JP2020524890A5

JP2020524890A5 -

Info

Publication number: JP2020524890A5
Application number: JP2019571472A
Authority: JP
Filing date: 2018-06-20
Publication date: 2021-07-29
Anticipated expiration: 2038-06-20

Claims

バッテリー電極の表面に薄膜をコーティングする方法において、
(a) 搬送装置にバッテリー電極を準備するステップと、
(b) 前記搬送装置によって、第１試薬を含む少なくとも第１溶液を有する第１反応チャンバに前記バッテリー電極を移送するステップと、
(c) 前記搬送装置によって、前記バッテリー電極を前記第１溶液に曝露させて、前記バッテリー電極の前記表面上に吸着第１試薬を含む層を有する部分的にコーティングされたバッテリー電極を生成するステップと、
(d) 前記搬送装置によって、前記部分的にコーティングされたバッテリー電極を、少なくとも第２試薬を含む第２溶液を有する第２反応チャンバに移送するステップと、並びに
(e) 前記搬送装置によって、前記部分的にコーティングされたバッテリー電極を前記第２溶液に曝露させるステップであって、前記少なくとも第２試薬は、前記部分的にコーティングされたバッテリー電極における前記吸着第１試薬と反応して、完全にコーティングされた前記バッテリー電極の前記表面上にコーティングされた単層の薄膜を有する完全にコーティングされたバッテリー電極を生成し、前記単層の薄膜は、前記第２試薬及び前記吸着第１試薬の反応から形成された化合物を有するものであるステップと、
を備える、方法。
請求項１記載の方法において、前記単層の薄膜は約０.５ｎｍ〜１００μｍの厚さを有する、方法。
請求項１又は２記載の方法において、（ａ）における前記バッテリー電極は、１００ｎｍ〜１,０００μｍの厚さを有する、方法。
請求項１記載の方法において、前記バッテリー電極は、１つ以上の活性材料を含む、多孔質の、予形成したリチウムイオン電池電極である、方法。
請求項４記載の方法において、前記第１試薬は１つ以上の活性材料に化学的に結合し、
前記薄膜の単層は、少なくとも前記第２試薬が少なくとも１つ以上の活性材料に化学的に結合される前記第１試薬と反応するときに生成される、人工的なＳＥＩを含む、方法。
請求項５記載の方法において、前記人工的なＳＥＩは内部粒子抵抗に寄与しない、方法。
請求項４記載の方法において、前記１つ以上の活性材料は、グラファイト、Ｓｉ、Ｓｎ、ケイ素-グラファイト複合物、Ｓｎ-グラファイト複合物、リチウム金属、ＬｉＮｉｘＭｎｙＣｏｚＯ _２、ＬｉＮｉｘＣｏｙＡｌｚＯ _２、ＬｉＭｎｘＮｉｙＯｚ、ＬｉＭｎＯ _２、ＬｉＦｅＰＯ _４、ＬｉＭｎＰＯ ₄ 、ＬｉＮｉＰＯ ₄ 、ＬｉＣｏＰＯ ₄ 、ＬｉＶ ₂ Ｏ ₅ 、硫黄又はＬｉＣｏＯ ₂ から成り、ここでｘ、ｙ、ｚは化学量論係数である、方法。
請求項１記載の方法において、前記生成された化合物は、
(a) Ａがアルカリ金属、アルカリ土類金属、遷移金属、半金属又はメタロイドであり、またｘ及びｙが化学量論係数であるとして、ＡｘＯｙ型の二元酸化物、
(b) Ａ及びＢがアルカリ金属、アルカリ土類金属、遷移金属、半金属又はメタロイドの任意な組合せであり、またｘ、ｙ及びｚが化学量論係数であるとして、ＡｘＢｙＯｚ型の三元酸化物、
(c) Ａ、Ｂ及びＣがアルカリ金属、アルカリ土類金属、遷移金属、半金属又はメタロイドの任意な組合せであり、またｗ、ｘ、ｙ及びｚが化学量論係数であるとして、ＡｗＢｘＣｙＯｚ型の四元酸化物、
(d) Ａがアルカリ金属、アルカリ土類金属、遷移金属、半金属又はメタロイドであり、Ｂがハロゲンであり、またｘ及びｙが化学量論係数であるとして、ＡｘＢｙ型の二元ハロゲン化物、
(e) Ａ及びＢがアルカリ金属、アルカリ土類金属、遷移金属、半金属又はメタロイドの任意な組合せであり、Ｃがハロゲンであり、またｘ、ｙ及びｚが化学量論係数であるとして、ＡｘＢｙＣｚ型の三元ハロゲン化物、
(f) Ａ、Ｂ及びＣがアルカリ金属、アルカリ土類金属、遷移金属、半金属又はメタロイドの任意な組合せであり、Ｄがハロゲンであり、またｗ、ｘ、ｙ及びｚが化学量論係数であるとして、ＡｗＢｘＣｙＤｚ型の四元ハロゲン化物、
(g) Ａがアルカリ金属、アルカリ土類金属、遷移金属、半金属又はメタロイドであり、またｘ及びｙが化学量論係数であるとして、ＡｘＮｙ型の二元窒化物、
(h) Ａ及びＢがアルカリ金属、アルカリ土類金属、遷移金属、半金属又はメタロイドの任意な組合せであり、またｘ、ｙ及びｚが化学量論係数であるとして、ＡｘＢｙＮｚ型の三元窒化物、
(i) Ａ、Ｂ及びＣがアルカリ金属、アルカリ土類金属、遷移金属、半金属又はメタロイドの任意な組合せであり、またｗ、ｘ、ｙ及びｚが化学量論係数であるとして、ＡｗＢｘＣｙＮｚ型の四元窒化物、
(j) Ａがアルカリ金属、アルカリ土類金属、遷移金属、半金属又はメタロイドであり、Ｂがカルコゲンであり、またｘ及びｙが化学量論係数であるとして、ＡｘＢｙ型の二元カルコゲン化物、
(k) Ａ及びＢがアルカリ金属、アルカリ土類金属、遷移金属、半金属又はメタロイドの任意な組合せであり、Ｃがカルコゲンであり、またｘ、ｙ及びｚが化学量論係数であるとして、ＡｘＢｙＣｚ型の三元カルコゲン化物、
(l) Ａ、Ｂ及びＣがアルカリ金属、アルカリ土類金属、遷移金属、半金属又はメタロイドの任意な組合せであり、Ｄがカルコゲンであり、またｗ、ｘ、ｙ及びｚが化学量論係数であるとして、ＡｗＢｘＣｙＤｚ型の四元カルコゲン化物、
(m) Ａがアルカリ金属、アルカリ土類金属、遷移金属、半金属又はメタロイドであり、またｘ及びｙが化学量論係数であるとして、ＡｘＣｙ型の二元炭化物、
(n) Ａがアルカリ金属、アルカリ土類金属、遷移金属、半金属又はメタロイドであり、Ｂがハロゲンであり、またｘ、ｙ及びｚが化学量論係数であるとして、ＡｘＢｙＯｚ型の二元オキシハロゲン化物、
(o) Ａがアルカリ金属、アルカリ土類金属、遷移金属、半金属又はメタロイドであり、またｘ及びｙが化学量論係数であるとして、ＡｘＡｓｙ型の二元ヒ化物、
(p) Ａ及びＢがアルカリ金属、アルカリ土類金属、遷移金属、半金属又はメタロイドの任意な組合せであり、またｘ、ｙ及びｚが化学量論係数であるとして、ＡｘＢｙＡｓｚ型の三元ヒ化物、
(q) Ａ、Ｂ及びＣがアルカリ金属、アルカリ土類金属、遷移金属、半金属又はメタロイドの任意な組合せであり、またｗ、ｘ、ｙ及びｚが化学量論係数であるとして、ＡｗＢｘＣｙＡｓｚ型の四元ヒ化物、
(r) Ａがアルカリ金属、アルカリ土類金属、遷移金属、半金属又はメタロイドであり、またｘ及びｙが化学量論係数であるとして、Ａｘ（ＰＯ _４）ｙ型の二元リン酸塩、
(s) Ａ及びＢがアルカリ金属、アルカリ土類金属、遷移金属、半金属又はメタロイドの任意な組合せであり、またｘ、ｙ及びｚが化学量論係数であるとして、ＡｘＢｙ（ＰＯ _４）ｚ型の三元リン酸塩、並びに
(t) Ａ、Ｂ及びＣがアルカリ金属、アルカリ土類金属、遷移金属、半金属又はメタロイドの任意な組合せであり、またｗ、ｘ、ｙ及びｚが化学量論係数であるとして、ＡｗＢｘＣｙ（ＰＯ _４）ｚ型の四元リン酸塩、
よりなるグループのうち１つから選択される、方法。
請求項１記載の方法において、前記生成された化合物は、ポリマーである、酸化ポリエチレン（ＰＥＯ）、ポリビニル・アルコール（ＰＶＡ）、ポリメチル・メタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）、ポリビニル・ピロリドン（ＰＶＰ）の任意な組合せからなる、方法。
請求項４記載の方法において、前記１つ以上の活性材料は基板に堆積され、
前記基板は、フォイル、シート、又はフィルムの形態であり、
前記基板はポリイミド、ポリエチレン、ポリエーテル・エーテル・ケトン（ＰＥＥＫ）、ポリエステル及びポリエチレン・ナフタレート（ＰＥＮ）よりなるグループから選択される有機材料で構成される、方法。
請求項４記載の方法において、多孔質の、予形成したリチウムイオン電池電極である、前記１つ以上の活性材料は、スプレー、スロットダイコーティング、バスコーティング又はグラビアローラコーティングによって前記第１溶液及び前記第２溶液に曝露される、方法。
バッテリー電極の表面に薄膜をコーティングする液相堆積方法において、
(a) バッテリー電極を反応チャンバ内に準備するステップと、
(b) 前記バッテリー電極を、第１試薬を含む第１溶液に曝露させて、前記バッテリー電極の前記表面上に吸着第１試薬を含む層を有する部分的にコーティングされたバッテリー電極を生成するステップと、及び
(c) 前記部分的にコーティングされたバッテリー電極を、第２試薬を含む第２溶液に曝露させるステップであり、前記少なくとも第２試薬が前記部分的にコーティングされたバッテリー電極における前記吸着第１試薬と反応し、完全にコーティングされたバッテリー電極の表面上にコーティングされた単層の薄膜を有する完全にコーティングされたバッテリー電極を生成し、前記単層の薄膜は、前記第２試薬及び前記吸着第１試薬の反応から形成された化合物を有するものであるステップと、
を備える、方法。
請求項１２記載の方法において、さらに、
第１溶剤を含む第１リンス溶液により前記部分的にコーティングしたバッテリー電極をリンスして、前記部分的にコーティングされたバッテリー電極上の飽和第１層と、前記第１溶剤及び未反応第１試薬を含む第１残留溶液とを生成するステップと、並びに
第２溶剤を含む第２リンス溶液により前記完全にコーティングしたバッテリー電極をリンスして、前記完全にコーティングされたバッテリー電極上の薄膜における飽和した単層と、前記第２溶剤及び未反応第２試薬を含む第２残留溶液とを生成するステップと、
を備える、方法。
請求項１３記載の方法において、さらに、
前記第１残留溶液を第１濾過ステップに送り、前記第１溶剤から未反応第１試薬を分離するステップと、及び
前記第２残留溶液を第２濾過ステップに送り、前記第２溶剤から未反応第２試薬を分離するステップと、
を備える、方法。
請求項１４記載の方法において、さらに、
回収した未反応第１試薬又は未反応第２試薬を、それぞれ前記第１溶液又は前記第２溶液に再循環戻しするステップと、及び
回収した第１溶剤又は第２溶剤を、それぞれ前記第１リンス溶液又は前記第２リンス溶液に再循環戻しするステップと、
を備える、方法。
バッテリー電極上に薄膜をコーティングするシステムにおいて、
前記バッテリー電極を以下のものに搬送する搬送装置であって、すなわち、
(a) 前記バッテリー電極を、少なくとも第１試薬を含む第１溶液に曝露させて、前記バッテリー電極上に吸着第１試薬を含む層を生成する、第１反応チャンバと、及び
(b) 吸着第１試薬を含む層を有する前記バッテリー電極を、少なくとも第２試薬を含む第２溶液に曝露させる第２反応チャンバであって、前記少なくとも第２試薬が前記吸着第１試薬と反応し、前記電極の表面上に薄膜を生成する、第２反応チャンバと、
に搬送する、搬送装置を備える、システム。
請求項１６記載のシステムにおいて、前記搬送装置は、前記電極を前記第１反応チャンバ及び第２反応チャンバに案内する一連のローラを有する、システム。
バッテリー電極上に薄膜をコーティングするシステムにおいて、
前記バッテリー電極を反応チャンバに搬送する搬送装置であって、前記反応チャンバでは、
(1) 前記バッテリー電極が、少なくとも第１試薬を含む第１溶液に曝露されて、前記バッテリー電極上に吸着第１試薬を含む層を生成し、また
(2) 前記吸着第１試薬を含む層を有する前記バッテリー電極が、少なくとも第２試薬を含む第２溶液に曝露され、前記少なくとも第２試薬が部分的にコーティングされた前記バッテリー電極における前記第１吸着試薬と反応し、完全にコーティングされたバッテリー電極の表面上にコーティングされた単層の薄膜を有する前記完全にコーティングされたバッテリー電極を生成し、前記単層の薄膜は、前記第２試薬及び前記吸着第１試薬の反応から生じた化合物を含んでいる、
搬送装置を備える、システム。