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公開番号2025178202
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-12-05
出願番号2025086034
出願日2025-05-23
発明の名称リチウム一次電池及びその製造方法
出願人イブエナジーカンパニー,リミテッド
代理人個人,個人,個人,個人
主分類H01M 4/06 20060101AFI20251128BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】リチウム一次電池の耐用年数を延長し、リチウム一次電池の自己放電を低減させる、リチウム一次電池及びその製造方法を提供する。
【解決手段】リチウム一次電池は、正極シートと、負極シートとを含み、正極シートは、正極集電体と、正極集電体の少なくとも1つの表面に順に設置された正極活性コーティングと、電解質層とを含み、正極活性コーティングは正極活物質、ポリマー固体電解質、酸化物固体電解質及びリチウム塩を含み、電解質層はポリマー固体電解質及びリチウム塩を含む。
【選択図】なし
特許請求の範囲【請求項１】
リチウム一次電池であって、正極シートと、負極シートとを含み、前記正極シートは、正極集電体と、前記正極集電体の少なくとも１つの表面に順に設置された正極活性コーティングと、電解質層とを含み、前記正極活性コーティングは正極活物質、ポリマー固体電解質、酸化物固体電解質及びリチウム塩を含み、前記電解質層はポリマー固体電解質及びリチウム塩を含み、
前記ポリマー固体電解質は、ポリエチレンオキシド、ポリカーボネート、ポリアクリロニトリル、ポリシロキサン、ポリメタクリル酸メチルのうちの少なくとも１種を含み、
前記酸化物固体電解質は、Ｌｉ
1.5
Ａｌ
0.5
Ｇｅ
1.5
（ＰＯ
4
）
3
、Ｌｉ
1.4
Ａｌ
0.4
Ｔｉ
1.6
（ＰＯ
4
）
3
、Ｌｉ
0.33
Ｌａ
0.557
ＴｉＯ
3
、Ｌｉ
7
Ｌａ
3
Ｚｒ
2
Ｏ
12
のうちの少なくとも１種を含むリチウム一次電池。
続きを表示（約 1,500 文字）【請求項２】
前記正極活性コーティングの厚さは５０～１５０μｍであり、
及び／又は、
前記電解質層の厚さは６～３０μｍである請求項１に記載のリチウム一次電池。
【請求項３】
前記ポリマー固体電解質は、ポリエチレンオキシドであり、前記酸化物固体電解質は、Ｌｉ
1.4
Ａｌ
0.4
Ｔｉ
1.6
（ＰＯ
4
）
3
である請求項１に記載のリチウム一次電池。
【請求項４】
前記正極活物質は二酸化マンガン、ＣＦ
x
（０．５＜ｘ≦１）のうちの少なくとも１種を含む請求項１に記載のリチウム一次電池。
【請求項５】
前記正極集電体はカーボンコーティングされたアルミニウム箔である請求項１に記載のリチウム一次電池。
【請求項６】
前記正極活性コーティングにおいて、質量比で計算すると、前記正極活物質：前記ポリマー固体電解質：前記酸化物固体電解質：前記リチウム塩＝７５～８５：５～１０：１～５：１～３である請求項１に記載のリチウム一次電池。
【請求項７】
前記負極シートはリチウム金属片である請求項１に記載のリチウム一次電池。
【請求項８】
前記電解質層は可塑剤をさらに含み、前記可塑剤はスクシノニトリル、アセトニトリル、ポリエチレングリコールジメチルエーテルのうちの少なくとも１種を含み、
前記電解質層において、質量比で計算すると、前記ポリマー固体電解質：前記可塑剤：前記リチウム塩＝４０～８０：５～１０：２０～６０である請求項１に記載のリチウム一次電池。
【請求項９】
リチウム一次電池の製造方法であって、
ポリマー固体電解質、酸化物固体電解質を利用して溶剤と調製して混合液を得るステップＳ１と、
正極活物質を利用して導電剤、バインダー、溶剤と調製して正極スラリーを得るステップＳ２と、
前記混合液、前記正極スラリー及びリチウム塩を均一に混合し、正極集電体の少なくとも１つの表面に塗布して正極活性コーティングを形成したステップＳ３と、
ポリマー固体電解質、リチウム塩を利用して可塑剤、溶剤と調製して電解質溶液を得るステップＳ４と、
前記電解質溶液を前記正極活性コーティングの表面に塗布して電解質層を形成し、正極シートを製造するステップＳ５と、
前記正極シート及び負極シートを組み立て、前記リチウム一次電池を製造するステップＳ６とを含み、
前記ポリマー固体電解質は、ポリエチレンオキシド、ポリカーボネート、ポリアクリロニトリル、ポリシロキサン、ポリフッ化ビニリデン、ポリメタクリル酸メチルのうちの少なくとも１種を含み、
前記酸化物固体電解質は、Ｌｉ
1.5
Ａｌ
0.5
Ｇｅ
1.5
（ＰＯ
4
）
3
、Ｌｉ
1.4
Ａｌ
0.4
Ｔｉ
1.6
（ＰＯ
4
）
3
、Ｌｉ
0.33
Ｌａ
0.557
ＴｉＯ
3
、Ｌｉ
7
Ｌａ
3
Ｚｒ
2
Ｏ
12
のうちの少なくとも１種を含むリチウム一次電池の製造方法。
【請求項１０】
前記Ｓ１において、前記混合液の固形分は１０～３０％である請求項９に記載のリチウム一次電池の製造方法。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本願は、２０２４年０５月２３日に中国特許庁に出願された出願番号が２０２４１０６５２９４１７である中国特許出願の優先権を主張するものであり、上記出願の全内容は援用により本願に組み込まれている。
本願は電池の技術分野に関し、具体的にはリチウム一次電池及びその製造方法に関する。
続きを表示（約 2,900 文字）【背景技術】
【０００２】
化石エネルギーの継続的な消費及び再生不可能な性質によって引き起こされるエネルギー危機及び環境問題はますます深刻になり、効率的で安定したエネルギー変換及び貯蔵機器が注目されている。リチウム電池はエネルギー密度が高いなどの利点があるため、最も広く使用されている電気化学エネルギー貯蔵デバイスとなっており、各分野で広く使用されている。リチウム一次電池は貯蔵性に優れ、放電性能が安定し、エネルギー密度が高いなどの大きな利点があり、軍需品、アウトドア用品などの分野で広く使用されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
従来のリチウム一次電池は、通常、電解液として有機液体を使用しているが、有機電解液の可燃性、腐食性などの問題により、リチウム一次電池の実用化が大幅に制限されている。さらに、リチウム一次電池の生産製造過程では、電池のサイズが比較的小さいため、注入などの工程の操作が困難であり、電解液の注入量が多すぎたり少なすぎたりしやすく、最終的に製造されるリチウム一次電池の一貫性及び生産歩留まりが比較的低くなり、これによりリチウム一次電池の耐用年数及び自己放電に影響を与える。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
第１の態様では、本願はリチウム一次電池を提供し、該リチウム一次電池は、正極シートと、負極シートとを含み、正極シートは、正極集電体と、正極集電体の少なくとも１つの表面に順に設置された正極活性コーティングと、電解質層とを含み、正極活性コーティングは正極活物質、ポリマー固体電解質、酸化物固体電解質及びリチウム塩を含み、電解質層はポリマー固体電解質及びリチウム塩を含み、ポリマー固体電解質は、ポリエチレンオキシド（ＰＥＯ）、ポリカーボネート（ＰＰＣ）、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）、ポリシロキサン（ＰＤＭＳ）、ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）のうちの少なくとも１種を含み、酸化物固体電解質は、Ｌｉ
1.5
Ａｌ
0.5
Ｇｅ
1.5
（ＰＯ
4
）
3
（ＬＡＧＰ）、Ｌｉ
1.4
Ａｌ
0.4
Ｔｉ
1.6
（ＰＯ
4
）
3
（ＬＡＴＰ）、ペロブスカイト型セラミックＬｉ
0.33
Ｌａ
0.557
ＴｉＯ
3
（ＬＬＴＯ）、リチウムランタンジルコニウム酸素Ｌｉ
7
Ｌａ
3
Ｚｒ
2
Ｏ
12
（ＬＬＺＯ）のうちの少なくとも１種を含む。
【０００５】
第２の態様では、本願はリチウム一次電池の製造方法を提供し、
ポリマー固体電解質、酸化物固体電解質を利用して溶剤と調製して混合液を得るステップＳ１と、
正極活物質を利用して導電剤、バインダー、溶剤と調製して正極スラリーを得るステップＳ２と、
上記混合液、上記正極スラリー及びリチウム塩を均一に混合し、正極集電体の少なくとも１つの表面に塗布して正極活性コーティングを形成するステップＳ３と、
ポリマー固体電解質、リチウム塩を利用して可塑剤、溶剤と調製して電解質溶液を得るステップＳ４と。
電解質溶液を正極活性コーティングの表面に塗布して電解質層を形成し、正極シートを製造するステップＳ５と、
正極シート及び負極シートを組み立て、リチウム一次電池を製造するステップＳ６と、を含み、
ポリマー固体電解質は、ポリエチレンオキシド、ポリカーボネート、ポリアクリロニトリル、ポリシロキサン、ポリフッ化ビニリデン、ポリメタクリル酸メチルのうちの少なくとも１種を含み、
酸化物固体電解質は、Ｌｉ
1.5
Ａｌ
0.5
Ｇｅ
1.5
（ＰＯ
4
）
3
、Ｌｉ
1.4
Ａｌ
0.4
Ｔｉ
1.6
（ＰＯ
4
）
3
、Ｌｉ
0.33
Ｌａ
0.557
ＴｉＯ
3
、Ｌｉ
7
Ｌａ
3
Ｚｒ
2
Ｏ
12
のうちの少なくとも１種を含む。
【発明の概要】
有益な効果
【０００６】
（１）本願は正極シートの正極活性コーティングにポリマー固体電解質及び酸化物固体電解質を導入し、さらに正極活性コーティングの表面にポリマー固体電解質を含む電解質層を複合化することにより、上記正極シートをリチウム一次電池に使用し、一方、該リチウム一次電池は固体電池であり、注入工程を省略し、リチウム一次電池の安全性及びエネルギー密度が向上すると同時に従来のリチウム一次電池の製造過程で発生する注入困難の問題を良好に解決し、生産効率を向上させ、他方、正極活性コーティングにポリマー固体電解質、酸化物固体電解質及びリチウム塩が同時に含まれており、正極活性コーティングの表面に設置された電解質層はポリマー固体電解質を含み、正極シートの正極活性コーティング及び正極活性コーティングの表面に複合化された電解質層にポリマー固体電解質を同時に導入することにより、電解質層と電極との界面適合性を効果的に改善することができ、それにより、電解質層が電極と密着し、リチウム一次電池の耐用年数を延長し、リチウム一次電池の自己放電を低減させる。
【０００７】
（２）本願に係るリチウム一次電池の製造方法では、ポリマー固体電解質及び酸化物固体電解質を含む正極スラリーを正極集電体の表面に塗布して正極活性コーティングを形成し、続いて、ポリマー固体電解質を含む電解質溶液を正極活性コーティングの表面に塗布して電解質層を形成し、製造された正極シート及び負極シートを組み立て、ここで、電解質層が正極シートにおける正極活性コーティング、負極シートに緊密に結合し、それにより、リチウム一次電池の耐用年数を延長し、リチウム一次電池の自己放電が低減し、且つ、上記リチウム一次電池の製造過程において注入工程を省略し、従来のリチウム一次電池の製造過程において発生する注入困難の問題を効果的に解決し、生産効率を向上させる。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
いくつかの実施形態では、正極活性コーティングの厚さは５０～１５０μｍである。
【０００９】
いくつかの実施形態では、電解質層の厚さは６～３０μｍである。
【００１０】
いくつかの実施形態では、ポリマー固体電解質はＰＥＯであり、酸化物固体電解質はＬＡＴＰである。
（【００１１】以降は省略されています）

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