(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも２５０回以上繰り返すことの可能なサイクル寿命を有し、出力／エネルギー比が少なくとも１０である充電可能な電池であって、
該電池が、少なくとも２つの電極と電解質とから成り、該電極と電解質が、少なくともＸワット／ｋｇの出力を少なくとも１０秒以上継続して、かつ、少なくともＹワット・時／ｋｇの全エネルギー容量を供給可能に結合され、ここで、Ｘは少なくとも６００で、Ｙは少なくとも５であり、
該電極の少なくとも１つが、最長の軸方向長さが約２０μｍ又は約５０μｍである金属酸化物のフレークで被覆された導電性基材を有し、
さらに上記電極の少なくとも１つが、直交するｘ、ｙ、ｚ軸方向の長さの比の平均が質量基準で少なくとも１：Ａ：Ｂである複数のサブパーツから成る活物質を含み、ここで、Ａは少なくとも３で、かつ、Ｂ≦Ａである充電可能な電池。
【請求項２】
Ｘが少なくとも７００、そして、Ｙが少なくとも１５である請求項１記載の電池。
【請求項３】
Ｘが少なくとも７００、そして、Ｙが少なくとも２０である請求項１記載の電池。
【請求項４】
Ｘが少なくとも８００、そして、Ｙが少なくとも７である請求項１記載の電池。
【請求項５】
Ｘが少なくとも１０００、そして、Ｙが少なくとも９である請求項１記載の電池。
【請求項６】
出力／エネルギー比が少なくとも２０である請求項１記載の電池。
【請求項７】
出力／エネルギー比が少なくとも３０である請求項１記載の電池。
【請求項８】
出力／エネルギー比が少なくとも３５である請求項１記載の電池。
【請求項９】
リチウムイオンを含む電解質を含む請求項１記載の電池。
【請求項１０】
請求項１記載の電池を有する移動用車両。
【請求項１１】
請求項１記載の電池を有する消費者用電子機器。
【請求項１２】
請求項１記載の電池を有する電気機器。
【請求項１３】
請求項１記載の電池を有する電池バックアップシステム。
【請求項１４】
少なくとも２つの電極と電解質とから成り、該電極の少なくとも１つが、最長の軸方向長さが約２０μｍである金属酸化物のフレークでコーティングされた導電性基材を含み、さらに上記電極の少なくとも１つが、直交するｘ、ｙ、ｚ軸方向の長さの比の平均が質量基準で少なくとも１：Ａ：Ｂである複数のサブパーツから成る活物質を含み、ここで、Ａは少なくとも３で、かつ、Ｂ≦Ａである充電可能な電池。
【請求項１５】
少なくとも２つの電極と電解質とから成り、該電極の少なくとも１つが、最長の軸方向長さが約５０μｍである金属酸化物のフレークでコーティングされた導電性基材を含み、さらに上記電極の少なくとも１つが、直交するｘ、ｙ、ｚ軸方向の長さの比の平均が質量基準で少なくとも１：Ａ：Ｂである複数のサブパーツから成る活物質を含み、ここで、Ａは少なくとも３で、かつ、Ｂ≦Ａである充電可能な電池。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
（技術分野）
本発明は、充電可能な電池に関する。
【０００２】
（背景技術）
二次（充電可能な）電池は、例えば、電気自動車、電池によりバックアップされる可搬型又は据置型のシステム等の大型の機械装置、全ての通信手段、電子デバイス、そして、個々の電子チップ等の非常に多様な用途に使用されている。
【０００３】
必要とする用途に応じて、高出力の電池又は高エネルギーの電池を用いることができる。いくつかの軍事用途、例えば、弾丸を磁力により発射させる場合には、非常に短時間に大量のエネルギーを放出できる高出力の電池が必要である。他の多くの用途、例えば、高トルク用のバルブ、衛星セルラー電話による通信、点火システム、医療における細動除去においても高出力の電池が必要である。一方、高エネルギーの電池は、一般に、消費者用の携帯用電子デバイス、例えば、照明、ポータブルコンピュータ、そして、地上ベースのセルラー電話等に適している。そのような用途においては、エネルギーは電池から何時間、あるいは何日もかけて、ゆっくりと取り出される。
【０００４】
電池の高出力と高エネルギーという特性は、トレードオフの関係にある。高出力で高エネルギーの電池を作製するのは、非常に困難である。中でも、高エネルギーの電池に要求される高サイクル寿命を、電池の出力を増加させながら達成することは困難である。このような出力とエネルギーのトレードオフは、ある程度電池の種類に関係している。例えば、代表的な鉛電池では、継続可能な最大出力（少なくとも１０秒以上）が５００Ｗ／ｋｇ、そして、満充電時の全エネルギーが３５Ｗ・時／ｋｇである。ここで、ｋｇで表わした重量は、容器を除いた電池の全重量である。これに対し、代表的なリチウムイオン電池の場合、継続可能な最大出力は２５０Ｗ／ｋｇ、そして、全エネルギーが１２５Ｗｈ／ｋｇである。これらと、少なくとも２５０サイクルのサイクル寿命を有する従来の電池について、代表的な値を以下の表１に示す。
【０００５】
【表１】
0004402832.tif 000002
【０００６】
電池の種類に加え、電池の出力及びエネルギーの特性は、電極の形態に関係する。現在の電極は、一般に、棒状又はシート状の導電性基材の周囲に圧縮されて一体化された微細な球状の粒子（約２０〜５０ミクロン）から成る。そこには、検討すべき２つの形態が存在している。すなわち、個々の粒子の形態（微視的形態）と電極全体の形態（巨視的形態）である。微視的形態は、出力とエネルギー容量の両方に大きな影響を与える。一般に、小さな粒子は大きな表面積を与え大きな出力密度を与えるが、大きな粒子は表面積を小さくして出力を低下させる。表面積についての一般的な仮説はある点までは正しい。しかし、ある程度以上に粒子が小さくなると、密に充填するのが困難となり、粒子同士及び集電体との電気的接触を確保するのが困難となる。微粒子において見られる、この充填の影響は、質量当りの利用率を低下させる。さらに、粒子が小さくなると、導電性基材の上に充填するのは、より困難となる。微粒子を充填する際のこの問題は、大きな粒子を用いた電極の場合よりも活物質の全質量を減少させ、全エネルギー容量を低下させる。
【０００７】
巨視的形態もまた、出力とエネルギー容量の両方に大きな影響を与える。例えば、薄膜又は交互嵌合電極の場合、比較的大きな表面積を与えるので比較的大きな出力が得られる。しかし、比較的小さな表面積の簡単な筒状電極では低い出力しか得られない。エネルギー容量における重要なファクターは、表面積ではなく、可動イオンを受け取ることが可能なように電解液に十分に近接して存在している活物質の全質量である。
【０００８】
導電性基材に活物質をコーティングする方法には、多くの公知の方法がある。代表的なものとして、吹付け塗布又は吹付け付着、そして、これらに類するものとして、Ｊａｃｏｂｓらの方法（米国特許第５７２１０６７号）（１９９８年２月）、Ｒａｎｇａｃｈａｒらの方法（米国特許第４６４９０６１号）、そして、Ｆａｔｅａｕらの方法（米国特許第５５８９３００号）がある。一般に、吹付け技術には、超音波又は空気吹付けの使用が含まれる。他のコーティング方法、例えば、ロール塗布、キャスティング、静電塗布、加熱塗布、超音波塗布、蒸着、粉体塗布等も公知である。
【０００９】
従来の電極形成方法の一つの帰結として、出力とエネルギー容量のトレードオフの問題がある。公知の方法において、導電性基材上に付着した粒子は層を形成する。その層においては、通常、隣接する粒子同士は点接触しかしていないので、層の数が増加すると電解質から導電性基材へのイオンの移動が遅くなる。このため、出力密度を増大させるため粒子径を小さくしようとすると、層の数が増加するため、エネルギー容量が減少する。その結果、充電可能な電池の代表的な出力／エネルギー、又はＰ／Ｅ比は約３ｈｒ-1である。この分野において、慣例として単位ｈｒ-1を省略することを当業者は理解するので、以下においては、出力／エネルギー比を表現する時は、単位を省略する。
【００１０】
出力とエネルギー容量の間のトレードオフは、多くの用途では問題とならないかもしれないが、他の用途では望ましくないかもしれない。例えば、大型工具、ハイブリッド車両、そして、セルラー通信においては、高出力と高エネルギー容量の両方を有することが望ましい。ここで、高出力とは、少なくとも８００Ｗ／ｋｇが１０秒以上継続されること、そして、高エネルギー容量とは、満充電で約５Ｗｈ／ｋｇ以上であることをいう。また、他の用途においては、高出力と高エネルギー容量のみならず、高い出力／エネルギー比、例えば、Ｐ／Ｅ比が１０、２０、３０又はそれ以上の値を有することが要求される。高サイクル寿命を有し、これらの要求をすべて満たす電池は、知られていない。したがって、まだ、改良された電池及びその改良された電池の作製方法が必要とされている。
【００１１】
（発明の開示）
本発明の一つの態様によれば、少なくとも２５０サイクルの深い放電が可能なサイクル寿命を有し、少なくとも６００Ｗ／ｋｇの出力と少なくとも５Ｗｈ／ｋｇのエネルギーを有する充電可能な電池を用いる方法及び装置が提供される。好ましい形態によれば、その電池は、少なくとも８００Ｗ／ｋｇの出力と、少なくとも７Ｗｈ／ｋｇ、又は、少なくとも７００Ｗ／ｋｇの出力と、少なくとも１５Ｗｈ／ｋｇを有している。さらに、好ましくは、その電池は、少なくとも１０００Ｗ／ｋｇの出力と、満充電時に少なくとも９Ｗｈ／ｋｇを有し、そして、少なくとも７００Ｗ／ｋｇの出力と、少なくとも２０Ｗｈ／ｋｇを有している。
【００１２】
本発明の他の態様によれば、少なくとも２５０サイクルの深い放電が可能なサイクル寿命を有し、出力／エネルギー（Ｐ／Ｅ）比が少なくとも１０である充電可能な電池を用いる方法及び装置が提供される。いくつかの用途においては、Ｐ／Ｅ比が少なくとも２０が好ましく、より好ましくはＰ／Ｅ比が少なくとも５０、さらに、より好ましくはＰ／Ｅ比が少なくとも１００である。
【００１３】
さらに、本発明の他の態様によれば、直交するｘ，ｙ，ｚ軸方向の長さの比が高いサブパーツを備えた電極を有する電池が提供される。一つの形態によれば、サブパーツは、導電性基材上にコーティングされた活物質粒子から成る。別の形態によれば、サブパーツは、導電性基材から延出するマイクロプレートから成る。
本発明についてのこれら及び他の効果と成果は、以下の詳細な説明及び部材に番号を付した図面を参照することにより、当業者に明らかになるであろう。
【００１４】
（発明を実施するための最良の形態）
図１に示した従来例によれば、二次電池の構造は、通常、導電性基材１０を有する電極５から成り、導電性基材１０の上には塗膜１５が形成されている。１個の電極５しか示されていないが、異なる材料から成る他の電極（図示せず）も、概ね同様の構成で存在している。塗膜１５は、電解質３０と液体接触するように配置され、通常、直径約２０〜５０μｍの微粒子２０から成る。その微粒子２０は、概ね球状又は疑似球状であり、直交するｘ，ｙ，ｚ軸方向の長さの比が平均して１：１：１である。
【００１５】
図１の電池における活物質と電解質との間の相互作用は、詳しく知られている。リチウムイオン電池の典型的なケースにおいては、充電の間リチウムイオンは、電解質３０の中を速く移動し活物質１５の中にインターカレートされる。リチウムイオンは、活物質の中も移動するが、固体中での移動であるので本質的にその速度は遅い。固体中におけるイオンの遅い移動が、活物質中へのリチウムイオンの移動のボトルネックとなり、従来の電池の外部への出力容量の低下をもたらしている。
【００１６】
図２,３においては、本発明の態様に係る電極１０５が電解質１３０と接触するように配置されている。従来例と同様に、電極１０５は、活物質の塗膜１１５がその上に形成された基材１１０から成る。しかし、従来例と異なり、塗膜１１５は、直交するｘ，ｙ，ｚ軸方向の長さの比がかなり高い粒子から成る。ここで、この粒子は、粒子の最長の軸方向長さが、最短の軸方向長さの少なくとも３倍以上であるものとして定義される。塗膜１１５は、多くの異なる、直交するｘ，ｙ，ｚ軸方向の長さの比を有する粒子を含んでおり、平均すると（質量基準で）、その直交するｘ，ｙ，ｚ軸方向の長さの比は、１：３：１、１：３：３、１：７：４、又はより高い。ここで使用している、直交するｘ，ｙ，ｚ軸方向の長さの比が「より高い」という言葉は、まず、最長と最短の軸方向長さの間の比率に適用され、次に中間と最短の軸方向長さの間の比率に適用される。したがって、比１：１０：８は、比１：９：３より高く、そして、比１：９：７より高い。
【００１７】
この分野においては、種々の使用可能な導電性基材１１０が数多く知られている。その基材の代表的な材料としては、銅、アルミニウム、ニッケル、そして、スチールが挙げられる。多くの異なる形態の、例えば、筒状、格子状、そして、箔状の導電性基材が知られている。
【００１８】
塗膜１１５は、厚さ約０．１〜１０μｍの一つの層として、基材１０の上に形成されるのが好ましい。図１には一つの層１２０のみ示されているが、実際の層の数は、電極や電池により変化する。
【００１９】
公知のものを含め、塗膜１１５中に含まれる活物質には、多くの異なる種類のものがある。例えば、リチウム、ニッケル、亜鉛のような純粋な元素、又は、コバルト酸リチウム、マンガン酸リチウム、ニッケル酸コバルト、そして、ニッケルコバルト酸リチウムのような金属酸化物が挙げられる。活物質には、また、スズ、タングステン、そして、アルミニウムを用いることができる。金属硫化物や導電性ポリマーも電極の活物質に用いることができる。特に、活物質として好ましいものは、ＬｉＣｏＯ2とＬｉＮｉＯ2である。
【００２０】
適当な手段を用い、集電体基材の上に活物質を付着させる。この手段には、超音波又は空気吹付け塗布が含まれ、さらに、代表的な方法が、Ｒａｎｇａｃｈａｒ（１９８７）の米国特許第４６４９０６１号やＦａｔｅａｕら（１９９６）の米国特許第５５８９３００号に記載されている。方法に関係なく、目的は金属の心材又は他の基材の上に活物質を付着させることにより、高い導電性と構造強度を付与することであり、公知の浸漬型（ｆｌｏｏｄｅｄ）多孔質構造として、電解質を浸透可能な形態とすることが好ましい。
【００２１】
電解質１３０は、液体、半固体、又は固体のどのような形態であっても良い。もちろん、電解質は活物質と協同して、電気エネルギーを吸蔵・放出させる化学反応を起こさせる必要がある。そして、そのような材料は多く知られている。リチウムイオン電池においては、電解質は、通常、例えば、エチレンカーボネートとジメチルカーボネートの中に六フッ化リン酸リチウムを含んだリチウムイオン導電性の薬剤が使用される。また、電池の安全性確保のため、電解質は難燃性の薬剤から選択されることが好ましい。他の組合せの例は、表１に示されている。
【００２２】
図２において、塗膜１１５は、直交するｘ，ｙ，ｚ軸方向の長さの比が高い粒子約５〜１０個又はそれ以上の個数に対応する厚さを有し、粒子はほとんどあるいは全く配向していない。粒子はフレーク１４４として示され、直交するｘ，ｙ，ｚ軸方向の長さの比の平均が約１：３：９を有するように描かれている。粒子は、さらに直交するｘ，ｙ，ｚ軸方向の長さの比がより高いことが好ましく、例えば、粒子の最長の軸方向長さが、最短の軸方向長さの少なくとも５、１０、２０又は３０倍であることが好ましい。したがって、塗膜１１５に含まれる直交するｘ，ｙ，ｚ軸方向の長さの比が高い粒子は、図示したフレーク、さらにはフレークに限定されることなく、指状、突起状、針状、糸状、繊維状、さや状、髪状、リボン状等のものも含まれる。また、さらに、直交するｘ，ｙ，ｚ軸方向の長さの比が高い粒子はカールしていても湾曲していても良い。
【００２３】
粒子の絶対的な大きさに関しては、直交するｘ，ｙ，ｚ軸方向の長さの比が高い粒子は、最長の軸方向長さが約５０ミクロン、そして、最短の軸方向長さが約１〜約７ミクロンであることが好ましい。フレーク状の直交するｘ，ｙ，ｚ軸方向の長さの比が高い粒子の場合、平均２×５×２０μｍの大きさを有することが好ましい。
【００２４】
直交するｘ，ｙ，ｚ軸方向の長さの比が高い粒子は、多くの異なる方法で作製することができる。金属酸化物のフレークを作製する好ましい方法は、柔軟で、耐熱性のプラスチックの上にリチウム金属アルコキシドのような金属酸化物前駆体を塗布することである。次いで、プラスチックの表面に保持した状態で、その金属酸化物前駆体を加熱又は他のエネルギーにより、対応する金属酸化物へと変化させた後、プラスチックを引っ張って酸化物を剥す。この方法は、包装用の金属フレークを製造する方法と類似しているが、この方法が、剥された金属ではなく、剥された金属酸化物を作製する点が相違する。他の電子活性なインターカレーション材料、例えば、炭素や金属カルコゲナイトも同様の方法により作製することができる。
【００２５】
直交するｘ，ｙ，ｚ軸方向の長さの比が高い粒子は、従来の方法により基材上に付着させることができる。例えば、塗布、吹付け塗装、キャスティング、静電吹付け、加熱吹付け、超音波吹付け、蒸着、粉体塗布が挙げられる。そのような方法を用いる際、粒子を導電性フィラーと高分子バインダーと混合するのが好ましい。理想的には、すべての層の粒子が、隣接する層の粒子と多くの点で接触するように物理的に配向させるように、フレークを電極に付着させるのが好ましい。
【００２６】
図３では、本発明の一態様に係る電池２１０を有する、一般的な電池出力デバイス２００を示している。電池２１０は、電解質２３０により離間され交互嵌合したマイクロプレートを備えたカソード２５０とアノード２６０とを有している。ケーブル２７０Ａと２７０Ｂは、電池２１０をモータ又は他の図示しないドレーンに電気的に接続している。
【００２７】
図４において明らかなように、カソード２５０は複数の集電部２５２と、直交するｘ，ｙ，ｚ軸方向の長さの比が高い複数のマイクロプレート２５４とを有することが好ましい。いずれの部材も、適用可能であればいかなる材料からも作製可能であるが、リチウムイオン電池の集電部２５２には元素アルミニウム、そして、リチウムイオン電池のマイクロプレート２５４にはＬｉＮｉＯ2又はＬｉＣｏＯ2を用いることが好ましい。
【００２８】
アノード２６０もまた、複数の集電部２６２と、直交するｘ，ｙ，ｚ軸方向の長さの比が高い複数のマイクロプレート２６４とを有することが好ましい。また、これらの部材は、適用可能であればいかなる材料からも作製可能であるが、リチウムイオン電池の集電部２６２には元素銅、そして、リチウムイオン電池のマイクロプレート２６４にはグラファイト又はコークスを用いることが好ましい。
【００２９】
マイクロプレート２５４,２６４は、少なくとも、前述の直交するｘ，ｙ，ｚ軸方向の長さの比が高い粒子と同様の高い直交するｘ，ｙ，ｚ軸方向の長さの比を有することが好ましい。例えば、マイクロプレート２５４,２６４は平均厚さ約１〜１０μｍを有し、各集電部２５２,２６２から１００μｍあるいはそれ以上延出し、第３の方向にデシメータあるいはそれ以上延出することが好ましい。隣接するマイクロプレート２５４,２６４は、マイクロプレートから互いに約１／１０ミクロン又はそれ以下、好ましくは０．１Ｉ離間しているのが良い。マイクロプレート２５４,２６４は、写真製版を含む多くの方法で作製することができる（「Ｐｏｌｙｍｅｒｓ  ｉｎ  Ｍｉｃｒｏｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ」（米国化学会、ＡＣＳシンポジウム１９８９）を参照されたい。）。
【００３０】
本質的に、図１に示したすべての材料を含め、すべての電池材料は、直交するｘ，ｙ，ｚ軸方向の長さの比が高い活物質又はマイクロプレートを保持した電極を有する二次電池の作製に使用することができる。二つの特に好ましい電池材料には、リチウム含有酸化物カソードと、二硫化チタン又はカーボンのいずれかのアノードが含まれる。二硫化チタンをベースとして、ここに述べた方法で作製した試験用電池では約２．４Ｖの電池電圧が得られ、少なくとも約１０００Ｗ／ｋｇの出力（少なくとも１０秒以上継続可能）と、完全放電サイクルに対し約９．４Ｗｈ／ｋｇの全エネルギーが得られた。そして、Ｐ／Ｅ比は約１０６であった。高電圧を与えるカーボンとリチウム含有酸化物の組合せを用いた電池では、出力が７００Ｗ／ｋｇ、エネルギーが２３Ｗｈ／ｋｇであった。これらのいずれの試験用電池のサイクル寿命は、数１０００のサイクル数であると推定される。そして、Ｐ／Ｅ比は約３０であった。ナトリウム、カリウム、鉛、プロトン、ニッケル−カドミウム、ニッケル−金属水素化物をベースとする電池においても、同様の効果が期待できる。
【００３１】
また、リチウムイオン電池を用いた他の試験において、電極上の活物質層の数と厚さを変化させたり、異なる活物質を用いたり、活物質の直交するｘ，ｙ，ｚ軸方向の長さの比を変化させたりすることにより、表２に示すパラメータが達成された。
【００３２】
【表２】
0004402832.tif 000003
【００３３】
代表的な作製方法として、リチウムイオン電池は、以下の方法により作製された。電池容器の中に、積層体が充填された。その積層体は、ニッケル集電体上に形成された二硫化チタンアノードと、アルミニウム集電体上に形成されたコバルト酸リチウムカソードと、電解液を含有するセパレータとから成る。二硫化チタンアノード電極は、アノード活物質９０ｇと、アセチレンブラック５ｇと、５ｇのカイナー（Ｋｙｎａｒ）２８２２とを含むスラリーを用いて形成された。そのスラリーは、シクロヘキサノン（３００ｍＬ）中に分散され、次いで、集電体上に吹付けられて多層が形成された。各層は、次の層が形成される前に、８０℃で２０〜３０分乾燥された。所望量が吹付けられるまで、この操作は繰り返された。約１０層が形成された。二硫化チタンアノードは、乾燥後、そのまま使用された。このアノードの充填密度は０．７ｇ／ｍＬであった。
【００３４】
ＬｉＣｏＯ2カソードは、カソード活物質８０ｇ、アセチレンブラック１０ｇと、１０ｇのカイナー（Ｋｙｎａｒ）７４１とを含むスラリーを用いて形成された。そのスラリーは、シクロヘキサノンのような溶媒の中に分散され、次いで、８０℃に保持された集電体上に吹付けられて多層が形成された。各層は１８０℃に加熱された。所望量が吹付けられるまで、この操作は繰り返された。約１０層が形成された。得られたカソード電極は、その抵抗を低減するために、ホットプレスされた。得られたカソードの充填密度は２．０ｇ／ｍＬであった。電極は、ガラス繊維のセパレータを挟んで積層され、積層体は１ＭＬｉＰＦ6を含むＥＣ／ＤＭＣ２：１から成る電解液で満たされた。
【００３５】
グラファイト／ＬｉＣｏＯ２を含む電池は、以下の方法により作製された。
アノードの形成：１２ｇのカイナー（Ｋｙｎａｒ）２８２２がＮ−メチルピロリドン（ＮＭＰ）２２５ｇに溶解され、次いで、この混合物にグラファイト８８ｇと０．２ｇのハイパーマー（Ｈｙｐｅｒｍｅｒ）ＫＤ−１が添加された。得られたスラリーは、二軸遊星ミキサーにより１０ｒｐｍで４８時間混合された。混合物は、自動塗工機を用いて銅集電体上に塗布された。乾燥機の温度は、１１５℃で、塗布速度は１２ｃｍ／ｍｉｎであった。混合物は、銅集電体の両面に塗布された。カッターとスリッターを用いて切断し、４７ｃｍ×５．５ｃｍの大きさのアノードを得た。電極は、１４０℃でカレンダーロールの上にホットプレスされた。
【００３６】
カソードの形成：６．５ｇのカイナー（Ｋｙｎａｒ）２８２２が１２０ｇのＮＭＰに溶解され、ついで、この混合物にコバルト酸リチウム８８ｇと０．１ｇのハイパーマー（Ｈｙｐｅｒｍｅｒ）ＫＤ−１が添加された。得られたスラリーは、高速ミキサーで混合された。混合物は、自動塗工機を用いてアルミニウム集電体上に塗布された。乾燥機の温度は１５０℃に設定され、塗布速度は１２ｃｍ／ｍｉｎであった。混合物は、集電体の両面に塗布された。カッターとスリッターを用いて切断し、４７ｃｍ×５．５ｃｍの大きさのカソードを得た。電極は、１４０℃でカレンダーロールの上にホットプレスされた。タブが電極に溶接され、電極は電池の組立ての前に乾燥された。アノード、セパレータ（セルガード２４００）、そして、カソードから成る積層体は、自動巻回機で巻回され１８６５０缶に収納された。電解液が添加された後、１８６５０電池は密封された。
【００３７】
本発明において、放電に関する限りは、ここで検討されたデバイスは、満充電の６０％以下の反復放電深度、より好ましくは、満充電の５０％、４０％あるいは３０％以下の反復放電深度まで使用される。ここで、「反復放電深度」という言葉は、通常の使用において一般的に用いられる放電深度を指している。例えば、電池を満充電の３０％と４０％の間で放電させる場合、時々、７５％又は１００％まで放電させてしまうことがあるが、こういう場合でも、電池は満充電の約４０％の反復放電深度まで使用されたものと見なされる。放電量の監視と制御を行なう装置及び方法は知られている。以前から、そのような装置や方法は、電池が充電前に完全に放電したかどうかを確認するため、又は、デバイスの可動時間を推定するために使用されていた。現在、好ましい方法には、Ａｔｗａｔｅｒの米国特許第５３７２８９８号（１９９４）と米国特許第５６４０１５０号（１９９７）に記載されているクーロンカウンターがある。
【００３８】
満充電時の６０％の放電深度に制限することにより、直交するｘ，ｙ，ｚ軸方向の長さの比が高い活物質を備えた電極を有する電池について、非常に多くの回数の充放電サイクルが可能となると思われる。リチウムイオン電池の最近の実験に基く予測によれば、リチウムイオン電池に関しては、１０,０００と５０,０００サイクルの間、あるいはそれ以上のサイクル寿命が期待できる。その現象を説明するのに特定の理論に固執する必要はないが、本明細書に開示された優れた特性は、少なくとも電極の安定性が向上したことによるものと考えられる。通常の充放電サイクルにおいて、電極の挿入及び放出反応は活物質の体積変化をもたらす。電極の体積の膨張と収縮は、電極の構造に歪みを与え、ついには、積層体の層間剥離や剥落をもたらし電極の構造を破壊する。積層体の層間剥離や剥落は、これにより、サイクル寿命を制限する。
【００３９】
本発明に係る電池は、高サイクル寿命だけでなく、高出力及び高エネルギーが有利である用途に、特に好適に用いることができる。一般的な、電池作動デバイス２００は、電気ドリル、電気ねじ回し、電気釘打ち等の電動工具、電気自動車やハイブリッド自動車等の車両、携帯電話、カムコーダ、ラップトップコンピュータ等の消費者用電子機器、ポータブルコードレス真空掃除機、生垣バサミ、芝刈機等、そして、電池バックアップシステムや電池作動バルブ等の産業用機器を含む他のすべての電池作動デバイスを表わしている。
【００４０】
以上、直交するｘ，ｙ，ｚ軸方向の長さの比が高い電極を有するイオン電池の実施例と用途について開示した。しかしながら、本発明の精神から逸脱することなく、多くの変形例が可能であることは、当業者には明らかである。したがって、特許請求の範囲の精神に含まれるものは、すべて本発明に含まれるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】  従来の電極の模式的な断面図である。
【図２】  直交するｘ，ｙ，ｚ軸方向の長さの比が高い粒子から成る、活物質の塗膜を有する電極の模式的な断面図である。
【図３】  本発明の一態様に係る電池を有するデバイスの模式図である。
【図４】  直交するｘ，ｙ，ｚ軸方向の長さの比が高いマイクロプレートの中に形成された、活物質の塗膜を有する電極の模式図である。
【図１】
0004402832.tif 000004
【図２】
0004402832.tif 000005
【図３】
0004402832.tif 000006
【図４】
0004402832.tif 000007