CN109671905B - 用于全固体电池的阳极及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了用于全固体电池的阳极及其制备方法。具体地，本发明公开了一种用于全固体电池的阳极，其包括：阳极集电器；导电材料，所述导电材料的一端与所述阳极集电器的一部分接触；导电涂层，所述导电涂层包围导电材料；阳极活性材料，所述阳极活性材料与导电材料的另一端接触；以及固体电解质，其中所述导电涂层防止所述导电材料和所述固体电解质彼此电连接。

Description

用于全固体电池的阳极及其制备方法
相关申请的交叉引用
该申请要求2017年10月13日提交的韩国专利申请No.10-2017-0133338的权益，该申请的全部内容通过引用结合于此。
技术领域
本发明涉及用于全固体电池的阳极及其制备方法。该用于全固体电池的阳极可以通过防止在该用于全固体电池的阳极中包含的导电材料与固体电解质之间的直接电接触而能够抑制锂在阳极中的产生。
背景技术
已将电压范围比锂低的材料用于锂二次电池的阳极。因此，电极内部的电势变化可能经常不平衡，例如当使用具有低电势的石墨类材料作为导电材料时，针对锂的电势频繁地移至近乎于0V。此时，锂可以沉淀在石墨的表面上，结果是，电池的性能可能变差。
全固体电池具有高含量的导电材料，这是由于其中阳极活性材料、固体电解质和导电材料混合在一起而形成复杂的电极结构。与仅由活性材料和导电材料构成的液体类电池相比，由于电极的不均匀混合使得经常出现电压的不均匀性。此外，由于导电材料直接接触含有大量锂离子的固体电解质，所以锂可在电势接近于0V的导电材料的表面上沉淀。沉淀的锂可引起与固体电解质的界面反应，从而使固体电解质退化或通过枝晶生长使电池性能变差。
在现有技术中，已经公开了在电极活性材料的表面上形成导电材料和涂层的构造，但是该工艺会很复杂。
公开于该背景部分的以上信息仅用于增强对本发明的背景的理解，因此其可以包含不构成已为该国家中本领域技术人员所知的现有技术的信息。
发明内容
在优选的方面，本发明可以提供一种用于全固体电池的阳极，所述阳极可以通过防止导电材料与固体电解质之间的直接电接触而能够抑制锂在阳极中的产生。
如本文所述的术语“全固体电池”是指包括仅固体成分或者基本上固态的成分(例如固态电极(例如阳极和阴极)和固体电解质)的电池或电池组。因此，在优选的方面中，全固体电池将不包括流体和/或可流动的电解质成分作为材料。
此外，本发明可以提供一种制备用于全固体电池的阳极的方法。
在一方面，提供一种用于全固体电池的阳极。所述阳极可以包括：阳极集电器，其中一端与阳极集电器的一部分接触的导电材料，包围导电材料的导电涂层，与导电材料的另一端接触的阳极活性材料，以及固体电解质。优选地，导电涂层可以至少基本上防止导电材料和固体电解质彼此电连接。导电涂层可以包含一种或多种非导电氧化物。在特定的方面中，导电涂层可以适当地包含P2O5、B2O3和SiO2中的至少一种。
优选地，导电材料可以为具有针状形状的碳复合物，并且在横截面上包括长轴和短轴。导电材料可以在长轴的一端处与阳极集电器适当地接触，并且在长轴的另一端处与阳极活性材料接触。
这里使用的术语“针状”是指具有长度(或长轴)大于与长度方向交叉的横截面积(或短轴)的针形或近似针形的形状。例如，针形的长度或长轴比横截面积或短轴长约10倍、20倍、30倍、40倍、50倍或100倍。
在另一方面，提供一种制备用于全固体电池的阳极的方法。所述方法可以包括：设置导电材料；通过在约300至700℃的温度下进行热处理而在导电材料上形成导电涂层；设置阳极集电器，使其一部分与导电材料的一端接触；设置阳极活性材料，使其与导电材料的另一端接触；以及设置固体电解质，使其可以通过导电涂层与导电材料电分离。
导电涂层可以适当地包含一种或多种非导电氧化物。导电涂层可以适当地包含至少一种含P2O5、B2O3和/或SiO2的涂层材料。优选地，导电涂层可以包含以导电材料计的量为约1重量％至3重量％的涂层材料。
根据本发明的实施方案用于全固体电池的阳极，通过防止导电材料与固体电解质之间的直接电接触，可以抑制锂在阳极中的产生。因此，可以提高全固体电池的充/放电容量并延长全固体电池的使用期限。
还提供一种可以包括如在本文所述的阳极的全固体电池。
还进一步提供一种包括如在本文所述的全固体电池或阳极的车辆。
根据制备根据本发明实施方案用于全固体电池的阳极的示例性方法，可以提供用于全固体电池的阳极，其通过防止导电材料与固体电解质之间的直接电接触而能够抑制锂在阳极中的产生。如此，可以使全固体电池的充/放电容量增加，并且可以使全固体电池的使用期限增加。
在下文讨论本发明的其它方面和优选实施方案。
附图说明
现在将参考附图中所示的某些示例性实施方案来详细描述本发明的上述及其它特征，这些示例性实施方案在下文仅以举例说明的方式给出，因此不限制本发明，并且其中：
图1是根据本发明示例性实施方案的示例性全固体电池的示意性横截面图；
图2示意性地示出在根据本发明示例性实施方案的示例性全固体电池中包括的示例性阳极的横截面图；
图3A是根据本发明示例性实施方案在用于示例性全固体电池的示例性阳极中包括的示例性导电材料的示意性横截面图；
图3B示意性地示出将示例性导电涂层提供至示例性导电材料的横截面图，其中所述示例性导电材料包括在根据本发明的示例性实施方案用于示例性全固体电池的示例性阳极中；
图4示意性地示出根据本发明示例性实施方案制备用于示例性全固体电池的示例性阳极的示例性方法流程图；
图5A示出根据示例性涂层材料的重量％的容量测量值的图；
图5B示出根据示例性热处理温度的容量测量值的图；
图5C示出实施例1至3以及比较例1中的容量测量值的图；
图5D是通过分别向实施例1和比较例1提供电压来测量电流变化而获得的图；
图5E示出实施例1和比较例1各自中的充/放电次数与容量之间的关系的图；以及
图5F示出实施例1和比较例1各自中的根据充/放电条件在充/放电次数与容量之间的关系的图。
在附图中显示的附图标记包括对在下文进一步讨论的以下元件的参考：
SB：全固体电池 10：阴极
20：固体电解质层 30：阳极
100：阳极集电器 200：导电材料
300：导电涂层 400：阳极活性材料。
应当了解，附图并不必是按比例绘制的，其示出了某种程度上简化表示的说明本发明基本原理的各个特征。在此所公开的本发明的特定的设计特征，包括例如特定的尺寸、定向、定位和外形，将部分地由特定目的的应用和使用环境所确定。
在这些附图中，在贯穿附图的多幅图形中，附图标记指代本发明的相同或等同的部分。
具体实施方式
在本文中使用的术语仅是为了描述特定的实施方案的目的，而并非旨在进行限制。如在本文中所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式“一”和“该”旨在也包括复数形式。将进一步理解的是，当在本说明书中使用时，术语“包括”、“包含”、“具有”等说明所述的特征、区域、数值、步骤、操作、元件和/或成分的存在，但是不排除一个或多个其它特征、区域、数值、步骤、操作、元件、成分和/或其组合的存在或添加。
应当理解，如在本文中所使用的术语“车辆”或“车辆的”或其它类似术语一般包括机动车辆，例如包括运动型多用途车辆(SUV)、大客车、卡车、各种商用车辆的乘用车辆，包括各种舟艇和船舶的船只，航空器等等，并且包括混合动力车辆、电动车辆、可插式混合动力电动车辆、氢动力车辆以及其它替代性燃料车辆(例如源于非石油的能源的燃料)。正如本文中所指代的那样，混合动力车辆是具有两个或更多个动力源的车辆，例如具有汽油动力和电力动力的车辆。
此外，除非特别说明或从上下文中可明显看出，否则如在本文中所使用的，术语“约”应理解为在本领域的正常公差范围内，例如在平均值的两个标准差内。“约”可以理解为在所述值的10％、9％、8％、7％、6％、5％、4％、3％、2％、1％、0.5％、0.1％、0.05％或0.01％内。除非上下文另外明示，否则在本文中提供的所有数值均由术语“约”修饰。
除非另外定义，否则在本文中使用的包括技术和科学术语的所有术语具有与该发明所属领域的普通技术人员通常理解的相同的含义。将进一步理解的是，诸如在通用字典中定义的那些术语应该被解释为具有与其在相关领域和本公开环境中的含义一致的含义，并且将不被解释为理想化或过于正式的含义，除非在本文中明确地如此定义。
现在将在下文中具体参考本发明的各个实施方案，在附图中和以下的描述中示出了这些实施方案的示例。虽然本发明与示例性实施方案相结合进行描述，但是应当了解，本说明书并非旨在将本发明限制为那些示例性实施方案。相反，本发明旨在不但覆盖这些示例性实施方案，而且覆盖可以被包括在由所附权利要求所限定的本发明的精神和范围之内的各种替换、修改、等同形式以及其它实施方案。
通过参考附图的以下优选实施方案将易于理解本发明的上述目的、其它目的、特征和优点。本发明并不限于其中所述的这些实施方案，并且还可以以各种不同的方式对其进行修改。相反，在本文中引入的实施方案是为了使得公开的内容充分完整，并且足以将本发明的精神传递给本领域技术人员而提供的。
在每幅图的描述中，相同的附图标记用于相同的部件。在附图中，为了本发明的清楚起见，示出的结构尺寸被放大到比实际尺寸大。可以使用诸如第一、第二等的术语来描述各个部件，但是不应用这些术语限制这些部件。这些术语仅用于区分一个部件和另一个部件。例如，在不脱离本发明的范围的情况下，第一部件可以被称为第二部件，并且类似地，第二部件可以被称为第一部件。在此使用的单数表达包括复数表达，除非它们在该上下文中具有明确相反的含义。
在本申请中，应当理解的是，术语“包括”、“包含”或“具有”表示说明书中描述的特征、数量、步骤、操作、成分、部件或其组合存在，但是不排除预先存在或添加一个或多个其它特征、数量、步骤、操作、成分、部件或其组合的可能性。应当理解，当诸如层、膜、区域或衬底的元件被称为是在另一元件“上面”时，其能够直接在另一元件上，或者也可以存在介入中间的元件。相反，应当理解，当诸如层、膜、区域或衬底的元件被称为是在另一元件“下面”时，其能够直接在另一元件下面，或者也可以存在介入中间的元件。
图1是根据本发明示例性实施方案的示例性全固体电池的示意性横截面图。
如在图1中所示，根据本发明示例性实施方案的全固体电池SB可以包括阴极10、固体电解质层20和阳极30。阴极10可以包括阴极活性材料。阴极活性材料可以包含例如锂钴氧化物、磷酸锂铁、镍钴铝和镍钴锰中的至少一种。阴极10可以包括阴极集电器。阴极10还可以包括固体电解质层。
固体电解质层20设置在阴极10与阳极30之间。固体电解质层20可以包含例如硫化物类固体电解质。硫化物类固体电解质可以是指包含硫化物的固体电解质。
阳极30面向阴极10。下面将更详细地描述阳极30。
图2示意性地示出在根据本发明示例性实施方案的示例性全固体电池中包括的示例性阳极的横截面图。
如在图2中所示，阳极30可以包括阳极集电器100、导电材料200、导电涂层300、阳极活性材料400以及固体电解质500。阳极集电器100可以包含例如铜、镍和不锈钢(SUS)中的至少一种。优选地，阳极集电器100的一部分可以与导电材料200的一端接触。
导电材料200的一端可以与阳极集电器100的一部分接触。导电材料200的另一端可以与阳极活性材料400接触。导电涂层300可以包围导电材料200。导电涂层300可适当地包含一种或多种非导电氧化物以防止导电材料200与固体电解质500之间的直接电接触(图2)。导电涂层300可以适当地包含例如P2O5、B2O3和SiO2中的至少一种涂层材料。下面将更详细地描述导电材料200和导电涂层300。
阳极活性材料400可以选自例如石墨、硅、锡、铟、锂及其组合。阳极活性材料400的一部分与导电材料200接触。
固体电解质500可以为例如硫化物类固体电解质如Li7P3S11、Li6PS5Cl和Li10GeP2S12，或者氧化物类固体电解质如Li7La3Zr2O12。固体电解质500可以通过导电涂层300与导电材料200电分离。
图3A是根据本发明示例性实施方案在用于示例性全固体电池的示例性阳极中包括的示例性导电材料的示意性横截面图。图3B示意性地示出将示例性导电涂层提供至示例性导电材料的横截面图，其中所述示例性导电材料包括在根据本发明的示例性实施方案用于示例性全固体电池的示例性阳极中。
如在图3A和图3B中所示，导电材料200可以具有针状形状。导电材料200可以为例如碳复合物。碳复合物可以适当地包含由碳本身制成的碳体以及含碳的物质。导电材料200可以在横截面上包括长轴LX和短轴SX。如在图2、图3A和图3B中所示，导电材料200可以在长轴LX的一端处与阳极集电器100接触，并且可以在长轴LX的另一端处与阳极活性材料400接触。
导电涂层300可以包围导电材料200的一部分。图3B示出了其中导电涂层300包围导电材料200的示例，并且当导电涂层300防止导电材料200与固体电解质500之间的直接电接触(图2)时，导电涂层300可以比图3B中将导电材料200包围得更多，也可以比图3B中将导电材料200包围得更少。
现有技术中用于全固体电池的阳极不包括包围导电材料的导电涂层，结果是，包含在阳极中的导电材料和固体电解质直接电接触，从而使锂沉淀。沉淀的锂可以直接与固体电解质接触，从而使固体电解质退化并形成枝晶，由此降低了全固体电池的充/放电容量并缩短了全固体电池的使用期限。
然而，根据本发明的示例性实施方案用于全固体电池的阳极可以包括导电涂层，由此通过防止导电材料与固体电解质之间的直接电接触来抑制锂在阳极中的产生。结果是，可以使全固体电池的充/放电容量增加，并且可以使全固体电池的使用期限增加。
在下文中，将描述根据本发明的示例性实施方案用于示例性全固体电池的示例性阳极的示例性制备方法。在下文中，将主要详细描述上述根据本发明示例性实施方案用于全固体电池的阳极的不同之处，并且未说明的部分遵循上述对根据本发明示例性实施方案用于示例性全固体电池的示例性阳极的描述。
图4示意性地示出根据本发明的示例性实施方案用于示例性全固体电池的示例性阳极的示例性制备方法流程图。
如在图2和图4中所示，根据本发明示例性实施方案用于全固体电池的阳极30的制备方法可以包括：设置导电材料200(S100)；通过在约300至700℃的温度下进行热处理而在导电材料200上形成导电涂层300(S200)；设置其中一部分与导电材料200的一端接触的阳极集电器100(S300)；设置与导电材料200的另一端接触的阳极活性材料400(S400)；以及设置可以通过导电涂层300与导电材料200电分离的固体电解质500(S500)。
首先，可以设置导电材料200(S100)。导电材料200可以具有针状形状。导电材料200可以为例如碳复合物。
通过在约300至700℃的温度下进行热处理而可在导电材料200上形成导电涂层300(S200)。当热处理温度偏离该范围时，会使全固体电池的容量值下降。这将在实例中进行更详细的描述。在导电涂层300的形成(S200)中，可以通过设置非导电氧化物作为涂层材料来形成导电涂层300。在导电涂层300的形成(S200)中，可以通过设置例如P2O5、B2O3和SiO2中的至少一种涂层材料来形成导电涂层300。
在导电涂层300的形成(S200)中，可以通过设置以导电材料200计的量为约1重量％至3重量％的涂层材料来形成导电涂层300。当以偏离预定范围的方式使用涂层材料时，会使全固体电池的容量值下降。这将在实例中进行更详细的描述。
接下来，可以设置阳极集电器100(S300)。阳极集电器100可以包含例如铜、镍和不锈钢(SUS)中的至少一种。阳极集电器100的一部分可以与导电材料200的一端接触。
接下来，可以设置阳极活性材料400(S400)。可以在阳极集电器100之前设置阳极活性材料400。阳极活性材料400可以选自例如石墨、硅、锡、铟、锂及其组合。阳极活性材料400的一部分可以与导电材料200接触。
接下来，可以设置固体电解质500(S500)。固体电解质500可以为例如硫化物类固体电解质如Li7P3S11、Li6PS5Cl和Li10GeP2S12，或者氧化物类固体电解质如Li7La3Zr2O12。固体电解质500可以通过导电涂层300与导电材料200电分离。
通过现有技术中用于全固体电池的阳极的制备方法制得的用于全固体电池的阳极不包括包围导电材料的导电涂层，结果是，包含在阳极中的导电材料和固体电解质直接电接触，从而使锂沉淀。沉淀的锂可以直接与固体电解质接触，从而使固体电解质退化并形成枝晶，由此降低了全固体电池的充/放电容量并缩短了全固体电池的使用期限。
然而，通过根据本发明示例性实施方案用于全固体电池的阳极的示例性制备方法制得的用于全固体电池的阳极可以包括导电涂层，由此通过防止导电材料与固体电解质之间的直接电接触来抑制锂在阳极中的产生。因此，可以使全固体电池的充/放电容量增加，并且可以使全固体电池的使用期限增加。
在下文中，将通过具体的实施例来更详细地描述本发明。以下的实施例仅是例示性的以用于帮助对本发明的理解，而本发明的范围并不限制于此。
实施例
下面的实施例举例说明本发明，但并非旨在限制本发明。
根据涂层材料的重量％的容量测量
使用气相生长碳纤维(VGCF)作为导电材料，分别设置以导电材料计的0重量％、1重量％、2重量％、3重量％、4重量％和5重量％的B2O3，并在约300℃的温度下对其进行热处理以形成导电涂层。通过使用镍作为阳极集电器、石墨作为阳极活性材料、Li6PS5Cl作为固体电解质层、以及LiNi0.6Mn0.2Co0.2O2作为阴极来形成全固体电池以测量容量，如在图5A中所示。如在图5A中所示，当包含以导电材料计的1重量％至3重量％的B2O3时，全固体电池具有高容量值。
根据热处理温度的容量测量
使用VGCF作为导电材料，并且设置以导电材料计的1重量％的B2O3，然后分别在300、400、500、600、700和800℃的温度下对其进行热处理以形成导电涂层。通过使用镍作为阳极集电器、石墨作为阳极活性材料、Li6PS5Cl作为固体电解质层、以及LiNi0.6Mn0.2Co0.2O2作为阴极来形成全固体电池以测量容量。结果示于图5B中，当在300至700℃的温度下进行热处理时，全固体电池具有高容量值。
实施例1
使用气相生长碳纤维(VGCF)作为导电材料，并且设置以导电材料计的1重量％的P2O5，然后在300℃的温度下对其进行热处理以形成导电涂层。通过使用镍作为阳极集电器、石墨作为阳极活性材料、Li6PS5Cl作为固体电解质层、以及LiNi0.6Mn0.2Co0.2O2作为阴极来形成全固体电池。
实施例2
除了使用B2O3代替P2O5之外，以与实施例1相同的方式形成全固体电池。
实施例3
除了使用SiO2代替P2O5之外，以与实施例1相同的方式形成全固体电池。
比较例1
除了未形成单独的导电涂层之外，以与实施例1相同的方式形成全固体电池。
性能评价
1.放电容量的比较
图5C示出实施例1至3以及比较例1中的容量测量值的图。如在图5C中所示，实施例1至3的全固体电池具有比比较例1高的容量值，从而具有优良的放电容量。
2.电流变化的测量
向实施例1和比较例1各自的全固体电池提供电压，测量电流变化，如在图5D中所示。如在图5D中所示，当在全固体电池的充电过程中锂在导电材料的表面上沉淀时，只有比较例1中的全固体电池在标记部分显示出不稳定的曲线。
3.根据充/放电次数的容量测量
图5E示出实施例1和比较例1各自中的充/放电次数与容量之间的关系的图。如在图5E中所示，在比较例1中，随着充/放电次数的增加，容量值降低，但是在实施例1中即使充/放电次数增加，容量也得以维持。
图5F示出实施例1和比较例1各自中的根据充/放电条件在充/放电次数与容量之间的关系的图。如在图5F中所示，在实施例1中，在不同的充/放电条件下，根据充/放电次数的容量值大于比较例1的容量值。
已经参考优选的实施方案对本发明进行了详细的描述。然而，本领域技术人员将理解，在不脱离本发明的原理和精神的情况下，可以对这些实施方案进行改变，本发明的范围由所附权利要求及其等同形式所限定。

Claims (10)

1.一种用于全固体电池的阳极，其包括：
阳极集电器；
导电材料，其一端与所述阳极集电器的一部分接触；
涂层，其包围导电材料；
阳极活性材料，其与导电材料的另一端接触；以及
固体电解质，
其中所述涂层防止所述导电材料和所述固体电解质彼此电连接。
2.根据权利要求1所述的用于全固体电池的阳极，其中，所述涂层包含一种或多种非导电氧化物。
3.根据权利要求1所述的用于全固体电池的阳极，其中，所述涂层包含P2O5、B2O3和SiO2中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的用于全固体电池的阳极，其中，所述导电材料为具有针状形状的碳复合物，并且在横截面上包括长轴和短轴，
所述导电材料在长轴的一端处与所述阳极集电器接触，并且在长轴的另一端处与所述阳极活性材料接触。
5.一种制备用于全固体电池的阳极的方法，其包括：
设置导电材料；
通过在300至700℃的温度下进行热处理而在导电材料上形成涂层；
设置阳极集电器，使其一部分与导电材料的一端接触；
设置阳极活性材料，使其与导电材料的另一端接触；以及
设置固体电解质，使其通过涂层与导电材料电分离。
6.根据权利要求5所述的制备用于全固体电池的阳极的方法，其中，所述涂层包含一种或多种非导电氧化物。
7.根据权利要求5所述的制备用于全固体电池的阳极的方法，其中，所述涂层包含P2O5、B2O3和SiO2中的至少一种。
8.根据权利要求5所述的制备用于全固体电池的阳极的方法，其中，所述涂层包含以导电材料的总重量计1重量％至3重量％的量的涂层材料。
9.一种全固体电池，其包括权利要求1所述的用于全固体电池的阳极。
10.一种车辆，其包括权利要求9所述的全固体电池。
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20220047023A (ko) * 2020-10-08 2022-04-15 에스케이온 주식회사 리튬 이차 전지용 음극 활물질 및 이의 제조 방법
KR20230124793A (ko) 2022-02-18 2023-08-28 삼성에스디아이 주식회사 금속 나노입자가 피복된 카본 구조의 복합재료 제조방법 및 이를 이용하여 제조된 전고체 전지용 음극

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1305235A (zh) * 1994-10-21 2001-07-25 佳能株式会社 充电电池的阳极及其制造方法
JP2012164624A (ja) * 2011-01-20 2012-08-30 Toyota Industries Corp リチウムイオン二次電池用負極活物質及びその負極活物質を用いたリチウムイオン二次電池
CN103682354A (zh) * 2012-09-18 2014-03-26 华为技术有限公司 一种全固态锂离子电池复合型电极材料及其制备方法和全固态锂离子电池
CN103999275A (zh) * 2011-12-26 2014-08-20 丰田自动车株式会社 复合活性物质、全固体电池和复合活性物质的制造方法
CN104617278A (zh) * 2013-11-04 2015-05-13 北京有色金属研究总院 一种纳米硅金属复合材料及其制备方法

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003012311A (ja) * 2001-06-29 2003-01-15 Kawasaki Steel Corp 高分子被覆炭素材料の製造方法、負極材料およびリチウムイオン二次電池
KR100455700B1 (ko) * 2001-11-27 2004-11-06 일진나노텍 주식회사 탄소 나노튜브를 이용하는 마이크로 전지 및 이를제조하는 방법
JP4827222B2 (ja) 2004-11-26 2011-11-30 財団法人電力中央研究所 全固体型電池の製造方法
FR2895572B1 (fr) * 2005-12-23 2008-02-15 Commissariat Energie Atomique Materiau a base de nanotubes de carbone et de silicium utilisable dans des electrodes negatives pour accumulateur au lithium
DE112009000443B4 (de) * 2008-02-25 2017-05-11 Ronald Anthony Rojeski Elektroden für wiederaufladbare Batterie mit hoher Kapazität
US8735003B2 (en) * 2010-06-16 2014-05-27 Alliance For Sustainable Energy, Llc Lithium-ion batteries having conformal solid electrolyte layers
US9379368B2 (en) * 2011-07-11 2016-06-28 California Institute Of Technology Electrochemical systems with electronically conductive layers
KR20130067139A (ko) 2011-12-13 2013-06-21 삼성전자주식회사 보호음극, 이를 포함하는 리튬공기전지 및 이를 포함하는 전고체 전지
JP5828304B2 (ja) 2012-06-29 2015-12-02 トヨタ自動車株式会社 複合活物質、固体電池および複合活物質の製造方法
KR102146360B1 (ko) * 2013-11-05 2020-08-20 더 리전트 오브 더 유니버시티 오브 캘리포니아 하이브리드 탄소 나노튜브 및 그래핀 나노구조
KR101842923B1 (ko) 2014-12-10 2018-04-04 한국에너지기술연구원 전이금속 첨가된 고체산화물 연료전지용 음극 지지체의 제조방법, 이를 사용하여 제조된 고체산화물 연료전지용 음극 지지체 및 이를 포함하는 고체산화물 연료전지
FR3046498B1 (fr) * 2015-12-31 2019-11-29 I-Ten Batterie entierement solide comprenant un electrolyte solide et une couche de materiau conducteur ionique
US10680289B2 (en) * 2016-04-07 2020-06-09 StoreDot Ltd. Buffering zone for preventing lithium metallization on the anode of lithium ion batteries

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1305235A (zh) * 1994-10-21 2001-07-25 佳能株式会社 充电电池的阳极及其制造方法
JP2012164624A (ja) * 2011-01-20 2012-08-30 Toyota Industries Corp リチウムイオン二次電池用負極活物質及びその負極活物質を用いたリチウムイオン二次電池
CN103999275A (zh) * 2011-12-26 2014-08-20 丰田自动车株式会社 复合活性物质、全固体电池和复合活性物质的制造方法
CN103682354A (zh) * 2012-09-18 2014-03-26 华为技术有限公司 一种全固态锂离子电池复合型电极材料及其制备方法和全固态锂离子电池
CN104617278A (zh) * 2013-11-04 2015-05-13 北京有色金属研究总院 一种纳米硅金属复合材料及其制备方法

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