Ein beliebiges Material kann für das Lösungsmittel verwendet werden, solange es das Reduktionsmittel auflösen kann. Beispiele für das Material des Lösungsmittels umfassen Wasser, Methanol, Ethanol, Aceton, Tetrahydrofuran (THF), Dimethylformamid (DMF), 1-Methyl-2-pyrrolidon (NMP), Dimethylsulfoxid (DMSO), Ethylenglykol, Diethylenglykol, Glycerin sowie eine Mischlösung aus zwei oder mehr der vorstehenden Materialien.
  • Als Reduktionslösung, die ein Reduktionsmittel und ein Lösungsmittel enthält, kann eine Mischlösung aus Ethanol und Ascorbinsäure oder eine Mischlösung aus Wasser, Ascorbinsäure und Lithiumhydroxid verwendet werden. Bei dieser Ausführungsform wird eine Reduktionslösung, die Ascorbinsäure, Wasser und Lithiumhydroxid enthält, verwendet.
  • Wenn das Graphenoxid, das die Lithium-Mangan-Verbundoxide bedeckt, dazu gebracht wird, in der Reduktionslösung zu reagieren, werden Protonen der Ascorbinsäure dem Graphenoxid hinzugefügt, und dann wird H2O freigesetzt, wodurch das Graphenoxid reduziert wird. Als Ergebnis werden die Oberflächen der Lithium-Mangan-Verbundoxide mit Graphen bedeckt.
  • Nach der Reduktionsbehandlung wird die Reduktionslösung gefiltert und eine Substanz wird erhalten. Bei der Filtration kann es sich um eine Saugfiltration oder dergleichen handeln.
  • Als Nächstes wird die erhaltene Substanz gewaschen. Das Waschen wird vorzugsweise unter Verwendung einer Lösung durchgeführt, die als Lösungsmittel, das in der Reduktionslösung enthalten ist, angegeben worden ist. Die Lösung kann dem Lösungsmittel, das in der Reduktionslösung enthalten ist, gleichen oder unterschiedlich von ihm sein.
  • Anschließend wird die gewaschene Substanz getrocknet, wie in Schritt S19 in 1 gezeigt. Der Trocknungsschritt umfasst vorzugsweise zwei Schritte: Vortrocknen und Haupttrocknen.
  • Das Vortrocknen wird beispielsweise unter Verwendung einer Sprühtrocknervorrichtung durchgeführt. Die Sprühtrocknervorrichtung ist eine Einrichtung, die kontinuierliches Trocknen durchführen kann, um eine Lösung augenblicklich mit heißer Luft in trockene Teilchen umzuwandeln. 49 ist eine schematische Darstellung der Sprühtrocknervorrichtung. Eine Lösung wird in Form kleiner Flüssigkeitstropfen von einer Zweistoffdüse 721 gesprüht, wird heißer Luft ausgesetzt, die von einem Heizmittel 722 geblasen wird, während die Oberflächenfläche pro Volumeneinheit ansteigt, und wird augenblicklich in einem Sprühzylinder 723 getrocknet, wodurch Teilchen gebildet werden. Anschließend werden die Teilchen durch einen Fliehkraftabscheider 724 getrennt, und ein gewünschtes Pulver wird in einem Behälter 725 gesammelt. Eine Röhre (nicht dargestellt) ist mit der Zweistoffdüse 721 verbunden, und die Lösung wird unter Verwendung einer Pumpe in die Zweistoffdüse 721 überführt. Eine Röhre, die aus Silikon besteht, wird beispielsweise als Röhre verwendet. Bezugszeichen 726 und 727 stellen einen Austrittsfilter, der überflüssiges Pulver entfernt, bzw. ein Absauggerät dar, das den Fluss eines Gases herbeiführt. Es sei angemerkt, dass Pfeile in 49 den Fluss eines Trockengases darstellen.
  • Zum Beispiel wird, um eine Dispersionslösung zu bilden, der gewaschenen Substanz reines Wasser hinzugefügt. Die Dispersionslösung wird in die Sprühtrocknervorrichtung gegossen, die in 49 dargestellt wird, wird von der Zweistoffdüse 721 gesprüht, und wird augenblicklich in dem Sprühzylinder 723 getrocknet. Das Trocknen wird beispielsweise mit Stickstoff durchgeführt, der auf 50°C bis 300°C durch das Heizmittel 722 erwärmt wird. Anschließend werden die Teilchen durch den Fliehkraftabscheider 724 getrennt, und das gewünschte Pulver wird in dem Behälter 725 gesammelt.
  • Anschließend wird das Haupttrocknen an dem Pulver durchgeführt, das in der Sprühtrocknervorrichtung getrocknet worden ist. Das Haupttrocknen wird unter verringertem Druck (im Vakuum) oder einer Reduktionsatmosphäre durchgeführt. Dieser Trocknungsschritt kann beispielsweise bei Temperaturen von 50°C bis 300°C für 1 Stunde bis 48 Stunden durchgeführt werden. Das Trocknen ermöglicht ein ausreichendes Verdampfen oder Entfernen des polaren Lösungsmittels und der Feuchtigkeit. Der Trocknungsschritt kann ebenfalls die Reduktion von Graphenoxid begünstigen.
  • Obwohl bei dieser Ausführungsform der Fall beschrieben wird, in dem der Trocknungsschritt das Vortrocknen und das Haupttrocknen umfasst, ist eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung nicht darauf beschränkt. Der Trocknungsschritt kann das Vortrocknen und/oder das Haupttrocknen umfassen.
  • Durch die vorstehenden Schritte wird das Graphenoxid reduziert, so dass Graphen an der Oberfläche der Lithium-Mangan-Verbundoxide ausgebildet werden kann. Wie in 2C dargestellt, wird Graphen 120a derart ausgebildet, dass es das Teilchen 110a bedeckt, und Graphen 120b wird derart ausgebildet, dass es das Teilchen 110b bedeckt. 2C stellt einige Beispiele dar, in denen Graphen an der gesamten Oberfläche des Lithium-Mangan-Verbundoxids bereitgestellt ist; jedoch ist eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung nicht darauf beschränkt. Zum Beispiel könnte Graphen derart ausgebildet werden, dass es kollektiv die Teilchen 111a und 111b bedeckt, wenn das Primärteilchen 111 gespalten wird, um die Teilchen 111a und 111b zu bilden, und die Teilchen 111a und 111b entlang der Spaltebene gleiten. In diesem Fall wird Graphen 121a derart ausgebildet, dass es die freiliegenden Abschnitte der Spaltebenen der Teilchen 111a und 111b bedeckt. Des Weiteren wird Graphen 130a an mindestens einem Teil einer Spaltebene eines Teilchens 113a bereitgestellt. Es sei angemerkt, dass in dem Fall, in dem kein Spalten auftritt, wie bei einem Primärteilchen 112, Graphen 122 derart ausgebildet werden kann, dass es das gesamte Primärteilchen 112 bedeckt.
  • Es sei angemerkt, dass Sauerstoff im Graphenoxid nicht notwendigerweise vollständig freigesetzt wird, sondern teilweise im Graphen verbleiben kann. In dem Fall, in dem Graphen Sauerstoff enthält, ist der Anteil an Sauerstoff im Graphen, der durch XPS gemessen wird, höher als oder gleich 2 Atom-% und niedriger als oder gleich 20 Atom-%, bevorzugt höher als oder gleich 3 Atom-% und niedriger als oder gleich 15 Atom-%.
  • Durch die vorstehenden Schritte kann ein Aktivmaterial, bei dem Graphen an mindestens einem Teil einer Spaltebene des Lithium-Mangan-Verbundoxids bereitgestellt ist, ausgebildet werden. Es sei angemerkt, dass, obwohl einige Primärteilchen keine Spaltebene aufweisen, Graphen vorzugsweise an Oberflächen derartiger Teilchen bereitgestellt ist.
  • Graphen weist ausgezeichnete elektrische Eigenschaften, nämlich eine hohe Leitfähigkeit, und ausgezeichnete physikalische Eigenschaften auf, nämlich eine hohe Flexibilität und eine hohe mechanische Festigkeit. Aus diesem Grund kann in einer Batterie, die eine Elektrode umfasst, die das Aktivmaterial enthält, selbst dann, wenn sich das Lithium-Mangan-Verbundoxid wiederholt ausdehnt und zusammenzieht, was mit wiederholtem Laden und Entladen der Batterie einhergeht, verhindert werden, dass das Lithium-Mangan-Verbundoxid auf Grund der Volumenänderung weiter gespalten und gerissen wird.
  • Die Substanz, die durch den Reduktionsschritt des Graphenoxids erhalten wird, wird unter Verwendung der Sprühtrocknervorrichtung getrocknet, wodurch die Lithium-Mangan-Verbundoxide, die mit Graphen bedeckt sind, zu Sekundärteilchen werden. Als Ergebnis kann der Teilchendurchmesser des Aktivmaterials größer als oder gleich 1 μm und kleiner als oder gleich 50 μm sein.
  • In dem Aktivmaterial, das das Sekundärteilchen umfasst, das durch den Reduktionsschritt des Graphenoxids und den Trocknungsschritt erhalten wird, sind Lithium-Mangan-Verbundoxide über Graphen gebunden. Somit kann die Leitfähigkeit des Aktivmaterials höher als in dem Fall sein, in dem Lithium-Mangan-Verbundoxide direkt gebunden sind, um ein Sekundärteilchen zu bilden, und eine Oberfläche davon mit Graphen bedeckt ist. Wenn das Aktivmaterial für eine Elektrode verwendet wird, kann der Widerstand der Elektrode verringert werden.
  • Des Weiteren kann, indem Lithium-Mangan-Verbundoxide zu einem Sekundärteilchen gemacht werden, die Oberflächenfläche des Aktivmaterials verkleinert werden, kann die Zusammensetzungsmenge eines Bindemittels verringert werden, und kann die Kapazität pro Gewicht oder pro Volumen der Elektrode erhöht werden.
  • Außerdem kann Druck, der auf die Lithium-Mangan-Verbundoxide einwirkt, auf Grund eines Drucks, der auf die Elektrode in einem Ausbildungsprozess der Elektrode einwirkt, dank der mechanischen Festigkeit von Graphen abgemildert werden. Dies kann verhindern, dass die Lithium-Mangan-Verbundoxide weiter gespalten und gerissen werden.
  • Außerdem kann selbst dann, wenn eine große Belastung beim Aufwickeln einer Elektrode einer gewickelten Batterie auftritt, oder selbst dann, wenn eine nach außen gerichtete Belastung von einer Achse der Aufwicklung die gesamte Zeit über auf die Elektrode in dem Fall einwirkt, in dem ein gewickelter Teil der Elektrode in einem Gehäuse untergebracht ist, verhindert werden, dass die Lithium-Mangan-Verbundoxide weiter gespalten und gerissen werden.
  • Wenn das Aktivmaterial, bei dem mindestens ein Teil der Spaltebene mit Graphen bedeckt ist, für eine Elektrode verwendet wird, wie vorstehend beschrieben worden ist, kann eine Verringerung der Spannung und der Entladekapazität einer Batterie verhindert werden. Demzufolge können die Lade-Entlade-Zykluseigenschaften der Batterie verbessert werden. Des Weiteren kann dann, wenn das Aktivmaterial einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung für eine Elektrode verwendet wird, eine hochkapazitive Energiespeichervorrichtung mit einer Entladekapazität pro Aktivmaterialgewicht von höher als oder gleich 300 mAh/g hergestellt werden.
  • Diese Ausführungsform kann nach Bedarf in Kombination mit einer der anderen Ausführungsformen implementiert werden.
  • (Ausführungsform 2)
  • Bei dieser Ausführungsform werden eine Elektrode einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und ein Verfahren zum Ausbilden der Elektrode beschrieben.
  • <Struktur der Elektrode>
  • 3A ist eine perspektivische Ansicht einer Elektrode 100, und 3B ist eine Querschnittsansicht eines Abschnitts, der von einer gestrichelten Linie in 3A umgeben ist. Die Elektrode 100 weist eine Struktur auf, bei der eine Aktivmaterialschicht 102 über einem Stromabnehmer 101 bereitgestellt ist. Obwohl die Aktivmaterialschichten 102 in 3A derart bereitgestellt sind, dass der Stromabnehmer 101 dazwischen angeordnet ist, kann die Aktivmaterialschicht 102 über lediglich einer Oberfläche des Stromabnehmers 101 bereitgestellt sein.
  • Es gibt keine besondere Beschränkung hinsichtlich des Stromabnehmers 101, solange er eine hohe Leitfähigkeit aufweist, ohne dabei eine signifikante chemische Veränderung in einer Stromspeichervorrichtung herbeizuführen. Der Stromabnehmer 101 kann beispielsweise unter Verwendung eines Metalls, wie z. B. Edelstahl, Gold, Platin, Zink, Eisen, Nickel, Kupfer, Aluminium, Titan, Tantal oder Mangan, einer Legierung davon, gesinterten Kohlenstoffs oder dergleichen ausgebildet werden. Alternativ kann Kupfer oder Edelstahl, das/der mit Kohlenstoff, Nickel, Titan oder dergleichen beschichtet ist, verwendet werden, um den Stromabnehmer 101 auszubilden. Alternativ kann der Stromabnehmer 101 unter Verwendung einer Aluminiumlegierung ausgebildet werden, der ein Element zur Verbesserung der Wärmebeständigkeit, wie z. B. Silizium, Neodym, Scandium oder Molybdän, hinzugefügt worden ist. Als weitere Alternative kann ein Metallelement verwendet werden, das durch eine Reaktion mit Silizium Silizid bildet. Beispiele für das Metallelement, das durch eine Reaktion mit Silizium Silizid bildet, umfassen Zirkonium, Titan, Hafnium, Vanadium, Niob, Tantal, Chrom, Molybdän, Wolfram, Kobalt, Nickel und dergleichen. Der Stromabnehmer 101 kann je nach Bedarf verschiedene Formen, einschließlich der Form einer Folie, der Form einer Platte (der Form eines Blattes), der Form eines Netzes, der Form eines Zylinders, der Form einer Spule, der Form eines gestanzten Metalls, der Form eines Streckmetalls, einer porösen Form und der Form von Vliesstoff aufweisen. Der Stromabnehmer 101 kann beispielsweise derart ausgebildet werden, dass er mikroskopisch kleine Unregelmäßigkeiten an seiner Oberfläche aufweist, um die Adhäsion mit der Aktivmaterialschicht zu erhöhen. Der Stromabnehmer 101 weist vorzugsweise eine Dicke von 5 μm bis 30 μm auf.
  • Die Positivelektrodenaktivmaterialschicht 102 umfasst das Aktivmaterial. Ein Aktivmaterial bezeichnet nur ein Material, das die Einlagerung und die Auslagerung von Ionen, die als Ladungsträger dienen, betrifft. In dieser Beschreibung und dergleichen werden ein Material, das tatsächlich ein „Aktivmaterial” ist, und das Material, das ein leitendes Additiv, ein Bindemittel und dergleichen umfasst, gemeinsam als Aktivmaterialschicht bezeichnet.
  • In dem Fall, in dem das Aktivmaterial beispielsweise als Negativelektrodenaktivmaterial verwendet wird, kann ein auf Kohlenstoff basierendes Material, ein auf einer Legierung basierendes Material, oder dergleichen verwendet werden.
  • Beispiele für das auf Kohlenstoff basierende Material umfassen Graphit, graphitierenden Kohlenstoff (graphitizing carbon) (weichen Kohlenstoff), nicht graphitierenden Kohlenstoff (non-graphitizing carbon) (harten Kohlenstoff), eine Kohlenstoffnanoröhre, Graphen und Kohlenschwarz.
  • Beispiele für Graphit umfassen Kunstgraphit, wie z. B. meso-Kohlenstoff-Mikrokügelchen (meso-carbon microbeads, MCMB), auf Koks basierenden Kunstgraphit (coke-based artificial graphite) und auf Pech basierenden Kunstgraphit (pitch-based aritificial graphite), sowie natürlichen Graphit, wie z. B. sphärischen natürlichen Graphit (spherical natural graphite).
  • Graphit weist ein niedriges Potential auf, das im Wesentlichen gleich demjenigen eines Lithiummetalls ist (höher als oder gleich 0,1 V und niedriger als oder gleich 0,3 V gegenüber Li/Li+), wenn Lithium-Ionen in den Graphit eingelagert werden (während eine Lithium-Graphit-Einlagerungsverbindung (intercalation compound) gebildet wird). Aus diesem Grund kann eine Lithium-Ionen-Sekundärbatterie eine hohe Antriebsspannung aufweisen. Zusätzlich wird Graphit auf Grund seiner Vorteile, wie z. B. seiner relativ hohen Kapazität pro Volumeneinheit, seiner geringen Volumenausdehnung, seiner niedrigen Kosten und seines im Vergleich zu einem Lithiummetall höheren Sicherheitsniveaus, bevorzugt.
  • Für das Negativelektrodenaktivmaterial kann ein Material, das Lade-Entlade-Reaktionen durch eine Legierungsreaktion (alloying reaction) und eine Befreiungsreaktion (dealloying reaction) mit Lithium ermöglicht, verwendet werden. Beispielsweise kann ein Material, das mindestens eines von Ga, Si, Al, Si, Ge, Sn, Pb, Sb, Bi, Ag, Au, Zn, Cd, In und dergleichen enthält, verwendet werden. Derartige Elemente weisen eine höhere Kapazität auf als Kohlenstoff. Im Besonderen weist Silizium eine sehr hohe theoretische Kapazität von 4200 mAh/g auf. Beispiele für ein auf einer Legierung basierendes Material, das derartige Elemente enthält, umfassen Mg2Si, Mg2Ge, Mg2Sn, SnS2, V2Sn3, FeSn2, CoSn2, Ni3Sn2, Cu6Sn5, Ag3Sn, Ag3Sb, Ni2MnSb, CeSb3, LaSn3, La3Co2Sn7, CoSb3, InSb, SbSn und dergleichen.
  • Alternativ kann für die Negativelektrodenaktivmaterialien ein Oxid, wie z. B. SiO, SnO, SnO2, Titandioxid (TiO2), Lithiumtitanoxid (Li4Ti5O12), eine Lithium-Graphit-Einlagerungsverbindung (lithium-graphite intercalation compound) (LixC6), Niobpentoxid (Nb2O5), Wolframoxid (WO2) oder Molybdänoxid (MoO2), verwendet werden.
  • Als weitere Alternative kann für die Negativelektrodenaktivmaterialien Li3-xMxN (M = Co, Ni oder Cu) mit einer Li3N-Struktur, welches ein Nitrid ist, das Lithium und ein Übergangsmetall enthält, verwendet werden. Beispielsweise wird Li2,6Co0,4N3 auf Grund seiner hohen Lade- und Entladekapazität (900 mAh/g und 1890 mAh/cm3) bevorzugt.
  • Ein Nitrid, das Lithium und ein Übergangsmetall enthält, wird vorzugsweise verwendet, wobei in diesem Falle Lithium-Ionen in den Negativelektrodenaktivmaterialien enthalten sind, und somit können die Negativelektrodenaktivmaterialien in Kombination mit einem Material für ein Positivelektrodenaktivmaterial, das keine Lithium-Ionen enthält, wie z. B. V2O5 oder Cr3O8, verwendet werden. In dem Fall, in dem ein Material, das Lithium-Ionen enthält, als Positivelektrodenaktivmaterial verwendet wird, kann das Nitrid, das Lithium und ein Übergangsmetall enthält, für das Negativelektrodenaktivmaterial verwendet werden, indem die in dem Positivelektrodenaktivmaterial enthaltenen Lithium-Ionen im Voraus ausgelagert werden.
  • Alternativ kann ein Material, das eine Konversionsreaktion bewirkt, für die Negativelektrodenaktivmaterialien verwendet werden; beispielsweise kann ein Übergangsmetalloxid, das keine Legierung mit Lithium bildet, wie z. B. Kobaltoxid (CoO), Nickeloxid (NiO) und Eisenoxid (FeO), verwendet werden. Weitere Beispiele für das Material, das eine Konversionsreaktion bewirkt, umfassen Oxide, wie z. B. Fe2O3, CuO, Cu2O, RuO2 und Cr2O3, Sulfide, wie z. B. CoS0,89, NiS und CuS, Nitride, wie z. B. Zn3N2, Cu3N und Ge3N4, Phosphide, wie z. B. NiP2, FeP2 und CoP3, sowie Fluoride, wie z. B. FeF3 und BiF3. Es sei angemerkt, dass ein beliebiges der Fluoride auf Grund seines hohen Potentials als Positivelektrodenaktivmaterial verwendet werden kann.
  • In dem Fall, in dem das Aktivmaterial ein Positivelektrodenaktivmaterial ist, kann ein Material verwendet werden, in das und aus dem Lithium-Ionen eingelagert und ausgelagert werden können; beispielsweise kann ein Material mit einer Olivin-Kristallstruktur, einer geschichteten Steinsalz-Kristallstruktur, einer Spinell-Kristallstruktur oder einer NASICON-Kristallstruktur oder dergleichen verwendet werden.
  • Obwohl der Fall der Verwendung des Aktivmaterials, das bei der Ausführungsform 1 als Positivelektrodenaktivmaterial beschrieben worden ist, bei dieser Ausführungsform beschrieben wird, kann ein anderes Aktivmaterial verwendet werden.
  • Beispiele für Aktivmaterialien, die sich von dem Aktivmaterial, das bei der Ausführungsform 1 beschrieben worden ist, unterscheiden, umfassen Verbindungen, wie z. B. LiFeO2, LiCoO2, LiNiO2, LiMn2O4, V2O5, Cr2O5 und MnO2.
  • Alternativ kann ein Lithium enthaltendes komplexes Phosphat, LiMPO4 (allgemeine Formel, bei der M eines oder mehrere von Fe(II), Mn(II), Co(II) und Ni(II) ist) verwendet werden. Typische Beispiele für LiMPO4 sind Lithiummetallphosphat-Verbindungen, wie z. B. LiFePO4, LiNiPO4, LiCoPO4, LiMnPO4, LiFeaNibPO4, LiFeaCobPO4, LiFe3MnbPO4, LiNiaCobPO4, LiNiaMnbPO4 (a + b ≤ 1, 0 < a < 1 und 0 < b < 1), LiFecNidCoePO4, LiFecNidMnePO4, LiNicCodMnePO4 (c + d + e ≤ 1, 0 < c < 1, 0 < d < 1 und 0 < e < 1) und LiFefNigCohMniPO4 (f + g + h + i ≤ 1, 0 < f < 1, 0 < g < 1, 0 < h < 1 und 0 < i < 1).
  • Alternativ kann ein Lithium enthaltendes komplexes Silicat, wie z. B. Li(2-j)MSiO4 (allgemeine Formel, bei der M eines oder mehrere von Fe(II), Mn(II), Co(II) und Ni(II) und 0 ≤ j ≤ 2 ist), verwendet werden. Typische Beispiele für Li(2-j)MSiO4 sind Lithiumsilicat-Verbindungen, wie z. B. Li(2-j)FeSiO4, Li(2-j)NiSiO4, Li(2-j)CoSiO4, Li(2-j)MnSiO4, Li(2-j)FekNilSiO4, Li(2-j)FekColSiO4, Li(2-j)FekMnlSiO4, Li(2-j)NikColSiO4, Li(2-j)NikMnlSiO4 (k + l ≤ 1, 0 < k < 1 und 0 < l < 1), Li(2-j)FemNinCoqSiO4, Li(2-j)FemNinMnqSiO4, Li(2-j)NimConMnqSiO4 (m + n + q ≤ 1, 0 < m < 1, 0 < n < 1 und 0 < q < 1) und Li(2-j)FerNisCotMnuSiO4 (r + s + t + u ≤ 1, 0 < r < 1, 0 < s < 1, 0 < t < 1 und 0 < u < 1).
  • Als weitere Alternative kann eine NASICON-Verbindung, die durch AxM2(XO4)3 (allgemeine Formel, bei der A = Li, Na oder Mg, M = Fe, Mn, Ti, V, Nb oder Al, X = S, P, Mo, W, As oder Si ist) dargestellt wird, als Aktivmaterial verwendet werden. Beispiele für die NASICON-Verbindung sind Fe2(MnO4)3, Fe2(SO4)3 und Li3Fe2(PO4)3. Als weitere Alternative kann eine Verbindung, die durch Li2MPO4F, Li2MP2O7 oder Li5MO4 (allgemeine Formel, bei der M = Fe oder Mn ist) dargestellt wird, ein Perowskit-Fluorid (perovskite fluoride), wie z. B. NaF3 und FeF3, ein Metallchalkogenid (ein Sulfid, ein Selenid oder ein Tellurid), wie z. B. TiS2 und MoS2, ein Material mit einer umgekehrten Spinellstruktur (inverse spinel structure), wie z. B. LiMVO4, ein Vanadiumoxid (V2O5, V6O13, LiV3O8 oder dergleichen), ein Manganoxid, eine organische Schwefelverbindung oder dergleichen als Positivelektrodenaktivmaterial verwendet werden.
  • In dem Fall, in dem es sich bei den Ladungsträgerionen um Alkalimetallionen, die verschieden von Lithium-Ionen sind, oder um Erdalkalimetallionen handelt, kann eine Verbindung, die anstatt Lithium der Lithiumverbindung, des Lithium enthaltenden komplexen Phosphats oder des Lithium enthaltenden komplexen Silicats Ladungsträger, wie z. B. ein Alkalimetall (z. B. Natrium oder Kalium) oder ein Erdalkalimetall (z. B. Calcium, Strontium, Barium, Beryllium oder Magnesium), enthält, als Positivelektrodenaktivmaterial verwendet werden.
  • Die durchschnittliche Partikelgröße des Positivelektrodenaktivmaterials ist vorzugsweise beispielsweise größer als oder gleich 5 nm und kleiner als oder gleich 50 μm.
  • Die Aktivmaterialschicht 102 kann ein leitendes Additiv enthalten. Beispiele für das leitende Additiv umfassen natürlichen Graphit, künstlichen Graphit, wie z. B. meso-Kohlenstoff-Mikrokügelchen (mesocarbon microbeads), und Kohlenstofffasern. Beispiele für eine Kohlenstofffaser umfassen eine auf Mesophasenpech basierende Kohlenstofffaser (mesophase pitch-based carbon fiber), eine auf isotropem Pech basierende Kohlenstofffaser (isotropic pitch-based carbon fiber), eine Kohlenstoffnanofaser und eine Kohlenstoffnanoröhre. Die Kohlenstoffnanoröhre kann beispielsweise durch ein Gasphasenabscheidungsverfahren ausgebildet werden. Weitere Beispiele für das leitende Additiv umfassen Kohlenstoffmaterialien, wie z. B. Kohlenschwarz (acetylene black (AB), Acetylenruß) und Graphen. Alternativ kann auch ein Metallpulver oder eine Metallfaser von Kupfer, Nickel, Aluminium, Silber, Gold oder dergleichen, ein leitendes Keramikmaterial oder dergleichen verwendet werden.
  • Flockiges Graphen weist ausgezeichnete elektrische Eigenschaften, nämlich eine hohe Leitfähigkeit, und ausgezeichnete physikalische Eigenschaften auf, nämlich eine hohe Flexibilität und eine hohe mechanische Festigkeit. Aus diesem Grund kann die Verwendung von Graphen als leitendes Additiv die Kontaktpunkte und die Kontaktfläche von Aktivmaterialien vermehren.
  • Die Aktivmaterialschicht 102 umfasst vorzugsweise ein Bindemittel, stärker bevorzugt ein Bindemittel, das wasserlösliche Polymere enthält. Die Aktivmaterialschicht 102 kann eine Vielzahl von Arten von Bindemitteln umfassen.
  • Als Bindemittel wird vorzugsweise ein Gummimaterial, wie z. B. Styrol-Butadien-Kautschuk (SBR), Styrol-Isopren-Styrol-Kautschuk, Acrylnitril-Butadien-Kautschuk, Butadien-Kautschuk oder Ethylen-Propylen-Dien-Copolymer, verwendet. Stärker bevorzugt wird ein beliebiges dieser Gummimaterialien in Kombination mit wasserlöslichen Polymeren verwendet. Da diese Gummimaterialien Gummielastizität aufweisen und sich leicht ausdehnen und zusammenziehen, kann eine hochzuverlässige Elektrode erhalten werden, die widerstandsfähig gegen eine Belastung infolge einer Ausdehnung und Zusammenziehung eines Aktivmaterials beim Laden und Entladen, infolge einer Biegung der Elektrode oder dergleichen ist. Andererseits weisen die Gummimaterialien eine hydrophobe Gruppe auf, und somit ist in einigen Fällen die Wahrscheinlichkeit gering, dass sie in Wasser löslich sind. In einem derartigen Fall sind Teilchen im Wasser dispergiert, ohne dabei aufgelöst zu werden, so dass es sich als schwierig erweisen könnte, die Viskosität einer Zusammensetzung, die ein Lösungsmittel enthält, das für die Ausbildung der Aktivmaterialschicht 102 (auch als eine Elektroden-Bindemittel-Zusammensetzung bezeichnet) verwendet wird, auf eine Viskosität zu erhöhen, die für eine Anwendung geeignet ist. Wasserlösliche Polymere mit einer ausgezeichneten Funktion zum Steuern der Viskosität, wie z. B. ein Polysaccharid, können die Viskosität der Lösung im moderaten Maße erhöhen und können gleichmäßig zusammen mit einem Gummimaterial dispergiert sein. Somit kann eine vorteilhafte Elektrode mit hoher Gleichmäßigkeit (z. B. eine Elektrode mit gleichmäßiger Elektrodendicke oder gleichmäßigem Elektrodenwiderstand) erhalten werden.
  • Als Bindemittel kann ein Material, wie z. B. Polystyrol, Poly(methylacrylat), Poly(methylmethacrylat) (PMMA), Natriumpolyacrylat, Polyvinylalkohol (PVA), Polyethylenoxid (PEO), Polypropylenoxid, Polyimid, Polyvinylchlorid, Polytetrafluorethylen, Polyethylen, Polypropylen, Isobutylen, Polyethylenterephthalat, Nylon, Polyvinylidenfluorid (PVdF) oder Polyacrylnitril (PAN), verwendet werden.
  • Ein einziges Bindemittel kann verwendet werden, oder mehrere Arten von Bindemitteln können in Kombination verwendet werden.
  • <Ausbildungsverfahren der Elektrode>
  • Als Nächstes wird ein Verfahren zum Ausbilden der Elektrode 100 einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben.
  • Als Erstes wird eine Elektroden-Bindemittel-Zusammensetzung ausgebildet. Die Elektroden-Bindemittel-Zusammensetzung kann beispielsweise derart ausgebildet werden, dass das vorstehend beschriebene Aktivmaterial, dem je nach Bedarf ein leitendes Additiv, ein Bindemittel, und dergleichen hinzugefügt worden ist, mit einem Lösungsmittel gemischt wird. Bei der Elektroden-Bindemittel-Zusammensetzung kann es sich um einen Schlamm oder eine Paste handeln. Als Lösungsmittel kann beispielsweise Wasser oder N-Methyl-2-pyrrolidon (NMP) verwendet werden.
  • Der Fall, in dem die Elektrode 100 eine Positivelektrode einer Speicherbatterie ist, wird beispielhaft beschrieben. Hier wird ein Beispiel beschrieben, in dem das Aktivmaterial einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung als Aktivmaterial verwendet wird, Azetylenruß als leitendes Additiv verwendet wird, PVdF als Bindemittel verwendet wird und NMP als Lösungsmittel verwendet wird.
  • Als Erstes werden das Aktivmaterial einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, Azetylenruß und Polyvinylidenfluorid gemischt. Anschließend wird NMP der erhaltenen Mischung hinzugefügt und gemischt, bis eine vorher festgelegte Viskosität erhalten wird; auf diese Weise kann die Elektroden-Bindemittel-Zusammensetzung ausgebildet werden. Bei diesem Schritt können das Mischen und das Hinzufügen des polaren Lösungsmittels mehrmals wiederholt werden.
  • Durch die vorstehenden Schritte kann die Elektroden-Bindemittel-Zusammensetzung, bei der das Aktivmaterial, das leitende Additiv und das Bindemittel gleichmäßig dispergiert sind, erhalten werden.
  • Dabei kann eine Grundierung über dem Stromabnehmer ausgebildet werden. Es sei angemerkt, dass es sich bei der Grundierung um eine Beschichtungsschicht handeln kann, die bereitgestellt ist, um den Kontaktwiderstand zu verringern oder die Adhäsion zwischen dem Stromabnehmer und der Aktivmaterialschicht zu verbessern. Beispiele für die Grundierung umfassen eine Kohlenstoffschicht, eine Metallschicht, eine Schicht, die Kohlenstoff und hochmolekulare Substanzen enthält, und eine Schicht, die ein Metall und hochmolekulare Substanzen enthält. Das Ausbilden der Grundierung über dem Stromabnehmer kann den Kontaktwiderstand zwischen dem Stromabnehmer und der Aktivmaterialschicht, die später ausgebildet wird, verringern, und/oder kann die Adhäsion zwischen der Aktivmaterialschicht und dem Stromabnehmer erhöhen. Außerdem kann die Adhäsion zwischen dem Stromabnehmer und der Aktivmaterialschicht erhöht werden. In dem Fall, in dem Graphen als leitendes Additiv verwendet wird, wird die Grundierung vorzugsweise nicht durch eine Reduktionslösung bei dem Prozess der Reduktion des Graphenoxids aufgelöst.
  • Als Grundierung kann beispielsweise eine wässrige Lösung, bei der Graphit, Azetylenruß und dergleichen dispergiert sind, oder die wässrige Lösung verwendet werden, in die die hochmolekularen Substanzen gemischt worden sind. Beispiele für die Grundierung umfassen eine Mischung aus Graphit und Natriumpolyacrylat (PAA) und eine Mischung aus AB und PVdF. Das Zusammensetzungsverhältnis von Graphit zu PAA ist vorzugsweise 95:5 bis 50:50, und das Zusammensetzungsverhältnis von AB zu PVdF ist vorzugsweise 70:30 bis 50:50.
  • Es sei angemerkt, dass es unnötig ist, die Grundierung auf den Stromabnehmer aufzutragen, wenn es kein Problem mit der Adhäsion zwischen dem Stromabnehmer und der Aktivmaterialschicht, der Elektrodenfestigkeit und dem Kontaktwiderstand gibt.
  • Als Nächstes wird ein Schlamm an einer oder beiden Oberflächen des Stromabnehmers durch ein Beschichtungsverfahren, wie z. B. ein Rakelverfahren, bereitgestellt.
  • Wenn, wie bei der Ausführungsform 1 beschrieben worden ist, ein Sekundärteilchen der Lithium-Mangan-Verbundoxide als Aktivmaterial verwendet wird, kann der Schlamm dick auf den Stromabnehmer aufgetragen werden.
  • Des Weiteren kann, indem Lithium-Mangan-Verbundoxide zu einem Sekundärteilchen gemacht werden, die Oberflächenfläche des Aktivmaterials verkleinert werden, kann die Zusammensetzungsmenge eines Bindemittels verringert werden, und kann die Kapazität pro Gewicht oder pro Volumen der Elektrode erhöht werden.
  • Als Nächstes wird der Schlamm, der über dem Stromabnehmer ausgebildet ist, durch ein Verfahren, wie z. B. eine Ventilationstrocknung oder eine Trocknung unter verringertem Druck (im Vakuum), getrocknet, um die Aktivmaterialschicht auszubilden. Das Trocknen wird vorzugsweise mittels heißer Luft bei Temperaturen von 50°C bis 180°C durchgeführt. Durch diesen Schritt wird das polare Lösungsmittel, das in der Aktivmaterialschicht enthalten ist, verdampft. Es sei angemerkt, dass es keine besondere Beschränkung hinsichtlich der Atmosphäre gibt.
  • Die Aktivmaterialschicht kann durch ein Kompressionsverfahren, wie z. B. ein Walzen-Press-Verfahren (roll press method) oder ein Flachplatten-Press-Verfahren (flat plate press method), gepresst werden, um die Dichte der Aktivmaterialschicht zu erhöhen. Wenn das Pressen bei einer Erwärmung von höher als oder gleich 90°C und niedriger als oder gleich 180°C, bevorzugt niedriger als oder gleich 120°C durchgeführt wird, wird das Bindemittel (z. B. PVdF), das in der Grundierung oder der Aktivmaterialschicht enthalten ist, derart aufgeweicht, dass sich die Eigenschaften der Elektrode nicht verändern, und die Adhäsion zwischen dem Stromabnehmer und der Aktivmaterialschicht verbessert sich weiter.
  • Anschließend wird die gepresste Aktivmaterialschicht getrocknet. Das Trocknen wird vorzugsweise unter verringertem Druck (in einem Vakuum) oder einer Reduktionsatmosphäre durchgeführt. Dieser Trocknungsschritt kann zum Beispiel bei Temperaturen von 50°C bis 200°C für 1 Stunde bis 48 Stunden durchgeführt werden. Das Trocknen ermöglicht ein ausreichendes Verdampfen oder Entfernen des polaren Lösungsmittels und der Feuchtigkeit in der Aktivmaterialschicht.
  • Der Stromabnehmer, über dem die Aktivmaterialschicht ausgebildet ist, kann weiter gepresst werden. Somit kann die Adhäsion zwischen dem Stromabnehmer und der Aktivmaterialschicht erhöht werden. Außerdem kann die Dichte der Aktivmaterialschicht erhöht werden. Wenn das Pressen bei einer Erwärmung von höher als oder gleich 90°C und niedriger als oder gleich 180°C, bevorzugt niedriger als oder gleich 120°C durchgeführt wird, wird das Bindemittel (z. B. PVdF), das in der Grundierung oder der Aktivmaterialschicht enthalten ist, derart aufgeweicht, dass sich die Eigenschaften der Elektrode nicht verändern und sich die Adhäsion zwischen dem Stromabnehmer und der Aktivmaterialschicht weiter verbessert.
  • Abschließend werden der Stromabnehmer und die Aktivmaterialschicht gestanzt, um eine vorher festgelegte Größe aufzuweisen, wodurch die Elektrode ausgebildet wird.
  • Unter Verwendung des Aktivmaterials einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann Druck, der auf die Lithium-Mangan-Verbundoxide einwirkt, auf Grund eines Drucks, der auf die Elektrode in einem Ausbildungsprozess der Elektrode einwirkt, dank der mechanischen Festigkeit von Graphen abgemildert werden. Dies kann verhindern, dass die Lithium-Mangan-Verbundoxide weiter gespalten und gerissen werden.
  • Außerdem kann selbst dann, wenn eine große Belastung beim Aufwickeln einer Elektrode einer gewickelten Batterie auftritt, oder selbst dann, wenn eine nach außen gerichtete Belastung von einer Achse der Aufwicklung die gesamte Zeit über auf die Elektrode in dem Fall einwirkt, in dem ein gewickelter Teil der Elektrode in einem Gehäuse untergebracht ist, verhindert werden, dass die Lithium-Mangan-Verbundoxide durch die Belastung weiter gespalten und gerissen werden.
  • Wenn das Aktivmaterial, bei dem mindestens ein Teil der Spaltebene mit Graphen bedeckt ist, für eine Elektrode verwendet wird, wie vorstehend beschrieben worden ist, kann eine Verringerung der Spannung und der Entladekapazität einer Batterie verhindert werden. Demzufolge können die Lade-Entlade-Zykluseigenschaften der Batterie verbessert werden.
  • Des Weiteren kann die Aktivmaterialschicht über dem Stromabnehmer dick ausgebildet werden, indem das Sekundärteilchen der Lithium-Mangan-Verbundoxide als Aktivmaterial in der Elektrode verwendet wird. Außerdem kann dann, wenn die Lithium-Mangan-Verbundoxide zu einem Sekundärteilchen gemacht werden, der Anteil eines Bindemittels, das zum Ausbilden der Aktivmaterialschicht verwendet wird, kleiner als in dem Fall sein, in dem die Lithium-Mangan-Verbundoxide nicht zu einem Sekundärteilchen gemacht werden. Als Ergebnis kann die mögliche Menge des Aktivmaterials, das in der Aktivmaterialschicht enthalten ist, erhöht werden und kann die Kapazität der Elektrode erhöht werden.
  • Des Weiteren kann, indem Lithium-Mangan-Verbundoxide zu einem Sekundärteilchen gemacht werden, die Oberflächenfläche des Aktivmaterials verkleinert werden, kann die Zusammensetzungsmenge eines Bindemittels verringert werden, und kann die Kapazität pro Gewicht oder pro Volumen der Elektrode erhöht werden.
  • Des Weiteren kann dann, wenn das Aktivmaterial einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung für eine Elektrode verwendet wird, eine hochkapazitive Stromspeichervorrichtung mit einer Entladekapazität pro Aktivmaterialgewicht von höher als oder gleich 300 mAh/g hergestellt werden.
  • Diese Ausführungsform kann nach Bedarf in Kombination mit einer der anderen Ausführungsformen implementiert werden.
  • (Ausführungsform 3)
  • Bei dieser Ausführungsform wird ein Beispiel für eine Stromspeichervorrichtung beschrieben, bei der die Elektrode einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet wird.
  • Es sei angemerkt, dass die Stromspeichervorrichtung in dieser Beschreibung und dergleichen alle Elemente und Vorrichtungen bezeichnet, die eine Funktion zum Speichern elektrischer Energie aufweisen. Beispielsweise umfasst die Kategorie der Stromspeichervorrichtung eine Speicherbatterie, wie z. B. eine Lithium-Ionen-Sekundärbatterie, einen Lithium-Ionen-Kondensator und einen elektrischen Doppelschichtkondensator.
  • <Dünne Speicherbatterie>
  • 4 stellt eine dünne Speicherbatterie als Beispiel für eine Speichervorrichtung dar. Wenn eine flexible dünne Speicherbatterie in einem elektronischen Gerät verwendet wird, bei dem mindestens ein Teil flexibel ist, kann die Speicherbatterie beim Biegen des elektronischen Geräts gekrümmt werden.
  • 4 ist eine Außenansicht einer dünnen Speicherbatterie 500. 5A ist eine Querschnittsansicht entlang der Strichpunktlinie A1-A2 in 4, und 5B ist eine Querschnittsansicht entlang der Strichpunktlinie B1-B2 in 4. Die dünne Speicherbatterie 500 umfasst eine Positivelektrode 503, die einen Positivelektrodenstromabnehmer 501 und eine Positivelektrodenaktivmaterialschicht 502 beinhaltet, eine Negativelektrode 506, die einen Negativelektrodenstromabnehmer 504 und eine Negativelektrodenaktivmaterialschicht 505 beinhaltet, einen Separator 507, eine Elektrolytlösung 508 und einen Außenteil 509. Der Separator 507 ist zwischen der Positivelektrode 503 und der Negativelektrode 506 in dem Außenteil 509 bereitgestellt. Die Elektrolytlösung 508 ist in dem Außenteil 509 enthalten.
  • Die Elektrode einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird vorzugsweise als Positivelektrode 503 und/oder Negativelektrode 506 verwendet. Die Elektrode einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann sowohl als Positivelektrode 503 als auch als Negativelektrode 506 verwendet werden.
  • Hier wird eine Struktur der Positivelektrode 503 beschrieben. Die Elektrode einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird vorzugsweise als Positivelektrode 503 verwendet. Hier wird das Beispiel der Verwendung der Elektrode 100, die bei der Ausführungsform 2 beschrieben worden ist, als Positivelektrode 503 beschrieben.
  • Als Lösungsmittel der Elektrolytlösung 508 wird vorzugsweise ein aprotisches organisches Lösungsmittel verwendet. Zum Beispiel kann Ethylencarbonat (EC), Propylencarbonat (PC), Butylencarbonat, Chlorethylencarbonat, Vinylencarbonat, γ-Butyrolacton, γ-Valerolacton, Dimethylcarbonat (DMC), Diethylcarbonat (DEC), Ethylmethylcarbonat (EMC), Methylformat, Methylacetat, Methylbutyrat, 1,3-Dioxan, 1,4-Dioxan, Dimethoxyethan (DME), Dimethylsulfoxid, Diethylether, Methyldiglyme, Acetonitril, Benzonitril, Tetrahydrofuran, Sulfolan oder Sulton verwendet werden, oder zwei oder mehr aus diesen Lösungsmitteln können in einer geeigneten Kombination in einem geeigneten Verhältnis verwendet werden.
  • Wenn ein hochmolekulares Material, das einem Gelieren unterzogen worden ist, als Lösungsmittel der Elektrolytlösung verwendet wird, wird die Sicherheit gegen einen Abfluss der Flüssigkeit und dergleichen verbessert. Darüber hinaus kann eine Sekundärbatterie dünner und leichter sein. Typische Beispiele für das hochmolekulare Material, das dem Gelieren unterzogen worden ist, umfassen ein Silikongel, ein Acrylgel, ein Acrylnitrilgel, ein auf Polyethylenoxid basierendes Gel, ein auf Polypropylenoxid basierendes Gel, ein auf Fluor basierendes Polymergel und dergleichen.
  • Alternativ kann die Verwendung einer oder mehrerer Arten von ionischen Flüssigkeiten (bei Raumtemperatur geschmolzenen Salzen), die als Lösungsmittel der Elektrolytlösung Eigenschaften von Nicht-Entflammbarkeit und Nicht-Flüchtigkeit aufweisen, verhindern, dass eine Stromspeichervorrichtung explodiert oder Feuer fängt, selbst wenn eine Stromspeichervorrichtung innen kurzgeschlossen wird oder die Innentemperatur auf Grund eines Überladens oder dergleichen ansteigt. Eine ionische Flüssigkeit enthält ein Kation und ein Anion. Die ionische Flüssigkeit einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthält ein organisches Kation und ein Anion. Beispiele für das organische Kation, das für die Elektrolytlösung verwendet wird, umfassen aliphatische Oniumkationen, wie z. B. ein quaternäres Ammoniumkation, ein tertiäres Sulfoniumkation und ein quaternäres Phosphoniumkation, und aromatische Kationen, wie z. B. ein Imidazoliumkation und ein Pyridiniumkation. Beispiele für das Anion, das für die Elektrolytlösung verwendet wird, umfassen ein einwertiges auf Amid basierendes Anion, ein einwertiges auf Methid basierendes Anion, ein Fluorsulfonatanion, ein Perfluoralkylsulfonatanion, Tetrafluorborat, Perfluoralkylborat, Hexafluorphosphat und Perfluoralkylphosphat.
  • In dem Fall, in dem Lithium-Ionen als Ladungsträger verwendet werden, kann als Elektrolyt, der in dem vorstehend beschriebenen Lösungsmittel aufgelöst worden ist, ein Lithiumsalz, wie z. B. LiPF6, LiClO4, LiAsF6, LiBF4, LiAlCl4, LiSCN, LiBr, LiI, Li2SO4, Li2B10Cl10, Li2B12Cl12, LiCF3SO3, LiC4F9SO3, LiC(CF3SO2)3, LiC(C2F5SO2)3, LiN(CF3SO2)2, LiN(C4F9SO2)(CF3SO2) und LiN(C2F5SO2)2, verwendet werden, oder zwei oder mehr aus diesen Lithiumsalzen können in geeigneter Kombination in einem geeigneten Verhältnis verwendet werden.
  • Die Elektrolytlösung, die für eine Stromspeichervorrichtung verwendet wird, ist vorzugsweise hoch gereinigt und enthält eine geringe Menge an Staubpartikeln sowie andere Elemente als die Bestandselemente der Elektrolytlösung (nachstehend auch einfach als Verunreinigungen bezeichnet). Insbesondere ist das Gewichtsverhältnis von Verunreinigungen zu der Elektrolytlösung niedriger als oder gleich 1 Gew.-%, bevorzugt niedriger als oder gleich 0,1 Gew.-%, stärker bevorzugt niedriger als oder gleich 0,01 Gew.-%.
  • Ferner kann ein Additivmittel, wie z. B. Vinylencarbonat, Propansulton (PS), tert-Butylbenzol (TBB), Fluorethylencarbonat (FEC) oder LiBOB, der Elektrolytlösung hinzugefügt werden. Die Konzentration eines derartigen Additivmittels im gesamten Lösungsmittel ist beispielsweise höher als oder gleich 0,1 Gew.-% und niedriger als oder gleich 5 Gew.-%.
  • Alternativ kann ein gelierter Elektrolyt verwendet werden, der erhalten wird, indem ein Polymer in einer Elektrolytlösung quellen gelassen wird. Beispiele für den gelierten Elektrolyt (Polymer-Gel-Elektrolyten) umfassen ein Wirtspolymer, das als Träger verwendet wird und die vorstehend beschriebene Elektrolytlösung enthält.
  • Beispiele für Wirtspolymere umfassen ein Polymer mit einer Polyalkylenoxid-Struktur, wie z. B. Polyethylenoxid (PEO), PVdF, Polyacrylnitril, und ein Copolymer, das eines von ihnen enthält. Beispielsweise kann PVdF-HFP, das ein Copolymer von PVdF und Hexafluorpropylen (HFP) ist, verwendet werden. Das gebildete Polymer kann porös sein.
  • Anstelle der Elektrolytlösung kann ein Festelektrolyt, der ein anorganisches Material, wie z. B. ein auf Sulfid basierendes anorganisches Material oder ein auf Oxid basierendes anorganisches Material, enthält, oder ein Festelektrolyt, der ein hochmolekulares Material, wie z. B. ein auf Polyethylenoxid (PEO) basierendes hochmolekulares Material, enthält, alternativ verwendet werden. Wenn der Festelektrolyt verwendet wird, sind ein Separator und ein Abstandhalter unnötig. Darüber hinaus kann die gesamte Batterie verfestigt werden; daher besteht die Möglichkeit eines Auslaufens der Flüssigkeit nicht, und die Sicherheit der Batterie wird somit erheblich erhöht.
  • Als Separator 507 kann Papier, Vliesstoff, eine Glasfaser, Keramik, eine Kunstfaser, die Nylon (Polyamid), Vinylon (eine auf Polyvinylalkohol basierende Faser), Polyester, Acryl, Polyolefin oder Polyurethan enthält, oder dergleichen verwendet werden.
  • Der Separator 507 wird vorzugsweise derart ausgebildet, dass er die Form einer Tasche aufweist, um entweder die Positivelektrode 503 oder die Negativelektrode 506 zu umschließen. Beispielsweise wird, wie in 6A dargestellt, der Separator 507 zweifach gefaltet, so dass die Positivelektrode 503 dazwischen liegt, und mit einem Dichtungsabschnitt 514 in einem Bereich außerhalb des Bereichs, der sich mit der Positivelektrode 503 überlappt, abgedichtet; folglich kann die Positivelektrode 503 in dem Separator 507 sicher gehalten werden. Anschließend werden, wie in 6B dargestellt, die Positivelektroden 503, die von den Separatoren 507 umschlossen sind, und die Negativelektroden 506 abwechselnd übereinander angeordnet und in dem Außenteil 509 bereitgestellt, wodurch die dünne Speicherbatterie 500 ausgebildet werden kann.
  • Als Nächstes wird eine Alterung nach der Herstellung einer Speicherbatterie beschrieben. Eine Alterung wird vorzugsweise nach der Herstellung einer Speicherbatterie durchgeführt. Beispielsweise kann die Alterung unter den folgenden Bedingungen durchgeführt werden. Ein Laden wird mit einer Rate von 0,001 C oder mehr und 0,2 C oder weniger bei einer Temperatur von höher als oder gleich Raumtemperatur und niedriger als oder gleich 50°C durchgeführt. In dem Fall, in dem eine Elektrolytlösung zersetzt wird und ein Gas erzeugt und in der Zelle akkumuliert wird, kann die Elektrolytlösung in einigen Bereichen nicht in Kontakt mit einer Oberfläche der Elektrode sein. Das heißt, dass eine effektive Reaktionsfläche der Elektrode verringert wird und die effektive Stromdichte erhöht wird.
  • Wenn die Stromdichte sehr hoch ist, tritt in Abhängigkeit von dem Widerstand der Elektrode ein Spannungsabfall auf, wird Lithium in Graphit eingelagert, und wird Lithium auf der Oberfläche von Graphit abgeschieden. Die Lithiumabscheidung könnte die Kapazität verringern. Beispielsweise kann dann, wenn nach der Lithiumabscheidung ein Beschichtungsfilm oder dergleichen an der Oberfläche wächst, Lithium, das auf der Oberfläche abgeschieden worden ist, nicht noch einmal aufgelöst werden. Dieses Lithium kann nicht zur Kapazität beitragen. Außerdem kann dann, wenn abgeschiedenes Lithium physikalisch zerfällt und die elektrische Verbindung mit der Elektrode verloren geht, auch das Lithium nicht zur Kapazität beitragen. Daher wird das Gas vorzugsweise freigesetzt, bevor das Potential der Elektrode infolge eines Spannungsabfalls das Potential von Lithium erreicht.
  • Nach der Freisetzung des Gases kann der Ladezustand beispielsweise bei einer Temperatur von höher als Raumtemperatur, bevorzugt höher als oder gleich 30°C und niedriger als oder gleich 60°C, stärker bevorzugt höher als oder gleich 35°C und niedriger als oder gleich 50°C für 1 Stunde bis 100 Stunden gehalten werden. Beim anfänglichen Laden bildet eine Elektrolytlösung, die an der Oberfläche zersetzt wird, einen Beschichtungsfilm an der Oberfläche von Graphit. Der ausgebildete Beschichtungsfilm kann daher dichter werden, wenn beispielsweise nach der Freisetzung des Gases der Ladezustand bei einer Temperatur gehalten wird, die über der Raumtemperatur liegt.
  • 7A stellt ein Beispiel dar, in dem ein Stromabnehmer an eine Anschlusselektrode geschweißt wird, insbesondere ein Beispiel, in dem die Positivelektrodenstromabnehmer 501 an eine Positivelektrodenanschlusselektrode 510 geschweißt werden. Die Positivelektrodenstromabnehmer 501 werden an die Positivelektrodenanschlusselektrode 510 in einem zu schweißenden Bereich 512 durch Ultraschallschweißen oder dergleichen geschweißt. Der Positivelektrodenstromabnehmer 501 umfasst, wie in 7B dargestellt, einen Biegeabschnitt 513, und es ist daher möglich, eine Belastung durch eine Kraft von außen, die nach der Herstellung der Speicherbatterie 500 einwirkt, abzumildern. Somit kann die Speicherbatterie 500 eine hohe Zuverlässigkeit aufweisen.
  • In der dünnen Speicherbatterie 500, die in 4 sowie 5A und 5B dargestellt wird, werden die Positivelektrodenstromabnehmer 501 und die Negativelektrodenstromabnehmer 504 an die Positivelektrodenanschlusselektrode 510 bzw. eine Negativelektrodenanschlusselektrode 511 durch Ultraschallschweißen geschweißt, und ein Teil der Positivelektrodenanschlusselektrode 510 und ein Teil der Negativelektrodenanschlusselektrode 511 werden nach außen hin freigelegt. Der Positivelektrodenstromabnehmer 501 und der Negativelektrodenstromabnehmer 504 können auch als Anschlüsse für elektrischen Kontakt mit der Außenseite dienen. In diesem Fall können der Positivelektrodenstromabnehmer 501 und der Negativelektrodenstromabnehmer 504 derart angeordnet werden, dass ein Teil des Positivelektrodenstromabnehmers 501 und ein Teil des Negativelektrodenstromabnehmers 504 ohne Anschlusselektroden außerhalb des Außenteils 509 freiliegen.
  • Obwohl die Positivelektrodenanschlusselektrode 510 und die Negativelektrodenanschlusselektrode 511 in 4 auf der gleichen Seite bereitgestellt sind, können die Positivelektrodenanschlusselektrode 510 und die Negativelektrodenanschlusselektrode 511 auf unterschiedlichen Seiten, wie in 8 dargestellt, bereitgestellt werden. Die Anschlusselektroden einer Speicherbatterie einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung können, wie vorstehend beschrieben worden ist, frei positioniert werden; daher ist der Freiheitsgrad bei der Gestaltung hoch. Dementsprechend kann ein Produkt, das eine Speicherbatterie einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst, einen hohen Freiheitsgrad bei der Gestaltung aufweisen. Ferner kann eine Ausbeute von Produkten, die jeweils eine Speicherbatterie einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfassen, erhöht werden.
  • Als Außenteil 509 der dünnen Speicherbatterie 500 kann beispielsweise ein Film verwendet werden, der eine dreischichtige Struktur aufweist, bei der ein hochflexibler dünner Metallfilm aus Aluminium, Edelstahl, Kupfer, Nickel oder dergleichen über einem Film aus einem Material, wie z. B. Polyethylen, Polypropylen, Polycarbonat, Ionomer oder Polyamid, bereitgestellt ist und ein isolierender synthetischer Harzfilm aus einem auf Polyamid basierenden Harz, einem auf Polyester basierenden Harz oder dergleichen als Außenfläche des Außenteils über dem dünnen Metallfilm angeordnet ist.
  • Das Beispiel in 4 umfasst fünf Positivelektroden-Negativelektroden-Paare (die Positiv- und Negativelektroden sind einander zugewandt). Es ist unnötig zu erwähnen, dass die Anzahl von Paaren von Elektroden nicht auf fünf beschränkt ist und größer als fünf oder kleiner als fünf sein kann. In dem Fall, in dem eine große Anzahl von Elektrodenschichten verwendet wird, kann die Speicherbatterie eine hohe Kapazität aufweisen. Im Gegensatz dazu kann in dem Fall, in dem eine kleine Anzahl von Elektrodenschichten verwendet wird, die Speicherbatterie eine kleine Dicke und hohe Flexibilität aufweisen.
  • Bei der vorstehenden Struktur kann der Außenteil 509 der Speicherbatterie seine Form mit einem Radius von größer als oder gleich 10 mm, bevorzugt größer als oder gleich 30 mm, ändern. Ein oder zwei Film/e wird/werden als Außenteil der Speicherbatterie verwendet. In dem Fall, in dem die Speicherbatterie eine mehrschichtige Struktur aufweist, weist die Speicherbatterie beim Biegen einen Querschnitt auf, bei dem sie sich zwischen zwei gekrümmten Oberflächen der Filme befindet.
  • Der Krümmungsradius einer Oberfläche wird anhand von 9A bis 9C beschrieben. In 9A ist auf einer Ebene 1701, entlang derer eine gekrümmte Oberfläche 1700 geschnitten ist, ein Teil einer Kurve 1702 der gekrümmten Oberfläche 1700 nahezu ein Kreisbogen, wobei der Radius des Kreises als Krümmungsradius 1703 bezeichnet wird und der Mittelpunkt des Kreises als Krümmungsmittelpunkt 1704 bezeichnet wird. 9B ist eine Draufsicht auf die gekrümmte Oberfläche 1700. 9C ist eine Querschnittsansicht der gekrümmten Oberfläche 1700 entlang der Ebene 1701. Wenn eine gekrümmte Oberfläche an einer Ebene geschnitten wird, unterscheidet sich der Krümmungsradius einer Kurve in einem Querschnitt in Abhängigkeit von dem Winkel zwischen der gekrümmten Oberfläche und der Ebene oder der Schnittposition, und in dieser Beschreibung und dergleichen wird der kleinste Krümmungsradius als Krümmungsradius einer Oberfläche definiert.
  • In dem Fall, in dem eine Sekundärbatterie, in der Elektroden, eine Elektrolytlösung und dergleichen zwischen zwei Filmen als Außenteile angeordnet sind, gekrümmt ist, ist ein Krümmungsradius 1802 eines Films 1801, der nahe an einem Krümmungsmittelpunkt 1800 der Sekundärbatterie liegt, kleiner als ein Krümmungsradius 1804 eines Films 1803, der entfernt von dem Krümmungsmittelpunkt 1800 liegt (10A). Wenn die Sekundärbatterie gekrümmt ist und einen bogenförmigen Querschnitt aufweist, wirkt eine Druckspannung auf eine Oberfläche des Films an der an dem Krümmungsmittelpunkt 1800 näher liegenden Seite ein, und eine Zugspannung wirkt auf eine Oberfläche des Films an der von dem Krümmungsmittelpunkt 1800 weiter entfernt liegenden Seite ein (10B). Jedoch kann durch Ausbilden einer Struktur, die konvexe Abschnitte oder konkave Abschnitte an Oberflächen der Außenteile aufweist, der Einfluss einer Verformung auf einen akzeptablen Grad verringert werden, selbst wenn eine Druckspannung und eine Zugspannung einwirken. Aus diesem Grund kann die Sekundärbatterie ihre Form derart ändern, dass der Außenteil an der an dem Krümmungsmittelpunkt näher liegenden Seite einen Krümmungsradius von größer als oder gleich 10 mm, bevorzugt größer als oder gleich 30 mm aufweist.
  • Es sei angemerkt, dass die Querschnittsform der Sekundärbatterie nicht auf eine einfache Bogenform beschränkt ist, und der Querschnitt kann teilweise bogenförmig sein; beispielsweise kann eine Form, die in 10C dargestellt wird, eine Wellenform, die in 10D dargestellt wird, oder eine S-Form verwendet werden. Wenn die gekrümmte Oberfläche der Sekundärbatterie eine Form mit einer Vielzahl von Krümmungsmittelpunkten aufweist, kann die Sekundärbatterie ihre Form derart ändern, dass eine gekrümmte Oberfläche mit dem kleinsten Krümmungsradius unter Krümmungsradien bezüglich der Vielzahl von Krümmungsmittelpunkten, die eine Oberfläche des Außenteils an der zu dem Krümmungsmittelpunkt näher liegenden Seite ist, einen Krümmungsradius von größer als oder gleich 10 mm, bevorzugt größer als oder gleich 30 mm, aufweist.
  • <Knopfzellen-Speicherbatterie>
  • Als Nächstes wird ein Beispiel für eine Knopfzellen-Speicherbatterie als Beispiel für eine Stromspeichervorrichtung anhand von 11A und 11B beschrieben. 11A ist eine Außenansicht einer Knopfzellen-(einschichtige flache)Speicherbatterie, und 11B ist eine Querschnittsansicht davon.
  • Bei einer Knopfzellen-Speicherbatterie 300 sind eine Positivelektrodendose 301, die auch als Positivelektrodenanschluss dient, und eine Negativelektrodendose 302, die auch als Negativelektrodenanschluss dient, durch eine Dichtung 303, die aus Polypropylen oder dergleichen besteht, voneinander isoliert und abgedichtet. Eine Positivelektrode 304 umfasst einen Positivelektrodenstromabnehmer 305 und eine Positivelektrodenaktivmaterialschicht 306, die in Kontakt mit dem Positivelektrodenstromabnehmer 305 bereitgestellt ist. Für die Positivelektrodenaktivmaterialschicht 306 kann auf die Beschreibung der Positivelektrodenaktivmaterialschicht 502 Bezug genommen werden.
  • Eine Negativelektrode 307 umfasst einen Negativelektrodenstromabnehmer 308 und eine Negativelektrodenaktivmaterialschicht 309, die in Kontakt mit dem Negativelektrodenstromabnehmer 308 angeordnet ist. Für die Beschreibung der Negativelektrodenaktivmaterialschicht 505 kann auf die Negativelektrodenaktivmaterialschicht 309 verwiesen werden. Für die Beschreibung des Separators 507 kann auf den Separator 310 verwiesen werden. Für die Elektrolytlösung kann auf die Beschreibung der Elektrolytlösung 508 Bezug genommen werden.
  • Es sei angemerkt, dass nur eine Oberfläche von jeder der Positivelektrode 304 und der Negativelektrode 307, die für die Knopfzellen-Speicherbatterie 300 verwendet werden, mit einer Aktivmaterialschicht bereitgestellt wird.
  • Für die Positivelektrodendose 301 und die Negativelektrodendose 302 kann ein Metall mit Korrosionsbeständigkeit gegen eine Elektrolytlösung, wie z. B. Nickel, Aluminium oder Titan, eine Legierung eines derartigen Metalls oder eine Legierung eines derartigen Metalls und eines weiteren Metalls (z. B. Edelstahl oder dergleichen) verwendet werden. Alternativ werden die Positivelektrodendose 301 und die Negativelektrodendose 302 vorzugsweise mit Nickel, Aluminium oder dergleichen bedeckt, um eine Korrosion auf Grund der Elektrolytlösung zu verhindern. Die Positivelektrodendose 301 und die Negativelektrodendose 302 sind elektrisch mit der Positivelektrode 304 bzw. der Negativelektrode 307 verbunden.
  • Die Negativelektrode 307, die Positivelektrode 304 und der Separator 310 werden in die Elektrolytlösung eingetaucht. Wie in 11B dargestellt, werden dann die Positivelektrode 304, der Separator 310, die Negativelektrode 307 und die Negativelektrodendose 302 in dieser Reihenfolge übereinander angeordnet, wobei die Positivelektrodendose 301 am unteren Ende positioniert ist, und die Positivelektrodendose 301 und die Negativelektrodendose 302 werden unter Druck verbunden, wobei die Dichtung 303 dazwischen angeordnet ist. Auf diese Weise kann die Knopfzellen-Speicherbatterie 300 hergestellt werden.
  • <Zylindrische Speicherbatterie>
  • Als Nächstes wird ein Beispiel für eine zylindrische Speicherbatterie als Beispiel für eine Stromspeichervorrichtung anhand von 12A und 12B beschrieben. Eine zylindrische Speicherbatterie 600 beinhaltet, wie in 12A dargestellt, eine Positivelektrodenkappe (Batteriedeckel) 601 an der Oberseite und eine Batteriedose (Außendose) 602 an der Seitenfläche und der Unterseite. Die Positivelektrodenkappe 601 und die Batteriedose 602 sind durch eine Dichtung (Isolierdichtung) 610 voneinander isoliert.
  • 12B ist eine schematische Darstellung eines Querschnitts der zylindrischen Speicherbatterie. Innerhalb der Batteriedose 602, die eine hohle zylindrische Form aufweist, ist ein Batterieelement bereitgestellt, bei dem eine streifenartige Positivelektrode 604 und eine streifenartige Negativelektrode 606 aufgewickelt sind, wobei ein streifenartiger Separator 605 dazwischen angeordnet ist. Obwohl nicht dargestellt, ist das Batterieelement um einen zentralen Stift gewickelt. Ein Ende der Batteriedose 602 ist geschlossen, und ihr anderes Ende ist geöffnet. Für die Batteriedose 602 kann ein Metall, das eine Korrosionsbeständigkeit gegen eine Elektrolytlösung aufweist, wie z. B. Nickel, Aluminium oder Titan, eine Legierung eines derartigen Metalls oder eine Legierung aus einem derartigen Metall und einem weiteren Metall (z. B. Edelstahl oder dergleichen) verwendet werden. Alternativ ist die Batteriedose 602 vorzugsweise mit Nickel, Aluminium oder dergleichen bedeckt, um eine Korrosion auf Grund der Elektrolytlösung zu verhindern. Innerhalb der Batteriedose 602 ist das Batterieelement, bei dem die Positivelektrode, die Negativelektrode und der Separator aufgewickelt sind, zwischen einem Paar von Isolierplatten 608 und 609 angeordnet, die einander gegenüber liegen. Ferner wird eine nichtwässrige Elektrolytlösung (nicht dargestellt) in die Batteriedose 602 injiziert, die mit dem Batterieelement bereitgestellt ist. Als nichtwässrige Elektrolytlösung kann eine nichtwässrige Elektrolytlösung verwendet werden, die denjenigen der Knopfzellen-Speicherbatterie ähnlich ist.
  • Die Positivelektrode 604 und die Negativelektrode 606 können auf eine Weise, die derjenigen der Positivelektrode und der Negativelektrode der vorstehend beschriebenen dünnen Speicherbatterie ähnlich ist, ausgebildet werden. Da die Positivelektrode und die Negativelektrode der zylindrischen Speicherbatterie aufgewickelt werden, werden vorzugsweise Aktivmaterialien an beiden Seiten der Stromkollektoren ausgebildet. Ein Positivelektrodenanschluss (Positivelektroden-Stromsammelanschluss) 603 ist mit der Positivelektrode 604 verbunden, und ein Negativelektrodenanschluss (Negativelektroden-Stromsammelanschluss) 607 ist mit der Negativelektrode 606 verbunden. Sowohl der Positivelektrodenanschluss 603 als auch der Negativelektrodenanschluss 607 können unter Verwendung eines Metallmaterials, wie z. B. Aluminium, ausgebildet werden. Der Positivelektrodenanschluss 603 und der Negativelektrodenanschluss 607 sind an einem Sicherheitsventil-Mechanismus 612 bzw. am unteren Ende der Batteriedose 602 widerstandsgeschweißt. Der Sicherheitsventil-Mechanismus 612 ist über ein Element mit positivem Temperaturkoeffizienten (positive temperature coefficient, PTC-Element) 611 elektrisch mit der Positivelektrodenkappe 601 verbunden. Der Sicherheitsventil-Mechanismus 612 trennt die elektrische Verbindung zwischen der Positivelektrodenkappe 601 und der Positivelektrode 604, wenn der Innendruck der Batterie einen vorher festgelegten Schwellenwert überschreitet. Das PTC-Element 611, das als wärmeempfindlicher Widerstand dient, dessen Widerstand sich mit dem Temperaturanstieg erhöht, schränkt die Strommenge durch Erhöhung des Widerstandes ein, um eine abnormale Wärmeerzeugung zu verhindern. Es sei angemerkt, dass eine auf Bariumtitanat (BaTiO3) basierende Halbleiterkeramik für das PTC-Element verwendet werden kann.
  • In dem Fall, in dem eine Elektrode wie bei der zylindrischen Speicherbatterie in 12A und 12B aufgewickelt wird, tritt eine große Belastung beim Aufwickeln der Elektrode auf. Außerdem wirkt in dem Fall, in dem ein gewickelter Teil der Elektrode in einem Gehäuse untergebracht ist, eine nach außen gerichtete Belastung von einer Achse der Aufwicklung die ganze Zeit über auf die Elektrode ein. Jedoch kann verhindert werden, dass das Aktivmaterial selbst dann gespalten wird, wenn eine derart große Belastung auf die Elektrode einwirkt.
  • Es sei angemerkt, dass in dieser Ausführungsform die Knopfzellen-Speicherbatterie, die zylindrische Speicherbatterie und die dünne Speicherbatterie als Beispiele für die Speicherbatterie angegeben werden; jedoch können beliebige Speicherbatterien in verschiedenen Formen, wie z. B. eine versiegelte Speicherbatterie und eine quadratische Speicherbatterie, verwendet werden. Außerdem kann eine Struktur zum Einsatz kommen, bei der eine Vielzahl von Positivelektroden, eine Vielzahl von Negativelektroden und eine Vielzahl von Separatoren übereinander angeordnet oder aufgewickelt sind. Beispielsweise stellen 13A bis 13C, 14A bis 14C, 15A und 15B, 16A1, 16A2, 16B1 und 16B2 sowie 17A und 17B Beispiele für weitere Speicherbatterien dar.
  • <Strukturbeispiel der Speicherbatterie>
  • 13A bis 13C und 14A bis 14C stellen Strukturbeispiele für dünne Speicherbatterien dar. Ein gewickelter Teil 993, der in 14A dargestellt wird, umfasst eine Negativelektrode 994, eine Positivelektrode 995 und einen Separator 996.
  • Der gewickelte Teil 993 wird erhalten, indem eine blattförmige Schichtanordnung aufgewickelt wird, in der sich die Negativelektrode 994 mit der Positivelektrode 995 überlappt, wobei der Separator 996 dazwischen liegt. Der gewickelte Teil 993 wird mit einem rechteckigen Dichtungsbehälter oder dergleichen bedeckt; auf diese Weise wird eine rechteckige Sekundärbatterie hergestellt.
  • Es sei angemerkt, dass die Anzahl von Schichtanordnungen, die jeweils die Negativelektrode 994, die Positivelektrode 995 und den Separator 996 umfassen, je nach der Kapazität und dem Volumen eines Elements, die nötig sind, angemessen bestimmt wird. Die Negativelektrode 994 wird über eine Anschlusselektrode 997 oder eine Anschlusselektrode 998 mit einem Negativelektrodenstromabnehmer (nicht dargestellt) verbunden. Die Positivelektrode 995 wird über die andere von der Anschlusselektrode 997 und der Anschlusselektrode 998 mit einem Positivelektrodenstromabnehmer (nicht dargestellt) verbunden.
  • Bei einer Speicherbatterie 980, die in 13B und 13C dargestellt wird, ist der gewickelte Teil 993 in einem Raum platziert, der durch Bonden eines Films 981 und eines Films 982 mit einem konkaven Abschnitt, die als Außenteile dienen, durch Thermokompressionsbonden oder dergleichen gebildet wird. Der gewickelte Teil 993 umfasst die Anschlusselektrode 997 und die Anschlusselektrode 998 und wird in eine Elektrolytlösung in einem Raum eingetaucht, der von dem Film 981 und dem Film 982 mit einem konkaven Abschnitt umschlossen ist.
  • Für den Film 981 und den Film 982 mit einem konkaven Abschnitt kann beispielsweise ein Metallmaterial, wie z. B. Aluminium, oder ein Harzmaterial verwendet werden. Unter Verwendung eines Harzmaterials für den Film 981 und den Film 982 mit einem konkaven Abschnitt können die Formen des Films 981 und des Films 982 mit einem konkaven Abschnitt geändert werden, wenn eine Kraft von außen ausgeübt wird; auf diese Weise kann eine flexible Speicherbatterie hergestellt werden.
  • Obwohl 13B und 13C ein Beispiel darstellen, in dem ein Raum von zwei Filmen gebildet wird, kann der gewickelte Teil 993 in einem Raum platziert sein, der durch Biegen eines Films gebildet wird.
  • Ferner kann bei der Herstellung einer flexiblen Stromspeichervorrichtung ein Harzmaterial oder dergleichen für einen Außenteil und einen Dichtungsbehälter der Stromspeichervorrichtung verwendet werden. Es sei angemerkt, dass in dem Fall, in dem ein Harzmaterial für den Außenteil und den Dichtungsbehälter verwendet wird, ein leitendes Material für einen Teil verwendet wird, der mit der Außenseite verbunden ist.
  • Beispielsweise stellen 14B und 14C ein weiteres Beispiel für eine flexible dünne Speicherbatterie dar. Der gewickelte Teil 993, der in 14A dargestellt wird, ist demjenigen ähnlich, der in 13A dargestellt wird, und dessen ausführliche Beschreibung wird weggelassen.
  • Bei der Speicherbatterie 990, die in 14B und 14C dargestellt wird, ist der gewickelte Teil 993 in einem Außenteil 991 gepackt. Der gewickelte Teil 993 umfasst die Anschlusselektrode 997 und die Anschlusselektrode 998, und wird in einer Elektrolytlösung innerhalb eines Raums eingetaucht, der von dem Außenteil 991 und einem Außenteil 992 umschlossen ist. Beispielsweise kann ein Metallmaterial, wie z. B. Aluminium, oder ein Harzmaterial für die Außenteile 991 und 992 verwendet werden. Unter Verwendung eines Harzmaterials für die Außenteile 991 und 992 können die Formen der Außenteile 991 und 992 geändert werden, wenn eine Kraft von außen ausgeübt wird; auf diese Weise kann eine flexible dünne Speicherbatterie hergestellt werden.
  • Wenn die das Aktivmaterial enthaltende Elektrode einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in der flexiblen dünnen Speicherbatterie verwendet wird, kann verhindert werden, dass das Aktivmaterial gespaltet wird, selbst wenn eine Belastung, die bei wiederholtem Krümmen der dünnen Speicherbatterie auftritt, auf die Elektrode einwirkt.
  • Wenn, wie vorstehend beschrieben, das Aktivmaterial, bei dem mindestens ein Teil der Spaltfläche mit Graphen bedeckt ist, für eine Elektrode verwendet wird, kann eine Verringerung der Spannung und der Entladekapazität einer Batterie verhindert werden. Dementsprechend können die Lade-Entlade-Zykluseigenschaften der Batterie verbessert werden.
  • <Strukturbeispiel des Stromspeichersystems>
  • Strukturbeispiele für Stromspeichersysteme werden anhand von 15A und 15B, 16A1, 16A2, 16B1 und 16B2 sowie 17A und 17B beschrieben. Hier bezeichnet ein Stromspeichersystem beispielsweise eine Vorrichtung, die eine Stromspeichervorrichtung beinhaltet.
  • 15A und 15B sind Außenansichten eines Stromspeichersystems. Das Stromspeichersystem umfasst eine Leiterplatte 900 und eine Speicherbatterie 913. Ein Etikett 910 ist an der Speicherbatterie 913 angebracht. Wie in 15B gezeigt, umfasst das Stromspeichersystem ferner einen Anschluss 951, einen Anschluss 952, eine Antenne 914 und eine Antenne 915.
  • Die Leiterplatte 900 umfasst Anschlüsse 911 und eine Schaltung 912. Die Anschlüsse 911 sind mit den Anschlüssen 951 und 952, den Antennen 914 und 915 und der Schaltung 912 verbunden. Es sei angemerkt, dass eine Vielzahl von Anschlüssen 911, die als Steuersignal-Eingangsanschluss, Stromversorgungsanschluss und dergleichen dienen, bereitgestellt sein kann.
  • Die Schaltung 912 kann auf der Rückseite der Leiterplatte 900 bereitgestellt sein. Die Form von jeder der Antennen 914 und 915 ist nicht auf die Form einer Spule beschränkt, und sie kann beispielsweise linearförmig oder plattenförmig sein. Darüber hinaus kann eine planare Antenne, eine Peilantenne, eine Wanderwellenantenne (traveling-wave antenna), eine EH-Antenne, eine magnetische Feld-Antenne (magnetic-field antenna) oder eine dielektrische Antenne verwendet werden. Alternativ kann die Antenne 914 oder die Antenne 915 ein flacher Leiter sein. Der flache Leiter kann als einer der Leiter für elektrische Feldkopplung dienen. Das heißt, dass die Antenne 914 oder die Antenne 915 als einer von zwei Leitern eines Kondensators dienen kann. Elektrische Energie kann daher nicht nur durch ein elektromagnetisches Feld oder ein magnetisches Feld, sondern auch durch ein elektrisches Feld übertragen und empfangen werden.
  • Die Linienbreite der Antenne 914 ist vorzugsweise größer als diejenige der Antenne 915. Dies kann die Menge an elektrischer Energie, die von der Antenne 914 empfangen wird, erhöhen.
  • Das Stromspeichersystem beinhaltet eine Schicht 916 zwischen der Speicherbatterie 913 und den Antennen 914 und 915. Die Schicht 916 kann eine Funktion aufweisen, um ein elektromagnetisches Feld von der Speicherbatterie 913 zu blockieren. Als Schicht 916 kann beispielsweise ein Magnetkörper verwendet werden. Die Schicht 916 kann als Abschirmungsschicht dienen.
  • Es sei angemerkt, dass die Struktur des Stromspeichersystems nicht auf diejenige, die in 15A und 15B dargestellt wird, beschränkt ist.
  • Beispielsweise können, wie in 16A1 und 16A2 gezeigt, zwei entgegengesetzte Oberflächen der Speicherbatterie 913 in 15A und 15B mit jeweiligen Antennen bereitgestellt sein. 16A1 ist eine Außenansicht, die eine Seite der entgegengesetzten Oberflächen darstellt, und 16A2 ist eine Außenansicht, die die andere Seite der entgegengesetzten Oberflächen darstellt. Für Abschnitte, die denjenigen in 15A und 15B ähnlich sind, kann je nach Bedarf auf die Beschreibung des Stromspeichersystems, das in 15A und 15B dargestellt wird, Bezug genommen werden.
  • Wie in 16A1 gezeigt, ist die Antenne 914 auf einer der entgegengesetzten Oberflächen der Speicherbatterie 913 bereitgestellt, wobei die Schicht 916 dazwischen bereitgestellt ist, und wie in 16A2 gezeigt, ist die Antenne 915 an der anderen der entgegengesetzten Oberflächen der Speicherbatterie 913 bereitgestellt, wobei eine Schicht 917 dazwischen bereitgestellt ist. Die Schicht 917 kann eine Funktion aufweisen, um Beeinträchtigungen eines elektromagnetischen Feldes von der Speicherbatterie 913 zu verhindern. Als Schicht 917 kann beispielsweise ein Magnetkörper verwendet werden. Die Schicht 917 kann als Abschirmungsschicht dienen.
  • Mit der vorstehenden Struktur können sowohl die Antenne 914 als auch die Antenne 915 vergrößert werden.
  • Alternativ können, wie in 16B1 und 16B2 gezeigt, zwei entgegengesetzte Oberflächen der Speicherbatterie 913 in 15A und 15B mit verschiedenen Arten von Antennen bereitgestellt sein. 16B1 ist eine Außenansicht, die eine Seite der entgegengesetzten Oberflächen zeigt, und 16B2 ist eine Außenansicht, die die andere Seite der entgegengesetzten Oberflächen zeigt. Für Abschnitte, die denjenigen in 15A und 15B ähnlich sind, kann je nach Bedarf auf die Beschreibung des Stromspeichersystems, das in 15A und 15B dargestellt wird, Bezug genommen werden.
  • Wie in 16B1 dargestellt, sind die Antennen 914 und 915 auf einer der entgegengesetzten Oberflächen der Speicherbatterie 913 angeordnet, wobei die Schicht 916 zwischen der Speicherbatterie 913 und den Antennen 914 und 915 angeordnet ist, und wie in 16B2 gezeigt, ist eine Antenne 918 auf der anderen der entgegengesetzten Oberflächen der Speicherbatterie 913 bereitgestellt, wobei die Schicht 917 dazwischen bereitgestellt ist. Die Antenne 918 weist beispielsweise eine Funktion zur Datenkommunikation mit einem externen Gerät auf. Eine Antenne mit einer Form, die auf die Antennen 914 und 915 angewendet werden kann, kann beispielsweise als Antenne 918 verwendet werden. Als System zur Kommunikation unter Verwendung der Antenne 918 zwischen dem Stromspeichersystem und einem anderen Gerät kann ein Antwortverfahren, das zwischen dem Stromspeichersystem und einem anderen Gerät verwendet werden kann, wie z. B. NFC, zum Einsatz kommen.
  • Alternativ kann, wie in 17A dargestellt, die Speicherbatterie 913 in 15A und 15B mit einer Anzeigevorrichtung 920 bereitgestellt sein. Die Anzeigevorrichtung 920 ist über einen Anschluss 919 elektrisch mit dem Anschluss 911 verbunden. Es ist möglich, dass das Etikett 910 nicht in einem Abschnitt, in dem die Anzeigevorrichtung 920 bereitgestellt ist, bereitgestellt ist. Für Abschnitte, die denjenigen in 15A und 15B ähnlich sind, kann je nach Bedarf auf die Beschreibung des Stromspeichersystems, das in 15A und 15B dargestellt wird, Bezug genommen werden.
  • Die Anzeigevorrichtung 920 kann beispielsweise ein Bild, das zeigt, ob ein Laden gegenwärtig durchgeführt wird, ein Bild, das die Menge der gespeicherten Energie zeigt, oder dergleichen anzeigen. Als Anzeigevorrichtung 920 kann elektronisches Papier, eine Flüssigkristallanzeigevorrichtung, eine Elektrolumineszenz-(EL-)Anzeigevorrichtung oder dergleichen verwendet werden. Beispielsweise kann die Verwendung elektronischen Papiers den Stromverbrauch der Anzeigevorrichtung 920 verringern.
  • Alternativ kann, wie in 17B dargestellt, die Speicherbatterie 913, die in 15A und 15B dargestellt wird, mit einem Sensor 921 bereitgestellt sein. Der Sensor 921 ist über einen Anschluss 922 elektrisch mit dem Anschluss 911 verbunden. Für Abschnitte, die denjenigen in 15A und 15B ähnlich sind, kann je nach Bedarf auf die Beschreibung des Stromspeichersystems, das in 15A und 15B dargestellt wird, Bezug genommen werden.
  • Als Sensor 921 kann beispielsweise ein Sensor, der eine Funktion zum Messen von Kraft, Verschiebung, Position, Geschwindigkeit, Beschleunigung, Winkelgeschwindigkeit, Drehzahl, Abstand, Licht, Flüssigkeit, Magnetismus, Temperatur, chemischer Substanz, Ton, Zeit, Härte, elektrischem Feld, elektrischem Strom, Spannung, elektrischer Energie, Strahlung, Durchflussmenge, Feuchtigkeit, Steigungsgrad, Schwingung, Geruch oder Infrarotstrahlen aufweist, verwendet werden. Mit dem Sensor 921 können beispielsweise Daten über eine Umgebung (z. B. Temperatur), in der sich das Stromspeichersystem befindet, bestimmt und in einem Speicher innerhalb der Schaltung 912 gespeichert werden.
  • Die Elektrode einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird bei der Speicherbatterie und dem Stromspeichersystem verwendet, die bei dieser Ausführungsform beschrieben worden sind. Die Kapazität der Speicherbatterie und des Stromspeichersystems kann daher hoch sein. Ferner kann die Energiedichte hoch sein. Außerdem kann die Zuverlässigkeit hoch sein, und die Lebensdauer kann lang sein.
  • Diese Ausführungsform kann nach Bedarf in Kombination mit einer der anderen Ausführungsformen implementiert werden.
  • (Ausführungsform 4)
  • Bei dieser Ausführungsform wird ein Beispiel für ein elektronisches Gerät beschrieben, das eine flexible Stromspeichervorrichtung beinhaltet.
  • 18A bis 18G stellen Beispiele für elektronische Geräte dar, die die bei der Ausführungsform 3 beschriebenen flexiblen Stromspeichervorrichtungen beinhalten. Beispiele für elektronische Geräte, die jeweils die flexible Stromspeichervorrichtung beinhalten, umfassen Fernsehgeräte (auch als Fernseher oder Fernsehempfänger bezeichnet), Monitore von Computern oder dergleichen, Kameras, wie z. B. Digitalkameras oder Digitalvideokameras, digitale Fotorahmen, Mobiltelefone (auch als Handys oder Mobiltelefonvorrichtungen bezeichnet), tragbare Spielkonsolen, tragbare Informationsendgeräte, Audiowiedergabevorrichtungen und große Spielautomaten, wie z. B. Pachinko-Automaten.
  • Außerdem kann die flexible Stromspeichervorrichtung entlang einer gekrümmten Oberfläche einer Innenwand/Außenwand eines Hauses oder eines Gebäudes oder entlang einer gekrümmten Innenseite/Außenseite eines Autos eingebaut sein.
  • 18A stellt ein Beispiel für ein Mobiltelefon dar. Ein Mobiltelefon 7400 ist mit einem Anzeigeabschnitt 7402, der in einem Gehäuse 7401 eingebaut ist, einem Bedienungsknopf 7403, einem externen Verbindungsanschluss 7404, einem Lautsprecher 7405, einem Mikrophon 7406 und dergleichen bereitgestellt. Es sei angemerkt, dass das Mobiltelefon 7400 eine Stromspeichervorrichtung 7407 beinhaltet.
  • 18B stellt das Mobiltelefon 7400 dar, das gekrümmt ist. Wenn das gesamte Mobiltelefon 7400 durch eine Kraft von außen gekrümmt wird, wird auch die Stromspeichervorrichtung 7407, die in dem Mobiltelefon 7400 enthalten ist, gekrümmt. 18C stellt die gekrümmte Stromspeichervorrichtung 7407 dar. Die Stromspeichervorrichtung 7407 ist eine dünne Speicherbatterie. Die Stromspeichervorrichtung 7407 ist in einem gekrümmten Zustand fixiert. Es sei angemerkt, dass die Stromspeichervorrichtung 7407 eine Anschlusselektrode 7408, die elektrisch mit einem Stromabnehmer 7409 verbunden ist, beinhaltet. Der Stromabnehmer 7409 ist beispielsweise eine Kupferfolie und teilweise mit Gallium legiert; daher wird die Haftung zwischen dem Stromabnehmer 7409 und einer Aktivmaterialschicht in Kontakt mit dem Stromabnehmer 7409 verbessert, und die Stromspeichervorrichtung 7407 kann selbst in einem gekrümmten Zustand eine hohe Zuverlässigkeit aufweisen.
  • 18D stellt ein Beispiel für ein Armband mit einer Anzeigevorrichtung dar. Eine tragbare Anzeigevorrichtung 7100 beinhaltet ein Gehäuse 7101, einen Anzeigeabschnitt 7102, einen Bedienungsknopf 7103 und eine Stromspeichervorrichtung 7104. 18E stellt die gekrümmte Stromspeichervorrichtung 7104 dar. Wenn die Anzeigevorrichtung am Arm eines Benutzers getragen wird, wobei die Stromspeichervorrichtung 7104 gekrümmt ist, ändert das Gehäuse seine Form, und die Krümmung eines Teils der Stromspeichervorrichtung 7104 oder der gesamten Stromspeichervorrichtung 7104 wird geändert. Es sei angemerkt, dass der Krümmungsradius einer Kurve an einem Punkt den Radius des kreisförmigen Bogens bezeichnet, der der Kurve an diesem Punkt am nächsten kommt. Der Kehrwert des Krümmungsradius ist die Krümmung. Insbesondere wird ein Teil des Gehäuses oder das gesamte Gehäuse bzw. die Hauptfläche der Stromspeichervorrichtung 7104 im Bereich des Krümmungsradius von 40 nm bis 150 nm geändert. Wenn der Krümmungsradius der Hauptfläche der Stromspeichervorrichtung 7104 größer als oder gleich 40 nm und kleiner als oder gleich 150 nm ist, kann die Zuverlässigkeit auf einem hohen Niveau gehalten werden.
  • 18F stellt ein Beispiel für ein armbanduhrartiges tragbares Informationsendgerät dar. Ein tragbares Informationsendgerät 7200 beinhaltet ein Gehäuse 7201, einen Anzeigeabschnitt 7202, ein Band 7203, eine Schnalle 7204, einen Bedienungsknopf 7205, einen Eingangs-/Ausgangsanschluss 7206 und dergleichen.
  • Mit dem tragbaren Informationsendgerät 7200 können verschiedene Applikationen ausgeführt werden, wie z. B. das Durchführen von Mobiltelefongesprächen, das Verschicken und Empfangen von E-Mails, das Anzeigen und Bearbeiten von Texten, das Widergeben von Musik, Internet-Kommunikation sowie das Spielen von Computerspielen.
  • Die Anzeigeoberfläche des Anzeigeabschnitts 7202 ist gekrümmt, und Bilder können auf der gekrümmten Anzeigeoberfläche angezeigt werden. Der Anzeigeabschnitt 7202 beinhaltet ferner einen Berührungssensor, und die Bedienung kann durch Berühren des Bildschirms mit einem Finger, einem Stift oder dergleichen durchgeführt werden. Zum Beispiel kann durch Berühren eines Icons 7207, das auf dem Anzeigeabschnitt 7202 angezeigt wird, eine Applikation gestartet werden.
  • Mit dem Bedienungsknopf 7205 können verschiedene Funktionen durchgeführt werden, wie z. B. die Zeiteinstellung, Ein-/Ausschalten des Stroms, Ein-/Ausschalten der drahtlosen Kommunikation, Aktivieren und Deaktivieren des Ruhemodus sowie Aktivieren und Deaktivieren eines Stromsparmodus. Beispielsweise können die Funktionen des Bedienungsknopfes 7205 beliebig durch Einstellen des Bedienungssystems, das in dem tragbaren Informationsendgerät 7200 eingebaut ist, eingestellt werden.
  • Das tragbare Informationsendgerät 7200 kann die Nahbereichskommunikation verwenden, die ein Kommunikationsverfahren auf Basis eines bestehenden Kommunikationsstandards ist. Beispielsweise kann in diesem Fall gegenseitige Kommunikation zwischen dem tragbaren Informationsendgerät 7200 und einem Headset, das drahtlose Kommunikation ermöglicht, durchgeführt werden, und somit ist Freisprechen möglich.
  • Das tragbare Informationsendgerät 7200 beinhaltet außerdem den Eingangs-/Ausgangsanschluss 7206, und Daten können über ein Verbindungselement direkt an ein weiteres Informationsendgerät gesendet und von ihm empfangen werden. Außerdem ist ein Laden durch den Eingangs-/Ausgangsanschluss 7206 möglich. Es sei angemerkt, dass der Ladevorgang ohne Verwendung des Eingangs-/Ausgangsanschlusses 7206 durch drahtlose Stromeinspeisung durchgeführt werden kann.
  • Der Anzeigeabschnitt 7202 des tragbaren Informationsendgeräts 7200 ist mit einer Stromspeichervorrichtung bereitgestellt, die das Elektrodenelement einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beinhaltet. Beispielsweise kann die Stromspeichervorrichtung 7104, die in 18E dargestellt wird und sich in dem gekrümmten Zustand befindet, in dem Gehäuse 7201 bereitgestellt werden. Alternativ kann die Stromspeichervorrichtung 7104, die in 18E dargestellt wird, in dem Band 7203 derart bereitgestellt sein, dass sie gekrümmt werden kann.
  • 18G stellt ein Beispiel für ein Armband mit einer Anzeigevorrichtung dar. Eine Anzeigevorrichtung 7300 umfasst einen Anzeigeabschnitt 7304 und die Stromspeichervorrichtung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Anzeigevorrichtung 7300 kann einen Berührungssensor in dem Anzeigeabschnitt 7304 enthalten und als tragbares Informationsendgerät dienen.
  • Die Anzeigeoberfläche des Anzeigeabschnitts 7304 ist gekrümmt, und Bilder können auf der gekrümmten Anzeigeoberfläche angezeigt werden. Ein Anzeigezustand der Anzeigevorrichtung 7300 kann beispielsweise durch Nahbereichskommunikation geändert werden, die ein auf einem bestehenden Kommunikationsstandard basierendes Kommunikationsverfahren ist.
  • Die Anzeigevorrichtung 7300 beinhaltet einen Eingangs-/Ausgangsanschluss, und Daten können über ein Verbindungselement direkt an ein weiteres Informationsendgerät gesendet und von ihm empfangen werden. Außerdem ist ein Laden durch den Eingangs-/Ausgangsanschluss möglich. Es sei angemerkt, dass der Ladevorgang ohne Verwendung des Eingangs-/Ausgangsanschlusses durch drahtlose Stromeinspeisung durchgeführt werden kann.
  • Diese Ausführungsform kann nach Bedarf in Kombination mit einer der anderen Ausführungsformen implementiert werden.
  • (Ausführungsform 5)
  • Bei dieser Ausführungsform werden Beispiele für elektronische Geräte beschrieben, die Stromspeichervorrichtungen beinhalten können.
  • 19A und 19B stellen ein Beispiel für einen Tablet-Computer dar, der zweifach gefaltet werden kann. Ein Tablet-Computer 9600, der in 19A und 19B dargestellt wird, beinhaltet ein Gehäuse 9630a, ein Gehäuse 9630b, einen beweglichen Abschnitt 9640, der die Gehäuse 9630a und 9630b verbindet, einen Anzeigeabschnitt 9631, der einen Anzeigeabschnitt 9631a und einen Anzeigeabschnitt 9631b beinhaltet, einen Schalter 9626 zum Umschalten des Anzeigemodus, einen Netzschalter 9627, einen Schalter 9625 zum Umschalten des Stromsparmodus, eine Halterung 9629 und einen Bedienungsschalter 9628. 19A stellt den Tablet-Computer 9600 dar, der geöffnet ist, und 19B stellt den Tablet-Computer 9600 dar, der zugeklappt ist.
  • Der Tablet-Computer 9600 beinhaltet eine Energiespeichereinheit 9635 innerhalb der Gehäuse 9630a und 9630b. Die Energiespeichereinheit 9635 ist über die Gehäuse 9630a und 9630b hinweg bereitgestellt, wobei sie den beweglichen Abschnitt 9640 passiert.
  • Ein Teil des Anzeigeabschnitts 9631a kann ein Touchscreen-Bereich 9632a sein, und Daten können durch Berühren angezeigter Bedienungstasten 9638 eingegeben werden. Es sei angemerkt, dass 19A beispielhaft zeigt, dass ein halber Bereich des Anzeigeabschnitts 9631a nur eine Anzeigefunktion aufweist und die andere Hälfte eine Touchscreenfunktion aufweist. Jedoch ist die Struktur des Anzeigeabschnitts 9631a nicht auf diese beschränkt, und der gesamte Bereich des Anzeigeabschnitts 9631a kann eine Touchscreenfunktion aufweisen. Beispielsweise kann der gesamte Bereich des Anzeigeabschnitts 9631a eine Tastatur anzeigen und als Touchscreen dienen, während der Anzeigeabschnitt 9631b als Anzeigebildschirm verwendet werden kann.
  • Wie bei dem Anzeigeabschnitt 9631a kann ein Teil des Anzeigeabschnitts 9631b ein Touchscreen-Bereich 9632b sein. Wenn ein Knopf 9639 zum Umschalten der Tastaturanzeige, der auf dem Touchscreen angezeigt wird, mit einem Finger, einem Stift oder dergleichen berührt wird, kann eine Tastatur auf dem Anzeigeabschnitt 9631b angezeigt werden.
  • Eine berührungsempfindliche Eingabe kann in dem Touchscreen-Bereich 9632a und dem Touchscreen-Bereich 9632b gleichzeitig durchgeführt werden.
  • Der Schalter 9626 zum Umschalten des Anzeigemodus ermöglicht das Wechseln zwischen einem Hochformat und einem Querformat, das Wechseln zwischen einer Farbanzeige und einer Schwarz-Weiß-Anzeige und dergleichen. Der Schalter 9625 zum Umschalten des Stromsparmodus kann die Anzeigeleuchtdichte entsprechend der Menge an Außenlicht steuern, das von einem optischen Sensor in dem Tablet-Computer 9600 beim Verwenden des Tablet-Computers 9600 gemessen wird. Zusätzlich zu dem optischen Sensor können weitere Erfassungsvorrichtungen, wie z. B. Sensoren zum Bestimmen der Neigung, wie z. B. ein Gyroskop oder ein Beschleunigungssensor, in dem Tablet-Computer eingebaut sein.
  • Obwohl der Anzeigeabschnitt 9631a und der Anzeigeabschnitt 9631b die gleiche Fläche in 19A aufweisen, ist eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung nicht auf dieses Beispiel beschränkt. Der Anzeigeabschnitt 9631a und der Anzeigeabschnitt 9631b können verschiedene Größen oder unterschiedliche Anzeigequalitäten aufweisen. Beispielsweise kann einer der Anzeigeabschnitte 9631a und 9631b Bilder mit höherer Auflösung anzeigen als der andere.
  • Der Tablet-Computer ist in 19B zugeklappt. Der Tablet-Computer umfasst das Gehäuse 9630, eine Solarzelle 9633 und eine Lade-/Entladesteuerschaltung 9634, die einen Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler 9636 beinhaltet. Die Energiespeichereinheit einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird als Energiespeichereinheit 9635 verwendet.
  • Der Tablet-Computer 9600 kann derart gefaltet werden, dass die Gehäuse 9630a und 9630b einander überlappen, wenn sie nicht in Gebrauch sind. Daher können die Anzeigeabschnitte 9631a und 9631b geschützt werden, was die Beständigkeit des Tablet-Computers 9600 erhöht. Außerdem weist die Energiespeichereinheit 9635 einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung Flexibilität auf und kann ohne bedeutende Verringerung der Lade-/Entladekapazität wiederholt gekrümmt werden. Daher kann ein in hohem Maße zuverlässiger Tablet-Computer bereitgestellt werden.
  • Der Tablet-Computer, der in 19A und 19B dargestellt wird, kann ebenfalls eine Funktion zum Anzeigen verschiedener Arten von Daten (z. B. eines Standbildes, eines bewegten Bildes und eines Textbildes), eine Funktion zum Anzeigen eines Kalenders, eines Datums oder der Zeit auf dem Anzeigeabschnitt, eine Funktion zum Eingeben durch Berührung zur Bedienung oder Bearbeitung der Daten, die durch das Eingeben durch Berührung auf dem Anzeigeabschnitt angezeigt werden, eine Funktion zum Steuern der Verarbeitung mittels verschiedener Arten von Software (Programmen) und dergleichen aufweisen.
  • Die Solarzelle 9633, die an der Oberfläche des Tablet-Computers angebracht ist, führt einem Touchscreen, einem Anzeigeabschnitt, einem Bildsignalverarbeitungsabschnitt und dergleichen elektrische Energie zu. Es sei angemerkt, dass die Solarzelle 9633 vorzuziehen ist, da sie an einer oder beiden Oberflächen des Gehäuses 9630 bereitgestellt werden kann, so dass die Energiespeichereinheit 9635 in effizienter Weise aufgeladen werden kann. Die Verwendung einer Lithium-Ionen-Batterie als Energiespeichereinheit 9635 führt zu einem Vorteil, wie z. B. der Verkleinerung.
  • Die Struktur und die Bedienung der Lade-/Entladesteuerschaltung 9634, die in 19B dargestellt wird, werden anhand eines Blockdiagramms in 19C beschrieben. Die Solarzelle 9633, die Energiespeichereinheit 9635, der Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler 9636, ein Wandler 9637, Schalter SW1 bis SW3 und der Anzeigeabschnitt 9631 werden in 42C dargestellt, und die Energiespeichereinheit 9635, der Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler 9636, der Wandler 9637 und die Schalter SW1 bis SW3 entsprechen der Lade-/Entladesteuerschaltung 9634 in 19B.
  • Zuerst wird ein Beispiel für die Arbeitsweise in dem Fall beschrieben, in dem elektrische Energie von der Solarzelle 9633 unter Verwendung von Außenlicht erzeugt wird. Die Spannung der von der Solarzelle erzeugten elektrischen Energie wird von dem Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler 9636 auf eine Ladespannung der Energiespeichereinheit 9635 erhöht oder verringert. Wenn der Anzeigeabschnitt 9631 mit der elektrischen Energie von der Solarzelle 9633 versorgt wird, wird der Schalter SW1 eingeschaltet, und die Spannung der elektrischen Energie wird von dem Wandler 9637 auf eine Spannung, die für die Bedienung des Anzeigeabschnitts 9631 nötig ist, erhöht oder verringert. Wenn keine Anzeige auf dem Anzeigeabschnitt 9631 durchgeführt wird, wird der Schalter SW1 ausgeschaltet und wird der Schalter SW2 eingeschaltet, so dass die Energiespeichereinheit 9635 aufgeladen werden kann.
  • Es sei angemerkt, dass die Solarzelle 9633 als Beispiel für ein Energieerzeugungsmittel beschrieben wird; jedoch ist eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung nicht auf dieses Beispiel beschränkt. Die Energiespeichereinheit 9635 kann mittels eines anderen Energieerzeugungsmittels, wie z. B. eines piezoelektrischen Elements oder eines thermoelektrischen Wandlerelements (Peltier-Elements), aufgeladen werden. Beispielsweise kann die Energiespeichereinheit 9635 mittels eines kontaktfreien Energieübertragungsmoduls, das in der Lage ist, Laden durch drahtloses (kontaktloses) Übertragen und Empfangen von elektrischer Energie durchzuführen, oder eines beliebigen der weiteren Lademittel aufgeladen werden, die in Kombination verwendet werden.
  • 20 stellt weitere Beispiele für elektronische Geräte dar. In 20 ist eine Anzeigevorrichtung 8000 ein Beispiel für ein elektronisches Gerät, das eine Stromspeichervorrichtung 8004 einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beinhaltet. Insbesondere entspricht die Anzeigevorrichtung 8000 einer Anzeigevorrichtung zum Empfangen einer Fernsehübertragung und beinhaltet ein Gehäuse 8001, einen Anzeigeabschnitt 8002, Lautsprecherabschnitte 8003 und die Stromspeichervorrichtung 8004. Die Stromspeichervorrichtung 8004 einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist in dem Gehäuse 8001 bereitgestellt. Die Anzeigevorrichtung 8000 kann elektrische Energie von einer gewerblichen Stromquelle empfangen. Alternativ kann die Anzeigevorrichtung 8000 elektrische Energie, die in der Stromspeichervorrichtung 8004 gespeichert ist, verwenden. Somit kann die Anzeigevorrichtung 8000 unter Verwendung der Stromspeichervorrichtung 8004 einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung als unterbrechungsfreie Stromquelle arbeiten, selbst wenn keine elektrische Energie von einer gewerblichen Stromquelle auf Grund eines Stromausfalls oder dergleichen zugeführt werden kann.
  • Eine Halbleiteranzeigevorrichtung, wie z. B. eine Flüssigkristallanzeigevorrichtung, eine Licht emittierende Vorrichtung, in der ein Licht emittierendes Element, wie z. B. ein organisches EL-Element in jedem Pixel bereitgestellt ist, eine Elektrophoreseanzeigevorrichtung, eine digitale Mikrospiegelvorrichtung (digital micromirror device, DMD), ein Plasmabildschirm (plasma display panel, PDP) oder ein Feldemissionsbildschirm (field emission display, FED), können für den Anzeigeabschnitt 8002 verwendet werden.
  • Es sei angemerkt, dass die Kategorie der Anzeigevorrichtung neben einer Vorrichtung zum Empfangen einer Fernsehübertragung sämtliche Informationsanzeigevorrichtungen für Personal-Computer, Werbeanzeigen und dergleichen umfasst.
  • In 20 ist eine eingebaute Beleuchtungsvorrichtung 8100 ein Beispiel für ein elektronisches Gerät, das eine Stromspeichervorrichtung 8103 einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beinhaltet. Insbesondere beinhaltet die Beleuchtungsvorrichtung 8100 ein Gehäuse 8101, eine Lichtquelle 8102 und die Stromspeichervorrichtung 8103. Obwohl 20 den Fall darstellt, in dem die Stromspeichervorrichtung 8103 in einer Decke 8104, in der das Gehäuse 8101 und die Lichtquelle 8102 eingebaut sind, bereitgestellt ist, kann die Stromspeichervorrichtung 8103 in dem Gehäuse 8101 bereitgestellt sein. Die Beleuchtungsvorrichtung 8100 kann elektrische Energie von einer gewerblichen Stromquelle empfangen. Alternativ kann die Beleuchtungsvorrichtung 8100 elektrische Energie, die in der Stromspeichervorrichtung 8103 gespeichert ist, verwenden. Somit kann die Beleuchtungsvorrichtung 8100 unter Verwendung der Stromspeichervorrichtung 8103 einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung als unterbrechungsfreie Stromquelle arbeiten, selbst wenn keine elektrische Energie von einer gewerblichen Stromquelle auf Grund eines Stromausfalls oder dergleichen zugeführt werden kann.
  • Es sei angemerkt, dass, obwohl die eingebaute Beleuchtungsvorrichtung 8100, die in der Decke 8104 bereitgestellt ist, als Beispiel in 20 dargestellt wird, die Stromspeichervorrichtung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beispielsweise nicht nur in einer eingebauten Beleuchtungsvorrichtung in der Decke 8104, sondern auch in einer Wand 8105, einem Fußboden 8106, einem Fenster 8107 oder dergleichen verwendet werden kann. Alternativ kann die Stromspeichervorrichtung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in einer Tischlampe oder dergleichen verwendet werden.
  • Als Lichtquelle 8102 kann eine künstliche Lichtquelle, die mittels elektrischer Energie künstlich Licht emittiert, verwendet werden. Insbesondere werden eine Glühlampe, eine Entladungslampe, wie z. B. eine Fluoreszenzlampe, und Licht emittierende Elemente, wie z. B. eine LED und ein organisches EL-Element, als Beispiele für die künstliche Lichtquelle angegeben.
  • In 20 ist eine Klimaanlage, die eine Inneneinheit 8200 und eine Außeneinheit 8204 beinhaltet, ein Beispiel für ein elektronisches Gerät, das eine Stromspeichervorrichtung 8203 einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beinhaltet. Insbesondere beinhaltet die Inneneinheit 8200 ein Gehäuse 8201, einen Luftauslass 8202 und die Stromspeichervorrichtung 8203. Obwohl 20 den Fall darstellt, in dem die Stromspeichervorrichtung 8203 in der Inneneinheit 8200 bereitgestellt ist, kann die Stromspeichervorrichtung 8203 in der Außeneinheit 8204 bereitgestellt sein. Alternativ können die Stromspeichervorrichtungen 8203 sowohl in der Inneneinheit 8200 als auch in der Außeneinheit 8204 bereitgestellt sein. Die Klimaanlage kann elektrische Energie von einer gewerblichen Stromquelle empfangen. Alternativ kann die Klimaanlage elektrische Energie, die in der Stromspeichervorrichtung 8203 gespeichert ist, verwenden. Insbesondere kann in dem Fall, in dem die Stromspeichervorrichtungen 8203 sowohl in der Inneneinheit 8200 als auch in der Außeneinheit 8204 bereitgestellt sind, die Klimaanlage unter Verwendung der Stromspeichervorrichtung 8203 einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung als unterbrechungsfreie Stromquelle arbeiten, selbst wenn keine elektrische Energie von einer gewerblichen Stromquelle auf Grund eines Stromausfalls oder dergleichen zugeführt werden kann.
  • Es sei angemerkt, dass, obwohl die in Teile aufgetrennte Klimaanlage, die die Inneneinheit und die Außeneinheit beinhaltet, als Beispiel in 20 dargestellt wird, die Stromspeichervorrichtung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bei einer Klimaanlage, bei der die Funktionen einer Inneneinheit und einer Außeneinheit in einem Gehäuse integriert sind, verwendet werden kann.
  • In 20 ist ein elektrischer Gefrierkühlschrank 8300 ein Beispiel für ein elektronisches Gerät, das eine Stromspeichervorrichtung 8304 einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beinhaltet. Insbesondere beinhaltet der elektrische Gefrierkühlschrank 8300 ein Gehäuse 8301, eine Kühlschranktür 8302, eine Gefrierschranktür 8303 und die Stromspeichervorrichtung 8304. Die Stromspeichervorrichtung 8304 ist in dem Gehäuse 8301 in 20 bereitgestellt. Der elektrische Gefrierkühlschrank 8300 kann elektrische Energie von einer gewerblichen Stromquelle empfangen. Alternativ kann der elektrische Gefrierkühlschrank 8300 elektrische Energie, die in der Stromspeichervorrichtung 8304 gespeichert ist, verwenden. Somit kann der elektrische Gefrierkühlschrank 8300 unter Verwendung der Stromspeichervorrichtung 8304 einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung als unterbrechungsfreie Stromquelle arbeiten, selbst wenn keine elektrische Energie von einer gewerblichen Stromquelle auf Grund eines Stromausfalls oder dergleichen zugeführt werden kann.
  • Es sei angemerkt, dass unter den vorstehend beschriebenen elektronischen Geräten ein Hochfrequenzheizgerät, wie z. B. ein Mikrowellenofen, und ein elektronisches Gerät, wie z. B. ein elektrischer Reiskocher, hohe Energie in einer kurzen Zeit benötigen. Das Auslösen eines Ausschalters einer gewerblichen Stromquelle beim Verwenden eines elektronischen Geräts kann verhindert werden, indem die Stromspeichervorrichtung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung als Hilfsstromquelle verwendet wird, um elektrische Energie zuzuführen, die von einer gewerblichen Stromquelle nicht im ausreichendem Maße zugeführt werden kann.
  • Zusätzlich kann in einem Zeitraum, in dem elektronische Geräte nicht verwendet werden, insbesondere dann, wenn der Anteil an der Menge an elektrischer Energie, die gegenwärtig verbraucht wird, zur Gesamtmenge der elektrischen Energie, die von einer gewerblichen Energieversorgungsquelle zugeführt werden kann (wobei ein solcher Anteil als eine Verbrauchsrate elektrischer Energie bezeichnet wird), niedrig ist, elektrische Energie in der Stromspeichervorrichtung gespeichert werden, wodurch die Verbrauchsrate elektrischer Energie in einem Zeitraum, in dem die elektronischen Geräte verwendet werden, verringert werden kann. Zum Beispiel kann im Falle des elektrischen Gefrierkühlschranks 8300 elektrische Energie in der Stromspeichervorrichtung 8304 nachtsüber gespeichert werden, wobei die Temperatur niedrig ist und die Kühlschranktür 8302 und die Gefrierschranktür 8303 nicht oft auf- oder zugemacht werden. Andererseits wird die Stromspeichervorrichtung 8304 tagsüber als Hilfsstromquelle verwendet, wobei die Temperatur hoch ist und die Kühlschranktür 8302 und die Gefrierschranktür 8303 häufig auf- und zugemacht werden; daher kann die Verbrauchsrate elektrischer Energie tagsüber verringert werden.
  • Diese Ausführungsform kann nach Bedarf in Kombination mit einer der anderen Ausführungsformen implementiert werden.
  • (Ausführungsform 6)
  • Bei dieser Ausführungsform werden Beispiele für Fahrzeuge, bei denen Stromspeichervorrichtungen verwendet werden, beschrieben.
  • Wenn die Stromspeichervorrichtungen in Fahrzeugen verwendet werden, können mit sogenannter sauberer Energie betriebene Fahrzeuge der nächsten Generation, wie z. B. Hybrid-Elektrofahrzeuge (hybrid electric vehicles, HEVs), Elektrofahrzeuge (electric vehicles, EVs) und Plug-in-Hybrid-Elektrofahrzeuge (plug-in hybrid electric vehicles, PHEVs), hergestellt werden.
  • 21A und 21B stellen jeweils ein Beispiel für ein Fahrzeug dar, bei dem eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet wird. Ein Fahrzeug 8400, das in 21A dargestellt wird, ist ein Elektrofahrzeug, das mit der Energie eines Elektromotors betrieben wird. Alternativ ist das Fahrzeug 8400 ein Hybrid-Elektrofahrzeug, das in angemessener Weise entweder mit einem Elektromotor oder mit einem Verbrennungsmotor betrieben werden kann. Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann ein Fahrzeug mit hoher Laufleistung bereitstellen. Das Fahrzeug 8400 beinhaltet die Stromspeichervorrichtung. Die Stromspeichervorrichtung wird nicht nur zum Betreiben des Elektromotors, sondern auch zum Zuführen elektrischer Energie zu einer Licht emittierenden Vorrichtung, wie z. B. einem Scheinwerfer 8401 oder einer Innenraumbeleuchtung (nicht dargestellt), verwendet.
  • Die Stromspeichervorrichtung kann auch einer Anzeigevorrichtung eines Geschwindigkeitsmessers, eines Tachometers oder dergleichen in dem Fahrzeug 8400 elektrische Energie zuführen. Darüber hinaus kann die Stromspeichervorrichtung einer Halbleitervorrichtung in dem Fahrzeug 8400, wie z. B. einem Navigationssystem, elektrische Energie zuführen.
  • 21B stellt ein Fahrzeug 8500 dar, das eine Stromspeichervorrichtung 8024 beinhaltet. Das Fahrzeug 8500 kann aufgeladen werden, wenn die Stromspeichervorrichtung 8024 mit elektrischer Energie über ein externes Ladegerät durch ein Plug-in-System, ein kontaktloses Stromeinspeisungssystem oder dergleichen versorgt wird. In 21B wird die Stromspeichervorrichtung 8024 in dem Fahrzeug 8500 mittels eines bodengestützten Ladegerätes 8021 über ein Kabel 8022 aufgeladen. Beim Laden kann in angemessener Weise ein gegebenes Verfahren, wie z. B. CHAdeMO (eingetragenes Warenzeichen) oder ein Combined Charging System, als Ladeverfahren, der Standard eines Verbindungselements oder dergleichen verwendet werden. Bei dem bodengestützten Ladegerät 8021 kann es sich um eine Ladestation in einer Handelseinrichtung oder einer Haushaltsstromquelle handeln. Zum Beispiel kann mittels einer Plug-in-Technik die Stromspeichervorrichtung 8024 in dem Fahrzeug 8500 aufgeladen werden, indem sie mit elektrischer Energie von außen versorgt wird. Das Laden kann durch Umwandlung eines Wechselstroms in einen Gleichstrom mittels eines Wandlers, wie z. B. eines Wechselstrom-Gleichstrom-Wandlers, durchgeführt werden.
  • Darüber hinaus kann, obwohl nicht dargestellt, das Fahrzeug eine Energieempfangsvorrichtung beinhalten, so dass es aufgeladen werden kann, indem es mit elektrischer Energie von einem oberirdischen Stromübertragungsgerät auf kontaktlose Weise versorgt wird. In dem Fall des kontaktlosen Stromeinspeisungssystems kann das Elektrofahrzeug nicht nur beim Halten, sondern auch beim Fahren aufgeladen werden, indem ein Stromübertragungsgerät in eine Straße oder eine Außenwand eingebaut wird. Des Weiteren kann das kontaktlose Stromeinspeisungssystem benutzt werden, um elektrische Energie zwischen Fahrzeugen zuzuführen und zu empfangen. Darüber hinaus kann eine Solarzelle an der Außenseite des Autos bereitgestellt werden, um die Stromspeichervorrichtung aufzuladen, wenn das Auto hält oder sich bewegt. Um elektrische Energie auf eine solche kontaktlose Weise zuzuführen, kann ein elektromagnetisches Induktionsverfahren oder ein magnetisches Resonanzverfahren verwendet werden.
  • Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann die Stromspeichervorrichtung verbesserte Zykluseigenschaften sowie eine verbesserte Zuverlässigkeit aufweisen. Darüber hinaus kann gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung als Ergebnis von verbesserten Eigenschaften der Stromspeichervorrichtung die Stromspeichervorrichtung an sich kompakter und leichter werden. Die kompakte und leichte Stromspeichervorrichtung trägt zu einer Verringerung des Gewichts eines Fahrzeugs bei, und demzufolge erhöht sich die Fahrleistung. Des Weiteren kann die Stromspeichervorrichtung in dem Fahrzeug als Stromquelle zur Zufuhr von elektrischer Energie zu Produkten, die sich von dem Fahrzeug unterscheiden, verwendet werden. In einem derartigen Fall kann vermieden werden, dass während der Hauptbedarfszeit an elektrischer Energie gewerblicher Strom verwendet wird.
  • Diese Ausführungsform kann nach Bedarf in Kombination mit einer der anderen Ausführungsformen implementiert werden.
  • [Beispiel 1]
  • Bei diesem Beispiel wurde ein Aktivmaterial durch das Verfahren, das bei der Ausführungsform 1 beschrieben worden ist, hergestellt. Messergebnisse der Eigenschaften einer Batterie, die eine Elektrode umfasst, die das Aktivmaterial enthält, werden beschrieben.
  • <Synthese des Lithium-Mangan-Verbundoxids>
  • Als Erstes wurden Li2CO3, MnCO3 und NiO als Ausgangsstoffe derart gewogen, dass das Wägeverhältnis (Molverhältnis) von Li2CO3 zu MnCO3 und NiO zu 0,84:0,8062:0,318 wird. Anschließend wurde Ethanol zu den Ausgangsstoffen hinzugefügt. Anschließend wurden Ethanol und die Ausgangsstoffe für 30 Minuten in einer Kammer einer Perlmühle, die mit einer Umfangsgeschwindigkeit von 10 m/s rotierte, gemischt, wodurch ein gemischtes Material erhalten wurde.
  • Als Nächstes wurde eine Wärmebehandlung an dem gemischten Material bei 75°C in einer Luftatmosphäre durchgeführt, so dass Ethanol, das in dem gemischten Material enthalten war, verdampfte; somit wurde ein gemischtes Material erhalten.
  • Anschließend wurde das gemischte Material in einen Schmelztiegel gegeben, und ein Brennen wurde bei 1000°C in einer Luftgas-(trockenen Luft-)Atmosphäre bei einer Durchflussrate von 10 l/min für 10 Stunden durchgeführt, wodurch Lithium-Mangan-Verbundoxide synthetisiert wurden. Bei den Lithium-Mangan-Verbundoxiden handelte es sich um eine Vielzahl von Primärteilchen, die gesintert wurden, um große Sekundärteilchen zu bilden.
  • Anschließend wurde eine Zerkleinerungsbehandlung durchgeführt, um die gesinterten Lithium-Mangan-Verbundoxide zu trennen. Bei der Zerkleinerungsbehandlung wurde, nachdem Ethanol zu den gesinterten Lithium-Mangan-Verbundoxiden hinzugefügt worden ist, ein Zerkleinern und Mahlen für 10 Stunden in einer Kammer einer Perlmühle durchgeführt, die mit einer Umfangsgeschwindigkeit von 4 m/s rotierte; als Ergebnis wurde ein pulverartiges Lithium-Mangan-Verbundoxid erhalten.
  • Anschließend wurde eine Wärmebehandlung an den Lithium-Mangan-Verbundoxiden, die der Zerkleinerungsbehandlung unterzogen worden sind, durchgeführt. Die Wärmebehandlung wurde bei 75°C in einer Luftatmosphäre durchgeführt, so dass Ethanol, verdampfte; somit wurde ein pulverartiges Lithium-Mangan-Verbundoxid (Probe A) erhalten. Obwohl dieses Lithium-Mangan-Verbundoxid durch eine Zusammensetzungsformel Li1,68Mn0,8062Ni0,318O3 dargestellt wird, kann sich die Zusammensetzung davon unterscheiden.
  • <Querschnitts-TEM-Photographie>
  • Als Nächstes wurde das pulverartige Lithium-Mangan-Verbundoxid unter Verwendung einer Ionenfeinstrahlanlage (focused ion beam (FIB) system) geschnitten, und dann wurde ein Querschnitt davon mit einem Transmissionselektronenmikroskop (TEM) beobachtet. 22 zeigt das TEM-Beobachtungsergebnis. Wie in 22 gezeigt, handelt es sich bei den Lithium-Mangan-Verbundoxiden, die der Zerkleinerungsbehandlung unterzogen worden sind, um Aggregate der Primärteilchen und das Pulver der Teilchen, die so klein sind wie die Primärteilchen.
  • 23A und 23B zeigen Beobachtungsergebnisse bei einer stärkeren Vergrößerung als 22. 23A ist eine vergrößerte Photographie eines Teilchens A in 22, und 23B ist eine vergrößerte Photographie eines Teilchens B in 22.
  • Wie in 23A gezeigt, ist ein Primärteilchen gespalten. Des Weiteren weist, wie in 23B gezeigt, ein weiteres Primärteilchen einen linearen Riss auf. 23A und 23B deuten darauf hin, dass einige gesinterte Primärteilchen durch die Zerkleinerungsbehandlung gespalten worden sind.
  • <Elektronenbeugungsverfahren>
  • Als Nächstes werden Messergebnisse der Kristallausrichtung des Lithium-Mangan-Verbundoxids, die durch ein Elektronenbeugungsverfahren erhalten wurden, beschrieben.
  • Als Vorbehandlung wurde das Lithium-Mangan-Verbundoxid unter Verwendung einer Ionenfeinstrahlanlage (FIB) geschnitten, und dann wurde ein Querschnitt davon mit einem Transmissionselektronenmikroskop (TEM) beobachtet. 24A zeigt einen Querschnitt des TEM-Beobachtungsergebnisses.
  • Anschließend wurde eine Elektronenbeugungsmessung eines Bereichs, der von einer Punktlinie in 24A (ungefähr 0,3 μmϕ) umgeben wird, durchgeführt. 246 zeigt das Ergebnis der Elektronenbeugungsmessung.
  • Ein Beugungsbild in 24B deutet darauf hin, dass der Gitterabstand (d-Wert) eines Beugungspunktes a 0,232 nm ist, der d-Wert eines Beugungspunktes b 0,183 nm ist, und der d-Wert eines Beugungspunktes c 0,453 nm ist. Das Beugungsbild deutet auch darauf hin, dass ∠aob 21,8° ist, ∠aoc 71,3° ist, und ∠boc 50,5° ist.
  • Es sei angemerkt, dass, gemäß einer Datenbank, der d-Wert einer (200)-Ebene von Li2MnO3 (84-1634), der durch einen Elektronenstrahl erhalten wird, der in einer [010]-Richtung einfällt, 0,233 nm ist, der d-Wert einer (201)-Ebene 0,185 nm ist, der d-Wert einer (001)-Ebene 0,474 nm ist, ∠aob 21,6° ist, ∠aoc 70,5° ist, und ∠boc 48,8° ist, wohingegen der d-Wert einer (13-1)-Ebene, der durch einen Elektronenstrahl erhalten wird, der in einer [013]-Richtung einfällt, 0,233 nm ist, der d-Wert einer (23-1)-Ebene 0,185 nm ist, der d-Wert einer (100)-Ebene 0,465 nm ist, ∠aob 21,9° ist, ∠aoc 70,3° ist, und ∠boc 48,3° ist.
  • Der Vergleich der Werte, die durch das Ergebnis in 24B erhalten wurden, und der Werte in der Datenbank suggeriert, dass die Kristallebene der Spaltebene des Lithium-Mangan-Verbundoxids die (100)-Ebene oder die (001)-Ebene ist.
  • [Beispiel 2]
  • Bei diesem Beispiel werden Ergebnisse einer Rastertransmissionselektronenmikroskopie (scanning transmission electron microscopy, STEM) und einer Elektronenenergieverlustspektroskopie (electron energy-loss spectroscopy, EELS) beschrieben, die an dem pulverartigen Lithium-Mangan-Verbundoxid durchgeführt wurden, das in Beispiel 1 ausgebildet wurde und auf dem eine Schicht, die Kohlenstoff enthält, ausgebildet wurde.
  • Als Erstes wurden 0,03 g Graphenoxid und 5 g Wasser in einem Mischer gemischt, um eine Dispersionslösung des Graphenoxids zu bilden. In der Mischung wurde 1/5 des Wassers bei dem ersten Mischen verwendet, wurde ein weiteres 1/5 des Wassers bei dem zweiten Mischen hinzugefügt, wurde ein weiteres 1/5 des Wassers bei dem dritten Mischen hinzugefügt, und wurden 2/5 des Wassers bei dem vierten Mischen hinzugefügt. Ein fünfminütiges Mischen wurde viermal bei 2000 U/min durchgeführt.
  • Als Nächstes wurden 15 g Lithium-Mangan-Verbundoxid, die im Beispiel 1 (Probe A) erhalten wurden, und 4,0 g Wasser in die gebildete wässrige Dispersionslösung gegeben, und die Mischung wurde viermal geknetet. Ein fünfminütiges Kneten wurde viermal bei 2000 U/min in einem Mischer durchgeführt.
  • Die erhaltene Mischung wurde unter verringertem Druck in einer Glasglocke bei 50°C getrocknet und dann in einem Aluminiumoxidmörser gemahlen, so dass das Lithium-Mangan-Verbundoxid, das mit Graphenoxid bedeckt ist, erhalten wurde.
  • Anschließend wurde das Graphenoxid, das die Oberfläche des Lithium-Mangan-Verbundoxids bedeckt, reduziert. Ascorbinsäure wurde als Reduktionsmittel verwendet, und eine Ethanol-Wasser-Lösung mit einer Konzentration von 80% wurde als Lösungsmittel verwendet. Anschließend wurden 16,87 Gew.-% der Ascorbinsäure und 3,9 Gew.-% des Lithiumhydroxids, wobei sich die Gewichtsverhältnisse auf das Gewicht der Lithium-Mangan-Verbundoxide, die mit Graphenoxid bedeckt sind, bezogen, hinzugegeben, und eine Reduktionslösung wurde gebildet. Das erhaltene Pulver wurde in die Reduktionslösung gegeben, und eine Reduktion wurde bei 60°C für 3 Stunden durchgeführt.
  • Anschließend wurde die erhaltene Lösung durch Saugfiltration filtriert. Für die Filtration wurde Filterpapier mit einem Rückhaltevermögen für Teilchen von 1 μm verwendet. Anschließend wurden ein Waschen und eine weitere Filtration durchgeführt, und das entstandene Pulver wurde in einem Mörser gemahlen. Anschließend wurde ein Trocknen bei 170°C unter verringertem Druck für 10 Stunden durchgeführt.
  • Durch die vorstehenden Schritte wurde ein pulverartiges Lithium-Mangan-Verbundoxid (Probe B), bei dem Graphen an einer Oberfläche ausgebildet worden ist, ausgebildet.
  • 25 zeigt ein Ergebnis der STEM-Beobachtung, die an dem Lithium-Mangan-Verbundoxid durchgeführt wurde, bei dem Graphen an der Oberfläche gebildet wird.
  • Eine EELS-Analyse wurde ebenfalls an einem Bereich durchgeführt, an dem die STEM-Beobachtung durchgeführt worden ist. 26 bis 28 zeigen EELS-Analyseergebnisse des gleichen Abschnitts wie derjenige des Beobachtungsbildes in 25. 26 ist ein Analyseergebnis von Kohlenstoff, 27 ist ein Analyseergebnis von Sauerstoff, und 28 ist ein Analyseergebnis von Mangan.
  • 29A zeigt einen Abschnitt, der einer linearen Analyse unterzogen wurde, und 29B zeigt lineare Analyseergebnisse von C, O und Mn. In 29B stellen eine durchgezogene Linie 151, eine durchgezogene Linie 152 und eine durchgezogene Linie 153 jeweils das lineare Analyseergebnis von C, das lineare Analyseergebnis von O und das lineare Analyseergebnis von Mn dar. 29A und 29B suggerieren, dass es einen Bereich in Filmform gibt, der C und O enthält und in Kontakt mit dem Lithium-Mangan-Verbundoxid ist.
  • [Beispiel 3]
  • Bei diesem Beispiel werden Messergebnisse der Zykluseigenschaften der Halbzellen beschrieben, die unter Verwendung von Elektroden hergestellt wurden, die das Aktivmaterial einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthalten.
  • Tabelle 1 zeigt Komponenten der Elektroden und der Halbzellen, die bei diesem Beispiel verwendet wurden. [Tabelle 1]
    Zelle Elektrode Aktivmaterial leitendes Additiv Bindemittel Verhältnis [Gew.-%]
    Halbzelle Vergleichszelle A Vergleichselektrode A Probe A AB PVdF Probe A:AB:PVdF = 90:5:5
    Zelle B Elektrode B Probe B AB PVdF Probe B:AB:PVdF = 90:5:5
    Zelle C Elektrode C Probe C AB PVdF Probe C:AB:PVdF = 90:5:5
    Zelle D Elektrode D Probe D AB PVdF Probe D:AB:PVdF = 90:5:5
    Zelle E Elektrode E Probe E AB PVdF Probe E:AB:PVdF = 90:5:5
  • Als Erstes werden eine Vergleichselektrode A, eine Elektrode B, eine Elektrode C, eine Elektrode D und eine Elektrode E, die verwendet wurden, um die Halbzellen herzustellen, beschrieben.
  • Die Probe A, die in Beispiel 1 ausgebildet wurde, wurde als Aktivmaterial der Vergleichselektrode A verwendet, und die Probe B, die in Beispiel 2 ausgebildet wurde, wurde als Aktivmaterial der Elektrode B verwendet.
  • Nun werden Proben C bis E, die als Aktivmaterialien der Elektroden C bis E verwendet wurden, beschrieben.
  • Ein pulverartiges Lithium-Mangan-Verbundoxid wurde auf eine Weise ausgebildet, die derjenigen der Probe A ähnlich ist, die in Beispiel 1 beschrieben worden ist. Anschließend wurde eine Wärmebehandlung an dem pulverartigen Lithium-Mangan-Verbundoxid in einer Luftgas-(trockenen Luft-)Atmosphäre bei einer Durchflussrate von 10 l/min für 10 Stunden durchgeführt. Die Erwärmungstemperaturen wurden auf 600°C, 700°C, und 800°C eingestellt.
  • Anschließend wurde das pulverartige Lithium-Mangan-Verbundoxid, das der Wärmebehandlung unterzogen worden ist, mit Graphen auf eine Weise bedeckt, die derjenigen in Beispiel 2 ähnlich ist. Die Lithium-Mangan-Verbundoxide, die bei einer Erwärmungstemperatur von 600°C, 700°C und 800°C ausgebildet wurden, entsprachen der Probe C, der Probe D bzw. der Probe E.
  • Nun wird ein Verfahren zum Ausbilden der Elektrode B beschrieben, die die Probe B umfasst.
  • Um die Elektrode B auszubilden, wurde die Probe B, die in Beispiel 2 beschrieben worden ist, als Aktivmaterial verwendet, wurde Acetylenruß (AB) als leitendes Additiv verwendet und wurde PVdF als Bindemittel verwendet.
  • Als Erstes wurden PVdF, bei dem es sich um ein Bindemittel handelte, und Acetylenruß (AB), bei dem es sich um ein leitendes Additiv handelte, mit N-Methyl-2-pyrrolidon (NMP) gemischt, bei dem es sich um ein polares Lösungsmittel handelte. Es sei angemerkt, dass ein fünfminütiges Mischen fünfmal bei 2000 U/min durchgeführt wurde. Anschließend wurde die Probe B als Aktivmaterial hinzugefügt, und ein fünfminütiges Mischen wurde fünfmal bei 2000 U/min durchgeführt. Anschließend wurde NMP hinzugefügt, und ein zehnminütiges Mischen wurde zweimal bei 2000 U/min durchgeführt. Durch die vorstehenden Schritte wurde eine Schlamm-Elektroden-Bindemittel-Zusammensetzung erhalten. Das Zusammensetzungsverhältnis der Probe B zu AB und PVdF in der Elektroden-Bindemittel-Zusammensetzung betrugt 90:5:5 (Gewichtsverhältnis).
  • Als Nächstes wurde die Elektroden-Bindemittel-Zusammensetzung auf eine Aluminiumfolie aufgetragen, bei der es sich um einen Stromabnehmer handelte. Es sei angemerkt, dass eine Oberfläche der Aluminiumfolie im Voraus mit einer Grundierung bedeckt wurde. Anschließend wurde ein Trocknen bei 80°C für 30 Minuten in einem zirkulierenden Trockenofen durchgeführt. Bei einer Elektrode, die durch die vorstehenden Schritte ausgebildet wurde, handelt es sich um die Elektrode B.
  • Anschließend wurde die Elektrode mit einer Walzenpressmaschine gepresst, während der Pressdruck derart angepasst wurde, dass die Dicke nach dem Auftragen der Elektroden-Bindemittel-Zusammensetzung um 20% reduziert wurde. Die Presstemperatur betrug 120°C.
  • Als Vergleichselektrode A wurde eine Elektrode unter Verwendung der Probe A, die in Beispiel 1 beschrieben worden ist, ausgebildet. Die Vergleichselektrode A wurde auf die gleiche Weise wie die Elektrode B ausgebildet, mit der Ausnahme, dass die Probe A als Aktivmaterial verwendet wurde.
  • Die Elektroden C bis E wurden unter Verwendung der Proben C bis E ausgebildet. Die Elektrode C wurde auf die gleiche Weise wie die Elektrode B ausgebildet, mit der Ausnahme, dass die Probe C als Aktivmaterial verwendet wurde. Die Elektrode D wurde auf die gleiche Weise wie die Elektrode B ausgebildet, mit der Ausnahme, dass die Probe D als Aktivmaterial verwendet wurde. Die Elektrode E wurde auf die gleiche Weise wie die Elektrode B ausgebildet, mit der Ausnahme, dass die Probe E als Aktivmaterial verwendet wurde.
  • Als Nächstes wurde eine Halbzelle unter Verwendung der Elektrode B als Positivelektrode hergestellt. Für die Zelle wurde eine Knopfzelle verwendet. Lithium wurde für eine Gegenelektrode der Halbzelle verwendet. Eine Elektrolytlösung wurde ausgebildet, indem LiPF6 als Elektrolyt in einer Mischlösung, die Ethylencarbonat und Diethylcarbonat enthält, die aprotische organische Lösungsmittel sind, bei einem Volumenverhältnis von 1:1 aufgelöst wurde. Als Separator wurde Polypropylen (PP) verwendet. Bei einer Halbzelle, die unter Verwendung der Elektrode B hergestellt wurde, handelte es sich um eine Zelle B.
  • Eine Halbzelle wurde unter Verwendung der Vergleichselektrode A als Positivelektrode hergestellt. Die Vergleichshalbzelle wurde auf eine Weise hergestellt, die der Zelle B ähnlich ist, mit der Ausnahme, dass die Vergleichselektrode A als Positivelektrode verwendet wurde. Bei der Halbzelle, die unter Verwendung der Vergleichselektrode A hergestellt wurde, handelte es sich um eine Vergleichszelle A.
  • Zellen C bis E wurden unter Verwendung der Elektroden C bis E hergestellt. Die Zelle C wurde auf die gleiche Weise wie die Zelle B ausgebildet, mit der Ausnahme, dass die Elektrode C als Positivelektrode verwendet wurde. Die Zelle D wurde auf die gleiche Weise wie die Elektrode B ausgebildet, mit der Ausnahme, dass die Elektrode D als Positivelektrode verwendet wurde. Die Zelle E wurde auf die gleiche Weise wie die Elektrode B ausgebildet, mit der Ausnahme, dass die Elektrode E als Positivelektrode verwendet wurde.
  • Anschließend wurden die Zykluseigenschaften der Vergleichszelle A und der Zellen B bis E gemessen. Bei einem Zyklustest wurde ein Konstantstromladen mit einer Stromdichte pro Aktivmaterialgewicht von 30 mA/g durchgeführt, bis die Spannung eine Abschaltspannung von 4,8 V erreichte. Ein Konstantstromentladen wurde bei einer Stromdichte von 30 mA/g durchgeführt, bis die Spannung eine Abschaltspannung von 2,0 V erreichte. Die Temperatur während der Ladung und Entladung war 25°C. Bei dem Zyklustest wurden Konstantstromladen und -entladen wiederholt.
  • 30A und 30B zeigen die Lade-Entlade-Zykluseigenschaften der Vergleichszelle A und der Zellen B bis E. In 30A und 30B stellt eine Längsachse die Entladekapazität (mAh/g) dar, und eine Querachse stellt die Anzahl der Zyklen (Häufigkeit) dar. Hier wurde die Kapazität bezüglich des Gewichts des Positivelektrodenaktivmaterials normalisiert. In 30A und 30B wird ein Plot der Zelle B durch offene Kreise dargestellt, wird ein Plot der Vergleichszelle A durch Kreuze dargestellt, wird ein Plot der Zelle C durch schwarze Dreiecke dargestellt, wird ein Plot der Zelle D durch schwarze Vierecke dargestellt und wird ein Plot der Zelle E durch schwarze Kreise dargestellt. Es sei angemerkt, dass 30A die Entladekapazität von größer als oder gleich 0 mAh/g und kleiner als oder gleich 350 mAh/g zeigt, und 30B die Entladekapazität von größer als oder gleich 240 mAh/g und kleiner als oder gleich 300 mAh/g zeigt.
  • Wie in 30A gezeigt, verringert sich die Entladekapazität der Vergleichszelle A nach dem dritten Zyklus, wohingegen sich die Entladekapazität der Zelle B selbst nach dem fünftzehnten Zyklus nicht bedeutend ändert. Außerdem ist, wie in 30B gezeigt, die Entladekapazität von jeder der Zellen C bis E größer als diejenige der Zelle B.
  • 31 zeigt die Lade- und Entladeeigenschaften der Vergleichszelle A und der Zellen B bis E nach dem fünften Zyklus. In 31 stellt eine Längsachse die Spannung (V) dar, und eine Querachse stellt die Kapazität (mAh/g) dar. In 31 stellt eine Strichpunktlinie die Lade- und Entladeeigenschaften der Zelle B dar, stellt eine Punktlinie die Lade- und Entladeeigenschaften der Vergleichszelle A dar, stellt eine Strich-Doppelpunkt-Linie die Lade- und Entladeeigenschaften der Zelle C dar, stellt eine Strichlinie die Lade- und Entladeeigenschaften der Zelle D dar und stellt eine durchgezogene Linie die Lade- und Entladeeigenschaften der Zelle E dar.
  • Wie in 31 gezeigt, ist, obwohl sich die Entladekapazität der Vergleichszelle A auf weniger als 200 mAh/g verringert, die Entladekapazität von jeder der Zellen B bis E größer als oder gleich 250 mAh/g.
  • Die Ergebnisse in 30A und 30B sowie 31 deuten darauf hin, dass sich dank der Lithium-Mangan-Verbundoxide, die mit Graphen bedeckt sind, die Kapazität erhöht und die Zykluseigenschaften verbessern. Die Ergebnisse deuten auch darauf hin, dass eine Wärmebehandlung nach der Zerkleinerungsbehandlung die Kapazität weiter erhöht und die Zykluseigenschaften weiter verbessert.
  • [Beispiel 4]
  • Bei diesem Beispiel werden Messergebnisse der Zykluseigenschaften von Ganzzellen beschrieben, die unter Verwendung von Elektroden hergestellt wurden, die das Aktivmaterial einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthalten.
  • Tabelle 2 zeigt Komponenten der Positivelektroden und der Ganzzellen, die bei diesem Beispiel verwendet wurden. [Tabelle 2]
    Zelle Elektrode Aktivmaterial leitendes Additiv Bindemittel Verhältnis [Gew.-%]
    Ganzzelle Zelle F Elektrode F Probe B AB PVdF Probe B:AB:PVdF = 90:5:5
    Vergleichszelle G Vergleichselektrode G Probe A AB PVdF Probe A:AB:PVdF = 90:5:5
    Zelle H Elektrode H Probe F AB PVdF Probe F:AB:PVdF = 90:5:5
  • Als Erstes wird ein Verfahren zum Herstellen einer Probe F, die bei diesem Beispiel verwendet wird, beschrieben.
  • <Synthese des Lithium-Mangan-Verbundoxids>
  • Als Erstes wurden Li2CO3, MnCO3 und NiO als Ausgangsstoffe derart gewogen, dass das Wägeverhältnis (Molverhältnis) von Li2CO3 zu MnCO3 und NiO zu 0,84:0,8062:0,318 wird. Anschließend wurde NiO mit einer Perlmühle gemahlen. Die Mahlbehandlung wurde für 30 Minuten in einer Kammer der Perlmühle, die mit einer Umfangsgeschwindigkeit von 12 m/s rotierte, durchgeführt. Anschließend wurden Li2CO3 und MnCO3 zu NiO hinzugegeben. Anschließend wurden Li2CO3, MnCO3 und NiO für 30 Minuten in einer Kammer einer Perlmühle, die mit einer Umfangsgeschwindigkeit von 10 m/s rotierte, gemischt, wodurch ein gemischtes Material erhalten wurde.
  • Als Nächstes wurde eine Wärmebehandlung an dem gemischten Material bei 75°C in einer Luftatmosphäre durchgeführt, so dass Ethanol, das in dem gemischten Material enthalten war, verdampfte; somit wurde ein gemischtes Material erhalten.
  • Anschließend wurde das gemischte Material in einen Schmelztiegel gegeben, und ein Brennen wurde bei 1000°C in einer Luftgas-(trockenen Luft-)Atmosphäre bei einer Durchflussrate von 10 l/min für 10 Stunden durchgeführt, wodurch Lithium-Mangan-Verbundoxide synthetisiert wurden.
  • Anschließend wurde eine Zerkleinerungsbehandlung durchgeführt, um die gesinterten Lithium-Mangan-Verbundoxide zu trennen. Bei der Zerkleinerungsbehandlung wurde, nachdem Ethanol zu den gesinterten Lithium-Mangan-Verbundoxiden hinzugefügt worden ist, ein Zerkleinern und Mahlen für 35 Stunden in einer Kammer einer Perlmühle durchgeführt, die mit einer Umfangsgeschwindigkeit von 4 m/s rotierte; als Ergebnis wurde ein pulverartiges Lithium-Mangan-Verbundoxid erhalten.
  • Anschließend wurde eine Wärmebehandlung an den Lithium-Mangan-Verbundoxiden, die der Zerkleinerungsbehandlung unterzogen wurden, bei 800°C in einer Luftgas-(trockenen Luft-)Atmosphäre bei einer Durchflussrate von 10 l/min für 3 Stunden durchgeführt. Obwohl dieses Lithium-Mangan-Verbundoxid durch eine Zusammensetzungsformel Li1,68Mn0,8062Ni0,318O3 dargestellt wird, kann sich die Zusammensetzung davon unterscheiden.
  • Anschließend wurden 0,03 g Graphenoxid und 5 g Wasser in einem Mischer gemischt, um eine Dispersionslösung des Graphenoxids zu bilden. In der Mischung wurde 1/5 des Wassers bei dem ersten Mischen verwendet, wurde ein weiteres 1/5 des Wassers bei dem zweiten Mischen hinzugefügt, wurde ein weiteres 1/5 des Wassers bei dem dritten Mischen hinzugefügt, und wurden 2/5 des Wassers bei dem vierten Mischen hinzugefügt. Ein fünfminütiges Mischen wurde bei 2000 U/min viermal durchgeführt.
  • Als Nächstes wurden 15 g Lithium-Mangan-Verbundoxid und 4,0 g Wasser in die gebildete wässrige Dispersionslösung gegeben, und die Mischung wurde viermal geknetet. Ein fünfminütiges Kneten wurde viermal bei 2000 U/min in einem Mischer durchgeführt.
  • Die erhaltene Mischung wurde unter verringertem Druck in einer Glasglocke bei 50°C getrocknet und dann in einem Aluminiumoxidmörser gemahlen, so dass das Lithium-Mangan-Verbundoxid, das mit Graphenoxid bedeckt ist, erhalten wurde.
  • Anschließend wurde das Graphenoxid, das die Oberfläche des Lithium-Mangan-Verbundoxids bedeckt, reduziert. Ascorbinsäure wurde als Reduktionsmittel verwendet, und eine Ethanol-Wasser-Lösung mit einer Konzentration von 80% wurde als Lösungsmittel verwendet. Anschließend wurden 16,3 Gew.-% der Ascorbinsäure und 3,9 Gew.-% des Lithiumhydroxids, wobei sich die Gewichtsverhältnisse auf das Gewicht der Lithium-Mangan-Verbundoxide, die mit Graphenoxid bedeckt sind, bezogen, hinzugegeben, und eine Reduktionslösung wurde gebildet. Das erhaltene Pulver wurde in die Reduktionslösung gegeben, und eine Reduktion wurde bei 60°C für 3 Stunden durchgeführt.
  • Anschließend wurde die erhaltene Dispersionslösung durch Saugfiltration filtriert. Für die Filtration wurde Filterpapier mit einem Rückhaltevermögen für Teilchen von 1 μm verwendet. Anschließend wurden ein Waschen und eine weitere Filtration durchgeführt.
  • Als Nächstes wurde reines Wasser der Substanz hinzugefügt, von der das Lösungsmittel getrennt wurde, wodurch eine Dispersionslösung mit einer Konzentration von 15 g/l erhalten wurde. Anschließend wurde die erhaltene Dispersionslösung bei 60°C erwärmt, einer Sprühtrocknervorrichtung zugeführt und einer Sprühtrockenbehandlung bei 150°C unterzogen.
  • Anschließend wurde das Pulver, das durch die Sprühtrockenbehandlung erhalten wurde, bei 170°C unter verringertem Druck für 10 Stunden getrocknet.
  • Durch die vorstehenden Schritte wurde ein pulverartiges Lithium-Mangan-Verbundoxid (Probe F), bei dem Graphen an einer Oberfläche ausgebildet worden ist, ausgebildet.
  • Nun wird ein Verfahren zum Ausbilden einer Elektrode F beschrieben, die die Probe B umfasst.
  • Um die Elektrode F auszubilden, wurde die Probe B als Aktivmaterial verwendet, wurde Acetylenruß als leitendes Additiv verwendet und wurde PVdF als Bindemittel verwendet.
  • Als Erstes wurden PVdF, bei dem es sich um ein Bindemittel handelte, und Acetylenruß (AB), bei dem es sich um ein leitendes Additiv handelte, mit N-Methyl-2-pyrrolidon (NMP) gemischt, bei dem es sich um ein polares Lösungsmittel handelte. Es sei angemerkt, dass ein fünfminütiges Mischen fünfmal bei 2000 U/min durchgeführt wurde. Anschließend wurde die Probe B als Aktivmaterial hinzugefügt, und ein fünfminütiges Mischen wurde fünfmal bei 2000 U/min durchgeführt. Anschließend wurde NMP hinzugefügt, und ein zehnminütiges Mischen wurde zweimal bei 2000 U/min durchgeführt. Durch die vorstehenden Schritte wurde eine Schlamm-Elektroden-Bindemittel-Zusammensetzung erhalten. Das Zusammensetzungsverhältnis der Probe B zu AB und PVdF in der Elektroden-Bindemittel-Zusammensetzung betrugt 90:5:5 (Gewichtsverhältnis).
  • Als Nächstes wurde die Elektroden-Bindemittel-Zusammensetzung auf eine Aluminiumfolie aufgetragen, bei der es sich um einen Stromabnehmer handelte. Es sei angemerkt, dass eine Oberfläche der Aluminiumfolie im Voraus mit einer Grundierung bedeckt wurde. Anschließend wurde ein Trocknen bei 80°C für 30 Minuten in einem zirkulierenden Trockenofen durchgeführt.
  • Anschließend wurde die Elektrode mit einer Walzenpressmaschine gepresst, während der Pressdruck derart angepasst wurde, dass die Dicke nach dem Auftragen der Elektroden-Bindemittel-Zusammensetzung um 20% reduziert wurde. Die Presstemperatur betrug 120°C.
  • Anschließend wurde eine weitere Wärmebehandlung bei 250°C in einer Atmosphäre aus verringertem Druck (1 kPa) für 10 Stunden durchgeführt.
  • Durch den vorstehenden Prozess wurde die Elektrode F, die die Probe B umfasst, hergestellt.
  • Eine Vergleichselektrode G wurde unter Verwendung der Probe A auf eine Weise ausgebildet, die derjenigen der Vergleichselektrode A ähnlich ist. Eine Elektrode H wurde unter Verwendung der Probe F ausgebildet. Die Elektrode H wurde unter den gleichen Bedingungen ausgebildet wie die Elektrode F, mit der Ausnahme, dass die Probe B in der Elektrode F gegen Probe F ausgetauscht wurde.
  • Anschließend wurde eine Negativelektrode in der Ganzzelle ausgebildet.
  • Als Erstes wurde MCMB-Graphit als Aktivmaterial verwendet, wurde VGCF als leitendes Additiv verwendet und wurden CMC und SBR als Bindemittel verwendet, um eine Pasten-Elektroden-Bindemittel-Zusammensetzung zu bilden, bei der das Gewichtsverhältnis von MCMB-Graphit zu VGCF, CMC und SBR 96:1:1:2 war. Reines Wasser wurde als Lösungsmittel der Elektroden-Bindemittel-Zusammensetzung verwendet.
  • Beim Ausbilden der Elektroden-Bindemittel-Zusammensetzung wurden zuerst MCMB-Graphit mit dem Film, der Siliziumoxid enthält, VGCF und eine kleine Menge von reinem Wasser gemischt, eine wässrige Lösung, in der CMC gleichmäßig in reinem Wasser aufgelöst worden ist, wurde der Mischung hinzugefügt, und dann wurde ein Mischen durchgeführt. Das Mischen wurde mit einem Planetenmischer durchgeführt.
  • Anschließend wurde der Mischung eine SBR-Dispersionslösung hinzugefügt, und ein Mischen wurde mit einem Mischer durchgeführt.
  • Anschließend wurde der Mischung reines Wasser hinzugefügt, bis eine vorher festgelegte Viskosität erhalten wurde, und ein Mischen wurde zweimal mit einem Mischer für 5 Minuten durchgeführt.
  • Anschließend wurde die Elektroden-Bindemittel-Zusammensetzung auf einen Stromabnehmer unter Verwendung einer Klinge aufgetragen und dann getrocknet. Beim Trocknen wurde die Oberfläche der Paste bei 30°C in einer Luftatmosphäre getrocknet, und dann wurde die Temperatur auf 50°C erhöht und wurde die Oberfläche des Schlamms weitere 10 Stunden bei 100°C in einer Atmosphäre unter verringertem Druck getrocknet. Als Stromabnehmer wurde eine 18 μm dicke gerollte Kupferfolie verwendet.
  • Durch die vorstehenden Schritte wurde die Negativelektrode ausgebildet.
  • Als Nächstes wurden einschichtige dünne Speicherbatterien (Ganzzellen) unter Verwendung der ausgebildeten Positiv- und Negativelektroden ausgebildet. Ein Aluminiumfilm, der mit einem Heißsiegelharz bedeckt ist, wurde als Außenteil verwendet. Die Elektrolytlösung wurde auf die folgende Weise ausgebildet: Ein Additiv, wie z. B. VC oder PS, wurde einem Lösungsmittel hinzugefügt, das hauptsächlich EC, DEC und Ethylmethylcarbonat (EMC) enthält. Für jeden Separator wurde ein 25 μm dickes Polypropylen (PP) verwendet. Bei einer Ganzzelle, die unter Verwendung der Elektrode F als Positivelektrode hergestellt wurde, handelte es sich um eine Zelle F, bei einer Ganzzelle, die unter Verwendung der Vergleichselektrode G als Positivelektrode hergestellt wurde, handelte es sich um eine Zelle G und bei einer Ganzzelle, die unter Verwendung der Elektrode H als Positivelektrode hergestellt wurde, handelte es sich um eine Zelle H.
  • Die Zelle F, die Vergleichszelle G und die Zelle H wurden einer Alterung unterzogen. Es sei angemerkt, dass die Raten unter Verwendung von 240 mAh/g als Referenz berechnet wurden. Als Erstes wurde ein Laden bei 0,01 C mit der oberen Spannungsgrenze von 4,0 V durchgeführt, und dann wurde ein Entgasen zum erneuten Verschließen durchgeführt. Anschließend wurde ein Entladen bei 0,1 C mit der unteren Spannungsgrenze von 2 V durchgeführt, wurde ein Laden bei 0,01 C mit der oberen Spannungsgrenze von 4,1 V durchgeführt, wurde ein Entladen bei 0,1 C mit der unteren Spannungsgrenze von 2 V durchgeführt, wurde ein Laden bei 0,01 C mit der oberen Spannungsgrenze von 4,2 V durchgeführt, wurde ein Entladen bei 0,1 C mit der unteren Spannungsgrenze von 2 V durchgeführt, wurde ein Laden bei 0,01 C mit der oberen Spannungsgrenze von 4,3 V durchgeführt, wurde ein Entladen bei 0,1 C mit der unteren Spannungsgrenze von 2 V durchgeführt, wurde ein Laden bei 0,01 C mit der oberen Spannungsgrenze von 4,4 V durchgeführt, wurde ein Entladen bei 0,1 C mit der unteren Spannungsgrenze von 2 V durchgeführt, wurde ein Laden bei 0,01 C mit der oberen Spannungsgrenze von 4,5 V durchgeführt, wurde ein Entladen bei 0,1 C mit der unteren Spannungsgrenze von 2 V durchgeführt, wurde ein Laden bei 0,01 C mit der oberen Spannungsgrenze von 4,6 V durchgeführt, und wurde ein Entladen bei 0,1 C mit der unteren Spannungsgrenze von 2 V durchgeführt. Anschließend wurde ein Entgasen zum erneuten Verschließen erneut durchgeführt.
  • Nach der Alterung wurden die Zykluseigenschaften der Zelle F, der Vergleichszelle G und der Zelle H gemessen. Konstantstromladen und -entladen wurden bei einer Rate von 0,2 C für einen Zyklustest wiederholt durchgeführt. Bei dem Zyklustest wurden Laden und Entladen 50-mal mit der oberen Spannungsgrenze von 4,6 V und der unteren Spannungsgrenze von 2 V wiederholt. Es sei angemerkt, dass die Raten unter Verwendung von 184,40 mAh/g als Referenz berechnet wurden, wenn die Elektrode F oder die Elektrode H als Positivelektrode verwendet wurde, und unter Verwendung von 192,05 mAh/g als Referenz berechnet wurden, wenn die Vergleichselektrode G als Positivelektrode verwendet wurde.
  • 32 ist ein Plot einer Änderung der Kapazität infolge der Anzahl der Zyklen. In 32 stellt eine Längsachse die Entladekapazität (mAh/g) dar, und eine Querachse stellt die Anzahl der Zyklen (Häufigkeit) dar. Hier wurde die Kapazität bezüglich des Gewichts des Positivelektrodenaktivmaterials normalisiert. In 32 wird ein Plot der Zelle F durch offene Kreise dargestellt, wird ein Plot der Vergleichszelle G durch Kreuze dargestellt und wird ein Plot der Zelle H durch schwarze Kreise dargestellt. Wie in 32 gezeigt, ist eine Reduktionsrate der Entladekapazität der Zelle H am niedrigsten, und eine Reduktionsrate der Entladekapazität der Zelle F ist niedriger als diejenige der Entladekapazität der Vergleichszelle G.
  • Die vorstehenden Ergebnisse deuten darauf hin, dass das Ausbilden von Graphen an den Oberflächen der Lithium-Mangan-Verbundoxide nach dem Zerkleinern und Mahlen bei dem Verfahren zum Ausbilden der Lithium-Mangan-Verbundoxide eine Reduktionsrate der Entladekapazität infolge der Anzahl der Zyklen verringern kann.
  • [Beispiel 5]
  • Bei diesem Beispiel wird ein Ergebnis einer Röntgenabsorptions-Feinstruktur-(x-ray absorption fine structure, XAFS-)Analyse beschrieben, die an einer Batterie durchgeführt wird, die die Elektrode umfasst, die die Probe A enthält, die in Beispiel 1 beschrieben worden ist. Außerdem werden die Berechnungsergebnisse der Untersuchung von Li2MnO3, das keinen Ni enthält, beschrieben. Für die Untersuchung wurde die Differenzladungsdichte vor und nach der Li-Auslagerung gemessen, um zu bestimmen, ob O Ladungen kompensiert und ob die Li-Auslagerung die Sauerstoff-Auslagerung gefördert hat.
  • Tabelle 3 zeigt Komponenten der Elektroden und der Halbzellen, die bei diesem Beispiel verwendet werden. [Tabelle 3]
    Zelle Elektrode Aktivmaterial leitendes Additiv Bindemittel Verhältnis [Gew.-%]
    HalbZelle Zelle I1 Elektrode I1 Probe A AB PVdF Probe A:AB:PVdF = 90:5:5
    Zelle I2 Elektrode I2 Probe A AB PVdF Probe A:AB:PVdF = 90:5:5
    Zelle I3 Elektrode I3 Probe A AB PVdF Probe A:AB:PVdF = 90:5:5
  • Elektroden I1 bis I3, die bei diesem Beispiel verwendet werden, werden beschrieben. Die Probe A, die in Beispiel 1 beschrieben worden ist, wurde als Aktivmaterial für die Elektroden I1 bis I3 verwendet. Des Weiteren wurden die Elektroden I1 bis I3 auf eine Weise ausgebildet, die derjenigen der Vergleichselektrode A ähnlich ist, die in Beispiel 3 beschrieben worden ist.
  • Als Nächstes wurden eine Zelle I1 und eine Zelle I2 unter Verwendung der Elektrode I1 bzw. der Elektrode I2 hergestellt. Die Zellen I1 und I2 wurden auf eine Weise hergestellt, die derjenigen der Vergleichszelle A ähnlich ist, die in Beispiel 3 beschrieben worden ist.
  • Anschließend wurde die Zelle I1 bei 25°C bei einem Konstantstrom mit einer Stromdichte pro Aktivmaterialgewicht von 30 mA/g aufgeladen, bis die Spannung eine Abschaltspannung von 4,8 V erreichte. Die Zelle I2 wurde bei 25°C bei einem Konstantstrom mit einer Stromdichte pro Aktivmaterialgewicht von 30 mA/g aufgeladen, bis die Spannung eine Abschaltspannung von 4,8 V erreichte, und bei einem Konstantstrom bei einer Stromdichte von 30 mA/g entladen, bis die Spannung eine Abschaltspannung von 2,0 V erreichte.
  • Anschließend wurden die Zelle I1 und die Zelle I2 in einem Handschuhkasten zerlegt, um die Elektrode I1 und die Elektrode I2 zu entnehmen.
  • Als Nächstes wurden die Elektroden I1 bis I3 einer XAFS-Messung unterzogen. Bei der XAFS-Messung wurden Daten über eine Oberfläche des Lithium-Mangan-Oxids (Probe A) durch ein Gesamtelektronenausbeute-(total electron yield, TEY-)Verfahren erhalten, und Daten des Bulks des Lithium-Mangan-Oxids (Probe A) wurden durch ein Teilfluoreszenzausbeute-(partial fluorescent yield, PFY-)Verfahren erhalten. Es sei angemerkt, dass die Elektrode I3 als Referenz verwendet wurde.
  • 33A zeigt die Sauerstoff-K-Rand-Spektren, die durch ein TEY-Verfahren erhalten wurden, und 33B zeigt die Sauerstoff-K-Rand-Spektren, die durch ein PFY-Verfahren erhalten wurden. 34A zeigt die Nickel-L-Rand-Spektren, die durch ein TEY-Verfahren erhalten wurden, und 34B zeigt die Nickel-L-Rand-Spektren, die durch ein PFY-Verfahren erhalten wurden.
  • Wie in 33A und 33B gezeigt, verlagert sich nach dem Laden ein Peak sowohl an der Oberfläche als auch in dem Bulk bei etwa 540 eV zur Hochenergieseite hin, wird die Metall-O-Bindungslänge kurz, und ist die Wahrscheinlichkeit groß, dass dieses nach dem Entladen rückgängig gemacht wird.
  • Außerdem deuten Änderungen bei zwei Peakintensitäten in 34A und 34B darauf hin, dass sich sowohl an der Oberfläche als auch in dem Bulk die Valenzanzahl eines Metalls (Ni) mit großer Wahrscheinlichkeit nach dem Laden erhöht und nach dem Entladen verringert.
  • In 33A ist die Peakintensität nach dem Laden niedriger als diejenige der Referenz, was suggeriert, dass eine Sauerstoff-Auslagerung auftreten könnte.
  • In 33B gibt es keinen signifikanten Unterschied zwischen der Peakintensität nach dem Entladen und derjenigen der Referenz.
  • Wenn eine Änderung des K-Randes eines O-Atoms infolge eines Entladens der Probe A (Li1,68Mn0,8062M0,318O3), die in Beispiel 1 beschrieben worden ist, durch eine XAFS-Messung untersucht wird, suggeriert eine Änderung des Vorrand-Peaks, wie in 33A und 33B gezeigt, dass einige O-Atome während des Entladens freigesetzt werden könnten. Um Li2MnO3, das keinen Ni enthält, durch eine Berechnung zu untersuchen, wurde demzufolge die Differenzladungsdichte vor und nach der Li-Auslagerung gemessen, um zu bestimmen, ob O Ladungen kompensiert und ob die Li-Auslagerung die Sauerstoff-Auslagerung gefördert hat.
  • Die Differenzladungsdichte kann ein Indikator zur Identifizierung einer Ladungskompensationsquelle sein. Hierbei handelt es sich bei der Differenzladungsdichte um eine Differenz der Elektronendichteverteilung vor und nach der Li-Auslagerung. Ein Atom, das Ladungen kompensiert, und ein Orbital eines Elektrons, das Ladungen kompensiert, können durch die Messung der Differenzladungsdichte bestätigt werden.
  • <Messung der Differenzladungsdichte>
  • Bei diesem Beispiel wurden die Ortsabhängigkeit der Ladungskompensation von Li2MnO3 (geschichtete Steinsalz-Struktur) und die Ortsabhängigkeit der Li-Auslagerung verifiziert. Es wurde festgestellt, dass es sich bei einer Ladungskompensationsquelle nicht um ein Mn-Atom handelt, sondern um das 2p-Orbital eines O-Atoms in der Nähe eines ausgelagerten Li-Atoms. Die Analyse des K-Randes eines Mn-Atoms durch XAFS-Messung zeigte auch, dass ein Mn-Atom keine Ladungen kompensiert. Außerdem offenbarte ein Energievergleich während der Li-Auslagerung, dass einige Li-Atome mit größerer Wahrscheinlichkeit ausgelagert werden als andere.
  • Tabelle 4 zeigt die Berechnungsbedingungen. 35 stellt eine Struktur eines Aktivmaterials (Li2MnO3) dar, das für die Berechnung verwendet wird. [Tabelle 4]
    Software VASP
    Modell Li2MnO3 (24 Atome)
    Funktional HSE06
    Mischverhältnis der Austauschterme 0,25
    Pseudopotential PAW
    Cut-off-Energie 800 V
    k-Punkt 2·1·2 (Einzelpunktberechnung)
  • In 35 werden symmetrische Atome durch die gleiche Zahl dargestellt. Gemäß 35 sollten drei Positionen von Li untersucht werden. Im Folgenden werden eine Struktur, die durch Auslagerung eines Li-Atoms bei Li1 erhalten wurde, eine Struktur, die durch Auslagerung eines Li-Atoms bei Li2 erhalten wurde, und eine Struktur, die durch Auslagerung eines Li-Atoms bei Li3 erhalten wurde, der Einfachheit halber als Struktur 1, Struktur 2 bzw. Struktur 3 bezeichnet.
  • Als Erstes wird die Energie während der Li-Auslagerung verglichen, um zu bestimmen, welche der Strukturen 1 bis 3 stabil ist. 36 zeigt die Vergleichsergebnisse.
  • 36 zeigt, dass die Strukturen 2 und 3 eine niedrigere Energie aufweisen als die Struktur 1, und somit sind sie stabiler als die Struktur 1. Das heißt, dass die Auslagerung eines Li-Atoms bei Li1 von Li2MnO3 eine hohe Energie benötigt. Somit ist die Wahrscheinlichkeit groß, dass die Auslagerung eines Li-Atoms bei Li1 mit geringerer Wahrscheinlichkeit auftritt.
  • Um die Ladungskompensationsquelle zu identifizieren, wurden die Differenzladungsdichten der Strukturen (Strukturen 2 und 3) berechnet, die jeweils durch eine Li-Auslagerung bei Li2 oder Li3 erhalten wurden, bei denen angenommen wird, dass eine Li-Auslagerung leicht auftritt. 37A und 37B zeigen Ergebnisse der Struktur 2, und 38 zeigt Ergebnisse der Struktur 3. 37A und 37B stellen die gleiche Struktur dar, die von unterschiedlichen Richtungen aus betrachtet wird. Da 37A und 37B einen größeren Bereich als eine Einheitszelle darstellen, werden zwei ausgelagerte Li-Atome gezeigt; jedoch wird nur ein Li-Atom pro Einheitszelle ausgelagert.
  • 37A und 37B sowie 38 zeigen, dass in dem Fall der Li-Auslagerung kein Mn-Atom, sondern ein O-Atom in der Nähe des ausgelagerten Li-Atoms Ladungen in jeder Struktur kompensiert. Die Form einer Isofläche der Differenzladungsdichte deutet darauf hin, dass es sich bei der Ladungskompensationsquelle vermutlich um das 2p-Orbital eines O-Atoms handelt.
  • <Messung der Auslagerungsenergie von O>
  • Als Nächstes wurde die Leichtigkeit der Sauerstoff-Auslagerung von Li(2-x)MnO3 gemessen, die durch die Li-Auslagerung von Li2MnO3 erhalten wurde. Die Ausbildungsenergie, die auf die folgende Weise definiert wird, wurde verwendet, um zu bestimmen, wie leicht Sauerstofffehlstellen erzeugt werden.
  • [Formel 1]
    • A → B + C ⇒ Eform(B) = E(B) + E(C) – E(A)
  • Die vorstehende Formel deutet darauf hin, dass je kleiner der Wert von Eform(B) wird, desto leichter lässt sich eine Substanz B als Ergebnis einer Reaktion „A → B + C” bilden.
  • Die Ausbildungsenergie einer Sauerstofffehlstelle des Lithium-Mangan-Verbundoxids Li2MnO3 mit einer geschichteten Steinsalz-Kristallstruktur wurde durch das elektronische Strukturberechnungspaket VASP berechnet. Die Cut-off-Energie betrug 800 eV, und der Effekt von Funktional/Elektron der Innenschale wurde durch HSE06/PAW berechnet. Um die Ausbildungsenergie einer Sauerstofffehlstelle hinsichtlich der Zusammensetzung von Li zu berechnen, wurde die Ausbildungsenergie einer Sauerstofffehlstelle in LiaMnO3 innerhalb eines Bereichs gemessen, in dem a von 1,0 bis 2,0 reicht. In dem Fall, in dem a 2 ist, wurde Li2MnO3, das 96 Atome (32 Li-Atome, 16 Mn-Atome, und 48 O-Atome) enthält, als Modellstruktur verwendet, wohingegen in dem Fall, in dem a kleiner als 2 ist, eine Struktur verwendet wurde, bei der Li-Atome je nach der Zusammensetzung ausgelagert wurden. 39 stellt die Struktur einer Einheitszelle von Li2MnO3 dar.
  • Die folgende Formel wurde als Beispiel für die Ausbildungsenergie einer Sauerstofffehlstelle in Li2MnO3 vorausgesetzt.
  • [Formel 2]
    • Li32Mn16O48 → Li32Mn16O47 + 1 / 2O2
  • Es sei angemerkt, dass bei der vorstehenden Formel die Relaxationsenergie bei einer Atomposition nicht berücksichtigt wird. Des Weiteren wird für das leichtere Verständnis vorausgesetzt, dass eine elektrisch neutrale Sauerstofffehlstelle ausgebildet wird. Die Berechnungsergebnisse der Ausbildungsenergie für jeden der Fälle werden in 40 gezeigt.
  • Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass das Ausbilden der Sauerstofffehlstellen und die Sauerstoff-Auslagerung leicht auftreten, wenn a kleiner als 2 ist.
  • Mit anderen Worten: Es ist vorstellbar, dass Sauerstofffehlstellen gebildet werden, wenn Li-Atome in Li2MnO3 reduziert werden, was zu einer leichten Sauerstoff-Auslagerung führt.
  • Die vorstehenden zwei Berechnungen suggerieren, dass eine Li-Auslagerung von Li2MnO3 eine Ladungskompensation von dem p-Orbital des Sauerstoffs herbeiführt und eine Bindung mit einem Metallelement geschwächt wird, was zu der Sauerstoff-Auslagerung führt.
  • Die Ergebnisse, die bei diesem Beispiel erhalten wurden, suggerieren, dass eine Sauerstoff-Auslagerung mit großer Wahrscheinlichkeit in den Lithium-Mangan-Verbundoxiden auftritt, die in Beispiel 1 beschrieben worden sind. In dem Fall, in dem die Lithium-Mangan-Verbundoxide, deren Oberflächen nicht mit Graphen bedeckt sind, als Aktivmaterial verwendet werden, verschlechtern sich die Zykluseigenschaften, wie in 30A und 30B und 32 gezeigt. Dies liegt vermutlich an der Sauerstoff-Auslagerung von den Lithium-Mangan-Verbundoxiden. Im Gegensatz dazu verbessern sich, wie in 30A und 30B und 32 gezeigt, die Zykluseigenschaften, wenn die Lithium-Mangan-Verbundoxide, deren Oberflächen mit Graphen bedeckt sind, als Aktivmaterial verwendet werden. Dies liegt vermutlich daran, dass Graphen die Sauerstoff-Auslagerung von den Lithium-Mangan-Verbundoxiden verhindert.
  • [Beispiel 6]
  • Bei diesem Beispiel werden die Untersuchungsergebnisse der Kristallausrichtung einer Spaltebene des Aktivmaterials einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben.
  • Als Erstes wird ein Aktivmaterial beschrieben, das bei diesem Beispiel verwendet wird. Das Aktivmaterial, das bei diesem Beispiel verwendet wird, wurde unter den gleichen Bedingungen wie die Probe F in Beispiel 4 ausgebildet. Eine Elektrode wurde unter Verwendung des Aktivmaterials unter den gleichen Bedingungen wie die Elektrode H in Beispiel 4 ausgebildet, und dann wurde ein Aktivmaterialteilchen durch ein Querschnitts-TEM beobachtet.
  • 41 zeigt einen Querschnitt eines Aktivmaterialteilchens (Kristallkorns), das in der Elektrode enthalten ist. 42A ist ein hochauflösendes TEM-Bild eines Abschnitts in 41, und 42B zeigt ein Fourier-Transformationsbeugungsbild und Anpassungsergebnisse einer Kristalldatenbank. Es sei angemerkt, dass Schichtstrukturen in den Bildern in 41 und 42A parallel zueinander sind.
  • Ein Beugungsbild in 42B deutet darauf hin, dass der Gitterabstand (d-Wert) eines Beugungspunktes A 0,479 nm ist, der d-Wert eines Beugungspunktes B 0,368 nm ist, und der d-Wert eines Beugungspunktes C 0,399 nm ist. Das Beugungsbild deutet auch darauf hin, dass ∠AOB 60,3° ist, ∠AOC 107,7° ist, und ∠BOC 47,4° ist.
  • Es sei angemerkt, dass, gemäß der Datenbank, der d-Wert einer (001)-Ebene von Li2MnO3 (84-1634), der durch einen Elektronenstrahl erhalten wird, der in einer [110]-Richtung einfällt, 0,474 nm ist, der d-Wert einer (-111)-Ebene 0,367 nm ist, der d-Wert einer (-110)-Ebene 0,408 nm ist, ∠AOB 59,2° ist, ∠AOC 107,0° ist, und ∠BOC 47,8° ist.
  • Der Vergleich der Werte, die durch das Ergebnis in 42B erhalten wurden, und der Werte in der Datenbank suggeriert, dass die Kristallstruktur mit derjenigen von Li2MnO3 (JCPDS84-1634) übereinstimmt.
  • 41 zeigt, dass der Kristall entlang einer Ebene an einem rechten Ende des Kristallkorns gespalten wird. Die Richtungen der Punkte in 42B deuten darauf hin, dass die Spaltebene an dem rechten Ende in 41 eine (001)-Ebene ist. Die (001)-Ebene entspricht auf Grund der Kristallsymmetrie von Li2MnO3 einer (00-1)-Ebene. Demzufolge wird das Aktivmaterial einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung vermutlich entlang der (001)-Ebene oder der (00-1)-Ebene gespalten.
  • 43 zeigt einen Querschnitt eines anderen Aktivmaterialteilchens (Kristallkorns), das in der Elektrode enthalten ist. 44A ist ein hochauflösendes TEM-Bild eines Abschnitts in 43, und 44B zeigt ein Fourier-Transformationsbeugungsbild und Anpassungsergebnisse einer Kristalldatenbank. Es sei angemerkt, dass Schichtstrukturen in den Bildern in 43 und 44A parallel zueinander sind.
  • Ein Beugungsbild in 44B deutet darauf hin, dass der Gitterabstand (d-Wert) eines Beugungspunktes A 0,478 nm ist, der d-Wert eines Beugungspunktes B 0,319 nm ist, und der d-Wert eines Beugungspunktes C 0,430 nm ist. Das Beugungsbild deutet auch darauf hin, dass ∠AOB 48,7° ist, ∠AOC 89,9° ist, und ∠BOC 41,2° ist.
  • Es sei angemerkt, dass, gemäß der Datenbank, der d-Wert einer (001)-Ebene von Li2MnO3 (84-1634), der durch einen Elektronenstrahl erhalten wird, der in einer [100]-Richtung einfällt, 0,474 nm ist, der d-Wert einer (021)-Ebene 0,317 nm ist, der d-Wert einer (020)-Ebene 0,426 nm ist, ∠AOB 48,0° ist, ∠AOC 90,0° ist, und ∠BOC 42,0° ist.
  • Der Vergleich der Werte, die durch das Ergebnis in 44B erhalten wurden, und der Werte in der Datenbank suggeriert, dass die Kristallstruktur mit derjenigen von Li2MnO3 (JCPDS84-1634) übereinstimmt.
  • 43 zeigt, dass der Kristall entlang einer Ebene an einem unteren Ende und einem rechten Ende des Kristallkorns gespalten wird. Die Richtungen der Punkte in 44B deuten darauf hin, dass die Spaltebene an dem unteren Ende in 43 eine (0-10)-Ebene ist und dass die Spaltebene an dem rechten Ende eine (0-2-1)-Ebene ist. Die (0-10)-Ebene entspricht einer (010)-Ebene und die (0-2-1)-Ebene entspricht auf Grund der Kristallsymmetrie von Li2MnO3 einer (021)-Ebene, einer (02-1)-Ebene und einer (0-21)-Ebene. Demzufolge wird das Aktivmaterial einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung vermutlich entlang der (010)-Ebene, der (0-10)-Ebene, der (021)-Ebene, der (02-1)-Ebene, der (0-21)-Ebene oder der (0-2-1)-Ebene gespalten.
  • [Beispiel 7]
  • Bei diesem Beispiel werden die Messergebnisse der Rateneigenschaften und Temperatureigenschaften einer Zelle J und einer Vergleichszelle K beschrieben. Die Zelle J umfasst eine Elektrode J, die unter Verwendung der Probe F in Beispiel 4 ausgebildet wird, und die Vergleichszelle K umfasst eine Vergleichselektrode K, die unter Verwendung von LiCoO2 ausgebildet wird.
  • Tabelle 5 zeigt Komponenten der Elektroden und der Halbzellen, die bei diesem Beispiel verwendet werden. [Tabelle 5]
    Zelle Elektrode Aktivmaterial leitendes Additiv Bindemittel Verhältnis [Gew.-%]
    Halbzelle Zelle J Elektrode J Probe F AB PVdF Probe F:AB:PVdF = 90:5:5
    Vergleichszelle K Vergleichselektrode K LiCoO2 AB PVdF LiCoO2:AB:P VdF = 90:5:5
  • Die Elektrode J, die bei diesem Beispiel verwendet wird, wurde unter Bedingungen ausgebildet, die denjenigen der Elektrode H ähnlich sind, die in Beispiel 4 ausgebildet wurde. Die Vergleichselektrode K wurde unter den gleichen Bedingungen wie die Vergleichselektrode A ausgebildet, die in Beispiel 3 beschrieben worden ist, mit der Ausnahme, dass die Probe A in der Vergleichselektrode A gegen LiCoO2 ausgetauscht wurde.
  • Die Zelle J wurde unter Verwendung der Elektrode J hergestellt, und die Vergleichszelle K wurde unter Verwendung der Vergleichselektrode K hergestellt. Die Zelle J und die Vergleichszelle K wurden unter Bedingungen hergestellt, die denjenigen der Zelle B gleichen, die in Beispiel 3 beschrieben worden ist.
  • Anschließend wurden die Rateneigenschaften der Zelle J und der Vergleichszelle K gemessen. Die Messung wurde mit einem Lade-Entlade-Messinstrument (hergestellt von TOYO SYSTEM Co., LTD) bei Raumtemperatur (25°C) durchgeführt. Die Zelle J und die Vergleichszelle K wurden mit einem Konstantstrom bei einer Stromdichte von ungefähr 30 mA/g mit der oberen Spannungsgrenze von 4,8 V aufgeladen. Die Zelle J wurde bei einer Stromdichte von 30 mA/g, 150 mA/g, 300 mA/g, 750 mA/g und 1500 mA/g entladen. Die Vergleichszelle K wurde bei einer Stromdichte von 30 mA/g, 157 mA/g, 315 mA/g, 786 mA/g und 1570 mA/g entladen. 45 zeigt die Entladekapazität hinsichtlich der Stromdichte. In 45 stellt eine Querachse die Stromdichte während des Entladens dar, und eine Längsachse stellt die Entladekapazität pro Positivelektrodenaktivmaterialgewicht dar, das bei jeder Stromdichte gemessen wurde. In 45 wird ein Plot der Zelle J durch Kreise dargestellt, und ein Plot der Vergleichszelle K wird durch Dreiecke dargestellt. Die Ergebnisse zeigen, dass die Zelle J bessere Eigenschaften aufweist als die Vergleichszelle K.
  • Anschließend wurden die Lade- und Entladeeigenschaften der Zelle J und der Vergleichszelle K hinsichtlich Temperatur gemessen. Die Messung wurde mit einem Lade-Entlade-Messinstrument (hergestellt von TOYO SYSTEM Co., LTD) in einem Bad mit konstanter Temperatur durchgeführt. Die Messtemperaturen der Zelle J wurden auf 60°C, 45°C, 25°C, 0°C, –10°C und –20°C eingestellt. Die Messtemperaturen der Vergleichszelle K wurden auf 60°C, 25°C, 0°C und –20°C eingestellt. Bei der Messung wurde ein Konstantstromladen bei einer Stromdichte von 30 mA/g durchgeführt, und dann wurde ein Entladen bei einer Stromdichte von 30 mA/g durchgeführt. Es sei angemerkt, dass das Laden bei 25°C durchgeführt wurde. 46 zeigt die Messergebnisse der Lade- und Entladeeigenschaften hinsichtlich einer Temperatur. In 46 stellt eine Querachse die Temperatur (°C) dar, und eine Längsachse stellt die Kapazität pro Positivelektrodenaktivmaterialgewicht (mAh/g) dar. Ein Plot der Zelle J wird durch Kreise dargestellt, und ein Plot der Vergleichszelle K wird durch Dreiecke in 46 dargestellt. Die Ergebnisse zeigen, dass die Zelle J bessere Eigenschaften aufweist als die Vergleichszelle K.
  • 47 ist eine SEM-Photographie der Probe F. Wie in 47 gezeigt, werden die Lithium-Mangan-Verbundoxide, die mit Graphen bedeckt sind, aggregiert. Die aggregierten Lithium-Mangan-Verbundoxide, die mit Graphen bedeckt sind, weisen eine sphärische Form auf.
  • In der Probe F, die bei diesem Beispiel beschrieben wird, wurde eine Oberfläche eines Lithium-Mangan-Verbundoxids mit einer Spaltebene mit Graphen bedeckt, und die Lithium-Mangan-Verbundoxide, die mit Graphen bedeckt sind, wurden durch eine Sprühtrockenbehandlung aggregiert, um ein Sekundärteilchen zu bilden. In dem Aktivmaterial, das das Sekundärteilchen umfasst, wurden die Lithium-Mangan-Verbundoxide über Graphen gebunden. Dies ist vermutlich der Grund dafür, dass die Leitfähigkeit des Aktivmaterials erhöht worden ist, der Widerstand der Elektrode J verringert worden ist und die Rateneigenschaften und Temperatureigenschaften der Zelle J verbessert worden sind, die unter Verwendung der Elektrode J hergestellt wurde.
  • [Beispiel 8]
  • Bei diesem Beispiel wird ein Effekt der Alterung, die an den Elektroden einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung durchgeführt wird, anhand von 48 beschrieben.
  • Tabelle 6 zeigt Komponenten der Positivelektroden, die bei diesem Beispiel verwendet werden. [Tabelle 6]
    Elektrode Aktivmaterial leitendes Additiv Bindemittel Verhältnis [Gew.-%]
    Positivelektrode L1 Probe F AB PVdF Probe F:AB:PVdF = 90:5:5
    Positivelektrode L2 Probe F AB PVdF Probe F:AB:PVdF = 90:5:5
    Positivelektrode L3 Probe F AB PVdF Probe F:AB:PVdF = 90:5:5
    Positivelektrode L4 Probe F AB PVdF Probe F:AB:PVdF = 90:5:5
    Positivelektrode L5 Probe F AB PVdF Probe F:AB:PVdF = 90:5:5
    Positivelektrode L6 Probe F AB PVdF Probe F:AB:PVdF = 90:5:5
  • Als Erstes wurden Positivelektroden L1 bis L6 unter Verwendung der Probe F in Beispiel 4 und unter Bedingungen, die denjenigen der Elektrode H gleichen, ausgebildet.
  • Als Nächstes wurden Negativelektroden M1 bis M5 unter Bedingungen ausgebildet, die den Bedingungen gleichen, die in Beispiel 4 beschrieben worden sind.
  • Anschließend wurde eine Halbzelle unter Verwendung der Positivelektrode L1 und einer Gegenelektrode hergestellt, die ein Lithiummetall enthält. Die Eigenschaften wurden unter Verwendung einer CR2032-Knopfzellen-Speicherbatterie (mit einem Durchmesser von 20 mm und einer Höhe von 3,2 mm) gemessen. Als Separator wurde Polypropylen verwendet. Eine Elektrolytlösung wurde ausgebildet, indem Lithiumhexafluorphosphat (LiPF6) in einer Mischlösung, in der Ethylencarbonat (EC) und Diethylcarbonat (DEC) in einem Volumenverhältnis von 1:1 gemischt worden waren, in einer Konzentration von 1 mol/l gelöst wurde. Eine Positivelektrodendose und eine Negativelektrodendose wurden aus Edelstahl (SUS) ausgebildet. Es sei angemerkt, dass Halbzellen mit ähnlichen Strukturen unter Verwendung der Positivelektroden L2, L3 und L6 ausgebildet wurden.
  • Die Positivelektroden L1 bis L3 wurden einer Alterung unterzogen. Bei der Alterung wurde ein Laden und Entladen bei einer Stromdichte von 30 mA/g dreimal mit einer oberen Ladespannungsgrenze von 4,8 V und einer unteren Entladespannungsgrenze von 2,0 V wiederholt.
  • Anschließend wurde eine Halbzelle unter Verwendung der Negativelektrode M1 und einer Gegenelektrode hergestellt, die ein Lithiummetall enthält. Die Eigenschaften wurden unter Verwendung einer CR2032-Knopfzellen-Speicherbatterie (mit einem Durchmesser von 20 mm und einer Höhe von 3,2 mm) gemessen. Als Separator wurde Polypropylen verwendet. Eine Elektrolytlösung wurde ausgebildet, indem Lithiumhexafluorphosphat (LiPF6) in einer Mischlösung, in der Ethylencarbonat (EC) und Diethylcarbonat (DEC) in einem Volumenverhältnis von 1:1 gemischt worden waren, in einer Konzentration von 1 mol/l gelöst wurde. Eine Positivelektrodendose und eine Negativelektrodendose wurden aus Edelstahl (SUS) ausgebildet. Es sei angemerkt, dass eine Halbzelle mit einer ähnlichen Struktur unter Verwendung der Negativelektrode M4 ausgebildet wurde.
  • Anschließend wurde ein CCCV-(0,1 C, 0,01 V)Entladen an den Negativelektroden M1, M3 und M4 durchgeführt, und Li wurde eingelagert, bis der Stromwert bei CV 0,01 erreichte, und dann wurde Li während eines CC-(0,1 C, 1 V)Ladens ausgelagert. Außerdem wurde ein CC-(0,1 C)Entladen an den Negativelektroden M1 und M4 durchgeführt, und Li wurde eingelagert, das einer Kapazität pro Graphitgewicht von 50 mAh/g entspricht.
  • Anschließend wurden die Halbzellen, die die Positivelektroden L1 bis L3 enthalten, und die Halbzellen, die die Negativelektroden M1 und M4 enthalten, zerlegt und dreimal mit DMC gewaschen.
  • Eine Zelle L1 (Ganzzelle) wurde unter Verwendung der Positivelektrode L1 und der Negativelektrode M1 hergestellt. Eine CR2032-Knopfzellen-Speicherbatterie (mit einem Durchmesser von 20 mm und einer Höhe von 3,2 mm) wurde hergestellt. Als Separator wurde Polypropylen verwendet. Eine Elektrolytlösung wurde ausgebildet, indem Lithiumhexafluorphosphat (LiPF6) in einer Mischlösung, in der Ethylencarbonat (EC) und Diethylcarbonat (DEC) in einem Volumenverhältnis von 1:1 gemischt worden waren, in einer Konzentration von 1 mol/l gelöst wurde. Eine Positivelektrodendose und eine Negativelektrodendose wurden aus Edelstahl (SUS) ausgebildet.
  • Eine Zelle L2 wurde unter Verwendung der Positivelektrode L2 und der Negativelektrode M2 hergestellt, eine Zelle L3 wurde unter Verwendung der Positivelektrode L3 und der Negativelektrode M3 hergestellt, eine Zelle L4 wurde unter Verwendung der Positivelektrode L4 und der Negativelektrode M4 hergestellt und eine Zelle L5 wurde unter Verwendung der Positivelektrode L5 und der Negativelektrode M5 hergestellt. Es sei angemerkt, dass die Zellen L2 bis L5 die gleiche Struktur wie die Zelle L1 aufwiesen, mit Ausnahme der Positivelektrode und der Negativelektrode.
  • Tabelle 7 zeigt Komponenten der Ganzzellen und der Halbzelle, die bei diesem Beispiel verwendet werden. [Tabelle 7]
    Zelle Positivelektrode Negativelektrode
    Ganzzelle Zelle L1 Positivelektrode L1 (Alterung) Negativelektrode M1 (Vordotieren)
    Zelle L2 Positivelektrode L2 (Alterung) Negativelektrode M2 (kein Vordotieren)
    Zelle L3 Positivelektrode L3 (Alterung) Negativelektrode M3 (kein Vordotieren, jedoch erstes Laden/Entladen)
    Zelle L4 Positivelektrode L4 (keine Alterung) Negativelektrode M4 (Vordotieren)
    Zelle L5 Positivelektrode L5 (keine Alterung) Negativelektrode M5 (kein Vordotieren)
    Halbzelle Zelle L6 Positivelektrode L6 (keine Alterung) -
  • Die Zykluseigenschaften der hergestellten Zellen L1 bis L6 wurden gemessen. Bei einem Zyklustest wurde ein Konstantstromladen mit einer Stromdichte pro Aktivmaterialgewicht von 30 mA/g durchgeführt, bis die Spannung eine Abschaltspannung von 4,6 V erreichte. Konstantstromentladen wurde bei einer Stromdichte von 30 mA/g durchgeführt, bis die Spannung eine Abschaltspannung von 2,0 V erreichte. Die Temperatur während der Ladung und Entladung war 25°C. Bei dem Zyklustest wurden Konstantstromladen und -entladen wiederholt.
  • 48 zeigt die Lade-Entlade-Zykluseigenschaften der Zellen L1 bis L6. In 48 stellt eine Längsachse die Kapazität (mAh/g) dar, und eine Querachse stellt die Anzahl der Zyklen (Häufigkeit) dar. Hier wurde die Kapazität bezüglich des Gewichts des Positivelektrodenaktivmaterials normalisiert. In 48 wird ein Plot der Zelle L1 durch schwarze Kreise dargestellt, wird ein Plot der Zelle L2 durch offene Kreise dargestellt, wird ein Plot der Zelle L3 durch weiße Vierecke dargestellt, wird ein Plot der Zelle L4 durch weiße Dreiecke dargestellt, wird ein Plot der Zelle L5 durch Kreuze dargestellt und wird ein Plot der Zelle L6 durch Sterne dargestellt.
  • Wie in 48 gezeigt, weist die Zelle L1, deren Positivelektrode einer Alterung unterzogen wurde und deren Negativelektrode mit Lithium vordotiert wurde, vorteilhafte Eigenschaften auf, die denjenigen der Halbzelle gleichen, die die Zelle L6 umfasst. Des Weiteren weisen die Zellen L2 und L3, deren Positivelektroden einer Alterung unterzogen wurden und deren Negativelektroden nicht mit Lithium vordotiert wurden, ebenfalls vorteilhafte Eigenschaften nach denen der Zelle L1 auf. Außerdem sind die Anfangskapazitäten der Zellen L4 und L5, deren Positivelektroden keiner Alterung unterzogen wurden, niedriger als diejenigen der Zellen L1 bis L3, deren Positivelektroden einer Alterung unterzogen wurden. Außerdem sind die Kapazitäten der Zellen L4 und L5 niedriger selbst nach einigen Zyklen als diejenigen der Zellen L1 bis L3. Die Ergebnisse in 48 zeigen, dass eine Alterung, die an der Elektrode einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung durchgeführt wird, die Zykluseigenschaften verbessert.
  • [Beispiel 9]
  • Bei diesem Beispiel werden Ergebnisse der Alterung, die an der Elektrode einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bedingungen durchgeführt wird, die sich von denjenigen in Beispiel 8 unterscheiden, anhand von 50 beschrieben.
  • Elektroden, die bei diesem Beispiel verwendet werden, werden beschrieben.
  • Als Erstes wurde eine Positivelektrode n unter Verwendung der Probe F in Beispiel 4 unter Bedingungen ausgebildet, die denjenigen der Elektrode H gleichen. Des Weiteren wurde eine Negativelektrode o unter Bedingungen ausgebildet, die den Bedingungen der Negativelektrode in Beispiel 4 gleichen.
  • Anschließend wurde eine laminierte Zelle hergestellt, die die Positivelektrode n und eine Negativelektrode enthält, die aus einer Graphitelektrode ausgebildet ist, und ein Konstantstrombetrieb wurde zwei Zyklen lang bei 25°C bei einer Rate von 0,1 C durchgeführt, bis die Ladespannung eine Abschaltspannung von 4,6 V erreichte, oder bis die Entladespannung eine Abschaltspannung von 2,0 V erreichte. Die Positivelektrode nach den zwei Zyklen ist eine Positivelektrode N. Anschließend wurde die laminierte Zelle geöffnet, um die Positivelektrode N zu entnehmen.
  • Als Nächstes wurde eine laminierte Zelle, die eine Positivelektrode, die unter Verwendung von LiFePO4 ausgebildet wurde, und die Negativelektrode o umfasst, hergestellt und bei 25°C bei einem Konstantstrom bei einer Rate von 0,01 C aufgeladen, bis die Spannung eine Abschaltspannung von 3,2 V erreichte. Danach wurde die laminierte Zelle für das Entgasen geöffnet und anschließend erneut versiegelt. Anschließend wurde die laminierte Zelle bei 25°C bei einem Konstantstrom bei einer Rate von 0,1 C aufgeladen, bis die Spannung eine Abschaltspannung von 4,0 V erreichte, und bei 0,2 C entladen, bis die Spannung eine Abschaltspannung von 2,0 V erreichte. Anschließend wurde die laminierte Zelle bei 25°C entladen, bis die Spannung eine Abschaltspannung von 2,0 V erreichte. Zuletzt wurde eine Positivelektrodenkapazität von 40 mAh/g bei 25°C bei einem Konstantstrom bei einer Rate von 0,2 C aufgeladen. Bei der Negativelektrode zu dem Zeitpunkt, zu dem Li, das einer Positivelektrodenkapazität von 40 mAh/g entspricht, eingelagert wurde, handelt es sich um eine Negativelektrode O. Anschließend wurde die laminierte Zelle geöffnet, um die Negativelektrode O zu entnehmen.
  • Eine Zelle M (Ganzzelle) wurde unter Verwendung der Positivelektrode N und der Negativelektrode O hergestellt. Eine laminierte Sekundärbatterie wurde als Ganzzelle hergestellt. Als Separator wurde Polypropylen verwendet. Eine Elektrolytlösung wurde ausgebildet, indem Lithiumhexafluorphosphat (LiPF6) in einer Mischlösung, in der Ethylencarbonat (EC), Diethylcarbonat (DEC) und Ethylmethylcarbonat (EMC) in einem Volumenverhältnis von 3:6:1 gemischt worden waren, in einer Konzentration von 1 mol/l gelöst wurde.
  • Anschließend wurden die Zykluseigenschaften der Zelle M gemessen. In einem Zyklus eines Zyklustests wurde bei 25°C bei einem Konstantstrom bei einer Rate von 0,2 C ein Laden durchgeführt, bis die Spannung eine Abschaltspannung von 4,6 V erreichte, und wurde ein Entladen durchgeführt, bis die Spannung eine Abschaltspannung von 2,0 V erreichte.
  • 50 zeigt die Lade-Entlade-Zykluseigenschaften der Zelle M. In 50 stellt eine Längsachse die Kapazitätshalterate (%) dar, und eine Querachse stellt die Anzahl der Zyklen (Häufigkeit) dar. Wie in 50 gezeigt, beträgt die Kapazitätshalterate selbst nach 500 Zyklen ungefähr 80%, was darauf hindeutet, dass die Zelle M günstige Eigenschaften aufweist.
  • [Beispiel 10]
  • Bei diesem Beispiel werden die Messergebnisse der Lade- und Entladeeigenschaften einer Zelle beschrieben, die unter Verwendung der Elektrode einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung hergestellt wurde.
  • Eine Elektrode, die bei diesem Beispiel verwendet wird, wird beschrieben.
  • Als Erstes wurde eine Positivelektrode P als Positivelektrode unter Verwendung der Probe F in Beispiel 4 unter Bedingungen ausgebildet, die denjenigen der Elektrode H gleichen. Es sei angemerkt, dass in der Positivelektrode P das Zusammensetzungsverhältnis der Probe F zu AB und PVdF in der Elektroden-Bindemittel-Zusammensetzung 85:5:10 (Gewichtsverhältnis) war.
  • Als Nächstes wurde eine Halbzelle unter Verwendung der Elektrode P hergestellt. Für die Zelle wurde eine Knopfzelle verwendet. Lithium wurde für eine Gegenelektrode der Halbzelle verwendet. Eine Elektrolytlösung wurde ausgebildet, indem LiPF6 als Elektrolyt in einer Mischlösung, die EC und DEC, die aprotische organische Lösungsmittel sind, bei einem Volumenverhältnis von 1:1 enthält, aufgelöst wurde. Als Separator wurde Polypropylen (PP) verwendet.
  • Anschließend wurde eine Alterung an der hergestellten Halbzelle bei 25°C durchgeführt. Insbesondere wurde in dem ersten Zyklus ein Konstantstromladen bei einer Rate von 0,1 C (Stromdichte von 30 mA/g) mit einer Kapazität von 150 mAh/g durchgeführt und wurde ein Konstantstromentladen bei einer Rate von 0,1 C mit der unteren Spannungsgrenze von 2 V durchgeführt, wurde in dem zweiten Zyklus ein Konstantstromladen bei einer Rate von 0,1 C mit einer Kapazität von 180 mAh/g durchgeführt und wurde ein Konstantstromentladen bei einer Rate von 0,1 C mit der unteren Spannungsgrenze von 2 V durchgeführt, wurde in dem dritten Zyklus ein Konstantstromladen bei einer Rate von 0,1 C mit einer Kapazität von 210 mAh/g durchgeführt und wurde ein Konstantstromentladen bei einer Rate von 0,1 C mit der unteren Spannungsgrenze von 2 V durchgeführt, wurde in dem vierten Zyklus ein Konstantstromladen bei einer Rate von 0,1 C mit einer Kapazität von 240 mAh/g durchgeführt und wurde ein Konstantstromentladen bei einer Rate von 0,1 C mit der unteren Spannungsgrenze von 2 V durchgeführt und wurde in dem fünften Zyklus ein Konstantstromladen bei einer Rate von 0,1 C mit einer Kapazität von 270 mAh/g durchgeführt und wurde ein Konstantstromentladen bei einer Rate von 0,1 C mit der unteren Spannungsgrenze von 2 V durchgeführt.
  • Die Lade- und Entladeeigenschaften wurden bei 25°C nach der vorstehenden Alterung gemessen. Ein Konstantstromladen wurde bei einer Rate von 0,1 C mit der oberen Spannungsgrenze von 4,8 V durchgeführt, und ein Konstantstromentladen wurde bei einer Rate von 0,1 C mit der unteren Spannungsgrenze von 2 V durchgeführt. 51 zeigt Lade- und Entladekurven. In 51 stellt eine Längsachse die Spannung (V) dar, und eine Querachse stellt die Kapazität (mAh/g) dar. Die Ergebnisse zeigen, dass eine hohe Entladekapazität von höher als 300 mAh/g erhalten wird, wenn das Aktivmaterial einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet wird.
  • Erklärung der Bezugszeichen
    • 100: Elektrode, 101: Stromabnehmer, 102: Aktivmaterialschicht, 110: Primärteilchen, 110a: Teilchen, 110b: Teilchen, 111: Primärteilchen, 111a: Teilchen, 111b: Teilchen, 112: Primärteilchen, 113a: Teilchen, 120a: Graphen, 120b: Graphen, 121a: Graphen, 122: Graphen, 130a: Graphen, 151: durchgezogene Linie, 152: durchgezogene Linie, 153: durchgezogene Linie, 300: Speicherbatterie, 301: Positivelektrodendose, 302: Negativelektrodendose, 303: Dichtung, 304: Positivelektrode, 305: Positivelektrodenstromabnehmer, 306: Positivelektrodenaktivmaterialschicht, 307: Negativelektrode, 308: Negativelektrodenstromabnehmer, 309: Negativelektrodenaktivmaterialschicht, 310: Separator, 500: Speicherbatterie, 501: Positivelektrodenstromabnehmer, 502: Positivelektrodenaktivmaterialschicht, 503: Positivelektrode, 504: Negativelektrodenstromabnehmer, 505: Negativelektrodenaktivmaterialschicht, 506: Negativelektrode, 507: Separator, 508: Elektrolytlösung, 509: Außenteil, 510: die Positivelektrodenanschlusselektrode, 511: Negativelektrodenanschlusselektrode, 512: zu schweißender Bereich, 513: Biegeabschnitt, 514: Dichtungsabschnitt, 600: Speicherbatterie, 601: Positivelektrodenkappe, 602: Batteriedose, 603: Positivelektrodenanschluss, 604: Positivelektrode, 605: Separator, 606: Negativelektrode, 607: Negativelektrodenanschluss, 608: Isolierplatte, 609: Isolierplatte, 611: PTC-Element, 612: Sicherheitsventil-Mechanismus, 721: Zweistoffdüse, 722: Heizmittel, 723: Sprühzylinder, 724: Fliehkraftabscheider, 725: Behälter, 900: Leiterplatte, 910: Etikett, 911: Anschluss, 912: Schaltung, 913: Speicherbatterie, 914: Antenne, 915: Antenne, 916: Schicht, 917: Schicht, 918: Antenne, 919: Anschluss, 920: Anzeigevorrichtung, 921: Sensor, 922: Anschluss, 951: Anschluss, 952: Anschluss, 980: Speicherbatterie, 981: Film, 982: Film, 990: Speicherbatterie, 991: Außenteil, 992: Außenteil, 993: gewickelter Teil, 994: Negativelektrode, 995: Positivelektrode, 996: Separator, 997: Anschlusselektrode, 998: Anschlusselektrode, 1700: gekrümmte Oberfläche, 1701: Ebene, 1702: Kurve, 1703: Krümmungsradius, 1704: Krümmungsmittelpunkt, 1800: Krümmungsmittelpunkt, 1801: Film, 1802: Krümmungsradius, 1803: Film, 1804: Krümmungsradius, 7100: tragbare Anzeigevorrichtung, 7101: Gehäuse, 7102: Anzeigeabschnitt, 7103: Bedienungsknopf, 7104: Stromspeichervorrichtung, 7200: tragbares Informationsendgerät, 7201: Gehäuse, 7202: Anzeigeabschnitt, 7203: Band, 7204: Schnalle, 7205: Bedienungsknopf, 7206: Eingangs-/Ausgangsanschluss, 7207: Icon, 7300: Anzeigevorrichtung, 7304: Anzeigeabschnitt, 7400: Mobiltelefon, 7401: Gehäuse, 7402: Anzeigeabschnitt, 7403: Bedienungsknopf, 7404: externer Verbindungsanschluss, 7405: Lautsprecher, 7406: Mikrophon, 7407: Stromspeichervorrichtung, 7408: Anschlusselektrode, 7409: Stromabnehmer, 8000: Anzeigevorrichtung, 8001: Gehäuse, 8002: Anzeigeabschnitt, 8003: Lautsprecherabschnitt, 8004: Stromspeichervorrichtung, 8021: Ladegerät, 8022: Kabel, 8024: Stromspeichervorrichtung, 8100: Beleuchtungsvorrichtung, 8101: Gehäuse, 8102: Lichtquelle, 8103: Stromspeichervorrichtung, 8104: Decke, 8105: Wand, 8106: Fußboden, 8107: Fenster, 8200: Inneneinheit, 8201: Gehäuse, 8202: Luftauslass, 8203: Stromspeichervorrichtung, 8204: Außeneinheit, 8300: elektrischer Gefrierkühlschrank, 8301: Gehäuse, 8302: Kühlschranktür, 8303: Gefrierschranktür, 8304: Stromspeichervorrichtung, 8400: Fahrzeug, 8401: Scheinwerfer, 8500: Fahrzeug, 9600: Tablet-Computer, 9625: Schalter, 9626: Schalter, 9627: Netzschalter, 9628: Bedienungsschalter, 9629: Halterung, 9630: Gehäuse, 9630a: Gehäuse, 9630b: Gehäuse, 9631: Anzeigeabschnitt, 9631a: Anzeigeabschnitt, 9631b: Anzeigeabschnitt, 9632a: Bereich, 9632b: Bereich, 9633: Solarzelle, 9634: Lade-/Entladesteuerschaltung, 9635: Energiespeichereinheit, 9636: Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler, 9637: Wandler, 9638: Bedienungstaste, 9639: Knopf, und 9640: beweglicher Abschnitt.
  • Diese Anmeldung basiert auf der japanischen Patentanmeldung mit der Seriennr. 2014-097946 , eingereicht beim japanischen Patentamt am 9. Mai 2014, der japanischen Patentanmeldung mit der Seriennr. 2014-105515 , eingereicht beim japanischen Patentamt am 21. Mai 2014, und auf der japanischen Patentanmeldung mit der Seriennr. 2014-219383 , eingereicht beim japanischen Patentamt am 28. Oktober 2014, deren gesamte Inhalte hiermit zum Gegenstand der vorliegenden Offenlegung gemacht werden.

Claims (16)

  1. Lithium-Ionen-Sekundärbatterie, die umfasst: eine Elektrode, die ein Aktivmaterial, ein leitendes Additiv und ein Bindemittel umfasst, wobei das Aktivmaterial ein Teilchen mit einer Spaltebene und eine Schicht umfasst, die Kohlenstoff enthält und mindestens einen Teil der Spaltebene des Teilchens bedeckt, wobei das Teilchen mit der Spaltebene Lithium, Mangan, Nickel und Sauerstoff enthält, und wobei eine Lade- und Entladekapazität größer als oder gleich 260 mAh/g in den ersten 15 Zyklen, wobei ein Redoxpotential von Lithium als Referenzpotential verwendet wird, in einem Spannungsbereich von höher als oder gleich 2,0 V und niedriger als oder gleich 4,8 V ist.
  2. Lithium-Ionen-Sekundärbatterie nach Anspruch 1, wobei die Schicht, die Kohlenstoff enthält, Graphen enthält.
  3. Lithium-Ionen-Sekundärbatterie nach Anspruch 1, wobei die Schicht, die Kohlenstoff enthält, eine Funktion zum Verhindern einer Sauerstoff-Auslagerung von dem Teilchen mit der Spaltebene aufweist.
  4. Lithium-Ionen-Sekundärbatterie nach Anspruch 1, wobei eine Dicke der Schicht, die Kohlenstoff enthält, größer als oder gleich 1 nm und kleiner als oder gleich 50 nm ist.
  5. Lithium-Ionen-Sekundärbatterie nach Anspruch 1, wobei die Spaltebene eine Kristallebene einer (001)-Ebene oder einer (100)-Ebene aufweist.
  6. Lithium-Ionen-Sekundärbatterie nach Anspruch 1, wobei das Teilchen mit der Spaltebene eine geschichtete Steinsalz-Kristallstruktur aufweist.
  7. Lithium-Ionen-Sekundärbatterie nach Anspruch 1, wobei das Teilchen mit der Spaltebene eine geschichtete Steinsalz-Kristallstruktur und eine Spinell-Kristallstruktur aufweist.
  8. Elektronisches Gerät, das umfasst: die Lithium-Ionen-Sekundärbatterie nach Anspruch 1; und eine Anzeigevorrichtung, einen Bedienungsknopf, einen externen Verbindungsanschluss, einen Lautsprecher oder ein Mikrophon.
  9. Ein Aktivmaterial, das umfasst: ein Teilchen mit einer Spaltebene; und eine Schicht, die Kohlenstoff enthält und mindestens einen Teil der Spaltebene des Teilchens bedeckt, wobei das Teilchen mit der Spaltebene Lithium, Mangan, Nickel und Sauerstoff enthält.
  10. Aktivmaterial nach Anspruch 9, wobei die Schicht, die Kohlenstoff enthält, Graphen enthält.
  11. Aktivmaterial nach Anspruch 9, wobei die Schicht, die Kohlenstoff enthält, eine Funktion zum Verhindern einer Sauerstoff-Auslagerung von dem Teilchen mit der Spaltebene aufweist.
  12. Aktivmaterial nach Anspruch 9, wobei eine Dicke der Schicht, die Kohlenstoff enthält, größer als oder gleich 1 nm und kleiner als oder gleich 50 nm ist.
  13. Aktivmaterial nach Anspruch 9, wobei die Spaltebene eine Kristallebene einer (001)-Ebene oder einer (100)-Ebene aufweist.
  14. Aktivmaterial nach Anspruch 9, wobei das Teilchen mit der Spaltebene eine geschichtete Steinsalz-Kristallstruktur aufweist.
  15. Aktivmaterial nach Anspruch 9, wobei das Teilchen mit der Spaltebene eine geschichtete Steinsalz-Kristallstruktur und eine Spinell-Kristallstruktur aufweist.
  16. Elektrode, die das Aktivmaterial nach Anspruch 9, ein leitendes Additiv, ein Bindemittel und einen Stromabnehmer umfasst.
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