JP2022527748A - 電池用途向けのカソード電極組成物 - Google Patents
電池用途向けのカソード電極組成物 Download PDFInfo
- Publication number
- JP2022527748A JP2022527748A JP2021557071A JP2021557071A JP2022527748A JP 2022527748 A JP2022527748 A JP 2022527748A JP 2021557071 A JP2021557071 A JP 2021557071A JP 2021557071 A JP2021557071 A JP 2021557071A JP 2022527748 A JP2022527748 A JP 2022527748A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- carbon
- nanostructures
- cns
- carbon nanotubes
- nanotubes
- 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.)
- Pending
Links
- 239000000203 mixture Substances 0.000 title claims abstract description 187
- 239000002717 carbon nanostructure Substances 0.000 claims abstract description 364
- 239000012634 fragment Substances 0.000 claims abstract description 47
- 229910001416 lithium ion Inorganic materials 0.000 claims abstract description 20
- HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N Lithium ion Chemical compound [Li+] HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 19
- 239000002071 nanotube Substances 0.000 claims abstract description 12
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 228
- 239000002041 carbon nanotube Substances 0.000 claims description 183
- 229910021393 carbon nanotube Inorganic materials 0.000 claims description 179
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 120
- 239000002048 multi walled nanotube Substances 0.000 claims description 68
- 239000006229 carbon black Substances 0.000 claims description 65
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 62
- 239000002270 dispersing agent Substances 0.000 claims description 57
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 40
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 claims description 38
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 claims description 34
- -1 lithium transition metal compound Chemical class 0.000 claims description 34
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 claims description 34
- 239000002482 conductive additive Substances 0.000 claims description 33
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims description 31
- 239000002002 slurry Substances 0.000 claims description 31
- 239000011263 electroactive material Substances 0.000 claims description 30
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 claims description 29
- 239000002904 solvent Substances 0.000 claims description 28
- SECXISVLQFMRJM-UHFFFAOYSA-N N-Methylpyrrolidone Chemical group CN1CCCC1=O SECXISVLQFMRJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 27
- 229910000572 Lithium Nickel Cobalt Manganese Oxide (NCM) Inorganic materials 0.000 claims description 26
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims description 24
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims description 22
- WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N Lithium Chemical compound [Li] WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 21
- 239000008188 pellet Substances 0.000 claims description 18
- 239000004814 polyurethane Substances 0.000 claims description 16
- 229920002981 polyvinylidene fluoride Polymers 0.000 claims description 16
- 239000008187 granular material Substances 0.000 claims description 14
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 claims description 14
- 239000010439 graphite Substances 0.000 claims description 14
- 229920002635 polyurethane Polymers 0.000 claims description 14
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims description 14
- 239000006072 paste Substances 0.000 claims description 13
- 239000002202 Polyethylene glycol Substances 0.000 claims description 11
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 claims description 11
- 229920002678 cellulose Polymers 0.000 claims description 11
- 239000001913 cellulose Substances 0.000 claims description 11
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 11
- 229920001223 polyethylene glycol Polymers 0.000 claims description 11
- 239000011149 active material Substances 0.000 claims description 10
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 9
- PYSRRFNXTXNWCD-UHFFFAOYSA-N 3-(2-phenylethenyl)furan-2,5-dione Chemical compound O=C1OC(=O)C(C=CC=2C=CC=CC=2)=C1 PYSRRFNXTXNWCD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 229920000147 Styrene maleic anhydride Polymers 0.000 claims description 8
- 239000010405 anode material Substances 0.000 claims description 8
- 229910021437 lithium-transition metal oxide Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 239000002086 nanomaterial Substances 0.000 claims description 8
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims description 8
- FBDMTTNVIIVBKI-UHFFFAOYSA-N [O-2].[Mn+2].[Co+2].[Ni+2].[Li+] Chemical compound [O-2].[Mn+2].[Co+2].[Ni+2].[Li+] FBDMTTNVIIVBKI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- NDPGDHBNXZOBJS-UHFFFAOYSA-N aluminum lithium cobalt(2+) nickel(2+) oxygen(2-) Chemical compound [Li+].[O--].[O--].[O--].[O--].[Al+3].[Co++].[Ni++] NDPGDHBNXZOBJS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 7
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 239000011236 particulate material Substances 0.000 claims description 4
- 235000019241 carbon black Nutrition 0.000 description 56
- 210000004027 cell Anatomy 0.000 description 24
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 22
- 238000004626 scanning electron microscopy Methods 0.000 description 21
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 21
- 238000009472 formulation Methods 0.000 description 15
- 239000001267 polyvinylpyrrolidone Substances 0.000 description 15
- 229920000036 polyvinylpyrrolidone Polymers 0.000 description 15
- 235000013855 polyvinylpyrrolidone Nutrition 0.000 description 15
- 239000002033 PVDF binder Substances 0.000 description 14
- 238000004627 transmission electron microscopy Methods 0.000 description 14
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 12
- 239000011888 foil Substances 0.000 description 11
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 10
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N nickel Substances [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 239000011572 manganese Substances 0.000 description 8
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 8
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 8
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 7
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 7
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 7
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 7
- VAYTZRYEBVHVLE-UHFFFAOYSA-N 1,3-dioxol-2-one Chemical compound O=C1OC=CO1 VAYTZRYEBVHVLE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 6
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 description 6
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 6
- 230000014759 maintenance of location Effects 0.000 description 6
- 229920002037 poly(vinyl butyral) polymer Polymers 0.000 description 6
- 230000008569 process Effects 0.000 description 6
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 6
- 229920002134 Carboxymethyl cellulose Polymers 0.000 description 5
- 238000001069 Raman spectroscopy Methods 0.000 description 5
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 description 5
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 5
- 239000011267 electrode slurry Substances 0.000 description 5
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 5
- 238000001493 electron microscopy Methods 0.000 description 5
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 5
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 5
- 238000005325 percolation Methods 0.000 description 5
- 229920001343 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 description 5
- 229920002451 polyvinyl alcohol Polymers 0.000 description 5
- 238000001878 scanning electron micrograph Methods 0.000 description 5
- 238000004513 sizing Methods 0.000 description 5
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N Isopropanol Chemical compound CC(C)O KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000004698 Polyethylene Substances 0.000 description 4
- 239000004372 Polyvinyl alcohol Substances 0.000 description 4
- 238000005411 Van der Waals force Methods 0.000 description 4
- 210000003169 central nervous system Anatomy 0.000 description 4
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 4
- 238000007606 doctor blade method Methods 0.000 description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 4
- 239000007772 electrode material Substances 0.000 description 4
- 238000004146 energy storage Methods 0.000 description 4
- 239000003365 glass fiber Substances 0.000 description 4
- 229910021389 graphene Inorganic materials 0.000 description 4
- 229910000625 lithium cobalt oxide Inorganic materials 0.000 description 4
- BFZPBUKRYWOWDV-UHFFFAOYSA-N lithium;oxido(oxo)cobalt Chemical compound [Li+].[O-][Co]=O BFZPBUKRYWOWDV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229920000573 polyethylene Polymers 0.000 description 4
- 229940068984 polyvinyl alcohol Drugs 0.000 description 4
- 235000019422 polyvinyl alcohol Nutrition 0.000 description 4
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 4
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 4
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 4
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 4
- 239000002109 single walled nanotube Substances 0.000 description 4
- 239000007858 starting material Substances 0.000 description 4
- XMWRBQBLMFGWIX-UHFFFAOYSA-N C60 fullerene Chemical class C12=C3C(C4=C56)=C7C8=C5C5=C9C%10=C6C6=C4C1=C1C4=C6C6=C%10C%10=C9C9=C%11C5=C8C5=C8C7=C3C3=C7C2=C1C1=C2C4=C6C4=C%10C6=C9C9=C%11C5=C5C8=C3C3=C7C1=C1C2=C4C6=C2C9=C5C3=C12 XMWRBQBLMFGWIX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 208000032953 Device battery issue Diseases 0.000 description 3
- 229920002153 Hydroxypropyl cellulose Polymers 0.000 description 3
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910013870 LiPF 6 Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910001228 Li[Ni1/3Co1/3Mn1/3]O2 (NCM 111) Inorganic materials 0.000 description 3
- OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N Methanol Chemical compound OC OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- WHNWPMSKXPGLAX-UHFFFAOYSA-N N-Vinyl-2-pyrrolidone Chemical compound C=CN1CCCC1=O WHNWPMSKXPGLAX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000004743 Polypropylene Substances 0.000 description 3
- 238000003490 calendering Methods 0.000 description 3
- 239000004917 carbon fiber Substances 0.000 description 3
- 239000003575 carbonaceous material Substances 0.000 description 3
- 239000001768 carboxy methyl cellulose Substances 0.000 description 3
- 235000010948 carboxy methyl cellulose Nutrition 0.000 description 3
- 239000008112 carboxymethyl-cellulose Substances 0.000 description 3
- 239000010406 cathode material Substances 0.000 description 3
- 229920001577 copolymer Polymers 0.000 description 3
- AFSQRJUZPRGNQR-UHFFFAOYSA-N dimethyl carbonate 1,3-dioxolan-2-one propyl hydrogen carbonate Chemical compound COC(=O)OC.O=C1OCCO1.CCCOC(O)=O AFSQRJUZPRGNQR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 3
- 229910003472 fullerene Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000005087 graphitization Methods 0.000 description 3
- 239000001863 hydroxypropyl cellulose Substances 0.000 description 3
- 235000010977 hydroxypropyl cellulose Nutrition 0.000 description 3
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 3
- 238000009830 intercalation Methods 0.000 description 3
- 230000002687 intercalation Effects 0.000 description 3
- GELKBWJHTRAYNV-UHFFFAOYSA-K lithium iron phosphate Chemical compound [Li+].[Fe+2].[O-]P([O-])([O-])=O GELKBWJHTRAYNV-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 3
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229920001155 polypropylene Polymers 0.000 description 3
- 230000002787 reinforcement Effects 0.000 description 3
- 241000239290 Araneae Species 0.000 description 2
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229920002799 BoPET Polymers 0.000 description 2
- 229920000049 Carbon (fiber) Polymers 0.000 description 2
- DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M Ilexoside XXIX Chemical compound C[C@@H]1CC[C@@]2(CC[C@@]3(C(=CC[C@H]4[C@]3(CC[C@@H]5[C@@]4(CC[C@@H](C5(C)C)OS(=O)(=O)[O-])C)C)[C@@H]2[C@]1(C)O)C)C(=O)O[C@H]6[C@@H]([C@H]([C@@H]([C@H](O6)CO)O)O)O.[Na+] DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M 0.000 description 2
- 229920007859 Kynar® HSV 900 Polymers 0.000 description 2
- 239000005041 Mylar™ Substances 0.000 description 2
- 229910016365 Ni0.33Co0.33Mn0.33 Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000004642 Polyimide Substances 0.000 description 2
- 238000003841 Raman measurement Methods 0.000 description 2
- DBMJMQXJHONAFJ-UHFFFAOYSA-M Sodium laurylsulphate Chemical compound [Na+].CCCCCCCCCCCCOS([O-])(=O)=O DBMJMQXJHONAFJ-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- 229920002125 Sokalan® Polymers 0.000 description 2
- 229920002472 Starch Polymers 0.000 description 2
- PPBRXRYQALVLMV-UHFFFAOYSA-N Styrene Chemical compound C=CC1=CC=CC=C1 PPBRXRYQALVLMV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000003917 TEM image Methods 0.000 description 2
- 239000004433 Thermoplastic polyurethane Substances 0.000 description 2
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 description 2
- MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N Zirconium dioxide Chemical compound O=[Zr]=O MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910021383 artificial graphite Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 2
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 2
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 2
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 2
- 238000004132 cross linking Methods 0.000 description 2
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 2
- 230000004069 differentiation Effects 0.000 description 2
- 238000000157 electrochemical-induced impedance spectroscopy Methods 0.000 description 2
- 239000002003 electrode paste Substances 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 239000002657 fibrous material Substances 0.000 description 2
- 238000011049 filling Methods 0.000 description 2
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 2
- 230000000977 initiatory effect Effects 0.000 description 2
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 2
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 2
- FPYJFEHAWHCUMM-UHFFFAOYSA-N maleic anhydride Chemical compound O=C1OC(=O)C=C1 FPYJFEHAWHCUMM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000002931 mesocarbon microbead Substances 0.000 description 2
- 239000000178 monomer Substances 0.000 description 2
- 229910021382 natural graphite Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000003921 oil Substances 0.000 description 2
- 229920001721 polyimide Polymers 0.000 description 2
- 239000004627 regenerated cellulose Substances 0.000 description 2
- 150000003384 small molecules Chemical class 0.000 description 2
- 229910052708 sodium Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011734 sodium Substances 0.000 description 2
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 2
- 241000894007 species Species 0.000 description 2
- 230000000087 stabilizing effect Effects 0.000 description 2
- 239000008107 starch Substances 0.000 description 2
- 235000019698 starch Nutrition 0.000 description 2
- 229920003048 styrene butadiene rubber Polymers 0.000 description 2
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 2
- 238000002411 thermogravimetry Methods 0.000 description 2
- 229920002803 thermoplastic polyurethane Polymers 0.000 description 2
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 2
- 229910021524 transition metal nanoparticle Inorganic materials 0.000 description 2
- XQUPVDVFXZDTLT-UHFFFAOYSA-N 1-[4-[[4-(2,5-dioxopyrrol-1-yl)phenyl]methyl]phenyl]pyrrole-2,5-dione Chemical compound O=C1C=CC(=O)N1C(C=C1)=CC=C1CC1=CC=C(N2C(C=CC2=O)=O)C=C1 XQUPVDVFXZDTLT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229940058020 2-amino-2-methyl-1-propanol Drugs 0.000 description 1
- JYCQQPHGFMYQCF-UHFFFAOYSA-N 4-tert-Octylphenol monoethoxylate Chemical compound CC(C)(C)CC(C)(C)C1=CC=C(OCCO)C=C1 JYCQQPHGFMYQCF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- NIXOWILDQLNWCW-UHFFFAOYSA-M Acrylate Chemical compound [O-]C(=O)C=C NIXOWILDQLNWCW-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004593 Epoxy Substances 0.000 description 1
- 239000001856 Ethyl cellulose Substances 0.000 description 1
- ZZSNKZQZMQGXPY-UHFFFAOYSA-N Ethyl cellulose Chemical compound CCOCC1OC(OC)C(OCC)C(OCC)C1OC1C(O)C(O)C(OC)C(CO)O1 ZZSNKZQZMQGXPY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920000663 Hydroxyethyl cellulose Polymers 0.000 description 1
- 239000004354 Hydroxyethyl cellulose Substances 0.000 description 1
- 229910013872 LiPF Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001290 LiPF6 Inorganic materials 0.000 description 1
- 101150058243 Lipf gene Proteins 0.000 description 1
- 229920000106 Liquid crystal polymer Polymers 0.000 description 1
- 229910016476 Ni0.4Co0.3Mn0.3 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910016722 Ni0.5Co0.2Mn0.3 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910017018 Ni0.8Co0.15Al0.05 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910017246 Ni0.8Co0.1Mn0.1 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229920000459 Nitrile rubber Polymers 0.000 description 1
- 229920003171 Poly (ethylene oxide) Polymers 0.000 description 1
- 239000004696 Poly ether ether ketone Substances 0.000 description 1
- 239000005062 Polybutadiene Substances 0.000 description 1
- 239000004697 Polyetherimide Substances 0.000 description 1
- 229920002873 Polyethylenimine Polymers 0.000 description 1
- 239000004954 Polyphthalamide Substances 0.000 description 1
- 239000004793 Polystyrene Substances 0.000 description 1
- OFOBLEOULBTSOW-UHFFFAOYSA-N Propanedioic acid Natural products OC(=O)CC(O)=O OFOBLEOULBTSOW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000001237 Raman spectrum Methods 0.000 description 1
- KNBZIEOSERDTLM-UHFFFAOYSA-K S(=O)(=O)([O-])[O-].[F-].[Fe+2].[Li+] Chemical compound S(=O)(=O)([O-])[O-].[F-].[Fe+2].[Li+] KNBZIEOSERDTLM-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 1
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910006404 SnO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002174 Styrene-butadiene Substances 0.000 description 1
- 229910010413 TiO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- JDZCKJOXGCMJGS-UHFFFAOYSA-N [Li].[S] Chemical compound [Li].[S] JDZCKJOXGCMJGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- KFDQGLPGKXUTMZ-UHFFFAOYSA-N [Mn].[Co].[Ni] Chemical compound [Mn].[Co].[Ni] KFDQGLPGKXUTMZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ORUCDOXAKFCOJF-UHFFFAOYSA-N [O-2].[Mg+2].[Li+] Chemical compound [O-2].[Mg+2].[Li+] ORUCDOXAKFCOJF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- CMSLGMKQAWKNKK-UHFFFAOYSA-N [Ti+4].[S-2].[Li+] Chemical compound [Ti+4].[S-2].[Li+] CMSLGMKQAWKNKK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004676 acrylonitrile butadiene styrene Substances 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 239000004480 active ingredient Substances 0.000 description 1
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 1
- 238000005054 agglomeration Methods 0.000 description 1
- 230000002776 aggregation Effects 0.000 description 1
- 238000013019 agitation Methods 0.000 description 1
- 238000007605 air drying Methods 0.000 description 1
- 150000001298 alcohols Chemical class 0.000 description 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- 150000001408 amides Chemical class 0.000 description 1
- 150000001412 amines Chemical class 0.000 description 1
- CBTVGIZVANVGBH-UHFFFAOYSA-N aminomethyl propanol Chemical compound CC(C)(N)CO CBTVGIZVANVGBH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910003481 amorphous carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 150000008064 anhydrides Chemical class 0.000 description 1
- 125000000129 anionic group Chemical group 0.000 description 1
- 239000011884 anode binding agent Substances 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 239000011324 bead Substances 0.000 description 1
- 229910052797 bismuth Inorganic materials 0.000 description 1
- DQXBYHZEEUGOBF-UHFFFAOYSA-N but-3-enoic acid;ethene Chemical compound C=C.OC(=O)CC=C DQXBYHZEEUGOBF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920005549 butyl rubber Polymers 0.000 description 1
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 1
- 150000001721 carbon Chemical group 0.000 description 1
- 229910021387 carbon allotrope Inorganic materials 0.000 description 1
- 125000004432 carbon atom Chemical group C* 0.000 description 1
- 239000002134 carbon nanofiber Substances 0.000 description 1
- 150000001732 carboxylic acid derivatives Chemical class 0.000 description 1
- 125000002091 cationic group Chemical group 0.000 description 1
- 230000000739 chaotic effect Effects 0.000 description 1
- 238000012512 characterization method Methods 0.000 description 1
- 238000001311 chemical methods and process Methods 0.000 description 1
- 238000007385 chemical modification Methods 0.000 description 1
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 1
- FOCAUTSVDIKZOP-UHFFFAOYSA-N chloroacetic acid Chemical compound OC(=O)CCl FOCAUTSVDIKZOP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229940106681 chloroacetic acid Drugs 0.000 description 1
- 229910017052 cobalt Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010941 cobalt Substances 0.000 description 1
- GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N cobalt atom Chemical compound [Co] GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 210000002777 columnar cell Anatomy 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 229920001940 conductive polymer Polymers 0.000 description 1
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 1
- 230000008602 contraction Effects 0.000 description 1
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000002596 correlated effect Effects 0.000 description 1
- 238000005336 cracking Methods 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000009831 deintercalation Methods 0.000 description 1
- 239000000412 dendrimer Substances 0.000 description 1
- 229920000736 dendritic polymer Polymers 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 229910003460 diamond Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010432 diamond Substances 0.000 description 1
- LRJNNJLCNGFADW-UHFFFAOYSA-N diethyl carbonate;1,3-dioxolan-2-one Chemical compound O=C1OCCO1.CCOC(=O)OCC LRJNNJLCNGFADW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- GJPICBWGIJYLCB-UHFFFAOYSA-N dodecyl phenylmethanesulfonate Chemical compound CCCCCCCCCCCCOS(=O)(=O)CC1=CC=CC=C1 GJPICBWGIJYLCB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920001971 elastomer Polymers 0.000 description 1
- 239000000806 elastomer Substances 0.000 description 1
- 238000003487 electrochemical reaction Methods 0.000 description 1
- 239000008151 electrolyte solution Substances 0.000 description 1
- 239000000839 emulsion Substances 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 229920001249 ethyl cellulose Polymers 0.000 description 1
- 235000019325 ethyl cellulose Nutrition 0.000 description 1
- 239000005038 ethylene vinyl acetate Substances 0.000 description 1
- 238000001125 extrusion Methods 0.000 description 1
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 1
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 1
- 229920001973 fluoroelastomer Polymers 0.000 description 1
- 229920002313 fluoropolymer Polymers 0.000 description 1
- 239000004811 fluoropolymer Substances 0.000 description 1
- SLGWESQGEUXWJQ-UHFFFAOYSA-N formaldehyde;phenol Chemical compound O=C.OC1=CC=CC=C1 SLGWESQGEUXWJQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052732 germanium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000008240 homogeneous mixture Substances 0.000 description 1
- 235000019447 hydroxyethyl cellulose Nutrition 0.000 description 1
- 229920003063 hydroxymethyl cellulose Polymers 0.000 description 1
- 229940031574 hydroxymethyl cellulose Drugs 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 238000010348 incorporation Methods 0.000 description 1
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 description 1
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 1
- 229910052746 lanthanum Inorganic materials 0.000 description 1
- FZLIPJUXYLNCLC-UHFFFAOYSA-N lanthanum atom Chemical compound [La] FZLIPJUXYLNCLC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 150000002605 large molecules Chemical group 0.000 description 1
- 230000000670 limiting effect Effects 0.000 description 1
- 238000011068 loading method Methods 0.000 description 1
- 229920002521 macromolecule Chemical group 0.000 description 1
- VZCYOOQTPOCHFL-UPHRSURJSA-N maleic acid Chemical compound OC(=O)\C=C/C(O)=O VZCYOOQTPOCHFL-UPHRSURJSA-N 0.000 description 1
- 239000011976 maleic acid Substances 0.000 description 1
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 1
- 210000004379 membrane Anatomy 0.000 description 1
- 239000011302 mesophase pitch Substances 0.000 description 1
- 229910052987 metal hydride Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001463 metal phosphate Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052976 metal sulfide Inorganic materials 0.000 description 1
- 229920000609 methyl cellulose Polymers 0.000 description 1
- 125000002496 methyl group Chemical group [H]C([H])([H])* 0.000 description 1
- 239000001923 methylcellulose Substances 0.000 description 1
- 235000010981 methylcellulose Nutrition 0.000 description 1
- 238000003801 milling Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 239000005543 nano-size silicon particle Substances 0.000 description 1
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 229920002113 octoxynol Polymers 0.000 description 1
- 150000002924 oxiranes Chemical group 0.000 description 1
- 230000036961 partial effect Effects 0.000 description 1
- 238000011056 performance test Methods 0.000 description 1
- 238000005191 phase separation Methods 0.000 description 1
- 229920001568 phenolic resin Polymers 0.000 description 1
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 1
- 239000002985 plastic film Substances 0.000 description 1
- 229920003192 poly(bis maleimide) Polymers 0.000 description 1
- 229920001643 poly(ether ketone) Polymers 0.000 description 1
- 229920001652 poly(etherketoneketone) Polymers 0.000 description 1
- 229920001200 poly(ethylene-vinyl acetate) Polymers 0.000 description 1
- 229940074982 poly(vinylpyrrolidone-co-vinyl-acetate) Drugs 0.000 description 1
- 229920002401 polyacrylamide Polymers 0.000 description 1
- 229920000058 polyacrylate Polymers 0.000 description 1
- 239000004584 polyacrylic acid Substances 0.000 description 1
- 229920000767 polyaniline Polymers 0.000 description 1
- 229920002857 polybutadiene Polymers 0.000 description 1
- 229920000515 polycarbonate Polymers 0.000 description 1
- 239000004417 polycarbonate Substances 0.000 description 1
- 229920000728 polyester Polymers 0.000 description 1
- 229920002530 polyetherether ketone Polymers 0.000 description 1
- 229920001601 polyetherimide Polymers 0.000 description 1
- 229920001195 polyisoprene Polymers 0.000 description 1
- 229920002959 polymer blend Polymers 0.000 description 1
- 229920000098 polyolefin Polymers 0.000 description 1
- 229920006375 polyphtalamide Polymers 0.000 description 1
- 229920000379 polypropylene carbonate Polymers 0.000 description 1
- 229920001451 polypropylene glycol Polymers 0.000 description 1
- 229920000128 polypyrrole Polymers 0.000 description 1
- 229920002223 polystyrene Polymers 0.000 description 1
- 239000004810 polytetrafluoroethylene Substances 0.000 description 1
- 229920000123 polythiophene Polymers 0.000 description 1
- 229920000915 polyvinyl chloride Polymers 0.000 description 1
- 239000004800 polyvinyl chloride Substances 0.000 description 1
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 description 1
- 230000001737 promoting effect Effects 0.000 description 1
- 238000004451 qualitative analysis Methods 0.000 description 1
- 238000004445 quantitative analysis Methods 0.000 description 1
- 230000002829 reductive effect Effects 0.000 description 1
- 238000000611 regression analysis Methods 0.000 description 1
- 230000000717 retained effect Effects 0.000 description 1
- 230000002441 reversible effect Effects 0.000 description 1
- 229920005573 silicon-containing polymer Polymers 0.000 description 1
- 239000011816 silicon-graphite complex material Substances 0.000 description 1
- 238000005549 size reduction Methods 0.000 description 1
- 238000000935 solvent evaporation Methods 0.000 description 1
- 238000000527 sonication Methods 0.000 description 1
- 238000004611 spectroscopical analysis Methods 0.000 description 1
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 229920005608 sulfonated EPDM Polymers 0.000 description 1
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004094 surface-active agent Substances 0.000 description 1
- 229920001169 thermoplastic Polymers 0.000 description 1
- 229920001187 thermosetting polymer Polymers 0.000 description 1
- 239000004416 thermosoftening plastic Substances 0.000 description 1
- 229910052718 tin Inorganic materials 0.000 description 1
- VZCYOOQTPOCHFL-UHFFFAOYSA-N trans-butenedioic acid Natural products OC(=O)C=CC(O)=O VZCYOOQTPOCHFL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
- 229910000314 transition metal oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- UONOETXJSWQNOL-UHFFFAOYSA-N tungsten carbide Chemical compound [W+]#[C-] UONOETXJSWQNOL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920001567 vinyl ester resin Polymers 0.000 description 1
- 239000003232 water-soluble binding agent Substances 0.000 description 1
- 238000005303 weighing Methods 0.000 description 1
- 229910001233 yttria-stabilized zirconia Inorganic materials 0.000 description 1
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
- H01M4/04—Processes of manufacture in general
- H01M4/0402—Methods of deposition of the material
- H01M4/0416—Methods of deposition of the material involving impregnation with a solution, dispersion, paste or dry powder
-
- 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
-
- 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
- H01M4/139—Processes of manufacture
- H01M4/1391—Processes of manufacture of 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
- H01M4/131—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
- H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
- H01M4/48—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides
- H01M4/50—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides of manganese
- H01M4/505—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides of manganese of mixed oxides or hydroxides containing manganese for inserting or intercalating light metals, e.g. LiMn2O4 or LiMn2OxFy
-
- 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
-
- 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
- H01M4/623—Binders being polymers fluorinated polymers
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B2202/00—Structure or properties of carbon nanotubes
- C01B2202/06—Multi-walled nanotubes
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B2202/00—Structure or properties of carbon nanotubes
- C01B2202/20—Nanotubes characterized by their properties
- C01B2202/22—Electronic properties
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B2202/00—Structure or properties of carbon nanotubes
- C01B2202/20—Nanotubes characterized by their properties
- C01B2202/34—Length
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B2202/00—Structure or properties of carbon nanotubes
- C01B2202/20—Nanotubes characterized by their properties
- C01B2202/36—Diameter
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B32/00—Carbon; Compounds thereof
- C01B32/15—Nano-sized carbon materials
- C01B32/158—Carbon nanotubes
- C01B32/168—After-treatment
- C01B32/174—Derivatisation; Solubilisation; Dispersion in solvents
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2004/00—Particle morphology
- C01P2004/01—Particle morphology depicted by an image
- C01P2004/04—Particle morphology depicted by an image obtained by TEM, STEM, STM or AFM
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2006/00—Physical properties of inorganic compounds
- C01P2006/12—Surface area
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2006/00—Physical properties of inorganic compounds
- C01P2006/22—Rheological behaviour as dispersion, e.g. viscosity, sedimentation stability
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2006/00—Physical properties of inorganic compounds
- C01P2006/40—Electric properties
-
- 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
- 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
- H01M2004/028—Positive electrodes
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
- H01M4/48—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides
- H01M4/52—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides of nickel, cobalt or iron
- H01M4/525—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides of nickel, cobalt or iron of mixed oxides or hydroxides containing iron, cobalt or nickel for inserting or intercalating light metals, e.g. LiNiO2, LiCoO2 or LiCoOxFy
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Dispersion Chemistry (AREA)
- Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
- Nanotechnology (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Carbon And Carbon Compounds (AREA)
- Electric Double-Layer Capacitors Or The Like (AREA)
Abstract
Description
本出願は、35USC119(e)の下、その全体が参照により本明細書に組み込まれている、2019年3月22日出願の、米国仮特許出願第62/822,097号の利益を主張する。
多くの場合、負極はグラファイトから構築される。正極は、通常、少なくとも電気活性材料、結合材、および導電性添加物を有する混合物(例えば、ペーストとして施用される)を支持する導電性基材を含む。電気活性材料、例えば、リチウム遷移金属酸化物は、リチウムイオンを受容および放出することが可能である。結合材であるポリフッ化ビニリデン(PVDF)は、例えば、電極への機械的完全性および安定性を実現するために使用される。電気活性材料および結合材は、多くの場合、弱い電気導電性または絶縁性の特性を示すため、グラファイトおよびカーボンブラックなどの材料が、多くの場合、電極の導電率を増強するために加えられる。
一般に、導電性添加物および結合材は、電気エネルギーを発生する電気化学反応に関与しないので、正極に対して利用可能な体積に含まれ得る電気活性材料の量をこれらの材料が効果的に低下させると、これらの材料は、電池のある性能特徴(例えば、容量およびエネルギー密度)に負に影響を及ぼし得る。
CNTは、カソード組成物に組み込まれる添加物の量を、CB量と比べて減少させる可能性を有する魅力的な材料として考えられ得る。CNTを用いて操作する場合に遭遇するいくつかの問題として、一部の媒体中での分散の制限および不適切な純度が挙げられる。これらの問題の少なくとも一部は、個々のカーボンナノチューブ同士の間に起こる強力なファンデルワールス力によって引き起こされ、束状または絡んだ凝集を引き起こすと考えられる。このような兆候は、期待未満の特性増強および/または一貫性の欠く性能をもたらす恐れがある。一部の場合、カーボンナノチューブの束を個々の、十分に分離された部材に解くために利用可能な技術は、元の状態のカーボンナノチューブを使用した場合に予期される強化に比べて、望ましい特性強化に悪影響を及ぼす可能性がある。
多くの場合、CNTの低い分散性は、過剰量(すなわち、理論的量より多い量)のCNTを使用することによって対処される。しかし、この手法は、生産コストを増加させ、不純物(例えば、CNTを調製するために使用されている鉄およびコバルト触媒)を導入し、電気活性材料に対して利用可能な電池体積を減少させることにより電池容量を減少させる可能性がある。
したがって、これらの問題の少なくとも一部に対処することができる導電性添加物に対する必要性が存在する。例えば、高エネルギー密度により特徴付けられる電池に有用な添加物に対する必要性が存在する。1質量%以下のレベルで加えた場合でも良好な導電率を維持することができる材料が特に所望される。
その態様のいくつかでは、本発明は、カーボンナノ構造体(CNS)から調製した組成物に関する。次に、この組成物を使用して、電極組成物、例えば、リチウムイオン電池向けカソード組成物を調製することができる。
CNSは、遊離粒子(例えば、ペレット、フレーク、顆粒などの形態で)として提供されてもよいし、または適切な分散剤中に分散されていてもよい。
一部の実施形態では、本発明は、電気活性材料、ならびにカーボンナノ構造体、カーボンナノ構造体の断片、および破砕したカーボンナノチューブ、例えば、破砕したMWCNTからなる群から選択される少なくとも1種の材料を含む電極組成物に関する。多くの場合、電気活性材料はリチウム遷移金属化合物である。
電極組成物を調製するための方法は、カーボンナノ構造体を含有する分散体を、電気活性材料、例えば、リチウム遷移金属化合物と一緒にすることを含む。電極組成物を調製するための別の方法は、電気活性材料、例えば、リチウム遷移金属化合物を含有するスラリーにカーボンナノ構造体を組み込むことを含む。
1つの実装形態では、リチウム電池は、リチウム遷移金属化合物および第1の炭素導電性添加物を含むカソード、ならびにグラファイト、ケイ素またはチタン酸リチウムからなる群から選択される活性のあるアノード材料および第2の炭素導電性添加物を含むアノードを含む。第1の、および任意で第2の炭素導電性添加物は、カーボンナノ構造体、カーボンナノ構造体の断片、および破砕したカーボンナノチューブ、例えば、破砕したMWCNTからなる群から選択される。
一部の場合、CNS、CNS断片および/または破砕したCNTのうちの1種または複数を含む導電性添加物は、添加物が、比較的少ない量で、例えば、1質量%(wt%)以下で組み込まれている場合でさえも、所望の電気特性を付与する。この効果は、少なくとも一部は、分岐を維持する断片の形成のためであり、これにより、断片間の優れた接続および強化された導電性接続の生成が可能になると考えられる。他の状況では、本明細書に記載されているような添加物は、例えばCBなどの従来の添加物を使用すると、一層高いロード量のみで通常実現され得るカソード容量および内部抵抗性をもたらす。比較電極組成物(例えば、導電性添加物としてCB、CNT、またはグラフェンを含有する)に比べると、本明細書に記載されている原理による電極添加物は、同じまたは実質的に同じ電気特性を実現するほど多い量の使用を通常必要としない。多くの場合、CNSベースの添加物の必要なレベルは、慣用的な炭素添加物の場合に必要なレベルよりも少ない。
よって、本発明の態様の実施は、ある種の性能を実現するために必要な添加物の量を低減することにより、所与の電極体積中に一層多い量の活性電極材料(および一層少ない量の導電性添加物)を含有する電極の生成が可能となる。一部の実施形態では、利用されるCNSは、断片(部分的に断片化されたCNSを含む)および/または破砕したCNTを生成する。これらの構造は、互いの間の結合性の改善をもたらし、これによって電極における導電率を増強することができる。
CNSは、取扱いが容易な形態で提供することができ、一部の実施形態では、所望の溶媒中で安定した分散体を形成することができる。本明細書に記載されている組成物および技術はまた、個々のCNTおよび/またはCBの使用において遭遇する他の問題にも対処する。
構成および部分の組合せの様々な詳細、および他の利点を含めた、本発明の上記の特徴および他の特徴を、これより、添付の図面を参照しながらより具体的に記載され、特許請求の範囲において指摘される。本発明を具現化する特定の方法およびデバイスが、本発明の限定としてではなく、例示として示されていることが理解されよう。本発明の原理および特徴は、本発明の範囲から逸脱することなく、様々かつ多数の実施形態において使用され得る。
添付の図では、参照文字は、異なる図形全体にわたり同じ部分を指す。図は必ずしも一定の縮尺ではない。代わりに、本発明の原理を例示する際に強調がなされている。図は以下の通りである:
様々なタイプのリチウムイオン電池の例(カソードを形成するために使用される電気活性材料、多くの場合、インターカレーション化合物の頭字語に準拠する)としては、LCO(コバルト酸リチウム)、LMO(酸化マンガンリチウム)、NCM(リチウムニッケルコバルトマンガン酸化物)、NCA(リチウムニッケルコバルトアルミニウム酸化物)、LCP(リン酸コバルトリチウム)、LFP(リン酸鉄リチウム)、LFSF(フルオロ硫酸リチウム鉄)、LTS(リチウムチタン硫化物)、および当分野で公知であるかまたは今後開発される他のものが挙げられる。これらなどの材料は、本明細書において、「リチウム遷移金属化合物」、例えば、「リチウム遷移金属酸化物」と一般に称される。
その態様の多数において、本発明は、本明細書において、分岐状であることによるポリマー構造で、例えばデンドリマー形状で架橋されている、互いに入り込む、絡んでいる、および/または互いに共通の壁を共有する複数のカーボンナノチューブ(CNT)を指す用語である、カーボンナノ構造体(CNS、単一のCNS)を使用して調製された組成物に関する。本明細書に記載されている組成物、電極および/または電池を調製するために行われる操作により、CNS断片および/または破砕したCNTが生成し得る。CNSの断片はCNSから誘導され、より大きなCNSと同様に、分岐状をしている、互いに入り込む、絡んでいる、および/または共通の壁を共有することによって、ポリマー構造で架橋されている複数のCNTを含む。破砕したCNTは、CNSに由来し、分岐しており、互いに共通の壁を共有している。
CNSはポリマーであり、CNTの高度に分岐された架橋したネットワークであるので、個別化されたCNTの場合に観察される化学の少なくとも一部はまた、CNSに対して行われてもよい。さらに、CNTを使用することに多くの場合に伴う魅力的な特性の一部はまた、CNSを組み込んでいる材料において示される。これらには、いくつかの例を挙げると、例えば、導電性、熱可塑性または熱硬化性化合物などのコンポジットに一体化されると良好な引張強度、熱的安定性(時として、ダイヤモンド結晶または面内グラファイトシートの熱的安定性と比べる)および/または化学的安定性を含めた物理特性が含まれる。
性能属性に加えて、またはその代替として、CNSの一部である、またはCNSから誘導されるCNTは、いくつかの特徴によって特徴付けることができ、その特徴の少なくとも一部は、上記のCNTを、例えば、普通のCNT(すなわち、CNSから誘導されないCNT、および個別の元の状態のまたは新しいCNTとして供給され得るCNT)などの他のナノ材料と区別することに依存し得る。
多くの場合、CNSに存在するまたはこれから誘導されるCNTは、例えば、約5~約100ナノメートル(nm)の範囲内、例えば、約10~約75nm、約10~約50nm、約10~約30nm、約10~約20nmの範囲内などの、100nm以下という典型的な直径を有する。
CNS、およびCNSから誘導される構造(例えば、CNSの断片または破砕したCNTS)において、CNTの少なくとも1つは、ある「分岐密度」によって特徴付けられることが見出された。本明細書で使用する場合、用語「分岐」とは、単一カーボンナノチューブが、多層(2層以上)の連結した多層カーボンナノチューブへと分岐している特徴を指す。一実施形態は、SEMにより決定される場合、2マイクロメートルの長さのカーボンナノ構造体に沿って、少なくとも2つの分岐が存在することによる分岐密度を有する。3つ以上の分岐も起こり得る。
さらにまたは代替として、CNS、CNSの断片または破砕したCNTにおける分岐の領域(点)において観察される壁の数は、分岐の1つの側(例えば、分岐点の前)からこの領域の他の側(例えば、分岐点の後またはこれを過ぎる)で異なる。本明細書において、壁の数の「非対称性」とも称される、壁の数のこのような変化は、普通のY形状CNTの場合(この場合、分岐点の前の領域と分岐点を過ぎた領域の両方において、同じ数の壁が観察される)には観察されない。
対照的に、CNSでは、分岐点115において分岐しているCNTビルディングブロック111は、触媒のない領域113において観察される通り、この点またはこの近傍において触媒粒子を含まない。さらに、分岐点115の前、すなわちその先に位置する(または分岐点115の第1の側にある)領域117に存在する壁の数は、領域119(これは、分岐点115に比べて、他の側を過ぎて、この後またはその表面に位置する)における壁の数とは異なる。さらに詳細には、領域117に見出される3つの壁のある特徴は、領域119(図1Bの略図では、これは、2つの壁しか有していない)まで持ち越されず、上記の非対称が生じる。
これらの特徴は、図2Aおよび2BのTEM画像、および図2C~2DのSEM画像に強調されている。
これらの属性の1つ、複数またはすべてが、本明細書に記載されている組成物(例えば、分散体、スラリー、ペースト、固体または乾燥組成物など)、電極および/または電池に遭遇され得る。
一部の実施形態では、CNSは、互いに絡んだおよび/または連結したCNSのネットワークの部分として存在する。このような連結されたネットワークは、CNS間に架橋を含むことができる。
CNSを調製するための好適な技法は、例えば、2014年4月3日に公開された、米国特許出願公開第2014/0093728号、米国特許第8,784,937号B2;同第9,005,755号B2;同第9,107,292号B2;および同第9,447,259号B2に記載されている。これらの書類の内容の全体がこの参照により本明細書に組み込まれている。
これらの書類に記載されている通り、CNSは、好適な基材表面に、例えば触媒処理された繊維材料表面で成長させることができる。生成物は、繊維含有CNS材料とすることができる。一部の場合、CNSは、基材から分離してフレークを形成する。
フレークは、例えば、裁断するまたは綿状にする(機械式ボールミル粉砕、磨砕、ブレンドなどを含むことができる操作)化学プロセスまたはそれらの任意の組合せによってさらに加工され得る。
コーティング剤の量は様々となり得る。例えば、コーティング剤は、コーティングされたCNS材料の総質量に対して、約0.1質量%~約10質量%(例えば、質量基準で、約0.1%~約0.5%;約0.5%~約1%;約1%~約1.5%;約1.5%~約2%;約2%~約2.5%;約2.5%~約3%;約3%~約3.5%;約3.5%~約4%;約4%~約4.5%;約4.5%~約5%;約5%~約5.5%;約5.5%~約6%;約6%~約6.5%;約6.5%~約7%;約7%~約7.5%;約7.5%~約8%;約8%~約8.5%;約8.5%~約9%;約9%~約9.5%;または約9.5%~約10%)の範囲内となり得る。
様々なタイプのコーティング剤が選択され得る。多くの場合、炭素繊維またはガラス繊維をコーティングする際に一般に使用されるサイジング用溶液もまた、CNSをコーティングするために利用することができる。コーティング材料の具体例には、以下に限定されないが、ポリ(ビニルジフルオロエチレン)(PVDF)、ポリ(ビニルジフルオロエチレン-co-ヘキサフルオロプロピレン)(PVDF-HFP)、ポリ(テトラフルオロエチレン)(PTFE)などのフッ素化ポリマー、ポリイミド、およびポリ(エチレン)オキシド、ポリビニル-アルコール(PVA)、セルロース、カルボキシメチルセルロース(CMC)、デンプン、ヒドロキシプロピルセルロース、再生セルロース、ポリビニルピロリドン(PVP)などの水溶性結合材、ならびにそれらのコポリマーおよび混合物が含まれる。多くの実装形態では、使用されるCNSは、ポリウレタン(PU)、熱可塑性ポリウレタン(TPU)またはポリエチレングリコール(PEG)により処理される。
いくつかの実装形態は、溶媒中のCNS分散体の安定化を支援することができるコーティング材料を利用する。一例において、コーティング剤は、N-メチルピロリドン(NMP)、アセトン、好適なアルコール、水またはそれらの任意の組合せを含む、これらから実質的になる、またはこれらからなる媒体中で、CNSの分散を促進および/または安定化するように選択される。
CNSは、緩い粒子材料(例えば、CNSフレーク、顆粒、ペレットなど)の形態で、または液状媒体、例えば分散体、スラリー、ペーストも含む組成物中に、または他の形態で供給され得る。多くの実装形態では、利用するCNSは任意の成長用基材を含まない。
一部の実施形態では、CNSは、カーボンナノ構造体が最初に形成される成長用基材から除去した後で、フレーク材料の形態で提供される。本明細書で使用する場合、用語「フレーク材料」とは、有限寸法を有する離散性粒子を指す。図1Aには、例えば、成長用基材からCNSを単離した後の、CNSフレーク材料の例示図が示されている。フレーク構造体100は、約1nm~約35μmの厚さ、特に、約1nm~約500nm(間の任意の値、およびそれらの任意の分数を含む)の範囲にある第1の寸法110を有することができる。フレーク構造100は、約1μm~約750μmの高さ(間の任意の値、およびそれらの任意の分数を含む)の範囲にある第2の寸法120を有することができる。フレーク構造体100は、約1μm~約750μm(間の任意の値、およびそれらの任意の分数を含む)の範囲にあり得る第3の寸法130を有することができる。寸法110、120および130のうちの2つまたはすべてが、同じとすることができるか、または異なることができる。
CNS内部のCNTは、例えば、約10ナノメートル~約750μmの間の長さで様々となり得る。例示的な実装形態では、CNTは、約10ナノメートル~約100ナノメートル、約100ナノメートル~約500ナノメートル、約500ナノメートル~約1μm、約1μm~約10μm、約10μm~約100μm、約100μm~約250μm、約250~約500μmまたは約500μm~約750μmである。
CNS材料は、上記のフレークに加えて、顆粒、ペレットとして、または約1mm~約1cm、例えば、約0.5mm~約1mm、約1mm~約2mm、約2mm~約3mm、約3mm~約4mm、約4mm~約5mm、約5mm~約6mm、約6mm~約7mm、約7mm~約8mm、約8mm~約9mmまたは約9mm~約10mmの範囲内の典型的な粒子サイズを有する、緩い粒子材料の他の形態で供給され得る。
商業的に、使用することができるCNS材料の例は、Applied Nanostructured Solutions,LLC(ANS)(Massachusetts、米国)によって開発されたものである。
本明細書において使用されるCNSは、様々な技法によって特定および/または特徴付けることができる。例えば、透過型電子顕微鏡(TEM)および走査型電子顕微鏡法(SEM)などの技法を含む、電子顕微鏡法は、例えば、に関する情報を提供することができる。本明細書において使用されるCNSは、様々な技法によって特定および/または特徴付けることができる。透過型電子顕微鏡(TEM)および走査型電子顕微鏡(SEM)などの技法を含む電子顕微鏡法は、例えば、存在する壁の指定数の度数、分岐、触媒粒子の存在などの特徴に関する情報を提供することができる。例えば、図2A~2Dを参照されたい。
一部の実施形態では、CNSは、利用される別のCCA、例えば、CBおよび/または個別化された元の状態のCNT、すなわち、例えば、処理操作の間の、CNSから生成されないまたは誘導されないCNTなどである。
カーボンブラック粒子はまた、ASTM D6556-10によって決定することができる特性である、その統計学的厚さ比表面積(STSA)によって特徴付けることができる。所与のカーボンブラックに関すると、一部の場合、そのSTSAとそのBET表面積との比(STSA:BET比)を指定することも興味深いものとなり得る。この用途の目的に関すると、カーボンブラック粒子のSTSA:BET比は、約0.3~約1の範囲内にあり得る。
La=43.5×(Gバンドの領域/Dバンドの領域)
(式中、Laは、オングストロームで計算される)。したがって、より高いLa値ほど、一層秩序のある結晶性構造であることに相当する。
結晶性ドメインは、Lc晶子サイズによって特徴付けることができる。Lc晶子サイズは、銅管を用いるX線回折計(PANalytical X’Pert Pro、PANalytical B.V.)、45kVの管電圧、および40mAの管電流を使用する、X線回折により決定した。カーボンブラック粒子の試料は、試料ホルダー(回折計の付属品)に詰め、測定は、0.14°/分の速度で、10°~80°の角度(2θ)範囲にわたり行った。ピーク位置および半値全幅の値は、回折計のソフトウェアによって計算した。測定角度の較正のため、六ホウ化ランタン(LaB6)をX線標準品として使用した。得られた測定値から、Lc晶子サイズはシェラーの式を使用して決定した:Lc(Å)=K*λ/(β*cosθ)(式中、Kは、形状因子定数(0.9)であり、λは、Cu Kα1の特徴的なX線の波長(1.54056Å)であり、βは、ラジアンでのピーク半値幅であり、θは、測定角度のピーク位置(2θ)の半分を採用することにより決定される)。
これらの公知の特性および/または他の特性によって特徴付けられる、ならびに当業者によって認識されるいくつかのCBの規格が、表1中の規格A~Fとして示されている。
CNSと連携して使用され得る他の材料は、例示的なCNTを記載している規格L~N(以下の表2)によって例示されている。
表2に提示されている値は、通常、CBに関して上で記載した技法を使用して決定される。
分散剤は一般的に、例えば、電池向け電極の製造のための組成物の実用的プロセシングを可能にするほど十分に低い組成物粘度を保ちつつ、溶媒中のCNSの分散を促進することが可能な材料(例えば、立体障害機構および/または充電機構を介して)を含む。一部の実施形態では、CNSを含む組成物に対して、分散剤、ポリマーおよび溶媒は、レオメーターにより決定される場合、せん断速度450s-1において200センチポアズ(cP)以下、例えば、せん断速度450s-1において少なくとも30cP、またはせん断速度450s-1において50cP~140cPの粘度を有する。様々な実施形態では、組成物は、スラリー、例えば、製造中に効率的に施用するには粘度が高すぎる、または粘性がありすぎる泥状物質と対比した場合、導電性基材に容易に施用またはコーティングして、電極を形成することができるペーストと表現することができる。CNS材料を分散させるその能力に加えて、分散剤は、熱的に安定し、電気化学的に不活性であり、および/またはCNS材料の導電性への妨害が最小限であることが好ましい。熱的に安定したまたは非揮発性分散剤は、電極製造中に、分散剤の除去および/または分解を生じることなく、溶媒(例えば、N-メチルピロリドン、水など)を除去し、再循環させることを可能にする。「電気化学的不活性」とは、電池の正常な使用中に分散剤が安定している(例えば、電池の作動電圧以下の電圧において、分解しないまたは酸化しない)ことを意味する。これは、このような分解が電池の性能に負の影響を与え得るからである。さらに、分散剤は、粒子を分散させるために少なくともCNSフレーク、顆粒、ペレットなどの一部にコーティングされるので、分散剤は、粒子が利用できる導電性接触表面を妨げるまたは低減させる可能性がある。したがって、CNS粒子の導電性への妨害が最小限である分散剤を選択することが好ましい。組成物が1種または複数の電気活性材料をさらに含む実施形態では、分散剤(例えば、ポリビニルピロリドン)は、電気活性材料の相分離および/または沈殿を減少させることが可能である。
別の例示では、分散剤は、PVP(様々な分子量で)またはその誘導体を含み、後者は、例えば、化学反応を介して小分子または大分子で修飾されたPVP骨格を有する分散剤について一般的に言及している。PVPベースの分散剤の例として、Ashland PVP K-12、K-15、K-30、K-60、K-90およびK-120製品、ポリビニルピロリドンコポリマー、例えば、ポリビニルピロリドン-co-酢酸ビニル、ブチル化ポリビニルピロリドン、例えば、Ganex(商標)P-904LCポリマーが挙げられる。
他の可能な候補として、ドデシル硫酸ナトリウム(SDS)、ナトリウム、ドデシルベンジルスルホネート、ポリアクリル酸の誘導体などが挙げられる。
一部の場合、使用されている分散剤は、BYKからDISPERBYK(登録商標)またはBYK(登録商標)の商標名で入手可能な分散剤であってよい。
組成物中の分散剤の濃度は、使用される分散剤または分散剤配合物、CNS、ポリマー、および溶媒の特定のタイプならびに濃度に応じて様々になり得る。一部の実施形態では、分散剤の濃度は、質量基準で、分散剤とCNS材料の比として、最も良く表される。この質量比は、3:100~50:100の範囲とすることができ、例えば、以下の範囲:3:100~40:100、または3:100~30:100、または3:100~20:100、または3:100~10:100、または10:100~50:100、または10:100~40:100、または10:100~30:100、または10:100~20:100、または20:100~50:100、または20:100~40:100、または20:100~30:100、または30:100~50:100、または30:100~40:100、または40:100~50:100の1つを有することができるか、またはそれを含むことができる。
CNSを含有する分散体は、事前に作製することができ、一部の場合、例えば、Cabot Corporationから市販されていてもよい。
CNS材料は、任意で分散剤の存在下で、例えば、従来の混合装置を使用した好適な混合技術により、液体と組み合わせることができる。特定の実施形態では、構成物質はブレンドして、例えば、組成物、溶液または分散体を形成する。組成物は、例えば、溶媒中約0.25~約2.5質量%のCNSの濃度により特徴付けることができる。例証的な例では、質量%での濃度は、約0.25~約0.5、約0.5~約0.75、約0.75~約1.0、約1.0~約1.25、約1.25~約1.50、約1.50~約1.75、約1.75~約2.0、約2.0~約2.25、または約2.25~約2.5の範囲である。溶媒中のCNSの他の濃度を使用することもできる。
普通の、個別化されたCNTを、例えば、元の状態で使用する普通の溶液または分散体とは異なり、CNSは、特に顆粒またはペレットの形態でポストコーティングしたCNSとして提供される場合、安定した分散体を生成することができる。一部の実施形態では、安定した分散体は、安定化させる界面活性剤の不在下で、溶媒として水を用いても実現することができる。他の実施形態は、湿式プロセシング中、水と組み合わせて溶媒を使用する。使用することができる溶媒の例として、これらに限定されないが、イソプロパノール(IPA)、エタノール、メタノール、および水が挙げられる。
CNS材料からなるまたは実質的になる組成物、またはCNSから調製した組成物、例えば、上で記載した分散体は、他の成分と組み合わせる。この組成物は、例えば、任意の数のエネルギー蓄積デバイス、例えば、リチウムイオン電池の生成に使用することができる。1つの例として、この組成物は、リチウムイオン電池向けの電極(例えば、カソード)組成物を生成するために使用される。多くの実施形態では、組成物は、特定のタイプの電極に特異的な電気活性材料(構成成分)と組み合わせる。
好適な電気活性材料の例として、これらに限定されないが、当技術分野で公知のまたは将来開発される、LCO、LMO、NCM、NCA、LCP、LFP、LFSF、LTSおよびその他が挙げられる。一部の実施形態では、上記に記載されているCNS含有組成物は、NCMまたはNCA電極組成物と共に使用される。結合剤、例えば、ポリ(ビニルジフルオロエチレン)(PVDF)が、例えば、多くの場合含まれる。
NCM(「NMC」とも呼ばれる)およびNCAは電池の当技術分野の当業者には一般的に公知である。
NCAは、式Li1+x(NiyCo1-y-zAlz)1-xO2(式中、xは0~1の範囲であり、yは0~1の範囲であり、zは0~1の範囲である)で表すことができる。NCAの例はLi1+x(Ni0.8Co0.15Al0.05)1-xO2である。
電極組成物中のNCMまたはNCAの濃度は、エネルギー蓄積デバイスの特定のタイプに応じて変動することができる。一部の場合、NCMまたはNCAは、電極組成物中に、電極組成物の総質量に対して、少なくとも90質量%の量で、例えば、95質量%より大きい量で、例えば、電極組成物の総質量に対して、90質量%~99質量%の範囲の量で存在する。
結合剤は、カソード組成物中に1~10質量%、例えば、1~2、2~3、3~4、4~5、5~6、6~7、7~8、8~9または9~10質量%の量で存在することができる。
電極組成物は、上で記載した構成物質と組み合わせることにより(例えば、均一に混合することにより)調製することができ、これらの構成物質は、混合物、特に均質な混合物を得るように設計された任意の順序で加えることができる。好適な混合技法として、機械的扇動、振盪、撹拌などが挙げられる。
いくつかの形態では、例えば、顆粒、ペレット、またはフレーク形態で提供される場合、CNSは、活性のある電極材料(例えば、NCMまたはNCA)を含有するスラリーに直接組み込むことができる。
他の実施形態では、ペレット、顆粒、フレークまたは他の形態のCNSを最初に液体媒体、例えば、NMP中に分散して、CNS断片(部分的に断片化されたCNSを含む)および/または破砕したCNTを生成する。分散体は、出発材料、例えば、コーティングされてない、PUコーティングまたはPEGコーティングされたCNS、または任意の他のポリマー性結合剤コーティングを有するCNSから調製することができる。
特定の実装形態は、例えば、CNSから調製した分散体およびPVPベースの分散剤を特徴とする。別の例示は、任意でAMP(商標)および/またはPVBの存在下で、BYK(登録商標)2155から調製した分散体を使用する。いくつかの例では、カソード組成物は、98.25質量%のNCM622+0.25質量%のCNS+1.5質量%のPVDF(例えば、KF7200、Kureha Corp.により製造);または98質量%のNCM622+0.5質量%のCNS+1.5質量%のPVDFから調製される。
生成した電極組成物は、スラリー(例えば、ペースト)の形態を取ることができ、これを、微粒子NCMまたはNCA、CNSベースの導電性添加物、分散剤(存在する場合)、非導電性添加物(存在する場合)、溶媒、および結合剤(存在する場合)と合わせる。他の実施形態では、電極組成物は、スラリーから溶媒を除去することによる固体形態である。使用することができる乾燥技法として、風乾、加熱(例えば、好適なオーブン内で)などが挙げられる。
いくつかの実装形態では、ペーストは、粘性の低いペースト(例えば、より低い固体ロード量を有する)を生成し得る特有の欠陥(例えば、クラッキング)の形成を最小限に抑えながら、基材上への堆積を可能にするのに十分高い固体ロード量(すなわち、高濃度の固体)を有する。さらに、一層高い固体ロード量は、必要とされる溶媒の量およびその除去を低減させる。
溶媒は、ペーストを、周辺温度または低加熱条件下、例えば、20℃~100℃の範囲の温度で乾燥させることにより除去する。堆積した電極/集電体は、所望の寸法に切断し、任意でこれに続いてカレンダー加工することができる。
電極の形成をもたらすプロセスは、使用される最初のCNSの少なくとも一部の完全性を保存することができ、これは無処理のまま残る。しかし、一部のプロセスの作業および/または条件は、利用される最初のCNSの少なくとも一部を変化させる可能性がある。上に記載されているように、このような作業および/または条件を含む1つの例は、例えば、CNS出発材料から乳剤を調製する際に遭遇するようなせん断力の施用である。
CNSの最初のナノ構造形態が変化する可能性もある。例えば、施用されたせん断は、CNS内のCNT間の架橋を破壊して、電極組成物中に個々のCNTとして通常分散しているCNTを形成することができる。分岐および壁の共有という構造的特徴は、架橋が除去された後でもこれらのCNTの多くに対して保持されることが判明している。CNSから誘導され(調製した)、CNTの分岐および壁の共有という構造的特徴を保持するCNTは、本明細書で「破砕した」CNTと呼ばれる。これらの種は、改善された相互接続性(CNT単位間の)を付与することが可能であり、より低い濃度でより良い導電率をもたらす。
よって、普通の、個別化されたCNTを利用する、例えば、元の状態の電極または電極組成物と比較して、本明細書に記載されている電極および電極組成物は、多くの場合、破砕したCNTを含む。これらの破砕したCNTは、例えば、標準的カーボンナノチューブ分析技術、例えば、SEMを介して普通のカーボンナノチューブから容易に分化することができる。遭遇するすべてのCNTが、分岐し、共通の壁を共有する必要があるわけではなく、むしろこれらの特徴を全体として保有するのは複数の破砕したCNTであることがさらに指摘される。
本明細書に記載されているLi電池の一部において、アノードは、活性のあるアノード材料および結合剤(例えば、PVDF、SBRを有するCMCなど)、ならびに一部の場合、導電性添加物を含有する。
他の活性のあるアノード材料の例として、これらに限定されないが:(a)インターカレーション/デインターカレーション材料(例えば、炭素ベースの材料、多孔質炭素、カーボンナノチューブ、グラフェン、TiO2、Li4Ti5O12など);(b)合金/脱合金材料(例えば、Si、SiOx、ドープしたSi、Ge、Sn、Al、Bi、SnO2など);ならびに(c)変換材料(例えば、遷移金属酸化物(MnxOy、NiO、FexOy、CuO、Cu2O、MoO2など)、金属硫化物、金属リン化物および式MxXy(式中、X=S、P、N)で表される金属窒化物)が挙げられる。
一部の実施形態では、アノード組成物はまた、導電性添加物、例えば、導電性炭素添加物(CCA)を含有する。例として、CB、CNTなどが挙げられる。特定の実装形態では、アノード組成物は、CNS、CNS断片および/または破砕したCNTを含む。このようなアノード組成物およびこれらの調製物および使用は、2019年3月22日に出願した、米国仮特許出願第62/822,101号、表題Anode Electrode Compositions for Battery Applicationsおよび本出願と同時に代理人案件番号2018613で出願した、米国非仮出願、表題Anode Electrode Compositions for Battery Applicationsに記載されており、両方ともこれら全体がこの参照により本明細書に組み込まれる。多くの場合、アノード組成物を調製するために利用されるCNSはコーティングされており、例えば、PUコーティングまたはPEGコーティングされている。乾燥した場合、例示的アノード組成物は、カーボンナノ構造、カーボンナノ構造断片、および/または破砕したナノチューブを約1質量%以下、多くの場合、0.5質量%以下の量で含有する。
一部の実装形態では、例えば、LIB向けグラファイト負極に使用されているようなドライ電極組成物に関して、例えば、CNSロード量は、約5質量%以下、および多くの場合、約2質量%以下、例えば、1.9、1.8、1.7または1.6質量%未満である。他の実施形態では、例えば、LIB向けグラファイトアノードに使用されているようなドライ電極組成物に対して、CNSロード量は、例えば、1.5質量%以下、例えば、少なくとも1.4、1.3、1.2、1.2、1.0、0.95、0.90、0.85、0.80、0.75、0.70、0.65、0.60.0.55、0.50.0.45、0.40、0.35、0.30、0.25、0.20、0.15または0.10質量%である。多くの実装形態では、例えば、リチウム電池向けグラファイトアノードに使用されているドライ電極組成物に対して、CNSロード量は、0.5質量%以下、例えば、約0.5質量%~0.1質量%の範囲内、例えば、約0.1~約0.2、約02~約0.3、約0.3~約0.4、または約0.4~約0.5質量%の範囲内である。他の実施形態は、約2~約5質量%の範囲内のロード量、例えば、少なくとも約2.25、2.5、2.75、3.0、3.25、3.5、3.75、4.0、4.25、4.5または4.75のロード量を利用する。
電極性能および/または特性は、当技術分野で公知の手順、または適応もしくは開発された技法により評価することができる。好適な技法として、例えば、面内および面を介した電極導電率、電気化学的インピーダンス分光法(EIS)、定電流充放電、ハイブリッドパルスパワー能力(HPPC)が挙げられる。一部の例は以下に記載されている。
本明細書に記載されているような出願では、CNSベースの導電性添加物は、CB、個別化されたCNTまたはグラフェン(高い導電率および熱伝導性を有し、機械的に強力な炭素原子の薄いシートとして存在する材料)と同じくらい良い、および多くの場合これらよりも良い成果を上げる。多くのLIBに対して、CNSロード量は、例えば、他のCCA、CBで必要とされる量より低い。1つの実装形態では、0.25質量%まで低いCNSロード量が良好なカソード性能をもたらし、このような低いロード量は、パーコレーション閾値(すなわち、絶縁性材料が導電材料へと変換される最も低い濃度)よりも高いことが判明している。
NMP中CNS分散体
水溶性ポリウレタンサイジングでコーティングした3質量%のCNS材料(PUコーティングしたCNS)を使用して、0.375%CNS分散体をN-メチルピロリドン(NMP)中に調製した。適量のNMP(99.625%の配合物)をジャケット付きビーカーに集め、二次封じ込め施設のナノエンクロージャーに移した。適量のPUコーティングしたCNSペレット(0.375%)をNMPに加え、溶媒に組み込んだ。ペレット上のPUポリマーコーティングは、全配合物の極めて小さなパーセンテージ、すなわち0.02質量%であったため、計算では無視した。この混合物に蓋をして、二次封じ込め施設内の実験室に戻した。ジャケット付き容器を冷水に接続し、プロセシング中に過剰な熱が蓄積されるのを阻止した。超音波処理プローブを使用して、0.5kJ/gのエネルギーを混合物に送達しながら、混合物を標準的オーバーヘッドミキサーで撹拌した。超音波処理期間は200gバッチサイズに対して10分間であった。次いで、容器を分散体が瓶詰めされるフードに移した。
電極の調製
1.5%のPVDF結合剤(Arkema Kynar HSV900)を用いて、配合物を0.25%、0.5%、1.0%および1.5%のCNSで作製した。活性物質は、BASF TODA Battery Materials LLCにより供給され、質量中央径(D50)7μmを有するNCM111、Li1+x(Ni0.33Co0.33Mn0.33)1-xO2(7μD50)であった。適量のCNS分散体、PVDF結合剤溶液(NMP中10質量%で事前に溶解)、NCM111粉末およびNMPを秤量することによりスラリーを調製した。コーティングに対して十分なスラリー粘度をもたらすために達成される最終全固体ロード量が表4に列挙されている。SPEX800ミルおよび2つのジルコニア媒体を30分間使用して、電極スラリーを1ステップで混合した。
電極抵抗性
Keithley 2410Cソースメーターの裏側に接続されたLucas Lab 302 4プローブスタンドおよびSP4プローブヘッドを用いて、コーティングした電極のシート抵抗を測定した。4ワイヤ測定は、基材導電率が強力に寄与することが判明したため、測定は2ワイヤ構成モードで実施した。報告された値は、電流0.1ミリアンペア(mA)で、2.8g/ccの密度でカレンダー加工したカソードでの、装置からの直接のohm読み取り値である。ここで試験したすべてのカソードは同じ厚さのものであった。
図4は、0.25質量%~1.5質量%のロード量を有するCNSを用いて作製された、プラスチックシート、例えば、マイラー(商標)ブランド、またはアルミ箔上のカソード(活性物質:リチオ化ニッケルコバルトマンガンNCM111;結合剤:Arkema Kynar HSV-900)シートから得た抵抗性を表す。表3の規格IIIの特性を有する2質量%および4質量%のカーボンブラック粒子を用いて作製されたカソードシートの抵抗性もまた示されている。Alホイルとマイラー(商標)シートの両方の上の0.5質量%のCNSは、2%のCB添加物よりずっと低い抵抗性を示すことが判明した。1.5%CNSを有する電極に対して測定した抵抗性は、4%炭素添加物で観察されたものと同じくらい良好である。
電極容量
実施例2のカソードを2032コインセルハーフ-セルにおいて試験した。15ミリメートル直径のディスクをコインセル調製のために穿孔し、真空下、110℃で最低4時間乾燥させた。マニュアルロールプレスを用いて、ディスクを2.8g/ccの密度にカレンダー加工し、リチウムホイルに対する試験のため、アルゴンを充填したグローブボックス(M-Braun)内で合わせて2032コインセルを組み立てた。ガラス繊維ミクロフィルター(Whatman GF/A)を分離体として使用した。電解質は、100マイクロリットルのエチレンカーボネート-ジメチルカーボネート-エチルメチルカーボネート(EC-DMC-EMC)、ビニレンカーボネート(VC)1%、LiPF6 1M(BASF)であった。試験した各配合物に対して4種のコインセルを組み立てた。報告された能力は、活性のあるカソードの質量1グラム当たりのミリアンペア時間(mAh/g)で正規化した、4種のコインセルの平均である。
CNS粉末を用いた電極の調製
活性のあるカソード粉末(Sanshan NCM622)、NMP、10%固体結合剤NMP溶液(Kureha KF7200)を一緒に、70%の固体ロード量で、Thinky ARE310 遊星型ミキサーを用いて、12分間(3×4分間の活発な混合、3×3分間の断続的冷却期間)混合した。PUコーティングしたCNS顆粒(CNS_PU3%)を0.5質量%の固体で加え、混合をもう12分間(3×4分間の活発な混合、3×3分間の断続的冷却期間)続けた。
CNS添加後、NMPを徐々に加えて、スラリー中60%の最終固体を達成した。コーティング可能なスラリー粘度を維持する。
自動化ドクターブレード塗工機(モデルMSK-AFA-III、MTI Corp.製)を使用してアルミ箔上に電極スラリーをコーティングした。80℃に設定した対流式オーブン内でNMPを20分間蒸発させた。電極ペーストをドライ電極ロード量25mg/cm2でコーティングし、マニュアルロールプレスを用いて密度3.5g/cm3(g/cc)にカレンダー加工した。電極固形分は98%のNCM622、0.5%のCNSおよび1.5%のKF7200 PVDF結合剤であった。
CNS乾燥粉末添加物での電極抵抗性
CNS粉末添加物を使用して調製した電極を、1%カーボンブラック(表3の規格IIIの特性を有する)または表3の規格Vの特性を有する0.5%カーボンナノチューブ(CNT)を含有する他の対照電極と比較して、面内電極抵抗性を実施例3に記載されているように測定した。ここで試験したすべての電極は同じ厚さであった。Keithley 2410Cソースメーターの前方に接続されている直径7.14mmの平坦なゲージコンタクトヘッドを有するマニュアルドロップゲージを使用して、面貫通電極抵抗性を測定した。測定は、2ワイヤ構成モードで実施され、0.1ミリアンペア(mA)の電流で、3.5g/ccの密度でカレンダー加工したカソードで、装置からの直接のohm読み取り値で報告され、これを本明細書で報告されているような面貫通電極導電率(単位:S/m)へとさらに変換した。電極の特徴が表5に列挙されている。図7に示されている結果は、0.5%のCNS電極が、0.5%のCNTのものと類似の面内抵抗性を有し、1%のCBを有する電極より半分まで低いことを示している。面貫通導電率は、0.5%のCNTおよび1%のCBで観察されたものよりも統計的に高い。
NMP中のCNS分散体の調製-方法2
Netzsch Minicer Agitator Bead Millに媒体を最初に充填することによりCNS分散体を作製した。これらの試料に対して、100mlの0.4~0.6mmイットリア安定化ジルコニアビーズをチャンバーに加えた。この量は、ミル粉砕チャンバーを70%満たすのと同等である。次いでこの装置に公知の量のNMPを詰めた。加えた量に基づき、標的ロード量を達成するのに必要とされるPEGコーティングしたCNS(Cabot Corporation)の量を計算する。次いで、この量を約0.2%質量の投与量へと細分化した。装置を好ましい作動条件4200rpmおよびポンプ速度約80ml/分に設定し、第1の投与量のカーボンナノ構造体を加えた。装置を作動し、装置内の圧力が安定化し、分散体が平滑化したようにみえるまでモニターした。第2の投与量を加え、所望のロード量が達成されるまでこのプロセスを繰り返した。各投与後に理想的状況に到達するのに必要とされるエネルギーは、プロセスが進行するほど長くなった。最後に、材料が充填され、十分にミル粉砕された後、分散剤を分散体に加え、装置にそれが完全に組み込まれるように追加の30分間循環させた。次いで、試料を容器にポンプで送り込み、Minicerミルをフラッシュして、残留する材料を除去した。
CNS分散体を用いた電極の調製-方法2
電極の調製に対して使用した導電性炭素材料は、表6に列挙されたCabot Corporation製の予め分散したCNS粒子、および表3に列挙された規格VI~IXの特性を有する市販のMWCNTを含んだ。すべてのCCAはNMPベースの分散体形態で使用した。ShanShan(中国)製のNCM622活性物質およびKureha製のKF7200PVDF結合剤を用いてカソードを調製した。
Thinky遊星型遠心ミキサー(モデルARE-310)を用いて、2ステップ混合プロトコールに従い、NCM電極スラリーを作製した。第1のステップは、2000rpmでの、CNS分散体とPVDF結合剤との12分間の活発な混合を含んだ。第2のステップは、必要に応じて粘度を調節するための活性のあるNCM622材料およびNMPの添加、ならびに2000rpmでのさらに12分間の活発な混合を含んだ。第1ステップの間に、ミルベースを直径2 1/4インチのタングステンカーバイド媒体と混合した。第2のステップでは、媒体なしでスラリーを混合した。
電極の抵抗性
図8は、異なるタイプのCCA(詳細は表7を参照されたい)を用いて作製された、アルミ箔上のカソードシートから得た電極面貫通抵抗性を、0.1質量%~1.0質量%の範囲の電極中のCCA含有量の質量パーセントの関数として表している。報告された値は、Keithley 2410-Cソースメーターの前方に接続された直径7.14mmの平坦なゲージコンタクトヘッドを有するマニュアルドロップゲージを使用して測定した直接のohm読み取り値(電極抵抗性)から得たものである。測定は、0.1ミリアンペア(mA)の電流で、3.5g/ccの密度でカレンダー加工したカソードで、2ワイヤ構成モードで実施した。
電極抵抗性は、CCAのタイプに応じて数桁まで変動し、より高いCCA含有量で改善することが判明している.予め分散したCNS-AおよびCNS-Bを、0.25%および0.5%のロード量で有する電極は、同じロード量で試験した両方の多層CNT材料と比較して、最も低い抵抗性を示す。パーコレーション閾値に到達した際の0.75%および1%まで高いロード量のみで、CNT含有電極が0.25%のCNS試料の抵抗性と一致する。データは、CNSが、十分な接続ポイントを生成し、電極内に導電パーコレーションネットワークを形成するために、多層CNTよりも質量基準で約3分の1の材料しか必要としないことを示している。
図9は、0.5%のCCAを有する選択された電極配合物の電極抵抗性を表している。これは、0.5%で試験した場合、CNS-Bを有する電極は、CNS-Aを有する電極よりもわずかに抵抗性が高く、CNS材料は全体的に、同じロード量で試験したすべての多層CNTと比較して最も低い電極抵抗性を示すことを確定するもので、CNSの性能と匹敵させるためにはより多量のCNT材料が必要とされることを意味している。
初期のセル性能
表7で列挙されたカソード配合物を2032ハーフコイン-セルにおいて試験した。コインセル調製のため、直径15ミリメートルのディスクを穿孔し、真空下、100℃で最低4時間乾燥させた。マニュアルロールプレスを用いて、ディスクを3.5g/ccの密度にカレンダー加工し、リチウムホイルに対して試験するため、アルゴンを充填したグローブボックス(M-Braun)内で2032コインセルを組み立てた。ガラス繊維ミクロフィルター(Whatman GF/A)を分離体として使用した。電解質は、175マイクロリットルのエチレンカーボネート-ジメチルカーボネート-エチルメチルカーボネート(EC-DMC-EMC)、ビニレンカーボネート(VC)1%、LiPF6 1M(BASF)であった。報告された容量を活性のあるカソード質量1グラム当たりのミリアンペア時間(mAh/g)に正規化する。
図10は、表7に列挙されているように、0.1質量%~1.0質量%の範囲のCCA含有量を有する配合物に対する、C率の能力および50%のSOCでのDC-IR内部抵抗性を表している。0.5%CNS-Aは、2C容量(30分間でのフル放電)および50%SOCでのDC-IRの両方の点から多層CNTよりも良い初期のセル性能をもたらすことをこの結果は示している。CCAタイプ(2時間でのフル放電)の影響を明らかにするためには速度があまりにも遅すぎるため、0.5C容量において分化は観察されていない。CNSは、多層CNTよりも低いロード量においてパーコレーション閾値に到達するため、分化は0.25%において明らかとなる。両方のCNS試料(CNS-AおよびCNS-B)は同じ0.25%ロード量で試験したCNT(ここではCNT-VIおよびCNT-VII)よりも優れた性能を示し、0.75%および1.0%ではこれらと同等である。
低温の性能
NCM電極配合物において、多層CNTを超えるCNSの別の利点は、以下に示されているような低温性能の改善である。25mg/cm2の面積ロード量および3.5g/ccの密度を有するNCM622カソードを用いて、カソード配合物をハーフコインセルにおいて試験した。実施例は、以下の表8で詳述されたように、それぞれ0.25、0.5および1%のCCAロード量で試験した、実施例7に記載されたような、予め分散したCNS-AおよびCNS-B試料、CNSペレット、およびCNT(表3の規格IXの特性を有する)を含む。1時間の速度で、25℃(CC-CV1C、4.3V~0.05C)で完全に充電し、次いでこれらを25、0、-10、-20℃で、1Dから2.8V(1時間速度)に完全に放電することにより、ハーフコインセルの低温容量を測定した。
本明細書で使用される場合、「および/または」という用語は、関連する列挙された項目のうちの1種または複数の任意のおよびすべての組合せを含む。さらに、単数形および冠詞「a」、「an」および「the」は、他に明示的に述べられていない限り、複数の形態も含むことを意図する。含む(include)、含む(comprise)、含んでいる(including)および/または含んでいる(comprising)という用語は、この明細書で使用される場合、述べられているその特徴、整数、ステップ、作業、要素、および/または構成成分の存在を特定するが、1種または複数の他の特徴、整数、ステップ、作業、要素、構成成分、および/または群の存在または添加を妨げないことをさらに理解されたい。さらに、構成成分またはサブシステムを含む要素が、別の要素と連結もしくはカップリングされたと言及および/または示されている場合、他の要素と直接連結もしくはカップリングされていてもよいし、または介入する要素が存在してもよいことを理解されたい。
他に定義されない限り、本明細書で使用されているすべての用語(技術的および科学的用語を含む)は、本発明が属する技術分野の当業者により共通して理解されている意味と同じ意味を有する。用語、例えば、一般的に使用される辞書に定義されたものなどは、関連する技術との関連でこれらの意味と一致する意味を有すると解釈されるべきであり、本明細書で明示的にそのように定義されていない限り、理想的なまたはあまりにも正式な意味で解釈されないことをさらに理解されたい。
本発明はその好ましい実施形態を参照して特に示され、記載されているが、添付の特許請求の範囲に包含されている本発明の範囲から逸脱することなく、形態および詳細における様々な変化がその中に生じ得ることは当業者により理解されている。
他に定義されない限り、本明細書で使用されているすべての用語(技術的および科学的用語を含む)は、本発明が属する技術分野の当業者により共通して理解されている意味と同じ意味を有する。用語、例えば、一般的に使用される辞書に定義されたものなどは、関連する技術との関連でこれらの意味と一致する意味を有すると解釈されるべきであり、本明細書で明示的にそのように定義されていない限り、理想的なまたはあまりにも正式な意味で解釈されないことをさらに理解されたい。
本発明はその好ましい実施形態を参照して特に示され、記載されているが、添付の特許請求の範囲に包含されている本発明の範囲から逸脱することなく、形態および詳細における様々な変化がその中に生じ得ることは当業者により理解されている。
本発明のまた別の態様は、以下のとおりであってもよい。
〔1〕電気活性材料ならびに
カーボンナノ構造体、カーボンナノ構造体の断片および破砕した多層カーボンナノチューブからなる群から選択される少なくとも1種の材料
を含む電極組成物であって、
電気活性材料がリチウム遷移金属化合物であり、
カーボンナノ構造体またはカーボンナノ構造体の断片が、分岐している、相互にかみ合っている、絡んでいるおよび/または共通の壁を共有することによって、ポリマー構造中で架橋されている複数の多層カーボンナノチューブを含み、
破砕した多層カーボンナノチューブが、カーボンナノ構造体から誘導され、分岐しており、互いに共通の壁を共有している、電極組成物。
〔2〕多層カーボンナノチューブの少なくとも1つが、SEMにより決定される場合、2μm以上の長さを有し、
多層カーボンナノチューブの少なくとも1つが、200~1000の範囲内の長さ対直径のアスペクト比を有しており、
SEMにより決定される場合、多層カーボンナノチューブの少なくとも1つの2マイクロメートルの長さに沿って、少なくとも2つの分岐が存在し、
少なくとも1つの多層カーボンナノチューブが、分岐点の前の領域に比べて、分岐点の後の領域において観察される壁の数が非対称であることを示し、かつ/または
TEMにより決定される場合、触媒粒子が分岐点もしくはその近傍に存在しない、前記〔1〕に記載の電極組成物。
〔3〕多層ナノチューブが、壁の数を計数するのに十分な倍率においてTEMにより決定される場合、2~30個の共軸ナノチューブを含む、前記〔1〕または〔2〕に記載の電極組成物。
〔4〕カーボンナノチューブの少なくとも1%が、SEMにより決定される場合、2μm以上の長さを有しており、
長さ対直径のアスペクト比が、200~1000の範囲内にある、かつ/または分岐点の前の領域に比べて、分岐点より後の領域に観察される壁の数が非対称であることを示す、前記〔1〕~〔3〕のいずれかに記載の電極組成物。
〔5〕結合剤をさらに含む、前記〔1〕~〔4〕のいずれかに記載の電極組成物。
〔6〕結合剤がポリビニリデンジフルオリドである、前記〔5〕に記載の組成物。
〔7〕少なくとも1種の材料が、分散体または遊離微粒子材料の形態で提供されるカーボンナノ構造体を含む、前記〔1〕~〔6〕のいずれかに記載の組成物。
〔8〕PVPベースの分散剤、スチレン無水マレイン酸ベースの分散剤、セルロースベースの分散剤、共分散剤およびそれらの任意の組合せからなる群から選択される分散剤をさらに含む、前記〔1〕~〔7〕のいずれかに記載の組成物。
〔9〕ペースト、スラリーまたは固体である、前記〔1〕~〔8〕のいずれかに記載の電極組成物。
〔10〕溶媒をさらに含む、前記〔1〕~〔9〕のいずれかに記載の電極組成物。
〔11〕溶媒がN-メチルピロリドンである、前記〔10〕に記載の電極組成物。
〔12〕電極組成物が、乾燥した場合、カーボンナノ構造体、カーボンナノ構造体断片および/または破砕したナノチューブを、質量基準で約1%以下の量で含有する、前記〔1〕~〔11〕のいずれかに記載の電極組成物。
〔13〕カーボンナノ構造体がコーティングしたカーボンナノ構造体である、前記〔1〕~〔12〕のいずれかに記載の電極組成物。
〔14〕コーティングしたカーボンナノ構造体が、ポリウレタン-コーティングしたナノ構造体またはポリエチレングリコール-コーティングしたカーボンナノ構造体である、前記〔13〕に記載の電極組成物。
〔15〕コーティングしたカーボンナノ構造体の質量に対する、コーティングの質量が、約0.1%~約10%の範囲内である、前記〔13〕に記載の電極組成物。
〔16〕電極組成物が、乾燥した場合、コーティングしたカーボンナノ構造体を質量基準で約1%以下の量で含有する、前記〔13〕に記載の電極組成物。
〔17〕カーボンブラック、個別化された元の状態のカーボンナノチューブおよびそれらの任意の組合せからなる群から選択される炭素導電性添加物をさらに含む、前記〔1〕~〔16〕のいずれかに記載の電極組成物。
〔18〕カーボンブラックをさらに含み、カーボンブラックが、200m 2 /g以下のBET面積および少なくとも130mL/100gのOANを有する、前記〔1〕~〔17〕のいずれかに記載の電極組成物。
〔19〕電気活性材料が、リチウムニッケルコバルトマンガン酸化物およびリチウムニッケルコバルトアルミニウム酸化物からなる群から選択されるリチウム遷移金属酸化物である、前記〔1〕~〔18〕のいずれかに記載の電極組成物。
〔20〕90~99質量%の電気活性材料を含む、前記〔1〕~〔19〕のいずれかに記載の電極組成物。
〔21〕前記〔1〕~〔20〕のいずれかに記載の組成物および電極組成物に接触する集電体を含む、電極。
〔22〕前記〔1〕~〔21〕のいずれかに記載の組成物または電極を含む、電池。
〔23〕前記〔1〕~〔22〕のいずれかに記載の組成物または電極を含む、再充填可能なリチウムイオン電池。
〔25〕カーボンナノ構造体、カーボンナノ構造体の断片および破砕した多層カーボンナノチューブからなる群から選択される少なくとも1種の材料を含有する分散体と、電気活性材料とを一緒にして、混合物を形成するステップ
を含む、電極組成物を調製する方法であって、
カーボンナノ構造体またはカーボンナノ構造体の断片が、分岐している、相互にかみ合っている、絡んでいるおよび/または共通の壁を共有することによって、ポリマー構造中で架橋されている、複数の多層カーボンナノチューブを含み、
破砕した多層カーボンナノチューブが、カーボンナノ構造体から誘導され、分岐しており、互いに共通の壁を共有しており、
電気活性材料がリチウム遷移金属化合物である、方法。
〔26〕多層カーボンナノチューブの少なくとも1つが、SEMにより決定される場合、2μm以上の長さを有しており、
多層カーボンナノチューブの少なくとも1つが、200~1000の範囲内の長さ対直径のアスペクト比を有しており、
SEMにより決定される場合、多層カーボンナノチューブの少なくとも1つの2マイクロメートルの長さに沿って、少なくとも2つの分岐が存在し、
少なくとも1つの多層カーボンナノチューブが、分岐点の前の領域に比べて、分岐点の後の領域において観察される壁の数が非対称であることを示し、かつ/または
TEMにより決定される場合、触媒粒子が分岐点もしくはその近傍に存在しない、前記〔25〕に記載の方法。
〔27〕多層ナノチューブが、壁の数を計数するのに十分な倍率においてTEMにより決定される場合、2~30個の共軸ナノチューブを含む、前記〔25〕または〔26〕に記載の方法。
〔28〕カーボンナノチューブの少なくとも1%が、SEMにより決定される場合、2μm以上の長さを有しており、長さ対直径のアスペクト比が、200~1000の範囲内にある、かつ/または分岐点の前の領域に比べて、分岐点の後の領域において観察される壁の数が非対称であることを示す、前記〔25〕~〔28〕のいずれかに記載の方法。
〔29〕分散体が、カーボンナノ構造体と、PVPベースの分散剤、スチレン無水マレイン酸ベースの分散剤、セルロースベースの分散剤、共分散剤およびそれらの任意の組合せからなる群から選択される分散剤とを一緒にすることにより調製される、前記〔25〕~〔29〕のいずれかに記載の方法。
〔30〕カーボンナノ構造体が遊離微粒子材料の形態で提供される、前記〔29〕に記載の方法。
〔31〕電気活性材料が、リチウムニッケルコバルトマンガン酸化物およびリチウムニッケルコバルトアルミニウム酸化物からなる群から選択されるリチウム遷移金属酸化物である、前記〔25〕~〔30〕のいずれかに記載の方法。
〔32〕混合物が結合剤をさらに含む、前記〔25〕~〔31〕のいずれかに記載の方法。
〔33〕結合剤がポリビニリデンジフルオリドである、前記〔32〕に記載の方法。
〔34〕混合物が、カーボンブラック、個別化された元の状態のカーボンナノチューブおよびそれらの任意の組合せからなる群から選択される炭素導電性添加物をさらに含む、前記〔25〕~〔33〕のいずれかに記載の方法。
〔35〕カーボンブラックをさらに含み、カーボンブラックが、200m 2 /g以下のBET面積および少なくとも130mL/100gのOANを有する、前記〔25〕~〔34〕のいずれかに記載の方法。
〔36〕混合物を乾燥させるステップをさらに含む、前記〔25〕~〔35〕のいずれかに記載の方法。
〔37〕乾燥した場合、混合物が、カーボンナノ構造体、カーボンナノ構造体の断片および/または破砕したカーボンナノチューブを、約1質量%以下の量で含む、前記〔25〕~〔36〕のいずれかに記載の方法。
〔38〕電気活性材料が、乾燥した場合、混合物の質量に対して、90~99質量%の量で提供される、前記〔25〕~〔37〕のいずれかに記載の方法。
〔39〕混合物を集電体に施用するステップをさらに含む、前記〔25〕~〔38〕のいずれかに記載の方法。
〔40〕カーボンナノ構造体がコーティングしたカーボンナノ構造体である、前記〔25〕~〔39〕のいずれかに記載の方法。
〔41〕カーボンナノ構造体が、ポリウレタン-コーティングしたナノ構造体またはポリエチレングリコール-コーティングしたカーボンナノ構造体である、前記〔40〕に記載の方法。
〔42〕コーティングの質量が、コーティングしたカーボンナノ構造体の質量に対して、約0.1~約10%の範囲内である、前記〔40〕に記載の方法。
〔43〕乾燥した場合、混合物が、コーティングしたカーボンナノ構造体を約1質量%以下の量で含有する、前記〔40〕に記載の方法。
〔44〕カーボンナノ構造体を、電気活性材料を含むスラリーに組み込むステップを含む、電極組成物を調製する方法であって、
電気活性材料がリチウム遷移金属化合物であり、
カーボンナノ構造体が、分岐している、相互にかみ合っている、絡んでいるおよび/または共通の壁を共有することによって、ポリマー構造中で架橋されている、複数の多層カーボンナノチューブを含む、方法。
〔45〕多層カーボンナノチューブの少なくとも1つが、SEMにより決定される場合、2μm以上の長さを有しており、
多層カーボンナノチューブの少なくとも1つが、200~1000の範囲内の長さ対直径のアスペクト比を有しており、
SEMにより決定される場合、多層カーボンナノチューブの少なくとも1つの2マイクロメートルの長さに沿って、少なくとも2つの分岐が存在し、
少なくとも1つの多層カーボンナノチューブが、分岐点の前の領域に比べて、分岐点の後の領域において観察される壁の数が非対称であることを示し、かつ/または
TEMにより決定される場合、触媒粒子が分岐点もしくはその近傍に存在しない、前記〔44〕に記載の方法。
〔46〕多層ナノチューブが、壁の数を計数するのに十分な倍率においてTEMにより決定される場合、2~30個の共軸ナノチューブを含む、前記〔44〕または〔45〕に記載の方法。
〔47〕カーボンナノチューブの少なくとも1%が、SEMにより決定される場合、2μm以上の長さを有しており、
長さ対直径のアスペクト比が、200~1000の範囲内にある、かつ/または分岐点の前の領域に比べて、分岐点より後の領域に観察される壁の数が非対称であることを示す、前記〔44〕~〔46〕のいずれかに記載の方法。
〔48〕カーボンナノ構造体がフレーク、ペレットまたは顆粒として提供される、前記〔44〕~〔47〕のいずれかに記載の方法。
〔49〕電気活性材料が、90~99質量%の量で提供される、前記〔44〕~〔48〕のいずれかに記載の方法。
〔50〕スラリーを集電体に施用するステップをさらに含む、前記〔44〕~〔49〕のいずれかに記載の方法。
〔51〕スラリーを乾燥させるステップをさらに含む、前記〔44〕~〔50〕のいずれかに記載の方法。
〔52〕スラリーが、乾燥した場合、カーボンナノ構造体、カーボンナノ構造体の断片および/または破砕したカーボンナノチューブを、約1質量%以下の量で含む、前記〔44〕~のいずれかに記載の方法。
〔53〕スラリーが、カーボンブラック、個別化された元の状態のカーボンナノチューブおよびそれらの任意の組合せからなる群から選択される炭素導電性添加物をさらに含む、前記〔44〕~〔52〕のいずれかに記載の方法。
〔54〕スラリーがカーボンブラックをさらに含み、カーボンブラックが、200m 2 /g以下のBET面積および少なくとも130mL/100gのOANを有する、前記〔44〕~〔52〕のいずれかに記載の方法。
〔55〕カーボンナノ構造体がコーティングしたカーボンナノ構造体である、前記〔44〕~〔54〕のいずれかに記載の方法。
〔56〕コーティングしたカーボンナノ構造体が、ポリウレタンコーティングしたナノ構造体またはポリエチレングリコールコーティングしたカーボンナノ構造体である、前記〔55〕に記載の方法。
〔57〕コーティングの質量が、コーティングしたカーボンナノ構造体の質量に対して、約0.1~約10%の範囲内である、前記〔55〕に記載の方法。
〔58〕組成物の質量に対して、乾燥した場合、コーティングしたカーボンナノ構造体が、約1質量%以下の量で提供される、前記〔55〕に記載の方法。
〔59〕リチウム遷移金属酸化物が、リチウムニッケルコバルトマンガン酸化物およびリチウムニッケルコバルトアルミニウム酸化物からなる群から選択される、前記〔44〕~〔58〕のいずれかに記載の方法。
〔60〕スラリーが結合剤をさらに含む、前記〔44〕~〔59〕のいずれかに記載の方法。
〔61〕結合剤がポリビニリデンジフルオリドである、前記〔60〕に記載の方法。
〔62〕スラリーが液体をさらに含む、前記〔44〕~〔61〕のいずれかに記載の方法。
〔63〕液体が、N-メチルピロリドン、アセトン、アルコール、水、およびそれらの任意の組合せからなる群から選択される、前記〔62〕に記載の方法。
〔64〕カーボンナノ構造体の断片および/または破砕した多層カーボンナノチューブを生成し、
カーボンナノ構造体またはカーボンナノ構造体の断片が、分岐している、相互にかみ合っている、絡んでいるおよび/または共通の壁を共有することによって、ポリマー構造中で架橋されている、複数の多層カーボンナノチューブを含み、
破砕した多層カーボンナノチューブが、カーボンナノ構造体から誘導され、分岐しており、互いに共通の壁を共有している、前記〔44〕~〔63〕のいずれかに記載の方法。
〔65〕リチウム遷移金属化合物および第1の炭素導電性添加物を含むカソード、ならびに
グラファイト、ケイ素またはチタン酸リチウムからなる群から選択される活性のあるアノード材料および第2の炭素導電性添加物を含むアノードを含むリチウム電池であって、
第1および第2の炭素導電性添加物が、カーボンナノ構造体、カーボンナノ構造体の断片および破砕したカーボンナノチューブからなる群から選択され、
カーボンナノ構造体またはカーボンナノ構造体の断片が、分岐している、相互にかみ合っている、絡んでいるおよび/または共通の壁を共有することによって、ポリマー構造中で架橋されている、複数のカーボンナノチューブを含み、
破砕したカーボンナノチューブが、カーボンナノ構造体から誘導され、分岐しており、互いに共通の壁を共有している、リチウム電池。
〔66〕多層カーボンナノチューブの少なくとも1つが、SEMにより決定される場合、2μm以上の長さを有しており、
多層カーボンナノチューブの少なくとも1つが、200~1000の範囲内の長さ対直径のアスペクト比を有しており、
SEMにより決定される場合、多層カーボンナノチューブの少なくとも1つの2マイクロメートルの長さに沿って、少なくとも2つの分岐が存在し、
少なくとも1つの多層カーボンナノチューブが、分岐点の前の領域に比べて、分岐点の後の領域において観察される壁の数が非対称であることを示し、かつ/または
TEMにより決定される場合、触媒粒子が分岐点もしくはその近傍に存在しない、前記〔65〕に記載のリチウム電池。
〔67〕多層ナノチューブが、壁の数を計数するのに十分な倍率においてTEMにより決定される場合、2~30個の共軸ナノチューブを含む、前記〔65〕または〔66〕のいずれかに記載のリチウム電池。
〔68〕カーボンナノチューブの少なくとも1%が、SEMにより決定される場合、2μm以上の長さを有しており、長さ対直径のアスペクト比が、200~1000の範囲内にある、かつ/または分岐点の前の領域に比べて、分岐点の後の領域において観察される壁の数が非対称であることを示す、前記〔65〕~〔67〕のいずれかに記載のリチウム電池。
Claims (67)
- 電気活性材料ならびに
カーボンナノ構造体、カーボンナノ構造体の断片、および破砕した多層カーボンナノチューブからなる群から選択される少なくとも1種の材料
を含む電極組成物であって、
電気活性材料がリチウム遷移金属化合物であり、
カーボンナノ構造体またはカーボンナノ構造体の断片が、分岐している、相互にかみ合っている、絡んでいるおよび/または共通の壁を共有することによって、ポリマー構造中で架橋されている複数の多層カーボンナノチューブを含み、
破砕した多層カーボンナノチューブが、カーボンナノ構造体から誘導され、分岐しており、互いに共通の壁を共有している、電極組成物。 - 多層カーボンナノチューブの少なくとも1つが、SEMにより決定される場合、2μm以上の長さを有し、
多層カーボンナノチューブの少なくとも1つが、200~1000の範囲内の長さ対直径のアスペクト比を有しており、
SEMにより決定される場合、多層カーボンナノチューブの少なくとも1つの2マイクロメートルの長さに沿って、少なくとも2つの分岐が存在し、
少なくとも1つの多層カーボンナノチューブが、分岐点の前の領域に比べて、分岐点の後の領域において観察される壁の数が非対称であることを示し、かつ/または
TEMにより決定される場合、触媒粒子が分岐点もしくはその近傍に存在しない、請求項1に記載の電極組成物。 - 多層ナノチューブが、壁の数を計数するのに十分な倍率においてTEMにより決定される場合、2~30個の共軸ナノチューブを含む、請求項1または2に記載の電極組成物。
- カーボンナノチューブの少なくとも1%が、SEMにより決定される場合、2μm以上の長さを有しており、
長さ対直径のアスペクト比が、200~1000の範囲内にある、かつ/または分岐点の前の領域に比べて、分岐点より後の領域に観察される壁の数が非対称であることを示す、請求項1~3のいずれかに記載の電極組成物。 - 結合剤をさらに含む、請求項1~4のいずれかに記載の電極組成物。
- 結合剤がポリビニリデンジフルオリドである、請求項5に記載の組成物。
- 少なくとも1種の材料が、分散体または遊離微粒子材料の形態で提供されるカーボンナノ構造体を含む、請求項1~6のいずれかに記載の組成物。
- PVPベースの分散剤、スチレン無水マレイン酸ベースの分散剤、セルロースベースの分散剤、共分散剤およびそれらの任意の組合せからなる群から選択される分散剤をさらに含む、請求項1~7のいずれかに記載の組成物。
- ペースト、スラリーまたは固体である、請求項1~8のいずれかに記載の電極組成物。
- 溶媒をさらに含む、請求項1~9のいずれかに記載の電極組成物。
- 溶媒がN-メチルピロリドンである、請求項10に記載の電極組成物。
- 電極組成物が、乾燥した場合、カーボンナノ構造体、カーボンナノ構造体断片および/または破砕したナノチューブを、質量基準で約1%以下の量で含有する、請求項1~11のいずれかに記載の電極組成物。
- カーボンナノ構造体がコーティングしたカーボンナノ構造体である、請求項1~12のいずれかに記載の電極組成物。
- コーティングしたカーボンナノ構造体が、ポリウレタン-コーティングしたナノ構造体またはポリエチレングリコール-コーティングしたカーボンナノ構造体である、請求項13に記載の電極組成物。
- コーティングしたカーボンナノ構造体の質量に対する、コーティングの質量が、約0.1%~約10%の範囲内である、請求項13に記載の電極組成物。
- 電極組成物が、乾燥した場合、コーティングしたカーボンナノ構造体を質量基準で約1%以下の量で含有する、請求項13に記載の電極組成物。
- カーボンブラック、個別化された元の状態のカーボンナノチューブおよびそれらの任意の組合せからなる群から選択される炭素導電性添加物をさらに含む、請求項1~16のいずれかに記載の電極組成物。
- カーボンブラックをさらに含み、カーボンブラックが、200m2/g以下のBET面積および少なくとも130mL/100gのOANを有する、請求項1~17のいずれかに記載の電極組成物。
- 電気活性材料が、リチウムニッケルコバルトマンガン酸化物およびリチウムニッケルコバルトアルミニウム酸化物からなる群から選択されるリチウム遷移金属酸化物である、請求項1~18のいずれかに記載の電極組成物。
- 90~99質量%の電気活性材料を含む、請求項1~19のいずれかに記載の電極組成物。
- 請求項1~20のいずれかに記載の組成物および電極組成物に接触する集電体を含む、電極。
- 請求項1~21のいずれかに記載の組成物または電極を含む、電池。
- 請求項1~22のいずれかに記載の組成物または電極を含む、再充填可能なリチウムイオン電池。
- カーボンナノ構造体、カーボンナノ構造体の断片、および破砕した多層カーボンナノチューブからなる群から選択される少なくとも1種の材料を含有する分散体と、電気活性材料とを一緒にして、混合物を形成するステップ
を含む、電極組成物を調製する方法であって、
カーボンナノ構造体またはカーボンナノ構造体の断片が、分岐している、相互にかみ合っている、絡んでいるおよび/または共通の壁を共有することによって、ポリマー構造中で架橋されている、複数の多層カーボンナノチューブを含み、
破砕した多層カーボンナノチューブが、カーボンナノ構造体から誘導され、分岐しており、互いに共通の壁を共有しており、
電気活性材料がリチウム遷移金属化合物である、方法。 - 多層カーボンナノチューブの少なくとも1つが、SEMにより決定される場合、2μm以上の長さを有しており、
多層カーボンナノチューブの少なくとも1つが、200~1000の範囲内の長さ対直径のアスペクト比を有しており、
SEMにより決定される場合、多層カーボンナノチューブの少なくとも1つの2マイクロメートルの長さに沿って、少なくとも2つの分岐が存在し、
少なくとも1つの多層カーボンナノチューブが、分岐点の前の領域に比べて、分岐点の後の領域において観察される壁の数が非対称であることを示し、かつ/または
TEMにより決定される場合、触媒粒子が分岐点もしくはその近傍に存在しない、請求項25に記載の方法。 - 多層ナノチューブが、壁の数を計数するのに十分な倍率においてTEMにより決定される場合、2~30個の共軸ナノチューブを含む、請求項25または26に記載の方法。
- カーボンナノチューブの少なくとも1%が、SEMにより決定される場合、2μm以上の長さを有しており、長さ対直径のアスペクト比が、200~1000の範囲内にある、かつ/または分岐点の前の領域に比べて、分岐点の後の領域において観察される壁の数が非対称であることを示す、請求項25~28のいずれかに記載の方法。
- 分散体が、カーボンナノ構造体と、PVPベースの分散剤、スチレン無水マレイン酸ベースの分散剤、セルロースベースの分散剤、共分散剤およびそれらの任意の組合せからなる群から選択される分散剤とを一緒にすることにより調製される、請求項25~29のいずれかに記載の方法。
- カーボンナノ構造体が遊離微粒子材料の形態で提供される、請求項29に記載の方法。
- 電気活性材料が、リチウムニッケルコバルトマンガン酸化物およびリチウムニッケルコバルトアルミニウム酸化物からなる群から選択されるリチウム遷移金属酸化物である、請求項25~30のいずれかに記載の方法。
- 混合物が結合剤をさらに含む、請求項25~31のいずれかに記載の方法。
- 結合剤がポリビニリデンジフルオリドである、請求項32に記載の方法。
- 混合物が、カーボンブラック、個別化された元の状態のカーボンナノチューブおよびそれらの任意の組合せからなる群から選択される炭素導電性添加物をさらに含む、請求項25~33のいずれかに記載の方法。
- カーボンブラックをさらに含み、カーボンブラックが、200m2/g以下のBET面積および少なくとも130mL/100gのOANを有する、請求項25~34のいずれかに記載の方法。
- 混合物を乾燥させるステップをさらに含む、請求項25~35のいずれかに記載の方法。
- 乾燥した場合、混合物が、カーボンナノ構造体、カーボンナノ構造体の断片および/または破砕したカーボンナノチューブを、約1質量%以下の量で含む、請求項25~36のいずれかに記載の方法。
- 電気活性材料が、乾燥した場合、混合物の質量に対して、90~99質量%の量で提供される、請求項25~37のいずれかに記載の方法。
- 混合物を集電体に施用するステップをさらに含む、請求項25~38のいずれかに記載の方法。
- カーボンナノ構造体がコーティングしたカーボンナノ構造体である、請求項25~39のいずれかに記載の方法。
- カーボンナノ構造体が、ポリウレタン-コーティングしたナノ構造体またはポリエチレングリコール-コーティングしたカーボンナノ構造体である、請求項40に記載の方法。
- コーティングの質量が、コーティングしたカーボンナノ構造体の質量に対して、約0.1~約10%の範囲内である、請求項40に記載の方法。
- 乾燥した場合、混合物が、コーティングしたカーボンナノ構造体を約1質量%以下の量で含有する、請求項40に記載の方法。
- カーボンナノ構造体を、電気活性材料を含むスラリーに組み込むステップを含む、電極組成物を調製する方法であって、
電気活性材料がリチウム遷移金属化合物であり、
カーボンナノ構造体が、分岐している、相互にかみ合っている、絡んでいるおよび/または共通の壁を共有することによって、ポリマー構造中で架橋されている、複数の多層カーボンナノチューブを含む、方法。 - 多層カーボンナノチューブの少なくとも1つが、SEMにより決定される場合、2μm以上の長さを有しており、
多層カーボンナノチューブの少なくとも1つが、200~1000の範囲内の長さ対直径のアスペクト比を有しており、
SEMにより決定される場合、多層カーボンナノチューブの少なくとも1つの2マイクロメートルの長さに沿って、少なくとも2つの分岐が存在し、
少なくとも1つの多層カーボンナノチューブが、分岐点の前の領域に比べて、分岐点の後の領域において観察される壁の数が非対称であることを示し、かつ/または
TEMにより決定される場合、触媒粒子が分岐点もしくはその近傍に存在しない、請求項44に記載の方法。 - 多層ナノチューブが、壁の数を計数するのに十分な倍率においてTEMにより決定される場合、2~30個の共軸ナノチューブを含む、請求項44または45に記載の方法。
- カーボンナノチューブの少なくとも1%が、SEMにより決定される場合、2μm以上の長さを有しており、
長さ対直径のアスペクト比が、200~1000の範囲内にある、かつ/または分岐点の前の領域に比べて、分岐点より後の領域に観察される壁の数が非対称であることを示す、請求項44~46のいずれかに記載の方法。 - カーボンナノ構造体がフレーク、ペレットまたは顆粒として提供される、請求項44~47のいずれかに記載の方法。
- 電気活性材料が、90~99質量%の量で提供される、請求項44~48のいずれかに記載の方法。
- スラリーを集電体に施用するステップをさらに含む、請求項44~49のいずれかに記載の方法。
- スラリーを乾燥させるステップをさらに含む、請求項44~50のいずれかに記載の方法。
- スラリーが、乾燥した場合、カーボンナノ構造体、カーボンナノ構造体の断片および/または破砕したカーボンナノチューブを、約1質量%以下の量で含む、請求項44~のいずれかに記載の方法。
- スラリーが、カーボンブラック、個別化された元の状態のカーボンナノチューブおよびそれらの任意の組合せからなる群から選択される炭素導電性添加物をさらに含む、請求項44~52のいずれかに記載の方法。
- スラリーがカーボンブラックをさらに含み、カーボンブラックが、200m2/g以下のBET面積および少なくとも130mL/100gのOANを有する、請求項44~52のいずれかに記載の方法。
- カーボンナノ構造体がコーティングしたカーボンナノ構造体である、請求項44~54のいずれかに記載の方法。
- コーティングしたカーボンナノ構造体が、ポリウレタンコーティングしたナノ構造体またはポリエチレングリコールコーティングしたカーボンナノ構造体である、請求項55に記載の方法。
- コーティングの質量が、コーティングしたカーボンナノ構造体の質量に対して、約0.1~約10%の範囲内である、請求項55に記載の方法。
- 組成物の質量に対して、乾燥した場合、コーティングしたカーボンナノ構造体が、約1質量%以下の量で提供される、請求項55に記載の方法。
- リチウム遷移金属酸化物が、リチウムニッケルコバルトマンガン酸化物およびリチウムニッケルコバルトアルミニウム酸化物からなる群から選択される、請求項44~58のいずれかに記載の方法。
- スラリーが結合剤をさらに含む、請求項44~59のいずれかに記載の方法。
- 結合剤がポリビニリデンジフルオリドである、請求項60に記載の方法。
- スラリーが液体をさらに含む、請求項44~61のいずれかに記載の方法。
- 液体が、N-メチルピロリドン、アセトン、アルコール、水、およびそれらの任意の組合せからなる群から選択される、請求項62に記載の方法。
- カーボンナノ構造体の断片および/または破砕した多層カーボンナノチューブを生成し、
カーボンナノ構造体またはカーボンナノ構造体の断片が、分岐している、相互にかみ合っている、絡んでいるおよび/または共通の壁を共有することによって、ポリマー構造中で架橋されている、複数の多層カーボンナノチューブを含み、
破砕した多層カーボンナノチューブが、カーボンナノ構造体から誘導され、分岐しており、互いに共通の壁を共有している、請求項44~63のいずれかに記載の方法。 - リチウム遷移金属化合物および第1の炭素導電性添加物を含むカソード、ならびに
グラファイト、ケイ素またはチタン酸リチウムからなる群から選択される活性のあるアノード材料および第2の炭素導電性添加物を含むアノードを含むリチウム電池であって、
第1および第2の炭素導電性添加物が、カーボンナノ構造体、カーボンナノ構造体の断片、および破砕したカーボンナノチューブからなる群から選択され、
カーボンナノ構造体またはカーボンナノ構造体の断片が、分岐している、相互にかみ合っている、絡んでいるおよび/または共通の壁を共有することによって、ポリマー構造中で架橋されている、複数のカーボンナノチューブを含み、
破砕したカーボンナノチューブが、カーボンナノ構造体から誘導され、分岐しており、互いに共通の壁を共有している、リチウム電池。 - 多層カーボンナノチューブの少なくとも1つが、SEMにより決定される場合、2μm以上の長さを有しており、
多層カーボンナノチューブの少なくとも1つが、200~1000の範囲内の長さ対直径のアスペクト比を有しており、
SEMにより決定される場合、多層カーボンナノチューブの少なくとも1つの2マイクロメートルの長さに沿って、少なくとも2つの分岐が存在し、
少なくとも1つの多層カーボンナノチューブが、分岐点の前の領域に比べて、分岐点の後の領域において観察される壁の数が非対称であることを示し、かつ/または
TEMにより決定される場合、触媒粒子が分岐点もしくはその近傍に存在しない、請求項65に記載のリチウム電池。 - 多層ナノチューブが、壁の数を計数するのに十分な倍率においてTEMにより決定される場合、2~30個の共軸ナノチューブを含む、請求項65または66のいずれかに記載のリチウム電池。
- カーボンナノチューブの少なくとも1%が、SEMにより決定される場合、2μm以上の長さを有しており、長さ対直径のアスペクト比が、200~1000の範囲内にある、かつ/または分岐点の前の領域に比べて、分岐点の後の領域において観察される壁の数が非対称であることを示す、請求項65~67のいずれかに記載のリチウム電池。
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US201962822097P | 2019-03-22 | 2019-03-22 | |
US62/822,097 | 2019-03-22 | ||
PCT/US2020/019199 WO2020197673A1 (en) | 2019-03-22 | 2020-02-21 | Cathode electrode compositions for battery applications |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2022527748A true JP2022527748A (ja) | 2022-06-06 |
Family
ID=69844947
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2021557071A Pending JP2022527748A (ja) | 2019-03-22 | 2020-02-21 | 電池用途向けのカソード電極組成物 |
Country Status (6)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US20220158193A1 (ja) |
EP (1) | EP3942626A1 (ja) |
JP (1) | JP2022527748A (ja) |
KR (1) | KR20210141615A (ja) |
CN (1) | CN113841267A (ja) |
WO (1) | WO2020197673A1 (ja) |
Families Citing this family (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20220181625A1 (en) | 2019-03-22 | 2022-06-09 | Cabot Corporation | Anode electrode compositions for battery applications |
WO2023107459A1 (en) * | 2021-12-06 | 2023-06-15 | Fastcap Systems Corporation | Electrodes for energy storage devices |
CN114242989B (zh) * | 2022-02-23 | 2022-05-03 | 中南大学 | 一种复合电极材料及其制备方法和应用 |
WO2023183754A1 (en) | 2022-03-21 | 2023-09-28 | Cabot Corporation | Solvent-free process for preparing lithium-ion batteries |
WO2024086618A1 (en) * | 2022-10-18 | 2024-04-25 | Fastcap Systems Corporation | Electrodes for energy storage devices |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2016025077A (ja) * | 2014-07-22 | 2016-02-08 | シーナノ テクノロジー リミテッド | 電池用電極組成物 |
JP2018530113A (ja) * | 2016-03-24 | 2018-10-11 | エルジー・ケム・リミテッド | 二次電池の正極形成用組成物、及びこれを用いて製造した二次電池用正極並びに二次電池 |
Family Cites Families (13)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2005050669A (ja) * | 2003-07-28 | 2005-02-24 | Tdk Corp | 電極、及び、それを用いた電気化学素子 |
KR20080021002A (ko) * | 2005-05-30 | 2008-03-06 | 에스.에이. 나노실 | 중합체 매트릭스에서 탄소 나노튜브의 분산 방법 |
US9005755B2 (en) | 2007-01-03 | 2015-04-14 | Applied Nanostructured Solutions, Llc | CNS-infused carbon nanomaterials and process therefor |
AU2011302314A1 (en) | 2010-09-14 | 2013-02-28 | Applied Nanostructured Solutions, Llc | Glass substrates having carbon nanotubes grown thereon and methods for production thereof |
US20140332731A1 (en) * | 2012-04-02 | 2014-11-13 | CNano Technology Limited | Electrode Composition for Battery |
KR20130122471A (ko) * | 2012-04-30 | 2013-11-07 | 삼성에스디아이 주식회사 | 리튬 이차 전지용 음극 조성물, 이를 포함하는 리튬 이차 전지용 음극 및 상기 음극을 포함하는 리튬 이차 전지 |
US20140093728A1 (en) | 2012-09-28 | 2014-04-03 | Applied Nanostructured Solutions, Llc | Carbon nanostructures and methods of making the same |
AU2013323175A1 (en) | 2012-09-28 | 2015-04-02 | Applied Nanostructured Solutions, Llc | Composite materials formed by shear mixing of carbon nanostructures and related methods |
US9133031B2 (en) * | 2012-10-04 | 2015-09-15 | Applied Nanostructured Solutions, Llc | Carbon nanostructure layers and methods for making the same |
US9107292B2 (en) | 2012-12-04 | 2015-08-11 | Applied Nanostructured Solutions, Llc | Carbon nanostructure-coated fibers of low areal weight and methods for producing the same |
AU2015333767B2 (en) * | 2014-10-13 | 2020-10-01 | Research Foundation Of The City University Of New York | Mixed material cathode for secondary alkaline batteries |
JP2018514903A (ja) * | 2015-03-24 | 2018-06-07 | スリーエム イノベイティブ プロパティズ カンパニー | 多孔質電極並びにこれによる電気化学セル及び液体フロー電池 |
KR102022399B1 (ko) * | 2015-09-09 | 2019-09-18 | 주식회사 엘지화학 | 탄소 나노튜브 분산액 및 이의 제조방법 |
-
2020
- 2020-02-21 CN CN202080036991.2A patent/CN113841267A/zh active Pending
- 2020-02-21 WO PCT/US2020/019199 patent/WO2020197673A1/en active Application Filing
- 2020-02-21 JP JP2021557071A patent/JP2022527748A/ja active Pending
- 2020-02-21 US US17/439,062 patent/US20220158193A1/en active Pending
- 2020-02-21 EP EP20711745.8A patent/EP3942626A1/en active Pending
- 2020-02-21 KR KR1020217033690A patent/KR20210141615A/ko not_active Application Discontinuation
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2016025077A (ja) * | 2014-07-22 | 2016-02-08 | シーナノ テクノロジー リミテッド | 電池用電極組成物 |
JP2018530113A (ja) * | 2016-03-24 | 2018-10-11 | エルジー・ケム・リミテッド | 二次電池の正極形成用組成物、及びこれを用いて製造した二次電池用正極並びに二次電池 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
KR20210141615A (ko) | 2021-11-23 |
US20220158193A1 (en) | 2022-05-19 |
EP3942626A1 (en) | 2022-01-26 |
CN113841267A (zh) | 2021-12-24 |
WO2020197673A1 (en) | 2020-10-01 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP7407201B2 (ja) | 電池用途向けのアノード電極組成物 | |
CN105280904B (zh) | 电池用电极组合物 | |
JP2022527748A (ja) | 電池用途向けのカソード電極組成物 | |
KR101515464B1 (ko) | 복합 전극재 | |
EP2950375B1 (en) | Ultra-fine fibrous carbon for non-aqueous electrolyte secondary battery, ultra-fine fibrous carbon aggregate, composite body, and electrode active material layer | |
JP6801806B1 (ja) | 非水電解質二次電池用カーボンナノチューブ分散液およびそれを用いた樹脂組成物、合材スラリー、電極膜、非水電解質二次電池。 | |
US20140332731A1 (en) | Electrode Composition for Battery | |
CN107845785A (zh) | 多孔硅复合物簇、其制备方法和其碳复合物、及各自包括其的电极、锂电池和器件 | |
EP3312316B1 (en) | Fibrous carbon, method for manufacturing same, electrode mixture layer for non-aqueous-electrolyte secondary cell, electrode for non-aqueous-electrolyte secondary cell, and non-aqueous-electrolyte secondary cell | |
US20130004657A1 (en) | Enhanced Electrode Composition For Li ion Battery | |
CN111213262A (zh) | 负极和包含所述负极的二次电池 | |
JP2022553798A (ja) | 乱層炭素コーティングを含む熱不均化されたアノード活物質 | |
US11929494B2 (en) | Anode active material including low-defect turbostratic carbon |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20211110 |
|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20211110 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20221108 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20221227 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20230327 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20230629 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20230913 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20231204 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20240304 |
|
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20240603 |