DE112021006359T5

DE112021006359T5 - Verpacktes negatives elektrodenmaterial, verfahren zum transportieren von negativem elektrodenmaterial, behälter zum aufbewahren von negativem elektrodenmaterial, verfahren zum aufbewahren von negativem elektrodenmaterial und verfahren zur herstellung einer negativen elektrode

Info

Publication number: DE112021006359T5
Application number: DE112021006359.6T
Authority: DE
Inventors: Kento Hoshi; Motohiro ISAKA
Original assignee: Resonac Corp
Current assignee: Resonac Corp
Priority date: 2020-12-09
Filing date: 2021-12-09
Publication date: 2023-10-05
Also published as: TW202232808A; JPWO2022124382A1; WO2022123701A1; WO2022124382A1

Abstract

Ein verpacktes negatives Elektrodenmaterial, umfassend einen Behälter und ein in dem Behälter enthaltenes negatives Elektrodenmaterial, wobei der Behälter eine Wasserdampfdurchlässigkeitsrate von 150 g/(m2· d)(40 C°/90 %RH) oder weniger aufweist und das negative Elektrodenmaterial ein Mikroporenvolumen von 0,40 × 10-3m3/kg oder weniger aufwei st.

Description

[Technisches Gebiet]
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein verpacktes negatives Elektrodenmaterial, ein Verfahren zum Transportieren eines negativen Elektrodenmaterials, einen Behälter zum Aufbewahren eines negativen Elektrodenmaterials, ein Verfahren zum Aufbewahren eines negativen Elektrodenmaterials und ein Verfahren zur Herstellung einer negativen Elektrode.
[Stand der Technik]
Lithium-Ionen-Sekundärbatterien, die sich durch ein geringes Gewicht und eine hohe Energiedichte auszeichnen, werden häufig als Leistungsquelle für tragbare Vorrichtungen wie Laptops und Mobiltelefone verwendet. Ferner werden Lithium-Ionen-Sekundärbatterien als Leistungsquelle für Autos und groß angelegte Speichersysteme für natürliche Energie wie Solar- oder Windstrom eingesetzt.
Als aktives Material für die negative Elektrode (im Folgenden auch als negatives Elektrodenmaterial bezeichnet) einer Lithium-Ionen-Sekundärbatterie sind Kohlenstoffmaterialien weit verbreitet (siehe z. B. Patentdokument 1).
[Dokument nach dem Stand der Technik]
[Patentdokument]
[Patentdokument 1] Internationale Veröffentlichung Nr. 2018/128179
[Zusammenfassung der Erfindung]
[Aufgabe]
Die weltweite Nachfrage nach Lithium-Ionen-Sekundärbatterien ist in den letzten Jahren stark gestiegen, und das Transportnetz für negative Elektrodenmaterialien hat sich weiter diversifiziert. Daher gibt es Fälle, in denen ein negatives Elektrodenmaterial von der nördlichen Hemisphäre über den Äquator in die südliche Hemisphäre transportiert wird. Die Beeinträchtigung der Qualität des negativen Elektrodenmaterials durch die rauen Bedingungen bei hohen Temperaturen und hoher Luftfeuchtigkeit während des Transports ist ein Thema, das zunehmend Anlass zur Sorge gibt.
In Anbetracht dessen zielt eine Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung darauf ab, ein verpacktes negatives Elektrodenmaterial mit einem unterdrückten Grad der Verschlechterung des negativen Elektrodenmaterials während der Aufbewahrung in einer Umgebung mit hoher Temperatur und hoher Luftfeuchtigkeit bereitzustellen, sowie ein Verfahren zum Transport des negativen Elektrodenmaterials unter Verwendung desselben.
Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zielt darauf ab, einen Behälter zum Aufbewahren eines negativen Elektrodenmaterials, ein Verfahren zum Aufbewahren eines negativen Elektrodenmaterials und ein Verfahren zur Herstellung einer negativen Elektrode bereitzustellen, bei dem der Grad der Verschlechterung des negativen Elektrodenmaterials während der Aufbewahrung in einer Umgebung mit hoher Temperatur und hoher Luftfeuchtigkeit unterdrückt ist.
[Mittel zur Lösung des Problems]
Die Mittel zur Lösung des Problems schließen die folgenden Ausführungsformen ein.

<1> Verpacktes negatives Elektrodenmaterial, das einen Behälter und ein in dem Behälter enthaltenes negatives Elektrodenmaterial umfasst,
- der Behälter weist eine Wasserdampfdurchlässigkeitsrate von 150 g/(m² · d)(40 C°/90 %RH) oder weniger auf, und
- das negative Elektrodenmaterial weist ein Mikroporenvolumen von 0,40×10^-3 m³/kg oder weniger auf.
- <2> Verpacktes negatives Elektrodenmaterial nach <1>, wobei der Behälter ein Volumen von 6.000 cm³ bis 40.000 cm³ aufweist.
- <3> Verpacktes negatives Elektrodenmaterial nach <1> oder <2>, wobei ein Füllungsgrad des negativen Elektrodenmaterials in dem Behälter von 20 % bis 90 % beträgt.
- <4> Verpacktes negatives Elektrodenmaterial nach <1> bis <3>, wobei das negative Elektrodenmaterial ein negatives Elektrodenmaterial für eine Lithium-Ionen Sekundärbatterie ist.
- <5> Verpacktes negatives Elektrodenmaterial nach <1> bis <4>, wobei der Behälter Polyethylen umfasst.
- <6> Verpacktes negatives Elektrodenmaterial nach <1> bis <5>, wobei der Behälter verformbar ist.
- <7> Verfahren zum Transportieren eines negativen Elektrodenmaterials, wobei das Verfahren das Transportieren des verpackten negativen Elektrodenmaterials nach <1> bis <6> umfasst.
- <8> Verfahren zum Transportieren eines negativen Elektrodenmaterials nach <7>, wobei eine Art des Transports Seetransport ist.
- <9> Behälter zum Aufbewahren eines negativen Elektrodenmaterials,
  - der Behälter weist eine Wasserdampfdurchlässigkeitsrate von 150 g/(m² · d)(40 C°/90 %RH) oder weniger auf, und
  - das negative Elektrodenmaterial weist ein Mikroporenvolumen von 0,40×10^-3 m³/kg oder weniger auf.
<10> Verfahren zum Aufbewahren eines negativen Elektrodenmaterials, wobei das Verfahren das Aufbewahren eines negativen Elektrodenmaterials in einem Behälter umfasst,
- der Behälter weist eine Wasserdampfdurchlässigkeitsrate von 150 g/(m² · d)(40 C°/90 %RH) oder weniger auf, und
- das negative Elektrodenmaterial weist ein Mikroporenvolumen von 0,40×10^-3 m³/kg oder weniger auf.
<11> Verfahren zur Herstellung einer negativen Elektrode, das Verfahren umfassend:
- Extrahieren des negativen Elektrodenmaterials aus dem Behälter des verpackten negativen Elektrodenmaterials nach <1> bis <6>; und
- Herstellen einer negativen Elektrode unter Verwendung des aus dem Behälter extrahierten negativen Elektrodenmaterials.
<12> Verfahren zur Herstellung einer negativen Elektrode nach <11>, wobei das Extrahieren des negativen Elektrodenmaterials aus dem Behälter und die Herstellung einer negativen Elektrode unter Verwendung des aus dem Behälter extrahierten negativen Elektrodenmaterials nacheinander durchgeführt werden.

[Wirkung der Erfindung]
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ist es möglich, ein verpacktes negatives Elektrodenmaterial mit einem unterdrückten Grad der Verschlechterung des negativen Elektrodenmaterials während der Aufbewahrung in einer Umgebung mit hoher Temperatur und hoher Luftfeuchtigkeit bereitzustellen, sowie ein Verfahren zum Transport des negativen Elektrodenmaterials unter Verwendung desselben.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ist es möglich, einen Behälter zum Aufbewahren eines negativen Elektrodenmaterials, ein Verfahren zum Aufbewahren eines negativen Elektrodenmaterials und ein Verfahren zur Herstellung einer negativen Elektrode bereitzustellen, bei denen der Grad der Verschlechterung des negativen Elektrodenmaterials während der Aufbewahrung in einer Umgebung mit hoher Temperatur und hoher Luftfeuchtigkeit unterdrückt wird.
[Kurzbeschreibung der Zeichnung]

1 ist eine Schnittansicht einer Lithium-Ionen-Sekundärbatterie nach der vorliegenden Offenbarung.

[Ausführungsform für die Ausführung der Erfindung]
Ausführungsformen zur Durchführung der vorliegenden Erfindung werden nun detailliert beschrieben. Die Erfindung ist jedoch in keiner Weise auf die folgenden Ausführungsformen beschränkt.
In den folgenden Ausführungsformen sind die Bestandteile (einschließlich der Elementschritte und dergleichen) der Ausführungsformen nicht wesentlich, sofern nicht anders angegeben. Ebenso sind Zahlenwerte und deren Bereiche nicht dazu gedacht, die Erfindung einzuschränken.
In der vorliegenden Offenbarung stellt jeder Zahlenbereich, der mit dem Ausdruck „von * bis“ beschrieben wird, einen Bereich dar, in dem die vor und nach dem „bis“ beschriebenen Zahlenwerte als Minimalwert bzw. Maximalwert in den Bereich eingeschlossen sind.
In einem in Stufen beschriebenen Zahlenbereich kann in der vorliegenden Offenbarung ein oberer Grenzwert oder ein unterer Grenzwert, der in einem Zahlenbereich beschrieben ist, durch einen oberen Grenzwert oder einen unteren Grenzwert in einem anderen in Stufen beschriebenen Zahlenbereich ersetzt werden. Ferner kann in einem in der vorliegenden Offenbarung beschriebenen Zahlenbereich der obere Grenzwert oder der untere Grenzwert im Zahlenbereich durch einen in den Beispielen gezeigten Wert ersetzt werden.
In der vorliegenden Offenbarung kann jede Komponente mehrere Arten von Substanzen einschließen, die der Komponente entsprechen. In einem Fall, in dem mehrere Arten von Stoffen, die jeder Komponente entsprechen, in einer Zusammensetzung vorhanden sind, bezieht sich das Gehaltsverhältnis oder der Gehalt jeder Komponente auf das gesamte Gehaltsverhältnis oder den gesamten Gehalt der mehreren Arten von Stoffen, die in der Zusammensetzung vorhanden sind, sofern nicht anders angegeben.
In der vorliegenden Offenbarung können die Partikel, die jeder Komponente entsprechen, mehrere Arten von Partikeln einschließen. In einem Fall, in dem mehrere Arten von Partikeln, die jeder Komponente entsprechen, in einer Zusammensetzung vorhanden sind, bezieht sich die Partikelgröße jeder Komponente auf den Wert der Partikelgröße einer Mischung aus den mehreren Arten von Partikeln, die in der Zusammensetzung vorhanden sind, sofern nicht anders angegeben.
In der vorliegenden Offenbarung schließt der Begriff „Schicht“ bei der Beobachtung einer Region, in der eine Schicht vorhanden ist, neben dem Fall, dass eine Schicht in einem Abschnitt der Region gebildet wird, auch den Fall ein, dass eine Schicht in einer gesamten Region gebildet wird.
In der vorliegenden Offenbarung bezieht sich die durchschnittliche Dicke einer Schicht auf einen Durchschnittswert der an 10 willkürlich ausgewählten Stellen in der Schicht gemessenen Dicken.
In der vorliegenden Offenbarung bezieht sich der Begriff „Feststoffgehalt“ einer positiven Elektrodenzusammensetzung oder einer negativen Elektrodenzusammensetzung auf einen Rest einer Aufschlämmung der positiven Elektrodenzusammensetzung oder der negativen Elektrodenzusammensetzung, aus der eine flüchtige Komponente wie ein organisches Lösungsmittel entfernt wurde.
<Verpacktes negatives Elektrodenmaterial >
Das verpackte negative Elektrodenmaterial nach der vorliegenden Offenbarung ist ein verpacktes negatives Elektrodenmaterial, das einen Behälter und ein in dem Behälter enthaltenes negatives Elektrodenmaterial umfasst,

der Behälter weist eine Wasserdampfdurchlässigkeitsrate von 150 g/(m² · d)(40 C°/90 %RH) oder weniger auf, und
das negative Elektrodenmaterial weist ein Mikroporenvolumen von 0,40×10^-3 m³/kg oder weniger auf.

Nach den Forschungen des Erfinders wurde festgestellt, dass die Qualitätsverschlechterung eines negativen Elektrodenmaterials während der Aufbewahrung unter Bedingungen hoher Temperatur und hoher Luftfeuchtigkeit wirksam unterdrückt wird, wenn das negative Elektrodenmaterial ein Mikroporenvolumen von 0,40×10^-3 m³/kg oder weniger aufweist und in einem Behälter mit einer Wasserdampfdurchlässigkeitsrate von 150 g/(m² · d)(40 C°/90 %RH) oder weniger enthalten ist.
Der Grund dafür bleibt zwar etwas unklar, aber man nimmt an, dass die Auswirkungen auf die Eigenschaften eines negativen Elektrodenmaterials durch den Kontakt mit Wasserdampf unter den Bedingungen hoher Temperaturen und hoher Luftfeuchtigkeit gering sind, wenn das negative Elektrodenmaterial ein Kohlenstoffmaterial ist, das ein Mikroporenvolumen von 0,40 × 10^-3 m³/kg oder weniger hat; und dass der Abbau des negativen Elektrodenmaterials ferner dadurch unterdrückt wird, dass das Material in einem Behälter untergebracht wird, der eine Wasserdampfdurchlässigkeitsrate von 150 g/(m² · d)(40 C°/90 %RH) oder weniger aufweist, um den Kontakt mit Wasserdampf zu verhindern.
(Negatives Elektrodenmaterial)
Das negative Elektrodenmaterial nach der vorliegenden Offenbarung ist nicht besonders begrenzt, solange es ein Kohlenstoffmaterial ist, das ein Mikroporenvolumen von 0,40 × 10^-3 m³/kg oder weniger aufweist.
Der Typ des Kohlenstoffmaterials ist nicht besonders begrenzt und kann ein graphitisches Material oder ein nicht-graphitisches Material sein.
In der vorliegenden Offenbarung bezieht sich ein graphitisches Material auf ein Material, das einen Zwischenschichtabstand (d₀₀₂), gemessen durch Weitwinkel-Röntgenbeugung, von weniger als 0,340 nm aufweist, und ein nicht-graphitisches Material bezieht sich auf ein Material, das einen Zwischenschichtabstand (d₀₀₂), gemessen durch Weitwinkel-Röntgenbeugung, von 0,340 nm oder mehr aufweist. Ein nicht-graphitisches Material, das einen Zwischenschichtabstand (d₀₀₂) von 0,340 nm bis weniger als 0,350 nm aufweist, kann als weicher Kohlenstoff bezeichnet werden, und ein nicht-graphitisches Material, das einen Zwischenschichtabstand (d₀₀₂) von 0,350 nm oder mehr aufweist, kann als harter Kohlenstoff bezeichnet werden.
Der Abstand zwischen den Schichten (d₀₀₂) eines Kohlenstoffmaterials ist ein Indikator für den Grad der Unordnung in der kristallinen Struktur des Kohlenstoffmaterials. Der Abstand zwischen den Schichten (d₀₀₂) kann mit Hilfe einer Bragg-Gleichung aus einem Beugungspeak berechnet werden, der der Ebene des Kohlenstoffs 002 entspricht und an einer Position erscheint, an der der Beugungswinkel 2θ in einem Beugungsprofil etwa zwischen 24° und 27° liegt. Das Beugungsprofil wird ermittelt, indem eine Probe mit Röntgenstrahlen (CuKα) bestrahlt wird und eine Beugungslinie mit einem Goniometer gemessen wird. Im Einzelnen kann die Messung von d₀₀₂ unter den folgenden Zuständen durchgeführt werden.

Strahlungsquelle: CuKα (Wellenlänge: 0,15418 nm)
Ausgangsleistung: 40 kV, 20 mA
Abtastbreite: 0,010°
Abtastbereich: 10° bis 35°
Abtastrate: 0,5°/Min

Bragg-Gleichung: 2dsinθ = nλ
In der Gleichung bezieht sich d auf eine Periodenlänge, n auf eine Reflexionsordnung und λ auf eine Wellenlänge der Röntgenstrahlung.
Das negative Elektrodenmaterial ist vorzugsweise ein graphitisches Kohlenstoffmaterial, das eine Partikelform aufweist (im Folgenden auch als graphitische Partikel bezeichnet).
Als graphitische Partikel können Sie graphitische Partikel verwenden, die durch Pulverisierung eines natürlichen Graphitkuchens ermittelt wurden. Da graphitische Partikel, die durch Pulveri sierung eines natürlichen Graphitkuchens ermittelt werden, Verunreinigungen einschließen können, werden die graphitischen Partikel vorzugsweise einer Raffinationsbehandlung unterzogen.
Das Verfahren für eine Raffinationsbehandlung ist nicht besonders eingeschränkt und kann aus bekannten Prozessen zur Raffination ausgewählt werden. Beispiele für das Verfahren schließen die Flotation, elektrochemische Behandlungen und chemische Behandlungen ein.
Der Reinheitsgrad von Naturgraphit beträgt vorzugsweise 99,8 Massen-% oder mehr (Aschegehalt: 0,2 Massen-% oder weniger), noch bevorzugter 99,9 Massen-% oder mehr (Aschegehalt: 0,1 Massen-% oder weniger). Wenn der Reinheitsgrad von Naturgraphit 99,8 Masse-% oder mehr beträgt, wird die Sicherheit einer Batterie erhöht und die Eigenschaften der Batterie verbessern sich ferner.
Der Reinheitsgrad von Naturgraphit kann anhand der Menge an Ascherückständen berechnet werden, die zurückbleibt, nachdem 100 g Graphit für mindestens 48 Stunden in einem auf 800 °C erhitzten Ofen in einer Atmosphäre gelagert wurden.
Es ist möglich, graphitische Partikel zu verwenden, die durch Pulverisierung von künstlichem Graphit ermittelt werden, der durch Kalzinierung eines Materials auf Harzbasis, wie Epoxidharz oder Phenolharz, oder eines Materials auf Pechbasis, das aus Erdöl, Kohle oder dergleichen gewonnen wird, ermittelt wird.
Das Verfahren zur Ermittlung von künstlichem Graphit ist nicht besonders begrenzt, und Beispiele dafür schließen ein Verfahren ein, bei dem ein Rohmaterial, wie z. B. ein thermoplastisches Harz, Naphthalin, Anthracen, Phenanthrolin, Steinkohlenteer oder Teerpech, in einer inerten Atmosphäre bei einer Temperatur von 800 °C oder mehr kalziniert wird. Das kalzinierte Produkt wird mit einem bekannten Mittel wie einer Strahlmühle, einer Schwingmühle, einer Stiftmühle oder einer Hammermühle pulverisiert, um die durchschnittliche Partikelgröße auf einen Bereich von etwa 2 µm bis 40 µm einzustellen, wodurch graphitische Partikel aus künstlichem Graphit ermittelt werden. Es ist möglich, ein Rohmaterial vor der Kalzinierung einer thermischen Behandlung zu unterziehen.
In einem Fall, in dem ein Rohmaterial einer thermischen Behandlung unterzogen wird, können Graphitpartikel, die aus künstlichem Graphit stammen, beispielsweise dadurch ermittelt werden, dass das Rohmaterial einer thermischen Behandlung mit einem Autoklaven oder dergleichen unterzogen wird, wobei das Rohmaterial nach der thermischen Behandlung mit einem bekannten Mittel grob pulverisiert wird, bevor die Prozesse der Kalzinierung des Rohmaterials in einer inerten Atmosphäre bei einer Temperatur von 800 °C und der Pulverisierung des kalzinierten Produkts zur Einstellung der durchschnittlichen Partikelgröße auf einen Bereich von etwa 2 µm bis 40 µm, wie vorstehend aufgeführt, erfolgen.
In der vorliegenden Offenbarung wird das Mikroporenvolumen des negativen Elektrodenmaterials aus der Menge der Adsorption eines CO₂-Gases berechnet, die bei 0 °C mit einem automatischen Gasadsorptions-/Desorptionsanalysator gemessen wurde.
Das Mikroporenvolumen des negativen Elektrodenmaterials kann 0,40 × 10^-3 m³/kg oder weniger, 0,35 × 10^-3 m³/kg oder weniger, oder 0,30 × 10^-3 m³/kg oder weniger betragen.
Je kleiner das Mikroporenvolumen des negativen Elektrodenmaterials ist, desto stärker verbessert sich tendenziell die Eigenschaft der Aufbewahrung einer Batterie.
Das Mikroporenvolumen des negativen Elektrodenmaterials kann 0,05 × 10^-3 m³/kg oder mehr, 0,07 × 10^-3 m³/kg oder mehr, oder 0,09 × 10^-3 m³/kg oder mehr betragen.
Je größer das Mikroporenvolumen des negativen Elektrodenmaterials ist, desto stärker verbessert sich tendenziell die Eigenschaft einer Batterie.
Das Mikroporenvolumen des negativen Elektrodenmaterials kann durch den Typ eines Vorläufers für einen niedrigkristallinen Kohlenstoff, die Temperatur für eine thermische Behandlung, die Menge eines niedrigkristallinen Kohlenstoffs oder ähnliches eingestellt werden.
Die volumenmittlere Partikelgröße des negativen Elektrodenmaterials liegt vorzugsweise bei 2 µm bis 30 µm, weiter bevorzugt bei 2,5 µm bis 25 µm, ferner bevorzugt bei 3 µm bis 20 µm, noch weiter bevorzugt bei 5 µm bis 20 µm. Wenn die durchschnittliche Partikelgröße des negativen Elektrodenmaterials 30 µm oder weniger beträgt, weist eine Batterie tendenziell eine verbesserte Entladekapazität und Entladeeigenschaften auf. Wenn die durchschnittliche Partikelgröße des negativen Elektrodenmaterials 2 µm oder mehr beträgt, weist eine Batterie tendenziell verbesserte anfängliche Lade-/Entladeeigenschaften auf.
In der vorliegenden Offenbarung bezieht sich die durchschnittliche Partikelgröße des negativen Elektrodenmaterials auf eine mittlere Größe (d50) in einer volumenbasierten Partikelgrößenverteilung, die durch ein Laserbeugungs-/Streuungsverfahren ermittelt wurde.
Das negative Elektrodenmaterial weist vorzugsweise einen BET-spezifischen Oberflächenbereich von 0,8 m²/g bis 8 m²/g auf, noch bevorzugter von 1 m²/g bis 7 m²/g, weiter bevorzugt von 1,5 m²/g bis 6 m²/g, noch weiter bevorzugt von 2 m²/g bis 6 m²/g.
Wenn der BET-spezifische Oberflächenbereich des negativen Elektrodenmaterials 0,8 m²/g oder mehr beträgt, neigt eine Batterie dazu, hervorragende Leistungen zu erbringen. Wenn der BET-spezifische Bereich des negativen Elektrodenmaterials 8 m²/g oder weniger beträgt, weist das negative Elektrodenmaterial tendenziell einen hohen Grad an Klopfdichte auf und neigt dazu, mit anderen Mitteln wie einem Bindemittel und einem leitfähigen Mittel günstig gemischt zu werden.
Der spezifische Oberflächenbereich des negativen Elektrodenmaterials nach BET kann anhand einer Stickstoffadsorptionseigenschaft nach JIS Z 8830:2013 gemessen werden. Die Messvorrichtung kann AUTOSORB-1 (Handelsname), Quantachrome sein. Da die Gasadsorptionseigenschaften eines Probenmaterials durch Feuchtigkeit beeinträchtigt werden können, die an der Oberfläche oder im Inneren des Probenmaterials adsorbiert wird, wird vor der Messung des spezifischen Oberflächenbereichs nach BET eine Vorbehandlung zur Entfernung von Feuchtigkeit durch Wärme durchgeführt. Nach der Vorbehandlung wird der BET-spezifische Oberflächenbereich des Probenmaterials bei einer Temperatur von 77 K und einem Druckbereich von weniger als 1 in Bezug auf einen relativen Druck (Gleichgewichtsdruck zu Sättigungsdampfdruck) gemessen.
Bei der Vorbehandlung wird eine Messzelle, die 0,05 g eines Probenmaterials enthält, mit einer Vakuumpumpe dekomprimiert, so dass sie einen Innendruck von 10 Pa oder weniger aufweist, und dann für 3 Stunden oder länger auf 110 °C erhitzt. Anschließend wird die Messzelle auf natürliche Weise auf eine normale Temperatur (25 °C) abgekühlt, wobei der dekomprimierte Zustand beibehalten wird.
Das negative Elektrodenmaterial kann sich in einem Zustand befinden, in dem eine Schicht aus einem Kohlenstoffmaterial mit einem niedrigeren Kristallinitätsgrad als Graphit (niedrigkristalline Kohlenstoffschicht) auf einer Oberfläche von Graphitpartikeln als Kern ausgebildet ist.
Wenn graphitische Partikel eine niedrigkristalline Kohlenstoffschicht auf einer ihrer Oberflächen aufweisen, beträgt das Massenverhältnis der niedrigkristallinen Kohlenstoffschicht in Bezug auf 1 Masseteil Graphit vorzugsweise 0,005 bis 10, noch bevorzugter 0,005 bis 5, ferner bevorzugt 0,005 bis 0,08. Wenn das Massenverhältnis 0,005 oder mehr beträgt, weist eine Batterie in der Regel eine hervorragende anfängliche Lade-/Entladeeffizienz und hervorragende Eigenschaften für die Lebensdauer auf. Wenn das Massenverhältnis 10 oder weniger beträgt, weist eine Batterie in der Regel hervorragende Leistungseigenschaften auf.
Wenn die graphitischen Partikel Graphit und eine andere Komponente als Graphit einschließen, kann der Gehalt an Graphit und einer anderen Komponente als Graphit aus der Rate der Gewichtsabnahme in einem Temperaturbereich von 500 °C bis 600 °C durch Messung der Gewichtsänderung in einem Luftstrom mittels TG-DTA (Thermogravimetrie-Differentialthermoanalyse) berechnet werden. Die Gewichtsänderung in einem Temperaturbereich von 500 °C bis 600 °C kann auf eine Gewichtsänderung eines anderen Materials als Graphit zurückgeführt werden, und die verbleibende Menge nach der thermischen Behandlung kann auf die Menge an Graphit zurückgeführt werden.
Das Verfahren zur Herstellung von graphitischen Partikeln, die eine niedrigkristalline Kohlenstoffschicht auf der Oberfläche von Graphitpartikeln als Kern aufweisen, ist nicht besonders begrenzt. Zum Beispiel werden die graphitischen Partikel vorzugsweise durch ein Verfahren hergestellt, das das Einschließen einer Mischung aus Graphitpartikeln und einem Vorläufer einer niedrigkristallinen Kohlenstoffschicht einschließt. Nach dem Verfahren können graphitische Partikel auf effiziente Weise hergestellt werden.
Beispiele für den Vorläufer für eine niedrigkristalline Kohlenstoffschicht sind nicht besonders begrenzt, und Beispiele dafür schließen Peche und organische Polymerverbindungen ein.
Beispiele für Peche schließen Ethylen-Schwerstpech, Rohölpech, Steinkohlenteerpech, aus Asphalt zersetztes Pech, durch thermische Zersetzung von Polyvinylchlorid oder ähnlichem ermittelte Peche und durch Polymerisation von Naphthalin oder ähnlichem in Gegenwart einer superstarken Säure gewonnene Peche ein.
Beispiele für organische Polymerverbindungen schließen thermoplastische Harze wie Polyvinylchlorid, Polyvinylalkohol, Polyvinylacetat und Polyvinylbutyral sowie Naturprodukte wie Stärke und Zellulose ein.
Die Temperatur für die thermische Behandlung der Mischung ist nicht besonders begrenzt. Unter dem Gesichtspunkt der Verbesserung der Eigenschaften einer Lithium-Ionen-Sekundärbatterie liegt die Temperatur vorzugsweise zwischen 900 °C und 1.500 °C.
In dem Verfahren ist der Gehalt an Graphitpartikeln und einer Vorstufe für eine niedrigkristalline Kohlenstoffschicht in der Mischung vor der thermischen Behandlung nicht besonders begrenzt. Unter dem Gesichtspunkt der Verbesserung der Input/Output Eigenschaften einer Lithium-Ionen-Sekundärbatterie beträgt der Gehalt an Graphitpartikeln als Kern vorzugsweise 85 Masse-% bis 99,9 Masse-%, bezogen auf die Gesamtmasse der Mischung.
Der Raman-R-Wert (ID/IG) des negativen Elektrodenmaterials liegt vorzugsweise zwischen 0,10 und 0,60, weiter bevorzugt zwischen 0,15 und 0,55, ferner bevorzugt zwischen 0,20 und 0,50, noch weiter bevorzugt zwischen 0,25 und 0,40.
Der Raman-R-Wert (ID/IG) des negativen Elektrodenmaterials bezieht sich auf das Verhältnis von ID, einer Peak-Intensität, die in einem Bereich von 1300 cm^-1 bis 1400 cm^-1 gemessen wird, zu IG, einer Peak-Intensität, die in einem Bereich von 1580 cm^-1 bis 1620 cm^-1 gemessen wird, in einem Raman-Spektrum, das durch Bestrahlung des negativen Elektrodenmaterials mit Laserlicht von 532 nm ermittelt wird.
Das Raman-Spektrum kann mit einem Raman-Spektrometer (z. B. DXR, Thermo Fisher Scientific) gemessen werden.
(Behälter)
Der Behälter zum Aufbewahren des negativen Elektrodenmaterials ist nicht besonders begrenzt, solange er eine Wasserdampfdurchlässigkeitsrate von 150 g/(m² · d)(40 C°/90 %RH) oder weniger aufweist.
Die Wasserdampfdurchlässigkeitsrate wird in der vorliegenden Offenbarung durch ein Verfahren mit einem Infrarot-Detektionssensor gemessen, wie es in JIS K7129-2:2019 festgelegt ist.
In der vorliegenden Offenbarung bezieht sich „Aufbewahren“ auf das Ablegen eines negativen Elektrodenmaterials in einem geschlossenen Raum, und „Behälter“ bezieht sich auf ein Objekt, das ein negatives Elektrodenmaterial in einem geschlossenen Raum ablegen kann.
Beispiele für das Material des Behälters schließen Harz, Gummi, Metall und Kohlenstoff ein. Der Behälter kann aus einer einzigen Materialart oder aus zwei oder mehr Materialarten in Kombination hergestellt werden.
Beispiele für das Harz schließen Polyolefin wie Polyethylen und Polypropylen, Polyester wie Polyethylenterephthalat und Polycarbonat, Polystyrol, Polyamid, Polyimid, Polyetherimid, Polyurethan, Polyvinylchlorid, Acrylharz, Epoxidharz, Silikonharz und thermoplastische Elastomere ein. Unter diesen Harzen wird Polyethylen bevorzugt.
Falls erforderlich, kann der Behälter eine Gasbarrierebeschichtung auf seiner Oberfläche aufweisen. Beispiele für die Gasbarrierebeschichtung schließen eine Beschichtung ein, die ein anorganisches Material wie Metall, Siliziumdioxid, Aluminiumoxid oder Kohlenstoff enthält.
Das Volumen des Behälters kann 6.000 cm³ oder mehr, 8.000 cm³ oder mehr oder 10.000 cm³ oder mehr betragen. Je größer das Volumen des Behälters ist, desto größer ist in der Regel auch die Ladeeffizienz des Behälters.
Das Volumen des Behälters kann 40.000 cm³ oder weniger, 35.000 cm³ oder weniger oder 30.000 cm³ oder weniger betragen. Je kleiner das Volumen des Behälters ist, desto leichter lässt sich der Behälter in der Regel transportieren.
Der Füllungsgrad des negativen Elektrodenmaterials im Behälter ist nicht besonders begrenzt und kann 20 % oder mehr, 25 % oder mehr oder 50 % oder mehr betragen. Je größer der Füllungsgrad des negativen Elektrodenmaterials ist, desto größer ist tendenziell die Last des Behälters.
Der Füllungsgrad des negativen Elektrodenmaterials im Behälter ist nicht besonders begrenzt und kann 90 % oder weniger, 85 % oder weniger oder 80 % oder weniger betragen. Je kleiner der Füllungsgrad der negativen Elektrode ist, desto leichter lässt sich der Behälter in der Regel transportieren .
Der Füllungsgrad des negativen Elektrodenmaterials bezieht sich auf einen Anteil (%) eines Volumens eines negativen Elektrodenmaterials in einem Behälter (cm³) in Bezug auf ein Volumen des Behälters (cm³).
Die Form des Behälters ist nicht besonders begrenzt. Der Behälter kann zum Beispiel eine zylindrische Form, eine kubische Form oder eine beutelartige Form (wie ein flexibler Behälter) aufweisen.
Je nach Bedarf kann der Behälter eine mehrschichtige Struktur aufweisen, z. B. eine doppellagige Struktur.
Beispiele für einen Behälter, der eine mehrschichtige Struktur aufweist, schließen einen flexiblen Behälter ein, der einen äußeren Beutel und einen inneren Beutel aus Metall, wie z. B. Aluminium, aufweist. Wenn der Behälter eine mehrschichtige Struktur aufweist, erfüllt mindestens eine Schicht die oben aufgeführte Anforderung der Wasserdampfdurchlässigkeitsrate.
Der Behälter kann verformbar oder nicht verformbar sein. Wenn der Zweck des Behälters der Transport eines negativen Elektrodenmaterials ist (insbesondere der Transport über große Entfernungen wie Import/Export), ist der Behälter vorzugsweise verformbar. Beispiele für einen verformbaren Behälter schließen einen beutelartigen Behälter wie einen flexiblen Behälter ein.
Das in dem verpackten negativen Elektrodenmaterial eingeschlossene negative Elektrodenmaterial wird beispielsweise zur Herstellung einer negativen Elektrode für eine Lithium-Ionen-Sekundärbatterie verwendet.
Die Konfiguration einer Lithium-Ionen-Sekundärbatterie ist nicht speziell begrenzt und kann aus bekannten Konfigurationen ausgewählt werden. In einer Ausführungsform weist eine Lithium-Ionen-Sekundärbatterie eine negative Elektrode, die ein negatives Elektrodenmaterial, wie oben aufgeführt, einschließt, eine positive Elektrode, die ein positives aktives Material einschließt, einen Separator, der zwischen der positiven Elektrode und der negativen Elektrode angeordnet ist, und einen nicht-wässrigen Elektrolyten auf.
Im Folgenden finden Sie Details zur positiven Elektrode, zur negativen Elektrode, zum nicht-wässrigen Elektrolyten, zum Separator und zu anderen Komponenten, die je nach Bedarf verwendet werden können.
(Positive Elektrode)
Die positive Elektrode (positive Elektrodenplatte) weist einen Stromkollektor (Positiv-Elektroden-Stromkollektor) und eine Positiv-Elektroden-Zusammensetzungsschicht auf, die auf einer Oberfläche des Stromkollektors angeordnet ist. Die Positiv-Elektroden-Zusammensetzungsschicht bezieht sich auf eine Schicht, die auf einer Oberfläche eines Stromkollektors angeordnet ist und mindestens ein aktives Positiv-Elektroden-Material einschließt.
Die positive Elektrode schließt vorzugsweise ein lamellares Lithium/Nickel/Mangan/Kobalt-Verbundoxid (auch als NMC bezeichnet) als aktives Material der positiven Elektrode ein. Eine Batterie, die NMC verwendet, weist in der Regel ein hohes Maß an Kapazität und Sicherheit auf.
Im Hinblick auf eine weitere Verbesserung der Sicherheit schließt die positive Elektrode vorzugsweise eine Kombination aus NMC und einem Spinell-Lithium/Mangan-Verbundoxid (im Folgenden auch als sp-Mn bezeichnet) als aktives Material der positiven Elektrode ein.
Unter dem Gesichtspunkt der Erhöhung der Kapazität der Batterie beträgt der Gehalt an NMC vorzugsweise 65 Masse-% oder mehr, mehr bevorzugt 70 Masse-% oder mehr, ferner bevorzugt 80 Masse-% oder mehr, bezogen auf die Gesamtmenge der Positiv-Elektroden-Zusammensetzungsschicht.
Das NMC ist vorzugsweise ein Mischoxid, dargestellt durch die folgende Formel. Li_(1+δ)Mn_xNi_yCo_(1-x-y-z)M_zO₂
In der Formel beziehen sich (1+δ), x, y und (1-x-y-z) auf zusammengesetzte Verhältnisse von Li (Lithium), Mn (Mangan), Ni (Nickel) bzw. Co (Kobalt), und z bezieht sich auf ein zusammengesetztes Verhältnis des Elements M. Das zusammengesetzte Verhältnis von O (Sauerstoff) ist 2.
M steht für mindestens ein Element aus der Gruppe Ti (Titan), Zr (Zirkonium), Nb (Niob), Mo (Molybdän), W (Wolfram), Al (Aluminium), Si (Silizium), Ga (Gallium), Ge (Germanium) und Sn (Zinn).
Die Formel erfüllt die folgenden Bedingungen: -0,15<δ<0,15, 0,1<x≤0,5, 0,6<x+y+z<1,0 und 0≤z≤0,1.
Das sp-Mn ist vorzugsweise ein Mischoxid, dargestellt durch die folgende Formel. Li_(1+η)Mn_(2-λ)M'_λO₄
In der Formel beziehen sich (1+η), (2-λ) und λ auf zusammengesetzte Verhältnisse von Li (Lithium), Mn (Mangan) bzw. Element M'. Das Mischungsverhältnis von O (Sauerstoff) ist 4.
M' bezieht sich auf mindestens ein Element aus der Gruppe bestehend aus Ca (Kalzium), Sr (Strontium), Al, Ga, Zn (Zink) und Cu (Kupfer).
Die Formel erfüllt die folgenden Bedingungen: 0≤η≤0,2 und 0≤λ≤0,1.
M' ist vorzugsweise Mg oder Al. Wenn M' Mg oder Al ist, tendiert eine Batterie zu verbesserten Eigenschaften in Bezug auf Lebensdauer und Sicherheit. Ferner wird durch die Zugabe des Elements M' die Menge der Elution von Mn verringert, wodurch die Aufbewahrung und die Lade-/Entladeeigenschaften einer Batterie verbessert werden.
Andere Materialien als NMC und sp-Mn können als aktives Material für die positive Elektrode verwendet werden.
Beispiele für ein aktives Material mit positiver Elektrode außer NMC und sp-Mn schließen lithiumhaltige Verbundmetalloxide außer NMC und sp-Mn, Olivin-Lithiumsalze, Chalkogenverbindungen und Mangandioxid ein.
Das lithiumhaltige Verbundmetalloxid ist ein Metalloxid, das Lithium und ein Übergangsmetall einschließt, oder ein Metalloxid, das Lithium, ein Übergangsmetall und ein anderes Element einschließt, das einen Teil des Übergangsmetalls ersetzt.
Beispiele für die verschiedenen Elemente Na, Mg, Sc, Y, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Al, Cr, Pb, Sb, V und B, vorzugsweise Mn, Al, Co, Ni und Mg. Das lithiumhaltige Verbundmetalloxid kann eine einzige Art von verschiedenen Elementen einschließen oder zwei oder mehr Arten in Kombination einschließen.
Beispiele für das lithiumhaltige Verbundmetalloxid außer NMC und sp-Mn schließen Li_xCoO₂, Li_xNiO₂, Li_xMnO₂, Li_xCo_yNi_1-yO₂, Li_xCo_yM¹ _1-yO_z (in Li_xCo_yM¹ _1-yO_z ist M¹ mindestens ein Element ausgewählt aus Na, Mg, Sc, Y, Mn, Fe, Ni, Cu, Zn, Al, Cr, Pb, Sb, V und B), Li_xNi₁-_yM² _yO_z (in Li_xNi_1-yM² _yO_z ist M² mindestens ein Element ausgewählt aus Na, Mg, Sc, Y, Mn, Fe,
Co, Cu, Zn, Al, Cr, Pb, Sb, V und B), wobei 0< x ≦ 1,2, y von 0 bis 0,9, z von 2,0 bis 2,3 ist. In den chemischen Formeln bezieht sich x auf das molare Verhältnis von Lithium, das durch den Lade- oder Entladezustand variiert wird.
Beispiele für das Olivin-Lithiumsalz schließen LiFePO₄ ein.
Beispiele für die Chalkogenverbindung schließen Titandisulfid und Molybdändisulfid ein.
Die positive Elektrode kann eine einzige Art von aktivem Material für die positive Elektrode einschließen, oder zwei oder mehr Arten in Kombination einschließen.
Im Folgenden werden die Details der Positiv-Elektroden-Zusammensetzungsschicht und des Stromabnehmers erläutert.
Die Positiv-Elektroden-Zusammensetzungsschicht schließt ein aktives Positiv-Elektroden-Material und ein Bindemittel oder dergleichen ein und ist auf einem Stromkollektor positioniert. Das Verfahren zur Herstellung der Schicht mit der positiven Elektrodenzusammensetzung ist nicht besonders begrenzt. Zum Beispiel kann die Positiv-Elektroden-Zusammensetzungsschicht gebildet werden, indem eine Schicht aus einer Zusammensetzung, die ein aktives Positiv-Elektroden-Material, ein Bindemittel und optionale Komponenten wie ein leitfähiges Mittel, ein Verdickungsmittel und dergleichen enthält, durch ein trockenes Verfahren gebildet wird und die Schicht an einem Stromkollektor angebracht wird (Trockenverfahren). Alternativ kann die Schicht aus einer Positiv-Elektroden-Zusammensetzung durch Zubereiten einer Aufschlämmung einer Positiv-Elektroden-Zusammensetzung durch Lösen oder Dispergieren eines aktiven Positiv-Elektroden-Materials, eines Mittels und optionaler Komponenten, wie z. B. eines leitenden Mittels, mit einem Lösungsmittel und Auftragen der Aufschlämmung auf einen Stromabnehmer und Trocknen (Nassverfahren) gebildet werden.
Als aktives Material für die positive Elektrode wird vorzugsweise ein lamellares Lithium/Nickel/Mangan/Kobalt-Verbundoxid (NMC) verwendet. Das aktive Material der positiven Elektrode wird in pulverförmiger (partikulärer) Form verwendet und mit anderen Materialien vermischt.
Die Partikel aus positivem elektrodenaktivem Material wie NMC oder sp-Mn können eine lampenartige Form, eine polyedrische Form, eine sphärische Form, eine ovale Form, eine plattenartige Form, eine nadelartige Form oder eine stabartige Form aufweisen.
Die durchschnittliche Partikelgröße (d50) der Partikel des aktiven Materials der positiven Elektrode wie NMC oder sp-Mn (wenn die Partikel in Form von Sekundärpartikeln vorliegen, die aus Primärpartikeln gebildet werden, wird die durchschnittliche Partikelgröße (d50) der Sekundärpartikel als die durchschnittliche Partikelgröße des aktiven Materials der positiven Elektrode angesehen) beträgt vorzugsweise von 1 µm bis 30 µm, weiter bevorzugt von 3 µm bis 25 µm, ferner bevorzugt von 5 µm bis 15 µm, unter dem Gesichtspunkt der Klopfdichte (Füllbarkeit) und der Mischbarkeit mit anderen Materialien bei der Bildung einer Elektrode. Die durchschnittliche Partikelgröße (d50) der Partikel des aktiven Materials der positiven Elektrode kann auf die gleiche Weise gemessen werden wie die der Graphitpartikel.
Der BET-spezifische Oberflächenbereich der Partikel aus positivem elektrodenaktivem Material wie NMC oder sp-Mn liegt vorzugsweise bei 0,2 m²/g bis 4,0 m²/g, stärker bevorzugt bei 0,3 m²/g bis 2,5 m²/g, ferner bevorzugt bei 0,4 m²/g bis 1,5 m²/g.
Wenn der BET-spezifische Oberflächenbereich der Partikel des aktiven Materials der positiven Elektrode 0,2 m²/g oder mehr beträgt, neigt eine Batterie dazu, ausgezeichnete Batterieleistungen zu erzielen. Wenn der BET-spezifische Bereich der Partikel aus positivem elektrodenaktivem Material 4,0 m²/g oder weniger beträgt, weisen die Partikel aus positivem elektrodenaktivem Material tendenziell eine hohe Klopfdichte auf und werden vorteilhaft mit anderen Materialien wie einem Bindemittel oder einem leitenden Mittel gemischt. Der BET-spezifische Oberflächenbereich der Partikel aus positivem elektrodenaktivem Material kann auf dieselbe Weise gemessen werden wie die graphitischen Partikel.
Beispiele für das leitende Mittel schließen metallische Materialien wie Kupfer und Nickel sowie Kohlenstoffmaterialien ein. Die Kohlenstoffmaterialien schließen Graphit wie Naturgraphit und künstlichen Graphit, Ruß wie Acetylenschwarz und amorphen Kohlenstoff wie Nadelkoks ein. Es kann eine einzige Art des leitenden Mittels verwendet werden, oder zwei oder mehr Arten davon können in Kombination verwendet werden.
Der Gehalt des leitfähigen Mittels, bezogen auf die Masse der Positiv-Elektroden-Zusammensetzungsschicht, liegt vorzugsweise bei 0,01 Masse-% bis 50 Masse-%, noch bevorzugter bei 0,1 Masse-% bis 30 Masse-%, ferner bevorzugt bei 1 Masse-% bis 15 Masse-%. Wenn der Gehalt des leitfähigen Mittels 0,01 Masse-% oder mehr beträgt, tendiert eine Schicht mit positiver Elektrodenzusammensetzung dazu, einen ausreichenden Grad an Leitfähigkeit zu erreichen. Wenn der Gehalt des leitfähigen Mittels 50 Masse-% oder weniger beträgt, wird eine Abnahme der Kapazität der Batterie tendenziell unterdrückt.
Das Bindemittel für die positive Elektrode ist nicht besonders begrenzt und kann aus Materialien ausgewählt werden, die eine günstige Auflösbarkeit oder Dispergierbarkeit in Bezug auf ein Lösungsmittel aufweisen, wenn eine Schicht aus einer positiven Elektrodenzusammensetzung durch ein nasses Verfahren gebildet wird.
Spezifische Beispiele für das Bindemittel schließen Polymere vom Typ Harz wie Polyethylen, Polypropylen, Polyethylenterephthalat, Polyimid und Zellulose, Polymere vom Typ Gummi wie SBR (Styrol-Butadien-Kautschuk) und NBR (Acrylnitril-Butadien-Kautschuk) ein; Polymere vom Typ Fluor wie Polyvinylidenfluorid (PVdF), Polytetrafluorethylen, Polytetrafluorethylen/Vinylidenfluorid-Copolymer und fluoriertes Polyvinylidenfluorid; und Polymerzusammensetzungen, die für Alkalimetall-Ionen (insbesondere Lithium-Ionen) leitfähig sind. Es kann eine einzige Art des Bindemittels für die positive Elektrode verwendet werden, oder es können zwei oder mehr Arten davon in Kombination verwendet werden.
Unter dem Gesichtspunkt der Stabilität einer positiven Elektrode werden Polymere vom Typ Fluor wie Polyvinylidenfluorid (PVdF) und Polytetrafluorethylen als Bindemittel bevorzugt.
Der Gehalt des Bindemittels, bezogen auf die Masse der Positiv-Elektroden-Zusammensetzungsschicht, liegt vorzugsweise bei 0,1 Masse-% bis 60 Masse-%, noch bevorzugter bei 1 Masse-% bis 40 Masse-%, ferner bevorzugt bei 3 Masse-% bis 10 Masse-%.
Wenn der Gehalt des Bindemittels 0,1 Masse-% oder mehr beträgt, ist es möglich, das aktive Material der positiven Elektrode ausreichend zu binden, wodurch ein ausreichendes Maß an mechanischer Festigkeit der Schicht der positiven Elektrodenzusammensetzung erreicht wird und die Leistung der Batterie, wie beispielsweise die Zykluseigenschaften, verbessert werden. Wenn der Anteil des Bindemittels 60 Masse-% oder weniger beträgt, wird in der Regel ein ausreichendes Maß an Batteriekapazität und Leitfähigkeit erreicht.
Das Verdickungsmittel ist wirksam bei der Einstellung der Viskosität einer Aufschlämmung. Das Verdickungsmittel ist nicht spezifisch begrenzt, und spezifische Beispiele davon schließen Carboxymethylcellulose, Methylcellulose, Hydroxymethylcellulose, Ethylcellulose, Polyvinylalkohol, oxidierte Stärke, phosphorylierte Stärke, Casein und ein Salz dieser Materialien ein. Es kann eine einzige Art des Verdickungsmittels verwendet werden, oder zwei oder mehr Arten davon können kombiniert werden.
Der Gehalt des Verdickungsmittels, bezogen auf die Masse der Positiv-Elektroden-Zusammensetzungsschicht, beträgt vorzugsweise 0,1 Masse-% bis 20 Masse-%, stärker bevorzugt 0,5 Masse-% bis 15 Masse-%, ferner bevorzugt 1 Masse-% bis 10 Masse-%, unter dem Gesichtspunkt der Eingangs-/Ausgangseigenschaften und der Batteriekapazität.
Das Lösungsmittel, das für die Herstellung einer Aufschlämmung verwendet wird, ist nicht besonders begrenzt, solange es ein aktives Material für die positive Elektrode, ein Mittel und optionale Komponenten wie ein leitendes Mittel oder ein Verdickungsmittel lösen oder dispergieren kann. Das Lösungsmittel kann entweder ein wässriges Lösungsmittel oder ein organisches Lösungsmittel sein. Beispiele für das wässrige Lösungsmittel schließen Wasser, Alkohol und ein gemischtes Lösungsmittel aus Wasser und Alkohol ein. Beispiele für das organische Lösungsmittel schließen N-Methyl-2-pyrrolidon (NMP), Dimethylformamid, Dimethylacetamid, Methylethylketon, Cyclohexanon, Methylacetat, Methylacrylat, Tetrahydrofuran (THF), Toluol, Aceton, Diethylether, Dimethylsulfoxid, Benzol, Xylol und Hexan ein.
Das Verdickungsmittel wird vorzugsweise insbesondere bei der Verwendung eines wässrigen Lösungsmittels eingesetzt.
Die auf einem Stromabnehmer durch ein nasses Verfahren oder ein trockenes Verfahren gebildete Schicht aus einer positiven Elektrodenzusammensetzung wird vorzugsweise durch Handpressen, Walzenpressen oder dergleichen komprimiert.
Die Dichte der Positiv-Elektroden-Zusammensetzungsschicht nach der Komprimierung beträgt vorzugsweise 2,5 g/cm³ bis 3,5 g/cm³, noch bevorzugter 2,55 g/cm³ bis 3,15 g/cm³, ferner bevorzugt 2,6 g/cm³ bis 3,0 g/cm³, unter dem Gesichtspunkt weiterer Verbesserungen der Eingangs-/Ausgangseigenschaften und der Sicherheit.
Die Menge der Positiv-Elektroden-Zusammensetzung, die als fester Inhalt auf einen Stromabnehmer aufzubringen ist, beträgt vorzugsweise 30 g/m² bis 170 g/m², noch bevorzugter 40 g/m² bis 160 g/m², ferner bevorzugt 40 g/m² bis 150 g/m², für eine Seite des Stromabnehmers, unter dem Gesichtspunkt der Energiedichte und der Eingangs-/Ausgangseigenschaften.
In Anbetracht der Menge der Positiv-Elektroden-Zusammensetzung, die auf einen Stromkollektor aufgebracht werden soll, und der Dichte der Positiv-Elektroden-Zusammensetzungsschicht beträgt die durchschnittliche Dicke der Positiv-Elektroden-Zusammensetzungsschicht vorzugsweise 19 µm bis 68 µm, noch bevorzugter 23 µm bis 64 µm, ferner bevorzugt 36 µm bis 60 µm.
Das Material für den Stromabnehmer für die positive Elektrode ist nicht besonders begrenzt. Das Material ist vorzugsweise ein metallisches Material, vorzugsweise Aluminium.
Beispiele für den Stromabnehmer schließen Metallfolien, Metallplatten, Metallfilme und ineinander greifende Metallgitter ein. Unter diesen werden vorzugsweise Metallfolien verwendet. Es ist möglich, einen ineinander greifenden Typ von Metallfolie zu verwenden.
Die durchschnittliche Dicke des Stromabnehmers ist nicht besonders begrenzt. Unter dem Gesichtspunkt, einem Stromabnehmer ein ausreichendes Maß an Festigkeit und ein ausreichendes Maß an Flexibilität zu verleihen, beträgt die durchschnittliche Dicke vorzugsweise 1 µm bis 1 mm, noch bevorzugter 3 µm bis 100 µm, ferner bevorzugt 5 µm bis 100 µm.
(Negative Elektrode)
Die negative Elektrode (Negativ-Elektrodenplatte) weist einen Stromkollektor (Negativ-Elektrodenstromkollektor) und eine Negativ-Elektrodenzusammensetzungsschicht auf, die auf dem Stromkollektor angeordnet ist. Die Negativ-Elektroden-Zusammensetzungsschicht ist eine Schicht, die auf einem Stromkollektor angeordnet ist und ein aktives Material für die negative Elektrode einschließt. Die negative Elektrode der vorliegenden Offenbarung kann als negative Elektrode der Lithium-Ionen-Sekundärbatterie der vorliegenden Offenbarung verwendet werden.
Das Verfahren zur Herstellung der Schicht mit der negativen Elektrodenzusammensetzung ist nicht besonders begrenzt. Zum Beispiel kann die Negativ-Elektroden-Zusammensetzungsschicht gebildet werden, indem eine Aufschlämmung einer Negativ-Elektroden-Zusammensetzung zubereitet wird, indem ein aktives Negativ-Elektroden-Material, ein Bindemittel und optionale Komponenten wie ein leitfähiges Mittel oder ein Verdickungsmittel mit einem Lösungsmittel aufgelöst oder dispergiert werden und die Aufschlämmung auf einen Stromkollektor aufgebracht und getrocknet wird (Nassverfahren).
Beispiele für das leitfähige Mittel schließen anderen Graphit als die Graphitpartikel nach dem negativen Elektrodenmaterial der vorliegenden Offenbarung ein, wie Naturgraphit und künstlicher Graphit, Ruß wie Acetylenschwarz und amorphen Kohlenstoff wie Nadelkoks. Es kann eine einzige Art des leitenden Mittels verwendet werden, oder zwei oder mehr Arten davon können in Kombination verwendet werden. Die Zugabe eines leitfähigen Mittels führt tendenziell zu einer Verringerung des Widerstands in der Elektrode.
Der Gehalt des leitfähigen Mittels in Bezug auf die Masse der Negativ-Elektroden-Zusammensetzungsschicht beträgt vorzugsweise von 1 Masse-% bis 45 Masse-%, mehr bevorzugt von 2 Masse-% bis 42 Masse-%, ferner bevorzugt von 3 Masse-% bis 40 Masse-%, unter dem Gesichtspunkt der Verbesserung der Leitfähigkeit und der Reduzierung der anfänglichen irreversiblen Kapazität einer Batterie.
Wenn der Gehalt des leitfähigen Mittels 1 Masse-% oder mehr beträgt, wird in der Regel ein ausreichender Grad an Leitfähigkeit erreicht. Wenn der Gehalt des leitfähigen Mittels 45 Masse-% oder weniger beträgt, wird eine Abnahme der Kapazität der Batterie tendenziell unterdrückt.
Spezifische Beispiele für das Bindemittel schließen Polymere vom Typ Harz wie Polyethylen, Polypropylen, Polyethylenterephthalat, Zellulose und Nitrocellulose, Polymere vom Typ Gummi wie SBR (Styrol-Butadien-Kautschuk) und NBR (Acrylnitril-Butadien-Kautschuk) ein; Polymere vom Typ Fluor wie Polyvinylidenfluorid (PVdF), Polytetrafluorethylen und fluoriertes Polyvinylidenfluorid; und Polymerzusammensetzungen, die für Alkalimetallionen (insbesondere Lithiumionen) leitfähig sind. Unter dem Gesichtspunkt der Stabilität einer positiven Elektrode ist das Bindemittel vorzugsweise SBR oder Polymere vom Typ Fluor wie Polyvinyli denfluori d.
Es kann eine einzige Art des Bindemittels für die negative Elektrode verwendet werden, oder es können zwei oder mehr Arten davon in Kombination verwendet werden.
Der Gehalt des Bindemittels, bezogen auf die Masse der Negativelektroden-Zusammensetzungsschicht, beträgt vorzugsweise 0,1 Masse-% bis 20 Masse-%, stärker bevorzugt 0,5 Masse-% bis 15 Masse-%, ferner bevorzugt 0,6 Masse-% bis 10 Masse-%.
Wenn der Gehalt des Bindemittels 0,1 Masse-% oder mehr beträgt, ist es möglich, das aktive Material der negativen Elektrode ausreichend zu binden und dadurch der Schicht der negativen Elektrodenzusammensetzung ein ausreichendes Maß an mechanischer Festigkeit zu verleihen. Wenn der Gehalt des Bindemittels 20 Masse-% oder weniger beträgt, neigt die negative Elektrode dazu, eine ausreichende Kapazität und eine ausreichende Leitfähigkeit zu erreichen.
Wenn ein Polymer vom Typ Fluolin, wie z.B. Polyvinylidenfluorid, als Hauptkomponente des Bindemittels verwendet wird, beträgt der Gehalt des Bindemittels in Bezug auf die Masse der Schicht der negativen Elektrodenzusammensetzung vorzugsweise 1 Masse-% bis 15 Masse-%, weiter bevorzugt 2 Masse-% bis 10 Masse-%, ferner bevorzugt 3 Masse-% bis 8 Masse-%.
Das Verdickungsmittel wird zur Einstellung der Viskosität einer Aufschlämmung verwendet. Das Verdickungsmittel ist nicht spezifisch begrenzt, und Beispiele davon schließen Carboxymethylcellulose, Methylcellulose, Hydroxymethylcellulose, Ethylcellulose, Polyvinylalkohol, oxidierte Stärke, phosphorylierte Stärke, Casein und ein Salz dieser Materialien ein. Es kann eine einzige Art des Verdickungsmittels verwendet werden, oder es können zwei weitere Arten in Kombination verwendet werden.
Der Gehalt des Verdickungsmittels in Bezug auf die Masse der Negativ-Elektroden-Zusammensetzungsschicht liegt vorzugsweise bei 0,1 Masse-% bis 5 Masse-%, weiter bevorzugt bei 0,5 Masse-% bis 3 Masse-%, ferner bevorzugt bei 0,6 Masse-% bis 2 Masse-%, unter dem Gesichtspunkt der Input/Output-Eigenschaften und der Kapazität einer Batterie.
Das Lösungsmittel, das für die Herstellung einer Aufschlämmung verwendet wird, ist nicht besonders begrenzt, solange es ein aktives Material für die negative Elektrode, ein Mittel und optionale Komponenten wie ein leitendes Mittel oder ein Verdickungsmittel lösen oder dispergieren kann. Das Lösungsmittel kann entweder ein wässriges Lösungsmittel oder ein organisches Lösungsmittel sein. Beispiele für das wässrige Lösungsmittel schließen Wasser, Alkohol und ein gemischtes Lösungsmittel aus Wasser und Alkohol ein. Beispiele für das organische Lösungsmittel schließen N-Methyl-2-pyrrolidon (NMP), Dimethylformamid, Dimethylacetamid, Methylethylketon, Cyclohexanon, Methylacetat, Methylacrylat, Tetrahydrofuran (THF), Toluol, Aceton, Diethylether, Dimethylsulfoxid, Benzol, Xylol und Hexan ein. Das Verdickungsmittel wird vorzugsweise insbesondere bei der Verwendung eines wässrigen Lösungsmittels eingesetzt.
Die Dichte der Schicht mit der negativen Elektrodenzusammensetzung beträgt vorzugsweise 0,7 g/cm³ bis 2 g/cm³, noch bevorzugter 0,8 g/cm³ bis 1,9 g/cm³, ferner bevorzugt 0,9 g/cm³ bis 1,8 g/cm³.
Wenn die Dichte der Negativ-Elektroden-Zusammensetzungsschicht 0,7 g/cm³ oder mehr beträgt, ist es möglich, die Leitfähigkeit im aktiven Material der Negativ-Elektrode zu verbessern und einen Anstieg des Batteriewiderstands zu unterdrücken, wodurch die Kapazität pro Volumen verbessert wird. Wenn die Dichte der Negativ-Elektroden-Zusammensetzungsschicht 2 g/cm³ oder weniger beträgt, ist es möglich, das Risiko einer Verschlechterung der Entladungseigenschaften zu verringern, das durch eine Zunahme der anfänglichen irreversiblen Kapazität und eine Abnahme der Permeabilität eines nichtwässrigen Elektrolyten an der Grenzfläche zwischen einem Stromkollektor und einem aktiven Material der Negativ-Elektrode verursacht wird.
Die Menge der Negativ-Elektroden-Zusammensetzung, die als fester Inhalt auf einen Stromabnehmer aufzubringen ist, beträgt vorzugsweise 30 g/m² bis 150 g/m², noch bevorzugter 40 g/m² bis 140 g/m², ferner bevorzugt 45 g/m² bis 130 g/m², für eine Seite des Stromabnehmers.
In Anbetracht der Menge der Negativ-Elektroden-Zusammensetzung, die auf einen Stromabnehmer aufgebracht werden soll, und der Dichte der Negativ-Elektroden-Zusammensetzungsschicht beträgt die durchschnittliche Dicke der Negativ-Elektroden-Zusammensetzungsschicht vorzugsweise 10 µm bis 150 µm, noch bevorzugter 15 µm bis 140 µm, ferner bevorzugt 15 µm bis 120 µm.
Das Material des Stromabnehmers für die negative Elektrode ist nicht besonders begrenzt. Beispiele dafür schließen metallische Materialien wie Kupfer, Nickel, Edelstahl und vernickelten Stahl ein. Unter dem Gesichtspunkt der einfachen Verarbeitung und der Produktionskosten wird Kupfer bevorzugt.
Beispiele für den Stromabnehmer schließen Metallfolien, Metallplatten, Metallfilme und ineinander greifende Metallgitter ein. Unter diesen werden Metallfolien bevorzugt, wobei Kupferfolien noch bevorzugter sind. Die Kupferfolien schließen gewalzte Kupferfolien ein, die durch ein Verfahren mit einer Rolle ermittelt wurden, und elektrolytische Kupferfolien, die durch ein elektrolytisches Verfahren ermittelt wurden, und jede von ihnen kann in geeigneter Weise als Stromabnehmer verwendet werden.
Die durchschnittliche Dicke des Stromabnehmers ist nicht besonders begrenzt. Zum Beispiel beträgt die durchschnittliche Dicke vorzugsweise von 5 µm bis 50 µm, weiter bevorzugt von 8 µm bis 40 µm, ferner bevorzugt von 9 µm bis 30 µm.
Wenn die durchschnittliche Dicke des Stromabnehmers weniger als 25 µm beträgt, ist es möglich, die Festigkeit des Stromabnehmers zu verbessern, indem man eine Kupferlegierung wie Phosphorbronze, Titankupfer, Corson-Legierung und Cu-Cr-Zr-Legierung anstelle von reinem Kupfer verwendet.
(Nicht-wässriger Elektrolyt)
Der nicht-wässrige Elektrolyt schließt im Allgemeinen ein nicht-wässriges Lösungsmittel und ein Lithiumsalz (Elektrolyt) ein.
Beispiele für das nicht-wässrige Lösungsmittel schließen zyklische Carbonate, lineare Carbonate und zyklische Sulfonsäureester ein.
Das zyklische Carbonat weist vorzugsweise eine Alkylengruppe auf, die das zyklische Carbonat mit einer Anzahl an Kohlenstoffatomen von 2 bis 6, vorzugsweise von 2 bis 4, einschließt. Unter diesen werden Ethylencarbonat und Propylencarbonat bevorzugt.
Das lineare Carbonat ist vorzugsweise ein Dialkylcarbonat, das zwei Alkylgruppen mit einer Anzahl von vorzugsweise 1 bis 5, insbesondere 1 bis 4, aufweist. Beispiele hierfür schließen symmetrische lineare Dimethylcarbonate wie Diethylcarbonat und Di-n-propylcarbonat und asymmetrische lineare Carbonate wie Ethylmethylcarbonat, Methyl-n-propylcarbonat und Ethyl-n-propylcarbonat ein. Unter diesen werden Dimethylcarbonat und Ethylmethylcarbonat bevorzugt.
Die Verwendung von Dimethylcarbonat verbessert die Eigenschaften des Zyklus tendenziell stärker als Diethylcarbonat, da Dimethylcarbonat resistenter gegen Oxidation und Reduktion ist als Diethylcarbonat.
Die Verwendung von Ethylmethylcarbonat verbessert die Eigenschaften einer Batterie bei niedrigen Temperaturen aufgrund ihrer asymmetrischen molekularen Struktur und ihres niedrigen Schmelzpunktes.
Es ist besonders bevorzugt, ein gemischtes Lösungsmittel aus Ethylencarbonat, Dimethylcarbonat und Ethylmethylcarbonat zu verwenden, um die Eigenschaften der Batterie über einen breiten Temperaturbereich zu sichern.
Der Gehalt an einem zyklischen Carbonat und einem linearen Carbonat beträgt vorzugsweise 85 Masse-% oder mehr, weiter bevorzugt 90 Masse-% oder mehr, ferner bevorzugt 95 Masse-% oder mehr, bezogen auf die Gesamtmenge des nicht-wässrigen Lösungsmittels.
Wenn ein zyklisches Carbonat und ein lineares Carbonat in Kombination verwendet werden, beträgt das Mischungsverhältnis (zyklisches Carbonat/lineares Carbonat, bezogen auf das Volumen) vorzugsweise 1/9 bis 6/4, noch bevorzugter 2/8 bis 5/5.
Beispiele für den cyclischen Sulfonsäureester schließen 1,3-Propansulton, 1-Methyl-1,3-Propansulton, 3-Methyl-1,3-Propansulton, 1,4-Butansulton, 1,3-Propensulton und 1,4-Butensulton ein. Unter diesen werden 1,3-Propansulton und 1,4-Butansulton im Hinblick auf die Verringerung des Gleichstromwiderstands bevorzugt.
Der nichtwässrige Elektrolyt kann ferner einen linearen Ester, einen zyklischen Ester, einen linearen Ether, ein zyklisches Sulfon oder dergleichen einschließen.
Beispiele für lineare Ester schließen Methylacetat, Ethylacetat, Propylacetat und Methylpropionat ein. Unter diesen wird Methylacetat unter dem Gesichtspunkt der Verbesserung der Eigenschaften bei niedrigen Temperaturen bevorzugt.
Beispiele für den zyklischen Ether schließen Tetrahydrofuran, 2-Methyl-Tetrahydrofuran und Tetrahydropyran ein.
Beispiele für den linearen Ether schließen Dimethoxyethan und Dimethoxymethan ein. Beispiele für cyclische Sulfone schließen Sulfolan und 3-Methylsulfolan ein.
Der nicht-wässrige Elektrolyt kann ein Silylphosphat einschließen.
Beispiele für Silylphosphat schließen Tris(trimethylsilyl)phosphat,

Dimethyl(trimethylsilyl)phosphat, Methylbis(trimethylsilyl)phosphat,
Diethyl(trimethylsilyl)phosphat, Ethylbis(trimethylsilyl)phosphat,
Dipropyl(trimethylsilyl)phosphat Propylbis(trimethylsilyl)phosphat,
Dibutyl(trimethylsilyl)phosphat), Butylbis(trimethylsilyl)phosphat,
Dioctyl(trimethylsilyl)phosphat, Octylbis(trimethylsilyl)phosphat,
Diphenyl(trimethylsilyl)phosphat, Phenylbis(trimethylsilyl)-phosphat, Di(trifluorethyl)-(trimethylsilyl)-phosphat, Trifluorethylbis(trimethylsilyl)-phosphat, Verbindungen, in denen eine Trimethylsilylgruppe dieser (Trimethylsilyl)-phosphate durch eine Triethylsilylgruppe substituiert ist, eine Triphenylsilylgruppe, eine t-Butyldimethylsilylgruppe oder dergleichen und Verbindungen, die eine kondensierte Phophatstruktur aufweisen, in der Phosphoratome über ein Sauerstoffatom durch Kondensation von Phosphaten gebunden sind, ein.

Unter diesen wird vorzugsweise Tris(trimethylsilyl)phosphat (TMSP) verwendet. Es ist möglich, einen Anstieg der Resistenz durch Tris(trimethylsilyl)phosphat mit einer geringeren Menge an Zugabe zu unterdrücken als bei anderen (Trimethylsilyl)phosphaten.
Es kann eine einzige Art von Tris(trimethylsilyl)phosphat verwendet werden oder zwei oder mehr Arten davon in Kombination.
Wenn der nichtwässrige Elektrolyt ein Tris(trimethylsilyl)phosphat einschließt, beträgt dessen Gehalt vorzugsweise 0,1 Masse-% bis 5 Masse-%, noch bevorzugter 0,3 Masse-% bis 3 Masse-%, ferner bevorzugt 0,4 Masse-% bis 2 Masse-%, bezogen auf die Gesamtmenge des nichtwässrigen Elektrolyten.
Insbesondere, wenn der nichtwässrige Elektrolyt TMSP einschließt, beträgt dessen Gehalt vorzugsweise 0,1 Masse-% bis 0,5 Masse-%, weiter bevorzugt 0,1 Masse-% bis 0,4 Masse-%, ferner bevorzugt 0,2 Masse-% bis 0,4 Masse-%, bezogen auf die Gesamtmenge des nichtwässrigen Elektrolyten. Wenn der TMSP-Gehalt innerhalb des oben genannten Bereichs liegt, verbessern sich die Lebensdauereigenschaften tendenziell durch die Wirkung einer dünnen SEI (Solid Electrolyte Interphase) oder ähnliches.
Der nicht-wässrige Elektrolyt kann Vinylencarbonat (VC) einschließen. Durch den Einsatz von VC wird während des Ladens einer Lithium-Ionen-Sekundärbatterie ein stabiler Beschichtungsfilm auf einer Oberfläche der negativen Elektrode gebildet. Der Beschichtungsfilm weist den Effekt auf, dass er die Zersetzung eines nichtwässrigen Elektrolyten an einer Oberfläche der negativen Elektrode unterdrückt.
Der Gehalt an Vinylencarbonat liegt vorzugsweise bei 0,3 Masse-% bis 1,6 Masse-%, weiter bevorzugt bei 0,3 Masse-% bis 1,5 Masse-%, ferner bevorzugt bei 0,3 Masse-% bis 1,3 Masse-%, bezogen auf die Gesamtmenge eines nicht-wässrigen Elektrolyten. Wenn der Gehalt an Vinylencarbonat innerhalb des oben genannten Bereichs liegt, verbessern sich die Lebensdauereigenschaften tendenziell und eine Abnahme der Lade-/Entladeeffizienz, die durch die Zersetzung von überschüssigem VC während des Ladens einer Lithium-Ionen-Sekundärbatterie verursacht wird, wird tendenziell unterdrückt.
Im Folgenden wird das Lithiumsalz (Elektrolyt) erklärt.
Das Lithiumsalz ist nicht besonders begrenzt, solange es als Elektrolyt für einen nicht-wässrigen Elektrolyten für eine Lithium-Ionen-Sekundärbatterie verwendbar ist. Beispiele dafür schließen anorganische Lithiumsalze, fluorhaltige organische Lithiumsalze und Oxalato-Borate ein.
Beispiele für das organische Lithiumsalz schließen anorganische Fluoridsalze wie LiPF₆, LiBF₄, LiAsF₆ und LiSbF₆, Perhalogensäuresalze wie LiClO₄, LiBrO₄ und LiIO₄ und anorganische Chloridsalze wie LiAlCl₄ ein.
Beispiele für das fluorhaltige organische Lithiumsalz schließen Perfluoralkansulfonat wie LiCF₃SO₃, Perfluoralkansulfonylimidsalze wie LiN(CF₃SO₂)₂, LiN(CF₃CF₂SO₂)₂ und LiN(CF₃SO₂)(C₄F₉SO₂) ein; Perfluoralkansulfonylmethidsalze wie LiC(CF₃SO₂)₃; und fluoralkylfluorierte Phosphate wie Li[PF₅(CF₂CF₂CF₃)], Li[PF₄(CF₂CF₂CF₃)₂], Li[PF₃(CF₂CF₂CF₃)₃], Li[PF₅(CF₂CF₂CF₂CF₃)], Li[PF₄(CF₂CF₂CF₂CF₃)₂] und Li[PF₃(CF₂CF₂CF₂CF₃)₃] ein.
Beispiele für Oxalato-Borat schließen Lithium-Bis(oxalato)borat und Lithium-Difluoro(oxalato)borat ein.
Es kann eine einzige Art von Lithiumsalz verwendet werden, oder zwei oder mehr Arten von Lithiumsalz können kombiniert werden.
Unter dem Gesichtspunkt der Löslichkeit in einem Lösungsmittel, der Lade-/Entladeeigenschaften oder der Zykluseigenschaften einer Lithium-Ionen-Sekundärbatterie und dergleichen wird Lithiumhexafluorphosphat (LiPF₆) bevorzugt.
Die Konzentration des Elektrolyten in dem nicht-wässrigen Elektrolyten ist nicht besonders begrenzt. Die Konzentration des Elektrolyten beträgt vorzugsweise 0,5 mol/L oder mehr, noch bevorzugter 0,6 mol/L oder mehr, ferner bevorzugt 0,7 mol/L oder mehr. Die Konzentration des Elektrolyten beträgt vorzugsweise 2 mol/L oder weniger, mehr bevorzugt 1,8 mol/L oder weniger, ferner bevorzugt 1,7 mol/L oder weniger.
Wenn die Konzentration des Elektrolyten 0,5 mol/L oder mehr beträgt, weist der nicht-wässrige Elektrolyt tendenziell eine ausreichende elektrische Leitfähigkeit auf. Wenn die Konzentration des Elektrolyten 2 mol/L oder weniger beträgt, wird ein Anstieg der Viskosität des nicht-wässrigen Elektrolyten tendenziell unterdrückt, wodurch die elektrische Leitfähigkeit erhöht wird. Durch die Erhöhung der elektrischen Leitfähigkeit des nicht-wässrigen Elektrolyten wird die Leistung einer Lithium-Ionen-Sekundärbatterie tendenziell verbessert.
(Separator)
Der Separator ist nicht besonders begrenzt, solange er eine Ionen-Durchlässigkeit aufweist, während er eine positive Elektrode von einer negativen Elektrode elektrisch isoliert, und resistent gegen die Oxidation auf der Seite der positiven Elektrode und die Reduktion auf der Seite der negativen Elektrode ist. Materialien für einen Separator, der diese Eigenschaften erfüllt, schließen Harze und anorganische Stoffe ein.
Beispiele für das Harz schließen Polymere vom Typ Olefin, Polymere vom Typ Fluor, Polymere vom Typ Zellulose, Polyimid und Nylon ein. Bevorzugt wird ein Polymer gewählt, das gegenüber einem nichtwässrigen Elektrolyten stabil ist und eine günstige Fähigkeit aufweist, eine Flüssigkeit zu halten, wie beispielsweise ein poröses Blatt oder ein Vliesstoff aus Polyolefin wie Polyethylen oder Polypropylen.
Beispiele für die anorganische Substanz schließen Oxide wie Aluminiumoxid und Siliziumdioxid, Nitride wie Aluminiumnitrid und Siliziumnitrid und Glas ein. Es ist zum Beispiel möglich, einen Separator zu verwenden, der so konfiguriert ist, dass eine anorganische Substanz auf ein folienartiges Substrat in Form eines Stoffes, einer mikroporösen Folie oder ähnlichem aufgebracht ist. Geeignete filmartige Substrate können eine Porengröße von 0,01 µm bis 1 µm und eine durchschnittliche Dicke von 5 µm bis 50 µm aufweisen. Es ist auch möglich, eine poröse Verbundschicht zuzubereiten, indem eine anorganische Substanz in Form von Fasern oder Partikeln mit einem Bindemittel wie einem Harz verbunden wird. Die poröse Verbundschicht kann auf einer Oberfläche eines anderen Separators gebildet werden, um einen mehrschichtigen Separator zu bilden. Ferner kann der Mehrschichtseparator auf einem Separator einer positiven Elektrode oder einer negativen Elektrode gebildet werden.
(Andere Komponenten)
Die Lithium-Ionen-Sekundärbatterie kann eine spaltbare Öffnung aufweisen. Durch das Öffnen der spaltbaren Entlüftung kann ein Druckanstieg im Inneren der Batterie unterdrückt und ihre Sicherheit verbessert werden.
Die Lithium-Ionen-Sekundärbatterie kann eine Komponente zur Entladung eines Inertgases wie Kohlendioxid aufweisen, wenn die Temperatur im Inneren der Batterie steigt. Durch das Bereitstellen der Komponente zum Ablassen eines Inertgases ist es möglich, eine Entlüftung sofort zu öffnen, indem ein Inertgas erzeugt wird, wenn die Temperatur im Inneren der Batterie steigt, wodurch die Sicherheit der Batterie verbessert wird. Die Komponente wird vorzugsweise aus einem Material wie Lithiumcarbonat, Polyethylencarbonat oder Polypropylencarbonat hergestellt.
Im Folgenden wird eine Ausführungsform der Lithium-Ionen-Sekundärbatterie, die eine zylindrische Form vom Typ 18650 aufweist, anhand einer Zeichnung dargestellt. 1 ist eine Schnittansicht einer Lithium-Ionen-Sekundärbatterie nach der vorliegenden Offenbarung.
(Beispielhaftes Konfigurieren einer Lithium-Ionen-Sekundärbatterie)
Eine beispielhafte Konfiguration einer Lithium-Ionen-Sekundärbatterie ist in 1 dargestellt.
Die in 1 dargestellte Lithium-Ionen-Sekundärbatterie 1 weist eine Konfiguration auf, bei der eine Elektrodenrolle 5 in einem zylindrischen Batteriebehälter 6 untergebracht ist. Die Elektrodenrolle 5 wird durch Rollen einer bandförmigen positiven Elektrodenplatte 2 und einer bandförmigen negativen Elektrodenplatte 3 mit einem dazwischen liegenden Separator 4 gebildet. An der Oberseite der Elektrodenrolle 5 ist ein Terminal für die positive Elektrode angebracht, das ein Ende aufweist, das an der positiven Elektrodenplatte 2 befestigt ist. Das andere Ende des Terminals für die positive Elektrode ist mit der Unterseite eines scheibenförmigen Batteriedeckels verbunden, der auf der Oberseite der Elektrodenrolle 5 angeordnet ist und die Funktion eines externen Terminals für die positive Elektrode aufweist. An der Unterseite der Elektrodenrolle 5 ist ein Terminal für die negative Elektrode angebracht, das ein Ende aufweist, das an der negativen Elektrode 3 befestigt ist. Das andere Ende des Terminals für die negative Elektrode ist mit dem inneren Boden des Behälters 6 der Batterie verbunden. Dementsprechend sind das Terminal für die positive Elektrode und das Terminal für die negative Elektrode jeweils an den Endflächen der Elektrodenrolle 5 herausgeführt. Die äußere Peripherie der Elektrodenrolle 5 ist mit einer isolierenden Beschichtung (nicht abgebildet) abgedeckt. Der Batteriedeckel ist über eine isolierende Dichtung aus Harz an der Oberseite des Batteriebehälters 6 befestigt. Daher ist die sekundäre Lithium-Ionen-Batterie 1 hermetisch abgedichtet. Der innere Raum der Lithium-Ionen-Sekundärbatterie 1 ist mit einem nicht-wässrigen Elektrolyten (nicht gezeigt) gefüllt.
<Verfahren zum Transportieren von negativem Elektrodenmaterial>
Das Verfahren zum Transportieren eines negativen Elektrodenmaterials nach der vorliegenden Offenbarung ist ein Verfahren zum Transportieren eines negativen Elektrodenmaterials, wobei das Verfahren das Transportieren des verpackten negativen Elektrodenmaterials wie oben beschrieben umfasst.
Das Verfahren zum Transportieren ist nicht besonders eingeschränkt und kann aus dem Landtransport, dem Seetransport, dem Wassertransport, dem Lufttransport oder ähnlichem ausgewählt werden. Die Mittel zum Transportieren sind nicht besonders begrenzt und können aus Eisenbahnen, Lastwagen, Schiffen oder Flugzeugen ausgewählt werden.
In dem Verfahren wird ein negatives Elektrodenmaterial in einem Zustand des vorstehend aufgeführten verpackten negativen Elektrodenmaterials transportiert. Daher wird die Zersetzung des negativen Elektrodenmaterials selbst dann wirksam unterdrückt, wenn es in einer Umgebung mit hohen Temperaturen und hoher Luftfeuchtigkeit transportiert wird. Dementsprechend eignet sich das Verfahren für einen Fall, in dem ein negatives Elektrodenmaterial auf dem Seeweg über den Äquator transportiert wird.
In dem Verfahren ist die Menge der Zeit vom Einsetzen bis zum Eintreffen nicht besonders begrenzt und kann z. B. zwischen 1 Tag und 1 Jahr gewählt werden.
Die Details und bevorzugten Ausführungsformen des Behälters und des negativen Elektrodenmaterials, die in dem Verfahren verwendet werden, sind die gleichen wie die Details und bevorzugten Ausführungsformen des Behälters und des negativen Elektrodenmaterials, die in dem verpackten negativen Elektrodenmaterial erwähnt werden.
<Behälter zum Aufbewahren von negativem Elektrodenmaterial>
Der Behälter zum Aufbewahren eines negativen Elektrodenmaterials nach der vorliegenden Offenbarung ist ein Behälter zum Aufbewahren eines negativen Elektrodenmaterials,

Der Behälter wird zum Aufbewahren eines negativen Elektrodenmaterials verwendet, das ein Kohlenstoffmaterial ist, das ein Mikroporenvolumen von 0,40 × 10^-3 m³/kg oder weniger aufweist. Durch die Verwendung des Behälters wird die Zersetzung des negativen Elektrodenmaterials während der Aufbewahrung in einer Umgebung mit hoher Temperatur und hoher Luftfeuchtigkeit wirksam unterdrückt.
Die Details und bevorzugten Ausführungsformen des Behälters und des negativen Elektrodenmaterials, das in dem Behälter aufbewahrt werden soll, sind die gleichen wie die Details und bevorzugten Ausführungsformen des Behälters und des negativen Elektrodenmaterials, die in dem verpackten negativen Elektrodenmaterial erwähnt werden.
Der Behälter kann verformbar oder nicht verformbar sein. Wenn der Zweck des Aufbewahrens eines negativen Elektrodenmaterials in dem Behälter der Transport des negativen Elektrodenmaterials ist (insbesondere der Transport über große Entfernungen wie Import/Export), ist der Behälter vorzugsweise verformbar. Beispiele für einen verformbaren Behälter schließen einen beutelartigen Behälter wie einen flexiblen Behälter ein.
<Verfahren zum Aufbewahren von negativem Elektrodenmaterial>
Das Verfahren zur Lagerung eines negativen Elektrodenmaterials nach der vorliegenden Offenbarung ist ein Verfahren zur Lagerung eines negativen Elektrodenmaterials, wobei das Verfahren die Lagerung eines negativen Elektrodenmaterials in einem Behälter umfasst,

Nach dem Verfahren wird die Verschlechterung eines negativen Elektrodenmaterials mit einem Mikroporenvolumen von 0,40 × 10^-3 m³/kg oder weniger während der Aufbewahrung in einer Umgebung mit hoher Temperatur und hoher Luftfeuchtigkeit wirksam unterdrückt.
Die Details und bevorzugten Ausführungsformen des Behälters und des negativen Elektrodenmaterials, die in dem Verfahren verwendet werden, sind die gleichen wie die Details und bevorzugten Ausführungsformen des Behälters und des negativen Elektrodenmaterials, die in dem verpackten negativen Elektrodenmaterial erwähnt werden.
Der Behälter kann verformbar oder nicht verformbar sein. Wenn der Zweck der Aufnahme eines negativen Elektrodenmaterials in dem Behälter der Transport des negativen Elektrodenmaterials ist (insbesondere der Transport über große Entfernungen wie Import/Export), ist der Behälter vorzugsweise verformbar. Beispiele für einen verformbaren Behälter schließen einen beutelartigen Behälter wie einen flexiblen Behälter ein.
<Verfahren zum Herstellen von negativem Elektrodenmaterial>
Das Verfahren zur Herstellung einer negativen Elektrode nach der vorliegenden Offenbarung ist ein Verfahren zur Herstellung einer negativen Elektrode, wobei das Verfahren folgendes umfasst:

Entnehmen des negativen Elektrodenmaterials aus dem Behälter des verpackten negativen Elektrodenmaterials wie oben aufgeführt; und
Herstellen einer negativen Elektrode unter Verwendung des aus dem Behälter extrahierten negativen Elektrodenmaterials.

In dem Verfahren können die Entnahme des negativen Elektrodenmaterials aus dem Behälter und die Herstellung einer negativen Elektrode unter Verwendung des aus dem Behälter entnommenen negativen Elektrodenmaterials nacheinander durchgeführt werden.
In einem allgemeinen Herstellungsverfahren für eine negative Elektrode ist eine Produktionslinie so konzipiert, dass ein negatives Elektrodenmaterial aus einem nicht verformbaren Behälter, wie beispielsweise einem Dram, durch Absaugen oder durch Umdrehen eines Behälters entnommen wird. Wenn also ein negatives Elektrodenmaterial, das in die Produktionslinie gelangt, in einem verformbaren Behälter untergebracht ist, erfordert das Herstellungsverfahren einen Prozess der Überführung des negativen Elektrodenmaterials aus dem verformbaren Behälter in einen nicht verformbaren Behälter.
Durch die aufeinanderfolgende Durchführung eines Prozesses zur Entnahme eines negativen Elektrodenmaterials aus einem Behälter und eines Prozesses zur Herstellung einer negativen Elektrode aus dem aus einem Behälter entnommenen negativen Elektrodenmaterial (d. h. ohne Zwischenschaltung eines Prozesses zur Übertragung eines negativen Elektrodenmaterials aus dem Behälter in einen anderen Behälter) wird die Effizienz der Produktion verbessert.
Das Verfahren zum Einschließen eines negativen Elektrodenmaterials aus einem verformbaren Behälter ist nicht besonders begrenzt, und Beispiele dafür schließen das Aufhängen eines Behälters und das Öffnen des Bodens desselben sowie das Einschließen eines negativen Elektrodenmaterials aus einem Behälter unter Verwendung einer Saugvorrichtung ein.
Die Details und bevorzugten Ausführungsformen des Behälters und des negativen Elektrodenmaterials, die in dem Verfahren verwendet werden, sind die gleichen wie die Details und bevorzugten Ausführungsformen des Behälters und des negativen Elektrodenmaterials, die in dem verpackten negativen Elektrodenmaterial erwähnt werden.
In dem Verfahren ist das Verfahren zur Herstellung eines negativen Elektrodenmaterials nicht besonders eingeschränkt und kann aus bekannten Verfahren ausgewählt werden.
[Beispiele]
Im Folgenden werden die Ausführungsformen anhand von Beispielen weiter detailliert erläutert. Es sei darauf hingewiesen, dass die vorliegende Offenbarung nicht auf diese Beispiele beschränkt ist.
(1) Herstellung des negativen Elektrodenmaterials
Eine Mischung wurde ermittelt, indem 100 Masse-% kugelförmiger Naturgraphit und 10 Masse-% Steinkohlenteerpech (Erweichungspunkt: 90 °C, Restkohlenstoffrate (Verkohlungsrate): 50 %). Die Mischung wurde einer thermischen Behandlung unterzogen, wodurch graphitische Partikel ermittelt wurden, die eine niedrigkristalline Kohlenstoffschicht auf einer Oberfläche von Kernpartikeln aufweisen. Die thermische Behandlung wurde unter einem Stickstoffstrom durchgeführt, indem die Temperatur von 25 °C auf 1.000 °C mit einer Geschwindigkeit von 200 °C/Stunde erhöht und die Temperatur 1 Stunde lang bei 1.000 °C gehalten wurde. Die graphitischen Partikel wurden mit einer Schneidmühle zerkleinert und mit einem 300-MaschenSieb ineinandergreifen. Die untermaßige Fraktion der graphitischen Partikel wurde als negatives Elektrodenmaterial 1 bezeichnet.
Graphitische Partikel wurden auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 ermittelt, mit der Ausnahme, dass die Temperatur für die thermische Behandlung auf 900 °C geändert wurde. Sie werden als negatives Elektrodenmaterial 2 bezeichnet.
Graphitische Partikel wurden auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 ermittelt, mit der Ausnahme, dass die Temperatur für die thermische Behandlung auf 850 °C geändert wurde. Sie werden als negatives Elektrodenmaterial 3 bezeichnet.
Die negativen Elektrodenmaterialien 1-3 wiesen das folgende Mikroporenvolumen, die volumengemittelte Partikelgröße, den Ramann R-Wert und den spezifischen Oberflächenbereich nach BET auf.
<Negatives Elektrodenmaterial 1>

Mikroporenvolumen: 0,18×10^-3 m³/kg
Volumengemittelte Partikelgröße: 10 µm
R-Wert: 0,34
BET spezifische Oberfläche: 4,5 m²/g

<Negatives Elektrodenmaterial 2>

Mikroporenvolumen: 0,34×10^-3 m³/kg
Volumengemittelte Partikelgröße: 15 µm
R-Wert: 0,40
BET spezifische Oberfläche: 3,5 m²/g

<Negatives Elektrodenmaterial 3>

Mikroporenvolumen: 0,55×10^-3 m³/kg
Volumengemittelte Partikelgröße: 10 µm
R-Wert: 0,42
BET spezifische Oberfläche: 4,0 m²/g

(2) Aufbewahrungstest
Jedes der negativen Elektrodenmaterialien 1-3 befand sich in einem Behälter mit einem Volumen von 20.000 cm³ (Höhe: 80 cm, Basisbereich: 250 cm²) aus Polyethylen mit ultrahohem Molekulargewicht, und der Behälter war dicht verschlossen. Der Behälter wies eine Wasserdampfdurchlässigkeitsrate von 7,5 g/(m² ·d)(40 C°/90 %RH) auf. Der Füllungsgrad des negativen Elektrodenmaterials im Behälter betrug 70 %.
Der Behälter, in dem sich das negative Elektrodenmaterial befindet, wurde einem Test zur Aufbewahrung unterzogen, bei dem der Behälter 2160 Stunden lang in einem Zustand von 80 °C und 90 % relativer Luftfeuchtigkeit belassen wurde.
Zum Vergleich wurde derselbe Test zur Aufbewahrung mit einem Behälter durchgeführt, der entweder das negative Elektrodenmaterial 1 oder 3 ohne Dichtung enthielt (d. h. nicht in einem Behälter verpackt war).
(3) Messung der anfänglichen Effizienz
Eine negative Elektrodenplatte wurde durch den folgenden Prozess zubereitet.
Jedem der negativen Elektrodenmaterialien 1-3 wurde Carboxymethylcellulose (CMC) als Mittel zur Verdickung und StyrolButadien-Kautschuk (SBR) als Bindemittel in einem Massenverhältnis (negatives Elektrodenmaterial/CMC/SBR) von 98/1/1 hinzugefügt. Die Mischung wurde mit reinem Wasser als Dispergiermittel hinzugefügt und geknetet, wodurch eine Aufschlämmung für die Beispiele und Vergleichsbeispiele ermittelt wurde.
Die Aufschlämmung wurde auf jede Seite einer gewalzten Kupferfolie mit einer durchschnittlichen Dicke von 10 µm als Stromkollektor für eine negative Elektrode im Wesentlichen gleichmäßig aufgetragen. Die Dichte der Schicht der negativen Elektrodenzusammensetzung betrug 1,3 g/cm³.
Eine negative Elektrode mit einem Durchmesser von 14 mm wurde wie vorstehend aufgeführt aus der negativen Elektrodenplatte erhalten und eine positive Elektrode mit einem Durchmesser von 15 mm wurde aus einer metallischen Lithiumplatte erhalten. Eine münzförmige Batterie wurde hergestellt durch Schichten eines einlagigen Polyethylen-Separators mit einer durchschnittlichen Dicke von 30 µm (HIPORE™, Asahi Kasei Corporation) zwischen die negative und die positive Elektrode.
Als ein nicht-wässriger Elektrolyt wurde ein gemischtes Lösungsmittel aus Ethylencarbonat (EC) als ein zyklisches Carbonat, Dimethylcarbonat (DMC) als ein lineares Carbonat und Ethylmethylcarbonat (EMC) in einem Verhältnis (EC/DMC/EMC) von 2/3/2, einschließlich 1,2 mol/L Lithiumhexafluorophosphat (LiPF₆) und 1,0 Masse-% Vinylencarbonat (VC), verwendet.
Die münzförmige Batterie wurde bei 25 °C mit einem konstanten Strom von 0,2 CA auf 0 V (Li/Li+) geladen und ferner mit einer konstanten Spannung von 0 V (Li/Li+) geladen, bis der Stromwert 0,01 CA betrug (anfängliches Laden). Danach wurde die Batterie mit einem konstanten Strom von 0,2 CA auf 1,5 V entladen (anfängliches Entladen). Zwischen dem Aufladen und dem Entladen wurde eine 30-minütige Pause eingelegt.
Ein Wert, der durch Division der anfänglichen Ladungsmenge (mAh) durch die Masse des negativen Elektrodenmaterials (g) ermittelt wurde, wurde als anfängliche Ladekapazität bezeichnet.
Ein Wert, der durch Division der anfänglichen Entladungsmenge (mAh) durch die Masse des negativen Elektrodenmaterials (g) ermittelt wurde, wurde als anfängliche Entladekapazität bezeichnet.
Eine anfängliche Effizienz wurde anhand der folgenden Formel berechnet. $Anf \ddot{a} ngliche Effizienz (%) = (anf \ddot{a} ngliche entladene Kapazitat (mAh/g) /anf \ddot{a} ngliche geladene Kapazitat (mAh/g)) \times 100$
(4) Bewertung der Eigenschaften der Aufbewahrung
Ein Laminat, in dem ein einlagiger Polyethylen-Separator mit einer durchschnittlichen Dicke von 30 µm (HIPORE™, Asahi Kasei Corporation) mit der negativen Elektrode und der positiven Elektrode sandwichartig verbunden war, wurde zu einem Elektrodenkörper aufgerollt.
Die im Laminat verwendete negative Elektrode wurde auf die gleiche Weise zubereitet wie die negative Elektrode, die für die Messung der anfänglichen Effizienz verwendet wurde. Die im Laminat verwendete positive Elektrode wurde durch einen Prozess wie unten beschrieben zubereitet.
Die Längen der negativen Elektrode, der positiven Elektrode und des Separators wurden so angepasst, dass der Durchmesser des Elektrodenkörpers 17,15 mm betrug. Der Elektrodenkörper wurde mit einer Sammelleitung angebracht und in ein Gehäuse für eine Batterie des Typs 18650 eingesetzt. In dem Gehäuse wurde ein nichtwässriger Elektrolyt geladen. Danach wurde das Gehäuse der Batterie fest abgedichtet, um eine Lithium-Ionen-Sekundärbatterie zu ermitteln.
Als nicht-wässriger Elektrolyt wurde ein gemischtes Lösungsmittel aus Ethylencarbonat (EC) als zyklisches Carbonat, Dimethylcarbonat (DMC) als lineares Carbonat und Ethylmethylcarbonat (EMC) in einem Verhältnis (EC/DMC/EMC) von 2/3/2, einschließlich 1,2 mol/L Lithiumhexafluorophosphat (LiPF₆) als Lithiumsalz und 1,0 Masse-% Vinylencarbonat (VC), verwendet.
(Herstellung der positiven Elektrode)
Lamellares Lithium/Nickel/Mangan/Kobalt-Verbundoxid (NMC, BET spezifischer Oberflächenbereich: 0,4 m²/g, durchschnittliche Partikelgröße (d50): 6,5 µm) wurde als aktives Material für die positive Elektrode verwendet. Durch serielles Hinzufügen von Acetylenschwarz (Handelsname: HS-100, durchschnittliche Partikelgröße: 48 nm (Katalogwert von Denka Company Limited.), Denka Company Limited.) als leitfähiges Mittel und Polyvinylidenfluorid als Bindemittel zu dem aktiven Material für die positive Elektrode wurde eine Mischung ermittelt. Das Massenverhältnis der Komponenten (aktives Material der positiven Elektrode/Leitmittel/Bindemittel) betrug 90/5/5.
Die Mischung wurde mit N-Methyl-2-Pyrollidon (NMP) als Dispersionsmittel hinzugefügt und geknetet, wodurch eine aufschlämmungsartige positive
Elektrodenzusammensetzung ermittelt wurde. Die positive Elektrodenzusammensetzung wurde im Wesentlichen gleichmäßig auf jede Seite einer Aluminiumfolie mit einer durchschnittlichen Dicke von 20 µm als Stromkollektor für eine positive Elektrode aufgetragen. Die positive Elektrodenzusammensetzung wurde getrocknet und verdichtet, um eine Dichte von 2,7 g/cm³ aufzuweisen. Das Auftragen der positiven Elektrodenzusammensetzung erfolgte so, dass der Feststoffgehalt der positiven Elektrodenzusammensetzung auf jeder Seite des Stromabnehmers 40 g/m² betrug.
Die Lithium-Ionen-Sekundärbatterie wurde bei einer konstanten Stromstärke von 0,5 CA auf 4,2 V bei 25 °C geladen und dann ferner bei einer konstanten Spannung von 4,2 V geladen, bis der Stromwert 0,01 CA betrug.
Danach wurde die Batterie mit einem konstanten Strom von 0,5 CA auf 2,7 V entladen. Es wurden drei Zyklen des Ladens und Entladens durchgeführt. Zwischen dem Aufladen und dem Entladen wurde eine 30-minütige Pause eingelegt.
Die Lithium-Ionen-Sekundärbatterie nach drei Lade- und Entladezyklen wurde als „anfängliche Batterie“ bezeichnet.
Die Eigenschaften der Aufbewahrung der anfänglichen Batterie wurden durch den folgenden Prozess bewertet.

(1) Die anfängliche Batterie wurde mit einem konstanten Strom von 0,5 CA auf 4,2 V geladen und ferner mit einer konstanten Spannung von 4,2 V, bis der Stromwert 0,01 CA betrug.
(2) Nach einer 30-minütigen Pause wurde die Batterie mit einem konstanten Strom von 0,5 CA auf 2,7 V entladen. Die entladene Kapazität A (mAh) zu dieser Zeit wurde gemessen.
(3) Nach einem 30-minütigen Intervall wurde die Batterie mit einem konstanten Strom von 0,5 CA auf 4,2 V geladen und ferner mit einer konstanten Spannung von 4,2 V geladen, bis der Stromwert 0,01 CA betrug.
(4) Die Batterie wurde 30 Tage lang in einer Umgebung von 60 °C belassen.
(5) Die Batterie wurde mit einem konstanten Strom von 0,5 CA auf 2,7 V entladen. Die entladene Kapazität B (mAh) zu dieser Zeit wurde gemessen.
(6) Die Eigenschaft der Aufbewahrung wurde anhand der folgenden Formel berechnet.

\begin{array}{l} Eigenschaft der Aufbewahrung (%) = (entladene Kapazit \ddot{a} t B / entladene Kapazit \ddot{a} t A) \\ \times 100 \end{array}

	Beispiel 1	Beispiel 2	Vergleichsbeispiel 1	Vergleichsbeispiel 2	Vergleichsbeispiel 3
Negatives Elektrodenmaterial	1	2	3	1	3
Verpackt im Behälter	JA	JA	JA	NEIN	NEIN
Anfängliche Effizienz	100 %	99%	95 %	96%	94 %
Eigenschaften der Aufbewahrung	97%	96%	89%	90%	85 %

Wie in Tabelle 1 gezeigt, weisen Beispiel 1 und Beispiel 2, die jeweils das negative Elektrodenmaterial 1 oder das negative Elektrodenmaterial 2 mit einem Mikroporenvolumen von 0,40×10^-3 m³/kg oder weniger in einem Behälter mit einer Wasserdampfdurchlässigkeitsrate von 150 g/(m² · d)(40 C°/90 %RH) oder weniger unterbringen, hohe Werte bei der anfänglichen Effizienz und der Eigenschaft der Aufbewahrung nach dem Aufbewahrungstest auf. Die Ergebnisse zeigen, dass die Verschlechterung eines negativen Elektrodenmaterials während der Aufbewahrung in einer Umgebung mit hoher Temperatur und hoher Luftfeuchtigkeit wirksam unterdrückt wird.
Vergleichsbeispiel 1, bei dem das negative Elektrodenmaterial 3 mit einem Mikroporenvolumen von mehr als 0,40 × 10^-3 m³/kg in einem Behälter mit einer Wasserdampfdurchlässigkeitsrate von 150 g/(m² · d)(40 C°/90 %RH) oder weniger untergebracht ist, und Vergleichsbeispiel 2, bei dem das negative Elektrodenmaterial 1 mit einem Mikroporenvolumen von 0,40 × 10^-3 m³/kg oder weniger nicht in einem Behälter verpackt ist, weisen nach dem Aufbewahrungstest niedrige Werte bei der anfänglichen Effizienz und der Eigenschaft der Aufbewahrung auf. Die Ergebnisse zeigen, dass die Verschlechterung eines negativen Elektrodenmaterials während der Aufbewahrung in einer Umgebung mit hoher Temperatur und hoher Luftfeuchtigkeit fortschreitet.
Der Unterschied im anfänglichen Wirkungsgrad und den Eigenschaften der Aufbewahrung nach dem Aufbewahrungstest zwischen einem Fall, in dem das negative Elektrodenmaterial 3 ein Mikroporenvolumen von mehr als 0,40 × 10^-3 m³/kg in einem Behälter verpackt ist (Vergleichsbeispiel 1) und einem Fall, in dem das negative Elektrodenmaterial 3 nicht in einem Behälter verpackt ist (Vergleichsbeispiel 3), ist kleiner als ein Unterschied im anfänglichen Wirkungsgrad und den Eigenschaften der Aufbewahrung nach dem Aufbewahrungstest zwischen einem Fall, in dem das negative Elektrodenmaterial 1 mit einem Mikroporenvolumen von 0,40 × 10^-3 m³/kg oder weniger in einem Behälter verpackt ist (Beispiel 1) und einem Fall, in dem das negative Elektrodenmaterial 1 nicht in einem Behälter verpackt ist (Vergleichsbeispiel 2).
Die Ergebnisse zeigen, dass die Wirkung der Unterdrückung der Verschlechterung eines negativen Elektrodenmaterials signifikant ist, wenn das negative Elektrodenmaterial ein Mikroporenvolumen von 0,40 × 10^-3 m³/kg oder weniger aufweist.
Die Offenbarung der internationalen Patentanmeldung Nr. 2020/045607 ist hierin in vollem Umfang enthalten.
Alle Veröffentlichungen, Patentanmeldungen und technischen Standards, die in der vorliegenden Spezifikation erwähnt werden, sind hierin in demselben Umfang enthalten, als ob jede einzelne Veröffentlichung, Patentanmeldung oder jeder technische Standard ausdrücklich und einzeln als durch Verweis enthalten angegeben worden wäre.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

WO 2020/045607 [0237]

Claims

Verpacktes negatives Elektrodenmaterial, umfassend einen Behälter und ein in dem Behälter enthaltenes negatives Elektrodenmaterial, der Behälter weist eine Wasserdampfdurchlässigkeitrate von 150 g/(m² · d)(40 C°/90 %RH) oder weniger auf, und das negative Elektrodenmaterial weist ein Mikroporenvolumen von 0,40×10^-3 m³/kg oder weniger auf.
Verpacktes negatives Elektrodenmaterial nach Anspruch 1, wobei der Behälter ein Volumen von 6.000 cm³ bis 40.000 cm³ aufweist.
Verpacktes negatives Elektrodenmaterial nach Anspruch 1 oder 2, wobei ein Füllungsgrad des negativen Elektrodenmaterials in dem Behälter von 20 % bis 90 % beträgt.
Verpacktes negatives Elektrodenmaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das negative Elektrodenmaterial ein negatives Elektrodenmaterial für eine Lithium-Ionen-Sekundärbatterie ist.
Verpacktes negatives Elektrodenmaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Behälter Polyethylen umfasst.
Verpacktes negatives Elektrodenmaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Behälter verformbar ist.
Verfahren zum Transportieren eines negativen Elektrodenmaterials, wobei das Verfahren das Transportieren des verpackten negativen Elektrodenmaterials nach einem der Ansprüche 1 bis 6 umfasst.
Verfahren zum Transportieren eines negativen Elektrodenmaterials nach Anspruch 7, wobei eine Art des Transports Seetransport ist.
Behälter zum Aufbewahren eines negativen Elektrodenmaterials, der Behälter weist eine Wasserdampfdurchlässigkeitsrate von 150 g/(m² · d)(40 C°/90 %RH) oder weniger auf, und das negative Elektrodenmaterial weist ein Mikroporenvolumen von 0,40 × 10^-3 m³/kg oder weniger auf.
Verfahren zum Aufbewahren eines negativen Elektrodenmaterials, wobei das Verfahren das Aufbewahren eines negativen Elektrodenmaterials in einem Behälter umfasst, der Behälter weist eine Wasserdampfdurchlässigkeitsrate von 150 g/(m² · d)(40 C°/90 %RH) oder weniger auf, und das negative Elektrodenmaterial weist ein Mikroporenvolumen von 0,40×10^-3 m³/kg oder weniger auf.
Verfahren zur Herstellung einer negativen Elektrode, das Verfahren umfassend: Extrahieren des negativen Elektrodenmaterials aus dem Behälter des verpackten negativen Elektrodenmaterials nach einem der Ansprüche 1 bis 6; und Herstellen einer negativen Elektrode unter Verwendung des aus dem Behälter extrahierten negativen Elektrodenmaterials.
Verfahren zur Herstellung einer negativen Elektrode nach Anspruch 11, wobei das Extrahieren des negativen Elektrodenmaterials aus dem Behälter und die Herstellung einer negativen Elektrode unter Verwendung des aus dem Behälter extrahierten negativen Elektrodenmaterials nacheinander durchgeführt werden.