JP2016527668A - リチウムイオン電池用の導電性炭素 - Google Patents
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Abstract
Description
リチウムイオン系の電気活性材料、および、
130〜700m2/gの範囲のBET表面積および0.5〜1の範囲のSTSA/BET比を有するカーボンブラック、
を含む正極配合物が提供される。
バインダ、および、
溶媒、
を含み、ここで、カーボンブラックは、130〜700m2/gの範囲のBET表面積および0.5〜1の範囲のSTSA/BET比を有している。
カーボンブラック、リチウムイオン系電気活性材料、およびバインダを含む粒子を、溶媒の存在の下で混合して、ペーストを生成させる工程;
このペーストを基材上に堆積させる工程;ならびに、
正極を形成させる工程;
を含む正極の製造方法であって、
このカーボンブラックは、130〜700m2/gの範囲のBET表面積および0.5〜1の範囲のSTSA/BET比を有している、
正極の製造方法が提供される。
La=43.5×(Gバンドの面積/Dバンドの面積)
式中、Laは、オングストロームで計算される。従って、より高いLa値は、より規則的な結晶構造に相当する。他の態様では、カーボンブラックは、少なくとも35Å、少なくとも40Å、少なくとも45Å、または少なくとも50Åの結晶子サイズを有している。
LiMPO4、ここでMは、Fe、Mn、Co、およびNiから選択される1種または2種以上の金属を表している;
LiM’O2、ここでM’は、Ni、Mn、Co、Al、Mg、Ti、V、Cr、Fe、Zr、Ga、およびSiから選択される1種または2種以上の金属を表している;
Li(M’’)2O4、ここでM’’は、Ni、Mn、Co、Al、Mg、Ti、V、Cr、Fe、Zr、Ga、およびSiから選択される1種または2種以上の金属を表している(例えば、Li[Mn(M’’)]2O4);ならびに、
Li1+x(NiyCo1−y−zMnz)1−xO2、ここでxは、0〜1の範囲、yは0〜1の範囲、そしてzは、0〜1の範囲である。
リチウムイオン系電気活性材料、および、
130〜700m2/gの範囲のBET表面積および0.5〜1の範囲のSTSA/BET比を有するカーボンブラック、
を含む、から本質的になる、または、からなる正極配合物が提供される。
リチウムイオン系電気活性材料、カーボンブラック、およびバインダ、
を含む、から本質的になる、またはからなる正極配合物が提供され、
ここで、カーボンブラックは、130〜700m2/gの範囲のBET表面積および0.5〜1の範囲のSTSA/BET比を有している。
る。
カーボンブラック、リチウムイオン系電気活性材料、およびバインダを含む粒子を、溶媒の存在の下で混合して、ペーストを生成させる工程;
このペーストを基材上に堆積させる工程;ならびに、
正極を形成させる工程;
を含み、
このカーボンブラックは、130〜700m2/gの範囲のBET表面積および0.5〜1の範囲のSTSA/BET比を有する、
正極の製造方法が提供される。
バインダ;および、
溶媒、
を更に含んでおり、このカーボンブラックは、130〜700m2/gの範囲のBET表面積および0.5〜1の範囲のSTSA/BET比を有している。
カーボンブラック試料CB−A、CB−BおよびCB−Cを、それぞれ以下のカーボンブラックを加熱処理することによって生成させた:Cabot Corporationから入手可能なVulcan(商標)XC72およびXC500導電性ブラック、ならびにBlack Pearls(商標)700カーボンブラック。全ての3種のカーボンブラック試料を、N2下で、1200℃で箱形炉中で4時間処理した。カーボンブラック試料CB−Dを、N2下で、1400℃でPBX(商標)42(Cabot Corporation)を1時間加熱することによって調製した。正極配合物を、以下の一般的配合で調製した:(100−2x)質量%の活性材料、x質量%のPVDF、x質量%のCB、ここでPVDFおよびCCFの質量分率xは等しく、そして1、2または3質量%と変化させた。用いられた活性材料(「CATH」)は、式LiNi0.33Co0.33Mn0.33O2の粉末であり、そして平均D50=2.4μmを有する小粒子径の材料と考えられ、米国特許第6,770,226号明細書(参照することによって本明細書の内容とする)中に記載されている反応スプレー法によって調製される。この例で用いたこれらのカーボンブラックの性質を下記の表1に示した。
正極配合物は、例1中に記載されているように調製された。用いられた活性材料(「CATH」)は、米国特許第6,770,226号明細書(その開示を参照することによって本明細書の内容とする)に記載されているように、反応性スプレー法によって調製された式LiNi0.33Co0.33Mn0.33O2の粉末であった。活性材料は、0.7m2/gの比BET表面積およびD10=3.82μm、D50=5.22μm、D90=7.63μmの中位の(medium)粒子径分布を有していた。正極配合物は、下記の表2に示したように、異なるBET表面積を有する種々の電導性カーボンブラックで調製された。
正極配合物を、0.27m2/gの比BET表面積および、D10=5.74μm、D50=10.93μm、D90=18.72μmの粒子径分布を有する、式LiNi0.33Co0.33Mn0.33O2の大粒子径活性材料を用いて、例1に従って調製した。種々のカーボンブラックを、1.5mAh/cm2の電極を作るために添加剤として用いたが、表3中にそれらの性質を列挙した。
この例では、電極は、活性材料の混合物で調製された。80質量%のリチウムコバルト酸化物(LCO)大粒子(0.02m2/gの比BET表面積および、D10=6.02μm、D50=12.35μm、D90=22.78μmの粒子径分布)の正極粉末を、20質量%の、例2からのLiNi0.33Co0.33Mn0.33O2の中位の粒子径の粒子と混合した。下記の表4に列挙したように、カーボンブラックの幾つかの品種を、3.0mAh/cm2電極を作るために用いた。
Claims (37)
- リチウムイオン系電気活性材料、および、
130〜700m2/gの範囲のBET表面積および0.5〜1の範囲のSTSA/BET比を有するカーボンブラック、
を含んでなる正極配合物。 - 前記カーボンブラックが、130〜500m2/gの範囲のBET表面積を有している、請求項1記載の正極配合物。
- 前記カーボンブラックが、130〜300m2/gの範囲のBET表面積を有している、請求項1記載の正極配合物。
- 前記カーボンブラックが、250mL/100gより小さいOANを有している、請求項1〜3のいずれか1項記載の正極配合物。
- 前記カーボンブラックが、100〜250mL/100gの範囲のOANを有している、請求項1〜3のいずれか1項記載の正極配合物。
- 前記カーボンブラックが、前記配合物の全質量に対して、0.1質量%〜10質量%の範囲の量で存在する、請求項1〜5のいずれか1項記載の正極配合物。
- 前記カーボンブラックが、前記配合物の全質量に対して、1質量%〜10質量%の範囲の量で存在する、請求項1〜5のいずれか1項記載の正極配合物。
- 前記カーボンブラックが、ラマン分光法によって測定された少なくとも35%の結晶性(ID/IG)を有する、請求項1〜7のいずれか1項記載の正極配合物。
- 前記カーボンブラックが、ラマン分光法によって測定された少なくとも25Åの結晶子サイズ(La)を有する、請求項1〜8のいずれか1項記載の正極配合物。
- 前記カーボンブラックが、ラマン分光法によって測定された少なくとも30Åの結晶子サイズ(La)を有する、請求項1〜8のいずれか1項記載の正極配合物。
- 前記カーボンブラックが、ラマン分光法によって測定された少なくとも35Åの結晶子サイズ(La)を有する、請求項1〜8のいずれか1項記載の正極配合物。
- 前記カーボンブラックが、10mJ/m2以下の表面エネルギーを有する、請求項1〜11のいずれか1項記載の正極配合物。
- 前記カーボンブラックが、5mJ/m2以下の表面エネルギーを有する、請求項1〜11のいずれか1項記載の正極配合物。
- 前記カーボンブラックが、1mJ/m2以下の表面エネルギーを有する、請求項1〜11のいずれか1項記載の正極配合物。
- 前記電気活性材料が、1μm〜10μmの範囲のD50を有している、請求項1〜14のいずれか1項記載の正極配合物。
- 前記電気活性材料が、1μm〜6μmの範囲のD50を有している、請求項1〜14のいずれか1項記載の正極配合物。
- 前記電気活性材料が、1μm〜5μmの範囲のD50を有している、請求項1〜14のいずれか1項記載の正極配合物。
- 前記電気活性材料が、前記正極配合物の全質量に対して少なくとも80質量%の量で該正極配合物中に存在する、請求項1〜17のいずれか1項記載の正極配合物。
- 前記電気活性材料が、前記正極配合物の全質量に対して少なくとも90質量%の量で該正極配合物中に存在する、請求項1〜17のいずれか1項記載の正極配合物。
- 前記カーボンブラックが、前記正極配合物の全質量に対して3質量%〜10質量%の範囲の量で該正極配合物中に存在する、請求項1〜19のいずれか1項記載の正極配合物。
- 前記カーボンブラックが、熱処理されたカーボンブラックである、請求項1〜20のいずれか1項記載の正極配合物。
- 前記カーボンブラックが、少なくとも1000℃の温度で熱処理されている、請求項21記載の正極配合物。
- 前記カーボンブラックが、1000℃〜2500℃の範囲の温度で熱処理されている、請求項21記載の正極配合物。
- 前記カーボンブラックが、1200℃〜2100℃の範囲の温度で熱処理されている、請求項21記載の正極配合物。
- 前記電気活性材料が、
LiMPO4、ここでMは、Fe、Mn、Co、およびNiから選択される1種または2種以上の金属を表す;
LiM’O2、ここでM’は、Ni、Mn、Co、Al、Mg、Ti、V、Cr、Fe、Zr、Ga、およびSiから選択される1種または2種以上の金属を表す;
Li(M’’)2O4、ここでM’’は、Ni、Mn、Co、Al、Mg、Ti、V、Cr、Fe、Zr、Ga、およびSiから選択される1種または2種以上の金属を表す;ならびに、
Li1+x(NiyCo1−y−zMnz)1−xO2、ここでxは0〜1の範囲、yは0〜1の範囲、そしてzは0〜1の範囲である、
から選択される、請求項1〜24のいずれか1項記載の正極配合物。 - 前記電気活性材料が、LiNiO2;LiNixAlyO2、ここでxは0.8〜0.99の範囲であり、yは0.01〜0.2の範囲であり、そしてx+y=1である;LiCoO2;LiMn2O4;Li2MnO3;LiNi0.5Mn1.5O4;LiFexMnyCozPO4、ここで、xは0.01〜1の範囲であり、yは0.01〜1の範囲であり、zは0.01〜0.2の範囲であり、そしてx+y+z=1である;LiNi1−x−yMnxCoyO2、ここでxは0.01〜0.99の範囲でありそしてyは0.01〜0.99の範囲である;ならびにLi2MnO3相もしくはLiMn2O3相を含む層−層組成物の少なくとも1つから選択される、
請求項1〜24のいずれか1項記載の正極配合物。 - 前記電気活性材料が、Li2MnO3;LiNi1−x−yMnxCoyO2、ここでxは0.01〜0.99の範囲でありそしてyは0.01〜0.99の範囲である;LiNi0.5Mn1.5O4;Li1+x(NiyCo1−y−zMnz)1−xO2、ここでxは0〜1の範囲であり、yは0〜1の範囲であり、そしてzは0〜1の範囲である;ならびにLi2MnO3相およびLiMn2O3相の少なくとも1つを含む層−層組成物の少なくとも1つから選択される、
請求項1〜24のいずれか1項記載の正極配合物。 - 前記電気活性材料が、スプレー法によって調製される、請求項1〜27のいずれか1項記載の正極配合物。
- 前記カーボンブラックが、前記リチウムイオン系材料で均一に散在されている、請求項1〜28のいずれか1項記載の正極配合物。
- カーボンブラックの電気活性材料に対する前記表面積比が、1〜5の範囲である、請求項1〜29のいずれか1項記載の正極配合物。
- バインダを更に含む、請求項1〜30のいずれか1項記載の正極配合物。
- 請求項1〜31のいずれか1項記載の正極配合物を含む正極。
- 前記正極が、少なくとも10μmの厚さを有する、請求項32記載の正極。
- 請求項32または33の正極を含む電気化学セル。
- リチウムイオン系電気活性材料およびカーボンブラックを含む粒子を含んでなる正極ペーストであって、該ペーストが、
バインダ、および、
溶媒、
を更に含み、
該カーボンブラックが、130〜700m2/gの範囲のBET表面積および0.5〜1の範囲のSTSA/BET比を有する、
正極ペースト。 - カーボンブラック、リチウムイオン系電気活性材料、およびバインダを含む粒子を、溶媒の存在の下で混合してペーストを生成させる工程、
基材上に該ペーストを堆積させる工程、ならびに、
正極を形成させる工程、
を含んでなる正極の製造方法であって、
該カーボンブラックが、130〜700m2/gの範囲のBET表面積および0.5〜1の範囲のSTSA/BET比を有する、
方法。 - 前記形成が、前記溶媒を除去する工程を含む、請求項36記載の方法。
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