(57)【要約】リチウムイオン可充電電池のための電気化学的セルである。電気化学的セルは、少なくとも約１．０ボルトの還元電位を有するアノード活物質を含むアノード、わずか約３．７ボルトの酸化電位を有するカソード活物質を含むカソード、並びに、アノード及びカソードを離隔する電解質セパレータを備える。
2008536272.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
５アンペア時以上の容量を有するリチウムイオンのロッキングチェア電池であって、
少なくとも一つのアノード、少なくとも一つのカソード、並びに、前記アノード及びカソードの間に少なくとも一つの電解質、を備え、
各々の前記少なくとも一つのアノードは、少なくとも約１．０ボルトの還元電位を有し、
各々の前記少なくとも一つのカソードは、約３．７ボルト以下の酸化電位を有する、リチウムイオンのロッキングチェア電池。
【請求項２】
前記少なくとも一つのアノードの活物質の表面及び前記少なくとも一つのカソードの活物質の表面は、パッシベーション層を有していないことを特徴とする請求項１に記載のリチウムイオンのロッキングチェア電池。
【請求項３】
前記アノード活物質は、Ｌｉ４Ｔｉ５Ｏ１２、ＬｉＸＮｂ２Ｏ５及びＬｉＸＴｉＯ２から選択されることを特徴とする請求項１に記載のリチウムイオンのロッキングチェア電池。
【請求項４】
前記アノード活物質は、Ｌｉ４Ｔｉ５Ｏ１２であることを特徴とする請求項３に記載のリチウムイオンのロッキングチェア電池。
【請求項５】
前記カソード活物質は、ＬｉＦｅＰＯ４、ＬｉＸＶ３Ｏ８及びＶ２Ｏ５から選択されることを特徴とする請求項１に記載のリチウムイオンのロッキングチェア電池。
【請求項６】
前記カソード活物質は、ＬｉＦｅＰＯ４であることを特徴とする請求項５に記載のリチウムイオンのロッキングチェア電池。
【請求項７】
前記電解質は、溶液中に一つ以上の金属塩を含む極性液体によって任意的に可塑化され又はゲル化された、溶媒和しているか又はしていない、ポリマー、コポリマー又はターポリマーであることを特徴とする請求項１に記載のリチウムイオンのロッキングチェア電池。
【請求項８】
前記電解質は、溶液中に一つ以上の金属塩を含む非プロトン性溶媒によって任意的に可塑化されて又はゲル化された、溶媒和しているか又はしていない、ポリマー、コポリマー又はターポリマーであることを特徴とする請求項１に記載のリチウムイオンのロッキングチェア電池。
【請求項９】
前記電解質は、微小孔構造セパレータ中に浸漬されて溶液中に少なくとも一つの金属塩を含んでいる極性液体であるということを特徴とする請求項１に記載のリチウムイオンのロッキングチェア電池。
【請求項１０】
前記電解質中の少なくとも一つの金属塩は、リチウム塩であることを特徴とする請求項７に記載のリチウムイオンのロッキングチェア電池。
【請求項１１】
前記電解質中の少なくとも一つの金属塩は、リチウム塩であることを特徴とする請求項８に記載のリチウムイオンのロッキングチェア電池。
【請求項１２】
前記電解質は、イオン液体であることを特徴とする請求項１に記載のリチウムイオンのロッキングチェア電池。
【請求項１３】
前記電解質は、液体塩であることを特徴とする請求項１に記載のリチウムイオンのロッキングチェア電池。
【請求項１４】
リチウムイオンのロッキングチェア電池のための電気化学的セルであって、
少なくとも約１．０ボルトの還元電位を有するアノード活物質を備えるアノード、
わずか約３．７ボルトの酸化電位を有するカソード活物質を備えるカソード、
電解質、そして、
前記アノード及び前記カソードの間に位置するセパレータ、を備える、電気化学的セル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、全体的には、長寿命のリチウムイオンのロッキングチェア可充電電池に、そして、より具体的には、大型電池及び長いサイクル寿命のために最適化されるリチウムイオンのロッキングチェア可充電電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
アノード（又は負の電極）での、そして、カソード（又は正の電極）での挿入材料を有するリチウム電池は、ロッキングチェア電池と呼ばれていた。液体又はゲル電解質を有するロッキングチェアＬｉ−イオン電池は、黒鉛といったカーボンアノードを、そして、ＬｉＣｏＯ２、ＬｉＭｎ２Ｏ４、ＬｉＮｉＯ２及びそれらの誘導体（例えば、ＬｉＣｏＸＮｉ（１−Ｘ）Ｏ２、ＬｉＭｎ（２−Ｘ）ＭＸＯ２、ここで、Ｍ＝Ｍｇ、Ａｌ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｃｕ等）といった、４ボルト付近でのレドックス（酸化還元）活性を有するカソード材料を、大部分ベースにしている。１９９０年において、ソニーは、アノードとしてハードカーボン、及びＬｉＣｏＯ２カソードをベースとしたリチウムイオン電池を最初に商品化した。今や、リチウムイオン電池は、多数の企業によって世界的に商業化されて、家電製品（例えば携帯電話及びラップトップコンピュータ）に、良好に適応している。リチウムイオン電池は、０．１アンペア時から４アンペア時に亘る異なるサイズにおいて、螺旋状に巻装された円筒状の、巻装されたプリズム又は平面のプリズムを含む、異なる構成において利用可能である。
【０００３】
リチウムイオン電池の性能は、非常に温度に敏感である。例えば、容量の減少（フェード）は、２０〜２５℃の温度で作動される同じ電池と比較して、４０〜５０℃の温度で電池を作動させることによって、３０〜５０％加速されうる。４０℃より上の温度で格納されるリチウムイオン電池は、同様に著しい不可逆性の容量損失を被る。この温度敏感性は、パッシベーション膜の発生に関連がある。そして、このパッシベーション膜は、電極活物質の表面の上に形成される固体電解質インタフェース（ＳＥＩ）と呼ばれている。
【０００４】
カーボンアノード、４ボルト付近のレドックス活性を有するカソード材料、及び（乾燥型、液体型又はゲル型の）非電解水溶液を有するリチウムイオン電池又はセルにおいて、最初のサイクル（充電−放電）で、ＳＥＩは、電極活物質表面の上に形成される。このＳＥＩは、活物質表面での電解質の反応から生じることが示されている。このＳＥＩは、ＳＥＩ中で固定されるためもはや電気化学的に活性ではないリチウムを含み、従って、ＳＥＩの形成は、リチウムイオン電池又はセルにおける不可逆性の容量損失をもたらす。ＳＥＩの性質及び安定度は、リチウムイオンセルの性能を支配している重要な問題である。ＳＥＩの性質は、電解質（溶媒及び塩）の性質に、アノード活物質の還元電位に、そして、カソード活物質の酸化電位に、依存している。
【０００５】
例えば、カーボンアノードに対して、アノード側において、リチウム層間はく離及び非層間はく離は、Ｌｉ＋／Ｌｉ基準電圧近くの低い還元電位で起こる。この種の負電位で、電解質（溶媒及び塩）は、熱力学的に安定でない。１ボルト未満の還元電位で、電解質は、カーボンアノード活物質の表面で分解され、これにより、不可逆性の容量損失をもたらすＳＥＩ膜を形成して、リチウムイオンの相当数を消費する。不可逆性の容量損失のパーセンテージは、カーボンの性質（カーボンの種類、形態及び表面積）、及び電解質（溶媒及び塩）の性質に大部分関連する。
【０００６】
最高の可能なエネルギー密度を得るために、電池設計者は、最高の酸化電位を有するカソード活物質を選択している。カソード材料におけるこの電位窓の選択基準によって、それらの良好な酸化処理安定度のため、アルキル炭酸塩溶媒の使用をもたらした。しかしながら、これらの溶媒は、熱力学的に安定ではなく、４ボルトより下の電位でカソード活物質の表面で反応する（REF: M.Moshkovich, M.Cojocaru, H.E.Gottlieb, and D.Aurbach, J.Electroanal. Chem., 497, 84, 2001）。これにより、カソード活物質の表面でＳＥＩが形成される（REFs: D.Aurbach, M.D.Levi, E.Levi, H.Teller, B.Markosky, G.Salitra, L.Heider, J.Electrochem. Soc., 145, 359, 2001; D.Aurbach, K.Gamolsky, B.Markosky, G.Salitra and Y.Gofer, J.Electrochem. Soc., 147, 1322, 2000）。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
４０℃よりも高い温度で作動又は格納されるリチウムイオン電池の性能不足は、主な要因として、正及び負の電極活物質上におけるＳＥＩの発生を含む、（カーボンの性質、カソード活物質の性質、及び電解質の性質に非常に依存する）多くの要因に起因する。ＳＥＩがセル温度に非常に影響されることは、当業者に周知である。４００℃以上の温度のリチウムイオン電池を充電、放電、又は格納することにより、電極活物質上のＳＥＩフィルムの成長がもたらされる。リチウムイオンがＳＥＩの成長において消費されるので、もたらされる影響は、不可逆性の容量損失である。電極の抵抗及びセル分極は、ＳＥＩの成長によって増加し、これにより、電池又はセルの出力能力に影響を及ぼし、そのサイクル寿命を減少させる。
【０００８】
ＳＥＩの温度敏感性によるリチウムイオン電池の性能に対する負の影響は、サイズ及びエネルギー含量に関してリチウムイオン技術の活用を制限する。電池の充電及び放電は、消失させなければ電池又はセルの全体の温度が上がる熱を発生させる。セルにおいて内部的に発生する熱は、伝導又は対流によって消失される電池又はセルの外面へ通常伝導によって移される。電池又はセルがより大きくなるにつれて、熱を移す内部距離は内部電池又はセルの温度をより高くして、それ故、電池又はセルの性能低下をもたらす電極活物質表面上のＳＥＩの成長をもたらし、又は最悪な場合、火及び／又は爆発につながりうる熱暴走の悲惨な状況をもたらしうる。これらの理由により、リチウムイオン電池技術は、熱損失が容易に制御される比例的に小さいエネルギー含量を有する小型電池に制限されており、そして、ＳＥＩ成長課題を最小化していた。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、長いサイクル寿命を有する安全な大型のリチウムイオンのロッキングチェア可充電電池の提供を図る。
【００１０】
広い態様によれば、本発明は、リチウムイオン可充電電池のための電気化学的セルの提供を図るものである。電気化学的セルは、少なくとも約１．０ボルトの還元電位を有するアノード活物質を備えるアノード、わずか約３．７ボルトの酸化電位を有するカソード活物質を備えるカソード、並びに、アノード及びカソードを離隔する電解質セパレータを備える。
【００１１】
他の広い態様によれば、本発明は、少なくとも一つのアノード、少なくとも一つのカソード、並びに、アノード及びカソードを離隔する少なくとも一つの電解質を備える、５アンペア時以上の容量を有するリチウムイオンのロッキングチェア可充電電池の提供を図る。ここで、少なくとも一つのアノードは、少なくとも１．０ボルトの還元電位を有し、そして、少なくとも一つのカソードは、３．７ボルト以下の酸化電位を有する。
【００１２】
本発明は、不可逆的に電池の電気化学的性能（容量、サイクル寿命及び出力）に影響を及ぼすこと無しに、４０℃以上の温度で、充電し、放電し、そして、格納することのできる、大型の電池及び長いサイクル寿命のために最適化されるリチウムイオンのロッキングチェア可充電電池に関係する。この電池は、少なくとも１．０ボルトの還元電位を有するアノード活物質、及び３．７ボルト以下の酸化電位を有するカソード活物質をベースにする。アノード還元電位を最低１．０ボルトに制限することによって、アノード活物質面上のＳＥＩ膜の形成をもたらすアノード活物質を有する電解質の還元反応が排除される。生成されるＳＥＩ無しのアノードは、抵抗性が低く、任意のリチウムイオンも不可逆的に消費されず、４０℃以上の温度に影響を受けない。カソード酸化電位を最高３．７ボルトに制限することによって、カソード活物質面上のＳＥＩ膜の形成をもたらすカソード活物質を有する電解質の酸化処理の反応が排除される。生成されるＳＥＩの無いカソードは、より抵抗性が低く、任意のリチウムイオンを不可逆的に消費せず、そして、４０℃以上の温度に影響を受けない。
【００１３】
ＳＥＩの無い電極を有する本発明のリチウムイオンのロッキングチェア可充電電池は、より良好な熱抵抗のため、大容量及び長いサイクル寿命の電池に非常に適している。電池又はセルの充電及び放電の間、発生する熱は、アノード又はカソード活物質面上のＳＥＩ膜の成長によって生じる電極の抵抗の増加をもたらさず、不可逆性の容量損失を与えず、電池又はセルのサイクル寿命を制限しない。さらにまた、４０℃以上の温度で電池又はセルを格納しても、アノード又はカソード活物質面でのＳＥＩフィルムの成長による電極の抵抗の増加をもたらさず、不可逆性の容量損失を生じず、したがって、電池又はセルのサイクル寿命を制限しない。
【００１４】
上記で提案されるような、アノード及びカソードの電圧を制限して、アノード及びカソードとの間の電位差を狭くすることは、この種の電池のエネルギー密度を減らすため、電池設計に対するユニークな戦略である。しかしながら、電池の容量及びサイクル寿命に影響を及ぼさずに、８０℃に達しうる温度で作動又は格納しうる電池を必要とする用途に対して妥当させるのは、この設計戦略である。ここで、電池の体積及び重量は、負荷平準化、ピークシェービング等を含む電気事業、産業、通信及びエネルギー格納用途といった用途において、二次的要因である。電池設計者は、単位体積及び重量当たりで電池の最大エネルギーを得るために、アノード及びカソード間の電位差をできるだけ広くしようとする、逆の戦略を採用していた。電池設計者は、電池の最大エネルギー密度を得るために、電解質の還元及び酸化処理安定度を考慮して、カーボン及び黒鉛といったできるだけ低い電位のアノード活物質、そして、３．７ボルトより上に酸化電位の井戸を有するＬｉＣｏＯ２といったできるだけ高い酸化電位のカソード活物質を常に選択する。空きスペース及び重量許容度が重要であった多くの用途に対して妥当する設計戦略は、例えば、一般消費者向け電気製品、衛星アプリケーション、電気自動車等に制限される。しかしながら、この種の設計戦略の結果は、制限された温度許容度及び制限されたサイクル寿命を有する電池であり、そして、制御された温度環境で格納されることを必要とする。
【００１５】
本発明の選択戦略によれば、アノード活物質は、少なくとも１．０ボルトの還元電位を有して、Ｌｉ４Ｔｉ５Ｏ１２、ＬｉＸＮｂ２Ｏ５、ＬｉＸＴｉＯ２、などから選択されうる。そして、カソード活物質は、３．７ボルト以下の酸化電位を有して、ＬｉＦｅＰＯ４、ＬｉＸＶ３Ｏ８、Ｖ２Ｏ５、などから選択されうる。
【００１６】
有利には、電解質は、溶液中に一つ以上の金属塩を含む極性液体によって任意的に可塑化され又はゲル化された、溶媒和しているか又はしていない、ポリマー、コポリマー又はターポリマーであってもよい。電解質は、微小孔構造セパレータ中において固定される極性液体であってもよくて、又は溶液中にいくつかの金属塩類を含んでもよい。特定の例において、これらの金属塩類のうちの少なくとも１つは、リチウム塩である。
【００１７】
電極を結合するために使用される、又は電解質として使用されるポリマーは、有利には、ポリエーテル、ポリエステル、メタクリル酸メチルユニットをベースにしたポリマー、アクリロニトリルベースのポリマー、及び／又はビニリデンフルオリド、スチレンブタジエンゴム、又はコポリマー又はその混合物であってもよい。ポリマーの性質は、本発明の制限ではない。
【００１８】
本発明による電池は、上述した溶媒の混合物と同様に、分子量が５０００以下の、非プロトン性溶媒（例えばエチレン又はプロピレンカーボネート）、アルキル炭酸塩、γ−ブチロラクトン、テトラアルキルスルホアミド、モノ、ジ−、トリ−、テトラ−、又はオリゴ−エチレングリコールを含みうる。溶媒の性質は、本発明の制限ではない。
【００１９】
金属塩は、リチウム、ナトリウム、カリウム塩類、又は例えば、米国特許第４，５０５，９９７号明細書に記載されているリチウムトリフルスルホイミドをベースにした塩類、米国特許第４，８１８，６４４号明細書に記載されているビスファハロゲンアクリル、又はスルホイミド、に由来する、橋架け可能又は不能なリチウム塩類、ＬｉＰＦ６、ＬｉＢＦ４、ＬｉＳＯ３ＣＦ３、ＬｉＣｌＯ４、ＬｉＳＣＮ、ＬｉＮ（ＣＦ３ＳＯ２）２、ＬｉＣ（ＣＦ３ＳＯ２）３等の、他のものであってもよい。塩の性質は、本発明の制限ではない。
【００２０】
以下の説明及び以下の図面によって、本発明はよりよく理解され、そして、他の効果も現れる。
図１は、本発明における１つの非限定的な実施例に従うリチウムイオンセル構造の概略断面図である。
図２は、本発明における他の非限定的な実施例に従うリチウムイオンセル構造の概略断面図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
図１は、端面構造を有する典型的リチウムイオンセル１０を例示する。リチウムイオンセル１０は、ポリマー材料及び任意的な電子伝導性の添加物とともに結合されるアノード活物質からなるアノード１３に積層される、アノード又は負の電流コレクタ１２を備える。リチウムイオンセル１０は、ポリマー材料及び任意的な電子伝導性の添加物とともに結合されるカソード活物質からなるカソード１５に積層されるカソード又は正の電流コレクタ１６を備える。電解質セパレータ１４は、カソード１５からアノード１３を電気的に絶縁するが、放電中にアノード１３からカソード１５に、そして、充電中にカソード１５からアノード１３に、リチウムイオンが移動しうるように、アノード１３及びカソード１５の間に位置している。
【００２２】
図示されているように、負の電流コレクタ１２は、リチウムイオンセル１０の一端から延在し、そして、正の電流コレクタ１６は、リチウムイオンセル１０の他端から延在している。オフセットされた構成において、複数のリチウムイオン電池１０が一緒に組み立てられるときに、正又は負のターミナルへの容易な接続を可能にするためである。負の電流コレクタ１２は、金属箔又は格子であってもよく、好ましくは銅又はその合金及びアルミニウム又は合金のような、電気化学的システムの電圧範囲内で安定である単数又は複数の金属で作製されうるし、そして、正の電流コレクタ１６は、金属箔又は格子であってもよく、好ましくはアルミニウム又は合金のような、電気化学的システムの電圧範囲内で安定である単数又は複数の金属で作製されうる。
【００２３】
電解質セパレータ１４は、溶液中に一つ以上の金属塩類を含む、可塑化され又はされていない、ポリマー、コポリマー又はターポリマーベースの電解質であってもよい。電解質セパレータ１４は、溶液中に一又はいくつかの金属塩類を含む微小孔構造セパレータにおいて固定される極性液体であってもよい。これらの塩類の少なくとも１つはリチウム塩である。
【００２４】
上述したように、カソード活物質が３．７ボルト以下の酸化電位を有する材料から選択されるのに対して、アノード活物質は少なくとも１．０ボルトの還元電位を有する材料から選択される。それによって、リチウムイオンセルの全体の容量と同様にサイクル寿命に悪影響を与えるパッシベーション膜の形成及び成長をもたらす。アノード又はカソード活物質上の電解質の還元又は酸化反応を排除する。好適なアノード活物質は、Ｌｉ４Ｔｉ５Ｏ１２、ＬｉＸＮｂ２Ｏ５及びＬｉＸＴｉＯ２である。そして、好適なカソード活物質は、ＬｉＦｅＰＯ４、ＬｉＸＶ３Ｏ８、Ｖ２Ｏ５である。
【００２５】
活物質の好適な選択は、カソード活物質としてのＬｉＦｅＰＯ４に、アノード活物質としてのＬｉ４Ｔｉ５Ｏ１２を組み合わせることである。ＬｉＦｅＰＯ４は３．７ボルト未満の酸化電位を有しているのに対して、Ｌｉ４Ｔｉ５Ｏ１２は１ボルトより高い還元電位を有している。この好適な組合せは、アノード及びカソード活物質のこの特定の組合せを有するリチウムイオン電池が少なくとも５．０アンペア時（Ａｈ）及び好ましくは少なくとも１０アンペア時の容量を有する大型電池に組み立てられることができるような、上で概説される選択基準を満たす。Ｌｉ４Ｔｉ５Ｏ１２ベースのアノード１３及びＬｉＦｅＰＯ４ベースのカソード１５を有するリチウムイオンセルは、最高１００アンペア時又はそれより大きい容量を有する大型電池に組み込むことができ、活物質の表面上での電解質の酸化及び／又は還元の欠如に関連して（Ｌｉイオンの挿入及び脱挿入に対して）安定構造での活物質の組合せに対して、非常に長期間の間運転することができる。
【００２６】
例えばＬｉ４Ｔｉ５Ｏ１２ベースのアノード１３、及び、ＬｉＦｅＰＯ４ベースのカソード１５といった、アノード活物質として少なくとも１．０ボルトの還元電位を有する材料、及び、カソード活物質として３．７ボルト以下の酸化電位を有する材料を有しているリチウムイオンセル１０は、５ｋｇから１００ｋｇ以上にわたる、５ｋｇ以上の重量を有する大型電池において、積層又は巻装されうる。この種のリチウムイオン電池、組み立てられたリチウムイオンセル１０は、電池の容量及びそれらのサイクル寿命に影響を及ぼすこと無しに、８０℃に達しうる温度で作動又は格納されうる。必然ではないが、この種の電池のエネルギー密度は、典型的なリチウムイオン構造よりも劣っている可能性がある。しかしながら、この小さい欠点を、リチウムイオン電池のこの特定の構造における特有の温度抵抗とともに、その延長された期間において反復的に運転される長寿命及び能力が、はるかに上回る。さらにまた、負荷平準化、ピークシェービング等の定置型用途、そして、３００〜５００サイクルごとに置換されること無く、要求に応じて確実にそして反復的に出力を輸送するための能力に対して電池の体積及び重量が従属的である用途において、これらの電池を収納及び収容するためのスペースは、見出すのが比較的容易であり、そして、頻繁に電池を置換するコストに比してより少ない費用を意味する。本発明におけるリチウムイオンセル１０を備える大型電池は、１００％のＤＯＤ（放電深度）で、１０００回充放電するように構成されうるし、そして、５０００サイクルを実行するように構成されうる。
【００２７】
図２は、双表面構造を有するリチウムイオンセル２０を例示する。リチウムイオンセル２０は、中央の正の電流コレクタ２１を備える。その側面の各々に、ポリマー材料及び任意的な電子伝導性の添加物とともに結合されるカソード活物質からなるカソード２２が積層される。一対の電解質セパレータ２３及び２４は、各カソード２２上に積層される。アノード材料２７が積層される負の電流コレクタ２６からなる各々のアノードアセンブリ２５は、各電解質セパレータ２３及び２４上に積層される。双表面構造は、２つのカソード２２に対して単一の正の電流コレクタ２１を使用することを可能にする。それによって、１つの電流コレクタを除去することによってエネルギー密度をわずかに増加させる。複数のリチウムイオンセル２０が一緒に組み立てられるときに、この重量削減が顕著になりうる。
【００２８】
図１で上述したように、リチウムイオンセル２０は、例えばＬｉ４Ｔｉ５Ｏ１２ベースのアノード２７、及び、ＬｉＦｅＰＯ４ベースのカソード２２といった、アノード活物質として少なくとも１．０ボルトの還元電位を有する材料を有するアノード２７、及び、カソード活物質として３．７ボルト以下の酸化電位を有する材料を有するカソード２２、を備える。リチウムイオンセル２０は、リチウムイオンセル２０の容量に影響を及ぼすこと無しに、幅広い温度変化に耐える能力とともに、高い容量及び長いサイクル寿命を有する大型電池を形成するために、互いに積層又は巻装されうる。Ｌｉ４Ｔｉ５Ｏ１２ベースのアノード２７、及び、ＬｉＦｅＰＯ４ベースのカソード２２といった、少なくとも１．０ボルトの還元電位を有するアノード２７、及び、３．７ボルト以下の酸化電位を有するカソード２２、を備えるリチウムイオンセル２０は、その容量に影響を及ぼすこと無しに、大きな温度範囲で作動しうる。
【００２９】
上記で概説したように、選択基準を適合するために、アノード活物質としてのＬｉ４Ｔｉ５Ｏ１２は、カソード活物質としてのＬｉＸＶ３Ｏ８に、組み合わせうる。ＬｉＸＶ３Ｏ８は３．７ボルト未満の酸化電位を有しているのに対して、Ｌｉ４Ｔｉ５Ｏ１２は１ボルト以上の還元電位を有している。アノード及びカソード活物質のこの特定の組合せを有するリチウムイオンセルは、少なくとも５．０アンペア時の容量を有し、そして、拡張されたサイクル寿命及び温度耐性を有する、大型電池に組み込まれうる。
【００３０】
上記で概説したように、選択基準を適合するために、アノード活物質としてのＬｉ４Ｔｉ５Ｏ１２は、カソード活物質としてのＶ２Ｏ５に、組み合わせうる。Ｖ２Ｏ５は３．７ボルト未満（≒３．２ボルト）の酸化電位を有しているのに対して、Ｌｉ４Ｔｉ５Ｏ１２は１ボルト以上の還元電位を有している。アノード及びカソード活物質のこの特定の組合せを有するリチウムイオンセルは、少なくとも５．０アンペア時の容量を有し、そして、拡張されたサイクル寿命及び温度耐性を有する、大型電池に組み込まれうる。
【００３１】
上で概説される選択基準を満たしている他の組合せは、以下の通りである。
ＬｉＸＴｉＯ２／ＬｉＦｅＰＯ４；ＬｉＸＴｉＯ２／ＬｉＸＶ３Ｏ８；そして、ＬｉＸＴｉＯ２及びＶ２Ｏ５；と同様に、ＬｉＸＮｂ２Ｏ５／ＬｉＦｅＰＯ４；ＬｉＸＮｂ２Ｏ５／ＬｉＸＶ３Ｏ８；及びＬｉＸＮｂ２Ｏ５／Ｖ２Ｏ５、である。
【００３２】
さらにまた、０．５ボルト及び３．７ボルトとの間で構成される狭い安定窓を有する溶解されたアルカリ金属塩類といったイオン液体は、Ｌｉ４Ｔｉ５Ｏ１２ベースのアノード及びＬｉＦｅＰＯ４ベースのカソードといった、アノード活物質として少なくとも１．０ボルトの還元電位を有する材料、及び、カソード活物質として３．７ボルト以下の酸化電位を有する材料、を有するリチウムイオンセル群と有利に結合されうる。電解質としてのイオン液体の使用は、標準リチウムイオン電池の電圧範囲における不安定性によって、これまで禁止されていた。しかしながら、１．０ボルト〜３．７ボルトの電圧範囲を有しそしてそれ故イオン液体の安定窓内であるＬｉ４Ｔｉ５Ｏ１２ベースのアノード及びＬｉＦｅＰＯ４ベースのカソードの組合せは、これらの材料を電解質として有効にする。
【００３３】
様々な実施形態が例示されたが、これは、本発明の説明の目的のためのものであって、本発明を限定するものではない。さまざまな修正は、当業者にとって明らかになり、そして、本発明の範囲内である。そして、この範囲は、添付の請求の範囲によって特に定義される。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】図１は、本発明における１つの非限定的な実施例に従うリチウムイオンセル構造の概略断面図である。
【図２】図２は、本発明における他の非限定的な実施例に従うリチウムイオンセル構造の概略断面図である。
【符号の説明】
【００３５】
１０、２０  リチウムイオンセル
１２  アノード又は負の電流コレクタ
１３  アノード
１４  電解質セパレータ
１５  カソード
１６  カソード又は正の電流コレクタ
２１  正の電流コレクタ
２２  カソード
２３、２４  電解質セパレータ
２５  アノードアセンブリ
２６  負の電流コレクタ
２７  アノード材料
【図１】
2008536272.tif 000003
【図２】
2008536272.tif 000004
【国際調査報告】
2008536272.tif 000005
2008536272.tif 000006
2008536272.tif 000007