DE112019001591T5 - Festkörperbatterie - Google Patents

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Abstract

Die Festkörperbatterie gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst eine Stromkollektorschicht für eine positive Elektrode; eine Aktivmaterialschicht für die positive Elektrode; eine Stromkollektorschicht für eine negative Elektrode; eine Aktivmaterialschicht für die negative Elektrode; eine Festelektrolytschicht, die zwischen der Aktivmaterialschicht der positiven Elektrode und der Aktivmaterialschicht der negativen Elektrode angeordnet ist und aus einem Festelektrolyten gebildet wird; und mindestens eine erste Zwischenschicht, die zwischen der Stromkollektorschicht der positiven Elektrode und der Aktivmaterialschicht der positiven Elektrode gebildet wird, und eine zweite Zwischenschicht, die zwischen der Stromkollektorschicht der negativen Elektrode und der Aktivmaterialschicht der negativen Elektrode gebildet wird.

Description

  • TECHNISCHER BEREICH
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Festkörperbatterie.
  • Die Priorität der japanischen Patentanmeldung Nr. 2018-62460 wird beansprucht, die am 28. März 2018 eingereicht wurde und deren Inhalt hier durch Verweis aufgenommen wird.
  • TECHNISCHER HINTERGRUND
  • In den letzten Jahren haben sich Lithiumionen-Sekundärbatterien als Stromversorgung für mobile Kommunikationsgeräte wie Mobiltelefone, Smartphones oder Ähnliches sowie für kleine tragbare elektronische Geräte wie Laptops, Tablet-PCs, Spielautomaten oder Ähnliches durchgesetzt. Eine Lithiumionen-Sekundärbatterie, die in solchen kleinen tragbaren elektronischen Geräten verwendet wird, muss kleiner, dünner und zuverlässiger gemacht werden. Um diese elektronischen Geräte lange Zeit betreiben zu können, wird aktiv Forschung und Entwicklung zur Verlängerung der Lebensdauer und Erhöhung der Kapazität von Lithiumionen-Sekundärbatterien betrieben.
  • Bekannte Lithiumionen-Sekundärbatterien sind solche, die eine organische Elektrolytlösung verwenden und solche, die einen festen Elektrolyten als Elektrolyt verwenden. Gemäß Stand der Technik hat eine Lithiumionen-Sekundärbatterie, die eine organische Elektrolytlösung für den Elektrolyten verwendet, eine positive Elektrode und eine negative Elektrode, die durch Beschichten von beiden Oberflächen eines plattenförmigen Stromkollektors aus Aluminium, Kupfer oder dergleichen mittels eines Aktivmaterials der positiven Elektrode oder eines Aktivmaterials der negativen Elektrode erhalten werden. Das Aktivmaterial okkludiert und entlädt Lithiumionen. Die Lithiumionen-Sekundärbatterie wird durch die Bildung eines gewickelten Körpers gebildet, der mehrfach gewickelt wird, wobei ein Separator zwischen der positiven Elektrode und der negativen Elektrode angeordnet ist und wobei der gewickelten Körper zusammen mit einer Elektrolytlösung von einem äußeren Körper mit der Form beispielsweise eines Zylindertyps, eines quadratischen Typs, eines Münztyps oder desgleichen eingeschlossen wird.
  • In einer solchen Lithiumionen-Sekundärbatterie ist ein brennbares organisches Lösungsmittel in der Elektrolytlösung enthalten, und ein unerwarteter übermäßiger Stoß oder ähnliches kann zum Verschütten von Flüssigkeit oder zu anormaler Hitze aufgrund der Erzeugung eines Kurzschlusses führen. Aus diesem Grund gibt es eine Nachfrage nach einem sichereren Produkt.
  • Im Vergleich zu einer Lithiumionen-Sekundärbatterie, bei der eine organische Elektrolytlösung verwendet wird, hat eine Lithiumionen-Sekundärbatterie (eine Festkörperbatterie), bei der ein Festelektrolyt für den Elektrolyten verwendet wird, den Vorteil, dass ein hoher Freiheitsgrad bei der Gestaltung der Batterieform besteht und es einfach ist, die Batterie kleiner und dünner zu machen. Da keine Elektrolytlösung darin enthalten ist, ist die Zuverlässigkeit weiterhin hoch, während es nicht zu Flüssigkeitsaustritt, anormaler Hitze oder ähnlichem kommt.
  • Festkörperbatterien werden hauptsächlich in zwei Typen eingeteilt, nämlich in einen Dünnschicht- und einen Bulk-Typ.
  • Der Dünnschichttyp wird durch eine Dünnschichttechnik wie ein PVD-Verfahren, ein Sol-Gel-Verfahren oder ähnliches hergestellt, und der Bulk-Typ wird durch Pulverformung eines elektrodenAktivmaterials oder eines Festelektrolyten auf Sulfidbasis hergestellt.
  • Der Dünnschicht-Typ hat jedoch das Problem, dass eine Batteriekapazität klein sein kann, weil die Aktivmaterialschicht dick ist und eine gute Laminierung der Folien schwierig oder die Herstellungskosten hoch sind.
  • Da in der Zwischenzeit ein Festelektrolyt auf Sulfidbasis für den Bulk-Typ verwendet wird und Schwefelwasserstoff entsteht, wenn der Festelektrolyt auf Sulfidbasis mit Wasser reagiert, besteht die Notwendigkeit, eine Batterie in einer Glove-Box herzustellen, in dem ein Taupunkt geregelt wird. Da es außerdem schwierig ist, den sulfidischen Festelektrolyten zu einer Platte zu verarbeiten, ist eine Verdünnung der Festelektrolytschicht oder eine hohe Stapelung der Batterie erforderlich.
  • In Anbetracht der oben genannten Probleme wird in Patentdokument 1 und Patentdokument 2 ein Verfahren zur Herstellung einer Festkörperbatterie offenbart, die in Massenproduktion hergestellt und industriell eingesetzt werden kann, wobei das Verfahren die Verarbeitung von Einzelteilen zu Platten, das Stapeln der Platten und das simultane Brennen der Platten unter Verwendung eines an der Luft stabilen Festelektrolyten auf Oxidbasis umfasst.
  • Darüber hinaus offenbart das Patentdokument 2 ein Herstellungsverfahren, das in der Lage ist, einen Herstellungs- und Montageprozess einer Batterie zu vereinfachen und die Herstellungskosten wirksam zu senken, ohne dass zwischen Anschlusselektroden unterschieden werden muss, da eine unpolare Festkörperbatterie realisiert wird, indem die erste Elektrodenschicht und die zweite Elektrodenschicht aus demselben Aktivmaterial gebildet und die Schichten mit einem dazwischen liegenden Elektrolytbereich gestapelt werden.
  • Liste der zitierten Literatur
  • Patent-Li teratur
    • [Patentdokument 1] Veröffentlichte japanische Übersetzung Nr. WO2007/135790 der internationalen PCT-Veröffentlichung für Patentanmeldungen
    • [Patentdokument 2] Japanisches Patent Nr. 5512293
  • KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
  • Technisches Problem
  • Während Herstellungsverfahren, die eine Massenproduktion ermöglichen, in Patentdokument 1 oder Patentdokument 2 offengelegt sind, ist die Verbindung zwischen dem Stromkollektor der positiven Elektrode und dem Aktivmaterial der positiven Elektrode oder zwischen dem Stromkollektor der negativen Elektrode und dem Aktivmaterial der negativen Elektrode unzureichend, und es können nicht verbundene Abschnitte vorhanden sein. Aus diesem Grund kann es zu einer lokalen elektrochemischen Reaktion kommen, und die Zykleneigenschaften können sich verschlechtern.
  • In Anbetracht der oben genannten Probleme ist die vorliegende Erfindung auf die Bereitstellung einer Festkörperbatterie mit ausgezeichneten Zykleneigenschaften ausgerichtet.
  • Lösung des Problems
  • Eine Festkörperbatterie gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst: eine Stromkollektorschicht für eine positive Elektrode; eine Aktivmaterialschicht der positiven Elektrode; eine Stromkollektorschicht für eine negative Elektrode; eine Aktivmaterialschicht der negativen Elektrode; eine Festelektrolytschicht, die zwischen der Aktivmaterialschicht der positiven Elektrode und der Aktivmaterialschicht der negativen Elektrode angeordnet ist und aus einem Festelektrolyten gebildet ist; und mindestens eine erste Zwischenschicht, die zwischen der Stromkollektorschicht der positiven Elektrode und der Aktivmaterialschicht der positiven Elektrode gebildet ist, und eine zweite Zwischenschicht, die zwischen der Stromkollektorschicht der negativen Elektrode und der Aktivmaterialschicht der negativen Elektrode gebildet ist.
  • Da die erste Zwischenschicht, die zwischen der Stromkollektorschicht der positiven Elektrode und der Aktivmaterialschicht der positiven Elektrode gebildet wird, und die zweite Zwischenschicht, die zwischen der Stromkollektorschicht der negativen Elektrode und der Aktivmaterialschicht der negativen Elektrode gebildet wird, entsprechend dieser Konfiguration vorgesehen sind, kann die Verbindung zwischen dem Stromkollektor der positiven Elektrode und dem Aktivmaterial der positiven Elektrode oder zwischen dem Stromkollektor der negativen Elektrode und dem Aktivmaterial der negativen Elektrode verbessert und die nicht verbundenen Abschnitte reduziert werden. Dementsprechend kann die Lokalisierung einer elektrochemischen Reaktion während des Ladens oder Entladens reduziert werden, eine Reaktion zwischen dem Aktivmaterial der positiven Elektrode und dem Aktivmaterial der negativen Elektrode kann gleichmäßig erfolgen, und die Zykleneigenschaften können verbessert werden.
  • In der erfindungsgemäßen Festkörperbatterie ist eine Bindungsrate, mit der die erste Zwischenschicht oder die zweite Zwischenschicht mit der Stromkollektorschicht der positiven Elektrode oder der Stromkollektorschicht der negativen Elektrode verbunden wird, vorzugsweise größer als 1 %.
  • Da gemäß dieser Konfiguration die Bindungsrate, mit der die erste Zwischenschicht oder die zweite Zwischenschicht mit der Stromkollektorschicht der positiven Elektrode oder der Stromkollektorschicht der negativen Elektrode verbunden ist, größer als 1 % ist, kann nach dieser Konfiguration die Verbindung zwischen der Stromkollektorschicht der positiven Elektrode und der ersten Zwischenschicht oder zwischen der Stromkollektorschicht der negativen Elektrode und der zweiten Zwischenschicht weiter verbessert werden. Dementsprechend kann ein nicht verbundener Abschnitt zwischen der Stromkollektorschicht der positiven Elektrode und der Aktivmaterialschicht der positiven Elektrode oder zwischen der Stromkollektorschicht der negativen Elektrode und der Aktivmaterialschicht der negativen Elektrode weiter reduziert werden, die Lokalisierung einer elektrochemischen Reaktion während der Ladung oder Entladung kann weiter reduziert werden, eine Reaktion zwischen dem Aktivmaterial der positiven Elektrode und dem Aktivmaterial der negativen Elektrode kann gleichmäßig erfolgen, und die Zykleneigenschaften können weiter verbessert werden.
  • In der Festkörperbatterie nach der vorliegenden Erfindung ist die Bindungsrate vorzugsweise größer als 30 %.
  • Da gemäß dieser Konfiguration die Bindungsrate, mit der die erste Zwischenschicht oder die zweite Zwischenschicht mit der Stromkollektorschicht der positiven Elektrode oder der Stromkollektorschicht der negativen Elektrode verbunden ist, größer als 30 % ist, kann nach dieser Konfiguration die Verbindung zwischen der Stromkollektorschicht der positiven Elektrode und der ersten Zwischenschicht oder zwischen der Stromkollektorschicht der negativen Elektrode und der zweiten Zwischenschicht weiter verbessert werden. Dementsprechend kann ein nicht verbundener Abschnitt zwischen der Stromkollektorschicht der positiven Elektrode und der Aktivmaterialschicht der positiven Elektrode oder zwischen der Stromkollektorschicht der negativen Elektrode und der Aktivmaterialschicht der negativen Elektrode weiter reduziert werden, die Lokalisierung einer elektrochemischen Reaktion während der Ladung oder Entladung kann weiter reduziert werden, eine Reaktion zwischen dem Aktivmaterial der positiven Elektrode und dem Aktivmaterial der negativen Elektrode kann gleichmäßig erfolgen, und die Zykleneigenschaften können weiter verbessert werden.
  • In der Festkörperbatterie nach der vorliegenden Erfindung kann die erste Zwischenschicht 56 oder die zweite Zwischenschicht 57 amorph sein.
  • Da die erste Zwischenschicht bzw. die zweite Zwischenschicht amorph ist, kann nach dieser Konfiguration die Bindung zwischen der Stromkollektorschicht der positiven Elektrode und der Aktivmaterialschicht der positiven Elektrode bzw. zwischen der Stromkollektorschicht der negativen Elektrode und der Aktivmaterialschicht der negativen Elektrode, welche erweicht werden, besser ausgebildet werden, und nicht verbundene Abschnitte können weiter reduziert werden. Dementsprechend kann die Lokalisierung einer elektrochemischen Reaktion während der Ladung oder Entladung weiter reduziert werden, eine Reaktion zwischen dem Aktivmaterial der positiven Elektrode und dem Aktivmaterial der negativen Elektrode kann gleichmäßig erfolgen, und die Zykleneigenschaften können weiter verbessert werden.
  • In der erfindungsgemäßen Festkörperbatterie kann mindestens eine der ersten Zwischenschicht und der zweiten Zwischenschicht einen Materialbestandteil enthalten, der mindestens ein Anion enthält.
  • Da die erste Zwischenschicht und die zweite Zwischenschicht mindestens ein Anion enthalten, sind nach dieser Konfiguration die Oberflächen der Materialbestandteile, die die Stromkollektorschicht der positiven Elektrode oder die Stromkollektorschicht der negativen Elektrode und die Aktivmaterialschicht der positiven Elektrode oder die Aktivmaterialschicht der negativen Elektrode bilden, leicht an das in der ersten Zwischenschicht und der zweiten Zwischenschicht enthaltene Anion gekoppelt, und die Verbindung zwischen der Stromkollektorschicht der positiven Elektrode und der ersten Zwischenschicht, zwischen der Stromkollektorschicht der negativen Elektrode und der zweiten Zwischenschicht, zwischen der Aktivmaterialschicht der positiven Elektrode und der ersten Zwischenschicht und zwischen der Aktivmaterialschicht der negativen Elektrode und der zweiten Zwischenschicht kann weiter verbessert werden. Dementsprechend kann die Bindung zwischen der Stromkollektorschicht der positiven Elektrode und der Aktivmaterialschicht der positiven Elektrode oder zwischen der Stromkollektorschicht der negativen Elektrode und der Aktivmaterialschicht der negativen Elektrode besser ausgebildet ausgebildet werden, der nicht verbundene Abschnitt kann weiter reduziert werden, die Lokalisierung einer elektrochemischen Reaktion während der Aufladung oder Entladung kann weiter reduziert werden, eine Reaktion zwischen dem Aktivmaterial der positiven Elektrode und dem Aktivmaterial der negativen Elektrode kann gleichmäßig erfolgen, und die Zykleneigenschaften können weiter verbessert werden.
  • In der erfindungsgemäßen Festkörperbatterie ist mindestens eine der ersten Zwischenschicht und der zweiten Zwischenschicht vorzugsweise ein amorphes Material, das mindestens ein Element enthält, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Li, V, Si, Al, Ge, Sb, Sn, Ga, In, Fe, Co, Ni, Ti, Mn, Ca, Ba, La, Zr, Ce, Cu, Mg, Sr, Cr, Mo, Nb, Zn und P besteht.
  • Entsprechend dieser Konfiguration, da mindestens eine der ersten Zwischenschicht und der zweiten Zwischenschicht ein amorphes Material ist, das mindestens ein Element enthält, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Li, V, Si, Al, Ge, Sb, Sn, Ga, In, Fe, Co, Ni, Ti, Mn, Ca, Ba, La, Zr, Ce, Cu, Mg, Sr, Cr, Mo, Nb, Zn und P besteht, sodass die erste Zwischenschicht, die die Stromkollektorschicht der positiven Elektrode und die Aktivmaterialschicht der positiven Elektrode in besser ausgebildet Weise verbindet, oder die zweite Zwischenschicht, die die Stromkollektorschicht der negativen Elektrode und die Aktivmaterialschicht der negativen Elektrode in besser ausgebildet Weise verbindet, mit einer elektrisch leitenden Funktion versehen werden kann, kann eine gleichmäßigere elektrochemische Reaktion stattfinden. Entsprechend können die Zykleneigenschaften weiter verbessert werden.
  • Eine Dicke der ersten Zwischenschicht oder der zweiten Zwischenschicht beträgt vorzugsweise 0,1 µm oder mehr und 10 µm oder weniger.
  • Entsprechend dieser Konfiguration kann, da die Dicke der ersten Zwischenschicht oder der zweiten Zwischenschicht 0,1 µm oder mehr und 10 µm oder weniger beträgt, eine Widerstandserhöhung durch die Bereitstellung der ersten Zwischenschicht, die die Stromkollektorschicht der positiven Elektrode und die Aktivmaterialschicht der positiven Elektrode in besser ausgebildet Weise verbindet, oder der zweiten Zwischenschicht, die die Stromkollektorschicht der negativen Elektrode und die Aktivmaterialschicht der negativen Elektrode in besser ausgebildet Weise verbindet, minimiert werden, und es kann eine gleichmäßigere elektrochemische Reaktion stattfinden. Dementsprechend können die Zykleneigenschaften weiter verbessert werden.
  • Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
  • Nach der vorliegenden Erfindung ist es möglich, eine Festkörperbatterie mit ausgezeichneten Zykleneigenschaften bereitzustellen, da eine Struktur vorgesehen ist, die mindestens eine der ersten Zwischenschicht, die zwischen der Stromkollektorschicht der positiven Elektrode und der Aktivmaterialschicht der positiven Elektrode gebildet wird, und der zweiten Zwischenschicht, die zwischen der Stromkollektorschicht der negativen Elektrode und der Aktivmaterialschicht der negativen Elektrode gebildet wird, umfasst.
  • Figurenliste
    • 1 ist eine Querschnittsansicht, die eine Festkörperbatterie nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
    • 2 ist eine REM-Querschnittsansicht in der Nähe einer Stromkollektorschicht der positiven Elektrode, das die Festkörperbatterie der Ausführungsform zeigt.
    • 3 ist eine Querschnittsansicht, die einen Stromspeicherteil der Festkörperbatterie der Ausführungsform zeigt.
  • BEVORZUGTE AUSFÜHRUNGSFORM DER ERFINDUNG
  • Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen in angemessener Weise ausführlich beschrieben. In den Zeichnungen, die in der folgenden Beschreibung verwendet werden, können zum besseren Verständnis der Merkmale der vorliegenden Erfindung der Einfachheit halber Merkmale vergrößert werden, und die Maßverhältnisse der Komponenten können von den tatsächlichen Verhältnissen abweichen. Materialien, Abmessungen oder ähnliches, die in der folgenden Beschreibung angegeben sind, sind beispielhafte Beispiele, und die vorliegende Erfindung ist nicht darauf beschränkt und kann auf verschiedene Weise modifiziert und realisiert werden, ohne vom Geist der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
  • 1 ist eine Querschnittsansicht einer Festkörperbatterie nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Wie in 1 dargestellt, hat eine Festkörperbatterie 50 einen oder mehrere Stromspeicherteile, die jeweils aus einer Stromkollektorschicht 51 für die positive Elektrode, einer Aktivmaterialschicht 52 für die positive Elektrode, einer Stromkollektorschicht 53 für die negative Elektrode, einer Aktivmaterialschicht 54 für die negative Elektrode, einer Festelektrolytschicht 55, einer ersten Zwischenschicht 56, einer zweiten Zwischenschicht 57 und Anschlusselektroden 58 bestehen, und weist eine Struktur auf, in der diese gestapelt sind.
  • Im Einzelnen umfasst die Festkörperbatterie 50 die Stromkollektorschicht 51 der positiven Elektrode, die Aktivmaterialschicht 52 der positiven Elektrode, die auf der Stromkollektorschicht 51 der positiven Elektrode vorgesehen ist, die Stromkollektorschicht 53 der negativen Elektrode, die Aktivmaterialschicht 54 der negativen Elektrode, die auf der Stromkollektorschicht 53 der negativen Elektrode vorgesehen ist, die Festelektrolytschicht 55, die zwischen der Aktivmaterialschicht 52 der positiven Elektrode und der Aktivmaterialschicht 54 der negativen Elektrode angeordnet ist und aus einem Festelektrolyten besteht, und mindestens einen der folgenden Bestandteile: Die ersten Zwischenschicht 56, die zwischen der Stromkollektorschicht 51 der positiven Elektrode und der Aktivmaterialschicht 52 der positiven Elektrode gebildet ist, und die zweiten Zwischenschicht 57, die zwischen der Stromkollektorschicht 53 der negativen Elektrode und der Aktivmaterialschicht 54 der negativen Elektrode gebildet ist.
  • Da die erste Zwischenschicht 56, die zwischen der Stromkollektorschicht 51 der positiven Elektrode und der Schicht 52 des Aktivmaterials der positiven Elektrode gebildet wird, und die zweite Zwischenschicht 57, die zwischen der Stromkollektorschicht 53 der negativen Elektrode und der Schicht 54 des Aktivmaterials der negativen Elektrode gebildet wird, entsprechend dieser Konfiguration vorgesehen sind, kann die Verbindung zwischen dem Stromkollektor der positiven Elektrode und dem Aktivmaterial der positiven Elektrode oder zwischen dem Stromkollektor der negativen Elektrode und dem Aktivmaterial der negativen Elektrode in besser ausgebildet Weise durchgeführt werden, und ein nicht verbundener Abschnitt kann reduziert werden. Dementsprechend kann die Lokalisierung der elektrochemischen Reaktion während des Ladens oder Entladens reduziert werden, eine Reaktion zwischen dem Aktivmaterial der positiven Elektrode und dem Aktivmaterial der negativen Elektrode kann gleichmäßig erfolgen, und die Zykleneigenschaften können verbessert werden.
  • Zusätzlich kann eine Zwischenschicht, die so konfiguriert ist, dass sie einen Wärmeausdehnungskoeffizienten dämpft, an mindestens einer der Stellen zwischen der Aktivmaterialschicht 52 der positiven Elektrode und der Festelektrolytschicht 55 sowie zwischen der Aktivmaterialschicht 54 der negativen Elektrode und der Festelektrolytschicht 55 vorgesehen werden.
  • Die Aktivmaterialschicht 52 der positiven Elektrode ist auf mindestens einer Seite oder auf den beiden Seiten der Stromkollektorschicht 51 der positiven Elektrode vorgesehen.
  • Die erste Zwischenschicht 56 ist kontinuierlich oder diskontinuierlich zwischen der Aktivmaterialschicht 52 der positiven Elektrode und der Stromkollektorschicht 51 der positiven Elektrode vorgesehen.
  • Die Aktivmaterialschicht 54 der negativen Elektrode ist auf mindestens einer Seite oder auf beiden Seiten der Stromkollektorschicht 53 der negativen Elektrode vorgesehen.
  • Die zweite Zwischenschicht 57 ist kontinuierlich oder diskontinuierlich zwischen der Aktivmaterialschicht 54 der negativen Elektrode und der Stromkollektorschicht 53 der negativen Elektrode vorgesehen.
  • Die Stromkollektorschicht 51 der positiven Elektrode und die Stromkollektorschicht 53 der negativen Elektrode sind mit den Anschlusselektroden 58 verbunden, die sich jeweils voneinander unterscheiden. Dies liegt daran, dass die Schichten elektrisch nach außen verbunden sind.
  • Zusätzlich zeigt 2 eine REM-Querschnittsansicht in der Nähe der Stromkollektorschicht der positiven Elektrode der Festkörperbatterie am Beispiel einer Ausführungsform mit Zwischenschicht. Wie in 2 dargestellt, wird berücksichtigt, dass eine erste Zwischenschicht zwischen der Stromkollektorschicht der positiven Elektrode und der Aktivmaterialschicht der positiven Elektrode vorgesehen ist.
  • 3 ist eine Querschnittsansicht, die ein Stromspeicherteil entsprechend der Ausführungsform zeigt. Wie in 3 dargestellt, besteht ein Stromspeicherteil 10 aus einer Stromkollektorschicht 11 für die positive Elektrode, einer Aktivmaterialschicht 12 für die positive Elektrode, einer Stromkollektorschicht 13 für die negative Elektrode, einer Aktivmaterialschicht 14 für die negative Elektrode, einer Festelektrolytschicht 15, einer ersten Zwischenschicht 16 und einer zweiten Zwischenschicht 17 und weist eine Struktur auf, in der diese gestapelt sind.
  • Insbesondere enthält der Stromspeicherteil 10 die Stromkollektorschicht 11 der positiven Elektrode, die Aktivmaterialschicht 12 der positiven Elektrode, die auf der Stromkollektorschicht 11 der positiven Elektrode vorgesehen ist, die Stromkollektorschicht 13 der negativen Elektrode, die Aktivmaterialschicht 14 der negativen Elektrode, die auf der Stromkollektorschicht 13 der negativen Elektrode vorgesehen ist, die Festelektrolytschicht 15, die zwischen der Aktivmaterialschicht 12 der positiven Elektrode und der Aktivmaterialschicht 14 der negativen Elektrode angeordnet ist und aus einem Festelektrolyten gebildet ist, und mindestens einen von diesen: die erste Zwischenschicht 16, die zwischen der Stromkollektorschicht 11 der positiven Elektrode und der Aktivmaterialschicht 12 der positiven Elektrode gebildet ist; und die zweite Zwischenschicht 17, die zwischen der Stromkollektorschicht 13 der negativen Elektrode und der Aktivmaterialschicht 14 der negativen Elektrode gebildet ist.
  • Da die erste Zwischenschicht 16, die zwischen der Stromkollektorschicht 11 der positiven Elektrode und der Aktivmaterialschicht 12 der positiven Elektrode gebildet wird, und die zweite Zwischenschicht 17, die zwischen der Stromkollektorschicht 13 der negativen Elektrode und der Aktivmaterialschicht 14 der negativen Elektrode gebildet wird, entsprechend dieser Konfiguration vorgesehen sind, kann die Verbindung zwischen dem Stromkollektor der positiven Elektrode und dem Aktivmaterial der positiven Elektrode oder zwischen dem Stromkollektor der negativen Elektrode und dem Aktivmaterial der negativen Elektrode in besser ausgebildet Weise durchgeführt und ein nicht verbundener Abschnitt reduziert werden. Dementsprechend kann die Lokalisierung der elektrochemischen Reaktion während des Ladens oder Entladens reduziert werden, eine Reaktion zwischen dem Aktivmaterial der positiven Elektrode und dem Aktivmaterial der negativen Elektrode kann gleichmäßig erfolgen, und die Zykleneigenschaften können verbessert werden.
  • Bei der Festkörperbatterie 50 ist je nach Ausführungsform eine Bindungsrate, bei der die ersten Zwischenschichten 56 und 16 oder die zweiten Zwischenschichten 57 und 17 mit den Stromkollektorschichten 51 und 11 der positiven Elektroden oder den Stromkollektorschichten 53 und 13 der negativen Elektroden verbunden sind, vorzugsweise größer als 1 %.
  • Da gemäß dieser Konfiguration ein Anteil, bei dem die ersten Zwischenschichten 56 und 16 bzw. die zweiten Zwischenschichten 57 und 17 mit den Stromkollektorschichten 51 und 11 der positiven Elektrode bzw. den Stromkollektorschichten 53 und 13 der negativen Elektrode verbunden sind, größer als 1 % ist, kann die Verbindung zwischen den Stromkollektorschichten 51 und 11 der positiven Elektrode und den ersten Zwischenschichten 56 und 16 bzw. zwischen den Stromkollektorschichten 53 und 13 der negativen Elektrode und den zweiten Zwischenschichten 57 und 17 besser ausgeführt werden. Dementsprechend kann ein nicht verbundener Abschnitt zwischen den Stromkollektorschichten 51 und 11 der positiven Elektrode und den Aktivmaterialschichten 52 und 12 der positiven Elektrode oder zwischen den Stromkollektorschichten 53 und 13 der negativen Elektrode und den Aktivmaterialschichten 54 und 14 der negativen Elektrode weiter reduziert werden, die Lokalisierung der elektrochemischen Reaktion während der Ladung oder Entladung kann weiter reduziert werden, eine Reaktion zwischen dem Aktivmaterial der positiven Elektrode und dem Aktivmaterial der negativen Elektrode kann gleichmäßig erfolgen, und die Zykleneigenschaften können weiter verbessert werden.
  • Bei der Festkörperbatterie 50 ist die Bindungsrate gemäß der Ausführungsform vorzugsweise größer als 30 %.
  • Da nach dieser Konfiguration der Anteil, dass die ersten Zwischenschichten 56 und 16 bzw. die zweiten Zwischenschichten 57 und 17 mit den Stromkollektorschichten 51 und 11 der positiven Elektrode bzw. den Stromkollektorschichten 53 und 13 der negativen Elektrode verbunden sind, größer als 30 % ist, kann die Verbindung zwischen den Stromkollektorschichten 51 und 11 der positiven Elektrode und den ersten Zwischenschichten 56 und 16 bzw. zwischen den Stromkollektorschichten 53 und 13 der negativen Elektrode und den zweiten Zwischenschichten 57 und 17 besser ausgeführt werden. Dementsprechend kann der nicht verbundene Abschnitt zwischen den Stromkollektorschichten 51 und 11 der positiven Elektrode und den Aktivmaterialschichten 52 und 12 der positiven Elektrode oder zwischen den Stromkollektorschichten 53 und 13 der negativen Elektrode und den Aktivmaterialschichten 54 und 14 der negativen Elektrode weiter reduziert werden, die Lokalisierung der elektrochemischen Reaktion während der Ladung oder Entladung kann weiter reduziert werden, eine Reaktion zwischen dem Aktivmaterial der positiven Elektrode und dem Aktivmaterial der negativen Elektrode kann gleichmäßig erfolgen, und die Zykleneigenschaften können weiter verbessert werden.
  • Bei der Festkörperbatterie 50 können je nach Ausführungsform die ersten Zwischenschichten 56 und 16 oder die zweiten Zwischenschichten 57 und 17 amorph sein.
  • Da die ersten Zwischenschichten 56 und 16 bzw. die zweiten Zwischenschichten 57 und 17 amorph sind, kann entsprechend dieser Konfiguration die Bindung zwischen den Stromkollektorschichten der positiven Elektroden 51 und 11 und den Aktivmaterialschichten der positiven Elektroden 52 und 12 bzw. zwischen den Stromkollektorschichten der negativen Elektroden 53 und 13 und den Aktivmaterialschichten der negativen Elektroden 54 und 14, die erweicht werden, besser ausgebildet und der nicht verbundene Anteil weiter reduziert werden. Dementsprechend kann die Lokalisierung der elektrochemischen Reaktion während der Ladung oder Entladung weiter reduziert werden, eine Reaktion zwischen dem Aktivmaterial der positiven Elektrode und dem Aktivmaterial der negativen Elektrode kann gleichmäßig erfolgen, und die Zykleneigenschaften können weiter verbessert werden.
  • Weiterhin wird in dieser Anmeldung ein Pulver als „amorph“ bezeichnet, bei dem kein klares Beugungsphänomen bestätigt wird, wenn dasselbe Pulver mit einem Röntgenbeugungsgerät analysiert wird.
  • In der Festkörperbatterie 50 enthalten je nach Ausführungsform mindestens eine der ersten Zwischenschichten 56 und 16 sowie der zweiten Zwischenschichten 57 und 17 vorzugsweise einen Materialbestandteil mit mindestens einem Anion.
  • Da mindestens eine der ersten Zwischenschichten 56 und 16 und der zweiten Zwischenschichten 57 und 17 mindestens ein Anion enthält, sind die Oberflächen der Materialien, aus denen die positiven Stromkollektorschichten 51 und 11 oder die negativen Stromkollektorschichten 53 und 13 und die Aktivmaterialschichten 52 und 12 der positiven Elektrode oder die Aktivmaterialschichten 54 und 14 der negativen Elektrode bestehen, und die Anionen der ersten Zwischenschichten 56 und 16 und der zweiten Zwischenschichten 57 und 17 leicht miteinander verbunden, und die Verbindung zwischen den Stromkollektorschichten 51 und 11 der positiven Elektrode und den ersten Zwischenschichten 56 und 16 oder zwischen den Stromkollektorschichten 53 und 13 der negativen Elektrode und den zweiten Zwischenschichten 57 und 17 sowie zwischen den Aktivmaterialschichten 52 und 12 der positiven Elektrode und den ersten Zwischenschichten 56 und 16 oder zwischen den Aktivmaterialschichten 54 und 14 der negativen Elektrode und den zweiten Zwischenschichten 57 und 17 kann besser ausgeführt werden. Dementsprechend kann die Bindung zwischen den Stromkollektorschichten 51 und 11 der positiven Elektrode und den Aktivmaterialschichten 52 und 12 der positiven Elektrode oder zwischen den Stromkollektorschichten 53 und 13 der negativen Elektrode und den Aktivmaterialschichten 54 und 14 der negativen Elektrode besser ausgebildet werden, der nicht verbundene Bereich kann weiter reduziert werden, die Lokalisierung der elektrochemischen Reaktion während der Ladung oder Entladung kann weiter reduziert werden, eine Reaktion zwischen dem Aktivmaterial der positiven Elektrode und dem Aktivmaterial der negativen Elektrode kann gleichmäßig erzeugt werden, und die Zykleneigenschaften können weiter verbessert werden.
  • Bei der Festkörperbatterie 50 enthalten die ersten Zwischenschichten 56 und 16 entsprechend der Ausführungsform vorzugsweise mindestens einen Materialbestandteil des Materialbestandteils der Stromkollektorschichten der positiven Elektrode 51 und 11 und des Materialbestandteils der Aktivmaterialschichten der positiven Elektrode 52 und 12.
  • Da die ersten Zwischenschichten 56 und 16 mindestens einen Materialbestandteil des Materialbestandteils der Stromkollektorschichten der positiven Elektroden 51 und 11 und des Materialbestandteils der Aktivmaterialschichten der positiven Elektroden 52 und 12 enthalten, kann nach dieser Konfiguration die Verbindung zwischen den Stromkollektorschichten der positiven Elektroden 51 und 11 und den Aktivmaterialschichten der positiven Elektroden 52 und 12 besser durchgeführt und der nicht verbundene Anteil weiter reduziert werden. Dementsprechend kann die Lokalisierung der elektrochemischen Reaktion während des Ladens oder Entladens weiter reduziert werden, eine Reaktion mit dem Aktivmaterial der positiven Elektrode kann gleichmäßig erzeugt werden, und es ist unter diesen Gesichtspunkten wahrscheinlicher, dass eine Festkörperbatterie mit einer hohen Zyklenlebensdauer erhalten wird.
  • Bei der Festkörperbatterie 50 haben die zweiten Zwischenschichten 57 und 17 entsprechend der Ausführungsform vorzugsweise mindestens einen Materialbestandteil aus dem Materialbestandteil der Stromkollektorschichten der negativen Elektrode 53 und 13 und dem Materialbestandteil der Aktivmaterialschichten der negativen Elektrode 54 und 14.
  • Da die zweiten Zwischenschichten 57 und 17 mindestens einen Materialbestandteil des Materialbestandteils der Stromkollektorschichten der Negativelektroden 53 und 13 und des Materialbestandteils der Aktivmaterialschichten der Negativelektroden 54 und 14 enthalten, kann nach dieser Konfiguration die Verbindung zwischen den Stromkollektorschichten der Negativelektroden 53 und 13 und den Aktivmaterialschichten der Negativelektroden 54 und 14 zweckmäßiger ausgeführt und der nicht verbundene Anteil weiter reduziert werden. Dementsprechend kann die Lokalisierung der elektrochemischen Reaktion während des Ladens oder Entladens weiter reduziert werden, eine Reaktion mit dem Aktivmaterial der negativen Elektrode kann gleichmäßig erzeugt werden, und es ist unter diesen Gesichtspunkten wahrscheinlicher, dass eine Festkörperbatterie mit einer hohen Zyklenlebensdauer erhalten wird.
  • In der Festkörperbatterie 50 beträgt die relative Dichte je nach Ausführungsform vorzugsweise 80 % oder mehr.
  • Da eine Festkörperbatterie mit einer relativen Dichte von 80 % oder mehr vorgesehen ist, kann nach dieser Konfiguration der nicht verbundene Abschnitt jeder Schicht der Stromkollektorschichten der positiven Elektroden 51 und 11, der ersten Zwischenschichten 56 und 16, der Aktivmaterialschichten der positiven Elektroden 52 und 12, der Festelektrolytschichten 55 und 15, der Aktivmaterialschichten der negativen Elektroden 54 und 14, der zweiten Zwischenschichten 57 und 17 sowie der Stromkollektorschichten der negativen Elektroden 53 und 13 reduziert werden. Dementsprechend kann die Lokalisierung der elektrochemischen Reaktion während des Ladens oder Entladens reduziert werden, eine Reaktion zwischen dem Aktivmaterial der positiven Elektrode und dem Aktivmaterial der negativen Elektrode kann gleichmäßig erfolgen, und es ist unter diesen Gesichtspunkten wahrscheinlicher, dass eine Festkörperbatterie mit einer hohen Zyklenlebensdauer erhalten wird.
  • Während die Zusammensetzungen der Stromkollektorschichten 51 und 11 der positiven Elektrode und der Stromkollektorschichten 53 und 13 der negativen Elektrode nicht besonders begrenzt sind, kann zusätzlich zu einem Stromkollektormaterial z.B. ein Aktivmaterial für die positive Elektrode, ein Aktivmaterial für die negative Elektrode, ein Festelektrolyt oder ein Sinteradditiv enthalten sein.
  • Während die Zusammensetzungen der Schichten 52 und 12 des Aktivmaterials der positiven Elektrode und der Schichten 54 und 14 des Aktivmaterials der negativen Elektrode nicht besonders begrenzt sind, kann zusätzlich zum Aktivmaterial der positiven Elektrode und des Aktivmaterials der negativen Elektrode z.B. ein Lithiumionen leitendes Hilfsmittel, ein Sinteradditiv oder ein leitendes Hilfsmittel enthalten sein.
  • Während die Zusammensetzungen der Festelektrolytschichten 55 und 15 nicht besonders begrenzt sind, kann z.B. zusätzlich zum Festelektrolyten ein Sinteradditiv enthalten sein.
  • Das Aktivmaterial der positiven Elektrode oder das Aktivmaterial der negativen Elektrode, das die Aktivmaterialschichten 52 und 12 der positiven Elektrode oder die Aktivmaterialschichten 54 und 14 der negativen Elektrode bildet, kann eine Verbindung verwenden, die ein elektropositiveres Potential als das Aktivmaterial der positiven Elektrode auf den Aktivmaterialschichten 52 und 12 der positiven Elektrode aufweist, und weiterhin eine Verbindung verwendet, die ein elektronegativeres Potential als das Aktivmaterial der negativen Elektrode auf den Aktivmaterialschichten 54 und 14 der negativen Elektrode aufweist. Darüber hinaus können die Aktivmaterialschichten 52 und 12 der positiven Elektrode und die Aktivmaterialschichten 54 und 14 der negativen Elektrode aus einem Typ von Verbindung bestehen.
  • (Festelektrolyt)
  • Als Festelektrolyt, aus dem die Festelektrolytschichten 55 und 15 der Festkörperbatterie der Ausführungsform bestehen, wird vorzugsweise ein Material mit niedriger Elektronenleitfähigkeit und hoher Lithiumionenleitfähigkeit verwendet. Zum Beispiel ist es wünschenswert, dass das Material mindestens eines ist, das aus der Gruppe ausgewählt wird, die aus Verbindungen vom Perowskit-Typ wie La0,5Li0,5TiO3 oder dergleichen besteht, Verbindungen vom LISICON-Typ, wie Li14Zn(GeO4)4 oder dergleichen, Verbindungen vom Granat-Typ, wie Li7La3Zr2O12 oder dergleichen, Phosphat-Verbindungen, wie LiTi2(PO4)3, LiGe2(PO4)3, LiZr2(PO4)3 (monoklin), LiZr2(PO4)3 (rhomboedrisch), Li1,5Ca0,5Zr1,5(PO4)3, Li1,3Al0,3Ti1,7(PO4)3, Li1,5Al0,5Ge1,5(PO4)3, Li3PO4, Li3,5Si0,5P0,5O4, Li2,9PO3,3N0,46, oder ähnliche Verbindungen vom Thio-LISICON-Typ, wie z.B. Li3,25Ge0,25P0,75S4, Li3PS4, oder dergleichen, und Glasverbindungen wie Li2S-P2S5, Li2O-V2O5-SiO2, oder dergleichen.
  • Ein Partikeldurchmesser des Festelektrolyten, der die Festelektrolytschicht der Festkörperbatterie der Ausführungsform bildet, beträgt bevorzugt 0,05 µm oder mehr und 5 µm oder weniger unter dem Gesichtspunkt, dass sich eine dünne und dichte Schicht bildet.
  • Während die Dicke der Festelektrolytschicht nicht besonders begrenzt ist, beträgt die Dicke vorzugsweise 0,1 µm oder mehr und 100 µm oder weniger, und noch bevorzugter 0,3 µm oder mehr und 20 µm oder weniger im Hinblick auf die Realisierung von hohen Raten-Eigenschaften.
  • Wenn die Dicke der Festelektrolytschicht 0,1 µm oder mehr und 100 µm oder weniger beträgt, kann die Bewegungsdistanz eines Lithium-Ions während des Ladens und Entladens verringert und der Innenwiderstand verringert werden, während die Isolationseigenschaften der Festelektrolytschicht erhalten bleiben.
  • (Aktivmaterial der positiven Elektrode)
  • Als Aktivmaterial der positiven Elektrode, das in den Aktivmaterialschichten 52 und 12 und den Stromkollektorschichten 51 und 11 der positiven Elektrode enthalten ist, sind je nach Ausführung z.B. Lithiumoxid, Lithiumsulfid oder lithiumhaltige Verbindungen wie Zwischenschichtverbindungen, die Lithium oder ähnliches enthalten, geeignet, wobei zwei oder mehr davon in einer Mischung verwendet werden können. Zur Erhöhung der Energiedichte sind insbesondere Lithiumkomplexoxide, ausgedrückt durch eine allgemeine Formel von LixMO2, oder lithiumhaltige Zwischenschichtverbindungen vorzuziehen. Weiterhin ist M vorzugsweise eine oder mehrere Arten von Übergangsmetallen, und insbesondere ist mindestens eines von Co, Ni, Mn, Fe, Al, V und Ti vorzuziehen. x unterscheidet sich je nach Lade- und Entladezustand einer Batterie und ist konventionell ein Wert innerhalb eines Bereichs von 0,05 ≤ x ≤ 1,10. Darüber hinaus sind Manganspinell (LiMn2O4) mit einer Kristallstruktur vom Spinelltyp, Lithiumeisenphosphat (LiFePO4) mit einer Kristallstruktur vom Olivintyp, LiCoPO4, LiNiPO4 o.ä. ebenfalls vorzuziehen, da dann eine hohe Energiedichte erreicht werden kann.
  • Konkret wird als Aktivmaterial der positiven Elektrode, aus dem die Aktivmaterialschichten 52 und 12 der positiven Elektrode und die Stromkollektorschichten 51 und 11 der positiven Elektrode des Stromspeicherteils 10 und der Festkörperbatterie 50 bestehen, vorzugsweise ein Material verwendet, das Lithiumionen effizient entlädt und adsorbiert. Beispielsweise werden vorzugsweise Übergangsmetalloxide oder Übergangsmetallkomplexoxide verwendet. Insbesondere eines von Lithium-Mangan-Komplexoxid Li2Mnx3Ma1-x3O3 (0,8 ≤ x3 ≤ 1, Ma = Co, Ni), Lithium-Kobalt-Oxid (LiCoO2), Lithium-Nickel-Oxid (LiNiO2), Lithium-ManganSpinell (LiMn2O4) und komplexe Metalloxide, ausgedrückt durch eine allgemeine Formel: LiNix4Coy4Mnz4O2 (x4 + y4 + z4 = 1, 0 ≤ x4 ≤ 1, 0 ≤ y4 ≤ 1, 0 ≤ z4 ≤ 1), Lithium-Vanadium-Verbindungen (LiV2O5), Olivin-Typ LiMbPO4 (hier ist Mb ein oder mehrere Elemente, ausgewählt aus Co, Ni, Mn, Fe, Mg, Nb, Ti, Al und Zr), Lithium-Vanadium-Phosphat (Li3V2(PO4)3 oder LiVOPO4), auf Li-Überschuss basierende positive Elektroden-Lösung Li2MnO3-LiMcO2 (Mc = Mn, Co, Ni), Lithiumtitanat (Li4Ti5O12) und zusammengesetzte Metalloxide, ausgedrückt durch LiaNix5Coy5Alz5O2 (0,9 < a < 1,3, 0,9 < x5 + y5 + z5 < 1,1) sind vorzuziehen. Darüber hinaus gibt es keine Beschränkung auf diese Materialien, und darüber hinaus gibt es keine besondere Beschränkung, solange es sich bei dem Material um ein Aktivmaterial für positive Elektroden handelt, in das und aus dem Lithiumionen elektrochemisch eingebracht und entfernt werden können.
  • Ein Partikeldurchmesser des Aktivmaterials der positiven Elektrode, aus dem die Schichten 52 und 12 des Aktivmaterials der positiven Elektrode bestehen, beträgt entsprechend der Ausführungsform vorzugsweise 0,05 µm oder mehr und 5 µm oder weniger unter dem Gesichtspunkt, dass die Schichten 52 und 12 des Aktivmaterials der positiven Elektrode dicht und dünn ausgebildet sind.
  • Während die Dicke der Aktivmaterialschichten 52 und 12 der positiven Elektrode nicht besonders begrenzt ist, beträgt die Dicke vorzugsweise 0,1 µm oder mehr und 100 µm oder weniger, und noch bevorzugter 0,3 µm oder mehr und 10 µm oder weniger, unter dem Gesichtspunkt, dass dann eine Festkörperbatterie mit hoher Kapazität und hoher Leistung erreicht werden kann.
  • (Aktivmaterial der negativen Elektrode)
  • Als das Aktivmaterial der negativen Elektrode, das in den Schichten 54 und 14 des Aktivmaterials der negativen Elektrode und in den Stromkollektorschichten 53 und 13 der negativen Elektrode gemäß der Ausführungsform enthalten ist, wird vorzugsweise ein Material mit einem niedrigen elektrischen Potential in Bezug auf Lithium und einer großen Kapazität pro Gewicht verwendet, unter dem Gesichtspunkt, dass eine Festkörperbatterie mit einer hohen spezifischen Energiedichte und Volumenenergiedichte erhalten wird. Beispielsweise enthält das Material vorzugsweise mindestens ein Metall, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Li, Sn, Si, Al, Ge, Sb, Ag, Ga, In, Fe, Co, Ni, Ti, Mn, Ca, Ba, La, Zr, Ce, Cu, Mg, Sr, Cr, Mo, Nb, V und Zn, Legierungen, die aus zwei oder mehreren dieser Metalle gebildet sind, Oxiden dieser Metalle, Phosphoroxid, Oxiden dieser Legierungen und Phosphoroxid oder einem Kohlenstoffmaterial besteht.
  • Ein Partikeldurchmesser des Aktivmaterials der negativen Elektrode, aus dem die Schichten 54 und 14 des Aktivmaterials der negativen Elektrode bestehen, beträgt je nach Ausführung vorzugsweise 0,05 µm oder mehr und 5 µm oder weniger, so dass dann die Schichten 54 und 14 des Aktivmaterials der negativen Elektrode dicht und dünn ausgebildet sind.
  • Während die Dicke der Aktivmaterialschichten 54 und 14 der negativen Elektrode nicht sonderlich begrenzt ist, beträgt die Dicke vorzugsweise 0,1 µm oder mehr und 100 µm oder weniger, und vorzugsweise 0,5 µm oder mehr und 10 µm oder weniger unter dem Gesichtspunkt, dass die Festkörperbatterie aufweisend eine höhere Kapazität und höhere Zyklenlebensdauer erreicht wird.
  • (Erste Zwischenschicht oder zweite Zwischenschicht)
  • Als Material, das je nach Ausführungsform die ersten Zwischenschichten 56 und 16 oder die zweiten Zwischenschichten 57 und 17 bildet, kann ein Material mit Elektronenleitfähigkeit verwendet werden, das mit dem Stromkollektormaterial der positiven Elektrode und dem Aktivmaterial der positiven Elektrode sowie dem Stromkollektormaterial der negativen Elektrode und dem Aktivmaterial der negativen Elektrode verbindbar ist, ohne dass es bei einem Betriebspotential des Aktivmaterials der positiven Elektrode oder des Aktivmaterials der negativen Elektrode elektrochemisch zersetzt wird. Insbesondere ist mindestens eine der ersten Zwischenschichten 56 und 16 oder der zweiten Zwischenschichten 57 und 17 vorzugsweise aus einem Material gebildet, das mindestens ein oder mehrere Elemente, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Li, V, Si, Al, Ge, Sb, Sn, Ga, In, Fe, Co, Ni, Ti, Mn, Ca, Ba, La, Zr, Ce, Cu, Mg, Sr, Cr, Mo, Nb, Zn und P, oder ein amorphes Material daraus enthält. Zum Beispiel eines von Lithium-Vanadium-Phosphat (Li3V2(PO4)3 oder LiVOPO4), Olivin-Typ LiMbPO4 (hier ist Mb ein oder mehrere Elemente, ausgewählt aus Co, Ni, Mn, Fe, Mg, Nb, Ti, Al, Zr), Lithium-Kobalt-Oxid (LiCoO2), Lithium-Mangan-Komplex-Oxide Li2Mnx3Ma1-x3O3 (0,8 ≤ x3 ≤ 1, Ma = Co, Ni), Lithiumnickelat (LiNiO2), Lithiummanganspinell (LiMn2O4) und ein zusammengesetztes Metalloxid, ausgedrückt durch eine allgemeine Formel: LiaNix5Coy5Alz5O2 (x4 + y4 + z4 = 1, 0 ≤ x4 ≤ 1, 0 ≤ y4 ≤ 1, 0 ≤ z4 ≤ 1), Lithium-Vanadium-Verbindungen (LiV2O5), auf Li-Überschuss basierende feste Lösung Li2MnO3-LiMcO2 (Mc = Mn, Co, Ni), Lithiumtitanat (Li4Ti5O12), und zusammengesetzte Metalloxide, ausgedrückt durch LiaNix5Coy5Alz5O2 (0,9 < a < 1,3, 0,9 < x5 + y5 + z5 < 1,1), Verbindungen vom Perowskit-Typ wie La0,5Li0,5TiO3 oder dergleichen, Verbindungen vom LISICON-Typ wie Li14Zn(GeO4)4 oder dergleichen, Verbindungen vom Granat-Typ wie Li7La3Zr2O12 oder dergleichen, Phosphat-Verbindungen wie LiTi2(PO4)3, LiGe2(PO4)3, LiZr2(PO4)3 (monoklin), LiZr2(PO4)3 (rhomboedrisch), Li1,5Ca0,5Zr1,5(PO4)3, Li1,3Al0,3Ti1,7(PO4)3, Li1,5Al0,5Ge1,5(PO4)3, Li3PO4, Li3,5Si0,5P0,5O4, Li2,9PO3,3N0,46 oder ähnliche Verbindungen vom Thio-LISICON-Typ, wie z.B. Li3,25Ge0,25P0,75S4, Li3PS4, oder dergleichen, Glasverbindungen wie Li2S-P2S5, Li2O-V2O5-SiO2 oder dergleichen oder amorphe Materialien daraus, leitende Gläser (Gläser auf Übergangselementbasis, die ein Element wie Eisen, Molybdän, Vanadium, Wolfram, Titan oder dergleichen enthalten) oder dergleichen sind beispielhafte Vertreter. Darüber hinaus ist das Material nicht auf diese Materialien beschränkt und auch nicht besonders beschränkt, solange das Material ein Material ist, das mit dem Stromkollektormaterial der positiven Elektrode und dem Aktivmaterial der positiven Elektrode verbunden werden kann und Elektronenleitfähigkeit besitzt.
  • Ein Partikeldurchmesser des Materials, aus dem die ersten Zwischenschichten 56 und 16 oder die zweiten Zwischenschichten 57 und 17 der Festkörperbatterie der Ausführungsform bestehen, beträgt wünschenswerterweise 0,05 µm oder mehr und 5 µm oder weniger unter dem Gesichtspunkt, dass sich eine dichte Schicht bildet.
  • Eine Dicke der ersten Zwischenschichten 56 und 16 bzw. der zweiten Zwischenschichten 57 und 17 der Festkörperbatterie der Ausführungsform beträgt vorzugsweise 0,1 µm oder mehr und 1000 µm oder weniger, und noch bevorzugter 0,1 µm oder mehr und 500 µm oder weniger unter dem Gesichtspunkt, dass die Festkörperbatterie mit hohem Wirkungsgrad erhalten wird, während die Verbindung zwischen den Stromkollektorschichten der positiven Elektroden 51 und 11 und den Aktivmaterialschichten der positiven Elektroden 52 und 12 bzw. zwischen den Stromkollektorschichten der negativen Elektroden 53 und 13 und den Aktivmaterialschichten der negativen Elektroden 54 und 14 in geeignet ausgebildet wird.
  • Darüber hinaus beträgt die Dicke der ersten Zwischenschichten 56 und 16 oder der zweiten Zwischenschichten 57 und 17 vorzugsweise 0,1 µm oder mehr und 10 µm oder weniger.
  • Da nach dieser Konfiguration die Dicke der ersten Zwischenschichten 56 und 16 oder der zweiten Zwischenschichten 57 und 17 0,1 µm oder mehr und 10 µm oder weniger beträgt, kann eine Widerstandserhöhung minimiert werden, indem man die ersten Zwischenschichten 56 und 16 vorsieht, die durch geeignetes Verkleben der Stromkollektorschichten 51 und 11 der positiven Elektrode und der Aktivmaterialschichten 52 und 12 der positiven Elektrode erhalten werden, oder die zweiten Zwischenschichten 57 und 17 vorsieht, die durch geeignetes Verkleben der Stromkollektorschichten 53 und 13 der negativen Elektrode und der Aktivmaterialschichten 54 und 14 der negativen Elektrode erhalten werden, und eine gleichmäßigere elektrochemische Reaktion wird möglich. Dementsprechend können die Zykleneigenschaften weiter verbessert werden.
  • (Leitendes Hilfsmittel)
  • In den Aktivmaterialschichten der positiven Elektroden 52 und 12, den Aktivmaterialschichten der negativen Elektroden 54 und 14, den ersten Zwischenschichten 56 und 16, oder den zweiten Zwischenschichten 57 und 17 je nach Ausführung, können zur Verbesserung der Leitfähigkeit leitende Hilfsmittel zugegeben werden. Die in der Ausführungsform verwendeten leitenden Hilfsmittel sind nicht besonders begrenzt und es können bekannte Materialien verwendet werden. Die leitenden Hilfsmittel, die den Schichten 52 und 12 des Aktivmaterials der positiven Elektrode, den Schichten 54 und 14 des Aktivmaterials der negativen Elektrode, den ersten Zwischenschichten 56 und 16 oder den zweiten Zwischenschichten 57 und 17 hinzugefügt werden, können gleich oder unterschiedlich sein.
  • Die leitenden Hilfsmittel haben vorzugsweise eine hohe Leitfähigkeit. Aus diesem Grund wird z.B. Silber, Palladium, Silber-Palladium-Legierung, Gold, Platin, Aluminium, Kupfer, Nickel, Kohlenstoff o.ä. bevorzugt in den Aktivmaterialschichten der positiven Elektroden 52 und 12, den Aktivmaterialschichten der negativen Elektroden 54 und 14, den ersten Zwischenschichten 56 und 16 oder den zweiten Zwischenschichten 57 und 17 verwendet.
  • Ein Partikeldurchmesser der leitenden Hilfsmittel ist bevorzugt 0,02 µm oder mehr und 2 µm oder weniger unter dem Gesichtspunkt, dass die elektrische Verbindung zwischen dem Aktivmaterial der positiven Elektrode, den ersten Zwischenschichten 56 und 16 und den Stromkollektorschichten 52 und 12 der positiven Elektrode oder zwischen dem Aktivmaterial der negativen Elektrode, den zweiten Zwischenschichten 57 und 17 und den Stromkollektorschichten 54 und 14 der negativen Elektrode verbessert wird und eine Ladung und Entladung mit hoher Leistung möglich wird.
  • Darüber hinaus ist ein Verhältnis der zugesetzten leitenden Hilfsmittel nicht besonders begrenzt, solange das Aktivmaterial der positiven Elektrode oder das Aktivmaterial der negativen Elektrode, das in den Aktivmaterialschichten 52 und 12 der positiven Elektrode oder den Aktivmaterialschichten 54 und 14 der negativen Elektrode enthalten ist, elektrochemisch funktioniert. Um z.B. eine Festkörperbatterie mit höherer Kapazität und höherer Leistung zu erhalten, während die Selbstentladungseigenschaften verbessert werden, ist ein Verhältnis des Aktivmaterials der positiven Elektrode/der leitenden Hilfsmittel oder des Aktivmaterials der negativen Elektrode/der leitenden Hilfsmittel ein Volumenverhältnis, das vorzugsweise in einem Bereich von 100/0 bis 60/40 liegt, unter dem Gesichtspunkt, dass der elektrische Widerstand verringert wird.
  • (Lithiumionen leitendes Hilfsmittel)
  • In den Aktivmaterialschichten 52 und 12 der positiven Elektrode, in den Aktivmaterialschichten 54 und 14 der negativen Elektrode, in den ersten Zwischenschichten 56 und 16 oder in den zweiten Zwischenschichten 57 und 17 je nach Ausführung können zur Verbesserung der Lithiumionenleitfähigkeit Lithiumionen leitende Hilfsmittel zugesetzt werden. Die in der Ausführungsform verwendeten Lithiumionen leitenden Hilfsmittel sind nicht besonders begrenzt und es können bekannte Materialien verwendet werden. Die Lithiumionen leitenden Hilfsmittel, die zu den Schichten 52 und 12 des Aktivmaterials der positiven Elektrode, den Schichten 54 und 14 des Aktivmaterials der negativen Elektrode, den ersten Zwischenschichten 56 und 16 oder den zweiten Zwischenschichten 57 und 17 hinzugefügt werden, können gleich oder unterschiedlich sein.
  • Die Lithiumionen leitenden Hilfsmittel verwenden vorzugsweise ein Material mit hoher Lithiumionenleitfähigkeit. Zum Beispiel sind die Lithiumionen leitenden Hilfsmittel bevorzugt mindestens eines, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus einer Verbindung vom Perowskit-Typ wie La0,5Li0,5TiO3 besteht oder dergleichen, einer siliziumartigen Verbindung wie Li14Zn (GeO4)4 oder dergleichen, einer granatartigen Verbindung wie Li7La3Zr2O12 oder dergleichen, einer Phosphatverbindung wie LiTi2(PO4)3, LiGe2(PO4)3, LiZr2(PO4)3 (monoklin), LiZr2(PO4)3 (rhomboedrisch), Li1,5Ca0,5Zr1,5(PO4)3, Li1,3Al0,3Ti1,7(PO4)3, Li1,5Al0,5Ge1,5(PO4)3, Li3PO4, Li3,5Si0,5P0,5O4, Li2,9PO3,3N0,46, Lithiumphosphat oder ähnliche Verbindungen vom Thio-Silizium-Typ wie Li3,25Ge0,25P0,75S4, Li3PS4 oder dergleichen, Oxid wie LiPON, Lithiumniobat, Lithiumsilikat, Lithiumborat oder dergleichen oder eine Glasverbindung wie Li2S-P2S5, Li2O-V2O5-SiO2 oder dergleichen.
  • Ein Partikeldurchmesser der Lithiumionen leitenden Hilfsmittel ist bevorzugt 0,02 µm oder mehr und 2 µm oder weniger unter dem Gesichtspunkt, dass eine angemessene Bewegung der Lithiumionen zwischen dem Aktivmaterial der positiven Elektrode und den Festelektrolytschichten 55 und 15 oder zwischen dem Aktivmaterial der negativen Elektrode und den Festelektrolytschichten 55 und 15 stattfindet.
  • Darüber hinaus ist ein Anteil der zugesetzten Lithiumionen leitenden Hilfsmittel nicht besonders begrenzt, solange das Aktivmaterial der positiven Elektrode oder das Aktivmaterial der negativen Elektrode, das in den Aktivmaterialschichten 52 und 12 der positiven Elektrode oder den Aktivmaterialschichten 54 und 14 der negativen Elektrode enthalten ist, elektrochemisch funktioniert. Um z.B. eine Festkörperbatterie mit höherer Kapazität und höherer Leistung bei gleichzeitiger Erhöhung der Selbstentladungseigenschaften zu erhalten, liegt ein Verhältnis von dem Aktivmaterial der positiven Elektrode/dem Lithiumionen leitenden Hilfsmittel oder von dem Aktivmaterial der negativen Elektrode/dem Lithiumionen leitenden Hilfsmittel vorzugsweise in einem Bereich von 100/0 bis 60/40 bezogen auf das Volumenverhältnis unter dem Gesichtspunkt, dass der Innenwiderstand verringert wird.
  • (Stromkollektormaterial)
  • Als spezifisches Beispiel für das Stromkollektormaterial, aus dem die Stromkollektorschichten 51 und 11 der positiven Elektrode und die Stromkollektorschichten 53 und 13 der negativen Elektrode bestehen, ist Gold (Au), Platin (Pt), Platin (Pt)-Palladium (Pd), Silber (Ag), Silber (Ag)-Palladium (Pd), Aluminium (Al), Kupfer (Cu), Nickel (Ni), Indium-Zinnoxid-Film (ITO) oder ähnliches vorzuziehen.
  • Darüber hinaus kann jede der Stromkollektorschichten 51 und 11 der positiven Elektrode und der Stromkollektorschichten 53 und 13 der negativen Elektrode das Aktivmaterial der positiven Elektrode und das Aktivmaterial der negativen Elektrode enthalten. Ein Bruchteil des Aktivmaterials, das in jedem der Stromkollektoren enthalten ist, ist nicht besonders begrenzt, solange das Aktivmaterial als Stromkollektor fungiert. Beispielsweise liegt das Verhältnis von Stromkollektormaterial der positiven Elektrode/Aktivmaterial der positiven Elektrode oder von Stromkollektormaterial der negativen Elektrode/Aktivmaterial der negativen Elektrode bezüglich des Volumens vorzugsweise in einem Bereich von 95/5 bis 70/30.
  • Da die Stromkollektorschichten 51 und 11 der positiven Elektrode und die Stromkollektorschichten 53 und 13 der negativen Elektrode das Aktivmaterial der positiven Elektrode und das Aktivmaterial der negativen Elektrode enthalten, ist es vorzuziehen, dass die Haftung zwischen den Stromkollektorschichten 51 und 11 der positiven Elektrode und den Aktivmaterialschichten 52 und 12 der positiven Elektrode sowie zwischen den Stromkollektorschichten 53 und 13 der negativen Elektrode und den Aktivmaterialschichten 54 und 14 der negativen Elektrode verbessert und Risse minimiert werden.
  • (Sinteradditive)
  • Die Typen von Sinteradditiven, die den Stromkollektorschichten der positiven Elektroden 51 und 11, den Aktivmaterialschichten der positiven Elektroden 52 und 12, den Stromkollektorschichten der negativen Elektroden 53 und 13, den Aktivmaterialschichten der negativen Elektroden 54 und 14, den Festelektrolytschichten 55 und 15, den ersten Zwischenschichten 56 und 16 und den zweiten Zwischenschichten 57 und 17 zugesetzt wurden, welche die Festkörperbatterie 50 bilden, sind nicht besonders eingeschränkt sind, solange die Sinterung der konstituierenden Materialien bei niedriger Temperatur durchgeführt werden kann. Eine Lithiumverbindung wie Lithiumcarbonat, Lithiumhydroxid, Phosphat, Lithium oder ähnliches, eine Borverbindung wie H3BO3 oder ähnliches oder eine Verbindung aus Lithium und Bor kann verwendet werden. Diese Materialien können an der Luft gewogen werden, da sich die Form der Verbindung durch Wasser oder Kohlendioxid nur schwer verändern lässt, und es ist vorzuziehen, da Lithium und Bor leicht und genau zugegeben werden können.
  • (Anschlusselektrode)
  • Ein Material mit hoher Leitfähigkeit wird vorzugsweise in den Anschlusselektroden 58 der Festkörperbatterie 50 verwendet. Zum Beispiel können Silber, Gold, Platin, Aluminium, Kupfer, Zinn und Nickel verwendet werden. Die Anschlusselektroden können als Einzelschicht oder in mehreren Schichten ausgeführt sein.
  • (Verfahren zur Herstellung einer Festkörperbatterie)
  • Eine Methode zur Herstellung der Festkörperbatterie 50 kann ein Simultan-Brennverfahren oder ein sequentielles Brennverfahren sein. Das Simultan-Brennverfahren ist ein Verfahren zum Stapeln von Materialien, die Schichten bilden, und zur Herstellung von Laminaten durch kollektives Brennen. Das sequentielle Brennverfahren ist eine Methode zur Herstellung von Schichten in Folge, wobei bei jeder Herstellung einer Schicht ein Brennvorgang durchgeführt wird. Ein Arbeitsprozess für die Festkörperbatterie 50 kann durch die Verwendung des Simultan-Brennverfahrens reduziert werden. Nachfolgend wird das Herstellungsverfahren der Festkörperbatterie 50 anhand eines Beispiels beschrieben, bei dem das Simultan-Brennverfahren angewendet wird.
  • Die Materialien der Stromkollektorschicht 51 der positiven Elektrode, der Aktivmaterialschicht 52 der positiven Elektrode, der Festelektrolytschicht 55, der Stromkollektorschicht 53 der negativen Elektrode, der Aktivmaterialschicht 54 der negativen Elektrode sowie der ersten Zwischenschicht 56 und der zweiten Zwischenschicht 57, die die Festkörperbatterie 50 der Ausführungsform bilden, werden geklebt.
  • Eine Klebemethode ist nicht besonders begrenzt. Zum Beispiel wird eine Paste durch Mischen von Pulver aus jedem Material mit einem Träger hergestellt. Der Träger ist hier ein Oberbegriff für Medien in einer flüssigen Phase. Zu den Trägern gehören im Allgemeinen Lösungsmittel, Dispersionsmittel und Bindemittel. Nach diesem Verfahren werden eine Paste für ein Außenteil, eine Paste für eine Stromkollektorschicht der positiven Elektrode, eine Paste für eine Aktivmaterialschicht der positiven Elektrode, eine Paste für eine Festelektrolytschicht, eine Paste für eine Stromkollektorschicht der negativen Elektrode, eine Paste für eine Aktivmaterialschicht der negativen Elektrode, eine Paste für eine erste Zwischenschicht und eine Paste für eine zweite Zwischenschicht hergestellt.
  • Während die Zusammensetzung der Paste für eine Stromkollektorschicht der positiven Elektrode und der Paste für eine Stromkollektorschicht der negativen Elektrode nicht besonders begrenzt ist, können z.B. zusätzlich zum Stromkollektormaterial ein Aktivmaterial für die positive Elektrode, ein Aktivmaterial für die negative Elektrode, ein Festelektrolyt oder Sinteradditive enthalten sein.
  • Während die Zusammensetzung der Paste für eine Aktivmaterialschicht der positiven Elektrode und der Paste für eine Aktivmaterialschicht für eine negative Elektrode nicht besonders begrenzt ist, können z.B. neben dem Aktivmaterial der positiven Elektrode oder dem Aktivmaterial der negativen Elektrode auch ein Festelektrolyt, Sinteradditive, leitende Hilfsmittel oder Lithiumionen leitende Hilfsmittel enthalten sein.
  • Während die Zusammensetzung der Paste für eine Festelektrolytschicht nicht besonders begrenzt ist, können z.B. neben dem Festelektrolyten auch Sinteradditive enthalten sein.
  • Während die Zusammensetzung der Paste für eine erste Zwischenschicht nicht besonders begrenzt ist, können z.B. neben dem Material der ersten Zwischenschicht auch Sinteradditive, leitende Hilfsmittel oder Lithiumionen leitende Hilfsmittel enthalten sein.
  • Während die Zusammensetzung der Paste für eine zweite Zwischenschicht nicht besonders begrenzt ist, können z.B. neben dem Material für die zweite Zwischenschicht auch Sinteradditive, leitende Hilfsmittel oder Lithiumionen leitende Hilfsmittel enthalten sein.
  • Eine Grünfolie für eine Festelektrolytschicht erhält man, indem man die hergestellte Paste für eine Festelektrolytschicht in gewünschter Reihenfolge auf ein Trägermaterial wie Polyethylenterephthalat (PET) o.ä. aufträgt und je nach Notwendigkeit trocknet. Ein Verfahren zum Lackieren einer Paste ist nicht besonders beschränkt, und es kann ein bekanntes Verfahren wie Siebdruck, Lackieren, ein Übertragungsverfahren, ein Rakelverfahren oder ähnliches verwendet werden.
  • Eine Grünfolie der positiven Elektrodenschicht wird durch Siebdrucken einer Paste für eine Aktivmaterialschicht der positiven Elektrode, einer Paste für eine erste Zwischenschicht und einer Paste für eine Stromkollektorschicht der positiven Elektrode auf die hergestellte Grünfolie für eine Festelektrolytschicht oder eine Grünfolie für ein Außenteil in einer vorbestimmten Reihenfolge hergestellt. Ferner kann in einigen Fällen ein Sieb mit einem nicht gedruckten Muster in die gedruckte Aktivmaterialschicht der positiven Elektrode, eine erste Zwischenschicht und eine Stromkollektorschicht der positiven Elektrode geändert werden, und eine Paste für eine Festelektrolytschicht kann auf einen nicht bedruckten Teil auf der Grünfolie der positiven Elektrodenschicht gedruckt werden.
  • Wie die negative Elektrode, wird eine Grünfolie der negativen Elektrodenschicht durch Siebdrucken einer Paste für eine Aktivmaterialschicht der negativen Elektrode und einer Paste für eine zweite Zwischenschicht und einer Paste für eine Stromkollektorschicht der negativen Elektrode auf die hergestellte Grünfolie für eine Festelektrolytschicht oder die hergestellte Grünfolie für ein Außenteil in einer vorbestimmten Reihenfolge hergestellt, wobei eine Aktivmaterialschicht für die negative Elektrode, eine zweite Zwischenschicht und eine Stromkollektorschicht der negativen Elektrode gebildet wird. Ferner kann in einigen Fällen ein Sieb mit einem nicht gedruckten Muster in die gedruckte Aktivmaterialschicht der negativen Elektrode, eine zweite Zwischenschicht und eine Stromkollektorschicht der negativen Elektrode geändert werden, und eine Paste für eine Festelektrolytschicht kann auf einen nicht bedruckten Teil auf der Grünfolie für die negative Elektrodenschicht gedruckt werden.
  • Nachdem die Grünfolie für eine Festelektrolytschicht bis zu einer gewünschten Anzahl gestapelt wurde, werden die hergestellte Grünfolie für die positive Elektrodenschicht und die Grünfolie für die negative Elektrodenschicht versetzt und so gestapelt, dass die Stromkollektorschicht der positiven Elektrodenschicht sich nur bis zu einer Endfläche und die Stromkollektorschicht der negativen Elektrodenschicht der Grünfolie für die negative Elektrodenschicht sich nur von der anderen Fläche in einer gewünschten Reihenfolge erstreckt, und dann wird die Grünfolie für eine Festelektrolytschicht noch einmal bis zu einer gewünschten Anzahl gestapelt, wodurch ein temporäres Laminat erhalten wird.
  • Bei der Herstellung einer Batterie vom parallelen Typ oder einer Batterie vom seriellen Typ werden die Schichten vorzugsweise ausgerichtet und gestapelt, um die Aktivmaterialschicht der positiven Elektrode und die Aktivmaterialschicht der negativen Elektrode genau so zu stapeln, dass ihre Endflächen nicht miteinander zusammenfallen. Darüber hinaus ist eine Stapelstruktur nicht besonders geeignet.
  • Die hergestellten temporären Laminate werden zur Herstellung der Laminate kollektiv unter Druck gesetzt. Während die Druckbeaufschlagung zusammen mit dem Heizen durchgeführt wird, beträgt die Heiztemperatur z.B. 40 bis 90 °C.
  • Die erhaltenen Laminate werden je nach Bedarf ausgerichtet und geschnitten, und so werden die Laminate in gewünschten Abmessungen individualisiert hergestellt. Das Schneideverfahren ist nicht besonders eingeschränkt und kann durch Würfelsägen, Messerschneiden oder ähnliches erfolgen.
  • Bevor die individualisierten Laminate gebrannt werden, kann das Anfasen mit einer trockenen grünen Walze oder einer nassen grünen Walze durchgeführt werden.
  • In Bezug auf die trockene grüne Walze kann die trockene grüne Walze zusammen mit Schleifmitteln wie Aluminiumoxid, Zirkoniumdioxid, Harzperlen oder ähnlichem verwendet werden.
  • In Bezug auf die nasse grüne Walze wird zusätzlich zu den Schleifmitteln wie Aluminiumoxid, Zirkonoxid, Harzperlen o.ä. ein Lösungsmittel verwendet. Als Lösungsmittel kann zu diesem Zeitpunkt z.B. ionenausgetauschtes Wasser, reines Wasser, Fluorlösungsmittel oder ähnliches verwendet werden.
  • Die individualisierten Laminate werden erhitzt und z.B. unter Stickstoffatmosphäre gebrannt, um einen Sinterkörper zu erhalten. Bei der Herstellung der Festkörperbatterie 50 der Ausführungsform liegt die Brenntemperatur vorzugsweise in einem Bereich von 600 bis 1200 °C. Wenn die Temperatur unter 600 °C liegt, ist das Brennen unzureichend, und wenn die Temperatur 1200 °C übersteigt, können Probleme wie Auflösung des Stromkollektormaterials, Variation in der Struktur des Aktivmaterials der positiven Elektrode oder des Aktivmaterials der negativen Elektrode oder ähnliches auftreten. Außerdem liegt die Temperatur vorzugsweise in einem Bereich von 700 bis 1000 °C. Wenn die Temperatur im Bereich von 700 bis 1000 °C liegt, ist sie besser geeignet, das Brennen zu fördern und die Herstellungskosten zu senken. Eine Brennzeit beträgt zum Beispiel 10 Minuten bis drei Stunden.
  • Der erhaltene Sinterkörper kann zusammen mit einem Poliermittel wie Aluminiumoxid, Harzperlen oder ähnlichem in einen zylindrischen Behälter gefüllt und tonnenpoliert werden. Dementsprechend können die Ecken des Sinterkörpers abgeschrägt werden. Alternativ kann Sandstrahlen zum Polieren verwendet werden. Diese Methode ist vorzuziehen, da nur ein bestimmter Teil abgeschnitten werden kann.
  • Wenn die Anschlusselektroden 58 nicht vor dem Brennen geformt werden, können die Anschlusselektroden 58 durch ein bekanntes Verfahren, wie z.B. ein Sputterverfahren, ein Tauchverfahren, ein Spritzbeschichtungsverfahren oder ähnliches, auf dem erhaltenen Sinterkörper geformt werden. Wenn die Anschlusselektroden 58 nur auf vorbestimmten Abschnitten gebildet werden, werden sie z.B. durch Abdecken oder ähnliches mit einem Band gebildet.
  • Während die Methode zur Herstellung der Anschlusselektroden 58 nicht begrenzt ist, sind Gold (Au), Platin (Pt), Platin (Pt)-Palladium (Pd), Silber (Ag), Silber (Ag)-Palladium (Pd), Aluminium (Al), Kupfer (Cu), Indium, Indium-Zinn-Oxid-Film (ITO) und dergleichen als spezifische Beispiele für das Material, das für die Anschlusselektrode verwendet werden kann, beispielhaft zu nennen.
  • Darüber hinaus kann das Herstellungsverfahren eine Anschlusselektrode unter Verwendung einer wärmehärtbaren leitenden Paste bilden, die durch Mischen und Verkleben von Partikeln des leitenden Materials mit dem wärmehärtbaren Harz erhalten wird.
  • Auf die Anschlusselektroden 58 kann ein Plattierungsfilm aufgebracht werden. Während die Plattierungsmethode und die Art des Films nicht besonders begrenzt sind, kann z.B. ein Ni-Sn-Film gebildet werden, indem ein Ni-Film durch stromloses Ni-Plattieren oder elektrolytisches Ni-Plattieren und dann ein Sn-Film durch Zinngalvanisieren gebildet wird.
  • Zusätzlich kann ein Film auf der Anschlusselektrode durch Sputtern unter Verwendung mindestens eines Metalls aus Pt, Au, Cu, Ti, Ni, Sn und dergleichen und einer Legierung davon gebildet werden.
  • Eine wasserabweisende Behandlung kann auf einer Oberfläche der Festkörperbatterie 50 der Ausführungsform durchgeführt werden. Während ein Verfahren zur wasserabweisenden Behandlung nicht besonders begrenzt ist, wird die Anschlusselektrode z.B. durch Eintauchen in eine Lösung aus einem Fluorkohlenwasserstoffharz, einem Silanharz o.ä. gebildet.
  • Auf einer Oberfläche der Festkörperbatterie 50 der Ausführungsform kann eine Glasschicht gebildet werden. Während das Herstellungsverfahren nicht besonders begrenzt ist, kann die Glasschicht durch Lackieren von Glas mit niedrigem Schmelzpunkt und Wärmebehandlung bei einer gewünschten Temperatur gebildet werden.
  • Die Festkörperbatterie 50 der Ausführungsform kann in einem Gehäuse mit hoher Verschließbarkeit untergebracht werden. Die Form des Gehäuses ist quadratisch, spaltenförmig, münzförmig, kartenförmig o.ä. und nicht darauf beschränkt.
  • Die Festkörperbatterie 50 der Ausführungsform kann mit einem Harz überzogen werden. Im Hinblick auf die Verbesserung der Wärme- und Feuchtigkeitsbeständigkeit der Folie wird vorzugsweise ein Fluorharz verwendet.
  • Bei der Festkörperbatterie 50 der Ausführungsform kann an der Anschlusselektrode ein Blei vorgesehen werden. Die Anschlusselektrode kann mit einem Harz beschichtet werden, nachdem das Blei daran befestigt wurde. Dies ist unter dem Gesichtspunkt der Verbesserung der elektrischen Bondfähigkeit gegenüber einem externen Stromkreis vorzuziehen.
  • Bei der Festkörperbatterie 50 der Ausführungsform kann die Anschlusselektrode mit dem Harz beschichtet werden, nachdem das Blei bereitgestellt wurde. Dies ist unter dem Gesichtspunkt der Verbesserung der Zykleneigenschaften aufgrund der Verbesserung der elektrischen Bondfähigkeit an einen externen Stromkreis und der Verbesserung der Feuchtigkeitsbeständigkeit vorzuziehen.
  • Die Festkörperbatterie 50 der Ausführungsform kann in Kombination mit einer anderen Lithiumionen-Sekundärbatterie, einer photovoltaischen Erzeugungseinheit, einer Windkraftanlage, einer geothermischen Energieerzeugungseinheit, einem piezoelektrischen Element, einem thermoelektrischen Element oder Ähnlichem verwendet werden.
  • Während die Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen ausführlich beschrieben wurde, sind die Bestandteile der Ausführungsform und deren Kombinationen lediglich beispielhafte Beispiele, und Ergänzungen, Auslassungen, Ersetzungen und andere Modifikationen der Bestandteile können vorgenommen werden, ohne vom Geist der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
  • BEISPIELE
  • Während die vorliegende Erfindung im Folgenden anhand von Beispielen beschrieben wird, ist die vorliegende Erfindung nicht auf die Beispiele beschränkt. Ferner werden Anteile als Gewichtsanteile ausgedrückt, es sei denn, aus dem Kontext geht eindeutig etwas anderes hervor.
  • (Beispiel 1)
  • (Herstellung von Aktivmaterial für positive Elektroden und Aktivmaterial für negative Elektroden)
  • Als Aktivmaterial der positiven Elektrode und als Aktivmaterial der negativen Elektrode wurde Li3V2(PO4)3 verwendet, das mit der folgenden Methode hergestellt wurde. Als Ausgangsmaterialien werden Li2CO3, V2O5 und NH4H2PO4 verwendet, die zu einem Molverhältnis von 3: 2: 6 gewogen, 16 Stunden lang mit einer Kugelmühle unter Verwendung von Wasser als Lösungsmittel nass gemischt und dann hydratisiert und getrocknet werden. Das erhaltene Pulver wurde bei einer Temperatur von 850 °C zwei Stunden lang in einem Stickstoff-Wasserstoff-Gasgemisch kalziniert. Das kalzinierte Produkt wurde grob zerkleinert, 24 Stunden lang mit einer Kugelmühle unter Verwendung von Ethanol als Lösungsmittel nass gemahlen und dann getrocknet, um das Pulver aus Aktivmaterial der positiven Elektrode und das Pulver aus Aktivmaterial der negativen Elektrode zu erhalten. Der durchschnittliche Teilchendurchmesser des Pulvers betrug 0,3 µm. Es wurde mit einem Röntgenbeugungsgerät bestätigt, dass das hergestellte Pulver Li3V2(PO4)3 war.
  • (Herstellung von Paste aus Aktivmaterial für positive Elektroden und Paste aus Aktivmaterial für negative Elektroden)
  • In der Paste aus Aktivmaterial der positiven Elektrode und der Paste aus Aktivmaterial der negativen Elektrode wurden 15 Teile Ethylzellulose als Bindemittel und 65 Teile Dihydroterpineol als Lösungsmittel zu 100 Teilen von dem hergestellten Li3V2(PO4)3 als Pulver aus Aktivmaterial hinzugefügt und durch einen Hybridmischer geknetet und dispergiert, um die Paste aus Aktivmaterial der positiven Elektrode und die Paste aus Aktivmaterial der negativen Elektrode herzustellen.
  • (Herstellung von Festelektrolyt)
  • Als Festelektrolyt wurde ein LiZr2(PO4)3-Rhomboeder verwendet, der nach dem folgenden Verfahren hergestellt wurde. Zunächst wurden jeweils LiOH · H2O, ZrO(NO3)2 und NH4(H2PO4) in einem stöchiometrischen Verhältnis gewogen und in Wasser gelöst. Die Lösungen wurden gemischt, nach Einstellung des pH-Wertes auf 80 °C erhitzt und dann geglüht. Es wurde mittels Röntgenbeugung bestätigt, dass das hergestellte Pulver LiZr2(PO4)3-rhomboedrisch ist. Der Partikeldurchmesser (D50) betrug 0,5 µm.
  • (Herstellung von Festelektrolytschichtfolie)
  • In die Festelektrolytschichtfolie wurden 100 Teile Ethanol und 200 Teile Toluol als Lösungsmittel zugegeben und mit einer Kugelmühle mit dem hergestellten 100-teiligen LiZr2(PO4)3-Rhomboeder-Pulver nass vermischt. Danach wurden ein Bindemittel auf Basis von 16 Teilen Polyvinylbutyral-Basis und 4,8 Teilen Benzylbutylphthalat zugegeben und gemischt, um eine feste Elektrolytaufschlämmung herzustellen. Die Festelektrolytaufschlämmung wurde durch ein Rakelverfahren unter Verwendung eines PET-Films als Basismaterial in Plattenform geformt, und es wurde eine Festelektrolytschichtfolie mit einer Dicke von 15 µm erhalten.
  • (Herstellung von Festelektrolytpaste)
  • In der Festelektrolytpaste wurden 15 Teile Ethylzellulose als Bindemittel und 65 Teile Dihydroterpineol als Lösungsmittel zu dem hergestellten LiZr2(PO4)3 als Rhomboederpulver von 100 Teilen hinzugefügt und mit einem Hybridmischer geknetet und dispergiert, um eine Paste aus Aktivmaterial für positive Elektroden herzustellen.
  • (Herstellung von Material der ersten Zwischenschicht und Material der zweiten Zwischenschicht)
  • Als erstes Zwischenschichtmaterial und als zweites Zwischenschichtmaterial wurde amorphes Li3V2(PO4)3 verwendet, das nach dem folgenden Verfahren hergestellt wurde. Li2CO3, V2O5 and NH4H2PO4, die als Ausgangsmaterialien verwendet werden, werden gewogen, um ein Molverhältnis von 3: 2: 6 zu erhalten, 16 Stunden lang mit einer Kugelmühle unter Verwendung von Wasser als Lösungsmittel nass gemischt und dann hydratisiert und getrocknet. Das erhaltene Pulver wurde bei einer Temperatur von 850 °C zwei Stunden lang in einem Stickstoff-Wasserstoff-Gasgemisch kalziniert. Das kalzinierte Produkt wird grob zerkleinert, 24 Stunden lang mit einer Kugelmühle unter Verwendung von Ethanol als Lösungsmittel nass gemahlen und dann getrocknet, um ein Pulver aus Aktivmaterial für positive Elektroden zu erhalten. Der durchschnittliche Teilchendurchmesser des Pulvers betrug 0,3 µm. Es wurde mit einem Röntgenbeugungsgerät bestätigt, dass es sich bei dem Herstellungspulver um Li3V2(PO4)3 handelt.
  • Danach wurde das erhaltene Li3V2(PO4)3-Pulver in einen Aluminiumoxid-Tiegel gegeben und bei einer Temperatur von 700 °C eine Stunde lang an der Luft kalziniert. Das kalzinierte Produkt wird grob zerkleinert, 24 Stunden lang mit einer Kugelmühle unter Verwendung von Ethanol als Lösungsmittel nass gemahlen, dann durch einen Siebpfad geführt und durch einen explosionsgeschützten Trockner getrocknet, wobei das getrocknete Pulver gebrochen und durch den Siebpfad geführt wird. Der durchschnittliche Partikeldurchmesser des Pulvers betrug 0,1 µm. Es wurde durch ein Röntgenbeugungsgerät bestätigt, dass ein Peak des ursprünglichen Li3V2(PO4)3 aus dem hergestellten Pulver verschwunden war, es wurde kein klares Beugungsphänomen bestätigt, und das Pulver war amorphes Li3V2(PO4)3-Pulver. Darüber hinaus wurde die Zusammensetzung durch eine ICP-Emissionsspektralanalysemethode bestätigt.
  • (Herstellung der ersten Zwischenschichtpaste und der zweiten Zwischenschichtpaste)
  • In der ersten Zwischenschichtpaste und der zweiten Zwischenschichtpaste wurden zu 100 Teilen des hergestellten amorphen Li3V2(PO4)3 10 Teile Ethylcellulose als Bindemittel und 60 Teile Dihydroterpineol als Lösungsmittel zugesetzt und durch einen Hybridmischer geknetet und dispergiert, um die erste Zwischenschichtpaste und die zweite Zwischenschichtpaste herzustellen.
  • (Herstellung von Stromkollektorpaste für positive Elektroden und Stromkollektorpaste für negative Elektroden)
  • Nachdem Kupferpulver und Li3V2(PO4)3 -Pulver in einem Volumenverhältnis von einem Anteil von 80/20 als Stromkollektorpaste der positiven Elektrode und als Stromkollektorpaste der negativen Elektrode gemischt wurden, werden 10 Teile Ethylzellulose als Bindemittel und 50 Teile Dihydroterpineol als Lösungsmittel hinzugefügt und zur Herstellung der Stromkollektorpaste der positiven Elektrode und der Stromkollektorpaste der negativen Elektrode unter Verwendung von drei Walzen geknetet und dispergiert.
  • Die Festkörperbatterie wurde unter Verwendung dieser Pasten wie folgt hergestellt.
  • (Herstellung einer Einheit aus Aktivmaterial für positive Elektroden)
  • Die Paste aus Aktivmaterial für die positive Elektrode, die Paste für die erste Zwischenschicht, die Paste für den Stromkollektor der positiven Elektrode, die Paste für die erste Zwischenschicht und die Paste aus Aktivmaterial der positiven Elektrode wurden nacheinander durch Siebdruck auf das Blatt mit der Festelektrolytschicht gedruckt. Nachdem die Pasten gedruckt worden waren, wurde der Druck der nächsten Paste nach dem Trocknen bei 80 bis 100 °C für 5 bis 10 Minuten durchgeführt.
  • Als nächstes wurde das Sieb gewechselt, und die Festelektrolytpaste wurde auf einen Abschnitt gedruckt, in dem die Paste des Aktivmaterials der positiven Elektrode, die Paste der ersten Zwischenschicht und die Paste des Stromkollektors der positiven Elektrode nicht gedruckt sind, und bei 80 bis 100 °C 5 bis 10 Minuten lang getrocknet. Eine PET-Folie wurde abgezogen, nachdem der gesamte Druckvorgang abgeschlossen war. Als Ergebnis erhielt man die Einheit des Aktivmaterials für die positive Elektrode, in der die Paste des Aktivmaterials für die positive Elektrode, die Paste der ersten Zwischenschicht, die Paste des Stromkollektors für die positive Elektrode, die Paste der ersten Zwischenschicht, die Paste des Aktivmaterials der positiven Elektrode und die Festelektrolytpaste auf die Platte der Festelektrolytschicht gedruckt und getrocknet wurden.
  • (Herstellung einer Einheit aus Aktivmaterial für negative Elektroden)
  • Die Paste aus Aktivmaterial für die negative Elektrode, die Paste für die zweite Zwischenschicht, die Paste für den Stromkollektor der negativen Elektrode, die Paste für die zweite Zwischenschicht und die Paste aus Aktivmaterial der negativen Elektrode wurden nacheinander durch Siebdruck auf das Blatt mit der Festelektrolytschicht gedruckt. Nachdem die Pasten gedruckt worden waren, wurde nach dem Trocknen bei 80 bis 100 °C für 5 bis 10 Minuten die nächste Paste gedruckt.
  • Als nächstes wurde das Sieb gewechselt und die Festelektrolytpaste auf einen Abschnitt gedruckt, in dem die Paste des Aktivmaterials für die negative Elektrode, die Paste der zweiten Zwischenschicht und die Paste des Stromkollektors der negativen Elektrode nicht gedruckt wurden, und bei 80 bis 100 °C 5 bis 10 Minuten lang getrocknet. Die PET-Folie wurde nach Beendigung des gesamten Druckvorgangs abgezogen. Als Ergebnis erhielt man die Einheit aus Aktivmaterial für die negative Elektrode, in der die Paste aus Aktivmaterial für die negative Elektrode, die Paste für die zweite Zwischenschicht, die Stromkollektorpaste für die negative Elektrode, die Paste für die erste Zwischenschicht, die Paste aus Aktivmaterial der negativen Elektrode und die Festelektrolytpaste gedruckt und auf der Festelektrolytschichtplatte getrocknet wurden.
  • (Herstellung von Laminat)
  • Zehn Festelektrolytschichten wurden gehäuft, 13 Schichten mit Einheiten aus Aktivmaterial der positiven Elektrode und 13 Schichten mit Einheiten aus Aktivmaterial der negativen Elektrode wurden in der Reihenfolge von Einheit aus Aktivmaterial der positiven Elektrode und Einheit aus Aktivmaterial der negativen Elektrode gehäuft, während die Pastendruckflächen nach unten gerichtet wurden, und gestapelt. Hier wurden die Einheiten so verschoben und gehäuft, dass die Pastenschicht des Stromkollektors der Einheit aus Aktivmaterial der positiven Elektrode sich nur von einer Endfläche aus erstreckt und die Pastenschicht des Stromkollektors der Einheit aus Aktivmaterial der negativen Elektrode sich von der anderen Fläche aus erstreckt. Dann wurden zehn Festelektrolytschichten gehäuft. Danach wird das ganze bei einer Temperatur von 80 °C und einem Druck von 1000 kgf/cm2 (98 MPa) geformt und zur Herstellung von laminierten Blöcken geschnitten. Danach wurden die laminierten Blöcke simultan gebrannt, um gesinterte Körper zu erhalten. Beim simultanen Brennen wird die Temperatur auf eine Brenntemperatur von 900 °C erhöht, bei einer Temperaturanstiegsrate von 200 °C/Stunde in Stickstoff, und die Temperatur anschließend für 0,5 Stunden gehalten. Nach dem Brennen kühlen die laminierten Blöcke auf natürliche Weise ab. Die Außengröße der Batterie nach dem simultanen Brennen betrug 3,2 mm × 2,5 mm × 1,0 mm.
  • (Form der Anschlusselektrode)
  • Dann wurde die Festkörperbatterie hergestellt, indem eine InGa-Elektrodenpaste auf die Stromkollektorschicht der positiven Elektrode und die Stromkollektorschicht der negativen Elektrode des erhaltenen Sinterkörpers aufgetragen, die InGa-Elektrodenpaste getrocknet und die Anschlusselektrode an der Stromkollektorschicht der positiven Elektrode und der Stromkollektorschicht der negativen Elektrode befestigt wurde.
  • (Abschätzung)
  • Die chemischen Zusammensetzungen und kristallinen Strukturen des hergestellten Aktivmaterials der positiven Elektrode, des Aktivmaterials der negativen Elektrode, des Festelektrolyten, des ersten Zwischenschichtmaterialsund des zweiten Zwischenschichtmaterials wurden nach der folgenden Methode gemessen.
  • (Chemische Zusammensetzungen)
  • Die Zusammensetzungen des Aktivmaterials der positiven Elektrode, des Aktivmaterials der negativen Elektrode, des Festelektrolyts, des ersten Zwischenschichtmaterials und des zweiten Zwischenschichtmaterials wurden mittels ICP-AES analysiert.
  • (Kristalline Strukturen)
  • Die kristallinen Strukturen des Aktivmaterials der positiven Elektrode, des Aktivmaterials der negativen Elektrode, des Festelektrolyten, des ersten Zwischenschichtmaterials und des zweiten Zwischenschichtmaterials wurden mit einer Pulver-Röntgenbeugungsmethode gemessen und identifiziert.
  • (Betrachtung des Querschnitts)
  • Die gefertigte Festkörperbatterie wurde mit einem Schleifpapier sorgfältig bis zum zentralsten Abschnitt trockenpoliert, die polierten Ablagerungen wurde durch Luftblasen entfernt, und danach wurde die polierte Oberfläche mit Ar-Gas ionengefräst.
  • Danach wurde die Betrachtung in der Nähe des Stromkollektors der positiven Elektrode und in der Nähe des Stromkollektors der negativen Elektrode der Festkörperbatterie mit einem Elektronenmikroskop durchgeführt. Dabei wurde die Betrachtung so durchgeführt, dass die Stromkollektorschicht der positiven Elektrode, die erste Zwischenschicht und die Aktivmaterialschicht der positiven Elektrode sowie die Stromkollektorschicht der negativen Elektrode, die zweite Zwischenschicht und die Aktivmaterialschicht der negativen Elektrode in ein Sichtfeld gelangen.
  • Die Bindungsrate wird in diesem Beispiel erhalten, indem zunächst eine Länge der Stromkollektorschicht der positiven Elektrode und eine Länge der ersten Zwischenschicht im Sichtfeld gemessen werden, die mit dem Elektronenmikroskop beobachtet wurde. Die Bindungsrate ist ein Wert, der durch Division der gemessenen Länge der ersten Zwischenschicht durch die gemessene Länge der Stromkollektorschicht der positiven Elektrode erhalten wird. Alternativ werden die Länge der Stromkollektorschicht der negativen Elektrode und die Länge der zweiten Zwischenschicht gemessen. Die Bindungsrate ist ein Wert, der durch Dividieren der gemessenen Länge der zweiten Zwischenschicht durch die gemessene Länge der Stromkollektorschicht der negativen Elektrode erhalten wird.
  • Die Bindungsrate der ersten Zwischenschicht und die Bindungsrate der zweiten Zwischenschicht sind in Tabelle 1 bis Tabelle 2 dargestellt.
  • (Beispiel 2)
  • Eine Festkörperbatterie wurde auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 hergestellt, mit der Ausnahme, dass die zweite Zwischenschicht nicht vorgesehen war.
  • (Beispiel 3)
  • Eine Festkörperbatterie wurde auf dieselbe Weise wie in Beispiel 1 hergestellt, außer dass die erste Zwischenschicht nicht vorgesehen war.
  • (Beispiel 4)
  • Eine Festkörperbatterie wurde auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 hergestellt, mit der Ausnahme, dass die erste Zwischenschichtpaste und die zweite Zwischenschichtpaste verwendet wurden, die als erste Zwischenschichtpaste und zweite Zwischenschichtpaste hergestellt wurden, indem 10 Teile Ethylzellulose als Bindemittel und 50 Teile Dihydroterpineol als Lösungsmittel zu 100 Teilen des hergestellten amorphen Li3V2(PO4)3 hinzugefügt und mit einem Hybridmischer geknetet und dispergiert wurde.
  • (Beispiel 5)
  • Eine Festkörperbatterie wurde auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 hergestellt, mit der Ausnahme, dass die erste Zwischenschichtpaste und die zweite Zwischenschichtpaste verwendet wurden, die als erste Zwischenschichtpaste und zweite Zwischenschichtpaste hergestellt wurden, indem 15 Teile Ethylzellulose als Bindemittel und 60 Teile Dihydroterpineol als Lösungsmittel zu 100 Teilen des hergestellten amorphen Li3V2(PO4)3 hinzugefügt und mit einem Hybridmischer geknetet und dispergiert wurden.
  • (Beispiel 6)
  • Eine Festkörperbatterie wurde auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 hergestellt, mit der Ausnahme, dass die erste Zwischenschichtpaste und die zweite Zwischenschichtpaste verwendet wurden, die als erste Zwischenschichtpaste und zweite Zwischenschichtpaste hergestellt wurden, indem zu den hergestellten amorphen Li3V2(PO4)3 (100 Teile) Ethylzellulose (15 Teile) als Bindemittel und Dihydroterpineol (75 Teile) als Lösungsmittel hinzugefügt und mit einem Hybridmischer geknetet und dispergiert wurden.
  • (Beispiel 7)
  • Eine Festkörperbatterie wurde auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 hergestellt, mit der Ausnahme, dass die erste Zwischenschichtpaste und die zweite Zwischenschichtpaste verwendet wurden, die als erste Zwischenschichtpaste und zweite Zwischenschichtpaste durch Zugabe von Ethylzellulose (20 Teile) als Bindemittel und Dihydroterpineol (100 Teile) als Lösungsmittel zu dem hergestellten amorphen Li3V2(PO4)3 (100 Teile) und durch Kneten und Dispergieren mit einem Hybridmischer hergestellt wurden.
  • (Beispiel 8)
  • Eine Festkörperbatterie wurde auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 hergestellt, mit der Ausnahme, dass die erste Zwischenschichtpaste und die zweite Zwischenschichtpaste verwendet wurden, die als erste Zwischenschichtpaste und zweite Zwischenschichtpaste hergestellt wurden, indem Ethylzellulose (25 Teile) als Bindemittel und Dihydroterpineol (150 Teile) als Lösungsmittel zu dem hergestellten amorphen Li3V2(PO4)3 (100 Teile) hinzugefügt und mit einem Hybridmischer geknetet und dispergiert wurde.
  • (Beispiel 9)
  • Eine Festkörperbatterie wurde auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 hergestellt, mit der Ausnahme, dass die erste Zwischenschichtpaste und die zweite Zwischenschichtpaste verwendet wurden, die als erste Zwischenschichtpaste und zweite Zwischenschichtpaste hergestellt wurden, indem Ethylzellulose (30 Teile) als Bindemittel und Dihydroterpineol (200 Teile) als Lösungsmittel zu dem hergestellten amorphen Li3V2(PO4)3 (100 Teile) hinzugefügt und mit einem Hybridmischer geknetet und dispergiert wurde.
  • (Beispiel 10)
  • Eine Festkörperbatterie wurde auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 hergestellt, mit der Ausnahme, dass die erste Zwischenschichtpaste und die zweite Zwischenschichtpaste verwendet wurden, die als erste Zwischenschichtpaste und zweite Zwischenschichtpaste hergestellt wurden, indem 50 Teile Ethylzellulose als Bindemittel und 300 Teile Dihydroterpineol als Lösungsmittel zu dem hergestellten amorphen Li3V2(PO4)3 (100 Teile) hinzugefügt und mit einem Hybridmischer geknetet und dispergiert wurden.
  • (Beispiel 11)
  • Eine Festkörperbatterie wurde auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 hergestellt, mit der Ausnahme, dass die erste Zwischenschichtpaste und die zweite Zwischenschichtpaste verwendet wurden, die als erste Zwischenschichtpaste und zweite Zwischenschichtpaste hergestellt wurden, indem Ethylzellulose (70 Teile) als Bindemittel und Dihydroterpineol (500 Teile) als Lösungsmittel zu dem hergestellten amorphen Li3V2(PO4)3 (100 Teile) hinzugefügt und mit einem Hybridmischer geknetet und dispergiert wurde.
  • (Beispiel 12)
  • Eine Festkörperbatterie wurde auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 hergestellt, mit der Ausnahme, dass die erste Zwischenschichtpaste und die zweite Zwischenschichtpaste verwendet wurden, die als erste Zwischenschichtpaste und zweite Zwischenschichtpaste hergestellt wurden, indem Ethylzellulose (90 Teile) als Bindemittel und Dihydroterpineol (700 Teile) als Lösungsmittel zu dem hergestellten amorphen Li3V2(PO4)3 (100 Teile) hinzugefügt und mit einem Hybridmischer geknetet und dispergiert wurde.
  • (Beispiel 13)
  • Eine Festkörperbatterie wurde auf dieselbe Weise wie in Beispiel 1 hergestellt, mit der Ausnahme, dass als Aktivmaterial der negativen Elektrode das nach der folgenden Methode hergestellte Li4Ti5O12 verwendet wurde.
  • Li2CO3 und TiO2 wurden als Ausgangsmaterialien verwendet, auf ein Molverhältnis von 2: 5 gewogen, 16 Stunden lang mit einer Kugelmühle unter Verwendung von Wasser als Lösungsmittel nass gemischt und dann hydratisiert und getrocknet. Das erhaltene Pulver wurde bei 950 °C vier Stunden lang in einem atmosphärischen Gas kalziniert. Das kalzinierte Produkt wurde grob zerkleinert, 16 Stunden lang mit einer Kugelmühle unter Verwendung von Ethanol als Lösungsmittel nass gemahlen und dann hydratisiert und getrocknet, um das Pulver des Aktivmaterials der negativen Elektrode zu erhalten. Der durchschnittliche Teilchendurchmesser des Pulvers betrug 0,4 µm. Es wurde mit einem Röntgenbeugungsgerät bestätigt, dass das hergestellte Pulver Li4Ti5O12 war.
  • (Beispiel 14)
  • Eine Festkörperbatterie wurde auf dieselbe Weise wie in Beispiel 13 hergestellt, außer dass die zweite Zwischenschicht nicht vorgesehen ist.
  • (Beispiel 15)
  • Eine Festkörperbatterie wurde auf dieselbe Weise wie in Beispiel 13 hergestellt, mit der Ausnahme, dass die erste Zwischenschicht nicht vorgesehen ist.
  • (Beispiel 16)
  • Eine Festkörperbatterie wurde auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 hergestellt, mit der Ausnahme, dass als Aktivmaterial der positiven Elektrode Lithium-Kobalt-Oxid der Firma Sigma Aldrich Corporation verwendet wurde.
  • (Beispiel 17)
  • Eine Festkörperbatterie wurde auf die gleiche Weise wie in Beispiel 16 hergestellt, außer dass die zweite Zwischenschicht nicht vorgesehen ist.
  • (Beispiel 18)
  • Eine Festkörperbatterie wurde auf die gleiche Weise wie in Beispiel 16 hergestellt, außer dass die erste Zwischenschicht nicht vorgesehen ist.
  • (Beispiel 19)
  • Eine Festkörperbatterie wurde auf dieselbe Weise wie in Beispiel 1 hergestellt, mit der Ausnahme, dass als Aktivmaterial der positiven Elektrode LiCoPO4 verwendet wurde, das nach der folgenden Methode hergestellt wurde.
  • Als Ausgangsmaterial wurden Li2CO3, CoO2 und NH4H2PO4 verwendet, die nach einem chemisch stöchiometrischen Verhältnis gewogen, 16 Stunden lang mit einer Kugelmühle unter Verwendung von Ethanol als Lösungsmittel nass gemischt und dann hydratisiert und getrocknet werden. Das erhaltene Pulver wurde bei 700 °C vier Stunden lang in einem atmosphärischen Gas kalziniert. Das kalzinierte Produkt wurde grob zerkleinert, 16 Stunden lang mit einer Kugelmühle unter Verwendung von Ethanol als Lösungsmittel nass gemahlen und dann hydratisiert und getrocknet, um das Pulver aus Aktivmaterial der positiven Elektrode zu erhalten. Der durchschnittliche Teilchendurchmesser des Pulvers betrug 0,5 µm. Es wurde mit einem Röntgenbeugungsgerät bestätigt, dass es sich bei dem hergestellten Pulver um LiCoPO4 handelte.
  • (Beispiel 20)
  • Eine Festkörperbatterie wurde auf dieselbe Weise wie in Beispiel 19 hergestellt, außer dass die zweite Zwischenschicht nicht vorgesehen ist.
  • (Beispiel 21)
  • Eine Festkörperbatterie wurde auf dieselbe Weise wie in Beispiel 19 hergestellt, außer dass die erste Zwischenschicht nicht vorgesehen ist.
  • (Beispiel 22)
  • (Herstellung von Material der ersten Zwischenschicht und Material der zweiten Zwischenschicht)
  • Das nach dem folgenden Verfahren hergestellte amorphe Li3V2(PO4)3 wurde als erstes Zwischenschichtmaterial und als zweites Zwischenschichtmaterial verwendet. Li2CO3, V2O5 and NH4H2PO4 wurden als Ausgangsmaterialien verwendet, gewogen, um ein Molverhältnis von 3: 2: 6 zu erhalten, 16 Stunden lang mit einer Kugelmühle unter Verwendung von Wasser als Lösungsmittel nass gemischt und dann hydratisiert und getrocknet. Das erhaltene Pulver wurde bei 850 °C zwei Stunden lang in einem Stickstoff-Wasserstoff-Mischgas kalziniert. Das kalzinierte Produkt wurde grob zerkleinert, 24 Stunden lang mit einer Kugelmühle unter Verwendung von Ethanol als Lösungsmittel nass gemahlen und dann getrocknet, um das Pulver aus Aktivmaterial der positiven Elektrode zu erhalten. Der durchschnittliche Partikeldurchmesser des Pulvers betrug 0,3 µm. Es wurde mit einem Röntgenbeugungsgerät bestätigt, dass das hergestellte Pulver Li3V2(PO4)3 war.
  • Danach wurde das erhaltene Li3V2(PO4)3-Pulver in einen Aluminiumoxid-Tiegel gegeben und unter 700 °C eine Stunde lang in einem Luftgas kalziniert. Das kalzinierte Produkt wurde grob zerkleinert, 24 Stunden lang mit einer Planetenkugelmühle unter Verwendung von Ethanol als Lösungsmittel nass gemahlen, dann durch einen Siebpfad geleitet und durch einen explosionsgeschützten Trockner getrocknet, und das getrocknete Pulver wurde zerbrochen und durch den Siebpfad geleitet, um das erste Zwischenschichtmaterial und das zweite Zwischenschichtmaterial zu erhalten. Der durchschnittliche Partikeldurchmesser des Pulvers betrug 0,03 µm. Es wurde durch ein Röntgenbeugungsgerät bestätigt, dass ein Peak des ursprünglichen Li3V2(PO4)3 aus dem hergestellten Pulver verschwunden war, es wurde kein klares Beugungsphänomen bestätigt, und das Pulver war amorphes Li3V2(PO4)3-Pulver. Darüber hinaus wurde die Zusammensetzung durch eine ICP-Emissionsspektralanalysemethode bestätigt. Eine Festkörperbatterie wurde auf dieselbe Weise wie in Beispiel 1 hergestellt, mit der Ausnahme, dass das erste Zwischenschichtmaterial und das zweite Zwischenschichtmaterial, die auf diese Weise hergestellt wurden, verwendet wurden.
  • (Beispiele 23, 24, 33, 37 und 41)
  • (Herstellung von Material der ersten Zwischenschicht und Material der zweiten Zwischenschicht)
  • Als erstes Zwischenschichtmaterial und als zweites Zwischenschichtmaterial wurde das nach folgendem Verfahren hergestellte amorphe Li3V2(PO4)3 verwendet. Li2CO3, V2O5 und NH4H2PO4 wurden als Ausgangsmaterial verwendet, gewogen, um ein Molverhältnis von 3: 2: 6 zu erhalten, 16 Stunden lang mit einer Kugelmühle unter Verwendung von Wasser als Lösungsmittel nass gemischt und dann hydratisiert und getrocknet. Das erhaltene Pulver wurde bei 850 °C zwei Stunden lang in einem Stickstoff-Wasserstoff-Mischgas kalziniert. Das kalzinierte Produkt wurde grob zerkleinert, 24 Stunden lang mit einer Kugelmühle unter Verwendung von Ethanol als Lösungsmittel nass gemahlen und dann getrocknet, um das Pulver aus Aktivmaterial der positiven Elektrode zu erhalten. Der durchschnittliche Partikeldurchmesser des Pulvers betrug 0,3 µm. Es wurde mit einem Röntgenbeugungsgerät bestätigt, dass das hergestellte Pulver Li3V2(PO4)3 war.
  • Danach wurde das erhaltene Li3V2(PO4)3-Pulver in einen Aluminiumoxid-Tiegel gegeben und unter 700 °C eine Stunde lang in einem Luftgas kalziniert. Das kalzinierte Produkt wurde grob zerkleinert, 16 Stunden lang mit einer Planetenkugelmühle unter Verwendung von Ethanol als Lösungsmittel nass gemahlen, dann durch einen Siebpfad geleitet und durch einen explosionsgeschützten Trockner getrocknet, und das getrocknete Pulver wurde zerbrochen und durch den Siebpfad geleitet, um das erste Zwischenschichtmaterial und das zweite Zwischenschichtmaterial zu erhalten. Der durchschnittliche Partikeldurchmesser des Pulvers betrug 0,05 µm. Es wurde durch ein Röntgenbeugungsgerät bestätigt, dass ein Peak eines ursprünglichen Li3V2(PO4)3-Pulvers aus dem hergestellten Pulver verschwunden war, es wurde kein klares Beugungsphänomen bestätigt, und das Pulver war amorphes Li3V2(PO4)3-Pulver. Darüber hinaus wurde die Zusammensetzung durch eine ICP-Emissionsspektralanalysemethode bestätigt. Eine Festkörperbatterie wurde auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1, Beispiel 3, Beispiel 13, Beispiel 16 und Beispiel 19 hergestellt, mit der Ausnahme, dass das erste Zwischenschichtmaterial und das zweite Zwischenschichtmaterial, die auf diese Weise hergestellt wurden, verwendet wurden.
  • (Beispiele 25, 26, 34, 38 und 42)
  • (Herstellung von Material der ersten Zwischenschicht und Material der zweiten Zwischenschicht)
  • Als erstes Zwischenschichtmaterial und als zweites Zwischenschichtmaterial wurde das nach folgendem Verfahren hergestellte amorphe Li3V2(PO4)3 verwendet. Li2CO3, V2O5 und NH4H2PO4 wurden als Ausgangsmaterialien verwendet, gewogen, um ein Molverhältnis von 3: 2: 6 zu erhalten, 16 Stunden lang mit einer Kugelmühle unter Verwendung von Wasser als Lösungsmittel nass gemischt und dann hydratisiert und getrocknet. Das erhaltene Pulver wurde bei 850 °C zwei Stunden lang in einem Stickstoff-Wasserstoff-Mischgas kalziniert. Das kalzinierte Produkt wurde grob zerkleinert, 24 Stunden lang mit einer Kugelmühle unter Verwendung von Ethanol als Lösungsmittel nass gemahlen und dann getrocknet, um das Pulver aus Aktivmaterial der positiven Elektrode zu erhalten. Der durchschnittliche Partikeldurchmesser des Pulvers betrug 0,3 µm. Es wurde mit einem Röntgenbeugungsgerät bestätigt, dass das hergestellte Pulver Li3V2(PO4)3 war.
  • Danach wurde das erhaltene Li3V2(PO4)3-Pulver in einen Aluminiumoxid-Tiegel gegeben und unter 700 °C eine Stunde lang in einem Luftgas kalziniert. Das kalzinierte Produkt wurde grob zerkleinert, 18 Stunden lang mit einer Kugelmühle unter Verwendung von Ethanol als Lösungsmittel nass gemahlen, dann durch einen Siebpfad geleitet und durch einen explosionsgeschützten Trockner getrocknet, und das getrocknete Pulver wurde zerbrochen und durch den Siebpfad geleitet, um das erste Zwischenschichtmaterial und das zweite Zwischenschichtmaterial zu erhalten. Der durchschnittliche Partikeldurchmesser des Pulvers betrug 0,3 µm. Es wurde durch ein Röntgenbeugungsgerät bestätigt, dass ein Peak des ursprünglichen Li3V2(PO4)3 aus dem hergestellten Pulver verschwunden war, es wurde kein klares Beugungsphänomen bestätigt, und das Pulver war amorphes Li3V2(PO4)3-Pulver. Darüber hinaus wurde die Zusammensetzung durch eine ICP-Emissionsspektralanalyse bestätigt. Eine Festkörperbatterie wurde auf die gleiche Weise wie Beispiel 1, Beispiel 2, Beispiel 13, Beispiel 16 und Beispiel 19 hergestellt, mit der Ausnahme, dass das erste Zwischenschichtmaterial und das zweite Zwischenschichtmaterial, die auf diese Weise hergestellt wurden, verwendet wurden.
  • (Beispiele 27 und 28)
  • (Herstellung von Material der ersten Zwischenschicht und Material der zweiten Zwischenschicht)
  • Als erstes Zwischenschichtmaterial und als zweites Zwischenschichtmaterial wurde das nach folgendem Verfahren hergestellte amorphe Li3V2(PO4)3 verwendet. Li2CO3, V2O5 und NH4H2PO4 wurden als Ausgangsmaterialien verwendet, gewogen, um ein Molverhältnis von 3: 2: 6 zu erhalten, 16 Stunden lang mit einer Kugelmühle unter Verwendung von Wasser als Lösungsmittel nass gemischt und dann hydratisiert und getrocknet. Das erhaltene Pulver wurde bei 850 °C zwei Stunden lang in einem Stickstoff-Wasserstoff-Mischgas kalziniert. Das kalzinierte Produkt wurde grob zerkleinert, 24 Stunden lang mit einer Kugelmühle unter Verwendung von Ethanol als Lösungsmittel nass gemahlen und dann getrocknet, um das Pulver aus Aktivmaterial der positiven Elektrode zu erhalten. Der durchschnittliche Partikeldurchmesser des Pulvers betrug 0,3 µm. Es wurde mit einem Röntgenbeugungsgerät bestätigt, dass das hergestellte Pulver Li3V2(PO4)3 war.
  • Danach wurde das erhaltene Li3V2(PO4)3-Pulver in einen Aluminiumoxid-Tiegel gegeben und unter 700 °C eine Stunde lang in einem Luftgas kalziniert. Das kalzinierte Produkt wurde grob zerkleinert, 16 Stunden lang mit einer Kugelmühle unter Verwendung von Ethanol als Lösungsmittel nass gemahlen, dann durch einen Siebpfad geleitet und durch einen explosionsgeschützten Trockner getrocknet, und das getrocknete Pulver wurde zerbrochen und durch den Siebpfad geleitet, um das erste Zwischenschichtmaterial und das zweite Zwischenschichtmaterial zu erhalten. Der durchschnittliche Partikeldurchmesser des Pulvers betrug 0,5 µm. Es wurde durch ein Röntgenbeugungsgerät bestätigt, dass ein Peak des ursprünglichen Li3V2(PO4)3 aus dem hergestellten Pulver verschwunden war, es wurde kein klares Beugungsphänomen bestätigt, und das Pulver war amorphes Li3V2(PO4)3-Pulver. Darüber hinaus wurde die Zusammensetzung durch eine ICP-Emissionsspektralanalyse bestätigt. Eine Festkörperbatterie wurde auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 und Beispiel 3 hergestellt, mit der Ausnahme, dass das erste Zwischenschichtmaterial und das zweite Zwischenschichtmaterial, die auf diese Weise hergestellt wurden, verwendet wurden.
  • (Beispiele 29, 35, 39 und 43)
  • (Herstellung von Material der ersten Zwischenschicht und Material der zweiten Zwischenschicht)
  • Als erstes Zwischenschichtmaterial und als zweites Zwischenschichtmaterial wurde das nach folgendem Verfahren hergestellte amorphe Li3V2(PO4)3 verwendet. Li2CO3, V2O5 und NH4H2PO4 wurden als Ausgangsmaterialien verwendet, gewogen, um ein Molverhältnis von 3: 2: 6 zu erhalten, 16 Stunden lang mit einer Kugelmühle unter Verwendung von Wasser als Lösungsmittel nass gemischt und dann hydratisiert und getrocknet. Das erhaltene Pulver wurde bei 850 °C zwei Stunden lang in einem Stickstoff-Wasserstoff-Mischgas kalziniert. Das kalzinierte Produkt wurde grob zerkleinert, 24 Stunden lang mit einer Kugelmühle unter Verwendung von Ethanol als Lösungsmittel nass gemahlen und dann getrocknet, um das Pulver aus Aktivmaterial der positiven Elektrode zu erhalten. Der durchschnittliche Partikeldurchmesser des Pulvers betrug 0,3 µm. Es wurde mit einem Röntgenbeugungsgerät bestätigt, dass das hergestellte Pulver Li3V2(PO4)3 war.
  • Danach wurde das erhaltene Li3V2(PO4)3-Pulver in einen Aluminiumoxid-Tiegel gegeben und unter 700 °C eine Stunde lang in einem Luftgas kalziniert. Das kalzinierte Produkt wurde grob zerkleinert, 12 Stunden lang mit einer Kugelmühle unter Verwendung von Ethanol als Lösungsmittel nass gemahlen, dann durch einen Siebpfad geleitet und durch einen explosionsgeschützten Trockner getrocknet, und das getrocknete Pulver wurde zerbrochen und durch den Siebpfad geleitet, um das erste Zwischenschichtmaterial und das zweite Zwischenschichtmaterial zu erhalten. Der durchschnittliche Partikeldurchmesser des Pulvers betrug 1 µm. Es wurde durch ein Röntgenbeugungsgerät bestätigt, dass ein Peak des ursprünglichen Li3V2(PO4)3 aus dem hergestellten Pulver verschwunden war, es wurde kein klares Beugungsphänomen bestätigt, und das Pulver war amorphes Li3V2(PO4)3-Pulver. Darüber hinaus wurde die Zusammensetzung durch eine ICP-Emissionsspektralanalyse bestätigt. Eine Festkörperbatterie wurde auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1, Beispiel 13, Beispiel 16 und Beispiel 19 hergestellt, mit der Ausnahme, dass das erste Zwischenschichtmaterial und das zweite Zwischenschichtmaterial, die auf diese Weise hergestellt wurden, verwendet wurden.
  • (Beispiel 30)
  • (Herstellung von Material der ersten Zwischenschicht und Material der zweiten Zwischenschicht)
  • Als erstes Zwischenschichtmaterial und als zweites Zwischenschichtmaterial wurde das nach folgendem Verfahren hergestellte amorphe Li3V2(PO4)3 verwendet. Li2CO3, V2O5 und NH4H2PO4 wurden als Ausgangsmaterialien verwendet, in einem Molverhältnis von 3: 2: 6 gewogen, 16 Stunden lang mit einer Kugelmühle unter Verwendung von Wasser als Lösungsmittel nass gemischt und anschließend hydratisiert und getrocknet. Das erhaltene Pulver wurde bei 850 °C zwei Stunden lang in einem Stickstoff-Wasserstoff-Mischgas kalziniert. Das kalzinierte Produkt wurde grob zerkleinert, 24 Stunden lang mit einer Kugelmühle unter Verwendung von Ethanol als Lösungsmittel nass gemahlen und dann getrocknet, um das Pulver aus Aktivmaterial der positiven Elektrode zu erhalten. Der durchschnittliche Partikeldurchmesser des Pulvers betrug 0,3 µm. Es wurde mit einem Röntgenbeugungsgerät bestätigt, dass das hergestellte Pulver Li3V2(PO4)3 war.
  • Danach wurde das erhaltene Li3V2(PO4)3-Pulver in einen Aluminiumoxid-Tiegel gegeben und unter 700 °C eine Stunde lang in einem Luftgas kalziniert. Das kalzinierte Produkt wurde grob zerkleinert, 8 Stunden lang mit einer Kugelmühle unter Verwendung von Ethanol als Lösungsmittel nass gemahlen, dann durch einen Siebpfad geleitet und durch einen explosionsgeschützten Trockner getrocknet, und das getrocknete Pulver wurde zerbrochen und durch den Siebpfad geleitet, um das erste Zwischenschichtmaterial und das zweite Zwischenschichtmaterial zu erhalten. Der durchschnittliche Partikeldurchmesser des Pulvers betrug 2 µm. Es wurde durch das Röntgenbeugungsgerät bestätigt, dass ein Peak des ursprünglichen Li3V2(PO4)3 aus dem hergestellten Pulver verschwunden war, es wurde kein klares Beugungsphänomen bestätigt, und das Pulver war amorphes Li3V2(PO4)3-Pulver. Darüber hinaus wurde die Zusammensetzung durch eine ICP-Emissionsspektralanalyse bestätigt. Eine Festkörperbatterie wurde auf dieselbe Weise wie in Beispiel 1 hergestellt, mit der Ausnahme, dass das erste Zwischenschichtmaterial und das zweite Zwischenschichtmaterial, die auf diese Weise hergestellt wurden, verwendet wurden.
  • (Beispiel 31)
  • (Herstellung von Material der ersten Zwischenschicht und Material der zweiten Zwischenschicht)
  • Als erstes Zwischenschichtmaterial und als zweites Zwischenschichtmaterial wurde das nach folgendem Verfahren hergestellte amorphe Li3V2(PO4)3 verwendet. Li2CO3, V2O5 und NH4H2PO4 wurden als Ausgangsmaterialien verwendet, gewogen, um ein Molverhältnis von 3: 2: 6 zu erhalten, 16 Stunden lang mit einer Kugelmühle unter Verwendung von Wasser als Lösungsmittel nass gemischt und dann hydratisiert und getrocknet. Das erhaltene Pulver wurde bei 850 °C zwei Stunden lang in einem Stickstoff-Wasserstoff-Mischgas kalziniert. Das kalzinierte Produkt wurde grob zerkleinert, 24 Stunden lang mit einer Kugelmühle unter Verwendung von Ethanol als Lösungsmittel nass gemahlen und dann getrocknet, um das Pulver aus Aktivmaterial der positiven Elektrode zu erhalten. Der durchschnittliche Partikeldurchmesser des Pulvers betrug 0,3 µm. Es wurde mit einem Röntgenbeugungsgerät bestätigt, dass das hergestellte Pulver Li3V2(PO4)3 war.
  • Danach wurde das erhaltene Li3V2(PO4)3-Pulver in einen Aluminiumoxid-Tiegel gegeben und unter 700 °C eine Stunde lang in einem Luftgas kalziniert. Das kalzinierte Produkt wurde grob zerkleinert, 6 Stunden lang mit einer Kugelmühle unter Verwendung von Ethanol als Lösungsmittel nass gemahlen, dann durch einen Siebpfad geleitet und durch einen explosionsgeschützten Trockner getrocknet, und das getrocknete Pulver wurde zerbrochen und durch den Siebpfad geleitet, um das erste Zwischenschichtmaterial und das zweite Zwischenschichtmaterial zu erhalten. Der durchschnittliche Partikeldurchmesser des Pulvers betrug 3 µm. Es wurde durch ein Röntgenbeugungsgerät bestätigt, dass ein Peak des ursprünglichen Li3V2(PO4)3 aus dem hergestellten Pulver verschwunden war, es wurde kein klares Beugungsphänomen bestätigt, und das Pulver war amorphes Li3V2(PO4)3-Pulver. Darüber hinaus wurde die Zusammensetzung durch eine ICP-Emissionsspektralanalyse bestätigt. Eine Festkörperbatterie wurde auf dieselbe Weise wie in Beispiel 1 hergestellt, mit der Ausnahme, dass das erste Zwischenschichtmaterial und das zweite Zwischenschichtmaterial, die auf diese Weise hergestellt wurden, verwendet wurden.
  • (Beispiele 32, 36, 40 und 44)
  • (Herstellung von Material der ersten Zwischenschicht und Material der zweiten Zwischenschicht)
  • Als erstes Zwischenschichtmaterial und als zweites Zwischenschichtmaterial wurde das nach folgendem Verfahren hergestellte amorphe Li3V2(PO4)3 verwendet. Li2CO3, V2O5 und NH4H2PO4 wurden als Ausgangsmaterialien verwendet, gewogen, um ein Molverhältnis von 3: 2: 6 zu erhalten, 16 Stunden lang mit einer Kugelmühle unter Verwendung von Wasser als Lösungsmittel nass gemischt und dann hydratisiert und getrocknet. Das erhaltene Pulver wurde bei 850 °C zwei Stunden lang in einem Stickstoff-Wasserstoff-Mischgas kalziniert. Das kalzinierte Produkt wurde grob zerkleinert, 24-mal mit einer Kugelmühle unter Verwendung von Ethanol als Lösungsmittel nass gemahlen und dann getrocknet, um das Pulver aus Aktivmaterial für positive Elektroden zu erhalten. Der durchschnittliche Partikeldurchmesser des Pulvers betrug 0,3 µm. Es wurde mit einem Röntgenbeugungsgerät bestätigt, dass das hergestellte Pulver Li3V2(PO4)3 war.
  • Danach wurde das erhaltene Li3V2(PO4)3-Pulver in einen Aluminiumoxid-Tiegel gegeben und unter 700 °C eine Stunde lang in einem Luftgas kalziniert. Das kalzinierte Produkt wurde grob zerkleinert, vier Stunden lang mit einer Kugelmühle unter Verwendung von Ethanol als Lösungsmittel nass gemahlen, dann durch einen Siebpfad geleitet und durch einen explosionsgeschützten Trockner getrocknet, und das getrocknete Pulver wurde zerbrochen und durch den Siebpfad geleitet, um das erste Zwischenschichtmaterial und das zweite Zwischenschichtmaterial zu erhalten. Der durchschnittliche Partikeldurchmesser des Pulvers betrug 5 µm. Es wurde durch ein Röntgenbeugungsgerät bestätigt, dass ein Peak des ursprünglichen Li3V2(PO4)3 aus dem hergestellten Pulver verschwunden war, es wurde kein klares Beugungsphänomen bestätigt, und das Pulver war amorphes Li3V2(PO4)3-Pulver. Darüber hinaus wurde die Zusammensetzung durch eine ICP-Emissionsspektralanalyse bestätigt. Eine Festkörperbatterie wurde auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1, Beispiel 13, Beispiel 16 und Beispiel 19 hergestellt, mit der Ausnahme, dass das erste Zwischenschichtmaterial und das zweite Zwischenschichtmaterial, die auf diese Weise hergestellt wurden, verwendet wurden.
  • (Vergleichsbeispiel 1)
  • Eine Festkörperbatterie wurde auf dieselbe Weise wie in Beispiel 1 hergestellt, mit der Ausnahme, dass die erste Zwischenschicht und die zweite Zwischenschicht nicht vorgesehen waren.
  • (Vergleichsbeispiel 2)
  • Eine Festkörperbatterie wurde auf dieselbe Weise wie in Beispiel 13 hergestellt, mit der Ausnahme, dass die erste Zwischenschicht und die zweite Zwischenschicht nicht vorgesehen waren.
  • (Vergleichsbeispiel 3)
  • Eine Festkörperbatterie wurde auf dieselbe Weise wie in Beispiel 16 hergestellt, mit der Ausnahme, dass die erste Zwischenschicht und die zweite Zwischenschicht nicht vorgesehen waren.
  • (Vergleichsbeispiel 4)
  • Eine Festkörperbatterie wurde auf dieselbe Weise wie in Beispiel 19 hergestellt, mit der Ausnahme, dass die erste Zwischenschicht und die zweite Zwischenschicht nicht vorgesehen waren.
  • (Bestimmen der Zykleneigenschaften)
  • Die Anschlusselektroden der in den Beispielen 1 bis 44 und in den Vergleichsbeispielen 1 bis 4 gefertigten Festkörperbatterie wurden an einer mit einem Federstift fixierten Spannvorrichtung befestigt.
  • Die Festkörperbatterien der Beispiele 1 bis 12 und 22 bis 32 und des Vergleichsbeispiels 1 wurden bei einem konstanten Strom von 1 µA bis zu einer Abschaltspannung von 2,6 V geladen und dann bei einem konstanten Strom von 1 µA bis zu einer Abschaltspannung von 0 V entladen. Dies wurde 100 Zyklen wiederholt. Eine Kapazitätserhaltungsrate nach 100 Zyklen wurde gemessen, und die Zykleneigenschaften wurden bestimmt.
    Hier wurde die Kapazitätserhaltungsrate als 1- (Entladekapazität nach 100 Zyklen/Entladekapazität nach 1 Zyklus) × 100 berechnet.
  • Die Festkörperbatterien der Beispiele 13 bis 15 und 33 bis 36 und des Vergleichsbeispiels 2 wurden bei einem konstanten Strom von 1 µA bis zu einer Abschaltspannung von 2,8 V geladen und dann bei einem konstanten Strom von 1 µA bis zu einer Abschaltspannung von 1,8 V entladen. Dies wurde 100 Zyklen wiederholt. Die Kapazitätserhaltungsrate nach 100 Zyklen wurde gemessen, und die Zykleneigenschaften wurden bestimmt.
  • Die Festkörperbatterien von Beispiel 16 bis 18 und 37 bis 40 und Vergleichsbeispiel 3 wurden bei einem konstanten Strom von 1 µA bis zu einer Abschaltspannung von 2,8 V geladen und dann bei einem konstanten Strom von 1 µA bis zu einer Abschaltspannung von 1,9 V entladen. Dies wurde 100 Zyklen wiederholt. Die Kapazitätserhaltungsrate nach 100 Zyklen wurde gemessen, und die Zykleneigenschaften wurden bestimmt.
  • Die Festkörperbatterien von Beispiel 19 bis 21 und 41 bis 44 und Vergleichsbeispiel 4 wurden bis zu einer Abschaltspannung von 3,2 V bei einem konstanten Strom von 1 µA geladen und dann bis zu einer Abschaltspannung von 2,5 V bei einem konstanten Strom von 1 µA entladen. Dies wurde 100 Zyklen wiederholt. Die Kapazitätserhaltungsrate nach 100 Zyklen wurde gemessen, und die Zykleneigenschaften wurden geschätzt.
  • Bindungsraten und Kapazitätserhaltungsraten bezogen auf die Beispiele 1 bis 44 und die Vergleichsbeispiele 1 bis 4 sind in Tabelle 1 und Tabelle 2 dargestellt.
  • [Tabelle 1]
    Aktivmaterial der positiven Elektrode Aktivmaterial der negativen Elektrode Dicke der ersten Zwischenschicht (µm) Dicke der zweiten Zwischenschicht (µm) Bindungsrate der ersten Zwischenschicht (%) Bindungsrate der zweiten Zwischenschicht (%) Kapazitätserhaltungsrate (%)
    Beispiel 1 Li3V2(PO4)3 Li3V2(PO4)3 0,5 0,5 81 82 84
    Beispiel 2 Li3V2(PO4)3 Li3V2(PO4)3 0,5 - 81 0 78
    Beispiel 3 Li3V2(PO4)3 Li3V2(PO4)3 - 0,5 0 82 78
    Beispiel 4 Li3V2(PO4)3 Li3V2(PO4)3 0,5 0,5 95 94 88
    Beispiel 5 Li3V2(PO4)3 Li3V2(PO4)3 0,5 0,5 73 74 79
    Beispiel 6 Li3V2(PO4)3 Li3V2(PO4)3 0,5 0,5 60 61 77
    Beispiel 7 Li3V2(PO4)3 Li3V2(PO4)3 0,5 0,5 50 51 75
    Beispiel 8 Li3V2(PO4)3 Li3V2(PO4)3 0,5 0,5 35 34 72
    Beispiel 9 Li3V2(PO4)3 Li3V2(PO4)3 0,5 0,5 25 25 67
    Beispiel 10 Li3V2(PO4)3 Li3V2(PO4)3 0,5 0,5 12 12 65
    Beispiel 11 Li3V2(PO4)3 Li3V2(PO4)3 0,5 0,5 5 7 63
    Beispiel 12 Li3V2(PO4)3 Li3V2(PO4)3 0,5 0,5 1 1 60
    Beispiel 13 Li3V2(PO4)3 Li4Ti5O12 0,5 0,5 81 80 81
    Beispiel 14 Li3V2(PO4)3 Li4Ti5O12 0,5 - 81 0 77
    Beispiel 15 Li3V2(PO4)3 Li4Ti5O12 - 0,5 0 80 76
    Beispiel 16 LiCoO2 Li3V2(PO4)3 0,5 0,5 79 81 82
    Beispiel 17 LiCoO2 Li3V2(PO4)3 0,5 - 79 0 79
    Beispiel 18 LiCoO2 Li3V2(PO4)3 - 0,5 0 81 77
    Beispiel 19 LiCoPO4 Li3V2(PO4)3 0,5 0,5 81 81 83
    Beispiel 20 LiCoPO4 Li3V2(PO4)3 0,5 - 81 0 79
    Beispiel 21 LiCoPO4 Li3V2(PO4)3 - 0,5 0 81 78
    Vergleichsbeispiel 1 Li3V2(PO4)3 Li3V2(PO4)3 - - 0 0 49
    Vergleichsbeispiel 2 Li3V2(PO4)3 Li4Ti5O12 - - 0 0 38
    Vergleichsbeispiel 3 LiCoO2 Li3V2(PO4)3 - - 0 0 43
    Vergleichsbeispiel 4 LiCoPO4 Li3V2(PO4)3 - - 0 0 44
  • [Tabelle 2]
    Aktivmaterial der positiven Elektrode Aktivmaterial der negativen Elektrode Dicke der ersten Zwischenschicht (µm) Dicke der zweiten Zwischenschicht (µm) Bindungsrate der ersten Zwischenschicht (%) Bindungsrate der zweiten Zwischenschicht (%) Kapazitätserhaltungsrate (%)
    Beispiel 22 Li3V2(PO4)3 Li3V2(PO4)3 0,1 0,1 82 82 84
    Beispiel 23 Li3V2(PO4)3 Li3V2(PO4)3 0,2 0,2 82 82 86
    Beispiel 24 Li3V2(PO4)3 Li3V2(PO4)3 - 0,2 0 82 85
    Beispiel 25 Li3V2(PO4)3 Li3V2(PO4)3 1 1 82 82 84
    Beispiel 26 Li3V2(PO4)3 Li3V2(PO4)3 1 - 82 0 82
    Beispiel 27 Li3V2(PO4)3 Li3V2(PO4)3 2 2 82 82 82
    Beispiel 28 Li3V2(PO4)3 Li3V2(PO4)3 - 2 0 82 81
    Beispiel 29 Li3V2(PO4)3 Li3V2(PO4)3 5 5 82 82 79
    Beispiel 30 Li3V2(PO4)3 Li3V2(PO4)3 10 10 82 82 76
    Beispiel 31 Li3V2(PO4)3 Li3V2(PO4)3 12 12 82 82 72
    Beispiel 32 Li3V2(PO4)3 Li3V2(PO4)3 20 20 82 82 67
    Beispiel 33 Li3V2(PO4)3 Li4Ti5O12 0,2 0,2 82 81 80
    Beispiel 34 Li3V2(PO4)3 Li4Ti5O12 1 1 82 81 80
    Beispiel 35 Li3V2(PO4)3 Li4Ti5O12 5 5 82 81 77
    Beispiel 36 Li3V2(PO4)3 Li4Ti5O12 20 20 82 81 66
    Beispiel 37 LiCoO2 Li3V2(PO4)3 0,2 0,2 80 82 81
    Beispiel 38 LiCoO2 Li3V2(PO4)3 1 1 80 82 81
    Beispiel 39 LiCoO2 Li3V2(PO4)3 5 5 80 82 76
    Beispiel 40 LiCoO2 Li3V2(PO4)3 20 20 80 82 65
    Beispiel 41 LiCoPO4 Li3V2(PO4)3 0,2 0,2 81 82 82
    Beispiel 42 LiCoPO4 Li3V2(PO4)3 1 1 81 82 81
    Beispiel 43 LiCoPO4 Li3V2(PO4)3 5 5 81 82 76
    Beispiel 44 LiCoPO4 Li3V2(PO4)3 20 20 81 82 66
  • Bei den in den Beispielen 1 bis 44 gefertigten Festkörperbatterien wurden die Festkörperbatterien mit hohen Kapazitätserhaltungsraten und ausgezeichneten Zykleneigenschaften erzielt. Dagegen wurde bei den Festkörperbatterien der Vergleichsbeispiele 1 bis 4 ein bemerkenswerter Rückgang der Kapazitätserhaltungsrate bestätigt.
  • INDUSTRIELLE ANWENDBARKEIT
  • Wie oben beschrieben, ist die Festkörperbatterie nach der vorliegenden Erfindung effektiv bei der Verbesserung der Zykleneigenschaften. Indem sie die Festkörperbatterie mit verbesserten Zykleneigenschaften ausstattet, wird sie insbesondere auf dem Gebiet der Energie und Elektronik einen wesentlichen Beitrag leisten.
  • Bezugszeichenliste
    • 50
    Festkörperbatterie
    51
    Stromkollektorschicht der positiven Elektrode
    52
    Aktivmaterialschicht der positiven Elektrode
    53
    Stromkollektorschicht der negativen Elektrode
    54
    Aktivmaterialschicht der negativen Elektrode
    55
    Festelektrolytschicht
    56
    Erste Zwischenschicht
    57
    Zweite Zwischenschicht
    58
    Anschlusselektrode
    10
    Stromspeicherteil
    11
    Stromkollektorschicht der positiven Elektrode
    12
    Aktivmaterialschicht der positiven Elektrode
    13
    Stromkollektorschicht der negativen Elektrode
    14
    Aktivmaterialschicht der negativen Elektrode
    15
    Festelektrolytschicht
    16
    Erste Zwischenschicht
    17
    Zweite Zwischenschicht
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • JP 2018062460 A [0002]
    • WO 2007/135790 [0012]
    • JP 5512293 B [0012]

Claims (7)

  1. Festkörperbatterie, umfassend: eine Stromkollektorschicht einer positiven Elektrode; eine Aktivmaterialschicht der positiven Elektrode; eine Stromkollektorschicht einer negativen Elektrode; eine Aktivmaterialschicht der negativen Elektrode; eine Festelektrolytschicht, die zwischen der Aktivmaterialschicht der positiven Elektrode und der Aktivmaterialschicht der negativen Elektrode angeordnet und aus einem Festelektrolyten gebildet ist; und mindestens eine von einer ersten Zwischenschicht, die zwischen der Stromkollektorschicht der positiven Elektrode und der Aktivmaterialschicht der positiven Elektrode gebildet ist, und einer zweiten Zwischenschicht, die zwischen der Stromkollektorschicht der negativen Elektrode und der Aktivmaterialschicht der negativen Elektrode gebildet ist.
  2. Festkörperbatterie nach Anspruch 1, bei der eine Bindungsrate, mit der die erste Zwischenschicht oder die zweite Zwischenschicht mit der Stromkollektorschicht der positiven Elektrode oder der Stromkollektorschicht der negativen Elektrode verbunden ist, größer als 1 % ist.
  3. Festkörperbatterie nach Anspruch 1 oder 2, bei der die Bindungsrate mehr als 30 % beträgt.
  4. Festkörperbatterie nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die erste Zwischenschicht oder die zweite Zwischenschicht amorph ist.
  5. Festkörperbatterie nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei mindestens eine der ersten Zwischenschicht und der zweiten Zwischenschicht ein Material enthält, das mindestens ein Anion enthält.
  6. Festkörperbatterie nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei mindestens eine der ersten Zwischenschicht und der zweiten Zwischenschicht ein amorphes Material ist, das mindestens ein Element enthält, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Li, V, Si, Al, Ge, Sb, Sn, Ga, In, Fe, Co, Ni, Ti, Mn, Ca, Ba, La, Zr, Ce, Cu, Mg, Sr, Cr, Mo, Nb, Zn und P besteht.
  7. Festkörperbatterie nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Dicke der ersten Zwischenschicht oder der zweiten Zwischenschicht 0,1 µm oder mehr und 10 µm oder weniger beträgt.
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Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE112018001738T5 (de) 2017-03-30 2019-12-12 Tdk Corporation Festkörperelektrolyt und festkörper-sekundärbatterie
DE112018001797T5 (de) 2017-03-30 2019-12-19 Tdk Corporation Festkörper-sekundärbatterie
US11855253B2 (en) * 2017-03-30 2023-12-26 Tdk Corporation Solid electrolyte and all-solid secondary battery
JP7040519B2 (ja) 2017-03-30 2022-03-23 Tdk株式会社 固体電解質及び全固体リチウムイオン二次電池
JP7465077B2 (ja) * 2019-11-21 2024-04-10 太陽誘電株式会社 全固体電池とその製造方法
JP7484683B2 (ja) * 2020-12-03 2024-05-16 トヨタ自動車株式会社 全固体電池
WO2023074060A1 (ja) * 2021-10-26 2023-05-04 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 電池

Family Cites Families (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE60140163D1 (de) * 2000-08-28 2009-11-26 Nissan Motor Wiederaufladbare Lithiumionenbatterie
JP2003272610A (ja) * 2002-03-18 2003-09-26 Dainippon Printing Co Ltd 二次電池用電極板
JP2009032597A (ja) * 2007-07-27 2009-02-12 Sumitomo Electric Ind Ltd リチウム電池
JP5190762B2 (ja) * 2008-01-11 2013-04-24 住友電気工業株式会社 リチウム電池
JP2010251113A (ja) * 2009-04-15 2010-11-04 Sony Corp 固体電解質電池の製造方法および固体電解質電池
JP2012164571A (ja) * 2011-02-08 2012-08-30 Sumitomo Electric Ind Ltd 負極体及びリチウムイオン電池
JP6132403B2 (ja) * 2011-10-07 2017-05-24 積水ナノコートテクノロジー株式会社 スクリーン印刷用紗及びスクリーン印刷方法
WO2014141962A1 (ja) * 2013-03-11 2014-09-18 株式会社村田製作所 全固体電池
JP6089823B2 (ja) * 2013-03-14 2017-03-08 株式会社豊田中央研究所 電極材料およびそれを備える電池
JP6417631B2 (ja) * 2014-03-17 2018-11-07 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 固体二次電池およびその製造方法
JP6777388B2 (ja) * 2015-02-27 2020-10-28 パナソニック株式会社 非水電解質二次電池
WO2017152836A1 (zh) * 2016-03-08 2017-09-14 北京好风光储能技术有限公司 一种锂浆料电池电芯及模块
EP3439083B1 (de) * 2016-03-31 2021-09-29 Osaka Prefecture University Public Corporation Amorphes positivelektrodenmaterial auf oxidbasis, verfahren zur herstellung davon und verwendung davon
WO2018056020A1 (ja) * 2016-09-20 2018-03-29 株式会社村田製作所 固体電解質及び全固体電池
CN106935821B (zh) * 2017-03-16 2019-12-06 湖南工业大学 一种具有多孔泡沫的磷酸钒锂复合正极材料及其制备方法
CN109755463B (zh) * 2017-11-08 2020-12-29 宁德时代新能源科技股份有限公司 一种电极极片、电化学装置及安全涂层
CN113299876B (zh) * 2018-02-26 2023-03-10 宁德新能源科技有限公司 极片和锂离子电池

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