(57)【要約】  キサンタンガムは、リチウムイオン又はリチウム硫黄電池における電極、特にアノードを結合するための優れた結合剤であり、大きな体積変化を調整し、様々な種類のアノード材料で試験した電池で安定した容量を与えることが分かった。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
リチウムイオン又はリチウム硫黄電池における電極を結合するための、本質的にキサンタンガムからなる、結合剤の使用。
【請求項２】
前記電極が、本質的に、Ｌｉ−Ｓ、リチウム合金、導電性炭素中にインターカレートされたリチウム、酸化物中にインターカレートされたリチウム、窒化物中にインターカレートされたリチウム、リン化物中にインターカレートされたリチウム、又はケイ素中にインターカレートされたリチウムからなる、請求項１に記載の使用。
【請求項３】
前記電極が、本質的に、金属酸化物中にインターカレートされたリチウムからなる、請求項１に記載の使用。
【請求項４】
前記電極が、本質的に、酸化アルミニウム、酸化スズ、酸化ケイ素、酸化コバルト、酸化鉄、酸化チタン、酸化銅又はそれらの混合物中にインターカレートされたリチウムからなる、請求項１に記載の使用。
【請求項５】
前記電極が、本質的に、混合金属酸化物中にインターカレートされたリチウムからなる、請求項１に記載の使用。
【請求項６】
前記電極が、本質的に、酸化物と導電性炭素との均質なマトリックス中にインターカレートされたリチウムからなる、請求項１に記載の使用。
【請求項７】
本質的に、酸化物中にインターカレートされたリチウム、又は酸化物と導電性炭素との均質なマトリックス中にインターカレートされたリチウムからなる電極用の結合剤としてのキサンタンガムの使用。
【請求項８】
前記電極が、本質的に、酸化物中にインターカレートされたリチウムからなる、請求項７に記載の使用。
【請求項９】
前記電極が、本質的に、酸化物と導電性炭素との均質なマトリックス中にインターカレートされたリチウムからなる、請求項７に記載の使用。
【請求項１０】
前記導電性炭素がグラファイトを含む、請求項９に記載の使用。
【請求項１１】
前記酸化物が金属酸化物である、請求項７〜１０のいずれか一項に記載の使用。
【請求項１２】
前記酸化物が、酸化アルミニウム、酸化スズ、酸化ケイ素、酸化コバルト、酸化鉄、酸化チタン、酸化銅又はそれらの混合物である、請求項７〜１０のいずれか一項に記載の使用。
【請求項１３】
前記酸化物が、酸化スズ又は酸化ケイ素である、請求項７〜１０のいずれか一項に記載の使用。
【請求項１４】
前記電極がアノードである、請求項１〜１３のいずれか一項に記載の使用。
【請求項１５】
本質的にキサンタンガムからなる結合剤により結合されたリチウム含有材料を含む、リチウムイオン又はリチウム硫黄電池用のアノード。
【請求項１６】
前記リチウム含有材料が、本質的に、Ｌｉ−Ｓ、リチウム合金、導電性炭素中にインターカレートされたリチウム、酸化物中にインターカレートされたリチウム、窒化物中にインターカレートされたリチウム、リン化物中にインターカレートされたリチウム、又はケイ素中にインターカレートされたリチウムからなる、請求項１５に記載のアノード。
【請求項１７】
前記リチウム含有材料が、本質的に、酸化物中にインターカレートされたリチウムからなる、請求項１５に記載のアノード。
【請求項１８】
前記リチウム含有材料が、本質的に、金属酸化物中にインターカレートされたリチウムからなる、請求項１５に記載のアノード。
【請求項１９】
前記リチウム含有材料が、本質的に、酸化アルミニウム、酸化スズ、酸化ケイ素、酸化コバルト、酸化鉄、酸化チタン、酸化銅又はそれらの混合物中にインターカレートされたリチウムからなる、請求項１５に記載のアノード。
【請求項２０】
前記リチウム含有材料が、本質的に、酸化スズ又は酸化ケイ素中にインターカレートされたリチウムからなる、請求項１５に記載のアノード。
【請求項２１】
前記リチウム含有材料が、本質的に、混合金属酸化物中にインターカレートされたリチウムからなる、請求項１５に記載のアノード。
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
［関連出願の相互参照］
本願は、本明細書にその全文を参照として含める、２０１０年４月２３日提出の米国特許仮出願第６１／３２７，１４８号の優先権を主張する。
【０００２】
［発明の分野］
本発明は、電極結合剤に関し、特にリチウムイオン又はリチウム硫黄電池におけるアノード結合剤に関する。
【０００３】
［発明の背景］
リチウムイオン電池では、カソードは、典型的にはリチウム含有材料を含み、アノードは、通常、例えばグラファイト、金属、メタロイド（ｍｅｔａｌｌｏｉｄ）、又は酸化物などのリチウムを含まない材料である。リチウム硫黄電池では、アノードは、典型的にはリチウム金属であり、カソードは、硫黄又は炭素／硫黄複合物から製造される。新規なリチウム硫黄バッテリーデバイス（ｂａｔｔｅｒｙ  ｄｅｖｉｃｅ）は、金属／炭素複合物をアノード（ａｎｏｄｅ）として使用し、多硫化物カソードを使用する（例えばＬｉ２Ｓ）。リチウムイオン電池では、負極（ａｎｏｄｅ）は、ｉ）リチウムと合金化し得る金属又はメタロイド、主として２Ｂ族（Ｚｎ及びＣｄ）、３Ａ族（Ａｌ、Ｇａ及びＩｎ）、４Ａ族（Ｓｉ、Ｓｎ及びＰｂ）、５Ａ族（Ｓｂ及びＢｉ）及びＳｎ−合金（Ｓｎ−Ｆｅ、Ｓｎ−Ｃｏ、Ｓｎ−Ｎｉ、Ｓｎ−Ｃｕ、Ｓｎ−Ｚｎ）、ｉｉ）硬質又は軟質炭素（例えばグラファイト）、ｉｉｉ）その金属がリチウムを許容する酸化物、例えばＳｎＯ２、Ｓｂ２Ｏ３、及び酸化ケイ素）、ｉｖ）遷移金属酸化物（Ｌｉ４Ｔｉ５Ｏ１２、酸化チタン、酸化クロム、酸化マンガン、酸化鉄、酸化コバルト、酸化ニッケル、酸化銅及び酸化亜鉛）であり得る。リチウムは、窒化物、リン化物及び硫化物中にもインターカレートする。リチウムイオン電池では、リチウムが酸化物又は酸化物−炭素マトリックス中にインターカレートされたアノードが特に重要である。
【０００４】
酸化スズは、下記の反応に従ってリチウムと反応する。
ＳｎＯ２＋４Ｌｉ＋＋４ｅ−→Ｓｎ＋２Ｌｉ２Ｏ    不可逆反応（７１１ｍＡｈ／ｇ）
Ｓｎ＋４．４Ｌｉ＋＋４．４ｅ−←→ＳｎＬｉ４．４    可逆反応（７８３ｍＡｈ／ｇ）
【０００５】
リチウムと合金化する金属（又は炭素／金属複合物又は金属酸化物）を含むアノードは、電池（ｂａｔｔｅｒｙ）の動作及び再充電の際に、電極がリチウム化／脱リチウム化することにより、大きな体積変化を被る。この体積膨張は、Ａｌの場合の約１００％からＳｉの場合の約３００％にも及ぶ。この大きな体積変化を調整するには、この体積変化を調整できるナノ粒子を使用するか、又は結着剤（ｂｉｎｄｅｒ）を使用する必要がある。ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）は、電池技術で従来使用されているバインダー（ｂｉｎｄｅｒ）であるが、例えばグラファイト又はＬｉ４Ｔｉ５Ｏ１２におけるような、約１５〜２０％より大きい体積変化は調整しない。ＰＶＤＦは、室温で、低電位（Ｌｉ／Ｌｉ＋に対して５ｍＶ）で還元されることも、高電位（Ｌｉ／Ｌｉ＋に対して５Ｖ）で酸化されることもない。しかし、高温では、ＰＶＤＦは、Ｌｉ金属及びＬｉＣ６と反応し、熱暴走の危険性をもたらす発熱反応により、ＬｉＦ及び幾つかのＣ＝ＣＦ化学種を形成すると報告されている（Ｄｕ  Ｐａｓｑｕｉｅｒ  １９９８、Ｍａｌｅｋｉ  １９９９、Ｍａｌｅｋｉ  ２０００）。この危険性を回避するために、研究は非フッ素化結合剤の使用に焦点をあてている（Ｇａｂｅｒｓｃｅｋ  ２０００、Ｏｓｋａｍ  １９９９、Ｏｈｔａ  ２００１、Ｚｈａｎｇ  ２００２、Ｖｅｒｂｒｕｇｇｅ  ２００３）。それらは、水にはなお不溶であるが、フェノール−ホルムアルデヒド、ポリ塩化ビニル又はポリアクリロニトリルを結合剤として使用する場合、発熱は少なくなった（Ｍａｌｅｋｉ  ２０００、Ｄｕ  Ｐａｓｑｕｉｅｒ  １９９８）。ＰＶＤＦを使用する際のもう一つの欠点は、北米における約ＵＳ＄２０／ｋｇ（ヨーロッパでは１５〜１８ユーロ／ｋｇ（Ｌｕｘ  ２０１０））の価格である。さらに、ＰＶＤＦは、環境に好ましくない溶剤、例えばＮ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）を使用して電極形成を行う必要がある。又、ＰＶＤＦを電池寿命が終わった後に廃棄するのが容易ではない（Ｌｕｘ  ２００３）。従って、環境により優しい結合剤が、Ｌｉ−イオン電池用の電極材料の製造に必要とされている。
【０００６】
ある種のゴム系結合剤、例えばスチレン−ブタジエンゴムが試験され、ある程度成功しているが、これらの結合剤は、水溶性ではなく、体積膨張を調整できる能力をさらに改良する必要性がある。ナトリウムカルボキシメチルセルロース（ＮａＣＭＣ）は、食品工業で増粘剤として使用される糖ベースの（ｓｕｇａｒ−ｂａｓｅｄ）分子であり、ケイ素系電極（Ｌｉ  ２００７、Ｂｕｑａ  ２００６、Ｂｅａｔｔｉｅ  ２００８、Ｈｏｃｈｇａｔｔｅｒｅｒ  ２００８、Ｌｉｕ  ２００５）、及びより最近では酸化スズ系電極（Ｃｈｏｕ  ２０１０）の場合に、体積膨張を効果的に調整できることが示されている。体積変化を調整できることに加えて、ＮａＣＭＣは、セルロースに結合したカルボキシメチル基のために水溶性である。このことは、キャスティング工程の際に環境に好ましくない溶剤の使用を回避し、電極の製造がより容易になる。Ｌｕｘ等が述べているように、ＮａＣＭＣの使用は、Ｌｉ−イオン電池アノードのリサイクルもより容易にする（Ｌｕｘ  ２０１０）。実際、ＮａＣＭＣを７００℃に加熱することにより、Ｎａ２ＣＯ３が得られる。さらに（Ｍａｃｈａｄｏ  ２００３、Ｋａｌｏｕｓｔｉａｎ  １９９７）、ＮａＣＭＣの価格はＰＶＤＦより遙かに低く、北米では約６米ドル／ｋｇである（ヨーロッパでは１〜２ユーロ／ｋｇ（Ｌｕｘ  ２０１０））。
【０００７】
電池用負電極を製造するための先行技術における一手法（Ｓａｔｏｈ  ２００５、Ｓａｔｏｈ  ２００８、Ｓａｔｏｈ  ２００９ａ、Ｓａｔｏｈ  ２００９ｂ）は、グラファイト系アノード及びオレフィン系不飽和結合を有する結合剤（例えばスチレン−ブタジエンゴム）を使用している。そのような手法では、グラファイト系アノードを金属酸化物で被覆することができる。この先行技術は、キサンタンガムを、オレフィン系不飽和結合を有する結合剤との共結合剤として使用できることも示唆している。しかし、キサンタンガム使用の具体的な例示はなく、キサンタンガム単独のみの、すなわち共結合剤としてではない使用は、示唆されていない。さらに、アノード材料は、グラファイト又は金属酸化物で表面を被覆したグラファイトに限られている。そのようなアノード材料は、リチウム化／脱リチウム化工程の際に酸化物又は酸化物−炭素マトリックスの材料が被る非常に大きな体積膨張を受けない。
【０００８】
当技術分野では、リチウムイオン又はリチウム硫黄電池における電極のリチウム化／脱リチウム化による大きな体積膨張を調整できる水溶性結合剤が求められている。
【０００９】
［発明の概要］
ここで驚くべきことに、キサンタンガムは、リチウムイオン又はリチウム硫黄電池におけるアノード用の優れた水溶性結合剤であり、様々な種類のアノード材料で試験した電池において、大きな体積変化を調整し、安定した容量をもたらすことが分かった。
【００１０】
そこで、リチウムイオン又はリチウム硫黄電池における電極を結合するための、本質的にキサンタンガムからなる結合剤（ｂｉｎｄｅｒ）の使用を提供する。
【００１１】
本質的に、酸化物中にインターカレートされたリチウム、又は酸化物と導電性炭素との均質なマトリックス中にインターカレートされたリチウムからなる電極用の結合剤としてのキサンタンガムの使用をさらに提供する。
【００１２】
本質的にキサンタンガムからなる結合剤により結合されたリチウム含有材料を含む、リチウムイオン又はリチウム硫黄電池用のアノードをさらに提供する。
【００１３】
本質的に、酸化物中にインターカレートされたリチウム、又は酸化物と導電性炭素との均質なマトリックス中にインターカレートされたリチウムからなるリチウム含有材料を含むキサンタンガム−結合した電極を備える、リチウムイオン電池用のアノードをさらに提供する。
【００１４】
リチウム硫黄及びリチウムイオン電池の一般的な使用では、アノード結合剤は、本質的にキサンタンガムからなり、共結合剤は存在しない。リチウム硫黄電池では、アノードのリチウム含有材料はＬｉ−Ｓである。リチウムイオン電池では、アノードは、リチウム含有材料、例えばリチウム合金、導電性炭素（例えばグラファイト、カーボンブラック、メソ多孔性炭素マイクロビーズ、カーボンナノチューブ、グラフェン及びそれらの混合物）中にインターカレートされたリチウム、酸化物（例えば酸化アルミニウム、酸化スズ、酸化ケイ素、酸化コバルト、酸化鉄、酸化チタン、酸化銅及びそれらの混合物）中にインターカレートされたリチウム、窒化物中にインターカレートされたリチウム、リン化物中にインターカレートされたリチウム、又はケイ素中にインターカレートされたリチウム、化合物又は複合物中に置換により挿入されたリチウムを含むことができる。導電性炭素中にインターカレートされたリチウム、酸化物中にインターカレートされたリチウム、又は酸化物と導電性炭素との均質なマトリックス中にインターカレートされたリチウムが好ましいリチウム含有材料である。酸化物の中で、特に金属酸化物、特に遷移金属酸化物が注目すべきである。遷移金属酸化物は、例えば酸化クロム、酸化マンガン、酸化鉄、酸化コバルト、酸化ニッケル、酸化銅及び酸化亜鉛を包含する。酸化スズ又は酸化ケイ素が好ましい。混合金属酸化物、例えばＺｎＭｎ２Ｏ４を使用できる。
【００１５】
本質的に酸化物又は酸化物−炭素マトリックス中にインターカレートされたリチウムからなるアノードが特に重要である。酸化物−炭素マトリックスは、酸化物中炭素又は炭素中酸化物の実質的に均質なマトリックスを有する複合物である。好ましい酸化物及び導電性炭素は、上に記載した。酸化物：炭素の比（Ｗ／Ｗ）は、好ましくは９９：１〜１：９９、より好ましくは、９０：１０〜１０：９０、最も好ましくは８９：１１〜１１：８９の範囲である。酸化物は、好ましくはナノ粒子の形態であり、炭素とナノ複合物を形成する。この特別な用途には、キサンタンガムを含有する結合剤は、共結合剤、例えばポリフッ化ビニリデン、ナトリウムカルボキシメチルセルロース、スチレンブタジエンゴム、又はそれらの混合物をさらに含むことができる。好ましくは、共結合剤は、結合剤中に、結合剤の重量の約７５重量％未満、より好ましくは、約５０重量％未満、さらに好ましくは約２５重量％未満の量で存在する。最も好ましくは、結合剤は、共結合剤を含まず、本質的にキサンタンガムからなる。
【００１６】
リチウムと合金化し得る少なくとも一種の元素（金属又はメタロイド）（例えばＺｎ、Ｃｄ、Ｐｔ、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｐｂ、Ｓｂ、Ｂｉ）、又は先に考察した導電性炭素、又はリチウムと合金化しない第二元素（好ましくは金属）（例えばＣｏ又はＴｉ）を配合した合金複合物を含むアノードも重要である。キサンタンガムの使用により、悪いバッテリー性能につながる、合金化工程に関連する大きな体積膨張（１００〜４００％）を調整するのに役立つ。Ｓｎ、Ｓｉ及びＳｎ／Ｃｏ／Ｃ合金が特に注目される。
【００１７】
キサンタンガムは、キサントモナス・カンペストリス（Ｘａｎｔｈｏｍｏｎａｓ  ｃａｍｐｅｓｔｒｉｓ）の細菌被膜（ｂａｃｔｅｒｉａｌ  ｃｏａｔ）に由来する多糖である。キサンタンガムは、キサントモナス・カンペストリス細菌を、炭水化物（例えばグルコース、スクロース、ラクトース又はそれらの混合物）、窒素源、リン酸二カリウム、及び少量の微量元素の無菌水溶液中に植菌すること（ｉｎｏｃｕｌａｔｉｎｇ）により製造する。媒体を十分に通気及び攪拌し、重合体が細胞外で製造されて媒体中に出る。製造されたキサンタンの最終濃度は、製造方法、細菌の菌株、及び不規則変動（ｒａｎｄｏｍ  ｖａｒｉａｔｉｏｎ）に大きく依存して変化する。１〜４日間の発酵後、イソプロピルアルコールを添加することにより、キサンタン重合体を媒体から沈殿させ、乾燥及び粉砕し、水又は食塩水に容易に溶解してガムを形成する粉末が得られる。キサンタンガムのカルボキシル化度（ｄｅｇｒｅｅ  ｏｆ  ｃａｒｂｏｘｙｌａｔｉｏｎ）は、電極結合剤としての性能に影響を与えることがある。典型的には、より高いカルボキシル化度は、より良い電池性能を与える。キサンタンガムのカルボキシル化度は、カルボキシル化又は脱カルボキシル化反応により容易に制御され、所望の性能特性を達成することができる。好ましくは、カルボキシル化度は約０．５〜約１の範囲である。
【００１８】
本発明のさらなる特徴は、下記の詳細な説明の中に記載するか、又は明らかになる。
【００１９】
本発明をより明瞭に理解できるようにするために、本発明の実施態様を例として、添付の図面を参照しながら、ここに詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】リチウム参照電極及び対電極及びメソ炭素マイクロビード（ＭＣＭＢ）アノードから製造した半電池のサイクル挙動を示すグラフである。アノードは、５つの異なる結合剤、すなわちポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、２つの異なる供給源からに入手したナトリウムカルボキシメチルセルロース（ＮａＣＭＣ）、リチウムカルボキシメチルセルロース（ＬｉＣＭＣ）、ベイトロン（Ｂａｙｔｒｏｎ）（商標）（ポリ−３，４−エチレンジオキシチオフェンとポリスチレンスルホン酸の混合物）及びキサンタンガムを使用して製造した。これらの電極を、Ｌｉ／Ｌｉ＋に対して５ｍＶ〜１．５ＶでＣ／１２（完全充電及び２４時間で放電）のサイクルにかけた。
【図２】リチウム参照電極及び対電極及びメソ炭素マイクロビード（ＭＣＭＢ）アノードから製造した半電池のサイクル挙動を示すグラフである。アノードは、５種の異なる結合剤、すなわちポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ナトリウムカルボキシメチルセルロース（ＮａＣＭＣ）、リチウムカルボキシメチルセルロース（ＬｉＣＭＣ）、ベイトロン（商標）（ポリ−３，４−エチレンジオキシチオフェンとポリスチレンスルホン酸の混合物）及びキサンタンガムを使用して製造した。これらの電極を、Ｌｉ／Ｌｉ＋に対して５ｍＶ〜１．５Ｖで様々なＣレート（Ｃ／１２、Ｃ／９、Ｃ／６、Ｃ／３、Ｃ／２、Ｃ及び２Ｃ）のサイクルにかけた。
【図３】リチウム参照電極及び対電極及びメソ炭素マイクロビード（ＭＣＭＢ）アノードから製造した半電池の長期間サイクル挙動を示すグラフである。アノードは、キサンタンガムを使用して製造した。これらの電極を、Ｌｉ／Ｌｉ＋に対して５ｍＶ〜１．５Ｖで様々なＣレートのサイクルにかけた。
【図４】リチウム参照電極及び対電極及び複合材料（ナノ−ＳｎＯ２／Ｃ７８重量％〜２２重量％）のアノードから製造した半電池のサイクル挙動を示すグラフである。アノードは、３種の異なる結合剤、すなわちポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ナトリウムカルボキシメチルセルロース（ＮａＣＭＣ）、及びキサンタンガムを使用して製造した。これらの電極を、Ｌｉ／Ｌｉ＋に対して０．１Ｖ〜１ＶでＣ／１２（完全充電及び２４時間で放電）のサイクルにかけた。
【図５】リチウム参照電極及び対電極及びＳｎ−Ｃｏのアノードから製造した半電池のサイクル挙動を示すグラフである。アノードは、３種類の異なる結合剤、すなわちポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ナトリウムカルボキシメチルセルロース（ＮａＣＭＣ）、及びキサンタンガムを使用して製造した。これらの電極を、Ｌｉ／Ｌｉ＋に対して５ｍＶ〜１．５ＶでＣ／１２のサイクルにかけた。
【図６】リチウム参照電極及び対電極及び焼結した混合金属酸化物（ＺｎＭｎ２Ｏ４スピネル）のアノードから製造した半電池のサイクル挙動を示すグラフである。アノードは、５種の異なる結合剤、すなわちリチウムカルボキシメチルセルロース（ＬｉＣＭＣ）、ナトリウムカルボキシメチルセルロース（ＮａＣＭＣ）、ベイトロン（商標）（ポリ−３，４−エチレンジオキシチオフェンとポリスチレンスルホン酸の化合物）、キサンタンガム及びポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）を使用して製造した。これらの電極を、Ｌｉ／Ｌｉ＋に対して１０ｍＶ〜３ＶでＣ／１０（完全充電及び２０時間で放電）のサイクルにかけた。
【図７】リチウム参照電極及び対電極及びケイ素アノードから製造した半電池の長期間サイクル挙動を示すグラフである。アノードは、リチウムカルボキシメチルセルロース（ＬｉＣＭＣ）、ナトリウムカルボキシメチルセルロース（ＮａＣＭＣ）、キサンタンガム及びポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）を使用して製造した。これらの電極を、Ｌｉ／Ｌｉ＋に対して５ｍＶ〜２．０Ｖでサイクルにかけた。
【００２１】
［好ましい実施態様の説明］
アルゴン充填したグローブボックス中で組み立てた２３２５型コインセル（２３２５−ｔｙｐｅ  ｃｏｉｎ  ｃｅｌｌ）を使用するハーフセル（ｈａｌｆ  ｃｅｌｌ）でサイクリックボルタンメトリー及びセルサイクリングを行った。サイクリックボルタモグラムは、バイオロジック（ＢｉｏＬｏｇｉｃ）（商標）ＶＭＰ３ポテンシオスタット／ガルバノスタットを使用して記録した。作用電極の電位は、０．１ｍＶｓ−１でオープンサーキットポテンシャル（ｏｐｅｎ  ｃｉｒｃｕｉｔ  ｐｏｔｅｎｔｉａｌ）から下にＬｉ／Ｌｉ＋に対して５ｍＶ（又は１０ｍＶ）に掃引し、次いでＬｉ／Ｌｉ＋に対して１．５Ｖ（又は２Ｖ又は３Ｖ）まで掃引し、その後、セルをＬｉ／Ｌｉ＋に対して１．５Ｖ（又は２Ｖ又は３Ｖ）及び５ｍＶ（又は１０ｍＶ）間でサイクルにかけた。容量測定は、マルチチャネルアービン（Ａｒｂｉｎ）バッテリーサイクラーで行った定電流（ｇａｌｖａｎｏｓｔａｔｉｃ）実験により行った。作用電極は、先ず様々なＣレートでＬｉ／Ｌｉ＋に対して５ｍＶ（又は１０ｍＶ）まで充電し、次いでＬｉ／Ｌｉ＋に対して１．５Ｖ（又は２Ｖ又は３Ｖ）まで放電した。計算に使用した活物質の質量は、活性電極に使用した材料の質量である。
【００２２】
作用電極は、下記のように作製した。活物質（例えば炭素グラファイト（ＭＣＭＢ）、ナノＳｎＯ２／Ｃ、Ｓｎ−Ｃｏ、ＺｎＭｎ２Ｏ４又はＳｉ）をスーパーカーボン（Ｓｕｐｅｒ  ｃａｒｂｏｎ）（ティムカル（Ｔｉｍｃａｌ））５重量％及び結合剤５又は１０重量％と混合した。電極フィルムは、材料を高純度銅ホイル集電体（ｃｕｒｒｅｎｔ  ｃｏｌｌｅｃｔｏｒ）（酸化銅層を除去するために２．５％ＨＣｌ溶液を使用して洗浄した）上に、自動化ドクターブレードを使用して塗り広げ、次いで対流加熱炉中、８５℃で一晩乾燥させた。個々のディスク電極（Φ＝１２．５ｍｍ）を打ち抜き、真空下、８０℃で一晩乾燥させ、次いで０．５メトリックトン（ｍｅｔｒｉｃ  ｔｏｎ）の圧力でプレスした。リチウム金属ディスク（Φ＝１６．５ｍｍ）を負電極（対電極及び参照電極）として使用した。１Ｍ  ＬｉＰＦ６のエチレンカーボネート／ジメチルカーボネート溶液（１：１、ｖ／ｖ）の７０μＬを電解質として使用し、マイクロ多孔質プロピレンセパレーター（セルガード（Ｃｅｌｇａｒｄ）（商標）２５００、厚さ３０μｍ、Φ＝２．１ｍｍ）の二重層上に塗り広げた。セルは、アルゴン充填した乾燥グローブボックス中、室温で組み立てた。
【００２３】
図１を参照すると、メソ炭素マイクロビード（ＭＣＭＢ）アノードを含む半電池では、アノード結合剤としてのキサンタンガムの使用は、１００回の充電サイクルわたって、ＰＶＤＦを含む他の結合剤のどれを使用するよりも、著しく高く、より安定した放電容量をもたらすことが明らかである。図２に関して、この結果は、Ｃレートの広い範囲にわたって一貫していることが明らかである。
【００２４】
ナノＳｎＯ２／Ｃアノードを含む半電池では、アノード結合剤としてのキサンタンガムの使用は、ＰＶＤＦを使用する場合よりも、数十充電サイクルわたって、著しく高く、より安定した放電容量をもたらす。キサンタンガムの使用は、ＮａＣＭＣの使用と匹敵する（図４参照）。
【００２５】
Ｓｎ−Ｃｏアノードを含む半電池では、アノード結合剤としてのキサンタンガムの使用は、ＮａＣＭＣを使用する場合よりも放電容量は幾分低くなるが、ＰＶＤＦを使用する場合よりも、数十充電サイクルわたって、著しく高く、より安定した放電容量をもたらす（図５参照）。
【００２６】
ＺｎＭｎ２Ｏ４スピネルアノードを含む半電池では、アノード結合剤としてのキサンタンガムの使用は、ＬｉＣＭＣ又はＮａＣＭＣを使用する場合よりも放電容量は幾分低くなるが、ＰＶＤＦを使用する場合よりも、数十充電サイクルわたって、より高く、より安定した放電容量をもたらす（図６参照）。
【００２７】
ケイ素アノードを含む半電池では、アノード結合剤としてのキサンタンガムの使用は、ＰＶＤＦよりもサイクル＃２で高い放電容量保持率（４５％対２１％）だが、ＬｉＣＭＣ（８７％）又はＮａＣＭＣ（９５％）のいずれか一方よりも低い放電容量保持率をもたらす（図７参照）。
【００２８】
結果は、アノード結合剤としてのキサンタンガムの使用は、ポリフッ化ビニリデンよりも、広範囲なアノード材料わたって、より高く、より安定した放電容量をもたらし、カルボキシメチルセルロースに匹敵する場合もあることを立証している。
【００２９】
参考文献：その内容の全体が参照により組み込まれている。
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【００３０】
構造に固有の他の利点は、当業者には明らかである。実施態様は、例示のために本明細書に記載したのであり、特許請求する本発明の範囲を制限するものではない。上記実施態様の変形は、当業者には明らかであり、本発明者は、下記の請求項に含まれるものと考える。
【図１】
2013525957.tif 000003
【図２】
2013525957.tif 000004
【図３】
2013525957.tif 000005
【図４】
2013525957.tif 000006
【図５】
2013525957.tif 000007
【図６】
2013525957.tif 000008
【図７】
2013525957.tif 000009
【国際調査報告】
2013525957.tif 000010
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