JP2013538429A - 電気化学電池用の非導電性材料 - Google Patents
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Abstract
Description
本願は、2010年8月24日に出願された「電気化学電池用の非導電性材料」と題する米国仮特許出願第61/376,554号の関連出願であり、米国特許法第119条(e)の下でこの仮出願に基づく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。
第1基材表面部分に隣接する第1の部分と第2基材表面部分に隣接する第2の部分とを有する第1電極;
該第1電極の該第1の部分に対向する第1表面部分と、該第1表面部分に対向しない第2表面部分とを有する第2電極;
該第1電極の該第1の部分と該第2電極の該第1表面部分との間の第1の部分と、該第1電極の該第2表面部分に隣接する第2の部分と、該第1の部分および該第2の部分と直接接する第3の部分とを有し、実質的に連続な非導電性材料層。
面に垂直で、該面を含むバルク材料に対して垂直かつ遠ざかるように伸びる線が層と交差する時、該面と該層は互いに対向することができる。面は他の物体と接触している時、あるいは該面と該他の物体との間に1つまたは複数の中間材料が配置されている時には、その別の物体と対向することができる。例えば、互いに対向している2つの面は、それらの間の1つまたは複数の中間材料と接触することができ、あるいはそれらを含むこともできる。
本実施例は、非導電性材料層で被覆され、折り畳まれて電池を形成する電極、を含む電気化学電池の作製および使用について記載している。本実施例では、リチウムアノードと硫黄カソードが用いられた。
比抵抗=(抵抗・面積)/(厚さ)
本比較例では、縁部が保護されていないアノードを含む電気化学電池を作製し、試験した。被覆されたアノードは、実施例1で説明したと同様の材料と厚さを有していた。しかしながら、本比較例では、2つのアノードの片面を塗布し、それらを折り畳むのではなく積層してアノードを作製した。得られたアノードは折り畳まれた縁部を含まず、そのため、図5に示すように、アノード/非導電性材料の複合体の周囲に沿ってアノード材料が露出していた。硫黄カソードは、実施例1に記載されたと同様の材料および方法を用いて製造した。積層されたアノードと2つのカソードは、図5の模式断面図に示すように、サンドイッチ構造の中に組み込まれた。
本実施例は、非導電性材料層で被覆され、折り畳まれて電池を形成する電極を含む電気化学電池の作製および使用について記載している。本実施例では、リチウムアノードと硫黄カソードを用いた。
ホキシド(DMSO)中にポリビニルアルコール(セルボル425)(55重量%)とリチウムビス−(トリフルオロメチルスルフォン)イミド(45重量%)を含む複合体をリチウムの上面に塗布した。非導電性材料の厚さは25ミクロンであった。
Claims (83)
- 非導電性材料層と、該非導電性材料層から離れて配置された電極面を有し、第1電極面部分と第2電極面部分を規定する、実質的に連続している電極とを含む多層構造体を用意すること、および該第1電極面部分が該第2電極面部分に対向するように軸に沿って該多層構造体を折り畳むこと、を含む方法。
- 前記非導電性材料層と前記電極が接触している請求項1記載の方法。
- 前記非導電性材料層と前記電極が、それらの間に少なくとも1つの中間材料を含む請求項1記載の方法。
- 前記の多層構造体を用意することが、互いに隣接するように前記非導電性材料層と前記電極とを配置して多層構造体を形成することを含む請求項1記載の方法。
- 前記電極がアノードである請求項1記載の方法。
- 前記電極がカソードである請求項1記載の方法。
- 前記の互いに隣接するように前記非導電性材料層と前記電極とを配置することが、前記非導電性材料層を前記電極の上に形成することを含む請求項4記載の方法。
- 露出された電極面の第1部分が、露出された電極面の第2部分と接触している請求項1記載の方法。
- 露出された電極面の第1部分が、露出された電極面の第2部分と離間している請求項1記載の方法。
- 露出された被覆面の少なくとも一部に隣接して第2電極を配置することをさらに含み、第1電極が第1の極性を有し、第2電極が、第1の極性とは反対の第2の極性を有する請求項1記載の方法。
- 前記電極が基材の上に形成されている請求項1記載の方法。
- 前記基材が導電性である請求項11記載の方法。
- 第1電極および/または第2電極の活性面に垂直な成分を含む異方的な力を加えることをさらに含む請求項10記載の方法。
- 第1電極と第2電極との間に少なくとも約1ボルトの電圧を加えた時に、第1電極と第2電極との間の電気抵抗が少なくとも約100Ωである請求項13記載の方法。
- 前記の異方的な力が、少なくとも約4.9N/cm2の圧力を与える請求項13記載の方法。
- 多層構造体であって、該構造体のバルクの切断部が、
第1の極性を有する第1電極層部分、
第1の極性と反対の第2の極性を有する第2電極層部分、
第1の極性を有する第3電極層部分、
第1電極層部分と第2電極層部分との間の第1非導電性材料層部分、および
第2電極層部分と第3電極層部分との間の第2非導電性材料層部分を含み、
非導電性材料からなる第3部分により、第1非導電性材料層部分と第2非導電性材料層部分とが直接接続され、第1電極層部分と第2電極層部分との間の平均距離および/または第2電極層部分と第3電極層部分との間の平均距離が約100ミクロン未満である、該多層構造体。 - 第1非導電性材料層部分、第2非導電性材料層部分および第3非導電性材料層部分が、それぞれ、実質的に連続な非導電性材料層の一部である請求項16記載の多層構造体。
- 前記の電極層部分の少なくとも1つがアノードの一部である請求項16記載の多層構造体。
- 前記アノードがリチウムを含む請求項18記載の多層構造体。
- 第1電極層部分と第3電極層部分がアノードの一部であり、第2電極層部分がカソードの一部である請求項16記載の多層構造体。
- 前記の電極層部分の少なくとも1つがカソードの一部である請求項16記載の多層構造体。
- 前記カソードが硫黄を含む請求項21記載の多層構造体。
- 第1電極層部分と第3電極層部分がカソードの一部であり、第2電極層部分がアノードの一部である請求項16記載の多層構造体。
- 第1電極層部分と第2電極層部分の間の平均距離が約100ミクロン未満である請求項16記載の多層構造体。
- 第1電極層部分と第2電極層部分の間の平均距離が約50ミクロン未満である請求項16記載の多層構造体。
- 第1電極層部分と第2電極層部分の間の平均距離が約20ミクロン未満である請求項16記載の多層構造体。
- 第1電極層部分と第2電極層部分の間の平均距離が約10ミクロン未満である請求項16記載の多層構造体。
- 第1電極層部分と第2電極層部分の間の平均距離が約5ミクロン未満である請求項16記載の多層構造体。
- 第1電極層部分と第2電極層部分の間の平均距離が約1ミクロン未満である請求項16記載の多層構造体。
- 第2電極層部分と第3電極層部分の間の平均距離が約100ミクロン未満である請求項16記載の多層構造体。
- 第2電極層部分と第3電極層部分の間の平均距離が約50ミクロン未満である請求項16記載の多層構造体。
- 第2電極層部分と第3電極層部分の間の平均距離が約20ミクロン未満である請求項16記載の多層構造体。
- 第2電極層部分と第3電極層部分の間の平均距離が約10ミクロン未満である請求項16記載の多層構造体。
- 第2電極層部分と第3電極層部分の間の平均距離が約5ミクロン未満である請求項16記載の多層構造体。
- 第2電極層部分と第3電極層部分の間の平均距離が約1ミクロン未満である請求項16記載の多層構造体。
- 第1非導電性材料層部分および/または第2非導電性材料層の少なくとも1つが、第1電極層部分、第2電極層部分および/または第3電極層部分の少なくとも1つと共有結合で結合されている請求項16記載の多層構造体。
- 第1非導電性材料層部分および/または第2非導電性材料層の少なくとも1つが、第2電極層部分と共有結合で結合されている請求項36記載の多層構造体。
- 第1非導電性材料層部分および/または第2非導電性材料層の少なくとも1つが、第2電極層部分の上に形成された被膜を含んでいる請求項16記載の多層構造体。
- 第1非導電性材料層部分および/または第2非導電性材料層の少なくとも1つが、ポリマーを含んでいる請求項16記載の多層構造体。
- 第2電極層部分の2つの部分の間に集電体をさらに含んでいる請求項16記載の多層構造体。
- 前記集電体が、基材を含み、該基材の上には第2電極層が形成されている請求項40記載の多層構造体。
- 第1電極層部分および第2電極層部分の少なくとも1つが、前記の非導電性材料層と電気的に接触している請求項16記載の多層構造体。
- 第1電極層部分および第2電極層部分の少なくとも1つが、前記の非導電性材料層から離間している請求項16記載の多層構造体。
- 前記多層構造体が電気化学電池の一部である請求項16記載の多層構造体。
- 前記多層構造体が充電可能なバッテリーの一部である請求項16記載の多層構造体。
- 第1電極層、第2電極層、および/または第3電極層の活性面に垂直な成分を含む異方的な力が前記多層構造体に加えられるように構成されている請求項16記載の多層構造体。
- 第1電極層と第2電極層との間に少なくとも約1ボルトの電圧が印加された時、第1電極層と第2電極層との間の電気抵抗が少なくとも約100Ωである請求項46記載の多層構造体。
- 前記の異方的な力が、少なくとも約4.9N/cm2の圧力を与えるものである請求項46記載の多層構造体。
- 第1の極性を有する第1電極部分、
第1の極性とは反対の第2の極性を有する第2電極部分、
第1の極性を有する第3電極部分、および
第1電極部分と第2電極部分との間の第1部分と、第2電極部分と第3電極部分との間の第2部分と、第1部分および第2部分と直接接触する第3部分とを含み、実質的に連続な、非導電性材料層を含み、
第1電極層部分と第2電極層部分との間の平均距離および/または第2電極層部分と第3電極層部分との間の平均距離が約100ミクロン未満である、電気化学電池。 - 前記の非導電性材料層が、乾燥時に、少なくとも約105Ω・mの電気抵抗を有する請求項49記載の電気化学電池。
- 第1電極部分および第3電極部分がアノードの一部であり、第2電極部分がカソードの一部である請求項49記載の電気化学電池。
- 第1電極部分および第3電極部分がカソードの一部であり、第2電極部分がアノードの一部である請求項49記載の電気化学電池。
- 第1電極部分と第2電極部分との間の平均距離が約100ミクロン未満である請求項49記載の電気化学電池。
- 第2電極部分と第3電極部分との間の平均距離が約100ミクロン未満である請求項49記載の電気化学電池。
- 前記非導電性材料層が第2電極部分に共有結合で結合されている請求項49記載の電気化学電池。
- 非導電性材料層が、第2電極部分の上に形成された被膜を含む請求項49記載の電気化学電池。
- 第1電極部分、第2電極部分、および第3電極部分の少なくとも1つが、前記非導電性材料層と接触している請求項49記載の電気化学電池。
- 第1電極部分および第2電極部分の少なくとも1つが実質的に平面である請求項49記載の電気化学電池。
- 第1電極、第2電極、および/または第3電極の活性面に垂直な成分を含む異方的な力が前記電気化学電池に加えられるように構成されている請求項49記載の電気化学電池。
- 使用時においては、前記の異方的な力が加えられている間は、前記電気化学電池は短絡しない請求項59記載の電気化学電池。
- 前記の異方的な力が、少なくとも約4.9N/cm2の圧力を与えるものである請求項59記載の電気化学電池。
- 以下のものを含む電気化学電池:
第1基材面部分と、該第1基材面部分とは対向しない第2基材面部分とを有する基材;
第1基材面部分と隣接する第1部分と、第2基材面部分と隣接する第2部分とを有する第1電極;
第1電極の第1部分に対向する第1面部分と、第2電極の第1面部分とは対向しない第2面部分とを有する第2電極;および
第1電極の第1部分と第2電極の第1面部分との間の第1の部分、第1電極の第2面部分に隣接する第2の部分、および第1部分と第2部分に直接接触する第3の部分を有し、実質的に連続な非導電性材料層。 - 第1電極層と第2電極層との間に少なくとも約1ボルトの電圧が印加された時、前記電気化学電池の電気抵抗が少なくとも約100Ωである請求項62記載の電気化学電池。
- 前記基材が導電性である請求項62記載の電気化学電池。
- 第1電極が前記基材と接触している請求項62記載の電気化学電池。
- 第1電極と前記基材との間に少なくとも1つの中間材料が配置されている請求項62記載の電気化学電池。
- 前記非導電性材料層が第1電極と接触している請求項62記載の電気化学電池。
- 前記非導電性材料層が、第1電極の上に配置された実質的に連続な層を含む請求項62記載の電気化学電池。
- 第1電極および/または第2電極の活性面に垂直な成分を含む異方的な力が前記電気化学電池に加えられるように構成されている請求項62記載の電気化学電池。
- 使用時においては、前記の異方的な力が加えられている間は、前記電気化学電池は短絡しない請求項69記載の電気化学電池。
- 前記の異方的な力が、少なくとも約4.9N/cm2の圧力を与えるものである請求項69記載の電気化学電池。
- 記載された順番で配置された以下の層部分を含むとともに、同じまたは異なる材料から成り記載された層の間に介在するいくつかの他の層を必要に応じて含む多層構造体を有する電気化学電池であって、第2電極層部分と第3電極層部分は、単一で、実質的に連続な電極の一部分であり、第1の極性を有する電極部分は、第2電極層部分と第3電極層部分の間に介在するように配置されていない、該電気化学電池:
第1の極性を有する第1電極層部分;
第2の極性を有する第2電極層部分;
第2の極性を有する第3電極層部分;および
第1の極性を有する第4電極層部分。 - 第1電極層部分と第2電極層部分との間に非導電性材料層部分をさらに含む請求項72記載の電気化学電池。
- 第3電極層部分と第4電極層部分との間に非導電性材料層部分をさらに含む請求項72記載の電気化学電池。
- 第1電極層部分と第2電極層部分との間の第1非導電性材料層部分と、第3電極層部分と第4電極層部分との間の第2非導電性材料層部分とをさらに含む請求項72記載の電気化学電池。
- 第1非導電性材料層部分と第2非導電性材料層部分とが直接接続されている請求項75記載の電気化学電池。
- 第1非導電性材料層部分と第2非導電性材料層部分が、それぞれ、実質的に連続な層の一部である請求項75記載の電気化学電池。
- 第2電極層部分と第3電極層部分との間に第1基材部分をさらに含む請求項72記載の電気化学電池。
- 第1基材部分と第2電極層部分との間に第2基材部分をさらに含む請求項78記載の電気化学電池。
- 第1基材部分と第2基材部分が、それぞれ、実質的に連続な基材の一部である請求項75記載の電気化学電池。
- 第1電極層部分、第2電極層部分、第3電極層部分、および/または第4電極層部分の活性面に垂直な成分を含む異方的な力が前記電気化学電池に加えられるように構成されている請求項72記載の電気化学電池。
- 使用時においては、前記の異方的な力が加えられている間は、前記電気化学電池は短絡しない請求項81記載の電気化学電池。
- 前記の異方的な力が、少なくとも約4.9N/cm2の圧力を与えるものである請求項81記載の電気化学電池。
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