DE112019007134T5 - Elektrode für Lithium-Ionen-Akkumulator sowie Lithium-Ionen-Akkumulator - Google Patents

Elektrode für Lithium-Ionen-Akkumulator sowie Lithium-Ionen-Akkumulator Download PDF

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Abstract

Die Erfindung stellt eine Elektrode für einen Lithium-Ionen-Akkumulator, der die Verwirklichung einer Batterie ermöglicht, welche eine Energiedichte mit hohem Volumen aufweist und einen geringen Grad an Leistungsverschlechterung aufgrund von wiederholtem Laden und Entladen auch in einem Fall besitzt, in dem die Menge einer durch die Elektrode gehaltenen Elektrolytlösung gering ist, sowie einen Lithium-Ionen-Akkumulator mit der positiven Elektrode bereit.Es wird die Koexistenz eines hoch dielektrischen Oxidfeststoffs und einer hoch konzentrierten Elektrolytlösung in einem Spalt zwischen Partikeln einer aktiven Masse innerhalb der Elektrode erzielt.Insbesondere sind in einer Elektrode für einen Lithium-Ionen-Akkumulator, die eine aktive Elektrodenmasse, einen hoch dielektrischen Oxidfeststoff und eine Elektrolytlösung aufweist, der hoch dielektrische Oxidfeststoff und die Elektrolytlösung in dem zwischen den Partikeln der aktiven Elektrodenmasse gebildeten Spalt angeordnet, und die Konzentration eines Lithiumsalzes in der Elektrolytlösung ist im Bereich von 0,5 bis 3,0 Mol/l eingestellt.

Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Elektrode für einen Lithium-Ionen-Akkumulator sowie einen die Elektrode aufweisenden Lithium-Ionen-Akkumulator.
  • STAND DER TECHNIK
  • Lithium-Ionen-Akkumulatoren finden herkömmlicherweise breite Anwendung als Akkumulatoren mit hoher Energiedichte.
    Ein Lithium-Ionen-Akkumulator, der eine Flüssigkeit als Elektrolyt einsetzt, weist einen Aufbau auf, bei dem zwischen einer positiven Elektrode und einer negativen Elektrode ein Separator angeordnet ist und der Raum zwischen der positiven Elektrode und der negativen Elektrode mit einem flüssigen Elektrolyten (einer Elektrolytlösung) gefüllt ist.
  • Da die Elektrolytlösung des Lithium-Ionen-Akkumulators normalerweise ein brennbares organisches Lösungsmittel ist, stellt insbesondere der Hitzeschutz in einigen Fällen ein Problem dar.
    Daher ist auch eine Festkörper-Batterie mit einem flammhemmenden Feststoff-Elektrolyten anstelle des organischen flüssigen Elektrolyten vorgeschlagen worden.
  • Derartige Lithium-Ionen-Akkumulatoren sollten je nach ihren Anwendungsgebieten verschiedene Anforderungen erfüllen.
    Wenn beispielsweise die Anwendung in Kraftfahrzeugen und dergleichen beabsichtigt ist, ist eine Batterie erwünscht, die eine hohe Energiedichte aufweist und geringe Verschlechterung der Leistungseigenschaften nach wiederholtem Laden und Entladen zeigt.
  • Allerdings neigen die Leistungseigenschaften der Lithium-Ionen-Akkumulatoren im Allgemeinen dazu, sich nach dem wiederholten Laden und Entladen zu verschlechtern.
    Der Grund hierfür ist, dass sich die Elektrolytlösung während des wiederholten Ladens und Entladens zersetzt, so dass sie eine passive Schicht auf den Elektroden bildet, die allmählich den inneren Widerstand erhöht.
  • Um dieses Problem zu beheben, ist ein Verfahren vorgeschlagen worden, bei dem W zusätzlich zu mindestens einem Metallelement aus Ni, Co und Mn als positive aktive Elektrodenmasse verwendet wird und einer Elektrolytlösung mindestens entweder ein Difluorphosphat-Salz oder ein Monofluorphosphat-Salz zugesetzt wird (siehe Patentdokument 1).
  • Außerdem ist auch ein Verfahren vorgeschlagen worden, bei dem W zusätzlich zu mindestens einem Metallelement aus Ni, Co und Mn als eine positive aktive Elektrodenmasse verwendet wird und einer Elektrolytlösung ein Difluor-bis(oxalato)phosphat-Salz zugesetzt wird (siehe Patentdokument 2).
  • Gemäß den in den Patentdokumenten 1 und 2 beschriebenen Technologien können ausgezeichnete Leistungseigenschaften in einem Betriebstemperaturbereich von einer niedrigen Temperatur von ca. 0°C bis zu einer erhöhten Temperatur von ca. 60°C aufrechterhalten werden.
  • Andererseits umfassen Lösungen für eine Forderung zur weiteren Erhöhung der Volumenenergiedichte von Lithium-Ionen-Akkumulatoren, die eine der geforderten Eigenschaften für Lithium-Ionen-Akkumulatoren darstellt, ein Verfahren, bei dem die Packdichte einer aktiven Elektrodenmasse erhöht wird.
    Die Erhöhung der Packdichte der aktiven Elektrodenmasse verringert jedoch einen Spalt zwischen Partikeln der aktiven Masse innerhalb einer Elektrode, was zu einer relativen Reduzierung der Menge der von der Elektrode gehaltenen Elektrolytlösung führt.
  • Weiterhin neigt eine Elektrode mit hoher Packdichte einer aktiven Elektrodenmasse dazu, einen höheren Elektrodenoberflächendruck z.B. aufgrund der Ausdehnung einer negativen aktiven Elektrodenmasse beim Laden und Entladen aufzuweisen und somit das Herausdrücken der zwischen den aktiven Elektrodenmassen vorliegenden Elektrolytlösung sowie die daraus folgende Erschöpfung der Elektrolytlösung zu bewirken.
  • Weiterhin erhöht sich, falls die Menge an durch die Elektrode gehaltenem Elektrolyt ungenügend oder ungleichmäßig verteilt ist und das Laden und Entladen wiederholt werden, der Widerstand aufgrund fehlender Lithium-Ionen, was eine Veränderung des Potentials bewirkt, und in der Folge ist es wahrscheinlicher, dass sich das Lösungsmittel, das die Elektrolytlösung bildet, zersetzt und ist es wahrscheinlicher, dass sich eine passive Schicht auf der Elektrode bildet.
  • Unter den vorstehend beschriebenen Umständen ist ein Lithium-Ionen-Akkumulator, der nach wiederholtem Laden und Entladen eine geringe Leistungsverschlechterung sogar in einem Falle zeigt, in dem die Menge der von der Elektrode gehaltenen Elektrolytlösung gering ist, bisher nicht ausreichend verwirklicht worden.
    • Patentdokument 1: Japanische Offenlegungsschrift, Veröffentlichungs-Nr. 2013-069580
    • Patentdokument 2: Japanische Offenlegungsschrift, Veröffentlichungs-Nr. 2014-183-31
  • OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
  • Durch die Erfindung zu lösende Probleme
  • Die vorliegende Erfindung wurde in Anbetracht der vorstehenden Ausführungen getätigt, und eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Elektrode für einen Lithium-Ionen-Akkumulator, die die Verwirklichung einer Batterie ermöglicht, welche eine Energiedichte mit hohem Volumen aufweist und die Verschlechterung der Leistung aufgrund von wiederholtem Laden und Entladen sogar in einem Fall unterbindet, in dem die Menge der von der Elektrode gehaltenen Elektrolytlösung gering ist, sowie einen Lithium-Ionen-Akkumulator mit der positiven Elektrode bereitzustellen.
  • Mittel zur Lösung der Probleme
  • Die vorliegenden Erfinder berücksichtigten, dass die Koexistenz von nicht nur der Elektrolytlösung, sondern auch den hoch dielektrischen Feststoffpartikeln die ungleichmäßige Verteilung der Elektrolytlösung in der Elektrode verhindern und gleichzeitig eine Ionenleitfähigkeit verbessern würde, was dazu führt, dass eine Erhöhung des Widerstandes innerhalb der Batterie bei wiederholtem Laden und Entladen unterbunden wird, und führten umfassende Studien durch. In der Folge erkannten die vorliegenden Erfinder, dass die Verteilung eines hoch dielektrischen Oxids und einer hochkonzentrierten Elektrolytlösung in einen Spalt zwischen Partikeln der aktiven Masse innerhalb der Elektrode die vorstehend beschriebenen Probleme lösen könnte, um die vorliegende Erfindung auszuführen.
  • Insbesondere betrifft ein Aspekt der vorliegenden Erfindung eine Elektrode für einen Lithium-Ionen-Akkumulator mit einer aktiven Elektrodenmasse, einem hoch dielektrischen Oxidfeststoff sowie einer Elektrolytlösung, wobei sich der hoch dielektrische Oxidfeststoff und die Elektrolytlösung in einem zwischen Partikeln der aktiven Elektrodenmasse ausgebildeten Spalt befinden, und wobei die Konzentration eines Lithiumsalzes in der Elektrolytlösung 0,5 bis 3,0 Mol/l beträgt.
  • Bei der Elektrode für einen Lithium-Ionen-Akkumulator nach Anspruch 1 beträgt in der Querschnittsbeobachtung der Elektrode für einen Lithium-Ionen-Akkumulator der Anteil der Querschnittsfläche des hoch dielektrischen Oxidfeststoffs bezüglich der Querschnittsfläche des gesamten Spalts 1 bis 22%.
  • Der hoch dielektrische Oxidfeststoff kann ein Feststoffoxid-Elektrolyt sein.
  • Der Feststoffoxid-Elektrolyt kann mindestens einer ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Li7La3Zr2O12 (LLZO), Li6,75La3Zr1,75Ta0,25O12 (LLZTO), Li0,33La0,56TiO3 (LLTO), Li1,3Al0,3Ti1,7(PO4)3 (LATP) und Li1,6Al0,6Ge1,4(PO4)3 (LAGP) sein.
  • Der Volumenfüllfaktor der aktiven Elektrodenmasse kann 60% oder mehr bezüglich des Gesamtvolumens des die Elektrode bildenden Elektrodenverbundmaterials betragen.
  • Die Dicke der Elektrode für einen Lithium-Ionen-Akkumulator kann 40 µm oder mehr betragen.
  • Die Elektrode für einen Lithium-Ionen-Akkumulator kann eine positive Elektrode sein.
  • Die Elektrode für einen Lithium-Ionen-Akkumulator kann eine negative Elektrode sein.
  • Darüber hinaus betrifft ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung einen Lithium-Ionen-Akkumulator mit der Elektrode für einen Lithium-Ionen-Akkumulator, wie vorstehend beschrieben, sowie eine Elektrolytlösung.
  • Auswirkungen der Erfindung
  • Gemäß der Elektrode für einen Lithium-Ionen-Akkumulator nach einem Aspekt der vorliegenden Erfindung kann eine Verringerung der Ausbreitung von Lithiumionen innerhalb der Elektrode unterbunden werden und kann eine Erhöhung des Widerstands auch in einem Fall unterbunden werden, in dem die Dicke der Elektrode groß ist und die Packdichte einer aktiven Elektrodenmasse hoch ist.
    Folglich kann ein Lithium-Ionen-Akkumulator verwirklicht werden, der eine Energiedichte mit hohem Volumen aufweist und ein Unterbinden der Leistungsverschlechterung aufgrund von wiederholtem Laden und Entladen auch in einem Fall zeigt, in dem die Menge der von der Elektrode gehaltenen Elektrolytlösung gering ist.
  • Normalerweise wird, wenn die Konzentration eines Lithiumsalzes in der Elektrolytlösung hoch ist, die Viskosität der Elektrolytlösung erhöht, wodurch das Eindringen der Elektrolytlösung in die Elektrode verringert wird.
  • In der Elektrode für einen Lithium-Ionen-Akkumulator nach einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird jedoch das Eindringen der Elektrolytlösung verbessert, da in dem zwischen den Partikeln der aktiven Elektrodenmasse gebildeten Spalt nicht nur die Elektrolytlösung, sondern auch der hoch dielektrische Oxidfeststoff vorliegt.
  • Folglich wird die Gleichmäßigkeit der Rückhaltung der Elektrolytlösung in der Elektrode verbessert.
  • Weiterhin kann die zur Imprägnierung der Elektrode mit der Elektrolytlösung erforderliche Zeit reduziert werden, was zu einer Produktivitätssteigerung führt.
  • Außerdem kommt es normalerweise, wenn die Konzentration des Lithiumsalzes in der Elektrolytlösung hoch ist, zur Verbindung des Lithiumions mit einem Anion. Somit neigt die Ionenleitfähigkeit in einer Elektrolytlösung mit einer hohen Konzentration des Lithiumsalzes und einer daraus resultierenden erhöhten Viskosität dazu, abzunehmen. Jedoch kann in der Elektrode für einen Lithium-Ionen-Akkumulator nach einem Aspekt der vorliegenden Erfindung, da nicht nur die Elektrolytlösung, sondern auch der hoch dielektrische Oxidfeststoff in dem zwischen den Partikeln der aktiven Elektrodenmasse gebildeten Spalt vorliegt, die Verbindung des Lithiumions mit dem Anion aufgrund dielektrischer Wirkungen gehemmt werden.
    In der Folge kann eine Batterie mit geringem Widerstand erhalten werden, selbst wenn eine Elektrolytlösung eingesetzt wird, die eine hohe Konzentration des Lithiumsalzes enthält.
  • Figurenliste
    • 1 zeigt ein Diagramm einer Ausführungsform eines Lithium-Ionen-Akkumulators der vorliegenden Erfindung;
    • 2 zeigt eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen der Lithiumsalz-Konzentration und dem Widerstandswert in dem Lithium-Ionen-Akkumulator gemäß den Beispielen 1 bis 4 der vorliegenden Erfindung;
    • 3 zeigt eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen der Lithiumsalz-Konzentration und dem Widerstandswert in dem Lithium-Ionen-Akkumulator gemäß Vergleichsbeispielen 1 bis 4 der vorliegenden Erfindung; und
    • 4 zeigt eine graphische Darstellung der Kapazitätsaufrechterhaltungsraten der Lithium-Ionen-Akkumulatoren gemäß den Beispielen 1 bis 4 und Vergleichsbeispielen 1 bis 4 der vorliegenden Erfindung.
  • BEVORZUGTES VERFAHREN ZUR DURCHFÜHRUNG DER ERFINDUNG
  • Nachstehend werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben. Es ist beachten, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die folgenden Ausführungsformen beschränkt ist.
  • <Elektrode für Lithium-Ionen-Akkumulator>
  • Eine Elektrode für einen Lithium-Ionen-Akkumulator einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist eine aktive Elektrodenmasse, einen hoch dielektrischen Oxidfeststoff und eine Elektrolytlösung auf.
  • Der hoch dielektrische Oxidfeststoff und die Elektrolytlösung befinden sich in einem zwischen Partikeln der aktiven Elektrodenmasse ausgebildeten Spalt und die Konzentration eines Lithiumsalzes in der Elektrolytlösung beträgt 0,5 bis 3,0 Mol/l.
  • Die Elektrode für einen Lithium-Ionen-Akkumulator der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann eine positive Elektrode für einen Lithium-Ionen-Akkumulator oder eine negative Elektrode für einen Lithium-Ionen-Akkumulator sein. Egal, ob die Elektrode für einen Lithium-Ionen-Akkumulator die positive Elektrode oder die negative Elektrode ist, können die Auswirkungen der Erfindung durch die Anwendung der Konfiguration der vorliegenden Erfindung erhalten werden.
  • Außerdem ist die Konfiguration der Elektrode für einen Lithium-Ionen-Akkumulator der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung nicht besonders beschränkt, und Beispiele derselben weisen eine Konfiguration auf, bei der eine Elektrodenverbundmaterialschicht, die aus einem eine aktive Elektrodenmasse enthaltenden Elektrodenverbundmaterial besteht, auf einem Elektrodenstromabnehmer überlagert wird, und die Elektrodenverbundmaterialschicht mit einer Elektrolytlösung imprägniert wird.
  • Die Elektrodenverbundmaterialschicht enthält die aktive Elektrodenmasse und den hoch dielektrischen Oxidfeststoff, welche Bestandteile der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind, als wesentliche Komponenten und können wahlweise Komponenten wie z.B. eine Leitfähigkeitshilfe, ein Bindemittel und dergleichen enthalten.
  • [Stromabnehmer]
  • Ein Elektrodenstromabnehmer in der Elektrode für einen Lithium-Ionen-Akkumulator der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist nicht besonders beschränkt, und es kann jeder bekannte Stromabnehmer zur Verwendung in Lithium-Ionen-Akkumulatoren eingesetzt werden.
  • Beispiele des Materials eines positiven Elektrodenstromabnehmers können metallische Stoffe wie z.B. SUS, Ni, Cr, Au, Pt, Al, Fe, Ti, Zn sowie Cu und dergleichen aufweisen.
  • Beispiele des Stoffes eines negativen Elektrodenstromabnehmers umfassen SUS, Ni, Cu, Ti, Al, thermisch behandelten Kohlenstoff, elektrisch leitende Polymere, elektrisch leitendes Glas, Al-Cd-Legierung und dergleichen.
  • Zusätzlich können Beispiele der Form des Elektrodenstromabnehmers eine folienartige Form, eine plattenartige Form, eine netzartige Form und dergleichen aufweisen.
    Die Dicke des Elektrodenstromabnehmers ist ebenfalls nicht besonders beschränkt und beträgt beispielsweise 1 bis 20 µm, kann jedoch je nach Bedarf entsprechend ausgewählt werden.
  • [aktive Elektrodenmasse]
  • Eine in der Elektrode für einen Lithium-Ionen-Akkumulator der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthaltene aktive Elektrodenmasse ist nicht besonders beschränkt, so lange die aktive Elektrodenmasse in der Lage ist, Lithiumionen zu speichern und freizusetzen, und es kann jede als aktive Elektrodenmasse für Lithium-Ionen-Akkumulatoren bekannte Substanz eingesetzt werden.
  • (Positive aktive Elektrodenmasse)
  • In dem Fall, dass die Elektrode für einen Lithium-Ionen-Akkumulator der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eine positive Elektrode für einen Lithium-Ionen-Akkumulator ist, wird eine positive aktive Elektrodenmassenschicht beispielhaft durch LiCoO2, LiCoO4, LiMn2O4, LiNiO2, LiFePO4, Lithiumsulfid, Schwefel und dergleichen dargestellt.
    Die positive aktive Elektrodenmasse kann aus Stoffen ausgewählt sein, welche eine Elektrode bilden können und ein höheres Potential gegenüber einer negativen Elektrode besitzen.
  • In dem Fall, dass die Elektrode für einen Lithium-Ionen-Akkumulator der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eine negative Elektrode für einen Lithium-Ionen-Akkumulator ist, ist eine negative aktive Elektrodenmasse beispielhaft durch metallisches Lithium, Lithiumlegierungen, Metalloxide, Metallsulfide, Metallnitride, Siliziumoxid, Silizium sowie Kohlenstoffmaterialien wie Graphit und dergleichen dargestellt.
    Die negative aktive Elektrodenmasse kann aus Stoffen ausgewählt sein, die eine Elektrode bilden können und ein geringeres Potential gegenüber der positiven Elektrode besitzen.
  • (Elektrodenverbundmaterialschicht)
  • In der Elektrode für einen Lithium-Ionen-Akkumulator der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sollte eine Elektrodenverbundmaterialschicht, die die aktive Elektrodenmasse als eine wesentliche Komponente enthält, auf mindestens einer Seite des Stromabnehmers ausgebildet sein, oder kann auf beiden Seiten des Stromabnehmers ausgebildet sein. Die Elektrodenverbundmaterialschicht kann je nach Typ und Aufbau des bestimmungsgemäßen Lithium-Ionen-Akkumulators entsprechend ausgewählt werden.
  • Außerdem enthält die Elektrodenverbundmaterialschicht als wesentliche Komponenten die aktive Elektrodenmasse und den hoch dielektrischen Oxidfeststoff, welche die Bestandteile der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellen, und kann bekannte Komponenten wie eine Leitfähigkeitshilfe und ein Bindemittel als beliebige Komponenten enthalten. Die Zugabe des hoch dielektrischen Oxidfeststoffs, der in einem Spalt zwischen den Partikeln der aktiven Elektrodenmasse angeordnet werden soll, zu dem Elektrodenverbundmaterial ermöglicht eine einfache Platzierung des hoch dielektrischen Oxidfeststoffs zwischen den Partikeln der aktiven Elektrodenmasse in der ausgebildeten Elektrodenverbundmaterialschicht. Im Übrigen ermöglicht die Herstellung einer als Elektrodenverbundmaterial zu verwendenden Paste durch vorheriges Anbringen des hoch dielektrischen Oxidfeststoff zuvor an der Leitfähigkeitshilfe, dem Bindemittel oder dergleichen, gefolgt vom Vermischen mit der aktiven Elektrodenmasse, dass das dielektrische Feststoffpulver gleichmäßiger in dem Spalt zwischen den Partikeln der aktiven Elektrodenmasse angeordnet werden kann.
  • [Volumenfüllfaktor der aktiven Elektrodenmasse]
  • Der Volumenfüllfaktor der aktiven Elektrodenmasse in der Elektrode für einen Lithium-Ionen-Akkumulator der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beträgt vorzugsweise 60% oder mehr bezüglich des Gesamtvolumens des die Elektrode bildenden Elektrodenverbundmaterials. Wenn der Volumenfüllfaktor der aktiven Elektrodenmasse 60% oder mehr beträgt, dann beträgt der Anteil des zwischen den Partikeln der aktiven Elektrodenmasse gebildeten Spalts weniger als 40%.
    Somit wird eine Elektrode für einen Lithium-Ionen-Akkumulator mit einem geringen Anteil des Spalts erhalten, was bedeutet, dass eine Elektrode mit einer Energiedichte mit hohem Volumen erhalten werden kann.
    Wenn der Volumenfüllfaktor der aktiven Elektrodenmasse 60% oder mehr beträgt, kann eine Zelle eine Energiedichte mit hohem Volumen von beispielsweise 500 Wh/l oder mehr erzielen.
  • Im Übrigen beträgt in der vorliegenden Erfindung der Volumenfüllfaktor der aktiven Elektrodenmasse bezüglich des Gesamtvolumens des die Elektrode bildenden Elektrodenverbundmaterials weiter bevorzugt 65% oder mehr und höchst bevorzugt 70% oder mehr.
  • [Spalt]
  • Die Elektrode für einen Lithium-Ionen-Akkumulator der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist einen Spalt zwischen den Partikeln der aktiven Elektrodenmasse auf.
  • Der zwischen den Partikeln der aktiven Elektrodenmasse ausgebildete Spalt kann durch den Füllfaktor der aktiven Elektrodenmasse gesteuert werden und bezieht sich auf die Dichte der Elektrodenverbundmaterialschicht.
    Die vorliegende Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass der hoch dielektrische Oxidfeststoff und die Elektrolytlösung in diesem Spalt zwischen den Partikeln der aktiven Elektrodenmasse angeordnet sind.
    Zusätzlich können in dem Spalt ein als Bindemittel dienendes Harzbinder, ein Kohlenstoffmaterial zur Bereitstellung einer Elektronenleitfähigkeit und dergleichen angeordnet sein.
  • In der Elektrode für einen Lithium-Ionen-Akkumulator der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ermöglicht die Platzierung des hoch dielektrischen Oxidfeststoffs und der Elektrolytlösung in dem Spalt zwischen den Partikeln der aktiven Elektrodenmasse, eine Verringerung der Diffusion von Lithiumionen innerhalb der Elektrode zu unterbinden und dadurch eine Erhöhung des Widerstandes zu unterbinden sowie eine Elektrode mit einer hohen Packdichte der aktiven Elektrodenmasse zu erzielen.
    Folglich kann ein Lithium-Ionen-Akkumulator verwirklicht werden, der eine Energiedichte mit hohem Volumen aufweist und das Unterbinden einer Leistungsverringerung aufgrund von wiederholtem Laden und Entladen sogar in einem Fall zeigt, in dem die Menge an von der Elektrode gehaltener Elektrolytlösung gering ist.
  • Außerdem wird in der Elektrode für einen Lithium-Ionen-Akkumulator der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung das Eindringen der Elektrolytlösung verbessert, da nicht nur die Elektrolytlösung, sondern auch der hoch dielektrische Oxidfeststoff in dem Spalt zwischen den Partikeln der aktiven Elektrodenmasse vorliegt.
    Folglich wird die Gleichmäßigkeit der Rückhaltung der Elektrolytlösung innerhalb der Elektrode verbessert.
    Zusätzlich kann die zur Imprägnierung der Elektrode mit der Elektrolytlösung benötigte Zeit verringert werden, was zu einer Produktivitätssteigerung führt.
  • Weiterhin kann in der Elektrode für einen Lithium-Ionen-Akkumulator der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die Verbindung des Lithiumions mit dem Anion aufgrund von dielektrischen Wirkungen verhindert werden, da nicht nur die Elektrolytlösung, sondern auch der hoch dielektrische Oxidfeststoff in dem Spalt zwischen den Partikeln der aktiven Elektrodenmasse vorliegt.
    In der Folge kann der Widerstand sogar in dem Fall verringert werden, in dem eine Elektrolytlösung eingesetzt wird, die eine hohe Konzentration des Lithiumsalzes enthält.
  • (Querschnittsflächenbelegung von hoch dielektrischem Oxidfeststoff im Spalt)
  • In der Elektrode für einen Lithium-Ionen-Akkumulator der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung liegt hinsichtlich der Belegung des hoch dielektrischen Oxidfeststoffs in dem Spalt zwischen den Partikeln der aktiven Elektrodenmasse der Anteil der Querschnittsfläche des hoch dielektrischen Oxidfeststoffs bezüglich der Querschnittsfläche des gesamten Spalts vorzugsweise im Bereich von 1 bis 22% in der Querschnittsbeobachtung der Elektrode für einen Lithium-Ionen-Akkumulator.
    In diesem Bereich kann sowohl ein geringer Widerstand als auch eine verbesserte Haltbarkeit erzielt werden.
  • Hierbei bezieht sich der Spalt im Rahmen der vorliegenden Erfindung auf einen anderen als den von der aktiven Masse in der Elektrodenverbundmaterialschicht belegten Bereich, wie vorstehend beschrieben, und in dem Spalt kann ein Harzbinder als Bindemittel, ein Kohlenstoffmaterial zur Bereitstellung von Elektronenleitfähigkeit und dergleichen angeordnet sein.
    Bei der Bestimmung der Belegung des hoch dielektrischen Oxidfeststoffs in dem Spalt wird die Querschnittsbeobachtung der Elektrode für einen Lithium-Ionen-Akkumulator durchgeführt. Die Querschnittsbeobachtung kann gemäß dem folgenden Verfahren durchgeführt werden.
  • (Verfahren zur Querschnittsbeobachtung)
    • - Ein Querschnitt der Elektrodenverbundmaterialschicht wird durch Ionenfräsen hergestellt und über SEM beobachtet.
    • - Die Abbildungsfläche des Querschnitts, auf der SEM durchgeführt werden soll, ist derart ausgewählt, dass ca. 80% oder mehr der Elektrodenverbundmaterialschicht in Richtung der Dicke der Elektrode (senkrechte Richtung) beobachtet werden.
    • - Die Vergrößerung des Bildes wird auf ca. 5.000x bis 10.000x festgelegt, und das Bild wird unterteilt und als mehrere Bilder aufgenommen.
    • - Ein Bild in der Oberflächenrichtung (Links-rechts-Richtung) wird ebenfalls ähnlich dem Vorgang für die senkrechte Richtung aufgenommen.
    • - Die erhaltenen Bilder werden kombiniert und für die Helligkeit des reflektierten Elektronenbildes binarisiert, und die Flächenbelegung jeder Komponente, die das Elektrodenverbundmaterial bildet, wird aus der Helligkeitsverteilungskurve abgeleitet.
    • - Hinsichtlich der Flächenbelegung werden die Fläche der aktiven Masse und die Fläche des Oxidfeststoffs bestimmt, und die von der Fläche der aktiven Masse und der Fläche des Oxidfeststoffs unterschiedliche dunkle Fläche wird als verbleibender Raum definiert. Der verbleibende Raum weist den Harzbinder, die Leitfähigkeitshilfe und dergleichen sowie zusätzlich leere Stellen auf, in welche die Elektrolytlösung eindringt.
  • Die Gründe für den bevorzugten Bereich der Querschnittsflächenbelegung des hoch dielektrischen Oxidfeststoffs in dem Spalt, wie vorstehend beschrieben, beziehen sich auf die Dielektrizitätskonstante des hoch dielektrischen Oxidfeststoffs selbst.
    Insbesondere gilt, je höher die Dielektrizitätskonstante des hoch dielektrischen Oxidfeststoffs, desto größer die Auswirkungen auf die Elektrolytlösung. Somit nähert sich die bevorzugte Querschnittsflächenbelegung des hoch dielektrischen Oxidfeststoffs 1%.
    Wenn dagegen die Dielektrizitätskonstante des hoch dielektrischen Oxidfeststoffs niedrig ist, nähert sich die bevorzugte Querschnittsflächenbelegung des hoch dielektrischen Oxidfeststoffs 22%.
  • Wenn die Querschnittsflächenbelegung des hoch dielektrischen Oxidfeststoffs weniger als 1% beträgt, dann ist die dielektrische Wirkung des hoch dielektrischen Oxidfeststoffs reduziert und es wird nur die gleiche Wirkung wie die einer normalen Elektrolytlösung erzielt. Andererseits wird, wenn die Querschnittsflächenbelegung des hoch dielektrischen Oxidfeststoffs höher als 22% ist, die Menge der Elektrolytlösung in dem Spalt relativ verringert und es entsteht ein Flüssigkeitsmangel, was zu verringerten Migrationspfaden der Lithiumionen und erhöhtem inneren Widerstand führt, wodurch es schwierig wird, die Wirkungen des geringen Widerstands zu erzielen.
  • [Hoch dielektrischer Oxidfeststoff]
  • In der Elektrode für einen Lithium-Ionen-Akkumulator der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist der hoch dielektrische Oxidfeststoff, der sich in dem Spalt zwischen den Partikeln der aktiven Elektrodenmasse befindet, nicht besonders beschränkt, solange er ein Oxid mit hoher Dielektrizität darstellt, und ist vorzugsweise eine Feststoffoxid-Elektrolyt. Der Feststoffoxid-Elektrolyt ermöglicht es, einen kostengünstigen Kristall herzustellen, und besitzt einen ausgezeichneten Widerstand gegenüber elektrochemischer Oxidation sowie einen ausgezeichneten Widerstand gegenüber Reduktion. Insbesondere werden Li-basierte Oxide bevorzugt, da diese eine geringe wahre spezifische Dichte aufweisen und bei ihrer Zugabe zu der Elektrode das Zellgewicht wahrscheinlich nicht erhöhen.
  • Beispiele des Feststoffoxid-Elektrolyten umfassen Li7La3Zr2O12 (LLZO), Li6,75La3Zr1,75Ta0,25O12 (LLZTO), Li0,33La0,56TiO3 (LLTO), Li1,3Al0,3Ti1,7(PO4)3 (LATP) und Li1,6Al0,6Ge1,4(PO4)3 (LAGP), und in der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird die Anwendung von mindestens einem ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus den vorstehend genannten Feststoffoxid-Elektrolyten bevorzugt.
  • (Partikelgröße)
  • Die geeignete Partikelgröße des hoch dielektrischen Oxidfeststoffs ist nicht besonders beschränkt und beträgt vorzugsweise 0,1 µm oder mehr und ca. 10 µm oder weniger, und somit weniger als die oder gleich der Partikelgröße der aktiven Masse.
    Wenn die Partikelgröße des hoch dielektrischen Oxidfeststoffs zu gering ist, dann neigt der hoch dielektrische Oxidfeststoff dazu, an der Oberfläche der aktiven Elektrodenmasse anzuhaften und die Elektronenleitfähigkeit zu beeinträchtigen, was zu hohem Zellwiderstand führt. Weiterhin weisen die Oxidteilchen eine geringere Anisotropie der Kristallstruktur sowie eine niedrigere Dielektrizitätskonstante auf, wodurch es weniger wahrscheinlich ist, dass die Auswirkungen der vorliegenden Erfindung ausreichend erzielt werden. Wenn andererseits die Partikelgröße zu groß ist, befindet sich der hoch dielektrische Oxidfeststoff nicht in dem Spalt, wodurch eine Verbesserung des Füllfaktors der aktiven Masse für den Elektrodenkörper verhindert wird.
  • [Elektrolytlösung]
  • In der Elektrode für einen Lithium-Ionen-Akkumulator der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die in dem Spalt zwischen den Partikeln der aktiven Elektrodenmasse anzuordnende Elektrolytlösung nicht besonders beschränkt, und es kann jede als Elektrolytlösung für Lithium-Ionen-Akkumulatoren bekannte Elektrolytlösung eingesetzt werden.
    Es ist zu beachten, dass eine Elektrolytlösung, die bei der Ausbildung eines Akkumulators unter Einsatz der Elektrode für einen Lithium-Ionen-Akkumulator der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet wird, identisch mit oder unterschiedlich von einer Elektrolytlösung sein kann, die in der Elektrode für einen Lithium-Ionen-Akkumulator der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung anzuordnen ist.
  • (Lösungsmittel)
  • Ein in der Elektrolytlösung verwendetes Lösungsmittel kann jedes Lösungsmittel sein, dass einen allgemeinen nichtwässrigen Elektrolyten bildet.
    Das Lösungsmittel wird beispielhaft durch ein Lösungsmittel mit einer zyklischen Struktur wie z.B. Ethylen-Carbonat (EC) und Propylen-Carbonat (PC), ein Lösungsmittel bestehend aus einer Kettenstruktur wie z.B. Dimethyl-Carbonat (DMC), Ethylmethyl-Carbonat (EMC) und Diethyl-Carbonat (DEC) dargestellt.
    Zusätzlich können teilweise fluorierte Lösungsmittel wie z.B. Fluorethylen-Carbonat (FEC) und Difluorethylen-Carbonat (DFEC) verwendet werden.
  • Außerdem können der Elektrolytlösung bekannte Zusätze zugesetzt werden, und Beispiele der Zusätze umfassen Vinylen-Carbonat (VC), Vinylethylen-Carbonat (VEC), Propansulton (PS), Fluorethylen-Carbonat (FEC) und dergleichen.
  • Darüber hinaus kann eine Ionenflüssigkeit als Elektrolytlösung enthalten sein. Beispiele der Ionenflüssigkeit umfassen Pyrrolidin, Piperidin, Imidazol und dergleichen, welche ein quaternäres Ammonium-Kation aufweisen.
  • In der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist es wünschenswert, ein Lösungsmittel mit einer hohen Dielektrizitätskonstante wie z.B. EC und PC in Verbindung mit einem Lösungsmittel mit niedriger Viskosität wie z.B. DMC und EMC zu verwenden. Die Verwendung des Lösungsmittels mit einer hohen Dielektrizitätskonstante sorgt für eine Verbesserung des Dissoziationsgrades des Lithiumsalzes und ermöglicht eine Verwendung des Lithiumsalzes in hoher Konzentration.
    Außerdem ist, da die Verwendung des Lösungsmittels mit einer hohen Dielektrizitätskonstante allein zu hoher Viskosität und geringer Ionenleitfähigkeit führt, die Anpassung der Viskosität durch geeignete Zugabe des Lösungsmittels mit geringer Viskosität erforderlich. Hinsichtlich der Zusammensetzung der Elektrolytlösung wird bevorzugt, dass die Menge des Lösungsmittels mit einer hohen Dielektrizitätskonstante wie z.B. EC und PC 20 Volumen-% oder mehr und 40 Volumen-% oder weniger beträgt.
    Die Menge des Lösungsmittels mit einer hohen Dielektrizitätskonstante beträgt wünschenswerterweise 25 Volumen-% oder mehr und 35 Volumen-% oder weniger.
  • (Lithiumsalz)
  • In der Elektrode für einen Lithium-Ionen-Akkumulator der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist das Lithiumsalz, das in der in dem Spalt zwischen den Partikeln der aktiven Elektrodenmasse anzuordnenden Elektrolytlösung enthalten ist, nicht besonders beschränkt und Beispiele desselben umfassen LiPF6, LiBF4, LiClO4, LiN (SO2CF3), LiN (SO2C2F5)2, LiCF3SO3 und dergleichen. Aus diesen werden LiPF6 und LiBF4, die eine Ionenleitfähigkeit und einen hohen Dissoziationsgrad aufweisen, oder eine Mischung aus diesen bevorzugt.
  • Es ist zu beachten, dass die Konzentration des Lithiumsalzes, das in der in dem Spalt zwischen den Partikeln der aktiven Elektrodenmasse anzuordnenden Elektrolytlösung enthalten sein soll, im Bereich von 0,5 bis 3,0 Mol/l liegt.
    Wenn die Konzentration geringer als 0,5 Mol/l ist, dann wird die Ionenleitfähigkeit vermindert, während bei einer Konzentration von mehr als 3,0 Mol/l die Viskosität erhöht wird und die Ionenleitfähigkeit vermindert wird, und es ist unwahrscheinlich, dass die Wirkungen der Feststoffoxide ausreichend erhalten werden.
  • Es ist zu beachten, dass in der vorliegenden Erfindung die Konzentration des Lithiumsalzes, das in der in dem Spalt zwischen den Partikeln der aktiven Elektrodenmasse anzuordnenden Elektrolytlösung enthalten sein soll, vorzugsweise im Bereich von 1,0 bis 3,0 Mol/l liegt, und höchst bevorzugt im Bereich von 1,2 bis 2,2 Mol/l liegt, um die Ausgangsleistung nach einem Haltbarkeitstest zu verbessern.
  • Wenn die Konzentration eines Lithiumsalzes in der Elektrolytlösung hoch ist, wird normalerweise die Viskosität der Elektrolytlösung erhöht, wodurch die Eindringung der Elektrolytlösung in die Elektrode verringert wird.
    Jedoch wird in der Elektrode für einen Lithium-Ionen-Akkumulator der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die Eindringung der Elektrolytlösung verbessert, da nicht nur die Elektrolytlösung, sondern auch der hoch dielektrische Oxidfeststoff in dem zwischen den Partikeln der aktiven Elektrodenmasse ausgebildeten Spalt vorliegt.
  • Außerdem kommt es normalerweise bei hoher Konzentration eines Lithiumsalzes in der Elektrolytlösung zur Verbindung des Lithiumions mit einem Anion. Somit neigt die Ionenleitfähigkeit dazu, abzunehmen.
    Allerdings wird hinsichtlich der Elektrode für einen Lithium-Ionen-Akkumulator der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung angenommen, dass die Ionenleitfähigkeit verbessert wird, da nicht nur die Elektrolytlösung, sondern auch der hoch dielektrische Oxidfeststoff in dem zwischen den Partikeln der aktiven Elektrodenmasse ausgebildeten Spalt vorliegt.
  • Somit kann in der Elektrode für einen Lithium-Ionen-Akkumulator der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eine Elektrolytlösung mit höherer Konzentration von Lithiumsalzen als der Konzentration der Lithiumsalze in Elektrolytlösungen, die in typischen Lithium-Ionen-Akkumulatoren eingesetzt werden, auf die Elektrolytlösung angewendet werden, die in dem Spalt zwischen den Partikeln der aktiven Elektrodenmasse anzuordnen ist.
    Selbst wenn eine Elektrolytlösung mit höherer Konzentration eingesetzt wird, kann die Produktivität wegen des kurzen Zeitraums, der zur Imprägnierung der Elektrode mit der Elektrolytlösung benötigt wird, verbessert werden und kann eine Batterie mit hoher anfänglicher Kapazität erhalten werden.
  • Somit können bei der Elektrode für einen Lithium-Ionen-Akkumulator der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die Auswirkungen der Erfindung im Falle von Elektrolytlösungen mit einer höheren Konzentration an zugesetzten Lithiumsalzen deutlicher aufgezeigt werden.
  • (Lösungsmittel)
  • Das Lösungsmittel, das in der in dem Spalt zwischen den Partikeln der aktiven Elektrodenmasse anzuordnenden Elektrolytlösung enthalten ist, ist nicht besonders beschränkt, und es kann jedes Lösungsmittel zur Verwendung in einer Elektrolytlösung von Lithium-Ionen-Akkumulatoren als geeignet eingesetzt werden.
    Beispiele des Lösungsmittels umfassen aprotische Lösungsmittel wie z.B. Carbonate, Ester, Ether, Nitrile, Sulfone und Lactone auf.$
    Insbesondere sind Ethylen-Carbonat (EC), Propylen-Carbonat (PC), Diethyl-Carbonat (DEC), Dimethyl-Carbonat (DMC), Ethylmethyl-Carbonat (EMC), 1,2-Dimethoxyethan (DME), 1,2-Diethoxyethan (DEE), Tetrahydrofuran (THF), 2-Methyltetrahydrofuran, Dioxan, 1,3-Dioxolan, Diethylenglykol-Dimethylether, Ethylenglykol-Dimethylether, Acetonitril (AN), Propionitril, Nitromethan, N,N-Dimethylformamid (DMF), Dimethylsulfoxid, Sulfolan, γ-Butyrolacton und dergleichen zu nennen.
  • Im Übrigen wird bei der Elektrode für einen Lithium-Ionen-Akkumulator der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die Verbindung des Lithiumions mit dem Anion aufgrund der dielektrischen Wirkung verhindert, da nicht nur die Elektrolytlösung, sondern auch der hoch dielektrische Oxidfeststoff in dem zwischen den Partikeln der aktiven Elektrodenmasse gebildeten Spalt vorliegt.
    Daher ist es auch möglich, eine Elektrolytlösung mit niedriger Viskosität zu verwenden, indem der Anteil eines zyklischen Carbonats wie z.B. Ethylen-Carbonat (EC) verringert wird und der Anteil eines Ketten-Carbonats, das eine niedrigere Viskosität aufweist, erhöht wird.
  • [Dicke]
  • Die Dicke der Elektrode für einen Lithium-Ionen-Akkumulator der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist nicht besonders beschränkt und beträgt vorzugsweise z.B. 40 µm oder mehr.
    Wenn die Dicke 40 µm oder mehr beträgt und der Volumenfüllfaktor der aktiven Elektrodenmasse 60% oder mehr beträgt, dann ist die resultierende Elektrode für einen Lithium-Ionen-Akkumulator eine Elektrode mit hoher Dichte. Ferner kann die Volumenenergiedichte der hergestellten Batteriezelle 500 Wh/l oder mehr erreichen.
  • <Produktionsverfahren der Elektrode für Lithium-Ionen-Akkumulator>
  • Ein Produktionsverfahren der Elektrode für einen Lithium-Ionen-Akkumulator der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist nicht besonders beschränkt, und es kann jedes herkömmliche Verfahren aus dem Stand der Technik eingesetzt werden. Beispielsweise kann ein Verfahren genannt werden, bei dem eine Elektrodenpaste, die als ein Elektrodenverbundmaterial dient, welches die aktive Elektrodenmasse und den hoch dielektrischen Oxidfeststoff als wesentliche Komponenten enthält, auf einen Elektrodenstromabnehmer aufgebracht, getrocknet und danach gewalzt wird sowie eine nachfolgende Imprägnierung mit der Elektrolytlösung durchgeführt wird.
    Bei diesem Verfahren kann der Volumenfüllfaktor der aktiven Elektrodenmasse (d.h. der Anteil des zwischen den Partikeln der aktiven Elektrodenmasse gebildeten Spalts) durch Verändern eines Anpressdrucks während des Walzens gesteuert werden.
  • Jedes bekannte Verfahren kann als Verfahren zum Aufbringen der Elektrodenpaste auf den Elektrodenstromabnehmer eingesetzt werden.
    Es können beispielsweise eine Walzenbeschichtung wie z.B. Auftragswalze, Schablonenbeschichtung, Rakelbeschichtung, Schleuderbeschichtung, Stabbeschichtung und andere Verfahren eingesetzt werden.
  • <Lithium-Ionen Akkumulator>
  • Ein Lithium-Ionen-Akkumulator einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist die Elektrode für einen Lithium-Ionen-Akkumulator der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sowie eine Elektrolytlösung auf.
    Die Elektrode für einen Lithium-Ionen-Akkumulator der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in dem Lithium-Ionen-Akkumulator der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann eine positive Elektrode oder eine negative Elektrode sein, und jede der positiven Elektrode und der negativen Elektrode kann als Elektrode für einen Lithium-Ionen-Akkumulator der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dienen.
  • 1 zeigt eine Ausführungsform des Lithium-Ionen-Akkumulators der vorliegenden Erfindung.
    Ein in 1 dargestellter Lithium-Ionen-Akkumulator 10 weist eine positive Elektrode 4 mit einer auf einem positiven Elektrodenstromabnehmer 2 ausgebildeten, positiven Elektrodenverbundmaterialschicht 3, eine negative Elektrode 7 mit einer auf einem negativen Elektrodenstromabnehmer 5 ausgebildeten, negativen Elektrodenverbundmaterialschicht 6, einen die positive Elektrode 4 und die negative Elektrode 7 elektrisch isolierenden Separator 8, eine Elektrolytlösung 9 sowie einen Behälter 1 auf, der die positive Elektrode 4, die negative Elektrode 7, den Separator 8 und die Elektrolytlösung 9 aufnimmt.
  • In dem Behälter 1 liegen die positive Elektrodenverbundmaterialschicht 3 und die negative Elektrodenverbundmaterialschicht 6 einander mit dem dazwischen angeordneten Separator 8 gegenüber, und eine Elektrolytlösung 9 wird unter der positiven Elektrodenverbundmaterialschicht 3 und der negativen Elektrodenverbundmaterialschicht 6 gespeichert.
    Weiterhin wird ein Endabschnitt des Separators 8 in die Elektrolytlösung 9 eingetaucht.
    Die positive Elektrode 4 oder die negative Elektrode 7, oder auch beide, stellen die Elektrode für einen Lithium-Ionen-Akkumulator der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar und enthalten die aktive Elektrodenmasse, den hoch dielektrischen Oxidfeststoff und die Elektrolytlösung, und der hoch dielektrische Oxidfeststoff und die Elektrolytlösung sind in einem zwischen Partikeln der aktiven Elektrodenmasse gebildeten Spalt angeordnet.
  • [Positive Elektrode und negative Elektrode]
  • In dem Lithium-Ionen-Akkumulator der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung stellen die positive Elektrode oder die negative Elektrode, oder sowohl die positive Elektrode als auch die negative Elektrode, die Elektrode für einen Lithium-Ionen-Akkumulator der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar.
    Es ist zu beachten, dass, wenn nur die positive Elektrode die Elektrode für einen Lithium-Ionen-Akkumulator der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt, ein Metall, ein Kohlenstoffmaterial oder dergleichen, das als negative aktive Elektrodenmasse eingesetzt werden kann, unmittelbar als die negative Elektrode in Form einer Folie verwendet werden kann.
  • [Elektrolytlösung]
  • Die auf den Lithium-Ionen-Akkumulator der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung angewendete Elektrolytlösung ist nicht besonders beschränkt, und es kann jede beliebige als Elektrolytlösung von Lithium-Ionen-Akkumulatoren bekannte Elektrolytlösung verwendet werden.
    Es ist zu beachten, dass die bei der Ausbildung des Akkumulators verwendete Elektrolytlösung identisch mit oder unterschiedlich von der Elektrolytlösung sein kann, die in der Elektrode für einen Lithium-Ionen-Akkumulator der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung angeordnet ist.
  • <Produktionsverfahren des Lithium-Ionen-Akkumulators>
  • Ein Produktionsverfahren des Lithium-Ionen-Akkumulators der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist nicht besonders beschränkt, und es kann jedes herkömmliche Verfahren aus dem Stand der Technik angewandt werden.
  • BEISPIELE
  • Als nächstes wird die Erfindung im Einzelnen auf der Basis von Beispielen beschrieben, jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht auf diese beschränkt.
  • <Beispiel 1>
  • [Herstellung der positiven Elektrode]
  • Acetylenruß als Leitfähigkeitshilfe und Li1,3Al0,3Ti1,7(PO4)3 (LATP) als Feststoffoxid-Elektrolyt wurden vermischt und mithilfe eines Planetenzentrifugalmischers dispergiert, um ein Gemisch zu erhalten.
    Daraufhin wurde dem erhaltenen Gemisch Polyvinylidenfluorid (PVDF) als Bindemittel und LiNi0,6Co0,2Mn0,2O2 (NCM622, D50 = 12 µm) als positive aktive Elektrodenmasse zugesetzt, gefolgt von einer Dispersionsbehandlung mithilfe eines Planetenmischers, um ein Gemisch für ein positives Elektrodenverbundmaterial zu erhalten.
    Das Verhältnis jeder Komponente in dem Gemisch für ein positives Elektrodenverbundmaterial wurde so eingestellt, dass die positive aktive
    Elektrodenmasse:LATP:Leitungsfähigkeitshilfe:Harzbinder (PVDF) von 92,1:2:4,1:1,8 im Massenverhältnis erzielt wurde, in anderen Worten derart eingestellt, dass die Menge an zugesetztem LATP 2 Masseteile in Bezug auf 100 Masseteile des Gemischs für ein positives Elektrodenverbundmaterial betrug.
    Anschließend wurde das erhaltene Gemisch für ein positives Elektrodenverbundmaterial in N-Methyl-2-Pyrrolidon (NMP) dispergiert, um eine positive Elektrodenverbundmaterialpaste herzustellen.
  • Es wurde eine Aluminiumfolie mit einer Dicke von 12 µm als Stromabnehmer bereitgestellt, und die oben hergestellte positive Elektrodenverbundmaterialpaste wurde auf eine Seite des Stromabnehmers aufgebracht, bei 120°C über 10 Min. getrocknet, sodann mit einer Walzenpresse bei einem linearen Druck von 1 t/cm gepresst und daraufhin im Vakuum bei 120°C getrocknet, um eine positive Elektrode für einen Lithium-Ionen-Akkumulator herzustellen. Im Übrigen wurde die derart hergestellte positive Elektrode in 30 mm × 40 mm große Stücke gestanzt und dann verwendet.
  • Die Dicke der Elektrodenverbundmaterialschicht in der erhaltenen positiven Elektrode für einen Lithium-Ionen-Akkumulator betrug 68 µm.
    Außerdem betrug der Volumenfüllfaktor der aktiven Elektrodenmasse in Bezug auf das Gesamtvolumen des Elektrodenverbundmaterials 65,9%.
    Die Messverfahren werden nachstehend beschrieben.
  • (Messverfahren für die Dicke der Elektrodenverbundmaterialschicht)
  • Die Stromabnehmerfolie und die Elektrodenverbundmaterialschicht werden in die erhaltene positive Elektrode für einen Lithium-Ionen-Akkumulator integriert. Die gesamte Dicke dieser Komponenten wurde mit einem Dickenmessgerät gemessen, und die Dicke der Stromabnehmerfolie wurde von dem Messwert abgezogen, um die Dicke der Elektrodenverbundmaterialschicht zu bestimmen.
  • (Bestimmungsverfahren für den Volumenfüllfaktor von aktiver Elektrodenmasse in Bezug auf das Gesamtvolumen des Elektrodenverbundmaterials)
  • Nach der Herstellung der positiven Elektrode für einen Lithium-Ionen-Akkumulator wurde im Vorfeld das Trockengewicht (Flächengewicht) der Elektrodenverbundmaterialschicht gemessen, und die Gemischdichte der Elektrode wurde auf der Basis der Elektrodendicke nach dem Pressen bestimmt.
    Das von jeder Komponente in dem Elektrodenverbundmaterial eingenommene Volumen wurde auf der Basis des Gewichtsverhältnisses und der wahren spezifischen Dichte (g/cm3) jeder die Elektrode bildenden Komponente bestimmt, und der Volumenfüllfaktor der aktiven Elektrodenmasse wurde mit Bezug auf die Gesamtheit der Komponenten berechnet.
    Die tatsächliche spezifische Dichte der im vorliegenden Beispiel verwendeten aktiven positiven Elektrodemasse betrug im Übrigen 4,73 g/cm3.
  • [Herstellung der negativen Elektrode]
  • Natrium-Carboxymethylcellulose (CMC) als Bindemittel und Acetylenruß als Leitfähigkeitshilfe wurden vermischt und mithilfe eines Planetenmischers dispergiert, um ein Gemisch zu erhalten.
    Künstlicher Graphit (AG, D50 = 12 µm) als negative aktive Elektrodenmasse wurde mit dem vorstehend erhaltenen Gemisch vermischt, und es wurde wieder mithilfe des Planetenmischers eine Dispersionsbehandlung durchgeführt, um ein Gemisch für ein negatives Elektrodenverbundmaterial zu erhalten.
    Anschließend wurde das erhaltene Gemisch für ein negatives Elektrodenverbundmaterial in N-Methyl-2-Pyrrolidon (NMP) dispergiert, Styrol-Butadien-Kautschuk (SBR) wurde als Bindemittel zugesetzt, um dadurch eine negative Elektrodenverbundmaterialpaste derart herzustellen, dass die negative aktive Elektrodenmasse:Leitfähigkeitshilfe:Styrol-Butadien-Kautschuk (SBR):Bindemittel (CMC) von 96,5:1:1,5:1 im Massenverhältnis erzielt wurde.
  • Eine Kupferfolie mit einer Dicke von 12 µm wurde als ein Stromabnehmer bereitgestellt, und die oben hergestellte negative Elektrodenverbundmaterialpaste wurde auf eine Seite des Stromabnehmers aufgebracht, bei 100°C über 10 Min. getrocknet, daraufhin mit einer Walzenpresse mit einem linearen Druck von 1 t/cm gepresst und anschließend im Vakuum bei 120°C getrocknet, um eine negative Elektrode für einen Lithium-Ionen-Akkumulator herzustellen. Im Übrigen wurde die so hergestellte negative Elektrode in 34 mm × 44 mm große Stücke gestanzt und dann verwendet.
  • Für die erhaltene negative Elektrode für einen Lithium-Ionen-Akkumulator wurde die Dicke der Elektrodenverbundmaterialschicht nach demselben Verfahren wie dem vorstehend beschriebenen Verfahren für die positive Elektrode bestimmt.
    Das Ergebnis betrug 77 µm.
  • [Herstellung des Lithium-Ionen-Akkumulators]
  • Ein Vlies aus einem dreischichtigen Polypropylen-/Polyethylen-/Polypropylen-Laminat wurde als Separator (Dicke 20 µm) bereitgestellt.
    Die vorstehend hergestellte positive Elektrode, der Separator und die vorstehend hergestellte negative Elektrode wurden laminiert und in eine Tasche eingeführt, die durch Heißsiegelung und Verarbeitung eines Aluminiumlaminats für einen Akkumulator (von Dai Nippon Printing Co., Ltd.) in eine Taschenform hergestellt wurde.
    Eine durch Auflösen von LiPF6 in einem gemischten Lösungsmittel aus Ethylen-Carbonat, Diethyl-Carbonat, Ethylmethyl-Carbonat hergestellte Lösung in einem Volumenverhältnis von 30:30:40 zum Erhalt von 1,0 Mol/l wurde als eine Elektrolytlösung verwendet, um einen Lithium-Ionen-Akkumulator herzustellen.
  • Für die Elektrode des erhaltenen Lithium-Ionen-Akkumulators wurde die Belegung der Querschnittsfläche des hoch dielektrischen Oxidfeststoffs mit Bezug auf die Querschnittsfläche des gesamten Spalts nach dem folgenden Verfahren bestimmt. Das Ergebnis betrug 11,6%.
  • (Bestimmungsverfahren für die Belegung der Querschnittsfläche des hoch dielektrischen Oxidfeststoffs mit Bezug auf die Querschnittsfläche des gesamten Spalts)
    1. (1) Die Gemischschicht der positiven Elektrode oder der negativen Elektrode wurde einer Bearbeitung unter Einsatz einer Ionenfräsvorrichtung unterzogen, um den Querschnitt der Elektrode freizulegen, wodurch eine Querschnittsprobe der Elektrodenverbundmaterialschicht hergestellt wurde.
    2. (2) Es wurde eine Bilderzeugung mithilfe einer Feldemissions-Abtastelektronenmikroskopie (FE-SEM) unter den Bedingungen einer Beschleunigungsspannung von 3 kV, einer Vergrößerung von Bildern von 5.000x auf 10.000x sowie einer Bildgröße von 1280 x 960 durchgeführt. Der Zustand der Elementverteilung der Querschnittsprobe wurde durch ein reflektiertes Elektronenbild und EDX ermittelt.
    3. (3) Es wurde eine Binärumsetzungsbehandlung des reflektierten Elektronenbildes der Querschnittsprobe durchgeführt und eine Graphik der Helligkeitsverteilungskurve wurde erzeugt. Die erhaltene Kurve wurde differenziert, um den Wendepunkt zu finden, und die Fläche wurde in eine Fläche von aktiven Elektrodenmassenpartikeln, eine Fläche von hoch dielektrischen Oxidfeststoffpartikeln und eine sonstige Fläche unterteilt.
    4. (4) Die Querschnittsflächenbelegung der Fläche von aktiven Elektrodenmassenpartikeln, die Querschnittsflächenbelegung der Fläche von hoch dielektrischen Oxidfeststoffpartikeln und die Querschnittsflächenbelegung der sonstigen Fläche (verbleibender Raum) wurden gemäß den vorstehend festgelegten Unterteilungsbedingungen abgeleitet.
    5. (5) Die Vorgänge (1) bis (4) wurden für insgesamt acht Punkte durchgeführt, drei in der senkrechten Richtung und fünf in der Links-rechts-Richtung der Querschnittsprobe, und der Durchschnittswert der Querschnittsflächenbelegung der Fläche von hoch dielektrischen Oxidfeststoffpartikeln für die Punkte wurde als die Belegung der Querschnittsfläche des hoch dielektrischen Oxidfeststoffs in Bezug auf die Querschnittsfläche des gesamten Spalts bezeichnet.
    Bei der Berechnung der Querschnittsflächenbelegung wurden die Querschnittsflächenbelegung A der Fläche von aktiven Elektrodenmassenpartikeln, die Querschnittsflächenbelegung B der Fläche von hoch dielektrischen Oxidfeststoffpartikeln und die Querschnittsflächenbelegung C der sonstigen Fläche, nämlich des verbleibenden Raums, bestimmt.
    Die Belegung der Querschnittsfläche des hoch dielektrischen Oxidfeststoffs bezüglich der Querschnittsfläche des gesamten Spalts wurde als der Prozentsatz (%) der Querschnittsflächenbelegung B des hoch dielektrischen Feststoffoxids bezüglich der Summe der Querschnittsflächenbelegung B der Fläche von hoch dielektrischen Oxidfeststoffpartikeln und der Querschnittsflächenbelegung C des verbleibenden Raumes bestimmt, d.h. (B/ (B + C) x 100).
  • <Beispiele 2 bis 4>
  • Ein Lithium-Ionen-Akkumulator wurde in derselben Weise wie in Beispiel 1 hergestellt, mit der Ausnahme, dass die Lithiumsalz-Konzentration der Elektrolytlösung, die in dem zwischen den Partikeln der positiven Elektrodenmasse gebildeten Spalt in der positiven Elektrode angeordnet war, wie in Tabelle 1 gezeigt verändert wurde.
  • <Vergleichsbeispiele 1 bis 4>
  • Ein Lithium-Ionen-Akkumulator wurde in derselben Weise wie in Beispiel 1 hergestellt, mit der Ausnahme, dass LATP, ein Feststoffoxid-Elektrolyt, nicht der positiven Elektrode zugesetzt wurde, und zusätzlich die Lithiumsalz-Konzentration der Elektrolytlösung, die in dem zwischen den Partikeln der positiven Elektrodenmasse gebildeten Spalt angeordnet war, wie in Tabelle 1 gezeigt verändert wurde.
  • <Beispiel 5>
  • [Herstellung der positiven Elektrode]
  • Eine positive Elektrode für einen Lithium-Ionen-Akkumulator wurde in derselben Weise wie in Beispiel 1 hergestellt, mit der Ausnahme, dass LATP, ein Feststoffoxid-Elektrolyt, nicht der positiven Elektrode zugesetzt wurde.
  • [Herstellung der negativen Elektrode]
  • Künstlicher Graphit (AG, D50 = 12 µm) als negative aktive Elektrodenmasse, Li7La3Zr2O12 (LLZO, D50 = 0,5 µm) als ferroelektrisches Element als ein Lithiumionen leitender Feststoff-Elektrolyt, und Acetylenruß als Leitfähigkeitshilfe wurden vermischt und mithilfe eines Planetenzentrifugalmischers dispergiert, um ein Gemisch zu erhalten.
  • Anschließend wurde das erhaltene Gemisch in destilliertem Wasser dispergiert, sodann wurden Carboxymethylcellulose (CMC) und Styrol-Butadien-Kautschuk (SBR) als Bindemittel zugesetzt, und eine Dispersionsbehandlung wurde mithilfe eines Planetenmischers durchgeführt, um eine negative Elektrodenverbundmaterialpaste zu erhalten.
    Im Übrigen wurde das Verhältnis jeder Komponente in dem negativen Elektrodenverbundmaterial so eingestellt, dass die negative aktive
    Elektrodenmasse:LLZO:Leitfähigkeitshilfe:SBR:CMC von 94,5:2:1:1,5:1 im Massenverhältnis erzielt wurde, in anderen Worten derart eingestellt, dass die Menge von zugesetztem LLZO 2 Masseteile bezüglich 100 Masseteile des Gemischs für ein negatives Elektrodenverbundmaterial betrug.
  • Eine negative Elektrode für einen Lithium-Ionen-Akkumulator wurde in derselben Weise wie in Beispiel 1 unter Einsatz der erhaltenen negativen Elektrodenverbundmaterialpaste hergestellt und in 34 mm x 44 mm große Stücke gestanzt.
  • Die Dicke der erhaltenen negativen Elektrode für einen Lithium-Ionen-Akkumulator betrug 77 µm.
    Außerdem betrug der Volumenfüllfaktor der aktiven Elektrodenmasse bezüglich des Gesamtvolumens des Elektrodenverbundmaterials 64,2%.
  • [Herstellung eines Lithium-Ionen-Akkumulators]
  • Ein Lithium-Ionen-Akkumulator wurde in derselben Weise wie in Beispiel 1 hergestellt, mit Ausnahme der Verwendung einer durch Auflösen von LiPF6 hergestellten Elektrolytlösung, um 2,0 Mol/l zu erzielen.
  • <Auswertungen>
  • Die folgenden Auswertungen wurden an den in Beispielen und Vergleichsbeispielen erhaltenen Lithium-Ionen-Akkumulatoren vorgenommen.
  • [Anfängliche Entladungskapazität]
  • Der vorstehend hergestellte Lithium-Ionen-Akkumulator wurde bei einer Messtemperatur (25°C) über 1 h stehengelassen, wurde dann einer konstanten Stromladung bei 0,33 C auf 4,2 V und anschließend über 1 h einer konstanten Spannungsladung bei einer Spannung von 4,2 V unterzogen und wurde daraufhin 30 Min. lang stehengelassen. Sodann wurde eine Entladung bei einer Entladungsrate von 0,2 C auf 2,5 V zugelassen und es wurde eine anfängliche Entladungskapazität gemessen.
    Die Ergebnisse sind in den Tabellen 1 und 2 dargestellt.
  • [Anfänglicher Zellwiderstand]
  • Der Lithium-Ionen-Akkumulator wurde nach der Messung der anfänglichen Entladungskapazität auf den Ladezustand (SOC) von 50% eingestellt.
    Als nächstes wurde der Lithium-Ionen-Akkumulator einer Impulsentladung bei einer C-Rate von 0,2 C über 10 Sek. unterzogen, und es wurde die Spannung zum Zeitpunkt des Abschlusses der 10 Sekunden-Entladung gemessen.
    Sodann wurde die Spannung zum Zeitpunkt des Abschlusses der 10 Sekunden-Entladung mit Bezug auf den Strom bei 0,2 C abgebildet, wobei die horizontale Achse der Stromwert ist und die vertikale Achse die Spannung ist.
    Danach wurde der Lithium-Ionen-Akkumulator, nachdem er über 5 Min. stehengelassen wurde, einer Hilfsladung unterzogen, um den SOC auf 50% zurückzusetzen, und wurde weiterhin über 5 Min. stehengelassen.
  • Als nächstes wurde der vorstehend beschriebene Vorgang bei C-Raten von 0,5 C, 1 C, 2 C, 5 C und 10 C durchgeführt, und die Spannung zum Zeitpunkt des Abschlusses der 10 Sekunden-Entladung wurde bezüglich des Stroms für jede C-Rate abgebildet.
    Sodann wurde die Steigung der aus jeder Abbildung gewonnenen Approximationsgeraden als der in dem vorliegenden Beispiel erhaltene innere Widerstand des Lithium-Ionen-Akkumulators bezeichnet.
    Die Ergebnisse sind in den Tabellen 1 und 2 dargestellt.
  • [Entladungskapazität nach Haltbarkeitstest]
  • Als ein Haltbarkeitstest eines Ladungs-Entladungszyklus wurde ein Zyklus als ein Vorgang von konstanter Stromladung bei 1 C auf 4,2 V und anschließend konstanter Stromentladung mit einer Entladungsrate von 2 C auf 2,5 V in einem thermostatgeregelten Bad bei 45°C definiert, und dieser Vorgang wurde 500-mal wiederholt.
  • Nach Abschluss der 500 Zyklen wurde das thermostatgeregelte Bad auf 25°C eingestellt, und der Lithium-Ionen-Akkumulator wurde 24 h lang so stehengelassen, wie er nach der 2,5 V Entladung war, und anschließend wurde die Entladungskapazität nach dem Haltbarkeitstest in derselben Weise gemessen wie die Messung der anfänglichen Entladungskapazität. Die Ergebnisse sind in den Tabellen 1 und 2 dargestellt.
  • [Zellwiderstand nach Haltbarkeitstest]
  • Der Lithium-Ionen-Akkumulator wurde nach der Messung der Entladungskapazität nach dem Haltbarkeitstest durch Laden so eingestellt, dass er einen Ladezustand (SOC) von 50% in derselben Weise wie bei der Messung des anfänglichen Zellwiderstands aufwies, und der Zellwiderstand nach dem Haltbarkeitstest wurde gemäß demselben Verfahren wie die Messung des anfänglichen Zellwiderstandes gemessen.
    Die Ergebnisse sind in den Tabellen 1 und 2 dargestellt.
  • [Steigerungsrate des Zellwiderstandes]
  • Es wurde der Zellwiderstand nach dem Haltbarkeitstest in Bezug auf den anfänglichen Zellwiderstand bestimmt, und dies wurde als Steigerungsrate des Zellwiderstandes bezeichnet. Die Ergebnisse sind in den Tabellen 1 und 2 dargestellt.
  • Das Verhältnis zwischen der Lithiumsalz-Konzentration und dem Widerstandswert für die in den Beispielen 1 bis 4 erhaltenen Lithium-Ionen-Akkumulatoren ist in 2 dargestellt. Außerdem ist das Verhältnis zwischen der Lithiumsalz-Konzentration und dem Widerstandswert für die in den Vergleichsbeispielen 1 bis 4 erhaltenen Lithium-Ionen-Akkumulatoren in 3 dargestellt.
  • [Kapazitätsaufrechterhaltungsrate]
  • Es wurde die Entladungskapazität nach dem Haltbarkeitstest in Bezug auf die anfängliche Entladungskapazität bestimmt, und dies wurde als eine Kapazitätsaufrechterhaltungsrate bezeichnet.
    Die Ergebnisse sind in den Tabellen 1 und 2 dargestellt.
  • Zudem sind die in den Beispielen 1 bis 4 und Vergleichsbeispielen 1 bis 4 erhaltenen Kapazitätsaufrechterhaltungsraten der Lithium-Ionen-Akkumulatoren in 4 dargestellt.
  • [Tabelle 1]
    Beispiel 1 Beispiel 2 Beispiel 3 Beispiel 4 Beispiel 5 (negative Elektrode)
    Feststoffoxid-Elektrolyt (Masse-%) 2,0 2,0 2,0 2,0 2,0
    Lithiumsalz-Konzentration (Mol/1) 1,0 1,5 2,0 3,0 2,0
    Querschnittsflächenbelegung von hoch dielektrischem Oxidfeststoff im Spalt (%) 11,6 11,6 11,6 11,6 5,1
    Volumenfüllfaktor von positiver aktiver Elektrodenmasse (%) 65,9 65,9 65,9 65,9 67,2
    Volumenfüllfaktor von negativer aktiver Elektrodenmasse (%) 65,5 65,5 65,5 65,5 64,2
    Dicke der positiven Elektrode (µm) 68 68 68 68 68
    Dicke der negativen Elektrode (µm) 77 77 77 77 77
    Anfänglicher Zellwiderstand (Ω) 0,75 0,80 0,93 1,41 0,93
    Zellwiderstand nach Haltbarkeitstest (Ω) 1,23 1,18 1,12 1,44 1,12
    Steigerungsrate des Zellwiderstandes (%) 164,1 147,1 120,8 102,1 119,6
    Anfängliche Entladungskapazität (mAh) 42,0 42,0 41,8 41,7 43,1
    Entladungskapazität nach Haltbarkeitstest (mAh) 34,2 34,2 34,4 33,7 34,8
    Kapazitätsaufrechterhaltungsrate (%) 81,4 81,4 82,4 80,9 80,8
    [Tabelle 2]
    Vergleichsbeispiel 1 Vergleichsbeispiel 2 Vergleichsbeispiel 3 Vergleichsbeispiel 4
    Feststoffoxid-Elektrolyt (Masse-%) - - - -
    Lithiumsalz-Konzentration (Mol/l) 1,0 1,5 2,0 3,0
    Querschnittsflächenbelegung von hoch dielektrischem Oxidfeststoff im Spalt (%) 0,0 0,0 0,0 0,0
    Volumenfüllfaktor von positiver aktiver Elektrodenmasse (%) 67,2 67,2 67,2 67,2
    Volumenfüllfaktor von negativer aktiver Elektrodenmasse (%) 65,5 65,5 65,5 65,5
    Dicke der positiven Elektrode (µm) 68 68 68 68
    Dicke der negativen Elektrode (µm) 77 77 77 77
    Anfänglicher Zellwiderstand (Ω) 0,90 0,99 1,15 1,79
    Zellwiderstand nach Haltbarkeitstest (Ω) 1,54 1,54 1,52 1,88
    Steigerungsrate des Zellwiderstandes (%) 170,1 156,6 132,4 105,0
    Anfängliche Entladungskapazität (mAh) 43,3 43,3 43,1 43,0
    Entladungskapazität nach Haltbarkeitstest (mAh) 34,2 34,2 34,4 33,7
    Kapazitätsaufrechterhaltungsrate (%) 79,0 79,0 80,0 78,5
  • Bezugszeichenliste
  • Lithium-Ionen-Akkumulator
    • 1
    Behälter
    2
    positiver Elektrodenstromabnehmer
    3
    positive Elektrodenverbundmaterialschicht
    4
    positive Elektrode
    5
    negativer Elektrodenstromabnehmer
    6
    negative Elektrodenverbundmaterialschicht
    7
    negative Elektrode
    8
    Separator
    9
    Elektrolytlösung
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • JP 2013069580 [0012]
    • JP 201418331 [0012]

Claims (9)

  1. Elektrode für einen Lithium-Ionen-Akkumulator mit einer aktiven Elektrodenmasse, einem hoch dielektrischen Oxidfeststoff sowie einer Elektrolytlösung, wobei der hoch dielektrische Oxidfeststoff und die Elektrolytlösung in einem zwischen Partikeln der aktiven Elektrodenmasse gebildeten Spalt angeordnet sind, und wobei eine Konzentration eines Lithiumsalzes in der Elektrolytlösung 0,5 bis 3,0 Mol/l beträgt.
  2. Elektrode für einen Lithium-Ionen-Akkumulator nach Anspruch 1, wobei in einer Querschnittsbeobachtung der Elektrode für einen Lithium-Ionen-Akkumulator ein Anteil einer Querschnittsfläche des hoch dielektrischen Oxidfeststoffs mit Bezug auf eine Querschnittsfläche eines gesamten Spalts 1 bis 22% beträgt.
  3. Elektrode für einen Lithium-Ionen-Akkumulator nach Anspruch 1 oder 2, wobei der hoch dielektrische Oxidfeststoff ein Feststoffoxid-Elektrolyt ist.
  4. Elektrode für einen Lithium-Ionen-Akkumulator nach Anspruch 3, wobei der Feststoffoxid-Elektrolyt mindestens einer ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Li7La3Zr2O12 (LLZO), Li6,75La3Zr1,75Ta0,25O12 (LLZTO), Li0,33La0,56TiO3 (LLTO), Li1,3Al0,3Ti1,7(PO4)3 (LATP) und Li1,6Al0,6Ge1,4(PO4)3 (LAGP) ist.
  5. Elektrode für einen Lithium-Ionen-Akkumulator nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei ein Volumenfüllfaktor der aktiven Elektrodenmasse 60% oder mehr bezüglich eines Gesamtvolumens eines die Elektrode bildenden Elektrodenverbundmaterials beträgt.
  6. Elektrode für einen Lithium-Ionen-Akkumulator nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei eine Dicke der Elektrode für einen Lithium-Ionen-Akkumulator 40 µm oder mehr beträgt.
  7. Elektrode für einen Lithium-Ionen-Akkumulator nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Elektrode für einen Lithium-Ionen-Akkumulator eine positive Elektrode ist.
  8. Elektrode für einen Lithium-Ionen-Akkumulator nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Elektrode für einen Lithium-Ionen-Akkumulator eine negative Elektrode ist.
  9. Lithium-Ionen-Akkumulator mit der Elektrode für einen Lithium-Ionen-Akkumulator nach einem der Ansprüche 1 bis 8 sowie mit einer Elektrolytlösung.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102022112495B3 (de) 2022-03-09 2023-06-29 GM Global Technology Operations LLC Batteriesystem mit einem Festkörperelektrolyt und Vorrichtung mit einem solchen Batteriesystem

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013069580A (ja) 2011-09-22 2013-04-18 Toyota Motor Corp リチウムイオン二次電池およびその製造方法
JP2014018331A (ja) 2012-07-15 2014-02-03 Sae Matsuba 鉦叩き

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003092142A (ja) 2001-09-18 2003-03-28 Sony Corp 非水電解質電池及びその製造方法
JP2005078985A (ja) 2003-09-02 2005-03-24 Toshiba Battery Co Ltd 非水系二次電池用電極及びこれを用いたリチウム二次電池。
JP2008243736A (ja) * 2007-03-28 2008-10-09 Arisawa Mfg Co Ltd リチウムイオン二次電池およびその製造方法
JP5381640B2 (ja) * 2009-11-24 2014-01-08 株式会社豊田中央研究所 リチウム二次電池
CN105051945B (zh) 2012-12-14 2017-04-12 尤米科尔公司 用于可再充电电池中的双峰的基于锂过渡金属的氧化物粉末
JP2015060767A (ja) * 2013-09-20 2015-03-30 日立マクセル株式会社 リチウム二次電池用正極材料およびリチウム二次電池
JP6299251B2 (ja) * 2014-02-10 2018-03-28 セイコーエプソン株式会社 電極複合体の製造方法、電極複合体および電池
JP2017004783A (ja) * 2015-06-11 2017-01-05 セイコーエプソン株式会社 電極複合体の製造方法、電極複合体およびリチウム電池
US10050303B2 (en) * 2016-03-10 2018-08-14 Ford Global Technologies, Llc Batteries including solid and liquid electrolyte
JPWO2018025469A1 (ja) * 2016-08-05 2019-05-30 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 リチウムイオン二次電池及びその製造方法
JP6696692B2 (ja) * 2016-09-20 2020-05-20 株式会社東芝 電極、非水電解質電池、電池パック及び車両
JP6774378B2 (ja) * 2017-05-23 2020-10-21 本田技研工業株式会社 リチウムイオン二次電池
JP2018206561A (ja) * 2017-06-01 2018-12-27 日立化成株式会社 二次電池

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013069580A (ja) 2011-09-22 2013-04-18 Toyota Motor Corp リチウムイオン二次電池およびその製造方法
JP2014018331A (ja) 2012-07-15 2014-02-03 Sae Matsuba 鉦叩き

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102022112495B3 (de) 2022-03-09 2023-06-29 GM Global Technology Operations LLC Batteriesystem mit einem Festkörperelektrolyt und Vorrichtung mit einem solchen Batteriesystem

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