JP2014524120A - リチウム金属アノードのための複合体保護層およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
(1) 暗闇で、化学量論比にしたがって、様々な濃度(0.1〜1M)のピロールおよび電解質(例えば、1MのLiPF6/(EC+DMC)(w/w 1:1))を配合する;
(2) 化学量論比にしたがって様々な質量のAlCl3を秤量し、上述した(1)と様々なAlCl3(0.1〜1M)−ピロール(0.1〜1M)−電解質(例えば、1MのLiPF6/(EC+DMC)(w/w 1:1))の混合溶液を配合する;
(3) リチウム電極として直径が14mm、厚さが1〜2mmの2つの新しいリチウムホイル、電解質として上述した(2)の混合溶液、およびセパレータとしてポリプロピレンフイルム(米国所在のCelgard社から得た)を使用して、2025のコイン型の対称セルを組み立て;1〜72時間の静置後、様々な時間に亘り電気化学ACインピーダンス試験を行う;
(4) 不活性雰囲気下または真空下で、作用電極として、直径が14mm、厚さが1〜2mmであり、鏡面となるように予め研磨したCu電極を使用して、他の条件は(3)の条件と同じで、セルを組み立て;24時間の静置後、定電流充放電試験を行う。
走査型電子顕微鏡法(SEM)を適用して、様々な定電流充放電サイクル試験後に、堆積したリチウムおよびLi電極表面の形態を観察する。堆積したリチウムの表面の元素分析のために、エネルギー分散型スペクトル(EDS)を適応する。
リチウム電極として、直径が14mm、厚さが1〜2mmのリチウムホイル、セパレータとして、ポリプロピレンフイルム(米国所在のCelgard社から得た)、および電解質として電解質(1MのLiPF6/(EC+DMC)(w/w 1:1))混合溶液を使用して、10mV/秒の走査速度で時間の経過による電気化学インピーダンスについて試験を行った;次いで、不活性雰囲気下または真空下で、作用電極として、鏡面となるように予め研磨した、リチウムホイルと同じサイズのCuホイルを使用して(他の条件は変わっていない)、セルを組み立て;24時間の静置後、定電流充放電試験を行った。結果が、以下の表1に示されている(図2および6も参照のこと)。
リチウム電極として、直径が14mm、厚さが1〜2mmのリチウムホイル、セパレータとして、ポリプロピレンフイルム(米国所在のCelgard社から得た)、および電解質としてピロール(0.1M)/電解質(1MのLiPF6/(EC+DMC)(w/w 1:1))混合溶液を使用して、10mV/秒の走査速度で時間の経過による電気化学インピーダンスについて試験を行った;次いで、不活性雰囲気下または真空下で、作用電極として、鏡面となるように予め研磨した、リチウムホイルと同じサイズのCuホイルを使用して(他の条件は変わっていない)、セルを組み立て;24時間の静置後、定電流充放電試験を行った。結果が、以下の表1に示されている。
リチウム電極として、直径が14mm、厚さが1〜2mmのリチウムホイル、セパレータとして、ポリプロピレンフイルム(米国所在のCelgard社から得た)、および電解質としてピロール(0.5M)/電解質(1MのLiPF6/(EC+DMC)(w/w 1:1))混合溶液を使用して、10mV/秒の走査速度で時間の経過による電気化学インピーダンスについて試験を行った;次いで、不活性雰囲気下または真空下で、作用電極として、鏡面となるように予め研磨した、リチウムホイルと同じサイズのCuホイルを使用して(他の条件は変わっていない)、セルを組み立て;24時間の静置後、定電流充放電試験を行った。結果が、以下の表1に示されている。
リチウム電極として、直径が14mm、厚さが1〜2mmのリチウムホイル、セパレータとして、ポリプロピレンフイルム(米国所在のCelgard社から得た)、および電解質としてAlCl3(0.01M)+ピロール(0.1M)/電解質(1MのLiPF6/(EC+DMC)(w/w 1:1))混合溶液を使用して、10mV/秒の走査速度で時間の経過による電気化学インピーダンスについて試験を行った;次いで、不活性雰囲気下または真空下で、作用電極として、鏡面となるように予め研磨した、リチウムホイルと同じサイズのCuホイルを使用して(他の条件は変わっていない)、セルを組み立て;24時間の静置後、定電流充放電試験を行った。結果が、以下の表1に示されている。
リチウム電極として、直径が14mm、厚さが1〜2mmのリチウムホイル、セパレータとして、ポリプロピレンフイルム(米国所在のCelgard社から得た)、および電解質としてAlCl3(0.05M)+ピロール(0.1M)/電解質(1MのLiPF6/(EC+DMC)(w/w 1:1))混合溶液を使用して、10mV/秒の走査速度で時間の経過による電気化学インピーダンスについて試験を行った;次いで、不活性雰囲気下または真空下で、作用電極として、鏡面となるように予め研磨した、リチウムホイルと同じサイズのCuホイルを使用して(他の条件は変わっていない)、セルを組み立て;24時間の静置後、定電流充放電試験を行った。結果が、以下の表1に示されている。
リチウム電極として、直径が14mm、厚さが1〜2mmのリチウムホイル、セパレータとして、ポリプロピレンフイルム(米国所在のCelgard社から得た)、および電解質としてAlCl3(0.1M)+ピロール(0.1M)/電解質(1MのLiPF6/(EC+DMC)(w/w 1:1))混合溶液を使用して、10mV/秒の走査速度で時間の経過による電気化学インピーダンスについて試験を行った;次いで、不活性雰囲気下または真空下で、作用電極として、鏡面となるように予め研磨した、リチウムホイルと同じサイズのCuホイルを使用して(他の条件は変わっていない)、セルを組み立て;24時間の静置後、定電流充放電試験を行った。結果が、以下の表1に示されている(図3〜5および7〜8も参照のこと)。
リチウム電極として、直径が14mm、厚さが1〜2mmのリチウムホイル、セパレータとして、ポリプロピレンフイルム(米国所在のCelgard社から得た)、および電解質としてAlCl3(0.1M)+ピロール(0.5M)/電解質(1MのLiPF6/(EC+DMC)(w/w 1:1))混合溶液を使用して、10mV/秒の走査速度で時間の経過による電気化学インピーダンスについて試験を行った;次いで、不活性雰囲気下または真空下で、作用電極として、鏡面となるように予め研磨した、リチウムホイルと同じサイズのCuホイルを使用して(他の条件は変わっていない)、セルを組み立て;24時間の静置後、定電流充放電試験を行った。結果が、以下の表1に示されている。
リチウム電極として、直径が14mm、厚さが1〜2mmのリチウムホイル、セパレータとして、ポリプロピレンフイルム(米国所在のCelgard社から得た)、および電解質としてAlCl3(0.1M)+ピロール(1M)/電解質(1MのLiPF6/(EC+DMC)(w/w 1:1))混合溶液を使用して、10mV/秒の走査速度で時間の経過による電気化学インピーダンスについて試験を行った;次いで、不活性雰囲気下または真空下で、作用電極として、鏡面となるように予め研磨した、リチウムホイルと同じサイズのCuホイルを使用して(他の条件は変わっていない)、セルを組み立て;24時間の静置後、定電流充放電試験を行った。結果が、以下の表1に示されている。
Claims (5)
- 金属アノード、および
前記金属アノード上に直接接触して形成された複合体保護フイルム、
を備えた、保護された金属アノード構造であって、
前記金属アノードが、アルカリ金属およびアルカリ土類金属からなる群より選択される金属を含み、
前記複合体保護フイルムが、有機化合物のマトリクス全体に亘り分散した無機化合物の粒子を含むものである、保護された金属アノード構造。 - 前記有機化合物が、アルキル化ピロリジン、フェニルピロリジン、アルケニルピロリジン、ヒドロキシルピロリジン、カルボニルピロリジン、カルボキシルピロリジン、ニトロシル化ピロリジンおよびアシルピロリジンの1種類以上を含む、請求項1記載の保護された金属アノード構造。
- 前記金属アノードはリチウム金属を含み、前記無機化合物はLiAl合金を含み、有機保護フイルムはリチウムピロリジンを含む、請求項1記載の保護された金属アノード構造。
- 保護された金属アノード構造を形成する方法であって、
金属アノードの露出表面を必要に応じて前処理する工程、
前記金属アノードを、金属塩および電子供与体化合物を含む溶液に曝露する工程、および
前記金属アノード上に、有機化合物のマトリクス全体に亘り分散した無機化合物の粒子を含む複合体保護フイルムを形成する工程、
を有してなり、
前記無機化合物が、前記金属塩と前記金属アノードとの反応生成物として形成され、前記有機化合物が、前記電子供与体化合物と前記金属アノードとの反応生成物として形成されるものである、方法。 - 前記電子供与体化合物が、ピロール、インドール、カルバゾール、2−アセチルピロール、2,5−ジメチルピロールおよびチオフェンからなる群より選択される、請求項4記載の方法。
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