JP2010517223A5

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Publication number: JP2010517223A5
Application number: JP2009546417A
Authority: JP
Filing date: 2008-01-17
Publication date: 2013-03-14
Anticipated expiration: 2028-01-17

Description

前記主題の発明は、更に多様なリチウムセルを提供する。１つの実施態様においては、リチウムセルは、少なくとも、各々がチタン酸リチウムを含む２つの電極を有する。該リチウムセルは、一般的に１．３Ｖ未満に下がらない使用状況での電極電位を有する。別の実施態様においては、リチウムセルは、チタン酸リチウム、リチウムに対して１．５Ｖから３．０Ｖの間の電位で分解する電解質、及び、チタン酸リチウム上に配置される表面フィルムを含む。該表面フィルムは、電解質によって形成される。別の実施態様においては、リチウムセルは、少なくとも１つのチタン酸リチウム含有電極、及び、非フッ素化バインダーを含む。更に別の実施態様においては、リチウムセルは、少なくとも１つの電極を含む。前記電極は、第１のチタン酸リチウム、及び、第１のチタン酸リチウムとは異なる第２のチタン酸リチウムを含む。前記第１のチタン酸リチウムは、一般式：Ｌｉ₄Ｔｉ₅Ｏ₁₂であり、前記第２のチタン酸リチウムは、一般式：Ｌｉ₄Ｔｉ₅Ｏ_12-Xで表され、ここで、Ｘは０より大きい。前記第２のチタン酸リチウムは、前記第１のチタン酸リチウムよりも、前記電極内に多量存在する。別の実施態様においては、リチウムセルは、チタン酸リチウム及び気体吸収材を含む。

通常、上記に記述され例示されたように、本発明におけるチタン酸リチウムすなわち、Ｌｉ_４Ｔｉ_５Ｏ_12-Xが負極用の活物質として使用される。上述されたように（又は触れられたように）、前記チタン酸リチウムは、充電に伴う小さな容積変化に起因して、卓越したサイクル特性を有する。現代のリチウムセル及びバッテリにおいては、電極の分解還元を通すフィルムは、一般的に、グラファイト表面上に形成され、例えば、前記セル又はバッテリ内の負の電極として用いられる。かかるフィルムは、電極が更に分解されるのを抑止する。しかし、チタン酸リチウムは、一般的に、グラファイト表面上に形成されたフィルムは有していないと考えられる。よって、チタン酸リチウムの表面電位が１．２Ｖ（対Ｌｉ＋／Ｌｉ）未満に下がっている場合、大量の電極が分解還元をし、サイクル特性にネガティブに影響する気体を発生すると考えられる。また前記バインダーは、チタン酸リチウムの表面電位が１．２Ｖ未満に落ちている場合、同様に還元され得ると考えられる。これらの起こりえる問題の幾つかを軽減するため、チタン酸リチウムを使用する場合には、通常、負の電極は、正の電極と同等かそれ以上の容量を持つことが必要である。

１つの実施態様において、上記に記述され例示されたように、本発明のリチウムセルは、少なくとも、２つの電極を有し、各々がチタン酸リチウム、例えば、Ｌｉ₄Ｔｉ₅Ｏ_12-Xを含む。前記リチウムセルは、１．３Ｖ未満には落ちない一般的使用状況において、電極電位を有する。別の実施態様においては、本発明のリチウムセルは、上記に記述され例示されたような、Ｌｉ₄Ｔｉ₅Ｏ_12-X等のチタン酸リチウム、リチウムに対する電位が１．５Ｖから３．０Ｖの電位で分解する電解質、及びチタン酸リチウム上に配置される表面フィルムを含む。前記表面フィルムは、上述されたように、電解質によって形成される。前記表面フィルムは、電解質及びチタン酸リチウムの間の直接的な接触を防ぐことにより、電解質の更なる分解を防ぐ。１つの実施態様において、前記電解質は、リチウムビス（オキサラト）ボレート（ＬｉＢＯＢ）を含む。有り難いことに、表面フィルムが形成される限り、ＬｉＢＯＢに追加して、又はこれに変わる他の好適な電解質が同様に使用可能である。

Claims

リチウムセル用の活物質であって、
式Ｌｉ ₄ Ｔｉ ₅ Ｏ _12-X （ここで、ｘは０より大きい）で表され、表面を有するチタン酸リチウム、及び
前記活物質がリチウムビス（オキサレート）ボレートを含む電解質中に存在する間、リチウムに対し、０Ｖから４Ｖの電位の範囲内で、前記電解質とは非反応性である、前記チタン酸リチウムの前記表面に配置された材料、
を有する、リチウムセル用の活物質。
前記材料は前記電解質を分解しない請求項１に記載の活物質。
ｘは０．０２未満である請求項１又は２に記載の活物質。
前記チタン酸リチウムにおけるチタンの平均価数が４未満である請求項１から３のいずれか１項に記載の活物質。
請求項１から４のいずれか１項に記載の前記活物質を含むリチウムセル。
更に電解質を有する、請求項５に記載のリチウムセル。
各々が、式Ｌｉ ₄ Ｔｉ ₅ Ｏ _12-X （ここで、ｘは０より大きい）で表されるチタン酸リチウムを含む電極を、少なくとも２つ有するリチウムセルであって、一般的使用状況で１．３Ｖ未満には下がらない電極電位を有するリチウムセル。
ｘが０．０２未満であることを特徴とする請求項７に記載のリチウムセル。
前記チタン酸リチウムにおけるチタンの平均価数が４未満であることを特徴とする請求項７又は８に記載のリチウムセル。
式Ｌｉ ₄ Ｔｉ ₅ Ｏ _12-X （ここで、ｘは０より大きい）で表されるチタン酸リチウム、
リチウムに対し、１．５Ｖから３．０Ｖの電位で分解する電解質、及び、
前記チタン酸リチウム上に配置され、前記電解質によって形成された表面フィルムを有するリチウムセル。
前記電解質は、リチウムビス（オキサレート）ボレートを含む請求項１０に記載のリチウムセル。
ｘは０．０２未満である請求項１０又は１１に記載のリチウムセル。
前記チタン酸リチウムにおけるチタンの平均価数が４未満である請求項１０から１２のいずれか１項に記載のリチウムセル。
式Ｌｉ ₄ Ｔｉ ₅ Ｏ _12-X （ここで、ｘは０より大きい）で表されるチタン酸リチウムを含む少なくとも１つの電極、及び、非フッ素化バインダーを含む、リチウムセル。
ｘは０．０２未満である請求項１４に記載のリチウムセル。
前記チタン酸リチウムにおけるチタンの平均価数が４未満である請求項１４又は１５に記載のリチウムセル。
少なくとも１の電極を含み、該電極は、
下記式で表される第１のチタン酸リチウム、
Ｌｉ₄Ｔｉ₅Ｏ₁₂
及び、
下記式で表される前記第１のチタン酸リチウムとは異なる第２のチタン酸リチウム、
Ｌｉ₄Ｔｉ₅Ｏ_12-X
ここで、ｘは０より大きい、
を有し、
前記第２のチタン酸リチウムは、前記第１のチタン酸リチウムより多量に、前記電極に存在する、リチウムセル。
前記電極は、前記第１のチタン酸リチウムに対して、前記第２のチタン酸リチウムを少なくとも１０％多く含む請求項１７に記載のリチウムセル。
ｘは０．０２未満である請求項１７又は１８に記載のリチウムセル。
前記チタン酸リチウムにおけるチタンの平均価数が４未満である請求項１７から１９のいずれか１項に記載のリチウムセル。
式Ｌｉ ₄ Ｔｉ ₅ Ｏ _12-X （ここで、ｘは０より大きい）で表されるチタン酸リチウム、及び、気体吸収材を含む、リチウムセル。
前記気体吸収材は、酸化亜鉛、アルミン酸ナトリウム、シリコン、及びそれらの組み合わせからなるグループより選択される請求項２１に記載のリチウムセル。
更に、セパレータを有し、前記気体吸収材は、前記セパレータによって保持される請求項２１又は２２に記載のリチウムセル。
前記チタン酸リチウム及び前記気体吸収材は、電極を形成するために混合されている請求項２１から２３のいずれか１項に記載のリチウムセル。
更に、ケースを有し、前記気体吸収材は、前記ケースによって保持される請求項２１から２４のいずれか１項に記載のリチウムセル。
ｘは０．０２未満である請求項２１から２５のいずれか１項に記載のリチウムセル。
前記チタン酸リチウムにおけるチタンの平均価数が４未満である請求項２１から２６のいずれか１項に記載のリチウムセル。