JP2021192364A - 電極板および電池 - Google Patents
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Abstract
【課題】電極板の上下両側の活物質層の電池を提供する。【解決手段】金属箔、前記金属箔の上面上に直接配置された第１の活物質層、および前記金属箔の下面上に直接配置された第２の活物質層を含み、前記第１の活物質層および前記第２の活物質層の結晶系は異なる、電極板。【選択図】図１
Description
本出願は、２０２０年５月２７日に出願された米国仮特許出願番号第６３／０３０５０６号についての優先権を主張するものであり、これらの全ては引用によって本願に援用される。
本発明は、電池に関するものであり、特に、電池に用いられている電極板の上下両側の活物質層に関するものである。
現在主流の炭素負極材は良好な電気容量（約３５０ｍＡｈ／ｇ）を有しているが、サイクル寿命、安全性、および急速充電の特性にはなおネックがある。チタン酸リチウム（Ｌｉ４Ｔｉ５Ｏ１２、ＬＴＯ）は、長寿命で安全性の高い急速充電の負極材料であるが、電気容量が低く（約１６５ｍＡｈ／ｇ）、ニオブ酸チタン（ＴｉＮｂ２Ｏ７、ＴＮＯ）は理論容量が高く（約３８０ｍＡｈ／ｇ）、その１．６Ｖの作動電位は、リチウムデンドライトの生成を防ぐことができ、安全性が高く、次世代の急速充電の負極として適している。また、ニオブ酸チタンは低温性能に優れており、さまざまな過酷な環境に対応することができる。しかしながら、ニオブ酸チタンの導電性とサイクル寿命は低く、パワーリチウム電池に用いる場合は、より良い性能を得るために材料をさらに改良する必要がある。
ＴＮＯの材料で作製した全電池のサイクル寿命が短いという問題を解決するために、炭素材料を用いてＴＮＯの粉末を覆って焼結するか、基板上に炭素材料をコーティングした後、再度ＴＮＯを塗布するか、または、電解液の中に添加剤を添加することができる。しかしながら、炭素材料で覆われたＴＮＯの粉末を焼結するコストは大幅に増加する。基板上に炭素材料をコーティングした後、再度ＴＮＯを塗布すると、サイクル寿命を改善する効果が限られるか、効果が皆無である。電解液の中に添加剤を添加する方法は、現状ではＴＮＯの材料の電気的特性を低下させる。要約すると、上述の問題を克服するための新規な方法が緊急に必要とされている。
電極板の上下両側の活物質層の電池を提供する。
本開示の一実施形態によって提供される電極板は、金属箔、金属箔の上面上に直接配置された第１の活物質層、および金属箔の下面上に直接配置された第２の活物質層を含み、第１の活物質層および第２の活物質層の結晶系は異なる。
本開示の一実施形態によって提供される電池は、正極板、負極板、および正極板と負極板の間に配置されたセパレータフィルムを含み、正極板、負極板、およびセパレータフィルムは電解液中に浸漬され、正極板および負極板のうちの少なくとも１つは、金属箔、金属箔の上面上に直接配置された第１の活物質層、および金属箔の下面上に直接配置された第２の活物質層を含み、第１の活物質層および第２の活物質層の結晶系は異なる。
以下、添付の図面と併せて本開示の実施形態を詳細に説明する。
本発明は、添付の図面を参照しながら以下の詳細な説明から、より完全に理解することができる。
以下の詳細な説明において、説明の目的のために、多数の具体的詳細が、本発明の実施態様の完全な理解を提供するために示される。しかしながら、１つ以上の実施形態では、これらの特定の詳細なしに行い得ることは明らかである。他の例では、従来公知の構造および装置は、図を簡素化するために概略的に示されている。
本開示の一実施形態によって提供される電極板は、金属箔、金属箔の上面上に直接配置された第１の活物質層、および金属箔の下面上に直接配置された第２の活物質層を含み、第１の活物質層および第２の活物質層の結晶系は異なる。第１の活物質層と第２の活物質層の結晶系が同じである場合、電池（後述する）が充放電されたときに、電極板の第１の活物質層と第２の活物質層に分配される電流が異なることができず、電池容量の増加や電池のサイクル寿命を延ばすことができない。
電極板が負極板であるとき、第１の活物質層および第２の活物質層は、スピネル構造のチタン酸リチウム（ＬＴＯ）、単斜晶系のニオブ酸チタン（ＴＮＯ）、アモルファス構造のソフトカーボン、およびアモルファス構造のハードカーボン、または六方晶系構造のグラファイトをそれぞれ含む。例えば、負極板の第１の活物質層はスピネル構造のチタン酸リチウム（ＬＴＯ）を含み、第２の活物質層は単斜晶系のニオブ酸チタン（ＴＮＯ）を含む。
いくつかの実施形態では、電極板は、正極板であり、第１の活物質層および第２の活物質層は、かんらん石構造のリン酸マンガン鉄リチウム、かんらん石構造のリン酸鉄リチウム、層状構造のニッケルコバルトマンガン酸リチウム、層状構造のニッケルコバルトアルミニウム酸リチウム、層状構造のコバルト酸リチウム、またはスピネル構造のマンガン酸リチウムをそれぞれ含む。例えば、正極板の第１の活物質層は、かんらん石構造のリン酸マンガン鉄リチウムを含み得、第２の活物質層は、層状構造のニッケルコバルトマンガン酸リチウムを含み得る。
いくつかの実施形態では、金属箔は、銅、アルミニウム、チタン、アルミニウム合金、銅合金、またはチタン合金を含む。一般的に、金属箔は電極板構造の集電体と見なすことができる。
本開示の一実施形態によって提供される電池は、正極板、負極板、および正極板と負極板の間に配置されたセパレータフィルムを含む。正極板、負極板、セパレータフィルムは電解液中に浸漬される。セパレータフィルムは、ポリエチレン、ポリプロピレン、上述の混合物、セラミックコーティング、または上述のポリエチレンとポリプロピレンの多層構造などの多孔質ポリマーであり得る。電解質は液体またはゲル（例えば、１つ以上の非水溶媒に溶解したリチウム塩）であり得る。一実施形態では、電解質内のリチウム塩は、炭酸溶媒またはエーテル溶媒中で溶解する。例えば、リチウム塩はエチレンカーボネート（Ｅｔｈｙｌｅｎｅ ｃａｒｂｏｎａｔｅ； ＥＣ）およびジメチルカーボネート（Ｄｉｍｅｔｈｙｌ ｃａｒｂｏｎａｔｅ； ＤＭＣ）に溶解したヘキサフルオロリン酸リチウム（ＬｉＰＦ６）である。もう１つの実施形態では、電解質は、例えば、Ｎ−メチル−Ｎ−アルキルピロリジンビス（トリフルオロメタンスルホニル）イミニウム塩などのイオン液体であり得る。電解質は、例えば、リン酸リチウムオキシナイトライド（ＬｉＰＯＮ）などのリチウムイオン導電性ガラスの固体電解質であり得る。もう１つの実施形態では、電解質は、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）コポリマー、ＰＶＤＦ−ポリアミド材料、有機ケイ素ポリマー、熱重合ゲル、放射線硬化アクリレート、ポリマーゲルを含む粒子、無機ゲルポリマー電解質、無機ゲル−ポリマー電解質、ＰＶＤＦゲル、ポリエチレンオキシド（ＰＥＯ）、ガラスセラミック電解質、リン酸塩ガラス、リチウム導電性ガラス、リチウム導電性セラミック、または無機イオン性液体ゲルを含み得る。
上述の正極板および負極板のうちの少なくとも１つは、金属箔、金属箔の上面上に直接配置された第１の活物質層、および金属箔の下面上に直接配置された第２の活物質層を含み、第１の活物質層および第２の活物質層の結晶系は異なる。
一実施形態では、負極板の第１の活物質層と第２の活物質層との結晶系は異なっており、且つ正極板の両側の活物質層は同じである（両方ともかんらん石構造のリン酸マンガン鉄リチウム、かんらん石構造のリン酸鉄リチウム、層状構造のニッケルコバルトマンガン酸リチウム、層状構造のニッケルコバルトアルミニウム酸リチウム、層状構造のコバルト酸リチウム、またはスピネル構造のマンガン酸リチウムを含む）。電池が充放電されたとき、正極板の上面の活物質層は、負極板の第１の活物質層に対して第１の電圧差（ΔＶａ）を有し、正極板の下面の活物質層は、負極板の第２の活物質層に対して第２の電圧差（ΔＶｂ）を有し、よって負極板の第１の活物質層と第２の活物質層に分配される電流が異なり、電池容量を調整し、電池のサイクル寿命を延ばすことができるようになる。
もう１つの実施形態では、負極板の第１の活物質層と第２の活物質層の結晶系は異なっており、且つ正極板の両側の活物質層は異なる。電池が充放電されたとき、正極板の上面上の活物質層は、負極板の第１の活物質層に対して第１の電圧差（ΔＶａ１）を有し、正極板の下面上の活物質層は、負極板の第１の活物質層に対して第２の電圧差（ΔＶａ２）を有し、正極板の上面上の活物質層は、負極板の第２の活物質層に対して第３の電圧差（ΔＶｂ１）を有し、正極板の下面上の活物質層は、負極板の第２の活物質層に対して第４の電圧差（ΔＶｂ２）を有し、よって正極板の上下両側の活物質層および負極版の第１の活物質層と第２の活物質層に分配される電流が異なり、電池容量を調整し、電池のサイクル寿命を延ばすことができるようになる。
一実施形態では、正極板の第１の活物質層と第２の活物質層との結晶系は異なっており、且つ負極板の両側の活物質層は同じである（例えば、両方ともスピネル構造のチタン酸リチウム（ＬＴＯ）、単斜晶系のニオブ酸チタン（ＴＮＯ）、アモルファス構造のソフトカーボン、およびアモルファス構造のハードカーボン、または六方晶系構造のグラファイトを含む）。電池が充放電されたとき、正極板の上面上の活物質層は、負極板対して第１の電圧差（ΔＶｃ）を有し、正極板の下面上の活物質層は、負極板に対して第２の電圧差（ΔＶｄ）を有し、よって正極板の上下両側の活物質層に分配される電流が異なり、電池容量を調整し、電池のサイクル寿命を延ばすことができるようになる。
以下、当業者に容易に理解されるよう、添付の図面を参照にしながら例示的な実施例を詳細に記載する。本発明の概念は、ここに記載されるこれらの実施例に限定されることなく、様々な形式で具体化され得る。全体を通し、明瞭とするために周知の部品は省き、かつ類似する番号は類似する構成要素を指すものとしている。
以下の実施形態では、スピネル構造のＬＴＯは、Ａｎｈｕｉ Ｋｅｄａ Ｂｏｒｕｉ Ｅｎｅｒｇｙ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｃｏ Ｌｔｄ．から購入したＫＰＴ−２であり、単斜晶系のＴＮＯは自社製造であり、調整方法は台湾特許番号Ｉ７０５９５２に示されている。
実施例１−負極板ＬＴＯ／ＴＮＯ
斜方晶系のニッケルコバルトマンガン酸リチウム（ＮＭＣ−１１１、Ｓｈｅｎｚｈｅｎ Ｔｉａｎｊｉａｏ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ Ｃｏ Ｌｔｄ．から購入）粉末（９５ｗｔ％）、導電性炭素粉末（３ｗｔ％）、およびＰＶＤＦ接着剤（２ｗｔ％）を混合してスラリーを形成し、アルミ箔の上面と下面上に塗布して正極板を形成する。スピネル構造のＬＴＯ粉末（９２ｗｔ％）、導電性炭素粉末（３．１ｗｔ％）、およびＰＶＤＦ接着剤（４．９ｗｔ％）を混合してスラリーを形成し、もう１つのアルミ箔の上面上に塗布する。さらに、単斜晶系のＴＮＯ粉末（９２．５ｗｔ％）、導電性炭素粉末（４ｗｔ％）、およびＰＶＤＦ接着剤（３．５ｗｔ％）を混合してスラリーを形成し、もう１つのアルミ箔の下面上に塗布して負極板を形成する。正極板のＮＭＣ活物質の単位面積あたりの塗布重量は０．０１４３ｇ／ｃｍ２であり、負極板の下面のＴＮＯ活物質の単位面積あたりの塗布重量は０．０１１５ｇ／ｃｍ２であり、負極板の上面のＬＴＯ活物質の単位面積あたりの塗布重量は０．０２３２ｇ／ｃｍ２である。
斜方晶系のニッケルコバルトマンガン酸リチウム（ＮＭＣ−１１１、Ｓｈｅｎｚｈｅｎ Ｔｉａｎｊｉａｏ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ Ｃｏ Ｌｔｄ．から購入）粉末（９５ｗｔ％）、導電性炭素粉末（３ｗｔ％）、およびＰＶＤＦ接着剤（２ｗｔ％）を混合してスラリーを形成し、アルミ箔の上面と下面上に塗布して正極板を形成する。スピネル構造のＬＴＯ粉末（９２ｗｔ％）、導電性炭素粉末（３．１ｗｔ％）、およびＰＶＤＦ接着剤（４．９ｗｔ％）を混合してスラリーを形成し、もう１つのアルミ箔の上面上に塗布する。さらに、単斜晶系のＴＮＯ粉末（９２．５ｗｔ％）、導電性炭素粉末（４ｗｔ％）、およびＰＶＤＦ接着剤（３．５ｗｔ％）を混合してスラリーを形成し、もう１つのアルミ箔の下面上に塗布して負極板を形成する。正極板のＮＭＣ活物質の単位面積あたりの塗布重量は０．０１４３ｇ／ｃｍ２であり、負極板の下面のＴＮＯ活物質の単位面積あたりの塗布重量は０．０１１５ｇ／ｃｍ２であり、負極板の上面のＬＴＯ活物質の単位面積あたりの塗布重量は０．０２３２ｇ／ｃｍ２である。
正極板および負極板を以下のサイズにカットする。正極板のサイズは５５ｍｍ×７５０ｍｍ（幅×長さ）であり、負極板のサイズは５７ｍｍ×８００ｍｍ（幅×長さ）である。正極板と負極板の前後の端部にある１ｃｍの塗布物を洗浄し、導電性ハンドルを溶接し、幅６０．５ｍｍ、厚さ１６μｍのＰＥセパレータフィルムを正極板と負極板の間に挟設して、捲回を行う。次いで、捲回後の構造物をアルミ箔の袋に入れ、電解液を注入して密封すると、電池が完成する。電解液は１．２ＭのＬｉＰＦ６を含む（溶媒はエチレンカーボネートとジメチルカーボネート、ＥＣ／ＤＭＣである）。
電池を組み立てた後、定電圧定電流が０．０１Ｃ以下になり、充電を停止するまで０．１Ｃの電流で３．０Ｖまで充電する形成プロセスを行う。次いで、０．１Ｃの電流で１．５Ｖまで放電する。その後、充放電を３サイクル行い、電池の容量値が得られる。０．１Ｃの電流の充放電のサイクルの後、電池の０．１Ｃの放電容量が１．６３Ａｈであり、平均作動電圧が２．２７Ｖであり、電池の重量が４５ｇであるため、電池のエネルギー密度が８２．２Ｗｈ／Ｋｇであることが分かる。
上述の電池は、室温において０．５Ｃの電流を用いて定電圧電流（ＣＣ−ＣＶ）モードで充電され、充放電電圧の範囲は１．５〜３Ｖであり、充電遮断電流は、０．０１Ｃである。完全に充電された電池は、０．５Ｃ、１Ｃ、３Ｃ、５Ｃ、７Ｃ、および１０Ｃの電流でそれぞれ放電率の試験を行い、電池の放電能力を評価する。電池の充電能力は、まず０．５Ｃの電流で１．５Ｖまで放電し、次いで、０．５Ｃ、１Ｃ、３Ｃ、５Ｃ、７Ｃ、および１０Ｃの電流で再度それぞれ充電を行い、異なる電流での定電流の充電容量を分析して、電池の充電能力を評価する。電池の充放電能力を表１に示す。
２５℃において、５Ｃの電流で３．０Ｖまで充電し、２０分間休止した後、５Ｃの電流で１．５Ｖまで放電し、２０分間休止した後、サイクル寿命試験を繰り返す。図１に示されるように、１５００サイクル後、電池の容量維持率は９０％を超える。１００サイクル毎の後の電池は、０．５Ｃの電流で定電流−定電圧（ＣＣ−ＣＶ）の充放電の方法によって容量の確認（ＣＶ段の遮断電流は０．０１Ｃ、電圧範囲は１．５Ｖ〜３Ｖである）および電池の直流内部抵抗（ＤＣＩＲ）の測定が行われる。電池の直流内部抵抗（ＤＣＩＲ）の測定は、電池を０．５Ｃの電流で完全に充電し、１時間放置した後、１Ｃの電流で１０秒間放電する。休止と放電１０秒間の両者の電圧差により、電池の直流内部抵抗ＤＣＩＲ（１Ｃ−１０ｓ）が計算される。図２に示されるように、１４００サイクルの後、電池の直流内部抵抗（ＤＣＩＲ）は大きな増加がなく、この実施形態の電池のサイクル寿命が長いことがわかる。
比較例１−負極板ＴＮＯ／ＴＮＯ
斜方晶系のニッケルコバルトマンガン酸リチウム（ＮＭＣ−１１１）粉末（９５ｗｔ％）、導電性炭素粉末（３ｗｔ％）、およびＰＶＤＦ接着剤（２ｗｔ％）を混合してスラリーを形成し、アルミ箔の上面と下面上に塗布して正極板を形成する。単斜晶系のＴＮＯ粉末（９２．５ｗｔ％）、導電性炭素粉末（４ｗｔ％）、およびＰＶＤＦ接着剤（３．５ｗｔ％）を混合してスラリーを形成し、もう１つのアルミ箔の上面と下面上に塗布して負極板を形成する。正極板のＮＭＣの単位面積あたりの塗布重量は０．０１４３ｇ／ｃｍ２であり、負極板のＴＮＯの単位面積あたりの塗布重量は０．０１１５ｇ／ｃｍ２である。
斜方晶系のニッケルコバルトマンガン酸リチウム（ＮＭＣ−１１１）粉末（９５ｗｔ％）、導電性炭素粉末（３ｗｔ％）、およびＰＶＤＦ接着剤（２ｗｔ％）を混合してスラリーを形成し、アルミ箔の上面と下面上に塗布して正極板を形成する。単斜晶系のＴＮＯ粉末（９２．５ｗｔ％）、導電性炭素粉末（４ｗｔ％）、およびＰＶＤＦ接着剤（３．５ｗｔ％）を混合してスラリーを形成し、もう１つのアルミ箔の上面と下面上に塗布して負極板を形成する。正極板のＮＭＣの単位面積あたりの塗布重量は０．０１４３ｇ／ｃｍ２であり、負極板のＴＮＯの単位面積あたりの塗布重量は０．０１１５ｇ／ｃｍ２である。
正極板および負極板を以下のサイズにカットする。正極板のサイズは５５ｍｍ×８６０ｍｍ（幅×長さ）であり、負極板のサイズは５７ｍｍ×９００ｍｍ（幅×長さ）である。正極板と負極板の前後の端部にある１ｃｍの塗布物を洗浄し、導電性ハンドルを溶接し、幅６０．５ｍｍ、厚さ１６μｍのＰＥセパレータフィルムを正極板と負極板の間に挟設して、捲回を行う。次いで、捲回後の構造物をアルミ箔の袋に入れ、電解液を注入して密封すると、電池が完成する。電解液は１．２ＭのＬｉＰＦ６を含む（溶媒はエチレンカーボネートとジメチルカーボネート、ＥＣ／ＤＭＣである）。
電池を組み立てた後、定電圧定電流が０．０１Ｃ以下になり、充電を停止するまで０．１Ｃの電流で３．０Ｖまで充電する形成プロセスを行う。次いで、０．１Ｃの電流で１．５Ｖまで放電する。その後、充電を３サイクル行い、電池の容量値が得られる。０．１Ｃの電流の充放電のサイクルの後、電池の０．１Ｃの放電容量が１．９８Ａｈであり、平均作動電圧が２．２８Ｖである。
上述の電池は、室温において０．５Ｃの電流を用いて定電圧電流（ＣＣＣＶ）モードで充電され、充放電電圧の範囲は１．５〜３Ｖであり、充電遮断電流は、０．０１Ｃである。完全に充電された電池は、０．５Ｃ、１Ｃ、３Ｃ、５Ｃ、７Ｃ、および１０Ｃの電流でそれぞれ放電率の試験を行い、電池の放電能力を評価する。電池の充電能力は、まず０．５Ｃの電流で１．５Ｖまで放電し、次いで、０．５Ｃ、１Ｃ、３Ｃ、５Ｃ、７Ｃ、および１０Ｃの電流で再度それぞれ充電を行い、異なる電流での定電流の充電容量を分析して、電池の充電能力を評価する。電池の充放電能力を表２に示す。
２５℃において、それぞれ５Ｃの電流で３．０Ｖまで充電し、２０分間休止した後、５Ｃの電流で１．５Ｖまで放電し、２０分間休止した後、サイクル寿命試験を繰り返す。図１に示されるように、８００サイクル後、比較例１の電池の容量維持率は約５５％のみ残っている。１００サイクル毎の後の電池は、０．５Ｃの電流でＣＣ−ＣＶの充放電の方法によって容量の確認（ＣＶ段の遮断電流は０．０１Ｃ、電圧範囲は１．５Ｖ〜３Ｖである）および電池の直流内部抵抗（ＤＣＩＲ）の測定が行われる。電池の直流内部抵抗（ＤＣＩＲ）の測定は、電池を０．５Ｃの電流で完全に充電し、１時間放置した後、１Ｃの電流で１０秒間放電する。休止と放電１０秒間の両者の電圧差により、電池の直流内部抵抗ＤＣＩＲ（１Ｃ−１０ｓ）が計算される。図２に示されるように、３００サイクルの後、比較例１の電池の直流内部抵抗（ＤＣＩＲ）は約３０％増加し、比較例１の電池のサイクル寿命が実施例１より短いことがわかる。
比較例２−負極板ＬＴＯ＋ＴＮＯ／ＬＴＯ＋ＴＮＯ（４／６）
斜方晶系のニッケルコバルトマンガン酸リチウム（ＮＭＣ−１１１）粉末（９５ｗｔ％）、導電性炭素粉末（３ｗｔ％）、およびＰＶＤＦ接着剤（２ｗｔ％）を混合してスラリーを形成し、アルミ箔の上面と下面上に塗布して正極板を形成する。スピネル構造のＬＴＯおよび単斜晶系のＴＮＯ粉末（重量比４：６、９２ｗｔ％）、導電性炭素粉末（３．１ｗｔ％）、およびＰＶＤＦ接着剤（４．９ｗｔ％）を混合してスラリーを形成し、もう１つのアルミ箔の上面と下面上に塗布して負極板を形成する。正極板のＮＭＣの活物質の単位面積あたりの塗布重量は０．０１４３ｇ／ｃｍ２であり、負極板のＬＴＯ＋ＴＮＯの単位面積あたりの塗布重量は０．０１１７ｇ／ｃｍ２である。
斜方晶系のニッケルコバルトマンガン酸リチウム（ＮＭＣ−１１１）粉末（９５ｗｔ％）、導電性炭素粉末（３ｗｔ％）、およびＰＶＤＦ接着剤（２ｗｔ％）を混合してスラリーを形成し、アルミ箔の上面と下面上に塗布して正極板を形成する。スピネル構造のＬＴＯおよび単斜晶系のＴＮＯ粉末（重量比４：６、９２ｗｔ％）、導電性炭素粉末（３．１ｗｔ％）、およびＰＶＤＦ接着剤（４．９ｗｔ％）を混合してスラリーを形成し、もう１つのアルミ箔の上面と下面上に塗布して負極板を形成する。正極板のＮＭＣの活物質の単位面積あたりの塗布重量は０．０１４３ｇ／ｃｍ２であり、負極板のＬＴＯ＋ＴＮＯの単位面積あたりの塗布重量は０．０１１７ｇ／ｃｍ２である。
正極板および負極板を以下のサイズにカットする。正極板のサイズは５５ｍｍ×７５０ｍｍ（幅×長さ）であり、負極板のサイズは５７ｍｍ×８００ｍｍ（幅×長さ）である。正極板と負極板の前後の端部にある１ｃｍの塗布物を洗浄し、導電性ハンドルを溶接し、幅６０．５ｍｍ、厚さ１６μｍのＰＥセパレータフィルムを正極板と負極板の間に挟設して、捲回を行う。次いで、捲回後の構造物をアルミ箔の袋に入れ、電解液を注入して密封すると、電池が完成する。電解液は１．２ＭのＬｉＰＦ６を含む（溶媒はエチレンカーボネートとジメチルカーボネート、ＥＣ／ＤＭＣである）。
電池を組み立てた後、定電圧定電流が０．０１Ｃ以下になり、充電を停止するまで０．１Ｃの電流で３．０Ｖまで充電する形成プロセスを行う。次いで、０．１Ｃの電流で１．５Ｖまで放電する。その後、充電を３サイクル行い、電池の容量値が得られる。０．１Ｃの電流の充放電のサイクルの後、電池の０．１Ｃの放電容量が１．７０Ａｈであり、平均作動電圧が２．２７Ｖである。
上述の電池は、室温において０．５Ｃの電流を用いて定電圧電流（ＣＣ−ＣＶ）モードで充電され、充放電電圧の範囲は１．５〜３Ｖであり、充電遮断電流は、０．０１Ｃである。完全に充電された電池は、０．５Ｃ、１Ｃ、３Ｃ、５Ｃ、７Ｃ、および１０Ｃの電流でそれぞれ放電率の試験を行い、電池の放電能力を評価する。電池の充電能力は、まず０．５Ｃの電流で１．５Ｖまで放電し、次いで、０．５Ｃ、１Ｃ、３Ｃ、５Ｃ、７Ｃ、および１０Ｃの電流で再度それぞれ充電を行い、異なる電流での定電流の充電容量を分析して、電池の充電能力を評価する。電池の充放電能力を表３に示す。
２５℃において、それぞれ５Ｃの電流で３．０Ｖまで充電し、２０分間休止した後、５Ｃの電流で１．５Ｖまで放電し、２０分間休止した後、サイクル寿命試験を繰り返す。図１に示されるように、３００サイクル後、比較例２の電池の容量維持率は８００サイクル後、８５．６％残っている。比較例２の電池のサイクル寿命が実施例１より短いことがわかる。
以上、実施例を示して本発明を説明しているが、当業者は、本発明の思想と技術的範囲から逸脱しない種々の修正及び変更を行い得る。実施形態および実施例は、例示的なものであるに過ぎず、本発明の範囲は、以下の請求項及びその均等のものによって規定されて保護される。
２５℃において、それぞれ５Ｃの電流で３．０Ｖまで充電し、２０分間休止した後、５Ｃの電流で１．５Ｖまで放電し、２０分間休止した後、サイクル寿命試験を繰り返す。図１に示されるように、８００サイクル後、比較例２の電池の容量維持率は８５．６％残っている。比較例２の電池のサイクル寿命が実施例１より短いことがわかる。
Claims (13)
- 金属箔、
前記金属箔の上面上に直接配置された第１の活物質層、および
前記金属箔の下面上に直接配置された第２の活物質層を含み、
前記第１の活物質層および前記第２の活物質層の結晶系は異なる、電極板。 - 負極板であるとき、前記第１の活物質層および前記第２の活物質層は、スピネル構造のチタン酸リチウム（ＬＴＯ）、単斜晶系のニオブ酸チタン（ＴＮＯ）、アモルファス構造のソフトカーボン、およびアモルファス構造のハードカーボン、または六方晶系構造のグラファイトをそれぞれ含む請求項１に記載の電極板。
- 負極板であるとき、前記第１の活物質層は、スピネル構造のチタン酸リチウム（ＬＴＯ）を含み、前記第２の活物質層は、単斜晶系のニオブ酸チタン（ＴＮＯ）を含む請求項２に記載の電極板。
- 正極板であるとき、前記第１の活物質層および前記第２の活物質層は、かんらん石構造のリン酸マンガン鉄リチウム、かんらん石構造のリン酸鉄リチウム、層状構造のニッケルコバルトマンガン酸リチウム、層状構造のニッケルコバルトアルミニウム酸リチウム、層状構造のコバルト酸リチウム、またはスピネル構造のマンガン酸リチウムをそれぞれ含む請求項１に記載の電極板。
- 前記金属箔は、アルミニウム、銅、チタン、アルミニウム合金、銅合金、またはチタン合金を含む請求項１に記載の電極板。
- 正極板、
負極板、および
前記正極板と前記負極板の間に配置されたセパレータフィルムを含み、
前記正極板、前記負極板、および前記セパレータフィルムは電解液中に浸漬され、
前記正極板および前記負極板のうちの少なくとも１つは、
金属箔、
前記金属箔の上面上に直接配置された第１の活物質層、および
前記金属箔の下面上に直接配置された第２の活物質層を含み、
前記第１の活物質層および前記第２の活物質層の結晶系は異なる、電池。 - 前記負極板の前記第１の活物質層および前記第２の活物質層の結晶系は異なっており、且つスピネル構造のチタン酸リチウム（ＬＴＯ）、単斜晶系のニオブ酸チタン（ＴＮＯ）、アモルファス構造のソフトカーボン、およびアモルファス構造のハードカーボン、または六方晶系構造のグラファイトをそれぞれ含む請求項６に記載の電池。
- 前記負極板の前記第１の活物質層は、スピネル構造のチタン酸リチウム（ＬＴＯ）を含み、前記第２の活物質層は、単斜晶系のニオブ酸チタン（ＴＮＯ）を含む請求項７に記載の電池。
- 前記正極板の両側の活物質層は同じであり、且つかんらん石構造のリン酸マンガン鉄リチウム、かんらん石構造のリン酸鉄リチウム、層状構造のニッケルコバルトマンガン酸リチウム、層状構造のニッケルコバルトアルミニウム酸リチウム、層状構造のコバルト酸リチウム、またはスピネル構造のマンガン酸リチウムをそれぞれ含む請求項７に記載の電池。
- 前記正極板の両側の活物質層の結晶系は異なっており、且つかんらん石構造のリン酸マンガン鉄リチウム、かんらん石構造のリン酸鉄リチウム、層状構造のニッケルコバルトマンガン酸リチウム、層状構造のニッケルコバルトアルミニウム酸リチウム、層状構造のコバルト酸リチウム、またはスピネル構造のマンガン酸リチウムをそれぞれ含む請求項７に記載の電池。
- 前記正極板の両側の活物質層の結晶系は異なっており、且つかんらん石構造のリン酸マンガン鉄リチウム、かんらん石構造のリン酸鉄リチウム、層状構造のニッケルコバルトマンガン酸リチウム、層状構造のニッケルコバルトアルミニウム酸リチウム、層状構造のコバルト酸リチウム、またはスピネル構造のマンガン酸リチウムをそれぞれ含む請求項６に記載の電池。
- 前記負極板の両側の活物質層は同じであり、且つスピネル構造のチタン酸リチウム（ＬＴＯ）、単斜晶系のニオブ酸チタン（ＴＮＯ）、アモルファス構造のソフトカーボン、およびアモルファス構造のハードカーボン、または六方晶系構造のグラファイトをそれぞれ含む請求項１１に記載の電池。
- 前記金属箔は、アルミニウム、銅、チタン、アルミニウム合金、銅合金、またはチタン合金を含む請求項６に記載の電池。
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