JP2010511995A5 - - Google Patents
Download PDFInfo
- Publication number
- JP2010511995A5 JP2010511995A5 JP2009540250A JP2009540250A JP2010511995A5 JP 2010511995 A5 JP2010511995 A5 JP 2010511995A5 JP 2009540250 A JP2009540250 A JP 2009540250A JP 2009540250 A JP2009540250 A JP 2009540250A JP 2010511995 A5 JP2010511995 A5 JP 2010511995A5
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- anode
- cathode
- electrolyte solvent
- electrolyte
- lithium battery
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 claims description 350
- 239000002904 solvent Substances 0.000 claims description 337
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 claims description 206
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 claims description 200
- 239000010410 layer Substances 0.000 claims description 198
- WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N lithium Chemical group [Li] WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 166
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 76
- 229920001021 Polysulfide Polymers 0.000 claims description 71
- 239000005077 polysulfide Substances 0.000 claims description 71
- 150000008117 polysulfides Polymers 0.000 claims description 71
- NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N sulfur Chemical compound [S] NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 65
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 63
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 claims description 57
- 239000011593 sulfur Substances 0.000 claims description 57
- 241000894007 species Species 0.000 claims description 56
- 239000011241 protective layer Substances 0.000 claims description 27
- XTHFKEDIFFGKHM-UHFFFAOYSA-N dimethoxyethane Chemical group COCCOC XTHFKEDIFFGKHM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 23
- 238000000151 deposition Methods 0.000 claims description 19
- 238000000638 solvent extraction Methods 0.000 claims description 18
- 239000000945 filler Substances 0.000 claims description 16
- 229910001416 lithium ion Inorganic materials 0.000 claims description 15
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 claims description 12
- 239000000178 monomer Substances 0.000 claims description 10
- 229910000733 Li alloy Inorganic materials 0.000 claims description 9
- 239000001989 lithium alloy Substances 0.000 claims description 9
- 239000002861 polymer material Substances 0.000 claims description 9
- IIPYXGDZVMZOAP-UHFFFAOYSA-N Lithium nitrate Chemical compound [Li+].[O-][N+]([O-])=O IIPYXGDZVMZOAP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 229910003002 lithium salt Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 159000000002 lithium salts Chemical class 0.000 claims description 8
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 229910017083 AlN Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 229910002706 AlOOH Inorganic materials 0.000 claims description 5
- PIGFYZPCRLYGLF-UHFFFAOYSA-N aluminum nitride Chemical compound [Al]#N PIGFYZPCRLYGLF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 150000004862 dioxolanes Chemical group 0.000 claims description 5
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 claims description 4
- 239000011149 active material Substances 0.000 claims description 2
- 210000004027 cells Anatomy 0.000 description 77
- -1 nickel metal hydride Chemical class 0.000 description 41
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 32
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 22
- SNQXJPARXFUULZ-UHFFFAOYSA-N dioxolane Chemical compound C1COOC1 SNQXJPARXFUULZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 20
- 229920002981 polyvinylidene fluoride Polymers 0.000 description 19
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 18
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 18
- 239000010408 film Substances 0.000 description 17
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 16
- 238000000034 method Methods 0.000 description 15
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 14
- LCGLNKUTAGEVQW-UHFFFAOYSA-N dimethyl ether Chemical compound COC LCGLNKUTAGEVQW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 14
- 239000006182 cathode active material Substances 0.000 description 13
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 13
- 229920001940 conductive polymer Polymers 0.000 description 12
- 239000011244 liquid electrolyte Substances 0.000 description 11
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 11
- 230000002829 reduced Effects 0.000 description 11
- 239000004698 Polyethylene (PE) Substances 0.000 description 10
- 239000005518 polymer electrolyte Substances 0.000 description 10
- 229910018091 Li 2 S Inorganic materials 0.000 description 9
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 9
- 238000009830 intercalation Methods 0.000 description 9
- 230000002687 intercalation Effects 0.000 description 9
- 229920000573 polyethylene Polymers 0.000 description 9
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 9
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 9
- 239000002033 PVDF binder Substances 0.000 description 8
- 239000006183 anode active material Substances 0.000 description 8
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 8
- 239000011888 foil Substances 0.000 description 8
- 230000000670 limiting Effects 0.000 description 8
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N nickel Substances [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 8
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 8
- DURPTKYDGMDSBL-UHFFFAOYSA-N 1-butoxybutane Chemical compound CCCCOCCCC DURPTKYDGMDSBL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N Lithium Ion Chemical compound [Li+] HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 229910052783 alkali metal Inorganic materials 0.000 description 7
- 150000001340 alkali metals Chemical class 0.000 description 7
- 239000010405 anode material Substances 0.000 description 7
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 7
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 7
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 7
- 239000011231 conductive filler Substances 0.000 description 7
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 7
- 230000001681 protective Effects 0.000 description 7
- BQCIDUSAKPWEOX-UHFFFAOYSA-N 1,1-difluoroethene Chemical compound FC(F)=C BQCIDUSAKPWEOX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 229920003171 Poly (ethylene oxide) Polymers 0.000 description 6
- WEVYAHXRMPXWCK-UHFFFAOYSA-N acetonitrile Chemical compound CC#N WEVYAHXRMPXWCK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 6
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 6
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminum Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 229920001577 copolymer Polymers 0.000 description 6
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 6
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 6
- WYURNTSHIVDZCO-UHFFFAOYSA-N tetrahydrofuran Chemical compound C1CCOC1 WYURNTSHIVDZCO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 229910052723 transition metal Inorganic materials 0.000 description 6
- 229920001721 Polyimide Polymers 0.000 description 5
- 239000004642 Polyimide Substances 0.000 description 5
- 239000006229 carbon black Substances 0.000 description 5
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- KLKFAASOGCDTDT-UHFFFAOYSA-N ethoxymethoxyethane Chemical compound CCOCOCC KLKFAASOGCDTDT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 238000009472 formulation Methods 0.000 description 5
- KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N iso-propanol Chemical compound CC(C)O KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 239000003273 ketjen black Substances 0.000 description 5
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 5
- 229920001343 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 description 5
- 239000011780 sodium chloride Substances 0.000 description 5
- 150000004763 sulfides Chemical class 0.000 description 5
- 230000014233 sulfur utilization Effects 0.000 description 5
- WNXJIVFYUVYPPR-UHFFFAOYSA-N 1,3-dioxolane Chemical compound C1COCO1 WNXJIVFYUVYPPR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000004971 Cross linker Substances 0.000 description 4
- 229910013553 LiNO Inorganic materials 0.000 description 4
- 229910012424 LiSO 3 Inorganic materials 0.000 description 4
- AMXOYNBUYSYVKV-UHFFFAOYSA-M Lithium bromide Chemical compound [Li+].[Br-] AMXOYNBUYSYVKV-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 4
- GLNWILHOFOBOFD-UHFFFAOYSA-N Lithium sulfide Chemical compound [Li+].[Li+].[S-2] GLNWILHOFOBOFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 4
- 238000004132 cross linking Methods 0.000 description 4
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 4
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 4
- 239000011245 gel electrolyte Substances 0.000 description 4
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 4
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 4
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229920001197 polyacetylene Polymers 0.000 description 4
- 229920000570 polyether Polymers 0.000 description 4
- 229920000128 polypyrrole Polymers 0.000 description 4
- 239000004810 polytetrafluoroethylene Substances 0.000 description 4
- 229920000131 polyvinylidene Polymers 0.000 description 4
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 4
- 230000032258 transport Effects 0.000 description 4
- MYRTYDVEIRVNKP-UHFFFAOYSA-N 1,2-bis(ethenyl)benzene Chemical class C=CC1=CC=CC=C1C=C MYRTYDVEIRVNKP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229920001451 Polypropylene glycol Polymers 0.000 description 3
- HXJUTPCZVOIRIF-UHFFFAOYSA-N Sulfolane Chemical class O=S1(=O)CCCC1 HXJUTPCZVOIRIF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000002585 base Substances 0.000 description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 3
- 238000009835 boiling Methods 0.000 description 3
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 3
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 3
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 238000010894 electron beam technology Methods 0.000 description 3
- 230000002349 favourable Effects 0.000 description 3
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 3
- 238000011049 filling Methods 0.000 description 3
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N iron Substances [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 3
- 150000004706 metal oxides Chemical group 0.000 description 3
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 3
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 description 3
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 3
- KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N palladium Chemical compound [Pd] KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229920002627 poly(phosphazenes) Polymers 0.000 description 3
- 229920000767 polyaniline Polymers 0.000 description 3
- 229920001223 polyethylene glycol Polymers 0.000 description 3
- 229920001296 polysiloxane Polymers 0.000 description 3
- 238000006722 reduction reaction Methods 0.000 description 3
- 239000010454 slate Substances 0.000 description 3
- 150000003624 transition metals Chemical class 0.000 description 3
- DHKHKXVYLBGOIT-UHFFFAOYSA-N 1,1-Diethoxyethane Chemical compound CCOC(C)OCC DHKHKXVYLBGOIT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- SPEUIVXLLWOEMJ-UHFFFAOYSA-N 1,1-dimethoxyethane Chemical compound COC(C)OC SPEUIVXLLWOEMJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- ABDKAPXRBAPSQN-UHFFFAOYSA-N 1,2-Dimethoxybenzene Chemical compound COC1=CC=CC=C1OC ABDKAPXRBAPSQN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- LZDKZFUFMNSQCJ-UHFFFAOYSA-N 1,2-diethoxyethane Chemical compound CCOCCOCC LZDKZFUFMNSQCJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- IJDXSTIWUARVEK-UHFFFAOYSA-N 1,4-dioxaspiro[4.4]nonane Chemical compound C1CCCC21OCCO2 IJDXSTIWUARVEK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- GFISDBXSWQMOND-UHFFFAOYSA-N 2,5-dimethoxyoxolane Chemical compound COC1CCC(OC)O1 GFISDBXSWQMOND-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- NUNQKTCKURIZQX-UHFFFAOYSA-N 2-(2-ethoxyethoxy)-2-methylpropane Chemical compound CCOCCOC(C)(C)C NUNQKTCKURIZQX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- RDOXTESZEPMUJZ-UHFFFAOYSA-N Anisole Chemical compound COC1=CC=CC=C1 RDOXTESZEPMUJZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- OZAIFHULBGXAKX-VAWYXSNFSA-N Azobisisobutyronitrile Chemical compound N#CC(C)(C)\N=N\C(C)(C)C#N OZAIFHULBGXAKX-VAWYXSNFSA-N 0.000 description 2
- SBZXBUIDTXKZTM-UHFFFAOYSA-N Diglyme Chemical compound COCCOCCOC SBZXBUIDTXKZTM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N Gallium Chemical compound [Ga] GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- CNUNWZZSUJPAHX-UHFFFAOYSA-N Guanidine nitrate Chemical compound NC(N)=N.O[N+]([O-])=O CNUNWZZSUJPAHX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910003003 Li-S Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910015015 LiAsF 6 Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910015044 LiB Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910013375 LiC Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910013684 LiClO 4 Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910013528 LiN(SO2 CF3)2 Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910013870 LiPF 6 Inorganic materials 0.000 description 2
- 229920002302 Nylon 6,6 Polymers 0.000 description 2
- 210000002381 Plasma Anatomy 0.000 description 2
- 239000004952 Polyamide Substances 0.000 description 2
- 239000004693 Polybenzimidazole Substances 0.000 description 2
- 229920002480 Polybenzimidazole fiber Polymers 0.000 description 2
- 239000002202 Polyethylene glycol Substances 0.000 description 2
- 229920000265 Polyparaphenylene Polymers 0.000 description 2
- 239000004743 Polypropylene Substances 0.000 description 2
- ZUHZGEOKBKGPSW-UHFFFAOYSA-N Tetraethylene glycol dimethyl ether Chemical compound COCCOCCOCCOCCOC ZUHZGEOKBKGPSW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- YFNKIDBQEZZDLK-UHFFFAOYSA-N Triethylene glycol dimethyl ether Chemical compound COCCOCCOCCOC YFNKIDBQEZZDLK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 2
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 2
- 125000000217 alkyl group Chemical group 0.000 description 2
- REDXJYDRNCIFBQ-UHFFFAOYSA-N aluminium(3+) Chemical class [Al+3] REDXJYDRNCIFBQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 125000003118 aryl group Chemical group 0.000 description 2
- JCXGWMGPZLAOME-UHFFFAOYSA-N bismuth Chemical compound [Bi] JCXGWMGPZLAOME-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052797 bismuth Inorganic materials 0.000 description 2
- BDOSMKKIYDKNTQ-UHFFFAOYSA-N cadmium Chemical compound [Cd] BDOSMKKIYDKNTQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052793 cadmium Inorganic materials 0.000 description 2
- 125000002915 carbonyl group Chemical group [*:2]C([*:1])=O 0.000 description 2
- 125000003178 carboxy group Chemical group [H]OC(*)=O 0.000 description 2
- 229910052803 cobalt Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 2
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 2
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 2
- 239000003431 cross linking reagent Substances 0.000 description 2
- 230000001351 cycling Effects 0.000 description 2
- 125000004386 diacrylate group Chemical group 0.000 description 2
- 239000011263 electroactive material Substances 0.000 description 2
- 238000005755 formation reaction Methods 0.000 description 2
- 229910052733 gallium Inorganic materials 0.000 description 2
- GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N germanium Chemical compound [Ge] GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052732 germanium Inorganic materials 0.000 description 2
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 2
- XPXMKIXDFWLRAA-UHFFFAOYSA-N hydrazinide Chemical compound [NH-]N XPXMKIXDFWLRAA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- AEIXRCIKZIZYPM-UHFFFAOYSA-M hydroxy(oxo)iron Chemical compound [O][Fe]O AEIXRCIKZIZYPM-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N indium Chemical compound [In] APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052738 indium Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000002401 inhibitory effect Effects 0.000 description 2
- 239000003999 initiator Substances 0.000 description 2
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 2
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000000608 laser ablation Methods 0.000 description 2
- 150000002641 lithium Chemical class 0.000 description 2
- 229910003473 lithium bis(trifluoromethanesulfonyl)imide Inorganic materials 0.000 description 2
- HSZCZNFXUDYRKD-UHFFFAOYSA-M lithium iodide Inorganic materials [Li+].[I-] HSZCZNFXUDYRKD-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 description 2
- 229910052748 manganese Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011572 manganese Substances 0.000 description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 2
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 2
- UZKWTJUDCOPSNM-UHFFFAOYSA-N methoxybenzene Substances CCCCOC=C UZKWTJUDCOPSNM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 2
- NHNBFGGVMKEFGY-UHFFFAOYSA-N nitrate Chemical compound [O-][N+]([O-])=O NHNBFGGVMKEFGY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- CAIZIGKCPQJNCW-UHFFFAOYSA-N nitric acid;pyridine Chemical compound O[N+]([O-])=O.C1=CC=NC=C1 CAIZIGKCPQJNCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011368 organic material Substances 0.000 description 2
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 2
- MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N oxygen Chemical compound O=O MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052763 palladium Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000000737 periodic Effects 0.000 description 2
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 description 2
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 2
- 238000005240 physical vapour deposition Methods 0.000 description 2
- 238000009832 plasma treatment Methods 0.000 description 2
- 239000002985 plastic film Substances 0.000 description 2
- 239000004014 plasticizer Substances 0.000 description 2
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 2
- 229920000885 poly(2-vinylpyridine) Polymers 0.000 description 2
- 229920003199 poly(diethylsiloxane) Polymers 0.000 description 2
- 229920000435 poly(dimethylsiloxane) Polymers 0.000 description 2
- 229920003229 poly(methyl methacrylate) Polymers 0.000 description 2
- 229920000333 poly(propyleneimine) Polymers 0.000 description 2
- 229920003223 poly(pyromellitimide-1,4-diphenyl ether) Polymers 0.000 description 2
- 229920001921 poly-methyl-phenyl-siloxane Polymers 0.000 description 2
- 229920002239 polyacrylonitrile Polymers 0.000 description 2
- 229920002647 polyamide Polymers 0.000 description 2
- 229920002577 polybenzoxazole Polymers 0.000 description 2
- 229920000728 polyester Polymers 0.000 description 2
- 238000006116 polymerization reaction Methods 0.000 description 2
- 229920000098 polyolefin Polymers 0.000 description 2
- 229920001155 polypropylene Polymers 0.000 description 2
- 229920000123 polythiophene Polymers 0.000 description 2
- 229920002620 polyvinyl fluoride Polymers 0.000 description 2
- 150000003254 radicals Chemical class 0.000 description 2
- 230000000284 resting Effects 0.000 description 2
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 2
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 2
- 125000000446 sulfanediyl group Chemical group *S* 0.000 description 2
- 125000004434 sulfur atoms Chemical group 0.000 description 2
- 230000001629 suppression Effects 0.000 description 2
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 2
- 230000002522 swelling Effects 0.000 description 2
- 238000002207 thermal evaporation Methods 0.000 description 2
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 2
- 229910052718 tin Inorganic materials 0.000 description 2
- ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N tin hydride Chemical compound [Sn] ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052720 vanadium Inorganic materials 0.000 description 2
- QYKIQEUNHZKYBP-UHFFFAOYSA-N vinyl ether Chemical class C=COC=C QYKIQEUNHZKYBP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N zinc Chemical compound [Zn] HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011701 zinc Substances 0.000 description 2
- FOYUGSIADQEOEK-UHFFFAOYSA-N 1,1,2,2-tetrafluoroethene;1,1,2,2-tetrafluoro-2-[1,1,1,2,3,3-hexafluoro-3-(1,2,2-trifluoroethenoxy)propan-2-yl]oxyethanesulfonic acid Chemical compound FC(F)=C(F)F.OS(=O)(=O)C(F)(F)C(F)(F)OC(F)(C(F)(F)F)C(F)(F)OC(F)=C(F)F FOYUGSIADQEOEK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- DPZNOMCNRMUKPS-UHFFFAOYSA-N 1,3-dimethoxybenzene Chemical compound COC1=CC=CC(OC)=C1 DPZNOMCNRMUKPS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- LCJRHAPPMIUHLH-UHFFFAOYSA-N 1-$l^{1}-azanylhexan-1-one Chemical compound [CH]CCCCC([N])=O LCJRHAPPMIUHLH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- VXNZUUAINFGPBY-UHFFFAOYSA-N 1-butene Chemical compound CCC=C VXNZUUAINFGPBY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- YXCUTQSSRZWZQK-UHFFFAOYSA-N 1-ethenyl-4-(1-methoxyethyl)benzene Chemical compound COC(C)C1=CC=C(C=C)C=C1 YXCUTQSSRZWZQK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- DRWHSZVZYXVEER-UHFFFAOYSA-N 1-ethenyl-4-[2-(methoxymethoxy)ethyl]benzene Chemical compound COCOCCC1=CC=C(C=C)C=C1 DRWHSZVZYXVEER-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- CAQYAZNFWDDMIT-UHFFFAOYSA-N 1-ethoxy-2-methoxyethane Chemical compound CCOCCOC CAQYAZNFWDDMIT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- AQKDMKKMCVJJTC-UHFFFAOYSA-N 2-(2-methylpropoxymethyl)oxirane Chemical compound CC(C)COCC1CO1 AQKDMKKMCVJJTC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- HFQQYIUTYJVYFZ-UHFFFAOYSA-N 4-methylpentyl 2-cyanoprop-2-enoate Chemical compound CC(C)CCCOC(=O)C(=C)C#N HFQQYIUTYJVYFZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000838 Al alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- IISBACLAFKSPIT-UHFFFAOYSA-N Bisphenol A Chemical compound C=1C=C(O)C=CC=1C(C)(C)C1=CC=C(O)C=C1 IISBACLAFKSPIT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920000049 Carbon (fiber) Polymers 0.000 description 1
- 229920002943 EPDM rubber Polymers 0.000 description 1
- 229940052303 Ethers for general anesthesia Drugs 0.000 description 1
- 229920002456 HOTAIR Polymers 0.000 description 1
- QRWOVIRDHQJFDB-UHFFFAOYSA-N Isobutyl cyanoacrylate Chemical compound CC(C)COC(=O)C(=C)C#N QRWOVIRDHQJFDB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910013075 LiBF Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910013063 LiBF 4 Inorganic materials 0.000 description 1
- LOCYSVHOSYQGOV-UHFFFAOYSA-N N-hexyl-6-$l^{1}-azanyl-6-oxohexanamide Chemical compound [CH]CCCCCNC(=O)CCCCC([N])=O LOCYSVHOSYQGOV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- OHLUUHNLEMFGTQ-UHFFFAOYSA-N N-methylacetamide Chemical compound CNC(C)=O OHLUUHNLEMFGTQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920000557 Nafion® Polymers 0.000 description 1
- 239000004677 Nylon Substances 0.000 description 1
- 229920002292 Nylon 6 Polymers 0.000 description 1
- YWAKXRMUMFPDSH-UHFFFAOYSA-N Pentene Chemical compound CCCC=C YWAKXRMUMFPDSH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920002730 Poly(butyl cyanoacrylate) Polymers 0.000 description 1
- 229920002724 Poly(ethyl cyanoacrylate) Polymers 0.000 description 1
- 229920002723 Poly(methyl cyanoacrylate) Polymers 0.000 description 1
- 229920002873 Polyethylenimine Polymers 0.000 description 1
- 229920002367 Polyisobutene Polymers 0.000 description 1
- 229920001709 Polysilazane Polymers 0.000 description 1
- CXQXSVUQTKDNFP-UHFFFAOYSA-N Simethicone Chemical compound C[Si](C)(C)O[Si](C)(C)O[Si](C)(C)C CXQXSVUQTKDNFP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910001128 Sn alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- LSNNMFCWUKXFEE-UHFFFAOYSA-L Sulphite Chemical class [O-]S([O-])=O LSNNMFCWUKXFEE-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 239000004809 Teflon Substances 0.000 description 1
- 210000002268 Wool Anatomy 0.000 description 1
- 150000001241 acetals Chemical class 0.000 description 1
- 201000004073 acute interstitial pneumonia Diseases 0.000 description 1
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 1
- 238000007605 air drying Methods 0.000 description 1
- 125000003545 alkoxy group Chemical group 0.000 description 1
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 1
- 229920003235 aromatic polyamide Polymers 0.000 description 1
- 230000000712 assembly Effects 0.000 description 1
- 150000001541 aziridines Chemical class 0.000 description 1
- 229910052788 barium Inorganic materials 0.000 description 1
- DSAJWYNOEDNPEQ-UHFFFAOYSA-N barium(0) Chemical compound [Ba] DSAJWYNOEDNPEQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000011324 bead Substances 0.000 description 1
- 229910052790 beryllium Inorganic materials 0.000 description 1
- ATBAMAFKBVZNFJ-UHFFFAOYSA-N beryllium(0) Chemical compound [Be] ATBAMAFKBVZNFJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910001593 boehmite Inorganic materials 0.000 description 1
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 description 1
- OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N calcium Chemical compound [Ca] OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052791 calcium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011575 calcium Substances 0.000 description 1
- 125000004432 carbon atoms Chemical group C* 0.000 description 1
- 150000004649 carbonic acid derivatives Chemical class 0.000 description 1
- 239000003013 cathode binding agent Substances 0.000 description 1
- 239000010406 cathode material Substances 0.000 description 1
- 239000006257 cathode slurry Substances 0.000 description 1
- 230000022131 cell cycle Effects 0.000 description 1
- 229910010293 ceramic material Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000004770 chalcogenides Chemical class 0.000 description 1
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229920003193 cis-1,4-polybutadiene polymer Polymers 0.000 description 1
- GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N cobalt Chemical compound [Co] GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000010941 cobalt Substances 0.000 description 1
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 1
- 238000007766 curtain coating Methods 0.000 description 1
- 150000004292 cyclic ethers Chemical class 0.000 description 1
- 230000002939 deleterious Effects 0.000 description 1
- DSSRLRJACJENEU-UHFFFAOYSA-N diphenyliodanium;hexafluorophosphate Chemical compound F[P-](F)(F)(F)(F)F.C=1C=CC=CC=1[I+]C1=CC=CC=C1 DSSRLRJACJENEU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004090 dissolution Methods 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 125000002228 disulfide group Chemical group 0.000 description 1
- 229920001971 elastomer Polymers 0.000 description 1
- 238000009713 electroplating Methods 0.000 description 1
- 239000000839 emulsion Substances 0.000 description 1
- 230000034964 establishment of cell polarity Effects 0.000 description 1
- 125000004185 ester group Chemical group 0.000 description 1
- 150000002148 esters Chemical class 0.000 description 1
- FJKIXWOMBXYWOQ-UHFFFAOYSA-N ethenoxyethane Chemical compound CCOC=C FJKIXWOMBXYWOQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 1
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 1
- 238000001125 extrusion Methods 0.000 description 1
- 238000007765 extrusion coating Methods 0.000 description 1
- 239000004744 fabric Substances 0.000 description 1
- 239000011152 fibreglass Substances 0.000 description 1
- SLGWESQGEUXWJQ-UHFFFAOYSA-N formaldehyde;phenol Chemical compound O=C.OC1=CC=CC=C1 SLGWESQGEUXWJQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000007755 gap coating Methods 0.000 description 1
- 239000003349 gelling agent Substances 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- LYCAIKOWRPUZTN-UHFFFAOYSA-N glycol Chemical group OCCO LYCAIKOWRPUZTN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000007756 gravure coating Methods 0.000 description 1
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 1
- 125000005843 halogen group Chemical group 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 125000001072 heteroaryl group Chemical group 0.000 description 1
- 125000005842 heteroatoms Chemical group 0.000 description 1
- 150000003949 imides Chemical class 0.000 description 1
- 229910001026 inconel Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000010348 incorporation Methods 0.000 description 1
- 230000001939 inductive effect Effects 0.000 description 1
- 229920000592 inorganic polymer Polymers 0.000 description 1
- 239000002198 insoluble material Substances 0.000 description 1
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 description 1
- 238000007733 ion plating Methods 0.000 description 1
- 229910052741 iridium Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000002427 irreversible Effects 0.000 description 1
- 238000003475 lamination Methods 0.000 description 1
- 238000001182 laser chemical vapour deposition Methods 0.000 description 1
- 239000011133 lead Substances 0.000 description 1
- 238000011068 load Methods 0.000 description 1
- PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N manganese Chemical compound [Mn] PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- QSHDDOUJBYECFT-UHFFFAOYSA-N mercury Chemical compound [Hg] QSHDDOUJBYECFT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052753 mercury Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052987 metal hydride Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002923 metal particle Substances 0.000 description 1
- 125000005395 methacrylic acid group Chemical group 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000006011 modification reaction Methods 0.000 description 1
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000000465 moulding Methods 0.000 description 1
- 239000002365 multiple layer Substances 0.000 description 1
- 239000002121 nanofiber Substances 0.000 description 1
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 description 1
- 239000002071 nanotube Substances 0.000 description 1
- 239000002070 nanowire Substances 0.000 description 1
- 230000001264 neutralization Effects 0.000 description 1
- 229910052758 niobium Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000002826 nitrites Chemical class 0.000 description 1
- 150000002828 nitro derivatives Chemical class 0.000 description 1
- 239000011255 nonaqueous electrolyte Substances 0.000 description 1
- 229910052755 nonmetal Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000002843 nonmetals Chemical class 0.000 description 1
- 229920001778 nylon Polymers 0.000 description 1
- 125000000962 organic group Chemical group 0.000 description 1
- 229910052762 osmium Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 229920002866 paraformaldehyde Polymers 0.000 description 1
- 238000010587 phase diagram Methods 0.000 description 1
- ISWSIDIOOBJBQZ-UHFFFAOYSA-N phenol group Chemical group C1(=CC=CC=C1)O ISWSIDIOOBJBQZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920001568 phenolic resin Polymers 0.000 description 1
- 125000002467 phosphate group Chemical class [H]OP(=O)(O[H])O[*] 0.000 description 1
- 239000003211 photoinitiator Substances 0.000 description 1
- 238000000623 plasma-assisted chemical vapour deposition Methods 0.000 description 1
- 229920000933 poly (ε-caprolactam) Polymers 0.000 description 1
- 229920003219 poly( p-phenylene oxide) Polymers 0.000 description 1
- 229920000191 poly(N-vinyl pyrrolidone) Polymers 0.000 description 1
- 229920002493 poly(chlorotrifluoroethylene) Polymers 0.000 description 1
- 229920001483 poly(ethyl methacrylate) polymer Polymers 0.000 description 1
- 229920000548 poly(silane) polymer Polymers 0.000 description 1
- 229920002589 poly(vinylethylene) polymer Polymers 0.000 description 1
- 229920002401 polyacrylamide Polymers 0.000 description 1
- 239000011528 polyamide (building material) Substances 0.000 description 1
- 229920000768 polyamine Polymers 0.000 description 1
- 229920001707 polybutylene terephthalate Polymers 0.000 description 1
- 229920000515 polycarbonate Polymers 0.000 description 1
- 239000004417 polycarbonate Substances 0.000 description 1
- 239000005023 polychlorotrifluoroethylene (PCTFE) polymer Substances 0.000 description 1
- 229920000120 polyethyl acrylate Polymers 0.000 description 1
- 229920002959 polymer blend Polymers 0.000 description 1
- 239000004926 polymethyl methacrylate Substances 0.000 description 1
- 229920005554 polynitrile Polymers 0.000 description 1
- 229920002635 polyurethane Polymers 0.000 description 1
- 239000004814 polyurethane Substances 0.000 description 1
- 229920002689 polyvinyl acetate Polymers 0.000 description 1
- 239000011118 polyvinyl acetate Substances 0.000 description 1
- 229920002451 polyvinyl alcohol Polymers 0.000 description 1
- 229920000915 polyvinyl chloride Polymers 0.000 description 1
- 239000004800 polyvinyl chloride Substances 0.000 description 1
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 description 1
- QROGIFZRVHSFLM-UHFFFAOYSA-N prop-1-enylbenzene Chemical compound CC=CC1=CC=CC=C1 QROGIFZRVHSFLM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- HCWPIIXVSYCSAN-UHFFFAOYSA-N radium Chemical compound [Ra] HCWPIIXVSYCSAN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052705 radium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 1
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 1
- 230000002441 reversible Effects 0.000 description 1
- 229910052702 rhenium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052703 rhodium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000007761 roller coating Methods 0.000 description 1
- 239000005060 rubber Substances 0.000 description 1
- 229910052707 ruthenium Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000011218 segmentation Effects 0.000 description 1
- BUGBHKTXTAQXES-UHFFFAOYSA-N selenium Chemical compound [Se] BUGBHKTXTAQXES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052711 selenium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011669 selenium Substances 0.000 description 1
- 150000003346 selenoethers Chemical class 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 125000005373 siloxane group Chemical group [SiH2](O*)* 0.000 description 1
- 239000002002 slurry Substances 0.000 description 1
- 239000007784 solid electrolyte Substances 0.000 description 1
- 239000012453 solvate Substances 0.000 description 1
- 238000000935 solvent evaporation Methods 0.000 description 1
- CIOAGBVUUVVLOB-UHFFFAOYSA-N strontium Chemical compound [Sr] CIOAGBVUUVVLOB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052712 strontium Inorganic materials 0.000 description 1
- 125000003107 substituted aryl group Chemical group 0.000 description 1
- 150000003457 sulfones Chemical class 0.000 description 1
- 238000004381 surface treatment Methods 0.000 description 1
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 1
- 230000002194 synthesizing Effects 0.000 description 1
- 229910052715 tantalum Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052716 thallium Inorganic materials 0.000 description 1
- BKVIYDNLLOSFOA-UHFFFAOYSA-N thallium Chemical compound [Tl] BKVIYDNLLOSFOA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920001187 thermosetting polymer Polymers 0.000 description 1
- 239000002562 thickening agent Substances 0.000 description 1
- 239000011135 tin Substances 0.000 description 1
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229920003194 trans-1,4-polybutadiene polymer Polymers 0.000 description 1
- 125000001889 triflyl group Chemical group FC(F)(F)S(*)(=O)=O 0.000 description 1
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000001771 vacuum deposition Methods 0.000 description 1
- LEONUFNNVUYDNQ-UHFFFAOYSA-N vanadium(0) Chemical compound [V] LEONUFNNVUYDNQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000007740 vapor deposition Methods 0.000 description 1
- 229960000834 vinyl ether Drugs 0.000 description 1
- 229920002554 vinyl polymer Polymers 0.000 description 1
- 239000002759 woven fabric Substances 0.000 description 1
- 229910052727 yttrium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052726 zirconium Inorganic materials 0.000 description 1
Description
本発明は、一般にリチウム電池に関し、より具体的には、リチウム電池内における電解質組成物の分離に関する。
近年に至って、リチウム含有アノードを有する高エネルギー密度電池の開発に相当な関心が持たれてきた。このタイプの典型的な再充電可能電池は、活性アノード種としてリチウム金属、または活性アノード種としてリチウム層間化合物を用いたアノードを含む。これらの電池の多くは、活性カソード種として硫黄を含んだカソードを含む。
このタイプの再充電可能電池を充電すると、リチウムイオンがアノードでリチウム金属に還元され、一方ではリチウムスルフィド種がカソードで酸化されて硫黄を形成する。この過程で生成された硫黄は、カソードの一部分を規定する他の硫黄中に取り込まれる。リチウムイオンは、カソードをアノードと結ぶ電解質中に放出される。放電すると、アノードのリチウム金属は、酸化されてリチウムイオンになって電解質中に放出され、一方ではカソードにおいてリチウムイオンと硫黄とが還元反応を経てリチウムスルフィド種が形成される。
このタイプの電池、特に活性アノード種としてリチウム金属を含むものは、重さおよびエネルギー密度の観点から特に魅力的である。リチウム金属アノード、または主にリチウム金属を含むアノードは、リチウムイオン、ニッケル金属水素化物またはニッケルカドミウムセルのようなセルより、軽量でかつエネルギー密度の高いセルを構築する機会を提供する。これらの特徴は、軽量に対して割増価格が支払われる携帯電話およびラップトップコンピュータのような、ポータブル電子デバイス用の電池にとって非常に望ましい。
上述のように、(ここでは「ポリスルフィド」とも呼称する)リチウムポリスルフィド種は、かかる電池の化学反応に役割を果たす。放電すると、硫黄カソードにおける還元反応の間に、リチウムイオンが電解質から取り込まれてリチウムポリスルフィド種が形成される。このタイプの電池では、硫黄をより多く含む高次種から硫黄をより少なく含む低次種、例えばLi2Sへのリチウムスルフィドの酸化還元に伴う往復メカニズムが存在し得ることも知られている。
このタイプのいくつかの再充電可能リチウム電池において、単一の電解質を用いることは、アノードおよびカソードの両方にとって最適ではなく、例えば、高い硫黄カソード性能は達成できるが、リチウムアノードのサイクル能力および安定度が犠牲になる。例えば、より良好な硫黄カソード性能、速度能力、および硫黄利用を達成するために、高濃度のポリスルフィドを溶解させることができる適切な電解質を選択することができる。しかし、かかる電解質は、電解質中にポリスルフィドが溶解するのに加えて、リチウムアノードを腐食させることがある。他方、リチウムアノードに対して反応性が低い電解質を用いたとき、かかる電解質中におけるポリスルフィド溶解度が相対的に低くなることがある。その結果、カソードに不溶性のポリスルフィド(すなわち、「スレート」)が蓄積されて、デバイス性能の低下および/またはデバイス寿命の短縮を招きかねない。それ故に、アノードおよびカソードの両方に役立つ電解質を含む方法およびデバイスが望ましいであろう。
リチウム電池を含む、電気化学デバイス内における電解質組成物の分離に関する方法および物品が提供される。
一実施形態においては、リチウム電池が提供される。該リチウム電池は、活性アノード種としてリチウム(例えば、リチウム金属、リチウム層間化合物、またはリチウム合金)を含むアノード、カソード電流コレクターによって担持された活性カソード種を含むカソード、および、アノードとカソード電流コレクターとの間の不均一電解質、を含む。不均一電解質は、第1の電解質溶媒および第2の電解質溶媒を含み、使用時に、第1の電解質溶媒はアノードに偏在し、第2の電解質溶媒はカソードに偏在し、第2の電解質溶媒は、アノードと逆に反応する少なくとも1つの種を含む。
また別の実施形態において、リチウム電池を形成する方法が提供される。本方法は、活性アノード種としてリチウム(例えば、リチウム金属、リチウム層間化合物、またはリチウム合金)を含むアノードを提供すること、アノード上にポリマーおよび第1の電解質溶媒を含む混合物を堆積させること、混合物がアノードとカソードとの間にあるようにカソードを配置すること、カソードを第2の電解質溶媒に曝露すること、および第1および第2の電解質溶媒の少なくとも部分が電池内で区分化されるのを可能にすること、を含む。
また別の実施形態において、リチウム電池を動作させる方法が提供される。本方法は、活性なアノード種としてリチウム(例えば、リチウム金属、リチウム層間化合物、またはリチウム合金)を含むアノード、カソード、並びに少なくとも第1および第2の電解質溶媒を含む電解質、を含むリチウム電池を動作させること、および第1の電解質溶媒はアノードに偏在し、第2の電解質溶媒はカソードに偏在するように、第1および第2の電解質溶媒の少なくとも一部を区分化することであって、第2の電解質溶媒はアノードと逆に反応する少なくとも1つの種を含む、区分化すること、を含む。
また別の実施形態において、リチウム電池を形成する方法が提供される。本方法は、活性アノード種としてリチウム(例えば、リチウム金属、リチウム層間化合物、またはリチウム合金)を含むアノードを提供すること、およびアノード上にポリマー層を堆積させることを含む。ポリマー層は、第1の電解質溶媒に曝露されることができる。カソードは、ポリマー層がアノードとカソードとの間にあるように、アノードに近接して配置することができる。カソードは、次に第2の電解質溶媒に曝露されることができる。第1および第2の電解質溶媒の少なくとも部分は、電池内において分離されることができる。
本発明の他の利点および新規な特徴は、本発明の様々な非限定の実施形態に関する以下の詳細な記述を、添付図と併せて考えたときに明らかになるであろう。本明細書と参照により組み込まれる文献とが、相容れないおよび/または一貫性のない開示を含む場合、本明細書に準じるものとする。もし参照により組み込まれる2つ以上の文献がお互いに相容れないおよび/または一貫性のない開示を含む場合、有効期日が新しい方の文献に準じるものとする。
本発明に関する非限定の実施形態は、図式的で縮尺通りではない添付図を参照して、例として記載される。これらの図に示される同一またはほぼ同一な各構成要素は、通常は単一の数字で表現される。明確さを目的として、すべての図ですべての構成要素にラベル付けしておらず、当業者が本発明を理解するのに図解を必要としない場合、本発明の各実施形態のすべての構成要素も、同様に示されていない。
本発明は、例えば以下の項目を提供する。
(項目1)
活性アノード種としてリチウムを含むアノード、
カソード電流コレクターによって担持された活性カソード種を含むカソード、および
第1の電解質溶媒および第2の電解質溶媒を含む、前記アノードと前記カソード電流コレクターとの間の不均一電解質であって、使用時に、前記第1の電解質溶媒は前記アノードに偏在し、前記第2の電解質溶媒は前記カソードに偏在し、前記第2の電解質溶媒は前記アノードと逆に反応する少なくとも1つの種を含む、不均一電解質
を含むリチウム電池。
(項目2)
前記アノードは、前記活性アノード種としてリチウム金属を含む、項目1に記載のリチウム電池。
(項目3)
前記アノードは、前記活性アノード種としてリチウム合金を含む、項目1に記載のリチウム電池。
(項目4)
前記アノードは、前記活性アノード種としてリチウム層間化合物を含む、項目1に記載のリチウム電池。
(項目5)
前記第2の電解質溶媒は、本質的に前記アノードと接触しない、項目1に記載のリチウム電池。
(項目6)
前記第1および/または第2の電解質溶媒は、リチウム塩を含む、項目1に記載のリチウム電池。
(項目7)
前記第1の電解質溶媒を偏って含み、前記アノードと接触したポリマーゲル層、および
前記ポリマーゲル層と前記カソード電流コレクターとの間の領域に偏って存在する前記第2の電解質溶媒
をさらに含むリチウム電池であって、
前記カソードは前記カソード活性種として硫黄を含み、
前記第2の電解質溶媒は、前記第1の電解質溶媒より多くポリスルフィド種を含む、
項目1に記載のリチウム電池。
(項目8)
前記第1の電解質溶媒は、本質的にポリスルフィド種を含まない、項目1に記載のリチウム電池。
(項目9)
前記アノードと前記カソードとの間に配置されたセパレータをさらに含む、項目1に記載のリチウム電池。
(項目10)
前記セパレータは、前記第2の電解質溶媒を偏って含む、項目9に記載のリチウム電池。
(項目11)
前記ポリマーゲル層は、前記リチウムと接触している、項目8に記載のリチウム電池。(項目12)
前記ポリマーゲル層は、アノード保護層と接触している、項目8に記載のリチウム電池。
(項目13)
前記第2の電解質溶媒と前記第1の電解質溶媒との間のポリスルフィド溶解度の比率は、2:1より大きい、項目1に記載のリチウム電池。
(項目14)
前記第1の電解質溶媒のデューティサイクル当たりのLi枯渇wt%の、前記第2の電解質溶媒のデューティサイクル当たりのLi枯渇wt%に対する比率は、0.2:1より小さい、項目1に記載のリチウム電池。
(項目15)
前記第1および第2の電解質溶媒は、非混和性である、項目1に記載のリチウム電池。(項目16)
前記第1および第2の電解質溶媒は、最初の放電開始の前には混和性であるが、後には非混和性である、項目15に記載のリチウム電池。
(項目17)
前記アノードに偏在する前記第1の電解質溶媒、
前記カソードと接触したポリマー物質、および
前記ポリマー物質および/または前記カソードを含む領域に偏在する前記第2の電解質溶媒
を含み、
前記カソードは前記カソード活性種として硫黄を含む、
項目1に記載のリチウム電池。
(項目18)
前記ポリマー物質は、前記カソード上の層として形成される、項目17に記載のリチウム電池。
(項目19)
前記ポリマー物質は、前記カソード中に分散される、項目17に記載のリチウム電池。(項目20)
前記アノードと前記カソードとの間に配置されたセパレータをさらに含む、項目17に記載のリチウム電池。
(項目21)
前記アノードまたはカソードと接触したポリマー層をさらに含む、項目1に記載のリチウム電池。
(項目22)
前記アノードまたはカソードと接触した前記ポリマー層は、ヘテロゴナスな不溶性の充填材を含む、項目1に記載のリチウム電池。
(項目23)
前記充填材は、金属酸化物、オキシ水酸化物、硫化物、窒化物、またはそれらの組み合わせを含む、項目22に記載の方法。
(項目24)
前記充填材は、Al2O3、AlOOH、SiO2、AlN、BN、またはLi3Nを含む、項目22に記載の方法。
(項目25)
前記アノードと接触した前記ポリマー層は、順次コーティングされた1つより多いポリマー層を含む、項目22に記載の方法。
(項目26)
リチウム電池を形成する方法であって、
前記活性アノード種としてリチウムを含むアノードを提供すること、
前記アノード上にポリマーおよび第1の電解質溶媒を含む混合物を堆積させること、
前記混合物が前記アノードとカソードとの間にあるように前記カソードを配置すること、
前記カソードを第2の電解質溶媒に曝露すること、および
前記第1および第2の電解質溶媒の少なくとも部分を前記電池内で分離させることを含む、方法。
(項目27)
前記アノードは、前記活性アノード種としてリチウム金属を含む、項目26に記載の方法。
(項目28)
前記混合物を堆積させることは、モノマーと前記第1の電解質溶媒との混合物を前記アノード上に堆積させること、および次に前記ポリマーを形成するために前記モノマーを重合させることを含む、項目26に記載の方法。
(項目29)
前記混合物を堆積させることは、前記ポリマーと前記第1の電解質溶媒との混合物を前記アノード上に堆積させることを含む、項目26に記載の方法。
(項目30)
前記混合物はゲルの形態である、項目26に記載の方法。
(項目31)
前記混合物は、前記アノードの活物質層上に堆積される、項目26に記載の方法。
(項目32)
前記混合物は、前記アノードの保護層上に堆積される、項目26に記載の方法。
(項目33)
前記混合物は、リチウム塩を含む、項目26に記載の方法。
(項目34)
前記第1の電解質溶媒のデューティサイクル当たりのLi枯渇wt%の、前記第2の電解質溶媒のデューティサイクル当たりのLi枯渇wt%に対する比率は、0.2:1より小さい、項目26に記載の方法。
(項目35)
前記第2の電解質溶媒と前記第1の電解質溶媒との間のポリスルフィド溶解度の比率は、2:1より大きい、項目26に記載の方法。
(項目36)
前記第1の電解質溶媒は前記アノードに偏在し、前記第2の電解質溶媒は前記カソードに偏在する、項目26に記載の方法。
(項目37)
前記活性アノード種としてリチウムを含むアノード、カソード、および少なくとも第1および第2の電解質溶媒を含む電解質、を含むリチウム電池を動作させること、および
前記第1の電解質溶媒は前記アノードに偏在し、前記第2の電解質溶媒は前記カソードに偏在するように、前記第1および第2の電解質溶媒の少なくとも部分を区分化することであって、前記第2の電解質溶媒は、前記アノードと逆に反応する少なくとも1つの種を含む、区分化すること
を含む、リチウム電池を動作させる方法。
(項目38)
前記アノードは、前記活性アノード種としてリチウム金属を含む、項目37に記載の方法。
(項目39)
前記リチウム電池は、前記アノードと接触したポリマー層をさらに含み、前記ポリマー層は、前記第2の電解質溶媒より大きい度合いで前記第1の電解質溶媒に選択的に結合する、項目37に記載の方法。
(項目40)
前記アノードと接触した前記ポリマー層は、ヘテロゴナスな不溶性の充填材を含む、項目39に記載の方法。
(項目41)
前記充填材は、金属酸化物、オキシ水酸化物、硫化物、窒化物、またはそれらの組み合わせを含む、項目40に記載の方法。
(項目42)
前記充填材は、Al2O3、AlOOH、SiO2、AlN、BN、またはLi3Nを含む、項目40に記載の方法。
(項目43)
前記アノードと接触した前記ポリマー層は、順次コーティングされた1つより多いポリマー層を含む、項目40に記載の方法。
(項目44)
リチウム電池を形成する方法であって、
前記活性アノード種としてリチウムを含むアノードを提供すること、
前記アノード上にポリマー層を堆積させること、
前記ポリマー層を第1の電解質溶媒に曝露すること、
前記ポリマー層が前記アノードとカソードとの間に配置されるように、前記カソードを前記アノードに近接して配置すること、
前記カソードを第2の電解質溶媒に曝露すること、および
前記第1および第2の電解質溶媒の少なくとも部分を前記電池内で分離させること
を含む、方法。
本発明は、例えば以下の項目を提供する。
(項目1)
活性アノード種としてリチウムを含むアノード、
カソード電流コレクターによって担持された活性カソード種を含むカソード、および
第1の電解質溶媒および第2の電解質溶媒を含む、前記アノードと前記カソード電流コレクターとの間の不均一電解質であって、使用時に、前記第1の電解質溶媒は前記アノードに偏在し、前記第2の電解質溶媒は前記カソードに偏在し、前記第2の電解質溶媒は前記アノードと逆に反応する少なくとも1つの種を含む、不均一電解質
を含むリチウム電池。
(項目2)
前記アノードは、前記活性アノード種としてリチウム金属を含む、項目1に記載のリチウム電池。
(項目3)
前記アノードは、前記活性アノード種としてリチウム合金を含む、項目1に記載のリチウム電池。
(項目4)
前記アノードは、前記活性アノード種としてリチウム層間化合物を含む、項目1に記載のリチウム電池。
(項目5)
前記第2の電解質溶媒は、本質的に前記アノードと接触しない、項目1に記載のリチウム電池。
(項目6)
前記第1および/または第2の電解質溶媒は、リチウム塩を含む、項目1に記載のリチウム電池。
(項目7)
前記第1の電解質溶媒を偏って含み、前記アノードと接触したポリマーゲル層、および
前記ポリマーゲル層と前記カソード電流コレクターとの間の領域に偏って存在する前記第2の電解質溶媒
をさらに含むリチウム電池であって、
前記カソードは前記カソード活性種として硫黄を含み、
前記第2の電解質溶媒は、前記第1の電解質溶媒より多くポリスルフィド種を含む、
項目1に記載のリチウム電池。
(項目8)
前記第1の電解質溶媒は、本質的にポリスルフィド種を含まない、項目1に記載のリチウム電池。
(項目9)
前記アノードと前記カソードとの間に配置されたセパレータをさらに含む、項目1に記載のリチウム電池。
(項目10)
前記セパレータは、前記第2の電解質溶媒を偏って含む、項目9に記載のリチウム電池。
(項目11)
前記ポリマーゲル層は、前記リチウムと接触している、項目8に記載のリチウム電池。(項目12)
前記ポリマーゲル層は、アノード保護層と接触している、項目8に記載のリチウム電池。
(項目13)
前記第2の電解質溶媒と前記第1の電解質溶媒との間のポリスルフィド溶解度の比率は、2:1より大きい、項目1に記載のリチウム電池。
(項目14)
前記第1の電解質溶媒のデューティサイクル当たりのLi枯渇wt%の、前記第2の電解質溶媒のデューティサイクル当たりのLi枯渇wt%に対する比率は、0.2:1より小さい、項目1に記載のリチウム電池。
(項目15)
前記第1および第2の電解質溶媒は、非混和性である、項目1に記載のリチウム電池。(項目16)
前記第1および第2の電解質溶媒は、最初の放電開始の前には混和性であるが、後には非混和性である、項目15に記載のリチウム電池。
(項目17)
前記アノードに偏在する前記第1の電解質溶媒、
前記カソードと接触したポリマー物質、および
前記ポリマー物質および/または前記カソードを含む領域に偏在する前記第2の電解質溶媒
を含み、
前記カソードは前記カソード活性種として硫黄を含む、
項目1に記載のリチウム電池。
(項目18)
前記ポリマー物質は、前記カソード上の層として形成される、項目17に記載のリチウム電池。
(項目19)
前記ポリマー物質は、前記カソード中に分散される、項目17に記載のリチウム電池。(項目20)
前記アノードと前記カソードとの間に配置されたセパレータをさらに含む、項目17に記載のリチウム電池。
(項目21)
前記アノードまたはカソードと接触したポリマー層をさらに含む、項目1に記載のリチウム電池。
(項目22)
前記アノードまたはカソードと接触した前記ポリマー層は、ヘテロゴナスな不溶性の充填材を含む、項目1に記載のリチウム電池。
(項目23)
前記充填材は、金属酸化物、オキシ水酸化物、硫化物、窒化物、またはそれらの組み合わせを含む、項目22に記載の方法。
(項目24)
前記充填材は、Al2O3、AlOOH、SiO2、AlN、BN、またはLi3Nを含む、項目22に記載の方法。
(項目25)
前記アノードと接触した前記ポリマー層は、順次コーティングされた1つより多いポリマー層を含む、項目22に記載の方法。
(項目26)
リチウム電池を形成する方法であって、
前記活性アノード種としてリチウムを含むアノードを提供すること、
前記アノード上にポリマーおよび第1の電解質溶媒を含む混合物を堆積させること、
前記混合物が前記アノードとカソードとの間にあるように前記カソードを配置すること、
前記カソードを第2の電解質溶媒に曝露すること、および
前記第1および第2の電解質溶媒の少なくとも部分を前記電池内で分離させることを含む、方法。
(項目27)
前記アノードは、前記活性アノード種としてリチウム金属を含む、項目26に記載の方法。
(項目28)
前記混合物を堆積させることは、モノマーと前記第1の電解質溶媒との混合物を前記アノード上に堆積させること、および次に前記ポリマーを形成するために前記モノマーを重合させることを含む、項目26に記載の方法。
(項目29)
前記混合物を堆積させることは、前記ポリマーと前記第1の電解質溶媒との混合物を前記アノード上に堆積させることを含む、項目26に記載の方法。
(項目30)
前記混合物はゲルの形態である、項目26に記載の方法。
(項目31)
前記混合物は、前記アノードの活物質層上に堆積される、項目26に記載の方法。
(項目32)
前記混合物は、前記アノードの保護層上に堆積される、項目26に記載の方法。
(項目33)
前記混合物は、リチウム塩を含む、項目26に記載の方法。
(項目34)
前記第1の電解質溶媒のデューティサイクル当たりのLi枯渇wt%の、前記第2の電解質溶媒のデューティサイクル当たりのLi枯渇wt%に対する比率は、0.2:1より小さい、項目26に記載の方法。
(項目35)
前記第2の電解質溶媒と前記第1の電解質溶媒との間のポリスルフィド溶解度の比率は、2:1より大きい、項目26に記載の方法。
(項目36)
前記第1の電解質溶媒は前記アノードに偏在し、前記第2の電解質溶媒は前記カソードに偏在する、項目26に記載の方法。
(項目37)
前記活性アノード種としてリチウムを含むアノード、カソード、および少なくとも第1および第2の電解質溶媒を含む電解質、を含むリチウム電池を動作させること、および
前記第1の電解質溶媒は前記アノードに偏在し、前記第2の電解質溶媒は前記カソードに偏在するように、前記第1および第2の電解質溶媒の少なくとも部分を区分化することであって、前記第2の電解質溶媒は、前記アノードと逆に反応する少なくとも1つの種を含む、区分化すること
を含む、リチウム電池を動作させる方法。
(項目38)
前記アノードは、前記活性アノード種としてリチウム金属を含む、項目37に記載の方法。
(項目39)
前記リチウム電池は、前記アノードと接触したポリマー層をさらに含み、前記ポリマー層は、前記第2の電解質溶媒より大きい度合いで前記第1の電解質溶媒に選択的に結合する、項目37に記載の方法。
(項目40)
前記アノードと接触した前記ポリマー層は、ヘテロゴナスな不溶性の充填材を含む、項目39に記載の方法。
(項目41)
前記充填材は、金属酸化物、オキシ水酸化物、硫化物、窒化物、またはそれらの組み合わせを含む、項目40に記載の方法。
(項目42)
前記充填材は、Al2O3、AlOOH、SiO2、AlN、BN、またはLi3Nを含む、項目40に記載の方法。
(項目43)
前記アノードと接触した前記ポリマー層は、順次コーティングされた1つより多いポリマー層を含む、項目40に記載の方法。
(項目44)
リチウム電池を形成する方法であって、
前記活性アノード種としてリチウムを含むアノードを提供すること、
前記アノード上にポリマー層を堆積させること、
前記ポリマー層を第1の電解質溶媒に曝露すること、
前記ポリマー層が前記アノードとカソードとの間に配置されるように、前記カソードを前記アノードに近接して配置すること、
前記カソードを第2の電解質溶媒に曝露すること、および
前記第1および第2の電解質溶媒の少なくとも部分を前記電池内で分離させること
を含む、方法。
リチウム電池を含む、電気化学デバイス内における電解質組成物の分離に関する方法と物品が提供される。かかる分離は、ある種の固体がこのタイプのデバイスの電極上または内部に堆積するのを防ぐことを含む様々な目的のために、電池の一部から特定の種を隔離すること、または少なくとも電池の一部が該種に曝されるレベルを低減することを可能にする。
本発明に従う電解質組成物の分離は、様々な仕方で実施することができる。一組の技術において、(ゲルであることができる)ポリマーが、該ポリマーに対して相対的に高い親和性を有する特定の電解質溶媒が存在することが望ましい、デバイス中の位置に配置される。また別の一組の技術において、2つの異なったポリマーが、該ポリマーの一つに対して相対的に高い親和性を有する2つの異なった電解質溶媒の各々が配置されることが望ましいデバイス中の特定の位置に配置される。2つより多いポリマーを用いて、同様の配置を構築することができる。種が、一方に比べて他方の溶媒によりいっそう溶けやすくできるという事実を利用することによって、デバイスの少なくとも1つの構成要素が特定の種に対して曝露されるのを制御するために、比較的非混和な電解質溶媒を用いることができ、かつ相互におよびデバイスの他の構成要素に対して相対的に配置することができる。一般的に先述した技術、または他の技術、或いは任意の組み合わせをこの一般的な分離の方法論のために用いることができる。
ここに記載されるリチウム電池は、活性アノード種としてリチウム(例えば、リチウム金属、リチウム層間化合物、またはリチウム合金)を有するアノード、および活性カソード種として硫黄を有するカソードを含むことができる。リチウム電池にとって適切な電解質は、アノードに向かって区分化され、アノードに対して好ましい(ここで「アノード側電解質溶媒」と呼称する)第1の電解質溶媒(例えば、ジオキソラン(DOL))、およびカソードに向かって区分化され、カソードに対して好ましい(ここで「カソード側電解質溶媒」と呼称する)第2の電解質溶媒(例えば、1,2−ジメトキシエタン(DME))を含む、不均一電解質を含むことができる。いくつかの実施形態において、アノード側電解質溶媒は、リチウム金属に対する反応性が相対的に低く、カソード側電解質溶媒に比べて、ポリスルフィド(例えば、Li2Sx、ここでx>2)に対する溶解度がより低い溶媒にするとよい。カソード側電解質溶媒は、ポリスルフィドに対して相対的により高い溶解度を有することができるが、リチウム金属に対する反応性はより高くてもよい。アノード側電解質溶媒がアノードに偏在し、カソード側電解質溶媒がカソードに偏在するように、電池動作の間に電解質溶媒を分離することによって電池は、両方の電解質溶媒の望ましい特性(例えば、アノード側電解質溶媒の相対的に低いリチウム反応性、およびカソード側電解質溶媒の相対的に高いポリスルフィド溶解度)から恩恵を受けることができる。特に、アノードの消費を低減することができ、カソードにおける不溶性ポリスルフィド(すなわち「スレート」、Li2Sx、ここでx<3、例えば、Li2S2およびLi2Sのような低次ポリスルフィド)の蓄積を低減することができ、その結果、電池は、より長いサイクル寿命を有することができる。さらに、ここに記載される電池は、比エネルギーが高く(例えば、400Wh/kgより大きい)、安全性が向上し、および/または広い温度範囲(例えば、−70℃から+75℃)で動作可能にすることができる。セルの特定の位置において、一方の種または溶媒が他方に比べて偏在することは、第1の種または溶媒が、その位置で(例えば、セル電極の表面で)、少なくとも2:1モルまたは重量比、或いはさらに5:1、10:1、50:1、100:1またはより大きい比率で存在することを意味する。
ここに記載されるほとんどの実施形態において、(リチウムアノードを含む)再充電可能なリチウム電池が記載される。しかし、当然のことながら、本明細書においてリチウム電池が記載されるところはどこでも、以下により詳細に記載されるように、任意の類似したアルカリ金属電池(アルカリ金属アノード)を用いることができる。さらに、当然のことながら、活性カソード種として硫黄を含むカソードが本明細書において記載されるところはどこでも、任意の適切なカソード活性種を用いることができる。さらに、本明細書では主として再充電可能電池が開示されるが、再充電可能でない(一次)電池も同様に本発明から恩恵を受けることが意図される。
本明細書では、「不均一電解質」は、(ここではしばしば第1および第2の電解質溶媒、またはアノード側およびカソード側電解質溶媒と呼称する)少なくとも2つの異なった液体溶媒を含む電解質である。本発明の多くの様態において、電解質系は、非混和性の(またはセル内で非混和性にすることができる)1つまたはそれ以上の溶媒を含むが、該2つの異なった液体溶媒は、それらが概ね分離することになり、少なくとも1つがセルの少なくとも1つの構成要素から分離され得る程度に、相互に混和性または非混和性にすることができる。不均一電解質は、液体、ゲル、またはそれらの組み合わせの形態にすることができる。不均一電解質の具体的な例が、以下で提供される。
ここに記載されるある実施形態は、電池動作の間に区分化することができる少なくとも2つの電解質溶媒を有する不均一電解質を含むため、本発明の1つの目的は、溶媒が自発的に混合する、すなわち、2つの非混和性液体のエマルジョンが形成される可能性を防止または低減することである。以下により詳細に記載されるように、これは、例えば、電極に偏在するポリマーゲル電解質、ガラス状ポリマー、またはより高粘度の液体を形成して少なくとも1つの電解質溶媒を該電極(例えば、アノード)に「固定する」ことによって、いくつかの実施形態で達成することができる。
図1は、本発明の一実施形態による、不均一電解質の分離/区分化を可能にするまたはもたらすことができるリチウム電池の例を示す。図1に示す実施形態において、電池2は、活性アノード物質層18(例えば、リチウム金属)を含むアノード10を含む。本明細書のいくつかの場合において、アノードを「アノードベース物質」、「アノード活物質」などと呼称し、アノードに保護構造を加えたものを集合的に「アノード」と呼称する。すべてのかかる記述は、本発明の一部を成すと理解されるべきである。活性アノード物質層18は、アノード電流コレクターとして作用することができる基板14によって担持することができる。さらにおよび/または代わりに、端部電流コレクター16が存在してもよい。ある場合には、活性アノード物質層は(例えば、リチウム箔の形態で)自立しており、基板14を必要としない。保護層20は、活性アノード物質によって担持することができる。いくつかの実施形態において、保護層20は、単一のイオン伝導層、すなわち、あるイオン(例えば、Li+)が通過することを可能にし、一方ではさもなければアノードに損傷を与えかねない他の成分の通過を妨げる、ポリマー、セラミック、または金属層とすることができる。代わりに、保護層は一時的な保護層であってもよい、すなわち、例えば、セルの電気化学的サイクルの間におよび/またはセルの電気化学的サイクルに先立って、リチウム金属を有する合金を形成することができる、またはリチウム金属に拡散する、溶解する、および/または混ざり合うことができてもよい。他の実施形態において、アノードは、単一のイオン伝導層および保護層の両方を含んでもよく、または他の実施形態において、アノードは、いずれかを有しなくてもよい。説明に好ましい図1の実施形態において、電池は、アノードにおけるポリマー層24も含む。いくつかの事例において、ポリマー層は、ポリマーゲルまたはガラス状ポリマーの形態をとることができる。ポリマー層は、電池動作の間に、1つの電解質溶媒はアノードに偏在し、一方で他の電解質溶媒は該ポリマー層から実質的に排除されてカソードに偏在するように、不均一電解質の1つの電解質溶媒に対して親和性を有することができる。図1には、アノードとカソードとの間のイオン輸送を可能にするセパレータ28も示される。カソード30は、基板36上に配置され、カソード電流コレクターとして作用することができる活性カソード物質32(例えば、硫黄)を含むことができる。
ここに記載されるように、いくつかの実施形態において、電池に単一の電解質を用いることは、アノードおよびカソードの両方にとって最適ではない。例えば、溶媒ジオキソランを含む電解質は、一般にリチウムに対する反応性は相対的に低く、良好なリチウムイオン伝導率を有するが、しかし1,2−ジメトキシエタンのようなある種の溶媒に比べてポリスルフィド溶解度が相対的に低い。従って、電解質溶媒としてジオキソランを含む電池は、カソードに不溶性のポリスルフィドが蓄積することがあり、カソード性能の低下を招きかねない。一方で、1,2−ジメトキシエタンのような他の電解質溶媒は、ポリスルフィド溶解度は相対的に高いが、しかしリチウム金属に対する反応性がより高く、それ故に、アノードの腐食および/または劣悪なリチウムモフォロジーを引き起こす可能性がある。従って、本明細書に記載される電池は、いくつかの実施形態において、少なくとも第1の電解質溶媒および第2の電解質溶媒を含む不均一電解質であって、アノードにいっそう好ましい特性を有する第1の電解質溶媒は、電池動作の間にアノードに偏在し、カソードにいっそう好ましい特性を有する第2の電解質溶媒は、カソードに偏在する、不均一電解質を含む。例えば、一実施形態において、第1の電解質溶媒は実質的にポリマー層24に存在する(例えば、第1の電解質溶媒は、ポリマーとともにゲルポリマー電解質を形成することができる)。第1の電解質溶媒は、アノードにより接近して存在する故に、(例えば、リチウムサイクル能力の向上を可能にする)低リチウム反応性、適切なリチウムイオン伝導率、および(ポリスルフィドはリチウムと反応するので、)第2の電解質溶媒より相対的に低いポリスルフィド溶解度のような、1つまたはそれ以上の特性を有するように通常は選択される。第2の電解質溶媒は、カソードに偏在することができ、例えば、実質的にセパレータ28に、および/またはカソード活物質層32に存在することができる。いくつかの事例において、第2の電解質溶媒は、本質的にアノードと接触しない。第2の電解質溶媒は、高いポリスルフィド溶解度、高い速度能力、多くの硫黄利用、および高いリチウムイオン伝導率のような、カソードの性能に好ましい特性を有することができ、広い温度範囲で液体状態にあることができる。ある場合には、第2の電解質溶媒は、第1の電解質溶媒に比べてリチウムに対する反応性がより高い。従って、電池動作の間に、第2の電解質溶媒をカソードに(すなわち、アノードから離れて)存在させ、それによってアノードにおけるその濃度および反応性を効果的に低減するのが望ましいことがある。
有利なことに、液体ポリスルフィドをアノードから分離することで、安全性に有意義な影響を与えることができる。次の要因が安全性の改善に寄与し得る。第1に、高温でセルを排気および除湿すると、散発的な「ホットスポット」の原因になり得るリチウムアノード表面上の硫黄元素の沈澱がほとんど或いはまったく生じることがない。第2に、アノード側溶媒は、完全に蒸発し得ない高沸点の溶媒を含むとよい;この結果として、総熱量分布および散逸を改善することができる。カソード側は、依然として低沸点および/または低粘度の溶媒を利用することができ、これはカソードの速度能力に役立つ。第3に、もしアノード側電解質が、少なくとも部分的にアノードに(ゲルの形態で)固定されるならば、さらにいっそう低い溶媒蒸発速度を得ることができる。第4に、リチウムの表面モフォロジー改善により、リチウム表面の反応性を総合的に低減することができる。より良好なリチウムのモフォロジーは、モフォロジーの進展によってアノードのサイクル寿命が長くなり、溶媒との反応性が低下し(溶媒消費の低減)、かつセルの膨湿が低減されることを意味する。
電池に不均一電解質を含めること、および使用の間に第1および第2の溶媒をそれぞれの電極に向けて区分化することによって、一方の電極に対するマイナス効果の故にさもなければ疎んじられたであろう溶媒を用いることが可能になる。さらに、ここに記載される電池に用いられる不均一電解質は、異なった電解質溶媒を広い範囲にわたって組み合わせることが可能である。
上述のように、不均一電解質の第1の電解質溶媒は、ポリマー層24に存在することによってアノードに偏在することができる。それ故に、ポリマー層の物質組成は、ポリマーが、第2の電解質溶媒と比較して第1の電解質溶媒に対して相対的に高い親和性(高い溶解度)を有するように、選択するとよい。例えば、いくつかの実施形態において、ポリマー層は、モノマー、第1の電解質溶媒、および随意的に他の成分(例えば、架橋剤、リチウム塩など)を混合すること、並びにこの混合物をアノード上に配置することによってゲルの形態に調製される。様々な方法(例えば、ラジカル開始剤、紫外線照射、電子線、または触媒(例えば、酸、塩基、ないし遷移金属触媒)を用いること)によってモノマーを重合し、ゲル電解質を形成することができる。重合は、混合物をアノード上に配置する前後いずれに生じてもよい。電池の他の構成要素を組み立てた後に、電池に第2の電解質溶媒を満たすことができる。第2の電解質溶媒は、(例えば、ポリマーとポリマー層に既に存在する第1の電解質溶媒との高い親和性によって、および/または第1および第2の電解質溶媒間の非混和性によって)ポリマー層から排除することができ、第2の電解質溶媒をセパレータおよび/またはカソード内における空間(例えば、微細孔)に満たすことができる。いくつかの実施形態において、この工程を容易にするために、電池の組み立てに先立って、カソードを乾燥させることができる。さらにおよび/または代わりに、カソードは、第2の電解質溶媒に対して高い親和性を有するポリマーを含むことができる。
また別の実施形態においては、電池の組み立てに先立って、アノードにポリマー層が形成されて乾燥される。次に、第1および第2の電解質溶媒を含む不均一電解質を電池に満たすことができる。ポリマー層が、第1の電解質溶媒に対してより高い親和性を有する(および/またはセパレータおよび/またはカソードが2番目の電解質溶媒に対してより高い親和性を有することができる)ように選択される場合、第1および第2の電解質溶媒の少なくとも部分は、電池に導入された時点で区分化されることができる。さらにまた別の実施形態において、第1および第2の電解質溶媒の区分化は、電池の最初の放電開始後に生じてもよい。例えば、電池動作の間に熱が発生するにつれて、ポリマー層と第1の電解質溶媒との親和性が増加することができる(および/またはセパレータおよび/またはカソードと第2の電解質溶媒との間の親和性が増加することができる)。かくして、電池動作の間に、電解質溶媒の区分化がより大きい度合いで生じることができる。加えて、より低い温度では、作用は、不可逆的であってもよく、その結果、第1の電解質溶媒がポリマー層に捕獲されて、第2の電解質溶媒がセパレータおよび/またはカソードの微細孔に捕獲される。ある場合には、ポリマー/電解質溶媒相互作用が所望の度合いになるように、使用に先立って、電池の構成要素(例えば、ポリマー層)を(例えば、熱を用いて)前処理することができる。以下により詳細に記載されるように、電解質溶媒を区分化する他の方法も可能である。
また別の実施形態において、ポリマー層は、アノードに堆積されて、(ポリマー層を含む)アノードが第1の電解質溶媒に曝露される。この曝露によって、第1の電解質溶媒をポリマーに吸収させることができる。ポリマー層がアノードとカソードとの間に配置されるようにアノードに近接してカソードを配置することによって、電池を形成することができる。次に、例えば、第2の電解質溶媒の少なくとも一部がカソードに吸収されるように、カソードを第2の電解質溶媒に曝露することができる。他の実施形態において、カソードは、アノードおよびカソードの組み立てに先立って、第2の電解質溶媒に曝露することができる。随意的に、カソードは、第1の電解質溶媒より多く第2の電解質溶媒を選択的に吸収するポリマー層を含んでもよい。いくつかの実施形態において、例えば、アノードおよび/またはカソードを形成するために用いる、然るべきポリマー(単数または複数)および/または物質を選択することによって、第1および第2の電解質溶媒の少なくとも部分を電池内で分離することができる。例えば、第1の電解質溶媒のより高い割合はアノードに存在することができ、第2の電解質溶媒のより高い割合はカソードに存在することができる。
図1に示された特徴のすべてが本発明のすべての実施形態に存在する必要はないこと、および図示された要素は、別なやり方で配置されてもよいことが理解されるべきである。同様に、他の実施形態に付加的な特徴が存在してもよい。付加的な実施形態は、他の図に示されるおよび/または以下に記載される。
図2は、不均一電解質の分離を生じ得るリチウム電池のまた別の例を示す。図2に図解した実施形態に示されるように、電池4は、アノードにポリマー層24を含む。かかる実施形態において、ポリマー層は、アノードとカソードとの間のセパレータとして機能することができる。第2の電解質溶媒は、カソード内の空間を満たすことによって、カソードに偏在することができる。加えておよび/または代わりに、ポリマー層24は、アノード側付近では、カソード側に比べて異なった組成を有し、アノード側は、第1の溶媒に対してより高い親和性を有し、カソード側は、第2の溶媒に対してより高い親和性を有する。
いくつかの実施形態において、ここに記載される電池は、特定の電解質溶媒に対して親和性を有する1つより多いポリマー層を含む。例えば、図3に図解した実施形態に示されるように、電池6は、アノードに存在する第1のポリマー層24、およびカソードに存在する第2のポリマー層40を含む。第1のポリマー層は、アノードに好ましい第1の電解質溶媒に対して高い親和性を有することができ、第2のポリマーは、カソードに好ましい第2の電解質溶媒に対して高い親和性を有することができる。
図4に図解した実施形態に示されるように、電池8は、アノードまたはカソードにポリマー層を含まない。セパレータ28は、セパレータのカソード側に比べてアノード側付近では異なった組成を含むことができ、アノード側は第1の溶媒に対してより高い親和性を有し、カソード側は第2の溶媒に対してより高い親和性を有する。加えておよび/または代わりに、第2の電解質溶媒は、例えば、以下にさらに記載されるように、第2の電解質溶媒に対してより高い親和性を有する成分を含むようにカソードを作製することによって、カソードに偏在することができる。
ここに記載される実施形態のいくつかにおいて、第1および第2の電解質溶媒を含む不均一電解質で電池を満たすことができ、電解質溶媒の区分化は、例えば、電解質溶媒中におけるポリスルフィド溶解度の差異によって、電池の最初の放電の開始後に生じることができる。例えば、電池動作の間により多くのポリスルフィドが生成されるにつれて、ポリスルフィドがより有利な第2の電解質溶媒に溶解し、第1の電解質溶媒に対する非混和性を生じることができる。従って、いくつかの実施形態において、第1および第2の電解質溶媒は、電池の最初の放電開始の、前には混和性であるが、しかし後には非混和性にすることができる。溶解したポリスルフィドを含む第2の電解質溶媒は、例えば、第1の電解質溶媒に選択的に結合するアノードのポリマー層および/または第2の電解質溶媒に選択的に結合するカソードのポリマー層を有するような、ここに記載される実施形態によって、カソードに偏在することができる。他の実施形態において、第1および第2の電解質溶媒は、電池の最初の放電開始前には混和性であるが、しかし、該電解質溶媒は、電池動作の間に電解質溶媒が加熱されることに起因して非混和性になる。さらに他の実施形態において、第1および第2の電解質溶媒は、電池の最初の放電開始の前および後に非混和性である。例えば、第1および第2の電解質溶媒は、電池動作の間のみならず、室温において本質的に非混和性であってもよい。有利なことに、いくつかの実施形態において、2つの非混和性の液体電解質溶媒、すなわちアノードと偏在する一方およびカソードと偏在する他方は、セルサイクル中に電極体積が変化する間に、固体膜にありがちな電池に対する付加的な機械的応力を発生させることがない。
ここに記載される電池は、図1〜4に示される構成には限定されないことが理解されるべきである;例えば、いくつかの実施形態において、電池は、第1および第2の電解質溶媒に対して異なった親和性を有する1つより多いセパレータを含むことができる。他の実施形態において、図1〜4に示される電池は、図5〜6に示される構造を有するカソードと組み合わせることができる。
上述のように、アノードに好ましい特性(例えば、低リチウム反応性、良好なリチウムイオン伝導率、および相対的に低いポリスルフィド溶解度)を有する第1の電解質溶媒がアノードに偏在し、かつカソードに好ましい(例えば、ポリスルフィド溶解度が相対的に高く、高い速度能力および多くの硫黄利用を可能にする)特性を有する第2の電解質溶媒がカソードに偏在するように、不均一電解質を区分化することは、両方の電極にとって有益であり得る。特に、第1の電解質溶媒よりむしろ、(相対的に高いポリスルフィド溶解度を有することができる)第2の電解質溶媒をカソードに偏って維持することによって、カソードにおける望ましくない固体(例えば、「スレート」)の形成および/または蓄積を低減または排除することができる。このことは、多くの硫黄が利用されてエネルギー密度が高く、この蓄積がいっそう問題になりかねない場合に特に重要になる。それ故に、いくつかの実施形態では、図5〜6に示されるように、カソードと接触したポリマー物質を含むことによって望ましくない固体の蓄積がさらに低減される。
図5は、カソード電流コレクターとして機能することができる基板16によって担持された、カソード活物質層54を含むカソード50を示す。カソード活物質層は、より良好なカソード性能に好ましい第2の電解質溶媒に対して高い親和性を有するポリマー層58を担持することができる。ポリマー層58は、カソード性能が妨げかねない第1の電解質溶媒に対して(例えば、それを排除できる)低い親和性を有することができる。例えば、一実施形態において、電池は、第1の電解質溶媒(例えば、DOL)および第2の電解質溶媒(例えば、DME)を含んだ不均一電解質を含み、ポリマー層58は、ポリフッ化ビニリデン(例えば、PVdF−HFP{−CH2−CF2−}X−{CF2−CF(CF3)−}のようなポリフッ化ビニリデン・ヘキサフルオロプロピレン共重合体)を含む。かかるポリマー層は、DOLに対する親和性は低いが、過剰のDMEに溶解することができる(例えば、限られた量のDMEはポリマーを可塑化することができる)。従って、かかるポリマーをカソードに組み込むと、有利なところ(例えば、カソード)ではDMEと選択的に「結合」し、アノードではその濃度および反応性が効果的に減少して、DOL/DMEを用いた不均一電解質を区分化することできる。より高い温度では、効果はいっそう顕著であり得る;すなわち、より多くのDMEをカソードに区分化することができる。しかし、より低い温度では、作用は可逆的にはなり得ず、捕獲されたDMEは放出された形態ポリマーではあり得ない。従って、熱的に安定な構造をつくり出すことができる。加えて、ポリマー/電解質溶媒相互作用が所望の度合いになるように、(例えば、熱を用いて)ポリマー層を前処理することができる。
ポリマー層58は、任意の適切な方法によってカソードに配置することができる。一実施形態において、粉末形態のポリマーをカソード上にコーティングすることができ、例えば、溶解した上塗りとしてまたは(溶解性バインダー<5%を含む)不溶性粉末として配合することができる。
いくつかの実施形態において、かかるポリマーは、図6に示されるように、カソード内に分散させることができる。図6に示される実施形態において、カソード60は、カソード電流コレクターとして機能することができる基板16によって担持されたカソード活物質層64を含む。カソード活物質層は、例えば、粉末形態で取り込んだポリマー物質を含むことができる。ある場合には、ポリマー物質は、層64における不溶性の成分である。例えば、ポリマー物質は、カソード活物質を溶解させるために用いられる溶媒に対して不溶性とすることができる。ポリマーは、適切な粒径を有するように入手または修正することができ、カソードスラリーに導入することによってカソードの至るところに分散させることができる。カソード活物質層に不溶性ポリマーを導入する1つの利点は、ポリマーが、活性な炭素部位を被覆、吸着、および/または遮断することのない個別粒子としてそのまま存在できることである。しかし、他の場合には、ポリマー物質は、カソードバインダーとして、層64に溶け込む、または部分的に溶け込むことができる。
ここに記載される実施形態において、また別の層「によって担持されて」または「を担持して」いるとして言及される層(例えば、構造、領域、または部分)は、実質的に垂直方向に該層のそれぞれ上方または下方に位置することを意味する。層は、また別の部分「によって担体されて」、「の上方に」、「の上に」、「の真上に」、または「の上に重なって」存在するとき、該層の上に直接に存在してもよく、或いは介在層(例えば、構造、領域、または部分)が存在してもよい。同様に、層は、また別の層「の下方に」あるいは「の真下に」あるとき、該層の下方に直接に存在してもよく、或いは介在層(例えば、構造、領域、または部分)が存在してもよい。また別の層「によって直接担持されて」、「の上に直接」、または「と接触して」存在する層には、介在層が存在しないことを意味する。当然のことながら、層は、また別の層「の上方に」、「の上に」、「の真上に」、「の上に重なって」、「と接触して」、「の下方に」、または「によって担体されて」存在するとして言及されるとき、該層の全体または層の一部を覆うことができる。
本発明のいくつかの実施形態において記載されるように、電池は、第1の電解質溶媒に対して高い親和性を有する(例えば、層形態の)ポリマー物質をアノードにおよび/または第2の電解質溶媒に対して高い親和性を有するポリマー物質をカソードに、含むことができる。ポリマーの種類は、例えば、特定の電解質溶媒におけるポリマー物質の相対的な溶解度の度合い、ポリマーの機械的特性、電解質溶媒の選択、ポリマーとアノードまたはカソードとの反応性、ポリスルフィドの化学的安定性、ポリマー中のポリスルフィド溶解度の度合い、(例えば、カソードのポリマーに対する相対的に高いポリスルフィド溶解度、アノードのポリマーに対する相対的に低いポリスルフィド溶解度)など、に基づいて選択することができる。一般に、溶媒に対して高い親和性を有するポリマー物質は、該溶媒に可溶性であり、従って、該溶媒が存在すると膨潤することになる。それ故に、2つの特定の溶媒におけるポリマー溶解度の相対的度合いは、当業者が、例えば、膨湿測定を行うことによって決定することができる。例えば、同じポリマー物質を、過剰な第1の溶媒および過剰な第2の溶媒(溶媒は、異なった容器中にある)に浸漬することができ、平衡膨潤に達した後に、特定の溶媒中で最もよく膨張したポリマー物質が、その溶媒に対してより高い溶解度、従ってより高い親和性を有する。
相対的な溶解度も、物質の凝集エネルギー密度c(cal/cm3)に基づく溶解度パラメータδ(cal1/2cm−3/2)を比較することによって、決定することができる。一般に、多くの種類の物質に対して、同様の溶解度パラメータを有する物質は、非常に異なった溶解度パラメータを有する2つの物質に比べて、お互いにより溶解しやすい。例えば、ジオキソランは、δ=11.3cal1/2cm−3/2の溶解度を有し、1,2−ジメトキシエタンは、δ=8.8cal1/2cm−3/2の溶解度を有する。PVdFのようなポリマーを(例えば、カソードに)用いる場合、PVdFは、δ=6.6cal1/2cm−3/2の溶解度を有する故に、ジオキソランより1,2−ジメトキシエタンに対して高い親和性を有することができ、従って、ジオキソランを、PVdFと結合したカソードから排除することができる。
このように、いくつかの実施形態において、電解質溶媒および/またはポリマーは、第1の電解質溶媒が溶解度δ1を有し、第2の電解質溶媒が溶解度δ2を有し、アノードと接触したポリマー物質が溶解度δ3を有し、|δ1−δ3|<|δ2−δ3|となるように選択することができる。換言すれば、第1の電解質溶媒は、第2の溶媒よりいっそう大きい度合いでポリマー物質と選択的に結合することによって、主にアノードに存在することができる。同様に、第1の電解質溶媒より第2の電解質溶媒に対して親和性が高い(溶解度パラメータδ4を有する)、カソードに適したポリマーを選択するために、|δ1−δ4|>|δ2−δ4|となるように溶媒を選択することができる。いくつかの実施形態において、電解質溶媒および/またはポリマーは、||δ1−δ3|−|δ2−δ3||または||δ1−δ4|−|δ2−δ4||が1以上、2以上、4以上、6以上、8以上(単位:cal1/2cm−3/2)となるように選択することができる。多くの溶媒およびポリマーに関する溶解度パラメータが知られている(例えば、Mark,J.E;Eisenberg,A;Graessley,W.W.;Mandelkern,L.;Koenig,J.L.,Physical Properties of Polymers;American Chemical Society:Washington
D.C.,1984,およびDu,Y.;Xue,Y.;Frisch,H.L.,Physical Properties of Polymers Handbook;AIP Press:Woodbury,NY,1996)、または当業者によって測定することができる。加えて、電解質溶媒の相対的な溶解度を評価するために、状態図を用いることができる。
D.C.,1984,およびDu,Y.;Xue,Y.;Frisch,H.L.,Physical Properties of Polymers Handbook;AIP Press:Woodbury,NY,1996)、または当業者によって測定することができる。加えて、電解質溶媒の相対的な溶解度を評価するために、状態図を用いることができる。
ポリマー物質は、例えば、ポリマーブレンドの成分量を個別調整すること、(もしあれば)架橋の度合いを調節することなどによっても、適切な物理的/機械的特性を有するように選択または配合することができる。当業者は、かかるポリマー物質を容易に選択、または配合することができる。
ポリマー層に用いるのに適した種類のポリマーは、限定されることなしに、ポリアミン類(例えば、ポリ(エチレンイミン)およびポリプロピレンイミン(PPI));ポリアミド類(例えば、ポリアミド(ナイロン)、ポリ(ε−カプロラクタム)(ナイロン6)、ポリ(ヘキサメチレンアジポアミド)(ナイロン66))、ポリイミド類(例えば、ポリイミド、ポリニトリル、およびポリ(ピロメリットイミド−1,4−ジフェニルエーテル)(カプトン));ビニルポリマー類(例えば、ポリアクリルアミド、ポリ(2−ビニルピリジン)、ポリ(N−ビニルピロリドン)、ポリ(シアノアクリル酸メチル)、ポリ(シアノアクリル酸エチル)、ポリ(シアノアクリル酸ブチル)、ポリ(シアノアクリル酸イソブチル)、ポリ(酢酸ビニル)、ポリ(ビニルアルコール)、ポリ(塩化ビニル)、ポリ(ふっ化ビニル)、ポリ(2−ビニルピリジン)、ポリクロロトリフルオロエチレン、ポリ(シアノアクリル酸イソヘキシル)、ポリイソブチレン、ポリ(メチルスチレン)、ポリ(メタクリル酸メチル)(PMMA)、ポリアクリル酸エチル、ポリメタクリル酸メチル、およびポリメタクリル酸エチル);ポリアセタール類;ポリオレフィン類(例えば、ポリ(ブテン−1)、ポリ(n−ペンテン−2)、ポリプロピレン、ポリテトラフルオロエチレン);ポリエステル類(例えば、ポリカーボネート、ポリブチレンテレフタレート、ポリヒドロキシブチレート);ポリエーテル類(ポリ(酸化エチレン)(PEO)、ポリ(酸化プロピレン)(PPO)、ポリ(テトラメチレンオキシド)(PTMO));ポリアラミド類(例えば、ポリ(イミノ−1,3−フェニレンイミノイソフタロイル)およびポリ(イミノ−1,4−フェニレンイミノテレフタロイル));ポリヘテロ芳香族化合物(例えば、ポリベンズイミダゾール(PBI)、ポリベンゾビスオキサゾール(PBO)およびポリベンゾビスチアゾール(PBT));ポリ複素環化合物(例えば、ポリピロール);ポリウレタン類;フェノール性ポリマー類(例えば、フェノール−ホルムアルデヒド);ポリアルキン類(例えば、ポリアセチレン);ポリジエン類(例えば、1,2−ポリブタジエン、cisまたはtrans−1,4ポリブタジエン);ポリシロキサン類(例えば、ポリ(ジメチルシロキサン)(PDMS)、ポリ(ジエチルシロキサン)(PDES)、ポリジフェニルシロキサン(PDPS)、およびポリメチルフェニルシロキサン(PMPS));および無機ポリマー類(例えば、ポリホスファゼン、ポリホスホネート、ポリシラン、ポリシラザン)、を含む。これらのポリマーの、機械的および電子的特性(例えば、導電率、比抵抗)が知られている。それ故に、当業者は、リチウム電池に用いるのに適したポリマーを、例えば、機械的および/または電子的特性(例えば、イオンおよび/または電子伝導率)に基づいて選択することができる、および/または本明細書の記載とともに当分野における知識に基づいて、かかるポリマーがイオン伝導性(例えば、単一イオンに対する伝導性)を有するように、および/またはある種の溶媒を除外するように改変することができる。例えば、先に挙げたポリマー物質は、イオン伝導率を高めるために、塩、例えば、リチウム塩、例えば、LiSCN、LiBr、LiI、LiClO4、LiAsF6、LiSO3CF3、LiSO3CH3、LiBF4、LiB(Ph)4、LiPF6、LiC(SO2CF3)3およびLiN(SO2CF3)2をさらに含むことができる。
上述のように、ポリマーが電池のどこに、例えば、アノードまたはカソードに、配置されるかによって、特定の種類のポリマー(またはモノマー)を少なくとも一部選択することができる。いくつかの実施形態において、アノードに配置される層に適したモノマーは、限定されることなしに、リチウムポリスルフィドに対して限られた溶解度を有し、一般的な分子式CH2=CH−Rを有する不飽和化合物を含み、ここでRは、アルキル、アリール、置換アリール(アルキル、アリール、アルコキシ、カルボニル、カルボキシ、カルボアルコキシ、アミノ、アミド、チオまたはそれらの組み合わせ)、ヘテロアリール(硫黄、酸素、窒素、リンまたはそれらの組み合わせ)、カルボニル、カルボキシ、カルボアルコキシ、アミノ、アミド、チオ、またはそれらの組み合わせ、とすることができる。いくつかの実施形態において、かかるモノマーは、エステル基および/またはハロゲン基を含まない。重合は、ラジカル開始剤、熱、UV、電子ビーム、または酸、塩基或いは遷移金属触媒を用いるような、任意に適切な方法によって生じることができる。モノマーは、望ましい場合には、アジリジン類、ジビニイベンゼン、ジアクリラート類、ジメタクリラート類、ジビニルエーテル類、および2つまたはそれ以上の二重または三重結合を有する他の分子、のような任意の適切な架橋剤を用いて架橋することもできる。
アノードまたはカソードと接触した1つまたはそれ以上のポリマー層(単数または複数)を含む、ここに記載される実施形態において、ポリマー層(単数または複数)は、随意的に充填材を含むことができる。充填材は、ポリマー内に分散させることができる、ポリマー上の層として付加することができる、および/またはポリマーにおける任意の微細孔を満たすことができる。充填材は、例えば、金属、ポリマー、またはセラミックを含むことができる。一実施形態において、充填材は、ヘテロゴナス(heterogonous)な不溶性物質である。充填材は、いくつかの実施形態において、金属酸化物、オキシ水酸化物、硫化物、窒化物、またはそれらの組み合わせを含むことができる。例えば、充填材は、Al2O3、AlOOH、SiO2、AlN、BN、およびLi3Nのうちの1つまたはそれ以上を含むことができる。
いくつかの実施形態において、単一のポリマー層が電池のアノードまたはカソードと接触している、しかし、他の実施形態では、1つより多いポリマー層をアノードまたはカソードと結合させることができる。例えば、アノード(またはカソード)と接触したポリマー層は、1つより多いポリマー層を順次コーティングして形成することができる。ポリマーの順序は、例えば、第1のポリマーおよび第2のポリマーを含み、第1のポリマーと第2のポリマーは同じかまたは異なっている。付加的なポリマー、例えば、第4、第5、または第6のポリマー層も用いることができる。ポリマー層の各々は、随意的に1つまたはそれ以上の充填材を含んでもよい。
ポリマー層の厚さは、例えば、約0.1ミクロンから約100ミクロンまでの範囲にわたって変化することができる。ポリマー層の厚さは、例えば、アノードまたはカソードに近接して配置されるかどうか、電池にセパレータも存在するかどうか、および/または電池のポリマー層数に依存してもよい。例えば、ポリマー層の厚さは、0.1〜1ミクロン厚の間、1〜5ミクロン厚の間、5〜10ミクロン厚の間、10〜30ミクロン厚の間、または30〜50ミクロン厚の間、50〜70ミクロン厚の間、或いは50〜100ミクロン厚の間とすることができる。いくつかの実施形態において、ポリマー層の厚さは、例えば、50ミクロン厚以下、25ミクロン厚以下、10ミクロン厚以下、5ミクロン厚以下、2.5ミクロン厚以下、1ミクロン厚以下、0.5ミクロン厚以下、または0.1ミクロン厚以下とすることができる。
ここに記載されるポリマー層は、当分野で広く知られた任意の様々な方法によって堆積させることができ、望ましい場合には、当分野で知られた技術を用いて乾燥させることができる。いくつかの実施形態において、ポリマー層は、随意的に架橋剤、リチウム塩などのような他の成分を含む、モノマーと溶媒(例えば、電解質溶媒)との混合物を、電極表面上に堆積させることによって形成される。次に混合物を重合および/または架橋してポリマーゲルを形成することができる。他の実施形態では、電極表面上に堆積するのに先立って混合物を重合および/または架橋することができる。ポリマーを表面上に堆積するのに適したハンドコーティング技術は、限定されることなしに、コーティングロッドまたはギャップコーティングバーを用いることを含む。適切な機械コーティング法は、限定されることなしに、ローラーコーティング、グラビアコーティング、スロット押出しコーティング、カーテンコーティング、およびビーズコーティングを用いることを含む。ポリマー層を表面上にスピンコーティングすることもできる。ウェブコーティングも用いることができる。ポリマー/混合物から溶媒を一部またはすべて除去したい場合、当分野で知られた任意の様々な方法によって達成できる。混合物から溶媒を除去するのに適した方法の例は、限定されることなしに、熱風対流、熱、赤外線照射、ガス流、真空、減圧、抽出、および単なる風乾による方法を含む。
層内に分散させた1つまたはそれ以上のポリマー(例えば、カソードに分散させた不溶性のポリマー粒子)を含む、ある実施形態において、ポリマーは任意の適切な粒径を有することができる。ポリマー粒子の平均直径は、例えば、100ミクロン以下、70ミクロン以下、50ミクロン以下、30ミクロン以下、15ミクロン以下、10ミクロン以下、また5ミクロン以下、とすることができる。もちろん、ある範囲のポリマー粒径を用いてもよい。例えば、一実施形態において、ポリマー粒子は、d10=5、d50=12,およびd97=55ミクロンのサイズを有することができるが、これらは粒子の10%が5ミクロンより小さい、粒子の50%が12ミクロンより小さい、および粒子の3%だけが55ミクロンより大きい寸法であることを意味する。
乾燥および/または架橋は、ある温度範囲で行うことができる。適切な温度は、それ以上で液体媒質が揮発性になる温度であり、通常は沸点より高く、それ以上で然るべき基と架橋剤との間の架橋反応が許容できる速度で進む温度である。適切な温度は、同様に伝導性の担体、例えば、金属化プラスチックフィルムが変形または損傷しかねない温度より低い。いくつかの実施形態において、乾燥および架橋ステップは、約60〜170℃の温度で行なわれる。
電池に用いられる電解質は、イオンを蓄積および輸送するための媒質として機能することができ、ゲル電解質に関する特別な事例において、これらの物質は、アノードとカソードとの間のセパレータとして付加的に機能することができる。注記したように、一組の実施形態において、不均一電解質が用いられる。アノードとカソードとの間のリチウムイオン輸送を促進する物質でさえあれば、液体の組み合わせ、液体(単数または複数)とポリマーとの組み合わせなどを含めて、イオン(例えば、リチウム電池のためのリチウムイオン)を蓄積および輸送できる任意の液体またはゲル物質を用いることができる。電解質は、アノードとカソードとの間のショートを防ぐために、電子非伝導性とするとよい。
上述のように、いくつかの実施形態において、電解質は、アノードに好ましい第1の電解質溶媒およびカソードに好ましい第2の電解質溶媒を少なくとも含む。第1および第2の電解質溶媒は、区分化できるように、例えば、(例えば、電池動作の間に)第1の電解質溶媒はアノードに偏在することができかつ第2の電解質溶媒はカソードに偏在することができるように、および/またはここに記載される他の要因に基づいて、選択することができる。有用な液体電解質溶媒の例は、限定されることなしに、例えば、N−メチルアセトアミド、アセトニトリル、アセタール類、ケタール類、エステル類、カーボネート類、スルホン類、スルファイト類、スルホラン類、脂肪族エーテル類、環状エーテル類、グリム類、ポリエーテル類、リン酸エステル類、シロキサン類、ジオキソラン類、N−アルキルピロリドン類、以上の置換形態、およびそれらのブレンド、のような非水有機溶媒を含む。これらのフッ化誘導体も、液体電解質溶媒として同様に有用である。
いくつかの実施形態において、アノードに好ましくあり得る(例えば、相対的に低いリチウム反応性、良好なリチウムイオン伝導率、および/または相対的に低いポリスルフィド溶解度を有する)具体的な液体電解質溶媒は、限定されることなしに、1,1−ジメトキシエタン(1,1−DME)、1,1−ジエトキシエタン、1,2−ジエトキシエタン、ジエトキシメタン、ジブチルエーテル、アニソールまたはメトキシベンゼン、ベラトロール或いは1,2−ジメトキシベンゼン、1,3−ジメトキシベンゼン、t−ブトキシエトキシエタン、2,5−ジメトキシテトラヒドロフラン、シクロペンタノンエチレンケタール、およびそれらの組み合わせ、を含む。カソードに好ましくあり得る(例えば、相対的に高いポリスルフィド溶解度を有し、および/または高い速度能力および/または多くの硫黄利用を可能にできる)具体的な液体電解質溶媒は、限定されることなしに、ジメトキシエタン(DME,1,2−ジメトキシエタン)またはグリム、ジグリム、トリグリム、テトラグリム、ポリグリム、スルホラン、1,3−ジオキソラン(DOL)、テトラヒドロフラン(THF)、アセトニトリル、およびそれらの組み合わせを含む。
いくつかの実施形態において、第1および第2の溶媒(例えば、それぞれアノード側およびカソード側電解質溶媒)は、少なくとも部分的にアノード活物質に対する反応性によって選択される。例えば、アノード活物質としてリチウムを有する電池において、アノード側電解質溶媒は、リチウムに対する反応性を相対的に低くするとよい。例えば、アノード側電解質溶媒は、デューティサイクル(0から100までそして0%充電状態(SOC)に戻る充放電シークエンス)当たり、3wt%以下のLi、2wt%以下のLi、1wt%以下のLi、または0.5wt%以下のLiしか反応しない、リチウムに対する反応性を有することができる。例えば、電解質としてジオキソランを有するリチウム電池は、デューティサイクル当たりのLiの枯渇を0.6wt%にすることができる。いくつかの事例において、カソード側電解質溶媒は、リチウムに対して相対的に高い反応性をもってもよい。例えば、電解質としてジメトキシエタンを含むリチウム電池は、デューティサイクル当たり3.5wt%のLiを枯渇させることができる。いくつかの実施形態において、不均一電解質は、カソード側電解質溶媒のデューティサイクル当たりのLi枯渇wt%に対する、アノード側電解質溶媒のデューティサイクル当たりのLi枯渇wt%の比率が、1:1より小さい、0.7:1より小さい、0.5:1より小さい、0.2:1より小さい、0.1:1より小さい、または0.05:1より小さい、アノード側電解質溶媒およびカソード側電解質溶媒を含むことができる。例えば、ジオキソランおよびジメトキシエタンに対するこの比率は、0.6/3.5=0.17である。当業者は、デューティサイクル当たりに反応したLiwt%を、例えば、残留リチウム測定から評価することができる。
ある実施形態において、第1および第2の溶媒は、少なくとも部分的に、ポリスルフィドを溶解させる能力によって選択される。溶媒は、カソード側電解質溶媒が、アノード電解質溶媒に比べてより多くのポリスルフィドを溶解させるように選択するとよいので、それぞれの溶媒におけるポリスルフィド溶解度間の比率を用いて、適切な溶媒を決定することができる。例えば、カソード側溶媒電解質とアノード側溶媒電解質とのポリスルフィド溶解度の比率は、1:1より大きい、2:1より大きい、3:1より大きい、5:1より大きい、7:1より大きい、または10:1より大きい比率であり得る。相対的に低いポリスルフィド溶解度を有し、アノード側電解質溶媒として用いることができる(すなわち、アノードに好ましい)1つの際立った溶媒は、Li2S8を室温で約0.6Mまで溶解させることができる1,3−ジオキソランである。相対的に高いポリスルフィド溶解度を有し、カソード側電解質溶媒として用いることができる(すなわち、カソードに好ましい)溶媒は、Li2S8を室温で約1.7〜1.9M(40〜45重量%、すなわち、40〜45wt%)まで溶解させることができる、ジメトキシエタンである。これは、非常に高いS濃度([S]effective≒12M〜14M)に換算され得る。ジメトキシエタンと1,3−ジオキソランとのポリスルフィド溶解度の比率は、約2.8:1から約3.2:1である。それ故に、いくつかの実施形態において、ジオキソランおよびジメトキシエタンを、ここに記載される不均一電解質の第1および第2の電解質溶媒として用いることができる。ある場合には、カソード側電解質溶媒は、例えば、室温において20wt%より大きい、40wt%より大きい、または60wt%より大きい、ポリスルフィドの溶解度を有する。ポリスルフィドの溶解度は、当業者が、例えば、既知量のポリスルフィドを既知量の溶媒に飽和するまで溶解させて、溶解したwt%を測定する簡単なスクリーニングテストを行なうことによって測定することができる。例えば、本発明者は、様々な溶媒におけるポリスルフィド溶解度について、(ポリスルフィド溶解度の高低を順序づけた)次の傾向を観測した:1,2−DME(1,2−ジメトキシエタン)>THF>ジグリム>トリグリム>テトラグリム>アセトニトリル>スルホラン>1−メトキシ−2−エトキシエタン(MEE)>1,3−ジオキソラン>1,2−ジエトキシエタン>ジエトキシメタン>ジブチルエーテル。
他の実施形態において、第1および第2の溶媒は、少なくとも部分的にお互いに対する非混和性によって選択される。ある場合には、非混和性は、溶媒に溶けた特定の溶質の存在から測定できる。アノードの方に役立つことができ、かつ室温で42wt%のLi2S8を含む1,2−ジメトキシエタン溶液と室温で混和しない溶媒の例は、限定されることなしに、1,1−ジメトキシエタン、1,1−ジエトキシエタン、ジエトキシメタン、ジブチルエーテル、2,5−ジメトキシテトラヒドロフラン、シクロペンタノンエチレンケタール、およびt−ブトキシエトキシエタン、を含む。当然のことながら、アノード側およびカソード側電解質溶媒として他の溶媒を用いることもでき、本発明はこの点に関して限定されない。
当業者は、過度の実験を行うことなく第1および第2の電解質溶媒を適切に決定することができ、一方では阻害性または他の有害な振舞いを招くことなしにデバイスで有効に機能し得る電解質を提供することができる。ここに記載されるように、溶媒は、溶解度特性(例えば、溶解度パラメータ)、アノードおよび/またはカソードとの反応性、ある特定の種(例えば、ポリスルフィド)を溶解する能力、電解質の他の部分(例えば、ポリマー層)との適合性、イオン伝導率、特定の温度範囲における安定性などのような、1つまたはそれ以上の特性に基づいて選択することができる。ある場合には、当業者は、簡単なスクリーニングテストによって然るべき溶媒を選択することができる。簡単な一スクリーニングテストは、電池の構成要素が存在するところで電解質の他の成分に溶媒を加えること、電池を放電/充電すること、および対照系に比べて阻害性または他の有害な振舞いが生じるかどうか観察すること、を含むことができる。当業者は、他の簡単なテストを行うことができる。
液体電解質溶媒は、ゲルポリマー電解質、すなわち、半固体のネットワークを形成する1つまたはそれ以上のポリマーを含む電解質のための可塑剤としても有用であり得る。有用なゲルポリマー電解質物質の例は、限定されることなしに、ポリマー層に適したポリマー物質について上記した物質、並びにポリエチレンオキシド類、ポリプロピレンオキシド類、ポリアクリロニトリル類、ポリシロキサン類、ポリイミド類、ポリホスファゼン類、ポリエーテル類、スルホン化ポリイミド類、ペルフルオロ化膜(ナフィオン(NAFION)樹脂)、ポリジビニルポリエチレングリコール類、ポリエチレングリコールジアクリラート類、ポリエチレングリコールジメタクリラート類、架橋1−メトキシ−2−(4−ビニルフェニル)メトキシエタン、それらの誘導体、それらの共重合体、それらの架橋およびネットワーク構造、およびそれらのブレンド、並びに随意的に1つまたはそれ以上の可塑剤のような、物質を含む。いくつかの実施形態において、ゲルポリマー電解質は、体積で10〜20%の間、20〜40%、60〜70%の間、70〜80%の間、80〜90%の間、または90〜95%の間の不均一電解質を含む。
いくつかの実施形態において、電解質の一部を形成するために、1つまたはそれ以上の固体ポリマーを用いることができる。有用な固体ポリマー電解質の例は、限定されることなしに、ポリエーテル類、ポリエチレンオキシド類、ポリプロピレンオキシド類、ポリイミド類、ポリホスファゼン類、ポリアクリロニトリル類、ポリシロキサン類、上記したものの誘導体、上記したものの架橋およびネットワーク構造、上記したものの共重合体、および上記したもののブレンド、からなる群から選択される1つまたはそれ以上のポリマーを含むものを含む。
電解質は、イオン伝導率を高めるために、電解質形成について当分野で知られた電解質溶媒、ゲル化剤、およびポリマーに加え、当分野で同じく知られた1つまたはそれ以上のイオン性電解質塩をさらに含むことができる。
本発明の電解質に用いるためのイオン性電解質塩の例は、LiSCN、LiBr、LiI、LiClO4、LiAsF6、LiSO3CF3、LiSO3CH3、LiBF4、LiB(Ph)4、LiPF6、LiC(SO2CF3)3およびLiN(SO2CF3)2を含むが、それらには限定されない。有用であり得る他の電解質塩は、リチウムポリスルフィド(Li2Sx)、および有機イオン性ポリスルフィドのリチウム塩(LiSxR)n、ここでxは1から20までの整数、nは1から3までの整数、Rは有機基である、並びに、Leeらの米国特許第5,538,812号に開示されたものを含む。
電解質は、有機ニトロ化合物、無機および有機硝酸塩/亜硝酸塩(例えば、LiNO3)、並びに負、正に帯電した、および中性のNOX基を有する化合物のような、1つまたはそれ以上の添加物も含むことができる。リチウム/電解質の反応性を安定させること、ポリスルフィドの溶解速度を高めること、および/または硫黄利用を向上させることができる、これらおよび他の添加物は、「Methods of charging lithium sulfer cells(リチウム硫黄セルの充電方法)」と題する米国特許出願第2005/0156575号により詳細に記載されており、その全体が参照によりここに組み込まれる。
電解質は、ある範囲の導電率の有することができる。例えば、不均一電解質(またはその成分)は、10−4S/cm〜10−3S/cmの間の導電率を有することができる。他の導電率も、同様に可能である。
いくつかの実施形態において、電気化学セルは、カソードとアノードとの間に挿入されたセパレータをさらに含むことができる。セパレータは、アノードおよびカソードを相互に分離または絶縁してショートを防止し、かつアノードとカソードとの間のイオン輸送を可能にする固体の非伝導性または絶縁性物質とすることができる。
セパレータの微細孔は、部分的または実質的に液体電解質溶媒で満たすことができる。セパレータは、多孔質の自立膜として供給されることができ、セル作製の間に、アノードとカソードとに綴じ込まれる。代わりに、多孔質のセパレータ層を、例えば、CarlsonらのPCT国際公開第99/33125号、およびBagleyらの米国特許第5,194,341号に記載されるように、一方の電極の表面に直接に適用することができる。
様々なセパレータ物質が、当分野で知られている。適切な多孔質の固体セパレータ物質の例は、限定されることなしに、例えば、ポリエチレン類およびポリプロピレン類のようなポリオレフィン類、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、グラスファイバーろ紙、セラミック物質、およびそれらの組み合わせを含む。本発明に用いるのに適したセパレータおよびセパレータ物質のさらなる例は、譲受人が共通のCarlsonらによる米国特許第6,153,337号および第6,306,545号に記載されるように、ミクロポーラスなキセロゲル層、例えば、自立膜としてまたは一方の電極に直接コーティングを適用することのいずれかによって提供され得るミクロポーラスな擬ベーマイト層、を含む物質であり、これらの特許は、参照により全体がここに組み込まれる。固体電解質およびゲル電解質は、電解質機能に加えてセパレータとしても機能することができる。
ここに記載かつ図示される個々の組み立てまたはすべての組み立てに、様々な物質および配置を用いることができる。当然のことながら、一実施形態または図に関連して特定の構成要素または配置が記載される場合、その構成要素または配置は、任意の他の実施形態に関連して用いてもよく、または任意の他の実施形態にはなくてもよい。かかる構造の一例は、アノードに近接して配置される保護層である。例えば、図1に示された実施形態に保護層20が示されており、ポリマー層24は該保護膜によって担持されている。しかし、他の実施形態において、保護層は存在しなくてもよく、ポリマー層はアノード活物質層18によって直接に担持されてもよい。さらに他の実施形態において、保護膜は、カソードに近接して配置してもよい。層が、電極に近接する、または直接隣接すると記載されるすべての事例では、介在する分離層を用いてもよいが、しかし必ずしも用いる必要はない。
保護層は、単一イオンの伝導層、すなわち、ある特定のイオン(例えば、Li+)がそこを通過することを可能にし、さもないと電極に損傷を与えかねない他の成分の通過を妨げる、ポリマー、セラミック、または金属層とすることができる。ある場合には、保護層は、電極基材(例えば、リチウム)と電極最上部に堆積させた層との適合性を改善する。保護層は、一時的な保護層であってもよい。「一時的な」保護層は、デバイスを作製した後しばらくして、例えば、デバイスをある期間用いた後に、存在しなくなるまたは確認できなくなる層である。例えば、リチウムの真上に配置された銅の薄層は、拡散してリチウムと合金化し、一定の期間および/またはデバイス使用後には、アノードは主成分のリチウムに微量の銅を含むが、一時的な保護層は最早存在しなくなるか、または確認できなくなる。換言すれば、保護膜は、例えば、セルの電気化学的サイクルの間におよび/またはセルの電気化学的サイクルに先立って、リチウム金属と合金化できる、またはリチウム金属に拡散、溶解、および/または混合することができる。一時的な保護層は、アノードの最上層を成すポリマー堆積の間のような、他層の堆積の間に、リチウム表面を保護するためのバリア層として機能することができる。さらに、一時的な保護層は、セル組み立ての間またはアノード上の層に溶媒をコーティングするために、リチウム表面に望ましくない反応が生じることなく、リチウム膜を1つの処理ステーションから次まで輸送することを可能にできる。
一時的な保護物質層の厚さは、例えば、他のアノードまたはセル層を堆積させるための次の処理の間にリチウムを含む層が必要とする保護を提供するように選択される。いくつかの実施形態において、過剰量の非活物質をセルに付加するとセル重量が増加し、かつエネルギー密度が低下することになるため、層厚は、所望の度合いの保護を提供する一方で、できる限り薄く保つことが望ましい。一実施形態において、一時的な保護層の厚さは、5から500ナノメートルの間、例えば、20から200ナノメートルの間、50から200ナノメートルの間、または100から150ナノメートルの間とする。
一時的な保護物質層として用いることができる適切な物質は、銅、マグネシウム、アルミニウム、銀、金、鉛、カドミウム、ビスマス、インジウム、ガリウム、ゲルマニウム、亜鉛、スズ、および白金のような金属を含む。
ある場合には、保護層は、CO2、O2、N2、およびアルゴンによってアノードまたはカソード上に誘起された層のような、プラズマ処理層を含むことができる。いくつかの実施形態において、プラズマ処理層は、アノード表面領域がほぼすべて電流通過過程に関与することを可能にできる。換言すれば、プラズマ処理層は、表面全体にわたって電流密度を均一にし、表面における孔食の量を低減することができる。ある場合には、これらの処理だけで、放電の間に利用できるLiがより多くなるために、サイクル寿命が通常15%から35%向上する。プラズマ表面処理は、実質的に均一な表面形状をつくり出すことによって、より多くのLiをサイクルに利用可能にすることができる。これらおよび他の構造は、2006年4月6日出願の“Electrode Protection in
both Aqueous and Non−Aqueous Electrochemical Cells,including Rechargeable Lithium Batteries(水系および非水系両方の再充電可能リチウム電池における電極保護)”と題するAffinitoらの米国特許出願第11/400,025号にさらに詳細に記載されており、参照によりその全体がここに組み込まれる。
both Aqueous and Non−Aqueous Electrochemical Cells,including Rechargeable Lithium Batteries(水系および非水系両方の再充電可能リチウム電池における電極保護)”と題するAffinitoらの米国特許出願第11/400,025号にさらに詳細に記載されており、参照によりその全体がここに組み込まれる。
保護膜は、物理的または化学的蒸着法、押出し、および電気めっきのような、当分野で一般に知られる任意の様々な方法によって堆積させることができる。適切な物理的または化学蒸着法の例は、限定されることなしに、(抵抗、誘導、放射、および電子ビーム加熱を含むが、それらには限定されない)熱蒸発、(二極、DCマグネトロン、RF、RFマグネトロン、パルス、二重マグネトロン、AC、MFおよび反応性を含むが、それらには限定されない)スパッタリング、化学蒸着、プラズマ援用化学蒸着、レーザー援用化学蒸着、イオンプレーティング、陰極アーク、ジェット気層堆積、およびレーザーアブレーション、を含む。
本発明は、例えば、活性アノード種としてアルカリ金属(またはその合金)および活性カソード種として硫黄を用いたものを含む、様々な電池に適用可能である。活性アノード種としてリチウムが主に記載されるが、当然のことながら、本明細書において活性アノード種としてリチウムが記載されるところはいずれも、任意の適切なアルカリ金属を用いることができる。当業者は、このことを正しく認識して、かかる使用のためのアルカリ金属を選択することができるであろう。
一実施形態において、アノードは、アノード活物質として機能することのできるリチウム金属のようなアノード活物質を含む。リチウム金属は、以下に記載されるように、例えば、リチウム金属箔、または基板上に堆積されたリチウム薄膜の形態とすることができる。
また別の実施形態において、リチウム含有アノードは、例えば、リチウムスズ合金またはリチウムアルミ合金のような、リチウム合金の形態をとる。リチウム(或いは、また別のアルカリ金属)との合金に用いることができる化合物の付加的な非限定例は、周期律表の第1〜17族(例えば、例えば、第2、10、11、12、13、14、および/または15族)からの元素を含む。周期律表の第2族からの適切な元素は、ベリリウム、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウム、およびラジウムを含むことができる。第10族からの適切な元素は、例えば、ニッケル、パラジウム、または白金を含むことができる。第11族からの適切な元素は、例えば、銅、銀、または金を含むことができる。第12族からの適切な元素は、例えば、亜鉛、カドミウム、または水銀を含む。ここに記載されるアノードに用いることができる第13族からの元素は、例えば、ホウ素,アルミニウム、ガリウム、インジウム、またはタリウムを含むことができる。用いることができる第14族からの元素は、例えば、炭素、ケイ素、ゲルマニウム、スズ、または鉛を含む。用いることができる第15族からの元素は、例えば、窒素、リン、またはビスマスを含むことができる。上述の元素の組み合わせも、用いることができる。加えて、いくつかの事例において、N、O、C、またはリチウムと合金を形成することができ、かつリチウムと合金を形成する前にガス状(例えば、N2、O2、およびCO2)であり得る他の非金属、を用いることができる。これらおよび他の合金は、2007年6月22日出願の“Lithium Alloy/Sulfur Batteries(リチウム合金/硫黄電池)”と題し、その全体が参照によりここに組み込まれる、米国特許出願第11/821,576号により詳細に記載されている。
加えて、当然のことながら、本発明は、活性アノード種としてリチウム層間化合物(例えば、リチウムが間に差し込まれた炭素およびグラファイト)を含む電池にも適用できる。これらのアノードのタイプは、両方とも当分野で非常によく知られている。リチウム層間化合物の例は、Angellらによる”Non−aqueous electrolyte solvents for secondary cells(二次電池のための非水系電解質溶媒)”と題する米国特許第6,245,465号に記載されている。
アノードの厚さは、例えば、約2から200ミクロンまで変化することができる。例えば、アノードは、200ミクロンより小さい、100ミクロンより小さい、50ミクロンより小さい、25ミクロンより小さい、10ミクロンより小さい、または5ミクロンより小さい、厚さを有することができる。厚さの選択は、所望のリチウム過剰量、サイクル寿命、およびカソード電極の厚さのような、セル設計パラメータに依存してもよい。一実施形態において、アノード活性層の厚さは、約2から100ミクロンの範囲にある。また別の実施形態において、アノードの厚さは、約5から50ミクロンの範囲にある。また別の実施形態において、アノードの厚さは、約5から25ミクロンの範囲にある。さらにまた別の実施形態において、アノードの厚さは、約10から25ミクロンの範囲にある。
アノード物質(例えば、リチウムのようなアルカリ金属アノード)を基板に堆積するための方法は、熱蒸発、スパッタリング、ジェット蒸着、およびレーザーアブレーションのような方法を含むことができる。代わりに、アノードがリチウム箔、またはリチウム箔および基板を含む場合、アノード層を形成するために、当分野で知られるラミネーション工程によって、これらを一緒にラミネートすることができる。
本発明の電池のカソードに用いるための適切なカソード活物質は、限定されることなしに、電気活性な遷移金属カルコゲナイド、電気活性な伝導性ポリマーおよび電気活性な硫黄含有物質、およびそれらの組み合わせを含む。本明細書では、用語「カルコゲナイド」は、酸素、硫黄、およびセレンのうち1つまたはそれ以上の元素を含む化合物を指す。適切な遷移金属カルコゲナイドの例は、限定されることなしに、Mn、V、Cr、Ti、Fe、Co、Ni、Cu、Y、Zr、Nb、Mo、Ru、Rh、Pd、Ag、Hf、Ta、W、Re、Os、およびIrからなる群から選択された遷移金属の、電気活性な酸化物、硫化物、およびセレン化物を含む。一実施形態において、遷移金属カルコゲナイドは、ニッケル、マンガン、コバルト、およびバナジウムの電気活性な酸化物、並びに鉄の電気活性な硫化物からなる群から選択される。一実施形態において、カソード活性層は、電気活性な伝導性ポリマーを含む。適切な電気活性な伝導性ポリマーの例は、限定されることなしに、ポリピロール類、ポリアニリン類、ポリフェニレン類、ポリチオフェン類、およびポリアセチレン類からなる群から選択された電気活性な伝導性ポリマーを含む。好ましい伝導性ポリマーは、ポリピロール類、ポリアニリン類、およびポリアセチレン類である。
いくつかの実施形態において、ここに記載される電気化学セルのカソード活物質として用いるための電気活性な物質は、電気活性な硫黄含有物質を含む。「電気活性な硫黄含有物質」は、本明細書では、任意の形態の硫黄元素を含むカソード活物質を指し、電気化学的活性は、硫黄原子または部分の酸化または還元と関係する。当分野で知られるように、本発明を実施するのに有用な電気活性な硫黄含有物質の特質は、広範囲に変化することができる。例えば、一実施形態において、電気活性な硫黄含有物質は、元素状の硫黄を含む。また別の実施形態において、電気活性な硫黄含有物質は、元素状の硫黄と硫黄含有ポリマーとの混合物を含む。このように、適切な電気活性な硫黄含有物質は、限定されることなしに、元素状硫黄、および硫黄原子と炭素原子とを含むポリマーであってもなくてもよい有機物質、を含むことができる。適切な有機物質は、ヘテロ原子、伝導性ポリマー部分、複合物質、および伝導性ポリマーをさらに含むものを含む。
一実施形態において、電気活性な硫黄含有物質は、硫黄を50重量%より多く含む。また別の実施形態において、電気活性な硫黄含有物質は、硫黄を75重量%より多く含む。さらにまた別の実施形態において、電気活性な硫黄含有物質は、硫黄を90重量%より多く含む。
当分野で知られるように、本発明の実施に有用な電気活性な硫黄含有物質の特質は、広範囲に変化することができる。一実施形態において、電気活性な硫黄含有物質は、元素状の硫黄を含む。また別の実施形態において、電気活性な硫黄含有物質は、元素状の硫黄と硫黄含有ポリマーとの混合物を含む。
硫黄含有ポリマーの例は、次に記載されるものを含む:Skotheimらの米国特許第5,601,947号および第5,690,702号;Skotheimらの米国特許第5,529,860号および第6,117,590号;並びに、Gorkovenkoらの米国特許第6,201,100号として2001年3月13日に成立した、譲受人が共通の米国特許出願第08/995,122号および国際公開第99/33130号。ポリスルフィドとの連結を含む、他の然るべき電気活性な硫黄含有物質は、Skotheimへの米国特許第5,441,831号;Perichaudらの米国特許第4,664,991号、およびNaoiらの米国特許第5,723,230号、第5,783,330号、第5,792,575号および第5,882,819号、に記載されている。電気活性な硫黄含有物質のさらに別の例は、例えば、次の特許に記載されるようにジスルフィド基を含むものを含む、Armandらの米国特許第4,739,018号;いずれもDe Jongheらの米国特許第4,833,048号および第4,917,974号;いずれもViscoらの米国特許第5,162,175号および第5,516,598号;およびOyamaらの米国特許第5,324,599号。
本発明のカソード活性層は、約20から100重量%までの電気活性なカソード物質を含むことができる。一実施形態において、カソード活性層における電気活性な硫黄含有物質は、好ましくは、重量がカソード活性層の20%から90%の範囲にある。
カソードは、電子伝導率を高めるために、1つまたはそれ以上の導電性の充填材をさらに含むことができる。導電性の充填材は、物質の電気伝導特性を向上させることができ、例えば、カーボンブラック(例えば、Vulcan XC72Rカーボンブラック、Printex XE2、またはAkzo NobelケッチェンEC−600 JD)、グラファイト繊維、グラファイト小線維、グラファイト粉末(例えば、Fluka#50870)、活性炭繊維、カーボン布、非活性化カーボンナノ繊維、を含むことができる。他の限定されない導電性の充填材の例は、金属被覆ガラス粒子、金属粒子、金属繊維、ナノ粒子、ナノチューブ、ナノワイヤ、金属薄片、金属粉末、金属繊維、金属メッシュを含む。いくつかの実施形態において、導電性の充填材は、伝導性ポリマーを含むことができる。然るべき電気活性な伝導性ポリマーの例は、限定されることなしに、ポリピロール類、ポリアニリン類、ポリフェニレン類、ポリチオフェン類およびポリアセチレン類からなる群から選択された電気活性な電子伝導性ポリマーを含む。導電性の充填材として当業者に知られた他の導電物質も用いることができる。もし存在する場合、プライマー層における導電性の充填材の量は、(例えば、プライマー層を乾燥および/または硬化した後に)プライマー層の、例えば、20〜80重量%の範囲で存在することができる。
上述のように、カソードは、バインダーを含むこともできる。バインダー物質の選択は、カソードにおける他の物質に対して不活性でさえあれば、幅広く変化してもよい。ある場合には、結合は、(例えば、電解質溶媒が、電池動作の間にカソードに偏在するように)特定の電解質溶媒を溶媒和する能力に基づいて選択することもできる。有用なバインダーは、電池電極の複合物質を容易に処理することが可能な、通常はポリマーであり、電極製造の当業者に広く知られている物質である。有用なバインダーの例は、ポリテトラフルオロエチレン(テフロン(登録商標))、ポリフッ化ビニリデン(PVF2、PVdF、ポリフッ化ビニリデン・ヘキサフルオロプロピレン共重合体(PVdF−HFP))、エチレン・プロピレン・ジエン(EPDM)ゴム、ポリエチレンオキシド(PEO)、UV硬化性アクリレート、UV硬化性メタクリレート、および熱硬化性ジビニルエーテル、などを含む。バインダーの量は、もし存在するならば、プライマー層の20−80wt%の範囲で存在することができる。
カソード層は、当分野で知られた方法によって調製することができる。例えば、適切な一方法は、次のステップを含む:(a)ここに記載されるような、電気活性な硫黄含有物質を液体媒質に分散または懸濁させること、(b)随意的に、ステップ(a)の混合物に導電性の充填材および/またはバインダーを加えること;(c)電気活性な硫黄含有物質を分散させるために、ステップ(b)により生じた組成物を混合すること;(d)ステップ(c)により生じた組成物を適切な基板上に成型すること;および(e)カソード活性層を提供するために、ステップ(d)により生じた組成物から一部またはすべての液体を除去すること。
ここに記載される電池は、いくつかの実施形態において、電気活性な物質を堆積させる担体として有用な、1つまたはそれ以上の基板を含むことができる。基板は、電池製造の間に、リチウム薄膜アノードを取り扱うための安定性も提供することができる。さらに、導電性基板の場合、基板は、アノードの至るところで発生する電流を効率的に収集すること、および外部回路に通じる電気接点を取り付けるための有効な表面を提供することに役立つ電流コレクターとしても機能することができる。広範な導電性担体が当分野で知られている。適切な導電性担体は、限定されることなしに、金属箔(例えば、アルミ箔)、ポリマー膜、金属化ポリマー膜(例えば、アルミニウム処理ポリエステル膜のような、アルミニウム処理プラスチックフィルム)、導電性ポリマー膜、導電性コーティングしたポリマー膜、導電性金属コーティングした導電性ポリマー膜、および導電性粒子を分散させたポリマー膜、を含んだものを含む。本発明のいくつかの実施形態において、導電性担体は、アルミニウム、銅、およびニッケルのような導電性金属を含むことができる。他の導電性担体は、例えば、エキスパンドメタル、金属メッシュ、金属グリッド、エキスパンドメタルグリッド、メタルウール、炭素織布、炭素織りメッシュ、不織炭素メッシュ、および炭素フェルトを含むことができる。しかし、当然のことながら、いくつかの実施形態では、アノードおよび/またはカソードのための基板は必要ではない。例えば、もし活性アノード物質層が(例えば、リチウム箔の形態で)自立していれば、活性アノード物質のための基板は存在しなくてもよい。
本開示に伴う図は図式的に過ぎず、実質的に平坦な電池配置を示している。当然のことながら、本発明の原理を用いて、任意の電池配置を任意の構成に組み立てることができる。例えば、図1に関連して、アノード活物質層10は、構成要素20および24を示したのと反対側を、構成要素20および24と類似または同一の一組を用いて覆うことができる。この配置では、鏡面が該電極を通る実質的な鏡像構造がつくり出される。これは、例えば、アノード活物質層10の両側を構造24、26、および30(または、代わりの配置では本明細書の他の図に示された層状構造)が取り囲んだ「巻いた」電池構成の場合であろう。巻いた配置、またはアノードとカソードとの機能性が交互する多層を含む他の配置では、構造は、アノード、電解質、カソード、電解質、アノードなどを含み、各々の電極は、本開示のいずれかの部分に記載されるように、ポリマー層を含むことができる。もちろん、かかる組み立ての外側の境界には、「端子」アノードまたはカソードが存在することになる。かかる層または巻いた構造を相互接続するための回路は、当分野でよく知られている。
次の例は、本発明のいくつかの実施形態を説明する意図を有するが、しかしそれらは限定的と解釈されるべきではなく、本発明の全範囲を実証するものでもない。
(実施例1)
リチウムアノードを含む電池のためのゲルポリマー電解質の合成
8.9gの電解質(ジメトキシエタン(40%)、ジオキソラン(40%)、リチウムビス(トリフルオロメチルスルホニル)イミド(16%)、硝酸リチウム(4%))、1gの1−メトキシ−2−(4−ビニルフェニル)メトキシエタンモノマー、0.1gのジビニルベンゼン架橋剤、および0.01gのAIBN、を混合することによってゲルポリマー電解質を形成した。混合物を50°Cで39時間加熱し、透明なゲルポリマー電解質を得た。この電解質は、5.2mSのイオン伝導率を有した。
リチウムアノードを含む電池のためのゲルポリマー電解質の合成
8.9gの電解質(ジメトキシエタン(40%)、ジオキソラン(40%)、リチウムビス(トリフルオロメチルスルホニル)イミド(16%)、硝酸リチウム(4%))、1gの1−メトキシ−2−(4−ビニルフェニル)メトキシエタンモノマー、0.1gのジビニルベンゼン架橋剤、および0.01gのAIBN、を混合することによってゲルポリマー電解質を形成した。混合物を50°Cで39時間加熱し、透明なゲルポリマー電解質を得た。この電解質は、5.2mSのイオン伝導率を有した。
(実施例2)
リチウムアノードを含む電池のためのゲルポリマー電解質の合成
混合物を100°Cで6分間加熱したことを除いて実施例1に記載された方法を用いて、ゲルポリマー電解質を形成した。この電解質は、5.1mSのイオン伝導率を有した。
リチウムアノードを含む電池のためのゲルポリマー電解質の合成
混合物を100°Cで6分間加熱したことを除いて実施例1に記載された方法を用いて、ゲルポリマー電解質を形成した。この電解質は、5.1mSのイオン伝導率を有した。
(実施例3)
低/ゼロポリスルフィド溶解度の電解質を有するセル
65wt%のジエトキシメタン(DEM)、33wt%のリチウムイミド塩、および2wt%のLiNO3の混合物を形成した。上記の電解質(7.6g)を、標準設計のセル(73wt%硫黄、16wt%カーボンXE2、6wt%カーボンケッチェンブラックおよび5wt%ポリエチレンを含むカソード、リチウム金属アノードおよびセパレータ)に加えた。セルを50mAで2.5Vまで充電し、50mAで1.7Vまで放電することにより動作させた。10サイクル後に第1組のセルを分解した。LiアノードのESM像は、よく密集した金属リチウム堆積物を示した。加えて、第1組のセルは、膨張しなかった。第2組のセルを、+50℃で140時間サイクルさせた。第2組のセルは、ガス発生が見られなかった。
低/ゼロポリスルフィド溶解度の電解質を有するセル
65wt%のジエトキシメタン(DEM)、33wt%のリチウムイミド塩、および2wt%のLiNO3の混合物を形成した。上記の電解質(7.6g)を、標準設計のセル(73wt%硫黄、16wt%カーボンXE2、6wt%カーボンケッチェンブラックおよび5wt%ポリエチレンを含むカソード、リチウム金属アノードおよびセパレータ)に加えた。セルを50mAで2.5Vまで充電し、50mAで1.7Vまで放電することにより動作させた。10サイクル後に第1組のセルを分解した。LiアノードのESM像は、よく密集した金属リチウム堆積物を示した。加えて、第1組のセルは、膨張しなかった。第2組のセルを、+50℃で140時間サイクルさせた。第2組のセルは、ガス発生が見られなかった。
この例は、(比較例3に記載した方法によって形成された)ポリスルフィド溶解度が相対的に高い電解質を有するセルに比べて、ポリスルフィド溶解度が相対的に低い/ゼロの電解質を配置したセルは、アノードのサイクル能力が向上し、ガス発生が少なかったことを示す。
(比較例3)
ポリスルフィド溶解度が高い電解質を有する電気化学セル
ポリスルフィド溶解度が相対的に低い電解質を用いなかったことを除いて実施例3に記載されたものと同様のセルを形成した。代わりに、セルを満たすために、DME/DOL(1:1w/w)、16wt%リチウムイミド、および4%硝酸リチウムを含む電解質を用いた。
ポリスルフィド溶解度が高い電解質を有する電気化学セル
ポリスルフィド溶解度が相対的に低い電解質を用いなかったことを除いて実施例3に記載されたものと同様のセルを形成した。代わりに、セルを満たすために、DME/DOL(1:1w/w)、16wt%リチウムイミド、および4%硝酸リチウムを含む電解質を用いた。
実施例3に記載された方法を用いてセルを動作させた。4サイクルの後に、セルが11mmから17.5mmに膨張し、サイクルを停止した。セルを分解したところ、Liアノード上に多くの粉末状堆積物が見られた。加えて、+50℃でサイクルさせたセルは、第1サイクル後にガスを発生した。
(実施例4)
カソードに5wt%ポリフッ化ビニリデンを含む電気化学セル
この例は、カソードの全体に取り込んだポリフッ化ビニリデンを含むカソードを製造する方法を示す。
カソードに5wt%ポリフッ化ビニリデンを含む電気化学セル
この例は、カソードの全体に取り込んだポリフッ化ビニリデンを含むカソードを製造する方法を示す。
カソードの基準配合における5wt%ポリエチレン粉末を5wt%ポリフッ化ビニリデン・ヘキサフルオロプロピレン共重合体(化学式{−CH2−CF2−}x−{CF2−CF(CF3)−})を有するPVdF−HFP)(Kynar 2801)で置き換えることによって、カソードを作製した。カソードの配合は、PET/Al基板上の73wt%硫黄、16wt% XE2(Degussa社製造の超高表面積カーボンブラックグレード)、6wt%ケッチェンブラック(Akzo Nobel社製造の高表面積カーボンブラックグレード)、および5wt% Kynarであり、1.58mgS/cm2とした。PET/Al基板を6μmのPETから形成して、これを担体として用い、一方の面は500Åのアルミニウムを被覆し、担体の他方の面は、カソード活物質を接着させるために用いる、Rexam社が作製した3μm厚のカーボン/EAAベースのプライマーを被覆した。アノードとして2ミル(mil)のリチウムを用いて、角柱セルを作製した。7.6gのDOL/DMEベースの電解質(45.4wt% DOL、45.4wt%
DME、4wt% LiTFSI、3.8wt%LiNO3、1wt%グアニジン硝酸塩および0.4wt%ピリジン硝酸塩)でセルを満たした。
DME、4wt% LiTFSI、3.8wt%LiNO3、1wt%グアニジン硝酸塩および0.4wt%ピリジン硝酸塩)でセルを満たした。
図7および8に示されるように、セルは、充電終了時および放電終了時のそれぞれにおける開回路電圧が比較例4に比べてより低い緩和を示した。これは、カソードにポリフッ化ビニリデンを含まないものに比べて、セル分極が少なかったことを示唆し、ポリフッ化ビニリデンをカソードに含むセルでは、不溶性ポリスルフィドの発生がより少なかったこと、または、アノードと電解質(または電解質中の種)との反応の程度がより低かったことを意味する。
(比較例4)
カソードに5wt%のポリエチレンを含む電気化学セル
5wt%のポリエチレンを分散して含む基準カソードを有する対照セルを作製した。カソードの配合は、標準的なRexam/Al/PET基板上の73wt%硫黄、16wt%XE2、6wt%ケッチェンブラック、および5wt% Kynarであり、1.58mgS/cm2とした。2つのカーボンブラック粉末を、最初に50%の速度で20分間(媒質なしに)ボールミル粉砕した。硫黄およびPEをイソプロピルアルコール(IPA)と混合し、粉砕機において高速(350rpm)で15分間粉砕した。速度を100rpmに下げ、次にカーボンを加えてさらに5分間粉砕を続け、粉末を分散させて懸濁液を作製した。次に、粉砕機を300rpmで5分間にわたって排出させた。次に,スロットダイを用いてRexam/Al/PET基板上に懸濁液をコーティングした。200〜350°Fに設定した10フィートの赤外線および対流組み合わせ炉でスラリーを乾燥させた。
カソードに5wt%のポリエチレンを含む電気化学セル
5wt%のポリエチレンを分散して含む基準カソードを有する対照セルを作製した。カソードの配合は、標準的なRexam/Al/PET基板上の73wt%硫黄、16wt%XE2、6wt%ケッチェンブラック、および5wt% Kynarであり、1.58mgS/cm2とした。2つのカーボンブラック粉末を、最初に50%の速度で20分間(媒質なしに)ボールミル粉砕した。硫黄およびPEをイソプロピルアルコール(IPA)と混合し、粉砕機において高速(350rpm)で15分間粉砕した。速度を100rpmに下げ、次にカーボンを加えてさらに5分間粉砕を続け、粉末を分散させて懸濁液を作製した。次に、粉砕機を300rpmで5分間にわたって排出させた。次に,スロットダイを用いてRexam/Al/PET基板上に懸濁液をコーティングした。200〜350°Fに設定した10フィートの赤外線および対流組み合わせ炉でスラリーを乾燥させた。
(実施例5)
カソードに10wt%のポリフッ化ビニリデンを含む電気化学セル
この例は、カソード全体に取り込んだポリフッ化ビニリデンを含むまた別の電池の製造について示す。
カソードに10wt%のポリフッ化ビニリデンを含む電気化学セル
この例は、カソード全体に取り込んだポリフッ化ビニリデンを含むまた別の電池の製造について示す。
10wt% Kynar2801を用いたことを除いて実施例4に記載された方法を用いてカソードを作製した。カソードの配合は、68wt%硫黄、16wt% XE2、6wt%ケッチェンブラック、および10wt% Kynarであった。2ミル(mil)のリチウムをアノードとして用いて角柱セルを作製した。7.6gのDOL/DMEベースの電解質(45.4wt% DOL、45.4wt% DME、4wt% LiTFSI、3.8wt% LiNO3、1wt%グアニジン硝酸塩および0.4wt%ピリジン硝酸塩)でセルを満たした。
図7および8に示されるように、このセルの充電終了時および放電終了時における開回路電圧は、(5wt% Kynarを用いた)実施例4のセルに比べてより低い緩和を示し、これは、このセルの分極が、実施例4および比較例4と5のセルに比べて、さらにいっそう少なかったことを示唆する。
(比較例5)
カソードに10wt%のポリエチレンを含む電気化学セル
10wt%のポリエチレンを分散して含む基準カソードを用いて、対照セルを作製した。カソードの配合は、68wt%硫黄、16wt% XE2、6wt%ケッチェン、および10wt%ポリエチレンであった。
カソードに10wt%のポリエチレンを含む電気化学セル
10wt%のポリエチレンを分散して含む基準カソードを用いて、対照セルを作製した。カソードの配合は、68wt%硫黄、16wt% XE2、6wt%ケッチェン、および10wt%ポリエチレンであった。
(実施例6)
アノードにポリマー層を堆積させ、カソードを付加するのに先立って該ポリマー層を第1の電解質溶媒に曝露することによって形成した電気化学セル
この例は、アノードのポリマー層を堆積させて、次にカソードおよび第2の電解質溶媒を付加するのに先立って(該ポリマー層を含む)アノードを第1の電解質溶媒に曝露することによる電気化学セルの作製について示す。
アノードにポリマー層を堆積させ、カソードを付加するのに先立って該ポリマー層を第1の電解質溶媒に曝露することによって形成した電気化学セル
この例は、アノードのポリマー層を堆積させて、次にカソードおよび第2の電解質溶媒を付加するのに先立って(該ポリマー層を含む)アノードを第1の電解質溶媒に曝露することによる電気化学セルの作製について示す。
電流コレクターとして用いる1000オングストローム厚のインコネル層を被覆したPET基板上にリチウム層を真空蒸着することによって、50μm厚のLiアノードを作製した。リチウム層の厚さは25μmであった。次の手順を用いて、Liアノードにポリマーをコーティングした。
ポリマー層を形成するために、物質の混合物を配合し、Mayer Rod技術を用いてLiアノード表面上にコーティングした。混合物は、グリシジルイソブチルエーテル 73%モノマー、ビスフェノール−F 25%架橋剤、ジフェニルヨードニウムヘキサフルオロリン酸塩 2%光開始剤、およびSiO2(TS−720)3.5%、並びに上部に加えて充填材および増粘剤として用いたポリ(エチルビニルエーテル)5%を含んだ。次に、コーティング混合物を硬化させるために、コーティングしたアノードをUV光にさらした。硬化させた結果、ポリマー膜は25μmの厚さになった。
ポリマー層を含むアノードを、ジブチルエーテル(例えば、第1の電解質)に2時間曝露した。2時間後に、ポリマー膜はジブチルエーテル溶媒で膨潤した;すなわち、ポリマー膜は溶媒を吸収した。ポリマーは、溶媒を約40wt%含んでいた。
カソードを調製するために、73wt%の元素状硫黄、16wt%の第1の導電性カーボン色素、PRINTEX(登録商標)XE−2、6wt%の第2の導電性色素、Carbon Ketjen Black(登録商標)、および5wt%のポリエチレン粉末をイソプロパノールに分散させた混合物を、12ミクロン厚のAl箔基板のカーボン含有プライマー層を有する一方の面にコーティングした。コーティングしたカソード活性層を乾燥させた後に、測定された膜厚は約50ミクロンであった。硫黄の表面負荷は、1.58mg/cm2であった。
Li−Sの電気化学Li−Sを、上述のアノードおよびカソードを用いて組み立てた。組み立てに先立って、16μmの多孔質Tonenセパレータをアノードとカソードとの間に配置した。電極の活性表面積は、16.6cm2であった。カソードおよび多孔質セパレータを、84wt%の1,2−ジメトキシエタンおよび16wt%の塩−リチウムビス(トリフルオロメタンスルホンイミド)(例えば、第2の電解質溶媒)で満たした。第2の電解質溶媒の総量は、0.2gであった。
ジブチルエーテルはポリスルフィドを溶解させず、ポリスルフィドを含む1,2−ジメトキシエタン溶液と非混和性であるので、この特定の電気化学セルのための第1および第2の電解質溶媒を選んだ。従って、第1および第2の電解質は、この電気化学セルで区分化されることが予想された。
電気化学セルを、6.6mAの電流で1.7Vまで放電させ、それより4.1mAの電流で2.7Vまで充電した。
図9は、この電気化学セルの性能を、比較例6に記載した対照セルと比較して示したプロットである。充電終了時に、電圧が急峻に上昇する代わりに、電圧が平坦になる(線82)電気化学セル(例えば、対照セル、電解質の区分化なし)は、ポリスルフィドの往復が激しいことを示す。往復が激しい電気化学セルは、概して完全に充電することができなかった。それと対照的に、ポリスルフィド溶解度が低い溶媒を有する電気化学セルでは、充電が電圧制御されて、セル充電が完了したとき急峻な電圧増加(線80)を示した。これは、(例えば、硝酸塩がなくても)ポリスルフィドの往復が抑制されたことを意味する。ポリスルフィドの往復を低減することは、ポリスルフィド溶解度が低い溶媒を含む二相システムにとって重要かつ期待される機能である。電圧制御された充電(往復の抑制)を観測することは、二相溶媒の手法の原理を示す重要な証拠となる。
それ故に、これらのデータは、二相溶媒の手法が有効なアノード保護層として機能することを示す。
(比較例6)
比較例として、Liアノードをジブチルエーテル溶媒で膨潤するポリマーで覆わないことを除いて、実施例6に記載されたものと同じ電気化学セルを形成した。電気化学セルに、単一の溶媒、84wt%の1,2−ジメトキシエタンおよび16wt%の塩−リチウムビス(トリフルオロメタンスルホンイミド)(例えば、第2の電解質溶媒)を満たした。かかる電気化学セルでは、いかなる溶媒の区分化も予測されなかった。
比較例として、Liアノードをジブチルエーテル溶媒で膨潤するポリマーで覆わないことを除いて、実施例6に記載されたものと同じ電気化学セルを形成した。電気化学セルに、単一の溶媒、84wt%の1,2−ジメトキシエタンおよび16wt%の塩−リチウムビス(トリフルオロメタンスルホンイミド)(例えば、第2の電解質溶媒)を満たした。かかる電気化学セルでは、いかなる溶媒の区分化も予測されなかった。
電気化学セルを、6.6mAの電流で1.7Vまで放電させ、次に4.1mAの電流で2.7Vまで充電した。
本発明のいくつかの実施形態が、本明細書に記載かつ説明される一方で、当業者は、ここに記載される機能を実行する、および/または結果および/または1つまたはそれ以上の利益を得るための様々な他の手段および/または構造を容易に想起するであろうが、かかる変更および/または修正の各々は、本発明の範囲内と見做される。より一般的に、当業者は、ここに記載されるすべてのパラメータ、寸法、物質、および構成が、例として示されたこと、実際のパラメータ、寸法、物質、および/または構成は、本発明の教えを利用する具体的な1つまたは複数の応用に依存することを容易に認識するであろう。当業者は、ここに記載される本発明の具体的な実施形態に対する多くの等価物を認識するであろうし、または日常的にすぎない実験により確認できるであろう。従って、当然のことながら、前述の実施形態は、単に例として示したものであり、添付の請求項およびその等価物の範囲内において、本発明を具体的な記載および請求内容とは異なるやり方で実施することもできる。本発明は、ここに記載される個々の特徴、システム、物品、物質、キット、および/または方法に関する。加えて、2つまたはそれ以上のかかる特徴、システム、物品、物質、キット、および/または方法の任意の組み合わせは、かかる特徴、システム、物品、物質、キット、および/または方法が相互に矛盾しなければ、本発明の範囲内に含まれる。
ここに定義されて用いられるすべての定義は、辞書にある定義、参照により組み込まれる文献にある定義、および/または定義された用語の通常の意味に優先すると理解されるべきである。
ここで明細書および請求項に用いられる不定冠詞「1つの(a)」および「1つの(an)」は、明確に逆の指示がなければ、「少なくとも1つの」と理解されるべきである。
ここで明細書および請求項に用いられる語句「および/または」は、そのように結合された要素、すなわち、ある場合には接続的に存在し、他の場合には離接的に存在する要素の「いずれかまたは両方」を意味すると理解されるべきである。「および/または」を用いてリストされる多数の要素も同じように、すなわち、要素の「1つまたはそれ以上」がそのように結合されると解釈されるべきである。「および/または」節により具体的に指示される要素以外に、他の要素も具体的に指示される要素との関係の有無によらず随意的に存在することができる。それ故、非限定の例として、「Aおよび/またはB」への言及は、「を含む」のような非限定的言語とともに用いられるとき、一実施形態では(随意的にB以外の要素を含んで)Aのみ;また別の実施形態では(随意的にA以外の要素を含んで)Bのみ;さらにまた別の実施形態では(随意的に他の要素を含んで)AおよびBの両方;などを指すことができる。
ここで明細書および請求項に用いられる「または」は、上述のように定義された「および/または」と同じ意味を有すると理解されるべきである。例えば、リストにおける項目を分離するとき、「または」或いは「および/または」は包含的である、すなわち、多数の或いはリストの要素のうち、1つ以上も含めて少なくとも1つ、および随意的にリストにない付加的な項目を包含すると解釈されるべきである。「のただ1つ」、または「のまさに1つ」、或いは、請求項に用いられる場合の「からなる」のような、明確に逆を指示する用語のみが、多数の或いはリストの要素のうちまさにただ1つを包含することを指すことになる。一般に、ここで用いられる用語「または」は、「いずれか」、「のうち1つ」、「のうちただ1つ」、または「のうちまさに1つ」のような排他性に係わる用語が先行するときには、排他的選択肢(すなわち、1つまたはその他、但し両方ではない)を単に指示するとして解釈されるべきである。「本質的にからなる」は、請求項に用いられるとき、特許法の分野で用いられる通常の意味を持つものとする。
ここで明細書および請求項に用いられるように、1つまたはそれ以上の要素のリストに関する語句「少なくとも1つ」は、要素のリストにおける任意の1つまたはそれ以上から選択される少なくとも1つの要素を意味するが、要素のリスト内に具体的に挙げられた各々かつすべての要素のうちの少なくとも1つを必ずしも含まず、要素のリストにおける要素の任意の組み合わせを除外しない、と理解されるべきである。この定義は、具体的に指示される要素との関係によらず、語句「少なくとも1つ」が言及する要素のリスト内において具体的に指示された要素以外の要素が随意的に存在することも可能にする。従って、非限定の例として、「AおよびBのうち少なくとも1つ」(または、等価的に、「AまたはBのうち少なくとも1つ」、或いは、等価的に「Aおよび/またはBのうち少なくとも1つ」)は、一実施形態において、Aを1つとしてそれ以上を随意的に含み、Bは存在しない(さらにB以外の要素を随意的に含む)少なくとも1つ;また別の実施形態において、Bを1つとしてそれ以上を随意的に含み、Aは存在しない(さらにA以外の要素を随意的に含む)少なくとも1つ;さらにまた別の実施形態において、Aを1つとしてそれ以上を随意的に含む少なくとも1つ、およびBを1つとしてそれ以上を随意的に含む(さらに他の要素を随意的に含む)少なくとも1つ;などに言及することができる。
明確に逆のことが指示されなければ、1つより多くのステップまたは行為を含む、本明細書に請求される任意の方法のステップまたは行為の順序は、必ずしも該方法のステップまたは行為が列挙された順序に限定されるものではないことも理解されるべきである。
上記の明細書のみならず請求項において、「備える」、「含む」、「支持する」、「有する」、「伴う」、「保持する」、「からなる」などのすべての移行句は、非限定的、すなわち、含むが限定されないことを意味する、と理解されるべきである。移行句「からなる」および「本質的にからなる」だけは、米国特許庁審査手続便覧 第2111.03節に示されるように、クローズドまたはセミクローズド移行句とすべきである。
Claims (46)
- 活性アノード種としてリチウム金属を含むアノード、
カソード電流コレクターによって担持された活性カソード種を含むカソードであって、前記活性カソード種が硫黄である、カソード、および
第1の電解質溶媒および第2の電解質溶媒を含む、前記アノードと前記カソード電流コレクターとの間の不均一電解質であって、使用時に、前記第1の電解質溶媒は前記アノードに偏在し、前記第2の電解質溶媒は前記カソードに偏在し、ここで、前記第1の電解質溶媒はジオキソランであり、そしてここで、前記第2の電解質溶媒は1,2−ジメトキシエタンである、不均一電解質
を含む、リチウム電池。 - 前記第1の電解質溶媒は、前記第2の電解質溶媒と比べて、少なくとも2:1のモル比または重量比で前記アノードに偏在する、請求項1に記載のリチウム電池。
- 前記アノードに近接するポリマー層をさらに含む、請求項1〜2のいずれか一項に記載のリチウム電池であって、
使用時に、前記第1の電解質溶媒は前記ポリマー層に偏在し、前記第2の電解質溶媒は、前記ポリマー層と前記カソード電流コレクターとの間の領域に偏在する、
リチウム電池。 - 前記ポリマー層が10〜30ミクロンの間の厚さを有する、請求項3に記載のリチウム電池。
- 前記ポリマー層が5〜10ミクロンの間の厚さを有する、請求項3に記載のリチウム電池。
- 請求項1〜5のいずれか一項に記載のリチウム電池であって、前記アノードに近接する少なくとも1つの保護層を含み、ここで、前記少なくとも1つの保護層が前記アノードと前記ポリマー層の間に配置されている、リチウム電池。
- 前記少なくとも1つの保護層が単一のイオン伝導層であり、前記伝導層は、リチウムイオンに対し伝導性である、請求項6に記載のリチウム電池。
- 前記第1および/または第2の電解質溶媒は、リチウム塩を含む、請求項1に記載のリチウム電池。
- 前記第1の電解質溶媒を偏って含み、前記アノードと接触したポリマーゲル層、および
前記ポリマーゲル層と前記カソード電流コレクターとの間の領域に偏在する前記第2の電解質溶媒
をさらに含む、請求項1に記載のリチウム電池であって、
前記第2の電解質溶媒は、前記第1の電解質溶媒より多くポリスルフィド種を含む、
リチウム電池。 - 前記第1の電解質溶媒は、本質的にポリスルフィド種を含まない、請求項1に記載のリチウム電池。
- 前記アノードと前記カソードとの間に配置されたセパレータをさらに含む、請求項1に記載のリチウム電池。
- 前記セパレータは、前記第2の電解質溶媒を偏って含む、請求項11に記載のリチウム電池。
- 前記ポリマーゲル層は、前記リチウム金属と接触している、請求項9に記載のリチウム電池。
- 前記ポリマーゲル層と接触したアノード保護層を含む、請求項9に記載のリチウム電池。
- 前記第2の電解質溶媒と前記第1の電解質溶媒との間のポリスルフィド溶解度の比率は、2:1より大きい、請求項1に記載のリチウム電池。
- 前記第1の電解質溶媒のデューティサイクル当たりのLi枯渇wt%の、前記第2の電解質溶媒のデューティサイクル当たりのLi枯渇wt%に対する比率は、0.2:1より小さく、ここで、デューティサイクルは0から100までそして0%充電状態に戻る充放電シークエンスを含む、請求項1に記載のリチウム電池。
- 前記第1および第2の電解質溶媒は、非混和性である、請求項1に記載のリチウム電池。
- 前記第1および第2の電解質溶媒は、最初の放電開始の前には混和性であるが、後には非混和性である、請求項17に記載のリチウム電池。
- 前記アノードに偏在する前記第1の電解質溶媒、
前記カソードと接触したポリマー物質、および
前記ポリマー物質および/または前記カソードを含む領域に偏在する前記第2の電解質溶媒
を含む、
請求項1に記載のリチウム電池。 - 前記ポリマー物質は、前記カソード上の層として形成される、請求項19に記載のリチウム電池。
- 前記ポリマー物質は、前記カソード中に分散される、請求項19に記載のリチウム電池。
- 前記アノードと前記カソードとの間に配置されたセパレータをさらに含む、請求項19に記載のリチウム電池。
- 前記アノードまたはカソードと接触したポリマー層をさらに含む、請求項1に記載のリチウム電池。
- 前記アノードまたはカソードと接触した前記ポリマー層は、不均一な不溶性の充填材を含み、前記充填材は、Al 2 O 3 、AlOOH、SiO 2 、AlN、BN、またはLi 3 Nを含む、請求項23に記載のリチウム電池。
- 前記アノードと接触した前記ポリマー層は、順次コーティングされた1つより多いポリマー層を含む、請求項24に記載のリチウム電池。
- リチウム電池を形成する方法であって、
活性アノード種としてリチウム金属を含むアノードを提供すること、
前記アノード上にポリマーおよび第1の電解質溶媒を含む混合物を堆積させること、
前記混合物が前記アノードとカソードとの間にあるように、硫黄を含むカソードを配置すること、
前記カソードを第2の電解質溶媒に曝露すること、および
前記第1および第2の電解質溶媒の少なくとも部分を前記電池内で分離させることを含み、ここで、前記第1の電解質溶媒はジオキソランであり、そしてここで、前記第2の電解質溶媒は1,2−ジメトキシエタンである、方法。 - 前記混合物を堆積させることは、モノマーと前記第1の電解質溶媒との混合物を前記アノード上に堆積させること、および次にポリマーを形成するために前記モノマーを重合させることを含む、請求項26に記載の方法。
- 前記混合物を堆積させることは、前記ポリマーと前記第1の電解質溶媒との混合物を前記アノード上に堆積させることを含む、請求項26に記載の方法。
- 前記混合物はゲルの形態である、請求項26に記載の方法。
- 前記混合物は、前記アノードの活物質層上に堆積される、請求項26に記載の方法。
- 前記混合物は、前記アノードの保護層上に堆積される、請求項26に記載の方法。
- 前記混合物は、リチウム塩を含む、請求項26に記載の方法。
- 前記第1の電解質溶媒のデューティサイクル当たりのLi枯渇wt%の、前記第2の電解質溶媒のデューティサイクル当たりのLi枯渇wt%に対する比率は、0.2:1より小さい、請求項26に記載の方法。
- 前記第2の電解質溶媒と前記第1の電解質溶媒との間のポリスルフィド溶解度の比率は、2:1より大きい、請求項26に記載の方法。
- 前記第1の電解質溶媒は前記アノードに偏在し、前記第2の電解質溶媒は前記カソードに偏在する、請求項26に記載の方法。
- 活性アノード種としてリチウム金属を含むアノード、硫黄を含むカソード、および少なくとも第1および第2の電解質溶媒を含む電解質、を含むリチウム電池を動作させること、および
前記第1の電解質溶媒は前記アノードに偏在し、前記第2の電解質溶媒は前記カソードに偏在するように、前記第1および第2の電解質溶媒の少なくとも部分を区分化することであって、ここで、前記第1の電解質溶媒はジオキソランであり、そしてここで、前記第2の電解質溶媒は1,2−ジメトキシエタンである、区分化すること
を含む、リチウム電池を動作させる方法。 - 前記リチウム電池は、前記アノードと接触したポリマー層をさらに含み、前記ポリマー層は、前記第2の電解質溶媒より大きい度合いで前記第1の電解質溶媒に選択的に結合する、請求項36に記載の方法。
- 前記アノードと接触した前記ポリマー層は、不均一な不溶性の充填材を含み、前記不溶性の充填材は、Al 2 O 3 、AlOOH、SiO 2 、AlN、BN、またはLi 3 Nを含む、請求項37に記載の方法。
- 前記アノードと接触した前記ポリマー層は、順次コーティングされた1つより多いポリマー層を含む、請求項38に記載の方法。
- リチウム電池を形成する方法であって、
活性アノード種としてリチウム金属を含むアノードを提供すること、
前記アノード上にポリマー層を堆積させること、
前記ポリマー層を第1の電解質溶媒に曝露すること、
前記ポリマー層が前記アノードとカソードとの間に配置されるように、硫黄を含むカソードを前記アノードに近接して配置すること、
前記カソードを第2の電解質溶媒に曝露すること、および
前記第1および第2の電解質溶媒の少なくとも部分を前記電池内で分離させることであって、ここで、前記第1の電解質溶媒はジオキソランであり、そしてここで、前記第2の電解質溶媒は1,2−ジメトキシエタンである、分離させること
を含む、方法。 - 前記電解質が、硝酸リチウムを含む、請求項1に記載のリチウム電池。
- 前記ポリマーゲル層が、硝酸リチウムを含む、請求項9に記載のリチウム電池。
- 前記アノード保護層が、リチウムイオンの通過を可能にする単一のイオン伝導層を含む、請求項14に記載のリチウム電池。
- 前記単一のイオン伝導層が、セラミックを含む、請求項43に記載のリチウム電池。
- 前記アノードは、前記活性アノード種としてリチウム合金を含む、請求項1に記載のリチウム電池。
- 前記第2の電解質溶媒は、本質的に前記アノードと接触しない、請求項1に記載のリチウム電池。
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US87293906P | 2006-12-04 | 2006-12-04 | |
US60/872,939 | 2006-12-04 | ||
PCT/US2007/024805 WO2008070059A2 (en) | 2006-12-04 | 2007-12-04 | Separation of electrolytes in lithium batteries |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2010511995A JP2010511995A (ja) | 2010-04-15 |
JP2010511995A5 true JP2010511995A5 (ja) | 2013-09-05 |
JP5564260B2 JP5564260B2 (ja) | 2014-07-30 |
Family
ID=39345313
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2009540250A Active JP5564260B2 (ja) | 2006-12-04 | 2007-12-04 | リチウム電池内における電解質の分離 |
Country Status (6)
Country | Link |
---|---|
US (3) | US8617748B2 (ja) |
EP (1) | EP2102924B1 (ja) |
JP (1) | JP5564260B2 (ja) |
KR (1) | KR101422311B1 (ja) |
CN (1) | CN101601150B (ja) |
WO (1) | WO2008070059A2 (ja) |
Families Citing this family (148)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US10629947B2 (en) | 2008-08-05 | 2020-04-21 | Sion Power Corporation | Electrochemical cell |
US8828610B2 (en) * | 2004-01-06 | 2014-09-09 | Sion Power Corporation | Electrolytes for lithium sulfur cells |
US10297827B2 (en) | 2004-01-06 | 2019-05-21 | Sion Power Corporation | Electrochemical cell, components thereof, and methods of making and using same |
US7358012B2 (en) | 2004-01-06 | 2008-04-15 | Sion Power Corporation | Electrolytes for lithium sulfur cells |
US7994686B2 (en) * | 2004-06-14 | 2011-08-09 | Massachusetts Institute Of Technology | Electrochemical methods, devices, and structures |
US7872396B2 (en) * | 2004-06-14 | 2011-01-18 | Massachusetts Institute Of Technology | Electrochemical actuator |
US8247946B2 (en) | 2004-06-14 | 2012-08-21 | Massachusetts Institute Of Technology | Electrochemical actuator |
US7541715B2 (en) | 2004-06-14 | 2009-06-02 | Massachusetts Institute Of Technology | Electrochemical methods, devices, and structures |
US7999435B2 (en) * | 2004-06-14 | 2011-08-16 | Massachusetts Institute Of Technology | Electrochemical actuator |
WO2008070059A2 (en) | 2006-12-04 | 2008-06-12 | Sion Power Corporation | Separation of electrolytes in lithium batteries |
EP2178584A2 (en) * | 2007-07-26 | 2010-04-28 | Entra Pharmaceuticals Inc. | Skin-patch pump comprising a changing-volume electrochemical actuator |
EP2212949B1 (en) | 2007-10-26 | 2016-12-07 | Sion Power Corporation | Primer for battery electrode |
CN101939862B (zh) | 2008-01-08 | 2014-03-12 | 赛昂能源有限公司 | 多孔电极以及相关联的方法 |
KR101025278B1 (ko) * | 2008-05-29 | 2011-03-29 | 삼성에스디아이 주식회사 | 음극활물질, 이를 구비하는 음극 및 리튬이차전지 |
WO2010016881A1 (en) | 2008-08-05 | 2010-02-11 | Sion Power Corporation | Application of force in electrochemical cells |
WO2010107499A2 (en) * | 2009-03-19 | 2010-09-23 | Sion Power Corporation | Cathode for lithium battery |
JP2013502700A (ja) | 2009-08-24 | 2013-01-24 | シオン・パワー・コーポレーション | 電気化学電池用剥離システム |
US20110206992A1 (en) * | 2009-08-28 | 2011-08-25 | Sion Power Corporation | Porous structures for energy storage devices |
IN2012DN02063A (ja) * | 2009-08-28 | 2015-08-21 | Sion Power Corp | |
DE102010001631A1 (de) * | 2009-12-23 | 2011-06-30 | Robert Bosch GmbH, 70469 | Verfahren zur Herstellung einer Kathodenstruktur für Li-Batterien mit gerichteten, zyklenfesten Strukturen |
WO2011121967A1 (ja) | 2010-03-30 | 2011-10-06 | パナソニック株式会社 | キャパシタ用電極体およびその製造方法とこの電極体を用いたキャパシタ |
US8337457B2 (en) | 2010-05-05 | 2012-12-25 | Springleaf Therapeutics, Inc. | Systems and methods for delivering a therapeutic agent |
EP2592674B1 (en) * | 2010-07-06 | 2015-09-30 | GS Yuasa International Ltd. | Electrode assembly for electric storage device and electric storage device |
WO2012025543A1 (en) | 2010-08-24 | 2012-03-01 | Basf Se | Electrolyte materials for use in electrochemical cells |
WO2012034042A2 (en) | 2010-09-09 | 2012-03-15 | California Institute Of Technology | Electrochemical energy storage systems and methods |
EP2622670A1 (en) * | 2010-09-30 | 2013-08-07 | Basf Se | Li-based anode with ionic liquid polymer gel |
US8368285B2 (en) | 2010-12-17 | 2013-02-05 | Massachusette Institute Of Technology | Electrochemical actuators |
JP5553169B2 (ja) * | 2011-01-12 | 2014-07-16 | トヨタ自動車株式会社 | リチウムイオン二次電池 |
DE102011004094A1 (de) * | 2011-02-15 | 2012-08-16 | Robert Bosch Gmbh | Polymer-Ionophor-Separator |
US8735002B2 (en) | 2011-09-07 | 2014-05-27 | Sion Power Corporation | Lithium sulfur electrochemical cell including insoluble nitrogen-containing compound |
WO2012161989A1 (en) * | 2011-05-24 | 2012-11-29 | Sion Power Corporation | Electrochemical cell, components thereof, and methods of making and using same |
WO2012174393A1 (en) | 2011-06-17 | 2012-12-20 | Sion Power Corporation | Plating technique for electrode |
CN103636051B (zh) * | 2011-06-30 | 2016-08-17 | 株式会社Lg化学 | 新型聚合物电解质和包含其的锂二次电池 |
WO2013009750A2 (en) * | 2011-07-11 | 2013-01-17 | California Institute Of Technology | Novel separators for electrochemical systems |
US9379368B2 (en) | 2011-07-11 | 2016-06-28 | California Institute Of Technology | Electrochemical systems with electronically conductive layers |
CN103947027B (zh) | 2011-10-13 | 2016-12-21 | 赛昂能源有限公司 | 电极结构及其制造方法 |
DE102011088910A1 (de) * | 2011-12-16 | 2013-06-20 | Robert Bosch Gmbh | Lithium-Schwefel-Zellen-Separator mit Polysulfidsperrschicht |
WO2013123131A1 (en) | 2012-02-14 | 2013-08-22 | Sion Power Corporation | Electrode structure for electrochemical cell |
KR101569136B1 (ko) * | 2012-03-05 | 2015-11-13 | 주식회사 엘지화학 | 무기입자를 이용한 리튬 이차전지용 기재의 코팅방법 및 상기 방법에 의해 코팅된 기재를 포함하는 리튬 이차전지 |
WO2013134655A1 (en) | 2012-03-09 | 2013-09-12 | Sion Power Corporation | Porous support structures, electrodes containing same, and associated methods |
CN104170128A (zh) * | 2012-03-14 | 2014-11-26 | 巴斯夫欧洲公司 | 复合材料、其生产及其在电化学电池中的用途 |
DE102012213528A1 (de) * | 2012-08-01 | 2014-02-06 | Robert Bosch Gmbh | Energiespeicher mit Separator |
CN104956520B (zh) | 2012-11-02 | 2018-10-09 | 巴斯夫欧洲公司 | 在电化学电池中用作保护层和其它组分的聚合物 |
US9577289B2 (en) | 2012-12-17 | 2017-02-21 | Sion Power Corporation | Lithium-ion electrochemical cell, components thereof, and methods of making and using same |
CN105190966B (zh) | 2012-12-19 | 2018-06-12 | 锡安能量公司 | 电极结构及其制造方法 |
US9559348B2 (en) | 2013-01-08 | 2017-01-31 | Sion Power Corporation | Conductivity control in electrochemical cells |
US9531009B2 (en) | 2013-01-08 | 2016-12-27 | Sion Power Corporation | Passivation of electrodes in electrochemical cells |
EP2965370A4 (en) | 2013-03-05 | 2016-09-21 | Sion Power Corp | ELECTROCHEMICAL CELLS WITH FIBRILLARY MATERIALS SUCH AS FIBRILLENE CELLULOSE MATERIALS |
JP2016511527A (ja) | 2013-03-15 | 2016-04-14 | シオン・パワー・コーポレーション | 保護電極構造および方法 |
JP2016511517A (ja) * | 2013-03-15 | 2016-04-14 | ビーエイエスエフ・ソシエタス・エウロパエアBasf Se | 保護電極構造 |
JP6566931B2 (ja) | 2013-03-15 | 2019-08-28 | シオン・パワー・コーポレーション | 電極用保護構造体 |
CN105706274B (zh) | 2013-07-03 | 2019-03-08 | 锡安能量公司 | 用于在包括可再充电锂电池的电化学电池中保护电极的陶瓷/聚合物基体 |
US10020479B2 (en) | 2013-08-08 | 2018-07-10 | Sion Power Corporation | Self-healing electrode protection in electrochemical cells |
KR102272556B1 (ko) * | 2013-09-02 | 2021-07-02 | 미츠비시 가스 가가쿠 가부시키가이샤 | 전고체 전지 |
KR101749186B1 (ko) * | 2013-09-11 | 2017-07-03 | 삼성에스디아이 주식회사 | 리튬 전지용 전해질, 이를 포함하는 리튬 전지, 및 리튬 전지용 전해질의 제조방법 |
US9882243B2 (en) * | 2013-09-26 | 2018-01-30 | Eaglepicher Technologies, Llc | Lithium-sulfur battery and methods of reducing insoluble solid lithium-polysulfide depositions |
US10714724B2 (en) | 2013-11-18 | 2020-07-14 | California Institute Of Technology | Membranes for electrochemical cells |
WO2015074037A2 (en) | 2013-11-18 | 2015-05-21 | California Institute Of Technology | Separator enclosures for electrodes and electrochemical cells |
EP3084863B1 (en) | 2013-12-19 | 2017-10-11 | Basf Se | Polymer for use as protective layers and other components in electrochemical cells |
DE102014202180A1 (de) * | 2014-02-06 | 2015-08-06 | Volkswagen Aktiengesellschaft | Elektrolytzusammensetzungen für Lithium-Schwefel-Batterien |
US10490796B2 (en) | 2014-02-19 | 2019-11-26 | Sion Power Corporation | Electrode protection using electrolyte-inhibiting ion conductor |
JP6746062B2 (ja) | 2014-02-19 | 2020-08-26 | シオン・パワー・コーポレーション | 電解質抑制イオン伝導体を使用する電極保護 |
JP6254328B2 (ja) | 2014-03-27 | 2017-12-27 | ビーエーエスエフ ソシエタス・ヨーロピアBasf Se | 新しいゲル電解質および電極 |
US9711784B2 (en) | 2014-05-01 | 2017-07-18 | Sion Power Corporation | Electrode fabrication methods and associated systems and articles |
KR20170003604A (ko) * | 2014-05-05 | 2017-01-09 | 보드 오브 리전츠 더 유니버시티 오브 텍사스 시스템 | 리튬-황 배터리용 이작용성 세퍼레이터 |
US10109885B2 (en) * | 2014-05-07 | 2018-10-23 | Sila Nanotechnologies, Inc. | Complex electrolytes and other compositions for metal-ion batteries |
WO2015181210A1 (en) | 2014-05-30 | 2015-12-03 | Basf Se | Polymer for use as protective layers and other components in electrochemical cells |
JP2016051614A (ja) * | 2014-08-29 | 2016-04-11 | 日東電工株式会社 | リチウム金属二次電池 |
WO2016040461A1 (en) | 2014-09-09 | 2016-03-17 | Sion Power Corporation | Protective layers in lithium-ion electrochemical cells and associated electrodes and methods |
CN107078272B (zh) | 2014-10-23 | 2022-01-18 | 赛昂能源有限公司 | 用于电化学电池的离子传导复合材料 |
EP3206248B1 (en) * | 2014-10-31 | 2021-03-24 | LG Chem, Ltd. | Lithium sulfur battery and method for producing same |
US20160211547A1 (en) * | 2015-01-15 | 2016-07-21 | Google Inc. | Hybrid Rechargeable Battery |
WO2016133489A1 (en) * | 2015-02-16 | 2016-08-25 | Intel Corporation | Microelectronic build-up layers and methods of forming the same |
EP3278383A4 (en) | 2015-03-30 | 2018-09-05 | Solidenergy Systems | Composite coating systems and methods for lithium metal anodes in battery applications |
WO2016184750A1 (en) | 2015-05-21 | 2016-11-24 | Basf Se | Glass-ceramic electrolytes for lithium-sulfur batteries |
WO2016205653A1 (en) * | 2015-06-19 | 2016-12-22 | SolidEnergy Systems | Multi-layer polymer coated li anode for high density li metal battery |
JP7061065B2 (ja) | 2015-11-13 | 2022-04-27 | シオン・パワー・コーポレーション | 電気化学電池用の添加剤 |
WO2017091341A1 (en) | 2015-11-24 | 2017-06-01 | Sion Power Corporation | Ionically conductive compounds and related uses |
WO2017096258A1 (en) | 2015-12-02 | 2017-06-08 | California Institute Of Technology | Three-dimensional ion transport networks and current collectors for electrochemical cells |
WO2017106215A1 (en) * | 2015-12-14 | 2017-06-22 | Purdue Research Foundation | Electrochemical cells and batteries |
WO2017143274A1 (en) * | 2016-02-19 | 2017-08-24 | American Lithium Energy Corporation | Dual function current collector |
EP3472173B1 (en) | 2016-06-21 | 2021-10-27 | Sion Power Corporation | Coatings for components of electrochemical cells |
KR20180002000A (ko) | 2016-06-28 | 2018-01-05 | 주식회사 엘지화학 | 리튬-설퍼 전지용 전해액 및 이를 포함하는 리튬-설퍼 전지 |
KR20180001997A (ko) | 2016-06-28 | 2018-01-05 | 주식회사 엘지화학 | 리튬-설퍼 전지용 전해액 및 이를 포함하는 리튬-설퍼 전지 |
US11183690B2 (en) | 2016-12-23 | 2021-11-23 | Sion Power Corporation | Protective layers comprising metals for electrochemical cells |
KR102115598B1 (ko) * | 2016-12-27 | 2020-05-26 | 주식회사 엘지화학 | 분리막 및 이를 포함하는 리튬-황 전지 |
US11024923B2 (en) * | 2017-03-09 | 2021-06-01 | Sion Power Corporation | Electrochemical cells comprising short-circuit resistant electronically insulating regions |
WO2018170413A1 (en) | 2017-03-17 | 2018-09-20 | Sion Power Corporation | Electrode edge protection in electrochemical cells |
CN110582886B (zh) * | 2017-05-01 | 2022-07-08 | 株式会社村田制作所 | 固体电池、电池组、电动车辆、蓄电系统、电动工具以及电子设备 |
JP7210475B2 (ja) | 2017-05-19 | 2023-01-23 | シオン・パワー・コーポレーション | 電気化学セルの不動態化剤 |
US10868306B2 (en) | 2017-05-19 | 2020-12-15 | Sion Power Corporation | Passivating agents for electrochemical cells |
KR20200000849A (ko) | 2017-05-24 | 2020-01-03 | 시온 파워 코퍼레이션 | 이온 전도성 화합물 및 관련 용도 |
CN110710048B (zh) | 2017-06-09 | 2023-03-07 | 赛昂能源有限公司 | 原位集流体 |
KR102244904B1 (ko) | 2017-07-13 | 2021-04-26 | 주식회사 엘지화학 | 전극 보호층을 포함하는 음극 및 이를 적용한 리튬 이차전지 |
CN107785603B (zh) * | 2017-09-12 | 2019-05-28 | 深圳启辰新能源科技有限公司 | 锂硫电池电解液及其制备方法以及使用所述电解液的电池 |
KR101983474B1 (ko) * | 2017-11-07 | 2019-09-10 | 울산과학기술원 | 전기화학 소자용 복합 전해질, 이를 이용한 전기화학 소자 및 전기화학소자의 제조방법 |
KR102268180B1 (ko) * | 2017-11-08 | 2021-06-22 | 주식회사 엘지화학 | 리튬-황 전지용 전해질 복합체, 이를 포함하는 전기화학소자 및 그 제조방법 |
US11555799B2 (en) | 2018-01-04 | 2023-01-17 | Lyten, Inc. | Multi-part nontoxic printed batteries |
CN111587508A (zh) * | 2018-01-26 | 2020-08-25 | 松下知识产权经营株式会社 | 电池 |
EP3788666A4 (en) | 2018-04-30 | 2022-01-19 | Lyten, Inc. | LITHIUM ION BATTERY AND BATTERY MATERIALS |
CN108878748A (zh) * | 2018-06-25 | 2018-11-23 | 宁德新能源科技有限公司 | 电化学装置 |
WO2020028485A1 (en) | 2018-07-31 | 2020-02-06 | Sion Power Corporation | Multiplexed charge discharge battery management system |
JP2020021677A (ja) * | 2018-08-02 | 2020-02-06 | Jsr株式会社 | 蓄電デバイス |
CN111200158B (zh) | 2018-11-19 | 2021-12-31 | 财团法人工业技术研究院 | 电池 |
KR20210108453A (ko) | 2018-12-27 | 2021-09-02 | 시온 파워 코퍼레이션 | 전기화학 소자 및 관련 물품, 구성요소, 구성 및 방법 |
US11637353B2 (en) | 2018-12-27 | 2023-04-25 | Sion Power Corporation | Electrodes, heaters, sensors, and associated articles and methods |
US11322804B2 (en) | 2018-12-27 | 2022-05-03 | Sion Power Corporation | Isolatable electrodes and associated articles and methods |
CN110660963B (zh) * | 2018-12-29 | 2021-04-27 | 宁德时代新能源科技股份有限公司 | 一种电极极片和电化学装置 |
CN110943201B (zh) * | 2019-04-15 | 2021-02-26 | 宁德时代新能源科技股份有限公司 | 一种正极极片和电化学装置 |
US11699780B2 (en) | 2019-05-22 | 2023-07-11 | Sion Power Corporation | Electrically coupled electrodes, and associated articles and methods |
US11710828B2 (en) | 2019-05-22 | 2023-07-25 | Sion Power Corporation | Electrochemical devices including porous layers |
US11198611B2 (en) | 2019-07-30 | 2021-12-14 | Lyten, Inc. | 3D self-assembled multi-modal carbon-based particle |
US11335911B2 (en) | 2019-08-23 | 2022-05-17 | Lyten, Inc. | Expansion-tolerant three-dimensional (3D) carbon-based structures incorporated into lithium sulfur (Li S) battery electrodes |
US11127941B2 (en) | 2019-10-25 | 2021-09-21 | Lyten, Inc. | Carbon-based structures for incorporation into lithium (Li) ion battery electrodes |
US11133495B2 (en) | 2019-10-25 | 2021-09-28 | Lyten, Inc. | Advanced lithium (LI) ion and lithium sulfur (LI S) batteries |
US11127942B2 (en) | 2019-10-25 | 2021-09-21 | Lyten, Inc. | Systems and methods of manufacture of carbon based structures incorporated into lithium ion and lithium sulfur (li s) battery electrodes |
US11539074B2 (en) | 2019-10-25 | 2022-12-27 | Lyten, Inc. | Artificial solid electrolyte interface (A-SEI) cap layer including graphene layers with flexible wrinkle areas |
US11631893B2 (en) | 2019-10-25 | 2023-04-18 | Lyten, Inc. | Artificial solid electrolyte interface cap layer for an anode in a Li S battery system |
US11508966B2 (en) | 2019-10-25 | 2022-11-22 | Lyten, Inc. | Protective carbon layer for lithium (Li) metal anodes |
CN114631242A (zh) | 2019-10-31 | 2022-06-14 | 赛昂能源有限公司 | 用于操作可再充电电化学电池或电池组的系统和方法 |
US11056728B2 (en) | 2019-10-31 | 2021-07-06 | Sion Power Corporation | System and method for operating a rechargeable electrochemical cell or battery |
US11424492B2 (en) | 2019-10-31 | 2022-08-23 | Sion Power Corporation | System and method for operating a rechargeable electrochemical cell or battery |
US11978917B2 (en) | 2019-11-19 | 2024-05-07 | Sion Power Corporation | Batteries with components including carbon fiber, and associated systems and methods |
US11984575B2 (en) | 2019-11-19 | 2024-05-14 | Sion Power Corporation | Battery alignment, and associated systems and methods |
JP2023502993A (ja) | 2019-11-19 | 2023-01-26 | シオン・パワー・コーポレーション | 電池ならびに関連するシステムおよび方法 |
US11791511B2 (en) | 2019-11-19 | 2023-10-17 | Sion Power Corporation | Thermally insulating compressible components for battery packs |
KR20210065857A (ko) | 2019-11-27 | 2021-06-04 | 주식회사 엘지에너지솔루션 | 리튬 이차전지용 전해액 및 이를 포함하는 리튬 이차전지 |
KR20220113527A (ko) | 2019-12-20 | 2022-08-12 | 시온 파워 코퍼레이션 | 회로, 재충전가능 전기화학 셀 또는 배터리를 보호하기 위한 시스템 및 방법 |
KR20220119103A (ko) | 2019-12-20 | 2022-08-26 | 시온 파워 코퍼레이션 | 재충전가능 전기화학 셀 또는 배터리용 통합 전원 버스를 제공, 조립 및 관리하기 위한 시스템 및 방법 |
EP4174984A1 (en) | 2019-12-20 | 2023-05-03 | Sion Power Corporation | Lithium metal electrodes |
CN110994017B (zh) * | 2020-01-03 | 2022-06-07 | 南京工业大学 | 一种氮化物增强的聚合物电解质、制备方法及长寿命固态锂离子电池 |
CN111217326B (zh) * | 2020-01-09 | 2023-04-18 | 太原科技大学 | 一种用于聚氨酯弹性体和铝片的低温阳极键合方法 |
US12003003B2 (en) | 2020-01-10 | 2024-06-04 | Lyten, Inc. | Metal-air battery including electrolyte beads |
US11923495B2 (en) | 2020-03-13 | 2024-03-05 | Sion Power Corporation | Application of pressure to electrochemical devices including deformable solids, and related systems |
US20230275256A1 (en) | 2020-08-03 | 2023-08-31 | Sion Power Corporation | Electrochemical cell clamps and related methods |
US11826861B1 (en) | 2020-08-12 | 2023-11-28 | Sion Power Corporation | Joining systems, clamping fixtures, and related systems and methods |
JP2023539873A (ja) | 2020-09-01 | 2023-09-20 | シオン・パワー・コーポレーション | 多重化バッテリ管理システム |
US20230317959A1 (en) | 2020-09-04 | 2023-10-05 | Sion Power Corporation | Electrically conductive release layer |
US11705554B2 (en) | 2020-10-09 | 2023-07-18 | Sion Power Corporation | Electrochemical cells and/or components thereof comprising nitrogen-containing species, and methods of forming them |
US11404692B1 (en) | 2021-07-23 | 2022-08-02 | Lyten, Inc. | Lithium-sulfur battery cathode formed from multiple carbonaceous regions |
US11367895B1 (en) | 2021-07-23 | 2022-06-21 | Lyten, Inc. | Solid-state electrolyte for lithium-sulfur batteries |
US12009470B2 (en) | 2021-07-23 | 2024-06-11 | Lyten, Inc. | Cylindrical lithium-sulfur batteries |
US11670826B2 (en) | 2021-07-23 | 2023-06-06 | Lyten, Inc. | Length-wise welded electrodes incorporated in cylindrical cell format lithium-sulfur batteries |
US11600876B2 (en) | 2021-07-23 | 2023-03-07 | Lyten, Inc. | Wound cylindrical lithium-sulfur battery including electrically-conductive carbonaceous materials |
WO2023081488A1 (en) * | 2021-11-08 | 2023-05-11 | Hunt Energy Enterprises, L.L.C. | Control of electrolyte inside battery |
CN114583294B (zh) * | 2022-02-21 | 2024-04-30 | 浙江锋锂新能源科技有限公司 | 固液混合电解质界面添加剂组合、锂金属电池及制备方法 |
GB2621384A (en) * | 2022-08-11 | 2024-02-14 | Sumitomo Chemical Co | Single-ion conducting material |
US11870063B1 (en) | 2022-10-24 | 2024-01-09 | Lyten, Inc. | Dual layer gradient cathode electrode structure for reducing sulfide transfer |
Family Cites Families (122)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4252876A (en) * | 1979-07-02 | 1981-02-24 | Eic Corporation | Lithium battery |
WO1985001293A1 (fr) * | 1983-09-20 | 1985-03-28 | Societe Nationale Elf Aquitaine | Nouveaux derives de sulfures de polycarbone, leur preparation et leurs applications, notamment en electrochimie |
FR2570882B1 (fr) * | 1984-09-21 | 1986-12-05 | Comp Generale Electricite | Matiere active positive a base d'un polymere conducteur electronique pour generateur electrochimique |
US4954371A (en) * | 1986-06-23 | 1990-09-04 | Spectrum Control, Inc. | Flash evaporation of monomer fluids |
JPS63126156A (ja) | 1986-11-15 | 1988-05-30 | Hitachi Maxell Ltd | リチウム電池 |
US4833048A (en) * | 1988-03-31 | 1989-05-23 | The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy | Metal-sulfur type cell having improved positive electrode |
US4917974A (en) * | 1989-04-14 | 1990-04-17 | The United States Of America As Represented By The Department Of Energy | Lithium/organosulfur redox cell having protective solid electrolyte barrier formed on anode and method of making same |
US5162175A (en) * | 1989-10-13 | 1992-11-10 | Visco Steven J | Cell for making secondary batteries |
JP3030053B2 (ja) | 1990-05-22 | 2000-04-10 | 三洋電機株式会社 | 二次電池 |
US5324599A (en) * | 1991-01-29 | 1994-06-28 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Reversible electrode material |
US5194341A (en) * | 1991-12-03 | 1993-03-16 | Bell Communications Research, Inc. | Silica electrolyte element for secondary lithium battery |
CA2068290C (fr) * | 1992-05-08 | 1999-07-13 | Michel Gauthier | Prise de contact electrique sur des anodes de lithium |
JPH0630246A (ja) | 1992-07-13 | 1994-02-04 | Nec Eng Ltd | サマリ画像作成方式 |
CA2110097C (en) * | 1992-11-30 | 2002-07-09 | Soichiro Kawakami | Secondary battery |
US5441831A (en) * | 1992-12-17 | 1995-08-15 | Associated Universities, Inc. | Cells having cathodes containing polycarbon disulfide materials |
US5342710A (en) * | 1993-03-30 | 1994-08-30 | Valence Technology, Inc. | Lakyer for stabilization of lithium anode |
US5366829A (en) * | 1993-06-14 | 1994-11-22 | Valence Technology, Inc. | Method of forming an anode material for lithium-containing solid electrochemical cells |
US5387479A (en) * | 1993-06-16 | 1995-02-07 | Valence Technology, Inc. | Electrodes for rechargeable lithium batteries |
US5460905A (en) * | 1993-06-16 | 1995-10-24 | Moltech Corporation | High capacity cathodes for secondary cells |
US5314765A (en) * | 1993-10-14 | 1994-05-24 | Martin Marietta Energy Systems, Inc. | Protective lithium ion conducting ceramic coating for lithium metal anodes and associate method |
US5569520A (en) * | 1994-01-12 | 1996-10-29 | Martin Marietta Energy Systems, Inc. | Rechargeable lithium battery for use in applications requiring a low to high power output |
US5538812A (en) * | 1994-02-04 | 1996-07-23 | Moltech Corporation | Electrolyte materials containing highly dissociated metal ion salts |
US5961672A (en) * | 1994-02-16 | 1999-10-05 | Moltech Corporation | Stabilized anode for lithium-polymer batteries |
US5648187A (en) * | 1994-02-16 | 1997-07-15 | Moltech Corporation | Stabilized anode for lithium-polymer batteries |
US5516598A (en) * | 1994-07-28 | 1996-05-14 | Polyplus Battery Company, Inc. | Secondary cell using organosulfur/metal charge transfer materials as positive electrode |
US5434021A (en) * | 1994-08-12 | 1995-07-18 | Arthur D. Little, Inc. | Secondary electrolytic cell and electrolytic process |
US6030720A (en) | 1994-11-23 | 2000-02-29 | Polyplus Battery Co., Inc. | Liquid electrolyte lithium-sulfur batteries |
US6025094A (en) * | 1994-11-23 | 2000-02-15 | Polyplus Battery Company, Inc. | Protective coatings for negative electrodes |
EP0802898A1 (en) * | 1995-01-13 | 1997-10-29 | Sri International | Organic liquid electrolytes and plasticizers |
US5723230A (en) * | 1995-02-27 | 1998-03-03 | Yazaki Corporation | Oligosulfide type electrode material and secondary battery containing such electrode material |
JP3493873B2 (ja) * | 1995-04-28 | 2004-02-03 | ソニー株式会社 | 非水電解液二次電池 |
US5529860A (en) * | 1995-06-07 | 1996-06-25 | Moltech Corporation | Electroactive high storage capacity polyacetylene-co-polysulfur materials and electrolytic cells containing same |
AU5882896A (en) * | 1995-06-07 | 1996-12-30 | Moltech Corporation | Electroactive high storage capacity polyacetylene-co-polysul fur materials and electrolytic cells containing same |
US5601947A (en) * | 1995-06-07 | 1997-02-11 | Moltech Corporation | Electroactive high storage capacity polycarbon-sulfide materials and electrolytic cells containing same |
EP0836238B1 (en) | 1995-06-28 | 2005-11-16 | Ube Industries, Ltd. | Nonaqueous secondary battery |
US5681615A (en) * | 1995-07-27 | 1997-10-28 | Battelle Memorial Institute | Vacuum flash evaporated polymer composites |
US5792575A (en) * | 1995-09-11 | 1998-08-11 | Yazaki Corporation | Lithium sulfur secondary battery and elecrode material for a non-aqueous battery |
JP3555097B2 (ja) * | 1995-09-28 | 2004-08-18 | 矢崎総業株式会社 | 電極材料及び二次電池 |
JP3525403B2 (ja) * | 1995-09-28 | 2004-05-10 | 矢崎総業株式会社 | 電極材料及び二次電池 |
US5716736A (en) * | 1995-10-06 | 1998-02-10 | Midwest Research Institute | Solid lithium-ion electrolyte |
WO1997018596A1 (fr) * | 1995-11-15 | 1997-05-22 | Asahi Kasei Kogyo Kabushiki Kaisha | Electrolyte polymere composite et dispositif electrochimique non aqueux |
JP3180660B2 (ja) | 1996-04-12 | 2001-06-25 | 三菱マテリアル株式会社 | 長尺金属管内面めっき方法 |
WO1997044840A1 (en) | 1996-05-22 | 1997-11-27 | Moltech Corporation | Composite cathodes, electrochemical cells comprising novel composite cathodes, and processes for fabricating same |
JP4831588B2 (ja) | 1997-01-17 | 2011-12-07 | バシウム・カナダ・インコーポレーテッド | 電気化学発電装置 |
KR100378004B1 (ko) * | 1997-06-10 | 2003-06-09 | 삼성에스디아이 주식회사 | 유리-고분자복합전해질및그제조방법 |
AU1077299A (en) * | 1997-10-10 | 1999-05-03 | Midwest Research Institute | Plasma enhanced chemical vapor deposition (pecvd) method of forming vanadium oxide films and vanadium oxide thin-films prepared thereby |
US6201100B1 (en) * | 1997-12-19 | 2001-03-13 | Moltech Corporation | Electroactive, energy-storing, highly crosslinked, polysulfide-containing organic polymers and methods for making same |
US6153337A (en) * | 1997-12-19 | 2000-11-28 | Moltech Corporation | Separators for electrochemical cells |
US6402795B1 (en) * | 1998-02-18 | 2002-06-11 | Polyplus Battery Company, Inc. | Plating metal negative electrodes under protective coatings |
IL124007A (en) * | 1998-04-08 | 2001-08-26 | Univ Ramot | Long cycle-life alkali metal battery |
US6214061B1 (en) | 1998-05-01 | 2001-04-10 | Polyplus Battery Company, Inc. | Method for forming encapsulated lithium electrodes having glass protective layers |
US6202591B1 (en) * | 1998-11-12 | 2001-03-20 | Flex Products, Inc. | Linear aperture deposition apparatus and coating process |
US6268695B1 (en) * | 1998-12-16 | 2001-07-31 | Battelle Memorial Institute | Environmental barrier material for organic light emitting device and method of making |
TW439308B (en) * | 1998-12-16 | 2001-06-07 | Battelle Memorial Institute | Environmental barrier material for organic light emitting device and method of making |
US6277514B1 (en) * | 1998-12-17 | 2001-08-21 | Moltech Corporation | Protective coating for separators for electrochemical cells |
US6194098B1 (en) * | 1998-12-17 | 2001-02-27 | Moltech Corporation | Protective coating for separators for electrochemical cells |
US6225002B1 (en) * | 1999-02-05 | 2001-05-01 | Polyplus Battery Company, Inc. | Dioxolane as a proctector for lithium electrodes |
US6276355B1 (en) * | 1999-05-03 | 2001-08-21 | Macro Energy-Tech, Inc. | Cutting method and apparatus for sectioning multilayer electronic devices |
DE19940069A1 (de) * | 1999-08-24 | 2001-03-08 | Basf Ag | Verfahren zur elektrochemischen Herstellung eines Alkalimetalls aus wäßriger Lösung |
US6413645B1 (en) * | 2000-04-20 | 2002-07-02 | Battelle Memorial Institute | Ultrabarrier substrates |
US6413285B1 (en) | 1999-11-01 | 2002-07-02 | Polyplus Battery Company | Layered arrangements of lithium electrodes |
US6413284B1 (en) * | 1999-11-01 | 2002-07-02 | Polyplus Battery Company | Encapsulated lithium alloy electrodes having barrier layers |
US20110165471A9 (en) * | 1999-11-23 | 2011-07-07 | Sion Power Corporation | Protection of anodes for electrochemical cells |
US6797428B1 (en) * | 1999-11-23 | 2004-09-28 | Moltech Corporation | Lithium anodes for electrochemical cells |
US7771870B2 (en) * | 2006-03-22 | 2010-08-10 | Sion Power Corporation | Electrode protection in both aqueous and non-aqueous electrochemical cells, including rechargeable lithium batteries |
US6328770B1 (en) * | 1999-11-23 | 2001-12-11 | Valence Technology (Nevada), Inc. | Method of making multi-layer electrochemical cell devices |
JP5112584B2 (ja) | 1999-11-23 | 2013-01-09 | シオン・パワー・コーポレーション | 電気化学電池用リチウム負極 |
US7247408B2 (en) * | 1999-11-23 | 2007-07-24 | Sion Power Corporation | Lithium anodes for electrochemical cells |
US6508921B1 (en) * | 2000-03-24 | 2003-01-21 | Beckman Coulter, Inc. | Lithium ion-selective electrode for clinical applications |
JP2002157737A (ja) * | 2000-05-12 | 2002-05-31 | Tdk Corp | 光記録方法および光記録媒体 |
WO2001097304A1 (en) | 2000-06-12 | 2001-12-20 | Korea Institute Of Science And Technology | Multi-layered lithium electrode, its preparation and lithium batteries comprising it |
KR100326466B1 (ko) | 2000-07-25 | 2002-02-28 | 김순택 | 리튬 설퍼 전지용 전해액 |
JP2002075446A (ja) | 2000-08-02 | 2002-03-15 | Samsung Sdi Co Ltd | リチウム−硫黄電池 |
JP2002110237A (ja) * | 2000-08-17 | 2002-04-12 | Samsung Sdi Co Ltd | リチウム−硫黄電池用正極活物質組成物、その製造方法及びリチウム−硫黄電池 |
US20020071989A1 (en) * | 2000-12-08 | 2002-06-13 | Verma Surrenda K. | Packaging systems and methods for thin film solid state batteries |
DE10104988A1 (de) * | 2001-02-03 | 2002-08-08 | Varta Geraetebatterie Gmbh | Verfahren zur Herstellung von Elektrodenfolien |
JP2002267842A (ja) * | 2001-03-12 | 2002-09-18 | Nippon Sheet Glass Co Ltd | 偏光素子及びその製造方法 |
AUPR371401A0 (en) | 2001-03-14 | 2001-04-12 | Murray, Andrew Fraser Hamish | Appliances for treating sleep apnoea |
US6517968B2 (en) * | 2001-06-11 | 2003-02-11 | Excellatron Solid State, Llc | Thin lithium film battery |
KR100759541B1 (ko) * | 2001-06-21 | 2007-09-18 | 삼성에스디아이 주식회사 | 폴리머 리튬 전지 및 그 제조방법 |
JP4415241B2 (ja) * | 2001-07-31 | 2010-02-17 | 日本電気株式会社 | 二次電池用負極およびそれを用いた二次電池、および負極の製造方法 |
JP4997674B2 (ja) | 2001-09-03 | 2012-08-08 | 日本電気株式会社 | 二次電池用負極および二次電池 |
US6911280B1 (en) | 2001-12-21 | 2005-06-28 | Polyplus Battery Company | Chemical protection of a lithium surface |
US7204862B1 (en) * | 2002-01-10 | 2007-04-17 | Excellatron Solid State, Llc | Packaged thin film batteries and methods of packaging thin film batteries |
JP4701579B2 (ja) | 2002-01-23 | 2011-06-15 | 日本電気株式会社 | 二次電池用負極 |
GB2386126B (en) * | 2002-03-06 | 2006-03-08 | Ceres Power Ltd | Forming an impermeable sintered ceramic electrolyte layer on a metallic foil substrate for solid oxide fuel cell |
JP4400019B2 (ja) * | 2002-04-10 | 2010-01-20 | 日本電気株式会社 | 非水電解液電池及びその生成方法 |
CN100367542C (zh) | 2002-05-24 | 2008-02-06 | 日本电气株式会社 | 充电电池用的负极及使用其的充电电池 |
JP2004088989A (ja) * | 2002-07-03 | 2004-03-18 | Auto Network Gijutsu Kenkyusho:Kk | 電力回路部の防水方法 |
KR100463181B1 (ko) * | 2002-07-12 | 2004-12-23 | 삼성에스디아이 주식회사 | 리튬-설퍼 전지용 전해액 및 이를 포함하는 리튬-설퍼 전지 |
US6835493B2 (en) | 2002-07-26 | 2004-12-28 | Excellatron Solid State, Llc | Thin film battery |
JP4196398B2 (ja) | 2002-08-26 | 2008-12-17 | 日本電気株式会社 | 非水電解液二次電池 |
KR100467456B1 (ko) * | 2002-09-10 | 2005-01-24 | 삼성에스디아이 주식회사 | 리튬-황 전지용 전해액 및 이를 포함하는 리튬-황 전지 |
US7432017B2 (en) | 2002-10-15 | 2008-10-07 | Polyplus Battery Company | Compositions and methods for protection of active metal anodes and polymer electrolytes |
US7645543B2 (en) * | 2002-10-15 | 2010-01-12 | Polyplus Battery Company | Active metal/aqueous electrochemical cells and systems |
JP2004179160A (ja) * | 2002-11-26 | 2004-06-24 | Samsung Sdi Co Ltd | リチウム−硫黄電池用正極 |
US20050131126A1 (en) * | 2003-02-27 | 2005-06-16 | Kumin Yang | Production of polymer nanocomposites using supercritical fluids |
US20040191629A1 (en) * | 2003-03-26 | 2004-09-30 | Sanyo Electric Co., Ltd. | Positive electrode, non-aqueous electrolyte secondary battery, and method of manufacturing the same |
KR100496641B1 (ko) * | 2003-04-25 | 2005-06-20 | 한국전자통신연구원 | 이성 모폴로지를 가지는 리튬 이차전지용 복합 고분자전해질 및 그 제조 방법 |
US6886240B2 (en) * | 2003-07-11 | 2005-05-03 | Excellatron Solid State, Llc | Apparatus for producing thin-film electrolyte |
US6852139B2 (en) * | 2003-07-11 | 2005-02-08 | Excellatron Solid State, Llc | System and method of producing thin-film electrolyte |
JP2005047118A (ja) * | 2003-07-28 | 2005-02-24 | Sanyo Electric Co Ltd | 転写フィルムカセット |
WO2005025853A1 (en) * | 2003-09-05 | 2005-03-24 | Helicon Research, L.L.C. | Nanophase multilayer barrier and process |
US7608178B2 (en) * | 2003-11-10 | 2009-10-27 | Polyplus Battery Company | Active metal electrolyzer |
KR100953543B1 (ko) | 2003-12-01 | 2010-04-21 | 삼성에스디아이 주식회사 | 리튬 애노드, 그의 제조방법 및 이를 채용한 리튬 전지 |
KR100609693B1 (ko) * | 2004-04-24 | 2006-08-08 | 한국전자통신연구원 | 리튬 단이온 전도 무기 첨가제를 포함하는 리튬이차전지용 복합 고분자 전해질 및 그 제조 방법 |
US7019494B2 (en) * | 2004-01-06 | 2006-03-28 | Moltech Corporation | Methods of charging lithium sulfur cells |
US7354680B2 (en) * | 2004-01-06 | 2008-04-08 | Sion Power Corporation | Electrolytes for lithium sulfur cells |
JP4800580B2 (ja) * | 2004-01-30 | 2011-10-26 | ソニー株式会社 | 二次電池 |
US20080070087A1 (en) * | 2004-02-20 | 2008-03-20 | Excellatron Solid State, Llc | Non-volatile cathodes for lithium oxygen batteries and method of producing same |
US7731765B2 (en) * | 2004-02-20 | 2010-06-08 | Excellatron Solid State, Llc | Air battery and manufacturing method |
US7691536B2 (en) * | 2004-02-20 | 2010-04-06 | Excellatron Solid State, Llc | Lithium oxygen batteries and method of producing same |
KR100590096B1 (ko) * | 2004-04-29 | 2006-06-14 | 삼성에스디아이 주식회사 | 리튬 이차 전지 |
KR100628305B1 (ko) * | 2004-09-10 | 2006-09-27 | 한국전자통신연구원 | 나노입자가 충진된 상반전 고분자 전해질 제조 방법 |
RU2402842C2 (ru) * | 2005-03-22 | 2010-10-27 | Оксис Энерджи Лимитед | Химический источник электроэнергии и способ его изготовления |
DE602006014138D1 (de) * | 2005-04-19 | 2010-06-17 | Korea Res Inst Chem Tech | Sicherheitsverbesserte elektrode durch einführung von vernetzbarem polymer und elektrochemische einrichtung damit |
US7776478B2 (en) * | 2005-07-15 | 2010-08-17 | Cymbet Corporation | Thin-film batteries with polymer and LiPON electrolyte layers and method |
WO2007062220A2 (en) * | 2005-11-23 | 2007-05-31 | Polyplus Battery Company | Li/air non-aqueous batteries |
WO2007075867A2 (en) * | 2005-12-19 | 2007-07-05 | Polyplus Battery Company | Composite solid electrolyte for protection of active metal anodes |
KR20080005737A (ko) * | 2006-07-10 | 2008-01-15 | 삼성전자주식회사 | 잉크카트리지 |
US20080076029A1 (en) * | 2006-07-27 | 2008-03-27 | Bowden William L | Battery |
WO2008070059A2 (en) | 2006-12-04 | 2008-06-12 | Sion Power Corporation | Separation of electrolytes in lithium batteries |
-
2007
- 2007-12-04 WO PCT/US2007/024805 patent/WO2008070059A2/en active Application Filing
- 2007-12-04 KR KR1020097011484A patent/KR101422311B1/ko active IP Right Grant
- 2007-12-04 EP EP07862480.6A patent/EP2102924B1/en active Active
- 2007-12-04 US US12/312,764 patent/US8617748B2/en active Active
- 2007-12-04 JP JP2009540250A patent/JP5564260B2/ja active Active
- 2007-12-04 CN CN200780050874.6A patent/CN101601150B/zh active Active
-
2013
- 2013-11-13 US US14/078,648 patent/US10629954B2/en active Active
-
2020
- 2020-04-17 US US16/852,092 patent/US11316204B2/en active Active
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5564260B2 (ja) | リチウム電池内における電解質の分離 | |
JP2010511995A5 (ja) | ||
JP6873954B2 (ja) | リチウムイオン電気化学的電池、その成分、その製造法およびその使用 | |
US10854921B2 (en) | Electrochemical cell including electrolyte having insoluble nitrogen-containing material and battery including the cell | |
US20190207216A1 (en) | Electrochemical cell, components thereof, and methods of making and using same | |
JP6072779B2 (ja) | 電気化学電池および当該電気化学電池を含むバッテリー | |
Ahn et al. | Synthesis of Li conductive polymer layer on 3D structured S cathode by photo-polymerization for Li–S batteries |