JPH11144736A - Lithium ion electrolyte battery and manufacture thereof - Google Patents

Lithium ion electrolyte battery and manufacture thereof

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JPH11144736A
JPH11144736A JP9310364A JP31036497A JPH11144736A JP H11144736 A JPH11144736 A JP H11144736A JP 9310364 A JP9310364 A JP 9310364A JP 31036497 A JP31036497 A JP 31036497A JP H11144736 A JPH11144736 A JP H11144736A
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JP
Japan
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binder
active material
current collector
electrolyte
lithium ion
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JP9310364A
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Japanese (ja)
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Denis G Fauteux
ジー フォトー デニス
Jie Shi
シー ジー
A Masuko Arthur
エー マスコ アーサー
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Mitsubishi Chemical Corp
Original Assignee
Mitsubishi Chemical Corp
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a physically and chemically stabilized lithium ion battery by an inorganic binder as a binder. SOLUTION: In a secondary electrolyte battery, especially a lithium ion electrolyte battery containing an inorganic binder, and a manufacture thereof, the binder material is evenly applied on a surface of a first and/or a second electrode, while mixing the binder material with the active material. The binder material is insoluble in the active material and is insoluble with respect to other related organic electrolytes.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、一般的には、二次
電解質電池、特に無機バインダーを含有するリチウムイ
オン電解質電池、および該電池の製造方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates generally to secondary electrolyte batteries, and more particularly, to a lithium ion electrolyte battery containing an inorganic binder and a method for producing the battery.

【0002】[0002]

【従来の技術】リチウムイオン電解質電池(例えば、リ
チウムイオン二次電池)は、数年前から当該技術分野で
公知となっている。更に、有機ポリマー(例えば、PVD
F、EPDM、およびいくつかのフッ素含有共重合体)を用
いて結合されたアノード材料およびカソード材料を利用
するリチウム電池もまた、同じように当該技術分野で周
知である。
2. Description of the Related Art Lithium ion electrolyte batteries (eg, lithium ion secondary batteries) have been known in the art for several years. In addition, organic polymers (eg, PVD
Lithium batteries utilizing anode and cathode materials joined using F, EPDM, and some fluorine-containing copolymers) are likewise well known in the art.

【0003】リチウムイオン電池における有機バインダ
ーの利用は十分確立されているにもかかわらず、電池
(単電池/集合電池)の性能に関連していくつかの公知
の制約がある。確かに、有機バインダーを利用する場
合、バインダーの一部が電解質に溶解することによっ
て、物理的および/または化学的に不安定になることが
ある。なぜなら、リチウムイオン電池に使用される電解
質もまた、有機化合物から形成されているからである。
従って、こうした溶解が起こると、バインダー(および
電極)の劣化が早まり、それに伴って、活物質とその関
連する電流コレクター/電極との接着が失われる可能性
がある。
[0003] Despite the well-established use of organic binders in lithium-ion batteries, there are some known limitations associated with battery (single / single cell) performance. Indeed, when utilizing an organic binder, some of the binder may be physically and / or chemically unstable due to dissolution in the electrolyte. This is because the electrolyte used in lithium ion batteries is also formed from organic compounds.
Thus, when such dissolution occurs, the binder (and the electrode) deteriorates prematurely, which can result in a loss of adhesion between the active material and its associated current collector / electrode.

【0004】その他に、有機バインダーを使用して電極
を作製し、それを電流コレクターに接着させる場合、有
機溶剤を使用する必要が生じる(実際にはバインダーを
活物質ペースト/塗料と混合するときに必要となる)。
従って、混合された活物質/バインダーを電流コレクタ
ーに塗布した後、しかも電池の製造が完了する前に、残
存する溶剤をすべて除去しなければならない。この除去
がうまくいかないと、電池容量がかなり損失し、サイク
ル寿命が減少する。
In addition, when an electrode is prepared using an organic binder and is bonded to a current collector, it is necessary to use an organic solvent (actually, when the binder is mixed with an active material paste / paint). Required).
Therefore, any residual solvent must be removed after applying the mixed active material / binder to the current collector and before the battery fabrication is complete. Failure to do so will result in significant loss of battery capacity and reduced cycle life.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】従って、本発明の目的
は、物理的および化学的安定性の優れた活物質を有する
リチウムイオン電解質電池を提供することである。本発
明の更なる目的は、無機バインダーを用いた電極を製造
する独自の方法を提供することである。これらのおよび
他の目的は、本明細書、特許請求の範囲、および図面に
照らして明らかになるであろう。
Accordingly, it is an object of the present invention to provide a lithium ion electrolyte battery having an active material having excellent physical and chemical stability. It is a further object of the present invention to provide a unique method of manufacturing an electrode using an inorganic binder. These and other objects will become apparent in light of the present specification, claims, and drawings.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】本発明は、それぞれ面を
有する第1の電流コレクターおよび第2の電流コレクタ
ーを備えたリチウムイオン電解質電池を指向するもので
ある。有機電解質は、液体、ポリマー、プラスチック、
またはゲルの電解質から成る群より選ばれ、特定の電極
と関連して使用される。第1および第2の電流コレクタ
ーのうちの少なくとも一つは、それぞれの面に活物質が
塗布されている。活物質は、それぞれ第1または第2の
電流コレクターの面に活物質を結合させる手段と関連付
けられる。バインター手段は、活物質にも有機電解質に
も溶解しない。更に、バインダー手段ならびにそれと関
連する活物質は、サイクル中および保存中、機械的にも
化学的にも安定である。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention is directed to a lithium ion electrolyte battery having a first current collector and a second current collector each having a surface. Organic electrolytes include liquids, polymers, plastics,
Alternatively, it is selected from the group consisting of a gel electrolyte and used in connection with a particular electrode. At least one of the first and second current collectors has an active material applied to each surface. The active material is associated with a means for coupling the active material to the first or second current collector surface, respectively. The binder means does not dissolve in the active material or the organic electrolyte. Furthermore, the binder means and the active material associated therewith are mechanically and chemically stable during cycling and storage.

【0007】[0007]

【発明の実施の形態】本発明の好ましい実施態様におい
て、バインダー手段は無機化合物を含む。この化合物に
は、ケイ酸、リチウム塩、Li2Si5O11 (ポリケイ酸リチ
ウムとしても知られる)、ならびに当業者に公知の他の
無機化合物が含まれていてもよいが、バインダー手段に
要求される上述の特性を満足するものでなければならな
い。本発明のもう一つの好ましい実施態様において、バ
インダー手段は、第1および第2の両方の電流コレクタ
ー用の活物質と関連づけられる。もちろん、第1または
第2の電流コレクターのうちの一つだけと関連づけて使
用することも考えられる。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION In a preferred embodiment of the present invention, the binder means comprises an inorganic compound. The compound may include silicic acid, lithium salts, Li 2 Si 5 O 11 (also known as lithium lithium silicate), as well as other inorganic compounds known to those skilled in the art, but require the binder means. Must satisfy the characteristics described above. In another preferred embodiment of the present invention, the binder means is associated with an active material for both the first and second current collectors. Of course, it is also conceivable to use it in connection with only one of the first or second current collectors.

【0008】本発明はまた、a)第1および第2の電流
コレクターのうちの少なくとも一つの電流コレクターの
面を被覆するために、バインダー材料と活物質とを混合
する工程(ただし、バインダー材料は活物質に不溶であ
り、しかも関する有機電解質にも不溶であるとともに、
サイクル中および保存中において、機械的にも化学的に
も安定である)と、b)第1および第2の電流コレクタ
ーのうちの少なくとも一つの電流コレクターの面に、混
合されたバインダー材料および活物質を塗布する工程
と、c)液体、ポリマー、プラスチック、またはゲルの
電解質から成る群より選ばれる有機電解質を、第1およ
び第2の電流コレクターに関連づける工程と、を含む、
リチウムイオン電解質電池の製造方法をも対象とする。
The present invention also provides a) a step of mixing a binder material and an active material to coat a surface of at least one of the first and second current collectors, wherein the binder material is Insoluble in the active material, and also insoluble in the related organic electrolyte,
B) mechanically and chemically stable during cycling and storage); and b) at least one of the first and second current collectors has a mixed binder material and active Applying a substance, and c) associating an organic electrolyte selected from the group consisting of a liquid, polymer, plastic, or gel electrolyte with the first and second current collectors.
The present invention also covers a method for manufacturing a lithium ion electrolyte battery.

【0009】この方法の好ましい実施態様において、混
合工程には、無機バインダー水溶液と特定の活物質との
混合が含まれる。本発明のもう一つの好ましい実施態様
において、本発明は、a)第1および第2の電流コレク
ターのうちの少なくとも一つの電流コレクターの面を被
覆するために、バインダー材料と活物質とを混合する工
程と、b)バインダー材料と活物質とを化学的に結合す
る工程と、c)結合されたバインダー材料および活物質
を、それぞれ第1および第2の電流コレクターの面に化
学的に接着させる工程と、d)結合され更に接着された
バインダー材料および活物質を、液体、ポリマー、プラ
スチック、またはゲルの電解質から成る群より選ばれる
有機電解質に関連づける工程と、e)バインダー材料が
有機電解質に溶解するのを抑制して、バインダー材料の
機械的および化学的安定性を保持し、更に、電池サイク
ル中および保存中に、結合され更に接着されたバインダ
ー材料および活物質を保持する工程と、を含む、リチウ
ムイオン電解質電池の製造に関連した化学的方法を対象
とする。
[0009] In a preferred embodiment of the method, the mixing step includes mixing an aqueous inorganic binder solution with a specific active material. In another preferred embodiment of the present invention, the present invention provides a method comprising: a) mixing a binder material and an active material to coat a surface of at least one of the first and second current collectors. B) chemically bonding the binder material and the active material; and c) chemically bonding the bonded binder material and the active material to the surfaces of the first and second current collectors, respectively. D) associating the bonded and bonded binder material and active material with an organic electrolyte selected from the group consisting of a liquid, polymer, plastic, or gel electrolyte; and e) dissolving the binder material in the organic electrolyte. To maintain the mechanical and chemical stability of the binder material, and to provide additional bonding during battery cycling and storage. And a step of holding the wear has been a binder material and the active material, and directed to a chemical process associated with the production of lithium-ion electrolyte batteries.

【0010】本発明は多種多様な形態の実施態様が可能
であるが、図面で示され、更に本明細書中で説明されて
いるのは一つの特定の実施態様であり、本発明の開示内
容は、本発明の原理を例示するものであるとみなすべき
であり、本発明がここに示された実施態様に限定される
ものではないことを理解されたい。電解質電池10が図1
に示されており、この電池には、第1の電流コレクター
12(アノード)と、第2の電流コレクター14(カソー
ド)と、電解質16とが含まれている。図示されていない
が、電解質は、従来の組成物から作製することができ
る。ただし、該電解質には、液体、ポリマー、プラスチ
ック、またはゲルが含まれるものとする。本発明は、ガ
ラスまたは固体酸化物の電解質と共に使用することを意
図しない。
While the invention is susceptible to various forms of embodiment, it is shown in the drawings and further described herein is one specific embodiment, the disclosure of which may be Should be considered as illustrative of the principles of the present invention and it is to be understood that the invention is not limited to the embodiments shown. The electrolyte battery 10 is shown in FIG.
This battery has a first current collector
12 (anode), a second current collector 14 (cathode), and an electrolyte 16 are included. Although not shown, the electrolyte can be made from conventional compositions. Note that the electrolyte includes a liquid, a polymer, a plastic, or a gel. The present invention is not intended for use with glass or solid oxide electrolytes.

【0011】電流コレクター12は、無機バインダー材料
19を含有した活性電極材料18で被覆されている。一つの
好ましい無機バインダー、すなわちポリケイ酸リチウム
が、本発明で使用されるものとして開示されるが、他の
従来の無機材料も同じように使用可能であるのは当業者
であれば当然理解されよう。ただし、こうした無機材料
は、電池サイクル中および保存中に必要となる所望の接
着、化学的および物理的安定性を呈するものでなけりば
ならない。
The current collector 12 is made of an inorganic binder material.
It is coated with an active electrode material 18 containing 19. Although one preferred inorganic binder, lithium lithium silicate, is disclosed for use in the present invention, those of ordinary skill in the art will appreciate that other conventional inorganic materials can be used as well. . However, such inorganic materials must exhibit the desired adhesion, chemical and physical stability required during battery cycling and storage.

【0012】図1にはまた、電流コレクター14が示され
ている。この電流コレクターは活物質20で被覆されてい
るが、活物質には無機バインダーは含まれていない。ア
ノードの活物質は無機バインターを使用しないで示され
ているが、無機バインダーと、アノード、カソード、ま
たはそれら両方の活物質との混合物も対象となること
は、当業者には理解されるであろう(また、実験により
示されるであろう)。
FIG. 1 also shows a current collector 14. This current collector is coated with an active material 20, which does not contain an inorganic binder. Although the active material of the anode is shown without the use of inorganic binders, it will be understood by those skilled in the art that inorganic binders and mixtures of the anode, cathode, or both active materials are also contemplated. Wax (also will be shown by experiment).

【0013】以下の説明にもあるように、無機バインダ
ーを使用すると、長期にわたるサイクル中および保存中
に電池内の物理的および化学的安定性が保持され、これ
によって電池の性能が向上することが、実験を介してわ
かっている。実際には、無機バインダーが有機電解質に
不溶であるために、特定の活物質との結合を生じ、その
結果、混合されたバインダー/活物質の特定電流コレク
ター表面への優れた接着が得られ、しかもバインダーが
電解質に部分的または全体的に溶解した場合に起こる劣
化が生じる恐れはない。
As will be explained below, the use of inorganic binders preserves the physical and chemical stability in the cell during prolonged cycling and storage, thereby improving the performance of the cell. Know through experimentation. In practice, due to the insolubility of the inorganic binder in the organic electrolyte, it causes a bond with the particular active material, resulting in excellent adhesion of the mixed binder / active material to the particular current collector surface, In addition, there is no risk of deterioration occurring when the binder is partially or wholly dissolved in the electrolyte.

【0014】無機バインダーをリチウムイオン電解質電
池に利用することから得られる利点を示すために(なら
びに、こうした電池の製造方法を開示するために)、四
つの独立した実験を行った。このうつの三つの実験では
無機バインダーを使用し、一つの実験では使用しなかっ
た。最初の三つの実験に関して、次のような共通の特徴
を持たせて三電極電池を作製した。
To demonstrate the benefits obtained from utilizing inorganic binders in lithium ion electrolyte batteries (and to disclose how to make such batteries), four independent experiments were performed. In these three experiments, an inorganic binder was used and one did not. For the first three experiments, a three-electrode battery was made with the following common features.

【0015】1.黒鉛アノードを次のように作製した。
1.0gの水酸化リチウム(LiOH、Aldrich 社製)を、100g
の蒸留水に溶解した。23.4g のポリケイ酸リチウム(Al
drich 社製の20% 水溶液)を、このLiOH溶液と混合し
た。次に、この溶液に45.0g の黒鉛粉末(Lonza 社製の
KS-6)を添加した。これに150gの蒸留水を添加し、クリ
ーム状のペーストが生成するまで全体的な混合を行っ
た。混合後、ペーストを銅箔(KISCO )上に塗布した。
この銅箔(電流コレクター)は厚さがおよそ12ミクロン
であった。(実際の塗布物の厚さを測定したところ、乾
燥後30〜50ミクロンの範囲にあった)。次に、塗布され
た箔を周囲温度で1時間乾燥し、続いて100℃に加熱し
たオーブン中で更に2時間の乾燥サイクルを施した。こ
の初期加熱段階の後、窒素流下で、400 ℃で更に5分間
加熱し、ポリケイ酸リチウムからいっさいの残留水を除
去した。次に、こうして得られた熱処理済みのアノード
を減圧下で保存し、使用に備えた。
1. A graphite anode was prepared as follows.
1.0 g of lithium hydroxide (LiOH, manufactured by Aldrich)
In distilled water. 23.4 g of lithium polysilicate (Al
drich (20% aqueous solution) was mixed with this LiOH solution. Next, 45.0 g of graphite powder (Lonza's
KS-6) was added. To this was added 150 g of distilled water and the whole was mixed until a creamy paste was formed. After mixing, the paste was applied on copper foil (KISCO).
This copper foil (current collector) was approximately 12 microns thick. (The thickness of the actual coating was measured to be in the range of 30-50 microns after drying). The coated foil was then dried at ambient temperature for 1 hour, followed by a further 2 hour drying cycle in an oven heated to 100 ° C. After this initial heating step, the mixture was heated at 400 ° C. for a further 5 minutes under a stream of nitrogen to remove any residual water from the lithium polysilicate. Next, the heat-treated anode thus obtained was stored under reduced pressure and prepared for use.

【0016】2.LiCoO2カソードを次のように作製し
た。1.0gのLiOH(Aldrich 社製)を21g の蒸留水に溶解
し、これに24g のポリケイ酸リチウム(Aldrich 社製の
20% 水溶液)を添加した。1.9gの黒鉛粉末(Lonza 社製
のKS-6)、2.9gのC-100 カーボンブラック(Cheveron社
製)、および85.6g のLiCoO2粉末(FMC 社製)、更に2.
0gのTriton(登録商標)X-100 (Aldrich 社製)を一緒
に添加し、続いてクリーム状のペーストが生成するまで
攪拌混合を行った。次に、このペーストをAl箔(電流コ
レクター)上に塗布した(塗布ブレートを用いた)。こ
のAl箔は厚さがおよそ25μm であった。塗布物の厚さを
測定したところ、乾燥後およそ30〜70ミクロンであっ
た。(下塗したAl箔は次のようにして作製した。まず、
ポリケイ酸リチウムおよび黒鉛の懸濁液をAl箔上に塗布
した。次に、100 ℃で1時間予備乾燥し、最後に400 ℃
で5分間処理した。典型的な下塗層の厚さは、2〜4ミ
クロンであった。)次に、塗布された箔を周囲温度で1
時間乾燥させ、続いて100 ℃に加熱したオーブン中で更
に2時間の乾燥サイクルを施した。この初期加熱段階の
後、窒素流下で、400 ℃で更に5分間加熱し、ポリケイ
酸リチウムからいっさいの残留水を除去した。次に、こ
うして得られた熱処理済みのカソードを減圧下で保存
し、使用に備えた。
2. A LiCoO 2 cathode was made as follows. Dissolve 1.0 g of LiOH (Aldrich) in 21 g of distilled water and add 24 g of lithium polysilicate (Aldrich).
20% aqueous solution). 1.9 g graphite powder (KS-6 from Lonza), 2.9 g C-100 carbon black (Cheveron), and 85.6 g LiCoO 2 powder (FMC), and 2.
0 g of Triton® X-100 (from Aldrich) were added together, followed by stirring and mixing until a creamy paste formed. Next, this paste was applied on an Al foil (current collector) (using an application plate). This Al foil had a thickness of about 25 μm. The thickness of the coating was measured to be approximately 30-70 microns after drying. (The primed Al foil was prepared as follows.
A suspension of lithium polysilicate and graphite was applied on Al foil. Next, pre-dry at 100 ° C for 1 hour, and finally 400 ° C
For 5 minutes. Typical subbing layer thickness was 2-4 microns. ) Next, apply the applied foil at ambient temperature for 1
After drying for an hour, an additional 2 hour drying cycle was performed in an oven heated to 100 ° C. After this initial heating step, the mixture was heated at 400 ° C. for a further 5 minutes under a stream of nitrogen to remove any residual water from the lithium polysilicate. Next, the heat-treated cathode thus obtained was stored under reduced pressure and prepared for use.

【0017】3.コントロール電極を次のように作製し
た。2gのポリ(フッ化ビニリデン)(「PVDF」)を98g
の1-メチル-2- ピロリドン(「NMP 」)溶剤に溶解して
調したポリマー溶液100.0gに、98.0g の黒鉛粉末(Lonz
a 社製のKS-6)を添加した。次に、クリーム状のペース
トが生成するまで、これらの成分を一緒に混合した。次
に、このペーストを銅箔上に塗布した。この銅箔は厚さ
がおよそ12μm であった。(下塗した銅箔は次のように
して作製した。まず、黒鉛−ポリケイ酸リチウムの懸濁
液を銅箔上に塗布し、続いて100 ℃で1時間予備乾燥し
た。その後、初期加熱された塗布物を、窒素流下で、40
0 ℃で5分間加熱した。銅箔上の下塗層の厚さを測定し
たところ、2〜4ミクロンの範囲にあった。)塗布完了
後、減圧下、約120 ℃で約12時間かけてNMP 溶剤を除去
した。塗膜層の典型的な厚さを測定したところ、80〜90
μm であった。上記の電極を作製した後、以下の三つの
実験を行った。
3. A control electrode was prepared as follows. 98 g of 2 g of poly (vinylidene fluoride) ("PVDF")
90.0 g of graphite powder (Lonz) was added to 100.0 g of a polymer solution prepared by dissolving in 1-methyl-2-pyrrolidone (“NMP”) solvent of
a) KS-6) was added. These ingredients were then mixed together until a creamy paste was formed. Next, this paste was applied on a copper foil. This copper foil was approximately 12 μm thick. (The undercoated copper foil was prepared as follows. First, a graphite-lithium polysilicate suspension was applied on the copper foil, and then pre-dried at 100 ° C. for 1 hour. Apply the coating under nitrogen flow for 40 minutes.
Heat at 0 ° C. for 5 minutes. The thickness of the undercoat layer on the copper foil was measured and was in the range of 2-4 microns. After the coating was completed, the NMP solvent was removed under reduced pressure at about 120 ° C. for about 12 hours. When measuring the typical thickness of the coating layer, 80-90
μm. After producing the above-mentioned electrodes, the following three experiments were performed.

【0018】実験No.1 この実験では、以下のようにして作製した三電極電池に
おける黒鉛アノード(上述したように作製したもので、
ポリケイ酸リチウム無機バインダーを含んでいる)を評
価した。作用電極(塗布層の厚さはおよそ43ミクロンで
ある)を2×2cm2の大きさに裁断した。金属リチウム
(これも2×2cm2の大きさに裁断した)を対電極として
用い、作用電極と対電極との間にリチウム参照電極(0.
5 ×0.5cm2に裁断)を配置した。各電極は、電解質溶液
に浸漬したガラス繊維セパレーターを用いて離間させ
た。図2から分かるように、この電池は、充放電電流1m
A で0.005 〜2.500Vのサイクルであった。電圧が2.500V
に達した後、その電圧を20分間保持した。この実験の結
果に基づいて計算したころ、第1サイクルのクーロン効
率はおよそ82% であった。
Experiment No. 1 In this experiment, a graphite anode in a three-electrode battery manufactured as follows (the one manufactured as described above,
(Including a lithium polysilicate inorganic binder). The working electrode (the thickness of the coating layer is approximately 43 microns) was cut into a size of 2 × 2 cm 2 . Lithium metal (also cut to a size of 2 × 2 cm 2 ) was used as a counter electrode, and a lithium reference electrode (0.
(Cut to 5 × 0.5 cm 2 ). Each electrode was separated using a glass fiber separator immersed in an electrolyte solution. As can be seen from FIG. 2, this battery has a charge / discharge current of 1 m
The cycle of A was 0.005 to 2.500 V. Voltage is 2.500V
, The voltage was held for 20 minutes. Calculated based on the results of this experiment, the first cycle Coulomb efficiency was approximately 82%.

【0019】実験No.2 この実験では、上述した三電極電池を試験に利用して、
PVDFバインダーを有する電極を評価した。この有機バイ
ンダーは厚さがおよそ82ミクロンであった。図3から分
かるように、電池のサイクル条件は充放電電流は2mA で
あったのを除き、上記のものと同じであった。この実験
の結果に基づいて計算したころ、第1サイクルのクーロ
ン効率はおよそ65% となり、無機バインダーを使用した
実験No.1の電池よりもかなり低かった。
Experiment No. 2 In this experiment, the above-described three-electrode battery was used for a test,
The electrode with the PVDF binder was evaluated. This organic binder was approximately 82 microns thick. As can be seen from FIG. 3, the cycling conditions for the battery were the same as above except that the charge and discharge current was 2 mA. When calculated based on the results of this experiment, the first cycle Coulomb efficiency was approximately 65%, much lower than the battery of Experiment No. 1 using an inorganic binder.

【0020】実験No.3 この実験でも、上述した三電極電池を試験に利用した
が、ポリケイ酸リチウムバインダーを有するLiCoO2カソ
ード(作用電極)の評価を目的とした。この無機バイン
ダーの厚さを測定したところ、およそ39μm であった。
この実験では、図4から分かるように、この三電極電池
は、充放電電流1mA で3.200 〜4.200Vのサイクルであっ
た。この実験の結果に基づいて計算したころ、第1サイ
クルのクーロン効率はおよそ91% であり、続くサイクル
ではおよそ100%であった。
Experiment No. 3 In this experiment also, the above-described three-electrode battery was used for the test, but the purpose was to evaluate a LiCoO 2 cathode (working electrode) having a lithium polysilicate binder. The thickness of the inorganic binder was measured to be about 39 μm.
In this experiment, as can be seen from FIG. 4, the three-electrode battery had a cycle of 3.200 to 4.200 V at a charging / discharging current of 1 mA. When calculated based on the results of this experiment, the Coulomb efficiency for the first cycle was approximately 91%, and for the subsequent cycles it was approximately 100%.

【0021】実験No.4 この実験では、ポリケイ酸リチウムバインダーを有する
LiCoO2カソード、および同様にポリケイ酸リチウムバイ
ンダーを有する黒鉛アノードを使用して、二電極電池
(三電極電池と対比して)を作製した。この電池では更
に、エチレンカーボネートおよびジメチルカーボネート
(重量比 3:2)の1M LiAsF6 溶液を含む電解質利用し
た。この電池は、充放電電流1mA で2.700 〜4.150Vのサ
イクルであった。図5から分かるように、充放電時間が
極めて近接していた。このことから、無機バインダーを
使用するとクーロン効率は向上することが実証された。
これまでの説明は、本発明を単に説明および例示するも
のであり、本発明がこれらに限定されるものではない。
ただし、記載された特許請求の範囲により限定される
が、当業者は、開示内容を見れば、本発明の範囲から逸
脱することなしにその修正および変更を行うことができ
るであろう。
Experiment No. 4 In this experiment, a polylithium silicate binder was used.
A two-electrode cell (as opposed to a three-electrode cell) was made using a LiCoO 2 cathode and a graphite anode also having a lithium lithium silicate binder. Furthermore, in this battery, ethylene carbonate and dimethyl carbonate (weight ratio 3: 2) using the electrolyte containing 1M LiAsF 6 solution. This battery had a cycle of 2.700 to 4.150 V at a charge / discharge current of 1 mA. As can be seen from FIG. 5, the charging and discharging times were very close. This demonstrates that the use of an inorganic binder improves the Coulomb efficiency.
The foregoing description is merely illustrative and illustrative of the invention and is not intended to limit the invention.
However, while limited by the scope of the appended claims, one of ordinary skill in the art, upon reading the disclosure, will be able to make modifications and changes therein without departing from the scope of the invention.

【0022】[0022]

【発明の効果】【The invention's effect】 【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明のリチウムイオン電解質電池の略図であ
る。
FIG. 1 is a schematic diagram of a lithium ion electrolyte battery of the present invention.

【図2】実験1の結果のグラフであり、特に電圧対時間
を示している。
FIG. 2 is a graph of the results of Experiment 1, especially showing voltage versus time.

【図3】実験2の結果のグラフであり、特に電圧対時間
を示している。
FIG. 3 is a graph of the results of Experiment 2, specifically showing voltage versus time.

【図4】実験3の結果のグラフであり、特に電圧対時間
を示している。
FIG. 4 is a graph of the results of Experiment 3, particularly showing voltage versus time.

【図5】本発明の無機バインダーを利用した二電極電池
を用いて行った実験の結果のグラフであり、特に電圧対
時間を示している。
FIG. 5 is a graph of the results of an experiment performed using a two-electrode battery using the inorganic binder of the present invention, and particularly shows voltage versus time.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 電解質電池、12 第1の電流コレクター(アノ
ード)、14 第2の電流コレクター(カソード)、1
6 電解質、18 活性電極材料、19 無機バインダ
ー材料、20 活物質
10 electrolyte battery, 12 first current collector (anode), 14 second current collector (cathode), 1
6 electrolyte, 18 active electrode material, 19 inorganic binder material, 20 active material

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 アーサー エー マスコ アメリカ合衆国 マサチューセッツ州 01760 ナティック タマラックロード 20 ──────────────────────────────────────────────────の Continuing on the front page (72) Inventor Arthur A. Masco USA Massachusetts 01760 Natick Tamarack Road 20

Claims (11)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 それぞれ面を有する第1の電流コレクタ
ーおよび第2の電流コレクターと、 液体、ポリマー、プラスチック、またはゲルの電解質か
ら成る群より選ばれる有機電解質と、 該面にそれぞれ塗布された活物質を有する、該第1およ
び第2の電流コレクターのうちの少なくとも一つと、 該第1または第2の電流コレクターの面に該活物質を結
合させるバインダー手段と関連付けられた該活物質と、 少なくとも該有機電解質に不溶性で、しかも電池サイク
ル中および保存中、機械的にも化学的にも安定である該
バインダー手段と、を含むリチウムイオン電解質電池。
1. A first current collector and a second current collector each having a surface, an organic electrolyte selected from the group consisting of a liquid, polymer, plastic, or gel electrolyte, and an active material respectively applied to the surface. At least one of the first and second current collectors having a material; and the active material associated with binder means for binding the active material to a surface of the first or second current collector; A binder means that is insoluble in the organic electrolyte and mechanically and chemically stable during battery cycling and storage.
【請求項2】 前記バインダー手段が無機化合物を含む
ことを特徴とする請求項1に記載のリチウムイオン電解
質電池。
2. The lithium ion electrolyte battery according to claim 1, wherein said binder means contains an inorganic compound.
【請求項3】 前記バインダー手段がケイ酸、リチウム
塩を含むことを特徴とする請求項2に記載のリチウムイ
オン電解質電池。
3. The lithium ion electrolyte battery according to claim 2, wherein said binder means includes a silicic acid and a lithium salt.
【請求項4】 前記バインダー手段がLi2Si5O11 を含む
ことを特徴とする請求項2に記載のリチウムイオン電解
質電池。
4. The lithium ion electrolyte battery according to claim 2, wherein said binder means includes Li 2 Si 5 O 11 .
【請求項5】 前記バインダー手段が前記第1および第
2の電流コレクター用の前記活物質と関連付けられてい
ることを特徴とする請求項1に記載のリチウムイオン電
解質電池。
5. The lithium ion electrolyte battery according to claim 1, wherein said binder means is associated with said active material for said first and second current collectors.
【請求項6】 前記第2の電流コレクターが、黒鉛/炭
素を用いて作製されたアノードを含むことを特徴とする
請求項1に記載のリチウムイオン電解質電池。
6. The lithium ion electrolyte battery according to claim 1, wherein said second current collector comprises an anode made using graphite / carbon.
【請求項7】 第1および第2の電流コレクターのうち
の少なくとも一つの電流コレクターの面を被覆するため
にバインダー材料と活物質とを混合する工程(ただし、
該バインダー材料は少なくとも有機電解質にも不溶であ
り、しかも電池サイクル中および保存中、機械的にも化
学的にも安定である)と、 該第1および第2の電流コレクターのうちの少なくとも
1つの電流コレクターの面に、混合された該バインダー
材料および活物質を塗布する工程と、 液体、ポリマー、プラスチック、またはゲルの電解質か
ら成る群より選ばれる有機電解質を、該第1および第2
の電流コレクターに関連づける工程と、を含む、リチウ
ムイオン電解質電池の製造方法
7. A step of mixing a binder material and an active material to coat a surface of at least one of the first and second current collectors, wherein
The binder material is at least insoluble in the organic electrolyte and is mechanically and chemically stable during battery cycling and storage); and at least one of the first and second current collectors. Applying the mixed binder material and active material to a surface of a current collector; and applying an organic electrolyte selected from the group consisting of a liquid, polymer, plastic, or gel electrolyte to the first and second electrolytes.
Associating with a current collector of the invention, comprising the steps of:
【請求項8】 前記混合工程が、無機バインダー水溶液
と特定の前記活物質との混合を含むことを特徴とする請
求項7に記載の製造方法。
8. The method according to claim 7, wherein the mixing step includes mixing an inorganic binder aqueous solution and the specific active material.
【請求項9】 前記バインダー材料が無機化合物を含む
ことを特徴とする請求項7に記載の製造方法。
9. The method according to claim 7, wherein the binder material contains an inorganic compound.
【請求項10】 第1および第2の電流コレクターのう
ちの少なくとも一つの電流コレクターの面を被覆するた
めにバインダー材料と活物質とを混合する工程と、 該バインダー材料と該活物質とを化学的に結合する工程
と、 結合された該バインダー材料および活物質を、該第1ま
たは第2の電流コレクターのそれぞれの面に化学的に接
着させる工程と、 結合され更に接着された該バインダー材料および活物質
を、液体、ポリマー、プラスチック、またはゲルの電解
質から成る群より選ばれる有機電解質に関連づける工程
と、 該バインダー材料が該有機電解質に溶解するのを抑制し
て、該バインダー材料の機械的および化学的安定性を保
持し、更に、電池サイクル中および保存中に、結合され
更に接着された該バインダー材料および活物質を保持す
る工程と、を含む、リチウムイオン電解質電池の製造に
関連した化学的方法。
10. A method of mixing a binder material and an active material to cover a surface of at least one of the first and second current collectors, wherein the binder material and the active material are chemically combined. Chemically bonding the bonded binder material and active material to respective surfaces of the first or second current collector; and bonding and further bonding the binder material and the active material. Associating the active material with an organic electrolyte selected from the group consisting of a liquid, polymer, plastic, or gel electrolyte; and suppressing the dissolution of the binder material in the organic electrolyte to reduce the mechanical and mechanical properties of the binder material. It retains chemical stability and further binds and adheres the binder material and active material during battery cycling and storage. And a step of lifting, associated with the production of lithium-ion electrolyte battery chemical methods.
【請求項11】 前記バインダー材料が無機化合物を含
むことを特徴とする請求項10に記載の化学的方法。
11. The method according to claim 10, wherein said binder material comprises an inorganic compound.
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