JP2013502700A - 電気化学電池用剥離システム - Google Patents
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Abstract
Description
本願は、米国特許法第119条(e)に基づいて、2009年8月24日に出願され、名称が「電気化学電池用剥離システム」である米国仮出願第61/236,322号に対して優先権を主張するものであり、そのすべての開示内容はあらゆる目的で出典明示によりすべて本明細書に組み入れられる。
本実施例は、剥離層の作製方法、および剥離層を用いた電気化学電池のアノードの作製方法を記載している。
磁気撹拌子を備えた5Lフラスコの中に、96.5重量%の蒸留水を添加し、室温で撹拌した。その溶液を70℃と75℃の間の温度に加熱した。この温度で、3.5重量%のPVOH(セラニーズ社のセルボル325)をすべて一度に急いで添加し、得られた懸濁液の撹拌を続け、95℃の温度まで加熱した。撹拌しながら溶液を室温までゆっくりと冷却した。冷却後、96.5重量%の脱イオン水と3.5重量%のPVOHを含む溶液を、キャリア基材として使用される厚さ76ミクロンのPET基材上に、ウェブコーター上で塗布した。塗布時のウェブ速度、ポンプ速度、および加熱領域温度は、それぞれ、4ft/min、16ft/min、および70〜114℃であった。この温度で、溶媒は剥離層から蒸発した。
本実施例は、剥離層の作製方法、および該剥離層を用いた電気化学電池用アノードの作製方法を記載している。
磁気撹拌子を備えた5Lフラスコの中に、93.5重量%の蒸留水を添加し、室温で撹拌した。その溶液を70℃と75℃の間の温度に加熱した。この温度で、3.5重量%のPVOH(セラニーズ社のセルボル325)をゆっくり添加した。懸濁液を90℃まで加熱しPVOHを溶解した。次に、追加の3重量%のPVOH(セラニーズ社のセルボル325)を溶液に追加した。冷却後、93.5重量%の脱イオン水と6.5重量%のPVOHを含む溶液を、キャリア基材として使用される厚さ76ミクロンのPET基材上に、ウェブコーター上で塗布した。塗布時のウェブ速度、ポンプ速度、および加熱領域温度は、それぞれ、4ft/min、16ft/min、および70〜114℃であった。この温度で、溶媒は剥離層から蒸発した。
本実施例は、剥離層の作製方法、および該剥離層を用いた電気化学電池用アノードの作製方法を記載している。
本実施例は、剥離層の作製方法、および該剥離層を用いた電気化学電池用アノードの作製方法を記載している。
本実施例は、2つのアノード部を剥離層を介して一体的に接着する方法を記載しており、該剥離層は、各アノード部と結合し、図2Bに示したものと同様の電極アセンブリを形成する。
磁気撹拌子、冷却管、および温度計を備えた三口の5Lフラスコの中に、アセトン(85重量%)を添加し、室温で撹拌した。この溶液に、撹拌しながら、15重量%のハードマン(Hardman)エポキシ樹脂(ハークロスケミカルズ(Harcros Chemicals)社)を添加した。磁気撹拌子、冷却管、および温度計を備えた3つ首の第2の5Lフラスコの中に、アセトン(85重量%)を添加し、室温で撹拌した。この第2のフラスコに、15重量%ハードマンアミン硬化剤(ハークロスケミカルズ社)を撹拌しながら添加した。これらの2つのフラスコの内容物を一つにして混合物を作製した。得られた混合物を1時間撹拌した後、その得られた混合物の固形分比率、密度および粘度を測定した。次いでその得られた混合物を2次容器の中にロ過し、粒子状汚染物を除去した。樹脂と硬化剤を含むその得られた混合物を接着促進剤として用い、実施例1に記載された方法で作製された第1および第2のアノード部の剥離層の上に塗布した。剥離層への接着促進剤の塗布は、メイヤーロッドコーター(#2.5ケムインスツルメント社)を用いて行った。各塗布後、金属リチウム層の表面には、浸食、損傷、または反応は観察されなかった。
本実施例は、2つのアノード部を剥離層を介して一体的に接着する方法を記載しており、該剥離層は、各アノード部と結合し、図2Bに示したものと同様の電極アセンブリを形成する。
磁気撹拌子、冷却管、および温度計を備えた三口の5Lフラスコの中に、ジエチルエーテル(40重量%)を添加し、室温で撹拌した。この溶液に、撹拌しながら、20重量%の導電性エポキシCW2400(ケムトロニクス社)を添加した。この懸濁液に40重量%蒸留水を添加した。磁気撹拌子、冷却管、および温度計を備えた3つ首の第2の5Lフラスコの中に、ジエチルエーテル(40重量%)を添加し、室温で撹拌した。この第2のフラスコに、20重量%の導電性エポキシCW2400硬化剤(ケムトロニクス社)を撹拌しながら添加した。これらの2つのフラスコの内容物を一つにして混合物を作製した。得られた混合物を1時間撹拌した後、その得られた混合物の固形分比率、密度および粘度を測定した。次いでその得られた混合物を2次容器の中にロ過し、粒子状汚染物を除去した。樹脂と硬化剤を含むその得られた混合物を接着促進剤として用い、実施例1に記載された方法で作製された第1および第2のアノード部の剥離層の上に塗布した。しかしながら、塗布後、アノード部に気泡が認められたことから、得られた接着促進剤混合物と金属リチウムとの間に化学反応が起きたことを示している。
磁気撹拌子、冷却管、および温度計を備えた三口の5Lフラスコの中に、アセトン(80.75重量%)を添加し、室温で撹拌した。この溶液に、撹拌しながら、15重量%のハードマンエポキシ樹脂(ハークロスケミカルズ社)を添加した。この懸濁液に4.25重量%の蒸留水を添加した。磁気撹拌子、冷却管、および温度計を備えた三口の第2の5Lフラスコの中に、アセトン(80.75重量%)を添加し、室温で撹拌した。この第2のフラスコに、15重量%ハードマンアミン硬化剤(ハークロスケミカルズ社)を撹拌しながら添加した。この懸濁液に4.25重量%の蒸留水を添加した。これらの2つのフラスコの内容物を一つにして混合物を作製した。得られた混合物を1時間撹拌した後、その得られた混合物の固形分比率、密度および粘度を測定した。次いでその得られた混合物を2次容器の中にロ過し、粒子状汚染物を除去した。樹脂と硬化剤を含むその得られた混合物を接着促進剤として用い、実施例1に記載された方法で作製された第1および第2のアノード部の剥離層の上に塗布した。接着促進剤の剥離層への塗布は、ノズルにより溶液を吹き付けることにより行った。各塗布後、金属リチウム層の表面には、浸食、損傷、または反応は観察されなかった。
本実施例は、2つのアノード部を剥離層を介して一体的に接着する方法を記載しており、該剥離層は、各アノード部と結合し、図2Bに示したものと同様の電極アセンブリを形成する。
本実施例は、2つのアノード部を剥離層を介して一体的に接着する方法を記載しており、該剥離層は、各アノード部と結合し、図2Bに示したものと同様の電極アセンブリを形成する。本実施例は、得られた電極アセンブリが、ジメトキシエタンと1,3−ジオキソランを含む電解質に対して安定であることを示している。
Claims (63)
- 集電体、電気活性物質層、および剥離層を有し、集電体が電気活性物質層と剥離層との間に配置されている電極。
- 上記集電体が、剥離層に隣接して配置され、電気活性物質層が集電体に隣接して配置されている請求項1記載の電極。
- 上記剥離層がポリマー材料を含む請求項1記載の電極。
- 上記剥離層が、ヒドロキシル官能基を有するポリマー材料を含む請求項1記載の電極。
- 上記剥離層が、ポリビニルアルコールを含む請求項1記載の電極。
- 上記剥離層が、約10ミクロン以下の厚さを有する請求項1記載の電極。
- 上記剥離層が、約3ミクロン以下の厚さを有する請求項1記載の電極。
- 上記剥離層が、水溶性である請求項1記載の電極。
- 上記剥離層が、界面活性剤を含む請求項1記載の電極。
- 上記剥離層の少なくとも80重量%が、紫外線硬化性材料ではない請求項1記載の電極。
- 上記集電体が、約12ミクロン以下の厚さを有する請求項1記載の電極。
- 上記集電体が、金属層である請求項1記載の電極。
- 上記集電体が、電気化学的に不活性である請求項1記載の電極。
- 上記集電体が、電気化学的に活性な材料を含む請求項1記載の電極。
- 上記電気活性物質層が、リチウムを含む請求項1記載の電極。
- 上記電気活性物質層が、金属リチウムを含む請求項1記載の電極。
- 上記電気活性物質層が、硫黄を含む請求項1記載の電極。
- 上記電気活性物質層が、約15ミクロンよりも大きい厚さを有する請求項1記載の電極。
- 上記電気活性物質層に隣接して1つまたは複数の保護層をさらに含む請求項1記載の電極。
- 第1の電気活性物質層、該第1の電気活性物質層に隣接する第1の集電体、該第1の集電体に隣接する第1の剥離層、該第1の剥離層に隣接する第2の集電体、および該第2の集電体に隣接する第2の電気活性物質層を有する電極。
- 第1の剥離層と第2の集電体との間に配置された第2の剥離層をさらに含む請求項20記載の電極。
- 第1の集電体と第2の集電体との間に配置された接着促進剤をさらに含む請求項21記載の電極。
- 第1の剥離層と第2の剥離層との間に配置された接着促進剤をさらに含む請求項21記載の電極。
- 第1の剥離層および/または第2の剥離層の中に分散された接着促進剤をさらに含む請求項21記載の電極。
- 上記電気活性物質層が、金属リチウムを含む請求項20記載の電極。
- 請求項20記載の電極をアノードとして含み、カソード活物質として硫黄を含むカソードをさらに含む電気化学電池。
- 第1の剥離層が、約10ミクロン以下の厚さを有する請求項20記載の電極。
- 第1の剥離層が、ポリマー材料を含む請求項20記載の電極。
- 第1の剥離層がポリビニルアルコールを含む請求項20記載の電極。
- 少なくとも集電体と電気活性物質を含む電極の作製方法であって、
キャリア基材の表面に剥離層を配置し、
該剥離層の表面に集電体を配置し、
該集電体に隣接して電気活性物質層を配置し、および
該キャリア基材から電極を剥離する、電極の作製方法。 - 上記キャリア基材が、ポリエチレンテレフタレートを含む請求項30記載の方法。
- 上記キャリア基材が、約50ミクロン以上の厚さを有する請求項30記載の方法。
- 上記キャリア基材が、約20ミクロン以上の厚さを有する請求項30記載の方法。
- 上記剥離層が、集電体に対してよりもキャリア基材に対して高い接着親和性を有し、
キャリア基材から電極を剥離する時、剥離層はキャリア基材に接着している、請求項30記載の方法。 - 上記剥離層が、キャリア基材に対してよりも集電体に対して高い接着親和性を有し、
キャリア基材から電極を剥離する時、剥離層は集電体に接着している、請求項30記載の方法。 - 上記剥離層が、約10ミクロン以下の厚さを有する請求項30記載の方法。
- 第1の剥離層が、ポリマー材料を含む請求項30記載の方法。
- 第1の剥離層が、ポリビニルアルコールを含む請求項30記載の方法。
- 剥離後、上記剥離層に隣接して接着促進剤を適用する請求項30記載の方法。
- 電気活性物質層、該電気活性物質層に隣接する集電体、該集電体に接する剥離層、および該剥離層と接し、該剥離層の厚さ以上の厚さを有するキャリア基材を有し、該キャリア基材が、該剥離層によって該集電体から剥離可能である物品。
- 上記剥離層が、キャリア基材に対してよりも集電体に対して高い接着親和性を有する請求項40記載の物品。
- 上記剥離層が、集電体に対してよりもキャリア基材に対して高い接着親和性を有する請求項40記載の物品。
- 上記剥離層が、約10ミクロン以下の厚さを有する請求項40記載の物品。
- 上記第1の剥離層が、ポリマー材料を含む請求項40記載の物品。
- 上記第1の剥離層が、ポリビニルアルコールを含む請求項40記載の物品。
- 請求項40記載の物品を含む気密性および湿密性包装物。
- 以下の工程を含む方法:
第1の電気活性物質層、第1の集電体、および第1の剥離層を含む第1の電極部を用意し;
第2の電気活性物質層、第2の集電体、および第2の剥離層を含む第2の電極部を用意し;および
第1の電極部と第2の電極部を積層して、第1の剥離部と第2の剥離部が対向するアセンブリを作製する。 - 積層工程に先だって、第1の剥離層と第2の剥離層の少なくとも1つに隣接するように接着促進剤を配置することをさらに含む請求項47記載の方法。
- 上記接着促進剤が、0.01〜3ミクロンの厚さを有する層の形態を有する請求項48記載の方法。
- 第1の剥離層と第2の剥離層の少なくとも1つに上記接着促進剤の少なくとも一部を分散させる請求項48記載の方法。
- 第1の剥離層と第2の剥離層の間に上記接着促進剤が離散層を形成しないように、第1の剥離層と第2の剥離層の少なくとも1つに上記接着促進剤の大部分を分散させることを含む請求項48記載の方法。
- 上記接着促進剤が、溶媒とポリマーを含む請求項48記載の方法。
- 第1の剥離層と第2の剥離層が、側鎖ヒドロキシド基を含み、上記接着促進剤が、スルホキシドを含む溶媒と、側鎖ヒドロキシド基を含むポリマーを含む請求項48記載の方法。
- 第1の剥離層と第2の剥離層が側鎖ヒドロキシド基を含むポリマーを含み、上記接着促進剤がスルホキシドを含む溶媒と、側鎖ヒドロキシド基を含むポリマーを含む請求項48記載の方法。
- 上記接着促進剤が、溶媒を含むがポリマーを含まない請求項48記載の方法。
- 第1の集電体が、第1の電気活性物質層と第1の剥離層の間に配置される請求項47記載の方法。
- 第2の集電体が、第2の電気活性物質層と第2の剥離層の間に配置される請求項47記載の方法。
- 第1の剥離層と第2の剥離層の少なくとも1つがポリマーを含む請求項47記載の方法。
- 上記の積層工程が、第1の剥離層の表面に溶媒を適用し、第1の剥離層の少なくとも一部を溶媒和し、次いで第1の剥離層と第2の剥離層を一体化することを含む請求項47記載の方法。
- 上記の積層工程が、第1の剥離層の表面に溶媒を適用し、次いで第1の剥離層と第2の剥離層を一体化することを含む請求項47記載の方法。
- 上記の積層工程が、互いに対する接着性を向上させるために、第1の剥離層および/または第2の剥離層の表面を活性化させることを含む請求項47記載の方法。
- キャリア基材の表面に上記剥離層を配置する工程が、以下の工程を含む請求項47記載の方法:
ポリマー材料と、アルコールを含む溶媒との混合物を約90℃よりも低い温度に加熱する工程;
該混合物でキャリア基材の表面を塗布する工程;および
該混合物から溶媒の少なくとも一部を取り除く工程。 - アノード、電解質、カソード、およびその上に電気化学電池の少なくとも一部を作製する基材に対する接着親和性よりも、電気化学電池の少なくとも1つの構成要素に対して高い接着親和性を有し、電気化学電池に対して、電気化学的特徴、構造的特徴、または活性化特徴を実質的に付与しない剥離層を含む電気化学電池。
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