JP5244314B2 - 電気化学的電池の製造方法 - Google Patents
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Description
それは、陽電極と陰電極との間の電気的分離を提供しなければならない。そのような電気的分離無しでは、電池の作動は不可能である。
それは、両電極間の液体電解質の均等な分布に寄与しなければならない。
それは、陰極チャンバと陽極チャンバとの物理的分離を提供しなければならないが、それと同時に、必要な電解質の輸送と、電池の前記二つの部分チャンバ間の気体の輸送も提供する必要がある。
それは、両電極間の短絡を確実に防止しなければならない。これは、電池の充電中に、活性金属が電極表面に析出する場合、特に当てはまる。
セパレータは、電池中において不活性でなければならない。
それは、高エネルギ密度を可能にするには可能な限り薄いものでなければならない。
電池の性能と、その寿命は、電解質イオンに対するセパレータの透過性によって部分的に決まる。
セパレータのコストは許容可能なものでなければならない。
従来の電池においては、セパレータの損傷に関連するリスクが存在しないので、安全性が大幅に改善される。
典型的なセパレータ材料は大きなコスト要因であることから、コストが低減される。
電池の重量と体積が減少するので、より大きなエネルギと電力密度を達成することができる。
電池表面上の活性金属の析出に関連するリスクが無いため、高電流で、従って、急速に、電池を充電することができる。
標準的な生産設備、例えば、リチウムイオン電池用の生産設備を使用することができる。
もしも前記方法が、電池の製造中において、前記洗浄剤の少なくとも一部が挿入電極内に残るように適用される場合には、その洗浄剤は、電池の作用に対して無害のものでなければならない。有害な成分に対しては、簡単で完全な除去性が必須である。
前記洗浄剤は、前記電極材と適合性があるものでなければならない。特に、それは、電極作用の障害となるような如何なる反応も起こすものであってはならない。
ハウジングの内部をガス状SO2で満たす。
前記ハウジングの充填開口部を、前記ガス状SO2が電解質溶液中に容易に溶解するようなSO2濃度の電解質溶液を含む容器に気密状態に取付ける。
前記電解質溶液を、SO2の溶解から生じる部分真空状態による駆動によって前記ハウジング内に流入させる。
前記予備供給源は、前記電解質溶液と接触状態にされる。
補助電極が前記電解質溶液と電気接触状態にされる。
前記補助電極と、前記活性金属が移される電極との間に電線接続を形成する。
前記活性金属の移送を、前記補助電極と前記活性金属が移される電極との間に流れる電流によって行う。
前記活性金属は、純金属(即ち、化学的に結合されていない)として前記電解質と(好ましくは、浸漬によって)接触させることができる。
追加量の電解質を、前記電池のハウジングの外部の容器、又は、電池自身の内部に設けることができる。第1の場合、追加電解質は(イオン輸送を可能にする)電解質ブリッジを介して電池内の電解質と接続される。
前記追加の活性金属は、適当な化合物、アルカリ金属Aの場合は、好ましくは、亜ジチオン酸塩A2S2O4として使用することができる。
活性金属の予備供給源から陰電極への移送は、電解質の充電の後、但し電池の一回目の充電の前に行われるべきであり、電池の正常充電中と略同じ量、(金属アルカリ金属が陰電極上および/又は内に蓄積される前に)電極表面上にカバー層が形成されるまで続けられるべきである。
陽電極の場合、目的は、前の充電中にカバー層形成の結果として陽電極に起こった損失を、アルカリ金属の追加供給によって、置き換えることにある。この場合、電解質の充填後、電池の充電によってカバー層が陰電極上に形成され、この充電処理は、好ましくは、金属アルカリ金属が陰電極上および/又は内に蓄積され、それによって電池が充電されるまで継続される。その後、充電処理中に陽電極から抽出されたアルカリ金属を、それに活性金属を供給することによって置換する。
テスト材料16:絶縁層4に対するその好適性が評価される材料。
ニッケル金属からなる補助電極17:これは、液体透過性でなければならず、例えば、延伸された金属又は穿孔されたシートメタルから形成することができる。
セパレータ18:典型的なセパレータ材が好適である。この実験構成において、その電気絶縁特性、同時に電解質に対する透過性のみが重要である。
陽電極19:ニッケル発泡材としてのLiCoO2。
電極容量:40mAh
電解質溶液:LiAlCl4×1.5 SO2
電極材料:LiCoO2
最初に、電池1のハウジング2を、ライン29(V=真空)を介して真空抜きする。この手順は、圧力測定装置30を使用して制御することができる。次に、ガス状SO2を、ライン31を介して供給し、これによって、ハウジング2の内部をガス状SO2で充填する。
次に、容器32内に提供される電解質溶液の充填を行う。そのSO2濃度は比較的低いので、電池1内に存在するガス状二酸化硫黄は、ハウジング2と容器32との間の接続を開放すると、電解質溶液中に容易に溶解する。言い換えると、電解質溶液との弱い発熱反応が起こる。従って、ハウジング2中のガスの量は減少する。電池1内に部分真空状態が発生し、それによって、更に電解質が容器32から吸引される。電解質は、電池1の内部に存在する層のすべての孔に浸透する。これは、導電性塩の一部が、この時点において、電池の内部に既に存在しているならば(例えば、前記第2主態様による洗浄工程の結果として)、更に補助される。
AE:2Li → 2Li++2e−
AE:2AlCl4 − → 2AlCl3+Cl2+2e−
AE:2AlCl4 − → 2AlCl3+Cl2+2e−
(b):SO2Cl2+Li2S2O4 → 2LiCl+3SO2
(c):2LiCl+2AlCl3 → 2Li++2AlCl4 −
Claims (10)
- ハウジング内に陽電極と陰電極とを有する電気化学的電池の製造方法であって、該方法が、導電性塩を含有するSO2系電解質溶液が前記ハウジングに移送される工程を含み、この電解質溶液の移送は以下の部分工程:
ハウジングの内部をガス状SO2で満たす工程、
前記ハウジングの充填開口部を、前記ガス状SO2が電解質溶液中に容易に溶解するようなSO2濃度の電解質溶液を含む容器に気密状態に取付ける工程、
前記電解質溶液を、前記溶液中のSO2の溶解から生じる部分真空状態による駆動によって前記ハウジング内に流入させる工程、を含む電気化学的電池の製造方法。 - 前記導電性塩はLiAlCl4であり、前記電解質溶液のSO2濃度は、LiAlCl4×3.5SO2以下である請求項1に記載の電気化学的電池の製造方法。
- 電極の表面から、その最適化のために水酸化物イオンを除去し、
水酸化物イオンと反応する第1洗浄成分を含む洗浄剤が、前記電極と、それに結合した水酸化物イオンが前記第1洗浄成分と反応することによって前記電極表面から取り除かれるように接触される請求項1に記載の電気化学的電池の製造方法。 - 前記電池の機能に障害となりうる前記洗浄剤、又はその反応生成物の成分を前記電極から除去する請求項3に記載の電気化学的電池の製造方法。
- 前記第1洗浄成分は無プロトンルイス酸である請求項4に記載の電気化学的電池の製造方法。
- 前記無プロトンルイス酸は、AlF3,BF3,CO2,CS2,及びGaCl3から成る群から選択される請求項5に記載の電気化学的電池の製造方法。
- 前記電極は挿入電極である請求項3〜6の何れかに記載の電気化学的電池の製造方法。
- H+イオンと反応する第2洗浄成分を含む洗浄剤が、前記挿入電極と、その内部に結合したH+イオンが前記成分との反応による前記電極から抽出されるように接触される請求項7に記載の電気化学的電池の製造方法。
- 前記第2洗浄成分は、前記挿入電極に結合したH+イオンとイオン交換反応する塩である請求項8に記載の電気化学的電池の製造方法。
- 前記塩はハロゲン化物である請求項9に記載の電気化学的電池の製造方法。
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