JP2019532471A5

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Publication number: JP2019532471A5
Application number: JP2019515214A
Authority: JP
Filing date: 2017-09-08
Publication date: 2020-11-05

Description

いくつかの実施形態において、カソード電極層およびアノード電極層の各々の密度は、独立して、約１．０ｇ／ｃｍ³ないし約６．５ｇ／ｃｍ³、または、約１．０ｇ／ｃｍ³ないし約３．０ｇ／ｃｍ³である。

「Ｃレート」という用語は、ＡｈまたはｍＡｈでの総蓄電容量の観点から表されるセルまたはバッテリの充電または放電レートを指す。例えば、１Ｃの割合は、１時間ですべての蓄積エネルギーを利用することを意味し、０．１Ｃは、１時間で１０％のエネルギー、または、１０時間で全エネルギーを利用することを意味し、５Ｃは１２分で全エネルギーを利用することを意味する。

いくつかの実施形態では、集電体上のカソード電極層およびアノード電極層それぞれの密度は、独立して、約１.０ｇ／ｃｍ³ないし約６.５ｇ／ｃｍ³、約１.０ｇ／ｃｍ³ないし約５.０ｇ／ｃｍ³、約１.０ｇ／ｃｍ³ないし約４.０ｇ／ｃｍ³、約１.０ｇ／ｃｍ³ないし約３.５ｇ／ｃｍ³、約１.０ｇ／ｃｍ³ないし約３.０ｇ／ｃｍ³、約１.０ｇ／ｃｍ³ないし約２.０ｇ／ｃｍ³、約２.０ｇ／ｃｍ³ないし約５.０ｇ／ｃｍ³、約２.０ｇ／ｃｍ³ないし約４.０ｇ／ｃｍ³、約３.０ｇ／ｃｍ³ないし約５.０ｇ／ｃｍ³、または約３.０ｇ／ｃｍ³ないし約６.０ｇ／ｃｍ³である。同様に、電極層の密度が増加すると、最終電極コーティングの空隙容量が減少してより高密度の電極を得て、それによって所望のバッテリ容量が達成される。

Ｂ）正極スラリーの作製
均質化されたスラリーを、約２６ｍｇ／ｃｍ²の面積密度を有するトランスファーコーター（ZY-TSF6-6518、金帆展宇新能源科技有限公司（Jin Fan Zhanyu New Energy Technology Co., Ltd., China）社製）を用いて厚さ２０μｍのアルミニウム箔の両面にコーティングした。約８ｍ／分のコンベア速度で動作されるトランスファーコーターのサブモジュールとして２４ｍの長さのコンベア熱風乾燥オーブンによりアルミニウム箔上の被覆膜を３分間乾燥させて正極を得た。温度プログラムオーブンは、温度が６０℃の入口温度から７５℃の出口温度に徐々に上昇する制御可能な温度勾配を可能にした。次に、電極は、加圧されてコーティングの密度が増加され、密度は３．３６ｇ／ｃｍ³であった。電極層の空隙容量は、１６％である。

Ｃ）負極の作製
９０重量％のハードカーボン（HC；純度９９．５％、中国広東省深せんのルイフト科技有限公司（Ruifute Technology Ltd., Shenzhen, Guangdong, China）製）と、５重量％のカーボンブラックと、５重量％のポリアクリロニトリルとを脱イオン水に混合して負極スラリーを作製し、５０重量％の固形分を有するスラリーを形成した。スラリーを約１５ｍｇ／ｃｍ²の面積密度を有する転写コーターを用いて厚さ９μｍの銅箔の両面に塗布した。約１０ｍ／分のコンベア速度で動作される２４ｍ長のコンベア熱風乾燥機により銅箔上の塗布膜を約５０℃で２．４分間乾燥させて負極を得た。次に、電極は、加圧されてコーティングの密度が増加され、密度は１．７８ｇ／ｃｍ³であった。電極層の空隙容量は、１９％である。

Ｂ）正極スラリーの作製
均質化されたスラリーを、約４０ｍｇ／ｃｍ²の面積密度を有する転写コーターを使用して、厚さ２０μｍのアルミニウム箔の両面にコーティングした。約４ｍ／分のコンベア速度で動作されるトランスファーコーターのサブモジュールとして２４ｍの長さのコンベア熱風乾燥オーブンによりアルミニウム箔上の被覆膜を６分間乾燥させて正極を得た。温度プログラムオーブンは、温度が６５℃の入口温度から８０℃の出口温度に徐々に上昇する制御可能な温度勾配を可能にした。次に、電極は、加圧されてコーティングの密度が増加され、密度は３．０１ｇ／ｃｍ³であった。電極層の空隙容量は、２５％である。

Ｃ）負極の作製
脱イオン水に分散された、９０重量％のハードカーボン（９９．５％の純度を有するＨＣ、中国広東省深せんのルイフト技術公司（Ruifute Technology Ltd., Shenzhen, Guangdong, China）製）を、１．５重量％のカルボキシメチルセルロース（CMC、BSH-12、日本国のディーケーエス社（DKS Co. Ltd., Japan）製）と、バインダーとしての３．５重量％のＳＢＲ（AL-2001、日本国の日本Ａ＆Ｌ社（NIPPON A&L INC., Japan）製）と、導電剤としての５重量％のカーボンブラックとを混合して負極スラリーを作製して、５０重量％の固形分を含む別のスラリーを形成した。スラリーを約１５ｍｇ／ｃｍ²の面積密度を有する転写コーターを用いて厚さ９μｍの銅箔の両面に塗布した。銅箔上の塗布膜を約１０ｍ/分のコンベア速度で動作された２４ｍの長さのコンベア熱風乾燥機により約５０℃で２．４分間乾燥させ、負極を得た。次に、電極は、加圧されてコーティングの密度が増加され、密度は１．７８ｇ／ｃｍ³であった。電極層の空隙容量は、１９％である。

Ｂ）正極スラリーの作製
均質化されたスラリーを、約３２ｍｇ／ｃｍ²の面積密度を有する転写コーターを使用して、厚さ２０μｍのアルミニウム箔の両面にコーティングした。約６ｍ／分のコンベア速度で動作されるトランスファーコーターのサブモジュールとして２４ｍの長さのコンベア熱風乾燥オーブンによりアルミニウム箔上の被覆膜を４分間乾燥させて正極を得た。温度プログラムオーブンは、温度が６０℃の入口温度から７５℃の出口温度に徐々に上昇する制御可能な温度勾配を可能にした。次に、電極は、加圧されてコーティングの密度が増加され、密度は２．６５ｇ／ｃｍ³であった。電極層の空隙容量は、３４％である。

Ｃ）負極の作製
９０重量％のハードカーボンと、５重量％のカーボンブラックと、５重量％のポリアクリロニトリルとを脱イオン水中で混合して負極スラリーを作製し、５０重量％の固形分を有するスラリーを形成した。スラリーを約１５ｍｇ／ｃｍ²の面積密度を有する転写コーターを用いて厚さ９μｍの銅箔の両面に塗布した。銅箔上の塗布膜を約１０ｍ／分のコンベア速度で動作された２４ｍの長さのコンベア熱風乾燥機により約５０℃で２．４分間乾燥させ、負極を得た。次に、電極は、加圧されてコーティングの密度が増加され、密度は１．７８ｇ／ｃｍ³であった。電極層の空隙容量は、１９％である。

Claims

非水電解質２次バッテリのための電極アセンブリにおいて、
少なくとも１つのアノードと、少なくとも１つのカソードと、前記少なくとも１つのアノードおよび前記少なくとも１つのカソードの間に配置された少なくとも１つのセパレータと、
を具備し、
前記少なくとも１つのアノードは、アノード集電体と、アノード材料とバインダー材料と導電剤とを具備するアノード電極層とを具備し、
前記少なくとも１つのカソードは、カソード集電体と、カソード材料とバインダー材料と導電剤とを具備するカソード電極層とを具備し、
前記カソード電極層と前記アノード電極層の各々は、独立して、前記カソード電極層または前記アノード電極層の総重量に基づいて、４０％未満の空隙容量を持ち、
前記電極アセンブリの含水量は、前記電極アセンブリの総重量に基づいて、２０重量ｐｐｍ未満である、電極アセンブリ。
前記カソード電極層および前記アノード電極層の各々の密度は、独立して、約１．０ｇ／ｃｍ³ないし約６．５ｇ／ｃｍ³である、請求項１の電極アセンブリ。
前記カソード電極層および前記アノード電極層の各々の密度は、独立して、約１．０ｇ／ｃｍ³ないし約３．０ｇ／ｃｍ³である、請求項１の電極アセンブリ。
前記カソード電極層および前記アノード電極層の各々の厚さは、独立して、約１．０μｍないし約４０μｍである、請求項１の電極アセンブリ。
前記カソード電極層および前記アノード電極層の各々の厚さは、独立して、約１．０μｍないし約２５μｍである、請求項１の電極アセンブリ。
前記少なくとも１つのセパレータは、ポリオレフィン、ポリエチレン、高密度ポリエチレン、線状低密度ポリエチレン、低密度ポリエチレン、超高分子量ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリプロピレン／ポリエチレン共重合体、ポリブチレン、ポリペンテン、ポリアセタール、ポリアミド、ポリカーボネート、ポリイミド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリスルホン、ポリフェニレンオキシド、ポリフェニレンスルフィド、ポリアクリロニトリル、ポリフッ化ビニリデン、ポリオキシメチレン、ポリビニルピロリドン、ポリエステル、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレン、ポリブチレンナフタレート、およびそれらの組み合わせからなる群から選択されるポリマー繊維から形成される、請求項１の電極アセンブリ。
前記セパレータの厚さは、約１．０μｍないし約４０μｍである、請求項１の電極アセンブリ。
前記セパレータの厚さは、約１．０μｍないし約２５μｍである、請求項１の電極アセンブリ。
前記カソード電極層および前記アノード電極層における前記バインダー材料の各々は、独立して、スチレン−ブタジエンゴム、アクリル化スチレン−ブタジエンゴム、アクリロニトリルコポリマー、アクリロニトリル−ブタジエンゴム、ニトリルブタジエンゴム、アクリロニトリル−スチレン−ブタジエンコポリマー、アクリルゴム、ブチルゴム、フッ素ゴム、ポリテトラフルオロエチレン、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン／プロピレン共重合体、ポリブタジエン、ポリエチレンオキシド、クロロスルホン化ポリエチレン、ポリビニルピロリドン、ポリビニルピリジン、ポリビニルアルコール、ポリ酢酸ビニル、ポリクロロヒドリン、ポリホスファゼン、ポリアクリロニトリル、ポリスチレン、ラテックス、アクリル樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、カルボキシメチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース、セルロースアセテート、セルロースアセテートブチレート、セルロースアセテートプロピオネート、シアノエチルセルロース、シアノエチルスクロース、ポリエステル、ポリアミド、ポリエーテル、ポリイミド、ポリカルボキシレート、ポリカルボン酸、ポリアクリル酸、ポリアクリレート、ポリメタクリル酸、ポリメタクリレート、ポリアクリルアミド、ポリウレタン、フッ化ポリマー、塩素化ポリマー、アルギン酸の塩、ポリフッ化ビニリデン、ポリ（フッ化ビニリデン）−ヘキサフルオロプロペン、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される、請求項１の電極アセンブリ。
前記カソード電極層および前記アノード電極層における前記バインダー材料の各々は、独立して、前記カソード電極層または前記アノード電極層の総重量に基づいて、２重量％ないし１０重量％の量で存在する、請求項１の電極アセンブリ。
前記カソード材料は、LiCoO₂、LiNiO₂、LiNi_xMn_yO₂、Li_1+zNi_xMn_yCo_1-x-yO₂、LiNi_xCo_yAl_zO₂、LiV₂O₅、LiTiS₂、LiMoS₂、LiMnO₂、LiCrO₂、LiMn₂O₄、LiFeO₂、LiFePO₄、LiNi_0.5Mn_1.5O₄、LiNi_0.4Mn_1.6O₄およびそれらの組み合わせからなる群から選択され、各ｘは独立して０．３ないし０．８であり、各ｙは独立して０．１ないし０．４５であり、各ｚは独立して０ないし０．２である、請求項１の電極アセンブリ。
前記カソード電極層および前記アノード電極層における前記導電剤の各々は、独立して、カーボン、カーボンブラック、グラファイト、膨張グラファイト、グラフェン、グラフェンナノプレートレット、炭素繊維、カーボンナノファイバー、グラファイト化カーボンフレーク、カーボンチューブ、カーボンナノチューブ、活性炭、メソポーラスカーボン、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される、請求項１の電極アセンブリ。
前記カソード電極層および前記アノード電極層における前記導電剤の各々は、独立して、前記カソード電極層または前記アノード電極層の総重量に基づいて、２重量％ないし１０重量％の量で存在する、請求項１の電極アセンブリ。
前記アノード材料は、天然グラファイト微粒子、合成グラファイト微粒子、Sn微粒子、Li₄Ti₅O₁₂微粒子、Si微粒子、Si-C複合微粒子、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される、請求項１の電極アセンブリ。
少なくとも１つの前記カソード集電体および少なくとも１つの前記アノード集電体の各々は、独立して、ステンレス鋼、チタン、ニッケル、アルミニウム、銅、または導電性樹脂である、請求項１の電極アセンブリ。
少なくとも１つの前記カソード集電体は、アルミニウム薄膜であり、少なくとも１つの前記アノード集電体は、銅薄膜である、請求項１の電極アセンブリ。
前記電極アセンブリにおける前記少なくとも１つのアノードおよび前記少なくとも１つのカソードは、前記少なくとも１つのアノードおよび前記少なくとも１つのカソードの総重量に基づいて、２０重量ｐｐｍ未満の含水量を持つ、請求項１の電極アセンブリ。
前記電極アセンブリにおける前記少なくとも１つのセパレータは、前記少なくとも１つのセパレータの総重量に基づいて、２０重量ｐｐｍ未満の含水量を持つ、請求項１の電極アセンブリ。
請求項１の電極アセンブリを具備するリチウムバッテリ。