JP2020038850A - 電極、電気化学セル並びに電極及び電気化学セルの形成方法 - Google Patents
電極、電気化学セル並びに電極及び電気化学セルの形成方法 Download PDFInfo
- Publication number
- JP2020038850A JP2020038850A JP2019220439A JP2019220439A JP2020038850A JP 2020038850 A JP2020038850 A JP 2020038850A JP 2019220439 A JP2019220439 A JP 2019220439A JP 2019220439 A JP2019220439 A JP 2019220439A JP 2020038850 A JP2020038850 A JP 2020038850A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- electrode
- film
- current collector
- composite
- silicon
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/04—Processes of manufacture in general
- H01M4/0402—Methods of deposition of the material
- H01M4/0404—Methods of deposition of the material by coating on electrode collectors
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/04—Processes of manufacture in general
- H01M4/0471—Processes of manufacture in general involving thermal treatment, e.g. firing, sintering, backing particulate active material, thermal decomposition, pyrolysis
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/13—Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/13—Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
- H01M4/139—Processes of manufacture
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/62—Selection of inactive substances as ingredients for active masses, e.g. binders, fillers
- H01M4/621—Binders
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/62—Selection of inactive substances as ingredients for active masses, e.g. binders, fillers
- H01M4/621—Binders
- H01M4/622—Binders being polymers
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M2004/021—Physical characteristics, e.g. porosity, surface area
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/04—Processes of manufacture in general
- H01M4/0402—Methods of deposition of the material
- H01M4/0411—Methods of deposition of the material by extrusion
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/04—Processes of manufacture in general
- H01M4/043—Processes of manufacture in general involving compressing or compaction
- H01M4/0435—Rolling or calendering
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/13—Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
- H01M4/134—Electrodes based on metals, Si or alloys
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/64—Carriers or collectors
- H01M4/66—Selection of materials
- H01M4/661—Metal or alloys, e.g. alloy coatings
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
- Secondary Cells (AREA)
- Cell Separators (AREA)
- Cell Electrode Carriers And Collectors (AREA)
Abstract
Description
典型的な炭素アノード電極は、銅シート等の電流コレクタを含む。炭素は、不活性バインダ材料とともにコレクタ上に堆積される。炭素は、優れた電気化学的特性を有し、また導電性であるため、炭素がしばしば使用される。電流コレクタ層(例えば、銅層)が除去された場合、炭素は、それ自体を機械的に支持することが出来なくなる。従って、従来の電極は、電極として機能することが可能なコレクタ等の支持構造を必要とする。本出願に記載された電極(例えば、アノードまたはカソード)複合材料は、自立した電極を製造することが可能である。機械的支持体およびアノード構造における電流コレクタに導電性炭化ポリマーが使用されるため、金属箔電流コレクタに対する要求は、取り除かれ、または最小化される。電流コレクタは、特定の閾値を超える電流が要求されるいくつかの用途において望まれる。電流コレクタへの複合フィルム(例えば、ピース)の付着方法は、以下のセクションIIに記載される。ある種の従来のリチウム−イオン電池電極における非−導電性バインダ中に懸濁された微粒子炭素とは対照的に、炭化ポリマーは、電極全体において実質的に連続した導電性炭素相を形成することが可能である。炭化ポリマーを利用する炭素複合混合物の利点には、例えば、1)高容量、2)強化された過充電/放電保護、3)金属箔電流コレクタの除去(または最小化)による低い不可逆容量、および4)簡素化された製造により見込まれるコスト削減が含まれることが可能である。
アノード製造のための以下の例となるプロセスは、概して、構成要素を一緒に混合するステップと、それらの構成要素を除去可能な基板上にキャストするステップ、乾燥するステップと、硬化するステップと、基板を除去するステップと、次に、得られた試料を熱分解するステップと、を含む。典型的には、N−メチル−2−ピロリドン(NMP)が、溶媒として使用され、任意の混合物の粘度を変更し、ドクターブレード手法を使用して、それをキャスタブルにする。
実施例1において、ポリイミド液体前駆体(HD Microsystems社からのPI 2611)、グラファイト粒子(Timcal社からのSLP30)、導電性炭素粒子(Timcal社からのSuper P)、およびケイ素粒子(Alfa Aesar社)が、200:55:5:20の重量比で、5分間の間、Spex 8000D機を使用して、一緒に混合された。次に、混合物は、アルミニウム箔の上にキャストされ、90℃のオーブン中で乾燥され、例えば、NMPである溶媒を取り除いた。この次に、200℃で、ホットプレス中で、ごくわずかな圧力下で、少なくとも12時間の間、硬化するステップが続く。次に、12.5%のHCl溶液中でのエッチングにより、アルミニウム箔の裏地が除去された。次に、残った膜が、DI水中で洗い流され、乾燥され、次に、アルゴンのフロー下で、1175℃で、約1時間、熱分解された。このプロセスにより、15.8重量%のPI 2611由来の炭素、57.9重量%のグラファイト粒子、Super Pから得られた5.3重量%の炭素、および21.1重量%のケイ素の複合物が得られた。
実施例2において、最初に、Turbulaミキサーを使用し、1:9の重量比で、1時間の継続時間の間、(EVNANO Advanced Chemical Materials Co.,Ltd.からの)ケイ素粒子が、NMPと混合された。次に、ポリイミド液体前駆体(HD Microsystems社からのPI 2611)、グラファイト粒子(Timcal社からのSLP30)、および炭素ナノファイバー(Pyrograf社からのCNF)が、Si:NMP混合物に追加され、200:55:5:200の重量比であり、約2分間の間、ボルテックスにかけられた。次に、混合物が、21μmの厚さの銅メッシュによって被覆されたアルミニウム箔の上にキャストされた。次に、試料が、90℃のオーブンで乾燥され、例えばNMPである溶媒が取り除かれた。この次に、200℃で、ホットプレス中で、ごくわずかな圧力下で、少なくとも12時間の間、硬化するステップが続いた。次に、12.5%のHCl溶液中でのエッチングにより、アルミニウム箔の裏地が除去された。次に、残った膜が、DI水中で洗い流され、乾燥され、次に、アルゴン下で、1000℃で、約1時間、熱分解された。このプロセスにより、15.8重量%のPI 2611由来の炭素、57.9重量%のグラファイト粒子、5.3重量%のCNF、および21.1重量%のケイ素の複合物が得られた。
実施例3において、ポリイミド液体前駆体(HD Microsystems社からのPI 2611)、および、325メッシュケイ素粒子(Alfa Aesar社から)が、Turbulaミキサーを使用し、1時間の継続時間の間、40:1の重量比で、一緒に混合された。次に、混合物が、アルミニウム箔上にキャストされ、例えば、NMPである溶媒を取り除くために、90℃のオーブン中で乾燥された。この次に、200℃で、ホットプレス中で、ごくわずかな圧力下で、少なくとも12時間の間、硬化するステップが続いた。次に、12.5%のHCl溶液中でのエッチングにより、アルミニウム箔の裏地が除去された。次に、残った膜が、DI水中で洗い流され、乾燥され、次に、アルゴンのフロー下で、1175℃で、約1時間、熱分解された。このプロセスにより、75重量%のPI 2611由来の炭素、および25重量%のケイ素の複合物が得られた。
実施例4において、ケイ素微粒子(Alfa Aesar社から)、ポリイミド液体前駆体(HD Microsystems社からのPI 2611)、グラファイト粒子(Timcal社からのSLP30)、粉砕された炭素ファイバー(Fibre Glast Developments社から)、炭素ナノファイバー(Pyrograf社からのCNF)、炭素ナノチューブ(CNANO Technology Limitedから)、導電性炭素粒子(Timcal社からのSuper P)、導電性グラファイト粒子(Timca社からのKS6)が、20:200:30:8:4:2:1:15の重量比で、ボルテックスを使用し、5分間の間、混合された。次に、混合物が、アルミニウム箔上にキャストされた。次に、試料が、90℃のオーブン中で乾燥され、例えば、NMPである溶媒が取り除かれた。この次に、200℃で、ホットプレス中で、ごくわずかな圧力下で、少なくとも12時間の間、硬化するステップが続いた。次に、12.5%のHCl溶液中でのエッチングにより、アルミニウム箔の裏地が除去された。次に、残った膜が、DI水中で洗い流され、乾燥され、次に、アルゴン下で、1175℃で、約1時間、熱分解された。このプロセスにより、初期混合物と類似の複合物であるが、ポリイミド前駆体の初期重量の7.5%であるPI 2611由来の炭素部を含む複合物が得られた。
実施例5において、ポリイミド液体前駆体(HD Microsystems社からのPI 2611)、および、ケイ素微粒子(Alfa Aesar社から)が、Turbulaミキサーを使用し、1時間の継続時間の間、4:1の重量比で、一緒に混合された。次に、混合物が、炭素ベール(Fibre Glast Developments Corporationから)で覆われたアルミニウム箔上にキャストされ、例えば、NMPである溶媒を取り除くために、90℃のオーブン中で乾燥された。この次に、200℃で、ホットプレス中で、ごくわずかな圧力下で、少なくとも12時間の間、硬化するステップが続いた。次に、12.5%のHCl溶液中でのエッチングにより、アルミニウム箔の裏地が除去された。次に、残った膜が、DI水中で洗い流され、乾燥され、次に、アルゴンのフロー下で、1175℃で、約1時間、熱分解された。このプロセスにより、約23重量%のPI 2611由来の炭素、76重量%のケイ素、およびごくわずかな重量のベールの複合物が得られた。
実施例6において、ポリイミド液体前駆体(HD Microsystems社からのPI 2611)、グラファイト粒子(Timcal社からのSLP30)、および、ケイ素微粒子(Alfa Aesar社から)が、Spex 8000D機を使用し、200:10:70の重量比で、5分間の間、一緒に混合された。次に、混合物が、アルミニウム箔上にキャストされ、溶媒(例えば、NMP)を取り除くために、90℃のオーブン中で乾燥された。乾燥された混合物が、200℃で、ホットプレス中で、ごくわずかな圧力下で、少なくとも12時間の間、硬化された。次に、12.5%のHCl溶液中でのエッチングにより、アルミニウム箔の裏地が除去された。次に、残った膜が、DI水中で洗い流され、乾燥され、次に、アルゴンのフロー下で、1175℃で、約1時間、熱分解された。このプロセスにより、15.8重量%のPI 2611由来の炭素、10.5重量%のグラファイト粒子、および73.7重量%のケイ素の複合物が得られた。
実施例7において、PVDFおよびケイ素粒子(EVNANO Advanced Chemical Materials Coから)、導電性炭素粒子(Timcal社からのSuper P)、導電性グラファイト粒子(Timcal社からのKS6)、グラファイト粒子(Timcal社からのSLP30)、およびNMPが、5:20:1:4:70:95の重量比で混合された。次に、混合物が。銅基板上にキャストされ、次に、例えば、NMPである溶媒を取り除くために、90℃のオーブン中に配置された。次に、得られた電極が、リチウムNMC酸化物カソードに対して、パウチセル構造において試験された。典型的なサイクルグラフが、図8に示される。
グラファイト粒子(Timcal社からのSLP30)の割合が減少し、ケイ素微粒子(Alfa Aesar社から)の割合が20重量%に保持される一方で、ポリイミド由来の炭素(例えば、2611c)の割合の変化の効果を見出すために、多くの実験が実施された。
図8と同様に、2611cが、20重量%に保持され、Siの割合が、グラファイト粒子を消費して増大する場合、得られた電極の第一サイクル放電容量が、増大する。図10は、高いケイ素容量により、アノードが良好に作動することが可能であることを示す。
1ミル厚さのポリイミドシートが、熱分解され、実施例1の手順に従って試験された。可逆容量および不可逆容量が、熱分解温度の関数としてプロットされた。図11は、一実施形態において、約1175℃でポリイミドシート(UBE社によるUpilex)を熱分解することが好ましいことを示す。
図12は、金属箔支持層を備えない、4.3cm×4.3cmの複合アノード膜の写真である。複合アノード膜は、約30マイクロメートルの厚さを有し、約15.8重量のPI 2611由来の炭素、約10.5重量%のグラファイト粒子、および約73.7重量%のケイ素の組成を有する。
以上に記載のように、再充電可能なリチウム−イオンセルに現在使用されているアノード電極は、典型的には、グラムあたり約200ミリアンペアアワーの比容量を有する(金属箔電流コレクタ、導電性添加剤、およびバインダ材料を含む)。大部分のリチウムイオン電池アノードに使用されている活性材料であるグラファイトは、グラムあたり372ミリアンペアアワー(mAh/g)の理論的エネルギー密度を有する。それに比べて、ケイ素は、4200mAh/gの高い理論的容量を有する。しかしながら、ケイ素は、リチウムが挿入されると300%を超えて膨らむ。アノードが膨張すると、ケイ素及び電流コレクタの間に十分な固着を維持するのが難しいことが頻繁にある。これに加えて、ケイ素ベースのアノードは、アノードの膨張および/またはアノードおよびセルの他の部品との間の摩擦のためにしわが生じるかもしれない。このしわの発生は、電池がその厚さにわたって膨れることを引き起こし、電池が高い体積エネルギー密度を有するように避けられるべきである。このしわの発生は、層(例えば、アノード、カソード及びセパレータ)の間の界面が平坦ではなくなることを引き起こす。結果として、セル内の活性材料の平坦ではない使用および他の問題は、対向する活性材料の間の不均一な距離によって起こり得る。
(1)活性材料部分が、箔上に液体形態でコーティングされるコーティングである代わりに固体フィルムである。
(2)付着物質が、付着前に活性材料固体フィルム内に元々含まれない物質である。
従来の電極コーティングは、それ自体が電極コーティングの一部であるPVDF等のバインダによっては電流コレクタまたは箔に付着される。いくつかの場合、炭素等の他のコーティングは、活性材料コーティングおよび電流コレクタの間の界面を安定化させるために使用される。例えば、炭素は、電極コーティングの成分であり得る。また、コーティングを電流コレクタに固着する材料は、電流コレクタに炭素コーティングがある場合においてさえも、依然としてPVDFである。
付着(例えば、接着剤)物質は、電気化学的に活性な材料(例えば、ケイ素複合材料)を含むフィルムを電流コレクタ(例えば、銅シードまたは箔)に結合または固着するために使用され得る。電極付着物質は、フィルムおよび電流コレクタの間の層間剥離を避けるために、それらを共に固着し得る。電極付着物質は、電極を形成するために、フィルムおよび電流コレクタの間に配置され、または挟まれることができる。従って、電極は、フィルム、付着物質および電流コレクタを含むことができる。さらに、電極は、電流コレクタの両側において電気的に活性な材料を有するフィルムを含むことができる。例えば、第1の電極付着物質は、電気化学的に活性な材料を有する第1のフィルムおよび電流コレクタの第1の側部の間に挟まれることが可能であり、第2の電極付着物質は、電気化学的に活性な材料を有する第2のフィルムおよび電流コレクタの第2の側部の間に挟まれることが可能である。
セル付着物質は、電極(例えば、アノードおよびカソード)をセパレータに結合または固着するために使用され得る。セル付着物質は、電極およびセパレータの間の層間剥離を避けるために電極およびセパレータを共に固着することができる。セル付着物質は、電極およびセパレータの間に配置され、または挟まれ得る。セル付着物質は、以上に記載されたあらゆる電極付着物質を含み得る。例えば、セル付着物質は、PVDFを含み、またはPVDFであり得、PAIを含み、またはPAIであり得、CMCを含み、またはCMCであり得る。いくつかの実施形態において、電極をセパレータに固着する方法は、実質的に固体の状態のセル付着物質を含み得る。セパレータ材料は、従って、付着物質の高分子の融点より高い融点を有する。
ある実施形態において、炭素複合材料の形成中にセルに圧力が印加される。基板上にコーティングを形成するために混合物が基板にキャストされ得る。混合物は、次いで、溶媒を除去するために乾燥され、乾燥された混合物(例えば、前駆体フィルム)は、次いで、硬化され得る)。前駆体フィルムは、次いで、前駆体フィルムを最終的な複合フィルム(例えば、アノードフィルム)に変換するために熱分解を経る。いくつかの実施形態において、前駆体フィルムは、約900から1350℃まで加熱される。前駆体フィルムが熱分解されている際に、フィルムに圧力が印加され得る。特定の実施形態において、約2バールを超える圧力が印加される。
以下の実施例は、電極および電気化学セルの実施形態の利点を示すために提供される。
これらの実施例は、例示目的で検討され、開示された実施形態の範囲を制限するように解釈されるべきではない。
電気化学的に活性な材料を有するフィルムを電流コレクタに付着するステップは、以下の実施例の方法によって行われ得る。ポリアミドイミド(PAI)(例えば、SolvayからのTorlon 4000シリーズ)が溶媒(N−メチルピロリドン(NMP)、ジメチルアセトアミド(DMAC)等)に溶解される。一実施例において、10重量%のPAIを有する溶液が、ガラスボトル内で10gのPAI(例えば、Torlon 4000T−HV)と90gのNMPとを混合することによって調製され得る。溶液は、透明なPAI溶液が得られるまで混合される。溶液は、約30分間、室温で混合され、その後、さらに約3時間、150℃で加熱され得る。ボトルは、より良好な溶解のためにアルミニウム箔によって覆われ得る。さらに、混合は、例えば磁気撹拌子を用いて行われ得る。
実施例の方法は、銅箔のピース(例えば、約8μmの厚さを有する約40cm×約20cmの銅箔のピース)を提供するステップを含み得る。銅箔は、Fukuda Metal Foil & Powder Co., Ltd.から得られる。銅箔は、数滴のエチルアセテート(例えば、Sigma Aldrichによって供給される)を用いた平坦なガラス表面に固定され得る。アルミニウム箔(例えば、約1.5cmの幅を有する、約25μmの厚さのアルミニウム箔の約45cmの長さの2つのストリップ)は、銅箔の長端をマスクするために使用され得る。例えば、アルミニウム箔は、エチルアセテートを用いて銅箔表面に固定され得る。銅箔表面は、例えば数滴のNMPおよび糸くずの出ないワイプを用いて洗浄され得る。付着物質を有する溶液は、銅箔に付けられ得る。例えば、約5重量%のPVDFを含む約8mLのNMP溶液中が銅箔の上部にディスペンスされ得る。本明細書に記載されるように、PAI溶液等の他の溶液が使用され得る。ガラスから約6ミリメートルの間隔を有するキャスターは、銅箔上に溶液の均一なコーティングを形成するために使用され得る。
電気化学的に活性な材料を電流コレクタに付着する実施例の方法は、さらに、ロールプレス機を所望の温度(例えば、約230℃)に設定し、温度が安定化することを可能にすることを含む。この方法は、さらに、ロール間の間隔(例えば、約1.6mm)およびロール速度(例えば約0.26cm/s)を設定することを含む。この方法は、ゴムピース(例えば、約1/32インチの厚さおよび90Aのデュロメータースケールを有する約5cm×約11cmのシリコンゴム)およびシムストック(例えば、約3ミリメートルの厚さを有して約5cm×約11cm)を提供することを含み得る。図27AからDは、加熱ラミネーションのために電極スタックを積層する実施例の方法の例示である。例えば、図27Aは、2つのピースのシリコンゴムシート210、2つのピースのスチールシムシート220、2つのピースのケイ素複合材料230、および両側がコーティングされた銅箔240(例えば、本明細書に記載されるように)含む電極アセンブリ用の実施例の材料を示す。図27Bは、積層順序を示すためにオフセットを用いて実施例の積層されたラミネーション積層体を示す。例えば、両側がコーティングされた銅箔240は、2つのケイ素複合材料230によって挟まれ得る。2つのピースのスチールシムストック220は、2つのピースのケイ素複合材料230を挟むことができる。2つのピースのシリコンゴムシート210は、2つのピースのスチールシムストック220を挟むことができる。そのため、この実施例に最終的な積層順序は、シリコンゴムシート210/スチールシムストック220/ケイ素複合材料230/コーティングされた銅箔240/ケイ素複合材料230/スチールシムストック220/ケイ素ゴムシート210である。図27Cは、実施例の積層された積層スタックにおけるケイ素複合材料230およびコーティングされた銅箔240の相対位置を示す。例えば、一組のシリコンゴムシート210およびスチールシムストック220は、ケイ素複合材料230およびコーティングされた銅箔240を見せるようにアセンブリから分離される。
セパレータに電極を付着することは、以下の実施例の方法によって行われ得る。溶媒および付着物質を含むセパレータコーティング溶液は、調製され得る。混合物は、80:20の比でNMP(630.4g)およびEtOH(157.6g)で作られる(他の考えられる比は、90:10から70:30)。PVDFポリマー(Solef 6020,12g)は、溶液を形成するために混合物に加えられる。溶液は、磁気撹拌機を用いて約1時間、室温で混合され、次いで150℃まで加熱され、溶液が透明になるまで(約30分間)混合され得る。セパレータは、切断して採寸され得、含浸/コーティング処理中に固定具に保持され得る。セパレータは、Celgard 2500およびEZ1592などのあらゆるタイプのポリオレフィンセパレータであり得る。セパレータは、PVDF溶液浴に含浸され、除去される。余剰なPVDF溶液は除去され得、セパレータは、5分間、水浴に含浸され得る。次いで、セパレータは、室温において4時間乾燥され、次いで、60℃において約6時間、真空オーブンで乾燥され得る(約30Hg)。
リチオ化後、アノード内のケイ素が膨れ、膨張した。電極内の材料が電流コレクタおよびセパレータの間に制限されるので、この膨れは、しわの多いアノードをもたらす。図32は、実施例のしわの多いアノードの写真である。
220 スチールシムストック
230 ケイ素複合材料
240 銅箔
Claims (27)
- 電流コレクタと、
前記電流コレクタと電気的に連通するフィルムであって、前記フィルムを一緒に保持する炭素相を含むフィルムと、
前記電流コレクタに前記フィルムを固着する電極付着物質であって、前記フィルムが多孔を含み、前記多孔の少なくとも約90パーセントが、前記電極付着物質が実質的にない、電極付着物質と、
を備える電極。 - 前記電極付着物質が、実質的に非導電性である、請求項1に記載の電極。
- 前記電極付着物質が、前記フィルムの全表面上に実質的に配される実質的に均一な層を形成する、請求項1に記載の電極。
- 前記電極付着物質が、非水電解液に可溶性ではないポリマーを含む、請求項1に記載の電極。
- 前記非水電解液が炭酸溶媒を含む、請求項4に記載の電極。
- 前記ポリマーが、ポリアミドイミド、ポリフッ化ビニリデン、ポリエチレンまたはポリプロピレンを含む、請求項4に記載の電極。
- 前記電流コレクタが銅を含む、請求項1に記載の電極。
- 前記電流コレクタと前記電流コレクタに電気的に連通する第2のフィルムとの間に挟まれた第2の電極付着物質をさらに備える、請求項1に記載の電極。
- 前記フィルムがアノードを含む、請求項1に記載の電極。
- 前記アノードがケイ素を含む、請求項9に記載の電極。
- 前記多孔が、前記フィルムの約5から約50体積パーセントを含む、請求項1に記載の電極。
- 前記多孔が、前記フィルムの約1から約70体積パーセントを含む、請求項1に記載の電極。
- 前記フィルムが、実質的に前記電極付着物質がない表面を含む、請求項1に記載の電極。
- 第1の側部に第1の電極付着物質がコーティングされた電流コレクタを提供するステップであって、前記第1の電極付着物質が実質的に固体状態であるステップと、
電気化学的に活性な材料を含む第1の固体フィルムを前記第1の電極付着物質に配するステップと、
前記電流コレクタに前記第1の固体フィルムを固着するために前記第1の電極付着物質を加熱するステップと、
を含む、電極の形成方法。 - 前記電流コレクタの第2の側部に第2の電極付着物質を提供するステップであって、前記第2の電極付着物質が実質的に固体状態であるステップをさらに含む、請求項14に記載の方法。
- 電気化学的に活性な材料を含む第2の固体フィルムを前記第2の電極付着物質に配するステップをさらに含む、請求項15に記載の方法。
- 前記電流コレクタに前記第2の固体フィルムを固着するために前記第2の電極付着物質を加熱するステップをさらに含む、請求項16に記載の方法。
- 前記第1の電極付着物質を加熱するステップおよび前記第2の電極付着物質を加熱するステップが同時に起こる、請求項17に記載の方法。
- 電流コレクタを提供するステップが、
前記電流コレクタの第1の側部において前記電流コレクタを高分子溶液でコーティングするステップと、
前記第1の電極付着物質を形成するために前記高分子溶液を乾燥するステップと、
を含む、請求項14に記載の方法。 - 第2の電極付着物質を提供するステップが、
前記電流コレクタの第2の側部において前記電流コレクタを高分子溶液でコーティングするステップと、
前記第2の電極付着物質を形成するために前記高分子溶液を乾燥するステップと、
を含む、請求項15に記載の方法。 - 前記電流コレクタを提供するステップが、
前記電流コレクタの第1の側部に高分子樹脂を提供するステップと、
前記第1の電極付着物質を形成するために前記高分子樹脂を押し出しコーティングするステップと、
を含む、請求項14に記載の方法。 - 第2の電極付着物質を提供するステップが、
前記電流コレクタの第2の側部に高分子樹脂を提供するステップと、
前記第2の電極付着物質を形成するために前記高分子樹脂を押し出しコーティングするステップと、
を含む、請求項15に記載の方法。 - 前記第1の電極付着物質が、非水電解液に可溶性ではないポリマーを含む、請求項14に記載の方法。
- 前記非水電解液が炭酸溶媒を含む、請求項23に記載の方法。
- 前記ポリマーが、ポリアミドイミド、ポリフッ化ビニリデン、ポリエチレンまたはポリプロピレンを含む、請求項23に記載の方法。
- 加熱するステップが加熱ラミネートするステップを含む、請求項14に記載の方法。
- 加熱するステップが、ロールプレスするステップまたはフラットプレスするステップを含む、請求項14に記載の方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2021168033A JP7345531B2 (ja) | 2013-03-12 | 2021-10-13 | 電極、電気化学セル並びに電極及び電気化学セルの形成方法 |
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US13/796,922 US9583757B2 (en) | 2010-12-22 | 2013-03-12 | Electrodes, electrochemical cells, and methods of forming electrodes and electrochemical cells |
US13/796,922 | 2013-03-12 | ||
JP2016500523A JP6960733B2 (ja) | 2013-03-12 | 2014-02-28 | 電極、電気化学セル並びに電極及び電気化学セルの形成方法 |
Related Parent Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2016500523A Division JP6960733B2 (ja) | 2013-03-12 | 2014-02-28 | 電極、電気化学セル並びに電極及び電気化学セルの形成方法 |
Related Child Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2021168033A Division JP7345531B2 (ja) | 2013-03-12 | 2021-10-13 | 電極、電気化学セル並びに電極及び電気化学セルの形成方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2020038850A true JP2020038850A (ja) | 2020-03-12 |
JP6961665B2 JP6961665B2 (ja) | 2021-11-05 |
Family
ID=50349879
Family Applications (3)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2016500523A Active JP6960733B2 (ja) | 2013-03-12 | 2014-02-28 | 電極、電気化学セル並びに電極及び電気化学セルの形成方法 |
JP2019220439A Active JP6961665B2 (ja) | 2013-03-12 | 2019-12-05 | 電極、電気化学セル並びに電極及び電気化学セルの形成方法 |
JP2021168033A Active JP7345531B2 (ja) | 2013-03-12 | 2021-10-13 | 電極、電気化学セル並びに電極及び電気化学セルの形成方法 |
Family Applications Before (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2016500523A Active JP6960733B2 (ja) | 2013-03-12 | 2014-02-28 | 電極、電気化学セル並びに電極及び電気化学セルの形成方法 |
Family Applications After (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2021168033A Active JP7345531B2 (ja) | 2013-03-12 | 2021-10-13 | 電極、電気化学セル並びに電極及び電気化学セルの形成方法 |
Country Status (6)
Country | Link |
---|---|
EP (1) | EP2973787A1 (ja) |
JP (3) | JP6960733B2 (ja) |
KR (2) | KR102528734B1 (ja) |
CN (3) | CN105378978B (ja) |
HK (2) | HK1220042A1 (ja) |
WO (1) | WO2014163986A1 (ja) |
Families Citing this family (13)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US11152604B2 (en) * | 2019-06-03 | 2021-10-19 | Enevate Corporation | Sacrificial substrates for silicon-carbon composite materials |
US9583757B2 (en) | 2010-12-22 | 2017-02-28 | Enevate Corporation | Electrodes, electrochemical cells, and methods of forming electrodes and electrochemical cells |
US9397338B2 (en) | 2010-12-22 | 2016-07-19 | Enevate Corporation | Electrodes, electrochemical cells, and methods of forming electrodes and electrochemical cells |
US20210143418A1 (en) * | 2019-11-12 | 2021-05-13 | Enevate Corporation | Carbon additives for direct coating of silicon-dominant anodes |
US10388943B2 (en) | 2010-12-22 | 2019-08-20 | Enevate Corporation | Methods of reducing occurrences of short circuits and/or lithium plating in batteries |
US20180287129A1 (en) * | 2017-03-28 | 2018-10-04 | Enevate Corporation | Methods of forming carbon-silicon composite material on a current collector |
US10790538B2 (en) * | 2017-08-11 | 2020-09-29 | Industrial Technology Research Institute | Negative electrode and lithium ion battery |
US10686214B2 (en) | 2017-12-07 | 2020-06-16 | Enevate Corporation | Sandwich electrodes and methods of making the same |
US11133498B2 (en) | 2017-12-07 | 2021-09-28 | Enevate Corporation | Binding agents for electrochemically active materials and methods of forming the same |
US20190181431A1 (en) * | 2017-12-07 | 2019-06-13 | Enevate Corporation | Solid film as binder for battery electrodes |
CN109841847A (zh) * | 2019-03-11 | 2019-06-04 | 嘉兴学院 | 适用于金属空气电池的耐弯折柔性空气阴极的制备方法 |
IL266910B (en) * | 2019-05-27 | 2020-11-30 | Addionics Il Ltd | 3D structures are produced electrochemically for electrodes in batteries |
US20220102697A1 (en) * | 2019-05-30 | 2022-03-31 | Enevate Corporation | Direct coating of electrodes using pyrolysis of flat sheets in silicon-dominant anode cells |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2003077545A (ja) * | 2001-06-18 | 2003-03-14 | Japan Storage Battery Co Ltd | 非水電解質電池の製造方法 |
JP2011054502A (ja) * | 2009-09-04 | 2011-03-17 | Hitachi Maxell Ltd | リチウム二次電池およびその製造方法 |
WO2011088472A2 (en) * | 2010-01-18 | 2011-07-21 | Enevate Corporation | Composite materials for electrochemical storage |
JP2013219005A (ja) * | 2011-09-26 | 2013-10-24 | Sumitomo Chemical Co Ltd | 二次電池用接着樹脂組成物 |
WO2014081035A1 (ja) * | 2012-11-26 | 2014-05-30 | 日本ゼオン株式会社 | 電極/セパレータ積層体の製造方法およびリチウムイオン二次電池 |
Family Cites Families (33)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR0172230B1 (ko) * | 1996-05-15 | 1999-03-30 | 손욱 | 2차 전지의 극판 제조방법 |
JP3225864B2 (ja) * | 1996-12-04 | 2001-11-05 | 三菱電機株式会社 | リチウムイオン二次電池及びその製造方法 |
CN1224127C (zh) * | 1997-12-22 | 2005-10-19 | 三菱电机株式会社 | 锂离子二次电池的制造方法 |
JP4096438B2 (ja) * | 1998-03-17 | 2008-06-04 | 旭硝子株式会社 | 二次電源 |
EP0949702B1 (en) * | 1998-03-17 | 2003-08-20 | Asahi Glass Company Ltd. | Secondary battery power source |
JP2000133274A (ja) * | 1998-08-18 | 2000-05-12 | Toshiba Battery Co Ltd | ポリマ―リチウム二次電池 |
KR100336395B1 (ko) * | 2000-06-12 | 2002-05-10 | 홍지준 | 리튬 이차 전지의 제조방법 |
JP2002151157A (ja) * | 2000-11-13 | 2002-05-24 | Japan Storage Battery Co Ltd | 非水電解質二次電池 |
JP2002246013A (ja) | 2001-02-20 | 2002-08-30 | Mitsubishi Cable Ind Ltd | リチウム二次電池用負極およびその製造方法、並びに、該負極を用いたリチウム二次電池 |
CA2376895A1 (en) * | 2001-03-15 | 2002-09-15 | Wilson Greatbatch Ltd. | Process for fabricating continuously coated electrodes on a porous current collector and cell designs incorporating said electrodes |
US7351498B2 (en) * | 2001-04-10 | 2008-04-01 | Mitsubishi Materials Corporation | Lithium ion polymer secondary battery its electrode and method for synthesizing polymer compound in binder used in adhesion layer thereof |
JP4561041B2 (ja) * | 2002-03-28 | 2010-10-13 | Tdk株式会社 | リチウム二次電池 |
JP2004095198A (ja) * | 2002-08-29 | 2004-03-25 | Sony Corp | 電極ペーストおよび電池 |
JP2004327319A (ja) * | 2003-04-25 | 2004-11-18 | Japan Storage Battery Co Ltd | 電極製造方法 |
US20050266298A1 (en) * | 2003-07-09 | 2005-12-01 | Maxwell Technologies, Inc. | Dry particle based electro-chemical device and methods of making same |
US7495349B2 (en) * | 2003-10-20 | 2009-02-24 | Maxwell Technologies, Inc. | Self aligning electrode |
JP3992708B2 (ja) * | 2003-10-31 | 2007-10-17 | 日立マクセル株式会社 | 非水二次電池の電極材料およびその製造方法、並びにそれを用いた非水二次電池 |
US7090946B2 (en) * | 2004-02-19 | 2006-08-15 | Maxwell Technologies, Inc. | Composite electrode and method for fabricating same |
JP5364230B2 (ja) * | 2005-10-31 | 2013-12-11 | ソニー株式会社 | 負極および電池 |
KR20100051708A (ko) * | 2007-11-12 | 2010-05-17 | 히다치 막셀 가부시키가이샤 | 비수 2차 전지용 전극 및 그것을 사용한 비수 2차 전지, 및 전극의 제조방법 |
JP4352349B2 (ja) * | 2008-01-23 | 2009-10-28 | トヨタ自動車株式会社 | 電極および電極製造方法 |
JP5381078B2 (ja) * | 2008-12-19 | 2014-01-08 | 日産自動車株式会社 | 電極およびその製造方法 |
JP5625917B2 (ja) * | 2009-02-12 | 2014-11-19 | ダイキン工業株式会社 | リチウム二次電池の電極合剤用スラリー、該スラリーを用いた電極およびリチウム二次電池 |
US20110020701A1 (en) | 2009-07-16 | 2011-01-27 | Carbon Micro Battery Corporation | Carbon electrode structures for batteries |
KR101115922B1 (ko) * | 2010-02-02 | 2012-02-13 | 주식회사 엘지화학 | 케이블형 이차전지의 제조방법 |
JP5587052B2 (ja) * | 2010-06-23 | 2014-09-10 | 日本碍子株式会社 | リチウム二次電池の正極及びリチウム二次電池 |
JP2012014866A (ja) * | 2010-06-29 | 2012-01-19 | Daido Steel Co Ltd | リチウム二次電池用負極活物質およびその製造方法 |
KR101202334B1 (ko) * | 2010-07-20 | 2012-11-16 | 삼성에스디아이 주식회사 | 양극 및 이를 포함한 리튬 전지 |
GB201014706D0 (en) * | 2010-09-03 | 2010-10-20 | Nexeon Ltd | Porous electroactive material |
KR101088073B1 (ko) * | 2010-10-16 | 2011-12-01 | 주식회사 샤인 | 금속 장섬유를 포함하는 전극 구조를 갖는 전지 및 이의 제조 방법 |
JP5762828B2 (ja) * | 2011-06-06 | 2015-08-12 | 学校法人東京理科大学 | ナトリウム二次電池 |
JP5917049B2 (ja) * | 2011-08-26 | 2016-05-11 | 株式会社東芝 | 非水電解質二次電池及びその製造方法 |
CN102394287B (zh) * | 2011-11-24 | 2013-03-20 | 深圳市贝特瑞新能源材料股份有限公司 | 锂离子电池硅碳负极材料及其制备方法 |
-
2014
- 2014-02-28 WO PCT/US2014/019669 patent/WO2014163986A1/en active Application Filing
- 2014-02-28 CN CN201480024108.2A patent/CN105378978B/zh active Active
- 2014-02-28 CN CN201810412853.4A patent/CN108666527B/zh active Active
- 2014-02-28 EP EP14712431.7A patent/EP2973787A1/en active Pending
- 2014-02-28 CN CN201810412855.3A patent/CN108666528A/zh active Pending
- 2014-02-28 KR KR1020217023536A patent/KR102528734B1/ko active IP Right Grant
- 2014-02-28 JP JP2016500523A patent/JP6960733B2/ja active Active
- 2014-02-28 KR KR1020157028365A patent/KR102283516B1/ko active IP Right Grant
-
2016
- 2016-07-07 HK HK16107934.6A patent/HK1220042A1/zh unknown
- 2016-07-13 HK HK16108232.3A patent/HK1220291A1/zh unknown
-
2019
- 2019-12-05 JP JP2019220439A patent/JP6961665B2/ja active Active
-
2021
- 2021-10-13 JP JP2021168033A patent/JP7345531B2/ja active Active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2003077545A (ja) * | 2001-06-18 | 2003-03-14 | Japan Storage Battery Co Ltd | 非水電解質電池の製造方法 |
JP2011054502A (ja) * | 2009-09-04 | 2011-03-17 | Hitachi Maxell Ltd | リチウム二次電池およびその製造方法 |
WO2011088472A2 (en) * | 2010-01-18 | 2011-07-21 | Enevate Corporation | Composite materials for electrochemical storage |
JP2013219005A (ja) * | 2011-09-26 | 2013-10-24 | Sumitomo Chemical Co Ltd | 二次電池用接着樹脂組成物 |
WO2014081035A1 (ja) * | 2012-11-26 | 2014-05-30 | 日本ゼオン株式会社 | 電極/セパレータ積層体の製造方法およびリチウムイオン二次電池 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
HK1220042A1 (zh) | 2017-04-21 |
JP6960733B2 (ja) | 2021-11-05 |
KR20210095960A (ko) | 2021-08-03 |
CN108666527A (zh) | 2018-10-16 |
JP6961665B2 (ja) | 2021-11-05 |
CN105378978A (zh) | 2016-03-02 |
KR102528734B1 (ko) | 2023-05-03 |
KR20150143474A (ko) | 2015-12-23 |
WO2014163986A1 (en) | 2014-10-09 |
JP2022002225A (ja) | 2022-01-06 |
CN108666528A (zh) | 2018-10-16 |
KR102283516B1 (ko) | 2021-07-30 |
JP2016514356A (ja) | 2016-05-19 |
CN105378978B (zh) | 2018-06-01 |
HK1220291A1 (zh) | 2017-04-28 |
JP7345531B2 (ja) | 2023-09-15 |
CN108666527B (zh) | 2022-03-04 |
EP2973787A1 (en) | 2016-01-20 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US11811045B2 (en) | Electrodes, electrochemical cells, and methods of forming electrodes and electrochemical cells | |
US11837710B2 (en) | Methods of reducing occurrences of short circuits and/or lithium plating in batteries | |
JP7345531B2 (ja) | 電極、電気化学セル並びに電極及び電気化学セルの形成方法 | |
US9397338B2 (en) | Electrodes, electrochemical cells, and methods of forming electrodes and electrochemical cells | |
JP7092550B2 (ja) | 電池における短絡及び/又はリチウムめっきの発生を低減する方法 | |
US20230207775A1 (en) | Electrodes, electrochemical cells, and methods of forming electrodes and electrochemical cells | |
US20240047640A1 (en) | Electrodes, electrochemical cells, and methods of forming electrodes and electrochemical cells |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20191210 |
|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20191210 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20201111 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20201130 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20210222 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20210322 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20210622 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20210913 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20211013 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 6961665 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |