JP2014532282A - リチウム二硫化鉄バッテリ - Google Patents
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Abstract
Description
a.とりわけ、90℃での0.01C、50%断続的放電では、好ましくはポリイミドを含む不織布ポリマーセパレータが、好ましくはポリエチレン及び/又はポリプロピレンを含む微多孔性ポリオレフィンセパレータと結合される。
b.20から40%の重量のスルホランを含む液体電解質溶液。代替的に、高い溶解度パラメータ(例えば、少なくとも25(J/cm3)1/2)を示す任意の溶媒が、要求される温度でのセパレータの軟化、劣化、及び/又は破損を防止するためにポリマーセパレータに対して十分な弾力性を提供することができる。
c.高温ポリマー骨格材料(即ち、セパレータの平面を完全に貫通しセパレータ構造によって占められる容積の少なくとも50%を占める空隙を生成する開口部を有して形成)を含み、好ましくはポリイミドを含み、電解質組成物の及び電解質組成物中への可溶性又は高い吸収性を有し骨格材料の開口部に保持される(原子又は分子結合、接着、電離放射線、或いは他の架橋技術の何れかによって)第2のセパレータポリマー材料と結合され、適切な機械的及び熱的特性を有する二相構造を生成するセパレータであって、第2の材料は連続的な細孔充填相を形成し、この細孔充填相は、イオン伝導性を提供し、開口部内部に位置する場合に好ましくは(随意的に)膨張する、セパレータ。
d.i)各層の細孔サイズが全体の厚さわたって変化する細孔サイズと、ii)各層で異なる様々な融点を有する組成物と有し、(前者に関して)熱的シャットダウンを強化するミクロ/マクロ細孔の組み合わせを生成し、(後者に関して)非常な高温で良好な機械的強度を提供する、複数の個別層を含む「非対称」セパレータ。この層の少なくとも一つは、更にイオン伝導性を高めるために含浸させることができる(即ち、細孔は充填される)。所望の熱的シャットダウンを容易にするために、好ましくは、より低融点の材料が比較的小さい細孔(他の層/材料に対して)を有する。好ましくは他の層のうちの1つと同一である随意的な第3の層は、セパレータのより容易な含浸及び/又は取扱いを可能にするサンドイッチ型セパレータ構造を形成するために使用することができる。
非水性電解質が使用される場合、イオン透過性で非導電性であるセパレータ膜は、上記で特定された特性の少なくとも1つを有する必要がある。セパレータは、セパレータの細孔内部に少なくとも若干の電解質を保持することができる必要がある。セパレータは、アノードとカソードとの隣接する表面の間に配置され、電極を互いに電気的に絶縁させる。更に、セパレータの一部分は、セル端子と電気的に接触する他の構成要素を絶縁させて内部短絡を防止することができる。セパレータの縁部は、多くの場合に少なくとも1つの電極の縁部を越えて延び、アノード及びカソードが完全に互いに整列されていない場合にも電気的に接触しないことを保証する。しかしながら、電極を越えて延びるセパレータの量を最小限に抑えることが望ましい。
セル構造とは無関係に、電解質組成物(一般的には、少なくとも1つの有機液体溶媒中に溶解した少なくとも1つの溶質からなる)は、幾つかの特徴を有する。まず第1に、電解質組成物は、所望の電気化学反応を促進するように正極及び負極の成分に適合する必要がある。更に、電解質組成物は、セル自体のあらゆる内部構成要素を劣化させること又はそれらと反応することがあってはならない。
、
、及び
である場合、最も混和性を有する可能性があることが予測される。この場合、有意な水素結合相互作用は予想されない。従って、溶解度パラメーター(δ)の個々の成分が既知である必要はない。
セル容器は、多くの場合に金属缶であり、例えば図1の缶のような密閉底部を有する。缶材料は、セル内で使用される活物質及び電解質に部分的に依存する。一般的な材料の種類は鋼である。例えば、缶は、缶の外側を腐食から保護するために少なくとも外側をニッケルでメッキした鋼で作製することができる。メッキの種類は、様々な程度の耐食性又は所望の外形を提供するために、様々なものにできる。鋼の種類は、容器が形成される方法に部分的に依存する。延伸缶に関しては、鋼は、ASTM9−11の粒径を有する拡散アニール、低カーボン、アルミニウムキルド、SAE1006、又は同等の鋼とすることができ、僅かに引き伸ばした粒形と等軸である。ステンレス鋼などの他の鋼は、特別な要求を満たすために使用することができる。例えば、缶がカソードと電気的に接触している場合、ステンレス鋼は、カソード及び電解質による腐食に対する耐性を強化するために使用することができる。
アノードは、リチウムホイルと呼称されることもあるリチウム金属からなるストリップを含む。バッテリグレードリチウムに関しては常に純度が高いが、リチウムの組成は様々なものにでき得る。リチウムをアルミニウムなどの他の金属と合金化して、所望のセルの電気性能を提供すること又は取扱いを容易にすることができるが、あらゆる合金内のリチウムの量は最大化される必要がある。0.5重量パーセントのアルミニウムを含む適当なバッテリグレードリチウムアルミニウムホイルが、米国ノースカロライナ州キングスマウンテンのChemetall Foote Corp.から入手可能である。
・本質的にリチウム又はリチウム合金から構成されるアノード、
・活物質として二硫化鉄を含むコーティングが固体集電体上に施されたカソード、
・所定の融点を有するポリマーを含む高温ポリマーセパレータ、
・第1のポリマーを含む骨格構造と、第2のポリマーを含む充填ポリマーとを有する高温ポリマーセパレータ、
・所定の溶解度パラメータを有する電解質、
・セパレータとは異なる液体電解質、
・アノード、カソード、及びセパレータが螺旋状に巻回されること、
・セルが0.01C以下の放電率及び70℃以上の温度で放電する場合、電解質の溶解度パラメータは、ポリマーの融点に関連して早期電圧低下を防止する程度に大きいこと、
・セパレータが、ポリイミドを含むこと、
・セパレータが、ポリエチレンを更に含む二重層であること、
・ポリイミドが30ミクロン未満であり、ポリエチレンが10ミクロンを超え、二重層セパレータの全体の厚さが50ミクロン未満であること、及び/又は
・第1のポリマーが、セルに関して予想される放電温度で軟化しないこと、
12 缶
14 セルカバー
16 ガスケット
18 アノード
20 カソード
22 集電体
26 セパレータ
36 リード
38 外側ラップ
40 端子カバー
44 電気絶縁底部ディスク
46 絶縁錐体部
48 粘着ラベル
Claims (6)
- 本質的にリチウム又はリチウム合金から構成されるアノードと、
活物質として二硫化鉄を含むカソードコーティングが固体集電体上に施されたカソードと、
所定の融点を有するポリマーを含む高温ポリマーセパレータと、
所定の溶解度パラメータを有する電解質と、
を備える電気化学セルであって、
前記アノード、前記カソード、及び前記セパレータは螺旋状に巻回され、
前記セルが0.01C以下の放電率及び70℃以上の温度で放電する場合、前記電解質の溶解度パラメータは、前記ポリマーの融点に関連して早期電圧低下を防止するだけ十分に大きい、
ことを特徴とする電気化学セル。 - 前記セパレータは、ポリイミドを含む、請求項1に記載のセル。
- 前記セパレータは、ポリエチレンを更に含む二重層である、請求項2に記載のセル。
- 前記ポリイミドは、30ミクロン未満であり、前記ポリエチレンは、10ミクロンを超え、前記二重層セパレータの全体の厚さは、50ミクロン未満である、請求項3に記載のセル。
- 本質的にリチウム又はリチウム合金から構成されるアノードと、
活物質として二硫化鉄を含むカソードコーティングが固体集電体上に施されたカソードと、
第1のポリマーを含む骨格構造と第2のポリマーを含む充填ポリマーとを有する高温ポリマーセパレータと、
前記セパレータとは異なる液体電解質と、
含む電気化学セルであって、
前記アノード、前記カソード、及び前記セパレータは螺旋状に巻回され、
前記液体電解質は、前記第2のポリマーによって少なくとも部分的に吸収され、
前記第1のポリマーは、前記セルに関して予想される放電温度で軟化しない、
ことを特徴とする電気化学セル。 - 前記第1のポリマーはポリイミドを含み、前記予想放電温度は少なくとも90℃である、請求項5に記載のセル。
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