JP4933029B2 - アルミニウム製またはアルミニウム合金製の導電性基体を有してなる少なくとも1つの両極性電極を具備したリチウム電気化学的電池 - Google Patents
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Description
−負極においては、 C+xLi++xe− → LixC
−正極においては、 LiMO2 → Li1−xMO2+xLi++xe− となって、リチウムイオンが電解質を含有したセパレータを流れるか、あるいは、電解質がLi+X−タイプの塩を含有している場合には、X− → Xe− となって、正極が活性炭から形成されている場合には、Xがカーボン上に吸収される。
−電気伝導性基体と、この電気伝導性基体に対して取り付けられかつ正極活物質を有した正極活物質層と、を備え、外側に位置した正極と;
−電気伝導性基体と、この電気伝導性基体に対して取り付けられかつ負極活物質を有した負極活物質層と、を備え、外側に位置した負極と;
−第1電気伝導性基体に対して取り付けられかつ正極活物質を有した正極活物質層と、第2電気伝導性基体に対して取り付けられかつ負極活物質を有した負極活物質層と、を備えるとともに、第1電気伝導性基体と第2電気伝導性基体とが互いに固定されているような、少なくとも1つの両極性電極と;
−リチウムイオンに対しての導体でありかつ電気絶縁体であるとともに、両極性電極の両サイドに配置された2つのセパレータと;
を具備してなり、少なくとも1つの両極性電極の第1電気伝導性基体と第2電気伝導性基体とが、アルミニウムおよびアルミニウム合金からなるグループの中から選択された互いに同一の材料から、または、アルミニウムおよびアルミニウム合金からなるグループの中から選択された互いに互いに異なる材料から、形成され、少なくとも1つの両極性電極の負極活物質層内の負極活物質が、第2電気伝導性基体をなす材料と一緒にアルミニウム−リチウム合金を形成し得ない材料とされていることを特徴としている。
−第1の遷移系列は、スカンジウムから鉛までにわたる範囲とされる。
−第2の遷移系列は、イットリウムからカドミウムまでにわたる範囲とされる。
−第3の遷移系列は、ハフニウムから水銀までにわたる範囲とされる。
[(1)正極の形成]
正極は、
−Erachem Europe 社から入手したLi1.04Mn1.96O4 を85.5%、
−Erachem Europe 社から入手した super P という商標名のカーボンブラックを8.5%、
−Solvay 社から入手した SOLEF 6020 という商標名のポリフッ化ビニリデン(PVDF)を6.0%、
という各質量比率で備えているものであって、以下の手順で形成した。
−酸化マンガン粉末と、カーボンブラック粉末と、を個別的に計量した。
−PVDFを12wt%で含有したN−メチルピロリドン(NMP)溶液を、調製した。
−NMP内に溶解させたPVDFを、ミキサー内に導入し、さらにNMPを追加して希釈した。
−ミキサーにより混合を行いつつ、上記複数の粉末を、徐々に添加した。
−一様な混合体が得られた後に、ミクロンスケールのドクターブレードを使用して、20μm厚さのアルミニウム箔上に、混合物をコーティングした。
−このようにして得られた電極を、80℃のオーブン内において、最初の1時間は雰囲気圧力下において、次の2時間は真空下において、乾燥させた。
負極は、
−5:2という比率で混合したTiO2粉末/LiCO3粉末からなる混合物を空気中において15時間にわたって900℃で加熱することによって得たLi4Ti5O12を、85.7%、
−Erachem Europe 社から入手した super P という商標名のカーボンブラックを8.3%、
−Solvay 社から入手した SOLEF 6020 という商標名のポリフッ化ビニリデン(PVDF)を6.0%、
という各質量比率で備えているものであって、以下の手順で形成した。
−酸化チタン粉末と、カーボンブラック粉末と、を個別的に計量した。
−PVDFを12wt%で含有したN−メチルピロリドン(NMP)溶液を、調製した。
−NMP内に溶解させたPVDFを、ミキサー内に導入し、さらにNMPを追加して希釈した。
−ミキサーにより混合を行いつつ、上記複数の粉末を、徐々に添加した。
−一様な混合体が得られた後に、ミクロンスケールのドクターブレードを使用して、20μm厚さのアルミニウム箔上に、混合物をコーティングした。
−このようにして得られた電極を、80℃のオーブン内において、最初の1時間は雰囲気圧力下において、次の2時間は真空下において、乾燥させた。
両極性電極は、上記第(1)項により形成した正極の面上において、上記負極形成手順を行うことにより、形成した。
両電極を所望の型式にカットした後に、室温において2t/cm2 でもって圧縮した。
14 正極活物質層
15 セパレータ
16 負極活物質層
17 単一の基体
18 正極活物質層
19 セパレータ
20 電気伝導性基体
21 負極活物質層
Claims (7)
- リチウム電気化学的電池であって、
−電気伝導性基体(13)と、この電気伝導性基体(13)に対して取り付けられかつ正極活物質を有した正極活物質層(14)と、を備え、外側に位置した正極と;
−電気伝導性基体(21)と、この電気伝導性基体(21)に対して取り付けられかつ負極活物質を有した負極活物質層(20)と、を備え、外側に位置した負極と;
−第1電気伝導性基体に対して取り付けられかつ正極活物質を有した正極活物質層(18)と、第2電気伝導性基体に対して取り付けられかつ負極活物質を有した負極活物質層(16)と、を備えるとともに、前記第1電気伝導性基体と前記第2電気伝導性基体とが互いに固定されているような、少なくとも1つの両極性電極と;
−リチウムイオンに対しての導体でありかつ電気絶縁体であるとともに、前記両極性電極の両サイドに配置された2つのセパレータ(15,19)と;
を具備してなり、
前記少なくとも1つの両極性電極の前記第1電気伝導性基体と前記第2電気伝導性基体とが、アルミニウムおよびアルミニウム合金からなるグループの中から選択された互いに同一の材料から、または、アルミニウムおよびアルミニウム合金からなるグループの中から選択された互いに互いに異なる材料から、形成され、
前記少なくとも1つの両極性電極の前記負極活物質層(16)内の前記負極活物質が、前記第2電気伝導性基体をなす材料と接触したにしてもアルミニウム−リチウム合金を形成し得ない材料とされ、
前記少なくとも1つの両極性電極の前記負極活物質の中へのリチウム導入に要する電位が、アルミニウム−リチウム合金の形成に要する電位よりも大きいものとされており、
前記セパレータ(15,19)が、
(i)液体状をなすリチウムイオン伝導性電解質を含有した多孔性部材から形成されている、あるいは、
(ii)リチウム塩を含有したポリマー電解質から形成されている、あるいは、
(iii)溶融したリチウム塩を有している、あるいは、
(iv)リチウム塩を溶解させたイオン性液体から形成されている、
のいずれかとされ、
前記少なくとも1つの両極性電極の前記正極活物質が、活性炭とされていることを特徴とするリチウム電気化学的電池。 - 請求項1記載のリチウム電気化学的電池において、
前記少なくとも1つの両極性電極の前記第1電気伝導性基体と前記第2電気伝導性基体とが、単一の基体(17)を形成していることを特徴とするリチウム電気化学的電池。 - 請求項1記載のリチウム電気化学的電池において、
前記少なくとも1つの両極性電極の前記負極活物質の中へのリチウム導入に要する電位が、0.25Vよりも大きいものとされていることを特徴とするリチウム電気化学的電池。 - 請求項1〜3のいずれか1項に記載のリチウム電気化学的電池において、
外側に位置した前記正極と外側に位置した前記負極とのうちの少なくとも一方の前記電気伝導性基体が、アルミニウムおよびアルミニウム合金からなるグループの中から選択された材料から形成されていることを特徴とするリチウム電気化学的電池。 - 請求項1〜4のいずれか1項に記載のリチウム電気化学的電池において、
前記少なくとも1つの両極性電極の前記負極活物質が、Li4Ti5O12とされていることを特徴とするリチウム電気化学的電池。 - 請求項1記載のリチウム電気化学的電池において、
前記セパレータ(15,19)が、リチウム塩を溶解させたイオン性液体から形成されている場合に、
前記イオン性液体が、イミダゾリウム塩と、ジアルキルイミダゾリウム塩と、アルキルピリジニウム塩と、ジアルキルピリジニウム塩と、クロロアルミン酸塩と、アルキルクロロアルミン酸塩と、からなるグループの中から選択されていることを特徴とするリチウム電気化学的電池。 - 請求項1〜6のいずれか1項に記載のリチウム電気化学的電池において、
前記すべての電気伝導性基体(13,17,21)が、アルミニウムから形成され、
前記すべての負極活物質が、同一の材料から形成され、
前記すべての正極活物質が、同一の材料から形成されていることを特徴とするリチウム電気化学的電池。
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