JP5779201B2 - リチウム電池 - Google Patents

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Description

本発明は電池、とくにリチウム電池に関する。
一次電池は環境にやさしくないため、再充電性、軽量、高電圧値、および高エネルギー密度といった特徴を有するリチウム電池の市場での需要は近年増加してきている。従って、軽量、持続性、高電圧、高エネルギー密度、および高安全性といったリチウム電池の現在の性能への要求はより高まっている。とくに、リチウム電池は、軽量電気自動車、電気自動車および大規模電力貯蔵産業における適応性および普及に高い可能性を有する。
しかしながら、現在既知の技術では、リチウム電池の製造は水分量の低い乾燥雰囲気中で行わなければならず、その主な理由はリチウム電池中に水分が多過ぎると水が電気化学反応中に電解を引き起こし、それにより生じるガス生成によりリチウム電池の性能に影響が及ぶからである。上記問題を克服するため、ほとんどの製造業者は高度に乾燥した乾燥室を構築するか、または追加の第２ハウジング工程を要し、これは高い乾燥条件を有する乾燥室を維持するのに電力のコストがかかり過ぎるだけでなく、貯蔵ガス室における脱ガス工程にも追加の費用および時間がかかる。
本発明は、水の存在下で製造することができる、より良好な性能を有するリチウム電池を提供する。
本発明は、負極、正極、電解質溶液およびハウジング構造を備えたリチウム電池を提供する。負極は、酸素含有官能基を有する材料を含む。正極および負極は別々に構成され、正極と負極との間に溶液領域が画定される。電解質溶液は溶液領域に配され、電解質溶液は水および添加剤を含む。ハウジング構造は負極、正極および電解質溶液をカバーする。
本発明の一実施形態では、リチウム電池は負極と正極との間に配置される隔離フィルムをさらに備え、溶液領域は隔離フィルム、負極および正極により画定される。
本発明の一実施形態では、隔離フィルムの材料は、例えば、絶縁材料である。
本発明の一実施形態では、絶縁材料は、例えば、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）またはこれらの組み合わせである。
本発明の一実施形態では、酸素含有官能基は、例えば、フェノール基、キノン基、ピロン基、ピラン基、ラクトン基またはこれらの組み合わせである。
本発明の一実施形態では、材料は、例えば、炭化物である。
本発明の一実施形態では、炭化物は、例えば、硬質炭素、軟質炭素、カーボンブラック、黒鉛、グラフェン、炭素繊維、炭素ナノチューブまたはこれらの混合物である。
本発明の一実施形態では、酸素含有官能基を有する材料は、例えば、金属酸化物である。
本発明の一実施形態では、金属酸化物は、例えば、ＳｎＯ、ＳｎＯ２、ＧｅＯ、ＧｅＯ２、Ｉｎ２Ｏ、Ｉｎ２Ｏ３、ＰｂＯ、ＰｂＯ２、Ｐｂ２Ｏ３、Ｐｂ３Ｏ４、Ａｇ２Ｏ、ＡｇＯ、Ａｇ２Ｏ３、Ｓｂ２Ｏ３、Ｓｂ２Ｏ４、Ｓｂ２Ｏ５、ＳｉＯ、ＺｎＯ、ＣｏＯ、ＮｉＯ、ＦｅＯまたはこれらの組み合わせである。
本発明の一実施形態では、正極は、例えば、リチウム金属、リチウム混合金属酸化物またはこれらの組み合わせである。
本発明の一実施形態では、リチウム混合金属酸化物としては、ＬｉＭｎＯ２、ＬｉＭｎ２Ｏ４、ＬｉＣｏＯ２、Ｌｉ２Ｃｒ２Ｏ７、Ｌｉ２ＣｒＯ４、ＬｉＮｉＯ２、ＬｉＦｅＯ２、ＬｉＮｉｘＣｏ１−ｘＯ２、ＬｉＦｅＰＯ４、ＬｉＭｎ０．５Ｎｉ０．５Ｏ２、ＬｉＭｎ１／３Ｃｏ１／３Ｎｉ１／３Ｏ２、ＬｉＭｃ０．５Ｍｎ１．５Ｏ４またはこれらの組み合わせが挙げられ、０＜ｘ＜１であり、Ｍｃは二価金属である。
本発明の一実施形態では、水の含有量は、例えば、２０ｐｐｍよりも多くかつ３００ｐｐｍ以下である。
本発明の一実施形態では、水の含有量は、例えば、１００ｐｐｍである。
本発明の一実施形態では、添加剤は、例えば、マレイミド、ポリマレイミド、ビスマレイミド、ポリビスマレイミド、ビスマレイミドおよびマレイミドのコポリマー、炭酸ビニレンまたはこれらの混合物である。
本発明の一実施形態では、マレイミドは、例えば、Ｎ−フェニルマレイミド、Ｎ−（ｏ−メチルフェニル）−マレイミド、Ｎ−（ｍ−メチルフェニル）−マレイミド、Ｎ−（ｐ−メチルフェニル）−マレイミド、Ｎ−シクロへキシルマレイミド、マレイミド、マレイミドフェノール、マレイミドベンゾシクロブテン、リン含有マレイミド、リン酸含有マレイミド、シロキサン含有マレイミド、Ｎ−（４−テトラヒドロピラニル−オキシフェニル）マレイミド、または２，６−キシリルマレイミドである。
本発明の一実施形態では、ビスマレイミドの構造式は式１：
式１
（式中、Ｒとしては：
,
,
,
,
,
,
,
,

または

が挙げられる）
で表される。
本発明の一実施形態では、添加剤の含有量は、例えば、０．０５重量％〜０．５重量％である。
本発明の一実施形態では、電解質溶液は有機溶媒をさらに含む。
本発明の一実施形態では、有機溶媒は、例えば、γ−ブチロラクトン（ＧＢＬ）、炭酸エチレン（ＥＣ）、炭酸プロピレン（ＰＣ）、炭酸ジエチル（ＤＥＣ）、酢酸プロピル（ＰＡ）、炭酸ジメチル（ＤＭＣ）、炭酸エチルメチル（ＥＭＣ）、またはこれらの組み合わせである。
本発明の一実施形態では、有機溶媒の含有量は、例えば、９５重量％〜９９重量％である。
本発明の一実施形態では、電解質溶液は電解質をさらに含む。
本発明の一実施形態では、電解質は、例えば、リチウム塩である。
本発明の一実施形態では、リチウム塩は、例えば、ＬｉＰＦ６、ＬｉＢＦ４、ＬｉＡｓＦ６、ＬｉＳｂＦ６、ＬｉＣｌＯ４、ＬｉＡｌＣｌ４、ＬｉＧａＣｌ４、ＬｉＮＯ３、ＬｉＣ（ＳＯ２ＣＦ３）３、ＬｉＮ（ＳＯ２ＣＦ３）２、ＬｉＳＣＮ、ＬｉＯ３ＳＣＦ２ＣＦ３、ＬｉＣ６Ｆ５ＳＯ３、ＬｉＯ２ＣＣＦ３、ＬｉＳＯ３Ｆ、ＬｉＢ（Ｃ６Ｈ５）４、ＬｉＣＦ３ＳＯ３またはこれらの組み合わせである。
本発明の一実施形態では、電解質の含有量は、例えば、３０重量％〜４０重量％である。
本発明の一実施形態では、リチウム電池は、負極および／または正極と別々に反応するポリマー結合剤をさらに含む。
本発明の一実施形態では、ポリマー結合剤は、例えば、フッ化ポリビニリデン（ＰＶＤＦ）、スチレン−ブタジエンゴム（ＳＢＲ）、ポリアミド、メラミン樹脂、カルボキシメチル−セルロース（ＣＭＣ）、水系結合剤（ＬＡ１３２、Ｃｈｅｎｇｄｕ Ｉｎｄｉｇｏ ｐｏｗｅｒ ｓｏｕｒｃｅｓ ＣＯ．，Ｌｔｄ．製）またはこれらの組み合わせである。
上記に基づき、本発明のリチウム電池は、負極の酸素含有官能基および添加剤を用い、水の存在下で電気化学反応を行い、自家重合物質を生成し、これにより電池容量を増加させ、急速充放電性能を向上させる。
また、本発明のリチウム電池は水を含有し得るので、現在の技術が求めるように電池製造工程が無水環境に限定される必要がなく、よって電池製造工程のために無水環境を維持するための電力消費を削減でき、結果的に製造コストを低減する。
本発明の一実施形態に係るリチウム電池の断面概略図である。 本発明の実施例および比較例１〜４におけるリチウム電池の充放電サイクル数と電池容量との関係曲線を示す図である。
図１は本発明の一実施形態によるリチウム電池の断面概略図である。
図１を参照すると、リチウム電池１００は負極１０２、正極１０４、電解質溶液１０８およびハウジング構造１１２を含む。
負極１０２は酸素含有官能基を有する材料を含む。また、負極１０２に用いられる材料は、例えば、炭素粉末、黒鉛、グラフェン、炭素繊維、炭素ナノチューブまたはこれらの混合物のような炭化物であり、材料の酸素含有官能基は、例えば、フェノール基、キノン基、ピロン基、ピラン基、ラクトン基またはこれらの組み合わせである。物質の組み合わせに加えて、酸素含有官能基を有する材料は、ＳｎＯ、ＳｎＯ２、ＧｅＯ、ＧｅＯ２、Ｉｎ２Ｏ、Ｉｎ２Ｏ３、ＰｂＯ、ＰｂＯ２、Ｐｂ２Ｏ３、Ｐｂ３Ｏ４、Ａｇ２Ｏ、ＡｇＯ、Ａｇ２Ｏ３、Ｓｂ２Ｏ３、Ｓｂ２Ｏ４、Ｓｂ２Ｏ５、ＳｉＯ、ＺｎＯ、ＣｏＯ、ＮｉＯ、ＦｅＯまたはこれらの組み合わせを含む、金属酸化物とすることもできる。
正極１０４および負極１０２は別々に構成され、溶液領域１１０は負極１０２と正極１０４との間に画定される。正極１０４は、例えば、リチウム金属、リチウム混合金属酸化物またはこれらの組み合わせであり、リチウム混合金属酸化物はＬｉＭｎＯ２、ＬｉＭｎ２Ｏ４、ＬｉＣｏＯ２、Ｌｉ２Ｃｒ２Ｏ７、Ｌｉ２ＣｒＯ４、ＬｉＮｉＯ２、ＬｉＦｅＯ２、ＬｉＮｉｘＣｏ１−ｘＯ２、ＬｉＦｅＰＯ４、ＬｉＭｎ０．５Ｎｉ０．５Ｏ２、ＬｉＭｎ１／３Ｃｏ１／３Ｎｉ１／３Ｏ２、ＬｉＭｃ０．５Ｍｎ１．５Ｏ４またはこれらの組み合わせであってもよく、０＜ｘ＜１であり、Ｍｃは二価金属である。
電解質溶液１０８は溶液領域１１０中に配置され、電解質溶液１０８は水および添加剤を含む。電解質溶液１０８中の水の含有量は、例えば、２０ｐｐｍよりも多くかつ３００ｐｐｍ以下である。１つの実施形態では、水の含有量は、例えば、１００ｐｐｍである。一般的には、「無水」は水の含有量が２０ｐｐｍ以下であると定義される。
電解質溶液１０８中の添加剤は、例えば、マレイミド、ポリマレイミド、ビスマレイミド、ポリビスマレイミド、ビスマレイミドおよびマレイミドのコポリマー、炭酸ビニレンまたはこれらの混合物である。電解質溶液１０８中の添加剤の含有量は、例えば、０．０５重量％〜０．５重量％である。
また、マレイミドはＮ−フェニルマレイミド、Ｎ−（ｏ−メチルフェニル）−マレイミド、Ｎ−（ｍ−メチルフェニル）−マレイミド、Ｎ−（ｐ−メチルフェニル）−マレイミド、Ｎ−シクロへキシルマレイミド、マレイミド、マレイミドフェノール、マレイミドベンゾシクロブテン、リン含有マレイミド、リン酸含有マレイミド、シロキサン含有マレイミド、Ｎ−（４−テトラヒドロピラニル−オキシフェニル）マレイミド、または２，６−キシリルマレイミドであってもよい。ビスマレイミドの構造式は、例えば、式１：
式１
（式中、Ｒは、例えば、
,
,
,
,
,
,
,
,

または

である）
で表される。
また、電解質溶液１０８は有機溶媒をさらに含むことができ、電解質溶液１０８中の有機溶媒の含有量は、例えば、９５重量％〜９９重量％である。有機溶媒は例えばγ−ブチロラクトン（ＧＢＬ）、炭酸エチレン（ＥＣ）、炭酸プロピレン（ＰＣ）、炭酸ジエチル（ＤＥＣ）、酢酸プロピル（ＰＡ）、炭酸ジメチル（ＤＭＣ）、炭酸エチルメチル（ＥＭＣ）、またはこれらの組み合わせである。
さらに、電解質溶液１０８は電解質をさらに含むことができ、電解質溶液１０８中の電解質の含有量は、例えば、３０重量％〜４０重量％である。電解質は、例えば、リチウム塩であり、リチウム塩はＬｉＰＦ６、ＬｉＢＦ４、ＬｉＡｓＦ６、ＬｉＳｂＦ６、ＬｉＣｌＯ４、ＬｉＡｌＣｌ４、ＬｉＧａＣｌ４、ＬｉＮＯ３、ＬｉＣ（ＳＯ２ＣＦ３）３、ＬｉＮ（ＳＯ２ＣＦ３）２、ＬｉＳＣＮ、ＬｉＯ３ＳＣＦ２ＣＦ３、ＬｉＣ６Ｆ５ＳＯ３、ＬｉＯ２ＣＣＦ３、ＬｉＳＯ３Ｆ、ＬｉＢ（Ｃ６Ｈ５）４、ＬｉＣＦ３ＳＯ３またはこれらの組み合わせである。
ハウジング構造１１２は、負極１０２、正極１０４および電解質溶液１０８をカバーするために用いられる。ハウジング構造１１２の材料は、例えば、アルミニウム箔である。
また、リチウム電池１００は負極１０２と正極１０４との間に配置される隔離フィルム１０６をさらに含むことができ、溶液領域１１０は隔離フィルム１０６、負極１０２および正極１０４により画定される。隔離フィルム１０６の材料は、例えば、絶縁材料であり、絶縁材料はポリエチレン、ポリプロピレンまたはこれらの組み合わせであってもよい。
一方、リチウム電池１００は、負極１０２および／または正極１０４に用いることで電極の機械特性が向上するような、ポリマー結合剤をさらに含んでいてもよい。ポリマー結合剤は、例えば、フッ化ポリビニリデン（ＰＶＤＦ）、スチレン−ブタジエンゴム（ＳＢＲ）、ポリアミド、メラミン樹脂、カルボキシメチル−セルロース（ＣＭＣ）、水系結合剤（ＬＡ１３２、Ｃｈｅｎｇｄｕ Ｉｎｄｉｇｏ ｐｏｗｅｒ ｓｏｕｒｃｅｓ ＣＯ．，Ｌｔｄ．製）またはこれらの組み合わせである。
本発明の一実施形態によると、「自家重合物質」は電解質溶液１０８中の添加剤および水ならびに負極１０２の酸素含有官能基を有する材料の電気化学反応から生成することができ、よってリチウム電池性能を向上させるのに役立つ。
さらに、本発明のリチウム電池１００は水を含有し得るので、現在の技術が求めるように電池製造工程を無水環境に限定する必要はなく、よって電池製造工程のため無水環境を維持するための電力消費を削減し、結果的に製造コストを低減する。
上記実施形態におけるリチウム電池の特徴について、以下の実施例に詳細に説明する。しかしながら、以下の実施例のデータは、上記実施形態において製造されるリチウム電池の電池容量および充放電サイクルの特徴を説明することのみを意図し、本発明の範囲を限定することを意図しない。
［実施例］
８重量部の黒鉛および４重量部のＮａＮＯ３と５６０体積部の濃縮Ｈ２ＳＯ４を２時間撹拌する。次に、３２重量部のＫＭｎＯ４を上記混合物に添加し、これを次に氷浴中で２時間冷却する。次に、８００体積部の脱イオン水での希釈後、５％過酸化水素を添加する。上記混合物が褐色になれば、黒鉛は完全に酸化している。次に、酸化黒鉛スラリーを脱イオン水に分散させ、０．１Ｍ塩酸をこれに添加し、硫酸イオンを除去する。次に、脱イオン水で洗浄後の酸化黒鉛スラリーのｐＨ値は約５となる。次に、オーブン中８０℃で２４時間加熱することで、グラフェン粉末が得られる。次に、高温炉において３００℃および１５％Ｈ２／８５％Ｎ２の雰囲気下で２時間加熱処理を行い、フェノール基、キノン基、ピロン基、ピラン基またはラクトン基を含有するグラフェン粉末（ＧＮＳ−３００）を生成する。
次に、８９重量部のグラフェン粉末（ＧＮＳ−３００）、１重量部の導電性カーボンブラックならびに１０重量部のカルボキシメチルセルロースおよびスチレン−ブタジエンゴムを脱イオン水中に分散させる。次に、アルミニウム箔にこのスラリーを塗装し、塗装したアルミニウム箔を乾燥、圧縮、および切断して負極を形成する。
また、２体積部の炭酸プロピレン（ＰＣ）、３体積部の炭酸エチレン（ＥＣ）および５体積部の炭酸ジエチル（ＤＥＣ）を電解質溶液中の有機溶媒として混合し；１Ｍの濃度を有するＬｉＰＦ６を電解質溶液のリチウム塩として用い；ビスマレイミドおよび炭酸ビニレンを電解質溶液中の添加剤として用いる。ビスマレイミドの構造式は式２に示すとおりであり、電解質溶液中のビスマレイミドの含有量は０．１重量％であり、電解質溶液中の炭酸ビニレンの含有量は２重量％である。
式２
次に、負極および正極を隔離フィルム（ＰＰ）で分離し、電解質溶液を通常湿度（相対湿度＞９５％）で負極と正極との間の溶液領域に投入する。ここで、水の含有量は１００ｐｐｍとする。最後に、上記構造をハウジング構造でシール（ｓｅａｌ）し、リチウム電池の製造工程を終了する。ここで、負極は酸素含有官能基を含み、電解質溶液は添加剤および水を含有する。
［比較例１］
比較例１のリチウム電池と実施例のリチウム電池とは、電解質溶液中の成分が異なる。比較例１の電解質溶液の成分は：２体積部の炭酸プロピレン（ＰＣ）、３体積部の炭酸エチレン（ＥＣ）および５体積部の炭酸ジエチル（ＤＥＣ）を混合することにより形成される有機溶媒；リチウム塩（１Ｍ ＬｉＰＦ６）；ならびに添加剤（ビスマレイミドおよび炭酸ビニレン）を含む。ここで、ビスマレイミドの構造式は式２のとおりであり、電解質溶液中のビスマレイミドの含有量は０．１重量％であり、電解質溶液中の炭酸ビニレンの含有量は２重量％である。次に、負極および正極を隔離フィルムで分離し、上記電解質溶液を乾燥室環境において負極と正極との間の溶液領域に投入する。ここで、水の含有量はカール・フィッシャー水分計により２０ｐｐｍである。実施例との比較において、比較例１の電解質溶液は無水電解質溶液とする。
［比較例２］
比較例２のリチウム電池と実施例のリチウム電池とは、電解質溶液中の成分が異なる。比較例２の電解質溶液の成分は：２体積部の炭酸プロピレン（ＰＣ）、３体積部の炭酸エチレン（ＥＣ）および５体積部の炭酸ジエチル（ＤＥＣ）を混合することにより形成される有機溶媒；ならびにリチウム塩（１Ｍ ＬｉＰＦ６）を含む。次に、負極および正極を隔離フィルムで分離し、上記電解質溶液を乾燥室環境において負極と正極との間の溶液領域に投入する。ここで、水の含有量はカール・フィッシャー水分計により２０ｐｐｍである。実施例との比較において、比較例２の電解質溶液は添加剤を含まない無水電解質溶液とする。
［比較例３］
比較例３のリチウム電池と実施例のそれは負極の材料が異なる。比較例３におけるリチウム電池の負極材料の調製方法について以下に記載する。
８重量部の黒鉛および４重量部のＮａＮＯ３と５６０体積部の濃縮Ｈ２ＳＯ４を２時間撹拌する。次に、３２重量部のＫＭｎＯ４を上記混合物に添加し、これを次に氷浴中で２時間冷却する。次に、８００体積部の脱イオン水での希釈後、５％過酸化水素を添加する。上記混合物が褐色になれば、黒鉛は完全に酸化している。次に、酸化黒鉛スラリーを脱イオン水中に分散し、０．１Ｍ塩酸をこれに添加し、硫酸イオンを除去する。次に、脱イオン水で洗浄後の酸化黒鉛スラリーのｐＨ値は約５である。次に、オーブン中８０℃で２４時間加熱することで、グラフェン粉末が得られる。次に、高温炉において１４００℃で２時間加熱処理を行い、フェノール基、キノン基、ピロン基、ピラン基またはラクトン基を有さないグラフェン粉末（ＧＮＳ−１４００）を生成する。
［比較例４］
比較例４のリチウム電池と比較例３のリチウム電池とは、電解質溶液の成分が異なる。比較例４の電解質溶液の成分は：２体積部の炭酸プロピレン（ＰＣ）、３体積部の炭酸エチレン（ＥＣ）および５体積部の炭酸ジエチル（ＤＥＣ）を混合することにより形成される有機溶媒；ならびにリチウム塩（１Ｍ ＬｉＰＦ６）を含む。次に、負極および正極を隔離フィルムで分離し、上記電解質溶液を乾燥室環境において負極と正極との間の溶液領域に投入する。ここで、水の含有量はカール・フィッシャー水分計により２０ｐｐｍである。比較例３との比較において、比較例４の電解質溶液は添加剤を含まない無水電解質溶液である。
［電気的測定］
［Ａ．電池容量］
実施例および比較例１〜比較例４のリチウム電池を、一定の電流／電圧で充電および放電する。まず、リチウム電池を、電流が０．１ｍＡ以下になるまで、０．１ｍＡ／ｃｍ２の一定電流で０．００５Ｖまで充電する。次に、リチウム電池を０．１ｍＡ／ｃｍ２の一定電流でカットオフ電圧（３．５Ｖ）まで放電する。実施例および比較例１〜比較例４のリチウム電池のグラム当たりの容量（１グラム当たりのミリアンプ時間、ｍＡｈ／ｇ）および効率を以下の表１に示す。
［Ｂ．充放電サイクル試験］
実施例および比較例１〜比較例４のリチウム電池を、一定の電流／電圧で充電および放電する。まず、リチウム電池を、電流が０．１ｍＡ以下になるまで、０．１ｍＡ／ｃｍ２の一定電流で０．００５Ｖまで充電する。次に、リチウム電池を０．１ｍＡ／ｃｍ２の一定電流でカットオフ電圧（３．５Ｖ）まで放電する。上記工程を１０回繰り返す。実施例および比較例１〜比較例４のリチウム電池のグラム当たりの容量（１グラム当たりのミリアンプ時間、ｍＡｈ／ｇ）を以下の表１に示す。また、図２は本発明の実施例および比較例１〜４のリチウム電池の充放電サイクル数と電池容量との関係曲線を示す図である。
表１に示すように、充電および放電の１０サイクル後、本発明の実施例の電池容量は比較例３と比べて４倍増加する。また、図２の結果に示すように、負極が酸素含有官能基を含まず、電解質溶液が添加剤をまったく含有せず、水をほとんど含有しない、比較例４のリチウム電池が、より悪いサイクル寿命およびより小さい電池容量を有するのに対し、負極が酸素含有官能基を含み、電解質溶液が添加剤および水を含有する、実施例のリチウム電池は、より良いサイクル寿命およびより大きな電池容量を有する。さらに、電解質溶液中に水をほとんど含まない比較例１、電解質溶液中に添加剤をまったく含まず、水をほとんど含まない比較例２、および負極中に酸素含有官能基を含まない比較例３のリチウム電池のサイクル寿命および電池容量は、すべて実施例と比較例４のリチウム電池の電池容量の間の値であるが、この中で、負極が酸素含有官能基をまったく含まない比較例３のリチウム電池がもっとも短いサイクル寿命およびもっとも小さい電池容量を有する。
上記データから、添加剤、水および酸素含有官能基の間の電気化学反応により生成される自家重合物質により電池容量および繰り返し寿命を効果的に向上できることを理解できる。ここでは、例えば、ビスマレイミドおよび炭酸ビニレンである添加剤が、特定の量の水を含有する電解質溶液と組み合わされ、その負極中に酸素含有官能基を含有するグラフェンリチウム電池に用いられる。また、上記データは良好な電池容量およびループ寿命を有するリチウム電池を通常湿度（相対湿度＞９５％）で製造できることも示す。
要約すると、上記実施形態のリチウム電池では、電池容量およびサイクル寿命は、負極の酸素含有官能基を電解質溶液中の添加剤および水と電気化学反応させることによって自家重合物質を生成することにより効果的に向上される。さらに、上記実施形態は、既知の製造工程の電力消費を低減し、よって製造コストを効果的に低減し、安全性を向上させる。
本発明を上記実施形態により開示してきたが、それらは本発明を限定することを意図しない。当業者であれば、本発明の精神および範囲から逸脱することなく、いくつかの変更を行うことができる。従って、本発明の保護範囲は添付の特許請求の範囲に含まれる。
本発明のリチウム電池は負極の酸素含有官能基および添加剤を用い、水の存在下で電気化学反応を行い、自家重合物質を生成し、これにより電池容量を増加させ、急速充放電性能を向上させる。
さらに、本発明のリチウム電池は水を含有し得るので、電池製造工程を無水環境に限定する必要はなく、よって電池製造工程のため無水環境を維持するための電力消費を節約し、結果的に製造コストを低減する。
１００：リチウム電池
１０２：負極
１０４：正極
１０６：隔離フィルム
１０８：電解質溶液
１１０：溶液領域
１１２：ハウジング構造

Claims (9)

  1. 酸素含有官能基を有する材料であって、炭化物による材料を含む、負極；
    該負極とは別々に構成され、該負極との間に溶液領域が画定される、正極；
    水、有機溶媒、電解質および添加剤を含み、該溶液領域に設けられる、電解質溶液；ならびに
    該負極と、該正極と共に該電解質溶液をシールする、ハウジング構造
    を含むリチウム電池であって、
    前記酸素含有官能基が、フェノール基、キノン基、ピロン基、ピラン基、ラクトン基またはこれらの組み合わせを含み、
    前記添加剤が、マレイミド、ポリマレイミド、ビスマレイミド、ポリビスマレイミド、ビスマレイミドおよびマレイミドのコポリマー、炭酸ビニレンまたはこれらの混合物を含み、
    前記水の含有量が２０ｐｐｍよりも多くかつ３００ｐｐｍ以下である、リチウム電池。
  2. 前記正極が、リチウム金属、リチウム混合金属酸化物またはこれらの組み合わせを含む、請求項１に記載のリチウム電池。
  3. 前記マレイミドは、Ｎ−フェニルマレイミド、Ｎ−（ｏ−メチルフェニル）−マレイミド、Ｎ−（ｍ−メチルフェニル）−マレイミド、Ｎ−（ｐ−メチルフェニル）−マレイミド、Ｎ−シクロへキシルマレイミド、マレイミド、マレイミドフェノール、マレイミドベンゾシクロブテン、リン含有マレイミド、リン酸含有マレイミド、シロキサン含有マレイミド、Ｎ−（４−テトラヒドロピラニル−オキシフェニル）マレイミド、または２，６−キシリルマレイミドを含む、請求項１に記載のリチウム電池。
  4. 前記ビスマレイミドの構造式が、式１：
    式１
    （式中、Ｒとしては
    ,
    ,
    ,
    ,
    ,
    ,
    ,
    ,

    または

    が挙げられる）
    で表される、請求項１に記載のリチウム電池。
  5. 前記添加剤の含有量が０．０５重量％〜０．５重量％である、請求項１に記載のリチウム電池。
  6. 前記有機溶媒の含有量が９５重量％〜９９重量％である、請求項１に記載のリチウム電池。
  7. 前記電解質の含有量が３０重量％〜４０重量％である、請求項１に記載のリチウム電池。
  8. 負極および／または正極と別々に反応するポリマー結合剤をさらに含む、請求項１に記載のリチウム電池。
  9. 前記負極の材料が、さらに金属酸化物を含む、請求項１に記載のリチウム電池。
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