JPS61292859A - 燃料電池の製造方法 - Google Patents
燃料電池の製造方法Info
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- JPS61292859A JPS61292859A JP60133962A JP13396285A JPS61292859A JP S61292859 A JPS61292859 A JP S61292859A JP 60133962 A JP60133962 A JP 60133962A JP 13396285 A JP13396285 A JP 13396285A JP S61292859 A JPS61292859 A JP S61292859A
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- Japan
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- fuel cell
- masking
- phosphoric acid
- impregnated
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- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/02—Details
- H01M8/0289—Means for holding the electrolyte
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- H—ELECTRICITY
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- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
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- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
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- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
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- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の技術分野〕
本発明は燃料電池の製造方法に係り、特に電極の縁部（
二おけるガス漏れを確実に防止し得るようにした燃料電
池の製造方法に関する。
二おけるガス漏れを確実に防止し得るようにした燃料電
池の製造方法に関する。
従来、燃料の有しているエネルギーを直接電気的エネル
ギー（二変換する装置として燃料電池が知られている。
ギー（二変換する装置として燃料電池が知られている。
この燃料電池は通常、電解質層を挾んで一対の多孔質電
極を配置するとともに、７方の電極の背面；二水素等の
燃料ガスを接触させ、また他方の電極の背面に酸素等の
酸化剤ガスを接触させ、このとき起こる電気化学的反応
を利用して、上記電極間から電気エネルギーを取り出す
ようにしたものであり、前記燃料ガスと酸化剤ガスが供
給されている限り高い変換効率で電気エネルギーを取り
出すことができるものである。
極を配置するとともに、７方の電極の背面；二水素等の
燃料ガスを接触させ、また他方の電極の背面に酸素等の
酸化剤ガスを接触させ、このとき起こる電気化学的反応
を利用して、上記電極間から電気エネルギーを取り出す
ようにしたものであり、前記燃料ガスと酸化剤ガスが供
給されている限り高い変換効率で電気エネルギーを取り
出すことができるものである。
第２図は、上記原理に基づく特にリン酸を電解質とした
、ジブ付電極型の燃料電池における単位セルの構成例を
分解斜視図にて示したものである。
、ジブ付電極型の燃料電池における単位セルの構成例を
分解斜視図にて示したものである。
図（＝おいて、１は電解質としてのリン酸をマトリック
ス１：含浸してなる電解質層３ａ、３ｂはこの電解質層
１を挾んで配置された多孔質炭素材からなるアノード電
極、カソード電極であり、そ、Φ７電解質層１と接する
側には触媒２ａ、２ｂが夫々塗布され、かつ背面側には
リプ４ａ、４ｂおよび燃料ガス、酸化剤ガスの流通する
溝５ａ、５ｂを夫々有している。ここで、燃料ガスの流
通する溝５ａと酸化剤ガスの流通する溝５ｂとは、互い
（＝直交する方向（：規則的に複数本平行：二形成され
ている。以上により単位セルが形成され、かかる単位セ
ルをち密な炭素質で作られたセパレータ６を挾んで複数
個積層することにより単位セル積層体を構成している。
ス１：含浸してなる電解質層３ａ、３ｂはこの電解質層
１を挾んで配置された多孔質炭素材からなるアノード電
極、カソード電極であり、そ、Φ７電解質層１と接する
側には触媒２ａ、２ｂが夫々塗布され、かつ背面側には
リプ４ａ、４ｂおよび燃料ガス、酸化剤ガスの流通する
溝５ａ、５ｂを夫々有している。ここで、燃料ガスの流
通する溝５ａと酸化剤ガスの流通する溝５ｂとは、互い
（＝直交する方向（：規則的に複数本平行：二形成され
ている。以上により単位セルが形成され、かかる単位セ
ルをち密な炭素質で作られたセパレータ６を挾んで複数
個積層することにより単位セル積層体を構成している。
また、上記単位セル積層体は第３図に示す如く、その上
下端側に集電板７、絶縁板８、締付板９、端子１０を夫
々取付け、適当な締付は圧でもって上下方向から締付け
るようにしている。さらに、かかる単位セル積層体の側
面側（二はガスケット１１を介して、燃料ガス、酸化剤
ガスを管１６を通し供給および排出するための一対のマ
ニホールド１２および１３ 、１４．および１５を夫々
対向して配置し、適当な圧力で締付は固定することによ
り燃料電池を構成している。
下端側に集電板７、絶縁板８、締付板９、端子１０を夫
々取付け、適当な締付は圧でもって上下方向から締付け
るようにしている。さらに、かかる単位セル積層体の側
面側（二はガスケット１１を介して、燃料ガス、酸化剤
ガスを管１６を通し供給および排出するための一対のマ
ニホールド１２および１３ 、１４．および１５を夫々
対向して配置し、適当な圧力で締付は固定することによ
り燃料電池を構成している。
さてかかる構成の燃料電池において、アノード電極３ａ
、カソード電極３ｂは通気性が必要であることから炭素
質の多孔性材料で作られる。したがって、その溝５ａを
流通する燃料ガスがアノード電極３ａの縁部１７ａの内
部を自由に通過して酸化剤ガス側のマニホールド１４お
よび１５室内に漏れたり、または溝５ｂを流通する酸化
剤ガスがカソード電極３ｂの縁部１７ｂの内部を自由（
＝通過して燃料ガス側のマニホールド１２および１３室
内に漏れたりし、結果的に両ガスが混合することになり
非常に危険である。このため、アノード電極３ａまたは
カソード電極３ｂの縁部１７ａ、及び１７ｂにはガス漏
れ防止策としてのシールを施すことが必要であり、縁部
１７ａ及び１７ｂには、樹脂やゴム材を含浸したり、或
は耐熱耐酸性樹脂フィルムなコの字状に巻きつけたり、
又は、シリコンカーバイド粉末を塗付し親水性をもたせ
、電解液と同じりん酸を含浸するいわゆるクエットシー
ル法などのエツジシールが施されている。
、カソード電極３ｂは通気性が必要であることから炭素
質の多孔性材料で作られる。したがって、その溝５ａを
流通する燃料ガスがアノード電極３ａの縁部１７ａの内
部を自由に通過して酸化剤ガス側のマニホールド１４お
よび１５室内に漏れたり、または溝５ｂを流通する酸化
剤ガスがカソード電極３ｂの縁部１７ｂの内部を自由（
＝通過して燃料ガス側のマニホールド１２および１３室
内に漏れたりし、結果的に両ガスが混合することになり
非常に危険である。このため、アノード電極３ａまたは
カソード電極３ｂの縁部１７ａ、及び１７ｂにはガス漏
れ防止策としてのシールを施すことが必要であり、縁部
１７ａ及び１７ｂには、樹脂やゴム材を含浸したり、或
は耐熱耐酸性樹脂フィルムなコの字状に巻きつけたり、
又は、シリコンカーバイド粉末を塗付し親水性をもたせ
、電解液と同じりん酸を含浸するいわゆるクエットシー
ル法などのエツジシールが施されている。
エツジシールのためのウェットシールの特長は、樹脂や
ゴムを含浸する方法に比べ、電池が停止時の常温から運
転時の２００°Ｃを超える高温の間で材料の膨張差によ
る応力発生や、積層圧力の変動が少いことであるが、欠
点としては、Ｖ−ルの信頼性が少いことである。ウェッ
トシールは、多孔質電極の縁部１７ａ、１７ｂの孔部な
シリコンカーバイトや炭素粉末など親りん酸性の粉末で
充満せしめ、これにりん酸を含浸し、りん酸の表面張力
により。
ゴムを含浸する方法に比べ、電池が停止時の常温から運
転時の２００°Ｃを超える高温の間で材料の膨張差によ
る応力発生や、積層圧力の変動が少いことであるが、欠
点としては、Ｖ−ルの信頼性が少いことである。ウェッ
トシールは、多孔質電極の縁部１７ａ、１７ｂの孔部な
シリコンカーバイトや炭素粉末など親りん酸性の粉末で
充満せしめ、これにりん酸を含浸し、りん酸の表面張力
により。
気体の通過を防止しようとするものであるから、多孔質
の孔部に親りん酸性粉末を如何に充てんするかにより、
シール性能の信頼性が決ると言える。
の孔部に親りん酸性粉末を如何に充てんするかにより、
シール性能の信頼性が決ると言える。
札所に粉末を充てんするには、粉末に水又は溶剤など液
体と混和したいわゆるスラリーを作りこれを圧入すれば
よい。しかし、燃料電池の場合、燃料ガス或は空気を５
ａ、５ｂの溝より供給し、反応点である触媒層２ａ、２
ｂに多孔質層を通って拡散供給するものでなければなら
ないので、溝の底部は含浸しないよう選択的（＝スラリ
ーを圧入せねばならないといつ問題がある。またこのウ
ェットシールは簡便ではあるがシール性能が不完全で信
頼性にとぼしいという欠点がある。
体と混和したいわゆるスラリーを作りこれを圧入すれば
よい。しかし、燃料電池の場合、燃料ガス或は空気を５
ａ、５ｂの溝より供給し、反応点である触媒層２ａ、２
ｂに多孔質層を通って拡散供給するものでなければなら
ないので、溝の底部は含浸しないよう選択的（＝スラリ
ーを圧入せねばならないといつ問題がある。またこのウ
ェットシールは簡便ではあるがシール性能が不完全で信
頼性にとぼしいという欠点がある。
本発明は、上記のような事情を考慮して成されたもので
、ウェットシール（二より端部をシールする燃料電池の
製造方法においてエツジシールの信頼性を高め、かつ施
行の簡便性を損じない燃料電池の製造方法を提供するこ
とを目的とする。
、ウェットシール（二より端部をシールする燃料電池の
製造方法においてエツジシールの信頼性を高め、かつ施
行の簡便性を損じない燃料電池の製造方法を提供するこ
とを目的とする。
本発明は上記目的を達成する為に、電極を多孔質の状態
に保持しておく必要がある部分にマスキングを施し、マ
スキングが施こされていない部分に効果的にスラリーを
注入しその後溝加工を施すことにより電極を形成するこ
とを特徴とする。
に保持しておく必要がある部分にマスキングを施し、マ
スキングが施こされていない部分に効果的にスラリーを
注入しその後溝加工を施すことにより電極を形成するこ
とを特徴とする。
次：二本発明に係る製造方法を工程順に説明する。
第１工程：第１図囚参照ぶ素繊維をフェノール樹脂で接
着し、１０００℃以上の高温で炭素した材料（気孔度は
７５〜６０％である。）を用意し、これを切断、研磨し
板１０を作る。
着し、１０００℃以上の高温で炭素した材料（気孔度は
７５〜６０％である。）を用意し、これを切断、研磨し
板１０を作る。
第２工程：第１図（Ｂ）参照販１０の片面に粘着シート
を貼付する。２枚の板１０ 、１０を合せることにより
、同様のマスキング効果をもたせることも可能である。
を貼付する。２枚の板１０ 、１０を合せることにより
、同様のマスキング効果をもたせることも可能である。
第３工程：第１図（Ｃ）参照。前記工程で得られた平板
１０を真空容器（図示せず）（二人れ、シリコンカーバ
イト粉末や、炭素粉末或はこれらの混合物など親りん酸
性の粉末と水を混和したスラリーを作り、このスラリー
を減圧下で注入しいわゆる真空含侵する。スラリーを充
満したのち、真空容器内を加圧することも有効な手段で
ある。
１０を真空容器（図示せず）（二人れ、シリコンカーバ
イト粉末や、炭素粉末或はこれらの混合物など親りん酸
性の粉末と水を混和したスラリーを作り、このスラリー
を減圧下で注入しいわゆる真空含侵する。スラリーを充
満したのち、真空容器内を加圧することも有効な手段で
ある。
含浸乾燥した平板１０は、断面を第１図（ｅ）に示した
如く、マスキング部は含浸されず、非マスキング部の札
所は、粉末で充満される。
如く、マスキング部は含浸されず、非マスキング部の札
所は、粉末で充満される。
実施例１． シリコンカーバイト粉末 粒径分布４μｍ
〜０．５μｍ、スラリーの含水率９０％ 実施例３． コークス粉末 粒径２０μｍ以下３０％、
アセチレンブラック 粒径 ２μｍ以下 ７０％、スラリーの含 水率 ９０％ 含浸回数は、２〜３回繰返すことがより完全である。
〜０．５μｍ、スラリーの含水率９０％ 実施例３． コークス粉末 粒径２０μｍ以下３０％、
アセチレンブラック 粒径 ２μｍ以下 ７０％、スラリーの含 水率 ９０％ 含浸回数は、２〜３回繰返すことがより完全である。
又粉末の含浸深さは粒度分布を適当に選ぶことにより調
節可能である。
節可能である。
第４工程：第１図■）参照。マスキングしていない側に
溝加工を行う。マスキングを行っていたシート２０を取
り除く。（溝加工の前後は問わない）リブ部４ａ 、
４ｂの頂部は含浸された部分であるが、この部分はシー
ル（二は無関係であるが、炭素粉末を含浸した場合には
、この部分は第２図に示す如く、セパレータ６に接触し
、電流を流す通路になる部分であるので、電気抵抗を小
さくするという別の効果もある。
溝加工を行う。マスキングを行っていたシート２０を取
り除く。（溝加工の前後は問わない）リブ部４ａ 、
４ｂの頂部は含浸された部分であるが、この部分はシー
ル（二は無関係であるが、炭素粉末を含浸した場合には
、この部分は第２図に示す如く、セパレータ６に接触し
、電流を流す通路になる部分であるので、電気抵抗を小
さくするという別の効果もある。
従って、含浸する粉末は炭素粉が好ましい。
第４工程のあと通常の電極を製造するのと同じ工程があ
る。即ち触媒２ａ、２ｂをアノード電極３ａ、カソード
電極３ｂに夫々塗布し、焼きつけ、更に電解質層１のマ
トリックスを塗布し焼きつける。
る。即ち触媒２ａ、２ｂをアノード電極３ａ、カソード
電極３ｂに夫々塗布し、焼きつけ、更に電解質層１のマ
トリックスを塗布し焼きつける。
第５工程：第１図（Ｅ）参照。親水性粉末を含浸した部
分にりん酸を含浸する更に、電解質層１及び電極の縁部
１７ａ、１７ｂ ｌニりん酸を充分含浸する。電解質層
１は、マトリックスとしてシリコンカーバイト粉末や酸
化シリコニウム粉末など耐りん酸性で電気絶縁性をもつ
材料が用いられ、接合材として、４弗化ポリエチレンの
微小繊維状の粉末をディスパージョンにしたものを数パ
ーセント加える。シリコンカーバイト粉末などと４弗化
ポリエチレンを混和したものを電極板（：塗布し、３２
０℃の高温で焼きつけて、マトリックス層を形成し、こ
れにりん酸を含浸して電解質層が完成する。
分にりん酸を含浸する更に、電解質層１及び電極の縁部
１７ａ、１７ｂ ｌニりん酸を充分含浸する。電解質層
１は、マトリックスとしてシリコンカーバイト粉末や酸
化シリコニウム粉末など耐りん酸性で電気絶縁性をもつ
材料が用いられ、接合材として、４弗化ポリエチレンの
微小繊維状の粉末をディスパージョンにしたものを数パ
ーセント加える。シリコンカーバイト粉末などと４弗化
ポリエチレンを混和したものを電極板（：塗布し、３２
０℃の高温で焼きつけて、マトリックス層を形成し、こ
れにりん酸を含浸して電解質層が完成する。
マトリックス材料は、りん酸と親和性があるので、溝５
ａ、５ｂに夫々水素ガスと空気を供給し、数１００ミリ
メートル・水柱程度の圧力差が生じてもガスの突き抜け
を生ずることはない。縁部１７ａ、１７ｂは炭素多孔性
材料に炭素粉末などを圧入し、りん酸を含浸したもので
あるから、気体に対しシール性を有し、数千ミリメート
ル・水柱の圧力がか１つても実用上充分な気密性を持っ
ている。
ａ、５ｂに夫々水素ガスと空気を供給し、数１００ミリ
メートル・水柱程度の圧力差が生じてもガスの突き抜け
を生ずることはない。縁部１７ａ、１７ｂは炭素多孔性
材料に炭素粉末などを圧入し、りん酸を含浸したもので
あるから、気体に対しシール性を有し、数千ミリメート
ル・水柱の圧力がか１つても実用上充分な気密性を持っ
ている。
（１）■電極板は、密度０．５３ｇ／ｉ、平均直径１５
μｍの炭素繊維をフェノール樹脂で接着し炭化したも
のを使用した。
μｍの炭素繊維をフェノール樹脂で接着し炭化したも
のを使用した。
（２）含浸粉末はコークス粉末粒径２０μｍ２Ｌ下３０
％とアセチレンブラック粒径２μｍＪ２Ｌ下７０％の混
合物で含水率９０％のスラリーとして電極板（−２回真
空含侵した。
％とアセチレンブラック粒径２μｍＪ２Ｌ下７０％の混
合物で含水率９０％のスラリーとして電極板（−２回真
空含侵した。
（３） マトリックスについては直接の関係は無いの
で省略した。
で省略した。
（４）電極縁部へ９５％りん酸を飽和量を含浸した。
（５）上の工程で製作した電極板一枚を塩化ビニール板
ではさみ、約３に？／ｃｄの力で締付け、１００ｎ水柱
の圧力で溝側から空気で加圧した。縁部な通過するもれ
は、縁部長さ１ｃｍ当り０１１ｍ１／分以下であった。
ではさみ、約３に？／ｃｄの力で締付け、１００ｎ水柱
の圧力で溝側から空気で加圧した。縁部な通過するもれ
は、縁部長さ１ｃｍ当り０１１ｍ１／分以下であった。
以上述べた本発明に係る燃料電池の製造方法は次のよう
な利点を有している。
な利点を有している。
（１）加工方法が容易である。
（２）樹脂やゴム含浸による固体化に比べ加熱冷却時に
熱膨張による熱応力を受けることがなく破損の危険が少
い。
熱膨張による熱応力を受けることがなく破損の危険が少
い。
（３） 実用上充分なシール性能を有している。
（４） 長時間の運転においてりん酸が消耗した場合
、第３図のマニホールド１２ 、１３ 、１４ 、１５
をとりはづせば、りん酸をはけ塗り、又はスプレーによ
す容易（：再含浸が可能である。
、第３図のマニホールド１２ 、１３ 、１４ 、１５
をとりはづせば、りん酸をはけ塗り、又はスプレーによ
す容易（：再含浸が可能である。
第１図（Ａ） （Ｂ） （Ｃ） ＣＤ＞ （Ｅ）は発明
の工程；二より製造された電極の断面図、第２図は燃料
電池の構造を示す図、第３図は燃料電池の構造を示す図
である。 １・・・電解質層 ２・・・触媒３・・・電極
４・・・リプ５・・・電極
６・・・セパレータ代理人 弁理士 則 近 憲
佑（ばか１名）第１図（Ａ） 第１図（Ｄ） 第１図（す
の工程；二より製造された電極の断面図、第２図は燃料
電池の構造を示す図、第３図は燃料電池の構造を示す図
である。 １・・・電解質層 ２・・・触媒３・・・電極
４・・・リプ５・・・電極
６・・・セパレータ代理人 弁理士 則 近 憲
佑（ばか１名）第１図（Ａ） 第１図（Ｄ） 第１図（す
Claims (3)
- （１）電解質ペーストを挾んで一対の多孔質電極を配置
し、前記一対の電極に燃料および酸化剤が流通している
条件下で電気エネルギーを出力する燃料電池の製造方法
において、以下の第１ないし第５工程を含む製造工程に
より前記電極を製造することを特徴とする燃料電池の製
造方法。 第１工程：多孔質炭素材より平板を形成する工程。 第２工程：前記工程により製造された平板の一側面マス
キングを施す工程。 第３工程：親水性粉末を主成分とするスラリーを前記工
程により製造された平板に 真空含侵し、乾燥する工程。 第４工程：第２工程でマスキングした面と反対側の面に
複数本の溝を加工する工程。 第５工程：親水性粉末を含浸した部分にリン酸を含浸す
る工程。 - （２）第３工程で用いられる親水性粉末は炭素粉末およ
び／またはシリコンカーバイド粉末であることを特徴と
する特許請求の範囲第１項記載の燃料電池の製造方法。 - （３）第２工程でのマスキングを粘着シートで行うこと
を特徴とする特許請求の範囲第１項記載の燃料電池の製
造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60133962A JPS61292859A (ja) | 1985-06-21 | 1985-06-21 | 燃料電池の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60133962A JPS61292859A (ja) | 1985-06-21 | 1985-06-21 | 燃料電池の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61292859A true JPS61292859A (ja) | 1986-12-23 |
Family
ID=15117149
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60133962A Pending JPS61292859A (ja) | 1985-06-21 | 1985-06-21 | 燃料電池の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS61292859A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2005101553A2 (en) * | 2004-03-26 | 2005-10-27 | The Regents Of The University Of California | Aerogel and xerogel composites for use as carbon anodes |
| WO2005114767A1 (en) * | 2004-04-23 | 2005-12-01 | Lg Chem, Ltd. | Anode active material with improved electrochemical properties and electrochemical device comprising the same |
-
1985
- 1985-06-21 JP JP60133962A patent/JPS61292859A/ja active Pending
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7410718B2 (en) | 2003-09-30 | 2008-08-12 | Lawrence Livermore National Security, Llc | Aerogel and xerogel composites for use as carbon anodes |
| WO2005101553A2 (en) * | 2004-03-26 | 2005-10-27 | The Regents Of The University Of California | Aerogel and xerogel composites for use as carbon anodes |
| WO2005101553A3 (en) * | 2004-03-26 | 2006-08-17 | Univ California | Aerogel and xerogel composites for use as carbon anodes |
| WO2005114767A1 (en) * | 2004-04-23 | 2005-12-01 | Lg Chem, Ltd. | Anode active material with improved electrochemical properties and electrochemical device comprising the same |
| US7629082B2 (en) | 2004-04-23 | 2009-12-08 | Lg Chem, Ltd. | Anode active material with improved electrochemical properties and electrochemical device comprising the same |
| US7754385B2 (en) | 2004-04-23 | 2010-07-13 | Lg Chem, Ltd. | Anode active material with improved electrochemical properties and electrochemical device comprising the same |
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