JP2021044254A5 - - Google Patents

Description

下記の実施例および比較例では、下記の工程にしたがってリチウムイオン電気化学的電池を調製した：すなわち、アノードを、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）基材上に、集電体として２００ｎｍＣｕと共にＬｉ（厚さ：２５μｍ）を真空蒸着した。別記しない限り、使用した多孔性セパレーターは２５μｍポリオレフィン（Ｃｅｌｇａｒｄ２３２５）であり、使用したカソードは、２．７～２．８ｍＡ／ｃｍ２のキャパシティーを示すアルミニウム基材上に被覆したＬｉＣｏＯ２コートを使用した。上記構成成分を、アノード／セパレーター／カソード／セパレーター／アノードからなる層化構造にアセンブリした。総活性カソード表面積は３３．１４７ｃｍ^２だった。ホイル製袋中に電池構成成分を密封後、０．３５ｍＬの各電解質を加えた。次いで、電池パッケージを減圧密封した。得られた電池を、拘束しないで電解質中に２４時間浸漬し、次いで、１０ｋｇ／ｃｍ^２圧力をかけた。このような圧力下、総ての電池をサイクルにかけた。充電および放電のサイクルを、それぞれ、スタンダードＣ／８（１１．４ｍＡ）およびＣ／５レート（１８．２ｍＡ）で行い、４．２ボルトの充電カットオフ電圧、次いで１．１４ｍＡに対して４．２Ｖのテーパー、３．２Ｖの放電カットオフ電圧で行った。

実施例１および２双方について、添加剤添加電解質中の放電容量（図４）および放電率（図５）の消失率は、顕著に改良された。これらの添加剤の存在は、Ｌｉアノード表面形態を驚いたことにしかも予期できないで改良された。Ｌｉのさらに均質な利用が観察され（図６）、この顕著に減少した表面積をもつＬｉは、Ｌｉ－イオン電解質中のアノードと比較して、密に詰まっていた。電池サイクル寿命は、スタンダードＬｉ－イオン電解質の約５０サイクルから添加剤としてＬｉＮＯ３含有電解質で約９０サイクルに向上した。

（実施例３）
懸濁液として電解質中にＬｉＮＯ３を配合した以外は、電解質は実施例１と同じであった。サイクル寿命がスタンダードＬｉ－イオン電解質（比較例１）の倍以上だったのみならず、ＬｉＮＯ３溶液含有電解質のものよりも良好でもあった。ライフサイクルの間にＬｉＯ３が分解することによる損失を補償する電解質溶液中に、よりＬｉＮＯ３が連続的に補充するものと思われる。

（実施例５）
電解質は実施例３と同じだった。使用したカソードはＨＣＭ１１１（ＬｉＮｉ_１／３Ｍｎ_１／３Ｃｏ_１／３Ｏ_２）だった。充電および放電流をカソード容量に応じて調整し、その結果、充電および放電サイクルを、それぞれ、スタンダードＣ／８およびＣ／５率で行った。図９に示すように、電池サイクル寿命が、標準Ｌｉ－イオン電解質における約８０サイクルから、添加剤としてＬｉＮＯ３含有電解質における約１２０、および懸濁液としてのＬｉＮＯ３含有電解質における約１４０サイクルに向上した。

Claims (17)

1. リチウム-イオン電気化学的電池であって、
   金属酸化物カソード；
   リチウム金属またはリチウム金属合金であるアノード；
   アノードとカソードとの間のセパレーター；
   １種以上の非水溶媒および１種以上のリチウム塩を含む非水電解質；ならびに
   窒素含有物質
   を含み、
   非水電解質が、エチレンカーボネート、ジエチルカーボネート、ジメチルカーボネート、エチルメチルカーボネート、プロピレンカーボネート、フルオロエチレンカーボネート、１，３－ジオキソラン、ジメトキシエタン、ジエチレングリコールジメチルエーテル、トリエチレングリコールジメチルエーテル、およびスルホランのうちの１種以上を含み、
   窒素含有物質が、無機硝酸塩、有機硝酸塩、無機亜硝酸塩、有機亜硝酸塩、ニトロ化合物、Ｎ－Ｏ化合物およびアミン化合物よりなる群から選択され、
   窒素含有物質が、非水電解質中に懸濁しており、そして
   リチウム-イオン電気化学的電池が減圧密封されている、
   前記リチウム-イオン電気化学的電池。
2. リチウム-イオン電気化学的電池であって、
   金属酸化物カソード；
   リチウム金属またはリチウム金属合金であるアノード；
   アノードとカソードとの間のセパレーター；
   １種以上の非水溶媒および１種以上のリチウム塩を含む非水電解質；ならびに
   窒素含有物質
   を含み、
   窒素含有物質が、無機硝酸塩、有機硝酸塩、無機亜硝酸塩、有機亜硝酸塩、ニトロ化合物、Ｎ－Ｏ化合物およびアミン化合物よりなる群から選択され、
   窒素含有物質が非水電解質中に懸濁しており、そして
   リチウム-イオン電気化学的電池が減圧密封されている、
   前記リチウム-イオン電気化学的電池。
3. 前記カソードが、ＬｉＣｏＯ_２、ＬｉＣｏ_ｘＮｉ_{（１－ｘ）}Ｏ_２（ｘはおおよそ０．０
   ５～０．８である）、ＬｉＣｏ_ｘＮｉ_ｙＭｎ_{（１－ｘ－ｙ）}Ｏ_２、ＬｉＭｎ_２Ｏ_４、およびこれらの組合せからなる群から選択される物質を含む、請求項１または２に記載の電気化学的電池。
4. アノードが、窒素含有物質を含む、請求項１または２に記載の電気化学的電池。
5. 窒素含有物質が、アノード上にイオン伝導性表面層を形成する、請求項１または２に記載の電気化学的電池。
6. アノードが、リチウムホイル、および基体上に堆積したリチウムからなる群から選択される１種以上の物質を含む、請求項１または２に記載の電気化学的電池。
7. 窒素含有物質が、アノード、カソード、およびセパレーターのうちの１つ以上のものの一部を形成している、請求項１または２に記載の電気化学的電池。
8. 電解質がＮ－Ｏ添加剤をさらに含む、請求項１に記載の電気化学的電池。
9. 電解質が、３０％～９０％の１種以上の非水溶媒、０．１％～１０％のＮ－Ｏ添加剤、４％以下の窒素含有物質、および２０％以下のＬｉＴＦＳＩを含む、請求項８に記載の電気化学的電池。
10. 電解質が、５０％～８５％の１種以上の非水溶媒、０．５％～７．５％のＮ－Ｏ添加剤、４％以下の窒素含有物質、および４％～２０％のＬｉＴＦＳＩを含む、請求項９に記載の電気化学的電池。
11. 金属酸化物カソードがＬｉＮｉ_１／３Ｍｎ_１／３Ｃｏ_１／３Ｏ_２を含む、請求項１または２に記載の電気化学的電池。
12. 放電容量比率が６０サイクル後に０．８よりも大きい、請求項１に記載の電気化学的電池。
13. 窒素含有物質がアミン官能基を含む、請求項１に記載の電気化学的電池。
14. 金属酸化物カソードがＬｉＮｉ_０．４Ｃｏ_０．２Ｍｎ_０．４Ｏ_２を含む、請求項１に記載の電気化学的電池。
15. 金属酸化物カソードがＬｉＮｉ_０．４Ｃｏ_０．２Ｏ_２を含む、請求項１に記載の電気化学的電池。
16. 非水電解質が液体またはゲルであり、かつ、電気化学的電池の充電および放電のサイクルが加圧下で行われる、請求項１または２に記載の電気化学的電池。
17. ハウジング；
    ポジティブリード線；
    ネガティブリード線；および
    １以上の、請求項１～１６のいずれかに定義の電気化学的電池
    を含むバッテリー。