(57)【要約】  電池セパレータが直接電極の１つ、例えば陽極上に形成されるリチウム電池。電池セパレータは、ポリマーマトリックス中に分散されたシリカ粒子を含む。ポリマーマトリックスは、スチレン−イソプレン−スチレン又はポリフッ化ビニリデンから選択される。第２多孔質層は、電極とポリマーマトリックス中に分散されたシリカ粒子を含む多孔質層との間に置かれることができる。シリカ粒子の存在は、セパレータの伝導度を高め（enhauses）、機械的強度をセパレータにもたらし、基礎をなすシリカ層は、電極の孔の中に浸透するポリマーの量を最少化する。
2009544135.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
陽極及び陰極と、
前記電極の１つの表面に固着された、ポリマーマトリックス中に分散されたシリカ粒子を含む多孔質層と、を含む、電池。
【請求項２】
前記ポリマーマトリックスが、スチレン−イソプレン−スチレン及びポリフッ化ビニリデンからなる群から選択される、請求項１に記載の電池。
【請求項３】
前記シリカ粒子が、１０〜５００ｎｍの平均粒度を有する球形粒子を含む、請求項１又は２に記載の電池。
【請求項４】
前記シリカ粒子が、ｘ＝１０〜５００ｎｍ及びｙ＝１０〜５００ｎｍの平均寸法を有する細長い粒子を含む、請求項１〜３のいずれか一項に記載の電池。
【請求項５】
コロイダルシリカ粒子を含む第２多孔質層を更に含む、請求項１〜４のいずれか一項に記載の電池。
【請求項６】
前記第２多孔質層が、前記電極とポリマーマトリックス中に分散されたシリカ粒子を含む前記多孔質層との間に置かれている、請求項５に記載の電池。
【請求項７】
前記電池が、一次リチウム電池である、請求項１〜６のいずれか一項に記載の電池。
【請求項８】
前記陽極が、遷移金属酸化物、遷移金属硫化物、フッ化炭素、二酸化イオウ、及び塩化チオニルからなる群から選択される物質を含む、請求項７に記載の電池。
【請求項９】
前記多孔質層が、前記陽極に固着されている、請求項１〜８のいずれか一項に記載の電池。
【請求項１０】
前記電池が、リチウムイオン電池である、請求項１に記載の電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電池、例えばリチウム電池、及びこのような電池用の電極、並びに電池及び電極を製造する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一次リチウム電池は、陽極、陰極、及び２つの電極の間に置かれているイオン伝導性セパレータからなる電気化学ガルバニ電池である。陽極は、ＭｎＯ２、Ｖ２Ｏ５、ＣｕＯ、若しくはＦｅＳ２のような遷移金属酸化物若しくは硫化物、又はフッ化炭素、二酸化イオウ、及び塩化チオニルのような物質を含む。陰極は、リチウム、リチウム合金、又は他のＬｉ含有物質を含み得る。薄い、多孔質膜、例えばポリオレフィンフィルム、ガラス繊維濾紙、又は布若しくは不織布シートが、セパレータとして一般に使用される。セパレータは、一般に電極間にラミネートされる。適切な機械的強度を実現するために、セパレータは、典型的には、少なくとも０．０２５ｍｍ（０．００１インチ）の厚さであり、ひいては電池の中で有意な体積を占有する。
【０００３】
ＪＰ１１−３４５６０６において、ポリマー物質を二次リチウムイオン電池の電極の１つの上に噴霧して、セパレータとして作用する多孔質ポリマー物質の層を電極上に形成することが提案されている。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
１つの態様では、本発明は、陽極及び陰極と、電極の１つの表面に固着された、ポリマーマトリックス中に分散されたシリカ粒子を含む多孔質層と、を含む電池を特徴とする。
【０００５】
幾つかの実施では、ポリマーマトリックスは、スチレン−イソプレン−スチレン及びポリフッ化ビニリデンからなる群から選択される。シリカ粒子は、時には、約１０〜５００ｎｍの平均粒度を有する球形粒子を含んでもよい。あるいは、シリカ粒子は、ｘ＝１０〜５００ｎｍ及びｙ＝１０〜５００ｎｍの平均寸法を有する細長い粒子を含んでもよい。
【０００６】
場合によっては、電池は、コロイダルシリカ粒子を含む第２多孔質層を含む。第２多孔質層は、電極とポリマーマトリックス中に分散されたシリカ粒子を含む多孔質層との間に置かれていてもよい。
【０００７】
電池は、例えば、一次リチウム電池又は二次リチウムイオン電池であってよい。
【０００８】
陽極は、遷移金属酸化物、遷移金属硫化物、フッ化炭素、二酸化イオウ、及び塩化チオニルからなる群から選択される物質を含んでよく、多孔質層が、陽極に固着されてよい。
【０００９】
幾つかの実施では、ポリマーは、３００％を超える最終的伸長を示す。層は、約２０〜８０体積％のシリカ、例えば約２５〜６５体積％のシリカを含み得る。幾つかの実施では、層は、少なくとも５０体積％のシリカを含む。層は、約２０〜５０μｍの厚さ、及び約２０〜５０体積％の多孔率を有し得る。電池が第２多孔質層を含む実施では、第２多孔質層は、約１〜５μｍの厚さを有し得る。
【００１０】
別の態様では、本発明は、シリカ粒子及びポリマーを含む溶液又は分散液を電極上に噴霧することを含む、電池セパレータを直接電極上に形成する方法を特徴とする。
【００１１】
幾つかの実施では、該方法は、噴霧する前に電極を加熱することを更に含む。電極は、例えば、ポリマーの融点より約２０〜４０℃低い温度まで加熱されてもよい。時には、該方法は、例えば陰圧下で、ポリマーの融点より約２０〜６０℃低い温度で、残留溶媒を追い出すための排気（evacuating）を更に含む。該方法は、溶液又は分散液を電極上に噴霧する前に、コロイダルシリカから本質的になる分散液を電極上に噴霧して、基礎をなすシリカ層を形成することを更に含んでもよい。
【００１２】
更に別の態様では、本発明は、陽極、リチウムを含む陰極、及び陰極の表面に固着されたシリカ粒子を含む多孔質層を含む一次リチウム電池を特徴とする。
【００１３】
本明細書に開示されるセパレータでは、シリカ粒子の存在が、セパレータの伝導度を著しく高め、ポリマーマトリックスの結晶化度を低下させ、それによってポリマーマトリックス内の電解質種の移送を増進する。シリカ粒子はまた、機械的強度をセパレータに与え、短絡を防ぐ。
【００１４】
本発明の１つ以上の実施形態の詳細が、添付図面及び以下の説明に記載される。本発明の他の特徴及び利点は、説明及び図面、並びに請求項から明らかとなる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】１つの実施による、セパレータを直接電極上に形成するためのプロセスを示す線図。
【図２】別の実施による、セパレータを直接電極上に形成するためのプロセスを示す線図。
【図３】実施例１及び２に記載されるように形成された陽極を含む、２０３２Ｌｉ／ＦｅＳ２コイン電池についての放電データを示すグラフ。
【図４】実施例４及び５に記載されるように形成された陽極を含む、２０３２ＬｉＭｎＯ２コイン電池についての放電データを示すグラフ。
【図５】実施例７及び８に記載されるように形成されたＦｅＳ２電極を含む、２０３２ＬｉＦｅＳ２コイン電池についての放電データを示すグラフ。
【図６】実施例９及び１０に記載されるように形成された２０３２ＬｉＭｎ０．３３Ｎｉ０．３３Ｃｏ０．３３Ｏａコイン電池についての充電／放電データを示すグラフ。
【００１６】
様々な図面における同様の参照記号は、同様の要素を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
セパレータを直接陽極上に形成するための１つのプロセスが、図１に示される。陽極は、例えば、ＭｎＯ２、Ｖ２Ｏ５、ＣｕＯ、若しくはＦｅＳ２のような遷移金属酸化物若しくは硫化物、又はフッ化炭素、二酸化イオウ、及び塩化チオニルのような物質であってよい。最後の２つの系の場合には、電極は、二酸化イオウ又は塩化チオニルが電気化学的に還元される炭素材料に基づいている。第１工程（１０）では、電極（１２）が、例えば約１３０〜約１４０℃の温度に加熱され、液体コーティング組成物（１４）が電極上に噴霧される。コーティング組成物は、非水性ポリマー溶液中に分散されたシリカ粒子を含む。工程（１０）において、電極は加熱され、その結果コーティングが電極上に噴霧されると、溶媒は迅速に、例えば２０秒以内、好ましくは５秒未満で乾く。電極の温度は、使用されるポリマーの融点より低い、例えば融点より２０〜４０℃低いように選択される。例えば、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ、融点１６０℃）がポリマーとして使用される場合、電極は好ましくは約１３０〜１４０℃に加熱される。噴霧工程及びその後の乾燥は、基礎をなす電極（１２）並びにポリマーのマトリックス（２０）及びマトリックス中に均一に分散されたシリカ粒子（２２）からなる多孔質コーティング（１８）を含む複合体電極／セパレータ（１６）をもたらす。最終工程（２４）では、コーティングを排気して、その構造体内のいかなる残留溶媒も乾かす。排気は、ポリマーの融点より約２０〜６０℃低い温度で、及び陰圧は可能な限り高く、典型的には１．３ｋＰａ（１０ｔｏｒｒ）未満で、一般に実行される。排気時間は、使用されるポリマー及び溶媒に依存して異なるが、典型的には１０〜２０時間の範囲である。
【００１８】
コーティングのために好ましいポリマーには、ブロックコポリマー、例えばポリスチレン−イソプレン−スチレン（ＳＩＳ）及び他のブロックコポリマー、並びに高い弾性（ＡＳＴＭ  Ｄ４１２により測定したとき、３００％を超える、好ましくは７００％を超える、時には９００％以上の最終的伸長）を有するエラストマーが挙げられる。
【００１９】
別の好適なポリマーは、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）である。特に、セパレータ／電極複合体が電池に使用され、そのアセンブリが高度の応力及びひずみを必要とする場合、例えば単３電池のアセンブリ内で電極を巻くことを必要とする場合、ポリマーが、マトリックスに可撓性を提供する物理的性質を有することが、一般に好ましい。一般に、例えば３５重量％を超える、好ましくは６０重量％を超える、シリカ粒子の相対的に高い装填においてさえ、ポリマーが機械的完全性をセパレータ層に提供できることが好ましい。
【００２０】
ポリマーが、Ｌｉ及びカソード物質と化学的適合性を示すことも、一般に必要である。加工を容易にするために、ポリマーが、低沸点溶媒中に可溶性であることが、一般に好ましい。時には、ポリマーは、マトリックス内の電解質種の移送を可能にする。そうであるか否かは、ポリマーと、特定の電池のために選択される電解質との間の相互作用に依存する。
【００２１】
好適な溶媒には、非水性溶媒が挙げられ、その中でポリマーは可溶性であり、これは所望のプロセス条件下で比較的迅速に蒸発する。ＳＩＳがポリマーとして使用されるとき、好適な溶媒には、テトラヒドロフラン（ＴＨＦ）、メチルエチルケトン（ＭＥＫ）、及びこれらの混合物が挙げられる。ＰＶＤＦがポリマーとして使用されるとき、好適な溶媒には、Ｎ−メチル−２−ピロリジノン（ＮＭＰ）、並びにＮＭＰと、ＴＨＦ、ＭＥＫ、及びメチルイソブチルケトン（ＭＩＢＫ）のようなより低沸点溶媒との混合物が挙げられる。異なるポリマーが使用される場合には、他の溶媒が好ましい場合がある。一般に、ポリマーが可溶性である、最低沸点の溶媒を使用することが望ましい。溶液の固形物濃度百分率は、典型的には比較的低く、例えば約３〜３０％の固形物である。この濃度は一般に、容易に噴霧できる低粘度溶液をもたらす。水溶液が、水溶性であるポリマーと共に使用される場合もあるが、それらは、水の比較的高い沸点、及び水分で電極を汚染する危険性のために、一般にあまり好ましくない。
【００２２】
シリカ粒子は好ましくは、およそナノメートルの、非常に小さい平均粒度を有する。幾つかの実施では、粒子は、球形粒子に関しては１０〜５００ｎｍの平均粒度を有し、細長い粒子に関してはｘ＝１０〜５００ｎｍ、ｙ＝１０〜５００ｎｍの寸法を有する。ナノ粒子は、例えばＭＥＫのような溶媒中に、分散液の形態で供給されてもよい。好適なナノ粒子分散液は、例えば日産化学アメリカ社（Nissan Chemical American Corporation）から市販されている。幾つかの好ましいナノ粒子は、１０〜１５ｎｍの粒子直径を有する球形シリカ粒子、並びに９〜１５ｎｍの幅及び４０〜３００ｎｍの長さを有する細長い粒子である。好ましくは、シリカ粒子は、ポリマー溶液中に実質的に均一に分配される。
【００２３】
乾燥し排気されたＰＶＤＦ／シリカ複合体コーティング中のシリカ粒子の体積百分率は、好ましくは２０〜４５％、より好ましくは２５〜４０％である。ＳＩＳ又は他のブロックコポリマーのような、より大きな弾性を有するポリマーに関しては、シリカの百分率はより高い可能性があり、例えば４０〜８０％、好ましくは５０〜６５％であり得る。シリカの好適な装填は、セパレータ層が、良好な強度及び構造的完全性を有することの必要性と、高濃度のシリカにより付与される良好な多孔率ひいてはイオン伝導度とのバランスを取ることにより決定される。したがって、シリカの望ましい濃度は、選択されたポリマーがセパレータに与える機械的性質に大部分基づいている。
【００２４】
結果として生じるセパレータでは、シリカ粒子の存在は、セパレータの伝導度を著しく高め、またポリマーマトリックスの結晶化度を低下させ、それによってポリマーマトリックス内の電解質種の移送を高める。幾つかの実施では、セパレータは、約２０〜５０μｍの厚さ、及び約２０〜５０体積％の多孔率を有する。多孔率は、コーティングの実重量を測定し、それをその厚さ及び面積に基づく理論重量と比べることにより決定され得る。
【００２５】
図２に示される代替的実施では、プロセスは、非水性溶媒中に分散されたコロイダルシリカ（３２）を、上述のように加熱された電極（１２）上に噴霧する追加の工程（３０）を含む。コロイダルシリカ層は、加熱された電極との接触の際に乾燥し、それによって電極の表面にゆるく結合される。コロイダルシリカ粒子は、好ましくはまた非常に小さく、およそナノ粒子である。上述のシリカ粒子は、コロイダルシリカ層で使用するのにも好適である。市販のシリカ分散液がそのままで使用されてもよいし、又は所望の固形物濃度、例えば５〜２５％の固形物、幾つかの実施では、約１０〜１５％の固形物にするために追加の溶媒により希釈されてもよい。所望の固形物濃度は、粘度、噴霧速度などの、プロセスパラメータに依存する。
【００２６】
コロイダルシリカ粒子のこの初期付着の後、プロセスは図１を参照して上述されたように進行する。したがって、中に懸濁したシリカナノ粒子を有するポリマー溶液の層（３４）が、コロイダルシリカ粒子の層（３６）上に噴霧され、排気されて、完成した電極／セパレータ複合体（３８）を形成する。理論に束縛されるものではないが、ポリマーマトリックス（例えば、ＰＶＤＦ又はＳＩＳ）のいくらかは、基礎をなすシリカ層（付着したコロイダルシリカ）の中に浸透して電極に接触し、それによってコロイダルシリカと電極との間の接着を提供すると考えられている。基礎をなすシリカ層は、電極の孔の中に浸透するポリマーの量を最少化する傾向があり、これは、電極の孔の中へのポリマーの浸透がイオンの移送を低減させる傾向があり得るため、有利である。
【００２７】
結果として生じる２層セパレータ構造体は、上記の単層セパレータ／電極複合体（１６）によって実現されるより通常高い、優れた定格能力（rate capability）を提供する。幾つかの実施では、完成したセパレータ／電極複合体では、コロイダルシリカ粒子の層（３６）は、約１〜５μｍの厚さを有し、ＰＶＤＦ／シリカの層（３４）は、約２０〜４０μｍの厚さを有する。幾つかの実施では、構造体の多孔率は、全体として、約２０〜５０％である。
【実施例】
【００２８】
（実施例１）
１５ｇのＰＶＤＦ（等級７１１、アトフィナ（Atofina））が、６７．５ｇのＮＭＰ及び６７．５ｇのＭＥＫと混合された。混合物は、ＰＶＤＦが完全に溶解されるまで、約７０℃で攪拌され、１０％（ｗ／ｗ）のＰＶＤＦ溶液を形成した。１０ｇのＰＶＤＦ溶液が次に、ＭＥＫ中に分散された１．６０ｇのコロイダルシリカ（等級ＭＥＫ−ＳＴ−ＵＰ、日産化学アメリカ社（Nissan Chemical America Corporation）、コロイド中のシリカの含有量：２０％、平均粒度：４０〜３００ｎｍの長さと共に９〜１５ナノメートルの直径を有する細長い粒子）と攪拌により混合され、ＰＶＤＦ／シリカセパレータの前駆体として使用された透明な液体を形成した。
【００２９】
厚さ約０．１ｍｍ（厚さ５ｍｉｌ）のＦｅＳ２電極の５ｃｍ（２”）×１３ｃｍ（５”）片が、１６５℃の表面温度の予熱されたホットプレート上に設置された。電極は、厚さ０．０３ｍｍ（厚さ１．２ｍｉｌ）のＡｌホイル上に支持され、８６％のＦｅＳ２−７％のポリスチレン−ブロック−ポリ（エチレン−ラン−ブチレン（ethylene-ran-butylene））−ブロック−ポリスチレン（クレイトン（KRATON）（登録商標）Ｇ）−７％の炭素の組成を有した。電極の表面温度が１４０℃に達したとき、５０ＭＥＫ：５０ＭＥＫ−ＳＴ−ＵＰ（ｗ／ｗ）の１．０ｇの液体が、Ｈ型エアブラシ（パーシェ・エアブラシ社（Paasche Air Brush Company））を使用して電極上に１５秒間噴霧された。噴霧中、２７６ｋＰａ（４０ｐｓｉ）の気圧が使用された。次に、シリカ粒子及びＰＶＤＦを含有する液体２．０ｇが、ＦｅＳ２上に１分間噴霧された。電極はその後、１０５℃のオーブンに移動され、１６時間排気されて電極中に残留する溶媒を乾かした。
【００３０】
（実施例２）
１０％（ｗ／ｗ）のＰＶＤＦ溶液が、実施例１に記載されたように形成された。１０ｇのＰＶＤＦ溶液は次に、実施例１で使用された、３．７５ｇのコロイダルシリカ分散液と攪拌により混合され、ＰＶＤＦ／シリカセパレータの前駆体として使用された透明な液体を形成した。
【００３１】
電極は、シリカ粒子及びＰＶＤＦを含有する液体２．５ｇが、ＦｅＳ２上に１分３０秒間噴霧されたことを除いて、実施例１に記載されたのと同じ手順を使用してコーティングされた。実施例１のように、電極はその後、１０５℃のオーブンに移動され、１６時間排気されて電極中に残留する溶媒を乾かした。
【００３２】
（実施例３）
ＰＶＤＦ／シリカ−シリカセパレータでコーティングされた、ＦｅＳ２電極の電気化学性能が、２０３２Ｌｉ／ＦｅＳ２コイン電池で評価された。２０３２電池は、厚さ０．２ｍｍ（厚さ８ｍｉｌ）のＬｉホイルの１片（直径：１４ｍｍ（９／１６”））を、ＰＶＤＦ／シリカ−シリカセパレータでコーティングされたＦｅＳ２電極の１つ（直径：１１ｍｍ（７／１６”））とラミネートすることにより組み立てられた。１，２ジメトキシエタンと１，３ジオキソラン（ｖ／ｖ＝４５／５５）との混合物中の１ＭのＬｉＩの電解質が使用された。得られたＬｉ／ＦｅＳ２電池の放電性能が、電池を８、４、２、及び１ｍＡの電流で、０．６Ｖの電圧カットオフまで、断続的に放電することにより評価された（電池は放電間に２時間休止された）。各電流における放電から獲得されたエネルギーは、図３に表示され、その中で実施例１の電極／セパレータ複合体は、「ＰＶＤＦ／シリカ−シリカ１」と表示され、実施例２の複合体は、「ＰＶＤＦ／シリカ−シリカ２」と表示される。比較のために、コーティングされていないＦｅＳ２電極及びセルガード（Celgard）２４００セパレータに基づく２０３２Ｌｉ電池が組み立てられ、これらの電池の放電データは、同様に図３に示される。
【００３３】
（実施例４）
１０％（ｗ／ｗ）のＰＶＤＦ溶液が、実施例１に記載されたように形成された。１０ｇのＰＶＤＦ溶液が次に、ＭＢＩＫ中に分散された２．５ｇのコロイダルシリカ（等級ＭＩＢＫ−ＳＴ、日産化学アメリカ社（Nissan Chemical America Corporation）、コロイド中のシリカの含有量：３０％、球形シリカ粒子の平均サイズ：１０〜１５ナノメートル）と攪拌により混合され、ＰＶＤＦ／シリカセパレータの前駆体として使用された透明な液体を形成した。
【００３４】
厚さ約０．２ｍｍ（厚さ６ｍｉｌ）のＭｎＯ２電極の５ｃｍ（２”）×１３ｃｍ（５”）片が、１６５℃の表面温度に予熱されたホットプレート上に設置された。電極は、厚さ０．０３ｍｍ（厚さ１．２ｍｉｌ）のＡｌホイル上に支持され、８６％のＭｎＯ２−７％のクレイトン（KRATON）（登録商標）Ｇ結合剤−７％の炭素の組成を有した。電極の表面温度が１４０℃に達したとき、５０ＭＩＢＫ：５０ＭＩＢＫ−ＳＴ（ｗ／ｗ）の混合物０．７５ｇが、Ｈ型エアブラシ（パーシェ・エアブラシ社（Paasche Air Brush Company））を使用して電極上に１０秒間噴霧された。噴霧中、２７６ｋＰａ（４０ｐｓｉ）の気圧が使用された。次に、シリカ粒子及びＰＶＤＦを含有する液体１．６ｇが、ＭｎＯ２電極上に２５秒間噴霧された。電極はその後、１０５℃のオーブンに移動され、１６時間排気されて電極中に残留する溶媒を乾かした。
【００３５】
（実施例５）
１０％（ｗ／ｗ）のＰＶＤＦ溶液が、実施例１に記載されたように形成された。１０ｇのＰＶＤＦ溶液が次に、ＭＥＫ中に分散された３．７５ｇのコロイダルシリカ（等級ＭＥＫ−ＳＴ−ＵＰ、日産化学アメリカ社（Nissan Chemical America Corporation）、コロイド中のシリカの含有量：２０％、平均粒度：４０〜３００ｎｍの長さと共に９〜１５ナノメートルの直径を有する細長い粒子）と攪拌により混合され、ＰＶＤＦ／シリカセパレータの前駆体として使用された透明な液体を形成した。
【００３６】
厚さ約０．２ｍｍ（厚さ６ｍｉｌ）のＭｎＯ２電極の５ｃｍ（２”）×１３ｃｍ（５”）片が、１４０℃の表面温度の予熱されたホットプレート上に設置された。電極は、厚さ０．０３ｍｍ（厚さ１．２ｍｉｌ）のＡｌホイル上に支持され、８６％のＭｎＯ２−７％のクレイトン（KRATON）（登録商標）Ｇ結合剤−７％の炭素の組成を有した。電極の表面温度が１４０℃に達したとき、５０ＭＥＫ：５０ＭＥＫ−ＳＴ−ＵＰ（ｗ／ｗ）の液体１．０ｇが、Ｈ型エアブラシ（パーシェ・エアブラシ社（Paasche Air Brush Company））を使用して電極上に１０秒間噴霧された。噴霧中、２７６ｋＰａ（４０ｐｓｉ）の気圧が使用された。次に、シリカ粒子及びＰＶＤＦを含有する液体２．０ｇが、ＭｎＯ２電極上に２５秒間噴霧された。電極はその後、１０５℃のオーブンに移動され、１６時間排気されて電極中に残留する溶媒を乾かした。
【００３７】
（実施例６）
ＰＶＤＦ／シリカセパレータでコーティングされた、ＭｎＯ２電極の電気化学性能が、２０３２Ｌｉ／ＭｎＯ２コイン電池で評価された。２０３２電池は、厚さ０．８ｍｍ（厚さ３１ｍｉｌ）のＬｉホイルの１片（直径：１１ｍｍ（７／１６”））を、セパレータでコーティングされたＭｎＯ２電極の１つ（直径：１４ｍｍ（９／１６”））とラミネートすることにより組み立てられた。１１．６％のエチレンカーボネート−２２．８％のプロピレンカーボネート−５５．６％の１，２ジメトキシエタン−１０．０％のリチウムトリフルオロメタンスルホネート（Ｗ／Ｗ）を含有する電解質が使用された。得られたＬｉ／ＭｎＯ２電池の放電性能が、１６、８、４、２、及び１ｍＡの電流で、１．５Ｖの電圧カットオフまで、断続的に放電することにより評価された（電池は放電間に２時間休止された）。放電から獲得されたエネルギーは、図４に表示される。比較のために、コーティングされていないＭｎＯ２電極及びセルガード（Celgard）２４００セパレータに基づく２０３２Ｌｉ電池が組み立てられ、これらの電池の放電データは、図４に示される。
【００３８】
（実施例７）
４ｇのＳＩＳ（アルドリッチ・ケミカル社（Aldrich Chemical Company））が９６ｇのＭＥＫと混合された。混合物は、ＳＩＳが完全に溶解されるまで、６０℃で攪拌された。溶液が室温で冷却されたとき、それは混濁し、ＭＥＫ中に懸濁した微細なＳＩＳ粒子を含んだ液体を最終的に形成した。６．８ｇのこのＳＩＳコロイドが、５ｇのＭＥＫ及びＭＥＫ中に分散された６ｇのコロイダルシリカ（等級ＭＥＫ−ＳＴ−ＵＰ、日産化学アメリカ社（Nissan Chemical America Corporation）、コロイド中のシリカの含有量：２０％、平均粒度：４０〜３００ｎｍの長さと共に９〜１５ナノメートルの直径を有する細長い粒子）と混合され、ＳＩＳ／シリカセパレータのためのコーティング製剤として使用されたコロイド液体を形成した。この製剤中のシリカ及びＳＩＳの固形物含有量は、それぞれ６５％及び３５％（ｖ／ｖ）であった。
【００３９】
アルミニウムホイル上にコーティングされた、厚さ約０．０８ｍｍ（厚さ３ｍｉｌ）のＦｅＳ２電極の４．１ｍｍ×３００ｍｍの片が、１４０℃の表面温度の予熱されたホットプレート上に設置された。電極は、８６％のＦｅＳ２−７％のクレイトン−Ｇ（KRATON-G）（登録商標）結合剤−７％のグラファイトの組成を有した。電極の表面温度が１００℃に達したとき、上記のコーティング製剤５．３５ｇが、Ｈ型エアブラシ（パーシェ・エアブラシ社（Paasche Air Brush Company））を使用して１０３ｋＰａ（１５ｐｓｉ）の気圧下で電極上に噴霧された。電極はその後、１００℃のオーブンに移動され、１６時間排気されて電極中に残留する溶媒を乾かした。
【００４０】
（実施例８）
実施例７に記載された、シリカ／ＳＩＳセパレータでコーティングされた、ＦｅＳ２電極の電気化学性能が、２０３２Ｌｉ／ＦｅＳ２コイン電池で評価された。２０３２電池は、厚さ０．８ｍｍ（厚さ３１ｍｉｌ）のＬｉホイルの１片（直径：１４ｍｍ（９／１６”））を、シリカ／ＳＩＳ−シリカセパレータでコーティングされたＦｅＳ２電極（直径：１１ｍｍ（７／１６”））とラミネートすることにより組み立てられた。１，２ジメトキシエタンと１，３ジオキソラン（ｖ／ｖ＝４５／５５）との混合物中の１ＭのＬｉＩの電解質が使用された。得られたＬｉ／ＦｅＳ２電池の放電性能が、１６、８、４、２、及び１ｍＡの電流で、０．９Ｖの電圧カットオフまで、断続的に放電することにより評価された（電池は放電の間に２時間休止された）。各電流における放電から獲得された容量は、図５に表示される。比較のために、コーティングされていないＦｅＳ２電極及びセルガード（Celgard）２４００セパレータに基づく２０３２Ｌｉ電池が組み立てられ、これらの電池の放電データは、同様に図５に示される。
【００４１】
（実施例９）
厚さ約０．０５ｍｍ（厚さ２ｍｉｌ）のグラファイト電極の５０ｍｍ×１２０ｍｍの片が、１４０℃の表面温度の予熱されたホットプレート上に設置された。電極は、厚さ０．０３ｍｍ（厚さ１．０ｍｉｌ）のＣｕホイル上に支持され、８６％のグラファイト−７％のＰＶＤＦ−７％のカーボンブラック（ｗ／ｗ）の組成を有した。電極の表面温度が１００℃に達したとき、実施例７に記載された２．６ｇのコーティング製剤が、Ｈ型エアブラシ（パーシェ・エアブラシ社（Paasche Air Brush Company））を使用して、１０３ｋＰａ（１５ｐｓｉ）の気圧下で電極上に噴霧された。コーティングされた電極はその後、１００℃のオーブンに移動され、１６時間排気されて電極中に残留する溶媒を乾かした。
【００４２】
（実施例１０）
実施例９に記載された、ＳＩＳ／シリカセパレータでコーティングされた、グラファイト電極の電気化学性能が、２０３２リチウムイオングラファイト／ＬｉＭｎ０．３３Ｎｉ０．３３Ｃｏ０．３３Ｏｘコイン電池で評価された。２０３２電池は、コーティングされたグラファイト電極の１片（直径：１４ｍｍ（９／１６”））を、アルミニウムホイル上にコーティングされたＬｉＭｎ０．３３Ｎｉ０．３３Ｃｏ０．３３Ｏｘ電極の１片（直径：１１ｍｍ（７／１６”）；組成：８６％のＬｉＭｎ０．３３Ｎｉ０．３３Ｃｏ０．３３Ｏｘ−７％のＰＶＤＦ−７％のカーボンブラック）とラミネートすることにより組み立てられた。エチレンカーボネートとジメチルカーボネートとの混合物（ｖ／ｖ＝５０／５０）中の１ＭのＬｉＰＦ６の電解質が使用された。得られた２０３２グラファイト／ＬｉＭｎ０．３３Ｎｉ０．３３Ｃｏ０．３３Ｏｘ電池の性能は、２ｍＡで電池を４．２〜２．５Ｖ充電／放電することにより評価され、電池は各充電及び放電の前に２時間休止された。電池の１つについての充電／放電データが、図６、及び下表に表示される。
【表１】
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【００４３】
本発明の多数の実施形態が記載された。しかし、本発明の趣旨及び範囲から逸脱することなく、様々な修正を行ってもよいことが理解されるであろう。
【００４４】
例えば、セパレータ層を陽極に適用することが以上に記載されたが、場合によっては、セパレータ層は陰極に適用されることができる。例えば、セパレータ層は、Ｌｉイオン電池のいずれかの電極に適用されてよく、そこでアノードは、例えば実施例９及び１０に例示されるように、グラファイトである。
【００４５】
それ故に、他の実施形態は次の請求項の範囲内である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【国際調査報告】
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