【手続補正書】
【提出日】平成24年4月6日(2012.4.6)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１９】
充電池は、電話等の携帯通信機器、ＭＰ３プレーヤーおよびテレビ等の携帯娯楽機器、ポータブルコンピュータ、広範囲の用途を見出しているこれらの機器の組み合わせ、ならびに自動車およびフォークリフト等の輸送機器等の幅広い用途を有する。比容量およびサイクルに関して向上した正極活物質が組み込まれた本明細書に記載の電池は、消費財、特に中程度の電流用途に、向上した性能を提供し得る。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２２】
リチウムイオン電池は、基準となる均一な電気活性リチウム金属酸化物組成物と比較してリチウムリッチな正極活物質を使用し得る。理論による限定は望まないが、適切に形成されたリチウムリッチなリチウム金属酸化物は複合結晶構造を有することが信じられており、その複合結晶構造において、例えば、Ｌｉ２ＭｎＯ３が、層状ＬｉＭｎＯ２成分もしくはスピネルＬｉＭｎ２Ｏ４成分、またはマンガンイオンが等価の酸化状態を有する他の遷移金属イオンで置換された類似の複合組成物と構造的に一体化されている。いくつかの態様において、正極材料は、２成分表記でｘＬｉＭＯ２・（１−ｘ）Ｌｉ２Ｍ’Ｏ３として表すことができ、式中Ｍは１つ又はそれより多くの３価金属イオンであり、少なくとも１つのイオンはＭｎ＋３、Ｃｏ＋３またはＮｉ＋３であり、Ｍ’は１つ又はそれより多くの４価金属イオンであり、０＜ｘ＜１である。これらの組成物は、Ｔｈａｃｋｅｒａｙらの米国特許第６，６７７，０８２号（‘０８２特許、発明の名称「Ｌｉｔｈｉｕｍ  Ｍｅｔａｌ  Ｏｘｉｄｅ  Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅｓ  ｆｏｒ  Ｌｉｔｈｉｕｍ  Ｃｅｌｌｓ  ａｎｄ  Ｂａｔｔｅｒｉｅｓ」）およびＴｈａｃｋｅｒａｙらの米国特許第６，６８０，１４３号（‘１４３特許、発明の名称「Ｌｉｔｈｉｕｍ  Ｍｅｔａｌ  Ｏｘｉｄｅ  Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅｓ  ｆｏｒ  Ｌｉｔｈｉｕｍ  Ｃｅｌｌｓ  ａｎｄ  Ｂａｔｔｅｒｉｅｓ」）に更に記載されており、それらの両方は、引用することによって本明細書に組み込まれる。Ｔｈａｃｋｅｒｙは、Ｍｎ、ＴｉおよびＺｒがＭ’として特に興味深く、Ｍに関してＭｎおよびＮｉが特に興味深いと認定した。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３３】
正極活性組成物は、リチウムイオン電池において現実的な放電条件の下で驚くほど高い比容量を示し得る。改良された合成アプローチに基づくいくつかの態様において、複合結晶構造を有するリチウムリッチ正極活物質は、４．６ボルトからの放電に対して、室温にて良好なサイクル特性と共に２５０ｍＡｈ／ｇを上回る高比容量を示し得る。いくつかの他の態様において、本明細書において用いられる複合結晶構造を有するリチウムリッチ正極活物質は、４．６ボルトからの放電に対して、室温にて良好なサイクル特性と共に２３５ｍＡｈ／ｇを上回る高比容量および１．８ｇ／ｍＬを上回る高タップ密度を示し得る。一般に、比容量が同程度である場合、正極材料のタップ密度が高いほど、電池のより高い総容量がもたらされる。充放電測定の間、材料の比容量は放電レートに依存することが知られている。特定の電池の最大容量は非常に低速の放電レートで測定する。実際の使用において、実容量は、有限のレートで放電するので最大容量より小さい。より現実的な容量は、使用中のレートにより類似した合理的な放電レートを用いて測定可能である。低レート〜中程度のレートの用途に関して、合理的な試験レートは３時間にわたる電池の放電を伴う。これを、常套的な表記でＣ／３または０．３３Ｃと記す。４．６ボルトから放電する場合、本明細書において用いられる正極活物質は、室温にて１０番目の放電／充電サイクルにおいてＣ／３の放電レートで少なくとも約２５０ｍＡｈ／ｇの比放電容量を有し得る。いくつかの態様において、４．６ボルトから放電し且つタップ密度が１．８ｇ／ｍＬを上回る場合、本明細書において用いられる正極活物質は、室温にてＣ／１０の放電レートで少なくとも約２５０ｍＡｈ／ｇの比放電容量を有し得る。リチウムイオン電池における最も優れた容量性能はコーティングされた材料によって得られた。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３５】
リチウム元素は、プロセスにおける１つ又はそれより多くの選択された工程において材料中に組み込まれ得る。例えば、リチウム塩は、水和リチウム塩の添加により、沈殿工程を行う前に又は行いながら溶液中に組み込まれ得る。このアプローチにおいて、リチウム種は、他の金属と同様の方法でカーボネート材料に組み込まれる。また、リチウムの特性に起因して、リチウム元素は、得られる生成組成物の特性に悪影響を及ぼすことなく、固相反応において材料に組み込まれ得る。従って、例えば、ＬｉＯＨ・Ｈ２Ｏ、ＬｉＯＨ、Ｌｉ２ＣＯ３またはそれらの組み合わせ等の、一般に粉体としての適切な量のリチウム源は、析出した金属水酸化物または炭酸塩と混合可能である。その後、粉体混合物を（１つ又は複数の）加熱工程に進めて酸化物を形成し、それにより、結晶性正極材料を形成する。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４４】
電極は一般に、電極と外部回路との間の電子の流れを促進するために、導電性集電体と関連付けられる。集電体は、金属箔、金属グリッドもしくはスクリーンまたはエキスパンドメタル等の金属を含み得る。エキスパンドメタル集電体は、より多量の電極材料が金属グリッドの中に設けられるように、より厚い厚さを有する金属グリッドを指す。いくつかの態様において、集電体は、ニッケル、アルミニウム、ステンレス鋼、銅等から作製可能である。電極材料は、集電体と接触させてキャスト成型可能である。例えば、いくつかの態様において、集電体の箔または他の構造物と接触した電極材料は、約２〜約１０ｋｇ／ｃｍ２(キログラム／平方センチメートル)の圧力をかけることが可能である。プレス構造物を、例えば炉内で乾燥させて、電極から溶媒を除去し得る。集電体として金属箔が使用可能である。例えば、負極の集電体として銅箔が使用可能であり、正極集電体としてアルミニウム箔が使用可能である。カソード材料のペーストまたはスラリーを箔の両側にコーティングし得る。その後、カレンダーロール、金型を有するプレス、または電極を圧縮するための他の適切な加工装置を用いて電極を所望の厚さにプレスし得る。正極は、集電体の両側において２０ｍｇ／ｃｍ２〜５０ｍｇ／ｃｍ２の活物質粒子充填量を有し得る。正極は、少なくとも２．５グラム／ミリリットル(ｇ／ｍＬ)の密度を有し得、別の態様において少なくとも約２．８ｇ／ｍｌ、更なる態様において約３．０ｇ／ｍＬ〜約３．５ｇ／ｍＬの密度を有し得る。上述の明確な範囲内の活物質充填量の追加の範囲が意図され、かつ本明細書の開示事項の範囲内であることを、当業者は理解するであろう。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５０】
他の電池寸法が使用可能であるが、現在用いられている市販の充電池として、例えば、円筒形１８６５０電池(直径１８ｍｍ、長さ６５ｍｍ)および２６７００電池(直径２６ｍｍ、長さ７０ｍｍ)が挙げられる。円筒形電池は、幅広く用いられている電池パッケージング方式である。電池の円筒形状は高い内圧および外圧に耐える能力を有する。更に、円筒形電池は、過剰な内圧を解放するための放出メカニズムを有し得る。しかし、円筒形電池は、その円筒形状および固定された寸法を理由として一般に空間利用に劣り、利用可能な電池寸法付近で設計しなければならない。円筒形電池において、電極およびセパレータを長尺の薄いシートにして、場合によりロッド形状の正端子（またはポジティブ・ターミナル）の周りに、螺旋状またはジェリーロール状に巻くことが可能である。別法として、電極を平坦な心棒に巻いて、角形電池を作製するために角形ケース内部に適合し得る扁平形状が与えられ得る。別法として又は付加的に、電極を角形形状の電池内部に積層し得る。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５１】
角形電池は、異なる寸法およびエネルギー需要を満たすように特注可能な種々の寸法がある。角形電池の一の型はパウチ型電池と呼ばれ、それは一般に、巻かれた又は積層された電極およびセパレータを包むために、金属缶の替わりとして熱封止可能な箔を有する。パウチ型電池方式は一般に、正確な電池寸法に調整することを可能にし、利用可能な空間を最も有効に利用し、電池パックの中で最も高い９０〜９５％のパッケージング効率を達成し得ることがある。金属缶がないので、パウチ型電池は一般に軽量である。角形およびパウチ型電池方式は、セパレータを間に有する層状に共に挟まれた複数の正極シートおよび負極シートを有し得る。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６３】
アルゴンを満たしたドライボックスにおいて、１ＭのＬｉＰＦ６を用いてコイン型電池を組み立てた。リチウム箔を負極として使用し、市販のセパレータ材料を正極と負極との間に設けた。室温にて、Ｃ／１０レートで、即ち電池が１０時間かけて放電するレートで電池をサイクルさせた。Ｍａｃｃｏｒ（商標）電池テスターを用いて電池の性能を試験した。図２は、コイン形電池の１回目の充放電サイクルの充電および放電容量を示す。図２に示すように、カソード材料は３１０ｍＡｈ／ｇの初期充電容量および２７７ｍＡｈ／ｇの放電容量を示した。４．６Ｖから２．０Ｖの間で様々なレートにて電池をサイクルさせた。図３は、５０サイクルまで測定した電池のサイクル安定性を示す。最初の３サイクルの間、電池をＣ／１０のレートで放電させて不可逆的容量損失を設定する。その後、Ｃ／５で３サイクルの間電池をサイクルさせる。サイクル７の間およびそれを超えると、電池をＣ／３のレートでサイクルさせ、このレートは、中程度の電流用途に対して合理的な試験レートである。重ねて、表記Ｃ／ｘは、電池をあるレートで放電させて、ｘ時間の間に選択された下方電圧カットオフへと電池を完全に放電させることを意味する。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６６】
アルゴンを満たしたドライボックスにおいて、１ＭのＬｉＰＦ６を用いてコイン型電池を組み立てた。銅箔にコーティングした黒鉛炭素を負極として使用し、３層（ポリプロピレン／ポリエチレン／ポリプロピレン）微孔セパレータ（２３２０、Ｃｅｌｇａｒｄ，ＬＬＣ製（米国ノースカロライナ州））を正極と負極との間に設けた。室温にて、Ｃ／１０レートで、即ち電池が１０時間かけて放電および充電するレートで電池をサイクルさせた。Ｍａｃｃｏｒ（商標）電池テスターを用いて電池の性能を試験した。図４は、４．５５Ｖの充電カットオフと２．５Ｖの放電カットオフとの間のコイン型電池の充放電容量を示す。図４に示すように、カソード材料は、示されるサイクル範囲にわたって２６０ｍＡｈ／ｇの放電容量を示し、放電レートは、実施例１において記載したように後のサイクルによって様々であった。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６７】
［実施例３−パウチ型電池測定から規定される正極容量］
この実施例は、活性カソード材料の高充填量と共に作製されるパウチ型電池において得ることができる高エネルギー容量を実証する。１９０ｍｍ×９５ｍｍ×８ｍｍ（体積＝０．１４４Ｌ）の寸法を有するパウチ型電池を、実施例２において説明したものと同じ構成および試験アプローチに従って、セパレータで離隔された電極の積層を有するパウチ型電池に合うように適合させて、組み立てて試験した。正極を並列接続し、負極を同様に並列接続する。図５ａは、パウチ型電池の正面の写真を示す。図５ｂは、パウチ型電池の側面の写真を示す。図５ｃは、２３Ａｈおよび２５０Ｗｈ／ｋｇのエネルギー密度を有するパウチ型電池の放電曲線を示す。