JP2017528881A - 最初の充電工程前の状態のカソードおよびこのカソードを含むリチウムイオン電池、リチウムイオン電池の化成方法、ならびに化成後のリチウムイオン電池 - Google Patents
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Abstract
Description
本発明によれば用語「リチウムイオン電池」は、冒頭で定義した意味を有する。本発明によればこの用語は、とりわけ個々のまたは唯一の「電気化学セル」も包含する。好ましいのは、「電池」内で2つ以上のこのような電気化学セルが、直列(つまり相前後して)かまたは並列で一緒に接続されていることである。
本発明による電気化学セルは、少なくとも2つの電極、すなわち正極(カソード)および負極(アノード)を有する。
正極のための活物質またはカソード活物質としては、これに関する従来技術から公知のすべての材料を用いることができる。これには、例えばLiCoO2、NCM、NCA、高エネルギーNCM;HE−NCM(英語:「High−Energy NCM」)、リチウムリン酸鉄、またはLiマンガンスピネル(LiMn2O4)が属している。つまり正極に関し、本発明の意味において制限はない。
負極のための活物質またはアノード活物質としては、これに関する従来技術から公知のすべての材料を用いることができる。つまり正極に関し、本発明の意味において制限はない。多くとも部分的にリチウム化された活物質を、とりわけ好ましくは予めリチウム化されていない活物質を用いることが好ましい。なぜならその方が本発明の技術的利点がより強く影響を及ぼすからである。
例えば活物質のような、正極または負極のために使用される材料は、この材料を電極または導体上で保持する1種または複数の結合剤によってまとめられている。
本発明による電気化学セルは、正極と負極を互いに分離する材料を有する。この材料は、リチウムイオンに対して透過性であり、つまりリチウムイオンを伝導し、しかし電子に対しては不導体である。リチウムイオン電池で使用されるこのような材料は、セパレータとも呼ばれる。
用語「電解質」は、リチウム伝導塩が溶けた液体を意味することが好ましい。この液体は、伝導塩のための溶媒であることが好ましい。この場合、Li伝導塩は電解質溶液として存在するのが好ましい。
Li2O2→2Li++2e−+O2(ガス)
ROCO2R+2Li++2e−→2LiOR+CO(ガス);または
2(CH2)2CO+2Li++2e−→(CH2OCO2Li)2+C2H4(ガス)
LiCoO2のモル質量=97.87g/mol、Li2O2のモル質量=45.88g/mol
比較例に基づく電気化学セルは、化成損失が12%であり、公称容量が60mAh(1C、2.8〜4.2V)である。
LiCoO2(KD10、Umicore) 対 天然グラファイト(B.T.R.)
単位面積当りの質量:カソード=15mg/cm2、アノード=7mg/cm2
LiCoO212%を、「Li」当量のLi2O2と取り替える。
相応に適合させた単位面積当りの質量。
Claims (15)
- カソード活物質および過酸化リチウムを含む、化成前の状態のカソード。
- カソード活物質および過酸化リチウムが混合されている、請求項1に記載のカソード。
- カソード活物質が、リチウム金属酸化物、層状酸化物、スピネル、オリビン化合物、シリカート化合物、HE−NCM、およびその混合物から成る群から選択される、請求項1または2に記載のカソード。
- カソード活物質のリチウム含有率に対する過酸化リチウムの割合が1〜60mol%である、請求項1〜3のいずれか一つに記載のカソード。
- 混合物が、結合剤および電気伝導性添加剤をさらに含む、請求項2〜4のいずれか一つに記載のカソード。
- 請求項1〜5のいずれか一つに記載のカソードと、セパレータと、アノードと、電解質とを含む、化成前の状態のリチウムイオン電池。
- アノードが、炭素、グラファイト、ケイ素と炭素/グラファイトの混合物、ケイ素、リチウム金属酸化物、リチウムと合金化可能な材料、およびその混合物から成る群から選択されるアノード活物質を含む、請求項6に記載のリチウムイオン電池。
- 過酸化リチウムの量は、予測される化成損失が、セルレベルで、少なくとも部分的に、好ましくは実質的に完全に補償されるように選択される、請求項6または7に記載のリチウムイオン電池。
- 電解質が、化成の際に分解し、かつアノード上での不溶性の固体界面保護層の形成に寄与する少なくとも1種の成分を含有する、請求項6〜8のいずれか一つに記載のリチウムイオン電池。
- 請求項6〜9のいずれか一つに記載のリチウムイオン電池を準備すること、および
過酸化リチウムを分解しながら、最初の充電工程を少なくとも1回から、リチウムイオン電池の最大動作電圧まで実施すること
を含む、リチウムイオン電池の化成方法。 - カソード活物質を含むカソードと、セパレータと、アノード活物質を含むアノードと、電解質とを備えたリチウムイオン電池であって、カソード活物質が、化成されたセルの完全放電後に、化成前とほとんど同じリチウム含有率を有する、リチウムイオン電池。
- カソード活物質が、リチウム金属酸化物、層状酸化物、スピネル、オリビン化合物、シリカート化合物、HE−NCM、およびその混合物から成る群から選択される、請求項11に記載のリチウムイオン電池。
- アノード活物質が、炭素、グラファイト、ケイ素と炭素の混合物、ケイ素、リチウム金属酸化物、リチウムと合金化可能な材料、およびその混合物から成る群から選択される、請求項11または12に記載のリチウム二次電池。
- 請求項10に記載の方法に基づいて製造可能である、請求項11〜13のいずれか一つに記載のリチウム二次電池。
- 前記方法では、請求項2に記載したようなカソードが使用される、請求項14に記載のリチウム二次電池。
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