JP2020505753A - リチウムイオン電池用コアシェル複合粒子 - Google Patents
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Abstract
Description
コアシェル複合粒子のコアがシリコン粒子含有多孔性炭素ベースマトリックスであり、コアシェル複合粒子のシェルが非多孔性であり、かつ1つ以上の炭素前駆体の炭化により得ることができ、および
フル充電されたリチウムイオン電池のアノード材料は部分的にのみリチウム化されていることを特徴とする、リチウムイオン電池を提供する。
コアシェル複合粒子のコアがシリコン粒子含有多孔性炭素ベースマトリックスであり、および
コアシェル複合粒子のシェルが非多孔性であり、かつ1つ以上の炭素前駆体の炭化により得ることができ、および
リチウムイオン電池がフル充電される場合、アノード材料は部分的にのみリチウム化されていることを特徴とする、リチウムイオン電池の充電方法をさらに提供する。
1) a)シリコン粒子を、1つ以上の犠牲材料で被覆すること、および/または
b)シリコン粒子を、1つ以上の犠牲材料と混合すること、
2)段階1)から得られた製品を、1つ以上の炭素前駆体で被覆すること、
3)この炭化段階において該犠牲材料を分解または更なる段階4)で、段階2)から得られた製品を炭化して多孔質複合材料を生成すること、
5)このように得られた多孔質複合材料を、シェル用の1つ以上の炭素前駆体で被覆すること、
6)段階5)から得られた製品を炭化すること、その後、
7)必要に応じて、例えば、篩分け(sieving)または篩分け(sifting)などの通常の分級技術によって小さ過ぎるサイズまたは大き過ぎるサイズのものを除去すること。
Zeiss Ultra 55走査型電子顕微鏡およびINCA x−sightエネルギー分散型X線分析装置を用いて、顕微鏡試験を行った。帯電現象を防止するために検査前にBaltec SCD500スパッタ/炭素コーティングを用いて蒸着によりサンプルを炭素で被覆した。図に示されたコアシェル複合粒子の断面は、6kVでLeica TIC 3Xイオンカッターを用いて作成した。
実施例中報告されたC含有率を、Leco CS230分析計を用いて決定し、Leco TCH−600分析計を使用してOならびに該当する場合NおよびH含有率を決定した。得られたコアシェル複合粒子において示された他の元素の定性的および定量的測定は、ICP(誘導結合プラズマ)発光分光法(Perkin Elmer社のOptima 7300 DV)によって行った。この目的のため、マイクロ波(Anton Paar社のMicrowave3000)中、酸(HF/HNO3)でサンプルを消化した。ICP−OESによる決定は、ISO11885「水質−誘導結合プラズマ−光学発光による選択元素の決定(ICP−OES)(ISO 11885:2007);EN ISO 11885:2009のドイツ版」に基づき、これは、酸性水溶液(例えば、酸性化水道水、廃水、および他の水サンプル、土壌および沈降物の王水抽出物)の検査に使用される。
本発明の目的のため、粒度分布の決定を、ISO 13320に従って、堀場製作所製LA950を用いて静的レーザー散乱によって行った。サンプルの調製では、個々の粒子の代わりに集塊物の大きさを測定しないように、測定溶液中の粒子の分散を確実にするように特に注意を払わなければならない。このとき、検査されたコアシェル複合粒子の場合、粒子をエタノール中に分散した。この目的のため、測定前に4分間超音波プローブLS24d5を用いてHielscher社実験用超音波装置モデルUIS250v中250Wの超音波で分散液を必要に応じて処理した。
材料の比表面積を、BET法により、Sorptomatic199090装置(Porotec社)またはSA−9603MP装置(堀場製作所)で、窒素を用いてガス吸着により測定した。
液体媒体に対するコアシェル複合粒子中のシリコンの接近容易性の決定を、既知のシリコン含有率(元素分析から)を有する材料に対して次の試験方法により行った:
最初に、コアシェル複合粒子0.5〜0.6gをNaOH(4M;H2O)およびエタノールの混合物(1:1 体積基準)20ml中に超音波によって分散し、その後、40℃で120分間撹拌した。複合粒子を200nmナイロン膜によりろ過し、pHが中和になるまで水で洗浄した後、乾燥器内において100℃/50〜80ミリバール(mbar)で乾燥した。NaOH処理後のシリコン含有率を決定し、試験前のSi含有率と比較した。Si含有率相対変化≦5%において、複合体構造は不浸透性であると見なす(≧95%の不浸透性に相当)。
純密度(=骨格密度、すなわち、孔隙を除く体積に基づく多孔質固体の密度)を、DIN66137−2に従ってHe比重瓶法によって決定した。
かさ密度(=孔隙を含む体積に基づく多孔質固体の密度)を、規格DIN51901「Testing of carbonaceous materials − Determination of density by the xylene method − Solid materials」に基づく方法により、少なくとも2回の測定の平均として、ヘプタン中の複合体粉末の分散液に対して比重瓶法によって決定した。
実施例で報告されているように、得られたコアシェル複合粒子の理論的比容量を実験的に決定しなかったが、代わりに材料の元素組成から算出した。このとき、純成分の次の容量を算出の基本として使用した:Si 4200mAh/g;(アモルファス)炭素 200mAh/g;N(アモルファスCマトリックスの部分として) 200mAh/g。さらに、複合体のO含有物はSiO2の形態で存在し、したがってSiO2含有物により活性シリコンの寄与は減少することが計算において推定された。
シリコン粉末A(多片様、凝集していないSi粒子、d50=800nm、撹拌ボールミルにおいてエタノール(固形含有率20重量%)中湿式製粉により製造後乾燥);
シリコン粉末B(多片様、凝集していないSi粒子、d50=4.5μm、流動床ジェットミルにおいて環式製粉により製造);
ピッチ(高融点;軟化点235℃)。
コアシェル複合粒子(非多孔質シェル、全体的多孔性を有するコア、d50=800nmを有するSi粒子):
メラミン(Sigma−Aldrich #M2659)5.2gおよびホルムアルデヒド7.4g(Sigma−Aldrich、252549;37%濃度水溶液(strength solution in water)20g)を、50℃で1時間撹拌した。それから、希硝酸(pH3.5)300mlを添加し、混合物を100℃で50分間撹拌した。
シリコン粉末A(d50=800nm)4.23gおよび例1aから得られた製品を超音波(Hielscher UIS250V;振幅80%、サイクル0.75;時間:30分)によって分散し、レゾルシノール(Sigma−Aldrich、W358908)12.0gおよびホルムアルデヒド9.8g(37%濃度水溶液26.5g)を撹拌しながら添加した。その後、pHをアンモニア(32%)6mlの添加によりpH7まで調整し、混合物を90℃で4時間加熱した。冷却後、懸濁液を丸形フィルター(粒子保持20μm)によりろ過し、固形物をイソプロパノールで洗浄し、100℃(80ミリバール)で15時間乾燥した。褐色固形物30.4gを得た。
例1bで得られた製品30.0gを、石英ガラス製ボート(QCS GmbH)内に入れ、不活性ガスとしてN2/H2下、タイプNのサンプルエレメントを含むカスケード制御を使用して、三ゾーン管状炉(TFZ 12/65/550/E301;Carbolite GmbH)内で炭化した:加熱速度10℃/分、温度1000℃、保持時間180分、N2/H2流速360ml/分。冷却後、黒色粉末16.7gを得た。
超音波(Hielscher UIS250V;振幅80%、サイクル:0.75;時間:30分)によって、例1cで得られた製品16.0gを、p−キシレン350ml中、ピッチ(高融点;軟化点235℃)3.2gと一緒に分散した。懸濁液を、90分間還流下撹拌した。冷却後、ロータリーエバポレーターで減圧下、溶媒を除去した。
例1dで得られた製品17.7gを、石英ガラス製ボート(QCS GmbH)内に入れ、不活性ガスとしてN2/H2下、タイプNのサンプルエレメントを含むカスケード制御を使用して、三ゾーン管状炉(TFZ 12/65/550/E301;Carbolite GmbH)内で炭化した:第一加熱速度10℃/分、温度300℃、その後直ぐさらに加熱速度5℃/分、温度550℃;その後直ぐさらに加熱速度10℃/分、1000℃、保持時間3時間、N2/H2流速360ml/分。冷却後、黒色粉末15.7gを得て、これを湿式篩分けによって大き過ぎるサイズのものを取り除いた。不浸透性外側C被膜およびd99<20μmの粒度を有する多孔質コアシェル複合粒子14.6gを得た。
粒度分布:単峰性;d10:5.3μm、d50:8.2μm、d90:12.4μm;(d90−d10)/d50=0.9;
比表面積(BET):4.5m2/g;
Si不浸透性:100%(液密);
かさ密度:1.67g/cm3;
純密度:2.33g/cm3;
隔絶細孔容積:0.17cm3/g;
理論的比容量:1010mAh/g。
コアシェル複合粒子(非多孔質シェル、局所的多孔性を有するコア、d50=800nmを有するSi粒子):
シリコン粉末A(d50=800nm)9.4gを、エタノール数滴を添加した水90ml中に入れ、超音波(Hielscher UIS250V;振幅80%、サイクル:0.75;時間:45分)によって分散した。その後、得られた懸濁液を、同様に50℃であり、メラミン5.2gおよびホルムアルデヒド7.4g(37%濃度水溶液20.0g)からなる溶液に50℃で添加し、50℃で1時間撹拌した。その後、希硝酸(pH3.5)300mlを添加し、混合物を90℃で50分間撹拌した。冷却後、懸濁液を丸形フィルター(粒子保持20μm)によりろ過し、固形物をエタノールで洗浄し、100℃(80ミリバール)で15時間乾燥した。褐色固形物16.5gを得た。
例2aから得られた製品15.0gを、超音波(Hielscher UIS250V;振幅80%、サイクル0.75;時間:30分)によって、イソプロパノール350ml中に分散し、レゾルシノール16.1gおよびホルムアルデヒド13.2g(37%濃度水溶液35.6g)を撹拌しながら添加した。その後、pHをアンモニア(32%)5mlの添加によりpH7まで調整し、混合物を90℃で4時間加熱した。冷却後、懸濁液を丸形フィルター(粒子保持20μm)によりろ過し、固形物をイソプロパノールで洗浄し、100℃(80ミリバール)で15時間乾燥した。褐色固形物33.4gを得た。
例2bで得られた製品33.6gを、石英ガラス製ボート(QCS GmbH)内に入れ、不活性ガスとしてN2/H2下、タイプNのサンプルエレメントを含むカスケード制御を使用して、三ゾーン管状炉(TFZ 12/65/550/E301;Carbolite GmbH)内で炭化した:加熱速度10℃/分、温度1000℃、保持時間180分、N2/H2流速200ml/分。冷却後、黒色粉末18.9gを得た。
超音波(Hielscher UIS250V;振幅80%、サイクル:0.75;時間:30分)によって、例2cで得られた製品18.7gを、p−キシレン350ml中、ピッチ(高融点;軟化点235℃)3.7gと一緒に分散した。懸濁液を、90分間還流下撹拌した。冷却後、ロータリーエバポレーターで減圧下、溶媒を除去した。
例2dで得られた製品18.7gを、石英ガラス製ボート(QCS GmbH)内に入れ、不活性ガスとしてN2/H2下、タイプNのサンプルエレメントを含むカスケード制御を使用して、三ゾーン管状炉(TFZ 12/65/550/E301;Carbolite GmbH)内で炭化した:第一加熱速度10℃/分、温度300℃、その後直ぐさらに加熱速度5℃/分、温度550℃;その後直ぐさらに加熱速度10℃/分、1000℃、保持時間3時間、N2/H2流速200ml/分。冷却後、黒色粉末20.0gを得て、これを湿式篩分けによって大き過ぎるサイズのものを取り除いた。不浸透性外側C被膜およびd99<20μmの粒度を有する多孔質コアシェル複合粒子15.4gを得た。
粒度分布:単峰性;d10:11.0μm、d50:16.6μm、d90:23.8μm;(d90−d10)/d50=0.8;
比表面積(BET):5.8m2/g;
Si不浸透性:98%(液密);
かさ密度:1.83g/cm3;
純密度:2.12g/cm3;
隔絶細孔容積:0.08cm3/g;
理論的比容量:1356mAh/g。
コアシェル複合粒子(非多孔質シェル、局所的多孔性を有するコア、d50=4.5μmを有するSi粒子):
シリコン粉末B(d50=4.5μm)15.0gを、水90ml中に入れ、超音波(Hielscher UIS250V;振幅80%、サイクル:0.75;時間:45分)によって分散した。その後、得られた懸濁液を、同様に50℃であり、メラミン5.2gおよびホルムアルデヒド7.4g(37%濃度水溶液20.0g)からなる溶液に50℃で添加し、55℃で1時間撹拌した。それから、希硝酸(pH3.5)300mlを添加し、混合物を100℃で60分間撹拌した。
レゾルシノール8.2gおよびホルムアルデヒド6.7g(37%濃度水溶液18.1g)を、例3aから得られた製品に撹拌しながら添加した。その後、pHをアンモニア(32%)2mlの添加によりpH7まで調整し、混合物を70℃で4時間加熱した。冷却後、懸濁液を丸形フィルター(粒子保持20μm)によりろ過し、固形物をイソプロパノールで洗浄し、100℃(80ミリバール)で15時間乾燥した。褐色固形物32.8gを得た。
例3bで得られた製品32.5gを、石英ガラス製ボート(QCS GmbH)内に入れ、不活性ガスとしてN2/H2下、タイプNのサンプルエレメントを含むカスケード制御を使用して、三ゾーン管状炉(TFZ 12/65/550/E301;Carbolite GmbH)内で炭化した:加熱速度10℃/分、温度1000℃、保持時間180分、N2/H2流速360ml/分。冷却後、黒色粉末21gを得た。
超音波(Hielscher UIS250V;振幅80%、サイクル:0.75;時間:30分)によって、例3cで得られた製品20.2gを、p−キシレン350ml中、ピッチ(高融点;軟化点235℃)4.4gと一緒に分散した。懸濁液を、90分間還流下撹拌した。冷却後、ロータリーエバポレーターで減圧下、溶媒を除去した。
例3dで得られた製品21.2gを、石英ガラス製ボート(QCS GmbH)内に入れ、不活性ガスとしてN2/H2下、タイプNのサンプルエレメントを含むカスケード制御を使用して、三ゾーン管状炉(TFZ 12/65/550/E301;Carbolite GmbH)内で炭化した:第一加熱速度10℃/分、温度300℃、その後直ぐさらに加熱速度5℃/分、温度550℃;その後直ぐさらに加熱速度10℃/分、1000℃、保持時間3時間、N2/H2流速360ml/分。冷却後、黒色粉末19.2gを得て、これを湿式篩分けによって大き過ぎるサイズのものを取り除いた。不浸透性外側C被膜およびd99<20μmの粒度を有する多孔質コアシェル複合粒子16.6gを得た。
粒度分布:単峰性;d10:5.4μm、d50:8.4μm、d90:13.0μm;(d90−d10)/d50=0.9;
比表面積(BET):2.7m2/g;
かさ密度:1.99g/cm3;
純密度:2.29g/cm3;
隔絶細孔容積:0.07cm3/g;
理論的比容量:2247mAh/g。
複合粒子(シェルのない局所的多孔性を有する複合体、d50=800nmを有するSi粒子):
シリコン粉末A(d50=800nm)9.4gを、エタノール数滴を添加した水90ml中に入れ、超音波(Hielscher UIS250V;振幅80%、サイクル:0.75;時間:45分)によって分散した。その後、得られた懸濁液を、同様に50℃であり、メラミン5.2gおよびホルムアルデヒド7.4g(37%濃度水溶液20.0g)からなる溶液に50℃で添加し、混合物を50℃で1時間撹拌した。その後、希硝酸(pH3.5)300mlを添加し、混合物を90℃で50分間撹拌した。冷却後、懸濁液を丸形フィルター(粒子保持20μm)によりろ過し、固形物をエタノールで洗浄し、100℃(80ミリバール)で15時間乾燥した。褐色固形物16.5gを得た。
例4aから得られた製品15.0gを、超音波(Hielscher UIS250V;振幅80%、サイクル0.75;時間:30分)によって、イソプロパノール350ml中に分散し、レゾルシノール16.1gおよびホルムアルデヒド13.2g(37%濃度水溶液35.6g)を撹拌しながら添加した。その後、pHをアンモニア(32%)6mlの添加によりpH7まで調整し、混合物を90℃で4時間加熱した。冷却後、懸濁液を丸形フィルター(粒子保持20μm)によりろ過し、固形物をイソプロパノールで洗浄し、100℃(80ミリバール)で15時間乾燥した。褐色固形物39.1gを得た。
例4bで得られた製品38.5gを、石英ガラス製ボート(QCS GmbH)内に入れ、不活性ガスとしてN2/H2下、タイプNのサンプルエレメントを含むカスケード制御を使用して、三ゾーン管状炉(TFZ 12/65/550/E301;Carbolite GmbH)内で炭化した:加熱速度10℃/分、温度1000℃、保持時間180分、N2/H2流速200ml/分。冷却後、黒色粉末20.1gを得て、これを湿式篩分けによって大き過ぎるサイズのものを取り除いた。d99<20μmの粒度を有する多孔質コアシェル複合粒子16.5gを得た。
粒度分布:単峰性;d10:10.5μm、d50:15.8μm、d90:22.5μm;(d90−d10)/d50=0.8;
比表面積(BET):3.2m2/g;
Si不浸透性:33%(液密);
かさ密度:1.86g/cm3;
純密度:2.19g/cm3;
隔絶細孔容積:0.11cm3/g;
理論的容量:1510mAh/g。
コアシェル複合粒子(非多孔質シェル、多孔性でないコア、d50=800nmを有するSi粒子):
シリコン粉末A(d50=800nm)11.1gを、超音波(Hielscher UIS250V;振幅80%、サイクル0.75;時間:30分)によって、イソプロパノール300ml中に分散し、レゾルシノール15.1gおよびホルムアルデヒド12.3g(37%濃度水溶液33.4g)を撹拌しながら添加した。その後、pHをアンモニア(32%)6mlの添加によりpH7まで調整し、混合物を90℃で4時間加熱した。冷却後、懸濁液を丸形フィルター(粒子保持20μm)によりろ過し、固形物をイソプロパノールで洗浄し、100℃(80ミリバール)で15時間乾燥した。褐色固形物31.1gを得た。
例5aで得られた製品30.9gを、石英ガラス製ボート(QCS GmbH)内に入れ、不活性ガスとしてN2/H2下、タイプNのサンプルエレメントを含むカスケード制御を使用して、三ゾーン管状炉(TFZ 12/65/550/E301;Carbolite GmbH)内で炭化した:加熱速度10℃/分、温度1000℃、保持時間180分、N2/H2流速360ml/分。冷却後、黒色粉末20.8gを得た。
超音波(Hielscher UIS250V;振幅80%、サイクル:0.75;時間:30分)によって、例5bで得られた製品19.0gを、p−キシレン350ml中、ピッチ(高融点;軟化点235℃)3.8gと一緒に分散した。懸濁液を、90分間還流下撹拌した。冷却後、ロータリーエバポレーターで減圧下、溶媒を除去した。
例5cで得られた製品20.9gを、石英ガラス製ボート(QCS GmbH)内に入れ、不活性ガスとしてN2/H2下、タイプNのサンプルエレメントを含むカスケード制御を使用して、三ゾーン管状炉(TFZ 12/65/550/E301;Carbolite GmbH)内で炭化した:第一加熱速度10℃/分、温度300℃、その後直ぐさらに加熱速度5℃/分、温度550℃;その後直ぐさらに加熱速度10℃/分、1000℃、保持時間3時間、N2/H2流速360ml/分。冷却後、黒色粉末18.5gを得て、これを湿式篩分けによって大き過ぎるサイズのものを取り除いた。不浸透性外側C被膜およびd99<20μmの粒度を有する多孔質コアシェル複合粒子15.4gを得た。
粒度分布:単峰性;d10:8.2μm、d50:13.1μm、d90:19.5μm;(d90−d10)/d50=0.9;
比表面積(BET):3.1m2/g;
Si不浸透性:98%(液密);
理論的容量:1867mAh/g。
a)例(比較例)1〜5から得られたコアシェル複合粒子を含有するアノードの製造:
導電性カーボンブラック(Imerys社、Super C65)0.17g、水3.0gおよびカルボキシメチルセルロース(ダイセル社グレード1380)の1.4重量%濃度の水溶液6.05gを、4.5m/s(メートル/秒)の周速で5分間および17m/sの周速で30分間高速度ミキサーによって、冷却しながら20℃において分散した。その後、SBRバインダー(スチレン−ブタジエン共重合体、H2O中40%)0.21gを添加すると直ぐに、混合物を、17m/sの周速で30分間再び分散した。その後、それぞれの例(比較例)のコアシェル複合粒子3.0gを添加し、4.5m/sの周速で5分間撹拌し、それから、12m/sの周速でさらに30分間分散した。脱気後、規定のギャップ高さを有するフィルム延伸枠(Erichsen社、モデル360)によって0.030mmの厚さを有する銅箔(Schlenk Metallfolien社、SE−Cu58)に塗布した。その後、このように製造された電極被膜を80℃、1バール(bar)の気圧下60分間乾燥した。
得られた電極の理論的電極比容量は、電極中のそれらの重量比率により重み付けられた、一緒に転化された電極成分の理論的比容量により得られる。この場合、コアシェル複合粒子のみが、電極比容量に寄与する。導電性カーボンブラック、カルボキシメチルセルロースナトリウムおよびバインダーは、比容量を有しない。様々な電極の理論的比容量を、表1に載せている。
フルセル配置における所望のカソードに対するアノード比を調整するため、それぞれの電極被膜を、先ず、対極としての金属リチウム(Dm=12mm;Albemarle社;厚さ500μm;電池グレード)の反対側に作用電極(Dm=12mm)としてTセル(Swagelok社 316Lステンレス鋼を取り付けたTネジ)に導入した(半電池)。
120μlの電解液を含浸したガラス繊維ろ紙(Whatman社、GDタイプD)はセパレーター(Dm=13mm)としての機能を果たした。使用された電解液は、2重量%のビニレンカーボネート(VC)と混合した炭酸エチレン(EC)および炭酸ジエチル(DEC)の3:7(v/v)混合物中の1.0モル濃度の六フッ化リン酸リチウム(LiPF6)からなった。
電池の組立てをグローブボックス(<1ppm H2O、O2;MBraun社)内で行った;使用された全構成要素の乾燥物質における含水率は20ppm未満であった。
第一サイクルにおいてC/25およびその後の2サイクルにおいてC/2のレートで定電流を使用してcc/cv(定電流/定電圧)法により、アノードのリチウム化を行った。リチウム化/脱リチウム化のための電位窓を、C/25またはC/2に対してリチウム基準5mVおよび1.5Vまたは0.8V間で設定した。リチウム基準5mVの下限電圧に達した後、電流がC/100未満になるまで定電圧において充電を続けた。それぞれの上限電圧に達するまで、第一サイクルにおいてC/25およびその後の2サイクルにおいてC/2の定電流を使用してcc(定電流)法により、電池の放電を行った。
第二放電サイクルにおける脱リチウム化容量を、電極の利用可能なリチウム容量として使用する。
アノード被膜の所望の容量を、様々な被膜重量によって調整し、カソード被膜との組合せで、所望のカソードに対するアノード比をこの方法で得た。
ボタン電池(タイプCR2032、宝泉株式会社)内の2電極配置においてフルセルで電気化学的試験を行った。記載されている電極被膜を対極または負電極(Dm=15mm)として打ち抜き;94.0重量%の含有率および14.82mg/cm2の単位面積当たりの平均重量を有する酸化リチウム−ニッケル−マンガン−コバルト6:2:2を作用電極または正電極(Dm=15mm)として使用した。120μlの電解液を含浸したガラス繊維ろ紙(Whatman社、GDタイプD)はセパレーター(Dm=16mm)としての機能を果たした。使用された電解液は、2重量%のビニレンカーボネート(VC)と混合した炭酸エチレン(EC)および炭酸ジエチル(DEC)の3:7(v/v)混合物中の1.0モル濃度の六フッ化リン酸リチウム(LiPF6)からなった。電池の組立てをグローブボックス(<1ppm H2O、O2;MBraun社)内で行った;使用された全構成要素の乾燥物質における含水率は20ppm未満であった。
Claims (10)
- アノードがコアシェル複合粒子を含有するアノード材料をベースとするリチウムイオン電池であって、
前記コアシェル複合粒子のコアがシリコン粒子含有多孔性炭素ベースマトリックスであり、前記コアシェル複合粒子のシェルが非多孔性であり、かつ1つ以上の炭素前駆体の炭化により得ることができ、および
フル充電されたリチウムイオン電池の前記アノード材料が部分的にのみリチウム化されていることを特徴とする、リチウムイオン電池。 - 前記コアシェル複合粒子の前記シェルが、タール、ピッチ、ポリアクリロニトリルおよび1〜20個の炭素原子を有する炭化水素からなる群から選択される1つ以上の炭素前駆体の炭化により得ることができることを特徴とする、請求項1に記載のリチウムイオン電池。
- 前記コアシェル複合粒子の前記シェル中に存在するいずれかの細孔が<10nm(決定方法:DIN66134に従ったBJH法(ガス吸着)による細孔径分布)であることを特徴とする、請求項1または2に記載のリチウムイオン電池。
- 前記コアシェル複合粒子の前記マトリックスが、50nm〜22μm(決定方法:走査型電子顕微鏡)の平均径を有する細孔を含むことを特徴とする、請求項1〜3のいずれか一項に記載のリチウムイオン電池。
- 前記コアシェル複合粒子の全細孔容積が、前記コアシェル複合粒子中に存在するシリコン粒子の体積の0.3倍〜2.4倍に相当することを特徴とする、請求項1〜4のいずれか一項に記載のリチウムイオン電池。
- 前記コアシェル複合粒子の前記マトリックスの1つ以上の細孔がシリコン粒子を含み、シリコン粒子を含む前記マトリックスの細孔の径と前記シリコン粒子の径との比が1.1〜3(決定方法:走査型電子顕微鏡(SEM))であることを特徴とする、請求項1〜5のいずれか一項に記載のリチウムイオン電池。
- 前記カソードのリチウム容量に対する前記アノードのリチウム容量の比が≧1.15であることを特徴とする、請求項1〜6のいずれか一項に記載のリチウムイオン電池。
- 前記フル充電されたリチウムイオン電池における前記アノードが、前記アノードの質量に対して800〜1500mAh/gで充電されることを特徴とする、請求項1〜7のいずれか一項に記載のリチウムイオン電池。
- 前記リチウムイオン電池の前記フル充電状態において前記アノード材料中のシリコン原子に対するリチウム原子の比が、≦4.0であることを特徴とする、請求項1〜8のいずれか一項に記載のリチウムイオン電池。
- 前記リチウムイオン電池の前記アノード材料中のシリコン容量が、シリコンのグラム当たりの最大容量4200mAhに対して、≦80%の程度まで利用されることを特徴とする、請求項1〜9のいずれか一項に記載のリチウムイオン電池。
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