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Oct 16, 2023

リチウム電池セルの準備と評価のベストプラクティス

通信資料第 3 巻、記事番号: 64 (2022) この記事を引用

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改良されたリチウム電池は、家庭用電化製品や電気自動車で高い需要があります。 新しい材料やコンポーネントを正確に評価するには、制御された環境でバッテリーセルを製造し、テストする必要があります。 一般的に使用されるコイン電池や小型パウチ電池では、特定の重要な要素とパラメータが最終的な電池の品質と性能に大きな影響を与えます。 したがって、電池用の新しい材料に関する正確で信頼性の高いデータを取得するには、再現性のある結果を保証するためのセル製造の再現性と品質が重要です。 ここでは、電極の均一性、コンポーネントの乾燥、電極の位置合わせ、内部および外部の圧力、電解質量の制御、圧力制御を備えたセル固定具など、セルの製造とテストに影響を与える重要な要素とパラメーターについて説明します。 また、信頼性の高い細胞調製のための一般的なガイドラインも提供します。

リチウムイオン電池 (LIB) はよく認識されており、モバイル機器 (コンピュータ、スマートフォン、モバイル機器など)、電動工具、健康維持機器など、さまざまな家電用途に応用されています1。 電化輸送市場の需要の出現により、高エネルギー密度と低損失を備えたより高度なバッテリーの開発も強く求められています2、3、4、5、6。 黒鉛アノードとリチウム遷移金属酸化物カソードの間のリチウム(Li)インターカレーションに基づく従来のLIBの研究開発とは別に、金属リチウムアノードがリチウム金属酸化物または他の非Li含有カソードに対して使用されるLi金属電池システムもある。従来のシステムと比較して、より高いエネルギー密度またはより低い材料コストを実現できる可能性があるため、大きな注目を集めました5。 リチウムイオン電池とリチウム金属電池はどちらも、Li を含む活物質を利用しており、Li イオンに関連する酸化還元化学に依存しているため、以下の文脈では両方のシステムを「リチウム電池」(LB) という用語で指すことを好みます。

ここ 10 年間で、活物質、結合剤、導電性添加剤、電解質、膜を含む LB のすべての主要コンポーネントが徹底的に調査され、多数の研究結果が発表され、文書化されました 7、8、9、10、11、12、13。 材料レベルの化学的および物理的特性評価に加えて、電気化学セルを準備してテストし、これらのコンポーネントの性能をさらに調査する必要があります。 理想的には、商業生産ラインで製造されたセルは、パウチ、円筒、または角柱の形式に関係なく、より再現性の高い結果を提供します6。 しかし、リソースとコストの制限により、ほとんどの研究室は依然としてコインセルなどの小型セルを評価に使用しています14、15。 一部の研究機関は評価に単層または小型の多層パウチ形式のセルを使用していますが、それらのサンプルのほとんどは依然として活物質粉末から開始して「手動で作成」されていました(自動または半自動製造ラインで作られたのとは対照的です)。 。 さらなる評価は得られたセルの品質と一貫性に大きく依存するため、研究コミュニティは最近までセル製造の信頼性に注目し始めていました。 コイン形式のセルの場合、最終的なセルの性能に大きな影響を与えるいくつかの重要な要素がセル製造プロセス全体に沿って特定されています14、15、16、17、18、19、20。 残念ながら、パウチ形式の細胞の調製と評価の重要な要素に関する研究はまだまれです21。

この記事では、製造プロセスに沿って最終的なセルの性能に影響を与える主要な要因をコイン形式とパウチ形式それぞれについて特定し、説明します。 これらの要因に大きな影響を与えるいくつかの重要なパラメータも紹介され、説明されます。 最後に、セル製造プロセスに関する体系的な研究に対する期待と、セル製造および試験のための標準プロトコールの必要性についても示します。 私たちは、これらの重要な要素と重要なパラメータに関する議論が、信頼性と再現性のあるセルの製造とテストに関する一般的なガイドラインを電池研究コミュニティに提供することを願っています。

電極は LB セルの最も重要なコンポーネントです。 電極の品質は最終的な電池の性能に大きく影響します。 2011 年に、Mark らは、例として NMC111 カソードを使用した LIB 電極作製の一般的な方法を発表しました。これは、PVDF バインダーの適用の参考になります 18。 最近の出版物では、Jiangtao et al. は、水性カルボキシメチルセルロースバインダーを使用するグラファイトアノード調製の例を提供しました15。 (図 1) どちらの例でも、スラリーの均一性が最終的なセルの性能に影響を与える重要な要素の 1 つであるため、適切な混合装置の設定と時間制御によってスラリーを良好に混合することが強調されました。 凝集を軽減するために、結合剤溶液と湿式混合する前に、固体粉末 (活物質と導電性添加剤) を事前に粉砕し、ふるいにかけることを強くお勧めします。 さらに、品質管理を向上させるために、固形分は異なるバッチ間で一貫している必要があります。

スラリー混合工程と、 b 混合後のスラリーの冷却。 c カレンダー加工における気孔率の制御。 d フルセル製造中の電極の位置合わせ。 e フルセルの N/P 比制御。 f 電極上の電解液の濡れ。 (参考文献 15 の許可を得て転載。Copyright 2021 Cell press)。

電極の厚さの均一性、特に電極コーティングが厚い場合、最終的な電池の性能に影響を与える重要な要素となります 22,23。 各メーカーは、電極コーティングの厚さのばらつきに関して独自の仕様と要件を持っていますが、通常は数パーセント以内です。 しかし、ほとんどの研究室では、小面積のコーティングのためにホイル全体にスラリーを広げるために、依然として手動工具または小型電動コーティング装置に依存しています。 より良いコーティング品質を達成するために、実験室規模のコーティング操作ではいくつかのパラメータに対処する必要があります。 重要なパラメータの 1 つはコーティング速度です。 スラリーの粘度によっては、同じギャップ設定でも塗布速度が最終的な塗膜の厚さに影響を与える場合があります。 塗布ブレードへのスラリーの供給方法や溶剤の蒸発速度などを考慮すると、塗布開始部と終了部の塗布厚に多少のばらつきが生じる場合があります。 ただし、コーティング速度が安定していると、コーティング方向に沿って比較的均一なコーティング厚さが得られます。 一方、コーティングブレードのギャップはコーティング幅に沿った厚さの変化に影響を与えるため、使用前に注意深く校正する必要があります。

電解質やセパレータ膜などのすべてのコンポーネントの乾燥も、電池の性能にとって重要です。 電池内の水分含有量が制御されていないと、活物質の構造が不安定になったり、ガスが発生したり、その他の安全上の問題が発生する可能性があることはよく知られています8、24、25。 そのため、有機溶剤やリチウム塩の乾燥状態を保つとともに、定期的に水分含有量をチェックする必要があります。 たとえば、一部のエーテル系溶媒は水と水素結合を形成するため、吸湿性が高くなります。 Ar グローブボックス内で保管した場合でも、特に使用頻度が高く、容器の断熱性が低く、保管時間が長い場合には、水分含有量が増加します。 ほとんどの場合、活性化された A4 モレキュラーシーブは、低い初期水分レベル (約 10 ~ 20 ppm) で溶媒の乾燥を維持するのに役立ちます。 有機溶媒とは異なり、Li 塩はケースバイケースで処理する必要があります。 たとえば、LiTFSI は真空条件下で再乾燥できます (たとえば、シュレンクラインでの乾燥)。一方、LiPF6 には一般的な実験室条件では簡単な乾燥または回収方法がありません。 市販の電解液であっても、調製した電解液については、イオン交換のために A4 モレキュラーシーブを使用できないため、カールフィッシャー滴定および NMR によって純度および水分含有量を定期的にチェックすることを強くお勧めします 26,27。

セパレーターの多孔性が高い性質を考慮すると、使用前にセパレーターを乾燥させることも強く推奨されます。 セパレータを定期的に乾燥させる一般的な方法は、熱変形を防ぐために制御された時間で低温 (60 °C 未満など) 真空プロセスを使用することです。 近年、新しいポリマー成分や特殊な表面コーティングを備えた新しいタイプのセパレーターが電池分野に導入されています。 これらの新しいセパレーターの場合は、メーカーまたはベンダーが推奨する乾燥条件を使用することを強くお勧めします。

カソードおよびアノードケース、スペーサー、スプリングなどのコイン電池部品は、乾燥する前に注意深く洗浄する必要があります。 これらの金属部品は、メーカーのプロセス管理によっては、金属および有機残留物が含まれる場合があります。 超音波バスを使用したアセトン/アルコールおよび脱イオン水のすすぎは、さらに乾燥する前にこれらの残留物を除去するのに役立ちます。 パウチ材料やタブ/テープなどの他のセル構成部品も、水分の蓄積を防ぐために各バッチセルを製造する前に事前に乾燥させる必要があります。

コイン形式のセルは、構成が簡単で、準備が簡単で、材料コストが比較的低いため、電池研究で使用される主要な形式です。 細胞調製の品質とデータの再現性に影響を与える重要なパラメーターがいくつか特定されています 14,15。 カソードとアノードの位置合わせは、長期サイクルの安定性にとって非常に重要です28。 理想的には、カソードとアノードの面積が同じで 100% 重なり合う必要があります 14。 ただし、この設計では電極の位置ずれが常に発生し、Li の直接堆積につながり、一貫性のない結果が生じます。 したがって、アノード領域はカソードよりわずかに大きくする必要があり、これはより良好な位置合わせに役立ちます15。 このオーバーサイジング設計は、市販の大型セルでも使用されています。 もう 1 つの重要な要素は、コイン電池の組み立てに使用される電解質の量です。 理論的には、電解質は電極とセパレータ膜のすべての細孔を満たす必要があります。 NMC/グラファイトフルセルに関する体系的な研究では、適切な過剰の電解質がより優れたセル容量をもたらすことを示唆しています20。 異なる実験バッチからのデータの再現性を高めるには、すべてのセル調製でまったく同じ量の電解質を使用する必要があります。 一方、圧着中に電解液が「絞り出される」可能性があるため、各セル内の総量が異なる可能性があるため、過剰な電解液を使用する場合は注意が必要です。

徹底的に研究された上記の要因に加えて、電極やセパレーターなどの内部部品にかかる圧力も、最終的な電池の性能に影響を与える重要な要因です。 図 2 は、典型的なコイン電池の断面図を示しています。 主に外部から圧力が加えられるパウチ形式のセルとは異なり、コインセルの内部で電極に加えられる圧力は主にバネの圧縮によるものです。 残念ながら、内部に加えられる圧力に関する研究は報告されていません。 スプリングの設計や質感が多様であるため、ベースラインの圧力プロファイルを取得することが困難になります。 セルの内部の高さは固定されているため (たとえば、2032 タイプのコイン電池の場合は約 3 mm)、スプリングの圧縮は他のコンポーネントの合計の厚さとスペーサーの厚さの選択によって決まります。 したがって、異なるバッチで同様の電極厚さを使用する場合は、内部に加えられる圧力に関連する一貫したスプリング圧縮を得るために、同じ厚さのスペーサーを使用する必要があります。 一方、電極コーティングの厚さまたは質量負荷が変化するか、または Li 対電極の厚さが変化する場合、適切な密閉内圧条件を提供するには、スペーサーの厚さを対応して調整する必要があります。

スペーサーの厚さが異なることを除いてすべてのコンポーネントが同じであると仮定した、異なる内圧を持つコイン形式のセルの断面スキーム。 a より厚いスペーサーとその結果として生じるスプリングギャップの縮小により、スプリングの圧縮が大きくなり、内圧が高くなります。 b スペーサーが薄くなり、結果としてスプリングギャップが大きくなるため、スプリングの圧縮が小さくなり、内圧が低下します。

圧着プロセスでは、内部に加えられる圧力に加えて、外部からも圧力がかかります。 圧着圧力は、機器の設計と設定に応じて、数百から千 psi まで変化します。 圧力の読み取り値は、内部コンポーネントに加えられる最終的な圧力を意味するものではありませんが、圧着プロセス中の追加の圧力により内部コンポーネントに影響を与えます。 たとえば、圧着圧力の設定が強すぎると、セパレーターの変形が誘発され、内部ショートが発生する可能性があります。 残念ながら、圧着工具の機構や設計はさまざまであるため、圧着圧力設定の標準プロトコルを確立することは困難です。 ただし、適切な圧力設定と保持時間を含む一貫した設定により、セル製造の失敗率が大幅に低減され、コインセルのデータ再現性が大幅に向上します。

前のセクションで説明したように、コイン形式のセルのほとんどが手作業で作成されるプロセスには、大きなシステム偏差があります。 このようなシステムでは、各バッチに十分なサンプル細胞数を含むデータの統計分析がより適切で意味のあるものになる可能性があります。 ブランドンら。 は、30 セル テストを使用した系統的な研究を発表しました20。 著者らは、データの適度な広がりを提供するために、より小さなサンプルセットを使用できることを示唆しました。 この領域は数学的統計に関するものであり、この記事の範囲を超えているため、これ以上の説明は行いません。 ただし、コイン形式のセルを使用する場合、研究室規模の研究では、各バッチに十分なサンプル セット数 (たとえば、バッチあたり 3 ~ 10 個のセル) を用意することをお勧めします。

近年、単層および小型多層(通常は 3 Ah 未満)パウチ形式セルが、コイン形式セルよりも市販のセルに近いと考えられ、高度な LB 研究に導入されました 21,29,30。 ただし、ラボスケールの小さなパウチ形式のセルのほとんどは手動で準備されるため、コイン形式のセルと同様に、品質とデータの再現性は操作中のあらゆるエラーによって大きく影響されます。 一般的なパウチセルの製造プロセスには、電極の切断/トリミング、電極の積層、タブ溶接、パウチの封止、電解液の注入、形成、最終的な脱気と再封止が含まれます。 このパウチセルの製造プロセスには、コインセルの製造よりも多くの作業ステップが含まれるため、システムエラーや人的エラーが多く発生します。

製造プロセスに関係なく、パウチ形式のセルは、最終的なセルの性能に関連する同様の重要な要素を共有します。 たとえば、単層セルであっても多層セルであっても、電極の位置合わせは依然として非常に重要です。 ほとんどの実験室規模の設定では、アノードの各端がカソードよりも約 1 ~ 2 mm 大きいため、位置ずれの許容範囲は非常に小さくなります。 電極の最初の配置に加えて、セパレータの巻き取り、タブ溶接、およびパウチの封止プロセスに続く電極の位置合わせの調整にも注意を払う必要があります。 積層プロセスでは、電極の巻き取りプロセス中に静電気により電極がずれやすくなります。 タブ溶接工程では、溶接ヘッドの圧力によるタブ部分の歪みにより位置ずれが発生します。 同様の圧力による位置ずれは、パウチのシールでも、特にタブの付いた端で発生します。 ほとんどの場合、ある程度の圧力を加えてゼリーロール (電極/セパレータースタック) とセルを幾何学的に閉じ込めることができるカスタマイズされたホルダーまたはジグが、位置合わせに非常に役立ちます。

さらに、特に厚くコーティングされた電極を使用する電池の場合、電解液が完全に拡散するように電解液の湿潤時間を制御する必要があります。 電池の工業生産では、電解液の注入とその後の湿潤は、処理と装置の両方における適切なエンジニアリング設計によって慎重に制御されます。 全体的な設計では、電解質の粘度、体積拡散速度、蒸気圧、蒸発速度など、多くの重要な要素が考慮されます。 ほとんどの研究室の条件では、真空条件で十分に長い浸漬時間を提供することが、より現実的な解決策となる可能性があります。 真空状態が電解液の湿潤速度の向上に役立つことを示唆する公開データや結果によって裏付けられた証拠はありませんが、真空密封パウチは湿潤プロセス中の電解液の蒸発や外部の水分/不純物を防ぐことができます。

電解質の量の制御は、電池全体のパフォーマンスのもう 1 つの要素です。 パウチ形式のセルは、コイン形式のセルよりも「デッド」スペースが少なくなります。 ただし、パウチ形式のセルの「デッド」スペースまたは空きスペースがどれだけあるかは、セルの設計に大きく依存します。 一般に、単層パウチセルは常に多層設計(例:5 層以上)よりも多くの空きスペースを持っていますが、小型セル(例:0.5 Ah)は大型セル(例:30 Ah)よりも多くの空きスペースを持っています。 研究目的でパウチ形式のセルで再現性のある結果を得るには、電解質の量を正確に制御および測定する必要があります。 電解液は形成中に消費され、パウチの再密封によって部分的に除去されるため、正確な電解液量を取得するには、形成/再密封プロセスの前後で複数回に分けて測定する必要があります。

上のセクションで一般的に説明した乾燥係数は、パウチ形式のセルについては再度強調する必要があります。 電極とセパレーターの表面積がコイン電池よりもはるかに大きいこと、および製造時間がコイン電池よりもはるかに長いことを考慮すると、パウチ電池コンポーネントは、動作条件によっては製造中により多くの水分や不純物を吸収する可能性があります。 したがって、湿気による影響を軽減するために、乾燥前のコンポーネントをすぐに使用し、操作時間を短縮することを強くお勧めします。

コイン形式のセルとは異なり、パウチセルの内部コンポーネントにかかる圧力は、パウチ内の真空と外部の積層圧力によって発生します。 以前のいくつかのレポートでは、外部スタッキング圧力がセルのインピーダンスと電流分布に影響を及ぼし、その結果、LIB のサイクル性能に影響を与えることが示唆されています。 リチウム金属電池の場合、Li 堆積条件の圧力に敏感な性質のため、外部積層圧力の影響はさらに大きくなります 31,32。 したがって、通常、セル固定具によって提供されるステーキング圧力は、セルの性能とデータ再現性にとってもう 1 つの重要な要素です。 ユニバーサルデザインの市販製品がないため、ほとんどのセル固定具は圧力制御のためにさまざまなデザインでカスタマイズされています。 図 3 に示すように、一般的なセル固定具は、セルを間に挟んだ 2 枚のプレート設計を使用するか、より優れた圧力分散と制御のために 1 枚の「フローティング」ボードを備えた 3 枚のプレート設計を使用します。 どちらのデザインも、コーナーにあるボルトを使用してプレートの位置を固定します。 場合によっては、圧力は上部プレートに負荷される特定の質量によって制御されます。 一方、これらのセル固定具の大部分はボルト上のスプリングの圧縮に依存しており、これはフックの法則によって推定できます29。 バネ荷重を備えたこれらの電池固定具は、小型のパウチ電池 (つまり、< 5 Ah) で適切に機能します。 ただし、これらの治具を作成および使用する際には、プレートのテクスチャとスプリング圧縮のキャリブレーションという 2 つのパラメータに注意する必要があります。 当社の経験に基づくと、アルミニウム合金やステンレス鋼のテクスチャーなどの金属は、より優れた圧力分散を実現できます。 対照的に、プラスチックやグラスファイバーのテクスチャは柔軟性が高く、角に強い圧力をかけると曲がります。 プレートの質感に加えて、スプリングも慎重に選択し、調整する必要があります。 必要に応じて、ばねの圧縮制御に加えて、より良い圧力分布を実現するために、さまざまな場所での多点圧力校正 (図 4 を参照) を推奨します。 実際、実際のケースでは、プレートのギャップを測定することによるスプリングの圧縮、またはスプリングの長さの測定から直接スプリングを圧縮しても、測定誤差、スプリングの品質、プレートの質感、およびボルトとプレートの穴の間の摩擦により、正確な圧力を決定することはできません。 。 したがって、平型圧力センサーによる多点圧力チェックは、スプリングの種類やロードセルに関係なく、外部圧力供給による圧力制御の精度をさらに高めるのに役立ちます。

バッテリーセルがプレート間の中央に配置されたツープレート設計。 b バッテリーセルが 2 つの底板の間の中央に配置された 3 プレート設計。

セル固定具とセルの側断面図。推奨される校正位置が赤い丸で示されています。 b セル固定具とセルの底面図 (明確に見えるように底板は示されていません)。推奨される校正位置は赤丸で示されています。

LB セルをテストする場合、安定したテスト環境を提供するには、正確な温度制御を備えた専用のサーマル チャンバーが必要です。 初期の研究では、多くの研究者が最初のスクリーニングや研究作業に「室温」を使用します。 バッテリーのサイクルが長期にわたるテストであることを考慮すると、環境温度の変動は、特に環境との熱交換が速いコイン形式のセルを使用する温度に敏感なシステムの場合、セル全体のパフォーマンスに影響を与える可能性があります。 パウチ形式のセルの場合、セル固定具を使用すると熱交換が遅くなります。 したがって、セル温度を安定させるには、サーマルチャンバー内で一定の休止時間が必要です。

研究コミュニティは、価値があり再現可能な電池研究にとって、信頼性の高いセル製造の重要な意味を認識しています。 電池研究分野全体の優れた基盤として、セルの製造は研究者からもっと注目されるべきです。 この記事で説明したように、セル製造の再現性に大きな影響を与える要因は数多くあります。 電極コーティングの厚さの制御、コンポーネントの乾燥、電極の位置合わせなどの一部は、製造の定義におけるエンジニアリング制御戦略に該当します。 すべてのパラメータ決定の背後には科学的および工学的な意味があります。 ただし、これらの研究は時間がかかり、経験や施設に依存し、学術研究や研究の関心と必ずしも一致するとは限りません。 したがって、電池研究分野における材料や電気化学の研究に関する多数の出版物と比較すると、電池の品質と性能に影響を与える重要なパラメータに関する体系的な研究はまだ稀です。

一方で、私たちはより多くの研究チームがこの分野の調査と研究に従事し、電池研究コミュニティ全体に利益をもたらす確実な証拠と分析を提供できることを望んでいます。 一方では、この記事が研究者のこれらの要因への注目を呼び起こし、それらの要因に関連する物理的および化学的パラメーターをさらに理解して、再現性と信頼性の高い結果を達成するための適切なプロセス、方法、または解決策を見つけることを願っています。労働条件と施設の能力に基づいて決定されます。 これらの要因の一部は、測定および監視できる特定の物理パラメータに関連付けることができます。 たとえば、電極制御の均一性は、スラリーの粘度や粒度分布に関連付けることができ、これらはそれぞれ粘度計/レオメーター、粒子分析器で測定できます。 電解質の調製では、カールフィッシャー滴定または NMR によって水分含有量を常に追跡する必要があります。 これらの物理パラメータについて、研究者は適切な実験室規模の特性評価装置やツールを選択できます。 ここでは、研究者がそれらの特性データを出版物に追加することを提案します。これにより、材料特性とプロセスの詳細をより深く理解できるだけでなく、さらなる研究の参考にもなります。

さらに、研究者が新しい材料やコンポーネントを研究する場合、さまざまな用途を対象とした適切なセル形式とセル設計の選択も考慮する必要があります。 特定のプロセスやコンポーネントによって引き起こされる可能性のあるエラーを排除することも、再現性と信頼性を向上させる効果的な方法です。 たとえば、一部の研究では、電極面積が非常に小さい単層パウチ形式セルは、製造プロセスがより複雑で圧力制御が難しいため、エラー分析を行うコイン形式セルのグループよりも優れたデータ一貫性を示さない可能性があります。

電池研究におけるセル製造の再現性をさらに向上させるために、研究グループや研究機関は、セル製造プロセスに自動または半自動装置をさらに導入して、手動操作プロセスによるシステムエラーを大幅に排除するよう努めるべきである。 一方で、機器メーカーにとって、技術要件と予算制限の両方を満たす適切なラボスケールの機器を製造することは疑問であり、課題となる可能性があります。 さらに、いくつかの研究では、商用ソースからの電極、または任意の有能な設備(例えば、大量の電極コーティング、パイロットレベルの装置および施設)を使用すると、電解液、セパレーター、または特殊な表面コーティングのスクリーニングおよびスクリーニングにおけるより良い一貫性を達成しながら、多くの労力を軽減するのに役立ちます。電極を自社で手作業で作成した場合と比較して評価します。

この観点からの記事では、LB 細胞の調製と評価におけるいくつかの重要な要素について説明しました。 この記事が、これらの要因やパラメータが最終結果の再現性と信頼性に及ぼす影響について電池研究コミュニティの注目を集めるだけでなく、疑問に対処するための初期の解決策や考えを提供するのにも役立つことを願っています。 広範な研究努力とは別に、将来のバッテリー研究開発のための動作標準と比較ベースラインを提供するために、包括的なセルの準備と評価のプロトコルについてさらに議論が行われることを期待しています。 これらすべての取り組みは、LB テクノロジーの基礎研究と実用化の間のギャップを埋めるのに役立ちます。

Goodenough、JB & Kim、Y. 充電式リチウム電池の課題。 化学。 メーター。 22、587–603 (2010)。

記事 CAS Google Scholar

電気自動車用バッテリー技術の進歩。 (エルゼビア、2015)。 https://doi.org/10.1016/C2014-0-02665-2。

Andre, D.、Hain, H.、Lamp, P.、Maglia, F.、Stiaszny, B. 自動車用途の観点から見た将来の高エネルギー密度アノード材料。 J. メーター。 化学。 A 5、17174–17198 (2017)。

記事 CAS Google Scholar

Chen, S.、Dai, F.、Cai, M. 電気自動車用途向けの高エネルギーリチウム金属電池の機会と課題。 ACSエネルギーレター 5、3140–3151 (2020)。

記事 CAS Google Scholar

Schmuch, R.、Wagner, R.、Hörpel, G.、Placke, T. & Winter, M. リチウムベースの自動車用充電式バッテリーの材料の性能とコスト。 ナット。 エネルギー 3、267–278 (2018)。

記事 CAS Google Scholar

Lensch-Franzen, C.、Gohl, M.、Schmalz, M.、Doguer, T. セルからバッテリー システムまで - さまざまなセル フォーマットとそのシステム統合。 MTZワールド。 81、68–73 (2020)。

記事 Google Scholar

ウィッティンガム、MS リチウム電池と正極材料。 化学。 Rev. 104、4271–4301 (2004)。

記事 CAS Google Scholar

Xu, K. リチウムベースの充電式電池用の非水電解質。 化学。 Rev. 104、4303–4417 (2004)。

記事 CAS Google Scholar

Arora, P. & Zhang, Z. バッテリーセパレーター。 化学。 Rev. 104、4419–4462 (2004)。

記事 CAS Google Scholar

Yang, Y.、Zheng, G.、Cui, Y. ナノ構造硫黄陰極。 化学。 社会改訂 42、3018–3032 (2013)。

記事 CAS Google Scholar

Xiang、Y.ら。 リチウムイオン電池およびリチウム硫黄電池用の高度なセパレーター: 最近の進歩のレビュー。 ChemSusChem 9、3023–3039 (2016)。

記事 CAS Google Scholar

Etacheri, V.、Marom, R.、Elazari, R.、Salitra, G. & Aurbach, D. 先進的なリチウムイオン電池の開発における課題: レビュー。 エネルギー環境。 科学。 4、3243–3262 (2011)。

記事 CAS Google Scholar

Lee, H.、Yanilmaz, M.、Toprakci, O.、Fu, K.、Zhang, X. 充電式リチウムイオン電池用の膜セパレーターの最近の開発のレビュー。 エネルギー環境。 科学。 7、3857–3886 (2014)。

記事 CAS Google Scholar

Murray, V.、Hall, DS & Dahn, JR 学術研究者向けの完全なコイン電池製造ガイド。 J.Electrochem. 社会 166、A329–A333 (2019)。

記事 CAS Google Scholar

Hu、J.ら。 グラファイトベースのリチウムイオンフルコインセルで再現性の高い結果を達成します。 ジュール 5、1011–1015 (2021)。

記事 Google Scholar

Ruiz, V. 電気自動車バッテリーの性能と耐久性評価の基準 - エコデザイン規制の可能な性能基準。 (2018年)。 https://doi.org/10.2760/24743。

Zheng、G.ら。 中空カーボンナノファイバーの両親媒性表面修飾により、リチウム硫黄電池のサイクル寿命が向上します。 ナノレット。 13、1265–1270 (2013)。

記事 CAS Google Scholar

Marks, T.、Trussler, S.、Smith, AJ、Xiong, D. & Dahn, JR 学術研究者向けのリチウムイオンコイン電池電極作成ガイド。 J.Electrochem. 社会 158、A51 (2011)。

記事 CAS Google Scholar

チェン、S.ら。 充電式リチウム金属電池のコインセルおよびパウチセルを評価するための重要なパラメータ。 ジュール 3、1094–1105 (2019)。

記事 CAS Google Scholar

ロング、BRら。 高エネルギー、高電圧リチウムイオン電池の実現: コイン型電池アセンブリ、電気化学試験、フルセルの評価の標準化。 J.Electrochem. 社会 163、A2999–A3009 (2016)。

記事 CAS Google Scholar

ミュラー、V. et al. さまざまなリチウムイオン電池セル形式における Si/C 複合材料 |NMC811 の経年劣化および膨張挙動に対する機械的圧縮の影響。 J.Electrochem. 社会 166、A3796–A3805 (2019)。

記事 Google Scholar

キム、H.ら。 リチウムイオン電池の厚いカソードの故障モード: 電極の厚さ方向に沿った充電状態の変化。 エレクトロキム。 アクタ。 370、137743 (2021)。

記事 CAS Google Scholar

Zheng, H.、Li, J.、Song, X.、Liu, G. & Battaglia, VS リチウムイオン電池正極の電気化学的性能に対する電極の厚さの影響についての包括的な理解。 エレクトロキム。 アクタ。 71、258–265 (2012)。

記事 CAS Google Scholar

Yang, D.、Li, X.、Wu, N.、Tian, W. LiNi 1/3 Co 1/3 Mn 1/3 O 2 /グラファイト電池の電気化学的性能に対する水分含有量の影響。 エレクトロキム。 Acta 188、611–618 (2016)。

記事 CAS Google Scholar

アンダーソン、AM et al. 高出力リチウムイオン電池の電極の表面特性評価。 J.Electrochem. 社会 149、A1358 (2002)。

記事 CAS Google Scholar

Meyer, AS & Boyd, CM 電量分析により生成されたカールフィッシャー試薬を用いた滴定による水の定量。 アナル。 化学。 31、215–219 (1959)。

記事 CAS Google Scholar

シュヴァイガー、H.-G. 他。 バッテリー電解液のリチウム塩中の微量水分の NMR 測定。 J.Electrochem. 社会 152、A622 (2005)。

記事 CAS Google Scholar

ソン、B. et al. リチウムイオン電池の電気化学的性能に対するカソード/アノード面積比の影響。 J. パワーソース 243、641–647 (2013)。

記事 CAS Google Scholar

Mussa, AS、Klett, M.、Lindbergh, G. & Lindstrom, RW 単層リチウムイオンパウチセルの性能と経年劣化に対する外圧の影響。 J. パワーソース 385、18–26 (2018)。

記事 CAS Google Scholar

Salihoglu, O. & Demir-Cakan, R. 3Ah Li-S パウチ電池の適切な機能に影響を与える要因。 J.Electrochem. 社会 164、A2948–A2955 (2017)。

記事 CAS Google Scholar

リー、S.ら。 液体電解質における高性能リチウム金属アノードの開発: 課題と進歩。 上級メーター。 30、1706375 (2018)。

記事 Google Scholar

ファング、C.ら。 リチウム金属電池における圧力に応じたリチウムの析出と溶解。 ナット。 エネルギー 6、987–994 (2021)。

記事 CAS Google Scholar

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ファン・ダイ&メイ・カイ

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MCがアイデアを提案しました。 FD と MC が議論し、原稿の概要を説明しました。 FDは文献調査を行い、初稿を執筆しました。 MCは草案を修正した。 両著者は原稿の最終版に承認を与えました。

メイカイさんへの対応。

著者らは競合する利害関係を宣言していません。

Communications Materials は、この研究の査読に貢献してくれた匿名の査読者に感謝します。 主な編集者: Jie Xiao と John Plummer。 査読者レポートが利用可能です。

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転載と許可

Dai、F.、Cai、M. リチウム電池セルの準備と評価のベスト プラクティス。 コミューター 3、64 (2022)。 https://doi.org/10.1038/s43246-022-00286-8

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受信日: 2022 年 1 月 7 日

受理日: 2022 年 8 月 30 日

公開日: 2022 年 9 月 9 日

DOI: https://doi.org/10.1038/s43246-022-00286-8

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