JP2007184219A - 高率出力設計のリチウムイオン二次電池 - Google Patents
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Abstract
【課題】陽極活性物質の主成分としてＬｉＦｅＰＯ4を使用する高率出力のリチウムイオン二次電池を提供する。
【解決手段】陽極と、陰極と、陽極と陰極を分離する分離フィルムと、陽極と陰極の間でリチウムイオンチャンネルを形成する電解質とを有する。陽極は、電流コレクター基板と、電流コレクター基板に接続している一つのシングルタブまたは複数のタブと、電流コレクターの一表面の陽極の材料の電極層とを有する。陽極の材料は、陽極活性物質と、伝導性炭素と、陽極活性物質を基板に結合するバインダーとを有する。陽極活性物質は主成分としてＬｉＦｅＰＯ4を有し、陽極の材料の電極層は面積と厚さの比が１．２×１０6ｍｍより大きい。
【選択図】図１Ａ
【解決手段】陽極と、陰極と、陽極と陰極を分離する分離フィルムと、陽極と陰極の間でリチウムイオンチャンネルを形成する電解質とを有する。陽極は、電流コレクター基板と、電流コレクター基板に接続している一つのシングルタブまたは複数のタブと、電流コレクターの一表面の陽極の材料の電極層とを有する。陽極の材料は、陽極活性物質と、伝導性炭素と、陽極活性物質を基板に結合するバインダーとを有する。陽極活性物質は主成分としてＬｉＦｅＰＯ4を有し、陽極の材料の電極層は面積と厚さの比が１．２×１０6ｍｍより大きい。
【選択図】図１Ａ
Description
本発明は、高率出力のリチウムイオン二次電池に関し、特に、陽極活性物質の主成分として低伝導率の材料であるＬｉＦｅＰＯ4を使用する高率出力のリチウムイオン二次電池に関する。
リチウムイオンリン酸塩（ＬｉＦｅＰＯ4）はオリビン結晶構造を有し、近年、さかんに研究されているリチウムイオン二次電池の陽極活性物質の一つである。リチウムイオン二次電池に陽極活性物質としてＬｉＦｅＰＯ4を使用する重要な背景の一つは、ＬｉＦｅＰＯ4の伝導性がかなり低いことであり（１０-9Ｓ／ｃｍ）、それはＬｉＭｎ2Ｏ4やＬｉＣｏＯ2（１０-3Ｓ／ｃｍ〜１０-4Ｓ／ｃｍ）のような他の陽極活性物質の伝導性より顕著に低い。結果として、リチウムイオンは陽極に結合または解離する間にインピードされ、そのため、陽極活性物質としてＬｉＦｅＰＯ4を使用するリチウムイオン二次電池の高率出力に影響し、ＬｉＭｎ2Ｏ4またはＬｉＣｏＯ2と比較して性能が悪くなる。ＬｉＦｅＰＯ4の低伝導性に関する問題を解決する文献のアプローチは、次の３つのカテゴリーに分類される。
１．表面に炭素の層を塗布することによるＬｉＦｅＰＯ4の伝導性の向上（非特許文献１、非特許文献２、非特許文献３または非特許文献４参照）。
２．他の金属をＬｉＦｅＰＯ4に導入することによるＬｉＦｅＰＯ4の伝導性の向上（非特許文献５参照）。
３．ナノＬｉＦｅＰＯ4の使用によるＬｉＦｅＰＯ4の高率出力の向上（非特許文献６、非特許文献７または非特許文献８参照）。
２．他の金属をＬｉＦｅＰＯ4に導入することによるＬｉＦｅＰＯ4の伝導性の向上（非特許文献５参照）。
３．ナノＬｉＦｅＰＯ4の使用によるＬｉＦｅＰＯ4の高率出力の向上（非特許文献６、非特許文献７または非特許文献８参照）。
現在、一般に使用されている市販のＬｉＦｅＰＯ4は、炭素塗布処理され、粒子のサイズはだいたいサブミクロンからミクロンの間の範囲である。炭素塗布処理の後、ＬｉＦｅＰＯ4の伝導性は１０-2Ｓ／ｃｍから１０-3Ｓ／ｃｍに上昇するが、高率出力はまだ明確でない他の理由により低いままである。ＬｉＦｅＰＯ4の高率出力の問題を解決できる電極の設計方法を調査する研究が絶えず実施されている。
特許文献１と特許文献２は、陽極活性物質の主成分としてＬｉＦｅＰＯ4を使用する高率出力のリチウムイオン二次電池を開示している。前者では、ＬｉＦｅＰＯ4はチタン、ジルコニウム、ニオビウム、アルミニウムまたはマグネシウムでドープされ、後者では、電流コレクターの陽極活性物質の層が２０Ω−ｃｍ2未満の面積特定インピーダンス（以下、ＡＳＩと略す）を有する。これらの二つの特許の内容は参考文献に取り入れられている。
本発明は、陽極活性物質の主成分としてＬｉＦｅＰＯ4を使用するリチウムイオン二次電池を提供する。リチウムイオン二次電池が高率出力を有する（１０Ｃ放電率における容量は１Ｃ放電率における容量より８０％大きい）ため、本発明により形成されるリチウムイオン二次電池は下記の特徴を有する。電流コレクターの陽極活性物質の電極層は面積と厚さの比（Ａ／ｔ）が１．２×１０6より大きく、したがって、その層はイオンインピーダンスが減少する。必要なら、電流コレクターの電子インピーダンスを低下させるため、一つ以上のタブを陽極の電流コレクターに接続し、このため、陽極はインピーダンスの総量が減少する。本発明の設計は、同様に低い伝導性を有する他の陽極活性物質にも適用される。
本発明は、様々な設計のリチウムイオン二次電池によって陽極基板の塗布材料の電子インピーダンスとイオンインピーダンスの電池の放電出力への影響を調査し、ＬｉＦｅＰＯ4の低伝導性により高率出力が平均以下である欠点を克服するために研究される。したがって、高率出力を有するリチウムイオン二次電池が生成され、例えば、８０%以上の１０Ｃ放電出力を有するリチウムイオン二次電池を生成でき、電力消費が大きい製品に適用できる。１０Ｃ放電出力は、１０Ｃレートで放電されるリチウムイオン二次電池の容量と１Ｃレートで放電される容量の比率として定義される（以下、１０Ｃ放電出力と略す）。
本発明の好ましい実施例は（それを限定しないが）、下記のものを含む。
１．リチウムイオン二次電池は、陽極と、陰極と、陽極と陰極を分離する分離フィルムと、陽極と陰極の間でリチウムイオンチャンネルを形成する電解質とを有する。陽極は、電流コレクター基板と、電流コレクター基板に接続している一つのシングルタブまたは複数のタブと、電流コレクターの一表面の陽極の材料の電極層とを有する。陽極の材料は、陽極活性物質と、伝導性炭素と、陽極活性物質を基板に結合するバインダーとを有する。陽極活性物質は主成分としてＬｉＦｅＰＯ4を有し、陽極の材料の電極層は面積と厚さの比が１．２×１０6ｍｍより大きいことを特徴とする。
１．リチウムイオン二次電池は、陽極と、陰極と、陽極と陰極を分離する分離フィルムと、陽極と陰極の間でリチウムイオンチャンネルを形成する電解質とを有する。陽極は、電流コレクター基板と、電流コレクター基板に接続している一つのシングルタブまたは複数のタブと、電流コレクターの一表面の陽極の材料の電極層とを有する。陽極の材料は、陽極活性物質と、伝導性炭素と、陽極活性物質を基板に結合するバインダーとを有する。陽極活性物質は主成分としてＬｉＦｅＰＯ4を有し、陽極の材料の電極層は面積と厚さの比が１．２×１０6ｍｍより大きいことを特徴とする。
２．項目１のリチウムイオン二次電池では、陽極が一つのシングルタブのみを有するとき、シングルタブと基板の端との最も長い距離は１２００ｍｍ未満であり、陽極が複数のタブを有するとき、二つの隣接するタブの間隔は基板の縦方向に沿って２４００ｍｍ未満である。
３．項目１または項目２のリチウムイオン二次電池では、３０ｍΩ以下の１ＫＨｚでの交流電流インピーダンスを有する。
４．項目１、項目２または項目３のリチウムイオン二次電池では、基板の一表面の陽極の材料の電極層の厚さは３０μｍから１５０μｍである。
４．項目１、項目２または項目３のリチウムイオン二次電池では、基板の一表面の陽極の材料の電極層の厚さは３０μｍから１５０μｍである。
５．項目１、項目２、項目３または項目４のリチウムイオン二次電池では、１０Ｃ放電率の容量と１Ｃ放電率の容量の比が８０％より大きい。
６．項目１、項目２、項目３、項目４または項目５のリチウムイオン二次電池では、陽極活性物質がさらにＬｉＭｎ2Ｏ4、ＬｉＣｏＯ2、Ｌｉ［Ｎｉ，Ｃｏ，Ｍｎ］Ｏ2またはＬｉ［Ｎｉ，Ｃｏ，Ａｌ］Ｏ2を有する。
６．項目１、項目２、項目３、項目４または項目５のリチウムイオン二次電池では、陽極活性物質がさらにＬｉＭｎ2Ｏ4、ＬｉＣｏＯ2、Ｌｉ［Ｎｉ，Ｃｏ，Ｍｎ］Ｏ2またはＬｉ［Ｎｉ，Ｃｏ，Ａｌ］Ｏ2を有する。
７．リチウムイオン二次電池は、陽極と、陰極と、陽極と陰極を分離する分離フィルムと、陽極と陰極の間でリチウムイオンチャンネルを形成する電解質とを有する。陽極は、電流コレクター基板と、電流コレクター基板に接続している一つのシングルタブまたは複数のタブと、基板の一表面の陽極の材料の電極層とを有する。陽極の材料は、陽極活性物質と、伝導性炭素と、陽極活性物質を基板に結合するバインダーとを有する。陽極活性物質は主成分としてリチウム化合物を有し、リチウム化合物は１０-5Ｓ／ｃｍから１０-10Ｓ／ｃｍの間のレベルの伝導率を有し、陽極の材料の電極層は面積と厚さの比が１．２×１０6ｍｍより大きいことを特徴とする。
８．項目７のリチウムイオン二次電池では、リチウム化合物はリチウム遷移金属リン酸塩である。
９．項目８のリチウムイオン二次電池では、リチウム遷移金属リン酸塩はオリビンまたは変性オリビン結晶構造を有するＬｉＭＰＯ4であり、Ｍは遷移金属である。
９．項目８のリチウムイオン二次電池では、リチウム遷移金属リン酸塩はオリビンまたは変性オリビン結晶構造を有するＬｉＭＰＯ4であり、Ｍは遷移金属である。
１０．項目９のリチウムイオン二次電池では、ＬｉＭＰＯ4は、ＬｉＦｅＰＯ4、金属ドープＬｉＦｅＰＯ4あるいは表面変性または炭素塗布ＬｉＦｅＰＯ4である。
１１．項目７、項目８、項目９または項目１０のリチウムイオン二次電池では、陽極が一つのシングルタブのみを有するとき、シングルタブと基板の端までの最も長い距離は１２００ｍｍ未満であり、陽極が複数のタブを有するとき、二つの隣接するタブの間隔は基板の縦方向に沿って２４００ｍｍ未満である。
１１．項目７、項目８、項目９または項目１０のリチウムイオン二次電池では、陽極が一つのシングルタブのみを有するとき、シングルタブと基板の端までの最も長い距離は１２００ｍｍ未満であり、陽極が複数のタブを有するとき、二つの隣接するタブの間隔は基板の縦方向に沿って２４００ｍｍ未満である。
１２．項目７または項目１１のリチウムイオン二次電池では、３０ｍΩ以下の１ＫＨｚでの交流電流インピーダンスを有する。
１３．項目７、項目１１または項目１２のリチウムイオン二次電池では、基板の一表面の陽極の材料の電極層の厚さは３０μｍから１５０μｍである。
１３．項目７、項目１１または項目１２のリチウムイオン二次電池では、基板の一表面の陽極の材料の電極層の厚さは３０μｍから１５０μｍである。
１４．項目７、項目１１、項目１２または項目１３のリチウムイオン二次電池では、１０Ｃ放電率の容量と１Ｃ放電率の容量の比が８０％より大きい。
１５．項目７、項目１１、項目１２、項目１３または項目１４のリチウムイオン二次電池では、陽極活性物質はさらにＬｉＭｎ2Ｏ4、ＬｉＣｏＯ2、Ｌｉ［Ｎｉ，Ｃｏ，Ｍｎ］Ｏ2またはＬｉ［Ｎｉ，Ｃｏ，Ａｌ］Ｏ2を有する。
１５．項目７、項目１１、項目１２、項目１３または項目１４のリチウムイオン二次電池では、陽極活性物質はさらにＬｉＭｎ2Ｏ4、ＬｉＣｏＯ2、Ｌｉ［Ｎｉ，Ｃｏ，Ｍｎ］Ｏ2またはＬｉ［Ｎｉ，Ｃｏ，Ａｌ］Ｏ2を有する。
電池の電極の設計において、インピーダンスの源は１．電子インピーダンスと２．イオンインピーダンスの二つの部分を含む。伝導性が低い主な活性物質としてＬｉＦｅＰＯ4を使用する陽極では、インピーダンスの主な源が電流コレクターからの電子インピーダンスと電流コレクターの電極層からのイオンインピーダンスを含む。
電流コレクターの電子インピーダンスＲelectronは、下記の数式で表される。
Ｒelectron＝１／σ・Ｌ／Ａ
ここで、σは電流コレクターの電子伝導性であり、Ｌは伝導経路の長さであり、Ａは断面積である。
Ｒelectron＝１／σ・Ｌ／Ａ
ここで、σは電流コレクターの電子伝導性であり、Ｌは伝導経路の長さであり、Ａは断面積である。
陽極の材料の電極層のイオンインピーダンスＲionは、下記の数式で表される。
Ｒion＝１／κ・ｔ／Ａ’
ここで、κは陽極の材料の電極層のイオン伝導性であり、ｔは層の厚さであり、Ａ’は電極層の面積である。
κ＝κ0・εn
ここで、κ0は孔のない層のイントリンシック伝導性と等しく、εは電極の有孔率と等しく、ｎは電極の有孔率のねじれ（tortuosity）に等しい。
Ｒion＝１／κ・ｔ／Ａ’
ここで、κは陽極の材料の電極層のイオン伝導性であり、ｔは層の厚さであり、Ａ’は電極層の面積である。
κ＝κ0・εn
ここで、κ0は孔のない層のイントリンシック伝導性と等しく、εは電極の有孔率と等しく、ｎは電極の有孔率のねじれ（tortuosity）に等しい。
図１Ａから図１Ｊに示すように、様々な設計の陽極の１０Ｃ放電率のＬｉＦｅＰＯ4のパフォーマンスを解釈するため、電極の長さとタブの位置が異なる１０グループを設計した。これらの設計を電子インピーダンスまたはイオンインピーダンスの１０Ｃ放電率のパフォーマンスへの影響を解明するために試験し、Ｌは陽極の電流コレクターの長さを表し（１Ｌ＝３００ｍｍ）、タブは濃い色で表している。陽極の電流コレクターの表面は、さまざまな配置のタブの場所以外は陽極の材料の電極層で完全に被覆されている。
実験の１０グループの設計は、表１と表２に表している。
電池の調製方法と電池全体の１ＫＨｚでのＡＣＩＲの測定に関する詳細は下記の例によって説明する。
電池の調製方法と電池全体の１ＫＨｚでのＡＣＩＲの測定に関する詳細は下記の例によって説明する。
グループ２、グループ３及びグループ４では、同じ長さで伝導メカニズムが異なる電流コレクターを使用して実験を実行した。電流コレクターの一表面の電極層の面積と電極層の厚さは同じであり、塗布層のイオンインピーダンスは固定されている。しかしながら、電子インピーダンスは、タブの位置と数が異なることによって様々な影響を引き起こす。結果として、電池全体の１ＫＨｚでのＡＣＩＲは３５．７１ｍΩ、４６．８６ｍΩ、３３．５２ｍΩであり、１０Ｃ放電出力はそれぞれ７３．３％、７２．８％、６８．５％であり、電流コレクターの電子インピーダンスの違いは１０Ｃ放電出力には大きく影響しないことを示している。
グループ１、グループ２及びグループ５では、実験は固定の電子インピーダンスを調節することによって行い、電極の単位長さ（電流コレクターの端からタブまでの距離）は同じであることを意味する。グループ５では、２個の平行するタブがあるため、電極板の単ヲ≡≡12373?は増加し、そのため、３つのグループの電子インピーダンスは同じである。しかしながら、電極層の面積（Ａ’）が異なるため、イオンインピーダンスは異なる。電池全体の１ＫＨｚでのＡＣＩＲは６４．６２ｍΩ、３５．７１ｍΩ、１６．５３ｍΩであり、１０Ｃ放電出力はそれぞれ５０．１％、７３．３％、９５．１％であり、イオンインピーダンスはＡＣＩＲの顕著な差を引き起こし、顕著に１０Ｃ放電出力に影響することを示す。
さらに、グループ３の電極の単ヲ≡≡12373?がグループ１の２倍であることを除いては、グループ１とグループ３は同じ数と配置のタブを使用し、このため、グループ３の電子インピーダンスはグループ１の電子インピーダンスより大きくなければならない。しかしながら、グループ３の電池全体の１ＫＨｚでのＡＣＩＲは４６．９ｍΩであり、グループ１の６４．６ｍΩより低く、グループ３の１０Ｃ放電出力もまたグループ１より優れ、それぞれ７２．８％と５０．１％である。
前述の結果から、ＬｉＦｅＰＯ4から発生するイオンインピーダンスは陽極の高率出力に影響を与える主な要因であることが明らかである。
前述の結果から、ＬｉＦｅＰＯ4から発生するイオンインピーダンスは陽極の高率出力に影響を与える主な要因であることが明らかである。
陽極の単位長さが長すぎると、放電出力はイオンインピーダンスの代わりに電子インピーダンスによって示される。グループ９の実験に示すように、この問題を解決するため、１個以上のタップが提供され、電極の長さの増加（非常に長い電子伝導経路）に起因する支配された電子インピーダンスが分析される。
表１と表２で示すそれぞれのグループの実験状態は同じであるため、グループ５を実験の一つの代表に選び、下記の例で説明する。
表１と表２で示すそれぞれのグループの実験状態は同じであるため、グループ５を実験の一つの代表に選び、下記の例で説明する。
実施例：グループ５
陽極の調製
８ｇのポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）を１５０ｇのＮ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）中に溶解した後、７ｇの伝導性炭素（ティムカル社の１ｇのスーパーＰと６ｇのＫＳ６）と８５ｇのＬｉＦｅＰＯ4（フォステック社製、平均粒子サイズが５μｍで、１．２ｗｔ％の炭素塗布）を添加し、陽極ペーストを得るまで十分に混合した。ペーストをアルミニウムホイルで形成されている基板の両面に均一に塗布し、溶媒を乾燥によってコーティングから除去し、続いて、厚さの総計（２０μｍの基板と両面の二つの塗布層を含む）が１１８μｍで、容量が２．７２ｍＡｈ／ｃｍ2である陽極を得るために圧延した。
陽極の調製
８ｇのポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）を１５０ｇのＮ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）中に溶解した後、７ｇの伝導性炭素（ティムカル社の１ｇのスーパーＰと６ｇのＫＳ６）と８５ｇのＬｉＦｅＰＯ4（フォステック社製、平均粒子サイズが５μｍで、１．２ｗｔ％の炭素塗布）を添加し、陽極ペーストを得るまで十分に混合した。ペーストをアルミニウムホイルで形成されている基板の両面に均一に塗布し、溶媒を乾燥によってコーティングから除去し、続いて、厚さの総計（２０μｍの基板と両面の二つの塗布層を含む）が１１８μｍで、容量が２．７２ｍＡｈ／ｃｍ2である陽極を得るために圧延した。
陰極の調製
１０ｇのＰＶＤＦを８８．７ｇのＮＭＰに溶解した後、８８ｇのメソフェーズミクロビーズ合成黒鉛炭素（大阪ガス株式会社製、コード：ＭＣＭＢ１０−２８）を添加し、陰極ペーストを得るまで十分に混合した。ペーストを銅ホイルで形成されている基板の両面に均一に塗布し、溶媒を乾燥によってコーティングから除去し、続いて、厚さの総計（１４μｍの基板と両面の２つの塗布層を含む）が９０μｍで、容量が３．０ｍＡｈ／ｃｍ2である陰極を得るために圧延した。
１０ｇのＰＶＤＦを８８．７ｇのＮＭＰに溶解した後、８８ｇのメソフェーズミクロビーズ合成黒鉛炭素（大阪ガス株式会社製、コード：ＭＣＭＢ１０−２８）を添加し、陰極ペーストを得るまで十分に混合した。ペーストを銅ホイルで形成されている基板の両面に均一に塗布し、溶媒を乾燥によってコーティングから除去し、続いて、厚さの総計（１４μｍの基板と両面の２つの塗布層を含む）が９０μｍで、容量が３．０ｍＡｈ／ｃｍ2である陰極を得るために圧延した。
電池の組立
適切な長さの陽極と陰極を取り出し、２５μｍの厚さのセパレーターポリエチレン（ＤＳＭ社製、コード：１４Ｐ０１Ｅ）によって分離した。結果として生じるラミネートをシリンダーを形成するために捲き、シリンダー電池を得るため、適量の１．１Ｍ、ＬｉＰＦ6ＥＣ／ＥＭＣの電解質を添加した。ＥＣはエチレンカーボネートを表し、ＥＭＣはエチルメチルカーボネートを表す。
適切な長さの陽極と陰極を取り出し、２５μｍの厚さのセパレーターポリエチレン（ＤＳＭ社製、コード：１４Ｐ０１Ｅ）によって分離した。結果として生じるラミネートをシリンダーを形成するために捲き、シリンダー電池を得るため、適量の１．１Ｍ、ＬｉＰＦ6ＥＣ／ＥＭＣの電解質を添加した。ＥＣはエチレンカーボネートを表し、ＥＭＣはエチルメチルカーボネートを表す。
電池全体のインピーダンスの測定
ＡＣインピーダンスのインピーダンスは、１ＫＨｚで測定した。
１Ｃ容量の測定
電池を十分に充電し（１ ＣＣＣＶ、３．６５Ｖ、Ｉ−Ｃｕｔ：０．０１Ｃ）、容量は１Ｃ電流での２．３Ｖの電池の放電よって測定した。
ＡＣインピーダンスのインピーダンスは、１ＫＨｚで測定した。
１Ｃ容量の測定
電池を十分に充電し（１ ＣＣＣＶ、３．６５Ｖ、Ｉ−Ｃｕｔ：０．０１Ｃ）、容量は１Ｃ電流での２．３Ｖの電池の放電よって測定した。
１０Ｃ容量の測定
電池を十分に充電し（１Ｃ ＣＣＣＶ、３．６５Ｖ、Ｉ−Ｃｕｔ：０．０１Ｃ）、容量は１０Ｃ電流での２．３Ｖの電池の放電によって測定した。
本実施例の設計がアメリカ合衆国特許発行番号２００５／０２３３２１９Ａ１とアメリカ合衆国特許発行番号２００５／０２３３２２０Ａ１で使用された面積特定インピーダンス（ＡＳＩ）設計と異なることを証明するため、表１と表２のそれぞれの実験のＡ／ｔ値とＡＳＩを下記の表３に示す。ＡＳＩとＡ／ｔの関係を図２と表３に示す。
電池を十分に充電し（１Ｃ ＣＣＣＶ、３．６５Ｖ、Ｉ−Ｃｕｔ：０．０１Ｃ）、容量は１０Ｃ電流での２．３Ｖの電池の放電によって測定した。
本実施例の設計がアメリカ合衆国特許発行番号２００５／０２３３２１９Ａ１とアメリカ合衆国特許発行番号２００５／０２３３２２０Ａ１で使用された面積特定インピーダンス（ＡＳＩ）設計と異なることを証明するため、表１と表２のそれぞれの実験のＡ／ｔ値とＡＳＩを下記の表３に示す。ＡＳＩとＡ／ｔの関係を図２と表３に示す。
図２と表３からわかるように、本実施例の設計で必要とされる塗布層のＡ／ｔ値が１．２×１０6より大きいとき、電池のＡＳＩ値は２０Ω−ｃｍ2より大きく、塗布層のＡ／ｔ値が１．２×１０6より小さいとき、電池のＡＳＩ値は２０Ω−ｃｍ2未満である。図２に示すように、Ａ／ｔ値とＡＳＩ値の間には特定の相関関係がない。例えば、同じＡ／ｔを有する電極層は異なるＡＳＩを有することができる。さらに、アメリカ合衆国特許発行番号２００５／０２３３２１９Ａ１とアメリカ合衆国特許発行番号２００５／０２３３２２０Ａ１は、ＡＳＩ≧２０Ω−ｃｍ2の高率ＬｉＦｅＰＯ4陽極の設計を開示している。しかしながら、グループ１０の電池のＡＳＩ値は２０Ω−ｃｍ2より大きく、その１０Ｃ／１Ｃ容量の比（１０Ｃ放電出力）はわずか２．５％である。対照的に、グループ５の電池のＡＳＩ値は２０未満であり、その１０Ｃ放電出力は高く、９５．１％である。結果として、本実施例により調製された電池の１０Ｃ放電容量とＡＳＩ値の間には相関関係がないことを示す。
図３は、表１と表２に示すグループ１からグループ１０の設計のリチウムイオン二次電池の塗布層の１０Ｃ放電出力とＡ／ｔ比との関係を示す。図３は、本実施例によりＡ／ｔ値が１．２×１０6より大きく設計されているとき、電池の１０Ｃ放電出力は８０％を超えることを明らかに示している。
図４は、表１と表２に示すグループ１からグループ１０の設計のリチウムイオン二次電池の１０Ｃ放電出力とＡＣＩＲの関係を示している。図４に示すように、１０Ｃレートの電池の放電出力とＡＣＩＲには相関関係がみられる。ＡＣＩＲが３０ｍΩ未満のとき、電池の１０Ｃ放電出力は８０％を超える。
本発明を特定の実施例の特有の詳細を参照して示しているが、そのような詳細は付随の明細書に含まれる限り、本発明の範囲の限定とみなされるべきではない。多くの修飾と変更は前記明細の観点から可能である。
本発明を特定の実施例の特有の詳細を参照して示しているが、そのような詳細は付随の明細書に含まれる限り、本発明の範囲の限定とみなされるべきではない。多くの修飾と変更は前記明細の観点から可能である。
Claims (15)
- 陽極と、陰極と、陽極と陰極を分離する分離フィルムと、陽極と陰極の間でリチウムイオンチャンネルを形成する電解質とを有し、
陽極は電流コレクター基板と、電流コレクター基板に接続している一つのシングルタブまたは複数のタブと、電流コレクターの一表面の陽極の材料の電極層とを有し、陽極の材料は陽極活性物質と、伝導性炭素と、陽極活性物質を基板に結合するバインダーとを有し、陽極活性物質は主成分としてＬｉＦｅＰＯ4を有し、陽極の材料の電極層は面積と厚さの比が１．２×１０6ｍｍより大きいことを特徴とするリチウムイオン二次電池。 - 陽極が一つのシングルタブのみを有するとき、シングルタブと基板の端との最も長い距離は１２００ｍｍ未満であり、陽極が複数のタブを有するとき、二つの隣接するタブの間隔は基板の縦方向に沿って２４００ｍｍ未満であることを特徴とする請求項１記載のリチウムイオン二次電池。
- リチウムイオン二次電池は、３０ｍΩ以下の１ＫＨｚでの交流電流インピーダンスを有することを特徴とする請求項１または請求項２記載のリチウムイオン二次電池。
- 基板の一表面の陽極の材料の電極層の厚さは、３０μｍから１５０μｍであることを特徴とする請求項１、請求項２または請求項３記載のリチウムイオン二次電池。
- リチウムイオン二次電池は、１０C放電率の容量と１C放電率の容量の比が８０％より大きいことを特徴とする請求項１、請求項２、請求項３または請求項４記載のリチウムイオン二次電池。
- 陽極活性物質は、さらにＬｉＭｎ2Ｏ4、ＬｉＣｏＯ2、Ｌｉ［Ｎｉ，Ｃｏ，Ｍｎ］Ｏ2またはＬｉ［Ｎｉ，Ｃｏ，Ａｌ］Ｏ2を有することを特徴とする請求項１、請求項２、請求項３、請求項４または請求項５記載のリチウムイオン二次電池。
- 陽極と、陰極と、陽極と陰極を分離する分離フィルムと、陽極と陰極の間でリチウムイオンチャンネルを形成する電解質とを有し、
陽極は電流コレクター基板と、電流コレクター基板に接続している一つのシングルタブまたは複数のタブと、基板の一表面の陽極の材料の電極層とを有し、陽極の材料は陽極活性物質と、伝導性炭素と、陽極活性物質を基板に結合するバインダーとを有し、陽極活性物質は主成分としてリチウム化合物を有し、リチウム化合物は１０-5Ｓ／ｃｍから１０-10Ｓ／ｃｍの間のレベルの伝導率を有し、陽極の材料の電極層は面積と厚さの比が１．２×１０6ｍｍより大きいことを特徴とするリチウムイオン二次電池。 - リチウム化合物は、リチウム遷移金属リン酸塩であることを特徴とする請求項７記載のリチウムイオン二次電池。
- リチウム遷移金属リン酸塩は、オリビンまたは変性オリビン結晶構造を有するＬｉＭＰＯ4であり、Ｍは遷移金属であることを特徴とする請求項８記載のリチウムイオン二次電池。
- ＬｉＭＰＯ4は、ＬｉＦｅＰＯ4、金属ドープＬｉＦｅＰＯ4あるいは表面変性または炭素塗布ＬｉＦｅＰＯ4であることを特徴とする請求項９記載のリチウムイオン二次電池。
- 陽極が一つのシングルタブのみを有するとき、シングルタブと基板の端までの最も長い距離は１２００ｍｍ未満であり、陽極が複数のタブを有するとき、二つの隣接するタブの間隔は基板の縦方向に沿って２４００ｍｍ未満であることを特徴とする請求項７、請求項８、請求項９または請求項１０記載のリチウムイオン二次電池。
- リチウムイオン二次電池は、３０ｍΩ以下の１ＫＨｚでの交流電流インピーダンスを有することを特徴とする請求項７または請求項１１記載のリチウムイオン二次電池。
- 基板の一表面の陽極の材料の電極層の厚さは、３０μｍから１５０μｍであることを特徴とする請求項７、請求項１１または請求項１２記載のリチウムイオン二次電池。
- リチウムイオン二次電池は、１０Ｃ放電率の容量と１Ｃ放電率の容量との比が８０％より大きいことを特徴とする請求項７、請求項１１、請求項１２または請求項１３記載のリチウムイオン二次電池。
- 陽極活性物質は、さらにＬｉＭｎ2Ｏ4、ＬｉＣｏＯ2、Ｌｉ［Ｎｉ，Ｃｏ，Ｍｎ］Ｏ2またはＬｉ［Ｎｉ，Ｃｏ，Ａｌ］Ｏ2を有することを特徴とする請求項７、請求項１１、請求項１２、請求項１３または請求項１４記載のリチウムイオン二次電池。
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