JP2009543316A - ペースト電解質及びそれを含む再充電可能なリチウムバッテリー - Google Patents
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Abstract
本発明は、比誘電率が高くない有機溶剤、可溶性リチウム塩、及びクレーを含んでなり、クレーが溶剤により膨潤しているペースト電解質、及び該ペースト電解質を含む再充電可能なリチウムバッテリーを提供する。本発明のペースト電解質は、リチウム輸送速度を、特に最初の充電及び放電の際に、大きく低下させることなく、アノードとカソードとの間の陰イオン輸送を制限することにより、再充電可能なリチウムバッテリーの電気化学的特性及びサイクル作動安定性を改良することができる。
Description
技術的解決策
発明の様式
市販の合成クレー(「optigel SH」、SuedChemie、独国)を使用した。このクレーは、粗い、自由流動性粉末の形態にあった。クレーを180Cで乾燥させ、含水量を下げた。乾燥クレー10 gを電解質(C/EMC(1:2)中1M LiPF6)20 gに加えた。グローブボックス中で密封したPPバイアル中、室温で数週間保存した後、均質な白色ペーストが得られた。粉砕、攪拌、等の機械的力は加えなかった。この実験は、使用したクレーが、中程度の比誘電率を有する電解質中で膨潤することを立証している。
86%NMP及び14%(w/w)クレーの混合物を、プラネタリーミルを使用してボールミル加工した。半透明の均質な白色ペーストが得られた。
例2のクレー-NMPペーストを、NMP系アノード(MCMB)及びNMP系カソード(リチウム-マンガン-スピネル)スラリーにそれぞれ加え、続いて均質化した。スラリー中の活性材料あたりのクレー含有量は、1%(w/w)であった。カソード及びアノードスラリーの組成(活性材料:PVDF:カーボンブラック)は、それぞれ94:3:3及び94.5:4.5:1であった。
例3の電極を使用してコイン全電池を製造した。合計4種類の電池を下記のように製造した。
(i)クレーを含むアノード−クレーを含むカソード
(ii)クレーを含むアノード−クレーを含まないカソード
(iii)クレーを含まないアノード−クレーを含むカソード
(iv)クレーを含まないアノード−クレーを含まないカソード
電解質の輸送特性、即ち伝導及び輸率、を正確に測定することは困難である。従って、この実験では、クレーを含む電池の速度性能を、クレーを含まない電池の速度性能と比較することにより、電解質のイオン輸送を間接的に測定した。これに関して、同等の電池幾何学的構造、例えば電極の厚さ、気孔率、装填量、等、を達成することが重要であり、電解質輸送が唯一の速度制限工程であることも重要である。
放電容量 放電容量 放電容量
(C/20)mAh/g (C/10)mAh/g (C/5)mAh/g
クレー0% 144(100%) 120(83%) 91(63%)
クレー2% 143(100%) 127(89%) 97(68%)
クレー7% 131(100%) 122(93%) 96(73%)
産業上の利用可能性
Claims (18)
- 比誘電率が高くない有機溶剤と、可溶性リチウム塩と、及びクレーを含んでなり、前記クレーが前記溶剤により膨潤している、ペースト電解質。
- 前記有機溶剤の比誘電率(ε)が、3<ε<50である、請求項1に記載のペースト電解質。
- 前記溶剤が、
50体積%超過の一種以上の直鎖状のカーボネートと、及び
50体積%未満の一種以上の環状カーボネートまたは環状エステルを含む、請求項1に記載のペースト電解質。 - 前記溶剤が、
60体積%超過の一種以上の直鎖状のカーボネートと、及び
40体積%未満の一種以上の環状カーボネートまたは環状エステルを含んでなる、請求項3に記載のペースト電解質。 - 前記可溶性リチウム塩が、LiPF6、LiBF4、Li-Beti、LiBOB及びLiTFSIからなる群から選択されてなる、請求項1に記載のペースト電解質。
- 前記可溶性リチウム塩が、0.5 mol/リットル超過濃度の溶剤を含んでなる、請求項1に記載のペースト電解質。
- 前記クレーが、ヘクトライト、モンモリロン石、及びアルファ-ジルコニウムホスフェートからなる群から選択されてなる、請求項1に記載のペースト電解質。
- 前記クレーが、リチウム及び/またはナトリウムを含んでなる、請求項1に記載のペースト電解質。
- 前記クレーが、ナトリウムを含むフィロケイ酸塩である、請求項8に記載のペースト電解質。
- 前記ペースト電解質中の前記液体電解質(溶剤+塩)の体積画分が、75%超過99%未満である、請求項1に記載のペースト電解質。
- 前記クレーが、前記有機溶剤により剥離されてなり、
剥離された前記クレーシートのサイズが2マイクロメートルを超過しない、請求項1に記載のペースト電解質。 - 前記剥離されたクレーシートのサイズが実質的に0.5マイクロメートル未満である、請求項11に記載のペースト電解質。
- 請求項1〜12のいずれか一項に記載のペースト電解質を備えてなる、再充電可能なリチウムバッテリー。
- 請求項13に記載の再充電可能なリチウムバッテリーであって、
前記ペースト電解質が、前記アノード及びカソードを下記、
前記ペースト電解質を前記カソードの細孔中に埋め込むこと、
前記ペースト電解質を、薄層として、前記カソードとセパレータの間に塗布し、最終的に前記セパレータに浸透させること、
前記ペースト電解質を、前記セパレータの細孔中に埋め込むこと、
前記ペースト電解質を、薄層として、前記アノードとセパレータの間に塗布し、最終的に前記セパレータに浸透させること、及び
前記ペースト電解質を、前記アノードの細孔中に埋め込むことの一つ以上により分離するものである、リチウムバッテリー。 - 前記層が、
溶剤により膨潤させたクレーの層を前記電極表面またはセパレータ表面上に塗布し、
続いて乾燥させて調製されてなり、及び
電池を組み立て、及び前記電池中に電解質を注入した後に、電解質による最終的なクレーの膨潤が行われる、請求項13に記載の再充電可能なリチウムバッテリー。 - 前記層が、水、エタノールまたはNMPである、請求項15に記載の再充電可能なリチウムバッテリー。
- 前記溶剤により膨潤したクレーを、塗布の前に、電極スラリーに加えることにより、前記クレーが、前記アノードまたはカソードの細孔中に埋め込まれる、請求項15に記載の再充電可能なリチウムバッテリー。
- 前記クレーがNMPにより膨潤されてなり、
前記膨潤が、クレーとNMPの混合物をボールミル処理、ビーズミル処理または混練することを包含する機械的活性化により支援されてなる、請求項17に記載の再充電可能なリチウムバッテリー。
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