JP2022525730A - 再充電可能エネルギー貯蔵デバイスの電極 - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、エネルギー貯蔵の分野に関する。
電子化学電池は、モバイル電子デバイス、電気又は機械的用途等の静止及びモバイル用途での必須構成要素になった。電気車両及びエネルギー貯蔵分野での使用についても広く研究されている。その技術及び変形は数多い(鉛蓄電池、ニッケルカドミウム、ニッケル金属水素化物、ナトリウム硫黄、空気亜鉛、ニッケル亜鉛等)。
- 導電性基板と、
- 特にカーボンナノチューブに基づく層を含む活性材料層の積層と
を含む再充電可能電池の電極を記載している。
本発明は、2つの外層間に配置された幾つかの内層を備え、上記内層は、少なくとも1つの電極活性材料で構成される幾つかの電極材料層MEと、電子伝導率が102S.cm-1以上、好ましくは104S.cm-1である電子伝導性材料で構成された幾つかの多孔性集電層CCとを備え、上記電極材料層ME及び上記集電層CCは交互になる、空気亜鉛又はニッケル亜鉛電池等の、負電極が亜鉛ベースである電池等の再充電可能エネルギー貯蔵デバイスの電極であって、
上記外層は、上記多孔性集電層CCからならず、
上記電極は厳密に4mm超、好ましくは厳密に4mm超から10mmの範囲、特に、厳密には4mm超から8mmの範囲の総厚を有することを特徴とする電極を提供する。
ME-[CC-ME]n又は[ME-CC-ME]n
を有する電極材料層MEである連続層のアセンブリの形態であり、式中、MEは電極材料層であり、CCは多孔性集電層であり、「n」は3≦n≦200、好ましくは3≦n≦100、典型的には3≦n≦20である反復パターンである。
ME-CC-[ME-MI-ME-CC]n-ME
を有する連続層のアセンブリの形態であり、式中、ME、CC、nは先に定義された通りであり、すなわち、MEは電極材料層であり、CCは多孔性集電層であり、MIは含浸層であり、「n」は先に定義された通りであり、すなわち、2≦n≦200、好ましくは2≦n≦100、典型的には2≦n≦20である反復パターンである。
MMS-ME-[CC-ME]n-MMS又は
MMS-ME-CC-[ME-MI-ME-CC]n-ME-MMS
を有する連続層のアセンブリの形態であり、式中、ME、CC、MI、MMS、及びnは先に定義された通りであり、すなわち、MEは電極材料層であり、CCは多孔性集電層であり、MIは含浸層であり、MMSは機械的保持及び分離層であり、「n」は、2≦n≦200、好ましくは2≦n≦100、典型的には2≦n≦20である反復パターンである。
加えて、本発明の種々の他の特徴は、本発明の非限定的な実施形態を示す図面を参照して行われる添付の説明から明らかになろう。
本出願人は、従来技術の電極と比較して容量を改善し、電極を形成する材料の物理化学的特性に特に関連する技術的制約を考慮に入れながら、且つ電極内で優勢であり得(物質移動の難しさ)、性能を低下させる恐れがある内部抵抗の問題を考慮に入れながらそれを行う新しい電極を開発しようとした。
上記外層は上記多孔性集電層CCからならず、
上記電極は、厳密に4mm超、好ましくは厳密に4mm超から10mmの範囲、特に、厳密には4mm超から8mmの範囲の総厚を有することを特徴とする電極である。
ME-[CC-ME]n又は[ME-CC-ME]n
を有する電極材料層MEである連続層のアセンブリの形態であり、式中、MEは電極材料層であり、CCは多孔性集電層であり、「n」は、3≦n≦200、好ましくは3≦n≦100、典型的には3≦n≦20である反復パターンである。
- 4mm(4mmは含まれず)から1cmまでの範囲の厚さを有する電極は、最高で200のCC層及び201のME層を有し得、ME層は、50μmから1mmまで、好ましくは100μmから500μmまでの範囲の厚さを有し、
- 4mmから8mmまでの範囲の厚さを有する電極は、最高で160のCC層及び161のME層を有し得、ME層は、50μmから1mmまで、好ましくは100μmから500μmまでの範囲の厚さを有し、
- 4mmから6mmまでの範囲の厚さを有する電極は、最高で120のCC層及び121のME層を有し得、ME層は、50μmから1mmまで、好ましくは100μmから500μmまでの範囲の厚さを有する。
ME-CC-[ME-MI-ME-CC]n-ME
を有する連続層のアセンブリの形態であり、式中、MEは電極材料層であり、CCは多孔性集電層であり、MIは含浸層であり、「n」は、2≦n≦200、好ましくは2≦n≦100、典型的には2≦n≦20である反復パターンである。したがって、この変形によれば、電極の2つの「外層」のそれぞれは、第1の変形と同じように、電極材料層MEにより形成される。特に、上記構造の例によれば、層MIは代替的にはパターン:
ME-CC-[ME-MI-ME-CC]n-ME
に従って分布する。
- 4mm(4mmは含まれず)から1cmまでの範囲の厚さを有する電極は、5~200のCC層、6~201のME層、及び1~16のMI層を有し得、ME層は50μmから1mm、好ましくは100μmから500μmの範囲の厚さを有し、
- 4mmから8mmまでの範囲の厚さを有する電極は、5から160のCC層、6から161のME層、及び1から80のMI層を有し得、ME層は、50μmから1mmまで、好ましくは100μmから500μmまでの範囲の厚さを有し、
- 4mmから6mmまでの範囲の厚さを有する電極は、5から120のCC層、5から121のME層、及び1から60のMI層を有し得、ME層は、50μmから1mmまで、好ましくは100μmから500μmまでの範囲の厚さを有する。
- PP、PTFE、又は任意の他の均等な多孔性材料のメッシュ等の多孔性材料及び/又は
- ポリビニルアルコール(PVOH)、Nafion(登録商標)、任意の他のイオン伝導材料イオン交換膜等の非多孔性材料
を含み、又はこれらからなり得る。
MMS-ME-[CC-ME]n-MMS又は
MMS-ME-CC-[ME-MI-ME-CC]n-ME-MMS
を有する連続層のアセンブリの形態であり、ここで、MEは電極材料層であり、CCは多孔性集電層であり、MIは含浸層であり、MMSは機械的保持及び分離層であり、「n」は、2≦n≦200、好ましくは2≦n≦100、典型的には2≦n≦20である反復パターンである。
少なくとも1つの正又は負電極活性材料、少なくとも1つの溶媒、可能な場合には少なくとも1つの高分子バインダ、及び可能な場合には電子伝導性付与剤を含むインク又はペーストの形態で多孔性集電層CCにわたり適用できるようにする任意のタイプのプロセスにより容易に製造することができる。そのような方法の中でも特に、コーティング、浸漬、噴霧、プリント、カレンダ処理等を言及し得る。
以下のテストの説明は、単なる例示的な及び非限定的な例として与えられる。
テストに関して、出発点となる原材料を以下の表2にまとめた。
本発明による様々な電極を準備するために(実施例1~5)、前ステップが実行される。このステップは、様々な電極材料層MEを形成することが意図される水性インクを準備することからなる。
固体物質を45%含む水性インクを以下の表3にまとめられた特性に従って準備する。
ME-[CC-ME]7
を有する連続層のアセンブリの形態である。
固体物質を45%含む水性インクを先の表3(実施例1)にまとめられた特性に従って準備する。
[ME-CC-ME]8
に従って組み立てられる。
固体物質を45%含む水性インクを先の表3(実施例1)にまとめられた特性に従って準備する。
ME-CC-[ME-MI-ME-CC]7-ME
に従って組み立てられる。
固体物質を45%含む水性インクを先の表3(実施例1)にまとめられた特性に従って準備する。
MMS-ME-[CC-ME]8-MMS
に従って組み立てられる。
固体物質を45%含む水性インクを先の表3(実施例1)にまとめられた特性に従って準備する。
MMS-ME-CC-[ME-MI-ME-CC]7-ME-MMS
に従って組み立てられる。
Claims (15)
- 2つの外層間に配置された幾つかの内層を備え、前記内層は、少なくとも1つの電極活性材料で構成される幾つかの電極材料層MEと、電子伝導率が102S.cm-1以上である電子伝導性材料で構成された幾つかの多孔性集電層CCとを備え、前記電極材料層ME及び前記集電層CCは交互になる、再充電可能エネルギー貯蔵デバイスの電極であって、
前記外層は、前記多孔性集電層CCからならず、
前記電極は厳密に4mm超、好ましくは厳密に4mm超から10mmの範囲、特に、厳密には4mm超から8mmの範囲の総厚を有することを特徴とする電極。 - 厳密に4mm超から6mmの範囲の総厚を有することを特徴とする請求項1に記載の電極。
- 前記多孔性集電層CCの少なくとも1つの部分又はそれぞれは、格子、有孔シート、フェルト、メッシュ、織物、又は発泡体の形態であることを特徴とする請求項1又は2に記載の電極。
- 前記多孔性集電層CCは同一であるか、又は異なり、アルミニウム、銅、ニッケル、亜鉛、錫、及びそれらの混合物の1つから選択される金属Mを任意選択的に含む導電材料の層からなることを特徴とする請求項1~3の何れか一項に記載の電極。
- 前記電極材料層MEのそれぞれは、高分子バインダ及び任意選択的に導電性付与剤を含むことを特徴とする請求項1~4の何れか一項に記載の電極。
- 前記電極材料層MEのそれぞれは、50μm~1mmの範囲、好ましくは100μm~500μmの範囲の厚さを有することを特徴とする請求項1~5の何れか一項に記載の電極。
- 前記電極は、前記電極の前記2つの外層のそれぞれが、以下の構造:
ME-[CC-ME]n又は[ME-CC-ME]n
を有する電極材料層MEである連続層のアセンブリの形態であり、式中、MEは電極材料層であり、CCは多孔性集電層であり、「n」は3≦n≦200、好ましくは3≦n≦100、典型的には3≦n≦20である反復パターンであることを特徴とする請求項1~6の何れか一項に記載の電極。 - 前記電極は、前記内層の少なくとも1つが、電気的不活性多孔性材料を含む含浸層MIである連続層のアセンブリの形態であり、前記電極が2つ以上の含浸層を含む場合、前記含浸層MIは、100μm~4mm、好ましくは300μm~3mm、特に500μm~2mm、理想的には1mmだけ少なくとも離間されることを特徴とする請求項1~7の何れか一項に記載の電極。
- 前記電極の前記2つの外層のそれぞれは、電極材料層MEであり、前記電極は、以下の構造:
ME-CC-[ME-MI-ME-CC]n-ME
を有する連続層のアセンブリの形態であり、式中、MEは電極材料層であり、CCは多孔性集電層であり、MIは含浸層であり、「n」は、2≦n≦200、好ましくは2≦n≦100、典型的には2≦n≦20である反復パターンであることを特徴とする請求項8に記載の電極。 - 前記2つの外層の少なくとも一方、好ましくは両層は、電解質及びそのイオンの循環が可能であり、又は循環を可能にするように構成された少なくとも1つの電気的不活性材料を含む機械的保持及び分離層MMSであることを特徴とする請求項1~9の何れか一項に記載の電極。
- 前記電極は、以下の構造:
MMS-ME-[CC-ME]n-MMS又は
MMS-ME-CC-[ME-MI-ME-CC]n-ME-MMS
を有する連続層のアセンブリの形態であり、式中、MEは電極材料層であり、CCは多孔性集電層であり、MIは含浸層であり、MMSは機械的保持及び分離層であり、「n」は、2≦n≦200、好ましくは2≦n≦100、典型的には2≦n≦20である反復パターンであることを特徴とする請求項9又は10に記載の電極。 - 正電極又は負電極であり、好ましくは亜鉛ベースの負電極であることを特徴とする請求項1~11の何れか一項に記載の電極。
- 少なくとも、1つの正電極と、負電極と、電解質とを含む再充電可能エネルギー貯蔵デバイスであって、前記デバイスは、前記正電極又は前記負電極、好ましくは前記負電極は、請求項1~12の何れか一項に記載の電極であることを特徴とするデバイス。
- 空気亜鉛電池及びニッケル亜鉛電池から選択されるアルカリ蓄電池であることを特徴とする請求項14に記載のデバイス。
- 再充電可能エネルギー貯蔵デバイスの容量を改善するための請求項1~12の何れか一項に記載の電極の使用。
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