特許 7498361 極板及びリチウムイオン電池

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-06-03

(45)【発行日】2024-06-11

(54)【発明の名称】極板及びリチウムイオン電池

(51)【国際特許分類】

   H01M 10/44 20060101AFI20240604BHJP

   H01M 4/13 20100101ALI20240604BHJP

   H01M 10/052 20100101ALI20240604BHJP

   H01M 10/058 20100101ALI20240604BHJP

   H01M 50/528 20210101ALI20240604BHJP

   H01M 50/531 20210101ALI20240604BHJP

   H01M 10/42 20060101ALI20240604BHJP

【ＦＩ】

H01M10/44 A

H01M4/13

H01M10/052

H01M10/058

H01M50/528

H01M50/531

H01M10/42 P

【請求項の数】 11

(21)【出願番号】P 2023513572

(86)(22)【出願日】2021-08-27

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2023-09-14

(86)【国際出願番号】 CN2021114867

(87)【国際公開番号】W WO2022042665

(87)【国際公開日】2022-03-03

【審査請求日】2023-04-04

(31)【優先権主張番号】202010879566.1

(32)【優先日】2020-08-27

(33)【優先権主張国・地域又は機関】CN

(73)【特許権者】

【識別番号】510177809

【氏名又は名称】ビーワイディー カンパニー リミテッド

(74)【代理人】

【識別番号】100169904

【弁理士】

【氏名又は名称】村井 康司

(74)【代理人】

【識別番号】100132698

【弁理士】

【氏名又は名称】川分 康博

(72)【発明者】

【氏名】梅日国

(72)【発明者】

【氏名】常▲曉▼雅

(72)【発明者】

【氏名】▲劉▼正皎

(72)【発明者】

【氏名】▲呉▼子文

(72)【発明者】

【氏名】潘▲儀▼

【審査官】佐藤 匡

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１２－０３３４７６（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０２０／０９０４１０（ＷＯ，Ａ１）

【文献】中国特許出願公開第１１１５２５０９５（ＣＮ，Ａ）

【文献】中国特許出願公開第１１１５６０５９５（ＣＮ，Ａ）

【文献】中国特許出願公開第１０８５３９１２４（ＣＮ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｍ １０／４４

Ｈ０１Ｍ ４／１３

Ｈ０１Ｍ １０／０５２

Ｈ０１Ｍ １０／０５８

Ｈ０１Ｍ ５０／５２８

Ｈ０１Ｍ ５０／５３１

Ｈ０１Ｍ １０／４２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

集電体層（１０１）と、
前記集電体層（１０１）の少なくとも１つの表面上に配置された半導体層（１０２）と、
リチウム補充剤層又はナトリウム補充剤層であり、前記半導体層（１０２）上の前記集電体層（１０１）から離れた側に配置されたアルカリ金属補充層（１０３）と、を含む極板（１）。

【請求項2】

前記アルカリ金属補充層（１０３）の厚さ範囲が５０μｍ～３００μｍである、請求項１に記載の極板（１）。

【請求項3】

前記アルカリ金属補充層（１０３）はリチウム補充剤層であり、リチウム補充剤層は負極リチウム補充剤層である、請求項１に記載の極板（１）。

【請求項4】

前記負極リチウム補充剤層は、金属リチウム、リチウムケイ素合金、リチウムアルミニウム合金、リチウムホウ素合金及びリチウムマグネシウム合金のうちの少なくとも１種を含む、請求項３に記載の極板（１）。

【請求項5】

前記アルカリ金属補充層（１０３）はリチウム補充剤層であり、リチウム補充剤層は正極リチウム補充剤層である、請求項１に記載の極板（１）。

【請求項6】

前記正極リチウム補充剤層は、酸化リチウム、鉄酸リチウム、コバルト酸リチウム及びニッケル酸リチウムのうちの少なくとも１種を含む、請求項５に記載の極板（１）。

【請求項7】

前記半導体層（１０２）のシート抵抗範囲が１０^－３ｍΩ・ｍ^２～１０^５ｍΩ・ｍ^２である、請求項１に記載の極板（１）。

【請求項8】

前記半導体層（１０２）の厚さ範囲が１００ｎｍ～５００ｎｍである、請求項７に記載の極板（１）。

【請求項9】

正極板（２）、負極板（３）及び請求項１～８のいずれか一項に記載の極板（１）を含み、前記アルカリ金属補充層（１０３）がリチウム補充剤層であり、
前記正極板（２）と負極板（３）は、セパレータ（４）により互いに隔てられ、少なくとも１つの前記極板（１）は、前記セパレータ（４）により前記正極板（２）及び／又は前記負極板（３）から隔てられる、リチウムイオン電池。

【請求項10】

前記極板（１）は、負極リチウム補充極板であり、前記集電体層（１０１）から延出したリチウム補充タブを含み、前記負極板（３）は、負極タブを含み、前記リチウム補充タブは、前記負極タブに接続される、請求項９に記載のリチウムイオン電池。

【請求項11】

前記極板（１）は、正極リチウム補充極板であり、前記集電体層（１０１）から延出したリチウム補充タブを含み、前記正極板（２）は、正極タブを含み、前記リチウム補充タブは、前記正極タブに接続される、請求項９に記載のリチウムイオン電池。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

（関連出願の相互参照）
本願は、２０２０年８月２７日に中国国家知識産権局に提出された、出願名称が「極板及びリチウムイオン電池」である中国特許出願第２０２０１０８７９５６６．１号の優先権を主張するものであり、その全ての内容は参照により本開示に組み込まれるものとする。

【0002】

本願は、電池装置の技術分野に関し、具体的には、極板及びリチウムイオン電池に関する。

【背景技術】

【0003】

近年、人々の環境保護意識が高くなっているにつれて、電気自動車が燃料車の代わりにユーザに大いに注目されている。電気自動車が絶え間なく更新される過程において、リチウムイオン電池が電気自動車の主な動力アセンブリであるため、リチウムイオン電池のエネルギー密度、サイクル寿命などの特性に対する要求がますます高まっている。

【0004】

リチウムイオン電池の初回充放電過程において、負極における固体電解質界面膜（ＳＥＩ）の形成が活性リチウムイオンを消費するため、リチウムイオン電池の容量が顕著に低下し、黒鉛を負極とするリチウムイオン電池の初回充放電のクーロン効率が約９２～９４％であり、シリコンカーボンを負極とするリチウムイオン電池の初回クーロン効率が７５～８５％のみである。

【0005】

現在、主にプレリチウム化の技術によりリチウムイオン電池の容量を向上させ、具体的には、リチウム補充剤を極板に分散するか又は添加して電池を製造し、電池のサイクル充放電を活性化すると、極板に添加されたリチウム補充剤に付した活性リチウムイオンを放出することができるため、リチウムイオン電池の膜形成により消費された活性リチウムを補充し、リチウムイオン電池の容量の向上を実現する。しかしながら、このようなリチウム補充方法は、一般的に、リチウム一括補充であるため、リチウム補充過程を効果的に制御することができない。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

本願の実施例は、従来のリチウムイオン電池のリチウム補充過程を効果的に制御しにくいという問題を解決する極板及びリチウムイオン電池を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記問題を解決するために、本願の実施例は、下記技術手段を用いる。

【0008】

第１態様では、本願の実施例に係る極板は、
集電体層と、
前記集電体層の少なくとも１つの表面に設置された半導体層と、
リチウム補充剤層又はナトリウム補充剤層であり、前記半導体層の前記集電体層から離れた側に設置されたアルカリ金属補充層と、を含む。

【0009】

本開示のいくつかの実施例において、前記アルカリ金属補充層の厚さ範囲は、５０μｍ～３００μｍである。

【0010】

本開示のいくつかの実施例において、前記アルカリ金属補充層は、負極リチウム補充剤層であるリチウム補充剤層である。

【0011】

本開示のいくつかの実施例において、前記負極リチウム補充剤層は、金属リチウム、リチウムケイ素合金、リチウムアルミニウム合金、リチウムホウ素合金及びリチウムマグネシウム合金のうちの少なくとも１種を含む。

【0012】

本開示のいくつかの実施例において、前記アルカリ金属補充層は、正極リチウム補充剤層であるリチウム補充剤層である。

【0013】

本開示のいくつかの実施例において、前記正極リチウム補充剤層は、酸化リチウム、鉄酸リチウム、コバルト酸リチウム及びニッケル酸リチウムのうちの少なくとも１種を含む。

【0014】

本開示のいくつかの実施例において、前記半導体層のシート抵抗範囲は、１０^－３ｍΩ・ｍ^２～１０^５ｍΩ・ｍ^２である。

【0015】

本開示のいくつかの実施例において、前記半導体層の厚さ範囲は、１００ｎｍ～５００ｎｍである。

【0016】

第２態様では、本願の実施例に係るリチウムイオン電池は、正極板、負極板及び第１態様に記載の極板を含み、前記アルカリ金属補充層がリチウム補充剤層であり、
前記正極板と負極板は、セパレータにより互いに隔てられ、少なくとも１つの前記極板は、前記セパレータにより前記正極板及び／又は前記負極板から隔てられる。

【0017】

本開示のいくつかの実施例において、前記極板は、負極リチウム補充極板であり、前記集電体層から延出したリチウム補充タブを含み、前記負極板は、負極タブを含み、前記リチウム補充タブは、前記負極タブに接続される。

【0018】

本開示のいくつかの実施例において、前記極板は、正極リチウム補充極板であり、前記集電体層から延出したリチウム補充タブを含み、前記正極板は、正極タブを含み、前記リチウム補充タブは、前記正極タブに接続される。

【発明の効果】

【0019】

本願の実施例が用いる技術手段は、以下の有益な効果を達成することができる。

【0020】

本願の実施例に係る極板は、集電体層、半導体層及びアルカリ金属補充層を含み、前記半導体層は、前記集電体層の少なくとも１つの表面に設置され、前記アルカリ金属補充層は、リチウム補充剤層又はナトリウム補充剤層であり、前記アルカリ金属補充層は、前記半導体層の前記集電体層から離れた側に設置される。本願の実施例に係る極板は、前記半導体層を前記集電体層とアルカリ金属補充層との間に設置することにより、半導体層のトリガー条件の調整に基づいて前記半導体層のオンオフを柔軟に制御することができ、前記極板の制御可能性が向上する。

【0021】

本開示の追加の態様及び利点は、一部が以下の説明において示され、一部が以下の説明において明らかになるか、又は本開示の実施により把握される。

【図面の簡単な説明】

【0022】

ここで説明される図面は、本願への理解を深めるためのものであり、本願の一部を構成し、本願の例示的な実施例及びそれらの説明は、本願を説明するものであり、本願を限定するものではない。

【0023】

【図1】本願の実施例に係る極板の概略構成図である。

【図2】本願の実施例に係るリチウムイオン電池の概略構成図である。

【図3】本願の実施例に係るリチウム補充前後のリチウムイオン電池の容量測定曲線の比較図である。

【図4】本願の実施例に係るリチウム補充前後のリチウムイオン電池のサイクル測定曲線の比較図である。

【発明を実施するための形態】

【0024】

本発明の目的、技術手段及び利点をより明確にするために、以下、本願の具体的な実施例及び対応する図面を参照しながら、本願の技術手段を明確かつ完全に説明する。明らかに、説明された実施例は、本願の一部の実施例に過ぎず、全ての実施例ではない。本願における実施例に基づいて、当業者が創造的な労力をしない前提で得られる全ての他の実施例は、いずれも本願の保護範囲に属する。

【0025】

本願の明細書及び特許請求の範囲における用語「第１」、「第２」などは、類似した対象を区別するためのものであり、特定の順序又は優先順位を説明するものではない。本願の実施例が、例えばここでの図示又は説明以外の順序でも実施できるように、このように使用されたデータは、適宜入れ替えてもよく、かつ「第１」、「第２」などで区別される対象は、一般的に同じ種類であり、対象の数を限定せず、例えば、第１対象が１つであってもよく、複数であってもよいことを理解されたい。また、明細書及び特許請求の範囲における「及び／又は」は、接続対象の少なくとも１つを表し、符号「／」は、一般的に前後の関連対象が「又は」の関係であることを表す。

【0026】

以下、図面を参照しながら、本願の各実施例に係る技術手段を詳細に説明する。

【0027】

本願の一態様では、図１に示すように、本願の実施例に係る極板１は、集電体層１０１、半導体層１０２及びアルカリ金属補充層１０３を含み、上記半導体層１０２は、上記集電体層１０１の少なくとも１つの表面に設置され、具体的には、上記半導体層１０２は、上記集電体層１０１の一側の表面に設置されてもよく、上記集電体層１０１の両側の表面に設置されてもよい。上記アルカリ金属補充層１０３は、リチウム補充剤層又はナトリウム補充剤層であり、上記半導体層１０２の上記集電体層１０１から離れた側に設置される。上記半導体層１０２は、通常状態で抵抗率が大きく、上記集電体層１０１とアルカリ金属補充層１０３とが導通せず、上記半導体層１０２が高温又は高圧の条件でトリガーされるとき、上記半導体層１０２の抵抗が顕著に低下し、上記集電体層１０１とアルカリ金属補充層１０３とが導通し、このとき、上記集電体層１０１とアルカリ金属補充層１０３との間に通路が形成され、上記アルカリ金属補充層１０３中の活性アルカリ金属が放出された後、アルカリ金属を補充する必要がある正極板及び／又は負極板に対して補充を行い、上記半導体層１０２のトリガー条件の調整に基づいて上記アルカリ金属補充層１０３の補充速度及び補充量を柔軟に制御することができる。

【0028】

本願の実施例に係る極板１は、上記半導体層１０２を上記集電体層１０１とアルカリ金属補充層１０３との間に設置することにより、極板１を押圧するときにアルカリ金属補充層１０３と電池の電極材料とが直接接触して反応することが回避される。より重要なことには、上記半導体層１０２は、そのトリガー条件の調整に基づいて上記半導体層１０２のオンオフを柔軟に制御し、かつ電池ＳＯＣ（システムオンチップ）の状態、電池の温度又は内部圧力の制御により極板１における活性イオンの放出速度及び放出量を制御することにより、上記極板１の補充速度及び補充量を制御し、上記極板１の柔軟性が向上する。

【0029】

また、上記半導体層１０２の柔軟なオンオフにより、一定の程度で制御可能なリチウム補充又はナトリウム補充の過程を実現し、必要に応じてリチウムイオン電池又はナトリウムイオン電池に対して段階的でバッチごとに活性リチウム又は活性ナトリウムを放出することにより、電池の活性アルカリ金属が消費された後にタイムリーに補充され、電池のサイクル特性が大幅に向上する。したがって、上記半導体層１０２がトリガーされることは、第１トリガー段階及び第２トリガー段階を含んでもよく、上記第１トリガー段階及び第２トリガー段階は、２つのトリガー段階のみを含むだけでなく、上記半導体層１０２は、複数の補充段階を含んでもよく、上記極板１に依然として活性アルカリ金属が含まれるとともに上記半導体層１０２がオンになる場合であれば、該補充段階はいずれも実現することができる。

【0030】

本願の実施例において、上記アルカリ金属補充層１０３の厚さ範囲は、５０μｍ～３００μｍであり、本願の１つの具体的な実施例において、上記アルカリ金属補充層１０３の厚さ範囲は、１２５μｍ～２００μｍである。

【0031】

具体的には、上記アルカリ金属補充層１０３の厚さは、上記極板１におけるアルカリ金属の補充回数及び補充量に直接的につながり、本願の上記厚さのアルカリ金属補充層１０３は、電池の正極板又は負極板のアルカリ金属補充量の需要を満たすとともに、浪費になることと、電池の多くのスペースを占めることとを回避することができる。

【0032】

本願の１つの実施例において、上記アルカリ金属補充層１０３は、負極リチウム補充剤層であるリチウム補充剤層である。

【0033】

具体的には、上記アルカリ金属補充層１０３が負極リチウム補充剤層であるとき、上記負極リチウム補充剤層は、金属リチウム、リチウムケイ素合金、リチウムアルミニウム合金、リチウムホウ素合金及びリチウムマグネシウム合金のうちの少なくとも１種を含む。金属リチウムは、超薄リチウムテープ、安定化リチウム金属粉末又はリチウムシートであってもよい。このとき、上記集電体層１０１は、銅箔であってもよく、負極リチウム補充剤層と銅箔との間に上記半導体層１０２が設置されている。上記極板１は、リチウムイオン電池の負極板に接続されてもよく、上記半導体層１０２がオンになるとき、上記極板１は、負極板にリチウムを補充することができる。

【0034】

本願の別の実施例において、上記アルカリ金属補充層１０３は、正極リチウム補充剤層であるリチウム補充剤層である。

【0035】

具体的には、上記アルカリ金属補充層１０３が正極リチウム補充剤層であるとき、上記正極リチウム補充剤層は、酸化リチウム、鉄酸リチウム、コバルト酸リチウム及びニッケル酸リチウムのうちの少なくとも１種を含む。このとき、上記集電体層１０１は、アルミニウム箔であってもよく、正極リチウム補充剤層とアルミニウム箔との間に上記半導体層１０２が設置されている。上記極板１は、リチウムイオン電池の正極板に接続されてもよく、上記半導体層１０２がオンになるとき、上記極板１は、正極板にリチウムを補充することができる。

【0036】

本願のまた別の実施例において、上記半導体層１０２のシート抵抗範囲は、１０^－３ｍΩ・ｍ^２～１０^５ｍΩ・ｍ^２である。これにより、半導体層１０２の柔軟なオンオフをさらに保証し、制御可能なリチウム補充又はナトリウム補充を実現することができる。

【0037】

具体的には、上記半導体層１０２は、感熱半導体であってもよく、該感熱半導体は、ＺｎＯ、ＣｕＯ、ＮｉＯ、Ａｌ_２Ｏ_３、Ｆｅ_２Ｏ_３、Ｍｎ_３Ｏ_４及びＣｏ_３Ｏ_４のうちの１種の酸化物又は多種の酸化物を複合して得られる。上記半導体層１０２が感熱半導体であるとき、上記半導体層１０２の温度の制御によりオンオフを制御することができる。具体的には、上記半導体層１０２は、低い温度又は常温であるとき、シート抵抗が大きく、上記集電体層１０１とアルカリ金属補充層１０３とを隔てることができ、上記半導体層１０２は、高い温度であるとき、シート抵抗が顕著に減少し、上記集電体層１０１とアルカリ金属補充層１０３とが導通し、上記極板１の補充過程を実現し、上記極板１の補充を柔軟に制御する作用を果たすことができる。上記半導体層１０２は、低い温度又は常温である場合のシート抵抗が大きすぎるとき、温度が上昇した後にオンの状態に達しにくく、上記極板１の補充過程を実現しにくい。上記半導体層１０２は、低い温度又は常温である場合のシート抵抗が小さすぎるとき、大きい自己放電を発生させ、上記半導体層１０２のオンオフを効果的に制御する作用を果たさない可能性があり、昇温した後に上記半導体層１０２のシート抵抗が小さすぎる場合、上記半導体層１０２をオンにすることは、明らかな昇温過程を必要とせず、上記半導体層１０２が長期間にわたってオン状態にあることを引き起こし、上記極板１の補充を柔軟に制御する目的を達成しない可能性があり、昇温した後に上記半導体層１０２のシート抵抗が大きすぎる場合、上記半導体層１０２は温度が上昇した後にオン状態になりにくく、同様に上記極板１の補充過程を実現しにくい。

【0038】

１つの具体的な実施形態において、上記半導体層１０２の材料の成分及び上記半導体層１０２の被覆層の厚さを調整し制御することにより、上記半導体層１０２の被覆層のシート抵抗が１０^－３ｍΩ・ｍ^２～１０^５ｍΩ・ｍ^２に保持される。上記半導体層１０２が常温オフ状態にあるとき、上記半導体層１０２のシート抵抗が１０^５ｍΩ・ｍ^２になり、上記半導体層１０２の両側が基本的に電子的に絶縁され、リーク電流が０．１μＡ／ｍ^２より小さく、上記半導体層１０２が高温オン状態にある場合、例えば、リチウムイオン電池の内部温度が６０℃である場合、上記半導体層１０２の被覆層のシート抵抗が１０^－３ｍΩ・ｍ^２より小さく、このとき、上記半導体層１０２の被覆層の両側が電子的に導通し、上記極板１は、電池の極板にリチウムを補充するか又はナトリウムを補充することができる。また、上記半導体層１０２は、感圧半導体であってもよく、リチウムイオン電池の内部に圧力制御アセンブリが設置され、該圧力制御アセンブリは、感圧半導体のオンオフを制御することができる。

【0039】

本願のさらに別の実施例において、上記半導体層１０２の厚さ範囲は、１００ｎｍ～５００ｎｍであり、本願の１つの具体的な実施例において、上記半導体層１０２の厚さ範囲は、１８０ｎｍ～３５０ｎｍである。

【0040】

具体的には、上記半導体層１０２がオンになるようにトリガーされない場合、つまり、上記半導体層１０２がオフになる場合、上記半導体層１０２の抵抗が非常に高いため、上記半導体層１０２の厚さを数百ナノメートルとすれば、上記集電体層１０１とアルカリ金属補充層１０３との間の電子交換を効果的に遮断することができる。上記半導体層１０２が厚すぎると、浪費を引き起こすだけでなく、電池の内部の限られたスペースを占める。

【0041】

本願のさらなる態様では、図２に示すように、本願の実施例に係るリチウムイオン電池は、正極板２、負極板３及び上記極板１を含み、上記極板１の上記アルカリ金属補充層１０３がリチウム補充剤層であり、上記正極板２と負極板３は、セパレータ４により互いに隔てられ、少なくとも１つの上記極板１は、上記セパレータ４により上記正極板２及び／又は上記負極板３から隔てられる。

【0042】

具体的には、上記極板１において上記半導体層１０２を上記集電体層１０１とアルカリ金属補充層１０３との間に設置することにより、極板１を押圧するときにアルカリ金属補充層１０３と電池の負極材料とが反応して熱を生成することが回避される。同時に、リチウムイオン電池に電解液が注入された後、アルカリ金属補充層１０３と電池の負極材料とが激しく反応してＳＥＩ膜残留物を生成することがなく、リチウムイオン電池のリチウム析出のリスクが低減される。また、上記極板１の上記アルカリ金属補充層１０３がナトリウム補充剤層である場合、上記正極板２、負極板３及び上記極板１として上記リチウムイオン電池のものと類似する構造を用いてナトリウムイオン電池を製造してもよい。

【0043】

より重要なことには、上記半導体層１０２の柔軟なオンオフにより、一定の程度で制御可能なプレリチウム化過程を実現し、必要に応じてリチウムイオン電池に対して段階的でバッチごとに活性リチウムを放出することにより、リチウムイオン電池の活性リチウムが消費された後にタイムリーに補充され、リチウムイオン電池のサイクル特性が大幅に向上し、リチウムイオン電池の耐用年数が延長される。

【0044】

本願の１つの実施例において、上記極板１は、負極リチウム補充極板であり、上記集電体層１０１から延出したリチウム補充タブを含み、上記負極板３は、負極タブを含み、上記リチウム補充タブは、上記負極タブに接続される。

【0045】

具体的には、上記極板１の数は、１つ、２つ、３つ又はそれ以上であってもよく、上記負極板３の数は、１つ、２つ、３つ又はそれ以上であってもよく、複数の上記極板１のリチウム補充タブは、複数の上記負極板３の負極タブに接続され、上記半導体層１０２がオンになる場合、上記極板１と上記負極板３との間に通路が形成され、上記極板１は、上記負極板３にリチウムを補充することができ、上記負極板３がリチウムを補充する必要がないとき、上記半導体層１０２をオフにすることによりリチウム補充通路の遮断を実現することができる。

【0046】

１つの具体的な実施形態において、図２に示すように、１つのリチウムイオン電池において、上記極板１の数が２つであり、上記正極板２及び負極板３の数が複数であり、複数の上記正極板２と複数の負極板３は、交互に設置され、かつ上記セパレータ４により隔てられ、リチウムイオン電池の上下両側にいずれも上記負極板３に近接する極板１が設置され、上記負極板３と上記極板１とは、上記セパレータ４により隔てられ、２つの上記極板１のリチウム補充タブが複数の上記負極板３の負極タブに接続されることにより、上記極板１は、上記負極板３にリチウムを補充することができる。

【0047】

本願のさらなる実施例において、上記極板１は、正極リチウム補充極板であり、上記集電体層１０１から延出したリチウム補充タブを含み、上記正極板２は、正極タブを含み、上記リチウム補充タブは、上記正極タブに接続される。

【0048】

具体的には、上記極板１の数は、１つ、２つ、３つ又はそれ以上であってもよく、上記正極板２の数は、１つ、２つ、３つ又はそれ以上であってもよく、複数の上記極板１のリチウム補充タブは、複数の上記正極板２の正極タブに接続され、上記半導体層１０２がオンになる場合、上記極板１と上記正極板２との間に通路が形成され、上記極板１は、上記正極板２にリチウムを補充することができ、上記正極板２がリチウムを補充する必要がないとき、上記半導体層１０２をオフにすることによりリチウム補充通路の遮断を実現することができる。

【0049】

本願は、以下の具体的な実施例により極板及びそれを含むリチウムイオン電池を説明する。
（極板の実施例１）

【0050】

該極板は、
銅箔集電体を含み、銅箔の表面に緻密な半導体層が設置され、該半導体層は、感熱材料であり、厚さが１００ｎｍであり、配合（質量比）がＺｎＯ：ＮｉＯ：Ａｌ_２Ｏ_３：Ｆｅ_２Ｏ_３＝０．３：０．３：０．３：０．１であり、２５℃の条件でのシート抵抗が２．３×１０^４ｍΩ・ｍ^２であり、６０℃の条件でのシート抵抗が２．６×１０^－３ｍΩ・ｍ^２であり、該半導体層の銅箔から離れた側にアルカリ金属補充層が設置され、アルカリ金属補充層の厚さが５０μｍである。
（極板の実施例２）

【0051】

該極板は、
銅箔集電体を含み、銅箔の表面に緻密な半導体層が設置され、該半導体層は、感熱材料であり、厚さが５００ｎｍであり、配合（質量比）がＺｎＯ：ＮｉＯ：Ａｌ_２Ｏ_３：Ｆｅ_２Ｏ_３＝０．４：０．４：０．１：０．１であり、２５℃の条件でのシート抵抗が９×１０^４ｍΩ・ｍ^２であり、６０℃の条件でのシート抵抗が１．６×１０^－２ｍΩ・ｍ^２であり、該半導体層の銅箔から離れた側にアルカリ金属補充層が設置され、アルカリ金属補充層の厚さが３００μｍである。
（極板の実施例３）

【0052】

該極板は、
銅箔集電体を含み、銅箔の表面に緻密な半導体層が設置され、該半導体層は、感熱材料であり、厚さが１８０ｎｍであり、配合（質量比）がＺｎＯ：ＮｉＯ：Ａｌ_２Ｏ_３＝０．４：０．４：０．２であり、２５℃の条件でのシート抵抗が６．３×１０^４ｍΩ・ｍ^２であり、６０℃の条件でのシート抵抗が１．０×１０^－３ｍΩ・ｍ^２であり、該半導体層の銅箔から離れた側にアルカリ金属補充層が設置され、アルカリ金属補充層の厚さが１２５μｍである。
（極板の実施例４）

【0053】

該極板は、
銅箔集電体を含み、銅箔の表面に緻密な半導体層が設置され、該半導体層は、感熱材料であり、厚さが３５０ｎｍであり、配合（質量比）がＺｎＯ：ＮｉＯ：Ａｌ_２Ｏ_３：Ｆｅ_２Ｏ_３＝０．２５：０．２５：０．２５：０．２５であり、２５℃の条件でのシート抵抗が７．８×１０^４ｍΩ・ｍ^２であり、６０℃の条件でのシート抵抗が２．６×１０^－３ｍΩ・ｍ^２であり、該半導体層の銅箔から離れた側にアルカリ金属補充層が設置され、アルカリ金属補充層の厚さが２００μｍである。
（極板の実施例５）

【0054】

該極板は、
銅箔集電体を含み、銅箔の表面に緻密な半導体層が設置され、該半導体層は、感熱材料であり、厚さが２５０ｎｍであり、配合（質量比）がＺｎＯ：ＮｉＯ：Ａｌ_２Ｏ_３：Ｆｅ_２Ｏ_３＝０．２：０．３：０．２：０．３であり、２５℃の条件でのシート抵抗が８．５×１０^４ｍΩ・ｍ^２であり、６０℃の条件でのシート抵抗が１．７×１０^－３ｍΩ・ｍ^２であり、該半導体層の銅箔から離れた側にアルカリ金属補充層が設置され、アルカリ金属補充層の厚さが２００μｍである。
（極板の実施例６）

【0055】

該極板は、
銅箔集電体を含み、銅箔の表面に緻密な半導体層が設置され、該半導体層は、感熱材料であり、厚さが５０ｎｍであり、配合（質量比）がＺｎＯ：ＮｉＯ：Ａｌ_２Ｏ_３：Ｆｅ_２Ｏ_３＝０．２：０．３：０．２：０．３であり、２５℃の条件でのシート抵抗が４．５×１０^３ｍΩ・ｍ^２であり、６０℃の条件でのシート抵抗が３．９×１０^－４ｍΩ・ｍ^２であり、該半導体層の銅箔から離れた側にアルカリ金属補充層が設置され、アルカリ金属補充層の厚さが５０μｍである。
（極板の実施例７）

【0056】

該極板は、
銅箔集電体を含み、銅箔の表面に緻密な半導体層が設置され、該半導体層は、感熱材料であり、厚さが１００ｎｍであり、配合（質量比）がＺｎＯ：ＮｉＯ：Ａｌ_２Ｏ_３：Ｆｅ_２Ｏ_３＝０．２：０．３：０．２：０．３であり、２５℃の条件でのシート抵抗が３．２×１０^４ｍΩ・ｍ^２であり、６０℃の条件でのシート抵抗が６．８×１０^－３ｍΩ・ｍ^２であり、該半導体層の銅箔から離れた側にアルカリ金属補充層が設置され、アルカリ金属補充層の厚さが３０μｍである。
（極板の実施例８）

【0057】

該極板は、
銅箔集電体を含み、銅箔の表面に緻密な半導体層が設置され、該半導体層は、感熱材料であり、厚さが６００ｎｍであり、配合（質量比）がＺｎＯ：ＮｉＯ：Ａｌ_２Ｏ_３：Ｆｅ_２Ｏ_３＝０．２：０．３：０．２：０．３であり、２５℃の条件でのシート抵抗が９．２×１０^４ｍΩ・ｍ^２であり、６０℃の条件でのシート抵抗が８．８×１０^－３ｍΩ・ｍ^２であり、該半導体層の銅箔から離れた側にアルカリ金属補充層が設置され、アルカリ金属補充層の厚さが５０μｍである。
（極板の実施例９）

【0058】

該極板は、
銅箔集電体を含み、銅箔の表面に緻密な半導体層が設置され、該半導体層は、感熱材料であり、厚さが１００ｎｍであり、配合（質量比）がＺｎＯ：ＮｉＯ：Ａｌ_２Ｏ_３：Ｆｅ_２Ｏ_３＝０．２：０．３：０．２：０．３であり、２５℃の条件でのシート抵抗が２．４×１０^４ｍΩ・ｍ^２であり、６０℃の条件でのシート抵抗が１．２×１０^－３ｍΩ・ｍ^２であり、該半導体層の銅箔から離れた側にアルカリ金属補充層が設置され、アルカリ金属補充層の厚さが４００μｍである。
（極板の比較例１）

【0059】

従来のリチウムテープが使用され、該リチウムテープの厚さは、５０μｍである。

【0060】

本願において、上記実施例１～実施例９の極板を独立した電極としてリチウムイオン電池の積層されたセルに添加し、積層されたセルは、正極がリン酸鉄リチウムであり、正極の面密度が４００ｇ／ｍ^２であり、圧密密度が２．６０ｇ／ｍ^３であり、負極が天然黒鉛であり、負極の面密度が２０５ｇ／ｍ^２であり、負極の圧密密度が１．５５ｇ／ｍ^３であり、積層数（正極板と負極板の対数）が３０層である。リチウムイオン電池の実施例１～実施例９を得て、比較例１における従来のリチウムテープをリチウムイオン電池の積層されたセルの負極に直接的にロールプレスしたものをリチウムイオン電池の比較例１とし、極板が添加されない上記リチウムイオン電池を比較例２とし、上記リチウムイオン電池に活性化及び測定の過程を行い、具体的には、以下のとおり説明する。

【0061】

活性化過程について、リチウムイオン電池を常温で化成しグレーディングして、リチウムイオン電池のＳＯＣ状態を０％に調整し、このとき、リチウムイオン電池の開路電圧が２．４５Ｖ～２．５５Ｖ範囲にあり、次にリチウムイオン電池を４５℃に加熱して高温で１２ｈ浸潤し、このとき、極板の半導体層が導通し、アルカリ金属補充層と集電体層との間に通路が形成され、このとき、アルカリ金属補充層の活性リチウムが極板から脱離してリチウムイオン電池の黒鉛負極に挿入される。リチウムイオン電池の電圧をリアルタイムに監視することにより極板のリチウム補充量を制御し調整し、リチウムイオン電池の開路電圧が０．２Ｖに上昇すると、リチウムイオン電池を２５℃に降温させ、活性化過程を完了することができ、活性化過程が一般的に約８ｈ～１２ｈである（比較例１及び比較例２において活性化過程が行われない）。

【0062】

容量測定について、常温で、活性化されたリチウムイオン電池を０．１Ｃの定電流及び定電圧の条件で３．８Ｖに充電し、３０ｍｉｎ静置して、０．１Ｃの条件で定電流で２．０Ｖに放電し、３０ｍｉｎ静置し、以上の過程を３回繰り返して、安定する放電容量を得る。

【0063】

サイクル測定について、常温で、活性化されたリチウムイオン電池を０．３３Ｃの定電流及び定電圧で３．８Ｖに充電し、３０ｍｉｎ静置して、０．３３Ｃの条件で定電流で２．０Ｖに放電し、３０ｍｉｎ静置し、以上の過程を２０００回繰り返す。１００回サイクルごとに、１回の容量測定を行う。

【0064】

貯蔵測定について、活性化されたリチウムイオン電池を１００％のＳＯＣに充電して常温で貯蔵し、１週間おきに１回の容量測定を行う。

【0065】

表１には、実施例１～実施例９と比較例１及び比較例２とのリチウムイオン電池の測定結果が示され、表１から分かるように、本願の実施例１～実施例５に係るリチウムイオン電池は、初回充放電容量がいずれも１５０ｍＡｈ／ｇ以上に達することができ、２０００回の充放電サイクルの後の容量維持率が８８．３％以上に達することができ、２６週間貯蔵後の容量維持率が依然として９８．４％に達することができる。実施例４で得られたリチウムイオン電池は、２０００回の充放電サイクルの後の容量維持率がひいては９０％以上に達することができ、２６週間貯蔵後の容量維持率が約１００％であり、長期間にわたって貯蔵された後のリチウムイオン電池の容量が基本的に減衰しないことを示す。

【0066】

実施例６～実施例９における半導体層の厚さ又はアルカリ金属補充層の厚さが本願の好ましい実施例の範囲より低い又は本願の好ましい実施例の範囲より高い場合、リチウムイオン電池は、初回充放電容量が１５０．６ｍＡｈ／ｇ以下に達するが、依然として１４３．２ｍＡｈ／ｇ以上に維持することができ、２０００回の充放電サイクルの後の容量維持率が８０％～８５％であり、２６週間貯蔵後の容量維持率が９３％～９６％の範囲にあり、いずれも本願の実施例１～実施例５に係るリチウムイオン電池より低いが、依然として高い容量及び維持率を維持することができる。

【0067】

比較例１及び比較例２における従来のリチウムテープを用いてリチウムを補充して得られたリチウムイオン電池と、リチウムを補充せずに得られたリチウムイオン電池は、初回充放電容量がそれぞれ１４３．２ｍＡｈ／ｇ及び１３５．５ｍＡｈ／ｇであり、２０００回の充放電サイクルの後の容量維持率が約８０％であり、２６週間貯蔵後の容量維持率がいずれも９３．５％より低く、いずれも本願の実施例に係るリチウムイオン電池より明らかに低い。リチウムを補充せずに得られたリチウムイオン電池の初回充放電容量は、リチウムが補充されたリチウムイオン電池の初回充放電容量より明らかに低い。

【0068】

【表1】

【0069】

図３及び図４には、上記実施例１におけるリチウムが補充されたリチウムイオン電池と比較例２におけるリチウムが補充されないリチウムイオン電池との容量測定曲線の比較図及びサイクル測定曲線の比較図が示され、図３及び図４並びに表１におけるデータから分かるように、実施例１におけるリチウムが補充されたリチウムイオン電池５の容量は、比較例２におけるリチウムが補充されないリチウムイオン電池の容量に比べて１２％上昇し、リチウムが補充されたリチウムイオン電池５のサイクル特性は、リチウムが補充される前のリチウムイオン電池に比べて１０％＠２０００ｃｙｃｌｅｓ上昇した。リチウムが補充されたリチウムイオン電池５は、常温で２６週間貯蔵した後に容量が９．４％のみ低下した。

【0070】

以上、図面を参照しながら本願の実施例を説明したが、本願は、上記具体的な実施形態に限定されるものではなく、上記具体的な実施形態は、制限的なものではなく、例示的なものに過ぎず、当業者であれば、本願の示唆で、本願の趣旨及び特許請求の範囲の保護範囲から逸脱せずに多くの形式を行うことができ、これらはいずれも本願の保護範囲内に属する。

【符号の説明】

【0071】

１ 極板
１０１ 集電体層
１０２ 半導体層
１０３ アルカリ金属補充層
２ 正極板
３ 負極板
４ セパレータ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】