JP6721586B2 - 全固体リチウム電池 - Google Patents
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Description
本出願は、両方とも2014年12月1日付で出願された、米国仮特許出願第62/086,084号および第62/086,016号の利益を主張する。
本発明を示す例は次の通りである。
[例1]固体電解質と、第1の温度(T 1 )および第2の温度(T 2 )の間の電池の温度範囲にわたって、1つの内部抵抗レベル(R1)で前記電池を動作させる、少なくとも2つの端子と、T 1 またはT 2 どちらかの範囲外では第2の内部抵抗レベル(R 2 )で前記電池を動作させる、少なくとも1つの高抵抗端子と、前記電池の前記温度がT 1 またはT 2 どちらかの範囲外のときにR 2 を活性化するスイッチとを備える、全固体リチウム電池。
[例2]T 1 が両端を含む20℃から60℃の値であり、T 2 が両端を含む80℃から120℃の値である、例1に記載の全固体リチウム電池。
[例3]前記少なくとも1つの高抵抗端子が、前記電池のセル内に埋め込まれた少なくとも1つの抵抗体シートに電気的に接続される、例1に記載の全固体リチウム電池。
[例4]前記少なくとも1つの抵抗体シートが、グラファイト、高配向性熱分解グラファイト(HOPG)、ステンレス鋼、ニッケル、クロム、ニクロム、銅、アルミニウム、チタン、またはそれらの組み合わせで作られる、例1から3のいずれか一項に記載の全固体リチウム電池。
[例5]前記少なくとも1つの抵抗体シートが1マイクロメートルから150マイクロメートルの厚さを有する、例3に記載の全固体リチウム電池。
[例6]電極および前記固体電解質を含むスタックを備え、前記少なくとも1つの抵抗体シートが前記スタック内に挟まれる、例3に記載の全固体リチウム電池。
[例7]前記少なくとも1つの抵抗体シートが少なくとも2つのタブを有するように構成され、一方のタブが前記電池の他の電極タブに電気的に接続されて低抵抗端子を形成し、前記少なくとも1つの抵抗体シートの他方のタブが前記少なくとも1つの高抵抗端子に電気的に接続される、例3に記載の全固体リチウム電池。
[例8]前記少なくとも1つの抵抗体シートが、0.1から5の数値をアンペア時間(Ah)での前記電池の容量で割ったものに等しい、オーム単位の抵抗を有する、例3に記載の全固体リチウム電池。
[例9]前記少なくとも1つの抵抗体シートが、大きい表面積を有する平面であり、前記電池の前記セル内の構成要素と直接接触している、例3に記載の全固体リチウム電池。
[例10]前記少なくとも1つの高抵抗端子が追加の負端子である、例3に記載の全固体リチウム電池。
[例11]前記少なくとも1つの高抵抗端子が追加の正端子である、例3に記載の全固体リチウム電池。
[例12]前記スイッチが、温度コントローラによって駆動され、R 1 で前記電池を動作させる前記端子と、R 2 で前記電池を動作させる前記端子との間で切り替わるように構成される、例3に記載の全固体リチウム電池。
[例13]前記スイッチが、熱的に自己活性化されて、R 1 で前記電池を動作させる前記端子とR 2 で前記電池を動作させる前記端子との間で切り替わる、例3に記載の全固体リチウム電池。
[例14]前記自己活性化スイッチが、T 1 もしくはT 2 もしくは両方で相転移および相当の体積変化を起こす位相変化材料、バイメタルスイッチ、または温度T 1 もしくはT 2 もしくは両方で体積が相当拡張する固体材料の中から選択されたスイッチである、例13に記載の全固体リチウム電池。
[例15]前記スイッチが、電気機械式継電器および温度コントローラ、または温度センサを備えた固体継電器、温度センサを備えたパワーMOSFET、または温度センサを備えた高電流スイッチから成る、例3に記載の全固体リチウム電池。
[例16]前記電池が、パウチ、円筒状、角柱状、または角がある形態を有する、例3に記載の全固体リチウム電池。
[例17]例1から16のいずれか一項に記載の全固体リチウム電池と、R 1 での前記電池の動作とR 2 での前記電池の動作との間で切り替わることができるコントローラとを備える、電池システム。
[例18]T 1 および/またはT 2 を判断する温度センサをさらに備える、例17に記載の電池システム。
[例19]前記少なくとも1つの高抵抗端子が、前記電池のセルに埋め込まれた少なくとも1つの抵抗体シートに電気的に接続され、前記システムが、前記少なくとも1つの抵抗体シートに電力供給する補助電池をさらに備える、例17に記載の電池システム。
[例20]前記システムが、セルの1つ以上の部分群の形で配置された複数の電気化学貯蔵セルを備え、セルの各部分群が1つ以上の抵抗体シートを有し、セルの各部分群が、前記1つ以上の抵抗体シートに電流を流して高抵抗状態を形成することができる、または前記1つ以上の抵抗体シートを迂回するように電流を流して低抵抗状態を形成することができる、1つ以上のスイッチを有する、例17に記載の電池システム。
[例21]少なくとも2つの内部抵抗レベルを有する全固体リチウム電池を動作させる方法であって、第1の温度(T 1 )および第2の温度(T 2 )の間の前記電池の温度範囲にわたって前記電池を1つの内部抵抗レベル(R 1 )で動作させるステップと、前記電池の温度がT1もしくはT2どちらかの範囲外のときに第2の内部抵抗レベル(R 2 )を活性化するスイッチを活性化することによって、T 1 もしくはT 2 どちらかの範囲外で前記電池をR2で動作させるステップとを含む、方法。
[例22]前記電池温度がT 1 未満またはT 2 超過のときは、前記スイッチが開いて前記電池をR2で動作させる、例21に記載の方法。
[例23]前記電池温度がT 1 およびT 2 の間のときは、前記スイッチが閉じて前記電池をR1で動作させる、例21に記載の方法。
[例24]少なくとも2つの内部抵抗レベルを有する全固体リチウム電池を動作させる方法であって、第1の温度(T 1 )および第2の温度(T 2 )の間の前記電池の温度範囲にわたって前記電池を1つの内部抵抗レベル(R 1 )で動作させるステップと、T 1 もしくはT 2 どちらかの範囲外では前記電池を第2の内部抵抗レベル(R 2 )で動作させるステップとを含み、前記電池をR2で動作させるステップが、定電圧定電流(CVCC)サイクルを適用して前記電池を昇温するステップを含む、方法。
[例25]前記定電圧が0.2から1Vに設定され、電流限界が1Cから10Cに設定される、例24に記載の方法。
[例26]少なくとも1つのカソード電極、少なくとも1つのアノード電極、およびそれらの間の少なくとも1つの固体電解質を有する少なくとも1つのセルと、電池内の少なくとも1つの抵抗体シートであって、前記電池の端子に電気的に接続されるように構成された少なくとも2つのタブを有する、抵抗体シートとを備える、全固体リチウム電池。
[例27]前記アノードがリチウム金属を含む、例26に記載の全固体リチウム電池。
[例28]前記カソードが硫黄または硫黄とカーボンの複合物を含む、例26に記載の全固体リチウム電池。
[例29]前記少なくとも1つの抵抗体シートが、前記少なくとも1つのカソード電極または少なくとも1つのアノード電極のどちらかに直接接触する、例26に記載の全固体リチウム電池。
[例30]前記電池が、並列または直列で電気的に接続された、複数の前記少なくとも1つのセルをさらに備える、例26から29のいずれか一項に記載の全固体リチウム電池。
104a カソード
104b カソード
106a 固体電解質
106b 固体電解質
108a アノード
108b アノード
110a カソードタブ
110b カソードタブ
112a アノードタブ
112b アノードタブ
114 抵抗器タブ
116 抵抗器タブ
120 温度制御式スイッチ
320 スイッチ1
330 正端子
332 負端子
320 スイッチ1
420 スイッチ2
430 正端子
432 負端子
440 補助電池
502a 正端子
502b 正端子
502i 正端子
504a 負端子
504b 負端子
504i 負端子
520a スイッチ
520b スイッチ
520i スイッチ
Claims (23)
- 全固体リチウムの電池において、
カソード電極、固体電解質、及びアノード電極であって、前記カソード電極は、正端子に電気的に接続され、前記アノード電極は、負端子に電気的に接続され、前記正端子及び前記負端子は、第1の温度(T1)および第2の温度(T2)の間の電池の温度範囲にわたって、1つの内部抵抗レベル(R1)で前記電池を動作させる、カソード電極、固体電解質、及びアノード電極と、
T1 未満またはT2 超過のどちらかで、第2の内部抵抗レベル(R2)で前記電池を動作させる、少なくとも1つの高抵抗端子と、
前記カソード電極もしくは前記アノード電極に隣接する、少なくとも1つの抵抗体シートであって、前記少なくとも1つの抵抗体シートが、少なくとも2つのタブを有するように構成され、一方のタブが、R1で前記電池を動作させるために、前記正端子または前記負端子に電気的に接続され、他方のタブが、前記少なくとも1つの高抵抗端子に電気的に接続される、少なくとも1つの抵抗体シートと、
前記電池の前記温度がT1 未満またはT2 超過のどちらかのときに、R2を活性化するスイッチとを備える、全固体リチウムの電池。 - T1が両端を含む20℃から60℃の値であり、T2が両端を含む80℃から120℃の値である、請求項1に記載の全固体リチウムの電池。
- 前記少なくとも1つの抵抗体シートが、グラファイト、高配向性熱分解グラファイト(HOPG)、ステンレス鋼、ニッケル、クロム、ニクロム、銅、アルミニウム、チタン、またはそれらの組み合わせで作られる、請求項1または2に記載の全固体リチウムの電池。
- 前記少なくとも1つの抵抗体シートが1マイクロメートルから150マイクロメートルの厚さを有する、請求項1に記載の全固体リチウムの電池。
- 前記カソード電極と前記固体電解質と前記アノード電極とのアセンブリのスタックを備え、前記少なくとも1つの抵抗体シートが前記スタック内に埋め込まれる、請求項1に記載の全固体リチウムの電池。
- 前記少なくとも1つの抵抗体シートが、0.1から5の数値をアンペア時間(Ah)での前記電池の容量で割ったものに等しい、オーム単位の抵抗を有する、請求項1に記載の全固体リチウムの電池。
- 前記少なくとも1つの抵抗体シートが、平面であり、前記カソード電極または前記アノード電極と直接接触している、請求項1に記載の全固体リチウムの電池。
- 前記少なくとも1つの高抵抗端子が追加の負端子である、請求項1に記載の全固体リチウムの電池。
- 前記少なくとも1つの高抵抗端子が追加の正端子である、請求項1に記載の全固体リチウムの電池。
- 前記スイッチが、温度コントローラによって駆動され、R1で前記電池を動作させる前記端子と、R2で前記電池を動作させる前記端子との間で切り替わるように構成される、請求項1に記載の全固体リチウムの電池。
- 前記スイッチが、熱的に自己活性化されて、R1で前記電池を動作させる前記端子とR2で前記電池を動作させる前記端子との間で切り替わる、請求項1に記載の全固体リチウムの電池。
- 前記自己活性化スイッチが、T1もしくはT2もしくは両方で相転移および相当の体積変化を起こす位相変化材料、バイメタルスイッチ、または温度T1もしくはT2もしくは両方で体積が相当拡張する固体材料の中から選択されたスイッチである、請求項11に記載の全固体リチウムの電池。
- 前記スイッチが、電気機械式継電器および温度コントローラ、または温度センサを備えた固体継電器、温度センサを備えたパワーMOSFET、または温度センサを備えた高電流スイッチから成る、請求項1に記載の全固体リチウムの電池。
- 前記電池が、パウチ、円筒状、角柱状、または角がある形態を有する、請求項1に記載の全固体リチウムの電池。
- 請求項1から14のいずれか一項に記載の全固体リチウムの電池と、R1での前記電池の動作とR2での前記電池の動作との間で切り替わることができるコントローラとを備える、電池システム。
- T1および/またはT2を判断する温度センサをさらに備える、請求項15に記載の電池システム。
- 前記システムが、前記少なくとも1つの抵抗体シートに電力供給する補助電池をさらに備える、請求項15に記載の電池システム。
- 前記システムが、セルの1つ以上の部分群の形で配置された複数の電気化学貯蔵セルを備え、セルの各部分群が1つ以上の抵抗体シートを有し、セルの各部分群が、前記1つ以上の抵抗体シートに電流を流して高抵抗状態を形成することができる、または前記1つ以上の抵抗体シートを迂回するように電流を流して低抵抗状態を形成することができる、1つ以上のスイッチを有する、請求項15に記載の電池システム。
- 請求項1に記載の全固体リチウムの電池を動作させる方法であって、T1およびT2の間でR1となる前記電池を備え、前記スイッチを活性化することによって、T1 未満またはT2 超過のどちらかで、前記電池をR2で動作させるステップを含む、方法。
- 前記電池温度がT1未満またはT2超過のときは、前記スイッチが開いて前記電池をR2で動作させる、請求項19に記載の方法。
- 前記電池温度がT1およびT2の間のときは、前記スイッチが閉じて前記電池をR1で動作させる、請求項19に記載の方法。
- 請求項1に記載の全固体リチウムの電池を動作させる方法であって、T1およびT2の間でR1となる前記電池を備え、前記スイッチを活性化することによって、T1 未満またはT2 超過のどちらかで、前記電池をR2で動作させるステップを含み、前記電池をR2で動作させるステップが、定電圧定電流(CVCC)サイクルを適用して前記電池を昇温するステップを含む、方法。
- 定電圧が0.2から1Vに設定され、電流限界が1Cから10Cに設定される、請求項22に記載の方法。
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