JP7071934B2 - 電解質および電極保護層としてのホウケイ酸リチウムガラス - Google Patents
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Description
ホウケイ酸リチウムガラスのそれぞれの成分元素のための個別の蒸発源を提供するステップ(ここで蒸発源は、リチウム源、酸素源、ホウ素源、および、ケイ素源を含む);および、
それらの個別の蒸発源由来の成分元素を、加熱された基板上に共蒸着するステップ(ここで成分元素は、基板上で反応してホウケイ酸リチウム組成物を形成する)を含む。
a)電極のそれぞれの成分元素のための第1の個別の蒸発源を提供するステップ;および、
それらの個別の蒸発源由来の成分元素を、加熱された基板上に共蒸着するステップ(ここで成分元素は、加熱された基板上で反応して電極を形成する);および、
b)ホウケイ酸リチウム組成物のそれぞれの成分元素のための第2の個別の蒸発源を提供するステップ(ここで第2の蒸発源は、リチウム源、酸素源、ホウ素源、および、ケイ素源を含む);および
c)第2の個別の蒸発源由来の成分元素を、a)の電極上に共蒸着するステップ(ここで成分元素は、電極上で反応してホウケイ酸リチウム組成物を形成する)を含む。
第1の電極層を対象とした化合物のそれぞれの成分元素の個別の蒸発源を含む第1の蒸発源を提供するステップ、ホウケイ酸リチウムガラス電解質層を対象とした化合物のそれぞれの成分元素の個別の蒸発源を含む第2の蒸発源を提供するステップ、および、第2の電極層を対象とした化合物のそれぞれの成分元素の個別の蒸発源を含む第3の蒸発源を提供するステップ;
基板を第1の温度まで加熱して、前記の第1の蒸発源由来の成分元素を基板上に共蒸着するステップ(ここで成分元素は、反応して第1の電極層を形成する);
基板を第2の温度まで加熱して、前記の第2の蒸発源由来の成分元素を第1の電極層上に共蒸着するステップ(ここで成分元素は、反応してホウケイ酸リチウムガラス電解質層を形成する);および
基板を第3の温度まで加熱して、第3の個別の蒸発源由来の成分元素をホウケイ酸リチウムガラス電解質層上に共蒸着するステップ(ここで成分元素は、反応して第2の電極層を形成する)、を含む。
ホウケイ酸リチウムガラスのそれぞれの成分元素のための個別の蒸発源を提供するステップ(ここで蒸発源は、リチウム源、酸素源、ホウ素源、および、ケイ素源を含む);および、
それらの個別の蒸発源由来の成分元素を、加熱された基板上に共蒸着するステップ(ここで成分元素は、基板上で反応してホウケイ酸リチウム組成物を形成する)を含む。
本明細書において、ホウケイ酸リチウム組成物が説明されて、ここで、前記ホウケイ酸リチウムは、酸化ケイ素および/または酸化ホウ素と組み合わせて酸化リチウムの系から本質的になり、ここで前記ホウケイ酸リチウムは、リチウム、ホウ素およびケイ素の組み合わせた原子パーセンテージに基づいて70~83原子%のリチウムを含む。典型的に、前記ホウケイ酸リチウムは、ガラスである。好ましくは、ホウケイ酸リチウム組成物は、酸化ケイ素および酸化ホウ素と組み合わせた酸化リチウムの系から本質的になり、ここで前記ホウケイ酸リチウムは、リチウム、ホウ素およびケイ素の組み合わせた原子パーセンテージに基づいて70~83原子%のリチウムを含み、ここで前記ホウケイ酸リチウムは、ガラスである。
本発明の第1の態様は、電極活物質を含む電極を提供し;前記電極の表面は、ホウケイ酸リチウム組成物によって改変されていて、ここでホウケイ酸リチウム組成物は、酸化ケイ素および/または酸化ホウ素と組み合わせて酸化リチウムの系から本質的になり、ここで前記ホウケイ酸リチウムは、リチウム、ホウ素およびケイ素の組み合わせた原子パーセンテージに基づいて70~83原子%のリチウムを含み、ここで前記ホウケイ酸リチウムは、ガラスである。好ましくは、ホウケイ酸リチウム組成物は、酸化ケイ素および酸化ホウ素と組み合わせて酸化リチウムの系から本質的になり、ここで前記ホウケイ酸リチウムは、リチウム、ホウ素およびケイ素の組み合わせた原子パーセンテージに基づいて70~83原子%のリチウムを含み、ここで前記ホウケイ酸リチウムは、ガラスである。LiBSiOによって表面が改変された電極は、特に、排他的ではないが、隣接液相電解質材料の存在下で作動した場合に、改変されていない電極よりも改善された安定性および/または改善されたサイクリングを有する。一実施態様では、LiBSiOによって表面が改変された電極は、LiBSiOによって表面が改変された負極である。別の実施態様では、LiBSiOによって表面が改変された電極は、LiBSiOによって表面が改変された正極である。
本発明の第2の態様は、正極、負極、および、前記正極と前記負極との間の電解質を含む電池に関し、正極および/または負極の表面は、本発明のLiBSiO組成物によって改変されている。
本発明の第3の態様は、正極、負極(ここで前記負極は、リチウムを含む)、および、前記正極と前記負極との間の電解質を含む電池に関し、ここで前記電解質は、ホウケイ酸リチウム組成物であり、ここでホウケイ酸リチウム組成物は、酸化ケイ素および/または酸化ホウ素と組み合わせて酸化リチウムの系から本質的になり、ここで前記ホウケイ酸リチウムは、リチウム、ホウ素およびケイ素の組み合わせた原子パーセンテージに基づいて70~83原子%のリチウムを含み、ここで前記ホウケイ酸リチウムは、ガラスである。好ましくは、ホウケイ酸リチウム組成物は、酸化ケイ素および酸化ホウ素と組み合わせて酸化リチウムの系から本質的になり、ここで前記ホウケイ酸リチウムは、リチウム、ホウ素およびケイ素の組み合わせた原子パーセンテージに基づいて70~83原子%のリチウムを含み、ここで前記ホウケイ酸リチウムは、ガラスである。
第5の態様は、正極、負極、および、前記正極と前記負極との間の電解質を含む電池に関し、ここで前記正極は、LiCoPO4、LiNi0.5Mn1.5O4、LiMnPO4、LiCoO2、LiNi1/3Mn1/3Co1/3O2、LiFePO4、LiNiPO4、Li2NiPO4F、Li2CoPO4F、LiMnPO4F、Li2CoSiO4、Li2MnSiO4、FeF3、LiMn0.8Fe0.1Ni0.1PO4、Li1-xVOPO4、および、Li2FePO4Fからなる群より選択される正極活物質を含み、ここで前記電解質は、ホウケイ酸リチウム組成物であり、ここでホウケイ酸リチウム組成物は、酸化ケイ素および/または酸化ホウ素と組み合わせて酸化リチウムの系から本質的になり、ここで前記ホウケイ酸リチウムは、リチウム、ホウ素およびケイ素の組み合わせた原子パーセンテージに基づいて70~83原子%のリチウムを含み、ここで前記ホウケイ酸リチウムは、ガラスである。好ましくは、ホウケイ酸リチウム組成物は、酸化ケイ素および酸化ホウ素と組み合わせて酸化リチウムの系から本質的になり、ここで前記ホウケイ酸リチウムは、リチウム、ホウ素およびケイ素の組み合わせた原子パーセンテージに基づいて70~83原子%のリチウムを含み、ここで前記ホウケイ酸リチウムは、ガラスである。
第9の態様は、本明細書において定義されるホウケイ酸リチウム組成物を作製する方法を提供する。一実施態様では、ホウケイ酸リチウム組成物は、真空蒸着処理によって形成される。さらなる実施態様では、ホウケイ酸リチウム組成物は、物理的気相蒸着処理によって形成される。
第10の態様は、LiBSiOによって表面が改変された電極を作製する方法を提供する。本発明のLiBSiOによって表面が改変された電極を作製する方法は、その方法が、安定性を改善または電極のサイクリングを改善する所望のLiBSiOによって表面が改変された電極を提供することが可能である限り、特に制限されない。その方法の例は、本明細書に記載のPVDを含む。一実施態様では、その方法は、LiBSiOによって表面が改変された負極を作製する方法である。別の実施態様では、その方法は、LiBSiOによって表面が改変された正極を作製する方法である。一実施態様では、LiBSiOコーティングは、物理的気相蒸着(PVD)によって生産される。
本発明の第11の態様は、ホウケイ酸リチウム電解質を含む電池を作製する方法に関する。
さらなる態様は、電極を備える電池を作製する方法を提供し、その表面は、本発明のLiBSiO材料によって改変されている。一実施態様では、その方法は、LiBSiOによって表面が改変された負極を備える電池を作製する方法である。別の実施態様では、その方法は、LiBSiOによって表面が改変された正極を備える電池を作製する方法である。さらなる実施態様では、電池はリチウムイオン二次電池である。別の実施態様では、リチウムイオン二次電池は薄膜電池である。
電解質組成物
本明細書において、ホウケイ酸リチウム(LiBSiO)ガラス電解質が説明される。用語「ガラス」は、X線回折またはラマン分光法によって特徴付けられた場合に、長い範囲の構造秩序の証拠を示さない非結晶性または非晶質の固体を意味する。本明細書に記載のLiBSiOガラスは、好ましくは、酸化リチウム、酸化ケイ素および酸化ホウ素の三成分系である。
本明細書において記載されるホウケイ酸リチウムガラスは、リチウムに対して安定であり、ここで安定性は、検出可能な反応または分解を示す証拠の不存在によって特徴付けられる。Bates et al.,Journal of the Electrochemical Society 144[2](1997)524-533。ホウケイ酸リチウムガラス電解質の安定性は、インピーダンス分光法および時間依存的開路電圧を用いて測定されている。インピーダンス分光法は、サイクリングに供された前後の電池の周波数依存性の応答の比較性を示すために用いられている。開路電圧は、延長された蒸着後保管の後およびサイクリングに供された後に測定されていて、電解質の完全性、および、前記正極と負極との間の非ゼロ電位を維持する不可能性をもたらす機械的または化学的失敗をもたらす検出可能な反応または分解を持続させずに、カソードとアノードとの間の電気化学電位差に耐える、その能力を示す。
高電圧に対する電気化学的安定性を、2つの電圧制限間でサイクリックボルタンメトリーを用いて測定して、ここで、時間の関数として電位の一定の割合の変化がサンプル電極にわたって加えられる場合の電位の関数として電流応答を決定する。電気化学的安定性は、電位の増加または減少に伴って連続的に変化する電位範囲にわたる電流応答によって特徴付けられて、つまり、電位範囲内において、電流が電位値の変化とは独立に大きさが増加または減少するポイントはない。電気化学的不安定性に起因して、試験中の電解質の不足が、固定された電位値で連続的に増加する電流の大きさとして観察される。
本発明者は、本明細書に記載のLiBSiO電解質の電子伝導性は非常に低いが、一方で、イオン伝導性は高いというさらに驚くべき発見をした。この発見の技術的効果は、本明細書に記載のLiBSiO電解質の電子伝導性は十分に低いので、それらは、非常に低い電子伝導性特性(<2.0×10-13S/cm)に起因して充電状態を維持するそれらの能力に基づいて、非常に低い理論容量(<0.04μAh)を有する固体電池に用いられ得るということである。
電極活物質の分解は、電解質、電解質溶液または大気との反応によって;機械的ストレスによって;またはその他によって引き起こされ得る。例えば、リチウム金属は、非常に反応性である。反応は、溶媒の減少、活性種、または、電解質中の不純物に起因して、Li系電極を備える電池のサイクリング中に生じる。これらおよび他の反応は、電極の分解、電極容量の喪失、電解質および活物質の消費、および、終局の電池故障をもたらす。さらなる故障モードは、容量喪失をもたらし分離したリチウムの発生から生じるリチウムアノードの表面における樹枝状リチウムの拡張(表面欠陥によって与えられる非均一な電流密度に起因する)、および、電極のショートによるセル死(cell death)であり、そのプロセスは、リチウムと液体電解質との間の界面における固体電解質の配置によって軽減され得る。リチウムとの接触において安定であり電極のための保護コーティングとして用いられ得る、高いイオン伝導性、低い電子伝導性を有する材料に関する必要性がある。改善された安定性およびサイクリングを有する電極を備える電池に関する必要性がさらに存在する。
本発明者は、本明細書に記載のホウケイ酸リチウムガラスが、1)低い電子伝導性と組み合わせて高いイオン伝導性を有し、2)金属リチウムアノードのような非常に還元する電極、および、Li/Li+に対して4.2Vで荷電されたLi0.5CoO2カソードのような非常に酸化する電極との接触において、電気化学的に安定であり、3)高電圧で電気化学的に安定であるという、驚くべき発見をした。
負極活物質は、正極に関する対電極として用いられる。正極活物質および負極活物質の組成物は、放電中の電池の電位を決定して、それは、それぞれの半反応の電位間の違いである。
正極活物質は、負極に関する対電極において用いられる。正極は、一部の実施態様では、Li/Li+に対して3.6Vよりも大きな電位を有する正活物質を含んでよい。
LixM1-(d+t+q+r)DdTtQqRr(XO4)
を有する正極活物質を含み、
ここで:
Mは、Fe、Mn、Co、Ti、Niまたはそれらの混合物からなる群より選択される金属のカチオンであり;
Dは、Mg2+、Ni2+、Co2+、Zn2+、Cu2+、およびTi2+からなる群より選択される+2酸化状態を有する金属であり;
Tは、Al3+、Ti3+、Cr3+、Fe3+、Mn3+、Ga3+、Zn3+、およびV3+からなる群より選択される+3酸化状態を有する金属であり;
Qは、Ti4+;Ge4+;Sn4+、およびV4+からなる群より選択される+4酸化状態を有する金属であり;
Rは、V5+;Nb5+、およびTa5+からなる群より選択される+5酸化状態を有する金属であり;
Xは、Si、S、P、Vまたはそれらの混合物を含み;
0≦x≦1であり;および
0≦d、t、q、r≦1であり、ここでd、t、q、およびrの少なくとも1つは0でない。
であり、
ここで
Mは、Fe2+またはMn2+またはそれらの混合物であってよく;
Dは、+2酸化状態の金属、好ましくはMg2+、Ni2+、Co2+、Zn2+、Cu2+、またはTi2+であってよく;
Tは、+3酸化状態の金属、好ましくはAl3+、Ti3+、Cr3+、Fe3+、Mn3+、Ga3+、Zn3+、またはV3+であってよく;
Qは、+4酸化状態の金属、好ましくはTi4+、Ge4+、Sn4+、またはV4+であってよく;
Rは、+5酸化状態の金属、好ましくはV5+、Nb5+、またはTa5+であってよい;
0≦x≦1;
y+d+t+q+r≦1;
P+s+v<1;および
3+s-p=x-y+t+2q+3r
集電体(電子コレクタ)は、金属、伝導性重合体、または他の伝導性材料を含む伝導性部材であってよい。本発明の電池に関する集電体は、Cu、Pt、Au、Al、Ni、Fe、Ti、Mo、ステンレススチールのような金属、または他の金属または合金を含んでよい。電子コレクタは、腐食を減少させるためのさらなる層、例えば、タングステン(W)、プラチナ(Pt)、パラジウム(Pd)、炭化チタン(TiC)、炭化タンタル(TaC)、酸化チタン(例えば、TiO2またはTi4O7)、リン化銅(Cu2P3)、リン化ニッケル(Ni2P3)、リン化鉄(FeP)などを含むさらなる層を有してよく、または、そのような材料の粒子を含んでよい。
より高い容量を提供するため、および/または、より大きなパワー出力を提供するために、高電圧で電池を作動することが望ましくあり得る。本明細書に記載の改善されたホウケイ酸リチウムガラス電解質によって、高電圧電池の特性は、著しく改善され得る。例えば、電池は、より長いサイクルの寿命を有し得る。
別の実施態様では、本発明は、高いイオン伝導性および低い電子伝導性を有するホウケイ酸リチウムガラス電解質を含む電池を提供する。一実施態様では、ホウケイ酸リチウムガラス電解質は、1.0×10-6S/cmよりも大きなイオン伝導性および8.6×10-14S/cm未満の電子伝導性を有する。さらなる実施態様では、電池は、1.0×10-6S/cmよりも大きなイオン伝導性および8.6×10-14S/cm未満の電子伝導性を有し、4.45Vまで、少なくとも5V、少なくとも5.5V、少なくとも6V、少なくとも7V、少なくとも8V、少なくとも9V、または少なくとも10Vの作動が可能である。さらなる実施態様では、電池は、1.0×10-6S/cmよりも大きなイオン伝導性および8.6×10-14S/cm未満の電子伝導性を有し、4.45Vまでの作動が可能であり、リチウムアノードを備え、または、リチウムフリーの電池である。さらなる実施態様では、電池は、全固体、薄膜、リチウムイオン電池である。
本発明の一態様は、正極、負極、および、前記正極と前記負極との間の電解質を含む電池に関し、ここで正極および/または負極の表面は、本明細書に記載のLiBSiO組成物によって改変されている。LiBSiO組成物は、酸化ケイ素および/または酸化ホウ素と組み合わせて酸化リチウムの系から本質的になってよく、ここで前記ホウケイ酸リチウムは、リチウム、ホウ素およびケイ素の組み合わせた原子パーセンテージに基づいて70~83原子%のリチウムを含み、ここで前記ホウケイ酸リチウムは、ガラスである。好ましくは、ホウケイ酸リチウム組成物は、酸化ケイ素および酸化ホウ素と組み合わせて酸化リチウムの系から本質的になり、ここで前記ホウケイ酸リチウムは、リチウム、ホウ素およびケイ素の組み合わせた原子パーセンテージに基づいて70~83原子%のリチウムを含み、ここで前記ホウケイ酸リチウムは、ガラスである。一実施態様では、電池は、LiBSiOによって表面が改変された負極を備える。別の実施態様では、電池は、LiBSiOによって表面が改変された正極を備える。
第9の態様は、本明細書に記載のホウケイ酸リチウムガラスを作製する方法を提供する。一実施態様では、ホウケイ酸リチウムガラスは、真空蒸着処理によって形成される。さらなる実施態様では、ホウケイ酸リチウムガラスは、物理的気相蒸着処理によって形成される。
さらなる態様は、LiBSiOによって表面が改変された電極を作製する方法を提供する。本発明のLiBSiOによって表面が改変された電極を作製する方法は、その方法が、安定性を改善または電極のサイクリングを改善する所望のLiBSiOによって表面が改変された電極を提供することが可能である限り、特に制限されない。その方法の例は、本明細書に記載のPVDを含む。一実施態様では、その方法は、LiBSiOによって表面が改変された負極を作製する方法である。別の実施態様では、その方法は、LiBSiOによって表面が改変された正極を作製する方法である。一実施態様では、LiBSiOコーティングは、物理的気相蒸着(PVD)によって生産される。
本発明のさらなる態様は、ホウケイ酸リチウムガラス電解質を含む電池を作製する方法に関する。
さらなる態様は、電極を備える電池を作製する方法を提供し、その表面は、本明細書に記載のLiBSiO材料によって改変されている。一実施態様では、その方法は、LiBSiOによって表面が改変された負極を含む電池を作製する方法である。別の実施態様では、その方法は、LiBSiOによって表面が改変された正極を含む電池を作製する方法である。さらなる実施態様では、電池は、リチウムイオン二次電池である。別の実施態様では、リチウムイオン二次電池は、薄膜電池である。
本発明の実施態様に従って、ホウケイ酸リチウム材料を、「Vapour Deposition Method for Preparing Amorphous Lithium-Containing Compounds」と題されたWO2015/104540(その全体で参照により本明細書中に援用される)に開示される方法を用いて、成分元素リチウム、酸素および、2つのガラス形成元素、ホウ素およびケイ素から形成した。ホウケイ酸リチウムは、化合物のそれぞれの成分元素の蒸発源を与えて、2.7×10-3~4.3×10-3Pa(2×10-5~3.2×10-5Torr)の圧力で225℃に加熱された基板上に、蒸発源由来の成分元素を共蒸着することによって製造した。成分元素は、基板上で反応して非晶質ホウケイ酸リチウム化合物を形成した。生産された化合物は、以下の実施例5に記載の組成を有した。
プラチナカソード集電体、LiMn2O4カソード、ホウケイ酸リチウムガラス電解質、および、Liアノードを備える薄膜電池を作製した。ホウケイ酸リチウムガラス電解質の安定性は、3つの方法で例証された。
第一に、0.5~0.25mV/sの速度で直線掃引ボルタンメトリーを用いて電池を3.6~4.25Vでサイクルして、それから、電解質とアノード材料との間の有害反応について観察した。100サイクル後、電解質とアノード材料との間の有害反応の存在を示唆する電位の関数としての電流のプロファイルに証拠はなかった。
第二に、同一の薄膜電池システムの安定した開路電圧(OCV)を、前記電池のサイクリングの前と後の両方で観察した。LiBSiO固体電解質上のアノードの蒸着後40日に測定された寿命の初期の開路電圧は、Li/Li+に対して2.36~2.92Vの範囲であると判定された。リチウムが固体電解質と持続的な様式で反応したならば、最終的には、アノードとカソードとの間の連続的なパスウェイの形成においてLiBSiOを消費して、0Vの測定OCVをもたらす。
安定性の尺度としてのインピーダンスの適用は、Bates et al.,Journal of the Electrochemical Society,144[2](1997)524-533によって用いられて、ここで、プラチナ電極間または1つのリチウムおよび1つのプラチナ電極間に挟まれたLiPONのインピーダンス間の比較がなされた。
多くのホウケイ酸リチウム組成物を以下に示されるように作製した(Li、BおよびSiの値は、Li:B:Siに関する原子パーセントである)。
1.Li=80.9、B=7.56、Si=11.5
2.Li=79.6、B=13.7、Si=6.7
3.Li=78.5、B=9.6、Si=11.87
4.Li=77.73、B=10.07、Si=12.19
5.Li=76.89、B=10.55、Si=12.56
6.Li=76.14、B=10.98、Si=12.88
7.Li=75.30、B=11.46、Si=13.24
8.Li=74.54、B=11.89、Si=13.58
9.Li=73.16、B=12.62、Si=14.22
10.Li=71.86、B=13.31、Si=14.83
11.Li=70.41、B=14.07、Si=15.51
12.Li=69.12、B=14.76、Si=16.12;
酸素パーセントは、酸化物を形成して、電荷的中性を維持する量である。
LiBSiO系における様々な組成物に関する電子およびイオン伝導性を、リチウム含有量の関数として測定した(成分Li、BおよびSiに基づいて約69~79%リチウム)。イオン伝導性の値は、1MHz~1Hzで、100mV ac電位、周波数あたり1秒インテグレーションを用いて、Solartron 1260周波数応答分析器を用いて行なわれたインピーダンス測定から決定して、10年あたり7つの周波数ポイントを測定した。伝導性の値は、ZViewソフトウェアプログラムにおいて構築された同等の回路モデルを用いて実験的データのフィッティングによって計算して、薄膜電解質と関連する耐性の実数部を決定して、それからそれを幾何学的因子と組み合わせて用いて、イオン伝導性を決定した。電子伝導性の値は、Keithley Series 2636 sourcemeterを用いて決定した。1VのDC電位を、定常電流、適用された電圧、および、電子伝導性の値を計算するために用いられた幾何学的因子とともに、65時間、サンプルの電極にわたって適用した。電子伝導性の値の測定は、ファラデーケージのエンクロージャにおいて行なった。電子伝導性は、1.84×10-14~4.40×10-14S/cmであり、イオン伝導性は、8.74×10-7~5.72×10-6S/cmであった。
図6は、LMOにおける原子パーセントLi(X軸)の関数としての、非コーティング(塗りつぶされた丸)LMOカソードサンプルに対するLiBSiOコーティング(塗りつぶされていない丸)の1回目の放電の利用回数(Y軸)を示す。それによるデータから、Pt電極の10×10アレイからプロットが生成されて、その上に、LMOフィルムのLiおよびMn成分から決定される18.38~48.43原子%リチウムのリチウム含有量を有するLMOの別個のフィールドを蒸着した。下にあるPt集電体上に蒸着されたLMO活性のカソード材料は、クヌーセンセル源から生じるリチウムおよびマンガンの流動、および、3.5sccmのO2流速および500Wのパワーでのプラズマ源によって供給される酸素によって、450℃に維持された基板上に成分から蒸着された。個々のLMOサンプルフィールドのアレイを備える基板は、試験サンプル上のLiBSiOコーティングの蒸着の前に2時間、O2下で550°Cまで処理された。LiBSiOフィルムは、10列のうち7つに蒸着されて、一方で、残りの3列のフィールドは、コーティングされないままであった。電極のアレイは、インハウスのポテンシオスタットを用いたサイクリックボルタンメトリーによる電気化学的試験に供された。電圧範囲は、0.104mV/secのスキャンレートで3.25V~4.75Vであった。反対の照合電極は、0.5mmの厚さのリチウムホイルのピースであり、電解質は、EC:DMC(1:1)中の1M LiPF6で構成された。グラフを作成するために用いたデータは、サンプル上の全ての組成上同等の部位を最初に平均して(電極故障のせいで空値が存在しない限り、LiBSiOを含むものについて組成物あたり7つ、および、LiBSiOを含まない組成物あたり3つ)、それから、その平均の1つの標準偏差内に入る全ての値の平均をとることによって処理された。
Claims (11)
- 正極、負極、および、前記正極と前記負極との間の電解質を含む電池であって、
前記正極は、リチウムマンガン酸化物を含み、
前記正極の表面は、ホウケイ酸リチウム組成物によって改変されていて、
ここで前記電解質は、有機電解質、液体電解質、イオン液体、または室温溶融塩を含み、
ここで前記ホウケイ酸リチウム組成物は、酸化ケイ素および酸化ホウ素と組み合わせた酸化リチウムからなり、ここで前記ホウケイ酸リチウムは、リチウム、ホウ素およびケイ素の組み合わせた原子パーセンテージに基づいて70~83原子%のリチウムを含み、ここで前記ホウケイ酸リチウムは、ガラスである、
電池。 - 請求項1の電池であって、
ここで前記ホウケイ酸リチウム組成物は、リチウム、ホウ素およびケイ素の組み合わせた原子パーセンテージに基づいて71~76原子%のリチウムを含む、
電池。 - 請求項1の電池であって、
ここで前記ホウケイ酸リチウム組成物は、リチウム、ホウ素およびケイ素の組み合わせた原子パーセンテージに基づいて79~83原子%のリチウムを含む、
電池。 - 請求項3の電池であって、
ここで前記ホウケイ酸リチウム組成物は、リチウム、ホウ素およびケイ素の組み合わせた原子パーセンテージに基づいて81~83原子%のリチウムを含む、
電池。 - 請求項1から4のいずれか一項の電池であって、
ここで前記ホウケイ酸リチウム組成物は、リチウム、ホウ素およびケイ素の組み合わせた原子パーセンテージに基づいて1~25原子%のホウ素を含む、
電池。 - 請求項1から4のいずれか一項の電池であって、
ここで前記ホウケイ酸リチウム組成物は、リチウム、ホウ素およびケイ素の組み合わせた原子パーセンテージに基づいて7.5~15原子%のホウ素を含む、
電池。 - 請求項1から6のいずれか一項の電池であって、
ここで前記ホウケイ酸リチウム組成物は、リチウム、ホウ素およびケイ素の組み合わせた原子パーセンテージに基づいて1~25原子%のケイ素を含む、
電池。 - 請求項1から6のいずれか一項の電池であって、
ここで前記ホウケイ酸リチウム組成物は、リチウム、ホウ素およびケイ素の組み合わせた原子パーセンテージに基づいて6~17原子%のケイ素を含む、
電池。 - 請求項1の電池であって、
前記ホウケイ酸リチウム組成物のmol%は、79.6mol%Li2O-12.2mol%B2O3-8.2mol%SiO2;60.3mol%Li2O-12.1mol%B2O3-27.6mol%SiO2;73.8mol%Li2O-3.8mol%B2O3-22.4mol%SiO2;および62.2mol%Li2O-15.6mol%B2O3 22.2mol%SiO2の間である、
電池。 - 請求項1の電池であって、
前記負極の表面は、前記ホウケイ酸リチウム組成物によって改変されている、
電池。 - 請求項1の電池であって、
前記正極は、LiMnPO 4 を含む、
電池。
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