JP2022509237A - 高いサイクル効率の電極を製造するシステム、高いサイクル効率の電極の製造方法及びその応用 - Google Patents
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Abstract
【選択図】図1a
Description
前記電極処理ユニットは、第1金属源を巻き出すための第1金属源巻出ドラムと、前記第1金属源巻出ドラムに並列接続されており、補充対象金属電極を巻き出すための補充対象金属電極巻出ドラムと、前記第1金属源巻出ドラム及び補充対象金属電極巻出ドラムに直列接続されており、第1金属源と補充対象金属電極とを複合電極としてロールプレスするための押さえロール装置とを含む。
前記雰囲気ボックスの内部に設けられる電極処理ユニットと、
前記電極処理ユニットに直列接続された温度制御ボックスと、
前記温度制御ボックスに直列接続されており、ロールプレスされた第1金属源とロールプレスされた補充対象金属電極とを分離させる剥離ユニットとを含み、
前記電極処理ユニットは、第1金属源を巻き出すための第1金属源巻出ドラムと、前記第1金属源巻出ドラムに並列接続されており、補充対象金属電極を巻き出すための補充対象金属電極巻出ドラムと、前記第1金属源巻出ドラム及び補充対象金属電極巻出ドラムに直列接続されており、第1金属源と補充対象金属電極とを複合電極としてロールプレスするための押さえロール装置とを含む。
第1金属源巻出ドラムと第2金属源巻出ドラムとは、それぞれ補充対象金属電極巻出ドラムの上側及び下側に位置する。
金属源及び補充対象金属電極に対してロールプレス、プレス押圧、ガス押圧または液体押圧を行って、物理的な接着接触を実現し、真空または不活性雰囲気で、温度制御処理を行った後、金属源を剥離し、高いサイクル効率の電極を取得するステップであって、前記補充対象金属電極が、金属遷移可能な負極または金属遷移可能な正極から選択され、前記金属源における金属が、リチウムまたはナトリウムから選択されるステップを含む。
前記ナトリウム源は純金属ナトリウム、ナトリウム合金またはナトリウムの複合体である。
金属源及び補充対象金属電極に対してロールプレス、プレス押圧、ガス押圧または液体押圧を行って、物理的な接着接触を実現し、真空または不活性雰囲気で、温度制御処理を行った後、金属源を剥離し、高いサイクル効率の電極を取得するステップであって、前記補充対象金属電極が、金属遷移可能な負極または金属遷移可能な正極から選択され、金属源がリチウム源またはナトリウム源から選択されるステップ、を含む。
金属源はリチウム源であり、補充対象金属電極はリチウム補充対象電極であれば、得られた電極はリチウム電極である。
前記電極処理ユニットは、第1金属源を巻き出すための第1金属源巻出ドラムと、前記第1金属源巻出ドラムに並列接続されており、補充対象金属電極を巻き出すための補充対象金属電極巻出ドラムと、前記第1金属源巻出ドラム及び補充対象金属電極巻出ドラムに直列接続されており、第1金属源と補充対象金属電極とを複合電極にロールプレスするための押さえロール装置とを含む。
内部が真空雰囲気または不活性雰囲気である雰囲気ボックスと、
前記雰囲気ボックスの内部に設けられる電極処理ユニットと、
前記電極処理ユニットに直列接続された温度制御ボックスと、
前記温度制御ボックスに直列接続されており、ロールプレスされた第1金属源とロールプレスされた補充対象金属電極とを分離させる剥離ユニットとを含み、
前記電極処理ユニットは、第1金属源を巻き出すための第1金属源巻出ドラムと、前記第1金属源巻出ドラムに並列接続されており、補充対象金属電極を巻き出すための補充対象金属電極巻出ドラムと、前記第1金属源巻出ドラム及び補充対象金属電極巻出ドラムに直列接続されており、第1金属源と補充対象金属電極とを複合電極としてロールプレスするための押さえロール装置とを含む。
混合、攪拌、塗布、ロールプレス、ベーキング、及びダイカットによって、シリコン酸素カーボン(SOC)負極極板を製造し、
積層、予溶接、溶接、シェル入れ、液体注入、封止、エージング、化成、二回封止、切り・折り・焼き付け、容量割り当て、及び経年劣化などの18個の大工程によって、可逆容量が600mAh/gである帯状のSOC負極極板とニッケルコバルトアルミニウム酸リチウム(NCA)正極極板とを、ポーチ電池に製造し、電池セルは42Ahに設計される。電池に対して初回効率及びサイクルのテストを行って、結果について、図2を参照して、図2は本発明の比較例1及び実施例1により製造された電池のサイクルテスト図であり、図2から分かるように、比較例のサイクルは持続的に減衰している。100サイクル後、電池の容量保持率は82.1%になる。
混合、攪拌、塗布、ロールプレス、ベーキング、及びダイカットによって、帯状のシリコン酸素カーボン(SOC)負極極板を得て、
帯状の純金属リチウム、及び可逆容量が600mAh/gである帯状のシリコン酸素カーボン複合負極極板に対して、ロールプレス及び複合を行って、直接的に接触させ、物理的な接着接触を実現し、真空オーブンにおいて、-20KPaの真空度で、110℃で、4h保温し、アルゴンガスを注入して、常温に冷却された後、取り出されて、金属リチウムを剥離して、高いサイクル効率の負極極板を得る。
混合、攪拌、塗布、ロールプレス、ベーキング、及びダイカットによって、帯状のシリコン酸素カーボン(SOC)負極極板を得て、
図1aに示される装置を利用して、帯状のリチウムアルミ合金及び可逆容量が600mAh/gである帯状のシリコン酸素カーボン複合負極に対して、ロールプレスを行って、物理的な接着接触を実現し、真空オーブンにおいて、-80KPaの真空度で、50℃で、30h保温し、二酸化炭素を注入し、常温に冷却され、取り出され、金属リチウムアルミニウムを剥離し、高いサイクル効率の負極を得る。
混合、攪拌、塗布、ロールプレス、ベーキング、及びダイカットを介して、帯状のシリコン酸素カーボン(SOC)負極極板を得て、
PETは基底層であり、純リチウムは活性層であり、リチウム帯を作成し、
図1aに示される装置を利用して、リチウム帯及び可逆容量が600mAh/gである帯状のシリコン酸素カーボン複合負極に対してロールプレスを行って、物理的な接着接触を実現し、アルゴン雰囲気で、室温で、2日保温した後、取り出されて、リチウム帯を剥離し、ダイカット機器によりダイカットを行って、高いサイクル効率の負極極板を得る。
混合、攪拌、塗布、ロールプレス、ベーキング、及びダイカットによって、帯状のシリコン酸素カーボン(SOC)負極極板を得て、
図1aに示される装置を利用して、可逆容量が600mAh/gである帯状のシリコン酸素カーボン複合負極極板及び銅被覆純リチウム帯に対して、ロールプレスを行って、物理的な接着接触を実現し、真空引きを行って、封止バッグに封入して、真空度を-90KPaに引き、真空オーブンにおいて、80℃で、10h保温してから、空気を注入して、直接的に取り出し、剥離を行って、高いサイクル効率の負極極板を得る。
混合、攪拌、塗布、ロールプレス、ベーキング、及びダイカットによって、帯状の硫黄カーボン素複合正極極板を得て、
図1bに示される装置を利用して、帯状の硫黄カーボン素複合正極極板と銅被覆純リチウム帯に対してロールプレスを行って、物理的な接着接触を実現し、真空度が-70KPaである雰囲気ボックスにおいて、55℃で、8h保温し、剥離及び巻取を行って、高いサイクル効率の正極極板を得る。
混合、攪拌、塗布、ロールプレス、ベーキング、及びダイカットによって、帯状の硫黄カーボン素複合正極極板を得て、
図1bに示される装置を利用して、帯状の硫黄カーボン素複合正極極板、及びステンレス鋼帯と金属リチウムとの複合帯に対して、ロールプレスを行って、物理的な接着接触を実現し、真空度が-95KPaである雰囲気ボックスに、フッ素ガス及び二酸化炭素雰囲気を導入して、1:1の雰囲気圧力で、0℃で、8h保温し、剥離及び巻取を行って、高いサイクル効率の正極極板を得る。
Claims (18)
- 高いサイクル効率の電極を製造するシステムであって、
電極処理ユニットと、
前記電極処理ユニットに直列接続されており、温度制御真空処理装置または温度制御不活性処理装置を含む温度制御処理装置と、
前記温度制御処理装置に直列接続されており、ロールプレスされた第1金属源とロールプレスされた補充対象金属電極とを分離させる剥離ユニットと、を含み、
前記電極処理ユニットは、
第1金属源を巻き出すための第1金属源巻出ドラムと、
前記第1金属源巻出ドラムに並列接続されており、補充対象金属電極を巻き出すための補充対象金属電極巻出ドラムと、
前記第1金属源巻出ドラム及び補充対象金属電極巻出ドラムに直列接続されており、第1金属源と補充対象金属電極とを複合電極としてロールプレスするための押さえロール装置とを含むことを特徴とするシステム。 - 前記温度制御真空処理装置は真空オーブンまたは真空バッグであることを特徴とする請求項1に記載のシステム。
- 前記温度制御不活性処理装置における雰囲気はCO2雰囲気、またはアルゴン雰囲気であることを特徴とする請求項1に記載のシステム。
- 高いサイクル効率の電極を製造するシステムであって、
内部が真空雰囲気または不活性雰囲気または保護雰囲気であり、或いは不活性雰囲気-保護雰囲気の混合雰囲気である雰囲気ボックスと、
前記雰囲気ボックスの内部に設けられる電極処理ユニットと、
前記電極処理ユニットに直列接続された温度制御ボックスと、
前記温度制御ボックスに直列接続されており、ロールプレスされた第1金属源とロールプレスされた補充対象金属電極とを分離させる剥離ユニットとを含み、
前記電極処理ユニットは、
第1金属源を巻き出すための第1金属源巻出ドラムと、
前記第1金属源巻出ドラムに並列接続されており、補充対象金属電極を巻き出すための補充対象金属電極巻出ドラムと、
前 記第1金属源巻出ドラム及び補充対象金属電極巻出ドラムに直列接続されており、第1金属源と補充対象金属電極とを複合電極としてロールプレスするための押さえロール装置とを含むことを特徴とするシステム。 - さらに、第1金属源巻出ドラム及び補充対象金属電極巻出ドラムに並列接続されており、第2金属源を巻き出すための第2金属源巻出ドラムを含み、
第1金属源巻出ドラムと第2金属源巻出ドラムとは、それぞれ補充対象金属電極巻出ドラムの上側及び下側に位置することを特徴とする請求項1または4に記載のシステム。 - 前記第1金属源及び第2金属源における金属は、リチウムまたはナトリウムから選択されることを特徴とする請求項5に記載のシステム。
- 前記補充対象金属電極は、グラファイト負極、ハードカーボン負極、ソフトカーボン負極、中間相カーボンミクロスフェア負極、シリコンカーボン負極、シリコン酸素カーボン負極、シリコン負極、シリコン酸素負極、チタン酸リチウム負極、遷移金属酸化物負極、または硫黄系正極から選択されることを特徴とする請求項1または4に記載のシステム。
- 前記剥離ユニットはガイドロール軸であることを特徴とする請求項1または4に記載のシステム。
- さらに、前記剥離ユニットに直列接続されており、剥離後の第1金属源と剥離後の極板とを巻き取る巻取ユニットを含むことを特徴とする請求項1または4に記載のシステム。
- 請求項1~9の何れかの1項に記載のシステムを利用して高いサイクル効率の電極を製造する方法であって、
金属源及び補充対象金属電極に対してロールプレス、プレス押圧、ガス押圧または液体押圧を行って、物理的な接着接触を実現し、真空または不活性雰囲気で、温度制御処理を行った後、金属源を剥離し、高いサイクル効率の電極を取得するステップであって、前記補充対象金属電極が、金属遷移可能な負極または金属遷移可能な正極から選択され、前記金属源が、リチウム源またはナトリウム源から選択されるステップ、を含む方法。 - 前記補充対象金属電極は、グラファイト負極、ハードカーボン負極、ソフトカーボン負極、中間相カーボンミクロスフェア負極、シリコンカーボン負極、シリコン酸素カーボン負極、シリコン負極、シリコン酸素負極、チタン酸リチウム負極、遷移金属酸化物負極、または硫黄系正極から選択されることを特徴とする請求項10に記載の方法。
- 前記リチウム源は純金属リチウム、リチウム合金またはリチウムの複合体であり、
前記ナトリウム源は純金属ナトリウム、ナトリウム合金またはナトリウムの複合体であることを特徴とする請求項10に記載の方法。 - 前記温度制御処理の温度は0~150℃であり、温度制御処理の時間は0.1~168hであることを特徴とする請求項10に記載の方法。
- 前記真空の真空度は-10KPa~-99KPaであることを特徴とする請求項10に記載の方法。
- 前記不活性雰囲気は二酸化炭素雰囲気またはアルゴン雰囲気であることを特徴とする請求項10に記載の方法。
- 前記補充対象金属電極の形状はシート状または帯状であることを特徴とする請求項10に記載の方法。
- 金属源及び補充対象金属電極に対して、真空または不活性雰囲気または保護雰囲気、或いは不活性雰囲気-保護雰囲気の混合雰囲気で、ロールプレス、プレス押圧、ガス押圧または液体押圧を行うことを特徴とする請求項10に記載の方法。
- 請求項10~17の何れかの1項に記載の方法により製造される高いサイクル効率の電極の、電池での応用である高いサイクル効率の電極の応用。
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