DE112014004411T5

DE112014004411T5 - Festkörperbatterie

Info

Publication number: DE112014004411T5
Application number: DE112014004411.3T
Authority: DE
Inventors: Yuki KATO; Takamasa Ohtomo; Masatsugu KAWAKAMI; Hisatsugu YAMASAKI
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2013-09-25
Filing date: 2014-09-12
Publication date: 2016-07-28
Also published as: US10270135B2; KR101721786B1; KR20150114556A; CN105518922B; CN105518922A; WO2015045929A1; US20160233553A1

Abstract

Eine Festkörperbatterie, die es ermöglicht, die Zykleneigenschaften zu verbessern, wird bereitgestellt. Die Festkörperbatterie umfasst eine Anode, die ein Anodenaktivmaterial umfasst; eine Kathode, die ein Kathodenaktivmaterial umfasst; eine Festelektrolytschicht, die zwischen der Anode und der Kathode angeordnet ist; einen Anodenkollektor, der mit der Anode verbunden ist; und einen Kathodenkollektor, der mit der Kathode verbunden ist. In der Festkörperbatterie ist eine Metallschicht zwischen der Anode und dem Anodenkollektor und/oder zwischen der Kathode und dem Kathodenkollektor angeordnet, in einem Fall, in dem die Metallschicht eine Metallschicht in einer Anodenseite ist, die zwischen der Anode und dem Anodenkollektor angeordnet ist, wird ein Metall für die Metallschicht in der Anodenseite verwendet, das unter einer Potentialumgebung, in der das Anodenaktivmaterial Metallionen speichert und freisetzt, keine elektrochemische Reaktion mit den Metallionen durchläuft und dessen Prozent-Verlängerung nicht weniger als 22% beträgt und in einem Fall, in dem die Metallschicht eine Metallschicht in einer Kathodenseite ist, die zwischen der Kathode und dem Kathodenkollektor angeordnet ist, wird ein Metall für die Metallschicht in der Kathodenseite verwendet, das unter einer Potentialumgebung, in der das Kathodenaktivmaterial Metallionen speichert und freisetzt, keine elektrochemische Reaktion mit den Metallionen durchläuft und dessen Prozent-Verlängerung nicht weniger als 22% beträgt.

Description

Technisches Gebiet
Diese Erfindung betrifft Festkörperbatterien.
Stand der Technik
Metallionen-Sekundärbatterien, die Flammschutzmittel-Festelektrolyte verwendende Festelektrolytschichten aufweisen (zum Beispiel, Lithiumionen-Sekundärbatterien und dergleichen. Nachfolgend können diese als „Festkörperbatterien” bezeichnet werden) haben die Vorteile, dass Systeme zum Sicherstellen der Sicherheit einfach vereinfacht werden können.
Im Hinblick auf den Stand der Technik für Lithiumionen-Sekundärbatterien offenbart, zum Beispiel, Patentliteratur 1 einen Kollektor für eine Sekundärbatterie mit einem nicht-wässrigen Lösungsmittel, der umfasst: eine erste Metallschicht; und eine zweite Metallschicht, die an die erste Metallschicht laminiert ist; in dem Kollektor für eine Sekundärbatterie mit nicht-wässrigem Lösungsmittel erfüllen die Vickers Härten (HV1; HV2) jedes der Metalle, die jeweils die erste und zweite Schicht bilden und die Dicken (T1, T2) jeweils der ersten Metallschicht und der zweiten Metallschicht HV1 > HV2 und T1 < T2, und die Kombination des ersten Metalls und des zweiten Metalls ist eine von: (erstes Metall, zweites Metall) = (Eisen, Aluminium), (Titan, Aluminium), (rostfreier Stahl, Aluminium), (Nickel, Kupfer), (Eisen, Kupfer), (Titan, Kupfer) und (rostfreier Stahl, Kupfer). Patentliteratur 2 offenbart einen Elektrodenköper für eine Festkörpersekundärbatterie, der einen Kollektor und eine Aktivmaterialschicht vom Dünnfilmtyp umfasst, die an dem Kollektor gebildet ist; in dem Elektrodenkörper ist die Vickers Härte des Kollektors geringer als die der Aktivmaterialschicht und liegt in einem Bereich von 400 bis 600. Patentliteratur 3 offenbart eine Negativelektrode für eine Lithiumionen-Sekundärbatterie, die einen Stromkollektor und eine Negativelektrodenaktivmaterialschicht umfasst, die an mindestens einer Fläche des Stromkollektors gebildet ist; in der Negativelektrode umfasst die Negativelektrodenaktivmaterialschicht ein Negativelektrodenaktivmaterial, das in der Lage ist, Lithiumionen zu speichern/freizusetzen und ein spannungsabbauendes Material. Patentliteratur 4 offenbart einen Kollektor für eine Lithiumionen-Sekundärbatterie-Negativelektrode, der eine Zinkschicht, eine Kupferschicht und eine Indium-Rostschutzmittel-Schicht, die an mindestens einer Oberfläche einer Aluminiumfolie in dieser Reihenfolge bereitgestellt sind.
Liste zitierter Dokumente
Patentliteratur

Patentliteratur 1: JP 2013-69708A
Patentliteratur 2: JP 2013-26031A
Patentliteratur 3: JP 2010-272357A
Patentliteratur 4: JP 2012-59484A

Zusammenfassung der Erfindung
Technische Aufgabe
Es wird bedacht, dass die in Patentliteratur 1 bis 4 offenbarten Techniken es ermöglichen, die Haftung eines Kollektors an einer Aktivmaterialschicht zu verbessern. Allerdings speichern eine Metallschicht und ein spannungsabbauendes Material, die zum Herbeiführen einer solchen Wirkung verwendet werden manchmal Metallionen, die zwischen Positivelektrodenaktivmaterialien und Negativelektrodenaktivmaterialien abhängig von den Materialien derselben wandern und setzten diese frei, zum Beispiel in einem Potentialbereich, in dem Metallionen in Negativelektrodenaktivmaterialien gespeichert und von diesen freigesetzt werden (nachfolgend kann der Potentialbereich als „Anodenpotential” bezeichnet werden). Das Auftreten eines solchen Falles führt zu einer Volumenveränderung, da die Metallschicht und das spannungsabbauende Material sich ausdehnen und zusammenziehen. Somit nimmt die Haftung des Kollektors und der Aktivmaterialschicht ab und als ein Ergebnis verschlechtern sich leicht die Zykleneigenschaften und der Coulomb-Wirkungsgrad.
Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine Festkörperbatterie bereitzustellen, die es ermöglicht, die Zykleneigenschaften oder den Coulomb-Wirkungsgrad zu verbessern.
Lösung der Aufgabe
Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben als ein Ergebnis ihrer intensiven Forschungsaktivitäten das Folgende festgestellt:

(1) In einem Fall, in dem eine weiche Metallschicht zwischen einem Anodenkollektor und einer Anodenaktivmaterialschicht (nachfolgend als eine „Anode” bezeichnet) angeordnet ist, können die Zykleneigenschaften durch diese Metallschicht verbessert werden, die von einem Metallmaterial gebildet wird, das bei dem Anodenpotential Metallionen die zwischen einem Kathodenaktivmaterial und einem Anodenaktivmaterial wandern nicht speichert und freisetzt. In einem Fall, in dem eine weiche Metallschicht zwischen einem Kathodenkollektor und einer Kathodenaktivmaterialschicht (nachfolgend als „Kathode” bezeichnet) angeordnet ist, können die Zykleneigenschaften durch die oben genannte Metallschicht verbessert werden, die von einem Metallmaterial gebildet wird, das Metallionen nicht speichert und freisetzt, die in einem Potentialbereich zwischen einem Kathodenaktivmaterial und einem Anodenaktivmaterial wandern, in dem Metallionen in Kathodenaktivmaterialien gespeichert und von diesen freigesetzt werden (nachfolgend kann dieser Potentialbereich als „Kathodenpotential” bezeichnet werden).
(2) In einem Fall, in dem eine weiche Metallschicht zwischen einem Anodenkollektor und einer Anode angeordnet ist, kann der Coulomb-Wirkungsgrad durch Anordnen einer anderen Metallschicht zwischen dieser weichen Metallschicht und der Anode und durch diese andere Metallschicht verbessert werden, die aus einem Metallmaterial besteht, das Metallionen, die bei dem Anodenpotential zwischen einem Kathodenaktivmaterial und einem Anodenaktivmaterial wandern, nicht speichert und freisetzt. In einem Fall, in dem eine weiche Metallschicht zwischen einem Kathodenkollektor und einer Kathode angeordnet ist, kann der Coulomb-Wirkungsgrad durch Anordnen einer anderen Metallschicht zwischen dieser weichen Metallschicht und der Kathode und durch diese andere Metallschicht verbessert werden, die von einem Metallmaterial gebildet wird, das Metallionen, die bei dem Kathodenpotential, bei dem Metallionen in Kathodenaktivmaterialien gespeichert und von diesen freigesetzt werden, zwischen einem Kathodenaktivmaterial und einem Anodenaktivmaterial wandern, nicht speichert und freisetzt.

Die vorliegende Erfindung wurde basierend auf diesen Feststellungen fertiggestellt.
Die vorliegende Erfindung weist die folgenden Strukturen auf, um die zuvor genannte Aufgabe zu lösen. Das heißt:
Der erste Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Festkörperbatterie umfassend: eine Anode, die ein Anodenaktivmaterial umfasst; eine Kathode, die ein Kathodenaktivmaterial umfasst; eine Festelektrolytschicht, die zwischen der Anode und der Kathode angeordnet ist; einen Anodenkollektor, der mit der Anode verbunden ist; und einen Kathodenkollektor, der mit der Kathode verbunden ist, wobei eine Metallschicht zwischen der Anode und dem Anodenkollektor und/oder zwischen der Kathode und dem Kathodenkollektor angeordnet ist, wobei in einem Fall, in dem die Metallschicht eine Metallschicht ist, die zwischen der Anode und dem Anodenkollektor angeordnet ist (Metallschicht in einer Anodenseite), ein Metall für die Metallschicht in einer Anodenseite verwendet wird, das unter einer Potentialumgebung, in der das Anodenaktivmaterial Metallionen speichert und freisetzt, keine elektrochemische Reaktion mit den Metallionen durchläuft und dessen Prozent-Verlängerung nicht weniger als 22% beträgt, und in einem Fall, in dem die Metallschicht eine Metallschicht ist, die zwischen der Kathode und dem Kathodenkollektor angeordnet ist (Metallschicht in einer Kathodenseite), ein Metall für die Metallschicht in einer Kathodenseite verwendet wird, das unter einer Potentialumgebung, in der das Kathodenaktivmaterial Metallionen speichert und freisetzt, keine elektrochemische Reaktion mit den Metallionen durchläuft und dessen Prozent-Verlängerung nicht weniger als 22% beträgt.
In dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung durchläuft das für die Metallschicht in der Anodenseite verwendete Metall keine elektrochemische Reaktion mit den Metallionen, die bei dem Anodenpotential zwischen dem Kathodenaktivmaterial und dem Anodenaktivmaterial wandern. Daher trägt die Metallschicht in der Anodenseite, die zwischen der Anode und dem Anodenkollektor angeordnet ist, nicht zu einer Aufladungs-Entladungsreaktion bei und somit tritt keine durch Aufladungs-Entladungsreaktionen verursachte Volumenänderung auf. Eine solche Struktur ermöglicht es, den Zustand zu erhalten, in dem die Haftung der Anode und des Anodenkollektors verbessert ist, und somit, die Zykleneigenschaften zu verbessern. Das Metall, das für die Metallschicht in der Kathodenseite verwendet wird, durchläuft keine elektrochemische Reaktion mit den Metallionen, die bei dem Kathodenpotential zwischen dem Kathodenaktivmaterial und dem Anodenaktivmaterial wandern. Somit trägt die Metallschicht in der Kathodenseite, die zwischen der Kathode und dem Kathodenkollektor angeordnet ist nicht zu einer Aufladungs-Entladungsreaktion bei und somit tritt keine durch Aufladungs-Entladungsreaktionen verursachte Volumenveränderung auf. Ein solcher Zustand ermöglicht es, den Zustand zu erhalten, in dem die Haftung der Kathode und des Kathodenkollektors verbessert ist, und somit, die Zykleneigenschaften zu verbessern. Eine solche Wirkung kann entweder durch die Struktur herbeigeführt werden, bei der die Metallschicht nur zwischen der Anode und dem Anodenkollektor angeordnet wird oder durch die Struktur, bei der die Metallschicht nur zwischen der Kathode und dem Kathodenkollektor angeordnet wird. Eine stärkere Wirkung kann durch die Struktur herbeigeführt werden, bei der die Metallschicht zwischen der Anode und dem Anodenkollektor angeordnet wird und die Metallschicht zwischen der Kathode und dem Kathodenkollektor angeordnet wird.
Der zweite Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Festkörperbatterie umfassend: eine Anode, die ein Anodenaktivmaterial umfasst; eine Kathode, die ein Kathodenaktivmaterial umfasst; eine Festelektrolytschicht, die zwischen der Anode und der Kathode angeordnet ist; einen Anodenkollektor, der mit der Anode verbunden ist; und einen Kathodenkollektor, der mit der Kathode verbunden ist, wobei eine Metallschicht zwischen der Anode und dem Anodenkollektor und/oder zwischen der Kathode und dem Kathodenkollektor angeordnet ist, wobei in einem Fall, in dem die Metallschicht eine Metallschicht ist, die zwischen der Anode und dem Anodenkollektor angeordnet ist (Metallschicht in einer Anodenseite), die Metallschicht in einer Anodenseite Metall umfasst, dessen Prozent-Verlängerung nicht weniger als 22% beträgt, und eine Inertmetallschicht in einer Anodenseite zwischen der Metallschicht in einer Anodenseite und der Anode angeordnet ist, ein Metall für die Inertmetallschicht in einer Anodenseite verwendet wird, das unter einer Potentialumgebung, in der das Anodenaktivmaterial Metallionen speichert und freisetzt, keine elektrochemische Reaktion mit den Metallionen durchläuft, in einem Fall, in dem die Metallschicht ist eine Metallschicht ist, die zwischen der Kathode und dem Kathodenkollektor angeordnet ist (Metallschicht in einer Kathodenseite), die Metallschicht in einer Kathodenseite das Metall umfasst, dessen Prozent-Verlängerung nicht weniger als 22% beträgt, und eine Inertmetallschicht in einer Kathodenseite zwischen der Metallschicht in einer Kathodenseite und der Kathode angeordnet ist, ein Metall für die Inertmetallschicht in einer Kathodenseite verwendet wird, das unter einer Potentialumgebung, in der das Kathodenaktivmaterial Metallionen speichert und freisetzt, keine elektrochemische Reaktion mit den Metallionen durchläuft.
In dem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung durchläuft das für die Inertmetallschicht in der Anodenseite verwendete Metall, bei dem Anodenpotential keine elektrochemische Reaktion mit den zwischen den Kathodenaktivmaterial und den Anodenaktivmaterial wandernden Metallionen. Daher trägt die Inertmetallschicht in der Anodenseite nicht zu einer Aufladungs-Entladungsreaktion bei und somit kann verhindert werden, dass die irreversible Kapazität steigt und auch eine durch Aufladungs-Entladungsreaktionen verursachte Volumenveränderung kann gering gehalten werden. Als ein Ergebnis kann der Coulomb-Wirkungsgrad verbessert werden. Das für die Inertmetallschicht in der Kathodenseite verwendete Metall durchläuft bei dem Kathodenpotential keine elektrochemische Reaktion mit den Metallionen, die zwischen dem Anodenaktivmaterial und dem Kathodenaktivmaterial wandern. Daher trägt die Inertmetallschicht in der Kathodenseite nicht zu einer Aufladungs-Entladungsreaktion bei und somit kann verhindert werden, dass die irreversible Kapazität steigt und auch eine durch Aufladungs-Entladungsreaktionen verursachte Volumenveränderung kann gering gehalten werden. Als ein Ergebnis kann der Coulomb-Wirkungsgrad verbessert werden. Eine solche Wirkung kann entweder durch die Struktur herbeigeführt werden, bei der die Metallschicht in der Anodenseite und die Inertmetallschicht in der Anodenseite nur zwischen der Anode und dem Anodenkollektor angeordnet werden oder durch die Struktur, bei der die Metallschicht in der Kathodenseite und die Inertmetallschicht in der Kathodenseite nur zwischen der Kathode und dem Kathodenkollektor angeordnet werden. Eine stärkere Wirkung kann durch die Struktur herbeigeführt werden, bei der die Metallschicht in der Anodenseite und die Inertmetallschicht in der Anodenseite zwischen der Anode und dem Anodenkollektor angeordnet werden und die Metallschicht in der Kathodenseite und die Inertmetallschicht in der Kathodenseite zwischen der Kathode und dem Kathodenkollektor angeordnet werden.
Im ersten und zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird im einen Fall, in dem die Metallschicht zwischen der Anode und dem Anodenkollektor angeordnet ist, diese Metallschicht als „Metallschicht in der Anodenseite” bezeichnet. In einem Fall, in dem die Metallschicht zwischen der Kathode und dem Kathodenkollektor angeordnet ist, wird diese Metallschicht als „Metallschicht in der Kathodenseite” bezeichnet. „Metallionen” sind Metallionen, die zwischen dem Anodenaktivmaterial und dem Kathodenaktivmaterial wandern, wenn die Festkörperbatterie sich im Betrieb befindet. „Potentialumgebung, in der das Anodenaktivmaterial die Metallionen speichert und freisetzt” bedeutet genauer: der Potentialbereich des Potentials, bei dem das Anodenaktivmaterial beginnt die Metallionen einzuschließen und des Potentials, bei dem das Anodenaktivmaterial die Metallionen nicht mehr speichert; oder der Potentialbereich des Potentials, bei dem das Anodenaktivmaterial beginnt, die Metallionen freizusetzten und des Potentials, bei dem das Anodenaktivmaterial die Metallionen nicht mehr freisetzt. Hier ist es so, dass der Potentialbereich, in dem das Anodenaktivmaterial die Metallionen speichert, mit dem Potentialbereich, in dem das Anodenaktivmaterial die Metallionen freisetzt, durch „oder” verbunden ist, da (in einem Fall des Auftretens einer vorbestimmten Hysterese) der erstere Potentialbereich manchmal nicht exakt zu dem letzteren Potentialbereich passt. „Potentialumgebung, in der das Kathodenaktivmaterial die Metallionen speichert und freisetzt” bedeutet genauer: der Potentialbereich des Potentials, bei dem das Kathodenaktivmaterial beginnt die Metallionen einzuschließen und des Potentials, bei dem das Kathodenaktivmaterial die Metallionen nicht mehr speichert; oder der Potentialbereich des Potentials, bei dem das Kathodenaktivmaterial beginnt die Metallionen freizusetzten und des Potentials, bei dem das Kathodenaktivmaterial die Metallionen nicht mehr freisetzt. Hier ist es so, dass der Potentialbereich, in dem das Kathodenaktivmaterial die Metallionen speichert, mit dem Potentialbereich, in dem das Kathodenaktivmaterial die Metallionen freisetzt, mit „oder” verbunden ist, da (in einem Fall des Auftretens einer vorbestimmten Hysterese) der erstere Potentialbereich manchmal nicht exakt zum letzteren Potentialbereich in dem Kathodenaktivmaterial passt. Bezüglich der „Prozent-Verlängerung” des Metalls kann auf „The Japan Institute of Metals and Materials-hen, Kinzoku deta bukku, Maruzen Company, Limited, Kaitei 3-ban” Bezug genommen werden.
Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
Nach der vorliegenden Erfindung kann eine Festkörperbatterie bereitgestellt werden, die es ermöglicht, die Zykleneigenschaften oder den Coulomb-Wirkungsgrad zu verbessern.
Kurze Beschreibung der Figuren
1 ist eine Ansicht zum Erklären eines Beispiels einer Struktur einer Festkörperbatterie der vorliegenden Erfindung nach der ersten Ausführungsform.
2 ist eine Ansicht zum Erklären eines Beispiels einer anderen Struktur der Festkörperbatterie der vorliegenden Erfindung nach der ersten Ausführungsform.
3 ist eine Ansicht zum Erklären eines Beispiels noch einer anderen Struktur der Festkörper-Sekundärbatterie der vorliegenden Erfindung nach der ersten Ausführungsform.
4 ist eine Ansicht zum Erklären eines Beispiels einer Struktur einer Festkörperbatterie der vorliegenden Erfindung nach der zweiten Ausführungsform.
5 ist eine Ansicht zum Erklären eines Beispiels einer anderen Struktur der Festkörperbatterie der vorliegenden Erfindung nach der zweiten Ausführungsform.
6 ist eine Ansicht zum Erklären eines Beispiels noch einer anderen Struktur der Festkörperbatterie der vorliegenden Erfindung nach der zweiten Ausführungsform.
7 ist eine Ansicht zum Erklären von Aufladungs-/Entladungskurven in den ersten Zyklus.
8 ist eine Ansicht zum Erklären der Zykleneigenschaften der spezifischen Entladungskapazität.
9 ist eine Ansicht zum Erklären der Entladungskapazitätserhaltung während der Aufladungs-/Entladungszyklen.
10 ist eine Ansicht zum Erklären der Aufladungs-/Entladungskurven in dem ersten Zyklus.
11 ist eine Ansicht zum Erklären des Coulomb-Wirkungsgrads im ersten Zyklus.
Beschreibung der Ausführungsformen
Die vorliegende Erfindung wird im Folgenden mit Bezug auf die Figuren beschrieben. Die folgenden Ausführungsformen sind beispielhafte Darstellungen der vorliegenden Erfindung und die vorliegende Erfindung ist nicht auf diese beschränkt.
1. Erste Ausführungsform
1.1 Festkörperbatterie 10
1 stellt eine Festkörperbatterie 10 nach der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar. Die Festkörperbatterie 10, die in 1 dargestellt ist, umfasst eine Anode 11, eine Kathode 12, eine Festelektrolytschicht 13, die zwischen der Anode 11 und der Kathode 12 angeordnet ist, einen Anodenkollektor 14, der mit der Anode 11 verbunden ist, einen Kathodenkollektor 15, der mit der Kathode 12 verbunden ist, eine Metallschicht in der Anodenseite 16, die zwischen der Anode 11 und dem Anodenkollektor 14 angeordnet ist und eine Metallschicht in der Kathodenseite 17, die zwischen der Kathode 12 und dem Kathodenkollektor 15 angeordnet ist. Die Anode 11 umfasst ein Anodenaktivmaterial 11a und einen Sulfid-Festelektrolyt 13a. Die Kathode 12 umfasst einen Kathodenaktivmaterial 12a, einen Sulfid-Festelektrolyt 13a und einen leitfähigen Zusatzstoff 12b. Die Festelektrolytschicht 13 umfasst den Sulfid-Festelektrolyt 13a. In der Festkörperbatterie 10 ist das Anodenaktivmaterial 11a Graphit, das Kathodenaktivmaterial 12a ist LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂, die Metallschicht in der Anodenseite 16 ist eine Li-Folie und die Metallschicht in der Kathodenseite 17 ist eine In-Folie.
Im vorliegenden Fall beginnt das Anodenaktivmaterial 11a, das Graphit ist, bei ungefähr 2,5 V in Bezug auf Li (ggü. Li⁺/Li), was höher ist als 0,6 V, damit, Lithiumionen einzuschließen und freizusetzten und bei einem Potential zwischen 0,1 V und 0 V in Bezug auf Li speichert es Lithiumionen nicht mehr und es setzt diese nicht mehr frei. Das durchschnittliche Potential, bei dem Graphit Lithiumionen speichert und freisetzt, beträgt ungefähr 0,1 V in Bezug auf Li.
Das Kathodenaktivmaterial 12a, das LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂ ist, beginnt bei dem Potential von ungefähr 4 bis 5 V in Bezug auf Li, Lithiumionen einzuschließen und freizusetzten und bei dem Potential von ungefähr 1 bis 2 V in Bezug auf Li speichert es keine Lithiumionen mehr und setzt diese nicht mehr frei. Das durchschnittliche Potential, bei dem LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂ Lithiumionen speichert und freisetzt, beträgt ungefähr 3,8 V in Bezug auf Li.
Das Potential, bei dem metallisches Li ionisiert wird, sodass es zu Lithiumionen wird und bei dem Lithiumionen, deionisiert werden, sodass sie zu metallischen Li werden, beträgt 0 V in Bezug auf Li und das durchschnittliche Potential, bei dem metallisches In Lithiumionen speichert und freisetzt, beträgt ungefähr 0,6 V in Bezug auf Li.
Das die Metallschicht in der Anodenseite 16 in der Festkörperbatterie 10 bildende Li durchläuft unter der Potentialumgebung (bei dem Anodenpotential), bei der das Anodenaktivmaterial 11a Lithiumionen, die zwischen dem Anodenaktivmaterial 11a und dem Kathodenaktivmaterial 12a wandern, speichert und freisetzt, keine elektrochemische Reaktion mit den Lithiumionen. Somit, da die Metallschicht in der Anodenseite 16, sogar wenn die Festkörperbatterie 10 sich im Betrieb befindet, die Lithiumionen nicht speichert und freisetzt, tritt in der Metallschicht der Anodenseiten 16 selbst keine mit der Einschließung und Freisetzung der Lithiumionen einhergehende Volumenveränderung auf. Die Prozent-Verlängerung von Li-Folie beträgt mehr als 22%. Somit ermöglicht die Festkörperbatterie 10 es, die Anode 11 und den Anodenkollektor 14 durch die Metallschicht in der Anodenseite 16 für eine lange Zeit aneinander haftend zu halten.
Die Metallschicht in der Kathodenseite 17 in der Festkörperbatterie 10 bildendes In durchläuft unter der Potentialumgebung (bei dem Kathodenpotential), in der das Kathodenaktivmaterial 12a die Lithiumionen speichert und freisetzt, keine elektrochemische Reaktion mit den Lithiumionen. Somit, da die Metallschicht der Kathodenseite 17 die Lithiumionen nicht speichert und freisetzt, sogar wenn die Festkörperbatterie 10 sich im Betrieb befindet, tritt in der Metallschicht in der Kathodenseite 17 selbst keine mit der Einschließung und Freisetzung der Lithiumionen einhergehende Volumenveränderung auf. Die Prozent-Verlängerung von In-Folie beträgt 22%. Somit ermöglicht die Festkörperbatterie 10 es, die Kathode 12 und den Kathodenkollektor 15 durch die Metallschicht in der Kathodenseite 17 für eine lange Zeit aneinander haftend zu halten.
Wie oben beschrieben, ermöglicht es die Festkörperbatterie 10, die Anode 11 und den Anodenkollektor 14 durch die Metallschicht in der Anodenseite 16 lange aneinander haftend zu halten und sie ermöglicht es, die Kathode 12 und den Kathodenkollektor 15 durch die Metallschicht in der Kathodenseite lange aneinander haftend zu halten. Die Zykleneigenschaften können durch die Haftung der Anode 11 und des Anodenkollektors 14 aneinander für eine lange Zeit und die Haftung der Kathode 12 und des Kathodenkollektors 15 aneinander für eine lange Zeit verbessert werden.
Die Anode 11 kann, zum Beispiel, durch ein Verfahren hergestellt werden, bei dem ein Anodengemisch gepresst wird, das durch Mischen der Anodenaktivmaterialien 11a und der Sulfid-Festelektrolyte 13a in einem vorbestimmten Verhältnis (Gewichtsverhältnis) erhalten wird. Die Kathode 12 kann, zum Beispiel, durch ein Verfahren hergestellt werden, bei dem ein Kathodengemisch gepresst wird, das durch Mischen der Kathodenaktivmaterialien 12a, der leitfähigen Zusatzstoffe 12b und der Sulfid-Festelektrolyte 13a in einem vorbestimmten Verhältnis (Gewichtsverhältnis) erhalten wird. Die Festelektrolytschicht 13 kann, zum Beispiel, durch ein Verfahren hergestellt werden, bei dem die Sulfid-Festelektrolyte 13a gepresst werden. Nachdem die Anode 11, die Kathode 12 und die Festelektrolytschicht 13 hergestellt wurden, wie oben beschrieben, wie in 1 dargestellt, werden der Anodenkollektor 14, die Metallschicht in der Anodenseite 16, die Anode 11, die Festelektrolytschicht 13, die Kathode 12, die Metallschicht in der Kathodenseite 17 und der Kathodenkollektor 15 unter einer Inertatmosphäre (zum Beispiel, einer Argonatmosphäre, einer Stickstoffatmosphäre oder einer Heliumatmosphäre) geschichtet, sodass sie in dieser Reihenfolge von einer Seite zu der anderen Seite angeordnet sind, um einen geschichteten Körper zu bilden. Danach kann die Festkörperbatterie 10, zum Beispiel, durch ein Verfahren hergestellt werden, bei dem der geschichtete Körper gepresst wird. Wenn die Festkörperbatterie 10 hergestellt wird, besteht insbesondere keine Beschränkung für die Anode 11, die Kathode 12 und die Festelektrolytschicht 13 bezüglich der Form. Wenn, zum Beispiel, die Festkörperbatterie 10 mit geringem Widerstand hergestellt wird, kann die Festelektrolytschicht 13 dünn sein. Wenn die Festkörperbatterie 10 mit hoher Energiedichte hergestellt wird, können die Anode 11 und die Kathode 12 dick sein. Wenn die Festkörperbatterie 10 mit hoher Leistungsdichte hergestellt wird, können die Anode 11 und die Kathode 12 dünn sein.
Während die obige sich auf die Festkörperbatterie 10 beziehende Beschreibung die Struktur des Einbeziehens der Metallschicht in der Anodenseite 16 und der Metallschicht in der Kathodenseite 17 darstellt, ist die Festkörperbatterie der vorliegenden Erfindung nach dieser ersten Ausführungsform nicht auf diese Struktur beschränkt. Die Festkörperbatterie kann die Struktur ohne die Metallschicht in der Kathodenseite aufweisen, bei der die Metallschicht in der Anodenseite umfasst ist. Außerdem kann die Festkörperbatterie die Struktur ohne die Metallschicht in der Anodenseite aufweisen, bei der die Metallschicht in der Kathodenseite umfasst ist. 2 und 3 stellen die Festkörperbatterien mit diesen Strukturen da.
1.2 Festkörperbatterie 20
Eine in 2 dargestellte Festkörperbatterie 20 ist ausgestaltet wie die Festkörperbatterie 10, abgesehen davon, dass die Metallschicht in der Kathodenseite 17 darin nicht umfasst ist. Das heißt, die Festkörperbatterie 20 umfasst die Anode 11, die Kathode 12, die Festelektrolytschicht 13, die zwischen der Anode 11 und der Kathode 12 angeordnet ist, den Anodenkollektor 14, der mit der Anode 11 verbunden ist, den Kathodenkollektor 15, der mit der Kathode 12 verbunden ist, und die Metallschicht in der Anodenseite 16, die zwischen der Anode 11 und dem Anodenkollektor 14 angeordnet ist. Die Anode 11 umfasst das Anodenaktivmaterial 11a und den Sulfid-Festelektrolyt 13a. Die Kathode 12 umfasst das Kathodenaktivmaterial 12a, den Sulfid-Festelektrolyt 13a und den leitfähigen Zusatzstoff 12b. Die Festelektrolytschicht 13 umfasst den Sulfid-Festelektrolyt 13a. In der Festkörperbatterie 20 ist das Anodenaktivmaterial 11a Graphit, das Kathodenaktivmaterial 12a ist LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂ und die Metallschicht in der Anodenseite 16 ist eine Li-Folie.
In der Festkörperbatterie 20 durchläuft Li, das die Metallschicht in der Anodenseite 16 bildet, unter der Potentialumgebung (bei dem Anodenpotential), in der das Anodenaktivmaterial 11a Lithiumionen, die zwischen dem Anodenaktivmaterial 11a und dem Kathodenaktivmaterial 12a wandern, speichert und freisetzt, keine elektrochemische Reaktion mit den Lithiumionen. Somit, da die Metallschicht in der Anoden-seite 16 die Lithiumionen nicht speichert und freisetzt, sogar wenn die Festkörperbatterie 20 sich im Betrieb befindet, tritt in der Anodenseite 16 selbst keine mit der Einschließung und Freisetzung der Lithiumionen einhergehende Volumenveränderung auf. Die Prozent-Verlängerung von Li-Folie beträgt mehr als 22%. Somit ermöglicht es die Festkörperbatterie 20, die Anode 11 und den Anodenkollektor 14 durch die Metallschicht in der Anodenseite 16 für eine lange Zeit aneinander haftend zu halten und sie ermöglicht es folglich, die Zykleneigenschaften zu verbessern.
1.3 Festkörperbatterie 30
Eine in 3 dargestellt Festkörperbatterie 30 ist ausgestaltet wie die Batterie 10 abgesehen davon, dass die Metallschicht in der Anodenseite 16 darin nicht umfasst ist. Das heißt, die Festkörperbatterie 30 umfasst die Anode 11, die Kathode 12, den zwischen der Anode 11 und der Kathode 12 angeordneten Festelektrolytschicht 13, den mit der Anode 11 verbundenen Anodenkollektor 14, den mit der Kathode 12 verbundenen Kathodenkollektor 15 und die zwischen der Kathode 12 und dem Kathodenkollektor 15 angeordnete Metallschicht in der Kathodenseite 17. Die Anode 11 umfasst das Anodenaktivmaterial 11a und den Sulfid-Festelektrolyt 13a. Die Kathode 12 umfasst das Kathodenaktivmaterial 12a, den Sulfid-Festelektrolyt 13a und den leitfähigen Zusatzstoff 12b. Die Festelektrolytschicht 13 umfasst den Sulfid-Festelektrolyt 13a. In der Festkörperbatterie 10 ist das Anodenaktivmaterial 11a Graphit, das Kathodenaktivmaterial 12a ist LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂ und die Metallschicht in der Kathodenseite 17 ist eine In-Folie.
In der Festkörperbatterie 30 durchläuft In, das die Metallschicht in der Kathodenseite 17 bildet, unter der Potentialumgebung (bei dem Kathodenpotential), in der das Kathodenaktivmaterial 12a Lithiumionen speichert und freisetzt, keine elektrochemische Reaktion mit den Lithiumionen. Somit, da die Metallschicht in der Kathodenseite 17 die Lithiumionen nicht speichert und freisetzt, sogar wenn die Festkörperbatterie 30 sich im Betrieb befindet, tritt in der Metallschicht in der Kathodenseite 17 selbst keine mit der Einschließung und Freisetzung der Lithiumionen einhergehende Volumenveränderung auf. Die Prozent-Verlängerung von In-Folie beträgt 22%. Somit ermöglicht es die Festkörperbatterie 30, die Kathode 12 und den Kathodenkollektor 15 durch die Metallschicht in der Kathodenseite 17 für eine lange Zeit aneinander haftend zu halten und sie ermöglicht es somit, die Zykleneigenschaften zu verbessern.
Wie oben beschrieben ermöglicht es auch die Struktur mit einer, ausgewählt von der Metallschicht in der Anodenseite und der Metallschicht in der Kathodenseite, die Zykleneigenschaften zu verbessern. Unter dem Gesichtspunkt der Erreichens, dass die Festkörperbatterie die Struktur aufweist, die einfach die Zykleneigenschaften verbessert, ist es allerdings bevorzugt, dass die Festkörperbatterie der vorliegenden Erfindung nach der ersten Ausführungsform die Struktur aufweist, bei der die Metallschicht in der Anodenseite und die Metallschicht in der Kathodenseite umfasst sind, da dies als wirksam zum Erhalten der Haftung der Anode und des Anodenkollektors aneinander und der Haftung der Kathode und des Kathodenkollektors aneinander für eine lange Zeit betrachtet wird.
1.4 Anode
1.4.1 Anodenaktivmaterial
In der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann ein bekanntes Anodenaktivmaterial, das Lithiumionen speichern und freisetzten kann, geeigneter Weise als das in der Anode umfasste Anodenaktivmaterial verwendet werden. Beispiele eines solchen Anodenaktivmaterials umfassen ein Kohlenstoffaktivmaterial, ein Oxidaktivmaterial und ein Metallaktivmaterial. Ein Kohlenstoffaktivmaterial ist nicht besonders beschränkt, solange es Kohlenstoff enthält, und Beispiele desselben umfassen natürlichen Graphit, Mesokohlenstoff-Microbeads (MCMB), hochgradig orientierten pyrolytischen Graphit (HOPG), harten Kohlenstoff und weichen Kohlenstoff. Beispiele eines Oxidaktivmaterials umfassen Nb₂O₅, Li₄Ti₅O₁₂ und SiO. Beispiele eines Metallaktivmaterials umfassen In, Al, Si und Sn. Ein Lithium umfassendes Metallaktivmaterial kann als ein Anodenaktivmaterial verwendet werden. Ein Lithium umfassendes Metallaktivmaterial ist nicht besonders beschränkt, solange das Aktivmaterial mindestens Li enthält und es kann Li-Metall sein oder es kann eine Li-Legierung sein. Beispiele einer Li-Legierung umfassen eine Legierung, die Li und mindestens einen Typ, ausgewählt aus der Gruppe, bestehen aus In, Al, Si und Sn enthält. Die Form des Anodenaktivmaterials kann, zum Beispiel, ein Partikel oder ein Film sein. Der durchschnittliche Partikeldurchmesser des Anodenaktivmaterials (D₅₀) beträgt, zum Beispiel, bevorzugt 1 nm bis 100 μm und stärker bevorzugt 10 nm bis 30 μm. Der Anteil des Anodenaktivmaterials in der Anode beträgt, obgleich er nicht besonders beschränkt ist, zum Beispiel bevorzugt 40% nach Masse bis 99% nach Masse.
1.4.2 Festelektrolyt
In der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann ein bekannter Festelektrolyt, der für Festkörperbatterien verwendbar ist, wie erforderlich, in nicht nur der später beschriebenen Festelektrolytschicht umfasst sein, sondern auch in der Anode. In einem Fall, in dem der Festelektrolyt in der Anode umfasst ist, kann ein Festelektrolyt, der bei dem Anodenpotential nicht aufgelöst ist, in der Anode umfasst sein. In einem Fall, in dem der Festelektrolyt in der Kathode umfasst ist, kann ein Festelektrolyt, der bei dem Kathodenpotential nicht aufgelöst ist, in der Kathode umfasst sein. Beispiele eines Festelektrolyts, der in der Kathode und der Anode umfasst sein kann umfassen Li₂O-B₂O₃-P₂O₅, Li₂O-SiO₂, Li₂S-SiS₂, LiI-Li₂S-SiS₂, LiI-Li₂S-P₂S₅, LiI-Li₂O-Li₂S-P₂S₅, LiI-Li₂S-P₂O₅, LiI-Li₃PO₄-P₂S₅, Li₂S-P₂S₅, Li₃PS₄, LiI, Li₃N, Li₅La₃Ta₂O₁₂, Li₇La₃Zr₂O₁₂, Li₆BaLa₂Ta₂O₁₂, Li₃PO_(4-3/2w)N_w (w < 1) und Li_3,6Si_0,6P_0,4O₄. Es ist allerdings unter dem Gesichtspunkt des Erreichens, dass die Festkörperbatterie die Struktur aufweist, mit der ihre Leistung oder dergleichen einfach verbessert werden können, bevorzugt, dass ein Sulfid-Festelektrolyt für die Festkörperbatterie verwendet wird. Ein Verfahren zum Herstellen des Festelektrolyts, der in der ersten Ausführungsform für die Festkörperbatterie der vorliegenden Erfindung verwendet wird, ist nicht sonderlich beschränkt und ein Festelektrolyt, der durch ein bekanntes Herstellungsverfahren hergestellt wurde, kann geeigneter Weise verwendet werden. Zum Beispiel sind die Ausgangsmaterialien, wenn der Festelektrolyt synthetisiert wird, nicht sonderlich beschränkt. In einem Verfahren zum Synthetisieren des Festelektrolyts können geeigneter Weise ein Trocken-Kugelmühlenverfahren, ein Nass-Kugelmühlenverfahren mit einem Lösungsmittel wie Heptan und andere mechanochemische Verfahren verwendet werden, die dafür sorgen, dass eine chemische Reaktion mit der Anwendung mechanischer Energie fortschreitet. Der Festelektrolyt kann amorph sein oder er kann ein Kristall sein.
1.4.3 Andere Anodenmaterialien
Die Anode kann ein Bindemittel, das das Anodenaktivmaterial und den Festelektrolyt bindet, und einen leitfähigen Zusatzstoff umfassen, der die Leitfähigkeit verbessert. Ein bekanntes Bindemittel, das in Anoden von Lithiumionen-Sekundärbatterien umfasst sein kann, kann geeigneter Weise für die Anode verwendet werden. Insbesondere Acrylbutadienkautschuk (ABR), Butadienkautschuk (BR), Polyvinylidendifluorid (PVdF), Styrolbutadienkautschuk (SBR) oder dergleichen kann verwendet werden. Ein bekannter leitfähiger Hilfsstoff, der in Anoden von Lithiumionen-Sekundärbatterien umfasst sein kann, kann geeigneter Weise für die Anode verwendet werden. Beispiele eines leitfähigen Hilfsstoff, der in der Anode umfasst sein kann, umfassen ein Kohlenstoffmaterial wie im Dampf gewachsene Kohlenstofffaser, Acetylenruß (AB), Ketjenblack (KB), Kohlenstoffnanoröhren (CNT) und Kohlenstoffnanofasern (CNF) und ein Metallmaterial, das der Umgebung widerstehen kann, in der die Festkörperbatterie verwendet wird. Zum Beispiel in einem Fall, in dem die Anode unter Verwendung einer Schlämmen-Anodenzusammensetzung hergestellt wurde, die durch Dispergieren des obigen Anodenaktivmaterials, Festelektrolyts, leitfähigen Hilfsstoffs, Bindemittel etc. über eine Flüssigkeit hergestellt wurde, umfassen Beispiele verwendbarer Flüssigkeit Heptan und dergleichen und bevorzugt kann ein nicht polares Lösungsmittel verwendet werden. Die Dicke der Anode beträgt, zum Beispiel, bevorzugt 0,1 μm bis 1 mm und stärker bevorzugt 1 μm bis 100 μm. Es ist außerdem, um die Leistung der Festkörperbatterie einfach zu verbessern, bevorzugt, dass die Anode durch das Verfahren des Pressens hergestellt wird. In der vorliegenden Erfindung beträgt nach der ersten Ausführungsform, wenn die Anode gepresst wird, der Druck bevorzugt nicht weniger als 200 MPa und stärker bevorzugt ungefähr 400 MPa.
1.5 Kathode
1.5.1 Kathodenaktivmaterial
In der vorliegenden Erfindung kann nach der ersten Ausführungsform ein Kathodenaktivmaterial, das für Festkörperbatterien verwendbar ist, geeigneter Weise als das in der Kathode umfasste Kathodenaktivmaterial verwendet werden. Beispiele eines solchen Kathodenaktivmaterials umfassen LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂, LiCoO₂, LiNiO₂, LiFePO₄ und LiMn₂O₄. Die Form des Kathodenaktivmaterials kann, zum Beispiel, ein Partikel oder ein Film sein. Der durchschnittliche Partikeldurchmesser des Kathodenaktivmaterials (D₅₀) beträgt, zum Beispiel, bevorzugt 1 nm bis 100 μm und stärker bevorzugt 10 nm bis 30 μm. Der Anteil des Kathodenaktivmaterials in der Kathodenchicht beträgt, obgleich er nicht besonders beschränkt ist, zum Beispiel, bevorzugt 40% nach Masse bis 99% nach Masse.
1.5.2 Festelektrolytschicht
Wie erforderlich kann ein Festelektrolyt ebenfalls in der Kathode umfasst sein. Beispiele eines Festelektrolyts, der in der Kathode umfasst sein kann umfassen die oben beschriebenen Festelektrolyte, die in der Anode umfasst sein können.
1.5.3 Schicht, die das Kathodenaktivmaterial bedeckt
Wenn ein Sulfidfestelektroylt als der Festelektrolyt verwendet wird, ist es unter dem Gesichtspunkt des Erreichens, dass eine Schicht mit hohen Widerstand schwer an einer Grenzfläche zwischen dem Kathodenaktivmaterial und dem Festelektrolyt gebildet werden kann, bevorzugt, dass das Kathodenaktivmaterial mit einem ionenleitenden Oxid bedeckt wird, um dafür zu sorgen, dass die Festkörperbatterie die Struktur aufweist, die einfach verhindert, dass der Batteriewiderstand steigt. Beispiele eines Lithiumionen leitenden Oxids, das das Kathodenaktivmaterial bedeckt, umfassen Oxide, die durch die allgemeine Formel Li_xAO_y dargestellt werden (A steht für B, C, Al, Si, P, S, Ti, Zr, Nb, Mo, Ta oder W; x und y stehen für positive Zahlen). Beispiele davon umfassen im Einzelnen Li₃BO₃, LiBO₂, Li₂CO₃, LiAlO₂, Li₄SiO₄, Li₂SiO₃, Li₃PO₄, Li₂SO₄, Li₂TiO₃, Li₄Ti₅O₁₂, Li₂Ti₂O₅, Li₂ZrO₃, LiNbO₃, Li₂MoO₄ und Li₂WO₄. Ein Lithiumionen leitendes Oxid kann ein Mischoxid sein. Eine Kombination von dem obigen Lithiumionen leitenden Oxiden kann als das Mischoxid verwendet werden, das das Kathodenaktivmaterial bedeckt. Beispiele davon umfassen Li₄SiO₄-Li₃BO₃ und Li₄SiO₄-Li₃PO₄. Wenn die Oberfläche des Kathodenaktivmaterials mit einem ionenleitenden Oxid bedeckt ist, kann dieses ionenleitende Oxid entweder einen Teil des Kathodenaktivmaterials oder die gesamte Oberfläche des Kathodenaktivmaterials bedecken. Ein Verfahren zum Bedecken der Oberfläche des Kathodenaktivmaterials mit einem ionenleitenden Oxid ist nicht besonders beschränkt. Die Oberfläche des Kathodenaktivmaterials kann, unter Verwendung eines bekannten Verfahrens mit einem ionenleitenden Oxid bedeckt werden. Die Dicke des ionenleitenden Oxids, das das Kathodenaktivmaterial bedeckt, beträgt, zum Beispiel, bevorzugt 0,1 nm bis 100 nm und stärker bevorzugt 1 nm bis 20 nm. Die Dicke des ionenleitenden Oxids kann, zum Beispiel, mit einem Transmissionselektronenmikroskop (TEM) gemessen werden.
1.5.4 Andere Kathodenmaterialien
Ein bekanntes Bindemittel, das in Kathodenschichten von Lithium-Sekundärbatterien umfasst sein kann, kann für die Kathode verwendet werden. Beispiele eines solchen Bindemittels umfassen die obigen Bindemittel, die in der Anode umfasst sein können. Ferner kann die Kathode einen leitfähigen Zusatzstoff umfassen, der die Leitfähigkeit verbessert. Beispiele eines leitfähigen Zusatzstoffes, der in der Kathode umfasst sein kann, umfassen die obigen leitfähigen Zusatzstoffe, die in der Anode umfasst sein können. Zum Beispiel in einem Fall, in dem die Anode unter Verwendung einer Schlämmen-Kathodenzusammensetzung durch Dispergieren des obigen Kathodenaktivmaterials, Festelektrolyts, leitfähigen Zusatzstoffs, Bindemittel etc. über eine Flüssigkeit hergestellt wird, umfassen Beispiele verwendbarer Flüssigkeit Heptan und dergleichen und bevorzugt kann ein nicht polares Lösungsmittel verwendet werden. Die Dicke der Kathode beträgt, zum Beispiel, bevorzugt 0,1 μm bis 1 mm und stärker bevorzugt 1 μm bis 100 μm. Es ist außerdem bevorzugt, dass die Kathode durch das Verfahren des Pressens hergestellt wird, um einfach die Leistung der Festkörperbatterie zu Verbessern. In der vorliegenden Erfindung kann nach der ersten Ausführungsform der Druck, wenn die Kathode gepresst wird, ungefähr 100 MPa betragen.
1.6 Festelektrolytschicht
Ein bekannter Festelektrolyt, der für Festkörperbatterien verwendbar ist, kann geeigneter Weise als der in der Festelektrolytschicht umfasste Festelektrolyt verwendet werden. Beispiele eines solchen Festelektrolyts umfassen die obigen Festelektrolyte, die in der Kathode und der Anode umfasst sein können. Abgesehen davon, kann im Hinblick auf das Herbeiführen eines Auftretens von Plastizität und so weiter, ein Bindemittel in der Festelektrolytschicht umfasst sein, das die Festelektrolyte aneinander bindet. Beispiele eines solchen Bindemittels umfassen die obigen Bindemittel, die in der Anode umfasst sein können. Angesichts des Ermöglichens des Formens der Festelektrolytschicht, das ein gleichmäßiges Dispergieren der Festelektrolyte umfasst, die an einer übermäßigen Aggregation und so weiter gehindert werden, ist es bevorzugt, dass das in der Festelektrolytschicht umfasste Bindemittel nicht mehr als 5% nach Masse ausmacht, um einfach eine hohe Leistung zu erzielen. In einem Fall, in dem die Festelektrolytschicht durch das Verfahrens des Auftragens einer Schlämmen-Festelektrolytzusammensetzung, die durch Dispergieren des obigen Festelektrolyts oder dergleichen über die Flüssigkeit hergestellt wurde, auf das Basismaterial hergestellt wird, umfassen Beispiele der Flüssigkeit über die der Festelektrolyt oder dergleichen dispergiert wird, Heptan und bevorzugt kann ein nicht polares Lösungsmittel verwendet werden. Der Anteil des Festelektrolytmaterials in der Festelektrolytschicht beträgt, zum Beispiel, nicht weniger als 60% nach Masse. Bevorzugt beträgt er nicht weniger als 70% nach Masse und insbesondere bevorzugt beträgt er nicht weniger als 80% nach Masse. Die Dicke der Festelektrolytschicht variiert, abhängig von der Zusammensetzung der Batterie, stark. Zum Beispiel beträgt sie bevorzugt 0,1 μm bis 1 mm und stärker bevorzugt 1 μm bis 100 μm.
1.7. Anodenkollektor und Kathodenkollektor
Ein bekanntes Metall, das für Kollektoren von Festkörperbatterien verwendbar ist, kann für den Anodenkollektor und den Kathodenkollektor verwendet werden. Beispiele eines solchen Metalls umfassen ein Metallmaterial, das mindestens ein Element, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Cu, Ni, Al, V, Au, Pt, Mg, Fe, Ti, Co, Cr, Zn, Ge und In umfasst.
1.8. Metallschicht in der Anodenseite
Ein Metall, das bei dem Anodenpotenzial keine elektrochemische Reaktion mit Metallionen durchläuft, und dessen Prozent-Verlängerung nicht weniger als 22% beträgt, kann für die Metallschicht in der Anodenseite verwendet werden. Ein solches Metall kann entsprechend des Anodenaktivmaterials ausgewählt werden. Wenn, zum Beispiel, das Anodenaktivmaterial Graphit ist, umfassen Beispiele für die Metallschicht in der Anodenseite verwendbaren Metalls Li, Cu, Au, Ti, Fe, Nb und Ni. Außerdem umfassen, zum Beispiel, wenn das Anodenaktivmaterial Li₄Ti₅O₁₂ ist, Beispiele für die Metallschicht in der Anodenseite verwendbaren Metalls Li, Cu, Au, Ti, Fe, Nb, Ni, In, Zn, Al, Ca, Ag, Zr, Sn und Pt.
1.9. Metallschicht in der Kathodenseite
Ein Metall, das bei dem Kathodenpotenzial keine elektrochemische Reaktion mit Metallionen durchläuft, und dessen Prozent-Verlängerung nicht weniger als 22% beträgt, kann für die Metallschicht in der Kathodenseite verwendet werden. Ein solches Metall kann entsprechend des Kathodenaktivmaterials ausgewählt werden. Wenn, zum Beispiel, das Kathodenaktivmaterial LiCoO₂ oder LiNi_1/3Co_1/3O₂ ist, umfassen Beispiele für die Metallschicht in der Kathodenseite verwendbaren Metalls Li, In, Zn, Al, Ca, Zr, Sn, W, Ti, Fe, Nb, Ni, V, Pd, Mn und Mo.
2. Zweite Ausführungsform
2.1. Festkörperbatterie 110
4 stellt eine der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung entsprechende Festkörperbatterie 110 dar. Die in 4 dargestellte Festkörperbatterie 110 umfasst eine Anode 111, eine Kathode 112, eine zwischen der Anode 111 und der Kathode 112 angeordnete Festelektrolytschicht 113, einen mit der Anode 111 verbundenen Anodenkollektor 114, einen mit der Kathode 112 verbundenen Kathodenkollektor 115, eine zwischen der Anode 111 und dem Anodenkollektor 114 angeordnete Metallschicht in der Anodenseite 116, eine zwischen der Metallschicht der Anodenseite 116 und der Anode 111 angeordnete Inertmetallschicht in der Anodenseite 117, und eine zwischen der Kathode 112 und dem Kathodenkollektor 115 angeordnete Metallschicht in der Kathodenseite 118. Die Anode 111 umfasst ein Anodenaktivmaterial 111a und einen Sulfid-Festelektrolyt 113a. Die Kathode 112 umfasst ein Kathodenaktivmaterial 112a, einen Sulfid-Festelektrolyt 113a und einen leitfähigen Zusatzstoff 112b. Die Festelektrolytschicht 113 umfasst den Sulfid-Festelektrolyt 113a. In der Festkörperbatterie 110 ist das Anodenaktivmaterial 111a Graphit, das Kathodenaktivmaterial 112a ist LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂, die Metallschicht in der Anodenseite 116 ist eine In-Folie, die Inertmetallschicht in der Anodenseite 117 ist eine Cu-Folie und die Metallschicht in der Kathodenseite 118 ist eine In-Folie.
Hier beginnt das Anodenaktivmaterial 111a, das Graphit ist, bei ungefähr 2,5 V in Bezug auf Li (ggü. Li⁺/Li). Nachfolgend wird das gleiche angewendet), was höher ist als 0,6 V, Lithiumionen einzuschließen und freizusetzen und bei einem Potenzial zwischen 0,1 V und 0 V in Bezug auf Li speichert es Lithiumionen nicht mehr und setzt diese nicht mehr frei. Das durchschnittliche Potenzial bei dem Graphit Lithiumionen speichert und freisetzt, beträgt ungefähr 0,1 V in Bezug auf Li.
Das Kathodenaktivmaterial 112a, das LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂ ist, beginnt bei dem Potenzial von ungefähr 4 bis 5 V in Bezug auf Li Lithiumionen einzuschließen und freizusetzen und bei dem Potenzial von ungefähr 1 bis 2 V in Bezug auf Li speichert es keine Lithiumionen mehr und setzt diese nicht mehr frei. Die durchschnittlichen Potenziale bei denen LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂ Lithiumionen speichert und LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂ Lithiumionen freisetzt betragen ungefähr 3,8 V in Bezug auf Li.
Metallisches Cu ist elektrochemisch inert, da es sich kaum mit Lithium legieren lässt. Das durchschnittliche Potenzial bei dem metallisches In Lithiumionen speichert und freisetzt, beträgt ungefähr 0,6 V in Bezug auf Li.
In, das die Metallschicht in der Anodenseite 116 bildet, ist ein weiches Metall und seine Prozent-Verlängerung beträgt 22%. Somit ermöglicht es die Anordnung der Metallschicht in der Anodenseite 116 zwischen der Anode 111 und dem Anodenkollektor 114, die Haftung der Anode 111 und des Anodenkollektors 114 zu verbessern. Cu, das die Inertmetallschicht in der Anodenseite 117 bildet, durchläuft unter der Potenzialumgebung (bei dem Anodenpotenzial), bei dem das Anodenaktivmaterial 111a Lithiumionen, die zwischen dem Anodenaktivmaterial 111a und dem Kathodenaktivmaterial 112a wandern, speichert und freisetzt, keine elektrochemische Reaktion mit den Lithiumionen. Da die Inertmetallschicht in der Anodenseite 117 die Lithiumionen nicht speichert und freisetzt, sogar wenn die Festkörperbatterie 110 sich im Betrieb befindet, steigert die Inertmetallschicht in der Anodenseite 117 nicht die irreversible Kapazität und es tritt keine mit der Einschließung und Freisetzung der Lithiumionen einhergehende Volumenveränderung darin auf. Die Festkörperbatterie 110, das heißt, strukturiert wie beschrieben, ermöglicht es, die Anode 111 und den Anodenkollektor 114 durch die Metallschicht in der Anodenseite 116 und die Inertmetallschicht in der Anodenseite 117 für eine lange Zeit aneinander haftend zu halten. Als ein Ergebnis kann ein Zustand erhalten werden, in dem die Lithiumionen einfach zwischen der Anode 111 und der Kathode 112 wandern.
In, das die Metallschicht in der Kathodenseite 118 bildet, durchläuft unter der Potenzialumgebung (bei dem Kathodenpotenzial), in der das Kathodenaktivmaterial 112a Lithiumionen speichert und freisetzt, keine elektrochemische Reaktion mit den Lithiumionen. Da die Metallschicht in der Kathodenseite 118 die Lithiumionen nicht speichert und freisetzt, sogar wenn die Festkörperbatterie 110 sich im Betrieb befindet, steigert die Metallschicht in der Kathodenseite 118 nicht die irreversible Kapazität und es tritt keine mit der Einschließung und Freisetzung der Lithiumionen einhergehende Volumenveränderung darin auf. Außerdem ist In-Folie ein weiches Metall. Die wie beschrieben strukturierte Festkörperbatterie 110 ermöglicht es, die Kathode 112 und den Kathodenkollektor 115 durch die Metallschicht in der Kathodenseite 118 für eine lange Zeit aneinanderhaftend zu halten. Als ein Ergebnis kann ein Zustand aufrechterhalten werden, in dem die Lithiumionen einfach zwischen der Anode 11 und der Kathode 112 wandern.
Wie oben beschrieben, hält die Festkörperbatterie 110 die Steigerung der irreversiblen Kapazität gering und ermöglicht es für eine lange Zeit den Zustand aufrechtzuerhalten, in dem die Lithiumionen einfach zwischen der Anode 11 und der Kathode 112 wandern. Dadurch kann der Coulomb-Wirkungsgrad verbessert werden.
Die Anode 111 kann durch ein Verfahren hergestellt werden, bei dem zum Beispiel ein Anodengemisch gepresst wird, das durch Mischen des Anodenaktivmaterials 111a und des Sulfid-Festelektrolyts 113 in einem vorbestimmten Verhältnis (Gewichtsverhältnis) erhalten wird. Die Kathode 112 kann zum Beispiel durch ein Verfahren hergestellt werden, bei dem ein Kathodengemisch gepresst wird, das durch Mischen des Kathodenaktivmaterials 112a, des leitfähigen Zusatzstoffs 112b und des Sulfid-Festelektrolyts 113a in einem vorbestimmten Verhältnis (Gewichtsverhältnis) erhalten wird. Die Festelektrolytschicht 113 kann zum Beispiel durch ein Verfahren hergestellt werden, bei dem der Festelektrolyt 113a gepresst wird. Nachdem die Anode 111, die Kathode 112 und die Festelektrolytschicht 113, wie oben beschrieben, hergestellt wurden, wie in 4 abgebildet, werden der Anodenkollektor 114, die Metallschicht in der Anodenseite 116, die Inertmetallschicht in der Anodenseite 117, die Anode 111, die Festelektrolytschicht 113, die Kathode 112, die Metallschicht in der Kathodenseite 118 und der Kathodenkollektor 115 unter einer Inertgasatmosphäre (zum Beispiel einer Argon-Atmosphäre, einer Stickstoff-Atmosphäre oder einer Helium-Atmosphäre) so geschichtet, dass sie in dieser Reihenfolge von einer Seite zu der anderen Seite angeordnet sind, um einen geschichteten Körper zu formen. Danach kann die Festkörperbatterie 110 zum Beispiel durch ein Verfahren hergestellt werden, bei dem der geschichtete Körper gepresst wird. Wenn die Festkörperbatterie 110 hergestellt wird, besteht insbesondere keine Beschränkung für die Form der Anode 111, der Kathode 112 und der Festelektrolytschicht 113. Wenn, zum Beispiel, die Festkörperbatterie 110 mit geringem Widerstand hergestellt wird kann die Festelektrolytschicht 113 dünn sein. Wenn die Festkörperbatterie 110 mit hoher Energiedichte hergestellt wird können die Anode 111 und die Kathode 112 dick sein. Wenn die Festkörperbatterie 110 mit hoher Leistungsdichte hergestellt wird können die Anode 111 und die Kathode 112 dünn sein.
Während die obige sich auf die Festkörperbatterie nach der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beziehende Beschreibung die Struktur darstellt, bei der keine Inertmetallschicht in der Kathodenseite zwischen der Kathode 112 und der Metallschicht in der Kathodenseite 118 angeordnet wird, obgleich die Inertmetallschicht in der Anodenseite 117 umfasst wird, ist die Festkörperbatterie der vorliegenden Erfindung nicht auf diese Struktur beschränkt. Die Festkörperbatterie nach der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann die Struktur ohne die Inertmetallschicht in der Anodenseite aufweisen, bei der eine Inertmetallschicht in der Kathodenseite umfasst ist. Außerdem kann die Festkörperbatterie die Struktur aufweisen, bei der die Inertmetallschicht in der Anodenseite und die Inertmetallschicht in der Kathodenseite umfasst sind. 5 und 6 stellen die Festkörperbatterien mit diesen Strukturen dar.
2.2. Festkörperbatterie 120
Eine in 5 dargestellte Festkörperbatterie 120 ist wie die Festkörperbatterie 110 ausgestaltet abgesehen davon, dass eine Metallschicht in der Anodenseite 121 darin anstelle der Metallschicht in der Anodenseite 116 ohne die Inertmetallschicht in der Anodenseite 117 umfasst ist und eine Inertmetallschicht in der Kathodenseite 122 zwischen der Kathode 112 und der Metallschicht in der Kathodenseite 118 angeordnet ist. Das heißt, die Festkörperbatterie 120 umfasst die Anode 111, die Kathode 112, die zwischen der Anode 111 und der Kathode 112 angeordnete Festelektrolytschicht 113, den mit der Anode 111 verbundenen Anodenkollektor 114, den mit der Kathode 112 verbundenen Kathodenkollektor 115, die zwischen der Anode 111 und dem Anodenkollektor 114 angeordnete Metallschicht in der Anodenseite 121, die zwischen der Kathode 112 und im Kathodenkollektor angeordnete Metallschicht in der Kathodenseite 118 und die zwischen der Metallschicht in der Kathodenseite 118 und der Kathode 112 angeordnete Inertmetallschicht in der Kathodenseite 122. Die Anode 111 umfasst das Anodenaktivmaterial 111a und den Sulfid-Festelektrolyt 113a. Die Kathode 112 umfasst das Kathodenaktivmaterial 112a, den Sulfid-Festelektrolyt 113a und den leitfähigen Zusatzstoff 112b. Die Festelektrolytschicht 113 umfasst den Sulfid-Festelektrolyt 113a. In der Festkörperbatterie 120 ist das Anodenaktivmaterial 111a Graphit, das Kathodenaktivmaterial 112a ist LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂, die Metallschicht in der Anodenseite 121 ist eine Li-Folie, die Metallschicht in der Kathodenseite 118 ist eine In-Folie und die Inertmetallschicht in der Kathodenseite 122 ist eine Cu-Folie.
In der Festkörperbatterie 120 durchläuft die Metallschicht in der Anodenseite 121 bildendes Li unter der Potenzialumgebung (bei dem Anodenpotenzial) in der das Anodenaktivmaterial 111a zwischen dem Anodenaktivmaterial 111a und dem Kathodenaktivmaterial 112a wandernde Lithiumionen speichert und freisetzt keine elektrochemische Reaktion mit den Lithiumionen. Somit, da die Metallschicht der Anodenseite 121 die Lithiumionen nicht speichert und freisetzt, sogar wenn die Festkörperbatterie 120 sich im Betrieb befindet, steigert die Metallschicht in der Kathodenseite 120 nicht die irreversible Kapazität und es tritt darin keine mit der Einschließung und Freisetzung der Lithiumionen einhergehende Volumenveränderung auf. Die Prozent-Verlängerung von Li-Folie beträgt mehr als 22%. Somit ermöglicht die Festkörperbatterie 120 es, die Anode 111 und den Anodenkollektor 114 durch die Metallschicht in der Anodenseite 121 für eine lange Zeit aneinander haftend zu halten. Als ein Ergebnis kann ein Zustand aufrechterhalten werden, in dem die Lithiumionen leicht zwischen der Anode 111 und der Kathode 112 wandern.
Ferner durchlaufen die Metallschicht in der Kathodenseite 116 bildendes In und die Inertmetallschicht in der Kathodenseite 122 bildendes Cu unter der Potenzialumgebung (bei dem Kathodenpotenzial), in der das Kathodenaktivmaterial 112a Lithiumionen speichert und freisetzt keine elektrochemische Reaktion mit den Lithiumionen. Da die Metallschicht in der Kathodenseite 118 und die Inertmetallschicht in der Kathodenseite 122 die Lithiumionen nicht speichern und freisetzen, sogar wenn die Festkörperbatterie 120 sich im Betrieb befindet, steigern die Metallschicht in der Kathodenseite 118 und die Inertmetallschicht in der Kathodenseite 122 nicht die irreversible Kapazität und es tritt keine mit der Einschließung und Freisetzung der Lithiumionen einhergehende Volumenveränderung darin auf. Außerdem sind eine In-Folie und eine Cu-Folie weiche Metalle. Die wie beschrieben strukturierte Festkörperbatterie 120 ermöglicht es, die Kathode 112 und den Kathodenkollektor 115 durch die Metallschicht in der Kathodenseite 118 und die Inertmetallschicht der Kathodenseite 122 für eine lange Zeit aneinander haftend zu halten. Als ein Ergebnis kann ein Zustand aufrechterhalten werden, in dem die Lithiumionen einfach zwischen der Anode 111 und der Kathode 112 wandern.
Wie oben beschrieben, hält die Festkörperbatterie 120 die Zunahme der irreversiblen Kapazität gering und ermöglicht es, den Zustand aufrechtzuerhalten indem die Lithiumionen einfach zwischen der Anode 111 und der Kathode 112 wandern. Dadurch kann der Coulomb-Wirkungsgrad verbessert werden.
2.3. Festkörperbatterie 130
Eine in 6 abgebildete Festkörperbatterie 130 ist ausgestaltet wie die Festkörperbatterie 120, abgesehen davon, dass die Metallschicht in der Anodenseite 116 anstelle der Metallschicht in der Anodenseite 121 umfasst ist und die Inertmetallschicht in der Anodenseite 117 auch zwischen der Metallschicht in der Kathodenseite 116 und der Anode 111 umfasst ist. Das heißt, die Festkörperbatterie 130 umfasst die Anode 111, die Kathode 112, die zwischen der Anode 111 und der Kathode 112 angeordnete Festelektrolytschicht 113, den mit der Anode 111 verbundenen Anodenkollektor 114, den mit der Kathode 112 verbundenen Kathodenkollektor 115, die zwischen der Anode 111 und dem Anodenkollektor 114 angeordnete Metallschicht in der Anodenseite 116, die zwischen der Metallschicht in der Anodenseite 116 und der Anode 111 angeordnete Inertmetallschicht in der Anodenseite 117, die zwischen der Kathode 112 und dem Kathodenkollektor 115 angeordnete Metallschicht in der Kathodenseite 118 und die zwischen der Metallschicht in der Kathodenseite 118 und der Kathode 112 angeordnete Inertmetallschicht in der Kathodenseite 122. Die Anode 111 umfasst das Anodenaktivmaterial 111a und den Sulfid-Festelektrolyt 113a. Die Kathode 112 umfasst das Kathodenaktivmaterial 112a, den Sulfid-Festelektrolyt 113a und den leitfähigen Zusatzstoff 112b. Die Festelektrolytschicht 113 umfasst den Sulfid-Festelektrolyt 113a. In der Festkörperbatterie 130 ist das Anodenaktivmaterial 111a Graphit, das Kathodenaktivmaterial 112a ist LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂, die Metallschicht der Anodenseite 116 ist eine In-Folie, die Inertmetallschicht in der Anodenseite 117 ist eine Cu-Folie, die Metallschicht in der Kathodenseite 118 ist eine In-Folie und die Inertmetallschicht in der Kathodenseite 122 ist eine Cu-Folie.
Die Festkörperbatterie 130 weist von der Anode 111 bis zum Anodenkollektor 114 die gleiche Struktur wie die Festkörperbatterie 110 und von der Kathode 112 bis zum Kathodenkollektor 115 wie die Festkörperbatterie 120 auf. Die wie oben beschrieben strukturierte Festkörperbatterie 130 hält die Zunahme der irreversiblen Kapazität gering und ermöglicht es, die Anode 111 und den Anodenkollektor 114 durch die Metallschicht in der Anodenseite 116 und die Inertmetallschicht in der Anodenseite 117 für eine lange Zeit aneinander haftend zu halten. Somit kann ein Zustand aufrechterhalten werden, in dem Lithiumionen einfach zwischen der Anode 111 und der Kathode 112 wandern. Außerdem, da die Festkörperbatterie 130 die Zunahme der irreversiblen Kapazität gering hält und es ermöglicht, die Kathode 112 und den Kathodenkollektor 115 über die Metallschicht in der Kathodenseite 118 in die Inertmetallschicht in der Kathodenseite 120 für eine lange Zeit aneinander haftend zu halten, kann ein Zustand aufrechterhalten werden, in dem Lithiumionen einfach zwischen der Anode 111 und der Kathode 112 wandern. Daher hält die Festkörperbatterie 130 die Zunahme der irreversiblen Kapazität gering und ermöglicht es, den Zustand aufrechtzuerhalten in dem Lithiumionen einfach zwischen der Anode 111 und der Kathode 112 wandern. Dadurch kann der Coulomb-Wirkungsgrad verbessert werden.
Wie oben beschrieben, können auch beide, die Struktur die eine ausgewählt von der Inertmetallschicht in der Anodenseite und der Inertmetallschicht der Kathodenseite aufweist, und die Struktur die alle beide aufweist es ermöglichen, die Festkörperbatterie mit der der Coulomb-Wirkungsgrad verbessert werden kann, bereitzustellen.
2.3. Anode, Anodenkollektor, Kathode, Kathodenkollektor und Festelektrolytschicht
In der vorliegenden Erfindung nach der zweiten Ausführungsform können die Anode, der Anodenkollektor, die Kathode, der Kathodenkollektor und die Festelektrolytschicht die gleiche Struktur wie die Anode, der Anodenkollektor, die Kathode, der Kathodenkollektor und die Festelektrolytschicht nach der oben beschriebenen ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung aufweisen.
2.5. Metallschicht in der Anodenseite und Metallschicht in der Kathodenseite
Nach der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung müssen die Metallschicht in der Anodenseite und die Metallschicht in der Kathodenseite nur ein Metall enthalten dessen Prozent-Verlängerung nicht weniger als 22% beträgt. Beispiele solcher Metalle umfassen Li, In, Zn, Al, Yb, Cd, Gd, Ca, Au, Ag, Cr, Sm, Dy, Zr, Sn, Ce, Tl, W, Ta, Ti, Fe, Tb, Cu, Th, Pb, Nb, Ni, Nd, Pt, V, Hf, Pd, Pr, Pm, Mn, Mo, La und Re. Ein Alkalimetall wie Li ist als ein weiches Metall bekannt und kann in den Beispielen ebenfalls umfasst sein.
2.6. Inertmetallschicht in der Anodenseite
Nach der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann ein Metall, das bei dem Anodenpotenzial keine elektrochemische Reaktion mit Metallionen durchläuft, als die Inertmetallschicht in der Anodenseite verwendet werden. Ein Metall, das bei dem Anodenpotenzial keine elektrochemische Reaktion mit Metallionen durchläuft, kann entsprechen des Anodenaktivmaterials ausgewählt werden. Wenn, zum Beispiel, das Anodenaktivmaterial Graphit ist, umfassen Beispiele für die Inertmetallschicht verwendbaren Metalls Li, Cu, Au, Ti, Fe, Nb und Ni. Außerdem umfassen, zum Beispiel, wenn das Anodenaktivmaterial Li₄Ti₅O₁₂ ist, Beispiele für die Inertmetallschicht in der Anodenseite verwendbaren Metalls Li, Cu, Au, Ti, Fe, Nb, Ni, In, Zn, Al, Ca, Ag, Zr, Sn und Pt.
2.7. Inertmetallschicht in der Kathodenseite
Nach der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann ein Metall, das bei dem Kathodenpotenzial keine elektrochemische Reaktion mit Metallionen durchläuft, als die Inertmetallschicht in der Kathodenseite verwendet werden. Ein Metall, das bei dem Kathodenpotenzial keine elektrochemische Reaktion mit Metallionen durchläuft, kann entsprechend des Kathodenaktivmaterials ausgewählt werden. Wenn, zum Beispiel, das Kathodenaktivmaterial LiCoO₂ oder LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂ ist, umfassen Beispiele eines für die Inertmetallschicht in der Kathodenseite verwendbaren Metalls Li, In, Zn, Al, Ca, Zr, Sn, W, Ti, Fe, Nb, Ni, V, Pd, Mn und Mo.
3. Ergänzendes
Während einer Darstellung über die vorliegende Erfindung nach den ersten und zweiten Ausführungsformen betreffende Beschreibung ausgelassen wurde, kann die Festkörperbatterie der vorliegenden Erfindung in einem Zustand verwendet werden, in dem sie in einem Äußeren untergebracht ist, das für Festkörperbatterien verwendbar ist. Beispiele eines solchen Äußeren umfassen einen bekannten laminierten Film und ein metallisches Gehäuse.
Die Struktur, bei der die Festkörperbatterie eine Lithiumionensekundärbatterie ist, ist in der obigen Beschreibung betreffend die vorliegende Erfindung nach der ersten und zweiten Ausführungsform dargestellt. Allerdings ist die vorliegende Erfindung nicht auf diese Struktur beschränkt. Die Festkörperbatterie der vorliegenden Erfindung kann die Struktur aufweisen, bei der andere Ionen als Lithiumionen zwischen der Anode und der Kathode wandern. Beispiele eines solchen Ions umfassen ein Natriumion und ein Kaliumion. In einem Fall der Struktur, bei der andere Ionen als Lithiumionen wandern, können das Anodenaktivmaterial, das Kathodenaktivmaterial und das Festelektrolytmaterial auf geeignete Weise entsprechend der wandernden Ionen ausgewählt werden. Ein für die Metallschicht in der Anodenseite und die Inertmetallschicht in der Anodenseite verwendetes Metall kann entsprechend des ausgewählten Anodenaktivmaterials ausgewählt werden. Ein für die Metallschicht in der Kathodenseite und die Inertmetallschicht in der Kathodenseite verwendetes Metall kann entsprechend des ausgewählten Kathodenaktivmaterials ausgewählt werden.
In der vorliegenden Erfindung kann die Prozent-Verlängerung, zum Beispiel, die „Prozent-Verlängerung (%)” sein, die in JIS Z2241 spezifiziert ist. Zum Beispiel kann ein „Metall dessen Prozent-Verlängerung nicht weniger als 22% beträgt” ein Metall ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus In und weicheren Metallen als In sein.
Beispiele
1. Erste Ausführungsform
[Herstellung der Proben]
<Ausführungsform 1>
• Kathodengemisch
Ein geschichtetes Ternär-Übergangsmetall-Kathodenaktivmaterial LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂ (hergestellte durch die Nichia Corporation, durchschnittliche Partikelgröße (D₅₀) = 4 bis 6 μm) wurde als das Kathodenaktivmaterial verwendet. Eine LiNbO₃-Schicht (bedeckende Schicht) von 10 nm Dicke wurde an einer Oberfläche des Kathodenaktivmaterials mit einer Taumel-Wirbelschicht-Beschichtungsmaschine (MP-01, hergestellt durch die Powrex Corporation) gebildet.
Das Kathodenaktivmaterial, an dem die bedeckende Schicht gebildet war, ein Sulfid-Festelektrolyt (30LiI·70(0,07Li₂O·0,68Li₂S·0,25P₂S₅ Glas)) und ein leitfähiger Zusatzstoff (im Dampf gewachsene Kohlenstofffaser) wurden so gemischt, dass sie das Verhältnis von:Kathodenaktivmaterial an dem die bedeckende Schicht gebildet war:Sulfid-Festelektrolyt:leitfähigem Zusatzstoff = 73:24:3 als Gewichtsverhältnis aufwiesen um ein Kathodengemisch zu erhalten.
• Anodengemisch
Natürlicher Graphit (hergestellt durch die Mitsubishi Chemical Corporation, durchschnittliche Partikelgröße (D₅₀) = 10 μm) wurde als das Anodenaktivmaterial verwendet. Dieser natürliche Graphit und ein Sulfid-Festelektrolyt (30LiI·70(0,07Li₂O·0,68Li₂S·0,25P₂S₅ Glas)) wurden so miteinander gemischt, dass sie das Verhältnis von: natürlichem Graphit:Sulfid-Festelektrolyt = 50:50 als Gewichtsverhältnis aufwiesen um ein Anodengemisch zu erhalten.
• Festelektrolyt
Ausgangsmaterialien waren LiI (hergestellt durch Aldrich, 99,9% Reinheit), Li₂O (hergestellt durch Kojundo Chemical Laboratory Co., Ltd., 99% Reinheit), Li₂S (hergestellt durch Nippon Chemical Industries Co., Ltd., 99,9% Reinheit) und P₂S₅ (hergestellt durch Aldrich, 99% Reinheit). Diese wurden so abgewogen, dass sie ein Zusammensetzungsverhältnis (molares Verhältnis) von 30LiI·70(0,07Li₂O·0,68Li₂S·0,25P₂S₅) aufwiesen. Die abgewogenen LiI, Li₂S und P₂S₅ wurden gemischt um ein Gemisch zu erhalten. Als Nächstes wurde dieses Gemisch in ein Gefäß (hergestellt aus ZrO₂) einer Planetarkugelmühle gegeben. Nachdem trockenes Heptan (hergestellt durch die Kanto Chemical Co., Inc.) zugesetzt wurde und ferner ZrO₂-Kugeln hineingegeben wurden, wurde das Gefäß vollständig verschlossen (Ar-Atmosphäre). Das Gefäß wurde an einer Planetarkugelmühle (P7, hergestellt durch Fritsch) befestigt und ein mechanisches Mahlen wurde bei 500 Upm Scheibenrotationsgeschwindigkeit für eine Stunde durchgeführt und für 15 Minuten ausgesetzt. Dieser Zyklus wurde 20-mal wiederholt. Danach wurde das oben beschriebene abgewogene Li₂O in das obige Gefäß der Kugelmühle gegeben um das Gefäß vollständig abzudichten (Ar-Atmosphäre). Dieses Gefäß wurde an der Planetarkugelmühle (P7, hergestellt durch Fritsch) befestigt und ein mechanisches Mahlen wurde bei 500 Upm Scheibenrotationsgeschwindigkeit für eine Stunde durchgeführt und für 15 Minuten ausgesetzt. Dieser Zyklus wurde 20-mal wiederholt. Dann wurde die erhaltene Probe so getrocknet, dass Heptan aus dieser entfernt wurde und wurde durch ein glasartiger Sulfid-Festelektrolyt erhalten wurde. Die Zusammensetzung des erhaltenen Sulfid-Festelektrolyts war 30LiI·70(0,07Li₂O·0,68Li₂S·0,25P₂S₅). Hier wurde, nachdem das Kugelmühlenmahlen an LiI, Li₂S und P₂S₅ durchgeführt wurde, Li₂O zugesetzt und das andere Kugelmühlenmahlen wurde durchgeführt. Es wäre zum Beispiel möglich ein mechanisches Mahlen für eine Stunde an einem Gemisch durchzuführen, das durch Mischen aller der abgewogenen Ausgangsmaterialien hergestellt wurde, und das mechanische Mahlen für 15 Minuten auszusetzen und diesen Zyklus 40-mal zu wiederholen um den glasartigen Sulfid-Festelektrolyt herzustellen.
• Kollektor
Rostfreier Stahl (SUS) wurde für den Anodenkollektor und den Kathodenkollektor verwendet.
• Metallschicht
Eine In-Folie (hergestellt durch The Nilaco Corporation, 100 μm Dicke) und eine Li-Folie (hergestellt durch The Honjo Chemical Corporation, 250 μm Dicke) wurden verwendet.
• Gefäß
Ein gut verschlossenes Gefäß aus Glas wurde verwendet. Das Innere des Gefäßes befand sich unter der Atmosphäre von trockenem Ar.
• Herstellen der Festkörperbatterie
80 mg des Sulfid-Festelektrolyts (30LiI·70(0,07Li₂O·0,68Li₂S·0,25P₂S₅)) wurden in einem aus Macor hergestellten Zylinder gegeben und ein Pressen wurde bei 98 MPa durchgeführt. Dann wurden 17,8 mg des Kathodengemisches auf den Sulfid-Festelektrolyt in dem Zylinder platziert und danach wurde ein Pressen bei 98 MPa durchgeführt, um die Kathode herzustellen. Als nächstes wurden 15,0 mg des Anodengemisches auf den Sulfid-Festelektrolyt in dem Zylinder platziert (einer Seite, an der die Kathode nicht angeordnet war) und danach wurde ein Pressen bei 392 MPa durchgeführt, um die Anode herzustellen. Als nächstes wurde eine In-Folie über der Oberfläche der Kathode in dem Zylinder platziert, der aus SUS hergestellte Kathodenkollektor wurde ferner über der Oberfläche der In-Folie platziert, eine Li-Folie wurde über der Oberfläche der Anode in dem Zylinder platziert, der aus SUS hergestellte Anodenkollektor wurde ferner über der Oberfläche der Li-Folie platziert und danach wurde ein Pressen bei 98 MPa durchgeführt, um den geschichteten Körper mit der gleichen Struktur wie die in 10 abgebildete Festkörperbatterie herzustellen. Dieser geschichtete Körper wurde in einem gut verschlossenen aus Glas hergestellten Gehäuse untergebracht, das sich unter der Atmosphäre von trockenem Ar befand, wodurch eine Festkörperbatterie des Beispiels 1 hergestellt wurde. Ein Unterdrucksetzten durch ein Festziehen mit einem Bolzen oder dergleichen wurde nicht durchgeführt.
<Beispiel 2>
Eine Festkörperbatterie des Beispiels 2 wurde hergestellt wie die des Beispiels 1, abgesehen davon, dass eine Li-Folie zwischen der Anode und dem Anodenkollektor und zwischen der Kathode und dem Kathodenkollektor angeordnet war. Kein Unterdrucksetzten durch Festziehen mit einem Bolzen oder dergleichen wurde an der Festkörperbatterie des Beispiels 2 durchgeführt.
<Beispiel 3>
• Anodengemisch
Li₄Ti₅O₁₂ wurde als das Anodenaktivmaterial verwendet. Dieses Li₄Ti₅O₁₂, der Sulfid-Festelektrolyt (30LiI·70(0.07Li₂O·0,68Li₂S·0,25P₂S₅ Glas)) und der leitfähige Zusatzstoff (Acetylenruß, hergestellt durch die Denki Kagaku Kogyo Kabushiki Kaisha) wurden so gemischt, dass sie das Verhältnis von: Li₄Ti₅O₁₂:Festelektrolytmaterial:leitfähigen Zusatzstoff = 27:64:9 als Gewichtsverhältnis aufwiesen, um ein Anodengemisch zu erhalten.
Als nächstes wurde die Kathode, wie nach Beispiel 1, in dem Zylinder gebildet, abgesehen davon, dass 12 mg des Kathodengemischs verwendet wurden. 25 mg des erhaltenen Anodengemischs wurden auf den Sulfid-Festelektrolyt in dem Zylinder platziert (einer Seite, an der die Kathode nicht angeordnet war) und danach wurde ein Pressen bei 392 MPa durchgeführt, um die Anode zu bilden. Ferne wurde die Festkörperbatterie des Beispiels 3 wie nach Beispiel 1 hergestellt, abgesehen davon, dass eine In-Folie jeweils zwischen der Anode und dem Anodenkollektor und zwischen der Kathode und dem Kathodenkollektor angeordnet war (genauer, wie nach Beispiel 1 abgesehen von dem Anodengemisch und der Verwendung desselben, des Kathodengemisch und der Verwendung desselben und der Struktur, bei der eine In-Folie jeweils in der Anodenseite und der Kathodenseite angeordnet war). Auch wurde kein Unterdrucksetzten durch Festziehen eines Bolzens oder dergleichen an der Festkörperbatterie des Beispiels 3 durchgeführt.
<Referenzbeispiel>
Eine Festkörperbatterie des Referenzbeispiels wurde wie nach Beispiel 1 hergestellt, abgesehen davon, dass eine In-Folie jeweils zwischen der Anode und dem Anodenkollektor und zwischen der Kathode und dem Kathodenkollektor angeordnet war. Danach wurde auch kein Unterdrucksetzten durch Festziehen mit einem Bolzen oder dergleichen an der Festkörperbatterie des Referenzbeispiels durchgeführt.
<Aufladungs-/Entladungsmessungen>
CC Aufladungs-/Entladungsmessungen wurde an den erhaltenen Festkörperbatterien bei 25°C durchgeführt. Die Bedingungen für die Aufladungs-/Entladungsmessungen sind in Tabelle 1 angegeben. [Tabelle 1]

Stromflussdichte [mA/cm²] Potentialbereich [V]

Beispiel 1 0,2 3,0 bis 4,37

Beispiel 2 0,2 3,0 bis 4,1

Beispiel 3 0,1 1,5 bis 2,6

Referenzbeispiel 0,2 3,0 bis 4,1
[Ergebnisse]
7 stellt Aufladungs-/Entladungskurven des ersten Zyklus dar. Wie in 7 dargestellt, wurde die Festkörperbatterie des Beispiels 1 betreffend ein Ladungsplateau bei ungefähr 3,7 V bestätigt, was eine Potentialdifferenz zwischen dem Potential des geschichteten Ternär-Übergangsmetall-Kathodenaktivmaterials (Kathodenpotential) und dem Potential natürlichen Graphits (Anodenpotential) war. Bezüglich der Festkörperbatterie des Beispiels 2 wurde ein Ladungsplateau bei ungefähr 3,7 V bestätigt, was die Potentialdifferenz zwischen den Potential des geschichteten Ternär-Übergangsmetall-Kathodenaktivmaterial (Kathodenpotential) und dem Potential natürlichen Graphits (Anodenpotential) war, während eine unsichere Aufladungskapazität bei ungefähr 2 V während des Aufladens beobachtet wurde. Es wurde angenommen, dass die Reaktion, die bei ungefähr 2 V beobachtet wurde, durch die Reaktion von dem Kathodenaktivmaterial und Li bewirkt wurde. Bezüglich der Festkörperbatterie des Beispiels 3 wurde ein Ladungsplateau bei ungefähr 2,2 V bestätigt, was eine Potentialdifferenz zwischen dem Potential des geschichteten Ternär-Übergangsmetall-Kathodenaktivmaterials (Kathodenpotential) und dem Potential von Li₄Ti₅O₁₂ (Anodenpotential) war.
Bezüglich der Festkörperbatterie des Referenzbeispiels hingegen wurde ein Ladungsplateau bei ungefähr 3,2 V bestätigt, was nicht näherungsweise 3,7 V war, was der Potentialunterschied zwischen dem Potential des geschichteten Ternär-Übergangsmetall-Kathodenaktivmaterials (Kathodenpotential) und dem Potential natürlichen Graphits (Anodenpotential) war. Es wurde angenommen, dass, da das Reaktionspotential von In um ungefähr 0,5 V höher war als das natürlichen Graphits, die In-Folie, die zwischen der Anode und dem Anodenkollektor angeordnet war zu der Aufladungsreaktion in der Festkörperbatterie des Referenzbeispiels beitrug.
8 stellt die Zykleneigenschaften der spezifischen Entladungskapazität dar. Bezüglich der Festkörperbatterien der Beispiele 1 bis 3, die die Metallschichten in der Anodenseite verwendeten die bei der Anodenpotential keine elektrochemische Reaktion mit Lithiumionen durchliefen, wurde ab dem ersten Zyklus bis zum fünften Zyklus keine große Kapazitätsabnahme beobachtet. Die Festkörperbatterie des Referenzbeispiels betreffend hingegen die die Metallschicht in der Anodenseite verwendete, die bei dem Anodenpotential eine elektrochemische Reaktion mit Lithiumionen durchläuft, wurde ab dem ersten bis zum fünften Zyklus eine starke Kapazitätsabnahme beobachtet.
9 stellt die Entladungskapazitätserhaltung während der Aufladungs-/Entladungszyklen dar. Hier ist die spezifische Entladungskapazität beim ersten Zyklus D1 und die spezifische Entladungskapazität beim x-ten Zyklus ist DX (X ≥ 1), es war möglich, die Entladungskapazitätserhaltung D (%) aus D = 100 × DX/D1 zu berechnen. Wie in 9 dargestellt, wurde bezüglich der Festkörperbatterien der Beispiele 1 bis 3, die die Metallschicht in der Anodenseite verwendeten, die bei dem Anodenpotential keine elektrochemische Reaktion mit Lithiumionen durchlief, ab dem ersten Zyklus bis zum fünften Zyklus keine große Veränderung der Entladungskapazitätserhaltung beobachtet. Die Festkörperbatterie des Referenzbeispiels betreffend hingegen, die die Metallschicht in der Anodenseite verwendete, die bei dem Anodenpotential eine elektrochemische Reaktion mit Lithiumionen durchläuft, nahm ab dem ersten Zyklus bis zum fünften Zyklus die Entladungskapazitätserhaltung stark ab. Die Entladungskapazitätserhaltung der jeweiligen Festkörperbatterien beim fünften Zyklus war wie folgt: Festkörperbatterie des Beispiels 1: 98%; Festkörperbatterie des Beispiels 2: 84%; und Festkörperbatterie des Beispiels 3: 110%, während die Entladungskapazitätserhaltung der Festkörperbatterie des Referenzbeispiels 36% betrug.
Wie oben beschrieben, wurde bestätigt, dass es nach der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung möglich war, die Festkörperbatterie bereitzustellen mit der die Zykleneigenschaften verbessert werden konnten. Die Festkörperbatterien der Beispiele 1 bis 3 zeigten gute Zykleneigenschaften, auch wenn keinerlei Unterdrucksetzen durch Festziehen mit einem Bolzen oder dergleichen durchgeführt wurde. Anhand dieser Ergebnisse wurde bestätigt, dass die Festkörperbatterie nach der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung es ermöglichte, gute Aufladungs-/Entladungs-Zykleneigenschaften zu erzielen, sogar wenn die Festkörperbatterie beim Verwenden nicht gepresst wurde.
1. Zweite Ausführungsform
[Herstellen der Proben]
<Beispiel 4>
• Kathodengemisch
Das gleiche Kathodengemisch wie für die Beispiele 1 bis 3 wurde verwendet.
• Anodengemisch
Das gleiche Anodengemisch wie für die Beispiele 1 bis 3 wurde verwendet.
• Festelektrolyt
Der gleiche Festelektrolyt wie für die Beispiele 1 bis 3 wurde verwendet.
• Kollektor
Der gleiche Anodenkollektor und der gleiche Kathodenkollektor wie für die Beispiele 1 bis 3 wurden verwendet.
• Metallschicht in der Anodenseite und Metallschicht in der Kathodenseite
Eine In-Folie (hergestellt The Nilaco Corporation, 100 μm Dicke) wurde für Beide dieser verwendet.
• Inertmetallschicht in der Anodenseite
Eine Cu-Folie (15 μm Dicke) wurde verwendet.
• Gefäß
Ein gut verschlossenes, aus Glas hergestelltes Gefäß wurde verwendet. Das Innere des Gefäßes befand sich unter der Atmosphäre von trockenem Ar.
• Herstellen der Festkörperbatterie
80 mg des Sulfid-Festelektrolyts (30LiI·70(0.07Li₂O·0,68Li₂S·0,25P₂S₅)) wurde in einen aus Macor hergestellten Zylinder gegeben und ein Pressen wurde bei 98 MPa durchgeführt. Dann wurden 17,8 mg des Kathodengemischs auf den Sulfid-Festelektrolyt in dem Zylinder platziert und danach wurde ein Pressen bei 98 MPa durchgeführt, um die Kathode herzustellen. Als nächstes wurden 15,0 mg des Anodengemischs auf den Sulfid-Festelektrolyt in dem Zylinder platziert (einer Seite, an der die Kathode nicht angeordnet war) und danach wurde ein Pressen bei 392 MPa durchgeführt, um die Anode herzustellen. Als nächstes wurde eine In-Folie über der Oberfläche der Kathode in dem Zylinder platziert und ferner wurde der aus SUS hergestellte Kathodenkollektor über der Oberfläche der In-Folie platziert. Eine Cu-Folie wurde über der Oberfläche der Anode im Zylinder platziert und eine In-Folie wurde ferner über der Oberfläche der Cu-Folie platziert und dann wurde der ferner der aus SUS hergestellte Anodenkollektor über der Oberfläche der In-Folie platziert. Danach wurde ein Pressen bei 98 MPa durchgeführt, um einen geschichteten Körper herzustellen, der die gleiche Struktur, wie die in 1 abgebildete Festkörperbatterie 10, aufwies. Dieser geschichtete Körper wurde in einem gut verschlossenen, aus Glas hergestellten Gefäß untergebracht, das sich unter der Atmosphäre von trockenem Ar befand, wodurch eine Festkörperbatterie des Beispiels 4 hergestellt wurde. Danach wurde kein Unterdrucksetzten von Festziehen mit einem Bolzen oder dergleichen durchgeführt.
<Vergleichsbeispiel>
Eine Festkörperbatterie des Vergleichsbeispiels wurde wie nach Beispiel 4 hergestellt, abgesehen davon, dass eine Cu-Folie nicht in der Anodenseite verwendet wurde. Auch an der Festkörperbatterie des Vergleichsbeispiels wurde kein Unterdrucksetzen durch Festziehen mit einem Bolzen oder dergleichen durchgeführt.
[Aufladungs-/Entladungsmessungen]
CC Aufladungs-/Entladungsmessungen wurden an der Festkörperbatterie des Beispiels 4 und der Festkörperbatterie des Vergleichsbeispiels bei 25°C durchgeführt. Das Potential der Festkörperbatterie des Beispiels 4 lag in dem Bereich von 3,0 und 4,37 V und das Potential der Festkörperbatterie des Vergleichsbeispiels lag in dem Bereich von 3,0 bis 4,1 V.
[Ergebnisse]
10 stellt Aufladungs-/Entladungskurven des ersten Zyklus dar. Wie in 10 dargestellt, wurde bezüglich der Festkörperbatterie des Beispiels 4 ein Ladungsplateau bei ungefähr 3,7 V bestätigt, was ein Potentialunterschied zwischen dem Potential eines geschichteten Ternär-Übergangsmetall-Kathodenaktivmaterials (Kathodenpotential) und des Potentials natürlichen Graphits (Anodenpotential) war. Bezüglich der Festkörperbatterie des Vergleichsbeispiels hingegen wurde ein Ladungsplateau bei ungefähr 3,1 V bestätigt, was nicht näherungsweise 3,7 V war, was die Potentialdifferenz zwischen den Potential des geschichteten Ternär-Übergangsmetall-Kathodenaktivmaterial (Kathodenpotential) und dem Potential natürlichen Graphits (Anodenpotential) war. Es wurde angenommen, dass, da das Reaktionspotential von In um ungefähr 0,5 V höher war als das natürlichen Graphits, nicht der natürliche Graphit und das geschichtet Ternär-Übergangsmetall-Kathodenaktivmaterial, sondern In und das geschichtete Ternär-Übergangsmetall-Kathodenaktivmaterial in der Festkörperbatterie des Vergleichsbeispiels eine Aufladungs-/Entladungsreaktion durchliefen.
Tabelle 2 stellt die spezifische Aufladungs-/Entladungskapazität und den Coulomb-Wirkungsgrad beim ersten Zyklus dar. 11 stellt den Coulomb-Wirkungsgrad beim ersten Zyklus dar. [Tabelle 2]

Spezifische Aufladungskapazität [mAh/g] Spezifische Entladungskapazität [mAh/g] Coulomb-Wirkungsgrad [%]

Beispiel 4 155 134 86

Vergleichsbeispiel 217 113 52
Wie in Tabelle 2 angegeben und in 11 abgebildet, zeigte die Festkörperbatterie des Beispiels 4 den hohen Coulomb-Wirkungsgrad von 86%. Die Festkörperbatterie des Vergleichsbeispiels hingegen wies den geringen Coulomb-Wirkungsgrad von 52% auf. Außerdem wies die Festkörperbatterie des Vergleichsbeispiels eine größere spezifische Aufladungskapazität auf als die Festkörperbatterie des Beispiels 4. Somit wurde angenommen, dass In zu der Aufladungsreaktion in der Festkörperbatterie des Vergleichsbeispiels beitrug. Andererseits wurde angenommen, dass der Coulomb-Wirkungsgrad in der Festkörperbatterie des Beispiels 4, in der die Cu-Folie zwischen der Anode und der In-Folie angeordnet war, als ein Ergebnis des Verhinderns der Aufladungs-/Entladungsreaktion von In mit der Anordnung der Cu-Folie, um die Volumenveränderung der In-Folie gering zu halten, verbessert werden konnte.
Wie oben beschrieben, wurde bestätigt, dass es nach der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung möglich war, die Festkörperbatterie bereitzustellen, mit der der Coulomb-Wirkungsgrad verbessert werden konnte. Die Festkörperbatterie des Beispiels 4 zeigte einen guten Coulomb-Wirkungsgrad, auch wenn überhaupt kein Unterdrucksetzten durch Festziehen mit einem Bolzen oder dergleichen durchgeführt wurde.
Anhand dieser Ergebnisse wurde bestätigt, dass die Festkörperbatterie nach der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung es ermöglichte, gute Aufladungs-/Entladungseigenschaften zu erzielen, sogar wenn die Festkörperbatterie während der Verwendung nicht gepresst wurde.
Bezugszeichenliste

10, 20, 30: Festkörperbatterien
11: Anode
11a: Anodenaktivmaterial
12: Kathode
12a: Kathodenaktivmaterial
12b: leitfähiger Zusatzstoff
13: Festelektrolytschicht
13a: Sulfid-Festelektrolyt
14: Anodenkollektor
15: Kathodenkollektor
16: Metallschicht in der Anodenseite (Metallschicht)
17: Metallschicht in der Kathodenseite (Metallschicht)
110, 120, 130: Festkörperbatterie
111: Anode
111a: Anodenaktivmaterial
112: Kathode
112a: Kathodenaktivmaterial
112b: leitfähiger Zusatzstoff
113: Festelektrolytschicht
113a: Sulfid-Festelektrolyt
114: Anodenkollektor
115: Kathodenkollektor
116: Metallschicht in der Anodenseite (Metallschicht)
117: Inertmetallschicht in der Anodenseite
118: Metallschicht in der Kathodenseite (Metallschicht)
121: Metallschicht in der Anodenseite (Metallschicht)
122: Inertmetallschicht in der Kathodenseite

Claims

Festkörperbatterie, umfassend: eine Anode, die ein Anodenaktivmaterial umfasst; eine Kathode, die ein Kathodenaktivmaterial umfasst; eine Festelektrolytschicht, die zwischen der Anode und der Kathode angeordnet ist; einen Anodenkollektor, der mit der Anode verbunden ist; und einen Kathodenkollektor, der mit der Kathode verbunden ist, wobei eine Metallschicht zwischen der Anode und dem Anodenkollektor und/oder zwischen der Kathode und dem Kathodenkollektor angeordnet ist, in einem Fall, in dem die Metallschicht eine Metallschicht in einer Anodenseite ist, die zwischen der Anode und dem Anodenkollektor angeordnet ist, ein Metall, das unter einer Potentialumgebung, in der das Anodenaktivmaterial Metallionen speichert und freisetzt, keine elektrochemische Reaktion mit den Metallionen durchläuft und dessen Prozent-Verlängerung nicht weniger als 22% beträgt, für die Metallschicht in einer Anodenseite verwendet wird, und in einem Fall, in dem die Metallschicht eine Metallschicht in einer Kathodenseite ist, die zwischen der Kathode und dem Kathodenkollektor angeordnet ist, ein Metall, das unter einer Potentialumgebung, in der das Kathodenaktivmaterial Metallionen speichert und freisetzt, keine elektrochemische Reaktion mit den Metallionen durchläuft und dessen Prozent-Verlängerung nicht weniger als 22% beträgt, für die Metallschicht in einer Kathodenseite verwendet wird.
Festkörperbatterie umfassend: eine Anode, die ein Anodenaktivmaterial umfasst; eine Kathode, die ein Kathodenaktivmaterial umfasst; eine Festelektrolytschicht, die zwischen der Anode und der Kathode angeordnet ist; einen Anodenkollektor, der mit der Anode verbunden ist; und ein Kathodenkollektor, der mit der Kathode verbunden ist, wobei eine Metallschicht zwischen der Anode und dem Anodenkollektor und/oder zwischen der Kathode und dem Kathodenkollektor angeordnet ist, in einem Fall, in dem die Metallschicht eine Metallschicht in einer Anodenseite ist, die zwischen der Anode und dem Anodenkollektor angeordnet ist, die Metallschicht in einer Anodenseite ein Metall umfasst, dessen Prozent-Verlängerung nicht weniger als 22% beträgt, und eine Inertmetallschicht in einer Anodenseite zwischen der Metallschicht in einer Anodenseite und der Anode angeordnet ist, ein Metall, das unter einer Potentialumgebung, in der das Anodenaktivmaterial Metallionen speichert und freisetzt, keine elektrochemische Reaktion mit den Metallionen durchläuft, für die Inertmetallschicht in einer Anodenseite verwendet wird, in einem Fall, in dem die Metallschicht eine Metallschicht in einer Kathodenseite ist, die zwischen der Kathode und dem Kathodenkollektor angeordnet ist, die Metallschicht in einer Kathodenseite das Metall umfasst, dessen Prozent-Verlängerung nicht weniger als 22% beträgt, und eine Inertmetallschicht in einer Kathodenseite zwischen der Metallschicht in einer Kathodenseite und der Kathode angeordnet ist, und ein Metall, das in einer Potentialumgebung, in der das Kathodenaktivmaterial Metallionen speichert und freisetzt, keine elektrochemische Reaktion mit den Metallionen durchläuft, für die Inertmetallschicht in einer Kathodenseite verwendet wird.