JP7308847B2 - 電池 - Google Patents
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Description
[酸素含有量の決定]
酸素含有量はLeco TC600酸素窒素分析器を用いて、以下の方法によって決定された。
0.5gのSi粉末と99.50gの脱塩水とが混合され、225Wで2分間、超音波プローブを用いて分散された。
複合粉末の粒径分布は、同じ装置で類似した乾式法で決定された。
評価される電池は以下のように試験された。
-1CレートのCCモードで4.2Vまで、その後、C/20に到達するまでCVモードで充電が実行される。
-セルを次に、10分間休止設定する。
-CCモードにて1Cレートで、2.7Vに下がるまで放電を行う。
-セルを次に、10分間休止設定する。
-充放電サイクルを、電池が約80%の保持容量に到達するまで行なう。25サイクル毎に、CCモードにて0.2Cレートで、2.7Vに下がるまで放電を行う。
PHI 5000 VersaProbe(Ulvac-PHI)上でX線光電子分光(XPS)が行われた。X線源はモノクロメータAl Kα(1486.6eV)アノード(24.5W、15kV)であった。
スポットサイズ:100μm×100μm;ワイドスキャンパスエネルギー:117.4eV;ナロースキャンパスエネルギー:46.950eV
[第一複合粉末の準備]
60kWの高周波(RF)誘導結合プラズマ(ICP)を適用し、プラズマガスとしてアルゴンを用い、そこにマイクロサイズのシリコン粉末前駆体が約200g/hの速度で注入され、2000K超の反応ゾーンの温度をもたらすことによってシリコンナノ粉末が得られた。
2.4質量%のNa-CMC溶液が準備され、一晩中溶解された。その後、この溶液にTIMCAL Carbon Super P(導電性炭素)が加えられ、高せん断混合機を用いて20分間撹拌された。
水中に溶解されたNa-CMCの代わりにNMP系バインダ中に溶解されたPVDF(PVDF)を用い、銅の代わりに15μmの厚さのアルミニウムホイル集電体を用いたことを除いて、負極と同様に正極が準備された。ホイルは両側がコートされ、カレンダーされた。
幅43mm及び長さ450mmを有する正極を用いて、650mAhのパウチ型電池セルを準備した。正極集電タブとして機能するアルミニウム板が正極の端部にアーク溶接された。負極集電タブとして機能するニッケル板が負極の端部にアーク溶接された。
ニッケルが加えられなかったことを除いて、例Aについてと同じ手順に従った。例Aと例Bとの最大の比較可能性を保証するために、ニッケルなしでボールミルステップがやはり実行された。このように電池Bが製造された。
0.1質量%の代わりに1.0質量%のニッケルが加えられたことを除いて、例Aについてと同じ手順に従った。このように電池Cが製造された。
上記に概説した電気化学的試験が電池A、B、及びCに行われた。結果が表1に示されている。
Claims (15)
- 負極と電解質とを含むリチウムイオン電池であって、前記負極は複合粒子を含み、前記複合粒子はシリコン系ドメインを含み、シリコン系ドメインは主にシリコン原子からなるクラスター又は個別のシリコン粒子であり、前記複合粒子は、その中に前記シリコン系ドメインが埋め込まれたマトリクス材料を含み、前記複合粒子及び前記電解質は界面を有し、この界面にSEI層が存在し、前記SEI層は炭素-炭素化学結合を有する一以上の化合物を含み、前記SEI層は炭素-酸素化学結合を有する一以上の化合物を含み、第一ピークの面積を第二ピークの面積で割ることで規定される比が少なくとも1.30であり、前記第一ピーク及び前記第二ピークはSEIのX線光電子分光測定におけるピークであり、前記第一ピークはC-C化学結合を表し、284.33eVに中心があり、前記第二ピークはC-O化学結合を表し、285.83eVに中心があり、
前記電解質は少なくとも一つの有機カーボネートを含む配合を有することを特徴とする、リチウムイオン電池。 - 前記比が少なくとも1.60である、請求項1に記載の電池。
- 前記シリコン系ドメインのシリコン量が80質量%以上である、請求項1又は2に記載の電池。
- 前記少なくとも一つの有機カーボネートがフルオロエチレンカーボネート若しくはビニレンカーボネート又はフルオロエチレンカーボネートとビニレンカーボネートとの混合物である、請求項3に記載の電池。
- 前記SEI層は、前記少なくとも一つの有機カーボネートとリチウムとの化学反応の一以上の反応生成物を含む、請求項3又は4に記載の電池。
- 前記負極が、Cr、Mo、W、Mn、Tc、Re、Fe、Ru、Os、Co、Rh、Ir、Ni、Pd、Pt、Zn、Cd、Hgのうちの一以上の元素を含む、請求項1~5のいずれか一項に記載の電池。
- 前記負極が、Cr、Mo、W、Mn、Co、Fe、Ni、Zn、Cd、Hgのうちの一以上の元素を含む、請求項1~6のいずれか一項に記載の電池。
- 前記負極が、Cr、Fe、Ni、Znのうちの一以上の元素を含む、請求項1~7のいずれか一項に記載の電池。
- 前記負極が、Ni元素を含む、請求項1~8のいずれか一項に記載の電池。
- 前記シリコン系ドメインはシリコン粒子であり、前記シリコン粒子は前記マトリクス材料に埋め込まれている、請求項1~9のいずれか一項に記載の電池。
- 前記シリコン系ドメインは、10質量%未満のSi及びO以外の元素を含む、請求項1~10のいずれか一項に記載の電池。
- 前記マトリクス材料は炭素である、請求項1~11のいずれか一項に記載の電池。
- 前記マトリクス材料は少なくとも50質量%のピッチ又は熱分解ピッチを含む、請求項1~12のいずれか一項に記載の電池。
- 前記シリコン系ドメインが最大150nmのd50値を有する質量基準粒度分布を有することを特徴とする、請求項1~13のいずれか一項に記載の電池。
- 請求項1~14のいずれか一項に記載の電池のサイクルプロセスであって、前記電池に電気化学的サイクルが適用される、プロセス。
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