JPH11265722A - アルカリ金属電気化学電池の膨潤の制御 - Google Patents

アルカリ金属電気化学電池の膨潤の制御

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JPH11265722A
JPH11265722A JP10377178A JP37717898A JPH11265722A JP H11265722 A JPH11265722 A JP H11265722A JP 10377178 A JP10377178 A JP 10377178A JP 37717898 A JP37717898 A JP 37717898A JP H11265722 A JPH11265722 A JP H11265722A
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カン ホン
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 電池の放電容量を感知できる程度に損なうこ
となく、リチウム／酸化バナジウム銀電池またはリチウ
ム／酸化バナジウム銀銅電池などのアルカリ金属／遷移
金属酸化物の電気化学電池の電池膨潤特性を改良するこ
とである。 【解決手段】上記の課題は、ａ）アノード活物質として
のアルカリ金属からなるアノード、ｂ）金属、金属酸化
物、混合金属酸化物および金属硫化物からなる群から選
択されるカソード活物質を含むカソード、およびｃ）前
記アノードおよび前記カソードを活性化する電解液から
なる電気化学電池において、前記アノード活物質および
前記カソード活物質は、放電による電池厚さ全体のパー
セント変化が約１０％以下になるように、アノードおよ
びカソードの活物質のグラム量に基づくアノード‐カソ
ード容量比で、前記電池内に存在することを特徴とする
電気化学電池とすることによって解決される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、化学エネルギーを
電気エネルギーに変換することに関する。さらに詳しく
は、本発明は、アノード‐カソード（Ａ／Ｃ）の容量比
を特別に均衡化させて、カソード効率を感知できる程度
に損なうことなく電池膨潤を改善できるアルカリ金属電
気化学電池に関する。好ましいカップルは、アルカリ金
属／固体カソード活物質であり、さらに好ましくい化学
構成は、リチウム／遷移金属酸化物のカップルである。
【０００２】
【従来の技術】リチウム電池はペースメーカーや心臓細
動除去器などの体内埋め込み型医療装置に電力を与える
ために有効に使用されてきた。しかしながら、リチウム
電池は放電中に一定の電圧に達した場合に膨潤すること
が知られている。医療装置の設計においては、この膨潤
を考慮して、装置回路に損傷を与えないために、電池の
体積変化に応じうる充分な空隙が残されている必要があ
る。結果として、電池の膨潤が大きくなればなるほど、
用意しておかなければならない空隙も大きくなり、これ
は装置の総体積に直接影響する。体内埋め込み型医療装
置の分野では、より小さい体積の装置が望まれている。
すなわち、リチウム電池、特に体内埋め込み型医療装置
に電力を与えるために使用されるリチウム電池における
膨潤を最小化または除去して、体内埋め込み型装置のよ
り効率的で安全な設計を改良することが望まれている。
【０００３】心臓細動除去器などの体内埋め込み型医療
装置の駆動に必要とされる高放電容量および高エネルギ
ー電流パルスを与える化学構成は、リチウム／酸化バナ
ジウム銀（Ａｇ2 Ｖ4 Ｏ11、ＳＶＯ）カップルである。
Crespi等の米国特許第５４５８９９７号には、リチウム
アノードと酸化バナジウム銀カソードとを有する電気化
学電池が記載されているが、この電池はアノードが限定
されている。この特許は、従来法に従って均衡化された
Ｌｉ／ＳＶＯ電池の放電において、抵抗は放電曲線上の
第２の電圧平坦部３１０から始まって時間の関数として
増加する（Crespi等の図５）。この点に関して、Crispi
等は、従来法に従って均衡化された電池において使用さ
れている量よりも、少ない量のリチウムおよび電解液を
含むように電池活成分を再均衡化している。この再均衡
化された電池は、アノード容量（Ｑ- ）とカソード容量
（Ｑ+ ）との比が０．４５〜０．７０になっている。こ
の再均衡化によって、第１の電圧平坦部、および第２の
電圧平坦部の始まりに至る第１の傾斜部においてのみ、
すなわち、従来法によって均衡化されたＬｉ／ＳＶＯ電
池において抵抗が形成される放電曲線の部分（第２の電
圧平坦部領域）を避けて放電が起こる。この方法の欠点
は、約２５０ｍＡｈまでの電池容量の損失があることで
ある（Crespi等の特許の図６の線３７０と図７の線３８
５）。
【０００４】それ故、体内埋め込み型医療装置などに電
力を供給するのに必要な高容量を放電でき、しかも、放
電中に膨潤があったとしても少なくなるようなリチウム
／遷移金属酸化物電池が要求されている。本発明の電池
は、高放電容量のＬｉ／ＳＶＯ電池の放電に一般的な電
圧平坦部の両方を利用することによってこの要求を満た
し、同時に、再均衡化されたアノード‐カソード（Ａ／
Ｃ）の容量比によって電池膨潤の影響を最小化してい
る。すなわち、電圧平坦部および傾斜部の両者を使用す
ることによって、しかも、電池の活成分を再均衡化する
ことによって、電池膨潤という問題は、電極での電気化
学反応を損なうことなく制御されている。本発明によっ
て活成分を再均衡化することは、リチウム／酸化バナジ
ウム銀銅電池においても膨潤を減少させるのに有用であ
る。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、電池
の放電容量を感知できる程度に損なうことなく、リチウ
ム／酸化バナジウム銀電池またはリチウム／酸化バナジ
ウム銀銅電池などのアルカリ金属／遷移金属酸化物の電
気化学電池の電池膨潤特性を改良することである。この
目的は、（アノード内およびカソード内の活物質のグラ
ム量に基づいて）電池のアノード‐カソードの容量比を
再均衡化することによって達成される。これによって、
電池は高放電容量および高電流パルスを放電でき、また
同時に、そのような電源で一般的に生じるケースの膨潤
を最小化できる。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明において、好まし
いアノードはリチウム金属であり、好ましいカソード
は、酸化バナジウム銀（Ａｇ2 Ｖ4 Ｏ11）（ＳＶＯ）ま
たは酸化バナジウム銀銅（ＣＳＶＯ）などの遷移金属酸
化物である。好ましい電解液としては、プロピレンカー
ボネートなどの少なくとも１種類の高誘電率溶媒と１，
２‐ジメトキシエタンなどの少なくとも１種類の低粘度
溶媒とを含む溶媒にイオン形成アルカリ金属塩としての
ＬｉＡｓＦ6 またはＬｉＰＦ6 を１．０Ｍ〜１．４Ｍ溶
解させたものが挙げられる。この化学構成は電流パルス
放電を間欠的に放電できる電池を提供する。
【０００７】本発明は、次の説明と添付図面を参照する
ことによって当業者に明らかとなる。
【０００８】
【発明の実施の形態】本発明の電気化学電池は、リチウ
ム、ナトリウムおよびカリウムなどの元素周期律表のＩ
Ａ、ＩＩＡおよびＩＩＩＢ族から選択される金属、およ
びその合金または金属間化合物、例えばＬｉ‐Ｓｉ、Ｌ
ｉ‐Ａｌ、Ｌｉ‐ＢおよびＬｉ‐Ｓｉ‐Ｂの合金または
金属間化合物からなるアノードから構成される。好まし
いアノードはリチウムから構成される。また、アノード
はリチウム‐アルミニウム合金などのリチウム合金から
構成されてもよい。合金中のアルミニウム重量が大きく
なけばなるほど、電池のエネルギー密度は減少する。
【０００９】アノードの形態は任意であるが、好ましく
はアノードは、アノード金属からなる薄い金属性のシー
トまたは箔を、好ましくはチタン、チタン合金またはニ
ッケルからなる金属製のアノード集電体に、プレスまた
は圧延したものであり、これがアノード構成要素を形成
する。銅、タングステンおよびタンタルもアノード集電
体に好適な材料である。本発明の実施例における電池で
は、アノード構成要素は好ましくはニッケルまたはチタ
ンなどのアノード集電体と同一材料からなり、溶接など
によって集電体に一体形成された延長タブまたはリード
を有しており、この延長タブまたはリードは、導電性金
属からなる電池ケースとの溶接によって接触されてい
て、ケースが負極の電池構造になっている。また、アノ
ードは他の形態、例えばボビン型、円筒型またはペレッ
ト型に形成されて、低表面積の電池設計されていてもよ
い。
【００１０】本発明の電気化学電池はさらに、電池のも
う１つの電極としての役割を果たす導電性材料からなる
カソードを含んでいる。
【００１１】カソードは好ましくは固体材料からなり、
カソードでの電気化学反応は、アノードからカソードに
移動するイオンを原子状態または分子状態に変換する反
応を含んでいる。固体カソード材料は、金属元素、金属
酸化物、混合金属酸化物、金属硫化物、並びにその組み
合わせから構成されている。金属酸化物、混合金属酸化
物および金属硫化物は、化学付加反応、または混合状態
での熱処理、ゾル‐ゲル形成、化学蒸着または水熱合成
によって種々の金属酸化物、金属硫化物および／または
金属元素の好適な親密接触によって形成され得る。この
ようにして製造される活物質は、貴金属および／または
他の酸化物や硫化物を含むＩＢ、ＩＩＢ、ＩＩＩＢ、Ｉ
ＶＢ、ＶＢ、ＶＩＢ、ＶＩＩＢおよびＶＩＩＩ族の金
属、酸化物および硫化物を含んでいる。
【００１２】好ましい混合金属酸化物は、一般式ＳＭx
Ｖ2 Ｏy を有する遷移金属酸化物である。ここで、ＳＭ
は元素周期律表のＩＢ〜ＶＩＩＢおよびＶＩＩＩ族から
選択される金属であり、一般式中のｘは約０．３０〜
２．０であり、ｙは約４．５〜６．０である。これに限
定されるわけではないが、例えば、１実施例としてのカ
ソード活物質は、一般式Ａｇx Ｖ2 Ｏy を有する酸化バ
ナジウム銀（ＳＶＯ）からなる。この酸化バナジウム銀
は、その何れの相であってもよい。例えば、β‐相の酸
化バナジウム銀は一般式においてｘ＝０．３５およびｙ
＝５．８を有している。γ‐相の酸化バナジウム銀は一
般式においてｘ＝０．７４およびｙ＝５．３７を有して
いる。ε‐相の酸化バナジウム銀は一般式においてｘ＝
１．０およびｙ＝５．５を有している。なお、この相は
組み合わせや混合であってもよい。このようなカソード
活物質のさらに詳細な説明としては、Liang 等の米国特
許第４３１０６０９号がある。この特許は、本発明の出
願人に譲り受けられており、ここに参考文献として揚げ
られる。
【００１３】他の好適な複合遷移金属酸化物のカソード
材料としては、Ｖ2 Ｏz が挙げられる。ここで、Ｖ2 Ｏ
z はｚ≦５の場合には、銀（ＩＩ）、銀（Ｉ）または銀
（０）の酸化状態の何れかにある銀を含むＡｇ2 Ｏ、お
よび銅（ＩＩ）、銅（Ｉ）または銅（０）のいずれかの
酸化状態にある銅を含むＣｕＯと結合して、一般式Ｃｕ
x Ａｇy Ｖ2 Ｏz （ＣＳＶＯ）を有する混合金属酸化物
を提供する。すなわち、この複合カソード活物質は、金
属酸化物‐金属酸化物‐金属酸化物、金属‐金属酸化物
‐金属酸化物または金属‐金属‐金属酸化物として記述
でき、Ｃｕx Ａｇy Ｖ2 Ｏz の材料組成の範囲は、好ま
しくは約０．０１≦ｚ≦６．５である。ＣＳＶＯの一般
的な形態は、Ｃｕ0.16Ａｇ0.67Ｖ2 Ｏz （ｚは約５．５
である）およびＣｕ0.5 Ａｇ0.5 Ｖ2 Ｏz （ｚは約５．
７５である）である。酸素含有量はｚで表されるが、Ｃ
ＳＶＯ中の酸素の正確な化学量論比率は、カソード材料
が空気や酸素などの酸化雰囲気中で調製されているの
か、またはアルゴンやニッケルやヘリウムなどの不活性
雰囲気中で調製されているかに依存して変わり得る。こ
のカソード活物質のさらに詳細な説明としては、タケウ
チ等の米国特許第５４７２８１０号およびタケウチ等の
第５５１６３４０号がある。なお上記の特許は何れも本
発明の出願人に譲り受けられており、ここに参考文献と
して掲げる。
【００１４】本発明に有用な他のカソード活物質として
は、二酸化マンガン、酸化コバルトリチウム、酸化ニッ
ケルリチウム、酸化銅、二硫化チタン、硫化銅、硫化
鉄、二硫化鉄、酸化バナジウム銅、フッ化炭素および上
記物質の混合物が挙げられる。好ましくはカソードは、
カソード活物質を約８０〜９９重量パーセント含んでい
る。
【００１５】本発明に従って電気化学電池に組み込むた
めの電極を作成する前に、上記のようにして調製された
カソード活物質は、好ましくはカソード混合物中に約１
〜５重量パーセントで存在するポリテトラフルオロエチ
レンまたはポリビニリデンフルオライドなどの粉末フッ
素ポリマーのようなバインダー材料と混合されている。
さらに、好ましくは、約１０重量パーセントまでの導電
性希釈材が導電性を改良するためにカソード混合物に添
加されている。この目的に好適な材料としては、ニッケ
ル、アルミニウム、チタンおよびステンレス鋼など金属
粉末またはアセチレンブラック、カーボンブラックおよ
び／またはグラファイトが挙げられる。好ましいカソー
ド活物質としては、約３重量パーセントの粉末状フッ素
ポリマーバインダー、約３重量パーセントの導電性希釈
材および約９４重量パーセントのカソード活物質を含ん
でいる。
【００１６】電池に組み込むためのカソード構成要素
は、本発明のカソード活混合物を、ステンレス鋼、チタ
ン、タンタル、白金および金からなる群から選択される
好適な集電体上に、圧延、ロールまたはプレスすること
によって調製され得る。好ましい集電体材料はチタンで
あり、さらに好ましくは、チタンカソード集電体はその
上にグラファイト／カーボンペイントの薄層を有してい
る。上記のようにして調製されたカソードは、例えば板
状に形成された少なくとも１個以上のプレートと、アノ
ード材料からなる板状に形成された少なくとも１個以上
のプレートとを機能的に作用するように関連付けるか、
または長尺状に形成してアノード材料からなる対応する
長尺状のものと巻回して“ゼリーロール”と類似の構造
体に形成される。
【００１７】内部の短絡状態を回避するために、カソー
ドは好適なセパレーター材料によってＩＡ、ＩＩＡまた
はＩＩＩＢ族のアノード材料から分離されている。セパ
レーターは電気的絶縁材料からなり、このセパレーター
材料もまた、アノードおよびカソード活物質と化学的に
不活性であり、電解液と不活性であり、しかも、電解液
に不溶である。さらにこのセパレーター材料は、電池の
電気化学反応の際に、電解液の流通を可能にするのに十
分な多孔度を有している。実施例としてのセパレーター
材料は、ポリビニリデンフルオライド、ポリエチレンテ
トラフルオロエチレンおよびポリエチレンクロロトリフ
ルオロエチレンなどのフッ素ポリマー繊維からなる織物
を単独使用するか、またはフッ素ポリマー微孔性フィル
ム、不織ガラス、ポリプロピレン、ポリエチレン、ガラ
ス繊維材料、セラミックス、商品名ＺＩＴＥＸ（Chempl
ast Inc.）として市販されているポリテトラフルオロエ
チレン膜、商品名ＣＥＬＧＡＲＤ（Celanese Plastic C
ompany, Inc.）として市販されているポリプロピレン
膜、および商品名ＤＥＸＩＧＬＡＳ（C.H. Dexter, Di
v., Dexter Corp. ）として市販されている膜に積層し
て使用される。
【００１８】さらに本発明の電気化学電池は、電池の電
気化学反応の際に、アノードとカソードの電極間のイオ
ン移動のための媒体としての役割を果たす非水性のイオ
ン伝導性電解液を含んでいる。電極での電気化学反応
は、アノードからカソードへ移動するイオンを原子状態
または分子状態に変換する反応を含んでいる。すなわ
ち、本発明に好適な非水性電解液は、アノードおよびカ
ソード材料に対して実質的に不活性であり、それらはイ
オン伝導に不可欠な物性、すなわち低粘度、低表面張力
および湿潤性を示す。
【００１９】好適な電解液は、無機のイオン伝導性塩を
非水性溶媒に溶解したものである。さらに好ましくは、
電解液はイオン性アルカリ金属塩を含んでおり、このイ
オン性アルカリ金属塩は低粘度溶媒と高誘電率溶媒とか
らなる非プロトン性(aprotic) 有機溶媒の混合物に溶解
されている。無機のイオン伝導性塩は、アノードイオン
が移動するための媒体としての役割を果たして、カソー
ド活物質とインターカレートまたは反応する。好ましく
はイオン形成アルカリ金属塩は、アノードを構成するア
ルカリ金属と同一または類似である。
【００２０】リチウムからなるアノードの場合、電解液
のアルカリ金属塩はリチウムを基本とする塩である。ア
ノードからカソードへのアルカリ金属イオンの伝導のた
めの媒体としての有用な公知のリチウム塩としては、Ｌ
ｉＰＦ6 、ＬｉＢＦ4 、ＬｉＡｓＦ6 、ＬｉＳｂＦ6 、
ＬｉＣｌＯ4 、ＬｉＡｌＣｌ4 、ＬｉＧａＣｌ4 、Ｌｉ
Ｃ（ＳＯ2 ＣＦ3 ）3 、ＬｉＮ（ＳＯ2 ＣＦ3 ）2 、Ｌ
ｉＳＣＮ、ＬｉＯ3 ＳＣＦ2 ＣＦ3 、ＬｉＣ6 Ｆ5 ＳＯ
3 、ＬｉＯ2 ＣＣＦ3 、ＬｉＳＯ3 Ｆ、ＬｉＢ（Ｃ6 Ｈ
5 ）4 およびＬｉＣＦ3 ＳＯ3 、並びに上記物質の混合
物が挙げられる。
【００２１】本発明に有用な低粘度溶媒としては、エス
テル、線状または環状のエーテルおよびジアルキルカー
ボネート、例えばテトラヒドロフラン（ＴＨＦ）、メチ
ルアセテート（ＭＡ）、ジグリム、トリグリム、テトラ
グリム、ジメチルカーボネート（ＤＭＣ）、１、２‐ジ
メトキシエタン（ＤＭＥ）、１、２‐ジエトキシエタン
（ＤＥＥ）、１‐エトキシ，２‐メトキシエタン（ＥＭ
Ｅ）、ジエチルカーボネート、および上記物質の混合物
が挙げられる。高誘電率溶媒としては、環状カーボネー
ト、環状エステルおよび環状アミド、例えばプロピレン
カーボネート（ＰＣ）、エチレンカーボネート（Ｅ
Ｃ）、アセトニトリル、ジメチルスルホキシド、ジメチ
ルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、γ‐バレロラ
クトン、γ‐ブチロラクトン（ＧＢＬ）およびＮ‐メチ
ル‐ピロリジノン（ＮＭＰ）、並びに上記物質の混合物
が挙げられる。本発明において、好適なアノードはリチ
ウム金属であり、好適な電解液は、好適な高誘電率溶媒
としてのプロピレンカーボネートと好適な低粘度溶媒と
しての１，２‐ジメトキシエタンとの体積比５０：５０
混合物中に溶解された０．８Ｍ〜１．５ＭのＬｉＡｓＦ
6 またはＬｉＰＦ6 である。
【００２２】放電中において、ＳＶＯはそのリチウムイ
ンターカレート状態、すなわちＬｉX Ａｇ2 Ｖ4 Ｏ11に
変換される。ここでｘは０〜約７の範囲である。電池の
開回路電圧が約２．４ボルト（ｘ＞５）以下に落ちると
ころまでＳＶＯ電池が放電されたとき、電池膨潤が起こ
り始めることが観測された。放電条件に依存して、電池
厚さ全体の変化は、始めの電池厚さの２５％またはそれ
以上に大きくなっている。
【００２３】本発明によると、リチウム／遷移金属酸化
物カップルの放電中の電池膨潤の比率は、アノード‐カ
ソード（Ａ／Ｃ）の容量比を再設計または再均衡化する
ことによって、従来技術において知られたものを越えて
減少する。カソード内の活物質の量はカソードの理論容
量を決定する。体内埋め込み型装置の電力供給におい
て、（傾斜した電圧プロフィール、インピーダンス変化
などの）電池の放電状態を知ることは常に必要であり、
医師や患者はいつバッテリーを交換する必要があるかを
決定する。心臓細動除去器などの今日の体内埋め込み型
医療装置に一般的に用いられているＳＶＯ電池にとっ
て、第２の電圧平坦部の始まり（２．６Ｖ）は、電池の
供給寿命の約５０％（カソード効率の４０％）の利用を
示している。電池ポテンシャルが第２の平坦部（〜２．
５Ｖ）の末端に達すると、電池供給寿命の約８０％（カ
ソード効率の７０％）が消費されている。患者の安全性
のために、有効な供給寿命の残りの２０％が完全に消費
される前に、電池は取り替える必要がある。ここで、
２．５Ｖから２．２Ｖの電池電圧のゆるやかな減少（Ｓ
ＶＯ電池の第２の傾斜部）がモニターされると、体内埋
め込み型医療装置の供給寿命の最後を示すものとして使
用される。
【００２４】電解液の溶媒の分解が、アルカリ金属／遷
移金属酸化物電池の膨潤を起こすことが知られている。
例えば、体積比５０：５０のＰＣ：ＤＭＥ中の１．０Ｍ
のＬｉＡｓＦ6 で活性化されたリチウム／酸化バナジウ
ム銀（Ｌｉ／ＳＶＯ）電池では、プロペンが気体生成物
の主要成分であることが見出されている。電解液におけ
るプロピレンカーボネートは、次の式に従って触媒的に
分解して、プロペンおよびリチウムカーボネートを形成
する。
【００２５】
【式１】
【００２６】すなわち、プロピレンカーボネートの触媒
的分解によるプロペンの生成は、第１にＳＶＯカソード
へのリチウムイオンのインターカレーション状態に依存
する。本発明によるとガス形成は、電池が、約２．４Ｖ
（ｘ＞５）より低い開回路電圧ポテンシャルに達した場
合にのみ見られるので、触媒の形成はＳＶＯカソードが
そのようなリチウムインターカレーション状態に達する
のを阻止することによって回避される。これはε‐相の
ＳＶＯ（Ａｇ2 Ｖ4 Ｏ11）の１当量を完全に放電するた
めに要求されるリチウムの７．００当量に基づいて、Ａ
／Ｃ比を０．９６（ｘ＝６．７）〜０．６８（ｘ＝４．
８）の範囲に再均衡化することによって達成される。こ
の点に関して、プロペンの形成はアルカリ金属／遷移金
属酸化物の電気化学電池の放電中に減少する。これは、
電池放電の寿命期間（end-of-life ）（ＥＯＬ）での膨
潤を、ＰＣ：ＤＭＥの体積比５０：５０の混合物で活性
化された従来のアルカリ金属電気化学電池で一般的に生
じた膨潤を約８０％だけ減少させることになる。
【００２７】上述のCrespi等の特許において、アノード
の容量（Ｑ- ）をカソードの容量（Ｑ+ ）で除した比
は、ＳＶＯの１当量を完全に放電するのに要求されるリ
チウムの約６．６７当量に基づいて計算される。本発明
のＳＶＯの理論容量値（Ｌｉインターカレーションの７
当量）を使用することによって、Crespi等のＡ／Ｃ比の
範囲は、（０．４５〜０．７０に変わって）０．４３〜
０．６７と計算される。すなわち、０．９６〜０．６８
という本発明のＡ／Ｃ比の範囲は、従来技術のものと重
ならない。
【００２８】電気化学電池の好ましい形態は、ケースが
負極の設計であり、アノード／カソードのカップルは、
当業者に周知のように、アノード集電体に接続されるよ
うな導電性金属からなるケースに挿入される。ケースの
好ましい材料はチタンであるが、ステンレス鋼、軟鋼、
ニッケル、ニッケルメッキした軟鋼およびアルミニウム
であってもよい。ケースのヘッダーはカソード電極のた
めのガラス‐金属シール／端子ピンフィードスルーを収
容するための十分な数の開口を有する金属製の蓋体を備
えている。アノード電極は、好ましくはケースまたは蓋
体に接続される。さらなる開口部が電解液を充填するた
めに設けられている。ケースのヘッダーは電気化学電池
の他の構成要素と化学反応を起こさない材料から構成さ
れており、耐腐食性である。ケースはその後、上記の電
解液が充填されて充填孔にステンレス鋼性のプラグを精
密溶接するなどして密閉シールされる。なお、これに限
定されるわけではない。また本発明の電池は、ケースが
正極の設計に作製してもよい。
【００２９】次の実施例は、本発明の電気化学電池を製
造するための方法や使用方法を記載している。それらは
本発明者が本発明を実施するための最良実施形態と考え
るものであるが、本発明はそれに限定されるわけではな
い。
【００３０】
【実施例】実施例Ｉ リチウムアノード材料にニッケル集電体スクリーンをプ
レスし、酸化バナジウム銀カソード材料にチタン集電体
スクリーンをプレスすることによって、１５個のリチウ
ム／酸化バナジウム銀電池を作製した。これらの電池は
３つずつ５個のグループに分類し、それぞれ（電池の電
極活物質のグラム量に基づいて）そのＡ／Ｃ容量比によ
って表した。電極はそれぞれ２層のプロピレン微孔性膜
セパレーターがアノードおよびカソードの間に挟まれた
プリズマティック型電池スタック構造に組み立てられ
た。この電極集合体は次にケースが負極の構造のステン
レス鋼製ケース内に密閉シールされて、ＰＣ：ＤＭＥの
体積比５０：５０の混合物中の１．０ＭのＬｉＡｓＦ6
から実質的に構成される電解液で活性化した。
【００３１】３．５７ｋΩの定抵抗負荷を最初のプレ放
電期間中に２１時間にわたってすべての電池に適用し
た。このプレ放電期間はバーンインと呼ばれ、電池の理
論容量の約１％が損なわれる。バーンインに続いて、各
パルス間に１５秒の休憩をもたせた４個の１０秒パルス
（２３．２ｍＡ／ｃｍ2 ）からなるアクセプタンスパル
ステストを電池に対して実施した。
【００３２】アクセプタンスパルステストに続いて、す
べての電池を６週間にわたって２ｋΩの負荷で毎週パル
ストレインを実施して放電させた（７パルストレイ
ン）。パルストレインは各パルス間に１５秒の休憩をも
たせた４個の１０秒パルス（２３．２ｍＡ／ｃｍ2 ）か
ら構成される。７個のパルストレインに引き続いて、電
池を０．０Ｖに達するまで、５ｋΩの定抵抗負荷で放電
させた。電池の厚さを一定時間毎にモニターした、Ａ／
Ｃ比および理論最大リチウムインターカレーション（理
論的なｘ）と比較して、最終的な電池厚さのパーセンテ
ージ変化のデータを表１にまとめる。
【００３３】
【表１】
【００３４】表１のグループ１〜５のそれぞれの電池の
各データから集めたデータをグラフにして、Ｌｉ／ＳＶ
Ｏカップルの電池膨潤における改良を示すと、カソード
効率は無視されていない。図１はそれぞれのＬｉ／ＳＶ
Ｏ電池のアノード‐カソード（Ａ／Ｃ）容量比に対する
放電容量の影響を示す。ここで、曲線１０は０．９２３
のＡ／Ｃ比を有するＬｉ／ＳＶＯ電池から作成したグラ
フである。曲線１２は０．９９５のＡ／Ｃ比を有する電
池から作成したグラフである。曲線１４は１．０４４の
Ａ／Ｃ比を有する電池から作成したグラフである。曲線
１６は１．０７８のＡ／Ｃ比を有する電池から作成した
グラフである。曲線１８は１．１３５のＡ／Ｃ比を有す
る電池から作成したグラフである。１．１３５〜０．９
２３のＡ／Ｃ比を有するすべての電池は同じ電圧プロフ
ィールに従った。しかしながら、Ａ／Ｃ比が小さくなる
と、電池はより速く０．０Ｖに達する。
【００３５】図２では、図１のｘ座標を電池容量からカ
ソード効率に変更してある。ここで、曲線２０は０．９
２３のＡ／Ｃ比を有するＬｉ／ＳＶＯ電池から作成した
グラフである。曲線２２は０．９９５のＡ／Ｃ比を有す
る電池から作成したグラフである。曲線２４は１．０４
４のＡ／Ｃ比を有する電池から作成したグラフである。
曲線２６は１．０７８のＡ／Ｃ比を有する電池から作成
したグラフである。曲線２８は１．１３５のＡ／Ｃ比を
有する電池から作成したグラフである。このデータは、
１．１３５のＡ／Ｃ比を有する場合には、約９９％のカ
ソード効率しか放電しないことを示している。これはＳ
ＶＯカソードの効率的な利用にとって、より多くのアノ
ード容量が電池の活成分均衡化において必要であること
を意味する。同一の結論は、他のすべてのＡ／Ｃ比の電
池から導き出すことができる。
【００３６】図３は、電池膨潤を有するＡ／Ｃ比の関係
を示す。ここで、曲線３０は０．９２３のＡ／Ｃ比を有
するＬｉ／ＳＶＯ電池から作成したグラフである。曲線
３２は、０．９９５のＡ／Ｃ比を有する電池から作成し
たグラフである。曲線３４は１．０４４のＡ／Ｃ比を有
する電池から作成したグラフである。曲線３６は１．０
７８のＡ／Ｃ比を有する電池から作成したグラフであ
る。曲線３８は１．１３５のＡ／Ｃ比を有する電池から
作成したグラフである。何れのＡ／Ｃ比でも電池の厚さ
の変化は同じ曲線を辿る。電池が０．０Ｖに達すると、
電池の膨潤は止まる。それ故、Ａ／Ｃ比が低くなればな
るほど、電池膨潤は小さくなる。図１〜３より、電池膨
潤、電池放電容量およびＡ／Ｃ比の間の関係は明らかに
示されている。
【００３７】図４は、カソード効率と電池膨潤との間の
関係を示す。ここで、曲線４０は０．９２３のＡ／Ｃ比
を有するＬｉ／ＳＶＯ電池から作成したグラフである。
曲線４２は０．９９５のＡ／Ｃ比を有する電池から作成
したグラフである。曲線４４は１．０４４のＡ／Ｃ比を
有する電池から作成したグラフである。曲線４６は１．
０７８のＡ／Ｃ比を有する電池から作成したグラフであ
る。曲線４８は１．１３５のＡ／Ｃ比を有する電池から
作成したグラフである。
【００３８】Ｌｉ／ＳＶＯ電池は約５６％〜６５％のカ
ソード効率の間で膨潤し始める。中間点は約６１％のカ
ソード効率である。このカソード効率は第２の電圧平坦
部の終わり、または第２の傾斜部の始まりを示しており
（図２参照）、電池膨潤が完全に回避できる再均衡化さ
れたＡ／Ｃ比の下限である。図２のデータによると、こ
のカソード効率を達成するためのＡ／Ｃ比の下限は、約
６１％よりも大きいはずである。実際の数値は図５の結
果から決定される。図４は６１〜約８５％のカソード効
率でＳＶＯ電池だけが最小の膨潤を示すことで表してい
る。
【００３９】図５はＡ／Ｃ比およびカソード効率の関係
を示す。線形関係が観測される。
【００４０】カソード効率（％×１００）＝４．１８０
６＋８３．９９９（Ａ／Ｃ比）
【００４１】図５に示す平衡状態（曲線５０）は実験デ
ータに由来する実験的平衡値である。切片４．１８０６
および傾き８３．９９９は実験データの点の線形数学的
フィッティングの結果である。Ｒ2 値は相関関係の精度
を表している。完全にフィットすると、Ｒ2 は１．００
になる。Ｒ2 が１．００に近づけば近づくほど、曲線の
フィットは良くなる。すなわち、Ｒ2 ＝０．９８３は、
非常に信頼性のある曲線フィットであり、カソード効率
とＡ／Ｃ比との間の線形関係が実験条件で支持されてい
る。
【００４２】図４から、カソード効率の下限は６１％で
あると推定される。上記のカソード効率の平衡状態の場
合、Ａ／Ｃの下限は０．６８であると計算される。本発
明の計算された下限値であるＡ／Ｃ比は、上記のCrespi
等の特許の０．４３〜０．６７と計算されるＡ／Ｃ比の
範囲より大きい。
【００４３】図６は、電池のポテンシャルと電池厚さと
の関係を示す。ここで、曲線６０は０．９２３のＡ／Ｃ
比を有するＬｉ／ＳＶＯ電池から作成されたグラフであ
る。曲線６２は０．９９５のＡ／Ｃ比を有する電池から
作成したグラフである。曲線６４は１．０４４のＡ／Ｃ
比を有する電池から作成したグラフである。曲線６６は
１．０７８のＡ／Ｃ比を有する電池から作成したグラフ
である。曲線６８は１．１３５のＡ／Ｃ比を有する電池
から作成したグラフである。このグラフは、Ｌｉ／ＳＶ
Ｏ電池が膨潤し始めるとき、電池はすでに第２の平坦部
の末端に達していて、電池の電圧は約２．５Ｖ以下にな
っていることを示している。
【００４４】表１および図１〜６によると、Ｌｉ／ＳＶ
Ｏ電池の膨潤を最小化または回避するための好適なＡ／
Ｃ比は、０．６８〜１．００の範囲にある。しかしなが
ら、好適な電池設計は、できるだけカソード容量を利用
することであり、同時に電池膨潤を最小化することであ
る。それ故、本発明のより好ましいＡ／Ｃ比は、０．９
０〜０．９６の範囲にある（これは８０〜８５％のカソ
ード効率に対応する）。この範囲内では、電池ポテンシ
ャルは電池の寿命期（ＥＣＬ）を示すものとして利用さ
れ得る第２の傾斜部にある。
【００４５】この実施例はＬｉ／ＳＶＯ電池の放電を示
すものであるが、Ｌｉ／ＳＶＯおよびＬｉ／ＣＳＶＯ電
池の両者は、品質的に電池膨潤の点で同一の挙動を示
す。品質的に、この２つの系は異なる点もある。例え
ば、Ｌｉ／ＣＳＶＯ電池は下限、上限および最適Ａ／Ｃ
比の範囲は、それらの放電電圧プロフィールの違いに起
因するため、Ｌｉ／ＳＶＯ電池のものと相違する。しか
しながら、両電池系において、電池膨潤は本発明による
アノードを限定した設計を利用することによって最小化
または削除することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】種々のアノード‐カソード容量比を有するＬｉ
／ＳＶＯ電池の電圧と放電容量との関係を示すグラフで
ある。
【図２】図１のグラフを作成するために使用されたＬｉ
／ＳＶＯ電池の電圧とカソード放電効率との関係を示す
グラフである。
【図３】図１のグラフを作成するために使用されたＬｉ
／ＳＶＯ電池の電池膨潤と放電容量との関係を示すグラ
フである。
【図４】図１のグラフを作成するために使用されたＬｉ
／ＳＶＯ電池の電圧膨潤とカソード放電効率との関係を
示すグラフである。
【図５】Ｌｉ／ＳＶＯ電池のカソード放電効率とアノー
ド‐カソード容量比との関係を示すグラフである。
【図６】図１のグラフを作成するために使用されたＬｉ
／ＳＶＯ電池の電池膨潤と放電ポテンシャルとの関係を
示すグラフである。

Claims (49)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ａ）アノード活物質としてのアルカリ金
    属からなるアノード、 ｂ）金属、金属酸化物、混合金属酸化物および金属硫化
    物からなる群から選択されるカソード活物質を含むカソ
    ード、および ｃ）前記アノードおよび前記カソードを活性化する電解
    液からなる電気化学電池において、 前記アノード活物質および前記カソード活物質は、放電
    による電池厚さ全体のパーセント変化が約１０％以下に
    なるように、アノードおよびカソードの活物質のグラム
    量に基づくアノード‐カソード容量比で、前記電池内に
    存在することを特徴とする電気化学電池。
  2. 【請求項２】 前記アルカリ金属はリチウムであること
    を特徴とする請求項１に記載の電気化学電池。
  3. 【請求項３】 前記アルカリ金属はリチウムであり、前
    記カソード活物質にインターカレートされた前記リチウ
    ムの最大効率は約７．０であり、前記電池の前記アノー
    ド‐カソード容量比は約０．９６より小さいことを特徴
    とする請求項１に記載の電気化学電池。
  4. 【請求項４】 前記カソード活物質は少なくとも銀およ
    びバナジウムの反応生成物であることを特徴とする請求
    項１に記載の電気化学電池。
  5. 【請求項５】 前記アルカリ金属はリチウムであり、前
    記カソード活物質は酸化バナジウム銀および酸化バナジ
    ウム銀銅、並びに上記物質の混合物から選択されること
    を特徴とする請求項１に記載の電気化学電池。
  6. 【請求項６】 ａ）アノード活物質からなるアノード、 ｂ）前記アノードと機能的に作用するように関連付けら
    れたカソード活物質からなるカソード、および ｃ）前記アノードおよび前記カソードを活性化する電解
    液からなる電気化学電池において、 前記アノード活物質および前記カソード活物質は、アノ
    ードおよびカソードの活物質のグラム量に基づいて、約
    ０．６８〜０．９６のアノード‐カソード容量比で、前
    記電池中に存在することを特徴とする電気化学電池。
  7. 【請求項７】 前記アノードはアルカリ金属からなるこ
    とを特徴とする請求項６に記載の電気化学電池。
  8. 【請求項８】 前記アルカリ金属はリチウムであること
    を特徴とする請求項７に記載の電気化学電池。
  9. 【請求項９】 前記アノードは、さらに、チタン、ニッ
    ケル、銅、タングステンおよびタンタルからなる群から
    選択される集電体を含むことを特徴とする請求項６に記
    載の電気化学電池。
  10. 【請求項１０】 前記カソード活物質は遷移金属酸化物
    であることを特徴とする請求項６記載の電気化学電池。
  11. 【請求項１１】 前記カソード活物質は酸化バナジウム
    銀からなることを特徴とする請求項６に記載の電気化学
    電池。
  12. 【請求項１２】 前記酸化バナジウム銀は前記カソード
    中に約８０〜９５重量％存在し、残りはバインダー材料
    および導電性添加材の少なくとも１種類であることを特
    徴とする請求項１１に記載の電気化学電池。
  13. 【請求項１３】 前記バインダー材料はフッ素樹脂粉末
    であることを特徴とする請求項１２に記載の電気化学電
    池。
  14. 【請求項１４】 前記導電性添加材はチタン、アルミニ
    ウム、ニッケルおよびステンレス鋼からなる群から選択
    される金属粉末、カーボン、グラファイト粉末およびア
    セチレンブラック、並びに前記物質の混合物からなる群
    から選択されることを特徴とする請求項１２に記載の電
    気化学電池。
  15. 【請求項１５】 前記カソードは、さらに、チタン、ス
    テンレス鋼、タンタル、白金および金からなる群から選
    択される集電体を含むことを特徴とする請求項６に記載
    の電気化学電池。
  16. 【請求項１６】 前記アノードおよび前記カソードと機
    能的に作用するように関連付けられた前記電解液は、イ
    オン形成アルカリ金属塩を非水性溶媒に溶解したものか
    らなり、前記塩の前記アルカリ金属は前記アノードを構
    成する前記アルカリ金属と同一または類似であることを
    特徴とする請求項６に記載の電気化学電池。
  17. 【請求項１７】 前記アノードの前記アルカリ金属塩は
    リチウムからなり、前記電解液を構成する前記イオン形
    成アルカリ金属塩は、ＬｉＰＦ6 、ＬｉＡｓＦ6 、Ｌｉ
    ＳｂＦ6 、ＬｉＢＦ4 、ＬｉＣｌＯ4 、ＬｉＡｌＣ
    ｌ4 、ＬｉＧａＣｌ4 、ＬｉＣ（ＳＯ2 ＣＦ3 ）3 、Ｌ
    ｉＮ（ＳＯ2 ＣＦ3 ）2 、ＬｉＳＣＮ、ＬｉＯ3 ＳＣＦ
    2 ＣＦ3 、ＬｉＣ6 Ｆ5 ＳＯ3 、ＬｉＯ2 ＣＣＦ3 、Ｌ
    ｉＳＯ3 Ｆ、ＬｉＢ（Ｃ6 Ｈ5 ）4 およびＬｉＣＦ3 Ｓ
    Ｏ3 、並びに上記物質の混合物からなる群から選択され
    ることを特徴とする請求項１６記載の電気化学電池。
  18. 【請求項１８】 前記非水性溶媒は、テトラヒドロフラ
    ン、メチルアセテート、ジグリム、トリグリム、テトラ
    グリム、ジメチルカーボネート、１，２‐ジメトキシエ
    タン、１，２‐ジエトキシエタン、１‐エトキシ，２‐
    メトキシエタン、ジエチルカーボネート、アセトニトリ
    ル、ジメチルスルホキシド、ジメチルホルムアミド、ジ
    メチルアセトアミド、プロピレンカーボネート、エチレ
    ンカーボネート、γ‐バレロラクトン、γ‐ブチロラク
    トンおよびＮ‐メチル‐ピロリジノン、並びに上記物質
    の混合物からなる群から選択される少なくとも１種類の
    有機溶媒から構成されることを特徴とする請求項１６に
    記載の電気化学電池。
  19. 【請求項１９】 セパレーターは前記アノードおよび前
    記カソードの間に配置されて、それらの間の内部短絡接
    触を回避していることを特徴とする請求項６に記載の電
    気化学電池。
  20. 【請求項２０】 チタン、ステンレス鋼、軟鋼、ニッケ
    ル、ニッケルメッキした軟鋼およびアルミニウムからな
    る群から選択される材料から構成される導電性ケース内
    に収納されていることを特徴とする請求項６に記載の電
    気化学電池。
  21. 【請求項２１】 前記アノードはケースが負極の構造の
    前記ケースに接触していることを特徴とする請求項２０
    に記載の電気化学電池。
  22. 【請求項２２】 前記アノードはニッケル集電体と電気
    的に接触したリチウムアノード活物質からなり、前記カ
    ソードはチタン集電体と電気的に接触した酸化バナジウ
    ム銀活物質からなり、前記アノードおよび前記カソード
    はプロピレンカーボネートおよび１，２‐ジメトキシエ
    タンからなる体積比５０：５０の混合物中の１．０Ｍの
    ＬｉＡｓＦ6 からなる前記電解液で活性化されているこ
    とを特徴とする請求項６に記載の電気化学電池。
  23. 【請求項２３】 ａ）アノード活物質からなるアノー
    ド、 ｂ）前記アノードと機能的に作用するように関連付けら
    れたカソード活物質からなるカソード、および ｃ）前記アノードおよび前記カソードを活性化する電解
    液からなる電気化学電池において、 前記電解液は電池放電中にプロペンガスを触媒的に形成
    する可能性があり、前記カソード活物質は放電容量の点
    で前記アノード活物質に対して過剰に存在しており、ガ
    スプロペンを形成する前記触媒は本質的に形成されず、
    放電による電池厚さ全体のパーセント変化は約１０％以
    下に制限されていることを特徴とする電気化学電池。
  24. 【請求項２４】 前記カソード活物質は少なくとも銀お
    よびバナジウムの反応生成物であることを特徴とする請
    求項２３に記載の電気化学電池。
  25. 【請求項２５】 前記カソード活物質は酸化バナジウム
    銀および酸化バナジウム銀銅から選択されることを特徴
    とする請求項２４に記載の電気化学電池。
  26. 【請求項２６】 前記酸化バナジウム銀は前記カソード
    中に約８０〜９５重量％存在し、残りはバインダー材料
    および導電性添加材の少なくとも１種類であることを特
    徴とする請求項２５に記載の電気化学電池。
  27. 【請求項２７】 前記アノードはアルカリ金属からなる
    ことを特徴とする請求項２３に記載の電気化学電池。
  28. 【請求項２８】 ａ）リチウムからなるアノード、 ｂ）前記アノードと機能的に作用するように関連付けら
    れるカソード活物質としての酸化バナジウム銀からなる
    カソード、および ｃ）前記アノードおよび前記カソードを活性化する電解
    液からなる電気化学電池において、 前記電解液は非水性溶媒に溶解されたイオン形成リチウ
    ム塩からなり、 前記リチウムおよび前記酸化バナジウム銀は、電池放電
    に際して一般式ＬｉxＡｇ2 Ｖ4 Ｏ11を有するリチウム
    化されたカソード材料がｘ≦７．０となるようなアノー
    ド‐カソード容量比で、前記電池中に存在していること
    を特徴とする電気化学電池。
  29. 【請求項２９】 ｘの範囲は６．７〜４．８であること
    を特徴とする請求項２８に記載の電気化学電池。
  30. 【請求項３０】 ａ）ケースを用意する工程、 ｂ）アノード活物質からなるアノードを用意する工程、 ｃ）カソード活物質からなるカソードを用意する工程、 ｄ）前記アノード活物質および前記カソード活物質が約
    ０．６８〜約０．９６のアノード‐カソード容量比にな
    るように、前記アノードは前記ケース内に収容された前
    記カソードと機能的に関連付けられる工程、および ｅ）前記ケース内に充填された電解液で前記アノードお
    よび前記カソードを活性化する工程からなる電気化学電
    池の製造方法において、 前記アノードおよび前記カソードはそれぞれの端子に接
    続されていることを特徴とする方法。
  31. 【請求項３１】 前記アノードはアルカリ金属からなる
    ことを特徴とする請求項３０に記載の方法。
  32. 【請求項３２】 前記アノードは、チタン、ニッケル、
    銅、タングステンおよびタンタルからなる群から選択さ
    れる集電体を有することを特徴とする請求項３０に記載
    の方法。
  33. 【請求項３３】 前記カソード活物質は遷移金属酸化物
    であることを特徴とする請求項３０に記載の方法。
  34. 【請求項３４】 前記カソード活物質は酸化バナジウム
    銀からなることを特徴とする請求項３０に記載の方法。
  35. 【請求項３５】 前記酸化バナジウム銀は前記カソード
    中に約８０〜９５重量％存在し、残りはバインダー材料
    および導電性添加材の少なくとも１種類であることを特
    徴とする請求項３４に記載の方法。
  36. 【請求項３６】 前記カソードは、チタン、ステンレス
    鋼、タンタル、白金および金からなる群から選択される
    集電体を有することを特徴とする請求項３０に記載の方
    法。
  37. 【請求項３７】 前記アノードおよび前記カソードと機
    能的に作用するように関連付けられる前記電解液は非水
    性溶媒に溶解されたイオン形成アルカリ金属塩からな
    り、前記塩の前記アルカリ金属は前記アノードを構成す
    るアルカリ金属と同一または類似であることを特徴とす
    る請求項３０に記載の方法。
  38. 【請求項３８】 前記アノードはリチウムからなり、Ｌ
    ｉＰＦ6 、ＬｉＡｓＦ6 、ＬｉＳｂＦ6 、ＬｉＢＦ4 、
    ＬｉＣｌＯ4 、ＬｉＡｌＣｌ4 、ＬｉＧａＣｌ4 、Ｌｉ
    Ｃ（ＳＯ2 ＣＦ3 ）3 、ＬｉＮ（ＳＯ2 ＣＦ3 ）2 、Ｌ
    ｉＳＣＮ、ＬｉＯ3 ＳＣＦ2 ＣＦ3 、ＬｉＣ6 Ｆ5 ＳＯ
    3 、ＬｉＯ2 ＣＣＦ3 、ＬｉＳＯ3 Ｆ、ＬｉＢ（Ｃ6 Ｈ
    5 ）4 およびＬｉＣＦ3 ＳＯ3 、並びに上記物質の混合
    物からなる群から前記電解液を構成する前記イオン形成
    アルカリ金属塩を選択することを特徴とする請求項３７
    に記載の方法。
  39. 【請求項３９】 前記非水性溶媒は、テトラヒドロフラ
    ン、メチルアセテート、ジグリム、トリグリム、テトラ
    グリム、ジメチルカーボネート、１，２‐ジメトキシエ
    タン、１，２‐ジエトキシエタン、１‐エトキシ，２‐
    メトキシエタン、ジエチルカーボネート、アセトニトリ
    ル、ジメチルスルホキシド、ジメチルホルムアミド、ジ
    メチルアセトアミド、プロピレンカーボネート、エチレ
    ンカーボネート、γ‐バレロラクトン、γ‐ブチロラク
    トンおよびＮ‐メチル‐ピロリジノン、並びに上記物質
    の混合物からなる群から選択される少なくとも１種類の
    有機溶媒から構成されることを特徴とする請求項３７に
    記載の方法。
  40. 【請求項４０】 前記アノードおよび前記カソードの間
    に、内部短絡状態を回避するためのセパレーターを設け
    たことを特徴とする請求項３０に記載の方法。
  41. 【請求項４１】 チタン、ステンレス鋼、軟鋼、ニッケ
    ル、ニッケルメッキした軟鋼、およびアルミニウムから
    なる群から選択される導電性材料からなるケースを用意
    する工程を含むことを特徴とする請求項３０に記載の方
    法。
  42. 【請求項４２】 アノード活物質としてのリチウムをニ
    ッケル集電体に接触させ、カソード活物質としての酸化
    バナジウム銀をチタン集電体に接触させ、しかも、プロ
    ピレンカーボネートおよび１，２‐ジメトキシエタンか
    らなる体積比５０：５０の混合物中の１．０ＭのＬｉＡ
    ｓＦ6 からなる前記電解液で前記アノードおよび前記カ
    ソードを活性化する工程を含むことを特徴とする請求項
    ３０に記載の方法。
  43. 【請求項４３】 ａ）ケースを用意する工程、 ｂ）アノード活物質からなるアノードを用意する工程、 ｃ）カソード活物質からなるカソードを用意する工程、 ｄ）前記アノードを前記ケース内に収容された前記カソ
    ードと機能的に関連付ける工程、および ｅ）前記ケース内に充填される電解液で前記アノードお
    よび前記カソードを活性化する工程からなる電気化学電
    池の製造方法において、 前記電解液は電池放電中にプロペンガスを触媒的に形成
    することができ、 前記カソード活物質は放電容量の点で前記アノード活物
    質に対して過剰に存在しているために、プロペンガスを
    形成する前記触媒は本質的には形成されず、これによっ
    て放電による電池厚さ全体のパーセント変化を約１０％
    以下に制限することを特徴とする方法。
  44. 【請求項４４】 前記カソード活物質は銀およびバナジ
    ウムの反応生成物であることを特徴とする請求項４３に
    記載の方法。
  45. 【請求項４５】 酸化バナジウム銀および酸化バナジウ
    ム銀銅からなる群から前記カソード活物質を選択する工
    程を含むことを特徴とする請求項４３に記載の方法。
  46. 【請求項４６】 前記酸化バナジウム銀は前記カソード
    中に約８０〜９５重量％で存在し、残りはバンイダー材
    料および導電性添加材の少なくとも１種類であることを
    特徴とする請求項４５に記載の方法。
  47. 【請求項４７】 アルカリ金属からなる前記アノードを
    用意する工程を含むことを特徴とする請求項４３に記載
    の方法。
  48. 【請求項４８】 ａ）ケースを用意する工程、 ｂ）アノード活物質としてのリチウムからなるアノード
    を用意する工程、 ｃ）カソード活物質としての酸化バナジウム銀からなる
    カソードを用意する工程、 ｄ）前記アノードを前記ケース内に収納された前記カソ
    ードと機能的に関連付ける工程、 ｅ）前記ケース内に充填された電解液で前記アノードお
    よび前記カソードを活性化する工程、及び ｄ）電池を放電させて、一般式Ｌｉx Ａｇ2 Ｖ4 Ｏ
    11（ｘ≦７．０）を有するリチウム化されたカソード材
    料を形成する工程からなる電気化学電池の製造方法。
  49. 【請求項４９】 ｘが約６．７〜４．８であることを特
    徴とする請求項４８に記載の方法。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005529467A (ja) * 2002-06-05 2005-09-29 エヴァレディー バッテリー カンパニー インコーポレイテッド 改善されたエネルギー密度を有する非水性電気化学電池
JP2007273405A (ja) * 2006-03-31 2007-10-18 Matsushita Electric Ind Co Ltd 非水電解質二次電池
US7794882B2 (en) 2006-05-06 2010-09-14 Biotronik Crm Patent Ag Electrode for a lithium battery and method for producing the same

Families Citing this family (48)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6623887B2 (en) * 2000-04-06 2003-09-23 Wilson Greatbatch Ltd. Silver vanadium oxide cathode material for high discharge rate lithium cells
US7118829B2 (en) * 2000-12-12 2006-10-10 Wilson Greatbatch Technologies, Inc. Preparation of copper silver vanadium oxide from γ-phase SVO starting material
US6797017B2 (en) * 2000-12-12 2004-09-28 Wilson Greatbatch Ltd. Preparation of ε-phase silver vanadium oxide from γ-phase SVO starting material
US6803147B2 (en) 2000-12-28 2004-10-12 Wilson Greatbatch Technologies, Inc. Silver vanadium oxide having low internal resistance and method of manufacture
JP2002231585A (ja) * 2001-02-06 2002-08-16 Nec Corp 電気二重層コンデンサ
US20030113613A1 (en) * 2001-12-17 2003-06-19 Takeuchi Esther S. High energy density rechargeable cell for medical device applications
US6926991B2 (en) * 2001-12-26 2005-08-09 Wilson Greatbatch Technologies, Inc. SVO/CFx parallel cell design within the same casing
US6844106B2 (en) * 2002-03-29 2005-01-18 Medtronic, Inc. Electrochemical cell with reduced height fillport
US7045249B2 (en) * 2003-07-02 2006-05-16 The Gillette Company Lithium cell with improved cathode
JP2005141998A (ja) * 2003-11-05 2005-06-02 Sony Corp リチウム／二硫化鉄一次電池
CN101048898B (zh) 2004-10-29 2012-02-01 麦德托尼克公司 锂离子电池及医疗装置
EP1805833B1 (en) * 2004-10-29 2011-02-23 Medtronic, Inc. Method of charging lithium-ion battery
US7641992B2 (en) * 2004-10-29 2010-01-05 Medtronic, Inc. Medical device having lithium-ion battery
US7642013B2 (en) * 2004-10-29 2010-01-05 Medtronic, Inc. Medical device having lithium-ion battery
US7807299B2 (en) * 2004-10-29 2010-10-05 Medtronic, Inc. Lithium-ion battery
US7662509B2 (en) * 2004-10-29 2010-02-16 Medtronic, Inc. Lithium-ion battery
US9065145B2 (en) * 2004-10-29 2015-06-23 Medtronic, Inc. Lithium-ion battery
US7879495B2 (en) * 2004-10-29 2011-02-01 Medtronic, Inc. Medical device having lithium-ion battery
US8980453B2 (en) 2008-04-30 2015-03-17 Medtronic, Inc. Formation process for lithium-ion batteries
US8105714B2 (en) * 2004-10-29 2012-01-31 Medtronic, Inc. Lithium-ion battery
US7811705B2 (en) * 2004-10-29 2010-10-12 Medtronic, Inc. Lithium-ion battery
US9077022B2 (en) 2004-10-29 2015-07-07 Medtronic, Inc. Lithium-ion battery
US20080044728A1 (en) * 2004-10-29 2008-02-21 Medtronic, Inc. Lithium-ion battery
US7927742B2 (en) * 2004-10-29 2011-04-19 Medtronic, Inc. Negative-limited lithium-ion battery
US7776470B2 (en) * 2005-09-28 2010-08-17 Greatbatch Ltd. Anode-to-cathode capacity ratios for SVO/CF x hybrid cathode electrochemical cells
US20070202394A1 (en) * 2006-02-28 2007-08-30 Viavattine Joseph J Separator systems for batteries
US8119286B2 (en) * 2009-11-24 2012-02-21 The Gillette Company Electrochemical cells with improved separator and electrolyte
US8349493B2 (en) * 2009-11-24 2013-01-08 The Gillette Company Electrochemical cells with improved separator and electrolyte
US11081721B2 (en) 2009-11-24 2021-08-03 Duracell U.S. Operations, Inc. Secondary electrochemical cells with separator and electrolyte combination
US9077030B2 (en) * 2010-01-24 2015-07-07 Medtronic, Inc. Implantable medical devices with low volume batteries, and systems
US9287580B2 (en) 2011-07-27 2016-03-15 Medtronic, Inc. Battery with auxiliary electrode
US20130149560A1 (en) 2011-12-09 2013-06-13 Medtronic, Inc. Auxiliary electrode for lithium-ion battery
US10008748B2 (en) 2012-12-05 2018-06-26 Duracell U.S. Operations, Inc. Alkaline electrochemical cells with separator and electrolyte combination
US8920969B2 (en) 2012-12-05 2014-12-30 The Gillette Company Alkaline electrochemical cells with separator and electrolyte combination
US9551758B2 (en) 2012-12-27 2017-01-24 Duracell U.S. Operations, Inc. Remote sensing of remaining battery capacity using on-battery circuitry
US9478850B2 (en) 2013-05-23 2016-10-25 Duracell U.S. Operations, Inc. Omni-directional antenna for a cylindrical body
US9726763B2 (en) 2013-06-21 2017-08-08 Duracell U.S. Operations, Inc. Systems and methods for remotely determining a battery characteristic
US9882250B2 (en) 2014-05-30 2018-01-30 Duracell U.S. Operations, Inc. Indicator circuit decoupled from a ground plane
US10297875B2 (en) 2015-09-01 2019-05-21 Duracell U.S. Operations, Inc. Battery including an on-cell indicator
US10818979B2 (en) 2016-11-01 2020-10-27 Duracell U.S. Operations, Inc. Single sided reusable battery indicator
US10483634B2 (en) 2016-11-01 2019-11-19 Duracell U.S. Operations, Inc. Positive battery terminal antenna ground plane
US10608293B2 (en) 2016-11-01 2020-03-31 Duracell U.S. Operations, Inc. Dual sided reusable battery indicator
US11024891B2 (en) 2016-11-01 2021-06-01 Duracell U.S. Operations, Inc. Reusable battery indicator with lock and key mechanism
US10151802B2 (en) 2016-11-01 2018-12-11 Duracell U.S. Operations, Inc. Reusable battery indicator with electrical lock and key
US11217846B2 (en) 2017-03-16 2022-01-04 Eaglepicher Technologies, Llc Electrochemical cell
WO2018186561A1 (ko) 2017-04-03 2018-10-11 주식회사 엘지화학 전리튬화 장치, 이를 이용한 음극부의 제조 방법 및 음극부
KR102253785B1 (ko) * 2017-04-03 2021-05-21 주식회사 엘지화학 전리튬화 장치, 이를 이용한 음극부의 제조 방법 및 음극부
US11837754B2 (en) 2020-12-30 2023-12-05 Duracell U.S. Operations, Inc. Magnetic battery cell connection mechanism

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5434017A (en) * 1993-11-19 1995-07-18 Medtronic, Inc. Isolated connection for an electrochemical cell
US5458997A (en) * 1994-08-19 1995-10-17 Medtronic, Inc. Rebalancing of lithium/silver vandium oxide (Li/SVO) cells for improved performance
US5716728A (en) * 1996-11-04 1998-02-10 Wilson Greatbatch Ltd. Alkali metal electrochemical cell with improved energy density
US5935728A (en) * 1997-04-04 1999-08-10 Wilson Greatbatch Ltd. Electrochemical cell having multiplate and jellyroll electrodes with differing discharge rate regions

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005529467A (ja) * 2002-06-05 2005-09-29 エヴァレディー バッテリー カンパニー インコーポレイテッド 改善されたエネルギー密度を有する非水性電気化学電池
JP2012054255A (ja) * 2002-06-05 2012-03-15 Eveready Battery Co Inc 改善されたエネルギー密度を有する非水性電気化学電池
JP2007273405A (ja) * 2006-03-31 2007-10-18 Matsushita Electric Ind Co Ltd 非水電解質二次電池
US7794882B2 (en) 2006-05-06 2010-09-14 Biotronik Crm Patent Ag Electrode for a lithium battery and method for producing the same

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