KR20150015469A - 전지 전극 물질 - Google Patents

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제프리 알란 에드워드
피터 앤소니 조지
콴성 송
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나노-누벨레 피티와이 엘티디
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Abstract

전지 또는 커패시터, 슈퍼 커패시터 또는 슈도 커패시터 용 전극 물질은 도전성 물질 및 활물질을 포함하는 코팅으로 도포된 다공성 기재를 포함하되, 코팅의 두께는 1 마이크로미터 미만이고, 활물질의 체적 분율은 5%를 초과한다. 다른 양태에서, 전극 물질은 금속 망상 구조 및 상기 금속 구조에 연결되는 활물질을 포함하되, 활물질의 산출된 체적 분율이 5%을 초과하며, 상기 물질의 표면적이 5m2/g를 초과한다.

Description

전지 전극 물질{Battery electrode materials}
본 발명은 신규 전지 전극 물질 및 이를 이용한 전지에 관한 것이다. 일 측면에서, 본 발명은 니켈 계 전극 물질 및 이를 이용한 전지에 관한 것이다.
전지 성능을 향상시킬 수 있는 기술에 대한 상당한 수요가 존재한다. 특정 응용 분야를 위해 중요할 수 있는 전지 성능의 여러 측면들이 있다. 예컨대, 전지가 충전될 수 있는 속도는 전지가 완충되는데 소요되는 시간을 결정한다. 전지가 방전될 수 있는 속도는 전지가 어느 정도의 전력을 제공할 수 있을지에 중요하다. 단위 중량 당 또는 단위 체적 당, 전지에 저장된 에너지의 양 또한 중요할 수 있다. 전력은 또한 단위 중량 당 또는 단위 체적 당으로 표현될 수 있다. 특성들은 또한 단위 면적 당으로 표현될 수 있다. 용량은 저장되고 방전 가능한 전하의 양을 나타내는데 종종 사용된다. 일반적으로, 이는 mAh/cc와 같이 단위 체적 당으로 표현되거나, mAh/g와 같이 단위 중량 당으로 표현된다.
전지의 수명은 매우 중요한 매개변수이다. 전지 수명은 일정 횟수의 충전 및 방전 주기 후 유지되는 전지의 용량을 측정함으로써 결정된다.
충분한 주기 수명을 확보하는 것은 많은 응용 분야들에서 전지 사용을 하기 위한 핵심이다. 다수의 전지들의 경우, 충분한 주기 수명을 얻기 위해, 전 용량 또는 정격 용량과 관련하여, 전지가 충전 및 방전되는 양을 상당히 제한하는 것이 필요하다. 정격 용량은 전지가 사용되는데 권장되는 용량이다. 용어 '방전 심도(DOD)'는 이를 설명하기 위해 사용될 수 있다. 충분한 수명을 얻기 위해, 전지의 전 용량의 10% 또는 20%로 전지의 용량을 제한할 필요가 있을 수 있다. 따라서, 전지는 전 용량 기준으로 가능한 양보다 각각 5배, 10배 커야할 필요가 있다.
속도 성능, 즉 전력을 생성하기 위해 고속으로 충전하는 능력 및 고속으로 방전하는 능력은 많은 응용 분야에서 매우 바람직하다. 그러나, 고속 충전 및/또는 방전은 일반적으로 안정성을 매우 저해한다. 또한, 방전 심도는 고속에서 충분한 주기 안정성을 제공하기 위해 상당히 제한될 필요가 있을 수 있으며, 이는 용량을 효과적으로 제한한다. 대안적으로, 정해진 용량 및 충전율 및/또는 방전율에서 긴 수명들은 그야말로 불가능하다.
용량, 높은 충전율 및/또는 방전율 및 양호한 주기 안정성을 동시에 제공할 수 있는 새로운 전지 기술에 대한 시급한 필요가 명백히 존재한다.
니켈/금속 수고화물, 니켈/카드뮴, 니켈/수소, 니켈 철 및 니켈/아연을 포함한 몇 가지 중요한 전지 유형들은 니켈 계 양극 물질들을 이용한다. 니켈 계 물질들은 또한 리튬 이온 전지의 전극들과 같은 전위를 갖는다. 탄소 니켈 커패시터들을 포함하는, 슈퍼 커패시터들과 슈도(pseudo) 커패시터들을 포함하는 일부 커패시터들은 또한 니켈 계 양극 물질들을 이용한다.
본 발명의 목적은 에너지 용량, 충전율, 방전율 및 주기 안정성의 우수한 조합을 제공할 수 있는 신규 전지 전극 물질들을 제공 하는 것이다. 물질들을 활성화하기 위한 새로운 방법들을 제공하는 것 또한 본 발명의 목적이다.
본 발명자들은 용량, 고속 충전율 및/또는 방전율, 고 방전 심도, 고출력 및 고 주기 안정성의 놀라운 조합을 제공 할 수 있는 전극 물질들을 발견하였다. 일 측면에서는, 본 발명은 도전성 물질 및 활물질을 포함하는 코팅으로 도포된 다공성 기재를 포함하되, 코팅의 두께는 1 마이크로미터 미만이고, 활물질의 체적 분율은 5%를 초과하는 전극 물질을 제공한다.
본 명세서 전체에 걸쳐, 용어 "활물질"은 충전 및 방전 상태 사이에서 변환할 수 있는 물질을 지칭하는데 사용될 것이다. 물질이 더 많은 충/방전 변환들(혹은 주기들)을 견딜 수록, 물질의 안정성은 더 커진다.
본 발명의 전극 물질은 전지 또는 커패시터, 슈퍼 커패시터 또는 슈도 커패시터, 전기 변색 소자, 또는 실제로 충전 및 방전이 될 수 있는 물질이 요구되는 어떤 응용 분야에서도 사용될 수 있다.
전극 물질은 10%, 20%, 30%, 35%, 50%, 또는 60%를 초과하는 활물질의 체적 분율을 갖을 수 있다.
일부 구현예들에서, 전극 물질은 도전성 물질 또는 활물질로 도포된 다공성 물질을 포함할 수 있다. 도포 이전에 다공성 물질은 0.1 m2/cm3, 더욱 바람직하게는 0.2 m2/cm3, 1m2/cm3, 훨씬 더 바람직하게는 4 m2/cm3, 보다 바람직하게는10 m2/cm3, 심지어 보다 바람직하게는 50 m2/cm3를 초과하는 비표면적을 갖을 수 있다. 최적 표면적은 그 정확한 용도에 따라 달라질 수 있다.
일부 구현예들에서, 전극 물질은 1.5, 3, 또는 4를 초과하는 금속 물질의 체적에 대한 활물질의 체적의 산출된 비율을 가질 수 있다.
일부 구현예들에서, 전극 물질은 20% 또는 10% 미만의 금속 체적 분율을 가질 수 있다.
일부 구현예들에서, 전극 물질은 5 m2/g, 10 m2/g, 20 m2/g, 50 m2/g, 또는 100 m2/g를 초과하는 표면적을 가질 수 있다.
일부 구현예들에서, 금속 코팅의 두께는 500 nm, 200 nm, 100 nm, 50 nm, 또는 20 nm 미만일 수 있다.
일부 구현예들에서, 금속 및 활물질 코팅의 두께의 합은 500 nm, 200 nm, 100 nm, 50 nm, 또는 20 nm 미만이다.
제2 양태에서, 본 발명은
i) 금속 망상 구조, 및
ii) 금속 구조에 연결된 활물질을 포함하되,
활물질의 산출된 체적 분율이 5%를 초과하며, 물질의 표면적이 5m2/g를 초과하는 전극 물질을 제공한다.
일부 구현예들에서, 금속 구조는 다공성 기재와 유사한 체적 표면적을 갖을 수 있다. 구현예들에서, 금속 코팅은 본질적으로 평활하다. 따라서 구현예들에서 금속으로 도포된 물질은 0.1m2/cm3, 또는 0.2m2/cm3, 또는1m2/cm3, 또는 4m2/cm3, 또는 10m2/cm3, 또는 50m2/cm3을 초과하는 비표면적을 또한 가질 수 있다.
일부 구현예들에서, 금속 코팅의 조도는 다공성 기재에 비해 상당히 개선된 표면적을 이끌어낼 수 있다. 상당히 개선되었다는 것은, 2 이상의 요소만큼 개선되었다는 것을 의미한다. 조도의 양과 규모에 따라서, 이 향상된 기능은 매우 중요할 수 있다. 따라서 금속으로 도포된 물질은 또한 0.2m2/cm3, 또는　6m2/cm3, 또는 30m2/cm3, 또는 120m2/cm3, 또는 300m2/cm3, 또는 1500m2/cm3, 또는 심지어 최대 5,000m2/cm3, 또는　4,000m2/cm3, 또는 3,000m2/cm3, 또는 2,500m2/cm3, 또는 2000m2/cm3인 표면적을 가질 수 있다.
최적 표면적은 그 정확한 용도에 따라 달라질 수 있다.
일부 구현예들에서, 전극 물질은 30%를 초과하는 활물질의 산출된 체적 분율 및 20.m2/g 을 초과하는 물질의 표면적을 가질 수 있다.
다른 양태에서, 본 발명은 금속 망상 구조, 및 금속 구조에 연결되는 활물질로써 특징지어지되, 활물질의 산출된 체적 분율이 0.3을 초과하며 물질의 표면적이 20m2/g를 초과하는, (전지 전극 물질과 같은)전극 물질을 제공한다.
활물질의 체적 분율은 두가지 방법으로 추정될 수 있다. 첫 번째는 직접 질량 측정을 함으로써, 단위 체적당 활물질의 질량을 직접 결정되고, 단위 체적당 활물질의 체적 분율은 밀도로 나누어 산출된다. 두 번째 방법은 간접적 방법이며, 단위 체적당 용량이 결정되고, 이는 활물질의 단위 그램 당 이론적 용량으로 나누어 단위 체적 당 활물질의 질량을 산출한다. 다시, 이를 밀도로 나누어 활물질의 체적 분율을 산출한다.
표면적은, 당업자들에게 공지된 BET (Brunauer, Emmett 및 Teller) 법을 통해 결정 된다.
추가적인 양태에서, 본 발명은 5C의 충전율 및 방전율에서 적어도 1000주기 동안, 150mAh/cc를 초과하는 정격 체적 용량 및 용량의 적어도 80%의 용량을 유지하는 것을 특징으로 하는 전극 물질을 제공한다.
정격 용량이란, 지정된 속도로 동작해야하는 전극의 특정 용량을 의미한다.
일부 구현예들에서, 전극 물질은 200mAh/cc, 또는 250mAh/cc, 또는 400mAh/cc, 또는 600mAh/cc, 또는 800mAh/cc, 또는 1000mAh/cc를 초과하는 정격 체적 용량을 갖는다. 바람직하게는, 전극 물질은 5C의 충전율 및 방전율에서 적어도 1000주기 또는 2000주기 또는 10000주기 동안, 용량의 적어도 80%의 용량을 유지한다. 일부 구현예들에서, 전지 전극 물질은 10C, 더욱 바람직하게는 15C, 훨씬 더 바람직하게는 30C, 60C, 120C, 훨씬 더 바람직하게는 15C부터 120C까지의 충전율 및 방전율에서, 적어도 1000주기 동안 용량의 적어도 80%를 유지한다.
다른 양태에서, 본 발명은 60C의 충전율 및 방전율에서 적어도 1000주기 또는 2000주기 또는 10000주기 동안, 150mAh/cc를 초과하는 정격 체적 용량 및 용량의 적어도 80%를 유지하는 것을 특징으로 하는 전극 물질을 제공한다. 일부 구현예들에서, 전극 물질은 200mAh/cc, 또는 400mAh/cc, 또는 500mAh/cc, 또는 600mAh/cc, 또는 800mAh/cc, 또는 1000mAh/cc를 초과하는 정격 체적 용량을 나타내며, 60C의 충전율 및 방전율에서 적어도 1000주기, 더욱 바람직하게는 2000주기 또는 10000주기 동안, 용량의 적어도 80%의 용량을 유지한다.
일부 구현예들에서, 전극 물질은 260부터 1100mAh/cc까지, 또는 300부터 1025mAh/cc까지의 정격 체적 용량을 나타낸다.
추가적인 양태에서, 본 발명은 5C의 충전율 및 방전율에서 적어도 1000주기 동안, 50mAh/cc를 초과하는 정격 중량 용량 및 용량의 적어도 80%의 용량을 유지하는 것을 특징으로 하는 전극 물질을 제공한다. 실시예들을 포함한 명세서 전반에 걸쳐, 중량 용량은 전지 물질의 그램 당으로 표현되는데, 즉 질량은 활성 전지 물질 및 도전성 물질을 모두 포함한다.
일부 구현예들에서, 전극 물질은 100mAh/cc, 또는 110mAh/cc, 또는 150mAh/cc, 또는 170mAh/cc, 또는 200mAh/cc, 또는 250mAh/cc, 또는 300mAh/cc를 초과하며 최대 400mAh/cc인 정격 중량 용량을 나타낸다. 일부 구현예들에서, 전극 물질은 적어도 2000주기 또는 1000주기 동안, 용량의 적어도 80%의 용량을 유지한다. 전지 전극 물질은 10C, 더욱 바람직하게는 15C, 훨씬 더 바람직하게는 30C, 훨씬 더 바람직하게는 60C, 120C, 훨씬 더 바람직하게는 15C부터 120C까지의 충전율 및 방전율에서, 특성들을 가질 수 있다.
추가적인 양태에서, 본 발명은 50mAh/cc, 또는 100mAh/cc, 또는 110mAh/cc, 또는 150mAh/cc, 또는 170mAh/cc, 또는 200mAh/cc, 또는 250mAh/cc, 또는 300mAh/cc를 초과하는 정격 중량 용량 및 60C의 충전율 및 방전율에서 적어도 1000주기, 또는 2000주기 또는 10000주기 동안, 용량의 적어도 80%의 용량을 유지하는 것을 특징으로 하는 전극 물질을 제공한다.
다른 양태에서, 본 발명은 110mAh/cc를 초과하는 정격 체적 용량 및 30%를 초과하는 방전 심도에서 적어도 100주기의 충방전에 대해, 용량의 적어도 80%의 용량을 유지하는 것을 특징으로 하는 전극 물질을 제공한다.
바람직하게는, 전극 물질은 200mAh/cc, 또는 260mAh/cc, 또는 300mAh/cc, 또는 450mAh/cc, 또는 600mAh/cc, 또는 800mAh/cc, 또는 1000mAh/cc를 초과하는 정격 체적 용량을 갖는다. 바람직하게는, 전지 전극 물질은 30%, 또는 50%, 또는 70%, 또는 80%를 초과하는 방전 심도에서 적어도 1000주기, 또는 2000주기, 또는 10000주기의 충방전 동안, 용량의 적어도 80%의 용량을 유지한다.
추가적인 양태에서, 본 발명은 전극의 입방 센치미터 당 2W를 초과하는 정격 출력 밀도, 및 적어도 1000주기 동안 출력 밀도의 적어도 80%의 출력 밀도를 유지하는 것을 특징으로 하는 전극 물질을 제공한다.
출력 밀도는 금속 수소화물 양극과 침수형 전지 설정으로부터 얻은 데이터를 이용하여 산정되는데, 금속 수소화물 양극은 수산화 니켈 양극보다 훨씬 커서 전력은 양극에 의해 제한되지 않는다. 산출 값은 방전 전류를 곱한 방전 평탄 구간의 중간 전압을 사용하는데, 이 값은 양극의 체적으로 나뉘어진다.
일부 구현예들에서, 전극 물질은 전극 입방 센티미터 당 2W, 또는 4W, 또는 20W, 또는 36W, 또는 45W를 초과하는 정격 체적 용량을 나타낸다. 일부 구현예들에서, 전극 물질은 적어도 2000주기 또는 10000주기의 충방전 주기 동안, 출력 밀도의 적어도 80%의 출력 밀도를 유지한다.
추가적인 양태에서, 본 발명은 전극 그램 당 1W를 초과하는 정격 비출력, 및 적어도 1000주기 동안 비출력의 적어도 80%의 출력 밀도를 유지하는 것을 특징으로 하는 전극 물질을 제공한다.
비출력은 금속 수소화물 양극과 침수형 전지 설정으로부터 얻은 데이터를 이용하여 산정되는데, 금속 수소화물 양극은 수산화 니켈 양극보다 훨씬 커서 전력은 양극에 의해 제한되지 않는다. 산출 값은 방전 전류를 곱한 방전 평탄 구간의 중간 전압을 사용하는데, 이 값은 금속과 산정된 활물질을 포함하는 양극의 산정된 총 중량으로 나뉘어진다.
일부 구현예들에서, 전극 물질은 전극 그람 당 2W, 또는 4W, 또는 9W, 또는 16W를 초과하는 정격 비출력을 나타낸다. 일부 구현예들에서, 전극 물질은 적어도 2000주기 또는 10000주기의 충방전 동안, 비출력의 적어도 80%의 비출력을 유지한다.
다른 양태에서, 본 발명은 50mAh/cc를 초과하는 정격 중량 용량, 및 30%를 초과하는 방전 심도에서 적어도 1000주기의 충방전에 대해, 용량의 적어도 80%의 용량을 유지하는 것을 특징으로 하는 전극 물질을 제공한다.
일부 구현예들에서, 전극 물질은 100mAh/cc, 또는 110mAh/cc, 또는 150mAh/cc, 또는 170mAh/cc, 또는 200mAh/cc, 또는 250mAh/cc, 또는 300mAh/cc를 초과하는 정격 중량 용량을 나타낸다. 일부 구현예들에서, 전지 전극 물질은 30%, 또는 50%, 또는 70%, 또는 80%를 초과하는 방전 심도에서 적어도 2000주기 또는 10000주기의 충방전 동안, 이 용량의 적어도 일부의 용량을 유지한다.
추가적인 양태에서, 본 발명은 전극 물질을 제공하는데, 물질은 적어도 500주기의 충방전에 대하여 정격 용량의 적어도 80%의 용량을 유지하며, 충전 주기들은 0.5C 이상의 충전율 및 방전율로 진행된다.
다른 양태에서, 본 발명은 전극 물질을 제공하는데, 물질은 30%를 초과하는 방전 심도에서 적어도 500주기의 충방전에 대하여 정격 용량의 적어도 80%의 용량을 유지한다.
추가적인 양태에서, 본 발명은 전극 물질을 제공하는데, 물질은 30%를 초과하는 방전 심도에서 60%를 초과하는 충/방전 효율을 나타낸다.
추가적인 양태에서, 본 발명은 전극 물질을 제공하는데, 물질은 30%를 초과하는 방전 심도에서 적어도 500주기의 충방전에 대하여 정격 용량의 적어도 80%의 용량을 유지한다.
일부 구현예들에서, 활물질의 상당량은 적정한 용량을 제공하기 위하여, 본 발명의 전극들에 존재할 수 있다. 놀랍게도, 전극들은 고속 충/방전율 및 고 방전 심도에 노출될 수 있으며, 여전히 양호한 주기 안정성을 유지할 수 있다. 고속에서의 충/방전 주기들은 높은 수준의 충/방전 효율을 또한 나타낼 수 있다.
고속 충/방전율이란, 전지들의 기존 작업에서 사용되는 것보다 빠른 것을 의미한다. 충전율 및 방전율들은 용어 'C'속도로 설명될 수 있다. 이는 당업계에 잘 알려져 있다. C 속도는 충전 또는 방전하는데 필요한 시간(time)들로서, 시간(hour)의 역수이다. 예로써, 0.1C는 충/방전하기 위해 1/0.1 = 10 시간이 걸린다. 본 발명의 구현예들에서, 주기는 0.5C, 또는 1C, 또는 2C, 또는 5C, 또는 10C, 또는 20C, 또는 30C, 또는 60C, 또는 100C, 또는 수백C를 초과하는 속도들로 수행될 수 있다.
양호한 주기 안정성이란, 1000주기 또는 1500주기 또는 2000주기 또는 5000주기 또는 10000주기를 초과하며, 충전율 및 방전율의 주기에서 결정되는, 전용량의 특정 비율 이상으로 용량은 유지되는 것을 의미한다.
방전 심도를 산출하기 위하여, 정격 용량은 전용량으로 사용될 수 있다. 고 방전 심도란, 전용량의 30%, 또는 50%, 또는 70%, 또는 80%를 초과하는 것을 의미한다.
충/방전 효율이란, 방전시 나타내는 용량과 충전시 나타내는 용량 간, 백분율로 표현되는 비율을 의미한다. 고 방전 효율이란, 60%, 또는 80%, 또는 90%, 또는 95%를 초과하는 것을 의미한다.
일부 구현예들에서, 본 발명의 전극 물질들은 다공성 구조를 제공하는 것과 같은 방식으로 구성되는 금속의 박막 코팅을 포함한다.
일부 구현예들에서, 본 발명의 전극 물질들은 복합 다공성 구조를 생성하는 형태로 존재하는 금속 도전성 재료의 박막을 포함한다. 복합 다공성 구조란, 기공의 크기 또는 기공의 형상 측면에서 상당히 다양한 기공의 구조를 의미하거나, 복잡한 경로를 따르는 기공들 또는 이들의 조합들을 포함한다는 것이다. 추가적인 구현예들에서, 도전성 물질의 적어도 일부는 활물질로 변환된다. 다른 구현예들에서, 활물질은 전도성 물질 상에 증착된다. 다른 구현예들에서, 활물질은 도전성 물질을 적어도 부분적으로 활성화 및 추가적 활물질의 증착의 조합으로서 제공될 수 있다.
일부 구현예들에서, 다공성 고분자 기재와 같은 다공성 기재가 제공되고 금속과 활물질 층들 또는 코팅들은 다공성 기재 상에 형성된다. 기재 상의 금속 및 활물질 코팅들 또는 층들을 형성한 후에 다공성 기재는 선택적으로 제거될 수 있다.
일부 구현예들에서, 다공성 구조는 섬유성 망 또는 기재 또는 적어도 부분적으로 섬유들로 구성될 수 있다. 일부 구현예들에서, 섬유들은 중합체일 수 있다. 섬유성 기재는 또한 복합 구조일 수 있는데, 섬유성 기재란 다양한 직경 및/또는 길이의 섬유들로 구성 될 수 있다는 것을 의미하고, 섬유들은 복잡하거나 복합적인 경로들을 따를 수 있으며, 섬유들에의해 정의되는 다공성 공간은 크기 및 형상 모든 측면에서 불규칙 할 수 있다. 전극은 금속 또는 금속 합금으로, 추가적으로 활물질 코팅 또는 층으로, 도포된 섬유성 망으로 이루어질 수 있다.
일부 구현예들에서, 본 발명의 전극들은 다공성 구조를 형성하는 것과 같은 방식으로 구성되는, 금속의 얇은 코팅으로 이루어질 수 있다.
일부 구현예들에서, 본 발명의 전극들은 계류 중인 국제 특허 출원 제PCT/AU2012/00026,6 또는 제PCT/AU2010/001511, 또는 제PCT/AU2013/000088에서 설명된 물질들로 시작할 수도 있고, 이에 해당하는 전체 내용들은 상호 참조로써 통합된다.
본 발명자들은 출발 물질들이 양호한 용량을 제공하는 정도로 활성화될 수 있으며, 놀랍게도 양호한 용량은 높은 속도들에서 또한 높은 방전 심도에서 충전 및 방전 동안 상당 수의 주기들에 걸쳐 유지될 수 있다는 것을 발견했다.
다른 실현예들에서, 계류중인 국제특허 출원 제PCT/AU2012/000266에서 설명된 바와 유사 물질들은 활물질을 증착하는 시작 점으로써 사용될 수 있다. 추가적인 구현예들에서, 더 많은 활물질이 도포되고, 그 후 출발 물질의 적어도 일부는 활물질로 또한 전환될 수 있다.
일부 구현예에서, 전지 전극 물질은 다공성 전극 물질을 포함한다. 다공성 물질은 0.1m2/cm3, 더욱 바람직하게는 0.2m2/cm3, 1m2/cm3, 훨씬 더 바람직하게는 4m2/cm3, 보다 바람직하게는 10m2/cm3, 심지어 보다 바람직하게는 50m2/cm3를 초과하는 비표면적을 가질 수 있다. 높은 표면적 전극들은 양호한 용량을 가능하게 하는 물질의 양호한 체적 분율을 여전히 유지하면서, 속도에 유리한, 물질의 박막들이 사용될 수 있다는 장점을 가질 수 있다.
일부 구현예들에서, 금속의 코팅은 얇은 코팅을 포함할 수 있다. 예로써, 코팅은 500nm, 바람직하게는 200nm, 훨씬 더 바람직하게는 100nm, 50nm 또는 20nm 미만의 두께일 수 있다. 최적 두께는 다른 전지 종류들이나 용도들에 따라 달라질 수 있다. 예로써, 더 얇은 코팅은 더 두꺼운 코팅에 비해 더 빠른 충/방전율들을, 하지만 더 낮은 용량을 제공할 수 있다. 이는 일부 용도들에 있어 바람직 할 수 있다. 다른 용도들을 위해, 용량은 상대적으로 더 중요할 수 있고, 따라서 두꺼운 코팅이 바람질 할 수 있다.
일부 구현예들에서, 금속과 활물질의 코팅의 두께를 모두 합하여 500nm, 또는 200nm, 또는 100nm, 또는 50nm, 또는 20nm 미만의 두께일 수 있다.
일부 구현예들에서, 금속의 코팅은 얇은 코팅일 수 있고, 활성화 후에 활물질의 충분한 체적 분율을 가져 단위 체적당 양호한 용량들과 단위 체적당 양호한 에너지 밀도를 제공 할 수 있다. 예로써, 활물질의 체적 분율은 10%, 또는 20%, 또는 30%, 또는 35%, 또는 50%, 또는 60%를 초과할 수 있다.
추가적인 구현예들에서, 활성화 후, 활물질의 충분한 체적 분율을 가져 단위 체적당 양호한 용량들과 단위 체적당 양호한 에너지 밀도를 제공 할 수 있으며, 단위 중량 당 양호한 용량들과 에너지 밀도들을 제공하기 위해서 금속의 잔류량이 얇을 수 있다. 예로써, 잔류하는 금속의 평균 두께는 80nm, 또는 50nm, 또는 20nm, 또는 12nm 미만일 수 있다.
일부 구현예들에서, 전극의 다공성 구조는 양호한 투과성을 가능하게 한다. 이는 이온들이 구조를 감소된 저항으로 출입할 수 있게 하고, 또한 방전용량비를 증가시킨다.
일부 구현예들에서, 전극은 니켈 계 양극 재료이다. 출발 물질은 상당량의 니켈, 산화 니켈, 옥시 수산화 니켈과 수산화 니켈을 함유할 수 있다. 활성화는 산화 니켈, 옥시 수산화 니켈 또는 수산화 니켈 또는 이들의 혼합물의 양을 증가시킬 수 있다. 니켈 계 전지의 양극 물질로써 동작할 때, 활물질은 상이한 산화 상태들, 예로써 충방전시 옥시 수산화 니켈 및 수산화 니켈, 간에 순환할 수 있다. 바람직하게는, 활성화 후, 충분한 니켈 향상된 전도성을 제공하기 위해 남아있다. 이러한 구현예 및 다른 구현예들에서, 추가적 요소들은 성능을 향상시키기 위해 추가될 수 있다. 예로써, 니켈 계 양극 물질들에서, 코발트 및 아연과 같은 요소들은 활용도, 충전/방전 안정성 및 가스 발생을 줄이기 위해 전압을 높이는 산소 생성을 위해 요구되는 전압을 변화시키는 것과 같은 특성 향상을 위해 추가될 수 있다. 다른 첨가제들은 당업자에게 공지되어있다. 추가 요소들은 실질적으로 균일하게 분산되거나, 대안적으로 표면 층으로서 시작할 수 있거나, 니켈 계 물질을 통해 층들로써 시작할 수 있는 것과 같이 존재 할 수 있다. 일부 첨가 요소들은 활성화 또는 순환동안 용액으로부터 추가 될 수 있다.
임의의 적합한 활물질이 본 발명에 사용될 수 있다. 예로써, 산화 니켈, 산화 코발트, 산화 주석, 수산화 니켈, 옥시 수산화 니켈, 산화 구리, 산화철, 산화 망간, 산화 망간, 옥시 수산화 망간, 아연 및 수산화 아연, 카드뮴 및 수산화 카드뮴, 철 및 수산화 철, 주석, 산화 주석, 주석 합금들 및 주석 복합체, 규소 및 규소 복합체, 안티몬 및 산화 안티몬, 황 및 금속 황화물이 있다.
리튬 이온 전지들용 양극 물질들은 구리, 니켈, 코발트, 안티몬 등 및 이들의 조합과 같은, 다른 금속들과 주석의 합금들 및 혼합물을 포함하는, 주석 계 물질들을 포함한다. 산화 니켈, 산화철, 산화 구리, 산화 코발트, 산화 크롬, 산화 루테늄, 산화 주석, 산화 망간, 산화 리튬, 산화 알루미늄, 산화 바나듐, 산화 몰리브덴, 산화 티탄, 산화 니오븀, 산화 안티몬, 산화 규소, 산화 게르마늄, 산화 아연, 산화 카드뮴, 산화 인듐, 금속 보레이트, 금속 옥시염, 리튬 티타네이트 등 및 이들의 조합과 같은 금속 산화물들이 또한 사용될 수 있다. 탄소와 다른 양극 재료들과 탄소의 혼합물들이 또한 사용될 수 있다. 리튬 금속 및 실리콘을 함유하는 물질들 또한 사용될 수 있다.
리튬 이욘 전지들용 양극 물질들은 또한 본 발명에 사용하기 적합한 물질들이다. 리튬 망간 산화물, 리튬 니켈 산화물, 리튬 코발트 산화물, 리튬 철 인산염, 도핑된 리튬 철 인산염, 소위 '고에너지' 니켈 망간 계 화합물 등 및 이들의 혼합물과 같은 일부 일반적인 물질들은 본 발명에 사용될 수 있다. 실리케이트 화합물들(Li2MSiO4, M = Fe, Mn, 등), 타보라이트 화합물들(LiMPO4F, M = V, Fe, 등), 보레이트 화합물들(LiMBO3, M = Mn, Fe, Co등)과 같은 다른 물질들이 본 발명에 사용될 수 있다. 리튬 금속은 또한 양극 물질로서 사용될 수 있다.
일부 구현예들에서, 코팅은 또한 물질의 시드 층을 함유할 수 있다. 일부 구현예들에서, 시드 층은 구리 계 시드 층이며, 이는 최종 코팅을 형성하는 니켈 계 물질의 증착을 발생시키는데 사용될 수 있다. 바람직하게는, 시드 층은 물질이 비활성인 경우 특히 얇다. 시드 층은 바람직하게는 20nm, 또는 10nm, 또는 5nm 미만일 수 있다.
일부 구현예들에서, 코팅은 세립질 구조를 적어도 부분적으로 포함할 수 있다. 세립질 구조란, 결정의 입자 크기가 작다는 것을 의미한다. 입자 크기는 100nm, 또는 50nm, 또는 20nm, 또는 10nm 미만일 수 있다.
일부 구현예들에서, 코팅은 본질적으로 무정형인 영역들을 적어도 일부 포함할 수 있다. 예로써, 무전해 증착을 통해 증착된 일부 니켈-인 및 니켈-붕소 합금들은 비정질 재료의 중요한 영역들을 포함할 수 있다.
일부 구현예들에서, 전극은 단위 영역당 유용한 용량을 제공하기 위한 충분한 두께를 가진다. 전극이 더 얇아지면, 전극의 체적은 더 적어지고, 따라서 단위 영역 당 더 적은 용량을 가진다. 더 얇은 전극들은 일정 용량을 제공하기 위해 스택에 더 많은 전극들이 필요하다. 더 두꺼운 전극들은 전지들에 유리할 수 있는데, 분리판 물질의 상대 체적이 감소됨에 따라, 전체 전지의 에너지 밀도가 증가되기 때문이다. 일부 구현예들에서, 전극들은 1um, 또는 10um, 또는 80um, 또는 200um, 또는 400um을 초과하는 두께이다.
일부 구현예들에서, 전극 물질들은 고속 방전을 통해 단위 체적 및 단위 중량 당 높은 전력을 제공한다. 전력 출력을 제공하는데 있어, 전극은 유사한 속도에 또는 다른 속도, 예로써 더 느린 속도, 일 수 있다. 일부 구현예들에서, 전극은 5C, 또는 10C, 또는 20C, 또는 60C로 방전될 수 있다.
본 발명의 많은 변형들이 구상될 수 있다. 예로써, 전극은 양극 또는 양극일 수 있다. 양극과 양극 모두를 의미하는 정합 전극 쌍은 본 발명에 따라 전지의 성능의 이점을 극대화하기 위해 제조될 수 있다. 예로써, 수산화 니켈 계 양극 재료는 니켈-아연 전지를 위해 니켈-아연 전지와 짝을 이루거나, 니켈 - 금속 수소화물 전지를 위해 금속 수소화물 계 양극과 짝을 이루거나, 니켈-카드뮴 전지를 위해 카드뮴 계 양극과 짝을 이루거나, 니켈-철 전지를 위해 철 계 양극과 짝을 이룰 수 있다.
대안적으로는, 본 발명의 전극은 전지의 종래 대향 전극으로 통합될 수 있다.
임의의 적합한 활물질들이 본 발명의 전극들에 통합될 수 있다. 예로써, 리튬 이온 전지들 용 양극 물질들은 리튬 망간 산화물, 리튬 니켈 산화물, 리튬 코발트 산화물 또는 이들의 혼합물, 리튬 철 인산염 물질들, 다양한 도핑 형태인 리튬 철 인산염, 소위 고에너지 니켈 망간 산화물 계 물질들, 황 계 물질들, 바나듐 산화물 및 이들의 복합체들을 기반으로 하는 물질들을 포함할 수 있다. 리튬 이온 전지들용 양극 물질들은 흑연, 주석 및 주석 복합체들 또는 합금들, 실리콘과 실리콘 복합체들 또는 합금들과 같은 탄소 기반 물질들을 포함한다. 니켈 계 전지들용 양극 물질들은 아연, 코발트 및 기타 금속뿐만 아니라 이들의 산화물을 포함 할 수 있는 도펀트들의 도핑되거나 혼합된 복합물 뿐 아니라, 니켈 수산화물 및 옥시 수산화물을 포함한다. 니켈 계 전지들용 양극 물질들은 금속 수 소화물, 철, 아연 또는 이들의 혼합물 또는 복합물을 포함한다.
본 발명의 전극 물질들은 전지들에 사용되는 전극들에 사용될 수 있다. 본 발명의 전극 물질들은 커패시터들, 슈퍼 커패시터들 또는 슈도 커패시터들에 또한 사용될 수 있다. 슈도 커패시터란, 적어도 하나의 전극이 구조로 이온들을 얇게 삽입시킴으로서 동작할 수 있는 것을 의미한다. 이로써 진정한 커패시터와 구별되는데, 이 때 양쪽 전극들이 전해질에서 전극의 표면의 충전된 '이중 층'을 통해 동작한다. 슈도 커패시터 전극은 주로 이온들의 삽입의 깊이에 의해 전지 전극과 구별된다. 예로써, 본 발명의 니켈 계 전극은 탄소 계 전극과 조합되어 니켈 탄소 커패시터를 형성할 수 있다.
다른 구현예에서, 본 발명은 2C에서의 최대 달성가능 중량 용량에 대한 10C에서의 중량 용량의 비율이 70%를 초과하는 전극 물질을 제공하며, 전극 물질은 1000주기들을 초과하는 순환 후에 용량의 75%를 초과하여 유지 할 수 있다. 한 구현예에서, 2C에서의 최대 달성가능 중량 용량에 대한 60C에서의 중량 용량의 비율이 60%를 초과하며, 전극 물질은 1000주기들을 초과하는 순환 후에 용량의 75%를 초과하여 유지 할 수 있다. 다른 구현예에서, 2C에서의 최대 달성가능 중량 용량에 대한 120C에서의 중량 용량의 비율이 50%를 초과하며, 전극 물질은 1000주기들을 초과하는 순환 후에 용량의 75%를 초과하여 유지 할 수 있다. 추가적인 구현예에서, 2C에서의 최대 달성가능 중량 용량에 대한 240C에서의 중량 용량의 비율이 40%를 초과하며, 전극 물질은 1000주기들을 초과하는 순환 후에 용량의 75%를 초과하여 유지 할 수 있다. 일부 구현예들에서, 전극 물질은 2000주기들 또는 5000주기들 동안 순환한 후 용량의 75%를 초과하는 용량을 유지할 수 있다.
다른 구현예에서, 본 발명은 니켈 함유 화합물을 포함하는 전극을 제공하는데, 전극의 총 중량으로서 산출된, 전극의 그램 당 전극의 용량은, 240C 방전율에서 100mAh를 초과한다. 한 구현예에서, 전극의 총 중량으로서 산출된, 전극 그램당 전극의 용량은 120C 방전율에서 120mAh 를 초과한다. 다른 구현예에서, 전극의 총 중량으로서 산출된, 전극 그램당 전극의 용량은 60C 방전율에서 130mAh를 초과한다. 다른 구현예에서, 전극의 총 중량으로서 산출된, 전극 그램당 전극의 용량은 10C 방전율에서 140mAh를 초과한다. 전극은 지정된 방전율에서 1000주기들을 초과하는 충전/방전 순환 후에, 지정된 방전율에서 용량의 적어도 80%를 유지할 수 있다. 전극 물질은 지정된 방전율에서 5000주기들을 초과하는 충전/방전 순환 후에, 지정된 방전율에서 용량의 적어도 80%를 유지할 수 있다. 전극은 지정된 방전율에서 10,000주기들을 초과하는 충전/방전 순환 후에, 지정된 방전율에서 용량의 적어도 80%를 유지할 수 있다.
전극의 총 중량으로부터 산출된, 전극의 특정 전력은 2W/g, 또는 5W/g, 또는 10W/g, 또는 20 W/g일 수 있다.
본 발명은 또한 전극 물질들을 활성화하는 새로운 방법들에 관한 것이다. 활성화 한다는 것은, 존재하는 활성 전극 물질의 양을 증가시키는 공정이며, 따라서 전지의 용량을 증가시키는 것을 의미한다. 종래 니켈 계 전극들에서, 활물질은 전극에 이미 존재한다. 전극들은 전형적으로 (약 0.1C에서 0.2C까지의)낮은 속도에서 충전 및 방전의 몇 주기들(1 내지 5)인 ?紈? 공정을 실시한다. 0.1C는, 충전하는 시간이 1/0.1 = 10시간이라는 것을 의미한다. 마찬가지로 0.2C는, 충전하는 시간이 1/0.2 = 5시간이라는 것을 의미한다. 충전율 및 방전율을 설명하기 위한 C 명명법은 당업자에게 공지되어있다. 형성 공정 동안, 이미 존재하는 활물질은 활성화되었지만, 새로운 활물질의 중요한 생성은 발생하지 않는다. 기존의 형성 공정들은 따라서 상당한 시간이 걸릴 수 있는데, 즉 0.2C에서 3주기들이 30시간이 걸린다. 본 발명자들은 본 발명의 일부 물질들이 활성화되어 더 높은 속도들로 충방전을 함으로써 형성의 표준 방법들을 사용하는 것 보다 훨씬 더 높은 정도의 활성화가 될 수 있음을 발견했다. 이는 또한 훨씬 빠른 활성화를 가능하게 할 수 있다. 본 발명자들은 효과의 적어도 일부는 놓은 전압들을 인가함으로써 유도할 수 있다고 생각한다. 따라서 본 발명의 일부 구현예들은 일정하게 높은 전압들에서의 활성화 또는 높은 전압들을 이용한 일부 시간과 전압의 프로파일을 포함한다. 전해질의 침지를 위한 일정 시간은 또한 활성화 이전에 또는 활성화 동안에 유리할 수 있다. 침지한다는 것은, 전극이 충전 또는 방전을 하지 않고 일정 시간 동안 전해질에 담그어지는 것을 의미한다. 형성 공정들 이전에 침지 시간을 이렇게 사용하는 것은 당업자에게 알려져 있다. 본 발명에서, 침지 시간들은 활성화 공정 이전에 또는 활성화 공정 동안에 이루어 지는 것이 유리할 수 있다. 예로써, 활성 주기들은 일정 시간 중단되며 이는 침지 시키기 위한 것이고, 이후에 주기는 다시 개시될 수 있다.
다른 양태에 따르면, 본 발명은 물질을 준비하고 적어도 2C에서 적어도 1 주기의 충전 및 방전을 실시하는 물질을 포함하는 전지 전극 물질을 활성화하기 위한 방법을 제공한다. 일부 구현예들에서, 물질은 물질을 적어도 일 주기의 충전 및 방전을 5C, 또는 10C, 또는 15C, 또는 20C, 또는 30C, 또는 60C, 또는 100,C 또는 수백C를 초과하는 충전율 및 방전율로 수행시켜 활성화 된다. 일부 구현예들에서, 물질은 물질을 2 주기들의 충전 및 방전을 상술한 충전율로, 또는 3주기들, 또는 5주기들, 또는 10주기들, 또는 10주기들을 초과하는 충전 및 방전을 진행시켜 활성화 된다.
일부 구현예들에서, 물질은 물질을 지정된 충전율로 첫번 째 시리즈의 충전 및 방전 주기를 진행하고, 이 후 더 높은 충전율에서 두번 째 시리즈의 충전 및 방전 주기를 진행하여 활성화 된다. 다른 구현예들에서, 물질은 심지어 더 높은 충전율로 세번 째 시리즈의 충전 및 방전 주기에 진행할 수 있다.
일부 구현예들에서, 전지가 조립된 후 활성화가 일어날 수 있다. 다른 구현예들에서, 조립 이전에, 예로써 침수형 전지 유형 배열, 활성화는 발생 할 수 있다.
일부 구현예들에서, 본 발명의 전극들은 자립형이다. 이는 전극들이 완비 되었고, 즉, 다른 물질에, 예로써 고체 금속의 얇은 호일 또는 일부 다른 기재 물질에 가까이 연결되지 않았다는 것을 의미한다. 자립형 전극들은 더 단순한 공정을 포함하는 전지들에 여러 장점들을 가질 수 있으며, 중량과 체적을 감소시켜 전반적으로 더 높은 용량들을 갖게 되었다.
일부 구현예들에서, 전극 물질은 금속 물질의 체적에 대한 활물질의 체적의 일정 비율을 포함할 수 있다. 일부 응용들에서, 금속 물질의 체적에 대한 활물질의 체적의 높은 비율은 총 질량에 상대적인, 전극의 전 용량을 높이는 놓은 비율로 설명될 수 있다. 예로써, 금속 물질의 체적에 대한 활물질의 체적의 산정된 비율은 1.5, 바람직하게는 3, 더욱 바람직하게는 4를 초과한다.
일부 구현예들에서, 본 전극의 금속의 체적 분율은 일정 양이다. 일부 응용들에서, 금속 물질의 낮은 체적 분율을 갖는 것이, 금속 물질에 대한 활물질의 비율을 증가시키고 따라서 용량을 증가시키는데, 유리할 수 있다. 예로써, 금속 물질의 체적 분율은 20%, 또는 10% 미만일 수 있다.
일부 구현예들에서, 물질의 표면적은 일정 값이다. 높은 표면적들은, 활물질의 얇은 코팅들이 활물질의 일정 체적 분율을 달성하는데 사용될 수 있으므로, 유리할 수 있다. 따라서 속도 효율이 향상된다. 또한 전해질의 이온들과 접촉이 증가될 수 있다. 예로써, 전극의 표면적은 5m2/g, 또는 10m2/g, 또는 20m2/g, 또는 50m2/g, 또는 100m2/g를 초과할 수 있다.
임의의 적합한 방법은 본 발명의 전극들을 만들기 위해 사용될 수 있다. 예로써, 계류 중인 국제 특허 출원 제PCT/AU2012/000266 또는 제PCT/AU2010/001511 또는 제PCT/AU2013/000088에서 설명된 방법들이 사용될 수 있다.
도 1은 실시예 2에서의 물질에 대한, 15C에서 충전 및 방전에 대한 충/방전 주기들 횟수 대 용량을 도시한다.
도 2는 실시예 3에서의 물질에 대한, 30C에서 충전 및 방전에 대한 충/방전 주기들 횟수 대 용량을 도시한다.
도 3은 실시예 4에서의 물질에 대한, 60C에서 충전 및 방전에 대한 충/방전 주기들 횟수 대 용량을 도시한다.
도 4는 실시예 5에서의 물질에 대한, 60C에서 충전 및 방전에 대한 충/방전 주기들 횟수 대 용량을 도시한다.
도 5는 실시예 6에서의 물질에 대한, 60C에서 충전 및 방전에 대한 충/방전 주기들 횟수 대 용량을 도시한다.
도 6는 실시예 8에서의 물질에 대한, 20C에서 충전 및 방전에 대한 충/방전 주기들 횟수 대 용량을 도시한다.
도 7는 실시예 13에서의 물질에 대한, 20C에서 충전 및 방전에 대한 충/방전 주기들 횟수 대 용량을 도시한다.
도 8는 실시예 14에서의 물질에 대한, 30% 방전 심도에서의 주기에 대한 충/방전 주기들 횟수 대 용량을 도시한다.
도 9는 실시예 17에서의 물질에 대한 SEM 영상들과 EDS 결과들을 도시한다.
도 10은 실시예 18에서의 물질에 대한 SEM 영상들과 EDS 결과들을 도시한다.
예로서, 하기는 본 발명의 다양한 구현예들이다.
실시예 1.
니켈(Ni)는 무전해 증착을 이용하여 0.45μm 초산 섬유소 여과 막 상에 도포되었다. 기재의 표면적은 약 2.3m2/cc로 추정된다. 중합체의 체적 분율은 대략 34%이다. 막은 무전해 증착 이전에 시드 층으로 도포되었다. 중량 측정들은 니켈 코팅의 평균 두께가 대략 70nm라는 것을 보여주었다.
표본은 침수형 전지위에 금속 수소화물 상대 전극과 6M 수산화 칼륨 및 1wt% 수한화 리튬의 수성 전해질에 장착되었다.
금속은 0.2C에서 순환시킴으로써 종래의 방법을 사용하여 활성화되었다. 3 순환 후, 용량은 약 67.5mAh/cc였다.
금속은 더 빠른 속도들로 순환시킴으로써 추가적으로 활성화되었다. 5C에서 8 순환 후, 용량은 약 234mAh/cc였다. 10C에서 6 순환 후, 용량은 약 245mAh/cc였다. 20C에서 4 순환 후, 용량은 약 249.7mAh/cc였다. 10C에서 20 순환 후, 용량은 270mAh/cc였다. 60 순환 후, 용량은 약 290mAh/cc였다. 중량 측정 용량은 약 160mAh/g로 추정되었다. 289mAh/g인 Ni(OH)2 의 이론 용량 및 4.1g/cc의 밀도를 사용하여, Ni(OH)2 의 체적은 총 체적의 cc당 0.243cc로 추정된다. 즉, 본 전극의 Ni(OH)2 의 체적 분율은 24.3%로 추정된다. 남은 니켈의 평균 추정 두께는 대략 35nm이다. 분명, 더 높은 속도 주기들은 종래 활성화로부터의 용량에 상당한 증가를 야기했다.
비교예 1
실시예1 과 유사한 표본이 준비되었지만, 활성화는 15분동안 50%의 과산화수소의 공급을 통하여 이루어졌다. 활성화 이후에, 물질은 0.2C에서 2 주기들의 '표준' 활성화를 추가적으로 실시하였다. 활성화 이후에, 방전 용량은 약 142mAh/cc였다. 명백히, 활성화는 실시예1에서 활성화의 경우보다 활성화 물질을 덜 제공하였다. 또한, 물질은 각각 0.5C, 1C, 2C 및 5C에서 2주기들 동안 추가적으로 순환하였다. 그 이후에, 방전 용량은 약 74mAh/cc로 감소하였다. 명백히 낮은 속도들에서 추가적인 순환은 용량을 증가시키지 않았다.
비교예 2
실시예1 과 유사한 표본이 준비되었지만, 활성화는 0.5M NiSO4, 0.5M Na2SO4 및 0.5M CH3COONa로 구성된 용액을 통한 공급을 통하여 이루어진 양극산화를 통해 이루어졌다. 양극 파동들은(1.7 V, 1초 온, 4초 오프, 1.5 시간 증착 시간) 실온에서 스테인레스 강 대향 전극을 사용한 Ni 도포한 막에 적용되었다. 활성화 이후에, 물질은 0.2C에서 3 주기들의 '표준' 활성화를 추가적으로 실시하였다. 활성화 이후에, 방전 용량은 단지 약 72mAh/cc였다. 명백히, 활성화는 실시예1에서 활성화의 경우보다 활성화 물질을 덜 제공하였다.
실시예 2
물질은 실시예1과 유사한 방식으로 준비되었다. 니켈의 추정 두께는 58nm이었다. 표본은 초기에 5C에서 11주기들로 활성화되어, 약 189mAh/cc의 방전 용량을 제공하였다. 표본은 10C에서 11주기들로 추가적으로 활성화되어, 약 221mAh/cc의 방전 용량을 제공하였고, 이후 15C에서 10주기들로 약 228mAh/cc의 방전 용량을 제공하고, 그 다음에 15C에서 30주기들로 추가적으로 활성화되어, 약 252mAh/cc의 방전 용량을 제공하였다. 중량 측정 방전 용량은 약 143mAh/g로 추정되었다. 물질은 그 다음 약 100% 방전 심도에서 15C에서 순환하였다. 도1은 15C에서 순환 횟수 대 용량을 도시한다. 명백히 물질은 15C에서 안정되었다. 15C에서 방전은 약 3.8W/cc 및 약 2.1W/g 의 출력 밀도를 제공하며, 1V의 평균 방전 전압을 사용하여 산정되었다.
실시예 3
물질은 실시예1과 유사한 방식으로 준비되었다. 니켈의 두께는 70nm으로 추정되었다. 표본은 5C에서 초기에 활성화되었다. 10번째 순환 이후에, 방전 용량은 231mAh/cc였다. 중량 측정 방전 용량은 약 118mAh/g로 추정되었다. 도2는 30C에서 순환 횟수 대 용량을 도시한다. 명백히 물질은 30C에서 안정돼 있다. 30C에서 방전은 약 7W/cc 및 약 3.5W/g 의 출력 밀도를 제공하며, 1V의 평균 방전 전압을 사용하여 산정되었다.
실시예 4
물질은 실시예1과 유사한 방식으로 준비되었다. 니켈의 두께는 75nm으로 추정되었다. 물질은 초기에 5C에서 11주기들로 활성화되어, 약 87mAh/cc의 방전 용량을 제공하였다. 10C에서 추가적으로 11 순환 후, 15C에서 151 순환은 방전 용량을 150mAh/cc으로 증가시켰다. 60C에서 추가적으로 500 순환 후, 방전 용량은 189mAh/cc였다. 이는 추산된 95mAh/g의 중량 측정 방전 용량에 상응한다. 도3은 60C에서 순환 횟수 대 용량을 도시한다. 명백히 물질은 60C에서 안정돼 있다. 체적 용량은 약 270mAh/cc까지 증가되었고, 이는 추산된 95mAh/g의 중량 측정 방전 용량 약 136mAh/g에 상응한다. 60C에서 방전은 약 16W/cc 및 약 8W/g 의 출력 밀도를 야기하며, 1V의 평균 방전 전압을 사용하여 산정되었다.
실시예 5
물질은 실시예1과 유사한 방식으로 준비되었다. 니켈의 두께는 70nm으로 추정되었다. 물질은 5C에서 11주기들로 활성화되어, 약 94.5mAh/cc의 방전 용량을 제공하였다. 물질은 그 다음60C에서 순환하였다. 60C에서 추가적으로 150 순환 후, 방전 용량은 약 118mAh/cc로 증가하였다. 600 순환 후, 충전량이 증가하여 방전 용량을 약 128mAh/cc로 증가시켰다. 이는 추산된 96mAh/g의 중량 측정 용량에 상응한다. 도4는 60C에서 순환 횟수 대 용량을 증가한 충전과 함께 도시한다. 명백히 물질은 60C에서 안정돼 있다. 60C에서 방전은 약 8W/cc 및 약 6W/g 의 출력 밀도를 야기하며, 1V의 평균 방전 전압을 사용하여 산정되었다.
실시예 6
물질은 니켈 표본의 두께가 약 130nm로 추정되는 점만 제외하고, 이전의 실시예들과 유사한 방식으로 준비되었다. 표본은 15C에서 순환하여 활성화되고, 그 결과 방전 용량은 525mAh/cc 및 155mAh/g로 추정되었다. 289mAh/g인 Ni(OH)2 의 이론 용량 및 4.1g/cc의 밀도를 사용하여, Ni(OH)2 의 체적은 총 체적의 cc당 0.44cc로 추정된다. 즉, 전극의 Ni(OH)2 의 체적 분율은 44%로 추정된다. 잔존 니켈 금속의 추정 평균 두께는 대략 65nm이다. 도5는 60C에서 순환 횟수 대 용량을 도시한다. 명백히 물질은 60C에서 안정돼 있다. 60C에서 방전은 약 31W/cc 및 약 9.3W/g 의 출력 밀도를 야기하며, 1V의 평균 방전 전압을 사용하여 산정되었다.
실시예 7
물질은 니켈 표본의 두께가 약 100nm로 추정되는 점만 제외하고, 이전의 실시예들과 유사한 방식으로 준비되었다. 표본은 15C에서 6000주기로 순환한 후, 방전 용량은 600mAh/cc 및 200mAh/g로 추정되었다. 289mAh/g인 Ni(OH)2 의 이론 용량 및4.1g/cc의 밀도를 사용하여, Ni(OH)2 의 체적은 총 체적의 cc당 0.51cc로 추정된다. 즉, 전극의 Ni(OH)2 의 체적 분율은 51.6%로 추정된다. 잔존 니켈 금속의 추정 평균 두께는 대략 27nm이다. 니켈 금속 합금의 체적 분율은 12%로 추정되었다. 따라서 니켈 금속 합금 대 활물질의 체적 분율의 비율은 대략 4.3이다.
실시예 8
중합체 섬유들의 상호 연결된 망으로 구성된 막은 이전의 실시예들과 유사한 방식으로 니켈로 도포되었다. 막의 두께는 대략 40마이크로미터로 추정되었다. 니켈 코팅의 중량은 대략 0.0094g/cm2 또는 2.35g/cm3이었다. 막의 표면적은 대략 1m2/cc로 추정되었다. 니켈 코팅의 평균 두께는 208nm으로 추정되었다.
표본은 800주기 동안 순환 전압 전류법으로 활성화되었고, 그 다음 10C 및 20C에서 충전 및 방전하였다. 방전 용량은 138mAh/g 및 325mAh/cc로 추정되었다. 잔존 니켈 금속의 추정 평균 두께는 대략 120nm이다.
도6은 20C 충전 및 60C 방전에 대한 순환 데이타를 도시한다.
실시예 9
니켈 도포 물질은 이전 실시예들과 유사한 방식으로 준비되었다. 표본은 순환 전압 전류법을 사용하여 활성화된 후, 10C에서 충전 및 방전 하였다. 체적 용량은 504mAh/cc였다.
활성화 이후, 물질의 표면적은 대략 1m2/cc로 결정되었다.
실시예 10.
물질은 실시예1과 유사한 방식으로 준비되었다. 니켈의 예측 두께는 대략 97nm이었다. 표본은 20mV/s에서 1600주기 동안 순환 전압 전류법을 통한 순환에 의해 활성화되었고, 그 다음 10C 속도에서 충전 및 방전하였다. 표본은 그 이후 다양한 충전율 및 방전율로 테스트하였고, 체적 및 중량 용량, 전력 밀도 및 특정 전력을 표1에 도시하였다.
다양한 충전율 및 방전율에서의 용량들
방전율 표본 (1×cm) 용량 체적 용량 중량 용량 특정 에너지 특정 전력 에너지 밀도 전력 밀도
(mAh) (mAh/cc) (mAh/g-electrode) (Wh/kg) (W/g) (Wh/cc) (W/cc)
10C/120C 6.4 504 약 172 113 12.4 333 36.4
10C/60C 7 551 약 184 125 8.9 392 28.2
10C/10C 7.5 591 약 194 191 2.1 612 6.7
2C/2C 9.6 756 약 232 273 1.0 889 3.2
10C 방전(194mAh/g)에 대한 용량을 사용하여, 니켈 금속에 대한 활물질의 비율은 3.34로 추정되었다.
실시예 11
중합체 섬유들의 상호 연결된 망으로 구성된 막은 이전의 실시예들과 유사한 방식으로 니켈로 도포되었다. 막의 두께는 대략 85마이크로미터로 추정되었다. 막의 표면적은 대략 10.86m2/cc로 추정되었다. 니켈 코팅의 중량은 대략 0.0145 g/cm2 또는 1.71g/cm3이었다. 니켈 코팅의 평균 두께는 188nm으로 추정되었다.
표본은 20mV/s에서 1600주기 동안 순환 전압 전류법을 통한 순환에 의해 활성화되었고, 그 다음 10C 속도에서 충전 및 방전하였다. 표2는 다양한 충전율 및 방전율에서의 표본의 체적 및 중량 용량, 전력 밀도 및 특정 전력을 도시하였다.
다양한 충전율 및 방전율에서의 용량들
방전율 표본 (1×cm) 용량 체적 용량 중량 용량 특정 에너지 특정 전력 에너지 밀도 전력 밀도
(mAh) (mAh/cc) (mAh/g-electrode) (Wh/kg) (W/kg) (Wh/cc) (W/cc)
10C/240C 2.6 306 약 114 40 14.4 107 38.5
10C/120C 3.11 366 약 133 102 15.4 282 42.4
10C/60C 3.35 394 약 141 137 10.3 382 28.7
10C/10C 3.9 459 약 160 162 2.1 467 6.0
2C/2C 4.45 524 약 177 216 0.4 641 1.3
실시예 12
중합체 섬유들의 상호 연결된 망으로 구성된 막은 이전의 실시예들과 유사한 방식으로 니켈로 도포되었다. 막의 두께는 대략 40마이크로미터로 추정되었다. 막의 표면적은 대략 1.02m2/cc로 추정되었다. 니켈 코팅의 중량은 대략 0.0073 g/cm2 또는 1.83g/cm3이었다. 니켈 코팅의 평균 두께는 201nm으로 추정되었다.
표본은 20mV/s에서 1600주기 동안 순환 전압 전류법을 통한 순환에 의해 활성화되었고, 그 다음 10C 속도에서 충전 및 방전하였다. 표3음 다양한 충전율 및 방전율에서의 표본의 체적 및 중량 용량, 전력 밀도 및 특정 전력을 도시하였다.
다양한 충전율 및 방전율에서의 용량들
방전율 표본 (1×cm) 용량 체적 용량 중량 용량 특정 에너지 특정 전력 에너지 밀도 전력 밀도
10C/240C 1.32 330 약 118 50 16.2 139 45.3
10C/120C 1.49 372.5 약 131 102 14.8 291 42.0
10C/60C 1.58 395 약 137 131 8.9 375 25.6
10C/10C 1.76 440 약 150 164 1.8 480 5.3
2C/2C 3.8-4.1 약 1025 약 279 307 0.7 1112 2.4
비교예
양극은 상업용 니켈 금속 수소화물 전지로부터 제거되었고 유사한 방식으로 테스트되었다.
표4는 다양한 충전율 및 방전율에서의 표본의 체적 및 중량 용량, 전력 밀도 및 특정 전력을 도시하였다.
방전율 체적 용량 중량 용량 특정 에너지 특정 전력 에너지 밀도 전력 밀도
(mAh) (mAh/cc) (mAh/g-electrode) (Wh/kg) (W/kg) (Wh/cc) (W/cc)
10C/60C Nil Nil Nil Nil Nil Nil Nil
10C/10C 9.86 약 110 약 32 20 0.9 68 3.0
1C/1C 40.8 약 453 약 133 149 0.1 508 0.5
방전율이 증가함에 따라 비교 전극은 명백히 상단향의 용량을 잃었다.
실시예 13
중합체 섬유들의 상호 연결된 망으로 구성된 막은 이전의 실시예들과 유사한 방식으로 니켈로 도포되었다. 막의 두께는 대략 40마이크로미터로 추정되었다. 막의 표면적은 대략 1.02m2/cc로 추정되었다. 니켈 코팅의 중량은 대략 0.0073 g/cm2 또는 1.83 g/cm3이었다. 니켈 코팅의 평균 두께는 201nm으로 추정되었다.
표본은 20mV/s에서 1600주기 동안 순환 전압 전류법을 통한 순환에 의해 활성화되었고, 그 다음 10C 속도에서 충전 및 방전하였다. 도7은 20C 충전 및 120C 방전에서 순환 횟수 대 용량을 도시한다. 명백히 물질은 120C에서 안정되있다.
실시예 14
중합체 섬유들의 상호 연결된 망으로 구성된 막은 이전의 실시예들과 유사한 방식으로 니켈로 도포되었다. 막의 두께는 대략 40마이크로미터로 추정되었다. 막의 표면적은 대략 1.02m2/cc로 추정되었다. 니켈 코팅의 중량은 대략 0.0035 g/cm2 또는 0.88 g/cm3이었다. 니켈 코팅의 평균 두께는 96nm으로 추정되었다.
표본은 20mV/s에서 1600주기동안 순환 전압 전류법을 통한 순환에 의해 활성화되었고, 그 다음 10C 속도에서 충전 및 방전하였다. 활성화 후, 표본의 방전 용량은 10C충전율/방전율에서 대략 1.0mAh/cm2 또는 250mAh/cc에서 안정되었다. 그 다음 표본은 30% 방전 심도(DOD)(즉, 평균 0.3mAh/cm2 또는 75mAh/cc 방전 용량)에서 10C 충전율 및 33C 방전율로 순환하였고, 충전율 및 방전율은.250mAh/cc의 용량을 기준으로 한다.도8은 30% 방전 심도에서 순환에 대해 순환 횟수 대 용량을 도시한다. 분명히 물질은 30% 방전 심도에서 안정되있다.
실시예 15
니켈은 0.45μm 초산 섬유소(CA) 막 상에 약 127 마이크로미터의 두께로, 실시예1과 유사한 무전해 Ni 도포법을 사용하여 도포되었다. 125 um 상에 니켈 코팅이 결과적으로 막의 임시 지주 상의 니켈의 약 80nm 두께의 층이 되도록 시간을 맞추었고, 1 내지 5 ohmcm의 전기 전도도를 발생시켰다. 전도성 막들의 임시 지주는 황 함유 화합물들로부터의 황의 제거 침전 방식을 통한 황원소로 도포했다. 막들의 SEM 미세구조는, 도9, 황으로 균일하게 도포된 막의 임시 지주를 도시한다. 코팅의 두께는 100 내지 300nm으로 다양하였다. EDS 분석은 황의 분포가 막의 두께에 걸쳐 상당히 일정했다는 것을 보여준다. 황 도포 이전 및 이후에, 막의 중량 증가 측정값은 황 약 28% 의 체적 분율을 보여주며, 이는 도전성 막의 개기공 공간에 상대적인 황의 56%에 상응한다. 황 도포 이후, 물질의 표면적은, BET 표면적 분석을 통해, 대략 49.9m2/g로 나타났다.
실시예 16
황 표본은, 40마이크로미터 두께의 섬유성 중합체 막이 사용된 점만 제외하고, 실시예15와 유사한 방식으로 준비되었다. 황의 체적 분율은 약 42%로 추정되었다. 이는 막의 개기공의 대략 84%에 상응한다. 표면적은 황 도포 이후 BET 분석에 의해 41m2/g 로 측정되었다. SEM 미세구조는 도10에 도시된다. EDS 분석은 황의 분포가 막의 상에 걸쳐 상당히 일정했다는 것을 보여주었다.
실시예 17.
황 표본은, 80마이크로미터 두께의 섬유성 중합체 막이 사용된 점만 제외하고, 실시예15와 유사한 방식으로 준비되었다. 황의 체적 분율은 약 17%로 추정되었다. 이는 막의 개기공의 대략 22%에 상응한다. 표면적은 황 도포 이후 BET 분석에의해 40m2/g 로 측정되었다.
실시예 18.
황 표본은 실시예17과 유사한 방식으로 준비되었다. NiS 코팅은 도포된 황을 기저를 이루고 있는 니켈 층과 황의 용융 온도 이상으로 가열하여, 한시간 동안 아르곤 분위기에서 대략 140oC로, 부분적으로 반응시켜 형성되었다. NiS 코팅의 두께는 100 내지 300nm으로 다양하였다. NiS 코팅 형성 이전 및 이후에, 막의 중량 증가 측정값은 NiS의 약 17% 의 체적 분율을 보여준다. 이는 막의 개기공 공간에 상대적인 NiS의 약 23%의 체적 퍼센티지에 상응한다. 물질의 표면적은 NiS 형성 이후 BET 분석에의해 약 41.6m2/g 로 측정되었다.
실시예 19.
공칭 기공 크기 0.45 마이크로미터, 두께 127 마이크로미터 및 약 66%의 다공성인 초산 섬유소 막은 무전해 니켈로 도포되었고, 그 뒤 무전해 구리는 이전 실시예들과 유사한 방법을 사용하였다. 주석은 이후 금속 망 상에 전착되었다. 주석의 체적 분율은 약 15%로 추정되었다. 활성화 이후, 물질의 표면적은 대략 1m2/cc로 결정되었다. 이는 990mAh/g의 주석에 대한 이론상 용량을 사용하는 대략 73%의 물질 사용과 동일하다.
실시예 20.
공침 기공 크기 0.45um의 초산 섬유소 막은 이전의 실시예들과 유사한 방식으로 니켈로 도포되었다. 약 60m2/g 의 표면적이 측정되었다. 이는 약 70m2/cc의 체적 용량을 제공할 것으로 추산된다. 고분자 기판(약 2.3m2/cc)의 표면적에 비교하여, 이는 체적 표면적이 금속 코팅으로써 향상될 수 있음을 보여준다. 따라서 기공성 기재에 비교하여, 금속 코팅을 통해, 예로써 약 30의 요소로써, 체적 표면적을 상당히 향상시키는 것은 가능하다

Claims (38)

  1. 도전성 물질 및 활물질을 포함하는 코팅으로 도포된 다공성 기재를 포함하되, 상기 코팅의 두께는 1 마이크로미터 미만이고, 상기 활물질의 체적 분율은 5%를 초과하는, 전극 물질.
  2. 제1항에 있어서, 상기 활물질의 체적 분율이 10%, 또는 20%, 또는 30%, 또는 35%, 또는 50%, 또는 60%를 초과하는, 전극 물질.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 전극 물질은 상기 도전성 물질 및 활물질로 도포된 다공성 물질을 포함하며, 상기 다공성 물질을 도포하기 이전에 0.1m2/cm3, 더욱 바람직하게는 0.2m2/cm3, 더욱 바람직하게는 1m2/cm3, 훨씬 더 바람직하게는 4m2/cm3, 보다 바람직하게는 10m2/cm3, 심지어 보다 바람직하게는 50m2/cm3를 초과하는 비표면적을 갖는, 전극 물질.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 금속 물질의 체적에 대한 활물질의 체적의 산출된 비율이 1.5, 또는 3, 또는 4, 또는 10을 초과하는, 전극 물질.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 금속의 체적 분율이 20%, 또는 10% 미만인, 전극 물질.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 물질의 표면적이 5m2/g, 또는 10m2/g, 또는 20m2/g, 또는 50m2/g, 또는 100m2/g을 초과하는, 전극 물질.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 금속 코팅의 두께는 500nm, 또는 200nm, 또는 100nm, 또는 50nm, 또는 20nm 미만인, 전극 물질.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 금속 및 활물질 코팅의 두께는 합쳐서 500nm, 또는 200nm, 또는 100nm, 또는 50nm, 또는 20nm 미만인, 전극 물질.
  9. i) 금속 망상 구조,
    ii) 상기 금속 구조에 연결된 활물질을 포함하되,
    상기 활물질의 산출된 체적 분율이 5%를 초과하며, 상기 물질의 표면적이 5m2/g를 초과하며, 상기 금속 망상 구조의 표면적이 0.2m2/g를 초과하는, 전극 물질.
  10. 제9항에 있어서, 금속으로 도포된 상기 물질은 0.1m2/cm3, 또는 0.2m2/cm3, 또는 1m2/cm3, 또는 4m2/cm3, 또는 10m2/cm3, 또는　50m2/cm3를 초과하는 비표면적을 갖는, 전극 물질.
  11. 제9항 또는 제10항에 있어서, 금속으로 도포된 상기 물질은 0.2m2/cm3, 또는　6m2/cm3, 또는 30m2/cm3, 또는 120m2/cm3, 또는 300m2/cm3, 또는 1500m2/cm3을 초과하거나, 심지어 최대 5,000m2/cm3, 또는　4,000m2/cm3, 또는 3,000m2/cm3, 또는 2,500m2/cm3, 또는　2000m2/cm3인 비표면적을 또한 갖는, 전극 물질.
  12. 제9항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 활물질의 산출된 체적 분율이 30%를 초과하며, 상기 물질의 표면적이 20m2/g를 초과하는, 전극 물질.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 물질은 자립형인, 전극 물질.
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 물질의 총 두께가 1um, 또는 10um, 또는 80um, 또는 200um, 또는 400um를 초과하는, 전극 물질.
  15. 제9항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 금속 물질의 체적에 대한 활물질의 체적의 산출된 비율이 1.5 를 초과하거나, 바람직하게는 3을 초과하거나, 4를 초과하거나, 훨씬 더 바람직하게는 10을 초과하는, 전극 물질.
  16. 제9항 내지 제12항 또는 제15항 중 어느 한 항에 있어서, 금속의 체적 분율이 20% 미만, 바람직하게는 10% 미만인, 전극 물질.
  17. 제1항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전극 물질이 다공성 지지체 또는 이에 적용되는 상기 금속의 코팅을 가지는 다공성 기재를 포함하는, 전극 물질.
  18. 제1항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전극은 고분자 지지체 또는 고분자 기판을 함유하는, 전극 물질.
  19. 제1항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 금속은 니켈 또는 구리, 또는 니켈과 구리의 혼합물, 또는 니켈 또는 구리를 함유하는 합금, 또는 니켈 또는 구리 또는 니켈 및 주석 또는 주석을 함유하는 합금들의 혼합물을 포함하는, 전극 물질.
  20. 제1항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 활물질은, 니켈 함유 화합물, 산화 니켈, 산화 코발트, 산화 주석, 수산화 니켈, 옥시 수산화 니켈, 산화 구리, 산화철, 산화 망간, 옥시 수산화 망간, 아연 및 수산화 아연, 카드뮴, 수산화 카드뮴, 철 및 수산화 철, 주석, 산화 주석, 주석 합금 및 주석 복합체, 규소 및 규소 복합체, 안티몬 및 안티몬 산화물, 황 및 금속 황화물들, 주석 계 물질들(구리, 니켈, 코발트, 안티몬 등 및 이들의 조합들과 주석의 합금 및 혼합물을 포함함), 금속 산화물(예컨대, 산화 니켈, 산화철, 산화 구리, 산화 코발트, 산화 크롬, 산화 루테늄, 산화 주석, 산화 망간, 산화 리튬, 산화 알루미늄, 산화 바나듐, 산화 몰리브덴, 산화 티탄, 산화 니오븀, 산화 안티몬, 산화 규소, 산화 게르마늄, 산화 아연, 산화 카드뮴, 산화 인듐, 금속 보레이트, 금속 옥시염, 리튬 티타네이트 등 및 이들의 조합들), 탄소 및 다른 양극 물질들과 탄소의 혼합물, 리튬 금속과 규소를 함유하는 물질, 리튬 망간 산화물, 리튬 니켈 산화물, 리튬 코발트 산화물, 리튬 철 인산염, 도핑된 리튬 철 인산염, 소위 고 에너지 니켈 망간 계 화합물들, 실리케이트 화합물들(Li2MSiO4, M = Fe, Mn, 등), 타보라이트 화합물들(LiMPO4F, M = V, Fe, 등), 보레이트 화합물들(LiMBO3, M = Mn, Fe, Co, 등), 등, 및 이들의 혼합물들, 및 리튬 금속을 포함하는, 전극 물질.
  21. 제20항에 있어서, 상기 활물질은 주석을 함유하는, 전극 물질.
  22. 제20항에 있어서, 상기 활물질은 황을 함유하는, 전극 물질.
  23. 제20항에 있어서, 상기 활물질은 수산화 니켈, 옥시 수산화 니켈, 산화 니켈로부터 선택된 니켈 함유 화합물, 니켈 및 황을 함유하는 화합물인, 전극 물질.
  24. 제1항 내지 제23항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전극 물질은 양극(cathode) 물질인, 전극 물질.
  25. 제1항 내지 제24항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 중량 측정 에너지 밀도는 110mAh/g, 또는 120mAh/g을 초과하거나, 바람직하게는 150mAh/g을 초과하거나, 170mAh/g을 초과하거나, 더욱 바람직하게는 180mAh/g을 초과하거나, 훨씬 더 바람직하게는 190mAh/g 을 초과하거나, 200mAh/g 또는 250mAh/g또는 300mAh/g을 초과하며, 상기 중량은 상기 전극에 존재하는 모든 물질을 포함하는, 전극 물질.
  26. 2C에서의 최대 달성가능 중량 용량에 대한 10C에서의 상기 중량 용량의 상기 비율이 70%를 초과하며, 상기 전극 물질이 지정된 방전율로 1000주기를 초과하는 순환 후에 이러한 지정된 방전율에서, 자신의 용량의 75%를 초과하는 용량을 유지할 수 있는, 전극 물질.
  27. 제25항에 있어서, 2C에서 최대 달성가능 중량 용량에 대한 60C에서의 상기 중량 용량의 상기 비율이 60%를 초과하며, 상기 전극 물질이 지정된 방전율로 1000주기를 초과하는 순환 후에 이러한 지정된 방전율에서, 자신의 용량의 75%를 초과하는 용량을 유지 할 수 있는, 전극 물질.
  28. 제25항에 있어서, 2C에서의 상기 최대 달성가능 중량 용량에 대한 120C에서의 상기 중량 용량의 상기 비율이 50%를 초과하며, 상기 전극 물질이 지정된 방전율로 1000주기를 초과하는 순환 후에 이러한 지정된 방전율에서, 자신의 용량의 75%를 초과하는 용량을 유지 할 수 있는, 전극 물질.
  29. 제25항에 있어서, 2C에서의 상기 최대 달성가능 중량 용량에 대한 240C에서의 상기 중량 용량의 상기 비율이 40%를 초과하며, 상기 전극 물질이 지정된 방전율로 1000주기를 초과하는 순환 후에 이러한 지정된 방전율에서, 자신의 용량의 75%를 초과하는 용량을 유지 할 수 있는, 전극 물질.
  30. 제25항 내지 제28항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전극 물질이 지정된 방전율로 2000회, 또는 5000회를 초과하는 순환 후에 지정된 방전율에서, 75%를 초과하는 용량을 유지 할 수 있는, 전극 물질.
  31. 니켈 함유 화합물을 포함하되, 전극의 총 중량으로서 산출된, 전극 그램당 상기 전극의 용량은 240C 방전율에서 100mAh 를 초과하는, 전극.
  32. 니켈 함유 화합물을 포함하되, 전극의 총 중량으로서 산출된, 전극 그램당 상기 전극의 용량은 120C 방전율에서 120mAh 를 초과하는, 전극.
  33. 니켈 함유 화합물을 포함하되, 전극의 총 중량으로서 산출된, 전극 그램당 상기 전극의 용량은 60C 방전율에서 130mAh 를 초과하는, 전극.
  34. 니켈 함유 화합물을 포함하되, 전극의 총 중량으로서 산출된 전극 그램당 상기 전극의 용량은 10C 방전율에서 140mAh 를 초과하는, 전극.
  35. 제30항 내지 제33항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전극은 상기 지정된 방전율로 1000주기들을 초과하는 충전/방전 순환 후에, 상기 지정된 방전율에서 용량의 적어도 80%를 유지하는, 전극.
  36. 제34항에 있어서, 상기 전극 물질은 상기 지정된 방전율로 5000주기들을 초과하는 충전/방전 순환 후에, 상기 지정된 방전율에서 용량의 적어도 80%를 유지하는, 전극.
  37. 제33항에 있어서, 상기 전극은 상기 지정된 방전율로 1000주기들을 초과하는 충전/방전 순환 후에, 상기 지정된 방전율에서 용량의 적어도 80%를 유지하는, 전극.
  38. 제31항 내지 제37항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전극의 총 중량으로부터 산출된, 상기 전극의 비출력은 2W/g 또는 5W/g 또는 10W/g 또는 20 W/g를 초과하는, 전극.
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