DE112020006164T5 - Nichtwässriger-elektrolyt-energiespeichervorrichtung und verfahren zum herstellen derselben - Google Patents

Nichtwässriger-elektrolyt-energiespeichervorrichtung und verfahren zum herstellen derselben Download PDF

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Abstract

Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Nichtwässriger-Elektrolyt-Energiespeichervorrichtung, die eine negative Elektrode, die eine Lithiumlegierung enthält, und einen nichtwässrigen Elektrolyten enthält, der ein fluoriertes Lösungsmittel enthält, wobei die Lithiumlegierung Silber enthält und der Gehalt an Silber, bezogen auf den Gesamtgehalt an Lithium und Silber in der Lithiumlegierung, 3 Massenprozent oder mehr und 20 Massenprozent oder weniger beträgt. Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Nichtwässriger-Elektrolyt-Energiespeichervorrichtungen, die eine negative Elektrode, die eine Lithiumlegierung enthält, und einen nichtwässrigen Elektrolyten enthält, der ein Lithiumsalz enthält, das Fluor enthält, wobei die Lithiumlegierung Silber enthält und der Gehalt an Silber, bezogen auf den Gesamtgehalt an Lithium und Silber in der Lithiumlegierung, 3 Massenprozent oder mehr und 20 Massenprozent oder weniger beträgt.

Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Nichtwässriger-Elektrolyt-Energiespeichervorrichtung und ein Verfahren zum Herstellen derselben.
  • HINTERGRUND
  • Nichtwässriger-Elektrolyt-Sekundärbatterien, typischerweise Lithium-Ionen-Sekundärbatterien, werden weitverbreitet in elektronischen Geräten wie Personal-Computern und Datenübertragungsendgeräten, Kraftfahrzeugen und dergleichen verwendet, da diese Sekundärbatterien eine hohe Energiedichte aufweisen. Die Nichtwässriger-Elektrolyt-Sekundärbatterien enthalten im Allgemeinen ein Paar Elektroden, die durch einen Separator elektrisch voneinander getrennt sind, und einen nichtwässrigen Elektrolyten, der sich zwischen den Elektroden befindet, und so konfiguriert sind, dass Ionen zwischen den beiden Elektroden zum Laden/Entladen übertragen werden können. Kondensatoren wie Lithium-Ionen-Kondensatoren und elektrische Doppelschichtkondensatoren werden auch weitverbreitet als Nichtwässriger-Elektrolyt-Energiespeichervorrichtung verwendet anders als Nichtwässriger-Elektrolyt-Sekundärbatterien.
  • Lithiummetall ist als ein negatives Aktivmaterial mit einer hohen Energiedichte für den Einsatz in Nichtwässriger-Elektrolyt-Energiespeichervorrichtungen bekannt. In einer Nichtwässriger-Elektrolyt-Energiespeichervorrichtung, in der Lithiummetall als ein negatives Aktivmaterial verwendet wird, kann während eines Ladens Lithiummetall in einer dendritischen Form an der Oberfläche der negativen Elektrode ausgefällt werden (im Folgenden wird Lithiummetall in dendritischer Form als ein „Dendrit“ bezeichnet). Wenn der Dendrit wächst, einen Separator durchdringt und dann mit einer positiven Elektrode in Kontakt kommt, wird ein Kurzschluss verursacht. Aus diesem Grund hat eine Nichtwässriger-Elektrolyt-Energiespeichervorrichtung, die Lithiummetall als ein negatives Aktivmaterial enthält, den Nachteil, dass ein Kurzschluss durch wiederholtes Laden/Entladen verursacht werden kann. Als eine Technik zum Unterdrücken des Wachstums des Dendriten wurde die Verwendung einer Lithiumlegierung als ein negatives Aktivmaterial vorgeschlagen (siehe Patentschriften 1 bis 3).
  • Spezifisch beschreibt die Patentschrift 1 die Erfindung einer Nichtwässriger-Elektrolyt-Sekundärbatterie, dadurch gekennzeichnet, dass eine negative Elektrode eine Legierung in fester Lösung aus Lithium ist; und einem Metall mit der Fähigkeit des Lösens in Lithium als eine feste Lösung. In den Beispielen des Patentdokuments 1 werden Zink, Magnesium und Silber als ein Metall verwendet, mit der Fähigkeit des Lösens in Lithium als eine feste Lösung, mit dem Ergebnis, dass die Lade-Entlade-Zykluscharakteristiken in jedem Fall der verwendeten Lithiumlegierungen ähnlich verbessert werden. In den Beispielen des Patentdokuments 1 wird als ein nichtwässriges Lösungsmittel ein Lösungsmittelgemisch aus Propylencarbonat und 1,2-Dimethoxyethan, die gleich an Volumen sind, verwendet. Darüber hinaus wird in den Beispielen des Patentdokuments 1 als ein nichtwässriger Elektrolyt eine Nichtwässriger-Elektrolyt-Lösung mit einem Lithiumperchlorat verwendet, das in dem Lösungsmittelgemisch aus Propylencarbonat und 1,2-Dimethoxyethan, die gleich an Volumen sind, gelöst ist.
  • DOKUMENTE ZUM STAND DER TECHNIK
  • PATENTSCHRIFTEN
    • Patentschrift 1: JP-A-5-47381
    • Patentschrift 2: JP-A-7-22017
    • Patentschrift 3: JP-A-61-74258
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • AUFGABEN, DIE DURCH DIE ERFINDUNG GELÖST WERDEN SOLLEN
  • In Nichtwässriger-Elektrolyt-Energiespeichervorrichtungen wurde die Verwendung von fluorierten Lösungsmitteln wie fluorierten Carbonaten untersucht, zum Zweck, beispielsweise die oxidative Zersetzung von nichtwässrigen Elektrolyten, verursacht bei hohen Potenzialen, zu unterdrücken. Die Erfinder haben jedoch festgestellt, dass im Falle einer Nichtwässriger-Elektrolyt-Energiespeichervorrichtung, in der ein nichtwässriger Elektrolyt verwendet wird, der ein fluoriertes Lösungsmittel enthält, Kurzschlüsse unzureichend unterdrückt werden können, selbst wenn als ein negatives Aktivmaterial einfach eine Legierung aus einem Metall mit der Fähigkeit des Lösens in Lithium als eine feste Lösung und Lithiummetall, wie in Patentdokument 1 erwähnt, verwendet wird.
  • In Nichtwässriger-Elektrolyt-Energiespeichervorrichtungen werden häufig Lithiumsalze, die Fluor enthalten, mit günstiger Oxidationsbeständigkeit, Löslichkeit, Dissoziierbarkeit von Lithiumionen und dergleichen als Elektrolytsalz verwendet. Die Erfinder haben jedoch festgestellt, dass im Falle einer Nichtwässriger-Elektrolyt-Energiespeichervorrichtung, in der ein nichtwässriger Elektrolyt, der ein Lithiumsalz enthält, das Fluor enthält, verwendet wird, Kurzschlüsse unzureichend unterdrückt werden können, selbst wenn als ein negatives Aktivmaterial einfach eine Legierung aus einem Metall mit der Fähigkeit des Lösens in Lithium als eine feste Lösung und Lithiummetall, wie in Patentdokument 1 erwähnt, verwendet wird.
  • Die vorliegende Erfindung wurde bezüglich der oben beschriebenen Umstände gemacht.
  • Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, eine Nichtwässriger-Elektrolyt-Energiespeichervorrichtung bereitzustellen, die einen nichtwässrigen Elektrolyt enthält, der ein fluoriertes Lösungsmittel enthält, in dem ein beliebiger Kurzschluss unterdrückt wird, und ein Verfahren zum Herstellen einer solchen Nichtwässriger-Elektrolyt-Energiespeichervorrichtung.
  • Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, eine Nichtwässriger-Elektrolyt-Energiespeichervorrichtung bereitzustellen, die einen nichtwässrigen Elektrolyt enthält, der ein Lithiumsalz enthält, das Fluor enthält, in dem ein beliebiger Kurzschluss unterdrückt wird, und ein Verfahren zum Herstellen einer solchen Nichtwässriger-Elektrolyt-Energiespeichervorrichtung.
  • MITTEL ZUM LÖSEN DER AUFGABEN
  • Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Nichtwässriger-Elektrolyt-Energiespeichervorrichtungen, die eine negative Elektrode, die einer Lithiumlegierung enthält, und einen nichtwässrigen Elektrolyten enthält, der ein fluoriertes Lösungsmittel enthält, wobei die Lithiumlegierung Silber enthält und der Gehalt an Silber, bezogen auf den Gesamtgehalt an Lithium und Silber in der Lithiumlegierung, 3 Massenprozent oder mehr und 20 Massenprozent oder weniger beträgt.
  • Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Nichtwässriger-Elektrolyt-Energiespeichervorrichtung, die eine negative Elektrode, die eine Lithiumlegierung enthält, und einen nichtwässrigen Elektrolyten enthält, die ein Lithiumsalz enthält, das Fluor enthält, wobei die Lithiumlegierung Silber enthält und der Gehalt an Silber, bezogen auf den Gesamtgehalt an Lithium und Silber in der Lithiumlegierung, 3 Massenprozent oder mehr und 20 Massenprozent oder weniger beträgt.
  • Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Herstellen einer Nichtwässriger-Elektrolyt-Energiespeichervorrichtungen, enthaltend: Herstellen einer negativen Elektrode, die eine Lithiumlegierung enthält; und Herstellen eines nichtwässrigen Elektrolyten, der ein fluoriertes Lösungsmittel enthält, wobei die Lithiumlegierung Silber enthält und der Gehalt an Silber, bezogen auf den Gesamtgehalt an Lithium und Silber in der Lithiumlegierung, 3 Massenprozent oder mehr und 20 Massenprozent oder weniger beträgt.
  • Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Herstellen einer Nichtwässriger-Elektrolyt-Energiespeichervorrichtung, enthaltend: Herstellen einer negativen Elektrode, die eine Lithiumlegierung enthält; und Herstellen eines nichtwässrigen Elektrolyten, der ein Lithiumsalz enthält, das Fluor enthält, wobei die Lithiumlegierung Silber enthält und der Gehalt an Silber, bezogen auf den Gesamtgehalt an Lithium und Silber in der Lithiumlegierung, 3 Massenprozent oder mehr und 20 Massenprozent oder weniger beträgt.
  • VORTEILE DER ERFINDUNG
  • Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist es möglich, eine Nichtwässriger-Elektrolyt-Energiespeichervorrichtung bereitzustellen, die einen nichtwässrigen Elektrolyt enthält, der ein fluoriertes Lösungsmittel enthält, in dem ein beliebiger Kurzschluss unterdrückt wird, sowie ein Verfahren zum Herstellen einer solchen Nichtwässriger-Elektrolyt-Energiespeichervorrichtung.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist es möglich, eine Nichtwässriger-Elektrolyt-Energiespeichervorrichtung bereitzustellen, die einen nichtwässrigen Elektrolyt enthält, der ein Lithiumsalz enthält, das Fluor enthält, in dem ein beliebiger Kurzschluss unterdrückt wird, sowie ein Verfahren zum Herstellen einer solchen Nichtwässriger-Elektrolyt-Energiespeichervorrichtung.
  • Figurenliste
    • 1 ist eine perspektivische Außenansicht, die eine Nichtwässriger-Elektrolyt-Energiespeichervorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
    • 2 ist eine schematische Ansicht, die ein Energiespeichergerät darstellt, die durch Anordnen einer Vielzahl der Nichtwässriger-Elektrolyt-Energiespeichervorrichtungen gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung konfiguriert ist.
    • 3 ist eine Graphik, die die Anzahl an Zyklen zeigt, bis ein beliebiger Kurzschluss in den Nichtwässriger-Elektrolyt-Energiespeichervorrichtungen gemäß den Beispielen und Vergleichsbeispielen verursacht wird.
    • 4 ist eine Graphik, die eine Ladungsmenge für jeden Zyklus in einem Lade-Entlade-Zyklustest für eine Nichtwässriger-Elektrolyt-Energiespeichervorrichtung gemäß Beispiel 1 zeigt.
    • 5 zeigt die Lade-Entlade-Kurven von Nichtwässriger-Elektrolyt-Energiespeichervorrichtungen gemäß Beispiel 1 und Vergleichsbeispiel 11 im ersten Zyklus.
  • MITTEL ZUM AUSFÜHREN DER ERFINDUNG
  • Zunächst werden die Grundzüge einer Nichtwässriger-Elektrolyt-Energiespeichervorrichtung und eines Verfahrens zum Herstellen der Nichtwässriger-Elektrolyt-Energiespeichervorrichtung beschrieben, die in der vorliegenden Spezifikation offenbart werden.
  • Eine Nichtwässriger-Elektrolyt-Energiespeichervorrichtung gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Nichtwässriger-Elektrolyt-Energiespeichervorrichtung, die eine negative Elektrode, die eine Lithiumlegierung enthält, und einen nichtwässrigen Elektrolyt enthält, der ein fluoriertes Lösungsmittel enthält, wobei die Lithiumlegierung Silber enthält und der Gehalt an Silber, bezogen auf den Gesamtgehalt an Lithium und Silber in der Lithiumlegierung, 3 Massenprozent oder mehr und 20 Massenprozent oder weniger beträgt.
  • Die Nichtwässriger-Elektrolyt-Energiespeichervorrichtung unterdrückt trotz des Enthaltens des nichtwässrigen Elektrolyten, der das fluorierte Lösungsmittel enthält, einen Kurzschluss aufgrund des Wachstums eines Dendriten. Obwohl der Grund dafür nicht klar ist, wird der folgende Grund vermutet. Die Absätze [0008], [0020] und dergleichen des Patentdokuments 1 beschreiben, dass die feste Lösung eines Metalls in Lithium die Kristallstruktur des Lithiums verändert, sodass hervorgerufen wird, dass viele aktive Stellen für eine Ausfällung vorhanden sind, wodurch das Lithium während eines Ladens dicht ausgefällt wird und dann ein beliebiges dendritisches Wachstum verhindert wird. Auf der Grundlage einer solchen Theorie wird davon ausgegangen, dass derselbe Effekt auch unabhängig von der Art des Metalls in der festen Lösung in Lithium und der Art des nichtwässrigen Lösungsmittels auftritt. Tatsächlich wird in keinem beliebigen Beispiel des Patentdokuments 1 ein Unterschied im Effekt aufgrund der Art des Metalls in der festen Lösung festgestellt. Im Gegensatz dazu ist einer der anderen Faktoren, die das Dendritenwachstum beeinflussen, das Vorhandensein eines Films, der LiF enthält, der auf der Oberfläche der negativen Elektrode gebildet wird. Dieser Film, der aus einem fluorierten Lösungsmittel oder dergleichen stammt, fungiert zum Hemmen des Dendritenwachstums, aber wenn eine Lithiumlegierung für die negative Elektrode verwendet wird, wird angenommen, dass der Film, der auf der Oberfläche der negativen Elektrode gebildet wird, in einigen Fällen wahrscheinlich inhomogen ist, abhängig von der Art der Lithiumlegierung. In einem solchen Fall ist es wahrscheinlich, dass Lithiummetall auf dem inhomogenen Teil des Films ausgefällt wird, und daher wird angenommen, dass es unwahrscheinlich ist, dass das Dendritenwachstum in Abhängigkeit von den Lade-Entlade-Bedingungen oder dergleichen nicht ausreichend gehemmt werden kann. Im Gegensatz dazu, wenn die Lithiumlegierung zur Verwendung in der negativen Elektrode Silber enthält, und wenn der Gehalt an Silber, bezogen auf den Gesamtgehalt an Lithium und Silber in der Lithiumlegierung, 3 Massenprozent oder mehr und 20 Massenprozent oder weniger beträgt, möglicherweise weil keine oxidativ-reduktive Reaktion des Silbers während eines Ladens/Entladens im Wesentlichen entwickelt wird, weist ein aus dem fluorierten Lösungsmittel oder dergleichen stammender Film, der auf der Oberfläche der negativen Elektrode gebildet wird, wahrscheinlich eine hohe Homogenität auf und das Dendritenwachstum wird vermutlich ausreichend unterdrückt, wodurch es unwahrscheinlich wird, dass ein beliebiger Kurzschluss verursacht wird. Zusätzlich weist die Nichtwässriger-Elektrolyt-Energiespeichervorrichtung gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung eine ausreichend hohe Energiedichte mit dem hohen Gehalt an Lithium auf, da der Gehalt an Silber, bezogen auf den Gesamtgehalt an Lithium und Silber in der Lithiumlegierung, 20 Massenprozent oder weniger beträgt. Darüber hinaus ermöglicht die Nichtwässriger-Elektrolyt-Energiespeichervorrichtung, in der das Dendritenwachstum gehemmt ist, ein ausreichendes Entladen mit einem geringen Rückgang der Lade-Entlade-Effizienz.
  • Eine Nichtwässriger-Elektrolyt-Energiespeichervorrichtung gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Nichtwässriger-Elektrolyt-Energiespeichervorrichtung, die eine negative Elektrode, die eine Lithiumlegierung enthält, und einen nichtwässrigen Elektrolyt enthält, der ein Lithiumsalz enthält, das Fluor enthält, wobei die Lithiumlegierung Silber enthält und der Gehalt an Silber, bezogen auf den Gesamtgehalt an Lithium und Silber in der Lithiumlegierung, 3 Massenprozent oder mehr und 20 Massenprozent oder weniger beträgt.
  • Die Nichtwässriger-Elektrolyt-Energiespeichervorrichtung unterdrückt trotz des Enthaltens des nichtwässrigen Elektrolyten, der das Lithiumsalz enthält, das Fluor enthält, einen Kurzschluss aufgrund des Wachstums eines Dendriten. Obwohl der Grund dafür nicht klar ist, wird der folgende Grund vermutet. Die Absätze [0008], [0020] und dergleichen des Patentdokuments 1 beschreiben, dass die feste Lösung eines Metalls in Lithium die Kristallstruktur des Lithiums verändert, sodass hervorgerufen wird, dass viele aktive Stellen für eine Ausfällung vorhanden sind, wodurch das Lithium während eines Ladens dicht ausgefällt wird und dann ein beliebiges dendritisches Wachstum verhindert wird. Auf der Grundlage einer solchen Theorie wird davon ausgegangen, dass derselbe Effekt auch unabhängig von der Art des Metalls in der festen Lösung in Lithium und der Art des nichtwässrigen Lösungsmittels auftritt. Tatsächlich wird in keinem beliebigen Beispiel des Patentdokuments 1 ein Unterschied im Effekt aufgrund der Art des Metalls in der festen Lösung festgestellt. Im Gegensatz dazu ist einer der anderen Faktoren, die das Dendritenwachstum beeinflussen, das Vorhandensein eines Films, der LiF enthält, der auf der Oberfläche der negativen Elektrode gebildet wird. Dieser Film, der aus einem Lithiumsalz, das Fluor enthält, oder dergleichen stammt, fungiert zum Hemmen des Dendritenwachstums, aber wenn eine Lithiumlegierung für die negative Elektrode verwendet wird, wird angenommen, dass der Film, der auf der Oberfläche der negativen Elektrode gebildet wird, in einigen Fällen wahrscheinlich inhomogen ist, abhängig von der Art der Lithiumlegierung. In einem solchen Fall ist es wahrscheinlich, dass Lithiummetall auf dem inhomogenen Teil des Films ausgefällt wird, und daher wird angenommen, dass es unwahrscheinlich ist, dass das Dendritenwachstum in Abhängigkeit von den Lade-Entlade-Bedingungen oder dergleichen nicht ausreichend gehemmt werden kann. Im Gegensatz dazu, wenn die Lithiumlegierung zur Verwendung in der negativen Elektrode Silber enthält, und wenn der Gehalt an Silber, bezogen auf den Gesamtgehalt an Lithium und Silber in der Lithiumlegierung, 3 Massenprozent oder mehr und 20 Massenprozent oder weniger beträgt, weil keine oxidativ-reduktive Reaktion des Silbers während eines Ladens/Entladens im Wesentlichen entwickelt wird, weist ein aus dem Lithiumsalz, das Fluor enthält, oder dergleichen stammender Film, der auf der Oberfläche der negativen Elektrode gebildet wird, wahrscheinlich eine hohe Homogenität auf und das Dendritenwachstum wird vermutlich ausreichend unterdrückt, wodurch es unwahrscheinlich wird, dass ein beliebiger Kurzschluss verursacht wird. Zusätzlich weist die Nichtwässriger-Elektrolyt-Energiespeichervorrichtung gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung eine ausreichend hohe Energiedichte mit dem hohen Gehalt an Lithium auf, da der Gehalt an Silber, bezogen auf den Gesamtgehalt an Lithium und Silber in der Lithiumlegierung, 20 Massenprozent oder weniger beträgt. Darüber hinaus ermöglicht die Nichtwässriger-Elektrolyt-Energiespeichervorrichtung, in der das Dendritenwachstum gehemmt ist, ein ausreichendes Entladen mit einem geringen Rückgang der Lade-Entlade-Effizienz.
  • Das Zusammensetzungsverhältnis der Atome, aus denen die Lithiumlegierung (negatives Aktivmaterial) in der negativen Elektrode besteht, bezieht sich auf ein Zusammensetzungsverhältnis in der Lithiumlegierung, die durch das folgende Verfahren entladen wird. Zunächst wird die Nichtwässriger-Elektrolyt-Energiespeichervorrichtung einem Laden bei konstantem Strom mit einem Strom von 0,05 C unterzogen, bis die Spannung eine Ladeschlussspannung bei normalem Gebrauch erreicht, so dass die Energiespeichervorrichtung in einen vollständig geladenen Zustand gebracht wird. Nach einer 30-minütigen Pause wird die Nichtwässriger-Elektrolyt-Energiespeichervorrichtung einem Entladen bei konstantem Strom mit einem Strom von 0,05 C bis zur unteren Grenzspannung bei normalem Gebrauch unterzogen. Die Nichtwässriger-Elektrolyt-Energiespeichervorrichtung wird zerlegt, und die negative Elektrode wird entnommen. Die Lithiumlegierung wird von der entnommenen negativen Elektrode gesammelt.
  • Es ist anzumerken, dass der Begriff „bei normalem Gebrauch“ die Verwendung des Nichtwässriger-Elektrolyt-Energiespeichervorrichtung unter Anwenden der Ladebedingungen bedeutet, die für die Nichtwässriger-Elektrolyt-Energiespeichervorrichtung empfohlen oder angegeben sind. Wenn beispielsweise ein Ladegerät für die Nichtwässriger-Elektrolyt-Energiespeichervorrichtung hergestellt wird, bezieht sich der Begriff auf einen Fall, dass die Nichtwässriger-Elektrolyt-Energiespeichervorrichtung durch Anwenden des Ladegeräts verwendet wird.
  • In der Nichtwässriger-Elektrolyt-Energiespeichervorrichtung gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung beträgt das positive Elektrodenpotential bei der Ladeschlussspannung bei normalem Gebrauch bevorzugt 4,30 V gegen Li/Li+ oder mehr. Wenn das positive Elektrodenpotential bei der Ladeschlussspannung bei normalem Gebrauch 4,30 V gegen Li/Li+ oder mehr ist, tendiert der nichtwässrige Elektrolyt dazu, leicht oxidativ zersetzt zu werden, und die Notwendigkeit der Verwendung eines fluorierten Lösungsmittels und/oder eines Lithiumsalzes, das Fluor enthält, wird gesteigert, wodurch der Nutzen der vorliegenden Erfindung gesteigert wird. Zusätzlich, wenn das positive Elektrodenpotential bei der Ladeschlussspannung bei normalem Gebrauch 4,30 V vs. Li/Li+ oder mehr ist, kann in Kombination mit der Verwendung der Lithiumlegierung als ein negatives Aktivmaterial eine Nichtwässriger-Elektrolyt-Energiespeichervorrichtung mit einer hohen Energiedichte bereitgestellt werden.
  • Die Nichtwässriger-Elektrolyt-Energiespeichervorrichtung gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung enthält eine positive Elektrode, die ein Lithium-Übergangsmetall-Kompositoxid enthält, wobei das Lithium-Übergangsmetall-Kompositoxid bevorzugt eine Kristallstruktur vom α-NaFeO2 -Typ aufweist, Nickel oder Mangan als ein Übergangsmetall enthält und ein molares Verhältnis (Li/Me) von Lithium (Li) zu dem Übergangsmetall (Me) von mehr als 1 aufweist. Ein solches Lithium-Übergangsmetall-Kompositoxid ist ein positives Aktivmaterial, das eine hohe elektrische Kapazität aufweist, und eine Nichtwässriger-Elektrolyt-Energiespeichervorrichtung, die eine positive Elektrode enthält, die das Oxid enthält, wird oft bei einer hohen Stromdichte verwendet. Typischerweise, wenn die Stromdichte bei normalem Gebrauch der Nichtwässriger-Elektrolyt-Energiespeichervorrichtung hoch ist, ist es wahrscheinlich, dass Dendriten wachsen. Dementsprechend kann im Fall der Nichtwässriger-Elektrolyt-Energiespeichervorrichtung, die die positive Elektrode enthält, die das oben erwähnte Lithium-Übergangsmetall-Kompositoxid enthält, der Effekt eines Unterdrückens eines beliebigen Kurzschlusses in besonderem Maße erzielt werden.
  • Es ist anzumerken, dass sich das Zusammensetzungsverhältnis der Atome, aus denen das positive Aktivmaterial besteht, auf ein Zusammensetzungsverhältnis in einem positiven Aktivmaterial bezieht, das keinem Laden/Entladen unterzogen wird, oder einem positiven Aktivmaterial, das durch das folgende Verfahren vollständig entladen wird. Zunächst wird die Nichtwässriger-Elektrolyt-Energiespeichervorrichtung einem Laden bei konstantem Strom mit einem Strom von 0,05 C unterzogen, bis die Spannung eine Ladeschlussspannung bei normalem Gebrauch erreicht, so dass die Energiespeichervorrichtung in einen vollständig geladenen Zustand gebracht wird. Nach einer 30-minütigen Pause wird die Nichtwässriger-Elektrolyt-Energiespeichervorrichtung einem Entladen bei konstantem Strom mit einem Strom von 0,05 C bis zur unteren Grenzspannung bei normalem Gebrauch unterzogen. Nachdem die Nichtwässriger-Elektrolyt-Energiespeichervorrichtung zerlegt wurde, um die positive Elektrode zu entnehmen, wird eine Testbatterie durch Verwenden einer Lithiummetall-Elektrode als Gegenelektrode zusammengebaut, ein Entladen bei konstantem Strom mit einem Stromwert von 10 mA pro 1 g eines positiven Komposits durchgeführt, bis das positive Potenzial 2,0 V erreicht (gegen Li/Li+), und die positive Elektrode wird auf den vollständig entladenen Zustand eingestellt. Die Testbatterie wird zerlegt, und die positive Elektrode wird entnommen. Ein Oxid des positiven Aktivmaterials wird von der entnommenen positiven Elektrode gesammelt.
  • Die oben erwähnte Lithiumlegierung besteht bevorzugt im Wesentlichen aus Lithium und Silber. Ein beliebiges Element außer Silber ist, bezogen auf Lithiummetall, im Wesentlichen nicht enthalten, wodurch ein Entladen bei einem niedrigen negativen Elektrodenpotential ermöglicht wird, das äquivalent zu dem von Lithiummetall ist, und somit ein Erreichen einer hohen Energiedichte ermöglicht wird. Zusätzlich, wenn die Lithiumlegierung im Wesentlichen aus Lithium und Silber besteht, kann das Gehaltsverhältnis an Lithium gesteigert werden, und die elektrische Kapazität kann gesteigert werden.
  • Ein Verfahren zum Herstellen einer Nichtwässriger-Elektrolyt-Energiespeichervorrichtung gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Herstellen einer Nichtwässriger-Elektrolyt-Energiespeichervorrichtung, enthaltend: Herstellen einer negativen Elektrode, die eine Lithiumlegierung enthält; und Herstellen eines nichtwässrigen Elektrolyten, der ein fluoriertes Lösungsmittel enthält, wobei die Lithiumlegierung Silber enthält und der Gehalt an Silber, bezogen auf den Gesamtgehalt an Lithium und Silber in der Lithiumlegierung, 3 Massenprozent oder mehr und 20 Massenprozent oder weniger beträgt.
  • Das Herstellungsverfahren weist die Fähigkeit auf, eine Nichtwässriger-Elektrolyt-Energiespeichervorrichtung herzustellen, die einen nichtwässrigen Elektrolyt enthält, der ein fluoriertes Lösungsmittel enthält, wobei ein Kurzschluss unterdrückt wird.
  • Ein Verfahren zum Herstellen einer Nichtwässriger-Elektrolyt-Energiespeichervorrichtung gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Herstellen einer Nichtwässriger-Elektrolyt-Energiespeichervorrichtung, enthaltend: Herstellen einer negativen Elektrode, die eine Lithiumlegierung enthält; und Herstellen eines nichtwässrigen Elektrolyten, der ein Lithiumsalz enthält, das Fluor enthält, wobei die Lithiumlegierung Silber enthält und der Gehalt an Silber, bezogen auf den Gesamtgehalt an Lithium und Silber in der Lithiumlegierung, 3 Massenprozent oder mehr und 20 Massenprozent oder weniger beträgt.
  • Das Herstellungsverfahren weist die Fähigkeit auf, eine Nichtwässriger-Elektrolyt-Energiespeichervorrichtung herzustellen, die einen nichtwässrigen Elektrolyt enthält, der ein Lithiumsalz enthält, das Fluor enthält, wobei ein Kurzschluss unterdrückt wird.
  • Nachfolgend werden die Nichtwässriger-Elektrolyt-Energiespeichervorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und das Verfahren zum Herstellen der Nichtwässriger-Elektrolyt-Energiespeichervorrichtung der Reihe nach beschrieben.
  • <Nichtwässriger-Elektrolyt-Energiespeichervorrichtung>
  • Die Nichtwässriger-Elektrolyt-Energiespeichervorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist eine positive Elektrode, eine negative Elektrode und einen nichtwässrigen Elektrolyten auf. Im Folgenden wird eine Nichtwässriger-Elektrolyt-Sekundärbatterie (im Folgenden auch einfach als „Sekundärbatterie“ bezeichnet) als ein Beispiel der Nichtwässriger-Elektrolyt-Energiespeichervorrichtung beschrieben. Die positive Elektrode und die negative Elektrode bilden normalerweise eine Elektrodenanordnung, in der die positive Elektrode und die negative Elektrode abwechselnd übereinander angeordnet sind, indem sie mit einem dazwischenliegenden Separator gestapelt oder gewickelt werden. Die Elektrodenanordnung ist in einem Gehäuse untergebracht, und das Gehäuse ist mit dem nichtwässrigen Elektrolyten gefüllt. Der nichtwässrige Elektrolyt ist zwischen der positiven Elektrode und der negativen Elektrode angeordnet. Als Gehäuse kann ein bekanntes Metallgehäuse, ein Harzgehäuse oder dergleichen verwendet werden, das normalerweise als ein Gehäuse einer Sekundärbatterie verwendet werden kann.
  • (Positive Elektrode)
  • Die positive Elektrode weist ein positives Substrat und eine positive Aktivmaterialschicht auf, die direkt oder mittels einer Zwischenschicht auf dem positiven Substrat angeordnet sind.
  • Das positive Substrat weist Leitfähigkeit auf. „Leitfähigkeit“ aufweisen bedeutet ein Aufweisen eines spezifischen Volumenwiderstands von 107 Ω cm oder weniger, der gemäß JIS-H-0505 (1975) gemessen wird, und der Begriff „keine Leitfähigkeit“ bedeutet, dass der spezifische Volumenwiderstand mehr als 107 Ω-cm beträgt. Als Material des positiven Substrats wird ein Metall wie Aluminium, Titan, Tantal, rostfreier Stahl oder eine Legierung davon verwendet. Unter diesen sind Aluminium und Aluminiumlegierungen unter dem Gesichtspunkt der Ausgewogenheit von elektrischem Potentialwiderstand, hoher Leitfähigkeit und Kosten bevorzugt. Beispiele der Form der Bildung des positiven Substrats schließen eine Folie und einen Dampfabscheidungsfilm ein, wobei eine Folie unter dem Gesichtspunkt der Kosten bevorzugt ist. Mit anderen Worten, ist eine Aluminiumfolie als positives Substrat bevorzugt. Beispiele des Aluminiums oder der Aluminiumlegierung schließen A1085 und A3003, die in JIS-H-4000 (2014) beschrieben sind, ein.
  • Die durchschnittliche Dicke des positiven Substrats beträgt bevorzugt 3 µm oder mehr und 50 pm oder weniger, bevorzugter 5 pm oder mehr und 40 pm oder weniger, noch bevorzugter 8 µm oder mehr und 30 µm oder weniger, und besonders bevorzugt 10 µm oder mehr und 25 pm oder weniger. Wenn die durchschnittliche Dicke des positiven Substrats innerhalb des oben beschriebenen Bereichs liegt, ist es möglich, die Energiedichte pro Volumen einer Sekundärbatterie zu erhöhen, während die Festigkeit des positiven Substrats gesteigert wird. Die „durchschnittliche Dicke“ bezieht sich auf einen Wert, der durch Teilen der Ausschnittmasse im Ausschnitt eines Substrats, der eine vorbestimmte Fläche aufweist, durch die tatsächliche Dichte und der Ausschnittfläche des Substrats erhalten wird. Im Folgenden gilt das gleiche für die „durchschnittliche Dicke“.
  • Die Zwischenschicht ist eine Beschichtungsschicht auf der Oberfläche des positiven Substrats und enthält leitfähige Partikel wie Kohlenstoffpartikel, um den Kontaktwiderstand zwischen dem positiven Substrat und der positiven Aktivmaterialschicht zu verringern. Die Konfiguration der Zwischenschicht ist nicht besonders begrenzt, aber kann beispielsweise aus einer Zusammensetzung gebildet werden, die einen Harzbinder und leitfähige Partikel enthält.
  • Die positive Aktivmaterialschicht wird aus einem sogenannten positiven Komposit gebildet, der ein positives Aktivmaterial enthält. Der positive Komposit, der die positive Aktivmaterialschicht bildet, kann, wenn notwendig, optionale Komponenten wie ein leitfähiges Mittel, einen Binder, ein Verdickungsmittel, einen Füllstoff und dergleichen enthalten.
  • Das positive Aktivmaterial kann geeigneter Weise aus bekannten positiven Aktivmaterialien ausgewählt werden. Als positives Aktivmaterial für eine Lithium-Sekundärbatterie wird normalerweise ein Material mit der Fähigkeit verwendet, Lithiumionen zu speichern und freizusetzen. Beispiele des positiven Aktivmaterials schließen Lithium-Übergangsmetall-Kompositoxide, die eine Kristallstruktur vom α-NaFeO2-Typ aufweisen, Lithium-Übergangsmetalloxide, die eine Kristallstruktur vom Spinell-Typ aufweisen, Polyanionenverbindungen, Chalkogenide und Schwefel ein. Beispiele des Lithium-Übergangsmetall-Kompositoxids, das eine Kristallstruktur vom α-NaFeO2-Typ aufweist, schließen Li[LixNi1-x]O2 (0 ≤ x < 0,5), Li[LixNiγCo1-x-γ]O2 (0 ≤ x < 0,5, 0 < γ < 1), Li[LixCo1-x]O2 (0 ≤ x < 0,5), Li[LixNiγMn1-x-γ]O2 (0 < x < 0,5, 0 < γ < 1), Li[LixNiyMnβCo1-x-γ-β]O2 (0 < x < 0,5, 0 < γ, 0 < β, 0,5 < γ + β < 1), und Li[LixNiγCoβAl1-x-γ-β]O2 (0 ≤ x < 0,5, 0 < γ, 0 < γ, 0,5 < γ + β < 1) ein. Beispiele des Lithium-Übergangsmetalloxids, das eine Kristallstruktur vom Spinell-Typ aufweist, schließen LixMn2O4 und LiXNiγMn2-γO4 ein Beispiele der Polyanionenverbindungen schließen LiFePO4, LiMnPO4, LiNiPO4, LiCoPO4, Li3V2(PO4)3, Li2MnSiO4 und Li2CoPO4F ein. Beispiele der Chalkogenide schließen Titandisulfid, Molybdändisulfid und Molybdändioxid ein. Ein Teil der Atome oder Polyanionen in diesen Materialien kann mit Atomen oder Anionenspezies, die aus anderen Elementen bestehen, substituiert werden. Die Oberflächen dieser Materialien können mit anderen Materialien beschichtet sein. In der positiven Aktivmaterialschicht kann eines dieser Materialien einzeln verwendet werden, oder zwei oder mehr davon können als Mischung verwendet werden.
  • Als positives Aktivmaterial ist ein Lithium-Übergangsmetall-Kompositoxid bevorzugt, und ein Lithium-Übergangsmetall-Kompositoxid, das eine Kristallstruktur vom α-NaFeO2-Typ aufweist, ist bevorzugter. Das Lithium-Übergangsmetall-Kompositoxid enthält bevorzugt Nickel oder Mangan als ein Übergangsmetall, und enthält bevorzugter sowohl Nickel und Mangan. Das Lithium-Übergangsmetall-Kompositoxid kann ferner ein weiteres Übergangsmetall wie Cobalt enthalten. In dem Lithium-Übergangsmetall-Kompositoxid, das eine Kristallstruktur vom α-NaFeO2-Typ aufweist, beträgt das molare Verhältnis (Li/Me) von Lithium (Li) zu dem Übergangsmetall (Me) bevorzugt mehr als 1, bevorzugter 1,1 oder mehr, noch bevorzugter 1,2 oder mehr. Die Verwendung eines solchen Lithium-Übergangsmetall-Kompositoxids ermöglicht eine Steigerung der elektrischen Kapazität. Zusätzlich tendiert, im Falle einer Nichtwässriger-Elektrolyt-Energiespeichervorrichtung mit einem solchen verwendeten positiven Aktivmaterial, die Vorrichtung normalerweise bei einer hohen Stromdichte verwendet zu werden, und typischerweise ist es wahrscheinlich, dass Dendrite wachsen. Dementsprechend kann im Fall der Nichtwässriger-Elektrolyt-Energiespeichervorrichtung, die die positive Elektrode enthält, die das oben erwähnte Lithium-Übergangsmetall-Kompositoxid enthält, der Effekt des Unterdrückens eines beliebigen Kurzschlusses in besonderem Maße erzielt werden. Es ist anzumerken, dass die obere Grenze des molaren Verhältnisses (Li/Me) von Lithium zu dem Übergangsmetall bevorzugt 1,6, bevorzugter 1,5 beträgt.
  • Als Lithium-Übergangsmetall-Kompositoxid, das eine Kristallstruktur vom α-NaFeO2-Typ aufweist, ist eine Verbindung, dargestellt durch die folgende Formel (1), bevorzugt. Li1+αMe1-αO2 (1)
  • In der Formel (1) ist Me ein Übergangsmetall, das Ni oder Mn enthält. Die Bedingung 0 < α < 1 ist erfüllt.
  • Me in der Formel (1) enthält bevorzugt Ni und Mn. Me besteht bevorzugt im Wesentlichen aus zwei Elementen Ni und Mn oder aus drei Elementen Ni, Mn und Co. Me kann andere Übergangsmetalle enthalten.
  • In der Formel (1) beträgt die untere Grenze des molaren Verhältnisses (Ni/Me) von Ni zu Me bevorzugt 0,1, bevorzugter 0,2. Im Gegensatz dazu beträgt die obere Grenze dieses molaren Verhältnisses (Ni/Me) bevorzugt 0,5, bevorzugter 0,45. Das molare Verhältnis (Ni/Me) innerhalb des oben genannten Bereichs verbessert die Energiedichte.
  • In der Formel (1) beträgt die untere Grenze des molaren Verhältnisses (Mn/Me) von Mn zu Me bevorzugt 0,5, bevorzugter 0,55. Im Gegensatz dazu beträgt die obere Grenze dieses molaren Verhältnisses (Mn/Me) bevorzugt 0,75, bevorzugter 0,7. Das molare Verhältnis (Mn/Me) innerhalb des oben genannten Bereichs verbessert die Energiedichte.
  • In der Formel (1) beträgt die obere Grenze des molaren Verhältnisses (Co/Me) von Co zu Me bevorzugt 0,3, bevorzugter 0,2. Das molare Verhältnis (Co/Me) oder die untere Grenze des molaren Verhältnisses (Co/Me) kann 0 sein.
  • In der Formel (1) ist das molare Verhältnis (Li/Me) von Li zu Me, d. h. (1 + α)/(1 - α), bevorzugt größer als 1,0 (α > 0), bevorzugter 1,1 oder mehr, noch bevorzugter 1,2 oder mehr. Im Gegensatz dazu beträgt die obere Grenze dieses molaren Verhältnisses (Li/Me) bevorzugt 1,6, bevorzugter 1,5. Das molare Verhältnis (Li/Me) innerhalb des oben genannten Bereichs steigert die Entladekapazität.
  • Die untere Grenze des Gehalts des Lithium-Übergangsmetall-Kompositoxids, bezogen auf das gesamte positive Aktivmaterial, beträgt bevorzugt 50 Massenprozent, bevorzugter 80 Massenprozent und noch bevorzugter 95 Massenprozent. Der Gehalt des Lithium-Übergangsmetall-Kompositoxids, bezogen auf das gesamte positive Aktivmaterial, kann 100 Massenprozent betragen.
  • Die durchschnittliche Partikelgröße des positiven Aktivmaterials beträgt bevorzugt 0,1 µm oder mehr und beispielsweise 20 µm oder weniger. Durch Festlegen der durchschnittlichen Partikelgröße des positiven Aktivmaterials als gleich oder größer als die obige untere Grenze ist das positive Aktivmaterial leicht herzustellen oder handzuhaben. Durch Festlegen der durchschnittlichen Partikelgröße des positiven Aktivmaterials als gleich oder kleiner als die obige obere Grenze wird die Elektronenleitfähigkeit der positiven Aktivmaterialschicht verbessert. Hier bedeutet der Begriff „durchschnittliche Partikelgröße“ einen Wert, bei dem eine volumenbasierte integrierte Verteilung, die gemäß JIS-Z-8819-2 (2001) berechnet wird, 50 % beträgt, basierend auf einer Partikelgrößenverteilung, die durch ein Laserbeugungs-/Streuungsverfahren für eine verdünnte Lösung gemessen wurde, die durch Verdünnen von Partikeln mit einem Lösungsmittel gemäß JIS-Z-8825 (2013) erhalten wurde.
  • Ein Zerkleinerer, ein Klassierer oder dergleichen wird verwendet, um Partikel des positiven Aktivmaterials in einer vorbestimmten Form zu erhalten. Beispiele für ein Zerkleinerungsverfahren schließen ein Verfahren, bei dem ein Mörser, eine Kugelmühle, eine Sandmühle, eine Vibrationskugelmühle, eine Planetenkugelmühle, eine Strahlmühle, eine Gegenstrahlmühle, eine Strahlmühle mit wirbelndem Luftstrom oder ein Sieb oder Ähnliches verwendet wird, ein. Zum Zeitpunkt des Zerkleinerns kann auch eine Nasszerkleinerung in Gegenwart von Wasser oder einem organischen Lösungsmittel wie Hexan verwendet werden. Als Klassierverfahren wird je nach Bedarf ein Sieb oder ein Windkraftklassierer oder dergleichen verwendet, sowohl in trockener und in nasser Form.
  • Der Gehalt des positiven Aktivmaterials in der positiven Aktivmaterialschicht beträgt bevorzugt 70 Massenprozent oder mehr und 98 Massenprozent oder weniger, bevorzugter 80 Massenprozent oder mehr und 97 Massenprozent oder weniger, weiter bevorzugt 90 Massenprozent oder mehr und 96 Massenprozent oder weniger. Der Gehalt der positiven Aktivmaterialpartikel innerhalb des oben genannten Bereichs ermöglicht eine Steigerung in der elektrischen Kapazität der Sekundärbatterie.
  • Das leitfähige Mittel ist nicht besonders begrenzt, solange es ein Material ist, das Leitfähigkeit aufweist. Beispiele eines solchen leitfähigen Mittels schließen kohlenstoffhaltige Materialien; Metalle; und leitfähige Keramiken ein. Beispiele kohlenstoffhaltiger Materialien schließen Graphit und Kohlenstoffschwarz ein. Beispiele der Art des Kohlenstoffschwarzes schließen Ofenschwarz, Acetylenschwarz und Ketjenschwarz ein. Unter diesen sind kohlenstoffhaltige Materialien unter dem Gesichtspunkt der Leitfähigkeit und Beschichtbarkeit bevorzugt. Insbesondere sind Acetylenschwarz und Ketjenschwarz bevorzugt. Beispiele der Form des leitfähigen Mittels schließen eine Pulverform, eine Schichtform oder einer Faserform ein.
  • Der Gehalt des leitfähigen Mittels in der positiven Aktivmaterialschicht beträgt bevorzugt 1 Massenprozent oder mehr und 40 Massenprozent oder weniger, bevorzugter 2 Massenprozent oder mehr und 10 Massenprozent oder weniger. Durch Festlegen des Gehalts des leitfähigen Mittels in dem obigen Bereich kann die Energiedichte der Sekundärbatterie erhöht werden.
  • Beispiele des Binders schließen ein: thermoplastische Harze wie Fluorharz (Polytetrafluorethylen (PTFE), Polyvinylidenfluorid (PVDF) usw.), Polyethylen, Polypropylen und Polyimid; Elastomere wie Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk (EPDM), sulfoniertes EPDM, Styrol-Butadien-Kautschuk (SBR) und Fluorkautschuk; und Polysaccharidpolymere.
  • Der Gehalt des Binders in der positiven Aktivmaterialschicht beträgt bevorzugt 0,5 Massenprozent oder mehr und 10 Massenprozent oder weniger, bevorzugter 1 Massenprozent oder mehr und 6 Massenprozent oder weniger. Wenn der Gehalt des Binders in dem oben genannten Bereich liegt, kann das Aktivmaterial stabil gehalten werden.
  • Beispiele des Verdickungsmittels schließen Polysaccharidpolymere wie Carboxymethylcellulose (CMC) und Methylcellulose ein. Wenn das Verdickungsmittel eine funktionelle Gruppe aufweist, die mit Lithium reagiert, ist es bevorzugt, diese funktionelle Gruppe im Voraus durch Methylierung und dergleichen zu deaktivieren. Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist das Verdickungsmittel in einigen Fällen bevorzugt nicht in der positiven Aktivmaterialschicht enthalten.
  • Der Füllstoff ist nicht besonders begrenzt. Beispiele des Füllstoffes schließen Polyolefine wie Polypropylen und Polyethylen, anorganische Oxide wie Siliciumdioxid, Aluminiumoxid, Titandioxid, Calciumoxid, Strontiumoxid, Bariumoxid, Magnesiumoxid und Alumosilicat, Hydroxide wie Magnesiumhydroxid, Calciumhydroxid und Aluminiumhydroxid, Carbonate wie Calciumcarbonat, schwer lösliche ionische Kristalle von Calciumfluorid, Bariumfluorid, Bariumsulfat und dergleichen, Nitride wie Aluminiumnitrid und Siliciumnitrid, und aus mineralischen Ressourcen stammende Substanzen wie Talk, Montmorillonit, Böhmit, Zeolith, Apatit, Kaolin, Mullit, Spinell, Olivin, Sericit, Bentonit und Glimmer und deren künstliche Produkte ein. Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist der Füllstoff in einigen Fällen bevorzugt nicht in der positiven Aktivmaterialschicht enthalten.
  • Die positive Aktivmaterialschicht kann ein typisches Nichtmetallelement wie B, N, P, F, Cl, Br oder I, ein typisches Metallelement wie Li, Na, Mg, Al, K, Ca, Zn, Ga, Ge, Sn, Sr und Ba oder ein Übergangsmetallelement wie Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Mo, Zr, Nb oder W als eine Komponente anders als das positive Aktivmaterial, das leitfähige Mittel, den Binder, das Verdickungsmittel und den Füllstoff enthalten.
  • (Negative Elektrode)
  • Die negative Elektrode weist ein negatives Substrat und eine negative Aktivmaterialschicht auf, die direkt oder mittels einer Zwischenschicht auf dem negativen Substrat angeordnet sind. Die Zwischenschicht der negativen Elektrode kann die gleiche Konfiguration aufweisen wie die Zwischenschicht der positiven Elektrode.
  • Obwohl das negative Substrat die gleiche Konfiguration wie das positive Substrat aufweisen kann, werden als Material Metalle wie Kupfer, Nickel, rostfreier Stahl und vernickelter Stahl oder deren Legierungen verwendet, und Kupfer oder eine Kupferlegierung ist bevorzugt. Das heißt, das negative Substrat ist bevorzugt eine Kupferfolie. Beispiele der Kupferfolie schließen gewalzte Kupferfolien, elektrolytische Kupferfolien und dergleichen ein.
  • Die durchschnittliche Dicke des negativen Substrats beträgt bevorzugt 2 pm oder mehr und 35 pm oder weniger, bevorzugter 3 pm oder mehr und 30 pm oder weniger, noch bevorzugter 4 pm oder mehr und 25 pm oder weniger, besonders bevorzugt 5 µm oder mehr und 20 µm oder weniger. Wenn die durchschnittliche Dicke des negativen Substrats innerhalb des oben beschriebenen Bereichs liegt, ist es möglich, die Energiedichte pro Volumen einer Sekundärbatterie zu erhöhen, während die Festigkeit des negativen Substrats gesteigert wird.
  • Die negative Aktivmaterialschicht weist eine Lithiumlegierung auf. Die Lithiumlegierung ist eine Komponente, die als negatives Aktivmaterial fungiert.
  • Die Lithiumlegierung enthält Silber. Die untere Grenze des Gehalts an Silber, bezogen auf den Gesamtgehalt an Lithium und Silber in der Lithiumlegierung beträgt, 3 Massenprozent, bevorzugt 5 Massenprozent, bevorzugter 7 Massenprozent. Der Gehalt an Silber, bezogen auf den Gesamtgehalt an Lithium und Silber in der Lithiumlegierung, wird so festgelegt, gleich oder größer als die obige untere Grenze zu sein, wodurch das Dendritenwachstum weiter unterdrückt und Kurzschlüsse weiter unterdrückt werden. Im Gegensatz dazu beträgt die obere Grenze des Gehalts an Silbers, bezogen auf den Gesamtgehalt an Lithium und Silber in der Lithiumlegierung, 20 Massenprozent, bevorzugt 15 Massenprozent, bevorzugter 10 Massenprozent. Der Gehalt an Silber, bezogen auf den Gesamtgehalt an Lithium und Silber in der Lithiumlegierung, wird so festgelegt, kleiner oder gleich als die obige obere Grenze zu sein, wodurch Effekte wie eine Steigerung der Energiedichte ermöglicht werden.
  • Die Lithiumlegierung kann Komponenten anders als Lithium und Silber enthalten, besteht aber bevorzugt im Wesentlichen aus Lithium und Silber. Es ist anzumerken, dass die Formulierung „die Lithiumlegierung besteht im Wesentlichen aus Lithium und Silber“ bedeutet, dass die Lithiumlegierung im Wesentlichen keine Komponenten anders als Lithium und Silber enthält, und dass der Gehalt an Komponenten anders als Lithium und Silber weniger als 1 Massenprozent, bevorzugt weniger als 0,1 Massenprozent und bevorzugter weniger als 0,01 Massenprozent beträgt. Der Gehalt an Komponenten anders als Lithium und Silber innerhalb des oben genannten Bereichs ermöglicht ein Entladen bei einem niedrigen negativen Elektrodenpotential, das äquivalent zu dem von Lithiummetall ist, und ermöglicht dann, dass eine hohe Energiedichte erreicht wird. Zusätzlich ermöglicht der Gehalt an Komponenten anders als Lithium und Silber innerhalb des oben genannten Bereichs als ein Ergebnis, dass der Lithiumgehalt gesteigert wird und ermöglicht dann, dass die elektrische Kapazität gesteigert wird.
  • Die negative Aktivmaterialschicht kann eine Schicht sein, die im Wesentlichen nur aus einer Lithiumlegierung besteht. Beispielsweise kann der Gehalt der Lithiumlegierung in der negativen Aktivmaterialschicht 99 Massenprozent oder mehr betragen und kann 100 Massenprozent betragen. Zusätzlich kann das Zusammensetzungsverhältnis zwischen Lithium und Silber für jeden Teil der negativen Aktivmaterialschicht, der aus der Lithiumlegierung gebildet ist, ungleichmäßig sein. Beispielsweise kann die negative Aktivmaterialschicht aus mehreren Schichten gebildet werden, die sich im Zusammensetzungsverhältnis zwischen Lithium und Silber unterscheiden, und in diesem Fall kann sie eine Schicht enthalten, die keines von Lithium und Silber enthält. Die negative Aktivmaterialschicht kann aus einer einzigen Schicht aus einer Lithiumlegierung gebildet werden, die ein im Wesentlichen einheitliches Zusammensetzungsverhältnis zwischen Lithium und Silber aufweist.
  • Die negative Aktivmaterialschicht kann eine Lithiumlegierungsfolie sein. Die durchschnittliche Dicke der negativen Aktivmaterialschicht beträgt bevorzugt 5 µm oder mehr und 1 000 pm oder weniger, bevorzugter 10 pm oder mehr und 500 pm oder weniger, noch bevorzugter 30 µm oder mehr und 300 µm oder weniger.
  • (Separator)
  • Der Separator kann geeigneter Weise aus bekannten Separatoren ausgewählt werden. Als Separator kann beispielsweise ein Separator, der nur aus einer Substratschicht besteht, ein Separator, bei dem eine hitzebeständige Schicht, die hitzebeständige Partikel und einen Binder enthält, auf einer oder beiden Oberflächen der Substratschicht gebildet wird, oder dergleichen verwendet werden. Beispiele der Form der Substratschicht des Separators schließen ein Gewebe, einen Vliesstoff und einen porösen Harzfilm ein. Unter diesen Formen ist ein poröser Harzfilm unter dem Gesichtspunkt der Festigkeit bevorzugt, und ein Vliesstoff ist unter dem Gesichtspunkt der Flüssigkeitsrückhalteeigenschaften des nichtwässrigen Elektrolyten bevorzugt. Als Material der Substratschicht des Separators ist ein Polyolefin wie Polyethylen oder Polypropylen unter dem Gesichtspunkt einer Abschaltfunktion und Polyimid, Aramid oder dergleichen unter dem Gesichtspunkt der Oxidations- und Zersetzungsbeständigkeit bevorzugt. Als Substratschicht des Separators kann ein Material verwendet werden, das durch Kombination dieser Harze erhalten wird.
  • Die in der hitzebeständigen Schicht enthaltenen hitzebeständigen Partikel weisen bevorzugt einen Massenverlust von 5 % oder weniger im Falle eines Erwärmens von Raumtemperatur auf 500 °C in der Atmosphäre und bevorzugter einen Massenverlust von 5 % oder weniger im Falle eines Erwärmens von Raumtemperatur auf 800 °C in der Atmosphäre auf. Anorganische Verbindungen können als Materialien bezeichnet werden, deren Massenverlust, wenn das Material erwärmt wird, kleiner oder gleich einem vorgegebenen Wert ist. Beispiele für anorganische Verbindungen schließen Oxide wie Eisenoxid, Siliciumoxid, Aluminiumoxid, Titandioxid, Bariumtitanat, Zirkoniumoxid, Calciumoxid, Strontiumoxid, Bariumoxid, Magnesiumoxid und Alumosilicat; Hydroxide wie Magnesiumhydroxid, Calciumhydroxid und Aluminiumhydroxid; Nitride wie Aluminiumnitrid und Siliciumnitrid; Carbonate wie Calciumcarbonat; Sulfate wie Bariumsulfat; schwer lösliche ionische Kristalle von Calciumfluorid, Bariumfluorid und dergleichen; kovalent gebundene Kristalle wie Silicium und Diamant; und aus mineralischen Ressourcen stammende Substanzen wie Talk, Montmorillonit, Böhmit, Zeolith, Apatit, Kaolin, Mullit, Spinell, Olivin, Serizit, Bentonit und Glimmer und deren künstliche Produkte ein. Als anorganische Verbindung kann eine einfache Substanz oder ein Komplex dieser Substanzen einzeln verwendet werden, oder zwei oder mehrere davon können als Mischung verwendet werden. Unter diesen anorganischen Verbindungen ist Siliciumoxid, Aluminiumoxid oder Alumosilicat unter dem Gesichtspunkt der Sicherheit der Energiespeichervorrichtung bevorzugt.
  • Eine Porosität des Separators beträgt bevorzugt 80 Volumenprozent oder weniger unter dem Gesichtspunkt der Festigkeit und beträgt bevorzugt 20 Volumenprozent oder mehr unter dem Gesichtspunkt der Entladeleistung. Die „Porosität“ ist hier ein volumenbezogener Wert und bedeutet einen Wert, der mit einem Quecksilberporosimeter gemessen wird.
  • Als Separator kann ein Polymergel verwendet werden, das aus einem Polymer und einem nichtwässrigen Elektrolyten besteht. Beispiele des Polymers schließen Polyacrylnitril, Polyethylenoxid, Polypropylenoxid, Polymethylmethacrylat, Polyvinylacetat, Polyvinylpyrrolidon und Polyvinylidenfluorid ein. Die Verwendung eines Polymergels hat den Effekt, dass ein Flüssigkeitsleck unterdrückt wird. Als Separator kann ein Polymergel in Kombination mit einem porösen Harzfilm, einem Vliesstoff oder dergleichen, wie oben beschrieben, verwendet werden.
  • (Nichtwässriger Elektrolyt)
  • Der nichtwässrige Elektrolyt enthält ein fluoriertes Lösungsmittel und/oder ein Lithiumsalz, das Fluor enthält, als ein Elektrolytsalz. Der nichtwässrige Elektrolyt kann eine nichtwässrige Elektrolytlösung sein, die enthält: ein nichtwässriges Lösungsmittel, das ein fluoriertes Lösungsmittel enthält; und ein Elektrolytsalz, das in dem nichtwässrigen Lösungsmittel gelöst ist. Der nichtwässrige Elektrolyt kann eine nichtwässrige Elektrolytlösung sein, die enthält: ein nichtwässriges Lösungsmittel; und ein Elektrolytsalz, das ein Lithiumsalz enthält, das Fluor enthält, das in dem nichtwässrigen Lösungsmittel gelöst ist.
  • Das fluorierte Lösungsmittel ist ein Lösungsmittel, das ein Fluoratom aufweist. Das fluorierte Lösungsmittel kann ein Lösungsmittel sein, in dem einige oder alle Wasserstoffatome in einer Kohlenwasserstoffgruppe in einem nichtwässrigen Lösungsmittel, das die Kohlenwasserstoffgruppe aufweist, durch Fluoratome substituiert sind. Die Verwendung des fluorierten Lösungsmittels ermöglicht, dass ein Film, der LiF enthält, mit der Fähigkeit eines Unterdrückens des Dendritenwachstums auf der Oberfläche der negativen Elektrode gebildet wird. Zusätzlich verbessert die Verwendung des fluorierten Lösungsmittels die Oxidationsbeständigkeit und ermöglicht, dass eine günstige Lade-Entlade-Zyklusleistung aufrechterhalten wird, selbst in dem Fall eines Ladens, in dem das Potenzial der positiven Elektrode bei normalem Gebrauch ein hohes Potenzial erreicht. Beispiele der fluorierten Lösungsmittel schließen fluorierte Carbonate, fluorierte Carbonsäureester, fluorierte Phosphorsäureester und fluorierte Ether ein. Eines der fluorierten Lösungsmittel oder zwei oder mehr davon können verwendet werden.
  • Unter den fluorierten Lösungsmitteln sind fluorierte Carbonate bevorzugt, und fluorierte zyklische Carbonate und fluorierte Kettencarbonate werden bevorzugter in Kombination verwendet. Die Verwendung des zyklischen Carbonats ermöglich, dass die Dissoziation des Elektrolytsalzes gefördert wird, um die Ionenleitfähigkeit des nichtwässrigen Elektrolyten zu verbessern. Die Verwendungen des fluorierten Kettencarbonats ermöglicht, dass die Viskosität des nichtwässrigen Elektrolyten niedrig gehalten wird. Wenn das fluorierte zyklische Carbonat und das fluorierte Kettencarbonat in Kombination verwendet werden, liegt das Volumenverhältnis des fluorierten zyklischen Carbonats zu dem fluorierten Kettencarbonat (fluoriertes zyklisches Carbonat: fluoriertes Kettencarbonat) bevorzugt in einem Bereich von beispielsweise 5 : 95 bis 50 : 50.
  • Die untere Grenze des Gehaltsverhältnisses des fluorierten Carbonats im fluorierten Lösungsmittel beträgt bevorzugt 50 Volumenprozent, bevorzugter 70 Volumenprozent und noch bevorzugter 90 Volumenprozent. Die obere Grenze des Gehaltsverhältnisses des fluorierten Carbonats in dem fluorierten Lösungsmittel kann 100 Vol.-% betragen.
  • Beispiele des fluorierten cyclischen Carbonats schließen fluorierte Ethylencarbonate wie Fluorethylencarbonat (FEC) und Difluorethylencarbonat, fluorierte Propylencarbonate und fluorierte Butylencarbonate ein. Unter diesen Carbonaten sind fluorierte Ethylencarbonate bevorzugt, und FEC ist bevorzugter. Das FEC weist eine hohe Oxidationsbeständigkeit auf und weist einen hohen Effekt eines Unterdrückens von Nebenreaktionen (oxidative Zersetzung von nichtwässrigen Lösungsmitteln und dergleichen) auf, die zum Zeitpunkt eines Ladens/Entladens der Sekundärbatterie auftreten können.
  • Beispiele des fluorierten Kettencarbonats schließen 2,2,2-Trifluorethylmethylcarbonat und Bis(2,2,2-trifluorethyl)carbonat ein.
  • Beispiele des fluorierten Carbonsäureesters schließen 3,3,3-Trifluorpropionat-Methyl und 2,2,2-Trifluorethylacetat ein.
  • Beispiele des fluorierten Phosphorsäureesters schließen Tris(2,2-difluorethyl)phosphat und Tris(2,2,2-trifluorethyl)phosphat ein.
  • Beispiele des fluorierten Ether schließen 1,1,2,2-Tetrafluorethyl-2,2,2-Trifluorethylether, Methylheptafluoropropylether und Methylnonafluorbutylether ein.
  • Das nichtwässrige Lösungsmittel kann ein nichtwässriges Lösungsmittel anders als das fluorierte Lösungsmittel enthalten. Beispiele eines solchen nichtwässrigen Lösungsmittels schließen Carbonate anders als das fluorierte Lösungsmittel, Carbonsäureester, Phosphorsäureester, Ether, Amide und Nitrile ein.
  • Die untere Grenze des Gehaltsverhältnisses des fluorierten Lösungsmittels zum gesamten nichtwässrigen Lösungsmittel beträgt bevorzugt 50 Volumenprozent, bevorzugter 70 Volumenprozent, noch bevorzugter 90 Volumenprozent, noch bevorzugter 99 Volumenprozent. Das Gehaltsverhältnis des fluorierten Lösungsmittels zum gesamten nichtwässrigen Lösungsmittels beträgt besonders bevorzugt 100 Volumenprozent. Das nichtwässrige Lösungsmittel besteht im Wesentlichen nur aus dem fluorierten Lösungsmittel, wodurch ermöglicht wird, dass die Oxidationsbeständigkeit weiter verbessert werden kann.
  • Beispiele des Lithiumsalzes, das Fluor enthält, schließen anorganische Lithiumsalze, die Fluor enthalten, wie LiPF6, LiPO2F2, LiBF4 und LiN(SO2F)2, und Lithiumsalze ein, die eine fluorierte Kohlenwasserstoffgruppe aufweisen, wie LiSO3CF3, LiN(SO2CF3)2, LiN(SO2C2F5)2, LiN(SO2CF3)(SO2C4F9), LiC(SO2CF3)3 und LiC(SO2C2F5)3. Unter diesen Salzen ist ein anorganisches Lithiumsalz, das Fluor enthält, bevorzugt, und LiPF6 ist bevorzugter.
  • Der Gehalt des Elektrolytsalzes, das Fluor enthält, im nichtwässrigen Elektrolyten beträgt bevorzugt 0,1 mol/dm3 oder mehr und 2,5 mol/dm3 oder weniger, bevorzugter 0,3 mol/dm3 oder mehr und 2,0 mol/dm3 oder weniger, weiter bevorzugt 0,5 mol/dm3 oder mehr und 1,7 mol/dm3 oder weniger, und besonders bevorzugt 0,7 mol/dm3 oder mehr und 1,5 mol/dm3 oder weniger. Der Gehalt des Lithiumsalzes, das Fluor enthält, innerhalb des oben genannten Bereichs ermöglicht, dass die Ionenleitfähigkeit des nichtwässrigen Elektrolyten gesteigert wird.
  • Als Elektrolytsalz können auch andere Elektrolytsalze in Kombination mit dem Lithiumsalz, das Fluor enthält, verwendet werden. Der Anteil des Lithiumsalzes, das Fluor enthält, bezogen auf das gesamte Elektrolytsalz, beträgt jedoch bevorzugt 90 Mol-% oder mehr, bevorzugt 99 Mol-% oder mehr, bevorzugter im Wesentlichen 100 Mol-%.
  • Im Fall des Verwendens von anderen Elektrolytsalzen in Kombination mit dem Lithiumsalz, das Fluor enthält, beträgt der Gehalt des gesamten Elektrolytsalzes im nichtwässrigen Elektrolyten bevorzugt 0,1 mol/dm3 oder mehr und 2,5 mol/dm3 oder weniger, bevorzugter 0,3 mol/dm3 oder mehr und 2,0 mol/dm3 oder weniger, weiter bevorzugt 0,5 mol/dm3 oder mehr und 1,7 mol/dm3 oder weniger, und besonders bevorzugt 0,7 mol/dm3 oder mehr und 1,5 mol/dm3 oder weniger. Der Gehalt des gesamten Elektrolytsalzes innerhalb des oben genannten Bereichs ermöglicht, dass die Ionenleitfähigkeit des nichtwässrigen Elektrolyten gesteigert wird.
  • Der nichtwässrige Elektrolyt kann ein Additiv enthalten. Beispiele für das Additiv schließen aromatische Verbindungen wie Biphenyl, Alkylbiphenyl, Terphenyl, teilhydriertes Terphenyl, Cyclohexylbenzol, t-Butylbenzol, t-Amylbenzol, Diphenylether und Dibenzofuran; Teilhalogenide der aromatischen Verbindungen wie 2-Fluorbiphenyl, o-Cyclohexylfluorbenzol und p-Cyclohexylfluorbenzol; halogenierte Anisolverbindungen wie 2,4-Difluoranisol, 2,5-Difluoranisol, 2,6-Difluoranisol und 3,5-Difluoranisol; Bernsteinsäureanhydrid, Glutarsäureanhydrid, Maleinsäureanhydrid, Citraconsäureanhydrid, Glutaconsäureanhydrid, Itaconsäureanhydrid und Cyclohexandicarbonsäureanhydrid; Ethylensulfit, Propylensulfit, Dimethylsulfit, Dimethylsulfat, Ethylensulfat, Sulfolan, Dimethylsulfon, Diethylsulfon, Dimethylsulfoxid, Diethylsulfoxid, Tetramethylensulfoxid, Diphenylsulfid, 4,4'-bis(2,2-dioxo-1,3,2-Dioxathiolan), 4-Methylsulfonyloxymethyl-2,2-dioxo-1,3,2-dioxathiolan, Thioanisol, Diphenyldisulfid, Dipyridiniumdisulfid, Perfluoroctan, Tristrimethylsilylborat, Tristrimethylsilylphosphat und Tetrakistrimethylsilyltitanat ein. Eines dieser Additive kann einzeln verwendet werden, oder zwei oder mehr davon können als Mischung verwendet werden.
  • Der Gehalt des Additivs, das in dem nichtwässrigen Elektrolyten enthalten ist, beträgt bevorzugt 0,01 Massenprozent oder mehr und 10 Massenprozent oder weniger, bevorzugter 0,1 Massenprozent oder mehr und 7 Massenprozent oder weniger, weiter bevorzugt 0,2 Massenprozent oder mehr und 5 Massenprozent oder weniger und besonders bevorzugt 0,3 Massenprozent oder mehr und 3 Massenprozent oder weniger, bezogen auf den gesamten nichtwässrigen Elektrolyten. Wenn der Gehalt des Additivs innerhalb des obigen Bereichs liegt, ist es möglich, die Kapazitätserhaltungsleistung oder die Lade-Entlade-Zyklusleistung nach Hochtemperaturlagerung zu verbessern und die Sicherheit weiter zu verbessern.
  • In der Sekundärbatterie (Nichtwässriger-Elektrolyt-Energiespeichervorrichtung) beträgt das Potenzial der positiven Elektrode bei der Ladeschlussspannung bei normalem Gebrauch bevorzugt 4,30 V gegen Li/Li+ oder mehr, bevorzugter 4,35 V gegen Li/Li+ oder mehr und in einigen Fällen weiter bevorzugt 4,40 V gegen Li/Li+ oder mehr. Das positive Elektrodenpotential bei der Ladeschlussspannung wird bei normalem Gebrauch als gleich oder größer als die obige untere Grenze festgelegt, wodurch ermöglicht wird, dass die Entladekapazität gesteigert wird und ermöglicht wird, dass die Energiedichte gesteigert wird.
  • Die obere Grenze des positiven Elektrodenpotentials bei der Ladeschlussspannung beträgt bei normalem Gebrauch der Sekundärbatterie beispielsweise 5,0 V gegen Li/Li+ und kann 4,8 V gegen Li/Li+ oder 4,7 V gegen Li/Li+ betragen.
  • Dendriten haben eine Tendenz zu wachsen, wenn die Stromdichte während eines Ladens hoch ist. Dementsprechend kann die Nichtwässriger-Elektrolyt-Energiespeichervorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in geeigneter Weise für eine Anwendung eingesetzt werden, bei der ein Laden mit einer hohen Stromdichte durchgeführt wird. Beispiele für eine solche Anwendung schließen eine Stromquelle für ein Kraftfahrzeug, wie ein Elektrofahrzeug (EV), ein Hybridelektrofahrzeug (HEV) oder ein Plug-in-Hybridelektrofahrzeug (PHEV), und eine Stromquelle zum Laden mit regenerativer elektrischer Energie ein.
  • Die Form der Nichtwässriger-Elektrolyt-Energiespeichervorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist nicht besonders begrenzt, und Beispiele dafür schließen zylindrische Batterien, Taschenbatterien, prismatische Batterien, Flachbatterien, Münzbatterien und Knopfbatterien ein.
  • 1 zeigt eine Nichtwässriger-Elektrolyt-Energiespeichervorrichtung 1 als ein Beispiel einer prismatischen Batterie. 1 ist eine perspektivische Ansicht des Inneren eines Gehäuses. Eine Elektrodenanordnung 2, die eine positive Elektrode und eine negative Elektrode aufweist, die mit einem dazwischenliegenden Separator gewickelt sind, ist in einem prismatischen Gehäuse 3 untergebracht. Die positive Elektrode ist durch eine positive Elektrodenleitung 41 elektrisch mit einem positiven Elektrodenanschluss 4 verbunden. Die negative Elektrode ist durch eine negative Elektrodenleitung 51 elektrisch mit einem negativen Elektrodenanschluss 5 verbunden.
  • <Konfiguration eines Nichtwässriger-Elektrolyt-Energiespeichergeräts>
  • Die Nichtwässriger-Elektrolyt-Energiespeichervorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform kann als Energiespeichereinheit (Batteriemodul) montiert werden, die durch Anordnen einer Vielzahl von Nichtwässriger-Elektrolyt-Energiespeichervorrichtungen 1 an einer Stromquelle für Kraftfahrzeuge wie Elektrofahrzeuge (EV), Hybridfahrzeuge (HEV) und Plug-in-Hybridfahrzeuge (PHEV), einer Stromquelle für elektronische Geräte wie Personal-Computer und Datenübertragungsendgeräte oder einer Stromquelle für die Stromspeicherung oder dergleichen konfiguriert ist. In diesem Fall kann die Technik gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung auf mindestens eine Nichtwässriger-Elektrolyt-Energiespeichervorrichtung angewendet werden, die in der Energiespeichereinheit enthalten ist.
  • 2 zeigt ein Beispiel eines Energiespeichergeräts 30, das durch Anordnen von Energiespeichereinheiten 20 gebildet wird, in denen jeweils zwei oder mehr elektrisch verbundene Nichtwässriger-Elektrolyt-Energiespeichervorrichtungen 1 angeordnet sind. Das Energiespeichergerät 30 kann eine Stromschiene (nicht abgebildet) zum elektrischen Verbinden von zwei oder mehreren Nichtwässriger-Elektrolyt-Energiespeichervorrichtungen 1 und eine Stromschiene (nicht abgebildet) zum elektrischen Verbinden von zwei oder mehreren Energiespeichereinheiten 20 enthalten. Die Energiespeichereinheit 20 oder das Energiespeichergerät 30 kann einen Zustandsmonitor (nicht abgebildet) enthalten, der den Zustand eines oder mehrerer Nichtwässriger-Elektrolyt-Energiespeichervorrichtungen überwacht.
  • <Verfahren zum Herstellen einer Nichtwässriger-Elektrolyt-Energiespeichervorrichtung>
  • Ein Verfahren zum Herstellen der Nichtwässriger-Elektrolyt-Energiespeichervorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthält: Herstellen einer negativen Elektrode, die eine Lithiumlegierung enthält; und Herstellen eines nichtwässrigen Elektrolyten, der ein fluoriertes Lösungsmittel enthält, wobei die Lithiumlegierung Silber enthält und der Gehalt an Silber, bezogen auf den Gesamtgehalt an Lithium und Silber in der Lithiumlegierung, 3 Massenprozent oder mehr und 20 Massenprozent oder weniger beträgt.
  • Ein Verfahren zur Herstellung der Nichtwässriger-Elektrolyt-Energiespeichervorrichtungen gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthält: Herstellen einer negativen Elektrode, die eine Lithiumlegierung enthält; und Herstellen eines nichtwässrigen Elektrolyten, der ein Lithiumsalz enthält, das Fluor enthält, wobei die Lithiumlegierung Silber enthält und der Gehalt an Silber, bezogen auf den Gesamtgehalt an Lithium und Silber in der Lithiumlegierung, 3 Massenprozent oder mehr und 20 Massenprozent oder weniger beträgt.
  • Ein Herstellen der negativen Elektrode, die die Lithiumlegierung enthält, kann ein Fertigen der negativen Elektrode, die die Lithiumlegierung enthält, sein. Die negative Elektrode kann durch Laminieren einer negativen Aktivmaterialschicht, die eine Lithiumlegierung enthält, direkt auf ein negatives Substrat oder über das Substrat mit einer dazwischenliegenden Zwischenschicht und Pressen oder dergleichen hergestellt werden. Die negative Aktivmaterialschicht, die eine Lithiumlegierung enthält, kann eine Lithiumlegierungsfolie sein. Die spezifische Form und die geeignete Form der negativen Elektrode, die hergestellt wird, sind die gleichen wie die spezifische Form und die geeignete Form der negativen Elektrode, die in der Nichtwässriger-Elektrolyt-Energiespeichervorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bereitgestellt wird.
  • Ein Herstellen des nichtwässrigen Elektrolyten, der das fluorierte Lösungsmittel enthält, kann ein Herstellen eines nichtwässrigen Elektrolyten sein, der ein fluoriertes Lösungsmittel enthält. Der nichtwässrige Elektrolyt kann durch Mischen der jeweiligen Komponenten, aus denen der nichtwässrige Elektrolyt besteht, beispielsweise eines fluorierten Lösungsmittels und anderer Komponenten, hergestellt werden. Die spezifische Form und die geeignete Form des nichtwässrigen Elektrolyten, der hergestellt wird, sind die gleichen wie die spezifische Form und die geeignete Form des nichtwässrigen Elektrolyten, der in der Nichtwässriger-Elektrolyt-Energiespeichervorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bereitgestellt wird.
  • Ein Herstellen des nichtwässrigen Elektrolyten, der das Lithiumsalz enthält, das Fluor enthält, kann ein Herstellen eines nichtwässrigen Elektrolyten sein, der das Lithiumsalz enthält, das Fluor enthält. Der nichtwässrige Elektrolyt kann durch Mischen der jeweiligen Komponenten, aus denen der nichtwässrige Elektrolyt besteht, beispielsweise einem Lithiumsalz, das Fluor enthält, und einem nichtwässrigen Lösungsmittel, hergestellt werden. Die spezifische Form und die geeignete Form des nichtwässrigen Elektrolyten, der hergestellt wird, sind die gleichen wie die spezifische Form und die geeignete Form des nichtwässrigen Elektrolyten, der in der Nichtwässriger-Elektrolyt-Energiespeichervorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bereitgestellt wird.
  • Das Verfahren zum Herstellen der Nichtwässriger-Elektrolyt-Energiespeichervorrichtung enthält beispielsweise ein Herstellen oder Fertigen der positiven Elektrode, ein Herstellen oder Fertigen einer negativen Elektrode, ein Herstellen oder Fertigen eines nichtwässrigen Elektrolyten, ein Bilden einer Elektrodenanordnung, in der die positive Elektrode und die negative Elektrode abwechselnd übereinander angeordnet sind, indem die positive Elektrode und die negative Elektrode mit einem zwischen den Elektroden liegenden Separator gestapelt oder gewickelt werden, ein Unterbringen der positiven Elektrode und der negativen Elektrode (Elektrodenbaugruppe) in einem Gehäuse und ein Einspritzen des nichtwässrigen Elektrolyten in das Gehäuse. Die Nichtwässriger-Elektrolyt-Energiespeichervorrichtung kann durch Verschließen einer Einspritzöffnung nach der Einspritzung erhalten werden.
  • Darüber hinaus kann die Nichtwässriger-Elektrolyt-Energiespeichervorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung auch durch irreversibles Zuführen von Lithium aus der positiven Elektrode zum Zeitpunkt eines anfänglichen Ladens hergestellt werden, um den Gehalt an Silber auf 3 Massenprozent oder mehr und 20 Massenprozent oder weniger, bezogen auf den Gesamtgehalt an Lithium und Silber in der Lithiumlegierung, der negativen Elektrode einzustellen.
  • <Weitere Ausführungsformen>
  • Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die oben genannten Ausführungsformen beschränkt, und es können verschiedene Modifikationen vorgenommen werden, ohne vom Kern der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Beispielsweise kann eine Konfiguration gemäß einer Ausführungsform zusätzlich mit einer Konfiguration gemäß einer weiteren Ausführungsform versehen werden, oder eine Konfiguration gemäß einer Ausführungsform kann teilweise durch eine Konfiguration gemäß einer weiteren Ausführungsform oder einer bekannten Technik ersetzt werden. Ferner kann ein Teil der Konfiguration gemäß einer Ausführungsform entfernt werden. Darüber hinaus kann die Konfiguration gemäß einer Ausführungsform um eine bekannte Technik ergänzt werden.
  • In der obigen Ausführungsform wurde zwar der Fall beschrieben, dass die Energiespeichervorrichtung als Nichtwässriger-Elektrolyt-Sekundärbatterie (beispielsweise Lithium-Sekundärbatterie) verwendet wird, die geladen und entladen werden kann, doch sind Typ, Form, Größe, Kapazität und dergleichen der Energiespeichervorrichtung beliebig. Die Nichtwässriger-Elektrolyt-Energiespeichervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung kann auch auf Kondensatoren wie verschiedene Nichtwässriger-Elektrolyt-Sekundärbatterien, elektrische Doppelschichtkondensatoren und Lithium-Ionen-Kondensatoren angewendet werden.
  • BEISPIELE
  • Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung anhand von Beispielen näher beschrieben, wobei die vorliegende Erfindung nicht auf die folgenden Beispiele beschränkt ist.
  • [Beispiel 1]
  • (Fertigung einer positiven Elektrode)
  • Als ein positives Aktivmaterial wurde ein Lithium-Übergangsmetall-Kompositoxid verwendet, das eine Kristallstruktur vom α-NaFeO2-Typ aufwies und durch Li1+αMe1-αO2 (Me war ein Übergangsmetall) dargestellt wurde. Diesbezüglich betrug das molare Verhältnis Li/Me von Li zu Me 1,33, und Me bestand aus Ni und Mn und war in einem molaren Verhältnis von Ni : Mn = 1 : 2 enthalten.
  • Eine positive Elektrodenpaste, die das positive Aktivmaterial, Acetylenschwarz (AB) als ein leitfähiges Mittel und Polyvinylidenfluorid (PVDF) als einen Binder in einem Massenverhältnis von 94 : 4,5: 1,5 enthielt, wurde durch Verwenden von N-Methylpyrrolidon (NMP) als ein Dispersionsmedium hergestellt. Die positive Elektrodenpaste wurde auf eine Oberfläche einer Aluminiumfolie mit einer durchschnittlichen Dicke von 15 µm als ein positives Substrat aufgetragen und getrocknet, und das Resultierende wurde gepresst und geschnitten, um eine positive Elektrode, die eine positive Aktivmaterialschicht aufweist, zu fertigen, die in einer rechteckigen Form, die eine Breite von 30 mm und eine Länge von 40 mm aufweist, angeordnet ist.
  • (Fertigung der negativen Elektrode)
  • Auf eine Oberfläche einer Kupferfolie mit einer durchschnittlichen Dicke von 10 pm als ein negatives Substrat wurde eine Folie aus einer Lithium-Silber-Legierung als ein negatives Aktivmaterial (mit einem Gehalt an Silber von 10 Massenprozent, bezogen auf den Gesamtgehalt an Lithium und Silber) mit einer durchschnittlichen Dicke von 100 µm als ein negatives Aktivmaterial laminiert, gepresst und dann geschnitten, um eine negative Elektrode mit einer negativen Aktivmaterialschicht herzustellen, die in einer rechteckigen Form mit einer Breite von 32 mm und einer Länge von 42 mm angeordnet ist.
  • (Herstellung eines nichtwässrigen Elektrolyten)
  • Als ein nichtwässriger Elektrolyt wurde LiPF6 in einer Konzentration von 1 mol/dm3 in einem gemischten Lösungsmittel aus Fluorethylencarbonat (FEC) und 2,2,2-Trifluorethylmethylcarbonat (TFEMC) in einem Volumenverhältnis von FEC : TFEMC = 30: 70 gelöst.
  • (Fertigung einer Nichtwässriger-Elektrolyt-Energiespeichervorrichtung)
  • Die positive Elektrode und die negative Elektrode wurden mit dem dazwischenliegenden Separator gestapelt, wodurch eine Elektrodenanordnung hergestellt wurde. Die Elektrodenanordnung wurde in einem Gehäuse untergebracht, dann wurde der nichtwässrige Elektrolyt in das Innere des Gehäuses eingespritzt, und dann wurde eine Öffnung des Gehäuses durch Heißsiegeln versiegelt, um eine Nichtwässriger-Elektrolyt-Energiespeichervorrichtung (Sekundärbatterie) gemäß Beispiel 1 als eine Taschenzelle zu erhalten. Es ist anzumerken, dass die Nichtwässriger-Elektrolyt-Energiespeichervorrichtung einem Pressen mit einer Spannvorrichtung unterzogen wurde. Die Befestigungsschraube der Spannvorrichtung wurde mit einem Anzugsmoment von 15 cNm angezogen, so dass der Druck, der auf die Nichtwässriger-Elektrolyt-Energiespeichervorrichtung ausgeübt wurde, etwa 0,3 MPa betrug.
  • [Beispiel 2 und Vergleichsbeispiele 1 bis 11]
  • Die Nichtwässriger-Elektrolyt-Energiespeichervorrichtungen gemäß Beispiel 2 und den Vergleichsbeispielen 1 bis 11 wurden ähnlich zu Beispiel 1 hergestellt, außer, dass die Art (Zusammensetzung) des negativen Aktivmaterials wie in Tabelle 1 dargestellt verwendet wurde.
  • Es ist anzumerken, dass in den Nichtwässriger-Elektrolyt-Energiespeichervorrichtungen gemäß jedem Beispiel und jedem Vergleichsbeispiel das Zusammensetzungsverhältnis (der Gehalt an Silber, bezogen auf den Gesamtgehalt an Lithium und Silber) der Lithiumlegierung, die für die Fertigung der negativen Elektrode verwendet wird, die keinem Laden/Entladen unterzogen wird, im Wesentlichen das gleiche ist wie das Zusammensetzungsverhältnis der Lithiumlegierung in einem entladenen Zustand.
  • (Anfängliches Laden/Entladen)
  • Die erhaltenen Nichtwässriger-Elektrolyt-Energiespeichervorrichtung wurden einem anfänglichen Laden/Entladen unter den folgenden Bedingungen unterzogen. Bei 25°C wurde ein Laden bei konstantem Strom und konstanter Spannung mit einem Ladestrom von 0,1 C und einer Ladeschlussspannung von 4,60 V durchgeführt. Bezüglich der Bedingungen für die Beendigung des Ladens wurde das Laden durchgeführt, bis der Ladestrom 0,02 C erreichte. Danach wurde eine Pause von 10 Minuten bereitgestellt. Danach wurde ein Entladen bei konstantem Strom bei einem Entladestrom von 0,1 C und einer Entladeschlussspannung von 2,00 V durchgeführt, und dann wurde eine Pause von 10 Minuten bereitgestellt. Dieser Lade-Entlade-Zyklus wurde für 2 Zyklen durchgeführt.
  • (Lade-Entlade-Zyklustest)
  • Anschließend wurde der folgende Lade-Entlade-Zyklustest durchgeführt. Bei 25°C wurde ein Laden bei konstantem Strom und konstanter Spannung mit einem Ladestrom von 0,2 C und einer Ladeschlussspannung von 4,60 V durchgeführt. Bezüglich der Bedingungen für die Beendigung des Ladens wurde das Laden durchgeführt, bis der Ladestrom 0,05 C erreichte. Danach wurde eine Pause von 10 Minuten bereitgestellt. Danach wurde ein Entladen bei konstantem Strom bei einem Entladestrom von 0,1 C und einer Entladeschlussspannung von 2,00 V durchgeführt, und dann wurde eine Pause von 10 Minuten bereitgestellt. Dieser Lade-Entlade-Zyklus wurde wiederholt, und die Anzahl der Zyklen wurde aufgezeichnet, bis ein Kurzschluss verursacht wurde. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 und 3 gezeigt. Für jedes Beispiel und jedes Vergleichsbeispiel wurden Nichtwässriger-Elektrolyt-Energiespeichervorrichtungen für drei Proben hergestellt und dem Lade-Entlade-Zyklustest unterzogen. Die Anzahl der Zyklen bis ein Kurzschluss verursacht wurde, die in Tabelle 1 und 3 gezeigt ist, wurde als ein Durchschnittswert für die drei Proben betrachtet.
  • 4 zeigt eine Graphik, die eine Ladungsmenge für jeden Zyklus in einem Lade-Entlade-Zyklustest für den Nichtwässriger-Elektrolyt-Energiespeichervorrichtung gemäß Beispiel 1 zeigt. 5 zeigt die Lade-Entlade-Kurven der Nichtwässriger-Elektrolyt-Energiespeichervorrichtung gemäß Beispiel 1 und Vergleichsbeispiel 11 im ersten Zyklus.
  • [Tabelle 1]
    Negatives Elektrodenmaterial (Lithium-Legierung oder Lithium) Zyklus anzahl
    - Gehalt -
    Beispiel 1 Li-Ag Ag 10 Massenprozent 32,3
    Beispiel 2 Ag 5 Massenprozent 28,7
    Vergleichs beispiel 1 Ag 1 Massenprozent 24,7
    Vergleichs beispiel 2 Li-In In 10 Massenprozent 26,0
    Vergleichs beispiel 3 In 5 Massenprozent 26,3
    Vergleichs beispiel 4 In 1 Massenprozent 27,0
    Vergleichs beispiel 5 Li-Zn Zn 10 Massenprozent 26,3
    Vergleichs beispiel 6 Zn 5 Massenprozent 27,3
    Vergleichs beispiel 7 Zn 1 Massenprozent 26,3
    Vergleichs beispiel 8 Li-Al Al 10 Massenprozent 26,3
    Vergleichs beispiel 9 Al 5 Massenprozent 26,0
    Vergleichs beispiel 10 Al 1 Massenprozent 25,7
    Vergleichs beispiel 11 Li (Li 100 Massenprozent) 25,7
  • Wie in Tabelle 1 und 3 gezeigt, wurde in jedem Fall der Lithium-Indium-Legierung, der Lithium-Zink-Legierung und der Lithium-Aluminium-Legierung, unabhängig von der Legierungskomponente und deren Gehalt, ein Kurzschluss in der gleichen Anzahl von Zyklen verursacht wie im Fall von 100 Massenprozent Lithiummetall, und es wurde kein Kurzschlussunterdrückungseffekt erzeugt. Im Gegensatz dazu wurde im Falle der Lithium-Silber-Legierung erfolgreich bestätigt, dass ein bemerkenswerter Kurzschlussunterdrückungseffekt durch Steigern des Silberanteils erzeugt wurde. Dieser Effekt wird nur im Fall einer Lithium-Silber-Legierung erzeugt und vermutlich durch einen Mechanismus erzeugt, bei dem ein fluoriertes Lösungsmittel und/oder ein Lithiumsalz, das Fluor enthält, eine Art von Einfluss hat, was unterschiedlich zu der Erfindung des Patentdokuments 1 ist, bei der derselbe Effekt unabhängig von der oben beschriebenen Metallspezies in fester Lösung erzeugt wird.
  • Ferner werden in Patentdokument 1 die Eigenschaften der Lade-Entlade-Zyklen basierend auf der Anzahl der Zyklen evaluiert, in denen die Entladekapazität auf die Hälfte bezüglich der ursprünglichen Entladekapazität reduziert wird. Im Gegensatz dazu wird im vorliegenden Beispiel, unter der Annahme, dass der erste Kurzschluss in einem Zyklus verursacht wird, in dem die Ladungsmenge deutlich gesteigert wird, die Evaluierung basierend auf der Anzahl der Zyklen bis zum Verursachen des ersten Kurzschlusses durchgeführt. Neben dem verursachten Kurzschluss sind verschiedene Faktoren an der Abnahme der Entladekapazität beteiligt, und daher, ob der Kurzschluss unterdrückt wird oder nicht, kann in Patentdokument 1 als indirekt evaluiert angesehen werden. Auch unter diesem Gesichtspunkt ist davon auszugehen, dass das Ergebnis des Patentdokuments 1 und das Ergebnis des Beispiels unterschiedliche Tendenzen aufweisen. Genauer gesagt, um Kurzschlüsse zu unterdrücken und die Anzahl der Zyklen bis zum Erreichen der gesteigerten Ladungsmenge zu steigern, kann es als notwendig angesehen werden, (1) eine Lithium-Silber-Legierung als eine negative Elektrode in einer Nichtwässriger-Elektrolyt-Energiespeichervorrichtung mit einem fluorierten Lösungsmittel zu verwenden und/oder (2) eine Lithium-Silber-Legierung als eine negative Elektrode in einer Nichtwässriger-Elektrolyt-Energiespeichervorrichtung mit einem Lithiumsalz, das Fluor enthält, zu verwenden.
  • Darüber hinaus war, wie in 4 gezeigt, in der Nichtwässriger-Elektrolyt-Energiespeichervorrichtung gemäß Beispiel 1 die gesteigerte Ladungsmenge, auch nach dem der Kurzschluss zwischen 31 und 33 Zyklen verursacht wurde, gering. Aus den vorstehenden Ausführungen geht hervor, dass das Dendritenwachstum an der kurzgeschlossenen Stelle auch nach dem Kurzschluss unterdrückt wird.
  • Der Vergleich der Lade-Entlade-Kurven des ersten Zyklus der Nichtwässriger-Elektrolyt-Energiespeichervorrichtung gemäß Beispiel 1 (Lithium-Silber-Legierung: Gehalt an Silber von 10 Massenprozent) und Vergleichsbeispiel 11 (Lithiummetall: 100 Massenprozent) in 5 zeigt, dass die zwei Lade-Entlade-Kurven fast übereinstimmen. Genauer gesagt weist der Nichtwässriger-Elektrolyt-Energiespeichervorrichtung gemäß Beispiel 1 eine sehr geringe Abnahme der Spannung und eine sehr geringe Abnahme der elektrischen Kapazität aufgrund einer Änderung des negativen Elektrodenpotentials auf, die durch Legierungsbilden verursacht wird, und es konnte erfolgreich bestätigt werden, dass der Nichtwässriger-Elektrolyt-Energiespeichervorrichtung eine hohe Energiedichte aufweist, die im Großen und Ganzen gleich der im Falle des Verwendens von Lithiummetall ist. Es ist zu beachten, dass typischerweise in dem Fall, in dem eine Lithium-Silber-Legierung für eine negative Elektrode verwendet wird, das Oxidations-Reduktions-Potential der Legierung selbst, wie beispielsweise Li9Ag oder Li4Ag, als ein Potential erscheint, das höher ist als das Oxidations-Reduktions-Potential von Lithiummetall, wenn der Gehalt an Lithium mit einem Entladen abnimmt. In dem Fall, in dem der Gehalt an Silber in der Lithium-Silber-Legierung niedrig ist, wie in der Nichtwässriger-Elektrolyt-Energiespeichervorrichtung gemäß Beispiel 1, wird jedoch angenommen, dass eine Li9Ag-Legierung oder dergleichen mit einer großen Menge an Lithiummetall vermischt ist, und tatsächlich wird angenommen, dass nur das Lithiummetall hauptsächlich reagiert, was in fast der gleichen Spannung resultiert wie in dem Fall, in dem das Lithiummetall allein als negative Elektrode dient. Zusätzlich ist in dem Fall, in dem das Lithiummetall der negativen Elektrode Silber enthält, die elektrische Kapazität geringer als in dem Fall des alleinigen Lithiummetalls, aber in der Nichtwässriger-Elektrolyt-Energiespeichervorrichtung gemäß Beispiel 1 kann die Abnahme der elektrischen Kapazität aufgrund des geringen Gehalt an Silbers ebenfalls als gering angesehen werden.
  • INDUSTRIELLE ANWENDBARKEIT
  • Die vorliegende Erfindung kann auf eine Nichtwässriger-Elektrolyt-Energiespeichervorrichtung angewendet werden, die als Stromquelle für elektronische Geräte wie Personal-Computer und Datenübertragungsendgeräte, Kraftfahrzeuge und dergleichen verwendet wird.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Nichtwässriger-Elektrolyt-Energiespeichervorrichtung
    2
    Elektrodenanordnung
    3
    Gehäuse
    4
    positiver Elektrodenanschluss
    41
    positive Elektrodenleitung
    5
    negativer Elektrodenanschluss
    51
    negative Elektrodenleitung
    20
    Energiespeichereinheit
    30
    Energiespeichergerät
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • JP 547381 A [0004]
    • JP 7022017 A [0004]
    • JP 61074258 A [0004]

Claims (7)

  1. Nichtwässriger-Elektrolyt-Energiespeichervorrichtung, umfassend: eine negative Elektrode, die eine Lithiumlegierung umfasst; und einen nichtwässrigen Elektrolyten, der ein fluoriertes Lösungsmittel umfasst, wobei die Lithiumlegierung Silber enthält und ein Gehalt an Silber, bezogen auf einen Gesamtgehalt an Lithium und Silber in der Lithiumlegierung, 3 Massenprozent oder mehr und 20 Massenprozent oder weniger beträgt.
  2. Nichtwässriger-Elektrolyt-Energiespeichervorrichtung, umfassend: eine negative Elektrode, die eine Lithiumlegierung umfasst; und einen nichtwässrigen Elektrolyten, der ein Lithiumsalz umfasst, das Fluor enthält, wobei die Lithiumlegierung Silber enthält und ein Gehalt an Silber, bezogen auf einen Gesamtgehalt an Lithium und Silber in der Lithiumlegierung, 3 Massenprozent oder mehr und 20 Massenprozent oder weniger beträgt.
  3. Nichtwässriger-Elektrolyt-Energiespeichervorrichtung gemäß Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei ein positives Elektrodenpotential bei einer Ladeschlussspannung bei normalem Gebrauch 4,30 V gegen Li/Li+ oder mehr beträgt.
  4. Nichtwässriger-Elektrolyt-Energiespeichervorrichtung gemäß Anspruch 1, Anspruch 2 oder Anspruch 3, die eine positive Elektrode umfasst, die ein Lithium-Übergangsmetall-Kompositoxid umfasst, wobei das Lithium-Übergangsmetall-Kompositoxid eine Kristallstruktur vom α-NaFeO2 -Typ aufweist und Nickel oder Mangan als ein Übergangsmetall umfasst, und ein molares Verhältnis von Lithium zu dem Übergangsmetall mehr als 1 beträgt.
  5. Nichtwässriger-Elektrolyt-Energiespeichervorrichtung gemäß Anspruch 1, Anspruch 2, Anspruch 3 oder Anspruch 4, wobei die Lithiumlegierung im Wesentlichen aus Lithium und Silber besteht.
  6. Verfahren zum Herstellen einer Nichtwässriger-Elektrolyt-Energiespeichervorrichtung, das Verfahren umfassend: Herstellen einer negativen Elektrode, die eine Lithiumlegierung umfasst; und Herstellen eines nichtwässrigen Elektrolyten, der ein fluoriertes Lösungsmittel umfasst, wobei die Lithiumlegierung Silber enthält und ein Gehalt an Silber, bezogen auf einen Gesamtgehalt an Lithium und Silber in der Lithiumlegierung, 3 Massenprozent oder mehr und 20 Massenprozent oder weniger beträgt.
  7. Verfahren zum Herstellen einer Nichtwässriger-Elektrolyt-Energiespeichervorrichtung, das Verfahren umfassend: Herstellen einer negativen Elektrode, die eine Lithiumlegierung umfasst; und Herstellen eines nichtwässrigen Elektrolyten, der ein Lithiumsalz umfasst, das Fluor enthält, wobei die Lithiumlegierung Silber enthält und ein Gehalt an Silber, bezogen auf einen Gesamtgehalt an Lithium und Silber in der Lithiumlegierung, 3 Massenprozent oder mehr und 20 Massenprozent oder weniger beträgt.
DE112020006164.7T 2019-12-17 2020-10-07 Nichtwässriger-elektrolyt-energiespeichervorrichtung und verfahren zum herstellen derselben Pending DE112020006164T5 (de)

Applications Claiming Priority (5)

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JP2019227631 2019-12-17
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