JP2002237334A - Double collector type negative electrode structure for alkaline metal ion battery - Google Patents

Double collector type negative electrode structure for alkaline metal ion battery

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JP2002237334A JP2001390626A JP2001390626A JP2002237334A JP 2002237334 A JP2002237334 A JP 2002237334A JP 2001390626 A JP2001390626 A JP 2001390626A JP 2001390626 A JP2001390626 A JP 2001390626A JP 2002237334 A JP2002237334 A JP 2002237334A
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カン ホン
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エス、タケウチ エスター
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To stabilize electricity charging/discharging characteristic and to lengthen life by making initial irreversible capacity of a secondary battery can be compensated. SOLUTION: A 'sacrifice' alkaline metal part is formed in a portion of carbon system anode material as negative-electrode composition of a sandwiched type electrochemistry secondary battery. That is, the 'sacrifice' alkaline metal part of a lithium system is made to form in the anode material of hard carbon. Then, by compensating the initial irreversible nature of the electricity charging/ discharging, which is the problem of hard carbon, the excellent electricity- charging/discharging cycling characteristic that the hard carbon has, is employed efficiently, and the life of the conventional secondary battery is improved greatly.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、化学エネルギーの
電気エネルギーへの変換に関する。特に、本発明は、2
個の集電体にサンドイッチ状に挟まれるアノード活物質
を有するアノード材が、集電体の反対側に接触するアノ
ード活物質のインターカレートおよびデ−インターカレ
ート(intercalating and de-intercalating)を行うこと
ができる新しい負極設計に関する。本発明の負極設計
は、体内埋め込み可能な医療機器や装置に電源を供給す
るための電池など、放電率の高い二次電池として有用で
ある。
[0001] The present invention relates to the conversion of chemical energy into electrical energy. In particular, the present invention
An anode material having an anode active material sandwiched between individual current collectors forms an intercalating and de-intercalating of the anode active material in contact with the opposite side of the current collector. A new anode design that can be done. INDUSTRIAL APPLICABILITY The negative electrode design of the present invention is useful as a secondary battery having a high discharge rate, such as a battery for supplying power to medical devices and devices that can be implanted in the body.

【0002】[0002]

【従来の技術】二次電気化学的電池は、炭素系材料(car
bonaceous material)の負極とリチウム系材料(lithiat
ed material)の陽極とで構成され、普通は放電済の状態
で組立てられる。その後逆電圧がこの電池に印加され、
陽極部のリチウムイオンを電解質を介して移動(migrat
e)させ、炭素系アノード材内に入り込ませる(intercal
ate) 。電池は、その後、通常の方法で放電(給電)を
始める。
2. Description of the Related Art Secondary electrochemical cells use carbon-based materials (cars).
bonaceous material) and lithium-based material (lithiat)
ed material) and is usually assembled in a discharged state. Then a reverse voltage is applied to this battery,
Migration of lithium ions at the anode through the electrolyte (migrat
e) and let it enter the carbon-based anode material (intercal
ate). The battery then begins to discharge (power) in the normal manner.

【0003】グラファイト状の炭素が、総じて、アノー
ド材として好適であるが、これは、グラファイト組成
が、特に初期電荷の放電サイクルにおいて、許容可能な
サイクリング能力と良好な可逆容量性を有するからであ
る。このため通常はグラファイトが使用されるが、より
優れた可逆性を有する別の炭素系材料も存在する。その
一つが、ハードカーボンである。この材料はサイクリン
グ特性において非常に優れているが、初期非可逆性が比
較的大きいという問題点がある。
[0003] Graphite-like carbon is generally preferred as the anode material because the graphite composition has an acceptable cycling capacity and good reversible capacity, especially in the initial charge discharge cycle. . For this reason, graphite is usually used, but other carbon-based materials with better reversibility also exist. One of them is hard carbon. Although this material is very good in cycling properties, it has a problem that the initial irreversibility is relatively large.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】このため、本発明の二
次電池は、炭素質系アノード材などのアルカリ金属製の
インターカレートおよびデ−インターカレート物質に加
えて、負極の一部としてアルカリ金属の「犠牲部」(sac
rificial piece) を備えた構成となっている。ハードカ
ーボンの場合、この「犠牲」部をなすアルカリ金属とし
てはリチウム金属片が望ましく、アノード材の初期非可
逆性を補償するに適した大きさに調整される。電解質に
より電池を活性化した後で、リチウム金属が、自動的に
ハードカーボン製のアノード材内にインターカレートす
る。このような手段によって「犠牲部」リチウム金属
が、一般的に避けられないハードカーボンの非可逆性容
量を補償する。従って、ハードカーボンの優れたサイク
リング特性(cycling longevity)が生かされ、グラファ
イトアノード材のみを有する従来の二次電池における既
知の寿命を越える寿命の長さがもたらされる。
Therefore, the secondary battery according to the present invention can be used as a part of a negative electrode in addition to an alkali metal intercalate and a de-intercalate material such as a carbonaceous anode material. `` Sacrificial part '' of alkali metal (sac
rificial piece). In the case of hard carbon, a lithium metal piece is desirable as the alkali metal constituting the "sacrifice" portion, and is adjusted to a size suitable for compensating for the initial irreversibility of the anode material. After activating the battery with the electrolyte, the lithium metal automatically intercalates into the hard carbon anode material. By such means, the "sacrificial" lithium metal compensates for the generally unavoidable irreversible capacity of hard carbon. Thus, the superior cycling longevity of hard carbon is exploited, resulting in a longer service life than known in conventional secondary batteries having only graphite anode material.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】従って本発明の目的の一
つは、負極設計に新しいコンセプトを提供することによ
り、リチウムイオン電池のサイクリング性能を改善する
ことにある。また本発明の更なる目的は、リチウム含有
二次電池の容量ならびに利用効率を改善できる電池設計
を提供することが含まれる。本発明のこれらの目的およ
びその他の目的は、以下の説明を参照することにより当
業者にとってより明白になる。
SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, one of the objects of the present invention is to improve the cycling performance of lithium ion batteries by providing a new concept in negative electrode design. Still another object of the present invention is to provide a battery design that can improve the capacity and utilization efficiency of a lithium-containing secondary battery. These and other objects of the present invention will become more apparent to those skilled in the art by reference to the following description.

【0006】[0006]

【発明の実施の形態】本発明による電気化学的電池は、
二次充電式化学電池である。当電池は、リチウム、ナト
リウム、カリウムなどを含む、元素周期率表のIAグル
ープ、I IAグループおよびIIIBグループから選択
されるアノード活金属から構成される。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION An electrochemical cell according to the present invention comprises:
It is a secondary rechargeable chemical battery. The battery comprises an anode active metal selected from the group IA, IIA and IIIB of the Periodic Table of the Elements, including lithium, sodium, potassium and the like.

【0007】従来的な二次電気化学システムでは、陽極
または負極は、望ましくはアルカリ金属リチウムなどの
アノード活物質のインターカレートおよびデ−インター
カレートを行えるアノード材料から構成されている。代
表例としては、負極のアノード材は、リチウム種を可逆
的に保持することができる炭素の様々な形態のもの(例
えばコークスやグラファイト、アセチレンブラック、カ
ーボンブラック、ガラスカーボンなど)から構成され
る。従来的な二次電池では、グラファイトが特に好まれ
ている。また「ヘアリーカーボン」(Hairy carbon)も、
その比較的高いリチウム保持容量により、従来の材料と
して特に好まれているもう一つの物質である。「ヘアリ
ーカーボン」は、本発明の譲受人に譲渡されているタケ
ウチ氏他の発明の米国特許第5,443,928 号に説明されて
いる。
In conventional secondary electrochemical systems, the anode or anode is preferably composed of an anode material capable of intercalating and de-intercalating an anode active material such as lithium alkali metal. Typically, the anode material of the negative electrode is made of various forms of carbon that can reversibly retain lithium species (for example, coke, graphite, acetylene black, carbon black, glass carbon, and the like). In conventional secondary batteries, graphite is particularly preferred. Also, "Hairy carbon"
Due to its relatively high lithium retention capacity, it is another material that is particularly preferred as a conventional material. "Hairy carbon" is described in Takeuchi et al., U.S. Pat. No. 5,443,928, assigned to the assignee of the present invention.

【0008】しかしながら、炭素のグラファイト形態組
成物は、ハードカーボンが有する可逆容量に匹敵する高
い可逆性を有していない。非グラファイト系炭素材料と
して定義されるハードカーボンには、グラファイトの可
逆容量の2〜4倍の可逆性がある。ハードカーボンは、
典型的には、適当な有機カーソル(organic cursor)を
700 ℃〜1,200℃の温度で焼成することにより作成され
る。ハードカーボンは、典型的に、非常に優れたサイク
リング性と高い可逆容量性を発揮する。現状では、すな
わちグラファイトは、理論的に、容量が372mAh/g に制
限されるが、ハードカーボンの場合、400 mAh /g 以上
の容量が得られる。これは、アノード材としてハードカ
ーボンを用いて構築された二次電池は、アノード材とし
てグラファイト形成物を用いて構築された二次電池より
2〜4倍の電荷放電またはサイクリング性があることを
意味している。またサイクル寿命の改善は、リチウムの
インターカレートおよびデ−インターカレート中におけ
るハードカーボンの寸法安定性に基づくものであり、こ
れは、アノード材としてハードカーボンを用いて構築さ
れる二次電池が、潜在的に、アノード材としてグラファ
イト形成物を用いて構築される二次電池より高い容量を
有することを意味する。
However, the graphite form composition of carbon does not have high reversibility comparable to the reversible capacity of hard carbon. Hard carbon, defined as a non-graphitic carbon material, has a reversibility of 2 to 4 times the reversible capacity of graphite. Hard carbon is
Typically, a suitable organic cursor
It is produced by firing at a temperature of 700 ° C to 1,200 ° C. Hard carbon typically exhibits very good cycling properties and high reversible capacitance. At present, that is, graphite is theoretically limited to a capacity of 372 mAh / g, but hard carbon can provide a capacity of 400 mAh / g or more. This means that a secondary battery constructed using hard carbon as the anode material has 2 to 4 times more charge discharge or cyclability than a secondary battery constructed using the graphite former as the anode material. are doing. The improvement in cycle life is based on the dimensional stability of hard carbon during intercalation and de-intercalation of lithium. This is because a secondary battery constructed using hard carbon as an anode material has , Potentially having a higher capacity than secondary batteries constructed using graphite formers as the anode material.

【0009】他方において、ハードカーボンが二次電池
においてより頻繁に使用されない主な理由として、グラ
ファイトと比較した場合、初期サイクルにおける非可逆
容量が大きいことが挙げられる。この非可逆容量は、次
には電池の容量を低下させることになるため、電池にカ
ソード活物質を追加することより補償しなければならな
い。
[0009] On the other hand, the main reason that hard carbon is not used more frequently in secondary batteries is that the irreversible capacity in the initial cycle is larger when compared to graphite. This irreversible capacity will in turn reduce the capacity of the battery and must be compensated for by adding a cathode active material to the battery.

【0010】このため、本発明の二次電池の負極は、ア
ルカリ金属、好ましくはリチウムから作製される2個の
集電体にサンドイッチ状に挟まれる「犠牲部」の片を有
する二重スクリーン構造として構築される。炭素系物質
またはアルカリ金属のインターカレートおよびデ−イン
ターカレートを行うことができる物質は、少なくとも一
方の、好ましくは両方の集電体の反対側に接触してい
る。「犠牲部」アルカリ金属が果たすべき役割は、グラ
ファイトに対して、例えばハードカーボンに見られるイ
ンターカレートおよびデ−インターカレート物質の非可
逆容量を補償することにある。本発明の負極の一実施態
様では、以下の構成となる。ハードカーボン/集電体/
リチウム/集電体/ハードカーボン
For this reason, the negative electrode of the secondary battery of the present invention has a double screen structure having a piece of “sacrificial portion” sandwiched between two current collectors made of an alkali metal, preferably lithium. Is built as A substance capable of intercalating and de-intercalating a carbon-based material or an alkali metal is in contact with at least one, preferably both, current collectors on opposite sides. The role of the "sacrifice" alkali metal is to compensate the graphite for the irreversible capacity of intercalate and de-intercalate substances found, for example, in hard carbon. One embodiment of the negative electrode of the present invention has the following configuration. Hard carbon / Current collector /
Lithium / current collector / hard carbon

【0011】このような本発明の二重集電体電極設計で
は、ハードカーボンの非可逆容量を正確に補償するため
に、リチウム金属の量について、調整が行われる。イオ
ン導電性電解質により電池が活性化すると、アルカリ金
属がハードカーボン内に移動し、アルカリ金属が完全に
消費されることになる。電池内にアルカリ金属が存在し
ないことにより、インターカレート負極および陽極の望
ましい安全性ならびにサイクリング特性が失われること
がないようにするため、好ましくはリチウム金属が2個
の集電体にサンドイッチ状に挟まれる。さらにその集電
体が2個のハードカーボン構造物間にサンドイッチ状に
挟まれるようにした本実施例の負極は、1個の集電体に
のみに接触している炭素物質系の従来の負極よりも、容
積的および/または重量的にエネルギー密度がはるかに
高い。
In such a dual collector electrode design of the present invention, the amount of lithium metal is adjusted in order to accurately compensate for the irreversible capacity of hard carbon. When the battery is activated by the ion conductive electrolyte, the alkali metal moves into the hard carbon, and the alkali metal is completely consumed. Lithium metal is preferably sandwiched between the two current collectors so that the absence of the alkali metal in the battery does not result in the loss of the desired safety and cycling characteristics of the intercalated anode and anode. Sandwiched. Further, the negative electrode of this embodiment in which the current collector is sandwiched between two hard carbon structures is a conventional carbon-based negative electrode in contact with only one current collector. The energy density is much higher in volume and / or weight than in the other.

【0012】アノード材の炭素系材料の性質または構成
に関係なく、ファイバは、特に有益である。ファイバの
力学的性質は非常に優れており、繰返し実行される電荷
の充放電サイクル中における劣化に絶え得る頑丈な電極
構造を構築することができる。さらに、カーボンファイ
バの表面積は広いため、高速で電荷放電を行うことがで
きる。
Regardless of the nature or composition of the carbonaceous material of the anode material, fibers are particularly beneficial. The mechanical properties of the fiber are very good, and a robust electrode structure can be constructed that can be continuously degraded during repeated charge and discharge cycles. Further, since the surface area of the carbon fiber is large, charge discharge can be performed at high speed.

【0013】本実施例の二次電池用負極の炭素系素材
は、約90〜97重量%のアノード物質、好ましくはハ
ードカーボンと、約3〜10重量%の結合剤とを混合し
て構成される。この結合剤は、ポリテトラフルオロエチ
レン(PTEE)、ポリビニリデンフルオライド(PVDF)、ポリ
エチレンテトラフルオロエチレン(ETFE)、ポリアミド、
ポリイミドならびにその混合物などフッ素樹脂の結合剤
が好ましい。
The carbon-based material of the negative electrode for a secondary battery according to this embodiment is formed by mixing about 90 to 97% by weight of an anode material, preferably hard carbon, and about 3 to 10% by weight of a binder. You. This binder includes polytetrafluoroethylene (PTEE), polyvinylidene fluoride (PVDF), polyethylene tetrafluoroethylene (ETFE), polyamide,
Fluorine resin binders such as polyimides and mixtures thereof are preferred.

【0014】この負極混合材料は、例えば銅、ステンレ
ススチール、チタン、タンタル、白金、金、アルミニウ
ム、ニッケル、コバルトニッケル合金、モリブデンおよ
びクロミウムを含む高合金フェライト系ステンレス鋼、
ならびにニッケル含有、クロミウム含有、モリブデン含
有合金ホイルまたはスクリーン等からなる集電体に、キ
ャスト法、プレス法、ロール法又はその他の接触法で適
用される。
The negative electrode mixed material is, for example, a high alloy ferritic stainless steel containing copper, stainless steel, titanium, tantalum, platinum, gold, aluminum, nickel, cobalt nickel alloy, molybdenum and chromium,
In addition, the present invention is applied to a current collector comprising a nickel-containing, chromium-containing, molybdenum-containing alloy foil or a screen by a casting method, a pressing method, a rolling method, or another contact method.

【0015】本発明において有用な他の種類のアノード
材は、アルカリ金属と可逆的に合金となり得る金属であ
る。このような金属には、Sn、Si、Al、Pb、ZnおよびAg
が含まれるが、これに限られるわけではない。これらの
合金化金属は、非常に可逆容量に優れているが、合金工
程中における大規模な寸法変化によりサイクリング特性
が乏しくなる。この問題を解決するために使用されてい
る一つの方法として、不活性物質のマトリックス中にそ
れらのナノサイズ粒子を懸濁させる方法がある。この不
活性物質は、典型的には、最初のサイクル中に合金化金
属の酸化物を還元することにより作られる。酸化物の例
として、SnO 、SnO2、SiO およびSnO(B2O3) x (P2O5)y
が含まれるが、これに限られるものではない。これら酸
化物は、良好なサイクリング特性と高い可逆容量性を発
揮するが、金属酸化物の還元時に、最初の充電中に大量
のアルカリ金属が消費される。このため、従来の二次化
学(電池)では、結果的に電池の容量の減少につながる
この還元を補償するために、電池にカソード活物質を追
加的に組み込まなければならない。
[0015] Another type of anode material useful in the present invention is a metal that can reversibly alloy with alkali metals. Such metals include Sn, Si, Al, Pb, Zn and Ag
, But is not limited to this. These alloyed metals have very good reversible capacities, but their cycling properties are poor due to large-scale dimensional changes during the alloying process. One method used to solve this problem is to suspend those nano-sized particles in a matrix of inert material. This inert material is typically made by reducing the oxide of the alloying metal during the first cycle. Examples of oxides, SnO, SnO 2, SiO and SnO (B 2 O 3) x (P 2 O 5) y
, But is not limited to this. These oxides exhibit good cycling properties and high reversible capacities, but large amounts of alkali metal are consumed during the first charge during reduction of the metal oxide. For this reason, in conventional secondary chemistry (batteries), additional cathode active material must be incorporated into the battery to compensate for this reduction, which results in a reduction in the capacity of the battery.

【0016】したがって、本発明の別の好ましい実施態
様では、上記金属酸化物アノード材間にアルカリ金属片
が配置される。このアルカリ金属の量については、金属
酸化物の還元を正確に補償する量が選択される。次にイ
オン導電性電解質により電池が活性化すると、アルカリ
金属がアノード材内に移動し、アルカリ金属が完全に消
費されることになる。前記と同様に、電池内にアルカリ
金属が存在しないことにより、アノード材の望ましい安
全性ならびにサイクリング特性が失われることは無く、
結果的に、この分野の現状をクリアーし得る電池容量が
確保できる。
Therefore, in another preferred embodiment of the present invention, an alkali metal piece is arranged between the metal oxide anode materials. As for the amount of the alkali metal, an amount that accurately compensates for the reduction of the metal oxide is selected. Next, when the battery is activated by the ion-conductive electrolyte, the alkali metal moves into the anode material, and the alkali metal is completely consumed. As before, the absence of alkali metals in the battery does not result in the loss of the desired safety and cycling properties of the anode material,
As a result, a battery capacity that can clear the current situation in this field can be secured.

【0017】本発明のもう一つの好ましい実施態様で
は、一次電池のカソード活物質として典型的に使用され
ているが、従来の二次電池では通常使用され得ない活物
質が利用される。充電式電池分野の現状では、典型的に
は、アルカリ金属イオンのイオン源として陽極を使用し
ており、このため、アルカリ金属イオンが含まれない金
属含有カソード活物質の使用が妨げられている。このよ
うな金属含有物質の例として、V2O2、SVO 、CSVO、Mn
O2、TiS2、CuO2、Cu2S、FeS 、FeS2、CFx 、Ag2 O 、Ag
2O2 、CuF 、Ag2CrO4 、酸化銅、酸化バナジウム銅およ
びその混合物が含まれる。これらの活物質を二次電池の
陽極内で使用する場合、通常、アルカリ金属アノードま
たは予め金属化したアノード材(最も望ましい物質は炭
素)の存在が求められるが、アルカリ金属アノードの使
用は、前述で考察したとおり、これらの材料のサイクリ
ング性ならびに安全性が乏しいため、望ましくない。予
め金属化した炭素物質は、当該分野では既知の物質であ
るが、信頼性のおける製造方法が確立されていないため
市販されていない。
In another preferred embodiment of the present invention, an active material that is typically used as a cathode active material for a primary battery, but is not normally used in a conventional secondary battery, is utilized. In the current state of the rechargeable battery field, an anode is typically used as an ion source of alkali metal ions, which hinders the use of a metal-containing cathode active material that does not contain alkali metal ions. Examples of such metal-containing materials include V 2 O 2 , SVO, CSVO, Mn
O 2 , TiS 2 , CuO 2 , Cu 2 S, FeS, FeS 2 , CF x , Ag 2 O, Ag
2 O 2 , CuF, Ag 2 CrO 4 , copper oxide, copper vanadium oxide and mixtures thereof. When these active materials are used in the anode of a secondary battery, the presence of an alkali metal anode or a pre-metallized anode material (the most desirable material is carbon) is usually required. As discussed above, these materials are undesirable because of their poor cyclability and safety. Pre-metallized carbon materials are known in the art, but are not commercially available because reliable manufacturing methods have not been established.

【0018】本発明では、アルカリ金属片が、前述の、
典型的には一次電池のカソード活物質として使用される
金属含有材料の一種類以上と関連して使用される。即ち
本発明では、アルカリ金属片は、アルカリ金属イオンの
イオン源としての役割を果たし、ここではアノード材と
して役割を果たしている1種類以上の上記金属含有金属
の2層間にサンドイッチ状に挟まれる配置となってい
る。アルカリ金属の量については、アノード材の可逆容
量を正確に補償する量が選択される。イオン導電性電解
質により電池が活性化すると、アルカリ金属がアノード
材内に移動し、アルカリ金属が完全に消費されることに
より、アノード材の望ましい安全性ならびにサイクリン
グ特性が確保される。
In the present invention, the alkali metal piece is as described above,
Typically used in conjunction with one or more metal-containing materials used as cathode active materials in primary batteries. That is, in the present invention, the alkali metal piece serves as an ion source of an alkali metal ion, and is disposed between two layers of one or more kinds of the metal-containing metals serving as an anode material here, in a sandwich manner. Has become. As for the amount of the alkali metal, an amount that accurately compensates the reversible capacity of the anode material is selected. When the battery is activated by the ionic conductive electrolyte, the alkali metal migrates into the anode material and the alkali metal is completely consumed, thereby ensuring the desired safety and cycling characteristics of the anode material.

【0019】ここで、本発明の負極において有用なアノ
ード材として説明され、アノード材として許容可能な電
気化学的ポテンシャルを形成する上記材料のいずれか
は、陽極の活物質として使用することが可能である。上
述したとおり、これらの材料は、リチウム化されないの
で、二次電池における代表的なカソード活物質としては
使用されない。例証的な組合せとして、負極はグラファ
イト/Li、陽極はV2O5またはSVO が使用される。
Here, any of the materials described above as useful anode materials in the negative electrode of the present invention and which form an acceptable electrochemical potential for the anode material can be used as the active material of the anode. is there. As described above, since these materials are not lithiated, they are not used as typical cathode active materials in secondary batteries. As an illustrative combination, graphite / Li is used for the negative electrode and V 2 O 5 or SVO is used for the positive electrode.

【0020】上述の炭素系アノード材を使用する場合、
合金化アノード金属ならびに金属含有アノード材は、電
気化学的電池内に組み込むために、上述の結合剤の一つ
又はその一種類以上と混合することによりサンドイッチ
電極本体内に形成され、さらに、好ましくは、導電性を
改善するために、混合物に、重量百分率で約10%分の
導電希釈剤が添加される。本目的のために適当な材料と
しては、アセチレンブラック、カーボンブラックおよび
/またはグラファイトあるいは粉末ニッケルや粉末アル
ミニウム、粉末チタニウムおよび粉末ステンレススチー
ルなどの金属粉が含まれる。したがって、好ましいアノ
ード材混合物には、粉末フルオロポリマ結合剤が重量百
分率で約1〜5%分、導電希釈剤が重量百分率で約1〜
5%分、さらにアノード材が約90〜98%分含まれること
になる。
When the above-mentioned carbon-based anode material is used,
The alloyed anode metal as well as the metal-containing anode material is formed in the sandwich electrode body by mixing with one or more of the above-described binders for incorporation in an electrochemical cell, and more preferably, Approximately 10% by weight of a conductive diluent is added to the mixture to improve conductivity. Suitable materials for this purpose include acetylene black, carbon black and / or graphite or metal powders such as powdered nickel, aluminum, titanium and powdered stainless steel. Thus, a preferred anode material mixture comprises about 1 to 5% by weight powdered fluoropolymer binder and about 1 to 5% by weight conductive diluent.
5%, and about 90-98% of the anode material.

【0021】このため、例証的な負極の一つは、集電体
を介して平行に接合されることによりアルカリ金属アノ
ード活物質に短絡されるアノード材を有している。以下
の構成は、その例である。第一アノード材/集電体/ア
ルカリ金属/集電体/第二アノード材、ここで、第一ア
ノード材ならびに第二アノード材は、同一材料または異
なる材料のいずれかである。
Thus, one illustrative negative electrode has an anode material that is shorted to the alkali metal anode active material by being joined in parallel via a current collector. The following configuration is an example. First anode material / current collector / alkali metal / current collector / second anode material, wherein the first anode material and the second anode material are either the same material or different materials.

【0022】本発明の別の実施態様では、アノード材間
においてアルカリ金属がサンドイッチ状に挟まれ、この
アノード材は直接接触することによりアルカリ金属に対
し短絡される。この負極の構成は以下のとおりである。 第一アノード材/集電体/第二アノード材/アルカリ金
属/第三アノード材/集電体/第四アノード材 ここで、第一、第二、第三、第四アノード材は、同一材
料または異なる材料のいずれかから作製される。
In another embodiment of the present invention, the alkali metal is sandwiched between the anode materials, and the anode material is short-circuited to the alkali metal by direct contact. The configuration of this negative electrode is as follows. First anode material / current collector / second anode material / alkali metal / third anode material / current collector / fourth anode material Here, the first, second, third and fourth anode materials are the same material. Or made from any of the different materials.

【0023】本発明の三番目の例証的実施態様の構成
は、以下のとおりである。アノード材/集電体/アルカ
リ金属、ここでは、アノード材は、陽極に対面してい
る。
The configuration of the third exemplary embodiment of the present invention is as follows. Anode material / current collector / alkali metal, where the anode material faces the anode.

【0024】さらに好ましい実施態様として、以下の負
極構成が含まれる。 ハードカーボン/集電体/リチウム/集電体/ハードカ
ーボン または、アノード材/集電体/リチウム/集電体/アノ
ード材、ここで、アノード材は、SnO 、SnO2、SiO 、Sn
O(B2O3) x (P2O5)y 、V2O5、SVO、CSVO、MnO2、TiS2、C
uO2、Cu2S、FeS 、FeS2、CFx 、Ag2O 、Ag2O2 、CuF
、Ag2CrO4 、酸化銅、酸化バナジウム銅およびその混
合物が含まれる。または、炭素系材料/集電体/リチウ
ム/集電体/炭素系材料または、グラファイト/集電体
/グラファイト/リチウム/グラファイト/集電体/グ
ラファイト。
As a further preferred embodiment, the following negative electrode configuration is included. Hard carbon / current collector / lithium / current collector / hard carbon or anode material / current collector / lithium / current collector / anode material, where the anode material is SnO 2, SnO 2 , SiO 2 , Sn
O (B 2 O 3 ) x (P 2 O 5 ) y , V 2 O 5 , SVO, CSVO, MnO 2 , TiS 2 , C
uO 2 , Cu 2 S, FeS, FeS 2 , CF x , Ag 2 O, Ag 2 O 2 , CuF
, Ag 2 CrO 4 , copper oxide, copper vanadium oxide and mixtures thereof. Alternatively, a carbon-based material / current collector / lithium / current collector / carbon-based material or graphite / current collector / graphite / lithium / graphite / current collector / graphite.

【0025】二次電池の場合、陽極の反応では、負極か
ら陽極に移動するイオンの原子または分子形態への変換
が含まれる。陽極は、好ましくは、リチア化酸化物、硫
化物、セレン化物、およびバナジウム、チタニウム、ク
ロミウム、銅、モリブデン、ニオブ、鉄、ニッケル、コ
バルトおよびマンガンなどの金属のテルル化物から構成
される。好ましいリチア化酸化物(lithiated oxide)に
は、Lix Ti5O12 x=4 〜7)、Li3-x M x N(M=CoまたはN
i、x=0.1〜0.6)、LiNiO2、LiMn2O4 、LiMnO2、LiV
2O5、LiCoO2、LiCo0.92Sn0.08O2およびLiCo1-x Nix O2
が含まれる。上述のSVO、CSVO、Ag2O、Ag2O2 、CuF2、A
g2CrO4 、MnO2、V2O5、TiS2、Cu2S、FeS 、FeS2、酸化
銅、酸化バナジウム銅およびその混合物などのアルカリ
金属インターカレートおよびデ−インターカレート材料
も、また、カソード活物質として有用である。
In the case of a secondary battery, the reaction at the anode involves the conversion of ions traveling from the negative electrode to the anode into atomic or molecular forms. The anode is preferably composed of lithiated oxides, sulfides, selenides, and tellurides of metals such as vanadium, titanium, chromium, copper, molybdenum, niobium, iron, nickel, cobalt and manganese. Preferred lithiated oxides include Li x Ti 5 O 12 x = 4 to 7), Li 3-x M x N (M = Co or N
i, x = 0.1-0.6), LiNiO 2 , LiMn 2 O 4 , LiMnO 2 , LiV
2 O 5 , LiCoO 2 , LiCo 0.92 Sn 0.08 O 2 and LiCo 1-x Ni x O 2
Is included. SVO, CSVO, Ag 2 O, Ag 2 O 2 , CuF 2 , A
g 2 CrO 4, MnO 2, V 2 O 5, TiS 2, Cu 2 S, FeS, FeS 2, copper oxide, alkali metal intercalated and de such as copper vanadium oxide and mixtures thereof - also intercalated materials, Further, it is useful as a cathode active material.

【0026】このような二次電池の充電のためには、外
部から電位を電池に負荷することにより、陽極を構成す
るリチウムイオンが負極の炭素系アノード材またはリチ
ウムインターカレートおよびデ−インターカレートアノ
ード材内にインターカレートし、充電が行われる。負荷
された充電電位により、リチウムイオンは、カソード活
物質から電解質を通って、アノード材内に引き入れら
れ、アノード材が飽和される。炭素の場合、Lix C6材の
x 値は、結果的に0.1〜1.0範囲となる。これにより電
池に電荷が蓄えられ、通常の方法で放電が行われる。
In order to charge such a secondary battery, by applying an electric potential to the battery from the outside, the lithium ions constituting the anode are converted into a carbon-based anode material of the anode or lithium intercalate and de-intercalate. It is intercalated into the anode material and charged. Due to the applied charging potential, lithium ions are drawn from the cathode active material through the electrolyte and into the anode material, saturating the anode material. For carbon, Li x C 6
The x value results in a range of 0.1 to 1.0. As a result, the electric charge is stored in the battery, and the battery is discharged in a usual manner.

【0027】前記カソード活物質は、上述の結合剤の一
つ以上ならびに導電希釈剤と混合されることにより陽極
内に形成される。好ましいカソード活混合物には、粉末
フルオロポリマ結合剤が重量百分率で約1〜5%分、導
電希釈剤が重量百分率で約1〜5%分、さらにカソード
活物質が約90〜98%分含まれるものである。
The cathode active material is formed in the anode by mixing with one or more of the binders described above and a conductive diluent. Preferred cathode active mixtures include about 1-5% by weight powdered fluoropolymer binder, about 1-5% by weight conductive diluent, and about 90-98% cathode active material. Things.

【0028】本発明に基づいて電気化学的電池内に陽極
を組み込む場合、カソード活製剤を、負極に適した上述
の材料のいずれか一つから作製される適当な集電体上に
対し圧延、伸展またはプレスすることにより実現し得
る。好ましい集電体の材料は、アルミニウムであり、上
述のように作製された陽極は、1枚以上の負極板を機能
的に付随する1枚以上の板形式か、あるいは「ゼリーロ
ール」(jellyroll)のような構造の対応する負極条片が
巻き付けられた条片形式とし得る。
When incorporating the anode in an electrochemical cell according to the present invention, the cathode active formulation is rolled onto a suitable current collector made from any one of the materials described above suitable for the negative electrode, It can be realized by stretching or pressing. The preferred current collector material is aluminum, and the anode made as described above may be in the form of one or more plates that are functionally associated with one or more negative plates, or a "jellyroll". It can be a strip type in which a corresponding negative electrode strip having such a structure is wound.

【0029】内部短絡状態を回避するために、負極は適
当な分離体により陽極から分離される。分離体は、電気
絶縁材で構成され、その材料は、アノード活物質および
カソード活物質と化学的に不活性であり、この両者は電
解質に対し化学的に不活性であるほか、不溶性でもあ
る。さらに、分離体の材料は、電池の電気化学反応中に
おいて電解質を介する流れを発生させるのに十分な空隙
率を有している。実例となる分離体の材料としては、ポ
リビニリデンフルオライドやポリエチレンテトラフルオ
ロエチレン、及びポリエチレンクロロトリフルオロエチ
レンを含むフルオロポリメリックファイバから織成され
た布帛(これは単独で使用されるか、あるいはフルオロ
ポリメリック微孔性フィルムで積層される)や不織ガラ
ス、ポリプロピレン、ポリエチレン、ガラスファイバ材
料、セラミック、ZITEX(Chemplast Inc.)という名称で
市販されているポリテトラフルオロエチレン膜、CELGAR
D(Celanese Plastic Company, Inc.)という名称で市販
されているポリプロピレン膜およびDEXIGLAS(C.H. Dext
er, Div., Dexter Corp.)という名称で市販されている
薄膜などがある。
To avoid an internal short circuit condition, the negative electrode is separated from the anode by a suitable separator. The separator is composed of an electrically insulating material, which is chemically inert with the anode active material and the cathode active material, both of which are chemically inert to the electrolyte and also insoluble. Further, the material of the separator has sufficient porosity to generate a flow through the electrolyte during the electrochemical reaction of the battery. Illustrative materials for the separator include fabrics woven from fluoropolymeric fibers including polyvinylidene fluoride, polyethylene tetrafluoroethylene, and polyethylene chlorotrifluoroethylene (either used alone or fluoropolymeric fibers). Laminated with microporous film), non-woven glass, polypropylene, polyethylene, glass fiber material, ceramic, polytetrafluoroethylene membrane commercially available under the name ZITEX (Chemplast Inc.), CELGAR
A polypropylene membrane commercially available under the name of D (Celanese Plastic Company, Inc.) and DEXIGLAS (CH Dext
er, Div., Dexter Corp.).

【0030】本発明による電気化学的電池には、さら
に、電池の電気化学反応中における負極と陽極間の移動
用媒体としての役割を果たす、非水性イオン導電電解質
が含まれる。適当な電解質は、非水溶媒内に溶解される
無機イオン導電塩を有しており、またさらに好ましく
は、電解質には、低粘度溶媒と高誘電率溶媒とから構成
される非プロトン性有機溶媒混合物に溶解するイオン化
アルカリ金属塩が含まれる。無機イオン導電塩は、アノ
ードイオンのインターカレート、あるいはカソード活物
質と反応を起こすためのイオン移動の促進のための溶剤
としての役割を果たす。アルカリ金属塩を形成するイオ
ンは、好ましくは、アノード活物質を構成するアルカリ
金属に類似するイオンである。
The electrochemical cell according to the present invention further includes a non-aqueous ionic conductive electrolyte which acts as a transfer medium between the negative electrode and the positive electrode during the electrochemical reaction of the cell. Suitable electrolytes have an inorganic ionic conductive salt dissolved in a non-aqueous solvent, and more preferably, the electrolyte includes an aprotic organic solvent composed of a low viscosity solvent and a high dielectric constant solvent. Includes ionized alkali metal salts that dissolve in the mixture. The inorganic ion conductive salt serves as a solvent for intercalating anodic ions or promoting ion transfer for causing a reaction with the cathode active material. The ion forming the alkali metal salt is preferably an ion similar to the alkali metal forming the anode active material.

【0031】リチウムから構成されるアノード活物質の
場合、電解質のアルカリ金属塩は、リチウムを塩基とす
る塩である。アルカリ金属イオンを負極と陽極との間で
輸送させるための溶剤として有益な既知のリチウム塩に
は、LiPF6 、LiBF4 、LiAsF6、LiSbF6、LiClO4、LiO2
LiAlCl4 、LiGaCl4 、LiC(SO2CF3)3、LiN(SO2CF3)2、Li
SCN 、LiO3SCF3、LiC6F5SO3 、LiO2CCF3、LiSO6F、LiB
(C6H5)4、LiCF3SO3およびその混合物がある。
In the case of an anode active material composed of lithium, the alkali metal salt of the electrolyte is a salt having lithium as a base. The beneficial known lithium salt as a solvent for causing the transport between the alkali metal ions and the negative electrode and the anode, LiPF 6, LiBF 4, LiAsF 6, LiSbF 6, LiClO 4, LiO 2,
LiAlCl 4 , LiGaCl 4 , LiC (SO 2 CF 3 ) 3 , LiN (SO 2 CF 3 ) 2 , Li
SCN, LiO 3 SCF 3 , LiC 6 F 5 SO 3 , LiO 2 CCF 3 , LiSO 6 F, LiB
There are (C 6 H 5 ) 4 , LiCF 3 SO 3 and mixtures thereof.

【0032】本発明において有益な低粘度溶媒として
は、エステル、線形エーテル、環状エーテル、およびテ
トラヒドロフラン(THF) やメチルアセテート(MA)、ジグ
リム、トリグリム、テトラグリム、ジメチルカーボネー
ト(DMC) 、1,2- ジメトキシエタン(DME)、1,2- ジエ
トキシエタン(DEE)、1- エトキシ,2- メトキシエタン
(EME)、エチルメチルカーボネート(EMC)、メチルプロ
ピルカーボネート、エチルプロピルカーボネート、ジエ
チルカーボネート(DEC)、ジプロピルカーボネートおよ
びその混合物が含まれ、高誘電率溶媒には、ポリピレン
カーボネート(PC)、エチレンカーボネート(EC)、ブチレ
ンカーボネート、アセトニトリル、ジメチルスルフォキ
シド、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、
γ- バレロラクトン、γ- ブチロラクトン(GBL) 、N-メ
チル- ピロロリジノン(NMP) およびその混合物などの環
状カーボネート、環状エステル、環状アミドがある。
The low viscosity solvents useful in the present invention include esters, linear ethers, cyclic ethers, tetrahydrofuran (THF), methyl acetate (MA), diglyme, triglyme, tetraglyme, dimethyl carbonate (DMC), 1,2 -Dimethoxyethane (DME), 1,2-diethoxyethane (DEE), 1-ethoxy, 2-methoxyethane
(EME), ethyl methyl carbonate (EMC), methyl propyl carbonate, ethyl propyl carbonate, diethyl carbonate (DEC), dipropyl carbonate and mixtures thereof, and high dielectric constant solvents include polypropylene carbonate (PC), ethylene Carbonate (EC), butylene carbonate, acetonitrile, dimethyl sulfoxide, dimethylformamide, dimethylacetamide,
There are cyclic carbonates, cyclic esters and cyclic amides such as γ-valerolactone, γ-butyrolactone (GBL), N-methyl-pyrrololidinone (NMP) and mixtures thereof.

【0033】本発明の二次電池のための好ましい電解質
としては、EC:DMC :EMC :DEC 溶媒混合物である。種
々のカーボネート溶媒における最も好ましい溶媒混合比
は体積比で、ECが約20%〜約50%、DMC が約12%〜75
%、EMC が約5%〜45%、DECが約3%〜45%である。
本発明に適用できる好ましい電池活性化のための電解質
組成は、DMC :EMC :DEC の比率を平衡に保つことであ
る。これは、一定且つ信頼性のおけるサイクリング特性
を保持するうえで重要である。充電された電池において
は低電位(アノード)材の存在により、リチウム化グラ
ファイト(LiC6 〜0.0 1V 対Li/Li+ )に存在下で、DM
C :DEC 非均衡混合物は結果的にEMC の実質量を形成す
ることが知られている。DMC 、DEC およびEMC の濃度が
変われば、電池のサイクリング特性ならびに温度定格
(temperature rating)が変ることになる。このような
非予測性好ましくない。この現象は、2000年9 月26日に
出願され本件出願人に譲渡された米国特許出願願09/66
9,936 号に詳述されている。本発明の4種カーボネート
混合物を含む電解質は、凝固点が-50 ℃より低く、また
このような混合物により活性化されるリチウムイオン二
次電池の室温におけるサイクリング特性(動作)は非常
に良好であり、-40 ℃以下におけるに放電出力ならびに
充電/放電サイクリング特性も良好である。
A preferred electrolyte for the secondary battery of the present invention is an EC: DMC: EMC: DEC solvent mixture. The most preferred solvent mixing ratios for the various carbonate solvents are about 20% to about 50% EC and about 12% to 75% DMC.
%, EMC is about 5% to 45%, and DEC is about 3% to 45%.
A preferred battery activation electrolyte composition applicable to the present invention is to balance the DMC: EMC: DEC ratio. This is important in maintaining constant and reliable cycling characteristics. In a charged battery, the presence of a low potential (anode) material causes the presence of DM in the presence of lithiated graphite (LiC 6 to 0.01 V vs. Li / Li + ).
C: DEC unbalanced mixtures are known to result in the formation of substantial amounts of EMC. Varying concentrations of DMC, DEC and EMC will alter the cycling characteristics and temperature rating of the battery. Such unpredictability is not preferred. This phenomenon was observed in US patent application Ser. No. 09/66, filed Sep. 26, 2000 and assigned to the present applicant.
It is detailed in issue 9,936. The electrolyte containing the four-carbonate mixture of the present invention has a freezing point lower than -50 ° C, and the cycling characteristics (operation) at room temperature of the lithium ion secondary battery activated by such a mixture are very good. The discharge output and charge / discharge cycling characteristics at -40 ° C or lower are also good.

【0034】以上に述べた二次電池の組立品は、好まし
くは、巻線素子構成として形成される。すなわち、作製
される負極、陽極ならびに分離体は、共に「ゼリーロー
ル」形式の構成とされるか、または負極がロールの外側
に配置され、ケース負極構成における電池ケースと電気
的に接触する「積層巻線素子式電池」(wound elementce
ll stack)方式に構成される。適当な上部および下部絶
縁体を使用することによって、前記積層巻線素子部は、
適当な寸法サイズの金属製のケースに入れることができ
る。この金属ケースは、ステンレススチール、軟鋼、ニ
ッケルメッキ軟鋼、チタニウム、タンタルまたはアルミ
ニウム等の材料が使用でき、金属材料が他の電池コンポ
ーネントとの互換性を有している限り、これらに限られ
るものではない。
The secondary battery assembly described above is preferably formed as a wound element configuration. That is, the negative electrode, the positive electrode, and the separator that are manufactured are all configured in a “jelly roll” type, or the negative electrode is disposed outside the roll and electrically connected to the battery case in the case negative electrode configuration. Wound element ce
ll stack) system. By using appropriate upper and lower insulators, the laminated winding element section is:
It can be placed in a metal case of appropriate dimensions and size. This metal case can use materials such as stainless steel, mild steel, nickel-plated mild steel, titanium, tantalum or aluminum, as long as the metal material has compatibility with other battery components, but is not limited to these. Absent.

【0035】電池のヘッダは、金属製の円盤状の本体か
ら構成され、この本体は、ガラスと金属間のシール/端
子ピンフィードスルーに適合する第一の開口部と、電解
質充填用の第二の開口部を備えている。使用されるガラ
スは、CABAL 12 、TA23、FUSITE425 またはFUSITE435
などのシリコンを重量で約50%含む耐食タイプのもので
ある。陽極端子ピンフィードスルーは、好ましくはチタ
ニウムで構成されるが、モリブデンやアルミニウム、ニ
ッケル合金またはステンレススチールも使用可能であ
る。電池ヘッダは、典型的には、ケースの材料と類似す
る材料から作られる。陽極端子ピンはガラスと金属間の
シール部を介してヘッダに保持され、ついで積層電極を
収容するケースに溶接固定される。電池はその後、上記
の電解質溶液が充填され、その充填穴はステンレス鋼球
などを密着溶接する方法などにより、この方法に限られ
ること無く、密閉封印される。
The battery header is comprised of a metal disk-shaped body having a first opening that accommodates a seal / terminal pin feedthrough between glass and metal, and a second opening for electrolyte filling. Opening. Glass used is CABAL12, TA23, FUSITE425 or FUSITE435
It is a corrosion-resistant type containing about 50% by weight of silicon such as. The anode terminal pin feedthrough is preferably made of titanium, but molybdenum, aluminum, nickel alloy or stainless steel can also be used. Battery headers are typically made from materials similar to those of the case. The anode terminal pin is held by the header via a seal between the glass and the metal, and is then welded and fixed to a case accommodating the laminated electrode. The battery is then filled with the above-mentioned electrolyte solution, and the filled hole is hermetically sealed without being limited to this method, for example, by a method of tightly welding a stainless steel ball or the like.

【0036】上記組立品は、ケースと負極電池のアセン
ブリーの例であり、好ましい本発明の二次電池構造の一
例である。当業者にとって十分に既知であるように、こ
のような二次電気化学システムは、また、ケースと陽極
構成においても構築可能である。
The above assembly is an example of an assembly of a case and a negative electrode battery, and is an example of a preferred secondary battery structure of the present invention. As is well known to those skilled in the art, such secondary electrochemical systems can also be constructed in case and anode configurations.

【0037】以上の実施態様は、本発明の精神及び請求
範囲に示された範囲を逸脱しない限り各種の変更が可能
であり、またこのことは当業者にとって明白である。
The above embodiments can be variously modified without departing from the spirit of the present invention and the scope shown in the claims, and this will be apparent to those skilled in the art.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) H01M 4/62 H01M 4/62 Z 4/66 4/66 A (72)発明者 ロバート エス、ルービノ アメリカ合衆国、ニューヨーク州 14221、 ウィリアムズビル、バウマン ロード 97 (72)発明者 エスター エス、タケウチ アメリカ合衆国、ニューヨーク州 14051、 イースト アムハースト、サン ラファエ ル コート 38 Fターム(参考) 5H017 AA03 AS10 BB12 DD00 EE01 HH05 5H029 AJ03 AJ05 AK02 AK03 AK05 AL02 AL03 AL04 AL06 AL12 AL18 AM02 AM03 AM04 AM05 AM07 BJ12 BJ14 CJ05 CJ07 DJ07 DJ08 EJ01 EJ04 EJ12 HJ12 5H050 AA07 AA08 BA15 CA02 CA07 CA11 CB02 CB03 CB05 CB07 CB12 CB30 DA03 DA06 DA07 DA08 DA10 DA11 EA02 EA03 EA08 EA24 FA02 FA18 GA07 GA09 HA12 ────────────────────────────────────────────────── ───Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI Theme coat ゛ (Reference) H01M 4/62 H01M 4/62 Z 4/66 4/66 A (72) Inventor Robert S., Rubino United States of America, New York 14221, Williamsville, Bauman Road 97 (72) Inventor Esther S., Takeuchi 14051, New York, United States, East Amherst, Saint-Raphael Court 38 F-term (reference) 5H017 AA03 AS10 BB12 DD00 EE01 HH05 5H029 AJ03 AJ05 AK02 AK03 AK05 AL02 AL03 AL04 AL06 AL12 AL18 AM02 AM03 AM04 AM05 AM07 BJ12 BJ14 CJ05 CJ07 DJ07 DJ08 EJ01 EJ04 EJ12 HJ12 5H050 AA07 AA08 BA15 CA02 CA07 CA11 CB02 CB03 CB05 CB07 CB12 CB30 DA03 DA06 DA07 FA08 DA06 DA07 FA08

Claims (39)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 a)アノード活物質により短絡されるア
ノード材からなる負極と、 b)カソード活物質からなる陽極と、 c)負極と陽極を活性化するための非水性電解質とから
構成されることを特徴とする電気化学的電池。
1. An anode made of an anode material short-circuited by an anode active material; b) an anode made of a cathode active material; and c) a non-aqueous electrolyte for activating the anode and the anode. An electrochemical battery, characterized in that:
【請求項2】 アノード活物質が、元素周期率表のI
A、I IAおよびIIBグループから選択されることを
特徴とする請求項1に記載の電気化学的電池。
2. The method according to claim 1, wherein the anode active material is one of I in the periodic table of elements.
2. The electrochemical cell according to claim 1, wherein the cell is selected from the group A, IIA and IIB.
【請求項3】 アノード材が、炭素系材料、SnO 、Sn
O2、SiO 、SnO(B2O3) X (P 2O5)y 、V2O5、SVO 、CSVO、
MnO2、TiS2、CuO2、Cu2S、FeS 、FeS2、CFx 、Ag2O、Ag
2O2 、CuF 、Ag2CrO4 、酸化銅、酸化バナジウム銅、お
よびその混合物からなるグループから選択されことを特
徴とする請求項1に記載の電気化学的電池。
3. The anode material is a carbon-based material, SnO 2, Sn
OTwo, SiO 2, SnO (BTwoOThree)X (P TwoOFive)y , VTwoOFive, SVO, CSVO,
MnOTwo, TiSTwo, CuOTwo, CuTwoS, FeS, FeSTwo, CFx , AgTwoO, Ag
TwoOTwo , CuF, AgTwoCrOFour , Copper oxide, copper vanadium oxide,
Selected from the group consisting of
2. The electrochemical cell according to claim 1, wherein:
【請求項4】 炭素系材料が、コークス、グラファイ
ト、アセチレンブラック、カーボンブラック、ガラスカ
ーボン、ヘアリーカーボン、ハードカーボンおよびその
混合物からなるグループから選択されことを特徴とする
請求項3の電気化学的電池。
4. The electrochemical cell according to claim 3, wherein the carbon-based material is selected from the group consisting of coke, graphite, acetylene black, carbon black, glass carbon, hairy carbon, hard carbon and mixtures thereof. .
【請求項5】 負極が、第一アノード材/集電体/アル
カリ金属/集電体/第二アノード材からなる構成であっ
て、第一および第二アノード材が同一または異なる組成
であり、アルカリ金属をインターカレートおよびデ−イ
ンターカレートすることができることを特徴とする請求
項1に記載の電気化学的電池。
5. A negative electrode comprising a first anode material / current collector / alkali metal / current collector / second anode material, wherein the first and second anode materials have the same or different compositions, The electrochemical cell according to claim 1, wherein the alkali metal can be intercalated and de-intercalated.
【請求項6】 負極が、第一アノード材/集電体/第二
アノード材/アルカリ金属/第三アノード材/集電体/
第四アノード材からなる構成であって、第一、第二、第
三及び四アノード材が同種または異種の材料であり、ア
ルカリ金属をインターカレートおよびデ−インターカレ
−トすることができるものであることを特徴とする請求
項1に記載の電気化学的電池。
6. The negative electrode comprises a first anode material / current collector / second anode material / alkali metal / third anode material / current collector /
A structure comprising a fourth anode material, wherein the first, second, third and fourth anode materials are the same or different materials and are capable of intercalating and de-intercalating an alkali metal. The electrochemical cell according to claim 1, wherein
【請求項7】 負極が、アノード材/集電体/アルカリ
金属という構成であって、アノード材がアルカリ金属を
インターカレートおよびデ−インターカレートすること
ができるものであることを特徴とする請求項1に記載の
電気化学的電池。
7. The negative electrode has a structure of anode material / current collector / alkali metal, wherein the anode material is capable of intercalating and de-intercalating the alkali metal. The electrochemical cell according to claim 1.
【請求項8】 アノード材が陽極に対面していることを
特徴とする請求項5に記載の電気化学的電池。
8. The electrochemical cell according to claim 5, wherein the anode material faces the anode.
【請求項9】 アノード材がハードカーボンであって、
負極が、ハードカーボン/集電体/リチウム/集電体/
ハードカーボンという構成であることを特徴とする請求
項1に記載の電気化学的電池。
9. The anode material is hard carbon,
The negative electrode is hard carbon / current collector / lithium / current collector /
The electrochemical cell according to claim 1, wherein the electrochemical cell has a configuration of hard carbon.
【請求項10】 アノード材がハードカーボンであっ
て、負極が、ハードカーボン/集電体/リチウムという
構成であり、ハードカーボンが陽極に対面していること
を特徴とする請求項1に記載の電気化学的電池。
10. The method according to claim 1, wherein the anode material is hard carbon, the negative electrode has a structure of hard carbon / current collector / lithium, and the hard carbon faces the anode. Electrochemical battery.
【請求項11】 アノード材がハードカーボンであっ
て、負極が、ハードカーボン/集電体/ハードカーボン
/リチウム/ハードカーボン/集電体/ハードカーボン
という構成を備えていることを特徴とする請求項1に記
載の電気化学的電池。
11. The anode material is hard carbon, and the negative electrode has a structure of hard carbon / current collector / hard carbon / lithium / hard carbon / current collector / hard carbon. Item 2. An electrochemical cell according to Item 1.
【請求項12】 アノード材が炭質系材料であって、負
極が、炭質材/集電体/リチウム/集電体/炭質材とい
う構成であることを特徴とする請求項1に記載の電気化
学的電池。
12. The electrochemical device according to claim 1, wherein the anode material is a carbonaceous material, and the negative electrode has a structure of carbonaceous material / current collector / lithium / current collector / carbonaceous material. Battery.
【請求項13】 カソード活物質がLix Ti5O12(x=4〜
7)、Li3-X M X N(M=CoまたはNi、x=0.1〜0.6)、LiNi
O2、LiMn2O4 、LiMnO2、LiV2O5、LiCoO2、LiCo0.92Sn
0.08O2、LiCo1-X NiX O2、SVO 、CSVO、V2O5、MnO2、Cu
O2、TiS2、Cu2S、FeS 、FeS2、酸化銅、バナジウム酸化
銅、CFX 、Ag2O 、Ag2O2 、CuF 、Ag2CrO4 およびその
混合物から構成されるグループから選択されることを特
徴とする請求項1に記載の電気化学的電池。
13. The method according to claim 13, wherein the cathode active material is Lix TiFiveO12(x = 4 ~
7), Li3-X MX N (M = Co or Ni, x = 0.1-0.6), LiNi
OTwo, LiMnTwoOFour , LiMnOTwo, LiVTwoOFive, LiCoOTwo, LiCo0.92Sn
0.08OTwo, LiCo1-X NiX OTwo, SVO, CSVO, VTwoOFive, MnOTwo, Cu
OTwo, TiSTwo, CuTwoS, FeS, FeSTwo, Copper oxide, vanadium oxide
Copper, CFX , AgTwoO, AgTwoOTwo , CuF, AgTwoCrOFour And that
Specially selected from the group consisting of mixtures.
2. The electrochemical cell according to claim 1, wherein:
【請求項14】 陽極に、結合剤材料および導電添加物
から選択される非活性材料が含まれることを特徴とする
請求項1に記載の電気化学的電池。
14. The electrochemical cell according to claim 1, wherein the anode comprises an inactive material selected from a binder material and a conductive additive.
【請求項15】 結合剤材料がフルオロレジン粉末であ
ることを特徴とする請求項14に記載の電気化学的電
池。
15. The electrochemical cell according to claim 14, wherein the binder material is a fluororesin powder.
【請求項16】 導電添加物が、炭素、グラファイト粉
末、アセチレンブラック、チタニウム粉末、アルミニウ
ム粉末、ニッケル粉末、ステンレススチール粉末および
その混合物からなるグループから選択されることを特徴
とする請求項14に記載の電気化学的電池。
16. The method according to claim 14, wherein the conductive additive is selected from the group consisting of carbon, graphite powder, acetylene black, titanium powder, aluminum powder, nickel powder, stainless steel powder and mixtures thereof. Electrochemical battery.
【請求項17】 a)カソード活物質で構成された陽極
と、 b)アノード材とアルカリ金属とから構成され、アルカ
リ金属の第一および第二主要側面が、前記第一および第
二主要側面の少なくとも一方に接触する少なくとも一の
集電体により分離されており、アノード材がアルカリ金
属と反対側の少なくとも一の集電体に接触し、陽極と対
面しており、かつ、アノード材がアルカリ金属をインタ
ーカレートおよびデ−インターカレートできるようにな
っている負極と、 c)前記負極と陽極を活性化するための非水電解質とか
ら成ることを特徴とする電気化学的電池。
17. An anode comprising: a) a cathode active material; and b) an anode material and an alkali metal, wherein the first and second major sides of the alkali metal correspond to the first and second major sides. Separated by at least one current collector in contact with at least one of the anode material, the anode material is in contact with the at least one current collector on the opposite side of the alkali metal, faces the anode, and the anode material is an alkali metal. An electrochemical cell comprising: a negative electrode adapted to intercalate and de-intercalate; and c) a non-aqueous electrolyte for activating the negative electrode and the positive electrode.
【請求項18】 第一および第二集電体を含む負極が、
第一アノード材/第一集電体/アルカリ金属/第二集電
体/第二アノード材という構成であり、第一および第二
アノード材が同一または異なる材料であってアルカリ金
属をインターカレートおよびデ−インターカレートする
ことができるものであることを特徴とする請求項17に
記載の電気化学的電池。
18. The negative electrode including the first and second current collectors,
A first anode material / first current collector / alkali metal / second current collector / second anode material, wherein the first and second anode materials are the same or different materials and the alkali metal is intercalated. 18. The electrochemical cell according to claim 17, wherein the electrochemical cell is capable of being de-intercalated.
【請求項19】 アノード材が炭素系材料であり、負極
が第一および第二集電体を含み、炭素系材料/第一集電
体/リチウム/第二集電体/炭素系材料という構成であ
ることを特徴とする請求項17に記載の電気化学的電
池。
19. A structure in which the anode material is a carbon-based material, the negative electrode includes first and second current collectors, and the following structure: carbon-based material / first current collector / lithium / second current collector / carbon-based material The electrochemical cell according to claim 17, wherein:
【請求項20】 アノード材がハードカーボンであり、
負極が第一および第二集電体を含むもので、ハードカー
ボン/第一集電体/リチウム/第二集電体/ハードカー
ボンという構成であることを特徴とする請求項17に記
載の電気化学的電池。
20. The anode material is hard carbon,
18. The electric device according to claim 17, wherein the negative electrode includes the first and second current collectors, and has a configuration of hard carbon / first current collector / lithium / second current collector / hard carbon. Chemical battery.
【請求項21】 集電体が、銅、ステンレススチール、
チタニウム、タンタル、白金、金、アルミニウム、コバ
ルトニッケル合金、モリブデンおよびクロミウムを含む
高合金フェライト系ステンレス鋼、ならびにニッケル含
有、クロミウム含有、モリブデン含有合金から構成され
るグループから選択されることを特徴とする請求項17
に記載の電気化学的電池。
21. The current collector is made of copper, stainless steel,
It is selected from the group consisting of titanium, tantalum, platinum, gold, aluminum, cobalt nickel alloy, high alloy ferritic stainless steel containing molybdenum and chromium, and alloy containing nickel, chromium, and molybdenum. Claim 17
An electrochemical battery according to claim 1.
【請求項22】 電解質が、エステル、線形エーテル、
環状エーテル、ジアルキルカーボネートおよびその混合
物から選択された第一溶媒と、環状カーボネート、環状
エステル、環状アミドおよびその混合物から選択された
第二溶媒とによって構成されることを特徴とする請求項
17に記載の電気化学的電池。
22. The electrolyte, wherein the electrolyte is an ester, a linear ether,
18. The method according to claim 17, comprising a first solvent selected from a cyclic ether, a dialkyl carbonate and a mixture thereof, and a second solvent selected from a cyclic carbonate, a cyclic ester, a cyclic amide and a mixture thereof. Electrochemical battery.
【請求項23】 第一溶媒が、テトラヒドロフラン(TH
F) 、メチルアセテート(MA)、ジグリム、トリグリム、
テトラグリム、ジメチルカーボネート(DMC) 、1,2- ジ
メトキシエタン(DME) 、1,2- ジエトキシエタン(DEE)
、1- エトキシ,2-メトキシエタン(EME) 、エチルメチ
ルカーボネート、メチルプロピルカーボネート、エチル
プロピルカーボネート、ジエチルカーボネート、ジプロ
ピルカーボネートおよびその混合物から構成されるグル
ープから選択され、第二溶媒が、プロピレンカーボネー
ト(PC)、エチレンカーボネート(EC)、ブチレンカーボネ
ート、アセトニトリル、ジメチルスルフォキシド、ジメ
チルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、γ- バレロ
ラクトン、γ- ブチロラクトン(GBL) 、N-メチル- ピロ
ロリジノン(NMP) およびその混合物から構成されるグル
ープから選択されることを特徴とする請求項22に記載の
電気化学的電池。
23. The first solvent is tetrahydrofuran (TH
F), methyl acetate (MA), diglyme, triglyme,
Tetraglyme, dimethyl carbonate (DMC), 1,2-dimethoxyethane (DME), 1,2-diethoxyethane (DEE)
1-ethoxy, 2-methoxyethane (EME), ethyl methyl carbonate, methyl propyl carbonate, ethyl propyl carbonate, diethyl carbonate, dipropyl carbonate and mixtures thereof, wherein the second solvent is propylene carbonate (PC), ethylene carbonate (EC), butylene carbonate, acetonitrile, dimethyl sulfoxide, dimethylformamide, dimethylacetamide, γ-valerolactone, γ-butyrolactone (GBL), N-methyl-pyrrololidinone (NMP) and mixtures thereof 23. The electrochemical cell according to claim 22, wherein the cell is selected from the group consisting of:
【請求項24】 電解質が、LiPF6 、LiBF4 、LiAsF6
LiSbF6、LiClO4、LiO2、LiAlCl4 、LiGaCl4 、LiC(SO2C
F3)3、LiN(SO2CF3)2、LiSCN 、LiO3SCF3、LiC6F5SO3
LiO2CCF3、LiSO6F、LiB(C6H5)4、LiCF3SO3およびその混
合物から構成されるグループから選択されたリチウム塩
を含むことを特徴とする請求項17に記載の電気化学的
電池。
24. An electrolyte comprising: LiPF 6 , LiBF 4 , LiAsF 6 ,
LiSbF 6 , LiClO 4 , LiO 2 , LiAlCl 4 , LiGaCl 4 , LiC (SO 2 C
F 3 ) 3 , LiN (SO 2 CF 3 ) 2 , LiSCN, LiO 3 SCF 3 , LiC 6 F 5 SO 3 ,
LiO 2 CCF 3, LiSO 6 F , LiB (C 6 H 5) 4, LiCF 3 SO 3 and electrical of claim 17, characterized in that it comprises a lithium salt selected from the group consisting of a mixture thereof Chemical battery.
【請求項25】 電解質が、プロピレンカーボネートと
1,2- ジメトキシエタンの体積百分率で50:50の混合物
中に溶解した0.8M〜1.5M のLiAsF6またはLiPF6である
ことを特徴とする請求項17に記載の電気化学的電池。
25. The electrolyte, characterized in that the volume percentage of propylene carbonate and 1,2-dimethoxyethane is LiAsF 6 or LiPF 6 in 0.8M~1.5M dissolved in a mixture of 50:50 claims Item 18. An electrochemical cell according to Item 17.
【請求項26】 a)カソード活物質から構成される陽
極と、 b)集電体の一方側に接触したアノード材で、該集電体
の他方側にアルカリ金属が位置するもので、該アノード
材が陽極に面しており、かつ前記アルカリ金属をインタ
ーカレートおよびデ−インターカレートを行うことがで
きるという、アノード材からなる負極、及び c)負極と陽極を活性化する非水電解質からなることを
特徴とする電気化学的電池。
26. An anode comprising a cathode active material; and b) an anode material in contact with one side of the current collector, wherein the alkali metal is located on the other side of the current collector. A negative electrode comprising an anode material, wherein the material faces the anode and the alkali metal can be intercalated and de-intercalated; and c) a non-aqueous electrolyte which activates the negative electrode and the anode. An electrochemical battery, comprising:
【請求項27】 アノード材がハードカーボンであり、
負極の構成がハードカーボン/集電体/リチウムであ
り、前記ハードカーボンが陽極に対面していることを特
徴とする請求項26に記載の電気化学的電池。
27. The anode material is hard carbon,
27. The electrochemical cell according to claim 26, wherein the configuration of the negative electrode is hard carbon / current collector / lithium, and the hard carbon faces the anode.
【請求項28】 アノード材が炭素系材料であり、負極
の構成が炭素系材料/集電体/リチウムであって、炭素
系材料が陽極に対面することを特徴とする請求項26に
記載の電気化学的電池。
28. The method according to claim 26, wherein the anode material is a carbon-based material, the structure of the negative electrode is carbon-based material / current collector / lithium, and the carbon-based material faces the anode. Electrochemical battery.
【請求項29】 アノード材が、SnO 、SnO2、SiO 、Sn
O(B2O3) x (P2O5)y 、炭素系材料、SVO 、CSVO、V2O5
MnO2、CuO2、TiS2、Cu2S 、FeS 、FeS2、酸化銅、酸化
バナジウム銅、CFX 、Ag2O、Ag2O2 、CuF 、Ag2CrO4
よびその混合物から構成されるグループから選択される
ことを特徴とする請求項26に記載の電気化学的電池。
29. The anode material is composed of SnO 2 , SnO 2 , SiO 2 , Sn
O (B 2 O 3 ) x (P 2 O 5 ) y , carbon-based material, SVO, CSVO, V 2 O 5 ,
MnO 2 , CuO 2 , TiS 2 , Cu 2 S, FeS, FeS 2 , copper oxide, copper vanadium oxide, CF X , Ag 2 O, Ag 2 O 2 , CuF, Ag 2 CrO 4 and mixtures thereof 27. The electrochemical cell according to claim 26, wherein the cell is selected from a group.
【請求項30】 a)カソード活物質から構成される陽
極と、 b)第一集電体と第二集電体との間にサンドイッチ状に
挟まれるアルカリ金属から成る負極であって、アノード
材が、SnO 、SnO2、SiO 、SnO(B2O3) x (P205)y、炭素
系材料、V2O5、SVO 、CSVO、MnO2、TiS2、CuO2、Cu2S、
FeS 、FeS2、CFx、Ag2O、Ag2O2 、CuF 、Ag2CrO4 、酸
化銅、バナジウム酸化銅およびその混合物から構成され
るグループから選択されものであり、これらはアルカリ
金属の反対側で第一および第二集電体の少なくとも一方
に接触するとともに陽極に対面するようにした負極と、 c)負極と陽極を活性化する非水性電解質とから成るこ
とを特徴とする電気化学的電池。
30. A negative electrode made of an alkali metal sandwiched between a first current collector and a second current collector, comprising: a) an anode made of a cathode active material; and an anode material. but, SnO, SnO 2, SiO, SnO (B 2 O 3) x (P 2 0 5) y, carbon-based materials, V 2 O 5, SVO, CSVO, MnO 2, TiS 2, CuO 2, Cu 2 S ,
FeS, FeS 2 , CF x , Ag 2 O, Ag 2 O 2 , CuF, Ag 2 CrO 4 , copper oxide, vanadium copper oxide and mixtures thereof, selected from the group consisting of alkali metals An electrochemical device comprising: a negative electrode in contact with at least one of the first and second current collectors on the opposite side and facing the anode; and c) a non-aqueous electrolyte activating the negative electrode and the anode. Battery.
【請求項31】 電気化学的電池を提供するための方法
であって、 a)カソード活物質から構成される陽極を提供する工程
と、 b)アノード材で短絡されたアルカリ金属から成る負極
を提供する工程と、 c)負極と陽極を非水性電解質により活性化させる工程
とから成ることを特徴とする電気化学的電池を提供する
方法。
31. A method for providing an electrochemical cell, comprising: a) providing an anode comprised of a cathode active material; and b) providing an anode comprised of an alkali metal shorted by an anode material. And c) activating the negative electrode and the positive electrode with the non-aqueous electrolyte.
【請求項32】 第一アノード材/集電体/アルカリ金
属/集電体/第二アノード材という構成の負極を提供す
る工程を含むもので、同一または異なる材料からなる第
一および第二のアノード材が、アルカリ金属をインター
カレートおよびデ−インターカレート可能であることを
特徴とする請求項31に記載の方法。
32. A method comprising providing a negative electrode having a structure of a first anode material / current collector / alkali metal / current collector / second anode material, wherein the first and second materials are made of the same or different materials. 32. The method of claim 31, wherein the anode material is capable of intercalating and de-intercalating an alkali metal.
【請求項33】 第一アノード材/集電体/第二アノー
ド材/アルカリ金属/第三アノード材/集電体/第四ア
ノード材という構成の負極を提供する工程を含むもの
で、第一、第二、第三および第四アノード材は同一また
は異種の材料であって、アルカリ金属をインターカレー
トおよびデ−インターカレート可能であることを特徴と
する請求項31に記載の方法。
33. A method comprising providing a negative electrode having the following structure: a first anode material / current collector / second anode material / alkali metal / third anode material / current collector / fourth anode material. 32. The method of claim 31, wherein the, second, third and fourth anode materials are the same or different materials and are capable of intercalating and de-intercalating alkali metals.
【請求項34】 アノード材/集電体/アルカリ金属と
いう構成の負極を提供する工程を含むもので、アノード
材がアルカリ金属をインターカレートおよびデ−インタ
ーカレートすることができ、且つ陽極に対面するように
なっていることを特徴とする請求項31に記載の方法。
34. A method comprising providing a negative electrode having a structure of anode material / current collector / alkali metal, wherein the anode material is capable of intercalating and de-intercalating an alkali metal, and 32. The method of claim 31, wherein the method is adapted to face to face.
【請求項35】 ハードカーボンのアノード材を提供す
る工程を含み、負極構成をハードカーボン/集電体/リ
チウム/集電体/ハードカーボンとすることを特徴とす
る請求項31に記載の方法。
35. The method of claim 31, including providing a hard carbon anode material, wherein the negative electrode configuration is hard carbon / current collector / lithium / current collector / hard carbon.
【請求項36】 炭質系材料からなるアノード材を提供
する工程を含み、負極の構成が炭質系材料/集電体/リ
チウムであって、炭質系材料が陽極に対面することを特
徴とする請求項31に記載の方法。
36. The method according to claim 36, further comprising the step of providing an anode material made of a carbonaceous material, wherein the structure of the negative electrode is carbonaceous material / current collector / lithium, and the carbonaceous material faces the anode. Item 34. The method according to Item 31.
【請求項37】 炭質系材料からなるアノード材を提供
するための工程を含み、負極の構成を炭質系材料/集電
体/リチウム/集電体/炭質系材料とすることを特徴と
する請求項31に記載の方法。
37. A process for providing an anode material comprising a carbonaceous material, wherein the structure of the negative electrode is carbonaceous material / current collector / lithium / current collector / carbonaceous material. Item 34. The method according to Item 31.
【請求項38】 アノード材を、SnO 、SnO2、SiO 、Sn
O(B2O3) x (P2O5)y 、炭質系材料、V2O5、SVO 、CSVO、
MnO2、TiS2、CuO2、Cu2S、FeS 、FeS2、CFX 、Ag 2O、Ag
2O2 、CuF 、Ag2CrO4 、酸化銅、酸化バナジウム銅およ
びその混合物からなるグループから選択することを特徴
とする請求項31に記載の方法。
38. The anode material is made of SnO 2, SnO 2Two, SiO, Sn
O (BTwoOThree)x (PTwoOFive)y , Carbonaceous material, VTwoOFive, SVO, CSVO,
MnOTwo, TiSTwo, CuOTwo, CuTwoS, FeS, FeSTwo, CFX , Ag TwoO, Ag
TwoOTwo , CuF, AgTwoCrOFour , Copper oxide, copper vanadium oxide and
Selected from the group consisting of
32. The method of claim 31, wherein:
【請求項39】 炭素系材料を、コークス、グラファイ
ト、アセチレンブラック、カーボンブラック、ガラスカ
ーボン、ヘアリーカーボン、ハードカーボンおよびその
混合物から構成されるグループから選択することを特徴
とする請求項38に記載の方法。
39. The method according to claim 38, wherein the carbon-based material is selected from the group consisting of coke, graphite, acetylene black, carbon black, glass carbon, hairy carbon, hard carbon and mixtures thereof. Method.
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Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003242965A (en) * 2001-12-05 2003-08-29 Wilson Greatbatch Technologies Inc Two sheets of positive electrode collectors for alkaline metal ion electrochemical battery
JP2006253095A (en) * 2005-03-14 2006-09-21 Mitsui Mining & Smelting Co Ltd Manufacturing method of nonaqueous electrolyte secondary battery
KR100709840B1 (en) 2005-08-17 2007-04-23 삼성에스디아이 주식회사 Lithium rechargeable battery and Hybrid cell using the same
JP2013168241A (en) * 2012-02-14 2013-08-29 Sumitomo Chemical Co Ltd Negative electrode material for sodium secondary battery, electrode for sodium secondary battery, and sodium secondary battery
JP2016516281A (en) * 2013-03-15 2016-06-02 ワイルドキャット・ディスカバリー・テクノロジーズ・インコーポレイテッドWildcat Discovery Technologies, Inc. High energy materials for batteries, methods for their production and their use
US9985280B2 (en) 2013-03-15 2018-05-29 Wildcat Discovery Technologies, Inc High energy materials for a battery and methods for making and use
WO2018093088A3 (en) * 2016-11-21 2018-08-09 주식회사 엘지화학 Electrode and lithium secondary battery comprising same
US10205167B2 (en) 2013-03-15 2019-02-12 Wildcat Discovery Technologies, Inc. High energy materials for a battery and methods for making and use
US10903483B2 (en) 2015-08-27 2021-01-26 Wildcat Discovery Technologies, Inc High energy materials for a battery and methods for making and use
US11056725B2 (en) 2016-11-21 2021-07-06 Lg Chem, Ltd. Electrode and lithium secondary battery comprising same

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7211349B2 (en) * 2002-08-06 2007-05-01 Wilson Greatbatch Technologies, Inc. Silver vanadium oxide provided with a metal oxide coating
JP4993860B2 (en) * 2005-02-03 2012-08-08 日立マクセルエナジー株式会社 Non-aqueous electrolyte primary battery
JP4510912B2 (en) * 2007-09-06 2010-07-28 パナソニック株式会社 Non-aqueous electrolyte battery
JP2010539651A (en) * 2007-09-10 2010-12-16 メドトロニック,インコーポレイテッド Method for at least dual control of the properties of printed electrodes
KR101435212B1 (en) 2008-09-17 2014-08-28 주식회사 엘지화학 Multilayered-Secondary battery including electrodes with different thickness
EP2359426B1 (en) * 2008-11-07 2015-07-08 EaglePicher Technologies, LLC Non-aqueous cell having amorphous or semi-crystalline copper manganese oxide cathode material
FR3070544B1 (en) * 2017-08-30 2023-01-27 Centre Nat Rech Scient CURRENT COLLECTION MULTIPLE ARRAY ELECTRODE

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003242965A (en) * 2001-12-05 2003-08-29 Wilson Greatbatch Technologies Inc Two sheets of positive electrode collectors for alkaline metal ion electrochemical battery
JP2006253095A (en) * 2005-03-14 2006-09-21 Mitsui Mining & Smelting Co Ltd Manufacturing method of nonaqueous electrolyte secondary battery
KR100709840B1 (en) 2005-08-17 2007-04-23 삼성에스디아이 주식회사 Lithium rechargeable battery and Hybrid cell using the same
JP2013168241A (en) * 2012-02-14 2013-08-29 Sumitomo Chemical Co Ltd Negative electrode material for sodium secondary battery, electrode for sodium secondary battery, and sodium secondary battery
JP2016516281A (en) * 2013-03-15 2016-06-02 ワイルドキャット・ディスカバリー・テクノロジーズ・インコーポレイテッドWildcat Discovery Technologies, Inc. High energy materials for batteries, methods for their production and their use
US9985280B2 (en) 2013-03-15 2018-05-29 Wildcat Discovery Technologies, Inc High energy materials for a battery and methods for making and use
US10205167B2 (en) 2013-03-15 2019-02-12 Wildcat Discovery Technologies, Inc. High energy materials for a battery and methods for making and use
US10903483B2 (en) 2015-08-27 2021-01-26 Wildcat Discovery Technologies, Inc High energy materials for a battery and methods for making and use
WO2018093088A3 (en) * 2016-11-21 2018-08-09 주식회사 엘지화학 Electrode and lithium secondary battery comprising same
US11056725B2 (en) 2016-11-21 2021-07-06 Lg Chem, Ltd. Electrode and lithium secondary battery comprising same

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