JP2011528483A - 電池電極用無機結合剤及びその水性製法 - Google Patents
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Abstract
Description
LiMn0.8Fe0.2PO4/炭素ナノコンポジット粉末(1g)を、50mgのLiH2PO4(Aldrich)を2mLの水に溶解した溶液に乳棒(pistil)及び乳鉢により分散させる。0.1mLのエタノールを、濡れ性を改善するために加えた後、分散物を、炭素被覆されたアルミニウム箔の上にドクターブレードにより広げ、200℃に至るまで空気中で乾燥する。このようにして得られた被覆は、このアルミニウム箔を曲げたときでさえ、優れた接着を示す。その電気化学的性能は、7.5%のPVdFを結合剤として含む場合の電気化学的性能と同等である(図1)。
LiMn0.8Fe0.2PO4/炭素ナノコンポジット粉末(1g)を、50mgのポリリン酸ナトリウム((NaPO3)n)(Aldrich)を2mLの水に溶解した溶液に乳棒及び乳鉢により分散させる。電極を、実施例1で記載されるように調製する。電極は、類似する性能を示す。
LiMn0.8Fe0.2PO4/炭素ナノコンポジット粉末(1g)を、25mgのLiH2PO4(Aldrich)及び25mgのLi2Si5O11(Aldrich)を4mLの水に溶解した溶液(強塩基性のLi2Si5O11に反して、この溶液は中性pHを有する)に乳棒及び乳鉢により分散させる。電極を、実施例1で記載されるように調製する。電極は、類似する性能を示す。
LiMn0.8Fe0.2PO4/炭素ナノコンポジット粉末(1g)を、15nm未満の平均粒子サイズを有する50mgのTiO2を2mLの水に含むコロイド分散物に乳棒及び乳鉢により分散させる。電極を、実施例1で記載されるように調製する。電極は、類似する性能を示す。
LiMn0.8Fe0.2PO4/炭素ナノコンポジット粉末(3g)を、75mgのLiH2PO4(Aldrich)及び75mgのポリビニルアルコール(PVA、87%〜89%が加水分解される;平均分子量:13000〜23000、Aldrich)を12mLの水に溶解した溶液にパールミル(perl mill)で分散させる。分散物を、炭素被覆されたアルミニウム箔の上にドクターブレードにより広げ、150℃に至るまで空気中で乾燥する。このようにして得られた被覆は、このアルミニウム箔を曲げたときでさえ、優れた接着を示す。その電気化学的性能は、7.5%のPVdFを結合剤として含む場合の電気化学的性能と同等である。
LiMn0.8Fe0.2PO4/炭素ナノコンポジット粉末(1g)を、75mgのPVdF(ポリ(ビニリデンフルオリド))を2mLのNMP(N−メチル−2−ピロリドン)に溶解した溶液に乳棒及び乳棒により分散させる。分散物を、炭素被覆されたアルミニウム箔の上にドクターブレードにより広げ、150℃に至るまで空気中で乾燥する。得られた電極の電気化学的性能が図1に比較のために示される。
参考文献
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Claims (39)
- 無機結合剤を含む電極材料であって、前記結合剤が、金属のオルトリン酸塩、金属のメタリン酸塩、金属のポリリン酸塩、フルオロリン酸塩、金属のポリフルオロリン酸塩、金属の炭酸塩、金属のホウ酸塩、金属のポリホウ酸塩、金属のフルオロホウ酸塩、金属のポリフルオロホウ酸塩、金属の硫酸塩、金属のフルオロ硫酸塩、酸化物化合物、フルオロキシド(fluoroxide)化合物、電気伝導性酸化物(例えば、フッ素ドープされた酸化スズ(SnO2:F)又はインジウムスズ酸化物(ITO))、チタン酸塩、金属のアルミン酸塩、金属のフルオロアルミン酸塩、金属のケイ酸塩、金属のフルオロケイ酸塩、金属のホウケイ酸塩、金属のフルオロホウケイ酸塩(fluoroborosilicate)、金属のリンケイ酸塩、フルオロリンケイ酸塩(fluorophosphosilicate)、金属のホウリンケイ酸塩、金属のフルオロホウリンケイ酸塩(fluoroborophosphosilicate)、金属のアルミノケイ酸塩、金属のフルオロアルミノケイ酸塩(fluoroaluminosilicate)、金属のアルミノリンケイ酸塩(aluminophosphosilicate)、金属のフルオロアルミノリンケイ酸塩(fluoroaluminophosphosilicate)又はそれらの混合物を含む、電極材料。
- 前記結合剤が、リチウム、ナトリウム、カリウム、アンモニウム、カルシウム、マグネシウム又はアルミニウムのオルトリン酸塩(例えば、LiH2PO4、Li2HPO4、Li3PO4、NaH2PO4、Na2HPO4、Na3PO4、KH2PO4、K2HPO4、K3PO4、NH4H2PO4、(NH4)2HPO4、CaHPO4、Ca3(PO4)2、MgHPO4、Mg3(PO4)2、AlPO4)、環状メタリン酸塩(例えば、(LiPO3)n、(NaPO3)n、(Ca(PO3)2)n、(Mg(PO3)2)n、(Al(PO3)3)n)、線状ポリリン酸塩(例えば、Lin+2[(PO3)n−1PO4]、Nan+2[(PO3)n−1PO4]、Kn+2[(PO3)n−1PO4]、Can+1[(PO3)2n−1PO4]、Mgn+1[(PO3)2n−1PO4])、フルオロリン酸塩(例えば、Li2PO3F、Na2PO3F、CaPO3F、MgPO3F)又はポリフルオロリン酸塩、或いは、それらの混合物を含む、請求項1に記載の電極材料。
- 前記結合剤が、リチウム、ナトリウム、カリウム、カルシウム又はマグネシウムの炭酸塩(例えば、Li2CO3、Na2CO3、K2CO3、CaCO3、MgCO3)、或いは、それらの混合物を含む、請求項1に記載の電極材料。
- 前記結合剤が、リチウム、ナトリウム、カリウム、カルシウム、マグネシウム又はアルミニウムのホウ酸塩(例えば、LiBO2、Li2B4O7、NaBO2、Na2B4O7、KBO2、K2B4O7、CaB4O7、MgB4O7)、ポリホウ酸塩、フルオロホウ酸塩又はポリフルオロホウ酸塩、或いは、それらの混合物を含む、請求項1に記載の電極材料。
- 前記結合剤が、リチウム、ナトリウム、カリウム、カルシウム、マグネシウム又はアルミニウムの硫酸塩又はフルオロ硫酸塩(例えば、Li2SO4、Na2SO4、K2SO4、CaSO4、MgSO4、Al2(SO4)3)、或いは、それらの混合物を含む、請求項1に記載の電極材料。
- 前記結合剤が、リチウム、ナトリウム、カリウム、ホウ素、カルシウム、マグネシウム、アルミニウム、ケイ素、スズ、チタン又はジルコニウムの酸化物又はフルオロキシド(例えば、Al2O3、B2O3、CaO、K2O、Li2O、MgO、Na2O、SiO2、SnO2、SnOyFz、TiO2、ZrO2)、或いは、それらの混合物を含む、請求項1に記載の電極材料。
- 前記結合剤がホウ酸リチウムガラス(例えば、Li2O・2B2O3)を含む、請求項1に記載の電極材料。
- 前記結合剤が、リチウム、ナトリウム、カリウム、カルシウム又はマグネシウムのアルミン酸塩又はフルオロアルミン酸塩を含む、請求項1に記載の電極材料。
- 前記結合剤が、リチウム、ナトリウム、カリウム、カルシウム又はマグネシウムのケイ酸塩又はフルオロケイ酸塩を含む、請求項1に記載の電極材料。
- 前記結合剤が、リチウム、ナトリウム、カリウム、カルシウム又はマグネシウムのホウケイ酸塩、フルオロホウケイ酸塩、リンケイ酸塩、フルオロリンケイ酸塩、ホウリンケイ酸塩、フルオロホウリンケイ酸塩、アルミノケイ酸塩、フルオロアルミノケイ酸塩、アルミノリンケイ酸塩又はフルオロアルミノリンケイ酸塩を含む、請求項1に記載の電極材料。
- 請求項1から10に記載される電極材料を含む、再充電可能なリチウムイオン電池のための電極材料。
- 負極(アノード)、正極(カソード)及び電解質を含み、前記電極の少なくとも1つが請求項1から11に記載の電極材料を含む一次電池又は二次電池。
- 前記カソードがリチウム遷移金属酸化物又はリチウム遷移金属フルオロキシド(例えば、LiCoO2、Li1−xCoyMnzNi1−y−zO2、Li1−xCoyNi1−y−zMzO2、Li1−xMn1−yMyO2、Li1−xMn2−yMyO4)を含む、請求項12に記載の電池。
- 前記カソードがリチウム遷移金属リン酸塩又はリチウム遷移金属フルオロリン酸塩(例えば、Li1−xFePO4、Li1−xMnPO4、Li1−xMn1−yFeyO4)を含む、請求項12に記載の電池。
- カソード活物質が炭素含有ナノコンポジットの一部である、請求項12から14に記載の電池。
- 前記電極の少なくとも1つが、約60重量%〜約99重量%の活物質と、0重量%〜約30重量%の導電性添加物と、約1重量%〜20重量%の無機結合剤とを含む、請求項12から15に記載の電池。
- 前記電極の少なくとも1つが、約80重量%〜約90重量%の活物質と、0重量%〜約10重量%の導電性添加物と、約3重量%〜約10重量%の無機結合剤とを含む、請求項16に記載の電池。
- 金属のオルトリン酸塩、金属のメタリン酸塩、金属のポリリン酸塩、フルオロリン酸塩、金属のポリフルオロリン酸塩、金属の炭酸塩、金属のホウ酸塩、金属のポリホウ酸塩、金属のフルオロホウ酸塩、金属のポリフルオロホウ酸塩、金属の硫酸塩、金属のフルオロ硫酸塩、酸化物化合物、フルオロキシド(fluoroxide)化合物、電気伝導性酸化物(例えば、フッ素ドープされた酸化スズ(SnO2:F)又はインジウムスズ酸化物(ITO))、金属のアルミン酸塩、金属のフルオロアルミン酸塩、金属のケイ酸塩、金属のフルオロケイ酸塩、金属のホウケイ酸塩、金属のフルオロホウケイ酸塩(fluoroborosilicate)、金属のリンケイ酸塩、フルオロリンケイ酸塩(fluorophosphosilicate)、金属のホウリンケイ酸塩、金属のフルオロホウリンケイ酸塩(fluoroborophosphosilicate)、金属のアルミノケイ酸塩、金属のフルオロアルミノケイ酸塩(fluoroaluminosilicate)、金属のアルミノリンケイ酸塩(aluminophosphosilicate)、金属のフルオロアルミノリンケイ酸塩(fluoroaluminophosphosilicate)又はそれらの混合物から作製される組成物の、電池電極の製造における結合剤としての使用。
- a)活電極材料と、場合により導電性添加物と、無機結合剤の水溶性前駆体又はナノ粒子又はコロイド分散物と、場合により、混合物のpH、粘度又は濡れ挙動を調製するためのさらなる添加物とを水において混合することと、
b)前記電極混合物を集電体表面に広げることと、
c)電極を、空気中、不活性ガス雰囲気中、真空中又は反応性ガス雰囲気中での加熱によって乾燥することと
を含む、電池電極を作製するための方法。 - 前記結合剤の前記水溶性前駆体が、金属のオルトリン酸塩、メタリン酸塩、ポリリン酸塩、フルオロリン酸塩又はポリフルオロリン酸塩、或いは、それらの混合物を含む、請求項19に記載の方法。
- 前記結合剤の前記水溶性前駆体が、リチウム、ナトリウム又はカリウムのオルトリン酸塩(例えば、LiH2PO4、Li2HPO4、NaH2PO4、Na2HPO4、KH2PO4、K2HPO4)、メタリン酸塩(例えば、(LiPO3)n、(NaPO3)n)、ポリリン酸塩(例えば、Lin+2[(PO3)n−1PO4]、Nan+2[(PO3)n−1PO4]、Kn+2[(PO3)n−1PO4])、或いは、それらの混合物を含む、請求項19から20に記載の方法。
- 前記結合剤の前記水溶性前駆体が金属の炭酸塩を含む、請求項19に記載の方法。
- 前記結合剤の前記水溶性前駆体が、リチウム、ナトリウム又はカリウムの炭酸塩(例えば、LiHCO3、Li2CO3、NaHCO3、Na2CO3、KHCO3、K2CO3)、或いは、それらの混合物を含む、請求項22に記載の方法。
- 前記結合剤の前記水溶性前駆体が金属のホウ酸塩又はフルオロホウ酸塩を含む、請求項19に記載の方法。
- 前記結合剤の前記水溶性前駆体が、リチウム、ナトリウム又はカリウムのホウ酸塩又はフルオロホウ酸塩(例えば、LiBO2、Li2B4O7、NaBO2、Na2B4O7、KBO2、K2B4O7)、或いは、それらの混合物を含む、請求項24に記載の方法。
- 前記結合剤の前記水溶性前駆体が金属の硫酸塩又はフルオロ硫酸塩を含む、請求項19に記載の方法。
- 前記結合剤の前記水溶性前駆体が、リチウム、ナトリウム又はマグネシウムの硫酸塩又はフルオロ硫酸塩(例えば、Li2SO4、Na2SO4、MgSO4)、或いは、それらの混合物を含む、請求項26に記載の方法。
- 前記結合剤の前記水溶性前駆体が金属のアルミン酸塩又はフルオロアルミン酸塩を含む、請求項19に記載の方法。
- 前記結合剤の前記水溶性前駆体がアルミン酸ナトリウム(例えば、NaAlO2)を含む、請求項28に記載の方法。
- 前記結合剤の前記水溶性前駆体が金属のケイ酸塩又はフルオロケイ酸塩を含む、請求項19に記載の方法。
- 前記結合剤の前記水溶性前駆体が、リチウム又はナトリウムのケイ酸塩又はフルオロケイ酸塩、或いは、それらの混合物を含む、請求項30に記載の方法。
- 前記結合剤の前記水溶性前駆体が、金属のホウケイ酸塩、フルオロホウケイ酸塩(fluoroborosilicate)、リンケイ酸塩、フルオロリンケイ酸塩(fluorophosphosilicate)、ホウリンケイ酸塩、フルオロホウリンケイ酸塩(fluoroborophosphosilicate)、アルミノケイ酸塩、フルオロアルミノケイ酸塩(fluoroaluminosilicate)、アルミノリンケイ酸塩(aluminophosphosilicate)又はフルオロアルミノリンケイ酸塩(fluoroaluminophosphosilicate)を含む、請求項19に記載の方法。
- 前記結合剤の前記水溶性前駆体が、リチウム又はナトリウムのホウケイ酸塩、フルオロホウケイ酸塩、リンケイ酸塩、フルオロリンケイ酸塩、ホウリンケイ酸塩、フルオロホウリンケイ酸塩、アルミノケイ酸塩、フルオロアルミノケイ酸塩、アルミノリンケイ酸塩又はフルオロアルミノリンケイ酸塩、或いは、それらの混合物を含む、請求項32に記載の方法。
- 前記結合剤の前記水溶性前駆体が金属の水酸化物を含む、請求項19に記載の方法。
- 前記結合剤の前記水溶性前駆体が、ホウ酸(H3BO3)、或いは、LiOH、NaOH又はKOH、或いは、それらの混合物を含む、請求項19に記載の方法。
- 酸化物化合物又はフルオロキシド(fluoroxide)化合物のナノ粒子が結合剤として加えられる、請求項19に記載の方法。
- アルミニウム、ケイ素、スズ、チタン又はジルコニウムの酸化物又はフルオロキシド(例えば、Al2O3、SiO2、SnO2、SnOyFz、TiO2、ZrO2)或いはそれらの混合物のナノ粒子が結合剤として加えられる、請求項36に記載の方法。
- 酸化物化合物又はフルオロキシド(fluoroxide)化合物のコロイド分散物が結合剤として加えられる、請求項36から37に記載の方法。
- アルミニウム、ケイ素、スズ、チタン又はジルコニウムの酸化物又はフルオロキシド(例えば、Al2O3、SiO2、SnO2、SnOyFz、TiO2、ZrO2)或いはそれらの混合物のコロイド分散物が結合剤として加えられる、請求項36から38に記載の方法。
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