DE102021131605A1

DE102021131605A1 - Festkörperbatterie

Info

Publication number: DE102021131605A1
Application number: DE102021131605.7A
Authority: DE
Inventors: Mitsutoshi Otaki; Jun Yoshida
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2020-12-11
Filing date: 2021-12-01
Publication date: 2022-06-15
Also published as: KR102564614B1; JP7456365B2; CN114628781A; KR20220083582A; US20220190329A1; JP2022092723A

Abstract

Eine Hauptaufgabe der vorliegenden Offenbarung ist es, eine Festkörperbatterie mit hervorragender Kapazitätsbeständigkeit bereitzustellen, wenn kein oder ein geringer Halte- bzw. Spanndruck ausgeübt wird. Die vorliegende Offenbarung löst die Aufgabe durch Bereitstellen einer Festkörperbatterie, die Schichten, in der Reihenfolge einer Kathodenschicht, einer Festelektrolytschicht und einer Anodenschicht, umfasst; wobei die Anodenschicht ein Anodenaktivmaterial enthält, dass eine Siliziumclathrat II-Typ Kristallphase enthält; ein Halte- bzw. Spanndruck von 0 MPa oder mehr und weniger als 5 MPa auf die Festkörperbatterie in Schichtungsrichtung ausgeübt wird; und wenn ein Kapazitätsverhältnis der Anodenkapazität in Bezug auf die Kathodenkapazität als A bezeichnet wird, das Kapazitätsverhältnis A 2,5 oder mehr und 4,8 oder weniger beträgt.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Offenbarung betrifft eine Festkörperbatterie.
Stand der Technik
Eine Festkörperbatterie ist eine Batterie mit einer Festelektrolytschicht zwischen einer Kathodenschicht und einer Anodenschicht; einer ihrer Vorteile ist, dass eine Sicherheitsvorrichtung im Vergleich zu einer Flüssigbatterie mit einem Flüssigelektrolyten, der ein entflammbares organisches Lösungsmittel enthält, einfacher realisierbar ist. Als Aktivmaterial für eine Festkörperbatterie ist auch ein Si-basiertes Aktivmaterial bekannt. In der Patentliteratur 1 wird zum Beispiel eine Festkörperbatterie beschrieben, die ein Si-enthaltendes Aktivmaterial als ein Anodenaktivmaterial verwendet.
Literaturliste
Patentliteratur
Patentliteratur 1: JP 2017-112029 A
Zusammenfassung der Offenbarung
Technisches Aufgabe
Si hat eine hohe theoretische Kapazität und ermöglicht vorteilhaft eine Batterie, die eine hohe Energiedichte aufweist. Andererseits ist die Volumenänderung von Si während des Ladens und Entladens groß, und folglich ist die Volumenänderung einer Elektrodenschicht und einer Batterie, die Si verwendet, während des Ladens und Entladens groß. Wenn die Volumenänderung während des Ladens und Entladens groß ist, werden der Ionenleitpfad und der Elektronenleitpfad leicht unterbrochen, und die Kapazitätsbeständigkeit der Festkörperbatterie wird leicht beeinträchtigt. Um den Ionenleitpfad und den Elektronenleitpfad zu sichern, wird vermutlich ein hoher Halte- bzw. Spanndruck auf die Batterie ausgeübt, jedoch ist, um den Halte- bzw. Spanndruck auszuüben, eine Halte- oder Spannvorrichtung erforderlich, und es ist eine große Halte- bzw. Spannvorrichtung erforderlich um einen hohen Halte- bzw. Spanndruck auszuüben.
Die vorliegende Offenbarung ist in Anbetracht der vorstehend genannten Umstände entstanden und hat die Aufgabe, eine Festkörperbatterie mit hervorragender Kapazitätsbeständigkeit bereitzustellen, wenn kein oder ein geringer Halte- bzw. Spanndruck ausgeübt wird.
Lösung der Aufgabe
Die vorliegende Offenbarung stellt eine Festkörperbatterie, die Schichten, in der Reihenfolge einer Kathodenschicht, einer Festelektrolytschicht und einer Anodenschicht umfasst, bereit; wobei die Anodenschicht ein Anodenaktivmaterial, das eine Siliziumclathrat II-Typ Kristallphase enthält, umfasst; wobei auf die Festkörperbatterie in Schichtungsrichtung ein Halte- bzw. Spanndruck von 0 MPa oder mehr und weniger als 5 MPa ausgeübt wird; und, wenn ein Kapazitätsverhältnis von Anodenkapazität zu Kathodenkapazität als A bezeichnet wird, das Kapazitätsverhältnis A 2,5 oder mehr und 4,8 oder weniger beträgt.
Gemäß der vorliegenden Offenbarung wird es durch die Verwendung des Anodenaktivmaterials, das die Siliziumclathrat II-Typ Kristallphase enthält, und durch Einstellen des Kapazitätsverhältnisses A auf einen bestimmten Bereich einer Festkörperbatterie ermöglicht eine hervorragende Kapazitätsbeständigkeit aufzuweisen, wenn kein oder ein geringer Halte- bzw. Spanndruck ausgeübt wird.
In der Offenbarung kann der Halte- bzw. Spanndruck 2,5 MPa oder weniger betragen.
In der Offenbarung kann das Kapazitätsverhältnis A 4,1 oder weniger betragen.
In der Offenbarung kann das Kapazitätsverhältnis A 3,0 oder mehr betragen.
In der Offenbarung kann die Festkörperbatterie keine Halte- oder Spannvorrichtung, die den Halte- bzw. Spanndruck ausübt, aufweisen.
In der Offenbarung können, wenn eine Röntgenbeugungsmessung an dem Anodenaktivmaterial mit Cu-Kα-Strahlung durchgeführt wird, Peaks an den Positionen 29 = 20,09° ±0,50° und 31,72° ±0,50° beobachtet werden.
Vorteilhafte Wirkungen der Offenbarung
Die vorliegende Offenbarung bewirkt, dass eine Festkörperbatterie mit hervorragender Kapazitätsbeständigkeit, wenn kein oder ein geringer Halte- bzw. Spanndruck ausgeübt wird, bereit.
Figurenliste

1A und 1B sind schematische perspektivische Ansichten, die die Kristallphase von Si erklären.
2 ist eine schematische Querschnittsansicht, die ein Beispiel für die Festkörperbatterie der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht.

Beschreibung der Ausführungsformen
Eine Festkörperbatterie der vorliegenden Offenbarung wird nachfolgend im Detail erläutert.
Die Festkörperbatterie der vorliegenden Offenbarung ist eine Festkörperbatterie die Schichten, in der Reihenfolge einer Kathodenschicht, einer Festelektrolytschicht und einer Anodenschicht umfasst; wobei die Anodenschicht ein Anodenaktivmaterial, das eine Siliziumclathrat II-Typ Kristallphase enthält, umfasst; wobei ein Begrenzungsdruck von 0 MPa oder mehr und 5 MPa oder weniger in Schichtungsrichtung auf die Festkörperbatterie ausgeübt wird; und, wenn ein Kapazitätsverhältnis von Anodenkapazität zu Kathodenkapazität als A bezeichnet wird, das Kapazitätsverhältnis A 2,5 oder mehr und 4,8 oder weniger beträgt.
Gemäß der vorliegenden Offenbarung ermöglicht die Verwendung des Anodenaktivmaterials, das die Siliziumclathrat II-Typ Kristallphase enthält und das Einstellen des Kapazitätsverhältnisses A auf einen bestimmten Bereich, eine Festkörperbatterie mit hervorragender Kapazitätsbeständigkeit, auch wenn kein oder ein geringer Halte- bzw. Spanndruck ausgeübt wird.
Wie oben beschrieben, ist Si als ein Anodenaktivmaterial mit großer theoretischer Kapazität bekannt. Typisches Si umfasst eine Diamanttyp Kristallphase. Wie in 1A gezeigt, bilden in der Diamanttyp Si-Kristallphase eine Vielzahl von Si-Atomen einen Tetraeder. Der Tetraeder weist keinen Platz im Inneren auf, um Metallionen wie Li-Ionen zu enthalten, und folglich tritt leicht eine Volumenänderung aufgrund von Laden und Entladen auf.
Andererseits wird in der vorliegenden Offenbarung ein Anodenaktivmaterial, das die Siliziumclathrat II-Typ Kristallphase enthält, verwendet. Wie in 1B gezeigt, bilden in der Siliziumclathrat II-Typ Kristallphase eine Vielzahl von Si-Atomen einen Polyeder (Käfig) mit Fünfecken und Sechsecken. Dieser Polyeder weist einen Platz im Inneren auf, um Metallionen, wie zum Beispiel Li-Ionen, einzulagern. Die Metallionen werden in diesen Raum eingelagert, um die Volumenänderung aufgrund von Laden und Entladen zu hemmen.
Des Weiteren wird in der vorliegenden Offenbarung das Anodenaktivmaterial, das die Siliziumclathrat II-Typ Kristallphase enthält, verwendet, während das Kapazitätsverhältnis A auf einen bestimmten Bereich eingestellt wird, und folglich kann eine hervorragende Kapazitätsbeständigkeit erzielt werden, wenn kein oder ein geringer Halte- bzw. Spanndruck ausgeübt wird. Insbesondere wurde in den später beschriebenen Beispielen die Kapazitätsbeständigkeit, die dem Fall entspricht, in dem ein Halte- bzw. Spanndruck von 5 MPa ausgeübt wurde, für den Fall erreicht, in dem kein Halte- bzw. Spanndruck ausgeübt wurde. Der Halte- bzw. Spanndruck von 5 MPa entspricht einem relativ niedrigen Druck als Halte- bzw. Spanndruck für eine allgemeine Festkörperbatterie, er entspricht jedoch einer Belastung von 500 t/m². Das Erreichen einer äquivalenten Kapazitätsbeständigkeit für den Fall, dass ein solcher Halte- bzw. Spanndruck angewendet wurde, und für den Fall, dass kein Halte- bzw. Spanndruck angewendet wurde, ist ein bemerkenswertes Ergebnis. Des Weiteren benötigt die Festkörperbatterie der vorliegenden Offenbarung nicht die Anordnung einer großen Halte- oder Spannvorrichtung, und einer der Vorteile hiervon besteht darin, dass eine Vereinfachung der Struktur der Festkörperbatterie erreicht werden kann.
1. Halte- bzw. Spanndruck und Kapazitätsverhältnis
Auf eine Festkörperbatterie der vorliegenden Offenbarung wird ein Halte- bzw. Spanndruck von 0 MPa oder mehr und weniger als 5 MPa in Schichtrichtung ausgeübt. Der Halte- bzw. Spanndruck kann mittels einer später beschriebenen Halte- oder Spannvorrichtung ausgeübt werden. Hier bedeutet „ein Halte- bzw. Spanndruck von 0 MPa“, dass kein Halte- bzw. Spanndruck ausgeübt wird. Beispiele für den Fall, dass der Halte- bzw. Spanndruck 0 MPa beträgt, können einen Fall, in dem die Festkörperbatterie keine Halte- oder Spannvorrichtung enthält, einen Fall, in dem die Festkörperbatterie die Halte- oder Spannvorrichtung enthält, der Halte- bzw. Spanndruck jedoch nicht ausgeübt wird, und einen Fall, in dem das Innere der laminierten Zellen vakuumiert wird, um durch den atmosphärischen Druck eingespannt zu werden, umfassen.
Der Halte- bzw. Spanndruck kann 0 MPa betragen, und kann größer als 0 MPa sein. Im letzteren Fall beträgt der Halte- bzw. Spanndruck beispielsweise 0,1 MPa oder mehr und kann 0,5 MPa oder mehr betragen. Im Übrigen beträgt der Halte- bzw. Spanndruck normalerweise weniger als 5 MPa, kann 4,5 MPa oder weniger, kann 3 MPa oder weniger, kann 2,5 MPa oder weniger und kann 1,0 MPa oder weniger betragen.
In der vorliegenden Offenbarung wird das Kapazitätsverhältnis von der Anodenkapazität zu der Kathodenkapazität als das Kapazitätsverhältnis A bezeichnet. Das Kapazitätsverhältnis A beträgt normalerweise 2,5 oder mehr und kann 3,0 oder mehr betragen. Wenn das Kapazitätsverhältnis A zu klein ist, besteht die Möglichkeit, dass eine hervorragende Kapazitätsbeständigkeit nicht erreicht werden kann. Im Übrigen beträgt das Kapazitätsverhältnis A normalerweise 4,8 oder weniger und kann 4,1 oder weniger betragen. Wenn das Kapazitätsverhältnis A zu groß ist, besteht die Möglichkeit, dass keine ausgezeichnete Volumenenergiedichte erreicht wird. Die Anodenkapazität kann durch Multiplikation der theoretischen Kapazität des Anodenaktivmaterials mit der Menge des Anodenaktivmaterials erhalten werden. Im Übrigen kann die Kathodenkapazität durch Multiplikation der Ladekapazität des Kathodenaktivmaterials mit der Menge des Kathodenaktivmaterials erhalten werden. Bezüglich der Ladekapazität des Kathodenaktivmaterials wird eine Einzelelektroden-Pulverkompressionszelle unter Verwendung von metallischen Li als eine Gegenelektrode hergestellt und mit 0,1C (ein 1/100C Ladeschlussstrom (1/00C cut) oder einer Abschalt-Ladezeit 20 Stunden (20 hours cut)) CC-CV-geladen (CC-CV = Constant Current - Constant Voltage; Konstantstrom-Konstantspannung), und dann wird die dadurch erhaltene Initialladekapazität als die Ladekapazität des Kathodenaktivmaterials bezeichnet. Das Kapazitätsverhältnis A kann durch Änderung des Verhältnisses zwischen dem Kathodenaktivmaterial und dem Anodenaktivmaterial angepasst werden. Insbesondere kann es durch Änderung der Dicke mindestens einer von der Kathodenschicht und der Anodenschicht eingestellt werden.
2. Festkörperbatterieaufbau
2 ist eine schematische Querschnittsansicht, die ein Beispiel für eine Festkörperbatterie der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht. Die in 2 veranschaulichte Festkörperbatterie 10 hat Schichten, in der Reihenfolge einer Kathodenschicht 1, einer Festelektrolytschicht 2 und einer Anodenschicht 3. Außerdem umfasst die Festkörperbatterie 10 einen Kathodenstromkollektor 4 zum Sammeln der Ströme der Kathodenschicht 1, einen Anodenstromkollektor 5 zum Sammeln der Ströme der Anodenschicht 3 und ein Batteriegehäuse 6 zur Aufnahme dieser Elemente.
(1) Anodenschicht
Die Anodenschicht der vorliegenden Offenbarung enthält ein Anodenaktivmaterial, das die Siliziumclathrat II-Typ Kristallphase enthält. Außerdem kann die Anodenschicht bei Bedarf zudem mindestens eines von einem leitfähigen Material, einem Bindemittel und einem Festelektrolyten enthalten.
Das Anodenaktivmaterial umfasst die Siliziumclathrat II-Typ Kristallphase. Die Siliziumclathrat II-Typ Kristallphase gehört normalerweise zur Raumgruppe Fd-3m. Bei einer Röntgenbeugungsmessung (XRD-Messung; XRD = X-Ray diffraction) mit Cu-Kα-Strahlungweist die Siliziumclathrat II-Typ Kristallphase typische Peaks an den Positionen 29 = 20,09°, 21,00°, 26,51°, 31,72°, 36,26° und 53,01° auf. Jeder dieser Peaks kann sich im Bereich von ±0,50° verschieben, kann sich im Bereich von ±0,30° verschieben und kann sich im Bereich von ±0,10° verschieben.
Außerdem weist das Anodenaktivmaterial vorzugsweise die Siliziumclathrat II-Typ Kristallphase als eine Hauptphase auf. „Die Siliziumclathrat II-Typ Kristallphase als eine Hauptphase“ bedeutet, dass der zur Siliziumclathrat II-Typ Kristallphase gehörende Peak die größte Beugungsintensität unter den bei einer Röntgenbeugungsmessung beobachteten Peaks aufweist.
In der Siliziumclathrat II-Typ Kristallphase wird ein Peak bei 29 = 20,09° ±0,50° als Peak A und ein Peak bei 29 = 31,72° ±0,50° als Peak B bezeichnet. Zudem wird die Intensität des Peaks A als I_A und die Intensität des Peaks B als I_B bezeichnet. Im Übrigen wird die maximale Intensität bei 2θ = 22° bis 23° als IM bezeichnet. 2θ = 22° bis 23° kann als Referenz verwendet werden, da dies der Bereich ist, in dem die Peaks der Kristallphase, die sich auf Si beziehen, normalerweise nicht auftreten.
Der Wert von I_A/I_M ist vorzugsweise größer als 1. Wenn der Wert von I_A/I_M 1 oder weniger beträgt, kann davon ausgegangen werden, das die Siliziumclathrat II-Typ Kristallphase im Wesentlichen nicht gebildet wurde. Der Wert von I_A/I_M beträgt beispielsweise 2 oder mehr, kann 5 oder mehr betragen und kann 7 oder mehr betragen. Im Übrigen gibt es keine besonderen Beschränkungen für die Obergrenze des Wertes von I_A/I_M (zum Beispiel kann der Wert von I_A/I_M in einigen Fällen 1000 oder mehr betragen).
Der Wert von I_B/I_M ist vorzugsweise größer als 1. Wenn der Wert von I_B/I_M 1 oder weniger beträgt, kann davon ausgegangen werden, das die Siliziumclathrat II-Typ Kristallphase im Wesentlichen nicht gebildet ist. Der Wert von I_B/I_M beträgt zum Beispiel 2 oder mehr und kann 5 oder mehr betragen. Im Übrigen gibt es keine besonderen Beschränkungen für die Obergrenze des Wertes von I_B/I_M (zum Beispiel kann der Wert von I_B/I_M in einigen Fällen 1000 oder mehr betragen).
Außerdem kann das Anodenaktivmaterial, das eine Siliziumclathrat I-Typ Kristallphase enthält, umfassen oder nicht. „Keine Kristallphase enthalten“ kann bestätigt werden, wenn die Peaks dieser Kristallphase nicht durch Röntgenbeugungsmessung bestätigt werden. Die Kristallphase vom Siliziumclathrat I-Typ gehört normalerweise zur Raumgruppe Pm-3n. Bei einer Röntgenbeugungsmessung mit Cu-Kα-Strahlung weist die Siliziumclathrat I-Typ Kristallphase typische Peaks an den Positionen 29 = 19,44°, 21,32°, 30,33°, 31,60°, 32,82°, 36,29°, 52,39° und 55,49° auf. Jeder dieser Peaks kann sich im Bereich von ±0,50° verschieben, kann sich im Bereich von ±0,30° verschieben und kann sich im Bereich von ±0,10° verschieben.
Darüber hinaus kann das Anodenaktivmaterial eine Diamanttyp Si-Kristallphase enthalten oder nicht, jedoch ist Letzteres vorzuziehen. Bei einer Röntgenbeugungsmessung mit Cu-Kα-Strahlungweist die Diamanttyp Si-Kristallphase typische Peaks an den Positionen 29 = 28,44°, 47,31°, 56,10°, 69,17° und 76,37° auf. Jeder dieser Peaks kann sich im Bereich von ±0,50° verschieben, kann sich im Bereich von ±0,30° verschieben und kann sich im Bereich von ±0,10° verschieben.
Beispiele für die Form des Anodenaktivmaterials können eine granuläre Form umfassen. Das Aktivmaterial kann ein Primärpartikel sein, und kann ein Sekundarpartikel sein, wobei ein Sekundarpartikel eine Aggregation der Primärpartikel ist. Die durchschnittliche Partikelgröße des Primärpartikels beträgt zum Beispiel 50 nm oder mehr, kann 100 nm oder mehr betragen und kann 150 nm oder mehr betragen. Im Übrigen beträgt die durchschnittliche Partikelgröße der Primärpartikel zum Beispiel 3000 nm oder weniger, kann 1500 nm oder weniger betragen und kann 1000 nm oder weniger betragen. Außerdem beträgt die durchschnittliche Partikelgröße des Sekundarpartikels zum Beispiel 1 µm oder mehr, kann 2 µm oder mehr betragen, und kann 5 µm oder mehr betragen. Zudem beträgt die durchschnittliche Partikelgröße des Sekundärpartikels zum Beispiel 60 µm oder weniger und kann 40 µm oder weniger betragen. Die durchschnittliche Partikelgröße kann übrigens zum Beispiel durch Beobachtung mit einem REM ermittelt werden. Die Anzahl der Proben ist vorzugsweise groß; sie beträgt zum Beispiel 20 oder mehr, kann 50 oder mehr betragen und kann 100 oder mehr betragen.
Das Anodenaktivmaterial kann einen Hohlraum im Inneren des Primärpartikels enthalten. Wie oben beschrieben weist hat die Siliziumclathrat II-Typ Kristallphase einen Käfig auf, um Metallionen wie Li-Ionen einzuschließen und so die Volumenänderung aufgrund von Laden und Entladen zu hemmen. Wenn das Primärpartikel, das diese Kristallphase enthält, im Inneren einen Hohlraum aufweist, trägt dieser Hohlraum ebenfalls dazu bei, die Volumenänderung zu hemmen und somit kann die Volumenänderung aufgrund von Laden und Entladen weiter gehemmt werden. Infolgedessen kann der Halte- bzw. Spanndruck der Festkörperbatterie weiter gesenkt werden. Es ist bevorzugt, dass das Anodenaktivmaterial viele winzige Hohlräume mit einem Porenradius von 100 nm oder weniger enthält. Der Grund hierfür liegt darin zu verhindern, dass die Hohlräume durch Pressen kollabieren. Die Hohlraummenge bzw. -anteil der Hohlräume mit einem Porenradius von 100 nm oder weniger beträgt zum Beispiel 0,05 cm³/g oder mehr, kann 0,07 cm³/g oder mehr und kann 0,10 cm³/g oder mehr betragen. Im Übrigen beträgt die Hohlraummenge bzw. -anteil beispielsweise 0,15 cm³/g oder weniger. Die Hohlraummenge bzw. -anteil kann zum Beispiel durch eine Quecksilber-Porosimeter-Messung, eine BET-Messung, eine Gasabsorptionsmethode, 3D-SEM oder 3D-TEM ermittelt werden. Übrigens kann das Anodenaktivmaterial keinen Hohlraum im Inneren des Primärpartikels enthalten.
Wenn das Anodenaktivmaterial einen Hohlraum im Inneren des Primärpartikels enthält, beträgt der Hohlraumanteil beispielsweise 4 % oder mehr und kann 10 % oder mehr betragen. Außerdem beträgt der Hohlraumanteil beispielsweise 40 % oder weniger und kann 20 % oder weniger betragen.
Die Zusammensetzung des Anodenaktivmaterials ist nicht besonders beschränkt, wird vorzugsweise jedoch durch Na_xSi₁₃₆ (0 ≤ x ≤ 24) dargestellt. Das „x“ kann 0 sein und kann größer als 0 sein. Im Übrigen kann das „x“ zum Beispiel 10 oder weniger sein, und kann 5 oder weniger sein. Übrigens kann das Anodenaktivmaterial unvermeidliche Komponenten wie Li, C und O enthalten. Die Zusammensetzung des Aktivmaterials kann beispielsweise durch EDX- (EDX = Energy disperive X-ray), XRD- (XRD = X-Ray Diffraction), XRF- (X-Ray Fluorescence), ICP- (Inductively Coupled Plasma) und ein Atomabsorptionsverfahren ermittelt werden.
Es gibt keine besonderen Beschränkungen für das Verfahren zur Herstellung des Anodenaktivmaterials der vorliegenden Offenbarung und Beispiele dafür können ein Verfahren umfassen, das einen Syntheseschritt, bei dem eine Zintl-Verbindung, die eine Zintl-Phase umfasst und Na und Si enthält, synthetisiert wird, und einen Entfernungsschritt, bei dem Na aus der Zintl-Verbindung entfernt wird, umfassen.
Im Syntheseschritt kann die Zintl-Verbindung zum Beispiel durch Durchführen einer Wärmebehandlung bei einer Rohmaterialmischung, die Na (einfache Substanz) und Si (einfache Substanz) enthält, erhalten werden. Betreffend das Verhältnis von Na und Si, beträgt Na, bezogen auf 1 molaren Teil Si, zum Beispiel 0,8 molare Teile oder mehr und 1,5 molare Teile oder weniger. Die Wärmebehandlungstemperatur beträgt zum Beispiel 500°C oder mehr und 1000°C oder weniger. Die Wärmebehandlungszeit beträgt zum Beispiel 1 Stunde oder mehr und 50 Stunden oder weniger.
Im Entfernungsschritt wird Na zum Beispiel durch eine Wärmebehandlung aus der Zintl-Verbindung entfernt. Die Temperatur der Wärmebehandlung beträgt zum Beispiel 280 °C oder mehr und 500 °C oder weniger. Die Wärmebehandlungsdauer beträgt zum Beispiel 1 Stunde oder mehr und 50 Stunden oder weniger. Die Wärmebehandlung kann unter einer Normaldruckatmosphäre durchgeführt werden, und kann unter einer Atmosphäre mit verringertem Druck durchgeführt werden.
Das Anodenaktivmaterial, das einen Hohlraum im Inneren des Primärpartikels enthält, kann zum Beispiel dadurch erhalten werden, dass ein Aktivmaterialvorläufer, der die Siliziumclathrat II-Typ Kristallphase enthält, mit Li zur Reaktion gebracht wird, um eine Legierungsverbindung zu bilden, und anschließend Li aus der Legierungsverbindung entfernt wird. Beispiele für Li-Extraktionsmittel, zur Entfernung von Li, können Alkohol wie Ethanol und Säure wie Essigsäure umfassen.
Zudem beträgt der Anteil des Anodenaktivmaterials in der Anodenschicht zum Beispiel 20 Gew.-% oder mehr, kann 30 Gew.-% oder mehr betragen, kann 40 Gew.-% oder mehr betragen und kann 60 Gew.-% oder mehr betragen. Wenn der Anteil des Anodenaktivmaterials zu gering ist, besteht die Möglichkeit, dass eine ausreichende Energiedichte nicht erreicht wird. Im Übrigen beträgt der Anteil des Anodenaktivmaterials zum Beispiel 80 Gew.-% oder weniger und kann 70 Gew.-% oder weniger betragen. Wenn der Anteil des Anodenaktivmaterials zu hoch ist, besteht die Möglichkeit, dass die Ionenleitfähigkeit und die Elektronenleitfähigkeit in der Anodenschicht relativ stark verschlechtert sind.
Wenn die Anodenschicht einen Festelektrolyten enthält, beträgt das Gewichtsverhältnis zwischen dem Anodenaktivmaterial und dem Festelektrolyten (Anodenaktivmaterial : Festelektrolyt) zum Beispiel 85 : 15 bis 30 : 70 und kann 80 : 20 bis 40 : 60 betragen.
Beispiele für den Festelektrolyten können die Festelektrolyten im später beschriebenen Abschnitt „(3) Festelektrolytschicht“ umfassen. Beispiele für das leitfähige Material können ein Kohlenstoffmaterial, Metallpartikel und ein leitfähiges Polymer umfassen. Beispiele für das Kohlenstoffmaterial können ein partikelförmiges Kohlenstoffmaterial wie Acetylenruß (AR) und Ketjenruß (KR), und ein faserförmiges Kohlenstoffmaterial wie Kohlenstofffasern, Kohlenstoffnanoröhren (CNR) und Kohlenstoffnanofasern (CNF) umfassen. Zudem können Beispiele für Bindemittel kautschukbasierte Bindemittel und flouridbasierte Bindemittel umfassen.
Die Dicke der Anodenschicht beträgt zum Beispiel 0,1 µm oder mehr und 1000 µm oder weniger, kann 1 µm oder mehr und 100 µm oder weniger betragen und kann 30 µm oder mehr und 100 µm oder weniger betragen.
(2) Kathodenschicht
Eine Kathodenschicht der vorliegenden Offenbarung ist eine Schicht, die mindestens ein Kathodenaktivmaterial enthält. Außerdem kann die Kathodenschicht bei Bedarf mindestens eines von einem Festelektrolyten, einem leitfähiges Material und einem Bindemittel enthalten.
Beispiele für das Kathodenaktivmaterial können ein Oxidaktivmaterial umfassen. Beispiele für das Oxidaktivmaterial können ein Aktivmaterial vom Typ Steinsalz wie LiCoO₂, LiMnO₂, LiNiO₂, LiVO₂ und LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂, ein Aktivmaterial vom Typ Spinell wie LiMn₂O₄, Li₄Ti₅O₁₂ und Li (Ni_0,5Mn_1,5) O₄ und ein Aktivmaterial vom Typ Olivin wie LiFePO₄, LiMnPO₄, LiNiPO₄ und LiCoPO₄ umfassen.
Auf der Oberfläche des Oxidaktivmaterials kann eine Deckschicht, die ein Li-Ionen-leitendes Oxid enthält, gebildet sein. Der Grund hierfür ist die Hemmung der Reaktion zwischen dem Oxidaktivmaterial und dem Festelektrolyten (insbesondere einem Sulfid-Festelektrolyten). Beispiele für das Li-Ionen-leitende Oxid können LiNbO₃, Li₄Ti_sO₁₂ und Li₃PO₄ umfassen. Die Dicke der Deckschicht beträgt zum Beispiel 1 nm oder mehr und 30 nm oder weniger. Zudem kann als Kathodenaktivmaterial zum Beispiel auch Li₂S verwendet werden.
Die Arten des Festelektrolyten, des leitfähigen Materials und des Bindemittels, die in der Kathodenschicht verwenden werden sollen, sind gleich wie jene, die vorstehend im Abschnitt „(1) Anodenschicht“ beschrieben wurden; daher wird von Beschreibungen hier abgesehen. Übrigens, wenn die Kathodenschicht einen Festelektrolyten enthält, beträgt das Gewichtsverhältnis zwischen dem Kathodenaktivmaterial und dem Festelektrolyten (Kathodenaktivmaterial : Festelektrolyt) zum Beispiel 85 : 15 bis 30 : 70 und kann 80 : 20 bis 50 : 50 betragen.
Die Dicke der Kathodenschicht beträgt zum Beispiel 0,1 µm oder mehr und 1000 µm oder weniger, kann 1 µm oder mehr und 100 µm oder weniger betragen und kann 30 µm oder mehr und 100 µm oder weniger betragen.
(3) Festelektrolytschicht
Eine Festelektrolytschicht der vorliegenden Offenbarung ist eine Schicht, die zwischen einer Kathodenschicht und einer Anodenschicht gebildet ist, und mindestens einen Festelektrolyten enthält. Außerdem kann die Festelektrolytschicht bei Bedarf zudem ein Bindemittel enthalten. Die Arten des Bindemittels sind gleich wie jene, vorstehend im Abschnitt „(1) Anodenschicht“ beschriebenen wurden; daher wird von der Beschreibung hier abgesehen.
Beispiele für den Festelektrolyten können einen anorganischen Festelektrolyten wie einen Sulfid-Festelektrolyten, einen Oxid-Festelektrolyten, einen Nitrid-Festelektrolyten und einen Halogenid-Festelektrolyten umfassen. Ein Beispiel für den Sulfid-Festelektrolyten kann einen Festelektrolyten, der ein Li-Element, ein X-Element (X ist mindestens eine Art von P, As, Sb, Si, Ge, Sn, B, Al, Ga und In) und ein S-Element enthält, umfassen. Der Sulfid-Festelektrolyt kann außerdem mindestens eines von einem O-Element und ein Halogenelement enthalten. Beispiele für das Halogenelement können ein F-Element, ein Cl-Element, ein Br-Element und ein I-Element umfassen. Der Sulfid-Festelektrolyt kann (amorphes) Glas sein, und kann eine Glaskeramik sein. Beispiele für den Sulfid-Festelektrolyten können Li₂S-P₂S₅, LiI-Li₂S-P₂S₅, LiI-LiBr-Li₂S-P₂S₅, Li₂S-SiS₂, Li₂S-GeS₂ und Li₂S-P₂S₅-GeS₂ umfassen.
Die Dicke der Festelektrolytschicht beträgt zum Beispiel 0,1 µm oder mehr und 1000 µm oder weniger, kann 0,1 µm oder mehr und 300 µm oder weniger betragen, und kann 0,1 µm oder mehr und 100 µm oder weniger betragen.
(4) Halte- bzw. Spannvorrichtung
Die Festkörperbatterie der vorliegenden Offenbarung kann oder kann keine Halte- oder Spannvorrichtung, die einen Halte- bzw. Spanndruck in Dickenrichtung der Festkörperbatterie ausübt, umfassen. Insbesondere enthält die Festkörperbatterie der vorliegenden Offenbarung vorzugsweise keine Halte- oder Spannvorrichtung. Wenn die Halte- oder Spannvorrichtung nicht enthalten ist, kann der Aufbau der Festkörperbatterie zusätzlich vereinfacht sein, und die Energiedichte der Batterie kann insgesamt zusätzlich verbessert werden.
Wenn die Festkörperbatterie die Halte- oder Spannvorrichtung nicht enthält, beträgt der Halte- bzw. Spanndruck normalerweise 0 MPa. Im Übrigen, wenn die Festkörperbatterie die Halte- oder Spannvorrichtung enthält, ist der Halte- bzw. Spanndruck normalerweise größer als 0 MPa. Der Halte- bzw. Spanndruck kann übrigens 0 MPa betragen, selbst wenn die Halte- oder Spannvorrichtung enthalten ist. Die Details des Halte- bzw. Spanndrucks sind gleich wie jene, die vorstehend im Abschnitt „1. Halte- bzw. Spanndruck und Kapazitätsverhältnis“ beschrieben wurden; daher wird von der Beschreibung hier abgesehen.
Es gibt keine besonderen Beschränkungen hinsichtlich der Art der Halte- oder Spannvorrichtung, und Beispiele hierfür können eine Halte- oder Spannvorrichtung, die ein Halte-Drehmoment über eine Schraube ausübt, umfassen.
(5) Andere Aufbauten
Die Festkörperbatterie der vorliegenden Offenbarung umfasst vorzugsweise einen Kathodenstromkollektor zum Sammeln von Strömen der Kathodenschicht, einen Anodenstromkollektor zum Sammeln von Strömen der Anodenschicht und ein Batteriegehäuse zur Aufnahme der oben beschriebenen Teile. Beispiele für das Kathodenstromkollektormaterial können Edelstahl (SUS = Sustainable Steel), Ni, Cr, Au, Pt, Al, Fe, Ti und Zn umfassen. Außerdem kann auf der Oberfläche des Kathodenstromkollektors eine Deckschicht wie beispielsweise aus Ni, Cr oder C aufgebracht werden. Die Deckschicht kann zum Beispiel eine Plattierungsschicht sein, und kann eine Gasphasenabscheidungsschicht sein. Im Übrigen können Beispiele für das Anodenstromkollektormaterial Cu und eine Cu-Legierung umfassen. Auf der Oberfläche des Anodenstromkollektors kann eine Deckschicht aus Ni, Cr und C gebildet werden. Die Deckschicht kann zum Beispiel eine galvanische Schicht oder eine Schicht aus einer Gasphasenabscheidung sein. Als das Batteriegehäuse können herkömmlich bekannte Gehäuse verwendet werden.
(6) Festkörperbatterie
Die Art der Festkörperbatterie der vorliegenden Offenbarung ist nicht besonders beschränkt, ist typischerweise jedoch eine Lithium-Ionen-Batterie. Zudem kann die Festkörperbatterie der vorliegenden Offenbarung eine Primärbatterie oder eine Sekundärbatterie sein, ist vorzugsweise jedoch eine Sekundärbatterie. Der Grund hierfür ist, dass sie wiederholt geladen und entladen werden kann und zum Beispiel als Autobatterie verwendet werden kann.
Die Festkörperbatterie der vorliegenden Offenbarung kann eine Einzelbatterie sein, und kann eine Schichtbatterie sein. Bei der Schichtbatterie kann es sich um eine monopolare Schichtbatterie (parallel geschaltete Schichtbatterie) oder um eine bipolare Schichtbatterie (in Reihe geschaltete Schichtbatterie) handeln. Beispiele für die Form der Festkörperbatterie können eine Münzform, eine Laminatform, eine zylindrische Form und eine quadratische Form umfassen.
Die vorliegende Offenbarung ist übrigens nicht auf die erwähnten Ausführungsformen beschränkt. Die Ausführungsformen sind beispielhaft, und alle anderen Variationen sind im technischen Umfang der vorliegenden Offenbarung enthalten, wenn sie im Wesentlichen die gleiche Beschaffenheit wie die technische Idee, die in den Ansprüchen der vorliegenden Offenbarung beschrieben wird, und eine ähnliche Betriebsweise und Wirkung dahingehend, aufweisen.
Beispiele
[Beispiel 1]
<Anodenaktivmaterialherstellung>
Si-Partikel und Na-Partikel wurden in einem Molverhältnis von 1:1 gemischt und die Mischung bei 700 °C erhitzt, um NaSi (Zintl-Verbindung) zu synthetisieren. Danach wurde die Zintl-Verbindung bei 340 °C erhitzt, um Na zu entfernen. Anschließend wurde zusätzliches Heizen bei 430 °C durchgeführt, um zusätzlich Na zu entfernen. Auf diese Weise wurde ein Anodenaktivmaterial hergestellt.
<Anodenherstellung>
Ein Dispersionsmedium (Butylbutyrat), ein Bindemittel (5 Gew.-% Butylbutyratlösung; Bindemittel auf PVDF-Basis), das hergestellte Anodenaktivmaterial, ein Sulfid-Festelektrolyt (Glaskeramik auf Li₂S-P₂S₅-Basis) und ein leitfähiges Material (VGCF) wurden in einen Behälter aus Polypropylen (PP) gegeben und 30 Sekunden lang mit einem Ultraschall-Dispersionsgerät (UH-50 von SMT Corporation) vermischt. Anschließend wurde der Behälter 30 Minuten lang mit einem Schüttelgerät (TTM-1 von SIBATA SCIENTIFIC TECHNOLOGY LTD.) geschüttelt, um eine Anodenzusammensetzung herzustellen. Die Anodenzusammensetzung wurde mittels eines Rakelstreichverfahrens mit Hilfe eines Applikators auf einen Anodenstromkollektor (Cu-Folie von UACJ) aufgetragen, um eine Deckschicht zu bilden. Die Deckschicht wurde 30 Minuten lang auf einer Heizplatte bei 100 °C getrocknet. Auf diese Weise wurde eine Anode mit einem Anodenstromkollektor und einer Anodenschicht hergestellt. Bei der Herstellung der Anode wurde zudem die Dicke der Anodenschicht so eingestellt, dass ein bestimmtes Kapazitätsverhältnis A erhalten wurde.
<Kathodenherstellung>
Ein Dispersionsmedium (Butylbutyrat), ein Bindemittel (5 Gew.-% Butylbutyratlösung; Bindemittel auf PVDF-Basis), ein Kathodenaktivmaterial (LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂; durchschnittliche Partikelgröße 6 µm), ein Sulfid-Festelektrolyt (Glaskeramik auf Li₂S-P₂S₅-Basis) und ein leitfähiges Material (VGCF) wurden in einen Behälter aus Polypropylen (PP) gegeben und 30 Sekunden lang mit einem Ultraschall-Dispersionsgerät (UH-50 von SMT Corporation) vermischt. Als nächstes wurde der Behälter 3 Minuten lang mit einem Schüttelgerät (TTM-1 von SIBATA SCIENTIFIC TECHNOLOGY LTD.) geschüttelt, 30 Sekunden lang mit einem Ultraschall-Dispersionsgerät zusätzlich vermischt und anschließend 3 Minuten lang mit einem Schüttelgerät (TTM-1 von SIBATA SCIENTIFIC TECHNOLOGY LTD.) zusätzlich geschüttelt, um eine Kathodenzusammensetzung herzustellen. Die Kathodenzusammensetzung wurde mittels eines Rakelstreichverfahrens mit Hilfe eines Applikators auf einen Kathodenstromkollektor (Al-Folie von SHOWA DENKO K.K.) aufgetragen, um eine Deckschicht zu bilden. Danach wurde die Deckschicht 30 Minuten lang auf einer Heizplatte bei 100°C getrocknet. Auf diese Weise wurde eine Kathode mit einem Kathodenstromkollektor und einer Kathodenschicht hergestellt. Die Fläche der Kathode wurde übrigens kleiner gestaltet als die Fläche der Anode.
<Festelektrolytschichtherstellung>
Ein Dispersionsmedium (Heptan), ein Bindemittel (5 Gew.-% Heptanlösung; Bindemittel auf BR-Basis) und ein Sulfid-Festelektrolyt (Glaskeramik auf Li₂S-P₂S₅-Basis) wurden in einen PP-Behälter gegeben und 30 Sekunden lang mit einem Ultraschall-Dispersionsgerät (UH-50 von SMT Corporation) vermischt. Anschließend wurde der Behälter 30 Minuten lang mit einem Schüttelgerät (TTM-1 von SIBATA SCIENTIFIC TECHNOLOGY LTD.) geschüttelt, um eine Festelektrolytzusammensetzung herzustellen. Die Festelektrolytzusammensetzung wurde mittels eines Rakelstreichverfahrens mit Hilfe eines Applikators auf eine Abziehfolie (Al-Folie) aufgetragen, um eine Deckschicht zu bilden. Die Deckschicht wurde auf einer Heizplatte für 30 Minuten bei 100 °C getrocknet. Auf diese Weise wurde ein Transferelement, welches die Abziehfolie und die Festelektrolytschicht enthält, hergestellt.
<Festkörperbatterieherstellung>
Eine Festelektrolytschicht zum Verbinden wurde auf der Kathodenschicht der Kathode angeordnet und in einer Walzenpresse installiert, und dann bei 20 kN/cm (etwa 710 MPa) und 165 °C gepresst. Auf diese Weise wurde ein erster Schichtkörper erhalten.
Als nächstes wurde die Anode in eine Walzenpresse installiert, und bei 20 kN/cm (ca. 630 MPa) und 25°C gepresst. Danach wurden von der Anodenschichtseite aus, in dieser Reihenfolge, die Festelektrolytschicht zum Verbinden und das Transferelement angeordnet. Dabei wurden die Festelektrolytschicht zum Verbinden und die Festelektrolytschicht des Transferelements sich einander zugewandt angeordnet. Der so erhaltene Schichtkörper wurde in einer planaren uniaxialen Pressvorrichtung installiert und für 10 Sekunden bei 100 MPa und 25°C gepresst. Danach wurde die Abziehfolie von der Festelektrolytschicht abgezogen. Auf diese Weise wurde ein zweiter Schichtkörper erhalten.
Anschließend wurden die Festelektrolytschicht zum Verbinden des ersten Schichtkörpers und die Festelektrolytschicht zum Verbinden des zweiten Schichtkörpers sich einander zugewandt angeordnet, in einer ebenen uniaxialen Pressvorrichtung installiert und für 1 Minute bei 200 MPa und 135°C gepresst. Auf diese Weise wurde eine Festkörperbatterie hergestellt. Die hergestellte Festkörperbatterie wurde übrigens nicht durch eine Halte- bzw. Spannvorrichtung eingespannt.
[Beispiele 2 bis 4]
Eine Festkörperbatterie wurde auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 hergestellt, außer, dass das Kapazitätsverhältnis A auf die in Tabelle 1 angegebenen Werte geändert wurde.
[Vergleichsbeispiel 1]
Eine Festkörperbatterie wurde auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 hergestellt, außer, dass Diamanttyp Si-Partikel als das Anodenaktivmaterial verwendet wurden, das Kapazitätsverhältnis A auf den in Tabelle 1 angegebenen Wert geändert wurde und die Batterie mit Hilfe einer Halte- oder Spannvorrichtung bei einem Halte- bzw. Spanndruck von 5 MPa eingespannt wurde.
[Vergleichsbeispiel 2]
Eine Festkörperbatterie wurde auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 hergestellt, außer, dass keine Halte- oder Spannvorrichtung verwendet wurde.
[Vergleichsbeispiel 3]
Eine Festkörperbatterie wurde auf die gleiche Weise wie in Beispiel 2 hergestellt, außer, dass das Kapazitätsverhältnis A auf den in Tabelle 1 angegebenen Wert geändert wurde.
[Vergleichsbeispiel 4]
Eine Festkörperbatterie wurde auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 hergestellt, außer, dass das Kapazitätsverhältnis A auf den in Tabelle 1 angegebenen Wert geändert wurde.
[Vergleichsbeispiele 5 und 6]
Eine Festkörperbatterie wurde auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 hergestellt, außer, dass das Kapazitätsverhältnis A auf die in Tabelle 1 angegeben Werte geändert und die Batterie mit einer Halte- oder Spannvorrichtung bei einem Halte- bzw. Spanndruck von 5 MPa eingespannt wurde.
[Evaluation]
<Röntgenbeugungsmessung>
An dem in Beispiel 1 erhaltenen Anodenaktivmaterial wurde eine Röntgenbeugungsmessung (XRD-Messung) mit Cu-Ka-Strahlung durchgeführt. Als Ergebnis wurden die für Siliziumclathrat Typ II charakteristischen Peaks erhalten, und es wurde bestätigt, dass das in Beispiel 1 erhaltene Anodenaktivmaterial die Siliziumclathrat II-Typ Kristallphase als eine Hauptphase aufwies. Beide jeweils aus den XRD-Daten ermittelten Werte für I_A/I_M und I_B/I_M waren größer als 1
<Lade- und Entladetest>
Jede der in den Beispielen 1 bis 4 und den Vergleichsbeispielen 1 bis 6 hergestellten Festkörperbatterien wurde bei einer 10-Stunden-Rate (1/10C) bis 4,55 V CC-CV geladen, und jede der Batterien wurde bei einer 1-Stunden-Rate (1C) bis 3,0 V entladen. Danach wurde eine CC-CV-Ladung bis 4,35 V bei einer 3-Stunden-Rate (1/3C) durchgeführt, und eine CC-CV-Entladung bis 3,00V ebenfalls bei einer 3-Stunden-Rate (1/3C) durchgeführt, und entsprechend die Initialentladekapazität erhalten. Dieser Zyklus wurde 5 Mal wiederholt und die Entladekapazität nach den 5 Zyklen erhalten. Die Kapazitätsbeständigkeit wurde entsprechend berechnet, indem die Entladekapazität nach den 5 Zyklen durch die Initialentladekapazität geteilt wurde. Die Ergebnisse werden in Tabelle 1 gezeigt.

[Tabelle 1]

	Hauptkristallstruktur des Anodenaktivmaterials	Halte- bzw. Spanndruck (MPa)	Kapazitätsverhältnis A	Kapazitätbeständigkeit (%)
Vergleichsbeispiel 1	Diamanttyp	5	4.5	98
Vergleichsbeispiel 2	Diamanttyp	0	4.5	85
Vergleichsbeispiel 3	Diamanttyp	0	2.2	80
Vergleichsbeispiel 4	Clathrat II-Typ	0	2.3	92
Beispiel 1	Clathrat II-Typ	0	4.8	94.4
Beispiel 2	Clathrat II-Typ	0	3.8	94.4
Beispiel 3	Clathrat II-Typ	0	4.1	95.0
Beispiel 4	Clathrat II-Typ	0	2.5	95.5
Vergleichsbeispiel 5	Clathrat II-Typ	5	2.4	96.8
Vergleichsbeispiel 6	Clathrat II-Typ	5	4.1	96

Wie aus Tabelle 1 hervorgeht, war die Kapazitätsbeständigkeit des Vergleichsbeispiels 1, das herkömmliches Si (Diamanttyp Si) verwendet hat, hoch, da ein Halte- bzw. Spanndruck von 5 MPa ausgeübt wurde, die Kapazitätsbeständigkeit von Vergleichsbeispiel 2 jedoch drastisch verschlechtert, da der Halte- bzw. Spanndruck nicht ausgeübt wurde. Da das Kapazitätsverhältnis A des Vergleichsbeispiels 3 kleiner war als das des Vergleichsbeispiels 2, ereignete sich während des Ladens und Entladens eine große Volumenänderung des Si, und die Kapazitätsbeständigkeit wurde zusätzlich verschlechtert.
Andererseits war die Kapazitätsbeständigkeit der Beispiele 1 bis 4, bei denen Si mit der Clathrat II-Typ Kristallphase verwendet wurde und kein Halte- bzw. Spanndruck ausgeübt wurde, entsprechend etwas geringer als bei den Vergleichsbeispielen 5 und 6, auf die der Halte- bzw. Spanndruck von 5 MPa angewandt wurde; es wurde jedoch entsprechend eine hervorragende Kapazitätsbeständigkeit von 94 % oder mehr erhalten. Auf diese Weise wurde eine Festkörperbatterie mit hervorragender Kapazitätsbeständigkeit erhalten, wenn das Anodenaktivmaterial, das die Siliziumclathrat II-Typ Kristallphase enthält, verwendet wurde und das Kapazitätsverhältnis A auf den angegebenen Bereich eingestellt wurde, selbst wenn kein oder ein geringer Halte- bzw. Spanndruck ausgeübt wurde.
Bezugszeichenliste

1: Kathodenschicht
2: Festelektrolytschicht
3: Anodenschicht
4: Kathodenstromkollektor
5: Anodenstromkollektor
6: Batteriegehäuse
10: Festkörperbatterie

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2017112029 A [0003]

Claims

Festkörperbatterie dadurch gekennzeichnet, dass die Festkörperbatterie Schichten in der Reihenfolge einer Kathodenschicht, einer Festelektrolytschicht und einer Anodenschicht umfasst, wobei die Anodenschicht ein Anodenaktivmaterial, das eine Siliziumclathrat II-Typ Kristallphase enthält, umfasst; ein Spanndruck von 0 MPa oder mehr und weniger als 5 MPa auf die Festkörperbatterie in Schichtungsrichtung ausgeübt wird; und wenn ein Kapazitätsverhältnis von Anodenkapazität zu Kathodenkapazität als A bezeichnet wird, das Kapazitätsverhältnis A 2,5 oder mehr und 4,8 oder weniger beträgt.
Festkörperbatterie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Spanndruck 2,5 MPa oder weniger beträgt.
Festkörperbatterie nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Kapazitätsverhältnis A 4,1 oder weniger beträgt.
Festkörperbatterie nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Kapazitätsverhältnis A 3,0 oder mehr beträgt.
Festkörperbatterie nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Festkörperbatterie keine Spannvorrichtung enthält, die den Spanndruck ausübt.
Festkörperbatterie nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Röntgenbeugungsmessung des Anodenaktivmaterials, unter Verwendung von Cu-Kα-Strahlung, Peaks an den Positionen 29 = 20,09° ±0,50° und 31,72° ±0,50° beobachtet werden.