KR20080063511A - 리튬 이온 배터리들 - Google Patents

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티모시 엠. 스피틀러
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알타이어나노 인코포레이티드
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Abstract

본 발명은 일반적으로 리튬 이온 배터리들에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 신속한 재충전, 더 긴 배터리 수명 및 안전한 작동을 제공하는 리튬 이온 배터리들에 관한 것이다. 배터리의 측면에서, 본 발명은 다음과 같은 엘리먼트들을 포함하는 배터리를 제공한다: 적어도 10m2/g의 BET 표면 면적을 갖는 나노-결정 Li4Ti5O12를 포함하는 애노드; 적어도 5m2/g의 BET 표면 면적을 갖는 나노-결정 LiMn2O4 첨정석을 포함하는 캐소드. 배터리는 적어도 10C의 충전율을 갖는다.

Description

리튬 이온 배터리들{LITHIUM ION BATTERIES}
본 발명은 일반적으로 리튬 이온 배터리들에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 신속한 재충전, 더 긴 배터리 수명 및 안전한 작동을 제공하는 리튬 이온 배터리들에 관한 것이다.
개선된 리튬 이온 배터리들은 수년간 연구되어 왔다. 그러한 연구들과 관련된 최근의 보고들의 예로는 다음을 들 수 있다: 미국 특허 제7,115,339호; 미국 특허 제7,101,642호; 미국 특허 제7,087,349호; 미국 특허 제7,060,390호; 및 미국 특허 제7,026,074호.
미국 특허 제7,115,339호는 양의 전극, 음의 전극, 양의 전극과 음의 전극 사이에 삽입된 격리판(separator) 및 비수성 용매에 리튬 염(lithium salt)을 용해시킴으로써 준비된 전해질을 포함하는 리튬 이온 2차 배터리를 논의한다. 격리판은 염기성 고체 입자들 및 합성 결합제(binder)를 포함하는 투과성 막층을 갖는다. 투과성 막층은 양의 전극 및 음의 전극 중 적어도 하나의 적어도 한 표면에 점착된다. 합성 결합제는 1차 결합제 및 2차 결합제를 포함하고, 1차 결합제는 폴리에테르 설폰을 포함하며, 2차 결합제는 폴리비닐피롤리돈(polyvinylpyrrolidone)을 포함한다.
미국 특허 제7,101,642호는 배터리에 영구적인 손상을 야기하지 않고 매우 낮은 전압에서 방전할 수 있도록 구성되는 리튬 이온 배터리를 보고한다. 상기 특허에서 논의된 그러한 배터리는 LiNixCo1 -x- yMyO2를 포함하는 제1 활성 물질을 가지며, 여기서 M은 Mn, Al, Mg, B, Ti 또는 Li이다. 그것은 탄소를 포함하는 제2 활성 물질을 더 포함한다. 배터리 전해질은 고체 전해질 인터페이스층을 형성하기 위하여 배터리의 음의 전극과 반응한다.
미국 특허 제7,087,349호는 유기 전해질 용액을 포함하는 리튬 배터리에 관한 것이다. 전해질 용액은 리튬 금속으로 흡수될 수 있는 에틸렌 산화물 체인을 갖는 중합체 흡수제를 포함한다. 전해질 용액은 리튬 합금, 리튬 염 및 유기 용매를 형성하기 위하여 리튬과 반응할 수 있는 금속을 더 갖는다. 상기 특허에 따라, 유기 전해질 용액은 리튬 금속을 안정시키고, 리튬 이온 전도성을 증가시킨다.
미국 특허 제7,060,390호는 리튬 도핑된 전이 금속 합금 산화물들의 복수의 나노입자들을 갖는 캐소드를 포함하는 리튬 이온 배터리를 개시한다. 합금 산화물들은 공식 LixCoyNizO2으로 표현된다. 배터리 애노드는 적어도 하나의 탄소 나노튜브 어레이, 전해질 및 캐소드로부터 애노드를 분리하는 막(membrane)을 포함한다. 애노드 내의 탄소 나노튜브 어레이들은 복수의 다중-벽 탄소 나노튜브들을 갖는다.
미국 특허 제7,026,074호는 개선된 안전한 프로파일을 갖는 리튬 배터리를 보고한다. 배터리는 배터리 전해질 용액에서 하나 이상의 첨가물들을 이용하며, 여기서 리튬 염이 유기 용매에 용해된다. 첨가물들의 예로는 1 중량 퍼센트 트리 페닐(triphenyl) 인산염(phosphate), 1 중량 퍼센트 디페닐(diphenyl) 모노부틸(monobutyl) 인산염 및 2 중량 퍼센트 비닐 에틸렌 탄산염 첨가물들의 혼합물을 들 수 있다. 리튬 염은 통상적으로 LiPF6이고, 전해질 용매는 대개 EC/DEC이다.
리튬 이온 배터리들에 대해 수행된 연구들에도 불구하고, 재충전, 배터리 수명 및 안전성과 관련된 프로파일들을 향상시키는 리튬 이온 배터리들에 대한 요구가 여전히 존재한다. 그러한 향상된 프로파일들을 갖는 리튬 이온 배터리를 제공하는 것이 본 발명의 목적이다.
본 발명은 일반적으로 리튬 이온 배터리들에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 신속한 재충전, 더 긴 배터리 수명 및 안전한 작동을 제공하는 리튬 이온 배터리들에 관한 것이다.
배터리의 측면에서, 본 발명은 다음과 같은 엘리먼트들을 포함하는 배터리를 제공한다: 적어도 10m2/g의 BET 표면 면적을 갖는 나노-결정 Li4Ti5O12를 포함하는 애노드; 적어도 5m2/g의 BET 표면 면적을 갖는 나노-결정 LiMn2O4 첨정석을 포함하는 캐소드. 배터리는 적어도 10C의 충전율을 갖는다.
도 1은 Li4Ti5O12 첨정석 나노-결정형 입자들을 보여준다.
도 2는 나노-구조화된 Li4Ti5O12 애노드 물질들로 구성된 리튬 이온 전지에 대한 방전 용량 대 사이클 개수의 그래프를 보여준다.
도 3은 종래의 리튬 이온 배터리와 비교하여 나노-구조화된 Li4Ti5O12 애노드 물질들로 구성된 리튬 이온 전지에 대한 방전 용량 대 충전율의 그래프 및 방전 용량 대 방전율의 그래프를 보여준다.
본 발명의 배터리들은 특히 배터리 전극들의 맥락에서 나노-물질들을 포함한다. 배터리들은 빠른(예를 들어 수 분) 재충전 배터리들, 전기 자동차 및 하이브리드 전기 자동차를 위한 배터리들 및 전력 툴들을 위한 배터리들과 같은 특정 세분 시장(market segment) 제품들을 가능하게 하는 실용적인 충전율을 제공한다. 본 발명에서 사용되는 나노-물질들은 더 높은 안전성 및 더 긴 수명을 제공하는 특정한 화학적 특성들을 보인다; 이는 현재 기술에 대해 현저히 큰 가치를 유발한다.
전극 정자(crystallite) 크기의 감소는 전기 화학적 충전 및 방전 프로세스들 동안에 입자들에서 리튬 이온들이 이동해야만 하는 확산 거리를 감소시킨다. 그러나, 정자 크기의 감소는 또한 다음의 공식에 따라 정자들로의 삽입을 위한 Li 이온에 대하여 이용가능한 정자/전해질 인터페이스 영역을 증가시킨다:
A=2π/ρR
여기서 A는 인터페이스 특정 영역이고, ρ는 밀도이며, R은 정자 반경이다. 이러한 팩터들 모두의 결합은 활성 물질 입자들 내부의 리튬 이온들의 대량 전송 특성들을 현저히 개선하고, 전극의 개별적인 충전/방전율을 극적으로 향상시킨다.
또한, 정자 크기의 감소로 인한 전극/전해질 인터페이스 영역의 증가는 전극 인터페이스 임피던스를 감소시킨다. 또한 물질 입자 크기의 감소로 인한 정자에서 Li 이온 전송의 개선은 전극 임피던스의 확산 제어된 부분을 감소시킨다. 결과적으로, 수 미크론으로부터 수십 나노미터까지의 정자 크기의 감소는 전지 전력 성능을 극적으로 개선한다.
속도 출력 및 전력 성능의 개선은 고 전력 및 고속 배터리 애플리케이션을 허용하는 물질을 제공한다. 본 발명은 나노-결정 Li4Ti5O12 화합물들을 포함하는 애노드를 갖는 배터리들에 관한 것이다. 그러한 화합물들은 정자 크기, 입자 크기, 입자 형태, 입자 다공성 및 정자 연결(interlinking)의 등급을 제어하는 방식으로 합성된다. Li4Ti5O12 첨정석 나노-결정 구형 입자들의 실시예들이 도 1에 도시된다.
Li4Ti5O12 애노드 물질은 명확한 다공성 및 정자 연결을 갖는 나노-정자들의 집합체를 포함한다. 이것은 정자들 사이에 최적 전자 전송뿐만 아니라, 입자의 구조의 내부 및 외부로의 최적 리튬 이온 전송을 초래한다. 음의 전극을 위해 이러한 나노-결정 물질을 사용하는 리튬 이온 전지들의 방전율 용량의 일실시예가 도 2에 도시된다. 전지들의 사이클링 특성들이 도 3에 도시된다.
나노-결정 Li4Ti5O12 물질은 적어도 10m2/g의 BET(Brunauer-Emmet-Teller) 표면 면적을 갖는다. 통상적으로, 물질은 10 내지 200m2/g 범위의 BET 표면 면적을 갖는다. 종종, 물질은 20 내지 160m2/g 또는 30 내지 140m2/g 범위의 BET 표면 면 적을 갖는다. 특정 경우에, 물질은 70 내지 110m2/g 범위의 BET 표면 면적을 갖는다.
본 발명과 관련된 연구는 LiCoO2 및 LiNiXCo1 - XO2를 이용하는 상업적으로 이용가능한 배터리들에서 측정된 임피던스가 양의 전극의 인터페이스 저항에 의해 제어됨을 보였다. 따라서, 탄소로부터 Li4Ti5O12 첨정석으로 애노드를 변화시키는 것 - 및 결과적인 전압 페널티를 참작하는 것 - 은 이러한 공통적으로 사용된 물질들이 대응 캐소드에서 이용될 때 전력 용량의 감소를 야기할 것이다. Li4Ti5O12 애노드와 결합하여 캐소드로서 LiMn2O4 첨정석을 사용하는 것이 더 낮은 인터페이스 임피던스 및 망간산염 첨정석 물질의 3차원 구조로 인하여 우수한 배터리 성능을 허용함이 또한 밝혀졌다. 나노-구조화된 LiMn2O4의 사용은 부가적으로 배터리 성능을 개선한다. 나노-결정 Li4Ti5O12에 겨냥된 특정 테스트들의 결과가 도 3에 도시된다.
나노-결정 LiMn2O4 물질은 일반적으로 적어도 5m2/g의 BET 표면 면적을 갖는다. 통상적으로, 물질은 적어도 7.5m2/g의 BET 표면 면적을 갖는다. 종종, 물질은 적어도 10m2/g 또는 15m2/g의 BET 표면 면적을 갖는다. 특정 경우에, 물질은 적어도 20m2/g 또는 25m2/g의 BET 표면 면적을 갖는다.
본 발명의 배터리들에 사용되는 전해질 용액은 통상적으로 리튬 염 및 비수 성 용매와 같은 전해질을 포함한다. 그러한 리튬 염들의 비제한적 예로는 다음을 들 수 있다: 불소-함유 무기 리튬 염(예를 들어, LiPF6, LiBF4); 염소-함유 무기 리튬 염(예를 들어, LiClO4); 불소-함유 유기 리튬 염(예를 들어, LiN(CF3SO2)2, LiN(C2F5SO2)2, LiCF3SO3, LiC(CF3SO2)3, LiPF4(CF3)2, LiPF4(C2F5)2, LiPF4(CF4SO2)2, LiPF4(C2F5SO2)2, LiBF2(CF3)2, LiBF2(C2F5)2, LiBF2(CF3SO2)2 및 LiBF2(C2F5SO2)2). 비수성 용매의 주 성분의 비제한적 예로는 고리형(cyclic) 탄산염(예를 들어, 에틸렌 탄산염 및 프로필렌 탄산염), 선형 탄산염(예를 들어, 디메틸 탄사염 및 에틸메틸 탄산염), 및 고리형 카르복시산 에스테르(예를 들어, γ-부티로락톤(butyrolactone) 및 γ-발레로락톤(valerolactone)) 또는 그들의 혼합물을 들 수 있다.
비수성 전해질 용액은 선택적으로 다른 성분들을 포함할 수 있다. 그러한 선택적 성분들로는, 충전 과다 방지제, 탈수제 및 산성 제거제와 같은 종래에 공지된 보조물을 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 충전 과다 방지제의 비제한적 실시예로는 다음을 들 수 있다: 비페닐과 같은 방향족 화합물(예를 들어, 알킬비페닐, 테르페닐, 테르페닐의 부분적으로 수소화된 생성물, 사이클로헥실벤젠, t-부틸벤젠, t-아밀벤젠, 디페닐 에테르 및 디벤조파란); 방향족 화합물의 부분적으로 불소화된 생성물(예를 들어, 2-플루오로비페닐, o-사이클로헥실플루오로벤젠 및 p-사이클로헥실플루오로벤젠); 및 불소-함유 아니솔 화합물(예를 들어, 2,4-디플루오로아니솔, 2,5-디플루오로아니솔 및 2,6-디플루오로아니솔).
고온에서 저장한 이후에 용량 유지 특징들 및 사이클 특징들을 개선하기 위한 보조물의 비제한적 실시예로는 다음을 들 수 있다: 탄산염 화합물(예를 들어, 비닐에틸렌 탄산염, 플루오로에틸렌 탄산염, 트리플루오로프로필렌 탄산염, 페닐에틸렌 탄산염, 에르브쓰리탄(ervthritan) 탄산염 및 스피로-비스-디메틸렌 탄산염); 카르복실기 무수물(예를 들어, 숙신산 무수물, 글루타르산 무수물, 말레익산 무수물, 시트라콘산 무수물, 글루타콘산 무수물, 이타콘산 무수물, 디글리콜산 무수물, 사이클로헥산디카르복실기 무수물, 사이클로펜탄테트라카르복실기 이무수물 및 페닐숙신산 무수물); 설폰-함유 화합물(예를 들어, 에틸렌 설파이트, 1,3-프로판설톤, 1,4-부탄설톤, 메틸 메탄설포네이트, 부설판, 설포란, 설포렌, 디메틸설폰, 디페닐설폰, 메틸페닐설폰, 디부틸디설파이드, 디사이클로헥실디설파이드, 테트라메틸티우람 모노설파이드, N,N-디메틸메탄설폰아미드 및 N,N-디에틸메탄설폰아미드); 질소-함유 화합물(예를 들어, 1-메틸-2-피롤리디논, 1-메틸-2-피페리돈, 3-메틸-2-옥사졸리디논, 1,3-디메틸-2-이미다졸리디논 및 N-메틸숙신이미드); 탄화수소 화합물(예를 들어, 헵탄, 옥탄 및 사이클로헵탄); 및 불소-함유 화합물(예를 들어, 플루오로벤젠, 디플루오로벤젠, 헥사플루오로벤젠 및 벤조트리플루오라이드). 화합물들은 개별적으로 또는 결합하여 사용될 수 있다.
본 발명의 배터리들은 전해질 용액에서 산성 또는 부식제, 카드뮴, 니켈, 납을 포함하지 않는다.
본 발명의 배터리에 포함된 격리판은 임의의 적절한 타입일 수 있다. 격리판의 비제한적 실시예들로는 다음을 들 수 있다: 폴리오레핀-기반 격리판; 불소화 합된 폴리오레핀-기반 격리판; 불소 수지 기반 격리판(예를 들어, 폴리에틸렌 격리판); 폴리프로필렌 격리판; 폴리비닐리덴 불화물 격리판; VDF-HFP 공중합체 격리판; 폴리에틸렌/폴리프로필렌 이중층 격리판; 폴리프로필렌/폴리에틸렌/폴리프로필렌 삼중층 격리판; 및 폴리에틸렌/폴리프로필렌/폴리에틸렌 삼중층 격리판.
종래의 리튬 배터리들은 다음과 같은 성능 특징들을 갖는다: 1/2C(즉, 2 시간)의 충전율; 4C(즉, 15분)의 방전율; 300-500 사이클의 사이클 수명(얕고 완전하지 않은 방전의 깊이 "DOD"); 및 2-3년의 수명. 본 발명의 배터리들은 통상적으로 다음과 같은 성능 특징들을 갖는다: 10C(즉, 6 분), 20C(즉, 3분) 또는 그 이상의 충전율; 10C, 20C, 30C(즉, 2분), 40C(즉, 1.5분) 또는 그 이상의 방전율; 1,000, 2,000, 3,000 또는 그 이상의 사이클 수명(완전한 DOD); 및 5-9 또는 10-15년의 수명.
종래의 리튬 전력 배터리들은 약 130℃ 초과의 잠재적으로 폭발성인 열적 폭주(thermal runaway) 문제들을 보인다. 상기 문제점은 전극 표면들에서 통상적으로 나타나는 높은 열적 임피던스에 의해 악화된다. 따라서 실제적인 충전율 및 방전율에서 배터리의 안전성은 전류가 높은 저항을 통과함으로써 야기된 가열에 의해 제한된다. 방전 및 역(reverse) 방전하에서, 전지들을 충전 및 전압이 안정된 상태에 유지시키고 충전 과다의 위험한 상태를 피하기 위하여 값비싸며 정교한 전자 회로가 요구된다.
본 발명의 배터리들은 250℃ 미만의 열적 폭주(thermal runaway)를 제거한다. 이것은 부분적으로 포함된 나노-구조화된 물질들을 이용하는 전극 구조물들의 매우 낮은 내부 임피던스로 인한 것이며, 매우 낮은 내부 임피던스는 높은 전류에서 충전 및 방전 동안에 가열을 최소화시키도록 한다. 또한, 본 발명의 배터리들은 표준 리튬 이온 시스템에 필요한 높은 레벨의 값비싼 제어 회로를 필요로 하지 않는다. 이는 본 발명의 배터리들이 안전하기 과다 충전될 수 있으며 완전히 방전될 때 손상되지 않기 때문이다. 전지 전압 밸런싱에 대한 요구는 제어 회로로부터 최소화될 수 있으며, 이는 관련 비용을 크게 감소시킨다.
본 발명의 배터리들은 여러 가지로 사용될 수 있다. 배터리들의 사용의 비제한적 실시예들은 다음을 포함할 수 있다: 연속적(uninterruptible) 전력 공급부(UPS)에 대한 대체물; 전기 자동차 및 하이브리드 전기 자동차를 위한 배터리; 및 전력 툴들을 위한 배터리.
UPS 시스템들은 백업 전력을 제공하기 위하여 납 산성 배터리들 또는 기계적 플라이휠들을 사용한다. 배터리-기반 시스템들은 납 산성 배터리들의 고장 경향 및 1.5 내지 4년마다의 교체 요구를 겪는다. 또한, 기계적 플라이휠들은 15-20초의 백업 전력만을 제공한다; 발전기는 추가의 백업을 제공하기 위하여 8초안에 시작할 것이다.
본 발명의 배터리들은 플라이휠 UPS 시스템들에 대한 고체 상태 대체물이며, 정기적 유지 보수를 필요로 하지 않는다. 배터리들은 통상적인 사용시 15년까지 지속될 것이고, 넓은 온도 범위(-40℃ 내지 +65℃)에 걸쳐 작동하도록 설계된다.
종래의 HEV 배터리 시스템들은 무거운 및/또는 유독한 납-산성, 카드뮴 또는 니켈-기반 배터리들의 사용으로 인한 문제를 겪는다. 최소한 이러한 배터리들은 수천 달러의 비용으로 매 5 내지 7년마다 교체되어야만 한다. 성능이 좋은(performance-wise) 전류 배터리들의 제한된 전력 용량은 하나의 배터리 전력으로부터 달성될 수 있는 가속을 제한한다. 이러한 문제점은 전류 HEV 배터리 시스템들의 상대적으로 무거운 무게에 의해 악화된다.
그것들의 환경 및 중량 장점에 더하여, 본 발명의 배터리들은 대단히 높은 방전율(100C에 이르는 그리고 그 이상의) 및 40C에 이르는 충전율(다른 기술을 사용하여 현재 이용불가능한)을 갖는다. 높은 충전율은 약 1.5분 동안 완전한 충전을 허용한다. 따라서, 하이브리드 자동차만 이러한 물질 개선으로부터 이익을 얻는 것이 아니라, 처음의 실용적인 완전한 전기 자동차에 대해서도 실제 옵션이 될 수 있다.
배터리 팩들은 통상적으로 현재 이용가능한 전력 툴 배터리들의 중량으로 인하여 크기가 제한된다. 팩의 크기는 대응하여 배터리마다 작동 시간을 제한하고, 배터리 팩에 대한 재충전 시간은 1 내지 2 시간일 수 있다. 또한, 대부분의 전력 툴 배터리 시스템들은 부식성 전해질 외에도 카드뮴 및 니켈을 포함한다.
대조적으로, 본 발명의 배터리 팩들은 통상적으로 1 내지 2 파운드의 무게가 나가며, 서스펜더 벨트상에서 운반될 수 있다. 팩은 5 내지 6 시간의 동작에 대하여 최적화되며, 10 내지 15분 동안 재충전될 수 있다. 그것은 또한 임의의 니켈, 카드뮴 또는 다른 해로운 물질들을 포함하지 않는다.
하기에 기재된 것은 본 발명의 배터리들의 비제한적 실시예들 및 그들의 애플리케이션이다:
1. 다음의 엘리먼트들을 포함하는 배터리: 적어도 10m2/g의 BET 표면 면적을 갖는 나노-결정 Li4Ti5O12를 포함하는 애노드; 적어도 5m2/g의 BET 표면 면적을 갖는 나노-결정 LiMn2O4 첨정석을 포함하는 캐소드; 배터리는 적어도 10C의 충전율을 갖는다.
2. 다음의 엘리먼트들을 포함하는 배터리: 적어도 10m2/g의 BET 표면 면적을 갖는 나노-결정 Li4Ti5O12를 포함하는 애노드; 적어도 5m2/g의 BET 표면 면적을 갖는 나노-결정 LiMn2O4 첨정석을 포함하는 캐소드; 배터리는 적어도 10C의 충전율을 갖는다; 배터리는 적어도 10C의 방전율을 갖는다.
3. 다음의 엘리먼트들을 포함하는 배터리: 적어도 10m2/g의 BET 표면 면적을 갖는 나노-결정 Li4Ti5O12를 포함하는 애노드; 적어도 5m2/g의 BET 표면 면적을 갖는 나노-결정 LiMn2O4 첨정석을 포함하는 캐소드; 배터리는 적어도 10C의 충전율을 갖는다; 배터리는 적어도 1,000 사이클의 사이클 수명을 갖는다.
4. 다음의 엘리먼트들을 포함하는 배터리: 적어도 10m2/g의 BET 표면 면적을 갖는 나노-결정 Li4Ti5O12를 포함하는 애노드; 적어도 5m2/g의 BET 표면 면적을 갖는 나노-결정 LiMn2O4 첨정석을 포함하는 캐소드; 배터리는 적어도 10C의 충전율을 갖 는다; 배터리는 5-9년의 수명을 갖는다.
5. 다음의 엘리먼트들을 포함하는 배터리: 적어도 10m2/g의 BET 표면 면적을 갖는 나노-결정 Li4Ti5O12를 포함하는 애노드; 적어도 5m2/g의 BET 표면 면적을 갖는 나노-결정 LiMn2O4 첨정석을 포함하는 캐소드; 배터리는 10-15년의 수명을 갖는다.
6. 다음의 엘리먼트들을 포함하는 배터리: 적어도 10m2/g의 BET 표면 면적을 갖는 나노-결정 Li4Ti5O12를 포함하는 애노드; 적어도 5m2/g의 BET 표면 면적을 갖는 나노-결정 LiMn2O4 첨정석을 포함하는 캐소드; 배터리는 전해질 용액에서 산성 또는 부식제, 카드뮴, 니켈, 납을 포함하지 않는다.
7. 다음의 엘리먼트들을 포함하는 배터리: 적어도 10m2/g의 BET 표면 면적을 갖는 나노-결정 Li4Ti5O12를 포함하는 애노드; 적어도 5m2/g의 BET 표면 면적을 갖는 나노-결정 LiMn2O4 첨정석을 포함하는 캐소드; 배터리는 적어도 10C의 충전율을 갖는다; 배터리는 250℃ 미만의 열적 폭주(thermal runaway)를 제거한다.
8. 다음의 엘리먼트들을 포함하는 배터리: 30 내지 140m2/g 범위의 BET 표면 면적을 갖는 나노-결정 Li4Ti5O12를 포함하는 애노드; 적어도 5m2/g의 BET 표면 면적을 갖는 나노-결정 LiMn2O4 첨정석을 포함하는 캐소드; 배터리는 적어도 10C의 충전 율을 갖는다.
9. 다음의 엘리먼트들을 포함하는 배터리: 30 내지 140m2/g 범위의 BET 표면 면적을 갖는 나노-결정 Li4Ti5O12를 포함하는 애노드; 적어도 5m2/g의 BET 표면 면적을 갖는 나노-결정 LiMn2O4 첨정석을 포함하는 캐소드; 배터리는 적어도 10C의 충전율을 갖는다; 배터리는 적어도 10C의 방전율을 갖는다.
10. 다음의 엘리먼트들을 포함하는 배터리: 30 내지 140m2/g 범위의 BET 표면 면적을 갖는 나노-결정 Li4Ti5O12를 포함하는 애노드; 적어도 5m2/g의 BET 표면 면적을 갖는 나노-결정 LiMn2O4 첨정석을 포함하는 캐소드; 배터리는 적어도 10C의 충전율을 갖는다; 배터리는 적어도 1,000 사이클의 사이클 수명을 갖는다.
11. 다음의 엘리먼트들을 포함하는 배터리: 30 내지 140m2/g 범위의 BET 표면 면적을 갖는 나노-결정 Li4Ti5O12를 포함하는 애노드; 적어도 5m2/g의 BET 표면 면적을 갖는 나노-결정 LiMn2O4 첨정석을 포함하는 캐소드; 배터리는 적어도 10C의 충전율을 갖는다; 배터리는 5-9년의 수명을 갖는다.
12. 다음의 엘리먼트들을 포함하는 배터리: 30 내지 140m2/g 범위의 BET 표면 면적을 갖는 나노-결정 Li4Ti5O12를 포함하는 애노드; 적어도 5m2/g의 BET 표면 면적을 갖는 나노-결정 LiMn2O4 첨정석을 포함하는 캐소드; 배터리는 적어도 10C의 충전율을 갖는다; 배터리는 10-15년의 수명을 갖는다.
13. 다음의 엘리먼트들을 포함하는 배터리: 30 내지 140m2/g 범위의 BET 표면 면적을 갖는 나노-결정 Li4Ti5O12를 포함하는 애노드; 적어도 5m2/g의 BET 표면 면적을 갖는 나노-결정 LiMn2O4 첨정석을 포함하는 캐소드; 배터리는 적어도 10C의 충전율을 갖는다; 배터리는 전해질 용액에서 산성 또는 부식제, 카드뮴, 니켈, 납을 포함하지 않는다.
14. 다음의 엘리먼트들을 포함하는 배터리: 30 내지 140m2/g 범위의 BET 표면 면적을 갖는 나노-결정 Li4Ti5O12를 포함하는 애노드; 적어도 5m2/g의 BET 표면 면적을 갖는 나노-결정 LiMn2O4 첨정석을 포함하는 캐소드; 배터리는 적어도 10C의 충전율을 갖는다; 배터리는 250℃ 미만의 열적 폭주(thermal runaway)를 제거한다.
15. 다음의 엘리먼트들을 포함하는 배터리: 30 내지 140m2/g 범위의 BET 표면 면적을 갖는 나노-결정 Li4Ti5O12를 포함하는 애노드; 적어도 10m2/g의 BET 표면 면적을 갖는 나노-결정 LiMn2O4 첨정석을 포함하는 캐소드; 배터리는 적어도 20C의 충전율을 갖는다; 배터리는 적어도 20C의 방전율을 갖는다.
16. 다음의 엘리먼트들을 포함하는 배터리: 30 내지 140m2/g 범위의 BET 표면 면적을 갖는 나노-결정 Li4Ti5O12를 포함하는 애노드; 적어도 10m2/g의 BET 표면 면적을 갖는 나노-결정 LiMn2O4 첨정석을 포함하는 캐소드; 배터리는 적어도 20C의 충전율을 갖는다; 배터리는 적어도 20C의 방전율을 갖는다; 배터리는 적어도 1,000 사이클의 사이클 수명을 갖는다.
17. 다음의 엘리먼트들을 포함하는 배터리: 30 내지 140m2/g 범위의 BET 표면 면적을 갖는 나노-결정 Li4Ti5O12를 포함하는 애노드; 적어도 10m2/g의 BET 표면 면적을 갖는 나노-결정 LiMn2O4 첨정석을 포함하는 캐소드; 배터리는 적어도 20C의 충전율을 갖는다; 배터리는 적어도 20C의 방전율을 갖는다; 배터리는 적어도 1,000 사이클의 사이클 수명을 갖는다; 배터리는 10-15년의 수명을 갖는다.
18. 다음의 엘리먼트들을 포함하는 배터리: 30 내지 140m2/g 범위의 BET 표면 면적을 갖는 나노-결정 Li4Ti5O12를 포함하는 애노드; 적어도 10m2/g의 BET 표면 면적을 갖는 나노-결정 LiMn2O4 첨정석을 포함하는 캐소드; 배터리는 적어도 20C의 충전율을 갖는다; 배터리는 적어도 20C의 방전율을 갖는다; 배터리는 적어도 1,000 사이클의 사이클 수명을 갖는다; 배터리는 10-15년의 수명을 갖는다; 배터리는 전해질 용액에서 산성 또는 부식제, 카드뮴, 니켈, 납을 포함하지 않는다.
19. 다음의 엘리먼트들을 포함하는 배터리: 30 내지 140m2/g 범위의 BET 표면 면적을 갖는 나노-결정 Li4Ti5O12를 포함하는 애노드; 적어도 10m2/g의 BET 표면 면적을 갖는 나노-결정 LiMn2O4 첨정석을 포함하는 캐소드; 배터리는 적어도 20C의 충전율을 갖는다; 배터리는 적어도 20C의 방전율을 갖는다; 배터리는 적어도 1,000 사이클의 사이클 수명을 갖는다; 배터리는 10-15년의 수명을 갖는다; 배터리는 전해질 용액에서 산성 또는 부식제, 카드뮴, 니켈, 납을 포함하지 않는다; 배터리는 250℃ 미만의 열적 폭주를 제거한다.
20. 다음의 엘리먼트들을 포함하는 배터리: 30 내지 140m2/g 범위의 BET 표면 면적을 갖는 나노-결정 Li4Ti5O12를 포함하는 애노드; 적어도 10m2/g의 BET 표면 면적을 갖는 나노-결정 LiMn2O4 첨정석을 포함하는 캐소드; 배터리는 적어도 20C의 충전율을 갖는다; 배터리는 적어도 20C의 방전율을 갖는다; 배터리는 적어도 2,000 사이클의 사이클 수명을 갖는다; 배터리는 10-15년의 수명을 갖는다; 배터리는 전해질 용액에서 산성 또는 부식제, 카드뮴, 니켈, 납을 포함하지 않는다; 배터리는 250℃ 미만의 열적 폭주(thermal runaway)를 제거한다.
21. 다음의 엘리먼트들을 포함하는 배터리: 30 내지 140m2/g 범위의 BET 표면 면적을 갖는 나노-결정 Li4Ti5O12를 포함하는 애노드; 적어도 10m2/g의 BET 표면 면적을 갖는 나노-결정 LiMn2O4 첨정석을 포함하는 캐소드; 배터리는 적어도 20C의 충전율을 갖는다; 배터리는 적어도 20C의 방전율을 갖는다; 배터리는 적어도 3,000 사이클의 사이클 수명을 갖는다; 배터리는 10-15년의 수명을 갖는다; 배터리는 전해질 용액에서 산성 또는 부식제, 카드뮴, 니켈, 납을 포함하지 않는다; 배터리는 250℃ 미만의 열적 폭주(thermal runaway)를 제거한다.
22. 다음의 엘리먼트들을 포함하는 배터리: 30 내지 140m2/g 범위의 BET 표면 면적을 갖는 나노-결정 Li4Ti5O12를 포함하는 애노드; 적어도 10m2/g의 BET 표면 면적을 갖는 나노-결정 LiMn2O4 첨정석을 포함하는 캐소드; 배터리는 적어도 20C의 충전율을 갖는다; 배터리는 적어도 40C의 방전율을 갖는다; 배터리는 적어도 3,000 사이클의 사이클 수명을 갖는다; 배터리는 10-15년의 수명을 갖는다; 배터리는 전해질 용액에서 산성 또는 부식제, 카드뮴, 니켈, 납을 포함하지 않는다; 배터리는 250℃ 미만의 열적 폭주를 제거한다.
23. 연속적 전력 공급부에 대한 대체물, 상기 대체물은 상기 1-22 섹션의 배터리임.
24. 전기 자동차, 상기 전기 자동차는 상기 1-22 섹션의 배터리를 포함함.
25. 하이브리드 전기 자동차, 상기 하이브리드 전기 자동차는 상기 1-22 섹션의 배터리를 포함함.
26. 전력 툴, 상기 툴은 상기 1-22 섹션의 배터리를 포함함.

Claims (14)

  1. 배터리로서,
    a) 적어도 10m2/g의 BET 표면 면적을 갖는 나노-결정 Li4Ti5O12를 포함하는 애노드;
    b) 적어도 5m2/g의 BET 표면 면적을 갖는 나노-결정 LiMn2O4 첨정석을 포함하는 캐소드
    를 포함하며, 적어도 10C의 충전율을 갖는, 배터리.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 배터리는 적어도 10C의 방전율을 갖는 것을 특징으로 하는 배터리.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 배터리는 적어도 1,000 사이클의 사이클 수명을 갖는 것을 특징으로 하는 배터리.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 배터리는 5-9년의 수명을 갖는 것을 특징으로 하는 배터리.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 배터리는 10-15년의 수명을 갖는 것을 특징으로 하는 배터리.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 배터리는 전해질 용액에서 산성 또는 부식제, 카드뮴, 니켈, 납을 포함하지 않는 것을 특징으로 하는 배터리.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 배터리는 250℃ 미만의 열적 폭주를 제거하는 것을 특징으로 하는 배터리.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 나노-결정 Li4Ti5O12는 30 내지 140m2/g 범위의 BET 표면 면적을 갖는 것을 특징으로 하는 배터리.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 나노-결정 LiMn2O4 첨정석은 적어도 10m2/g의 BET 표면 면적을 갖는 것 을 특징으로 하는 배터리.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 배터리는 적어도 2,000 사이클의 사이클 수명을 갖는 것을 특징으로 하는 배터리.
  11. 제5항에 따른 배터리인 것을 특징으로 하는, 연속적 전력 공급부를 위한 대체물.
  12. 제5항에 따른 배터리를 포함하는 것을 특징으로 하는, 전기 자동차.
  13. 제5항에 따른 배터리를 포함하는 것을 특징으로 하는, 하이브리드 전기 자동차.
  14. 제5항에 따른 배터리를 포함하는 것을 특징으로 하는, 전력 툴.
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