CN103081215B - 固体电池及其再生方法 - Google Patents

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Abstract

本发明的主要目的是提供能够降低过电压的固体电池及其再生方法。本发明的固体电池具备负极、固体电解质层、正极、加热装置和连结装置,上述负极能够吸留和释放碱金属离子或碱土金属离子,上述固体电解质层以接触该负极的方式配设并含有具有离子传导性的固体电解质,上述正极能够释放和吸留在正极与负极之间移动的碱金属离子或碱土金属离子,上述加热装置将负极加热到负极软化的温度,上述连结装置能够赋予使固体电解质层和负极密合的力;本发明的固体电池的再生方法具有以下工序:加热到上述负极软化的温度,将软化的负极向跟与固体电解质层接触的面交叉的方向压缩。

Description

固体电池及其再生方法
技术领域
本发明涉及具有固体电解质层的固体电池及其再生方法。
背景技术
锂离子二次电池具有与其他二次电池相比能量密度高、能够进行高电压下的工作的特征。因此,作为容易实现小型轻量化的二次电池用于手机等信息设备,近年来,作为用于电动汽车、混合动力汽车等用于大型动力的需要也提高。
锂离子二次电池具备正极层和负极层(一对电极层)、和配置在它们之间的电解质,电解质由例如非水系的液体或固体构成。电解质使用液体(以下称为“电解液)的情况下,电解液容易向正极层、负极层的内部浸透。因此,容易形成正极层、负极层所含有的活性物质与电解液的界面,容易提高性能。然而,由于广泛使用的电解液是可燃性的,需要搭载用于确保安全性的系统。另一方面,由于固体的电解质(以下称为“固体电解质”)为不燃性的,所以能够简化上述系统。因此,提出了具备含有不燃性的固体电解质的层的形态的锂离子二次电池(以下称为“固体电池”)。
作为有关这种固体电池的技术,例如在专利文献1中公开了具备含有在充电下可工作的碱金属离子源的正电极、碱金属负电极、聚合物电解质的电池。另外,专利文献2公开了包含电池单元和控制装置的固体电解质二次电池,上述电池单元包含:含有能够吸留和释放锂的正极活性物质的正极、含有合金系负极活性物质的负极以及含有聚合物的固体电解质或使该固体电解质浸渗而得到的隔膜;上述控制装置以放电时的电池单元达到聚合物的可变形温度以上的方式进行控制。
专利文献1:日本特表2002-504741号公报
专利文献2:日本特开2010-49968号公报
发明内容
在固体电池的负极中使用含有例如锂等碱金属、或钙等碱土金属的金属的情况下,充电反应时在负极生成树枝状结晶。如果重复进行在负极生成树枝状结晶的固体电池的充放电,则树枝状结晶容易生长,在与电解质层接触的负极的表面容易形成凹凸。如果这样在负极的表面形成凹凸,则负极与电解质层的界面的锂离子传导电阻(以下称为“界面电阻”)增大,过电压增大,因此电池的性能容易下降。在专利文献1、专利文献2中公开的技术中,在负极使用了可能生成树枝状结晶的金属。因此,存在负极变形而性能容易下降的问题。另外,认为在专利文献2中公开的技术中,通过使聚合物加热变形而使聚合物恢复到原来的形状,因此,能够抑制负极与固体电解质的界面电阻的增加。但是,在专利文献2中公开的技术中,并没有实施用于将变形的负极恢复到原来的形状的措施。因此,在专利文献2中公开的技术中,抑制负极与固体电解质的界面电阻的增加而降低过电压的效果容易变得不充分。
因此,本发明的课题是提供能够降低过电压的固体电池及其再生方法。
为了解决上述课题,本发明采用以下手段。即,
本发明的第1方式是一种固体电池的再生方法,是使如下的固体电池再生的方法,上述固体电池具备负极、固体电解质层以及正极,上述负极能够吸留和释放碱金属离子或碱土金属离子,上述固体电解质层以接触该负极的方式配设并含有具有离子传导性的固体电解质,上述正极能够释放和吸留在正极与负极之间移动的碱金属离子或碱土金属离子;上述固体电池的再生方法的特征在于,具有以下工序:加热到负极软化的温度,将软化的负极向跟与固体电解质层接触的面交叉的方向压缩。
在本发明中,“碱金属离子”是指锂离子、钠离子、钾离子等由碱金属元素生成的离子。另外,在本发明中,“碱土金属离子”是指钙离子、镁离子等由碱土金属元素生成的离子。另外,在本发明中,“具有离子传导性”是指具有使在负极与正极之间移动的离子(碱金属离子或碱土金属离子)传导的性质。另外,在本发明中,“负极软化的温度”是指负极的至少一部分在维持固体状态的情况下软化的温度。更具体而言,是指负极开始软化的温度以上并且小于负极完全变成液体的温度的温度。
另外,在本发明的第1方式中,优选负极能够吸留释放锂离子,加热温度为160℃以上且小于185℃。
本发明的第2方式是一种固体电池,其特征在于,具备负极、固体电解质层、正极、加热装置和连结装置,上述负极能够吸留和释放碱金属离子或碱土金属离子,上述固体电解质层以接触该负极的方式配设并含有具有离子传导性的固体电解质,上述正极能够释放和吸留在正极与负极之间移动的碱金属离子或碱土金属离子,上述加热装置将负极加热到负极软化的温度,上述连结装置能够赋予使固体电解质层和负极密合的力。
另外,在本发明的第2方式中,优选负极能够吸留释放锂离子,加热温度为160℃以上且小于185℃。
具有能够吸留释放碱金属离子或碱土金属离子的负极的固体电池在充电时在负极生成树枝状结晶,如果重复充放电,则树枝状结晶生长。树枝状结晶生长的负极变形,具有变形的负极的固体电池的界面电阻增大,过电压增大。因此,本发明的第1方式具有为了使能够吸留释放碱金属离子或碱土金属离子的负极软化而进行加热,使软化的负极向与固体电解质层接触的方向压缩的工序。因此,能够使得树枝状结晶生长等而变形的负极软化,从而使负极与固体电解质层密合,由此,能够使与固体电解质层接触的负极的表面平滑化。通过使与固体电解质层接触的负极的表面平滑化,能够使负极与固体电解质层的接触面积增大,其结果,能够降低界面电阻而降低过电压。因此,根据本发明,可提供能够降低过电压的固体电池的再生方法。
另外,在本发明的第1方式中,通过负极能够吸留释放锂离子、加热温度为160℃以上且小于185℃,从而可提供能量密度高且能够降低固体电池的过电压的固体电池的再生方法。
本发明的第2方式的固体电池具有:向能够吸留释放碱金属离子或碱土金属离子的负极软化的温度加热的加热装置,以及赋予使固体电解质层与负极密合的力的连结装置。因此,能够使树枝状结晶生长等而变形的负极软化,从而使负极与固体电解质层密合,由此,能够使与固体电解质层接触的负极的表面平滑化。通过使与固体电解质层接触的负极的表面平滑化,能够增大负极与固体电解质层的接触面积,其结果,能够降低界面电阻而降低过电压。因此,根据本发明,可提供能够降低过电压的固体电池。
另外,在本发明的第2方式中,通过负极能够吸留释放锂离子、加热温度为160℃以上且小于185℃,从而可提供能量密度高且能够容易地降低过电压的固体电池。
附图说明
图1是说明本发明的固体电池的再生方法的图。
图2是固体电池的充电曲线。
图3是应用本发明的固体电池的再生方法之前和应用之后的固体电池的充电曲线。
符号说明
1、1a、1b…负极
2…正极
3…固体电解质层
4、4b…负极集电体
5…正极集电体
6…加热装置
7…连结装置
10、10a、10b…固体电池
具体实施方式
以下,参照附图,对本发明进行说明。应予说明,以下所示的方式为本发明的例示,本发明不限于以下所示的方式。
图1是说明本发明的固体电池的再生方法(以下称为“本发明的方法”)的图。图1表示实施本发明的方法之前的固体电池10(固体电池10a)、以及实施了本发明的方法之后的固体电池10(固体电池10b)。参照了图1的以下的说明中,将本发明的固体电池称为“固体电池10”。另外,在以下的说明中,没有特别说明的情况下,对于实施本发明的方法之前的固体电池10(充电反应后的固体电池10),有时例如“固体电池10a”这样带有标记a,没有特别说明的情况下,对于实施了本发明的方法之后的固体电池10,有时例如“固体电池10b”这样带有标记b。
如图1所示,固体电池10具有:负极1和正极2、由负极1和正极2所挟持的固体电解质层3、与负极1连接的负极集电体4、与正极2连接的正极集电体5、埋入负极集电体4的加热装置6、以及能够向使负极1与固体电解质层3密合的方向(将固体电池10从图1的上端侧和下端侧压缩的方向)赋予力的连结装置7。固体电池10以图1所示的构成要素收容于未图示的外包装材料的状态使用。负极1中含有能够吸留和释放锂离子的负极活性物质,正极2中含有能够吸留和释放锂离子的正极活性物质。连结装置7与负极集电体4和正极集电体5接触。使用固体电池10时(充放电时),锂离子介由固体电解质层3在负极1与正极2之间移动。
固体电池10的充电时,锂在负极1不均匀地析出,生成树枝状结晶。如果继续使用在负极1生成有树枝状结晶的固体电池10(充电或充放电),则负极1的树枝状结晶生长,成为负极1a。如图1所示,就具有负极1a的固体电池10a而言,与固体电解质层3对置的负极1a的表面的一部分与固体电解质层3接触。因此,相比于与固体电解质层3对置的负极1的表面整体与固体电解质层3接触的情况,固体电池10a在负极1a与固体电解质层3的界面的锂离子传导电阻(界面电阻)容易增大,过电压也容易增大。增大界面电阻而过电压增大的固体电池10a性能容易下降,因此为了提高固体电池10a的性能,有效的是降低界面电阻。
图2是锂离子在负极与正极之间移动的固体电池的充电曲线。图2的纵轴为固体电池的过电压[V],图2的横轴为容量[mAh]。如图2所示,如果持续充电反应,则过电压缓慢增大,在图2所示的结果中,过电压在-0.15V附近,随着容量增大的过电压的变化减少(以下,将随着容量增大的过电压的变化减少的区域(图2的过电压为-0.15V附近的区域)称为“平稳区域”)。认为在该平稳区域中,锂离子吸留于负极活性物质,在负极生成树枝状结晶。如图2所示,在平稳区域中,过电压从-0.1497V向-0.1510V变化,过电压增加0.0013V。认为该0.013V的过电压增加的一个原因是随着在负极生成的树枝状结晶的生长,界面电阻增大。
像这样,树枝状结晶在负极1生长而在与固体电解质层3对置的负极1的表面形成凹凸时,负极1与固体电解质层3的界面的锂离子传导电阻(界面电阻)增大,过电压增大。因此,为了降低界面电阻而降低过电压,实施本发明的方法。图1所示的本发明的方法是通过使用加热装置6而加热负极集电体4,从而加热与该负极集电体4接触的负极1a,使负极1a软化。例如,锂的软化开始温度为160℃,锂的熔点为180.54℃,固体的锂完全成为液体的温度为例如185℃。因此,负极1a为锂箔的情况下,通过使用加热装置6加热负极1a,使得负极1a为160℃以上且小于185℃的温度,更具体而言,例如使得负极1a为160℃,从而使负极1a软化即可。
在本发明的方法中,进一步使用连结装置7对软化的负极1a赋予使负极1a与固体电解质层3密合的方向的力(跟与固体电解质层3接触的负极1a的面交叉的方向的力),从而压缩负极1a。通过压缩软化的负极1a,能够使负极1a与固体电解质层3密合,其结果,能够再生为具有与固体电解质层3对置的面平滑化的负极1b的固体电池10b。如图1所示,实施了本发明的方法的固体电池10b中,与固体电解质层3对置的负极1b的表面整体与固体电解质层3接触。因此,与固体电池10a相比,能够降低负极1b与固体电解质层3的界面的锂离子传导电阻(界面电阻),能够降低过电压。另外,通过使与固体电解质层3对置的负极1的表面平滑化,还可以避免由于树枝状结晶生长等而在与固体电解质层3对置的表面具有大凹凸的负极1a,导致固体电解质层3被破坏的情况。此外,通过使用连结装置7对负极1a赋予上述方向的力,能够提高负极1a与负极集电体4的密合性。因此,与固体电池10a相比,还能够降低负极1b与负极集电体4b的界面的电子传导电阻,其结果,能够降低过电压。因此,根据本发明,可提供能够降低过电压的固体电池的再生方法。此外,通过形成具备加热装置6和连结装置7的方式,根据本发明,可提供能够降低过电压的固体电池10。
以下,对本发明的具体的构成继续进行说明。
负极1含有能够吸留和释放锂离子的负极活性物质。作为这样的负极活性物质,除了Li、Zn、Al、Ag、或Li与其他金属(例如,Zn、Al、Ag等)的合金之外,还可以适当使用石墨等碳材料等能够用于锂离子二次电池的负极的公知负极活性物质。另外,负极1除了负极活性物质以外,还可以含有固体电解质、导电材料、以及粘结这些的粘结材料。负极1中含有固体电解质的情况下,负极1中可以适当含有能够用于固体电池的公知的固体电解质。作为这样的固体电解质,例如,可以使用通过以质量比计为Li2S:P2S5=50:50~100:0的方式混合Li2S和P2S5而制作的硫化物固体电解质(例如,通过以质量比计为Li2S:P2S5=70:30的方式混合Li2S和P2S5而制作的硫化物固体电解质)等。另外,负极1中含有导电材料的情况下,负极1中可以适当含有能够用于固体电池的公知的导电材料。作为这样的导电材料,例如,可举出以炭黑为代表的碳材料等。另外,负极1中含有粘结材料的情况下,负极1中可以适当含有能够用于固体电池的公知的粘结材料。作为这样的粘结材料,例如,可举出氟系橡胶等合成橡胶、聚偏氟乙烯等高分子材料等。
正极2含有能够吸留和释放锂离子的正极活性物质。作为正极2所含有的正极活性物质,可以适当使用能够用于固体电池的公知正极活性物质。作为这样的正极活性物质,例如,可举出钴酸锂等。另外,正极活性物质以外,正极2除了还可以含有固体电解质、导电材料、以及粘结这些的粘结材料。正极2中含有固体电解质、导电材料、以及粘结材料的情况下,可以使用与能够在负极1中含有的上述固体电解质、导电材料、以及粘结材料相同的固体电解质、导电材料、以及粘结材料。
固体电解质层3含有具有锂离子传导性且不具有电子传导性的固体电解质。固体电解质层3可以适当使用能够用于固体电池的公知固体电解质。作为用于固体电解质层3的固体电解质,例如,可举出通过以质量比计为Li2S:P2S5=50:50~100:0的方式混合Li2S和P2S5而制作的硫化物固体电解质(例如,通过以质量比计为Li2S:P2S5=70:30的方式混合Li2S和P2S5而制作的硫化物固体电解质)等。
负极集电体4可以适当使用能够用于固体电池的负极集电体的公知材料。作为负极集电体4,例如,可以使用铜箔、镍箔等。
正极集电体5可以适当使用能够用于固体电池的正极集电体的公知材料。作为正极集电体5,例如,可使用铝箔、镍箔等。
加热装置6只要是能够将负极1a至少加热至负极1a开始软化的温度、并且能够耐受固体电池10的使用时的环境,其形态没有特别限定,可以适当使用公知的加热装置。作为加热装置6,例如,可以使用通过流过电流而发热的公知的发热体等。另外,在本发明中,使用加热装置6来加热负极1a的时间(加热时间)可以是从使用连结装置7开始赋予力至力的赋予结束为止的期间中,用于维持使负极1a软化的状态所需要的时间。加热时间例如可以为0.1秒~180秒。另外,加热装置6为通过流过电流而发热的公知的发热体的情况下,为了使加热装置6发热而流过的电流可以为例如30A~500A。
连结装置7只要是能够对负极1a赋予能够使与固体电解质层3对置的负极1的表面平滑化的压缩力、并且能够耐受固体电池10的使用时的环境,其形态没有特别限定。作为连结装置7,可以适当使用以降低固体电解质层与负极的界面的界面电阻等目的而能够对收容于外包装材料的各构成要素赋予压缩力(连结力)的公知连结装置。对负极1a赋予的力(压力)的大小只要是能够使与固体电解质层3对置的负极1的表面平滑化,就没有特别限定,例如,可以为0.0001MPa~100MPa。另外,对负极1a赋予力的时间可根据对负极1a赋予的力的大小等而适当变更。对负极1a赋予力的时间只要是能够使与固体电解质层3对置的负极1的表面平滑化,就没有特比限定,例如,可以为0.1秒~300秒。
在本发明中,对负极1a赋予的压缩力只要是能够发挥使与固体电解质层3对置的负极1a的表面平滑化的功能即可,无需仅为了使与固体电解质层3对置的负极1a的表面平滑化而赋予。连结装置7具有例如无论与固体电解质层3对置的负极1的表面的凹凸的大小如何均持续赋予使负极1、固体电解质层3和正极2密合的方向的力的功能即可。此时,本发明还可以采用将使用加热装置6加热的负极1a利用加热负极1a之前就赋予的力来进行压缩从而使与固体电解质层3对置的负极1的表面平滑化的方式。可以认为,即便使用连结装置7而赋予使固体电解质层3与负极1密合的方向的力的同时使固体电池10工作,界面电阻也增大而过电压增大的情况下,使用连结装置7而赋予的力小于用于使负极1的表面平滑化所必要的力。因此,这种情况下,使用未图示的控制装置而控制连结装置7的工作,以使得使用连结装置7而赋予的力增大,并且对加热的负极1a赋予力,从而再生为与固体电解质层3b对置的表面平滑化的负极1b(具备负极1b的固体电池10b)即可。
在有关本发明的上述说明中,对使加热温度为160℃来压缩软化的负极1a,从而使与固体电解质层3对置的负极1的表面平滑化,由此降低固体电池10的过电压的方式进行了说明,但本发明不限于该方式。在本发明中,还可以采用经过加热负极1a的过程以使得达到负极1a的一部分熔融的温度,从而降低过电压的方式。在固体电池10a中,负极1a、夹持负极1a的固体电解质层3以及负极集电体4收容于未图示的外包装材料,应配设负极1a的外包装材料内的部分根据固体电解质层3、负极集电体4、以及外包装材料来确定。因此,即便使负极1a的一部分熔融,通过使用连结装置7而赋予力,并且在加热结束后降低温度而使负极1凝固,从而也可以使凝固的负极1b与固体电解质层3和负极集电体4接触,能够使固体电池10b工作。因此,本发明还可以采用经过加热负极1a的过程以使得达到负极1a的一部分熔融的温度,从而降低过电压的方式。另外,本发明采用通过对软化的负极赋予力,从而使与固体电解质层对置的负极的表面平滑化的方式的情况下,加热负极而软化的温度可以根据含有的负极活性物质的组成而适当变更。但是,使用能够吸留释放锂离子的负极的情况下,从成为能够容易地降低过电压的方式等观点考虑,优选采用以负极为160℃以上且小于185℃的方式加热而进行软化的方式。
另外,在有关本发明的上述说明中,对锂离子介由固体电解质层3在负极1与正极2之间移动的方式的固体电池10进行了说明,但本发明不限于该方式。适用本发明的方法的固体电池、以及本发明的固体电池(以下将这些统一简称为“本发明的固体电池”)还可以采用锂离子以外的碱金属离子(例如,钠离子、钾离子等。以下相同)介由固体电解质层在负极与正极之间移动的方式。此外,本发明的固体电池还可以采用碱土金属离子(例如,钙离子、镁离子等。以下相同)介由固体电解质层在负极与正极之间移动的方式。但是,从成为可提供能量密度高的固体电池的方式等观点考虑,优选采用锂离子介由固体电解质层在负极与正极之间移动的方式。
采用锂离子以外的碱金属离子在负极与正极之间移动的方式的情况下,本发明的固体电池的负极可以使用生成该碱金属离子的碱金属单质作为负极活性物质。此外,可以使用Zn、Al、Ag等金属、生成碱金属离子的碱金属与其他金属(例如,Zn、Al、Ag等)的合金、石墨等碳材料等作为负极活性物质。另外,采用碱土金属离子在负极与正极之间移动的方式的情况下,本发明的固体电池的负极还可以使用生成该碱土金属离子的碱土金属单质作为负极活性物质。此外,还可以使用Zn、Al、Ag等金属、生成碱土金属离子的碱土金属与其他金属(例如,Zn、Al、Ag等)的合金、石墨等碳材料等作为负极活性物质。
另外,采用锂离子以外的碱金属离子在负极与正极之间移动的方式的情况下,本发明的固体电池的正极可以适当使用生成该碱金属离子的公知的正极活性物质。另外,采用碱土金属离子在负极与正极之间移动的方式的情况下,本发明的固体电池的正极可以适当使用生成该碱土金属离子的公知的正极活性物质。
另外,在有关本发明的上述说明中,例示了加热装置6埋入负极集电体4的方式,但本发明不限于该方式。在本发明中,只要以能够加热负极的方式具备加热装置即可。
另外,在有关本发明的上述说明中,例示了正极2与固体电解质层3直接接触的方式,但本发明的固体电池不限于该方式。本发明的固体电池还可以采用在正极与固体电解质层之间根据需要保持隔膜的状态下填充有电解液的方式。在正极与固体电解质层之间填充电解液的情况下,作为该电解液,例如,可以适当使用水溶液电解质、非水电解液等能够用于固体电池的公知的电解液。作为水溶液电解质的具体例,可以使用溶解有锂盐的碱性的水溶液电解质、溶解有锂盐的中性的水溶液电解质等。在本发明中,水溶液电解质中可以溶解LiOH、CH3COOLi、LiClO4、Li2SO4等锂盐,LiOH的浓度可以大于0mol/L且小于等于5.12mol/L。5.12mol/L为室温中的饱和浓度。但是,如果是小于0.1mol/L的电解质浓度,锂离子传导性的下降显著。因此,为了补偿该LiOH浓度区域的工作,可以另外加入0.1mol/L~12mol/L左右的KOH、NaOH、H2O2、或(K+、Na+、H+、NH4+、Li+)与(SO4 2-、ClO4 -、NO3 -、Cl-、Br-、I-、F-、CH3COO-、PO4 3-)的组合、或海水等。应予说明,即便是超过LiOH在室温中的饱和浓度5.12mol/L而存在LiOH的沉淀物的状态下,本发明的固体电池也能够工作。另外,作为非水电解液的具体例,可以使用含有锂盐和有机溶剂的非水电解液。作为非水电解液所含有的锂盐,除了LiPF6、LiBF4、LiClO4和LiAsF6等无机锂盐以外,还可以例示LiCF3SO3、LiN(CF3SO22、LiN(C2F5SO22、LiC(CF3SO23等有机锂盐等。另外,作为用于非水电解液的有机溶剂,可例示碳酸亚乙酯(EC)、碳酸亚丙酯(PC)、碳酸二甲酯(DMC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸乙基甲基酯(EMC)、碳酸亚丁酯、γ-丁内酯、环丁砜、乙腈、1,2-二甲氧基甲烷、1,3-二甲氧基丙烷、二乙基醚、四氢呋喃、2-甲基四氢呋喃以及它们的混合物等。另外,从成为溶解氧以良好的效率用于反应的方式等观点考虑,有机溶剂优选为氧溶解性高的溶剂。非水电解液中的锂盐的浓度例如可以为0.2mol/L~3mol/L。另外,在本发明中,作为非水电解液,可以使用例如离子性液体等低挥发性液体。另外,将电解液保持于隔膜的情况下,作为隔膜,除了聚乙烯、聚丙烯等的多孔膜以外,还可以使用树脂无纺布、玻璃纤维无纺布等无纺布等。
实施例
将锂箔作为负极1使用的固体电池10充电一定时间后,用本发明的方法使固体电池10再生。作为加热装置6,使用了因流过电流而发热的发热体。使用加热装置6将负极1a加热至160℃,使其软化。然后,使用连结装置7对软化的负极1a赋予0.005MPa的压缩压力30秒,从而将固体电池10a再生为固体电池10b。将固体电池10a和固体电池10b的充电曲线示于图3。图3的纵轴为过电压[V],横轴为容量[mAh]。
如图3所示,利用本发明的方法进行再生之前的固体电池10a的平稳区域中的过电压为-0.1510V,用本发明的方法进行再生之后的固体电池10b的平稳区域中的过电压为-0.1481V。即,利用本发明的方法能够将固体电池10的过电压降低0.0029V。另外,如图3所示,固体电池10a在容量达到0.06mAh之前过电压超过-0.15V,但利用本发明的方法进行了再生的固体电池10b的容量即便超过0.08mAh,过电压也小于-0.15V。由该结果可以认为,通过实施本发明的方法,也对负极与负极集电体的密合性提高产生了影响。综上所述,根据本发明,能够降低过电压。
产业上的利用可能性
本发明的固体电池能够用于电动汽车、混合动力汽车用等。另外,本发明的固体电池的再生方法能够在降低具有这种用途的固体电池的过电压而进行再生之时利用。

Claims (4)

1.一种固体电池的再生方法,是使如下的固体电池再生的方法,所述固体电池具备负极、固体电解质层以及正极,所述负极能够吸留和释放碱金属离子或碱土金属离子,所述固体电解质层以接触该负极的方式配设并含有具有离子传导性的固体电解质,所述正极能够释放和吸留在所述正极与所述负极之间移动的所述碱金属离子或所述碱土金属离子,
所述固体电池的再生方法的特征在于,具有以下工序:加热到所述负极软化的温度,将软化的所述负极向跟与所述固体电解质层接触的面交叉的方向压缩。
2.根据权利要求1所述的固体电池的再生方法,其特征在于,所述负极能够吸留释放锂离子,加热温度为160℃以上且小于185℃。
3.一种固体电池,其特征在于,具备负极、固体电解质层、正极、加热装置和连结装置,所述负极能够吸留和释放碱金属离子或碱土金属离子,所述固体电解质层以接触该负极的方式配设并含有具有离子传导性的固体电解质,所述正极能够释放和吸留在所述正极与所述负极之间移动的所述碱金属离子或所述碱土金属离子,所述加热装置将所述负极加热到所述负极软化的温度,所述连结装置能够赋予使所述固体电解质层和所述负极密合的力。
4.根据权利要求3所述的固体电池,其特征在于,所述负极能够吸留释放锂离子,加热温度为160℃以上且小于185℃。
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Families Citing this family (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPWO2013141241A1 (ja) * 2012-03-23 2015-08-03 公立大学法人大阪府立大学 固体電解質層及び全固体リチウム二次電池
US9722279B2 (en) * 2014-12-24 2017-08-01 Toyota Motor Engineering & Manufacturing North America, Inc. All-solid-state metal-metal battery comprising ion conducting ceramic as electrolyte
US10707526B2 (en) 2015-03-27 2020-07-07 New Dominion Enterprises Inc. All-inorganic solvents for electrolytes
DE102016214398A1 (de) * 2016-08-04 2018-02-08 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Verfahren zur Herstellung einer elektrochemischen Zelle mit Lithiumelektrode und elektrochemische Zelle
KR20180018884A (ko) * 2016-08-09 2018-02-22 인천대학교 산학협력단 수계 리튬이차전지용 표면 처리된 양극 활물질
US10707531B1 (en) 2016-09-27 2020-07-07 New Dominion Enterprises Inc. All-inorganic solvents for electrolytes
US10727454B2 (en) * 2016-11-16 2020-07-28 Pacesetter, Inc. Battery with enhanced resistance to dendrite formation
JP6934727B2 (ja) * 2017-01-31 2021-09-15 日立造船株式会社 全固体電池およびその製造方法
JP7065323B2 (ja) * 2017-02-09 2022-05-12 パナソニックIpマネジメント株式会社 全固体電池およびその製造方法
KR102315071B1 (ko) * 2017-12-28 2021-10-21 주식회사 엘지에너지솔루션 Eol 셀의 재생방법
WO2020047210A1 (en) * 2018-08-30 2020-03-05 HYDRO-QUéBEC Rechargeable battery with ionic liquid electrolyte and electrode pressure
CN113228374B (zh) * 2018-12-19 2024-07-23 纳什能源I私人有限公司 锂电池以及锂电池的制造方法
AU2020219428A1 (en) * 2019-02-08 2021-08-19 Blue Solutions Method for extracting lithium from an electric battery comprising solid lithium metal
CN112635842B (zh) * 2020-12-24 2024-08-02 蜂巢能源科技有限公司 一种固态电池及其处理方法
JP2024528459A (ja) * 2021-06-25 2024-07-30 アセンド エレメンツ,インコーポレイテッド 全固体電池(assb)の再循環及びアノードの回収
CN115441080A (zh) * 2022-08-19 2022-12-06 同济大学 一种氧化物固态电解质的直接回收和再生方法
JP2024081380A (ja) * 2022-12-06 2024-06-18 トヨタ自動車株式会社 全固体電池システム、それを備えた車両、および、全固体電池の制御方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001250543A (ja) * 2000-03-08 2001-09-14 Sanyo Electric Co Ltd リチウム二次電池
CN101494299A (zh) * 2007-12-03 2009-07-29 精工爱普生株式会社 硫化物系锂离子传导性固体电解质玻璃、全固体锂二次电池及全固体锂二次电池的制造方法
WO2009101501A1 (en) * 2008-02-12 2009-08-20 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha All-solid lithium secondary battery
JP2010049968A (ja) * 2008-08-22 2010-03-04 Panasonic Corp 固体電解質二次電池
JP2010086689A (ja) * 2008-09-30 2010-04-15 Toyota Motor Corp リチウム二次電池システム
CN101730950A (zh) * 2007-07-27 2010-06-09 丰田自动车株式会社 固态电池

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4461498B2 (ja) * 1997-12-16 2010-05-12 パナソニック株式会社 非水電解液二次電池およびその負極
US6402795B1 (en) 1998-02-18 2002-06-11 Polyplus Battery Company, Inc. Plating metal negative electrodes under protective coatings
US20050130043A1 (en) * 2003-07-29 2005-06-16 Yuan Gao Lithium metal dispersion in electrodes
JP4578904B2 (ja) * 2004-09-13 2010-11-10 富士フイルム株式会社 内視鏡
JP5148051B2 (ja) * 2005-06-27 2013-02-20 三菱重工業株式会社 リチウム電池用負極電極、その製法及び装置、リチウム電池の製法、リチウム二次電池
US7531270B2 (en) * 2006-10-13 2009-05-12 Enerdel, Inc. Battery pack with integral cooling and bussing devices
JP5314872B2 (ja) * 2007-10-01 2013-10-16 株式会社オハラ 発熱機構を備える二次電池
US20090202899A1 (en) * 2008-02-11 2009-08-13 Pyszczek Michael F Electrical apparatus with integral thin film solid state battery and methods of manufacture
JP2010010094A (ja) * 2008-06-30 2010-01-14 Panasonic Corp 非水電解質二次電池用電極の製造方法および非水電解質二次電池用電極群の製造方法
JP5077163B2 (ja) * 2008-09-12 2012-11-21 トヨタ自動車株式会社 蓄電装置

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001250543A (ja) * 2000-03-08 2001-09-14 Sanyo Electric Co Ltd リチウム二次電池
CN101730950A (zh) * 2007-07-27 2010-06-09 丰田自动车株式会社 固态电池
CN101494299A (zh) * 2007-12-03 2009-07-29 精工爱普生株式会社 硫化物系锂离子传导性固体电解质玻璃、全固体锂二次电池及全固体锂二次电池的制造方法
WO2009101501A1 (en) * 2008-02-12 2009-08-20 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha All-solid lithium secondary battery
JP2010049968A (ja) * 2008-08-22 2010-03-04 Panasonic Corp 固体電解質二次電池
JP2010086689A (ja) * 2008-09-30 2010-04-15 Toyota Motor Corp リチウム二次電池システム

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