JP2022009041A - 電極アセンブリ - Google Patents

電極アセンブリ Download PDF

Info

Publication number
JP2022009041A
JP2022009041A JP2021167391A JP2021167391A JP2022009041A JP 2022009041 A JP2022009041 A JP 2022009041A JP 2021167391 A JP2021167391 A JP 2021167391A JP 2021167391 A JP2021167391 A JP 2021167391A JP 2022009041 A JP2022009041 A JP 2022009041A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
electrode layer
less
cathode
weight
anode
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.)
Withdrawn
Application number
JP2021167391A
Other languages
English (en)
Inventor
ホ、カム・ピウ
Kam Piu Ho
ワン、ランシ
Ranshi Wang
シェン、ペイフア
Peihua Shen
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
GRST International Ltd
Original Assignee
GRST International Ltd
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by GRST International Ltd filed Critical GRST International Ltd
Publication of JP2022009041A publication Critical patent/JP2022009041A/ja
Withdrawn legal-status Critical Current

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
    • H01M4/64—Carriers or collectors
    • H01M4/66—Selection of materials
    • H01M4/661—Metal or alloys, e.g. alloy coatings
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052—Li-accumulators
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052—Li-accumulators
    • H01M10/0525—Rocking-chair batteries, i.e. batteries with lithium insertion or intercalation in both electrodes; Lithium-ion batteries
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/058—Construction or manufacture
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/058—Construction or manufacture
    • H01M10/0587—Construction or manufacture of accumulators having only wound construction elements, i.e. wound positive electrodes, wound negative electrodes and wound separators
    • 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
    • H01M4/62—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
    • H01M2004/026—Electrodes composed of, or comprising, active material characterised by the polarity
    • H01M2004/027—Negative electrodes
    • 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
    • H01M2004/026—Electrodes composed of, or comprising, active material characterised by the polarity
    • H01M2004/028—Positive electrodes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2220/00—Batteries for particular applications
    • H01M2220/20—Batteries in motive systems, e.g. vehicle, ship, plane
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2220/00—Batteries for particular applications
    • H01M2220/30—Batteries in portable systems, e.g. mobile phone, laptop
    • 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
    • H01M4/131—Electrodes based on mixed oxides or hydroxides, or on mixtures of oxides or hydroxides, e.g. LiCoOx
    • 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
    • H01M4/133—Electrodes based on carbonaceous material, e.g. graphite-intercalation compounds or CFx
    • 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
    • H01M4/13—Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
    • H01M4/136—Electrodes based on inorganic compounds other than oxides or hydroxides, e.g. sulfides, selenides, tellurides, halogenides or LiCoFy
    • 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
    • H01M4/624—Electric conductive fillers
    • H01M4/625—Carbon or graphite
    • 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)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Cell Electrode Carriers And Collectors (AREA)
  • Cell Separators (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)

Abstract

Figure 2022009041000001
【課題】電極層の剥離を抑制することにより耐久性が高く、かつ良好な電気化学性能を有する電極を用いた非水電解質２次バッテリのための、電極アセンブリを提供する。
【解決手段】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含み、前記少なくとも１つのアノードは、アノード集電体およびアノード電極層を含み、前記少なくとも１つのカソードは、カソード集電体およびカソード電極層を含み、前記カソード電極層および前記アノード電極層のそれぞれは、独立して、３５％未満の空隙容量を持ち、前記少なくとも１つのカソードおよび前記少なくとも１つのアノードのそれぞれは、独立して、０．１５Ｎ／ｃｍ以上の剥離強度を持つ電極アセンブリとする。
【選択図】図４

Description

発明の分野
本発明は、バッテリの分野に関する。特に、本発明は、リチウムイオンバッテリの電極アセンブリを乾燥させる方法および本明細書に開示される方法によって作製される電極アセンブリに関する。
発明の背景
リチウムイオンバッテリ（ＬＩＢ）は、過去２０年間に携帯電話やラップトップコンピュータなどの携帯電子機器における広範囲の用途のために広く注目されてきた。高性能で低コストのＬＩＢは、現在、電気自動車（ＥＶ）の急速な市場発展とグリッドエネルギー貯蔵のために、大規模なエネルギー貯蔵装置の最も有望な選択肢の１つを提供している。
現在、電極は、活性バッテリ電極材料、導電剤、およびバインダー材料の微粉末を適切な溶媒中に分散させることによって作製される。分散液は、銅またはアルミニウムの金属箔のような集電体上に塗布され、その後、高温で乾燥され、溶媒を除去することができる。その後、カソードとアノードのシートを、カソードとアノードとを分離するセパレータと共に積み重ねるか又は巻いてバッテリを形成する。
リチウムイオンバッテリの製造プロセスは水分に敏感である。高含水量のバッテリは、電気化学的性能の深刻な低下を招き、バッテリの安定性に影響を及ぼす。したがって、環境湿度はＬＩＢの製造プロセスに対して厳密に管理する必要がある。ほとんどのＬＩＢは、湿度が１％未満の環境で製造される。しかしながら、水分を含まない厳格なプロセスのためにかなりの費用がかかる。電極アセンブリの湿気に敏感な問題に取り組むために、バッテリ内の含水量を減らすために電解質充填の前に電極アセンブリを乾燥させることは重要である。
中国特許第１０４１４２０４５Ｂ号公報は、ＬＩＢの電極アセンブリを乾燥させる方法を記載している。この方法は、電極アセンブリを真空下で３０ないし１００℃の温度で加熱することと、オーブンを乾燥空気または不活性ガスで満たすことと、これらの２つの工程を１ないし１０回繰り返すことと、を備える。この方法は、電極アセンブリに４３０．５ｐｐｍないし４８８．１ｐｐｍの含水量を与える。
中国特許出願第１０５１１５２５０Ａ号公報は、ＬＩＢの電極アセンブリを乾燥させる方法を記載している。この方法は、電極アセンブリを真空下で８５±５℃の温度に加熱することと、オーブンを高温の乾燥窒素ガスで満たすことと、これらの２つの工程を１０ないし２０回繰り返すことと、を備える。この方法は、２００ｐｐｍ未満の含水量を有する電極アセンブリを提供する。
上記特許文献のいずれも、乾燥プロファイルとバインダー組成物との間の関係を評価するための電極におけるバインダー組成物を開示していない。加えて、既存の方法によって乾燥させたときの電極アセンブリの含水量は、１００ｐｐｍから数百ｐｐｍの範囲であり、これは、ＬＩＢのサイクル安定性およびレート性能に影響を及ぼし得る。上記方法で得られた電極を用いてバッテリを製造しても、電極層の剥離が起こる場合があり、電極層の十分な耐久性が得られない。
特許第５５２３６７８号公報は、集電体と、活物質、導電剤およびバインダーを含む電極層とを持つ非水電解質２次バッテリのための正極を記載しており、電極層は、３３．０％以上の空隙のパーセンテージを持ち、十分な量の電解質を保持する。しかしながら、それはこの方法により作製された電極の電気化学的性能を評価するためのいかなるデータも含まない。
以上のことから、電極層の剥離を抑制することにより耐久性が高く、かつ良好な電気化学性能を有する電極を用いた非水電解質２次バッテリを提供することが常に求められている。
上述の必要性は、本明細書に開示される様々な態様および実施形態によって満たされる。
ある態様において、本明細書で提供されるのは、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含み、前記少なくとも１つのアノードは、アノード集電体およびアノード電極層を含み、前記少なくとも１つのカソードは、カソード集電体およびカソード電極層を含み、前記カソード電極層および前記アノード電極層のそれぞれは、独立して、３５％未満の空隙容量（void volume）を持ち、前記少なくとも１つのカソードおよび前記少なくとも１つのアノードのそれぞれは、独立して、０．１５Ｎ／ｃｍ以上の剥離強度を持つ。
いくつかの実施形態において、前記カソード集電体および前記アノード集電体のそれぞれの表面の粗さＲaは、独立して、２μｍ以下、または１μｍ以下である。
ある実施形態において、前記カソード電極層および前記アノード電極層のそれぞれの密度は、独立して、約１．０ｇ／ｍ3ないし約６．５ｇ／ｍ3、または約１．０ｇ／ｍ3ないし約３．０ｇ／ｍ3である。
いくつかの実施形態において、前記カソード電極層および前記アノード電極層のそれぞれの厚さは、独立して、約１．０μｍないし約４０μｍ、または約１．０μｍないし約２５μｍである。
ある実施形態において、前記カソード電極層は、カソード材料、バインダー材料、導電剤を含み、前記アノード電極層は、アノード材料、バインダー材料、導電剤を含み、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それぞれは、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。
いくつかの実施形態において、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それぞれは、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。
ある実施形態において、前記カソード電極層は、LiCoO2、LiNiO2、LiNixMnyO2、Li1+zNixMnyCo1-x-yO2、LiNixCoyAlzO2、LiV2O5、LiTiS2、LiMoS2、LiMnO2、LiCrO2、LiMn2O4、LiFeO2、LiFePO4、LiNi0.5Mn1.5O4、LiNi0.4Mn1.6O4、およびそれらの組み合わせからなる群から選択されたカソード材料を含み、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。
いくつかの実施形態において、前記カソード材料は、前記カソード電極層の総重量に基づいて、６０重量％ないし９９重量％の量で存在する。
ある実施形態において、前記カソード電極層は、カソード材料、バインダー材料、導電剤を含み、前記アノード電極層は、アノード材料、バインダー材料、導電剤を含み、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それぞれは、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。
いくつかの実施形態において、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それぞれは、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。
ある実施形態において、前記アノード電極層は、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アノード材料を含む。
いくつかの実施形態において、前記アノード材料は、前記アノード電極層の総重量に基づいて、５０重量％ないし９９重量％の量で存在する。
ある実施形態において、前記カソード集電体および前記アノード集電体のそれぞれは、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。いくつかの実施形態において、前記カソード集電体は、アルミニウム薄膜であり、前記アノード集電体は、銅薄膜である。
いくつかの実施形態において、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、１０重量ｐｐｍ未満、または５重量ｐｐｍ未満である。
ある実施形態において、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、１０ｐｐｍ未満、または５重量ｐｐｍ未満の含水量を有する。
いくつかの実施形態において、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、１０重量ｐｐｍ未満、または５重量ｐｐｍ未満の含水量を有する。
本明細書に開示された方法によって作製された電極アセンブリを含むリチウムイオンバッテリも本明細書に提供される。
図１は、実施例２に記載された方法によって作製された電極アセンブリを含む電気化学セルのサイクル性能を示す。
図２は、実施例４に記載された方法によって作製された電極アセンブリを含む電気化学セルのサイクル性能を示す。
図３は、実施例６に記載された方法によって作製された電極アセンブリを含む電気化学セルのサイクル性能を示す。
図４は、実施例８に記載された方法によって作製された電極アセンブリを含む電気化学セルのサイクル性能を示す。
発明の詳細な説明
本明細書で提供されるのは、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含み、前記少なくとも１つのアノードは、アノード集電体およびアノード電極層を含み、前記少なくとも１つのカソードは、カソード集電体およびカソード電極層を含み、前記カソード電極層および前記アノード電極層のそれぞれは、独立して、３５％未満の空隙容量を持ち、前記少なくとも１つのカソードおよび前記少なくとも１つのアノードのそれぞれは、独立して、０．１５Ｎ／ｃｍ以上の剥離強度を持つ。
「電極」という用語は、「カソード」または「アノード」を指す。
「正極」という用語は、カソードと互換的に使用される。同様に、「負極」という用語は、アノードと互換的に使用される。
「バインダー材料」という用語は、活性バッテリ電極材料および導電剤を適所に保持するために使用可能な化学物質または物質を指す。
「水ベースのバインダー材料」という用語は、水溶性または水分散性バインダーポリマーを指す。水ベースのバインダー材料のいくつかの非限定的な例には、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－ブタジエンゴム、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／プロピレンコポリマー、ポリブタジエン、ポリエチレンオキシド、ポリビニルピロリドン、ポリエピクロロヒドリン、ポリホスファゼン、ポリアクリロニトリル、ポリスチレン、エチレン／プロピレン／ジエンコポリマー、ポリビニルピリジン、クロロスルホン化ポリエチレン、ラテックス、ポリエステル樹脂、アクリル樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、ポリビニルアルコール、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、およびそれらの組み合わせが含まれる。
「有機物ベースのバインダー材料」という用語は、有機溶媒、特にＮ－メチル－２－ピロリドン（ＮＭＰ）中に溶解または分散しているバインダーを指す。有機物ベースのバインダー材料のいくつかの非限定的な例には、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ペルフルオロアルコキシポリマー（ＰＦＡ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、テトラフルオロエチレン（ＴＦＥ）とヘキサフルオロプロピレン（ＨＦＰ）とのコポリマー、フッ素化エチレン－プロピレン（ＦＥＰ）コポリマー、テトラフルオロエチレンとヘキサフルオロプロピレンとフッ化ビニリデンとのターポリマー、およびそれらの組み合わせが含まれる。
「集電体」という用語は、２次バッテリの放電または充電中に電極に電流を流し続けるために、活性バッテリ電極材料および化学的に不活性な高電子伝導体を被覆するための支持体を指す。
「導電剤」という用語は、化学的に不活性であり、良好な導電性を有する材料を指す。このため、導電剤は、たびたび、電極の導電性を向上させるために電極形成時に電極活物質と混合される。いくつかの実施形態では、導電剤は炭素質材料である。
「電極アセンブリ」という用語は、少なくとも１つの正極と、少なくとも１つの負極と、正極と負極との間に配置された少なくとも１つのセパレータとを備える構造を指す。
「剥離強度」という用語は、基材から積層されている被覆層を分離するのに必要とされる力を指す。
「表面の粗さ」という用語は、材料の表面に存在する形状の不規則性を指す。
「表面の粗さ（Ｒa）」という用語は、JIS B 0601-1994に記載の方法で測定される算術平均表面粗さを指す。
「表面の粗さ（Ｒz）」という用語は、JIS B 0601-1994に規定される１０点の平均粗さを指す。
「室温」という用語は、約１８℃ないし約３０℃の室内温度、例えば１８、１９、２０、２１、２２、２３、２４、２５、２６、２７、２８、２９、または３０℃を指す。いくつかの実施形態では、室温は、約２０℃＋／－１℃または＋／－２℃または＋／－３℃の温度を指す。他の実施形態では、室温は約２２℃または約２５℃の温度を指す。
「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％のエネルギーを利用し、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。
「アンペア時（Ａｈ）」という用語は、バッテリの蓄電容量を特定する単位を指す。例えば、１Ａｈ容量のバッテリは、１アンペアの電流を１時間または０．５Ａの電流を２時間など、供給することが可能である。したがって、１アンペア時（Ａｈ）は３６００クーロンの電荷量に相当する。同様に、「ミニアンペア時（ｍＡｈ）」という用語は、また、バッテリ蓄電容量の単位を意味し、１／１，０００アンペア時である。
「バッテリーサイクル寿命」という用語は、バッテリの公称容量が初期定格容量の８０％を下回る前にバッテリが実行できる完全な充電／放電のサイクル数を指す。
以下の説明では、本明細書に開示される全ての数字は、「約」または「およそ」という語がそれに関連して使用されるかどうかにかかわらず、およその値である。それらは、１％、２％、５％、または場合によっては１０％ないし２０％変化することがある。下限RLおよび上限ＲUを有する数値範囲が開示されるときはいつも、範囲内の任意の数が具体的に開示される。特に、範囲内の以下の数値が具体的に開示され：Ｒ＝ＲL＋ｋ×（ＲU－ＲL）、ここにおいて、ｋは１％から１００％の範囲の変数であって１％ずつ増加し、すなわち、ｋは１％、２％、３％、４％、５％、…、５０％、５１％、５２％、…、９５％、９６％、９７％、９８％、９９％、または１００％である。さらに、上記で定義した２つのＲ数によって定義される任意の数値範囲も具体的に開示される。
一般に、リチウムイオンバッテリの製造プロセスは、最適な製造条件を維持するために環境を注意深く制御しなければならない乾燥室で行われる。空気の露点は、乾燥室の品質の指標である。バッテリ生産のための典型的な露点値は－４０℃ないし－６５℃の範囲内である。バッテリの効率と耐用年数は、セル生産段階で決定される。
少なくとも１つの負極、少なくとも１つのセパレータ、少なくとも１つの正極を順次積み重ねることによって電極アセンブリを構成することが可能である。電極アセンブリを構成するための、少なくとも１つの正極、少なくとも１つの負極、少なくとも１つのセパレータの数および配置は、特に限定されない。いくつかの実施形態において、電極アセンブリは、正極／セパレータ／負極構造または正極／セパレータ／負極／セパレータ／正極／セパレータ／負極構造のような反対の極性（すなわち、正極および負極）を２つの最外電極が備える積層構造を有する。
いくつかの実施形態において、非水電解質２次バッテリに使用するための電極アセンブリが開示されている。ある実施形態において、リチウムイオンバッテリに使用するための電極アセンブリが開示されている。
ある実施形態において、電極アセンブリは、正極／セパレータ／負極／セパレータ／正極構造または負極／セパレータ／正極／セパレータ／負極構造のような、同じ極性（すなわち、正極または負極）を２つの最外電極が備える積層構造を有する。
いくつかの実施形態において、電極アセンブリは、セパレータ／正極／セパレータ／負極構造または正極／セパレータ／負極／セパレータ構造のような、最も外側の一方にセパレータが配置されている構造を有する。他の実施形態において、電極アセンブリは、セパレータ／正極／セパレータ／負極／セパレータ構造のような、最も外側の両側にセパレータが配置されている構造を有する。
ある実施形態において、電極アセンブリは、空気が－６５℃の露点を有する厳密な湿度制御下で組み立てられる。いくつかの実施形態において、電極アセンブリは、空気が－５０℃、－４０℃、－３０℃、－２０℃、－１０℃、０℃、５℃、または１０℃の露点を有する乾燥条件下で組み立てられる。ある実施形態において、電極アセンブリは湿度を制御せずに屋外で組み立てられる。
対向する活性アノード表面と活性カソード表面との間に配置されたセパレータは、アノードとカソードとの間の接触およびリチウムイオンバッテリの短絡を防ぐことが可能である。いくつかの実施形態において、セパレータは、織布または不織構造ポリマー繊維、天然繊維、炭素繊維、ガラス繊維またはセラミック繊維を含んでもよい。ある実施形態において、セパレータは織布または不織構造ポリマー繊維を含む。
ある実施形態において、不織構造または織構造の繊維は、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、それらの誘導体、またはそれらの組み合わせなどの有機ポリマーからなる。ある実施形態において、セパレータは、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、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オレフィン繊維からなる。いくつかの実施形態において、セパレータは、ポリエステル、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、ポリエーテルスルホン、ポリフェニレンオキシド、ポリフェニレンスルフィド、ポリエチレンナフタレン、およびそれらの組み合わせからなる群から選択されるポリマー繊維からなる。他の実施形態において、ポリマー繊維は、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、またはポリプロピレン／ポリエチレン共重合体ではない。さらなる実施形態において、ポリマー繊維は、ポリアセタール、ポリエーテルスルホン、ポリフェニレンオキシド、ポリフェニレンスルフィド、またはポリカーボネートではない。さらなる実施形態において、ポリマー繊維は、ポリアミド、ポリイミド、またはポリエーテルエーテルケトンではない。しかし、他の全ての公知のポリマー繊維または多くの天然繊維も同様に使用することが可能である。
いくつかの実施形態において、本明細書に開示されるセパレータは、１００℃以上、１１０℃以上、１２０℃以上、１３０℃以上、１４０℃以上、１５０℃以上、１６０℃以上、１７０℃以上、１８０℃以上、１９０℃以上、２００℃以上、２１０℃以上、２２０℃以上、２３０℃以上、２４０℃以上、または２５０℃以上の融点を有する。ある実施形態において、セパレータは、約１００℃ないし約３００℃、約１２０℃ないし約３００℃、約１００℃ないし約２５０℃、約１２０℃ないし約２５０℃、約１４０℃ないし約２５０℃、約１６０℃ないし約２５０℃、約１８０℃ないし約２５０℃、または約２００℃ないし約２５０℃の融点を有する。高融点を有するセパレータは高い熱安定性を示し、そのために熱収縮することなく高温で乾燥することができる。これによっても、乾燥をより効率的に行うことが可能である。そのため、電極アセンブリを比較的短時間で乾燥させることができ、製造時間を短縮することが可能となる。
セパレータは、被覆形態または非被覆形態であり得る。いくつかの実施形態において、セパレータは、約１０μｍないし約２００μｍ、約３０μｍないし約１００μｍ、約１０μｍないし約７５μｍ、約１０μｍないし約５０μｍ、約１０μｍないし約２０μｍ、約１５μｍないし約４０μｍ、約１５μｍないし約３５μｍ、約２０μｍないし約４０μｍ、約２０μｍないし約３５μｍ、約２０μｍないし約３０μｍ、約３０μｍないし約６０μｍ、約３０μｍないし約５０μｍ、または約３０μｍないし約４０μｍの厚さを有する。
ある実施形態において、セパレータは、約１５μｍ、約２０μｍ、または約２５μｍの厚さを有する。いくつかの実施形態では、本発明のセパレータは、４０μｍ未満、３５μｍ未満、３０μｍ未満、２５μｍ未満、または２０μｍ未満の厚さを有する。セパレータが十分に薄い場合、水分は高い乾燥速度で蒸発し得る。
いくつかの実施形態において、セパレータはコーティングされておらず、保護多孔質層を含まない。ある実施形態において、セパレータは、コーティングされ、多孔質基材と多孔質基材の片面または両面に被覆された保護多孔質層とを含み、保護多孔質層は、バインダー材料と無機充填剤とを含む。ある実施形態において、無機充填剤は、Al2O3、SiO2、TiO2、ZrO2、BaOx、ZnO、CaCO3、TiN、AlN、およびそれらの組み合わせからなる群から選択され、ｘは１または２である。
いくつかの実施形態において、電極アセンブリはゆったりと積み重ねられる。ゆったりと積み重ねられた電極アセンブリでは、電極層とセパレータ層との間に空隙があり、水分が逃げることを可能にする。したがって、ゆったりと積層された電極アセンブリを短時間で効果的に乾燥させることができる。一方、乾燥前に電極アセンブリを加圧下で加圧すると、電極層とセパレータ層との間に隙間がほとんどまたは全くなくなり、空気流および乾燥効率が低下する。
ある実施形態において、乾燥前に、正極、セパレータ、および負極を積み重ね、ゼリーロール構成になるように螺旋状に巻く。ロール電極アセンブリは緊密に詰め込まれているので、電極層とセパレータ層との間にはほとんどまたは全く空隙がなく、空気流および乾燥効率が低下する。いくつかの実施形態において、電極アセンブリはゼリーロール構成ではない。
正極は、カソード集電体上に支持されたカソード電極層を含む。カソード電極層は、少なくともカソード材料とバインダー材料とを備える。カソード電極層は、カソード電極層の電子伝導性を高めるための導電剤をさらに備えてもよい。負極は、アノード集電体上に支持されたアノード電極層を含む。アノード電極層は、少なくともアノード材料とバインダー材料とを備える。アノード電極層は、アノード電極層の電子伝導性を高めるための導電剤をさらに備えてもよい。
いくつかの実施形態において、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、バインダー材料および導電剤を含むカソード電極層とを備え、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、バインダー材料および導電剤を含むアノード電極層とを含み、カソード電極層およびアノード電極層のそれぞれは、カソード電極層またはアノード電極層の総体積に基づいて、独立して、４０％未満、３９％未満、３８％未満、３７％未満、３６％未満、３５％未満、３４％未満、３３％未満、３２％未満、３１％未満、３０％未満、２９％未満、２８％未満、２７％未満、２６％未満、２５％未満、２４％未満、２３％未満、２２％未満、２１％未満、２０％未満、１９％未満、１８％未満、１７％未満、１６％未満、１５％未満、１４％未満、１３％未満、１２％未満、１１％未満、１０％未満、９％未満、８％未満、７％未満、６％未満、または５％未満の空隙容量を有する。ある実施形態において、カソード電極層またはアノード電極層の空隙容量は、カソード電極層またはアノード電極層の総体積に基づいて、少なくとも５％、少なくとも６％、少なくとも７％、少なくとも８％、少なくとも９％、少なくとも１０％、少なくとも１１％、少なくとも１２％、少なくとも１３％、少なくとも１４％、少なくとも１５％、少なくとも１６％、少なくとも１７％、少なくとも１８％、少なくとも１９％、少なくとも２０％、少なくとも２１％、少なくとも２２％、少なくとも２３％、少なくとも２４％、少なくとも２５％、少なくとも２６％、少なくとも２７％、少なくとも２８％、少なくとも２９％、少なくとも３０％、少なくとも３１％、少なくとも３２％、少なくとも３３％、少なくとも３４％、少なくとも３５％、少なくとも３６％、少なくとも３７％、少なくとも３８％、少なくとも３９％、または少なくとも４０％である。ある実施形態において、カソード電極層またはアノード電極層の空隙容量は、カソード電極層またはアノード電極層の総体積に基づいて、８％と４０％の間、８％と３５％の間、８％と３０％の間、１０％と３０％の間、１３％と３０％の間、１３％と３３％の間、１５％と３０％の間、１８％と３０％の間、２０％と３０％の間、２５％と３０％の間、５％と３０％の間、５％と２５％の間、５％と２０％の間、５％と１５％の間、５％と１０％の間、１０％と２０％の間、１０％と１５％の間、２０％と２５％の間、１５％と２５％の間、１５％と２０％の間、１２％と２０％の間、１３％と１８％の間、１５％と１９％の間、１１％と１９％の間、１８％と２５％の間、２２％と２６％の間、または２１％と２８％の間である。
電極層の空隙率が３５％以上であると、バッテリのエネルギー密度と出力がともに低下する。電極層の空隙率が１０％と３５％の間または５％と３５％の間であれば、バッテリは、リチウムイオンの良好な拡散性と、高出力性能とを示す。
いくつかの実施形態において、カソード電極層の空隙容量は、アノード電極層の空隙容量よりも大きいか、またはその逆である。いくつかの実施形態において、カソード電極層の空隙容量は、アノード電極層の空隙容量に等しい。ある実施形態において、カソード電極層とアノード電極層の空隙容量の間の差は、約１％ないし約３０％、約１％ないし約２５％、約１％ないし約２０％、１％ないし約１５％、約１％ないし約１０％、約１％ないし約５％、約５％ないし約２０％、約５％ないし約１５％、約１０％ないし約２０％、または約１０％ないし約１５％である。いくつかの実施形態において、カソード電極層とアノード電極層の間の空隙容量の間の差は、３０％未満、２５％未満、２０％未満、２０％未満、１５％未満、１０％未満、５％未満、または１％未満である。ある実施形態において、カソード電極層とアノード電極層の空隙容量の間の差は、少なくとも１％、少なくとも５％、少なくとも１０％、少なくとも１５％、少なくとも２０％、少なくとも２５％、または少なくとも３０％である。
いくつかの実施形態において、カソード電極層の空隙容量とアノード電極層の空隙容量との比は、約５：１ないし約１：５、約５：１ないし約１：４、約５：１ないし約１：３、約５：１ないし約１：２、約５：１ないし約１：１、約５：１ないし約２：１、約５：１ないし約３：１、約５：１ないし約４：１、約３：１ないし約１：３、約３：１ないし約１：１、約１：１から約１：３、約２：１から約１：２、約２：１から約１：１、または約１：１ないし約１：２である。ある実施形態において、カソード電極層の空隙容量とアノード電極層の空隙容量の比は、５：１未満、４：１未満、３：１未満、２：１未満、１：１未満、１：２未満、１：３未満、１：４未満、または１：５未満である。いくつかの実施形態において、カソード電極層の空隙容量とアノード電極層の空隙容量との比は、５：１超、４：１超、３：１超、２：１超、１：１超、１：２超、１：３超、１：４超、または１：５超である。
集電体は、活性バッテリ電極材料の電気化学反応によって生成された電子を収集するか、または電気化学反応に必要な電子を供給するように作用する。いくつかの実施形態において、箔、シートまたはフィルムの形態であり得る正極および負極の集電体のそれぞれは、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。ある実施形態において、カソード集電体はアルミニウム薄膜である。いくつかの実施形態において、アノード集電体は銅薄膜である。いくつかの実施形態において、集電体は表面処理を受けない。ある実施形態において、集電体の表面は、コーティングを備えない。
いくつかの実施形態において、集電体は、約６μｍないし約１００μｍの厚さを有する。集電体の厚さは、バッテリ内の集電体によって占有される体積および電極物質の量、したがってバッテリ内の容量に影響を及ぼす。
ある実施形態において、カソード集電体およびアノード集電体のそれぞれは、独立して、約０．１μｍないし約５μｍ、約０．１μｍないし約２．５μｍ、約０．１μｍないし約２μｍ、約０．１μｍないし約約１．５μｍ、約１μｍないし３μｍ、約０．１μｍないし約１μｍ、約０．１μｍないし約０．５μｍ、約１μｍないし約４μｍ、約１μｍないし約２μｍ、または約２．５μｍないし約５μｍの表面の粗さＲaを有する。いくつかの実施形態において、カソード集電体およびアノード集電体のそれぞれは、独立して、５μｍ未満、４μｍ未満、３μｍ未満、２．５μｍ未満、２μｍ未満、１．５μｍ未満、１μｍ未満、０．５μｍ未満、または０．１μｍ未満の表面の粗さＲaを有する。ある実施形態において、カソード集電体およびアノード集電体のそれぞれは、独立して、０．１μｍ超、０．２μｍ超、０．３μｍ超、０．４μｍ超、０．５μｍ超、１μｍ超、１．５μｍ超、２μｍ超、３μｍ超、４μｍ超、または５μｍ超の表面の粗さＲaを有する。
いくつかの実施形態において、カソード集電体およびアノード集電体のそれぞれは、独立して、約０．１μｍないし約５０μｍ、約０．１μｍないし約４０μｍ、約０．１μｍないし約３０μｍ、約０．１μｍないし約２５μｍ、約０．１μｍないし約２０μｍ、約０．１μｍないし約１５μｍ、約０．１μｍないし約１０μｍ、約０．１μｍないし約９μｍ、約０．１μｍないし約８μｍ、約０．１μｍないし約７μｍ、約０．１μｍないし約６μｍ、約０．１μｍないし約５μｍ、約０．１μｍないし約４μｍ、約０．１μｍないし約３μｍ、約０．１からμｍから約２μｍ、約０．１μｍから約１μｍ、または約０．１μｍないし約０．５μｍの表面の粗さＲzを有する。ある実施形態において、カソード集電体およびアノード集電体のそれぞれは、独立して、５０μｍ未満、４０μｍ未満、３０μｍ未満、２５μｍ未満、２０μｍ未満、１５μｍ未満、１０μｍ未満、９μｍ未満、８μｍ未満、７μｍ未満、６μｍ未満、５μｍ未満、４μｍ未満、３μｍ未満、２μｍ未満、１μｍ未満、０．５μｍ未満、または０．１μｍ未満の表面の粗さＲzを有する。いくつかの実施形態において、カソード集電体およびアノード集電体のそれぞれは、独立して、少なくとも０．１μｍ、少なくとも０．５μｍ、少なくとも１μｍ、少なくとも２μｍ、少なくとも３μｍ、少なくとも４μｍ、少なくとも５μｍ、少なくとも６μｍ、少なくとも７μｍ、少なくとも８μｍ、少なくとも９μｍ、少なくとも１０μｍ、少なくとも１５μｍ、少なくとも２０μｍ、少なくとも２５μｍ、または少なくとも３０μｍの表面の粗さＲzを有する。
いくつかの実施形態において、カソード集電体の表面の粗さは、アノード集電体の表面粗さよりも大きいか、またはその逆である。いくつかの実施形態において、カソード集電体の表面の粗さは、アノード集電体の表面の粗さに等しい。ある実施形態いおいては、カソード集電体とアノード集電体の表面の粗さＲaまたはＲzの間の差は、約０．０１μｍないし約５μｍ、約０．０１μｍないし約４μｍ、約０．０１μｍないし約３μｍ、約０．０１μｍないし約２μｍ、約０．０１μｍないし約１μｍ、約０．０１μｍないし約０．５μｍ、約０．０１μｍないし約０．１μｍ、約０．１μｍないし約２μｍ、または約０．１μｍないし約１μｍである。いくつかの実施形態において、カソード集電体とアノード集電体の表面の粗さＲaまたはＲzの間の差は、５μｍ未満、４μｍ未満、３μｍ未満、２μｍ未満、１．５μｍ未満、１μｍ未満、０．５μｍ未満、０．４μｍ未満、０．３μｍ未満、０．２μｍ未満、または０．１μｍ未満である。ある実施形態において、カソード集電体とアノード集電体の表面の粗さＲaまたはＲzの間の差は、０．１μｍ超、０．５μｍ超、１μｍ超、２μｍ超、３μｍ超、４μｍ超、または５μｍ超である。
集電体上のカソード電極層およびアノード電極層の厚さは、それぞれ、１５０μｍ未満および１２０μｍ未満である。この層厚が薄すぎる（すなわち３０μｍ未満）と、電極活物質の量が不足するため、目的とするバッテリ性能が得られにくい。一方、この層の厚さが厚すぎると、電極層も剥がれやすくなる。ある実施形態において、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厚さは、独立して、約１μｍないし約２００μｍ、約１０μｍないし約２００μｍ、約１０μｍないし約１５０μｍ、約１０μｍないし約１２０μｍ、約２０μｍないし約１００μｍ、約３０μｍないし約１５０μｍ、約３０μｍないし約１２０μｍ、約１μｍないし約１５０μｍ、約１μｍないし約１２０μｍ、約１μｍないし約１００μｍ、約１μｍないし約５０μｍ、約１μｍないし約４０μｍ、約１０μｍないし約４０μｍ、約１０μｍないし約３０μｍ、約１０μｍないし約２５μｍ、約２０μｍないし約８０μｍ、約２０μｍないし約６０μｍ、約５０μｍないし約１００μｍ、約５０μｍないし約８０μｍ、または約２５μｍないし約５０μｍである。いくつかの実施形態において、集電体上の電極層の厚さは、３００μｍ未満、２００μｍ未満、１００μｍ未満、９０μｍ未満、８０μｍ未満、７０μｍ未満、６０μｍ未満、５０μｍ未満、４０μｍ未満、または３０μｍ未満である。ある実施形態において、集電体上の電極層の厚さは、少なくとも１０μｍ、少なくとも２０μｍ、少なくとも３０μｍ、少なくとも４０μｍ、少なくとも５０μｍ、少なくとも６０μｍ、少なくとも７０μｍ、少なくとも８０μｍ、少なくとも９０μｍ、少なくとも１００μｍ、少なくとも１１０μｍ、少なくとも１２０μｍ、少なくとも１３０μｍ、少なくとも１４０μｍ、または少なくとも１５０μｍである。ある実施形態において、集電体上の電極層の厚さは、約１０μｍ、約１５μｍ、約２０μｍ、約２５μｍ、約３０μｍ、約３５μｍ、または約４０μｍである。
いくつかの実施形態において、カソード電極層の厚さは、アノード電極層の厚さよりも大きいか、またはその逆である。いくつかの実施形態では、カソード電極層の厚さは、アノード電極層の厚さに等しい。いくつかの実施形態において、カソード電極層とアノード電極層との間の厚さの差は、約１μｍないし約１００μｍ、約１μｍないし約５０μｍ、約１μｍないし約４０μｍ、約１μｍないし約３０μｍ、約１μｍないし約２０μｍ、約１μｍないし約１０μｍ、約１μｍないし約５μｍ、約５μｍないし約３０μｍ、約５μｍないし約２５μｍ、約５μｍないし約２０μｍ、約５μｍないし約１５μｍ、約５μｍないし約１０μｍ、約１０μｍないし約２０μｍ、または約１０μｍないし約１５μｍである。ある実施形態において、カソード電極層とアノード電極層との間の厚さの差は、５０μｍ未満、４０μｍ未満、３０μｍ未満、２５μｍ未満、２０μｍ未満、１５μｍ未満、１０μｍ未満、５μｍ未満、または１μｍ未満である。いくつかの実施形態において、カソード電極層とアノード電極層との間の厚さの差は、少なくとも１μｍ、少なくとも５μｍ、少なくとも１０μｍ、少なくとも１５μｍ、少なくとも２０μｍ、少なくとも２５μｍ、または少なくとも３０μｍである。
ある実施形態において、集電体上のカソード電極層およびアノード電極層のそれぞれの密度は、独立して、約１．０ｇ／ｍ3ないし約６．５ｇ／ｍ3、約１．０ｇ／ｍ3ないし約５．０ｇ／ｍ3、約１．０ｇ／ｍ3ないし約４．０ｇ／ｍ3、約１．０ｇ／ｍ3ないし約３．５ｇ／ｍ3、約１．０ｇ／ｍ3ないし約３．０ｇ／ｍ3、約１．０ｇ／ｍ3ないし約２．０ｇ／ｍ3、約２．０ｇ／ｍ3ないし約５．０ｇ／ｍ3、約２．０ｇ／ｍ3ないし約４．０ｇ／ｍ3、約３．０ｇ／ｍ3ないし約５．０ｇ／ｍ3、または約３．０ｇ／ｍ3ないし約６．０ｇ／ｍ3である。いくつかの実施形態において、集電体上のカソード電極層およびアノード電極層のそれぞれの密度は、独立して、６．５ｇ／ｍ3未満、６ｇ／ｍ3未満、５ｇ／ｍ3未満、４ｇ／ｍ3未満、３ｇ／ｍ3未満、２ｇ／ｍ3未満、または１ｇ／ｍ3未満である。ある実施形態において、集電体上のカソード電極層およびアノード電極層のそれぞれの密度は、独立して、少なくとも１ｇ／ｍ3、少なくとも２ｇ／ｍ3、少なくとも３ｇ／ｍ3、少なくとも４ｇ／ｍ3、少なくとも５ｇ／ｍ3、少なくとも６ｇ／ｍ3、または少なくとも６．５ｇ／ｍ3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。
いくつかの実施形態において、カソード電極層の密度はアノード電極層の密度よりも大きいか、またはその逆である。いくつかの実施形態において、カソード電極層の密度は、アノード電極層の密度に等しい。ある実施形態において、カソード電極層とアノード電極層との間の密度差は、約０．１ｇ／ｍ3ないし約５ｇ／ｍ3、約０．１ｇ／ｍ3ないし約４ｇ／ｍ3、約０．１ｇ／ｍ3ないし約３ｇ／ｍ3、約０．１ｇ／ｍ3ないし約２ｇ／ｍ3、約０．１ｇ／ｍ3ないし約１ｇ／ｍ3、約０．１ｇ／ｍ3ないし約０．５ｇ／ｍ3、約１ｇ／ｍ3ないし約５ｇ／ｍ3、約１ｇ／ｍ3ないし約４ｇ／ｍ3、約１ｇ／ｍ3ないし約３ｇ／ｍ3、約１ｇ／ｍ3ないし約２ｇ／ｍ3、または約２ｇ／ｍ3ないし約４ｇ／ｍ3である。いくつかの実施形態において、カソード電極層とアノード電極層との間の密度差は、５ｇ／ｍ3未満、４ｇ／ｍ3未満、３ｇ／ｍ3未満、２ｇ／ｍ3未満、１ｇ／ｍ3未満、０．５ｇ／ｍ3未満、または０．１ｇ／ｍ3未満である。ある実施形態において、カソード電極層とアノード電極層との間の密度差は、少なくとも０．１ｇ／ｍ3、少なくとも０．５ｇ／ｍ3、少なくとも１ｇ／ｍ3、少なくとも２ｇ／ｍ3、少なくとも３ｇ／ｍ3、少なくとも４ｇ／ｍ3、または少なくとも５ｇ／ｍ3である。
いくつかの実施形態において、カソード材料はLiCoO2(LCO)、LiNiO2(LNO)、LiNixMnyO2、Li1+zNixMnyCo1-x-yO2、LiNixCoyAlzO2、LiV2O5、LiTiS2、LiMoS2、LiMnO2、LiCrO2、LiMn2O4(LMO)、LiFeO2、LiFePO4(LFP)、LiNi0.5Mn1.5O4、LiNi0.4Mn1.6O4、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。ある実施形態において、カソード材料はLiCoO2、LiNiO2、LiNixMnyO2、Li1+zNixMnyCo1-x-yO2、LiNixCoyAlzO2、LiV2O5、LiTiS2、LiMoS2、LiMnO2、LiCrO2、LiMn2O4、LiFeO2、LiFePO4、LiNi0.5Mn1.5O4、LiNi0.4Mn1.6O4、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０．４ないし０．６であり、各ｙは独立して０．２ないし０．４であり、各ｚは独立して０ないし０．１である。他の実施形態において、カソード材料は、LiCoO2、LiNiO2、LiV2O5、LiTiS2、LiMoS2、LiMnO2、LiCrO2、LiMn2O4、LiFeO2、LiFePO4、LiNi0.5Mn1.5O4、またはLiNi0.4Mn1.6O4ではない。さらなる実施形態では、カソード材料はLiNixMnyO2、Li1+zNixMnyCo1-x-yO2、またはLiNixCoyAlzO2ではなく、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。
ある実施形態において、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（スズ）微粒子、Li4Ti5O12微粒子、Si（シリコン）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。他の実施形態において、このアノード材料は、天然グラファイト微粒子、合成グラファイト微粒子、Sn（スズ）微粒子、Li4Ti5O12微粒子、Si（シリコン）微粒子、Si-C複合微粒子ではない。
いくつかの実施形態において、カソード材料およびアノード材料それぞれの量は、カソード電極層またはアノード電極層の総重量に基づいて、独立して、少なくとも５０重量％、少なくとも５５重量％、少なくとも６０重量％、少なくとも６５重量％、少なくとも７０重量％、少なくとも７５重量％、少なくとも８０重量％、少なくとも８１重量％、少なくとも８２重量％、少なくとも８３重量％、少なくとも８４重量％、少なくとも８５重量％、少なくとも８６重量％、少なくとも８７重量％、少なくとも８８重量％、少なくとも８９重量％、少なくとも９０重量％、少なくとも９１重量％、少なくとも９２重量％、少なくとも９３重量％、少なくとも９４重量％、または少なくとも９５重量％である。ある実施形態において、カソード材料およびアノード材料それぞれの量は、カソード電極層またはアノード電極層の総重量に基づいて、独立して、最大５０重量％、最大５５重量％、最大６０重量％、最大６５重量％、最大７０重量％、最大７５重量％、最大８０重量％、最大８１重量％、最大８２重量％、最大８３重量％、最大８４重量％、最大８５重量％、最大８６重量％、最大８７重量％、最大８８重量％、最大８９重量％、最大９０重量％、最大９１重量％、最大９２重量％、最大９３重量％、最大９４重量％、または最大９５重量％である。
ある実施形態において、導電剤は、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選択される。いくつかの実施形態では、導電剤は、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、またはメソポーラスカーボンではない。ある実施形態において、導電剤は前処理を受けない。いくつかの実施形態において、導電剤は酸または塩基によって前処理されていない。
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それぞれにおける導電剤の量は、カソード電極層またはアノード電極層の総重量に基づいて、独立して、少なくとも１重量％、少なくとも２重量％、少なくとも３重量％、少なくとも４重量％、少なくとも５重量％、少なくとも６重量％、少なくとも７重量％、少なくとも８重量％、少なくとも９重量％、少なくとも１０重量％、少なくとも１５重量％、少なくとも２０重量％、少なくとも２５重量％、少なくとも３０重量％、少なくとも３５重量％、少なくとも４０重量％、少なくとも４５重量％、または少なくとも５０重量％である。ある実施形態において、カソード電極層およびアノード電極層のそれぞれにおける導電剤の量は、独立して、カソード電極層またはアノード電極層の総重量に基づいて、最大１重量％、最大２重量％、最大３重量％、最大４重量％、最大５重量％、最大６重量％、最大７重量％、最大８重量％、最大９重量％、最大１０重量％、最大１５重量％、最大２０重量％、最大２５重量％、最大３０重量％、最大３５重量％、最大４０重量％、最大４５重量％、または最大５０重量％である。
ある実施形態において、カソード電極層およびアノード電極層のそれぞれにおける導電剤の量は、カソード電極層またはアノード電極層の総重量に基づいて、独立して、約０.０５重量％ないし約０.５重量％、約０.１重量％ないし約１重量％、約０.２５重量％ないし約２.５重量％、約０6.５重量％ないし約５重量％、約２重量％ないし約５重量％、約３重量％ないし約７重量％、または約５重量％ないし約１０重量％である。
電極アセンブリを組み立てた後、その電極アセンブリを乾燥チャンバ内に置く。いくつかの実施形態において、乾燥チャンバは真空ポンプに接続されており、チャンバ内の圧力を低下させることが可能である。水の沸点を下げるように圧力を十分に減らす。したがって、乾燥時間をかなり短縮することが可能である。ある実施形態において、乾燥チャンバは中央真空供給装置に接続され、それによっていくつかの真空乾燥オーブンを同時に運転することが可能となる。いくつかの実施形態において、中央真空供給装置に接続された真空乾燥オーブンの数は、運転されるポンプの数に応じて１ないし２０の範囲である。ある実施形態において、真空ポンプまたは中央真空供給装置は、ガス排気弁を備えた吸引ラインによって乾燥チャンバに接続されている。いくつかの実施形態において、乾燥チャンバはまた、ガス吸気弁を備えたダクトによって、乾燥空気または不活性ガスを含むガス貯蔵器に接続されている。ガス排気弁が閉じられるとともにガス吸気弁が開かれると、乾燥チャンバ内の真空が失われる。バルブは、ソレノイドまたはニードルタイプ、あるいはマスフローコントローラのいずれでもよい。適切な流量調整を可能にする任意の装置が使用され得る。
ポンプに必要な電力を減らすために、乾燥チャンバとポンプとの間にコンデンサを設けることが可能である。コンデンサは水蒸気を凝縮させ、水蒸気はその後分離される。
本発明は、第１の段階および第２の段階という少なくとも２つの乾燥段階を持つ電極アセンブリの乾燥を含む。本明細書に開示される電極アセンブリは、少なくとも２つの連続した段階で連続的に乾燥され、第１の段階の温度は、後続の段階のいずれかにおける温度より低い。
第１の段階における温度は、５０℃から９０℃の範囲内であり得る。部分的に乾燥された電極アセンブリは、第１の段階から得られる。ある実施形態において、電極アセンブリは、第１の段階において、真空下で、約５０℃ないし約９０℃、約５０℃ないし約８５℃、約５０℃ないし約８０℃、約６０℃ないし約９０℃、約６０℃ないし約８５℃、約６０℃ないし約８０℃、または約７０℃ないし約９０℃の温度で、乾燥され得る。いくつかの実施形態において、電極アセンブリは、第１の段階において、真空下で、約５０℃以上、約６０℃以上、約７０℃以上、または約８０℃以上の温度で、乾燥され得る。ある実施形態において、電極アセンブリは、第１の段階において、真空下で、９０℃未満、８５℃未満、８０℃未満、７５℃未満、７０℃未満、６５℃未満、６０℃未満、５５℃未満、または５０℃未満の温度で、乾燥され得る。
第１段階におけるより低い温度は、電極層の亀裂または脆化を回避するためにゆっくり乾燥させるのに有益である。電極層の内部は電極層の表面よりもゆっくり乾燥するので、電極層の表面はゆっくりと乾燥して表面の亀裂の可能性を減らすべきである。
第１の段階の乾燥時間は、約５分から約４時間の範囲内であり得る。いくつかの実施形態において、第１の段階において電極アセンブリを真空下で乾燥させるための時間は、約５分ないし約４時間、約５分ないし約３時間、約５分ないし約２時間、約５分ないし約１時間、約１０分ないし約２時間、約１５分ないし約２時間、約１５分ないし約１時間、約３０分ないし約４時間、約３０分ないし約３時間、約３０分ないし約２時間、約３０分ないし約１時間、約１時間ないし約４時間、約１時間ないし約３時間、または約１時間ないし約２時間である。いくつかの実施形態において、第１の段階において電極アセンブリを真空下で乾燥させるための時間は、約５分ないし約２時間、または約１５分ないし約３０分である。
第２の段階における温度は、８０℃から１５５℃の範囲内であり得る。ある実施形態において、電極アセンブリは、第２の段階において、真空下で、約７０℃ないし約１５５℃、約８０℃ないし約１５５℃、約９０℃ないし約１５５℃、約１００℃ないし約１５５℃、約１００℃ないし約１４０℃、約１００℃ないし約１３０℃、約１００℃ないし約１２０℃、約１００℃ないし約１１０℃、または約１１０℃ないし約１３０℃の温度で乾燥させることが可能である。ある実施形態において、電極アセンブリは、第２の段階において、真空下で、約８０℃から約１５５℃の温度で乾燥させることが可能である。いくつかの実施形態において、電極アセンブリは、第２の段階において、真空下で、約８０℃以上、約９０℃以上、約１００℃以上、約１１０℃以上、約１２０℃以上、約１３０℃以上、約１４０℃以上、または約１５０℃以上の温度で乾燥させることが可能である。ある実施形態において、電極アセンブリは、第２の段階において、真空下で、１５５℃未満、１５０℃未満、１４５℃未満、１４０℃未満、１３５℃未満、１３０℃未満、１２５℃未満、１２０℃未満、１１５℃未満、１１０℃未満、１０５℃未満、１００℃未満、または９０℃未満の温度で乾燥させることが可能である。
第２の段階の乾燥時間は、約１５分から約４時間の範囲内であり得る。いくつかの実施形態において、第２の段階において電極アセンブリを真空下で乾燥させるための時間は、約１５分ないし約３時間、約１５分ないし約２時間、約１５分ないし約１時間、約１５分ないし約３０分、約３０分ないし約４時間、約３０分ないし約３時間、約３０分ないし約２時間、約３０分ないし約１時間、約１時間ないし約４時間、約１時間ないし約３時間、約１時間ないし約２時間、約２時間ないし約４時間、または約２時間ないし約３時間である。いくつかの実施形態において、第２の段落において電極アセンブリを真空下で乾燥させるための時間は、約５分ないし約２時間、または約１５分ないし約３０分である。
乾燥チャンバの圧力を低下させることができる任意の真空ポンプを本明細書中で使用することが可能である。真空ポンプのいくつかの非限定的な例としては、ドライ真空ポンプ、ターボポンプ、ロータリーベーン真空ポンプ、極低温ポンプ、および収着ポンプが挙げられる。
いくつかの実施形態において、真空ポンプはオイルフリーポンプである。オイルフリーポンプは、ポンピングされているガスにさらされているポンプ部分または部分真空中のオイルを必要とせずに作動する。従って、ポンプを通って逆流するいかなるガスも油蒸気を含まない。電極アセンブリの表面に堆積したプログレシブな油の蒸気は、バッテリの電気化学的性能を低下させる場合がある。そのようなポンプの例としてはダイアフラム真空ポンプがある。
ある実施形態では、乾燥チャンバを排気するために二段ポンピングシステムを用いることによって高真空を達成することが可能である。ポンピングシステムは、ターボ分子ポンプなどの高真空ポンプと直列に配置されたロータリーポンプまたはダイヤフラムポンプなどの一次真空ポンプを備える。
いくつかの実施形態において、電極アセンブリは大気圧下で乾燥される。ある実施形態において、乾燥は真空状態で行われる。さらなる実施形態において、真空状態は、約１×１０-1Ｐａないし約１×１０-4Ｐａ、約１０Ｐａないし約１×１０-1Ｐａ、約１×１０3Ｐａないし約１０Ｐａ、または約２．５×１０4Ｐａないし約１×１０3Ｐａの範囲内の圧力に維持される。またさらなる実施形態において、真空状態は、約１×１０3Ｐａ、約２×１０3Ｐａ、約５×１０3Ｐａ、約１×１０4Ｐａ、または約２×１０4Ｐａの圧力である。
所定の乾燥時間の後、乾燥チャンバは、ガス吸気弁を介して乾燥空気または不活性ガスを含むガス貯蔵器に直接通気する。いくつかの実施形態において、ガス貯蔵器は窒素ガスボンベである。ある実施形態において、不活性ガスは、ヘリウム、アルゴン、ネオン、クリプトン、キセノン、窒素、二酸化炭素、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される。いくつかの実施形態において、乾燥空気または不活性ガスの含水量は、１０ｐｐｍ以下、８ｐｐｍ以下、５ｐｐｍ以下、４ｐｐｍ以下、３ｐｐｍ以下、２ｐｐｍ以下、または１ｐｐｍ以下で維持される。
ある実施形態において、ガス充填工程は、乾燥チャンバを乾燥空気または不活性ガスで充填することによって第２の乾燥段階の後に行われる。他の実施形態では、ガス充填工程は、乾燥チャンバを乾燥空気または不活性ガスで充填することによって第１の乾燥段階および第２の乾燥段階の後に行われる。
いくつかの実施形態において、乾燥空気または不活性ガスは、乾燥チャンバに入る前に予熱される。ある実施形態において、乾燥空気または不活性ガスの温度は、約７０℃ないし約１３０℃、約７０℃ないし約１１０℃、約７０℃ないし約１００℃、約７０℃ないし約９０℃、約７０℃ないし約８０℃、約８０℃ないし約１５５℃、約８０℃ないし約１２０℃、約８０℃ないし約１００℃、約９０℃ないし約１５５℃、約９０℃ないし約１３０℃、約９０℃ないし約１００℃、約７０℃ないし約１５５℃、約１００℃ないし約１３０℃、または約１００℃ないし約１２０℃である。いくつかの実施形態において、乾燥空気または不活性ガスは、乾燥チャンバに入る前に約７０℃から約１５５℃の温度に予熱される。
ある実施形態において、乾燥空気または不活性ガスは、約３０秒ないし約２時間、約１分ないし約１時間、約５分ないし約３０分、約５分ないし約１５分、約５分ないし約１０分、約１０分ないし約３０分、約１０分ないし約２０分、約１０分ないし約１５分、約１５分ないし約１時間、約１５分ないし約３０分、約１５分ないし約２０分、または約３０分ないし約１時間の間乾燥チャンバ内に留まる。いくつかの実施形態において、乾燥空気または不活性ガスは、約３０秒ないし約２時間、約５分ないし約２時間、または約１５分ないし約３０分の間乾燥チャンバ内に留まる。
いくつかの実施形態において、電極アセンブリを乾燥ガスと共に所定の時間インキュベートした後、電極アセンブリを真空下でさらに乾燥させることができる。この手順は、電極アセンブリの含水量を適切なレベルまで減少させるのに必要とされる回数だけ繰り返すことができる。ある実施形態において、この手順は、電極アセンブリ中の含水量が、乾燥電極アセンブリの総重量に基づいて、４０重量ｐｐｍ未満、３０重量ｐｐｍ未満、２０重量ｐｐｍ未満、１５重量ｐｐｍ未満、１０重量ｐｐｍ未満、または５重量ｐｐｍ未満になるまで、約２ないし５０回繰り返すことが可能である。
ある実施形態において、真空乾燥の工程およびガス充填の工程は、少なくとも２回、少なくとも３回、少なくとも４回、少なくとも５回、少なくとも６回、少なくとも７回、少なくとも８回、少なくとも９回、少なくとも１０回、少なくとも１２回、少なくとも１４回、少なくとも１６回、少なくとも１８回、少なくとも２０回、少なくとも２２回、少なくとも２４回、少なくとも２６回、少なくとも２８回、または少なくとも３０回繰り返すことが可能である。いくつかの実施形態において、真空乾燥の工程およびガス充填の工程は、２ないし５０回、２ないし３０回、２ないし２０回、２ないし１０回、５ないし３０回、５ないし２０回、または５ないし１０回繰り返すことが可能である。ある実施形態において、真空乾燥の工程およびガス充填の工程は、２回以上繰り返すことが可能である。
いくつかの実施形態では、電極アセンブリを乾燥させるためのプロセスは真空乾燥を備え、その後に熱風乾燥が行われる。いくつかの実施形態において、乾燥チャンバは、上方および／または下方から電極アセンブリに向かって熱風を吹き付ける。ある実施形態において、熱風乾燥は、約１メートル／秒ないし約５０メートル／秒、約１メートル／秒ないし約４０メートル／秒、約１メートル／秒ないし約３０メートル ／秒、約１メートル／秒ないし約２０メートル／秒、約１メートル／秒ないし約１０メートル／秒、約１０メートル／秒ないし約５０メートル／秒、約１０メートル／秒ないし約４０メートル/秒、約１０メートル/秒ないし約３０メートル/秒、約１０メートル/秒ないし約２０メートル/秒、約２０メートル/秒ないし約３０メートル/秒、約３０メートル/秒ないし約４０メートル/秒、または約４０メートル/秒ないし約５０メートル/秒の空気速度で行われる。他の実施形態において、加熱された空気の代わりに加熱された不活性ガス（すなわち、ヘリウムやアルゴン）が使用される。
乾燥ガスは熱交換面を通して予熱してもよい。いくつかの実施形態では、加熱された空気の温度は、約５０℃ないし約１５５℃、約６０℃ないし約１５０℃、約８０℃ないし約１５０℃、約１００℃ないし約１５０℃、約７０℃ないし約１５０℃、約７０℃ないし約１３０℃、約７０℃ないし約１００℃、約８０℃ないし約１５０℃、約８０℃ないし約１３０℃、約８０℃ないし約１１０℃、約１００℃ないし約１４０℃、または約１００℃ないし約１２０℃である。
ある実施形態において、熱風乾燥の時間は、約１分ないし約２時間、約１分ないし約１時間、約１分ないし約３０分、約１分ないし約１５分、約５分ないし約３０分、約５分ないし約２０分、約５分ないし約１５分、約５分ないし約１０分、約１０分ないし約１時間、約１０分ないし約３０分、約１０分ないし約２０分、約１５分ないし約１時間、または約１５分ないし約３０分である。
いくつかの実施形態において、所定の時間熱風を吹き付けた後、電極アセンブリを更に真空乾燥させることが可能である。この手順は、電極アセンブリの総重量に基づいて、
電極アセンブリの含水量を、４０重量ｐｐｍ、３０重量ｐｐｍ、２０重量ｐｐｍ、１９重量ｐｐｍ、１８重量ｐｐｍ、１７重量ｐｐｍ、１６重量ｐｐｍ、１５重量ｐｐｍ、１４重量ｐｐｍ、１３重量ｐｐｍ、１２重量ｐｐｍ、１１重量ｐｐｍ、１０重量ｐｐｍ、９重量ｐｐｍ、８重量ｐｐｍ、７重量ｐｐｍ、６重量ｐｐｍ、５重量ｐｐｍ、４重量ｐｐｍ、３重量ｐｐｍ、２重量ｐｐｍ、または１重量ｐｐｍなどの適切なレベルに減少させるのに必要な回数だけ繰り返すことができる。
現在、水はリチウムイオンバッテリの有機物ベースの製造プロセスにおいて厳密に管理することが必要とされる重要な要素である。本発明の利点は、製造の大部分を乾燥室の外で行うことが可能だということである。いくつかの実施形態において、組み立てプロセスは、乾燥室またはグローブボックスの外側で行うことが可能である。ある実施形態において、電解液を充填する工程のみ、または電極アセンブリを乾燥させる工程と電解液を充填する工程の両方を乾燥室またはグローブボックス内で行う。したがって、工場内の湿度制御を回避でき、投資コストを大幅に削減することが可能である。
湿気の存在はバッテリの動作にとって有害である。一般に、従来の方法によって作製された電極アセンブリ中の含水量は、電極アセンブリの総重量に基づいて、１００重量ｐｐｍを超える水分量を含む。初期のバッテリ性能が許容可能であっても、バッテリ性能の劣化率は許容できないかもしれない。十分に高いバッテリ性能を達成することができるためには、それ故、バッテリにおいて低い含水量を有することが有利となるであろう。
いくつかの実施形態では、乾燥されていない電極アセンブリの含水量は、乾燥されていない電極アセンブリの総重量に基づいて、１００重量ｐｐｍ超、２００重量ｐｐｍ超、３００重量ｐｐｍ超、４００重量ｐｐｍ超、５００重量ｐｐｍ超、１，０００重量ｐｐｍ超、２，０００重量ｐｐｍ超、３，０００重量ｐｐｍ超、４，０００重量ｐｐｍ超、５，０００重量ｐｐｍ超、または１０，０００重量ｐｐｍ超である。
本明細書に開示される方法により作製される電極アセンブリは、特に低い含水量を有し、リチウムイオンバッテリの信頼性のある性能に寄与する。いくつかの実施形態において、乾燥電極アセンブリ中の含水量は、乾燥電極アセンブリの総重量に基づいて、約５重量ｐｐｍないし約５０重量ｐｐｍ、約５重量ｐｐｍないし約４０重量ｐｐｍ、約５重量ｐｐｍないし約３０重量ｐｐｍ、約５重量ｐｐｍないし約２０重量ｐｐｍ、約５重量ｐｐｍないし約１０重量ｐｐｍ、約３重量ｐｐｍないし約３０重量ｐｐｍ、約３重量ｐｐｍないし約２０重量ｐｐｍ、または約３重量ｐｐｍないし約１０重量ｐｐｍである。
ある実施形態において、乾燥電極アセンブリ中の含水量は、乾燥電極アセンブリの総重量に基づいて、５０重量ｐｐｍ未満、４０重量ｐｐｍ未満、３０重量ｐｐｍ未満、２０重量ｐｐｍ未満、１９重量ｐｐｍ未満、１８重量ｐｐｍ未満、１７重量ｐｐｍ未満、１６重量ｐｐｍ未満、１５重量ｐｐｍ未満、１４重量ｐｐｍ未満、１３重量ｐｐｍ未満、１２重量ｐｐｍ未満、１１重量ｐｐｍ未満、１０重量ｐｐｍ未満、９重量ｐｐｍ未満、８重量 ｐｐｍ未満、７重量ｐｐｍ未満、６重量ｐｐｍ、５重量ｐｐｍ未満、４重量ｐｐｍ未満、３重量ｐｐｍ未満、２重量ｐｐｍ未満、または１重量ｐｐｍ未満である。いくつかの実施形態において、本明細書に開示される乾燥電極アセンブリは、乾燥電極アセンブリの総重量に基づいて、約５重量ｐｐｍを超えない水分濃度を含有する。
いくつかの実施形態において、乾燥電極アセンブリは少なくとも１つの乾燥されたアノードおよび少なくとも１つの乾燥されたカソードを備え、少なくとも１つの乾燥されたアノードおよび少なくとも１つの乾燥されたカソードは、少なくとも１つの乾燥されたアノードおよび少なくとも１つの乾燥されたカソードの総重量に基づいて、５０重量ｐｐｍ未満、４０重量ｐｐｍ未満、３０重量ｐｐｍ未満、２０重量ｐｐｍ未満、１９重量ｐｐｍ未満、１８重量ｐｐｍ未満、１７重量ｐｐｍ未満、１６重量ｐｐｍ未満、１５重量ｐｐｍ未満、１４重量ｐｐｍ未満、１３重量ｐｐｍ未満、１２重量ｐｐｍ未満、１１重量ｐｐｍ未満、１０重量ｐｐｍ未満、９重量ｐｐｍ未満、８重量ｐｐｍ、７重量ｐｐｍ未満、６重量ｐｐｍ未満、５重量ｐｐｍ未満、４重量ｐｐｍ未満、３重量ｐｐｍ未満、２重量ｐｐｍ未満、または１重量ｐｐｍ未満の含水量を有する。
ある実施形態において、少なくとも１つの乾燥カソードおよび少なくとも１つの乾燥アノードのそれぞれは、独立して、少なくとも１つの乾燥カソードまたは少なくとも１つの乾燥アノードの総重量に基づいて、５０重量ｐｐｍ未満、４０重量ｐｐｍ未満、３０重量ｐｐｍ未満、２０重量ｐｐｍ未満、１９重量ｐｐｍ未満、１８重量ｐｐｍ未満、１７重量ｐｐｍ未満、１６重量ｐｐｍ未満、１５重量ｐｐｍ未満、１４重量ｐｐｍ未満、１３重量ｐｐｍ未満、１２重量ｐｐｍ未満、１１重量ｐｐｍ未満、１０重量ｐｐｍ未満、９重量ｐｐｍ、８重量ｐｐｍ、７重量ｐｐｍ未満、６重量ｐｐｍ未満、または５重量ｐｐｍ未満の含水量を有する。
ある実施形態において、乾燥電極アセンブリは、少なくとも１つの乾燥セパレータを備え、少なくとも１つの乾燥セパレータは、少なくとも１つの乾燥セパレータの総重量に基づいて、５０重量ｐｐｍ未満、４０重量ｐｐｍ未満、３０重量ｐｐｍ未満、２０重量ｐｐｍ未満、１９重量ｐｐｍ未満、１８重量ｐｐｍ未満、１７重量ｐｐｍ未満、１６重量 ｐｐｍ未満、１５重量ｐｐｍ未満、１４重量ｐｐｍ未満、１３重量ｐｐｍ未満、１２重量ｐｐｍ未満、１１重量ｐｐｍ未満、１０重量ｐｐｍ未満、９重量ｐｐｍ未満、８重量ｐｐｍ未満、７重量ｐｐｍ未満、６重量ｐｐｍ未満、または５重量ｐｐｍ未満の含水量を有する。
電極被覆層の剥離強度は、被覆層中のバインダーの量を増加させることによって従来から増加してきた。しかしながら、バインダーの量を増やすと、通常、電極被覆層中の電極活物質量が減るため、単位重量当たりのバッテリ容量が低下する。２段階の乾燥プロセスを実施することにより、実用上十分な剥離強度が得られる。
本発明は、第１の段階および第２の段階の２つの乾燥段階で電極アセンブリを乾燥することを含み、第１の段階の温度は第２の段階の温度より低い。第１の段階におけるより低い温度は、表面の水分の急速な損失を防ぎ、そして乾燥における不均一性を事実上排除することによって製品の品質を向上させる。乾燥が速すぎるか、または温度が高すぎると、乾燥が不均一になり、電極層が不均一に収縮し、それによって電極の剥離強度が低下する可能性がある。
バインダー組成物と電極の剥離強度との間の関係を記載した乾燥方法を開示している先行技術文献はない。２段階の乾燥プロセスは、水性バインダーを含む電極に特に適している。バインダーは電極組成物のごく一部を構成するだけである。しかし、場合によっては、それらはリチウムイオンバッテリのサイクル安定性およびレート能力などのバッテリ性能に影響を及ぼすことにおいて重要な役割を果たす。水性バインダーは、より環境に優しくそして電極製造に使用することがより容易である。しかしながら、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）のような水ベースのバインダーは脆いバインダーと考えられ、それは少しの変形後に壊れる。もし乾燥が速すぎるか、または温度が高すぎると、水性バインダーは脆くなりやすく、その結果、脆い電極となる。もし電極層と集電体との間の結合強度が不十分であると、ロールされた電極アセンブリにおける電極が集電体から容易に外れ、バッテリの性能に影響を及ぼす。
高い電極の剥離強度は、大量のバインダーを必要とする。しかしながら、これは電極層における電極材料の量を減少させる場合がある。したがって、乾燥プロセスは、電極の剥離強度に強い影響を及ぼす。いくつかの実施形態において、少なくとも１つの乾燥カソードは、カソード集電体および乾燥カソード電極層を含み、少なくとも１つの乾燥アノードはアノード集電体および乾燥アノード電極層を含み、カソード集電体からの乾燥カソード電極層の剥離強度およびアノード集電体からの乾燥アノード電極層の剥離強度のそれぞれは、独立して、０．０５Ｎ／ｃｍ以上、０．１Ｎ／ｃｍ以上、０．１５Ｎ／ｃｍ以上、０．２Ｎ／ｃｍ以上、０．２５Ｎ／ｃｍ、０．３Ｎ／ｃｍ以上、０．３５Ｎ／ｃｍ以上、０．４Ｎ／ｃｍ以上、０．５Ｎ／ｃｍ以上、０．６Ｎ／ｃｍ以上、０．７Ｎ／ｃｍ以上、または０．７５Ｎ／ｃｍ以上である。ある実施形態において、カソード集電体からの乾燥カソード電極層の剥離強度およびアノード集電体からの乾燥アノード電極層の剥離強度は、独立して、０．７５Ｎ／ｃｍ未満、０．７Ｎ／ｃｍ未満、０．６Ｎ／ｃｍ未満、０．５Ｎ／ｃｍ未満、０．４Ｎ／ｃｍ未満、０．３５Ｎ／ｃｍ未満、０．３Ｎ／ｃｍ未満、０．２５Ｎ／ｃｍ未満、０．２Ｎ／ｃｍ未満、または０．１５Ｎ／ｃｍ未満である。ある実施形態において、カソード集電体からの乾燥カソード電極層の剥離強度およびアノード集電体からの乾燥アノード電極層の剥離強度は、独立して、０．０５Ｎ／ｃｍと０．７５Ｎ／ｃｍの間、０．０５Ｎ／ｃｍと０．６Ｎ／ｃｍの間、０．０５Ｎ／ｃｍと０．５Ｎ／ｃｍの間、０．１Ｎ／ｃｍと０．５Ｎ／ｃｍの間、０．１Ｎ／ｃｍと０．４５の間、０．１Ｎ／ｃｍと０．４の間、０．１Ｎ／ｃｍと０．３５Ｎ／ｃｍの間、０．１Ｎ／ｃｍと０．３Ｎ／ｃｍの間、０．１Ｎ／ｃｍと０．２５の間、０．１Ｎ／ｃｍと０．２Ｎ／ｃｍの間、０．１Ｎ／ｃｍと０．１５Ｎ／ｃｍの間 、０．１５Ｎ／ｃｍと０．５Ｎ／ｃｍの間、０．１５Ｎ／ｃｍと０．４５Ｎ／ｃｍの間、０．１５Ｎ／ｃｍと０．４Ｎ／ｃｍの間、０．１５Ｎ／ｃｍと０．３５Ｎ／ｃｍの間、０．１５Ｎ／ｃｍと０．３Ｎ／ｃｍの間、０．１５Ｎ／ｃｍと０．２５Ｎ／ｃｍの間、０．１５Ｎ／ｃｍと０．２Ｎ／ｃｍの間、０．２Ｎ／ｃｍと０．６Ｎ／ｃｍの間、０．２Ｎ／ｃｍと０．５Ｎ／ｃｍの間、０．２Ｎ／ｃｍと０．４Ｎ／ｃｍの間、または０．２Ｎ／ｃｍと０．３Ｎ／ｃｍの間である。
ある実施形態において、乾燥カソードの剥離強度は、乾燥アノードの剥離強度よりも大きいか、またはその逆である。ある実施形態において、乾燥カソードの剥離強度は、乾燥アノードの剥離強度に等しい。いくつかの実施形態において、乾燥カソードの剥離強度と乾燥アノードの剥離強度の間の差は、約０．０１Ｎ／ｃｍないし約１Ｎ／ｃｍ、約０．０１Ｎ／ｃｍないし約０．８Ｎ／ｃｍ、約０．０１Ｎ／ｃｍないし約０．６Ｎ／ｃｍ、約０．０１Ｎ／ｃｍないし約０．５Ｎ／ｃｍ、約０．０１Ｎ／ｃｍないし約０．４Ｎ／ｃｍ、約０．０１Ｎ／ｃｍないし約０．３Ｎ／ｃｍ、約０．０１Ｎ／ｃｍないし約０．２Ｎ／ｃｍ、約０．０１Ｎ／ｃｍないし約０．１Ｎ／ｃｍ、約０．０１Ｎ／ｃｍないし約０．０５Ｎ／ｃｍ、約０．１Ｎ／ｃｍないし約０．５Ｎ／ｃｍ、約０．１Ｎ／ｃｍないし約０．４Ｎ／ｃｍ、約０．１Ｎ／ｃｍないし約０．３Ｎ／ｃｍ、約０．１Ｎ／ｃｍないし約０．２Ｎ／ｃｍ、約０．２Ｎ／ｃｍないし約０．６Ｎ／ｃｍ、約０．２Ｎ／ｃｍないし約０．５Ｎ／ｃｍ、約０．２Ｎ／ｃｍないし約０．４Ｎ／ｃｍ、約０．２Ｎ／ｃｍないし約０．３Ｎ／ｃｍ、または約０．３Ｎ／ｃｍないし約０．６Ｎ／ｃｍである。ある実施形態において、乾燥カソードの剥離強度と乾燥アノードの剥離強度の間の差は、１Ｎ／ｃｍ未満、０．９Ｎ／ｃｍ未満、０．８Ｎ／ｃｍ未満、０．７Ｎ／ｃｍ未満、０．６Ｎ／ｃｍ未満、０．５Ｎ／ｃｍ未満、０．４Ｎ／ｃｍ未満、０．３Ｎ／ｃｍ未満、０．２Ｎ／ｃｍ未満、０．１Ｎ／ｃｍ未満、０．０５Ｎ／ｃｍ未満、または０．０１Ｎ／ｃｍ未満である。いくつかの実施形態において、乾燥カソードの剥離強度と乾燥アノードの剥離強度の差は、０．０１Ｎ／ｃｍ超、０．０５Ｎ／ｃｍ超、０．１Ｎ／ｃｍ超、０．２Ｎ／ｃｍ超、０．３Ｎｃｍ超、０．４Ｎ／ｃｍ超、０．５Ｎ／ｃｍ超、０．６Ｎ／ｃｍ超、０．７Ｎ／ｃｍ超、０．８Ｎ／ｃｍ超、０．９Ｎ／ｃｍ超、または１Ｎ／ｃｍ超である。
ある実施形態において、乾燥カソードの剥離強度と乾燥アノードの剥離強度との比は、約１０：１ないし約１：１０、約１０：１ないし約１：５、約１０：１ないし約１：１、約１０：１ないし約１：２、約１０：１ないし約１：４、約１０：１ないし約１：６、約１０：１ないし約１．８、約５：１ないし約１：５、約５：１ないし約１：３、約５：１ないし約１：１、約５：１ないし約１：３、約２：１ないし約１：２、または約２：１ないし約１：１である。いくつかの実施形態において、乾燥カソードの剥離強度と乾燥アノードの剥離強度の比は、１０：１未満、８：１未満、６：１未満、４：１未満、２：１未満、１：１未満、１：２未満、１：４未満、１：６未満、１：８未満、または１：１０未満である。ある実施形態において、乾燥カソードの剥離強度と乾燥アノードの剥離強度の比は、１０：１超、８：１超、６：１超、４：１超、２：１超、１：１超、１：２超、１：４超、１：６超、１：８超、または１：１０超である。
いくつかの実施形態において、カソードおよび／またはアノード電極の剥離強度は、乾燥後も多かれ少なかれ変化しないままである。乾燥前後のカソードおよびアノードの剥離強度の値を測定する。ある実施形態において、乾燥されていないカソードと乾燥カソードとの間の剥離強度の差は、約０．００１Ｎ／ｃｍないし約０．１Ｎ／ｃｍ、約０．００１Ｎ／ｃｍないし約０．８Ｎ／ｃｍ、約０．００１Ｎ／ｃｍないし約０．６Ｎ／ｃｍ、約０．００１Ｎ／ｃｍないし約０．４Ｎ／ｃｍ、約０．００１Ｎ／ｃｍないし約０．２Ｎ／ｃｍ、約０．００１Ｎ／ｃｍないし約０．１Ｎ／ｃｍ、約０．００１Ｎ／ｃｍないし約０．０５Ｎ／ｃｍ、約０．００１Ｎ／ｃｍないし約０．０４Ｎ／ｃｍ、約０．００１Ｎ／ｃｍないし約０．０３Ｎ／ｃｍ、約０．００１Ｎ／ｃｍないし約０．０２Ｎ／ｃｍ、または約０．００１Ｎ／ｃｍないし約０．０１Ｎ／ｃｍである。いくつかの実施形態において、乾燥されていないカソードと乾燥カソードとの間の剥離強度の差は、０．１Ｎ／ｃｍ未満、０．０８Ｎ／ｃｍ未満、０．０６Ｎ／ｃｍ未満、０．０４Ｎ／ｃｍ未満、０．０２Ｎ／ｃｍ未満、または０．０１Ｎ／ｃｍ未満である。ある実施形態において、乾燥されていないカソードと乾燥カソードとの間の剥離強度の差は、少なくとも０．００１Ｎ／ｃｍ、少なくとも０．００５Ｎ／ｃｍ、少なくとも０．０１Ｎ／ｃｍ、少なくとも０．０２Ｎ／ｃｍ、少なくとも０．０３Ｎ／ｃｍ、少なくとも０．０４Ｎ／ｃｍ、少なくとも０．０５Ｎ／ｃｍ、または少なくとも０．１Ｎ／ｃｍである。
ある実施形態において、乾燥されていないアノードと乾燥アノードとの間の剥離強度の差は、約０．００１Ｎ／ｃｍないし約０．１Ｎ／ｃｍ、約０．００１Ｎ／ｃｍないし約０．８Ｎ／ｃｍ、約０．００１Ｎ／ｃｍないし約０．６Ｎ／ｃｍ、約０．００１Ｎ／ｃｍないし約０．４Ｎ／ｃｍ、約０．００１Ｎ／ｃｍないし約０．２Ｎ／ｃｍ、約０．００１Ｎ／ｃｍないし約０．１Ｎ／ｃｍ、約０．００１Ｎ／ｃｍないし約０．０５Ｎ／ｃｍ、０．００１Ｎ／ｃｍないし約０．０４Ｎ／ｃｍ、約０．００１Ｎ／ｃｍないし約０．０３Ｎ／ｃｍ、約０．００１Ｎ／ｃｍないし約０．０２Ｎ／ｃｍ、または約０．００１Ｎ／ｃｍないし約０．０１Ｎ／ｃｍである。いくつかの実施形態において、乾燥されていないアノードと乾燥アノードとの間の剥離強度の差は、０．１Ｎ／ｃｍ未満、０．０８Ｎ／ｃｍ未満、０．０６Ｎ／ｃｍ未満、０．０４Ｎ／ｃｍ未満、０．０２Ｎ／ｃｍ未満、または０．０１Ｎ／ｃｍ未満である。ある実施形態において、乾燥されていないアノードと乾燥アノードとの間の剥離強度の差は、少なくとも０．００１Ｎ／ｃｍ、少なくとも０．００５Ｎ／ｃｍ、少なくとも０．０１Ｎ／ｃｍ、少なくとも０．０２Ｎ／ｃｍ、少なくとも０．０３Ｎ／ｃｍ、少なくとも０．０４Ｎ／ｃｍ、少なくとも０．０５Ｎ／ｃｍ、または少なくとも０．１Ｎ／ｃｍである。
いくつかの実施形態において、乾燥されていないカソードの剥離強度と乾燥カソードの剥離強度の比は、独立して、約０．７ないし約１．３、約０．８ないし約１．２、約０．８ないし約１．０５、約０．８ないし約１、約０．８ないし約０．９５、約０．８ないし約０．９、約０．９ないし約１．１、約０．９ないし約１．０５、約０．９ないし約１、約１ないし約１．２、約１ないし約１．１５、約１ないし約１．１、約１ないし約１．０５、または約１．１ないし約１．２である。ある実施形態において、乾燥されていないカソードの剥離強度と乾燥カソードの剥離強度の比は、独立して、１．２未満、１．１５未満、１．０５未満、１未満、０．９５未満、０．９５未満、または０．９未満である。いくつかの実施形態において、カソードおよびアノードのそれぞれの乾燥されていないカソードの剥離強度と乾燥カソードの剥離強度の比は、独立して、少なくとも０．８、少なくとも０．８５、少なくとも０．９、少なくとも０．９５、少なくとも１、少なくとも１．０５、または少なくとも１．１である。
いくつかの実施形態において、乾燥されていないアノード電極層の剥離強度と乾燥アノード電極層の剥離強度の比は、約０．７ないし約１．３、約０．８ないし約１．２、約０．８ないし約１．０５、約０．８ないし約１、約０．８ないし約０．９５、約０．８ないし約０．９、約０．９ないし約１．１、約０．９ないし約１．０５、約０．９ないし約１、約１ないし約１．２、約１ないし約１．１５、約１ないし約１．１、約１ないし約１．０５、または約１．１ないし約１．２である。ある実施形態において、乾燥されていないアノード電極層の剥離強度と乾燥アノード電極層の剥離強度の比は、１．２未満、１．１５未満、１．０５未満、１未満、０．９５未満、または０．９未満である。いくつかの実施形態において、乾燥されていないアノード電極層の剥離強度と乾燥アノード電極層の剥離強度の比は、少なくとも０．８、少なくとも０．８５、少なくとも０．９、少なくとも０．９５、少なくとも１、少なくとも１．０５、または少なくとも１．１である。
活物質の剥離は、集電体と電極層との間の剥離強度が高いと、充放電を繰り返すことで起こりにくくなる。電極剥離強度が０．１５Ｎ／ｃｍ以上の場合、電極は、電極活物質を集電体の表面に積層した後に十分な剥離強度を持ち、充電式リチウムバッテリの充放電時における電極活物質の収縮および膨張による体積変化の間、分離しない。
乾燥工程後に、電極アセンブリは、乾燥チャンバから取り出される前に５０℃以下に自然に冷却され得る。いくつかの実施形態において、電極アセンブリは、乾燥チャンバから取り出される前に、４５℃以下、４０℃以下、３５℃以下、３０℃以下、または２５℃以下に冷却される。ある実施形態において、電極アセンブリは室温に冷却される。いくつかの実施形態において、電極アセンブリは、目標温度により早く到達するために、乾燥ガスまたは不活性ガスを吹き付けることによって冷却される。
電極層中のバインダー材料は、電極材料と導電剤とを集電体上で結合させる役割を果たす。ある実施形態において、少なくとも１つのアノードと少なくとも１つのカソードはそれぞれ、独立して、有機物ベースのバインダー材料、水ベースのバインダー材料、または水ベースのバインダー材料と有機物ベースのバインダー材料との混合物からなる群から選択されるバインダー材料を含む。
いくつかの実施形態において、カソード電極層とアノード電極層中のバインダー材料はそれぞれ独立して、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。更なる実施形態では、アルギン酸塩は、Na、Li、K、Ca、NH4、Mg、Al、またはそれらの組み合わせから選択されるカチオンを含む。
ある実施形態において、カソード電極層およびアノード電極層におけるバインダー材料はそれぞれ、独立して、スチレン・ブタジエンゴム、カルボキシメチルセルロース、ポリフッ化ビニリデン、アクリロニトリルコポリマー、ポリアクリル酸、ポリアクリロニトリル、ポリ（フッ化ビニリデン）－ヘキサフルオロプロペン、ラテックス、またはアルギン酸塩およびそれらの組み合わせからなる群から選択される。
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におけるバインダー材料はそれぞれ、ＳＢＲ、ＣＭＣ、ＰＡＡ、アルギン酸塩、またはこれらの組み合わせから選択される。ある実施形態において、カソード電極層およびアノード電極層におけるバインダー材料はそれぞれ、独立して、アクリロニトリルコポリマーである。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におけるバインダー材料はそれぞれ、独立して、ポリアクリロニトリルである。ある実施形態において、カソード電極層およびアノード電極層におけるバインダー材料はそれぞれ、独立して、スチレン・ブタジエンゴム、カルボキシメチルセルロース、ポリフッ化ビニリデン、アクリロニトリルコポリマー、ポリアクリル酸、ポリアクリロニトリル、ポリ（フッ化ビニリデン）－ヘキサフルオロプロペン、ラテックス、またはアルギン酸塩を含まない。
いくつかの実施形態において、カソードおよび／またはアノードにおけるバインダー材料は、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ではない。
いくつかの実施形態において、カソード電極層および／またはアノード電極層におけるバインダー材料は、添加剤材料を含まない。いくつかの実施形態において、添加材料はα－メチルスチレンまたはアミンを含む。ある実施形態において、アミンは、硫酸ヒドロキシルアミン、ジメチルヒドロキシルアミン、ジエチルヒドロキシルアミン、またはＮ－イソプロピルヒドロキシルアミンを含む。電極は、バインダー材料中にアミンが存在すると電極上の望ましくない反応により作用が阻害され、それによってバッテリのライフサイクルなどのバッテリの電気化学的性能に影響を与える場合がある。
ある実施形態において、バインダー材料は、コア－シェル構造を含む。いくつかの実施形態において、バインダー材料はコア－シェル構造を含まない。ある実施形態において、コア－シェル構造のコアは、部分的にコーティングされていない。
電極層と集電体との間の強力な接着を確実にするために、カソード電極層およびアノード電極層のそれぞれにおけるバインダー材料の量は、独立して、カソード層またはアノード層の総重量に基づいて、少なくとも０．５重量％である。ある実施形態において、カソード電極層およびアノード電極層のそれぞれにおけるバインダー材料の量は、独立して、カソード電極層またはアノード電極層の総重量に基づいて、少なくとも０．５重量％、少なくとも０．６重量％、少なくとも０．７重量％、少なくとも０．８重量％、少なくとも０．９重量％、少なくとも１重量％、少なくとも２重量％、少なくとも３重量％、少なくとも４重量％、少なくとも５重量％、少なくとも６重量％、少なくとも７重量％、少なくとも８重量％、少なくとも９重量％、少なくとも１０重量％、少なくとも１５重量％、少なくとも２０重量％、少なくとも２５重量％、少なくとも３０重量％、少なくとも３５重量％、少なくとも４０重量％、少なくとも４５重量％、または少なくとも５０重量％である。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それぞれにおけるバインダー材料の量は、カソード電極層またはアノード電極層の総重量に基づいて、独立して、最大１重量％、最大２重量％、最大３重量％、最大４重量％、最大５重量％、最大６重量％、最大７重量％、最大８重量％、最大９重量％、最大１０重量％、最大１５重量％、最大２０重量％、最大２５重量％、最大３０重量％、最大３５重量％、最大４０重量％、最大４５重量％、または最大５０重量％である。
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それぞれにおけるバインダー材料の量は、カソード電極層またはアノード電極層の総重量に基づいて、独立して、約１重量％ないし約１０重量％、約１重量％ないし約８重量％、約１重量％ないし約６重量％、約１重量％ないし約４重量％、約１重量％ないし約２重量％、約２重量％ないし約１０重量％、約２重量％ないし約８重量％、約２重量％ないし約６重量％、約２重量％ないし約４重量％、約３重量％ないし約６重量％、約５重量％ないし約１０重量％、約７.５重量％ないし約１５重量％、約１０重量％ないし約２０重量％、約１５重量％ないし約２５重量％、約２０重量％ないし約４０重量％、または約３５重量％ないし約５０重量％である。
密封容器内に水分が存在するのを防ぐために、電解質を充填する工程は乾燥室内で行われる。乾燥後、電極アセンブリを容器の中に置き、次いで電解質を加えて、密封する前に不活性雰囲気の中でセパレータおよび電極のすべての層の孔、ならびに電極アセンブリ内の正極および負極とセパレータとの間のギャップのそれぞれを満たす。
本明細書に開示される方法は、より少ないエネルギー消費によってリチウムイオンバッテリの製造コストを削減し、乾燥に必要な製造時間を短縮する。したがって、この方法は、その低コストおよび取り扱いの容易さのために、工業プロセスに特に適している。
本明細書中に提供されるのはまた、本明細書に開示された方法によって作製された電極アセンブリを備えるリチウムバッテリである。
いくつかの実施形態において、リチウムバッテリは、フルセルにおいて、室温で１Ｃのレートで１，０００サイクル後に、その初期貯蔵容量の少なくとも約８０％、少なくとも約９５％、または少なくとも約９０％を保持することが可能である。ある実施形態において、リチウムバッテリは、フルセルにおいて、室温で１Ｃのレートで１，５００サイクル後に、その初期貯蔵容量の少なくとも約８０％、または少なくとも８５％を維持することが可能である。
以下の実施例は、本発明の実施形態を例示するために提示される。すべての数値はおよそである。数値範囲が示されている場合、記載された範囲外の実施形態はなお本発明の範囲に含まれると理解すべきである。各実施例に記載された特定の詳細は、本発明の必要な特徴と解釈すべきではない。
電極アセンブリの含水量は、カールフィッシャー滴定により測定した。電極アセンブリを、アルゴンガスを充填したグローブボックス内で１ｃｍ×１ｃｍの小片に切断した。１ｃｍ×１ｃｍの大きさを有する切断電極アセンブリをサンプルバイアル中で秤量した。次いで、秤量した電極アセンブリを、カールフィッシャークーロメトリ水分分析計（８３１ＫＦクーロメータ、スイス国のメトローム社（Metrohm, Switzerland）製）を用いてカールフィッシャー滴定用の滴定容器に加えた。測定を３回繰り返して平均値を求めた。
電極またはセパレータ中の含水量をカールフィッシャー滴定により測定した。電極アセンブリを、アルゴンガスを充填したグローブボックス内で１ｃｍ×１ｃｍの小片に切断した。電極アセンブリをアノード層、カソード層およびセパレータ層に分離した。分離した電極層およびセパレータ層の含水量をカールフィッシャー滴定により分離して分析した。測定を３回繰り返して平均値を求めた。
電極の剥離強度は、剥離試験機（米国のInstronから入手；モデル番号MTS5581）によって測定された。乾燥された電極アセンブリをアノード層、カソード層およびセパレータ層に分離した。カソード層およびアノード層のそれぞれを、２５ｍｍ×１００ｍｍのサイズを有する長方形の形状に切断した。次に、メンディングテープ（3M；米国；モデル番号810）の一片を、電極被覆層を有する電極表面に貼り付け、次に、２ｋｇのローラーを往復運動させて押圧し、剥離強度試験用サンプルを作製した。各サンプルを剥離試験機に装着した後、室温で、１８０°で、メンディングテープを剥がして剥離強度を測定した。メンディングテープを５０ｍｍ／分の速度で剥がした。測定は１０ｍｍから７０ｍｍの所定の間隔で行われ、３回繰り返された。
実施例１
Ａ）正極スラリーの作製
脱イオン水中に分散させた、９４重量％のカソード材料（LNMC TLM 310、中国の新郷ティアンリエネルギー有限公司（Xinxiang Tianli Energy Co. Ltd., China）より入手）と、導電剤として３重量％のカーボンブラック（SuperP、スイス国ボディオのティムカル社（Timcal Ltd）より入手）と、０．８重量％のポリアクリル酸（PAA、#181285、米国のシグマ・オルドリッチ社 （Sigma-Aldrich, US）より入手）と、１．５重量％のスチレンブタジエンゴム（SBR、AL-2001、日本国の日本Ａ＆Ｌ社 （NIPPON A&L INC., Japan）より入手）と、バインダーとして０．７重量％のポリフッ化ビニリデン（PVDF, Solef(登録商標) 5130、ベルギー国のソルヴェイ・エセ・アー社 （Solvay S.A., Belgium）より入手）とを混合して正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。スラリーをプラネタリー撹拌ミキサーで均質化した。
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および０．７μｍの表面の粗さＲa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、電極をプレスしてコーティングの密度を増加させ、密度は、２．７４ｇ/ｍ3であった。コーティングの厚さは２３μｍであった。電極層の空隙容量は３１％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トランスファーコーターを用いて厚さ９μｍおよび１．２μｍの表面の粗さＲa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被覆膜を約５０℃で２．４分間乾燥させて負極を得た。次に、電極をプレスしてコーティングの密度を増加させ、密度は、１．８ｇ/ｍ3であった。コーティングの厚さは１０μｍであった。電極層の空隙容量は１９％である。
実施例２
電極アセンブリの組み立て
乾燥後、得られた実施例１のカソードフィルムおよびアノードフィルムを用いて、個々の電極板を切断することによってカソードおよびアノードのそれぞれを作製した。湿度を制御せずに外気中でアノードと、カソードと、正極と負極との間に配置されたセパレータとを積み重ねることによって電極アセンブリを作製した。セパレータは、３０μｍの厚さを有する不織ＰＥＴ構造製の細孔膜（日本の三菱製紙ミルズ社（MITSUBISHI PAPER MILLS LTD, Japan）より入手）であった。乾燥の第１の段階の間、電極アセンブリをグローブボックス内の真空オーブン中で５×１０3Ｐａの圧力下で７０℃で２．５時間乾燥させた。乾燥の第２の段階の間、電極アセンブリを、さらに、真空下で、５×１０3Ｐａの圧力で、１２０℃で、１．５時間乾燥させた。次いで、乾燥チャンバを、５ｐｐｍの含水量および９０℃の温度を有する熱風乾燥空気で満たした。乾燥チャンバを排気する前に、熱風乾燥空気を１５分間乾燥チャンバ内に保持した。第２の段階における真空乾燥の工程と第２の段階後に実行されるガス充填の工程とを含むサイクルを１０回繰り返した。
電極アセンブリ、電極およびセパレータの含水量
電極アセンブリ、電極およびセパレータの含水量の平均値はそれぞれ５ｐｐｍ、９ｐｐｍおよび１３ｐｐｍであった。
パウチ型バッテリの組み立て
パウチセルを、乾燥電極アセンブリをアルミニウム－プラスチックラミネートフィルム製のケース内に包装することによって組み立てた。カソード電極板とアノード電極板をセパレータによって離して保持し、ケースを予備成形した。次いで、１ｐｐｍ未満の水分および酸素含有量の高純度アルゴン雰囲気中で、パックされた電極を保持するケースに電解液を充填した。電解液は、エチレンカーボネート（ＥＣ）、エチルメチルカーボネート（ＥＭＣ）およびジメチルカーボネート（ＤＭＣ）の１：１：１の体積比の混合物中のLiPF6（１Ｍ）の溶液であった。電解質充填の後、パウチセルを真空シールし、標準的な正方形のパンチ工具を用いて機械的にプレスした。
実施例２の電気化学的測定
Ｉ）公称容量
セルを、３．０Ｖと４．２Ｖとの間でバッテリテスタ（BTS-5V20A、中国のニューウェア・エレクトロニクス有限公司（Neware Electronics Co., Ltd, China）より入手）上で２５℃でＣ／２の電流密度で電流定常的に試験した。公称容量は約２．８Ａｈであった。
ＩＩ）サイクル性能
パウチセルのサイクル性能を、３．０Ｖと４．２Ｖの間で１Ｃの定電流レートで充放電することによって試験した。サイクル性能の試験結果を図１に示す。５６２サイクル後の容量維持率は、初期値の９４．７％であった。
実施例３
Ａ）正極スラリーの作製
Ｎ－メチル－２－ピロリドン（９９％以上の純度を有するＮＭＰ、米国のシグマ・オルドリッチ社（Sigma-Aldrich, US）製）中に分散させた、９２重量％のカソード材料(LiMn2O4、中国青島のフアグアン・ヘンユアン・リーテック有限公司（HuaGuan HengYuan LiTech Co. Ltd., Qingdao, China）より入手）と、導電剤としての４重量％のカーボンブラック（SuperP；スイス国ボディオのティムカル社（Timcal Ltd, Bodio, Switzerland）より入手）と、バインダーとして４重量％のポリフッ化ビニリデン（PVDF, Solef（登録商標） 5130、ベルギー国のソルヴェイ・エセ・アー社（Solvay S. A., Belgium）より入手）とを混合して正極スラリーを作製し、５０重量％の固形分を含むスラリーを形成した。スラリーをプラネタリー撹拌ミキサーで均質化した。
Ｂ）正極スラリーの作製
均質化されたスラリーを、約２．４ｍｇ／ｃｍ2の面積密度を有するトランスファーコーターを使用して、厚さ２０μｍおよび０．７μｍの表面の粗さＲa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、電極をプレスしてコーティングの密度を増加させ、密度は、２．８３ｇ/ｍ3であった。
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トランスファーコーターを用いて厚さ９μｍおよび０．５５μｍの表面の粗さＲaの銅箔の両面に塗布した。銅箔上の被覆膜を約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、電極をプレスしてコーティングの密度を増加させ、密度は、１．８ｇ/ｍ3であった。
実施例４
電極アセンブリの組み立て
乾燥後、得られた実施例３のカソードフィルムおよびアノードフィルムを用いて、個々の電極板を切断することによってカソードおよびアノードのそれぞれを作製した。湿度を制御せずに外気中でアノードと、カソードと、正極と負極との間に配置されたセパレータとを積み重ねることによって電極アセンブリを作製した。セパレータは、３５μｍの厚さを有する不織構造製のセラミック被覆細孔膜(セパリオン（SEPARION、ドイツのエボニック社(Evonik Industries, Germany)製)であった。乾燥の第１の段階の間、電極アセンブリをグローブボックス内の真空オーブン中で１×１０4Ｐａの圧力下で８５℃で１．５時間乾燥させた。乾燥の第２の段階の間、電極アセンブリを、さらに、真空下で、５×１０3Ｐａの圧力で、１０５℃で、２．５時間乾燥させた。次いで、乾燥チャンバを、５ｐｐｍの含水量および９０℃の温度を有する熱した乾燥空気で満たした。乾燥チャンバを排気する前に、熱した乾燥空気を１５分間乾燥チャンバ内に保持した。第２の段階における真空乾燥の工程と第２の段階後に実行されるガス充填の工程とを含むサイクルを５回繰り返した。
電極アセンブリ、電極およびセパレータの含水量
電極アセンブリ、電極およびセパレータの含水量の平均値は、それぞれ１３ｐｐｍ、９ｐｐｍおよび１５ｐｐｍであった。
実施例４の電気化学的測定
Ｉ）公称容量
実施例４に記載された方法で作製された乾燥電極アセンブリを含むパウチセルを、実施例２に記載された方法で組み立てた。バッテリを、３．０Ｖないし４．２Ｖのバッテリテスタで、２５℃でＣ／２の電流密度で電流定常的に試験した。公称容量は約２．９Ａｈであった。
ＩＩ）サイクル性能
パウチセルのサイクル性能を、３．０Ｖと４．２Ｖの間で１Ｃの定電流レートで充放電することによって試験した。サイクル性能の試験結果を図２に示す。
実施例５
Ａ）正極スラリーの作製
脱イオン水に分散された、９４重量％のカソード材料LiNi0.33Mn0.33Co0.33O2（中国の深せん天佳科技有限公司（ShenzhenTianjiao Technology Co.Ltd., China）より入手）と、導電剤として３重量％のカーボンブラック（SuperP；スイス国ボディオのティムカル社（Timcal Ltd, Bodio, Switzerland）より入手）と、１.５重量％のポリアクリル酸（PAA、#181285、米国のシグマ・オルドリッチ社（Sigma-Aldrich, US）製）と、バインダーとして１.５重量％のポリアクリロニトリル（LA132、中国の成都インディゴパワーソーセズ有限公司（ChengduIndigo Power Sources Co., Ltd., China）製）とを混合して正極スラリーを作製して、５０重量％の固形分を有するスラリーを形成した。スラリーをプラネタリー撹拌ミキサーで均質化した。
Ｂ）正極の作製
均質化されたスラリーを、約３２ｍｇ／ｃｍ2の面積密度を有するトランスファーコーターを使用して、厚さ２０μｍおよび０．７μｍの表面の粗さＲa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、電極をプレスしてコーティングの密度を増加させ、密度は、３．４７ｇ/ｍ3であった。
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トランスファーコーターを用いて厚さ９μｍおよび０．５５μｍの表面の粗さＲaの銅箔の両面に塗布した。銅箔上の被覆膜を約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、電極をプレスしてコーティングの密度を増加させ、密度は、２．４ｇ/ｍ3であった。
実施例６
電極アセンブリの組み立て
乾燥後、得られた実施例５のカソード薄膜およびアノード薄膜を用いて、個々の電極板を切断することによってカソードおよびアノードのそれぞれを作製した。湿度を制御せずに外気中でアノードと、カソードと、正極と負極との間に配置されたセパレータとを積み重ねることによって電極アセンブリを作製した。セパレータは、２０μｍの厚さを有するポリイミド製の細孔膜（Jiangxi Advanced Nanofiber Technology Co., Ltd., 中国）であった。乾燥の第１の段階の間、電極アセンブリをグローブボックス内の真空オーブン中で１．５×１０4Ｐａの圧力下で９５℃で３．５時間乾燥させた。乾燥の第２の段階の間、電極アセンブリを、さらに、真空下で、５×１０3Ｐａの圧力で、１１５℃で、２時間乾燥させた。次いで、乾燥チャンバを、５ｐｐｍの含水量および８５℃の温度を有する熱風乾燥空気で満たした。乾燥チャンバを排気する前に、熱風乾燥空気を１５分間乾燥チャンバ内に保持した。第２の段階における真空乾燥の工程と第２の段階後に実行されるガス充填の工程とを含むサイクルを１１回繰り返した。
電極アセンブリの含水量
電極アセンブリの含水量の平均値は、６ｐｐｍであった。
実施例６の電気化学的測定
Ｉ）公称容量
実施例６に記載された方法で作製された乾燥電極アセンブリを含むパウチセルを、実施例２に記載された方法で組み立てた。セルを、３．０Ｖないし４．２Ｖのバッテリテスタで、２５℃でＣ／２の電流密度で電流定常的に試験した。公称容量は約１０Ａｈであった。
ＩＩ）サイクル性能
パウチセルのサイクル性能を、３．０Ｖないし４．２Ｖで１Ｃの定電流レートで充放電することによって試験した。サイクル性能の試験結果を図３に示す。
実施例７
Ａ）正極スラリーの作製
脱イオン水に分散された、９１重量％のカソード材料LiFePO4（中国のアモイタングステン有限公司（Xiamen Tungsten Co. Ltd., China）より入手）と、導電剤として５重量％のカーボンブラック（SuperP；スイス国ボディオのティムカル社（Timcal Ltd, Bodio, Switzerland）より入手）と、バインダーとして４重量％のポリアクリロニトリル（LA132、中国の成都インディゴパワーソーセズ有限公司（Chengdu Indigo Power Sources Co., Ltd., China）製）とを混合して正極スラリーを作製して、５０重量％の固形分を有するスラリーを形成した。スラリーをプラネタリー撹拌ミキサーで均質化した。
Ｂ）正極スラリーの作製
均質化されたスラリーを、約５６ｍｇ／ｃｍ2の面積密度を有するトランスファーコーターを使用して、厚さ３０μｍおよび０．７μｍの表面の粗さＲaのアルミニウム箔の両面にコーティングした。次いで、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って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７５℃の入口温度から９０℃の出口温度まで徐々に上昇する制御可能な温度勾配を可能にした。次に、電極をプレスしてコーティングの密度を増加させ、密度は、２．９８ｇ/ｍ3であった。
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、中国のルイフト技術公司（Ruifute Technology Ltd., China）製）を、１．５重量％の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トランスファーコーターを用いて厚さ９μｍおよび０．５５μｍの表面の粗さＲaの銅箔の両面に塗布した。次いで、約１０ｍ／分のコンベア速度で動作される２４ｍのコンベア熱風乾燥機により約５０℃で２．４分間銅箔上の被覆膜を乾燥させて負極を得た。次に、電極をプレスしてコーティングの密度を増加させ、密度は、１．６ｇ/ｍ3であった。
実施例８
電極アセンブリの組み立て
乾燥後、得られた実施例７のカソードフィルムおよびアノードフィルムを用いて、個々の電極板を切断することによってカソードおよびアノードのそれぞれを作製した。湿度を制御せずに外気中でアノードと、カソードと、正極と負極との間に配置されたセパレータとを積み重ねることによって電極アセンブリを作製した。セパレータは、約３５μｍの厚さを有する不織構造製のセラミック被覆細孔膜(セパリオン（SEPARION、ドイツのエボニック社(Evonik Industries, Germany)製)であった。電極アセンブリをグローブボックス内の真空オーブン中で７×１０3Ｐａの圧力下で６５℃の温度で４時間乾燥させた。電極アセンブリを、さらに、真空下で、１×１０4Ｐａで、１１５℃で、１．２時間乾燥させた。次いで、乾燥チャンバを、５ｐｐｍの含水量および１００℃の温度を有する熱風乾燥空気で満たした。乾燥チャンバを排気する前に、熱風乾燥空気を５分間乾燥チャンバ内に保持した。第２の段階における真空乾燥の工程と第２の段階後に実行されるガス充填の工程とを含むサイクルを８回繰り返した。
電極アセンブリの含水量
電極アセンブリの含水量の平均値は、７ｐｐｍであった。
実施例８の電気化学的測定
Ｉ）公称容量
実施例８に記載された方法で作製された乾燥電極アセンブリを含むパウチセルを、実施例２に記載された方法で組み立てた。セルを、３．０Ｖと４．２Ｖの間のバッテリテスタで、２５℃でＣ／２の電流密度で電流定常的に試験した。公称容量は約９Ａｈであった。
ＩＩ）サイクル性能
パウチセルのサイクル性能を、３．０Ｖと４．２Ｖの間で１Ｃの定電流レートで充放電することによって試験した。サイクル性能の試験結果を図４に示す。
実施例９－１２と比較例１－９
実施例９－１０および比較例１－１３のパウチセルは、以下の表１に記載されている異なるパラメータが使用されることを除いて実施例１または２に記載されている方法によって作製された。実施例９－１０および比較例１－１３の電極アセンブリは、以下の表２に記載されている異なる乾燥条件が使用されることを除いて、実施例２に記載されている方法によって乾燥された。
これらの実施例および比較例のそれぞれのパウチセルの調合物を下記表１にまとめる。これらの実施例および比較例のそれぞれの電極アセンブリの乾燥条件を下記表２に示す。これらの実施例および比較例のそれぞれの乾燥されていない電極アセンブリおよび乾燥電極アセンブリの様々な物理的パラメータを下記表３に示す。これらの実施例および比較例のそれぞれのパウチセルのサイクル性能の試験結果を表４に示す。これらの実施例の電気化学的試験は、広範囲の電位におけるバッテリの良好な電気化学的安定性、ならびに優れたサイクル性能を示す。
Figure 2022009041000002
Figure 2022009041000003
Figure 2022009041000004
Figure 2022009041000005
本発明を限られた数の実施形態に関して説明してきたが、一実施形態の特定の特徴は、本発明の他の実施形態に帰するものではない。記載された実施形態からの変形および変更が存在する。添付の特許請求の範囲は、本発明の範囲内に含まれる全ての変更および変形を包含するものとする。
ある実施形態において、前記カソード電極層および前記アノード電極層のそれぞれの密度は、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％のエネルギーを、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。
ある実施形態において、集電体上のカソード電極層およびアノード電極層のそれぞれの密度は、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。いくつかの実施形態において、集電体上のカソード電極層およびアノード電極層のそれぞれの密度は、独立して、６．５ｇ／ｃｍ3未満、６ｇ／ｃｍ3未満、５ｇ／ｃｍ3未満、４ｇ／ｃｍ3未満、３ｇ／ｃｍ3未満、２ｇ／ｃｍ3未満、または１ｇ／ｃｍ3未満である。ある実施形態において、集電体上のカソード電極層およびアノード電極層のそれぞれの密度は、独立して、少なくとも１ｇ／ｃｍ3、少なくとも２ｇ／ｃｍ3、少なくとも３ｇ／ｃｍ3、少なくとも４ｇ／ｃｍ3、少なくとも５ｇ／ｃｍ3、少なくとも６ｇ／ｃｍ3、または少なくとも６．５ｇ／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。
いくつかの実施形態において、カソード電極層の密度はアノード電極層の密度よりも大きいか、またはその逆である。いくつかの実施形態において、カソード電極層の密度は、アノード電極層の密度に等しい。ある実施形態において、カソード電極層とアノード電極層との間の密度差は、約０．１ｇ／ｃｍ3ないし約５ｇ／ｃｍ3、約０．１ｇ／ｃｍ3ないし約４ｇ／ｃｍ3、約０．１ｇ／ｃｍ3ないし約３ｇ／ｃｍ3、約０．１ｇ／ｃｍ3ないし約２ｇ／ｃｍ3、約０．１ｇ／ｃｍ3ないし約１ｇ／ｃｍ3、約０．１ｇ／ｃｍ3ないし約０．５ｇ／ｃｍ3、約１ｇ／ｃｍ3ないし約５ｇ／ｃｍ3、約１ｇ／ｃｍ3ないし約４ｇ／ｃｍ3、約１ｇ／ｃｍ3ないし約３ｇ／ｃｍ3、約１ｇ／ｃｍ3ないし約２ｇ／ｃｍ3、または約２ｇ／ｃｍ3ないし約４ｇ／ｃｍ3である。いくつかの実施形態において、カソード電極層とアノード電極層との間の密度差は、５ｇ／ｃｍ3未満、４ｇ／ｃｍ3未満、３ｇ／ｃｍ3未満、２ｇ／ｃｍ3未満、１ｇ／ｃｍ3未満、０．５ｇ／ｃｍ3未満、または０．１ｇ／ｃｍ3未満である。ある実施形態において、カソード電極層とアノード電極層との間の密度差は、少なくとも０．１ｇ／ｃｍ3、少なくとも０．５ｇ／ｃｍ3、少なくとも１ｇ／ｃｍ3、少なくとも２ｇ／ｃｍ3、少なくとも３ｇ／ｃｍ3、少なくとも４ｇ／ｃｍ3、または少なくとも５ｇ／ｃｍ3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および０．７μｍの表面の粗さＲa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、電極をプレスしてコーティングの密度を増加させ、密度は、２．７４ｇ/ｃｍ3であった。コーティングの厚さは２３μｍであった。電極層の空隙容量は３１％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トランスファーコーターを用いて厚さ９μｍおよび１．２μｍの表面の粗さＲa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被覆膜を約５０℃で２．４分間乾燥させて負極を得た。次に、電極をプレスしてコーティングの密度を増加させ、密度は、１．８ｇ/ｃｍ3であった。コーティングの厚さは１０μｍ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２．４ｍｇ／ｃｍ2の面積密度を有するトランスファーコーターを使用して、厚さ２０μｍおよび０．７μｍの表面の粗さＲa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、電極をプレスしてコーティングの密度を増加させ、密度は、２．８３ｇ/ｃｍ3であった。
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トランスファーコーターを用いて厚さ９μｍおよび０．５５μｍの表面の粗さＲaの銅箔の両面に塗布した。銅箔上の被覆膜を約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、電極をプレスしてコーティングの密度を増加させ、密度は、１．８ｇ/ｃｍ3であった。
Ｂ）正極の作製
均質化されたスラリーを、約３２ｍｇ／ｃｍ2の面積密度を有するトランスファーコーターを使用して、厚さ２０μｍおよび０．７μｍの表面の粗さＲa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、電極をプレスしてコーティングの密度を増加させ、密度は、３．４７ｇ/ｃｍ3であった。
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トランスファーコーターを用いて厚さ９μｍおよび０．５５μｍの表面の粗さＲaの銅箔の両面に塗布した。銅箔上の被覆膜を約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、電極をプレスしてコーティングの密度を増加させ、密度は、２．４ｇ/ｃｍ3であった。
Ｂ）正極スラリーの作製
均質化されたスラリーを、約５６ｍｇ／ｃｍ2の面積密度を有するトランスファーコーターを使用して、厚さ３０μｍおよび０．７μｍの表面の粗さＲaのアルミニウム箔の両面にコーティングした。次いで、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って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７５℃の入口温度から９０℃の出口温度まで徐々に上昇する制御可能な温度勾配を可能にした。次に、電極をプレスしてコーティングの密度を増加させ、密度は、２．９８ｇ/ｃｍ3であった。
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、中国のルイフト技術公司（Ruifute Technology Ltd., China）製）を、１．５重量％の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トランスファーコーターを用いて厚さ９μｍおよび０．５５μｍの表面の粗さＲaの銅箔の両面に塗布した。次いで、約１０ｍ／分のコンベア速度で動作される２４ｍのコンベア熱風乾燥機により約５０℃で２．４分間銅箔上の被覆膜を乾燥させて負極を得た。次に、電極をプレスしてコーティングの密度を増加させ、密度は、１．６ｇ/ｃｍ3であった。
これらの実施例および比較例のそれぞれのパウチセルの調合物を下記表１にまとめる。これらの実施例および比較例のそれぞれの電極アセンブリの乾燥条件を下記表２に示す。これらの実施例および比較例のそれぞれの乾燥されていない電極アセンブリおよび乾燥電極アセンブリの様々な物理的パラメータを下記表３に示す。これらの実施例および比較例のそれぞれのパウチセルのサイクル性能の試験結果を表４に示す。これらの実施例の電気化学的試験は、広範囲の電位におけるバッテリの良好な電気化学的安定性、ならびに優れたサイクル性能を示す。
Figure 2022009041000010
Figure 2022009041000011
Figure 2022009041000012
Figure 2022009041000013

Claims (20)

  1. 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、アノード集電体およびアノード電極層を具備し、前記少なくとも１つのカソードは、カソード集電体およびカソード電極層を具備し、前記カソード電極層および前記アノード電極層のそれぞれは、独立して、３５％未満の空隙容量を持ち、前記少なくとも１つのカソードおよび前記少なくとも１つのアノードのそれぞれは、独立して、０．１５Ｎ／ｃｍ以上の剥離強度を持つ、
    電極アセンブリ。
  2. 前記カソード集電体および前記アノード集電体のそれぞれの表面の粗さは、独立して、２μｍ以下、または１μｍ以下である、請求項１の電極アセンブリ。
  3. 前記カソード電極層および前記アノード電極層のそれぞれの密度は、独立して、約１．０ｇ／ｍ3ないし約６．５ｇ／ｍ3である、請求項１の電極アセンブリ。
  4. 前記カソード電極層および前記アノード電極層のそれぞれの密度は、独立して、約１．０ｇ／ｍ3ないし約３．０ｇ／ｍ3である、請求項１の電極アセンブリ。
  5. 前記カソード電極層および前記アノード電極層のそれぞれの厚さは、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。
  6. 前記カソード電極層および前記アノード電極層のそれぞれの厚さは、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。
  7. 前記カソード電極層は、カソード材料、バインダー材料、導電剤を含み、前記アノード電極層は、アノード材料、バインダー材料、導電剤を含み、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それぞれは、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。
  8. 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それぞれは、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７の電極アセンブリ。
  9. 前記カソード電極層は、LiCoO2、LiNiO2、LiNixMnyO2、Li1+zNixMnyCo1-x-yO2、LiNixCoyAlzO2、LiV2O5、LiTiS2、LiMoS2、LiMnO2、LiCrO2、LiMn2O4、LiFeO2、LiFePO4、LiNi0.5Mn1.5O4、LiNi0.4Mn1.6O4、およびそれらの組み合わせからなる群から選択されたカソード材料を具備し、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。
  10. 前記カソード材料は、前記カソード電極層の総重量に基づいて、６０重量％ないし９９重量％の量で存在する、請求項９の電極アセンブリ。
  11. 前記カソード電極層は、カソード材料、バインダー材料、導電剤を具備し、前記アノード電極層は、アノード材料、バインダー材料、導電剤を具備し、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それぞれは、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。
  12. 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それぞれは、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１１の電極アセンブリ。
  13. 前記アノード電極層は、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アノード材料を具備する、請求項１の電極アセンブリ。
  14. 前記アノード材料は、前記アノード電極層の総重量に基づいて、５０重量％ないし９９重量％の量で存在する、請求項１３の電極アセンブリ。
  15. 前記カソード集電体および前記アノード集電体のそれぞれは、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。
  16. 前記カソード集電体は、アルミニウム薄膜であり、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。
  17. 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、１０重量ｐｐｍ未満、または５重量ｐｐｍ未満である、請求項１の電極アセンブリ。
  18. 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、１０ｐｐｍ未満、または５重量ｐｐｍ未満の含水量を有する、請求項１の電極アセンブリ。
  19. 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、１０重量ｐｐｍ未満、または５重量ｐｐｍ未満の含水量を有する、請求項１の電極アセンブリ。
  20. 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。
JP2021167391A 2016-09-22 2021-10-12 電極アセンブリ Withdrawn JP2022009041A (ja)

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US15/272,521 US10263257B2 (en) 2016-09-22 2016-09-22 Electrode assemblies
US15/272,521 2016-09-22
PCT/CN2017/101118 WO2018054235A1 (en) 2016-09-22 2017-09-08 Electrode assemblies
JP2019515531A JP2019533283A (ja) 2016-09-22 2017-09-08 電極アセンブリ

Related Parent Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2019515531A Division JP2019533283A (ja) 2016-09-22 2017-09-08 電極アセンブリ

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2022009041A true JP2022009041A (ja) 2022-01-14

Family

ID=61621329

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2019515531A Pending JP2019533283A (ja) 2016-09-22 2017-09-08 電極アセンブリ
JP2021167391A Withdrawn JP2022009041A (ja) 2016-09-22 2021-10-12 電極アセンブリ

Family Applications Before (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2019515531A Pending JP2019533283A (ja) 2016-09-22 2017-09-08 電極アセンブリ

Country Status (14)

Country Link
US (2) US10263257B2 (ja)
EP (1) EP3488484A4 (ja)
JP (2) JP2019533283A (ja)
KR (1) KR102190770B1 (ja)
CN (1) CN107871847B (ja)
AU (1) AU2017329931C1 (ja)
BR (1) BR112019004702B1 (ja)
CA (1) CA3034964C (ja)
HK (1) HK1249280A1 (ja)
MX (1) MX2019003377A (ja)
MY (1) MY193103A (ja)
SG (1) SG11201912778XA (ja)
TW (1) TWI706587B (ja)
WO (1) WO2018054235A1 (ja)

Families Citing this family (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6863297B2 (ja) * 2016-01-29 2021-04-21 日本ゼオン株式会社 非水系二次電池電極用バインダー組成物、非水系二次電池電極用スラリー組成物、非水系二次電池用電極、および非水系二次電池
US10199635B2 (en) * 2016-09-22 2019-02-05 Grst International Limited Method of drying electrode assemblies
US10923760B2 (en) * 2016-09-22 2021-02-16 Grst International Limited Electrode assemblies
JP7100798B2 (ja) * 2018-01-09 2022-07-14 トヨタ自動車株式会社 非水電解液二次電池
US11367862B2 (en) * 2018-08-28 2022-06-21 Samsung Electronics Co., Ltd. Cathode and lithium battery including the same
US10581081B1 (en) * 2019-02-01 2020-03-03 Chang Chun Petrochemical Co., Ltd. Copper foil for negative electrode current collector of lithium ion secondary battery
CN110880581B (zh) * 2019-11-29 2020-07-10 潍坊聚能电池有限公司 一种锂离子电池正极片的干燥方法
CN111362365B (zh) * 2020-01-17 2021-03-26 华中科技大学 一种无动力脱氮除磷原电池及其制备方法与应用
CN111653784B (zh) * 2020-06-16 2022-06-17 合肥国轩高科动力能源有限公司 一种负极浆料以及含有该负极浆料的锂离子电池及其制备方法
WO2024085583A1 (ko) * 2022-10-18 2024-04-25 주식회사 엘지에너지솔루션 이차 전지
CN117117078A (zh) * 2023-03-13 2023-11-24 荣耀终端有限公司 一种锂离子电池及其负极极片

Family Cites Families (38)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5523678B2 (ja) 1973-10-26 1980-06-24
CA2046148C (en) * 1990-08-14 1997-01-07 Dale R. Getz Alkaline cells that are substantially free of mercury
JPH11329448A (ja) * 1998-05-15 1999-11-30 Asahi Glass Co Ltd 非水系二次電池用正極集電体及び該集電体を有する非水系二次電池
TW431009B (en) * 1998-05-22 2001-04-21 Teijin Ltd Electrolytic-solution-supporting polymer film and secondary battery
JP3990033B2 (ja) * 1998-06-10 2007-10-10 大日本印刷株式会社 非水電解液二次電池用電極板の製造方法
JP2001319689A (ja) * 2000-05-08 2001-11-16 Matsushita Electric Ind Co Ltd リチウムポリマー二次電池
KR100491026B1 (ko) * 2003-03-05 2005-05-24 주식회사 엘지화학 전지특성, 접착성, 코팅특성이 조절된 2상 이상의 구조를가지는 리튬 2차 전지용 바인더
JP4831804B2 (ja) * 2004-01-23 2011-12-07 三菱重工業株式会社 電極フィルムの乾燥装置
JP4984384B2 (ja) 2004-10-06 2012-07-25 日本ゼオン株式会社 電極の製造方法
JP4859373B2 (ja) * 2004-11-30 2012-01-25 パナソニック株式会社 非水電解液二次電池
CN100421286C (zh) * 2004-11-30 2008-09-24 松下电器产业株式会社 非水电解质二次电池
KR100759377B1 (ko) * 2005-04-21 2007-09-19 삼성에스디아이 주식회사 리튬 이차 전지
JP4931383B2 (ja) 2005-07-20 2012-05-16 大同メタル工業株式会社 二次電池用電極
DE112007002296T5 (de) * 2006-09-29 2009-08-20 Mitsui Mining & Smelting Co., Ltd. Nicht-wässerige Sekundärbatterie
JP5523678B2 (ja) 2007-07-18 2014-06-18 日産自動車株式会社 非水電解液二次電池
JP4487219B1 (ja) * 2008-12-26 2010-06-23 トヨタ自動車株式会社 非水二次電池用電極の製造方法
KR101066256B1 (ko) 2009-02-05 2011-09-20 삼성에스디아이 주식회사 전극조립체 및 이를 구비하는 이차전지
KR20120030115A (ko) * 2009-07-01 2012-03-27 제온 코포레이션 ２ 차 전지용 정극 및 ２ 차 전지
EP2458671A1 (en) * 2009-07-21 2012-05-30 Panasonic Corporation Rectangular nonaqueous electrolyte secondary battery and method for manufacturing same
JP2011048921A (ja) 2009-08-25 2011-03-10 Sanyo Electric Co Ltd リチウム二次電池及びその製造方法
KR20160065214A (ko) * 2009-11-18 2016-06-08 미쓰이 가가쿠 가부시키가이샤 전기 화학 셀용 수성 페이스트, 이 수성 페이스트를 도포하여 이루어지는 전기 화학 셀용 극판, 및 이 극판을 포함하는 전지
JP5733219B2 (ja) * 2009-12-25 2015-06-10 日本ゼオン株式会社 二次電池用正極及び二次電池
JP5103496B2 (ja) * 2010-03-09 2012-12-19 日立ビークルエナジー株式会社 リチウムイオン二次電池
JP2012033426A (ja) * 2010-08-02 2012-02-16 Nec Energy Devices Ltd 電極の製造方法
CN103190022B (zh) * 2010-09-01 2015-09-23 日本瑞翁株式会社 二次电池正极用水类粘合剂组合物、二次电池正极用浆液组合物、二次电池正极及二次电池
KR101453037B1 (ko) * 2011-03-23 2014-10-21 주식회사 엘지화학 전극조립체 및 이의 제조방법
TWI553945B (zh) * 2011-10-21 2016-10-11 帝人股份有限公司 非水系蓄電池用分隔器及非水系蓄電池
US20130101893A1 (en) * 2011-10-25 2013-04-25 Apple Inc. High-voltage lithium-polymer batteries for portable electronic devices
JP6251964B2 (ja) * 2012-02-24 2017-12-27 三菱ケミカル株式会社 非水系二次電池用複層構造炭素材、及びそれを用いた非水系二次電池用負極並びに非水系二次電池
JP6111895B2 (ja) * 2012-06-28 2017-04-12 日本ゼオン株式会社 リチウムイオン二次電池負極用スラリー組成物、二次電池用負極および二次電池
EP2688123B1 (en) * 2012-07-16 2017-07-05 Commissariat à l'Énergie Atomique et aux Énergies Alternatives Process for manufacturing a Li-ion battery comprising a fluoropolymeric separator
KR102292957B1 (ko) * 2013-02-27 2021-08-23 제온 코포레이션 전기 화학 소자 전극용 복합 입자, 전기 화학 소자 전극용 복합 입자의 제조 방법, 전기 화학 소자 전극 및 전기 화학 소자
TWI622208B (zh) * 2013-06-27 2018-04-21 Maxell Holdings Ltd Positive electrode for nonaqueous electrolyte secondary battery, and nonaqueous electrolyte secondary battery
CN104142045B (zh) 2013-07-11 2016-03-23 中航锂电（江苏）有限公司 一种大容量锂离子动力电池电芯的干燥方法
CN103996892A (zh) * 2014-06-17 2014-08-20 常州盈华高科储能材料科技有限公司 一种醚类电解液及锂空气电池
EP3960707A1 (en) * 2014-07-22 2022-03-02 Xerion Advanced Battery Corp. Lithiated transition metal oxides
JP6311670B2 (ja) * 2015-07-13 2018-04-18 トヨタ自動車株式会社 リチウムイオン二次電池用正極板の製造方法、及び、リチウムイオン二次電池用正極板
CN105115250B (zh) 2015-07-27 2017-03-29 山东精工电子科技有限公司 一种锂离子电池电芯快速干燥方法

Also Published As

Publication number Publication date
US20190190029A1 (en) 2019-06-20
CA3034964C (en) 2020-11-17
SG11201912778XA (en) 2020-01-30
CN107871847B (zh) 2021-04-09
BR112019004702B1 (pt) 2021-05-25
TW201814940A (zh) 2018-04-16
EP3488484A1 (en) 2019-05-29
BR112019004702A2 (pt) 2019-05-28
AU2017329931B2 (en) 2020-03-05
US20180083309A1 (en) 2018-03-22
EP3488484A4 (en) 2020-04-22
WO2018054235A1 (en) 2018-03-29
HK1249280A1 (zh) 2018-10-26
CN107871847A (zh) 2018-04-03
CA3034964A1 (en) 2018-03-29
MY193103A (en) 2022-09-26
KR102190770B1 (ko) 2020-12-15
AU2017329931C1 (en) 2020-07-02
AU2017329931A1 (en) 2019-04-11
KR20190052681A (ko) 2019-05-16
MX2019003377A (es) 2019-08-05
US10644321B2 (en) 2020-05-05
US10263257B2 (en) 2019-04-16
JP2019533283A (ja) 2019-11-14
TWI706587B (zh) 2020-10-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6918099B2 (ja) 電極アセンブリを乾燥させる方法
JP6980770B2 (ja) 電極アセンブリを乾燥させる方法
JP2022009041A (ja) 電極アセンブリ
US11374253B2 (en) Electrode assemblies

Legal Events

Date Code Title Description
A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20211014

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20211014

A761 Written withdrawal of application

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A761

Effective date: 20220214