JP2011165665A5

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Info

Publication number: JP2011165665A5
Application number: JP2011022840A
Authority: JP
Filing date: 2011-02-04
Publication date: 2013-12-26
Anticipated expiration: 2031-02-04

Claims

活性材料（４０）が導入されている支持体構造（１０）を有するリチウム電池のカソード構造体において、前記支持体構造は相互に平行な多数の突起部（２０）を有し、前記突起部（２０）は側面でそれぞれ一体的に一貫する支持体層（３０）と結合されていて、前記突起部（２０）の間に前記活性物質（４０）が配置されていて、前記平行な突起部は、水中の懸濁物として凍結キャスティングされ、かつ引き続き固定されている粒子により形成されていて、前記活性材料（４０）は焼結された突起部（２０）の間で前記突起部の表面上に配置されている、カソード構造体。
前記平行な突起部（２０）は、水中の粒子の凍結キャスティングされた懸濁物の粒子成形体から形成されていて、前記粒子成形体は凍結乾燥によって脱水されていて、前記粒子成形体は前記粒子の相互の機械的に結合によって固定されていて、前記固定は粒子の間の焼結結合又は接着結合又はバインダー結合により提供されている、請求項１記載のカソード構造体。
前記突起部（２０）は相互にほぼ一定の間隔で配置されていて、前記間隔は少なくとも１μｍであり、最大で２ｍｍである、請求項１又は２記載のカソード構造体。
前記支持体層（３０）の厚さと、前記突起部（２０）の長さの合計として考慮される前記支持体構造の厚さは、少なくとも１０μｍであり、最大で１０ｍｍである、請求項１、２又は３記載のカソード構造体。
前記支持体構造（１０）は、導電性でありかつリチウムイオン伝導性であり、最大で２．９Ｖ又は最大で２Ｖのリチウムに対する電極電位を有し、Ｌｉ−Ｔｉ酸化物又はＬｉ_4-xＭｇ_xＴｉ₅Ｏ₁₂（式中、０≦ｘ≦２又は０≦ｘ≦１）又はＬｉ_4-xＭｇ_xＴｉ_5-y（Ｎｂ，Ｔａ）_yＯ₁₂（式中、０≦ｘ≦２又は０≦ｘ≦１及び０≦ｙ≦０．１又は０≦ｙ≦０．０５）又はＬｉ_2-xＭｇ_xＴｉ_3-y（Ｎｂ，Ｔａ）_yＯ₇（式中、０≦ｘ≦１又は０＜ｘ＜０．５及び０＜ｙ＜０．０３）を有する材料から準備されるか、又は前記支持体構造（１０）は導電性材料から準備されかつ前記カソード構造体中では支持体構造（１０）の間の空間内にＬｉイオンの伝導のために適している液体電解質が準備されていて、前記支持体構造（１０）は連続気孔を有する、請求項１から４までのいずれか１項記載のカソード構造体。
前記活性材料（４０）は、Ｌｉ（Ｎｉ，Ｍｎ，Ｃｏ）Ｏ₂、Ｌｉ（Ｎｉ，Ｍｎ）₂Ｏ₄、Ｓ、Ｌｉ−Ｏ反応を促進するために調整された触媒材料を有する、請求項１から５までのいずれか１項記載のカソード構造体。
前記Ｌｉ−Ｏ反応を促進するために調整された触媒材料は、α−ＭｎＯ₂又はナノ結晶性α−ＭｎＯである、請求項６記載のカソード構造体。
リチウム電池のために適しているカソード構造体の製造方法において、粒子を水中の懸濁物（１３０）として準備すること、前記懸濁物を冷却されたキャスティング型（１００）上に前記懸濁物の流出箇所と前記キャスティング型との間で相対運動（１５０）させながら凍結キャスティングすること、前記凍結キャスティング後に前記粒子を固定し、前記凍結キャスティングにより前記粒子は平行な突起部の形を形成し、前記突起部は上記突起部と一体的に形成された一貫する支持体層から延びていることを有し、更に、前記方法は、固定された前記突起部の間の前記突起部の表面上に活性材料を導入（１９０）することを有する、カソード構造体の製造方法。
前記凍結キャスティングの後でかつ懸濁物の固定（１６０）の前に水を除去し、前記粒子材料（１６０）を前記粒子の焼結によるか又は粒子間へのバインダーの導入により固定する、請求項８記載の方法。
前記凍結キャスティングの後でかつ懸濁物の固定（１６０）の前に、凍結した懸濁物からの氷の昇華により水を除去する、請求項９記載の方法。
前記懸濁物を、平らなベルト（１６０）上に又はセラミックイオン伝導体により準備された成形体上にキャスティングし、前記ベルト又は前記成形体は、水の氷点に相当する温度か又はそれより低い温度を有する、請求項８、９又は１０記載の方法。
前記粒子は、導電性であり、リチウムイオン伝導性であり、最大２．９Ｖ又は最大２Ｖのリチウムに対する電極電位を有し、Ｌｉ−Ｔｉ酸化物又はＬｉ_4-xＭｇ_xＴｉ₅Ｏ₁₂（式中、０≦ｘ≦２又は０≦ｘ≦１）又はＬｉ_4-xＭｇ_xＴｉ_5-y（Ｎｂ，Ｔａ）_yＯ₁₂（式中、０≦ｘ≦２又は０≦ｘ≦１及び０≦ｙ≦０．１又は０≦ｙ≦０．０５）又はＬｉ_2-xＭｇ_xＴｉ_3-y（Ｎｂ，Ｔａ）_yＯ₇（式中、０≦ｘ≦１又は０＜ｘ＜０．５及び０＜ｙ＜０．０３）を有する材料から準備される、請求項８、９、１０又は１１記載の方法。