DE112020000514T5 - Gesamtfestkörperbatterie und Herstellungsverfahren dafür - Google Patents

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Yumiko YONEDA
Yohei Momma
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Abstract

Wenn Silizium als Negativelektrodenaktivmaterialteilchen verwendet wird, gibt es ein Problem darin, dass sich das Negativelektrodenaktivmaterialteilchen durch das Laden und Entladen ausdehnt und schrumpft. Ein Negativelektrodenaktivmaterialteilchen oder eine Vielzahl von Negativelektrodenaktivmaterialteilchen wird unter Verwendung einer Graphen-Verbindung gebunden oder befestigt, damit das Ausdehnen oder das Schrumpfen des Negativelektrodenaktivmaterialteilchens durch das Laden und Entladen unterdrückt wird. Bei einer Gesamtfestkörpersekundärbatterie ist der Widerstand an der Grenzfläche zwischen einem Festelektrolyten und einer Negativelektrode oder an der Grenzfläche zwischen einem Festelektrolyten und einer Positivelektrode am größten. Um den Grenzflächenwiderstand zu verringern, wird mindestens ein Negativelektrodenaktivmaterialteilchen von einer Graphen-Verbindung umschlossen, damit die Leitfähigkeit erhöht werden kann. Alternativ wird ein Positivelektrodenaktivmaterialteilchen von einer Graphen-Verbindung umschlossen, um die Leitfähigkeit zu erhöhen. Eine Graphen-Verbindung, die Ladungsträgerionen, wie z. B. Lithiumionen, durchlässt, verhindert die Übertragung von Lithiumionen zwischen der Positivelektrode und der Negativelektrode beim Laden oder Entladen nicht.

Description

  • Technisches Gebiet
  • Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung betrifft einen Gegenstand, ein Verfahren oder ein Herstellungsverfahren. Die vorliegende Erfindung betrifft alternativ einen Prozess, eine Maschine, ein Erzeugnis oder eine Zusammensetzung (Zusammensetzung eines Materials). Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung betrifft eine Halbleitervorrichtung, eine Anzeigevorrichtung, eine Licht emittierende Vorrichtung, eine Energiespeichervorrichtung, eine Beleuchtungsvorrichtung, ein elektronisches Gerät oder ein Herstellungsverfahren dafür. Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung betrifft insbesondere ein elektronisches Gerät und dessen Betriebssystem.
  • Es sei angemerkt, dass elektronische Geräte in dieser Beschreibung im Allgemeinen Geräte bezeichnen, die Energiespeichervorrichtungen beinhalten; elektrooptische Geräte, die Energiespeichervorrichtungen beinhalten, Informationsendgeräte, die Energiespeichervorrichtungen beinhalten, und dergleichen sind alle elektronische Geräte.
  • Stand der Technik
  • Es sind elektronische Geräte, die von den Benutzern geführt werden, und elektronische Geräte, die von den Benutzern getragen werden, aktiv entwickelt worden.
  • Transportable elektronische Geräte und tragbare elektronische Geräte arbeiten, indem sie Primärbatterien oder Sekundärbatterien, welche Beispiele für eine Energiespeichervorrichtung sind, als Stromquellen verwenden. Es ist wünschenswert, dass ein transportables elektronisches Gerät einer langen Nutzungsdauer standhalten kann; zu diesem Zweck kann eine Hochleistungssekundärbatterie verwendet werden. Jedoch ist eine Hochleistungssekundärbatterie groß dimensioniert; daher nimmt das Gewicht eines elektronischen Geräts zu, das die Hochleistungssekundärbatterie beinhaltet. Im Hinblick auf dieses Problem befinden sich kleine oder dünne Hochleistungssekundärbatterien in Entwicklung, die in transportablen elektronischen Geräten eingebaut werden können.
  • Eine Lithiumionen-Sekundärbatterie, bei der eine Flüssigkeit, wie z. B. ein organisches Lösungsmittel, als Übertragungsmedium von Lithiumionen, die als Ladungsträgerionen dienen, verwendet wird, wird weithin verwendet. Jedoch hat eine Sekundärbatterie unter Verwendung einer Flüssigkeit, da eine Flüssigkeit verwendet wird, Probleme mit dem Arbeitstemperaturbereich, einer Zersetzungsreaktion einer Elektrolytlösung aufgrund der verwendeten Potentiale und einer Flüssigkeitsleckage aus der Sekundärbatterie. Zudem könnte bei einer Sekundärbatterie, bei der eine Flüssigkeit als Elektrolyt verwendet wird, wegen einer Flüssigkeitsleckage ein Feuern verursacht werden.
  • Eine Brennstoffzelle ist eine Sekundärbatterie, bei der keine Flüssigkeit verwendet wird. Jedoch werden Edelmetalle für ihre Elektroden verwendet, und ein Material eines Festelektrolyten ist auch teuer.
  • Außerdem ist als Sekundärbatterie, bei der keine Flüssigkeit verwendet wird, eine Energiespeichervorrichtung unter Verwendung eines Festelektrolyten, die als Festkörperbatterie bezeichnet wird, bekannt und beispielsweise in Patentdokumenten 1 und 2 offenbart. Patentdokument 3 offenbart ein Beispiel, in dem eines von einem Lösungsmittel, einem Gel und einem Festelektrolyten als Elektrolyt einer Lithiumionen-Sekundärbatterie verwendet wird.
  • Patentdokument 4 offenbart ein Beispiel, in dem Graphenoxid für eine Positivelektrodenaktivmaterialschicht einer Festkörperbatterie verwendet wird.
  • Außerdem offenbaren Patentdokument 5 und dergleichen eine Festkörperbatterie, bei der Graphen verwendet wird.
  • [Referenz]
  • [Patentdokument]
    • [Patentdokument 1] Japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. 2012-230889
    • [Patentdokument 2] Japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. 2012-023032
    • [Patentdokument 3] Japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. 2013-229308
    • [Patentdokument 4] Japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. 2013-229315
    • [Patentdokument 5] Japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. 2018-98200
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Durch die Erfindung zu lösendes Problem
  • Eine Gesamtfestkörpersekundärbatterie (all-solid-state secondary battery), die eine höhere Sicherheit aufweist als eine herkömmliche Lithiumionen-Sekundärbatterie, wird bereitgestellt.
  • Mit einer Gesamtfestkörpersekundärbatterie wurden eine Leckage der Elektrolytlösung, eine Verschlechterung der Elektrolytlösung aufgrund der geänderten Qualität und dergleichen gelöst, welche bei den Sekundärbatterien, bei denen die Elektrolytlösung verwendet wird, Probleme waren. Jedoch bleiben noch andere Probleme ungelöst.
  • Des Weiteren gibt es noch ein Problem darin, dass sich dann, wenn Silizium als Negativelektrodenaktivmaterialteilchen einer Gesamtfestkörpersekundärbatterie verwendet wird, das Negativelektrodenaktivmaterialteilchen durch das Laden und Entladen ausdehnt und schrumpft.
  • Es ist auch gefunden worden, dass bei einer Gesamtfestkörpersekundärbatterie ein winziger Kurzschluss (nachstehend als Mikrokurzschluss bezeichnet) verursacht werden könnte. Daher ist es eine Aufgabe, bei der Gesamtfestkörpersekundärbatterie einen Kurzschluss oder einen Mikrokurzschluss zwischen einer Positivelektrode und einer Negativelektrode zu verhindern.
  • Mittel zur Lösung des Problems
  • Um die vorstehenden Probleme zu lösen, wird ein Negativelektrodenaktivmaterialteilchen oder eine Vielzahl von Negativelektrodenaktivmaterialteilchen unter Verwendung einer Graphen-Verbindung gebunden oder befestigt, damit das Ausdehnen oder das Schrumpfen des Negativelektrodenaktivmaterialteilchens durch das Laden und Entladen unterdrückt wird.
  • Bei der Gesamtfestkörpersekundärbatterie ist der Widerstand an der Grenzfläche zwischen einem Festelektrolyten und einer Negativelektrode oder an der Grenzfläche zwischen einem Festelektrolyten und einer Positivelektrode am größten. Um den Grenzflächenwiderstand zu verringern, wird mindestens das Negativelektrodenaktivmaterialteilchen von einer Graphen-Verbindung umschlossen, damit die Leitfähigkeit erhöht werden kann. Alternativ wird ein Positivelektrodenaktivmaterialteilchen von einer Graphen-Verbindung umschlossen, um die Leitfähigkeit zu erhöhen. Eine Graphen-Verbindung, die Ladungsträgerionen, wie z. B. Lithiumionen, durchlässt, verhindert die Übertragung von Lithiumionen zwischen der Positivelektrode und der Negativelektrode beim Laden oder Entladen nicht.
  • Indem ein Negativelektrodenaktivmaterialteilchen oder eine Vielzahl von Negativelektrodenaktivmaterialteilchen unter Verwendung einer Graphen-Verbindung gebunden oder befestigt wird, kann verhindert werden, dass ein Nebenprodukt (wie z. B. ein Präzipitat) entsteht und ein Mikrokurzschluss verursacht wird.
  • Es sei angemerkt, dass ein Mikrokurzschluss einen winzigen Kurzschluss in einer Sekundärbatterie bezeichnet. Damit ist kein solches Phänomen, dass eine Positivelektrode und eine Negativelektrode der Sekundärbatterie kurzgeschlossen sind und das Laden und Entladen unmöglich werden, sondern ein Phänomen gemeint, bei dem ein geringer Kurzschlussstrom durch einen winzigen Kurzschlussabschnitt in einer Periode von länger als oder gleich 10 Nanosekunden und kürzer als 1 Mikrosekunde fließt. Man geht davon aus, dass ein Mikrokurzschluss wie folgt entsteht: Wenn das Laden und Entladen mehrmals durchgeführt werden, führt eine ungleichmäßige Verteilung von Positivelektrodenaktivmaterialteilchen zu einer lokalen Stromkonzentration in einem Teil der Positivelektrode und einem Teil der Negativelektrode, und ein Teil eines Separators funktioniert nicht mehr, oder ein Nebenprodukt (wie z. B. ein Präzipitat) entsteht, wodurch ein Mikrokurzschluss auftritt.
  • Außerdem könnte das wiederholte Auftreten von Mikrokurzschlüssen zu einer anormalen Wärmeerzeugung in einer Sekundärbatterie und schweren Unfällen, wie z. B. einem Brand, führen.
  • Damit eine lokale Stromkonzentration in einem Teil der Positivelektrode und einem Teil der Negativelektrode nicht verursacht wird, wird eine Oberfläche oder ein Innenteil der Negativelektrode von einer Graphen-Verbindung umschlossen und daher befestigt, um die Leitfähigkeit zu erhöhen.
  • Es handelt sich bei einer in dieser Beschreibung offenbarten Struktur um eine Gesamtfestkörperbatterie, die mindestens Positivelektrodenaktivmaterialteilchen, die Ladungsträgerionen enthalten, eine Vielzahl von Negativelektrodenaktivmaterialteilchen, eine Vielzahl von Festelektrolytteilchen und Graphen-Verbindungen umfasst, und bei der die Negativelektrodenaktivmaterialteilchen von der Graphen-Verbindung befestigt werden und die Ladungsträgerionen beim Laden das Graphen passieren und von den Negativelektrodenaktivmaterialteilchen aufgenommen werden.
  • Es handelt sich bei einer anderen Struktur der Erfindung um eine Gesamtfestkörperbatterie, die eine Vielzahl von Positivelektrodenaktivmaterialteilchen, die Ladungsträgerionen enthalten, eine Vielzahl von Negativelektrodenaktivmaterialteilchen, eine Vielzahl von Festelektrolytteilchen und eine Vielzahl von Graphen-Verbindungen umfasst, und bei der eines oder mehrere der Negativelektrodenaktivmaterialteilchen von einer oder mehreren der Graphen-Verbindungen befestigt wird/werden.
  • Es sei angemerkt, dass Graphen in dieser Beschreibung eine hexagonale Gitterstruktur von Kohlenstoff aufweist und einschichtiges Graphen und mehrschichtiges Graphen, das zwei bis einhundert Schichten aufweist, umfasst. Einschichtiges Graphen (ein Graphen) bedeutet eine Atomschicht eines Blattes aus Kohlenstoffmolekülen mit sp2-Bindungen. Der Ausdruck „eine Vielzahl von Graphen“ bedeutet mehrschichtiges Graphen oder eine Vielzahl von einschichtigen Graphen. Graphen besteht nicht notwendigerweise nur aus Kohlenstoff, sondern ein Teil von Graphen kann an Sauerstoff, Wasserstoff oder eine funktionelle Gruppe gebunden werden; solches Graphen kann auch als Graphen-Verbindung bezeichnet werden. Eine Graphen-Verbindung umfasst einen Graphen-Quantenpunkt. Eine Graphen-Verbindung kann ausgezeichnete elektrische Eigenschaften, d. h. eine hohe Leitfähigkeit, sowie ausgezeichnete physikalische Eigenschaften, d. h. eine hohe Flexibilität und eine hohe mechanische Festigkeit, aufweisen. Eine Graphen-Verbindung weist eine flache Form auf. Eine Graphen-Verbindung ermöglicht einen niederohmigen Oberflächenkontakt. Darüber hinaus weist eine Graphen-Verbindung in einigen Fällen auch bei geringer Dicke eine sehr hohe Leitfähigkeit auf und ermöglicht somit die effiziente Bildung eines Leitungspfades in einer Aktivmaterialschicht selbst bei einer geringen Menge. Eine Graphen-Verbindung kann unter Verwendung einer Sprühtrocknungsvorrichtung als Beschichtungsfilm ausgebildet werden, um die gesamte Oberfläche eines Aktivmaterials zu bedecken. Hierbei wird zum Beispiel insbesondere vorzugsweise Graphen, mehrschichtiges Graphen, ein Graphen-Quantenpunkt oder RGO als Graphen-Verbindung verwendet. Es sei angemerkt, dass sich RGO beispielsweise auf eine Verbindung bezieht, die durch Reduktion von Graphenoxid (GO) erhalten wird.
  • Es handelt sich bei einer anderen Struktur der Erfindung um eine Gesamtfestkörperbatterie, die eine Vielzahl von Positivelektrodenaktivmaterialteilchen, die Ladungsträgerionen enthalten, eine Vielzahl von Negativelektrodenaktivmaterialteilchen, eine Vielzahl von Festelektrolytteilchen und eine Vielzahl von Graphen-Verbindungen umfasst, und bei der eines oder mehrere der Positivelektrodenaktivmaterialteilchen von einer oder mehreren der Graphen-Verbindungen befestigt wird/werden.
  • Bei einer der vorstehenden Strukturen wird es bevorzugt, dass ein Oxid, das Lithium und Kobalt enthält, als Positivelektrodenaktivmaterialteilchen verwendet wird. Es wird stärker bevorzugt, dass das Positivelektrodenaktivmaterialteilchen beispielsweise eine Kristallstruktur aufweist, die durch eine Raumgruppe R-3m dargestellt wird. Das Positivelektrodenaktivmaterialteilchen weist vorzugsweise insbesondere eine nachstehend zu beschreibende Pseudo-Spinellstruktur auf, wenn die Ladetiefe groß ist.
  • Vorzugsweise ist die Konzentration von Halogen, wie z. B. Fluor, im Oberflächenteil des Positivelektrodenaktivmaterialteilchens höher als eine durchschnittliche Konzentration in einem gesamten Teilchen. Das Vorhandensein des Halogens in dem Oberflächenteil, der ein an die Elektrolytlösung angrenzender Bereich ist, kann die Korrosionsbeständigkeit gegen Flusssäure effektiv erhöhen.
  • Auf diese Weise weist der Oberflächenteil des Positivelektrodenaktivmaterialteilchens vorzugsweise eine höhere Konzentration von Fluor als diejenigen im Innenteil und eine Zusammensetzung auf, die sich von derjenigen im Innenteil unterscheidet. Bezüglich der Zusammensetzung weist der Oberflächenteil vorzugsweise eine Kristallstruktur auf, die bei Raumtemperatur stabil ist. Dazu kann der Oberflächenteil eine Kristallstruktur aufweisen, die sich von derjenigen des Innenteils unterscheidet. Beispielsweise kann mindestens ein Teil des Oberflächenteils des Positivelektrodenaktivmaterialteilchens eine Steinsalz-Kristallstruktur aufweisen. Wenn der Oberflächenteil und der Innenteil unterschiedliche Kristallstrukturen aufweisen, sind die Kristallorientierungen im Oberflächenteil und Innenteil vorzugsweise im Wesentlichen miteinander ausgerichtet.
  • Der Oberflächenteil des Positivelektrodenaktivmaterialteilchens soll mindestens ein Element M und im Entladezustand auch ein Element A enthalten und einen Weg zur Ein- und Auslagerung des Elements A umfassen. Es sei angemerkt, dass das Element A ein Metall ist, das als Ladungsträgerion dient. Als Element A kann beispielsweise ein Alkalimetall, wie z. B. Lithium, Natrium oder Kalium, oder ein Element der Gruppe 2, wie z. B. Calcium, Beryllium oder Magnesium, verwendet werden. Wenn Natrium ausgewählt wird, ist das Ladungsträgerion ein Natriumion.
  • Das Element M ist beispielsweise ein Übergangsmetall. Als Übergangsmetall kann beispielsweise mindestens eines von Kobalt, Mangan und Nickel verwendet werden. Das Positivelektrodenmaterial einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthält als Element M vorzugsweise z. B. eines oder mehrere von Kobalt, Nickel und Mangan, insbesondere Kobalt. Das Positivelektrodenmaterial einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann auch vorzugsweise in einer Position des Elements M ein Element, dessen Valenzzahl sich nicht verändert und gleich derjenigen des Elements M sein kann, wie z. B. Aluminium, insbesondere z. B. ein dreiwertiges repräsentatives Element, enthalten.
  • Eine Gesamtfestkörperbatterie kann auch eine Struktur aufweisen, bei der sowohl das Positivelektrodenaktivmaterialteilchen als auch das Negativelektrodenaktivmaterialteilchen von jeweiligen Graphen-Verbindungen umschlossen werden. Bei dieser Struktur werden sowohl eine Vielzahl von Positivelektrodenaktivmaterialteilchen, die Ladungsträgerionen enthalten, als auch eine Vielzahl von ersten Festelektrolytteilchen von einer ersten Graphen-Verbindung mindestens teilweise oder vollständig umschlossen, werden sowohl eine Vielzahl von Negativelektrodenaktivmaterialteilchen als auch eine Vielzahl von zweiten Festelektrolytteilchen von einer zweiten Graphen-Verbindung mindestens teilweise oder vollständig umschlossen, und sind dritte Festelektrolytteilchen zwischen der ersten Graphen-Verbindung und der zweiten Graphen-Verbindung, die sich mit der ersten Graphen-Verbindung überlappt, enthalten.
  • Es handelt sich bei einer anderen Struktur der Erfindung um eine Gesamtfestkörperbatterie, bei der eine Vielzahl von Gruppen aneinander benachbart ist, wobei in jeder Gruppe sowohl eine Vielzahl von Positivelektrodenaktivmaterialteilchen, die Ladungsträgerionen enthalten, als auch eine Vielzahl von ersten Festelektrolytteilchen von einer ersten Graphen-Verbindung umschlossen werden, eine Vielzahl von Negativelektrodenaktivmaterialteilchen und eine Vielzahl von zweiten Festelektrolytteilchen von einer zweiten Graphen-Verbindung umschlossen werden, und dritte Festelektrolytteilchen zwischen den Gruppen der ersten Graphen-Verbindung und der zweiten Graphen-Verbindung, die sich mit den Gruppen der ersten Graphen-Verbindung überlappt, enthalten sind.
  • Bei jeder der vorstehenden Strukturen enthalten die ersten, zweiten und dritten Festelektrolytteilchen die gleiche Komponente. Wenn Materialien mit der gleichen Komponente verwendet werden, können die Herstellungskosten verringert werden, da das gleiche Material verwendet wird. Alternativ können die ersten, zweiten und dritten Festelektrolytteilchen unterschiedliche Materialien enthalten. Wenn die ersten, zweiten und dritten Festelektrolytteilchen unterschiedliche Materialien enthalten, wird ein Material, das dem zu verwendenden Positivelektrodenaktivmaterialteilchen passt, für die ersten Festelektrolytteilchen und ein Material, das dem zu verwendenden Negativelektrodenaktivmaterialteilchen passt, für die zweiten Festelektrolytteilchen verwendet. Wenn ein Material einem anderen Material passt, wird in dem Fall, in dem die Materialien in Kontakt miteinander sind und das Laden und Entladen durchgeführt werden, kein unerwünschtes Nebenprodukt oder dergleichen erzeugt.
  • Bei jeder der vorstehenden Strukturen kann verhindert werden, dass ein Nebenprodukt (wie z. B. ein Präzipitat) bei der Negativelektrode entsteht und ein Mikrokurzschluss auftritt.
  • Bei der Gesamtfestkörperbatterie wird kein brennbares organisches Lösungsmittel verwendet, so dass eine Sicherheitsvorrichtung vereinfacht wird und die Herstellungskosten und die Produktivität verbessert werden.
  • Indem eine Reduktionsbehandlung oder dergleichen an Graphenoxid durchgeführt wird, wird Graphen oder eine Graphen-Verbindung ausgebildet.
  • Graphenoxid weist eine Epoxygruppe, eine Carbonylgruppe, eine Carboxylgruppe, eine Hydroxylgruppe oder dergleichen auf. In einer Lösung mit einer Polarität sammeln sich unterschiedliche Graphenoxide nicht leicht an, denn Sauerstoff in der Funktionsgruppe ist negativ geladen. Daher dispergieren sich Graphenoxide mit höherer Wahrscheinlichkeit gleichmäßig in einer Flüssigkeit mit einer Polarität.
  • Bei jeder der vorstehenden Strukturen kann als Festelektrolytteilchen ein auf Sulfid basierender Festelektrolyt oder ein auf Oxid basierender Festelektrolyt verwendet werden.
  • Beispiele für den auf Sulfid basierenden Festelektrolyten umfassen Lithium-Verbund-Sulfid-Materialien, wie z. B. Li2S-SiS2-Li3PO4, Li2S-P2S5, Li2S-SiS2-Ga2S3, Lil-Li2S-P2S5, Lil-Li2S-B2S3, Lil-Li2S-SiS2, Li3PO4-Li2S-SiS2 und Li4SiO4-Li2S-SiS2.
  • Beispiele für den auf Oxid basierenden Festelektrolyten umfassen Lithiumverbundoxide und Lithiumoxidmaterialien, wie z. B. LiPON, Li2O, Li2CO3, Li2MoO4, Li3PO4, Li3VO4, Li4SiO4, LLT(La2/3-xLi3xTiO3) und LLZ(Li7La3Zr2O12).
  • LLZ ist ein Granatoxid, das Li, La und Zr enthält, und kann eine Verbindung sein, die Al, Ga oder Ta enthält.
  • Alternativ kann ein Polymer-Festelektrolyt, wie z. B. PEO (Polyethylenoxid), der durch ein Beschichtungsverfahren oder dergleichen ausgebildet wird, verwendet werden. Alternativ kann ein Verbund-Festelektrolyt, der einen der vorstehenden anorganischen Festelektrolyten und den Polymer-Festelektrolyten enthält, verwendet werden.
  • In dieser Beschreibung und dergleichen bezieht sich ein Oberflächenteil eines Teilchens eines Aktivmaterials oder dergleichen auf einen Bereich von seiner Oberfläche bis zu einer Tiefe von ungefähr 10 nm. Es kann auch eine Ebene, die auf einen Spalt bzw. Riss zurückzuführen ist, als Oberfläche bezeichnet werden. Ein Bereich, der tiefer ist als der Oberflächenteil, bezieht sich auf einen Innenteil.
  • In dieser Beschreibung und dergleichen bezieht sich eine geschichtete Steinsalz-Kristallstruktur, die in einem Lithium und ein Übergangsmetall enthaltenden Verbundoxid enthalten ist, auf eine Kristallstruktur, die eine Steinsalzionenanordnung, in der Kationen und Anionen abwechselnd angeordnet sind, aufweist und bei der das Übergangsmetall und das Lithium regelmäßig angeordnet sind, um eine zweidimensionale Ebene zu bilden, so dass das Lithium zweidimensional diffundieren kann. Es sei angemerkt, dass ein Defekt, wie z. B. eine Kationen- oder Anionenfehlstelle, bestehen kann. In der geschichteten Steinsalz-Kristallstruktur ist streng genommen ein Gitter eines Steinsalzkristalls in einigen Fällen verzerrt.
  • In dieser Beschreibung und dergleichen bezieht sich eine Steinsalz-Kristallstruktur auf eine Struktur, bei der Kationen und Anionen abwechselnd angeordnet sind. Es sei angemerkt, dass eine Kationen- oder Anionenfehlstelle bestehen kann.
  • In dieser Beschreibung und dergleichen bezieht sich eine Pseudo-Spinell-Kristallstruktur eines Verbundoxides, das Lithium und ein Übergangsmetall enthält, auf eine Kristallstruktur mit einer Raumgruppe R-3m. Diese Kristallstruktur unterscheidet sich von einer Spinell-Kristallstruktur und bezieht sich auf eine Kristallstruktur, bei der Sauerstoff an Ionen, wie z. B. Kobalt und Magnesium, hexakoordiniert ist und die Anordnung der Kationen eine Symmetrie aufweist, die derjenigen der Spinell-Kristallstruktur ähnlich ist. Es sei angemerkt, dass bei der Pseudo-Spinell-Kristallstruktur Sauerstoff in einigen Fällen an ein leichtes Element, wie z. B. Lithium, tetrakoordiniert ist; auch in diesem Fall weist die Anordnung der Ionen eine Symmetrie auf, die derjenigen der Spinell-Kristallstruktur ähnlich ist.
  • Die Pseudo-Spinell-Kristallstruktur kann auch als Kristallstruktur betrachtet werden, die zufällig Li zwischen Schichten enthält aber einer CdCl2-Kristallstruktur ähnlich ist. Obwohl die Kristallstruktur, die der CdCl2-Kristallstruktur ähnlich ist, nahezu gleich einer Kristallstruktur eines Lithium-Nickel-Oxides (Li0,06NiO2) ist, das bis zu einer Ladetiefe von 0,94 geladen worden ist, ist es bekannt, dass reines Lithium-Kobalt-Oxid oder ein kobaltreiches Positivelektrodenaktivmaterialteilchen mit einer geschichteten Steinsalzstruktur üblicherweise keine solche Kristallstruktur aufweist.
  • Anionen eines geschichteten Steinsalzkristalls und Anionen eines Steinsalzkristalls bilden jeweils eine kubisch dichtest gepackte Struktur (kubisch flächenzentrierte Gitterstruktur). Es wird angenommen, dass auch Anionen eines Pseudo-Spinellkristalls eine kubisch dichtest gepackte Struktur bilden. Wenn diese in Kontakt miteinander sind, gibt es eine Kristallebene, an der die Orientierungen der kubisch dichtest gepackten Strukturen, die aus Anionen bestehen, miteinander ausgerichtet sind. Es sei angemerkt, dass Raumgruppen des geschichteten Steinsalzkristalls und des Pseudo-Spinellkristalls R-3m sind, die sich von Raumgruppen des Steinsalzkristalls, Fm-3m (Raumgruppe eines allgemeinen Steinsalzkristalls) und Fd-3m (Raumgruppe eines Steinsalzkristalls mit einfachster Symmetrie), unterscheidet; somit unterscheidet sich der Miller-Index der Kristallebene, der die vorstehenden Bedingungen in dem geschichteten Steinsalzkristall und dem Pseudo-Spinellkristall erfüllt, von demjenigen in dem Steinsalzkristall. In dieser Beschreibung wird in dem geschichteten Steinsalzkristall, dem Pseudo-Spinellkristall und dem Steinsalzkristall in einigen Fällen ein Zustand, in dem die Orientierungen der kubisch dichtest gepackten Strukturen, die aus Anionen bestehen, miteinander ausgerichtet sind, als Zustand bezeichnet, in dem die Kristallorientierungen im Wesentlichen miteinander ausgerichtet sind.
  • Ob die Kristallorientierungen in zwei Bereichen im Wesentlichen miteinander ausgerichtet sind, kann durch ein Transmissionselektronenmikroskop- (TEM-) Bild, ein Rastertransmissionselektronenmikroskop- (scanning transmission electron microscope, STEM-) Bild, ein Bild eines Rastertransmissionselektronenmikroskops mit ringförmigem Dunkelfeld bei großem Winkel (high-angle annular dark field scanning transmission electron microscope, HAADF-STEM), ein Bild eines Rastertransmissionselektronenmikroskops mit ringförmigem Hellfeld (annular bright-field scanning transmission electron microscope, ABF-STEM) und dergleichen beurteilt werden. Röntgenbeugung (X-ray diffraction, XRD), Elektronenbeugung, Neutronenbeugung und dergleichen können auch zur Beurteilung verwendet werden. In dem TEM-Bild und dergleichen können die Anordnungen von Kationen und Anionen als Wiederholung von hellen Linien und dunklen Linien beobachtet werden. Wenn die Orientierungen der kubisch dichtest gepackten Strukturen des geschichteten Steinsalzkristalls und des Steinsalzkristalls miteinander ausgerichtet sind, kann ein Zustand, in dem der Winkel zwischen der Wiederholung der hellen Linien und dunklen Linien in dem ersteren Kristall und derjenigen in dem letzteren Kristall 5° oder weniger, vorzugsweise 2,5° oder weniger ist, beobachtet werden. Es sei angemerkt, dass in dem TEM-Bild und dergleichen in einigen Fällen ein leichtes Element, typischerweise Sauerstoff oder Fluor, nicht deutlich beobachtet werden kann; in diesem Fall kann jedoch die Ausrichtung der Orientierungen durch die Anordnung von Metallelementen beurteilt werden.
  • In dieser Beschreibung und dergleichen bezieht sich die theoretische Kapazität eines Positivelektrodenaktivmaterials auf eine elektrische Größe in dem Fall, in dem in dem Positivelektrodenaktivmaterial enthaltenes, ein- und auslagerbares Lithium vollständig ausgelagert ist. Beispielsweise beträgt die theoretische Kapazität von LiCoO2 274 mAh/g, die theoretische Kapazität von LiNiO2 beträgt 274 mAh/g und die theoretische Kapazität von LiMn2O4 beträgt 148 mAh/g.
  • In dieser Beschreibung und dergleichen wird es angenommen, dass die Ladetiefe in dem Fall, in dem ein- und auslagerbares Lithium vollständig eingelagert ist, 0 beträgt und die Ladetiefe in dem Fall, in dem in dem Positivelektrodenaktivmaterial enthaltenes, ein- und auslagerbares Lithium vollständig ausgelagert ist, 1 beträgt.
  • In dieser Beschreibung und dergleichen bezieht sich eine Ladung auf eine Übertragung von Lithiumionen aus einer Positivelektrode auf eine Negativelektrode in einer Batterie sowie eine Übertragung von Elektronen aus einer Negativelektrode auf eine Positivelektrode in einer externen Schaltung. Bezüglich eines Positivelektrodenaktivmaterials bezieht sich eine Ladung auf eine Auslagerung von Lithiumionen. Ein Positivelektrodenaktivmaterial mit einer Ladetiefe von mehr als oder gleich 0,7 und weniger als oder gleich 0,9 wird in einigen Fällen als mit hoher Spannung geladenes Positivelektrodenaktivmaterial bezeichnet.
  • In ähnlicher Weise bezieht sich eine Entladung auf eine Übertragung von Lithium ionen aus einer Negativelektrode auf eine Positivelektrode in einer Batterie sowie eine Übertragung von Elektronen aus einer Positivelektrode auf eine Negativelektrode in einer externen Schaltung. Bezüglich eines Positivelektrodenaktivmaterials bezieht sich eine Entladung auf eine Einlagerung von Lithiumionen. Ein Positivelektrodenaktivmaterial mit einer Ladetiefe von weniger als oder gleich 0,06 oder ein Positivelektrodenaktivmaterial, bei dem 90 % oder mehr der Ladekapazität von einem Zustand, in dem das Positivelektrodenaktivmaterial mit hoher Spannung geladen worden ist, entladen wird, wird als ausreichend entladenes Positivelektrodenaktivmaterial bezeichnet.
  • Wirkung der Erfindung
  • Indem ein Negativelektrodenaktivmaterialteilchen oder ein Positivelektrodenaktivmaterialteilchen unter Verwendung einer Graphen-Verbindung derart befestigt wird, dass es umschlossen wird, kann eine Belastung durch das Ausdehnen oder das Schrumpfen des Negativelektrodenaktivmaterialteilchens oder des Positivelektrodenaktivmaterialteilchens erleichtert werden. Daher kann eine Verschlechterung der Eigenschaften des Negativelektrodenaktivmaterialteilchens oder des Positivelektrodenaktivmaterialteilchens durch das Ausdehnen oder das Schrumpfen während des Ladens oder Entladens verhindert werden.
  • Figurenliste
    • 1 ist ein Beispiel für eine schematische Querschnittsansicht einer Sekundärbatterie einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
    • 2 stellt ein Beispiel für eine Negativelektrode einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar.
    • 3 stellt ein Beispiel für eine Negativelektrode einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar.
    • 4 stellt ein Beispiel für eine Negativelektrode einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar.
    • 5A ist eine perspektivische Ansicht einer Gesamtfestkörperbatterie, und 5B ist eine Querschnittsansicht derselben.
    • 6A, 6B, 6C und 6D sind jeweils eine perspektivische Ansicht einer Gesamtfestkörperbatterie.
    • 7A und 7B sind jeweils eine perspektivische Ansicht einer Gesamtfestkörperbatterie.
    • 8A, 8B und 8C stellen jeweils ein Beispiel für ein Fahrzeug dar.
    • 9A, 9B, 9C, 9D und 9E sind jeweils eine perspektivische Ansicht, die ein Beispiel für ein elektronisches Gerät darstellt.
    • 10 ist eine perspektivische Ansicht, die ein Beispiel für eine Energiespeichervorrichtung darstellt.
    • 11 zeigt ein Beispiel für ein Herstellungsverfahren eines Positivelektrodenaktivmaterials.
  • Ausführungsformen der Erfindung
  • Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nachstehend anhand der Zeichnungen ausführlich beschrieben. Es sei angemerkt, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die folgende Beschreibung beschränkt ist und es für den Fachmann leicht ersichtlich ist, dass Modi und Details auf verschiedene Weise geändert werden können. Außerdem sollte die vorliegende Erfindung nicht als auf die folgende Beschreibung der Ausführungsformen beschränkt ausgelegt werden.
  • (Ausführungsform 1)
  • Bei dieser Ausführungsform wird ein Beispiel zum Herstellen einer Gesamtfestkörpersekundärbatterie beschrieben, bei der reduziertes Graphenoxid an einer Positivelektrode, einem Oxidfestelektrolyten, einer Negativelektrode und einer Oberfläche der Negativelektrode angebracht und befestigt wird, wodurch das Ausdehnen und das Schrumpfen durch das Laden und Entladen unterdrückt werden und die Ionenleitfähigkeit erhöht wird.
  • 1 stellt ein Konzept einer Querschnittsstruktur einer Festkörperbatterie dar.
  • Eine Vielzahl von Festelektrolytteilchen 105 wird zwischen einem Positivelektrodenstromkollektor 111 und einem Negativelektrodenstromkollektor 110 bereitgestellt. Der Positivelektrodenstromkollektor und der Negativelektrodenstromkollektor können unter Verwendung eines bekannten Metallmaterials, das für eine Gesamtfestkörperbatterie verwendet werden kann, ausgebildet werden und eines oder mehrere von Cu, Ni, Al, V, Au, Pt, Mg, Fe, Ti, Cr, Zn, Ge und In enthalten.
  • Beispiele für die Festkörperbatterie umfassen eine Dünnschicht-Gesamtfestkörperbatterie und eine Bulk-Gesamtfestkörperbatterie. Die Dünnschicht-Gesamtfestkörperbatterie wird erhalten, indem Dünnfilme übereinander angeordnet werden, und die Bulk-Gesamtfestkörperbatterie wird erhalten, indem mikroskopische Teilchen abgeschieden werden. 1 ist ein Beispiel für die Bulk-Gesamtfestkörperbatterie.
  • Wie in 1 dargestellt, werden Positivelektrodenaktivmaterialteilchen 104 in der Umgebung des Positivelektrodenstromkollektors 111 und Negativelektrodenaktivmaterialteilchen 103 in der Umgebung des Negativelektrodenstromkollektors 110 bereitgestellt, und die Festelektrolytteilchen 105 sind platziert, um Lücken dazwischen zu füllen.
  • Für das Negativelektrodenaktivmaterialteilchen kann ein Element, das Lade- und Entladereaktionen durch eine Legierungsreaktion und eine Entlegierungsreaktion mit Lithium ermöglicht, verwendet werden. Beispielsweise kann ein Material, das mindestens eines von Silizium, Zinn, Gallium, Aluminium, Germanium, Blei, Antimon, Bismut, Silber, Zink, Cadmium, Indium und dergleichen enthält, verwendet werden. Derartige Elemente weisen eine höhere Kapazität auf als Kohlenstoff. Im Besonderen weist Silizium eine hohe theoretische Kapazität von 4200 mAh/g auf. Aus diesem Grund wird Silizium vorzugsweise für das Negativelektrodenaktivmaterialteilchen verwendet. Alternativ kann eine Verbindung verwendet werden, die ein beliebiges der vorstehenden Elemente enthält. Beispiele dafür umfassen SiO, Mg2Si, Mg2Ge, SnO, SnO2, Mg2Sn, SnS2, V2Sn3, FeSn2, CoSn2, Ni3Sn2, Cu6Sn5, Ag3Sn, Ag3Sb, Ni2MnSb, CeSb3, LaSn3, La3Co2Sn7, CoSb3, InSb und SbSn. Hier werden gegebenenfalls ein Element, das Lade- und Entladereaktionen durch eine Legierungsreaktion und eine Entlegierungsreaktion mit Lithium ermöglicht, eine Verbindung, die das Element enthält, und dergleichen als auf einer Legierung basierendes Material bezeichnet.
  • In dieser Beschreibung und dergleichen bezeichnet SiO beispielsweise Siliziummonoxid. SiO kann alternativ durch SiOx dargestellt werden. Hier weist x vorzugsweise einen Annäherungswert von 1 auf. Zum Beispiel ist x vorzugsweise mehr als oder gleich 0,2 und weniger als oder gleich 1,5, bevorzugt mehr als oder gleich 0,3 und weniger als oder gleich 1,2.
  • Als Negativelektrodenaktivmaterialteilchen kann ein Oxid, wie z. B. Titandioxid (TiO2), Lithiumtitanoxid (Li4Ti5O12), eine Lithium-Graphit-Einlagerungsverbindung (LixC6), Niobpentoxid (Nb2O5), Wolframoxid (WO2) oder Molybdänoxid (MoO2), verwendet werden.
  • Des Weiteren wird eine erste Graphen-Verbindung 101 bereitgestellt, um den Negativelektrodenstromkollektor 110 und die Vielzahl von Negativelektrodenaktivmaterialteilchen 103 zu umschließen. Mit der ersten Graphen-Verbindung 101 wird das Negativelektrodenaktivmaterialteilchen oder die Vielzahl von Negativelektrodenaktivmaterialteilchen an dem Negativelektrodenstromkollektor 110 befestigt. Indem das Negativelektrodenaktivmaterialteilchen oder die Vielzahl von Negativelektrodenaktivmaterialteilchen unter Verwendung der ersten Graphen-Verbindung 101 gebunden oder befestigt wird, kann verhindert werden, dass ein Nebenprodukt (wie z. B. ein Präzipitat) entsteht und ein Mikrokurzschluss verursacht wird.
  • Die erste Graphen-Verbindung 101 umschließt, zusätzlich zu der Vielzahl von Negativelektrodenaktivmaterialteilchen 103, die Vielzahl von Festelektrolytteilchen.
  • 1 stellt ein Beispiel dar, in dem eine Schicht aus der Vielzahl von Festelektrolytteilchen 105 zwischen dem Positivelektrodenstromkollektor 111 und dem Negativelektrodenstromkollektor 110 bereitgestellt wird und die Festelektrolytteilchen 105 und die Festelektrolytteilchen, die von der ersten Graphen-Verbindung 101 umschlossen werden, die gleiche Komponente enthalten.
  • Eine Struktur, die mindestens den Positivelektrodenstromkollektor 111 und die Positivelektrodenaktivmaterialteilchen 104 umfasst, dient als Positivelektrode, und diese Positivelektrode wird von einer zweiten Graphen-Verbindung 102 umschlossen.
  • 1 stellt ein Beispiel dar, in dem die Festelektrolytteilchen 105 und die Festelektrolytteilchen, die von der zweiten Graphen-Verbindung 102 umschlossen werden, die gleiche Komponente enthalten. Der Abstand zwischen der ersten Graphen-Verbindung 101 und der zweiten Graphen-Verbindung 102 ist größer als oder gleich 0,1 µm und kleiner als oder gleich 1 mm, bevorzugt größer als oder gleich 1 µm und kleiner als oder gleich 100 µm, obwohl er von dem Material der Festelektrolytteilchen 105 abhängt.
  • 2 ist eine schematische Querschnittsansicht, die einen Zustand darstellt, in dem die Festelektrolytteilchen, die Negativelektrodenaktivmaterialteilchen 103 und der Negativelektrodenstromkollektor 110 von der ersten Graphen-Verbindung 101 umschlossen sind. Nachdem der Zustand in 2 erhalten worden ist, kann ein Backen oder ein Drücken-Schritt durchgeführt werden.
  • Nachdem die Negativelektrodenaktivmaterialteilchen 103 und die Festelektrolytteilchen über dem Negativelektrodenstromkollektor 110 angeordnet worden sind, wird reduziertes Graphenoxid (RGO) angebracht, um den Negativelektrodenstromkollektor 110, die Festelektrolytteilchen und die Negativelektrodenaktivmaterialteilchen 103 zu umschließen.
  • Eine Verbindung, die durch Reduktion von Graphenoxid erhalten werden kann, wird in einigen Fällen als reduziertes Graphenoxid (RGO) bezeichnet. Bei RGO werden in einigen Fällen nicht sämtliche der Sauerstoffatome, die in dem Graphenoxid enthalten sind, extrahiert und einige von ihnen verbleiben in einem Zustand von Sauerstoff oder einer sauerstoffhaltigen Atomgruppe, die an Kohlenstoff gebunden ist. In einigen Fällen umfasst RGO eine funktionelle Gruppe, z. B. eine Epoxidgruppe, eine Carbonylgruppe, wie z. B. eine Carboxygruppe, oder eine Hydroxylgruppe. Eine Graphen-Verbindung in dieser Beschreibung und dergleichen kann einen Vorläufer von Graphen enthalten. Der Vorläufer von Graphen bezieht sich auf eine Substanz, die zum Ausbilden von Graphen verwendet wird. Der Vorläufer von Graphen kann beispielsweise das vorstehend beschriebene Graphenoxid, Graphitoxid oder dergleichen enthalten. Graphen, das ein Alkalimetall oder ein anderes Element als Kohlenstoff, wie z. B. Sauerstoff, enthält, wird in einigen Fällen als Graphen-Analogon bezeichnet. In dieser Beschreibung und dergleichen umfassen Graphen-Verbindungen Graphen-Analoga. Eine Graphen-Verbindung umfasst einen Graphen-Quantenpunkt.
  • Nachdem die Festelektrolytteilchen, die Positivelektrodenaktivmaterialteilchen 104 und der Positivelektrodenstromkollektor 111 von der zweiten Graphen-Verbindung 102 umschlossen worden sind, wird die Vielzahl von Festelektrolytteilchen 105 zwischen der ersten Graphen-Verbindung 101 und der zweiten Graphen-Verbindung 102 angeordnet, wodurch die Festkörperbatterie hergestellt wird. Daher werden die Festelektrolytteilchen bei der Herstellung zu unterschiedlichen Zeitpunkten zugesetzt. Auch wenn die Festelektrolytteilchen unter Verwendung des gleichen Materials ausgebildet werden, könnte sich ihre Qualität in Abhängigkeit vom verwendeten Negativelektrodenaktivmaterial, Positivelektrodenaktivmaterial und Herstellungsprozess teilweise verändern. In 1 werden die Festelektrolytteilchen derart dargestellt, dass sie gleich sind.
  • In der Praxis können mehrere Arten von Teilchen zwischen dem Positivelektrodenstromkollektor 111 und dem Negativelektrodenstromkollektor 110 durch Druckpressung gefüllt werden, so dass ein Raum möglichst verringert wird.
  • Hierbei kann die in 1 dargestellte Schichtanordnung erhalten werden. Für das Binden wird eine Wärmebehandlung oder ein Drücken-Schritt an der Schichtanordnung durchgeführt, um die Dichte zu erhöhen. Es sei angemerkt, dass eine Erwärmung beim Drücken-Schritt durchgeführt werden kann.
  • Die erhaltene Schichtanordnung wird in einem Außenteil, wie z. B. einem laminierten Film oder einer Metalldose, gelagert. Auf diese Weise kann die Gesamtfestkörperbatterie hergestellt werden.
  • (Ausführungsform 2)
  • Bei dieser Ausführungsform wird ein Beispiel, das sich teilweise von der Ausführungsform 1 unterscheidet, nachstehend anhand von 3 beschrieben.
  • 3 stellt ein Beispiel dar, in dem der Stromkollektor nicht von der Graphen-Verbindung umschlossen wird. In dem Beispiel der 3 werden die Festelektrolytteilchen und die Negativelektrodenaktivmaterialteilchen 103 von der ersten Graphen-Verbindung 101 umschlossen.
  • Durch Übereinanderanordnen in Kombination mit der bei der Ausführungsform 1 dargestellten Positivelektrode kann die Gesamtfestkörperbatterie hergestellt werden.
  • Alternativ kann die Gesamtfestkörperbatterie hergestellt werden, indem die Positivelektrode ausgebildet wird, ohne dass der Positivelektrodenstromkollektor von der zweiten Graphen-Verbindung 102 umschlossen wird, und dann die Positivelektrode und die Negativelektrode in 2 übereinander angeordnet werden.
  • Diese Ausführungsform kann mit der Ausführungsform 1 frei kombiniert werden.
  • (Ausführungsform 3)
  • Bei dieser Ausführungsform wird ein Beispiel, das sich teilweise von der Ausführungsform 1 unterscheidet, nachstehend anhand von 4 beschrieben.
  • 4 stellt eine Vielzahl von Gruppen, die von dem ersten Graphen umschlossen werden, insbesondere eine Struktur dar, bei der die Festelektrolytteilchen und die Negativelektrodenaktivmaterialteilchen 103 von den ersten Graphen-Verbindungen 101 umschlossen werden. 4 stellt sieben Gruppen dar. Die Festelektrolytteilchen werden in Lücken dazwischen bereitgestellt.
  • Durch Übereinanderanordnen der in 4 dargestellten Negativelektrode in Kombination mit der bei der Ausführungsform 1 dargestellten Positivelektrode kann die Gesamtfestkörperbatterie hergestellt werden.
  • Nachdem wie bei der in 4 dargestellten Negativelektrode eine Vielzahl von Gruppen mit den zweiten Graphen-Verbindungen 102 ausgebildet worden ist, um die Positivelektrode auszubilden, wird die Positivelektrode über der Negativelektrode in 4 angeordnet, so dass die Gesamtfestkörperbatterie hergestellt werden kann.
  • Alternativ kann die Gesamtfestkörperbatterie hergestellt werden, indem die Positivelektrode ausgebildet wird, ohne dass der Positivelektrodenstromkollektor von der zweiten Graphen-Verbindung 102 umschlossen wird, und dann die Positivelektrode und die Negativelektrode in 4 übereinander angeordnet werden.
  • Diese Ausführungsform kann mit der Ausführungsform 1 oder 2 frei kombiniert werden.
  • Beispielsweise kann die Positivelektrode, die wie in 3 von der Graphen-Verbindung umschlossen wird, mit der Negativelektrode, die bei dieser Ausführungsform beschrieben wird und in 4 dargestellt wird, kombiniert werden, um die Gesamtfestkörperbatterie herzustellen.
  • (Ausführungsform 4)
  • Bei dieser Ausführungsform wird ein Beispiel für ein Herstellungsverfahren der Positivelektrode beschrieben.
  • Ein Beispiel für ein Herstellungsverfahren des Positivelektrodenaktivmaterials wird anhand von 11 beschrieben.
  • Wie in einem Schritt S11 in 11 gezeigt, werden zuerst als Materialien einer Mischung 902 Lithiumfluorid, das eine Fluorquelle ist, und Magnesiumfluorid, das eine Magnesiumquelle ist, vorbereitet. Insbesondere wird Lithiumfluorid bevorzugt, da es einen relativ niedrigen Schmelzpunkt von 848 °C aufweist und sich leicht in einem Glühschritt auflöst, der später beschrieben wird. Das heißt, dass Lithiumfluorid sowohl als Lithiumquelle als auch als Fluorquelle verwendet werden kann. Ebenfalls kann Magnesiumfluorid sowohl als Fluorquelle als auch als Magnesiumquelle verwendet werden.
  • Bei dieser Ausführungsform wird als Fluorquelle und Lithiumquelle Lithiumfluorid LiF vorbereitet, und als Fluorquelle und Magnesiumquelle wird Magnesiumfluorid MgF2 vorbereitet (Schritt S11 in 11). Für das Molverhältnis von Lithiumfluorid LiF zu Magnesiumfluorid MgF2 gilt somit bevorzugt LiF:MgF2 = x:1 (0 ≤ x ≤ 1,9), stärker bevorzugt LiF:MgF2 = x: 1 (0,1 ≤ x <_ 0,5), noch stärker bevorzugt LiF:MgF2 = x:1 (x = 0,33 oder in der Nähe davon).
  • Wenn ein anschließender Misch- und Pulverisierungsschritt durch ein Nassverfahren durchgeführt wird, wird ein Lösungsmittel vorbereitet. Als Lösungsmittel kann ein Keton, wie z. B. Aceton, ein Alkohol, wie z. B. Ethanol oder Isopropanol, Ether, Dioxan, Acetonitril, N-Methyl-2-Pyrrolidon (NMP) oder dergleichen verwendet werden. Vorzugsweise wird ein aprotisches Lösungsmittel verwendet, das mit geringerer Wahrscheinlichkeit mit Lithium reagiert. Bei dieser Ausführungsform wird Aceton verwendet (siehe Schritt S11 in 11).
  • Als Nächstes werden die vorstehenden Materialien der Mischung 902 vermischt und pulverisiert (Schritt S12 in 11). Das Mischen kann zwar entweder durch ein Trockenverfahren oder ein Nassverfahren durchgeführt werden, aber ein Nassverfahren wird bevorzugt, da die Materialien feiner pulverisiert werden können. Beispielsweise kann eine Kugelmühle oder eine Perlmühle für das Mischen verwendet werden. Wenn eine Kugelmühle verwendet wird, wird vorzugsweise zum Beispiel eine Zirkonia-Kugel als Medium verwendet. Dieser Misch- und Pulverisierungsschritt wird vorzugsweise ausreichend durchgeführt, um die Mischung 902 fein zu pulverisieren.
  • Ein durch Mischen und Pulverisieren resultierendes Material wird gesammelt (Schritt S13 in 11), um die Mischung 902 zu erhalten (Schritt S14 in 11).
  • Die Mischung 902 weist vorzugsweise einen D50 von bevorzugt mehr als oder gleich 600 nm und weniger als oder gleich 20 µm, stärker bevorzugt mehr als oder gleich 1 µm und weniger als oder gleich 10 µm auf. Die auf diese Weise fein pulverisierte Mischung 902 erleichtert, dass die Mischung 902 gleichmäßig auf eine Oberfläche eines Teilchens eines Verbundoxides, das Lithium, ein Übergangsmetall und Sauerstoff enthält, aufgetragen wird, wenn sie mit dem Verbundoxid in einem späteren Schritt vermischt wird. Wenn die Mischung 902 gleichmäßig auf der Oberfläche des Teilchens des Verbundoxides aufgetragen ist, können sich Halogen und Magnesium nach einer Erwärmung leicht im Oberflächenteil des Teilchens des Verbundoxides verteilen, was vorzuziehen ist. Wenn der Oberflächenteil einen Bereich umfasst, der weder Halogen noch Magnesium enthält, könnte es schwierig sein, in einem Ladezustand die vorstehend beschriebene Pseudo-Spinell-Kristallstruktur zu erhalten.
  • Als Nächstes wird, wie in einem Schritt S25 gezeigt, eine Lithiumquelle vorbereitet. Im Schritt S25 wird ein im Voraus hergestelltes Verbundoxid, das Lithium, ein Übergangsmetall und Sauerstoff enthält, verwendet.
  • Als im Voraus hergestelltes Lithium-Kobalt-Oxid kann beispielsweise ein Lithium-Kobalt-Oxid-Teilchen, hergestellt von NIPPON CHEMICAL INDUSTRIAL CO., LTD. (Produktname: CELLSEED C-10N), verwendet werden. Bei diesem Teilchen handelt es sich um ein Lithium-Kobalt-Oxid, das einen durchschnittlichen Teilchendurchmesser (D50) von ungefähr 12 µm aufweist und in dem bei einer Verunreinigungsanalyse durch Massenspektrometrie mit Glimmentladung (GD-MS) die Magnesiumkonzentration und die Fluorkonzentration jeweils 50 ppm Gew. oder niedriger betragen, die Calciumkonzentration, die Aluminiumkonzentration und die Siliziumkonzentration jeweils 100 ppm Gew. oder niedriger betragen, die Nickelkonzentration 150 ppm Gew. oder niedriger beträgt, die Schwefelkonzentration 500 ppm Gew. oder niedriger beträgt, die Arsenkonzentration 1100 ppm Gew. oder niedriger beträgt und die Konzentration eines Elements, das sich von Lithium, Kobalt und Sauerstoff unterscheidet, 150 ppm Gew. oder niedriger beträgt.
  • Das im Schritt S25 verwendete Verbundoxid, das Lithium, ein Übergangsmetall und Sauerstoff enthält, weist vorzugsweise eine geschichtete Steinsalz-Kristallstruktur mit wenigen Defekten und Verzerrungen auf. Daher wird ein Verbundoxid mit wenigen Verunreinigungen bevorzugt. Wenn das Verbundoxid, das Lithium, ein Übergangsmetall und Sauerstoff enthält, viel Verunreinigungen enthält, ist die Wahrscheinlichkeit hoch, dass eine Kristallstruktur mit vielen Defekten oder Verzerrungen erhalten wird.
  • Als Nächstes werden die Mischung 902 und das Verbundoxid, das Lithium, ein Übergangsmetall und Sauerstoff enthält, vermischt (Schritt S31 in 11). Das Verhältnis der Anzahl von Übergangsmetallatomen TM in dem Verbundoxid, das Lithium, ein Übergangsmetall und Sauerstoff enthält, zu der Anzahl von Magnesiumatomen MgMix1, die in der Mischung 902 enthalten sind, beträgt bevorzugt TM:MgMix1 = 1:y (0,005 ≤ y ≤; 0,05), stärker bevorzugt TM:MgMix1 = 1:y (0,007 ≤ y ≤ 0,04), noch stärker bevorzugt TM:MgMix1 = ungefähr 1:0,02.
  • Das Mischen im Schritt S31 wird vorzugsweise unter milderen Bedingungen durchgeführt als das Mischen im Schritt S12, damit das Teilchen des Verbundoxides nicht beschädigt wird. Beispielsweise werden Bedingungen bevorzugt, bei denen die Drehzahl kleiner oder die Zeit kürzer ist als beim Mischen im Schritt S12. Zudem kann man sagen, dass Bedingungen eines Trockenverfahrens milder sind als diejenigen eines Nassverfahrens. Beispielsweise kann eine Kugelmühle oder eine Perlmühle für das Mischen verwendet werden. Wenn eine Kugelmühle verwendet wird, werden vorzugsweise zum Beispiel Zirkonia-Kugeln als Medium verwendet.
  • Ein durch Mischen resultierendes Material wird gesammelt (Schritt S32 in 11), um eine Mischung 903 zu erhalten (Schritt S33 in 11).
  • Als Nächstes wird die Mischung 903 erwärmt. Dieser Schritt wird gegebenenfalls als Glühen oder zweite Erwärmung bezeichnet, um diesen Schritt von dem vorstehenden Erwärmungsschritt zu unterscheiden.
  • Das Glühen wird vorzugsweise für eine angemessene Zeit bei einer angemessenen Temperatur durchgeführt. Die angemessene Temperatur und die angemessene Zeit hängen von den Bedingungen ab, wie z. B. der Größe und der Zusammensetzung des Teilchens des Verbundoxides im Schritt S25, das Lithium, ein Übergangsmetall und Sauerstoff enthält. Wenn das Teilchen klein ist, wird in einigen Fällen eine niedrigere Temperatur oder eine kürzere Zeit bevorzugt als im Falle eines großen Teilchens.
  • Wenn beispielsweise der durchschnittliche Teilchendurchmesser (D50) des Teilchens im Schritt S25 ungefähr 12 µm ist, ist die Glühtemperatur vorzugsweise zum Beispiel höher als oder gleich 600 °C und niedriger als oder gleich 950 °C. Die Glühzeit ist bevorzugt zum Beispiel länger als oder gleich 3 Stunden, stärker bevorzugt länger als oder gleich 10 Stunden, noch stärker bevorzugt länger als oder gleich 60 Stunden.
  • Andererseits ist dann, wenn der durchschnittliche Teilchendurchmesser (D50) des Teilchens im Schritt S25 ungefähr 5 µm ist, die Glühtemperatur vorzugsweise zum Beispiel höher als oder gleich 600 °C und niedriger als oder gleich 950 °C. Die Glühzeit ist bevorzugt zum Beispiel länger als oder gleich 1 Stunde und kürzer als oder gleich 10 Stunden, stärker bevorzugt ungefähr 2 Stunden.
  • Die Zeit zur Verringerung der Temperatur nach dem Glühen ist vorzugsweise zum Beispiel länger als oder gleich 10 Stunden und kürzer als oder gleich 50 Stunden.
  • Es wird davon ausgegangen, dass dann, wenn die Mischung 903 geglüht wird, zuerst ein einen niedrigeren Schmelzpunkt aufweisendes Material (z. B. Lithiumfluorid; Schmelzpunkt: 848 °C) der Mischung geschmolzen wird und sich im Oberflächenteil des Teilchens des Verbundoxides verteilt. Nun wird vermutet, dass der Schmelzpunkt eines anderen Materials dann aufgrund des geschmolzenen Materials verringert wird und das andere Material geschmolzen wird. Beispielsweise wird davon ausgegangen, dass Magnesiumfluorid (Schmelzpunkt: 1263 °C) geschmolzen wird und sich im Oberflächenteil des Teilchens des Verbundoxides verteilt.
  • Die in der Mischung 903 enthaltenen Elemente diffundieren schneller im Oberflächenteil des Teilchens des Verbundoxides und in der Nähe der Korngrenze als im Innenteil. Die Magnesium- und Halogenkonzentrationen sind demzufolge höher im Oberflächenteil und in der Nähe der Korngrenze als im Innenteil. Wenn die Magnesiumkonzentration im Oberflächenteil und in der Nähe der Korngrenze hoch ist, kann eine Veränderung der Kristallstruktur effektiver unterdrückt werden, was später beschrieben wird.
  • Ein durch Glühen resultierendes Material wird gesammelt (Schritt S35 in 11), um eine Mischung 904 zu erhalten (Schritt S36 in 11).
  • Dann werden, wie in einem Schritt S50 gezeigt, die Mischung 904 und pulverisiertes Nickelhydroxid gemischt, und das gemischte Material wird gesammelt (Schritt S51). Das pulverisierte Nickelhydroxid wird im Voraus einem Schritt S15, in dem Nickelhydroxid und Aceton gemischt werden, und einem Schritt S16, in dem die Mischung gesammelt wird, unterzogen. Durch den Schritt S16 wird pulverisiertes Nickelhydroxid erhalten (Schritt S17).
  • Die Materialien, die in dem Schritt S50 gemischt werden, werden in einem Schritt S51 gesammelt, um eine Mischung 905 zu erhalten (Schritt S52 in 11).
  • In Schritten S53 bis S55 wird ein Metall Z dem Positivelektrodenaktivmaterial hinzugefügt. Das Metall Z kann beispielsweise durch ein Flüssigphasenverfahren, wie typischerweise ein Sol-Gel-Verfahren, ein Festphasenverfahren, ein Sputterverfahren, ein Verdampfungsverfahren, ein chemisches Gasphasenabscheidungs- (chemical vapor deposition, CVD-) Verfahren, ein Pulslaserabscheidungs- (pulsed laser deposition, PLD-) Verfahren oder dergleichen hinzugefügt werden.
  • Wie in 11 dargestellt, wird zuerst im Schritt S52 eine Metallquelle vorbereitet. Wenn ein Sol-Gel-Verfahren zum Einsatz kommt, wird auch ein Lösungsmittel für das Sol-Gel-Verfahren vorbereitet. Als Metallquelle kann ein Metallalkoxid, ein Metallhydroxid, ein Metalloxid oder dergleichen verwendet werden. Wenn es sich bei dem Metall Z um Aluminium handelt, kann beispielsweise die Anzahl von Kobaltatomen, die in dem Lithium-Kobalt-Oxid enthalten sind, auf 1 eingestellt werden und kann die Aluminiumkonzentration in der Metallquelle 0,001-mal oder mehr und 0,02-mal oder weniger sein. Wenn es sich bei dem Metall Z um Nickel handelt, kann beispielsweise die Anzahl von Kobaltatomen, die in dem Lithium-Kobalt-Oxid enthalten sind, auf 1 eingestellt werden und kann die Nickelkonzentration in der Metallquelle 0,001-mal oder mehr und 0,02-mal oder weniger sein. Wenn es sich bei dem Metall Z um Aluminium und Nickel handelt, kann beispielsweise die Anzahl von Kobaltatomen, die in dem Lithium-Kobalt-Oxid enthalten sind, auf 1 eingestellt werden, kann die Aluminiumkonzentration in der Metallquelle 0,001-mal oder mehr und 0,02-mal oder weniger sein und kann die Nickelkonzentration in der Metallquelle 0,001-mal oder mehr und 0,02-mal oder weniger sein.
  • Nun wird ein Beispiel gezeigt, in dem ein Sol-Gel-Verfahren zum Einsatz kommt und Aluminiumisopropoxid und Isopropanol als Metallquelle bzw. Lösungsmittel verwendet werden.
  • Als Nächstes wird Aluminiumalkoxid in Alkohol aufgelöst, und das Lithium-Kobalt-Oxid-Teilchen wird mit diesem gemischt (Schritt S53 in 11).
  • Die benötigte Menge des Metallalkoxides hängt von dem Teilchendurchmesser des Lithium-Kobalt-Oxides ab. Wenn beispielsweise Aluminiumisopropoxid verwendet wird und der Teilchendurchmesser (D50) des Lithium-Kobalt-Oxides ungefähr 20 µm beträgt, wird es vorzugsweise derart hinzugefügt, dass die Anzahl von Kobaltatomen, die in dem Lithium-Kobalt-Oxid enthalten sind, auf 1 eingestellt wird und dass die Aluminiumkonzentration in Aluminiumisopropoxid 0,001-mal oder mehr und 0,02-mal oder weniger ist.
  • Als Nächstes wird die Mischlösung aus der Alkohollösung des Metallalkoxides und dem Teilchen des Lithium-Kobalt-Oxides in einem Wasserdampf enthaltenden Atmosphäre gerührt. Das Rühren kann beispielsweise mit einem Magnetrührer durchgeführt werden. Die Rührzeit ist nicht begrenzt, solange Wasser und das Metallalkoxid in der Atmosphäre eine Hydrolyse- und Polykondensationsreaktion herbeiführen. Zum Beispiel kann das Rühren bei 25 °C und einer Feuchtigkeit von 90 %RH (relative Feuchtigkeit) 4 Stunden lang durchgeführt werden. Das Rühren kann auch in einer Atmosphäre, in der weder die Feuchtigkeit noch die Temperatur gesteuert werden, wie z. B. in einer Luftatmosphäre in einem Abzug, durchgeführt werden. In diesem Fall wird die Rührzeit vorzugsweise verlängert; beispielsweise kann das Rühren bei Raumtemperatur für 12 Stunden oder länger durchgeführt werden.
  • Wenn Wasserdampf und das Metallalkoxid in der Atmosphäre miteinander reagieren, kann eine Sol-Gel-Reaktion im Vergleich zu dem Fall, in dem flüssiges Wasser hinzugefügt wird, langsamer ablaufen. Wenn das Metallalkoxid und Wasser bei Raumtemperatur miteinander reagieren, kann beispielsweise eine Sol-Gel-Reaktion im Vergleich zu dem Fall, in dem eine Erwärmung bei einer Temperatur oberhalb des Siedepunktes des Alkohols, der ein Lösungsmittel ist, durchgeführt wird, langsamer ablaufen. Wenn eine Sol-Gel-Reaktion langsam abläuft, kann eine qualitativ hochwertige Beschichtungsschicht mit gleichmäßiger Dicke ausgebildet werden.
  • Aus der Mischlösung, die der vorstehenden Behandlung unterzogenen worden ist, wird ein Niederschlag gesammelt (Schritt S54 in 11). Als Sammelverfahren können Filtration, Zentrifugation, Verdampfung und Trocknung oder dergleichen verwendet werden. Der Niederschlag kann mit einem Alkohol gewaschen werden, der dem Lösungsmittel gleich ist, in das das Metallalkoxid aufgelöst worden ist. Es sei angemerkt, dass dann, wenn Verdampfung und Trocknung zum Einsatz kommen, die Trennung des Lösungsmittels von dem Niederschlag nicht notwendigerweise in diesem Schritt durchgeführt werden muss; beispielsweise kann der Niederschlag durch einen Trocknungsprozess im nächsten Schritt (Schritt S54) gesammelt werden.
  • Als Nächstes wird der gesammelte Rückstand getrocknet, um eine Mischung zu erhalten (Schritt S54 in 11). Der Trocknungsprozess kann beispielsweise bei 80 °C für länger als oder gleich 1 Stunde und kürzer als oder gleich 4 Stunden im Vakuum oder mit Umluft durchgeführt werden.
  • Als Nächstes wird die erhaltene Mischung erwärmt (Schritt S55 in 11).
  • Beim Erwärmen ist die Verweilzeit in einem Erwärmungstemperaturbereich vorzugsweise länger als oder gleich 1 Stunde und kürzer als oder gleich 80 Stunden.
  • Die Erwärmungstemperatur ist niedriger als 1000 °C, bevorzugt höher als oder gleich 700 °C und niedriger als oder gleich 950 °C, stärker bevorzugt ungefähr 850 °C.
  • Die Erwärmung wird vorzugsweise in einer Sauerstoff enthaltenden Atmosphäre durchgeführt.
  • Bei dieser Ausführungsform beträgt die Erwärmungstemperatur 850 °C und wird 2 Stunden lang gehalten, wobei die Temperatur mit einer Rate von 200 °C/h erhöht wird und die Durchflussrate von Sauerstoff 10 l/min beträgt.
  • Dabei ist die Erwärmungstemperatur im Schritt S55 vorzugsweise niedriger als die Erwärmungstemperatur im Schritt S34.
  • <Schritt S56, Schritt S57>
  • Nächstes werden abgekühlte Teilchen gesammelt (Schritt S56 in 11). Die Teilchen werden ferner vorzugsweise durch ein Sieb geleitet. Durch den vorstehenden Prozess kann eine Mischung 906, die als Positivelektrodenaktivmaterial verwendet werden kann, hergestellt werden (Schritt S57 in 11).
  • Die Mischungen 902, 903, 904, 905 und 906, die durch den vorstehenden Herstellungsprozess erhalten werden, können als Positivelektrodenaktivmaterial verwendet werden.
  • Es handelt sich bei der Mischung 902 um ein Positivelektrodenaktivmaterial, das eine Lithiumkomponente, eine Magnesiumkomponente und eine Fluorkomponente enthält, und bei den Mischungen 903 und 904 um ein Positivelektrodenaktivmaterial, das eine Lithiumkomponente, eine Kobaltkomponente, eine Magnesiumkomponente und eine Fluorkomponente enthält.
  • Es handelt sich bei der Mischung 905 um ein Positivelektrodenaktivmaterial, das eine Lithiumkomponente, eine Kobaltkomponente, eine Magnesiumkomponente, eine Nickelkomponente und eine Fluorkomponente enthält, und bei der Mischung 906 um ein Positivelektrodenaktivmaterial, das eine Lithiumkomponente, eine Kobaltkomponente, eine Magnesiumkomponente, eine Nickelkomponente, eine Aluminiumkomponente und eine Fluorkomponente enthält.
  • Ein Schlamm, in dem Graphenoxid in einem Lösungsmittel dispergiert ist, wird hergestellt, eine Vielzahl von Positivelektrodenaktivmaterialteilchen, die unter Verwendung von einer der Mischungen 902, 903, 904, 905 und 906 ausgebildet wird, wird über dem Positivelektrodenstromkollektor angeordnet, und der Schlamm wird aufgetragen, um die Vielzahl von Positivelektrodenaktivmaterialteilchen zu bedecken, und getrocknet. Danach kann durch eine Reduktionsbehandlung Graphen an einer Oberfläche des Positivelektrodenaktivmaterials angebracht werden.
  • Diese Ausführungsform kann mit jeder der anderen Ausführungsformen frei kombiniert werden.
  • Beispielsweise kann in Kombination mit der Ausführungsform 1 die Festkörperbatterie hergestellt werden.
  • (Ausführungsform 5)
  • 1 der Ausführungsform 1 stellt ein Konzept der Querschnittsstruktur der Festkörperbatterie dar, und die Festelektrolytteilchen 105 werden zwischen dem Positivelektrodenstromkollektor 111 und dem Negativelektrodenstromkollektor 110 bereitgestellt. Als Verfahren zum Umschließen von der ersten Graphen-Verbindung 101 kann eines derjenigen in 2, 3 und 4 ausgewählt werden.
  • Als Dichtungsbehälter der Gesamtfestkörperbatterie kann ein Gehäuse mit hoher Luftdichtheit vorzugsweise verwendet, und ein Keramik-Gehäuse oder ein Harz-Gehäuse wird verwendet. Das Abdichten wird vorzugsweise in einer geschlossenen Atmosphäre, beispielsweise in einem Handschuhkasten, in dem die Luft blockiert wird, durchgeführt.
  • 5A ist eine perspektivische Ansicht einer Gesamtfestkörpersekundärbatterie, die externe Elektroden 71 und 72 beinhaltet und mit einem Gehäuseelement abgedichtet wird. Eine derartige Gesamtfestkörpersekundärbatterie kann direkt an einer Leiterplatte oder dergleichen montiert werden.
  • 5B stellt ein Beispiel für einen Querschnitt entlang der Strichpunktlinie in 5A dar. Eine Schichtanordnung ist von einem Gehäuseelement 70a, in dem eine Elektrodenschicht 73a auf einer ebenen Platte bereitgestellt ist, einem rahmenförmigen Gehäuseelement 70b und einem Gehäuseelement 70c, in dem eine Elektrodenschicht 73b auf einer ebenen Platte bereitgestellt ist, umschlossen und abgedichtet. Für die Gehäuseelemente 70a, 70b und 70c kann ein isolierendes Material, wie z. B. ein Harzmaterial oder Keramik, verwendet werden.
  • Die externe Elektrode 71 ist über die Elektrodenschicht 73a elektrisch mit einer Positivelektrodenschicht 50a verbunden und dient als Positivelektrode. Die externe Elektrode 72 ist über die Elektrodenschicht 73b elektrisch mit einer Negativelektrodenschicht 50c verbunden und dient als Negativelektrode.
  • 5B stellt ein Beispiel dar, in dem eine Schichtanordnung aus der Positivelektrodenschicht 50a, einer Festelektrolytschicht 50b und der Negativelektrodenschicht 50c einen Satz bildet; ferner kann eine Vielzahl von Sätzen übereinander angeordnet werden.
  • 6A, 6B, 6C und 6D stellen ein Beispiel für ein Verfahren zum Herstellen einer laminierten Sekundärbatterie dar, das sich von dem Verpackungsverfahren in 5A unterscheidet.
  • 6A sind Außenansichten einer Positivelektrode 503 und einer Negativelektrode 506. Die Positivelektrode 503 beinhaltet einen Positivelektrodenstromkollektor 501, und eine Positivelektrodenaktivmaterialschicht 502 ist an einer Oberfläche des Positivelektrodenstromkollektors 501 ausgebildet. Die Positivelektrode 503 umfasst auch einen Bereich, in dem ein Teil des Positivelektrodenstromkollektors 501 freiliegt (nachstehend als Etikettbereich bezeichnet). Die Negativelektrode 506 beinhaltet einen Negativelektrodenstromkollektor 504, und eine Negativelektrodenaktivmaterialschicht 505 ist an einer Oberfläche des Negativelektrodenstromkollektors 504 ausgebildet. Die Negativelektrode 506 umfasst auch einen Bereich, in dem ein Teil des Negativelektrodenstromkollektors 504 freiliegt, d. h. einen Etikettbereich. Die Flächen und die Formen der Etikettbereiche der Positivelektrode und der Negativelektrode sind nicht auf die in 6A dargestellten Beispiele beschränkt.
  • Zuerst werden die Negativelektrode 506, eine Festelektrolytschicht 507 und die Positivelektrode 503 übereinander angeordnet. 6B stellt eine Schichtanordnung dar, die die Negativelektrode 506, die Festelektrolytschicht 507 und die Positivelektrode 503 umfasst. Hier wird ein Beispiel dargestellt, in dem 5 Negativelektroden und 4 Positivelektroden verwendet werden. Die Etikettbereiche der Positivelektroden 503 werden dann miteinander verbunden, und eine Positivelektrodenanschlusselektrode 510 wird mit dem Etikettbereich der auf der äußersten Oberfläche liegenden Positivelektrode verbunden. Das Verbinden kann beispielsweise durch Ultraschallschweißen erfolgen. Auf ähnliche Weise werden die Etikettbereiche der Negativelektroden 506 miteinander verbunden, und eine Negativelektrodenanschlusselektrode 511 wird mit dem Etikettbereich der auf der äußersten Oberfläche liegenden Negativelektrode verbunden.
  • Als Nächstes werden die Negativelektrode 506, die Festelektrolytschicht 507 und die Positivelektrode 503 über einem Außenteil 509 angeordnet. Die Festelektrolytschicht 507 kann eine Materialschicht sein, die eine Feststoffkomponente mit Lithiumionen-Leitfähigkeit enthält (wie z. B. Keramik). Als Festelektrolytschicht 507 wird beispielsweise eine Platte unter Verwendung eines Schlamms aus Keramikpulver oder Glaspulver gebildet. Es sei angemerkt, dass „Keramik“ als metallisches oder nichtmetallisches Material von einer anorganischen Verbindung, wie z. B. Oxid, Carbid, Nitrid oder Borid, definiert wird. Glas ist amorph und wird als Material mit einem Glasübergangsphänomen definiert, und mikrokristallines Glas kann als Keramikglas bezeichnet werden. Keramikglas, das eine Kristallinität aufweist, kann durch Röntgenbeugung identifiziert werden. Beispiele für den Festelektrolyten umfassen einen Oxid-Festelektrolyten und einen Sulfid-Festelektrolyten. Die Positivelektrodenaktivmaterialschicht 502 und die Negativelektrodenaktivmaterialschicht 505 enthalten jeweils einen Festelektrolyten und können jeweils ein leitfähiges Additiv enthalten. Das leitfähige Additiv kann ein beliebiges Material mit Elektronenleitfähigkeit, wie z. B. ein Kohlenstoffmaterial oder ein Metallmaterial, sein.
  • Für einen Oxid-Festelektrolyten, der als Positivelektrodenaktivmaterialteilchen verwendet wird, können Li3PO4, Li3BO3, Li4SiO4, Li4GeO4, LiNbO3, LiVO2, LiTiO3, LiZrO3 und dergleichen verwendet werden. Weitere Beispiele sind Verbundverbindungen davon, wie z. B. Li3BO3-Li4SiO4. Mindestens ein Teil der Oberfläche des Festelektrolyten kann mit einer Deckschicht mit einer Dicke von größer als oder gleich 1 nm und kleiner als oder gleich 20 nm bedeckt sein. Als Material der Deckschicht wird ein Oxid mit Lithiumionen-Leitfähigkeit verwendet.
  • Beispiele für einen Oxid-Festelektrolyten, der als Negativelektrodenaktivmaterialteilchen verwendet wird, umfassen Nb2O5, Li4Ti5O12 und SiO. In dieser Beschreibung und dergleichen bezeichnet SiO beispielsweise Siliziummonoxid. SiO kann alternativ durch SiOx dargestellt werden, welches ein Material mit einem höheren Siliziumgehalt als SiO2 bezeichnet. Hier weist x vorzugsweise einen Annäherungswert von 1 auf. Zum Beispiel ist x vorzugsweise mehr als oder gleich 0,2 und weniger als oder gleich 1,5, bevorzugt mehr als oder gleich 0,3 und weniger als oder gleich 1,2.
  • Beispiele für einen Sulfid-Festelektrolyten, der als Positivelektrodenaktivmaterialteilchen verwendet wird, umfassen ein Material, das Li und S enthält, wie z. B. Li7P3S11, Li2S-SiS2 und Li2S-P2S5.
  • Das Außenteil 509 wird als Nächstes entlang einer gestrichelten Linie zugeklappt, wie in 6C dargestellt. Danach werden Außenkanten des Außenteils 509 miteinander verbunden. Für das Außenteil 509 kann ein laminierter Film, in dem eine Metallfolie und ein organischer Harzfilm übereinander angeordnet sind, wie z. B. eine Aluminiumfolie oder eine Edelstahlfolie, verwendet werden. Für das Verbinden kann beispielsweise ein Thermokompressionsbonden verwendet werden. Auf diese Weise kann eine laminierte Sekundärbatterie 500 in 6D hergestellt werden. Obwohl in diesem Beispiel das Verbinden unter Verwendung eines laminierten Films durchgeführt wird, können zwei laminierte Filme übereinander angeordnet werden und versiegelt werden, wobei die Außenkanten davon aneinander befestigt werden.
  • Ein Batteriemodul, das eine Vielzahl von laminierten Sekundärbatterien 500 umfasst, kann an einem Elektrofahrzeug oder dergleichen montiert werden.
  • 7A ist eine perspektivische Ansicht, wobei drei laminierte Sekundärbatterien 500 zwischen einer ersten Platte 521 und einer zweiten Platte 524 angeordnet und befestigt sind. Wie in 7B dargestellt, wird der Abstand zwischen der ersten Platte 521 und der zweiten Platte 524 unter Verwendung eines Befestigungsmittels 525a und eines Befestigungsmittels 525b festgelegt, wodurch der Druck an die drei Sekundärbatterien 500 angelegt werden kann.
  • Obwohl 7A und 7B ein Beispiel darstellen, in dem die drei laminierten Sekundärbatterien 500 verwendet werden, ist die Anzahl der Sekundärbatterien 500 nicht besonders beschränkt und können vier oder mehr Sekundärbatterien 500 verwendet werden. Wenn zehn oder mehr Sekundärbatterien 500 verwendet werden, können sie als Stromquelle eines Kompaktfahrzeugs verwendet werden, und wenn 100 oder mehr Sekundärbatterien 500 verwendet werden, können sie als in einem Fahrzeug integrierte große Stromquelle verwendet werden. Um eine Überladung zu verhindern, kann die laminierte Sekundärbatterie 500 mit einer Schutzschaltung oder einem Temperatursensor zur Überwachung der Erhöhung der Temperatur bereitgestellt werden. Die Sekundärbatterie ist nicht auf eine laminierte Sekundärbatterie beschränkt und kann eine Knopfzellen-Sekundärbatterie, eine zylindrische Sekundärbatterie, eine rechteckige Sekundärbatterie oder dergleichen sein.
  • In einer Gesamtfestkörperbatterie kann der Kontaktzustand der internen Grenzflächen vorteilhaft gehalten werden, indem ein vorbestimmter Druck in Anordnungsrichtung von übereinander angeordneten Positivelektroden und Negativelektroden angelegt wird. Durch Anlegung eines vorbestimmten Drucks in Anordnungsrichtung von Positivelektroden und Negativelektroden kann die Ausdehnung in Anordnungsrichtung wegen der Ladung und Entladung der Gesamtfestkörperbatterie verhindert werden; daher kann die Zuverlässigkeit der Gesamtfestkörperbatterie verbessert werden.
  • (Ausführungsform 6)
  • Bei dieser Ausführungsform werden Beispiele für Fahrzeuge beschrieben, in denen die Gesamtfestkörpersekundärbatterie einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung integriert ist. Beispiele für die Fahrzeuge umfassen Autos, Motorräder und Fahrräder.
  • Wenn die Gesamtfestkörpersekundärbatterie in Fahrzeugen integriert werden, können Saubere-Energie-Fahrzeuge der nächsten Generationen, wie z. B. Hybrid-Elektrofahrzeuge (HEVs), Elektrofahrzeuge (EVs) und Plug-in-Hybrid-Elektrofahrzeuge (PHEVs), bereitgestellt werden.
  • 8 stellt ein Beispiel für ein Fahrzeug dar, bei dem die Gesamtfestkörpersekundärbatterie einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet wird. Ein Auto 8400 in 8A ist ein Elektrofahrzeug, das mittels der Antriebsleistung eines Elektromotors läuft. Alternativ ist das Auto 8400 ein Hybrid-Elektrofahrzeug, das in angemessener Weise entweder mit dem Elektromotor oder mit einem Verbrennungsmotor betrieben werden kann. Das Auto 8400 weist ein Energiespeichersystem auf, das eine Gesamtfestkörpersekundärbatterie 8404 umfasst. Die Gesamtfestkörpersekundärbatterie 8404 kann nicht nur zum Betreiben eines Elektromotors 8406, sondern auch zum Zuführen elektrischer Energie zu einer Licht emittierenden Vorrichtung, wie z. B. einem Scheinwerfer 8401 oder einer Innenraumbeleuchtung (nicht dargestellt), verwendet werden. Eine Sekundärbatterie, die von derjenigen für den Betrieb unabhängig ist, wird vorzugsweise in dem Fahrzeug bereitgestellt, um zu verhindern, dass durch die Fehlfunktion der Gesamtfestkörpersekundärbatterie 8404 die Stromzufuhr unterbrochen wird und die Warnblinkanlage nicht funktioniert.
  • Die Gesamtfestkörpersekundärbatterie 8404 kann auch einer Anzeigevorrichtung eines Geschwindigkeitsmessers, eines Tachometers oder dergleichen in dem Auto 8400 elektrische Energie zuführen. Die Gesamtfestkörpersekundärbatterie 8404 kann einem Navigationssystem oder dergleichen in dem Auto 8400 elektrische Energie zuführen.
  • Ein in 8B dargestelltes Auto 8500 kann geladen werden, indem eine Gesamtfestkörpersekundärbatterie, die in dem Auto 8500 enthalten ist, mit elektrischer Energie über eine externe Ladeeinrichtung durch ein Plug-in-System, ein kontaktloses Energieversorgungssystem oder dergleichen versorgt wird. In 8B ist eine Gesamtfestkörpersekundärbatterie 8024, die in dem Auto 8500 integriert ist, mittels eines bodengestützten Ladegerätes 8021 über ein Kabel 8022 geladen. Bei der Ladung kann angemessen ein gegebenes Verfahren, wie z. B. CHAdeMO (eingetragenes Markenzeichen) oder Combined Charging System, als Ladeverfahren, Standard eines Anschlusses oder dergleichen verwendet werden. Bei dem Ladegerät 8021 kann es sich um eine Ladestation, die in einer Handelseinrichtung bereitgestellt ist, oder eine Haushaltsstromquelle handeln. Zum Beispiel kann die Gesamtfestkörpersekundärbatterie 8024, die in dem Auto 8500 integriert ist, mittels einer Plug-in-Technik geladen werden, indem sie mit elektrischer Energie von außen versorgt wird. Die Ladung kann durch Umwandlung eines Wechselstroms in einen Gleichstrom mittels eines Wandlers, wie z. B. eines ACDC-Wandlers, durchgeführt werden. Als Gesamtfestkörpersekundärbatterie 8024 wird die bei der Ausführungsform 2 dargestellte Gesamtfestkörpersekundärbatterie verwendet.
  • Darüber hinaus kann, obwohl nicht dargestellt, das Fahrzeug ein Energieempfangsgerät beinhalten, um geladen zu werden, indem es mit elektrischer Energie von einem oberirdischen Energieübertragungsgerät auf kontaktlose Weise versorgt wird. Im Falle des kontaktlosen Energieversorgungssystems kann das Fahrzeug nicht nur beim Halten, sondern auch beim Fahren geladen werden, indem ein Energieübertragungsgerät in eine Straße oder eine Außenwand eingebaut wird. Des Weiteren kann das kontaktlose Energieversorgungssystem benutzt werden, um elektrische Energie zwischen Fahrzeugen zu übertragen und zu empfangen. Darüber hinaus kann eine Solarzelle an der Außenseite des Fahrzeugs bereitgestellt sein, um beim Halten oder Fahren die Gesamtfestkörpersekundärbatterie zu laden. Für eine derartige kontaktlose Stromversorgung kann ein elektromagnetisches Induktionsverfahren oder ein magnetisches Resonanzverfahren verwendet werden.
  • 8C stellt ein Beispiel für ein Motorrad dar, bei dem die Gesamtfestkörpersekundärbatterie einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet wird. Ein in 8C dargestellter Motorroller 8600 beinhaltet eine Gesamtfestkörpersekundärbatterie 8602, einen Seitenspiegel 8601 und einen Blinker 8603. Die Gesamtfestkörpersekundärbatterie 8602 kann dem Blinker 8603 elektrische Energie zuführen.
  • Bei dem in 8C dargestellten Motorroller 8600 kann die Gesamtfestkörpersekundärbatterie 8602 in einem Stauraum unter dem Sitz 8604 verstaut werden. Die Gesamtfestkörpersekundärbatterie 8602 kann in dem Stauraum unter dem Sitz 8604 selbst mit einer geringen Größe verstaut werden.
  • Diese Ausführungsform kann je nach Bedarf mit einer Beschreibung der anderen Ausführungsformen kombiniert werden.
  • (Ausführungsform 7)
  • Bei dieser Ausführungsform werden Beispiele für elektronische Geräte, die jeweils die Festkörperbatterie beinhalten, die bei den vorstehenden Ausführungsformen beschrieben worden ist, anhand von 9 und 10 beschrieben.
  • Zuerst werden Beispiele für kleine elektronische Geräte, die jeweils die Festkörperbatterie einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beinhalten, anhand von 9A bis 9C beschrieben.
  • 9A stellt ein Beispiel für ein Mobiltelefon dar. Ein Mobiltelefon 2100 beinhaltet einen Anzeigeabschnitt 2102, der in einem Gehäuse 2101 eingebaut ist, einen Bedienknopf 2103, einen externen Verbindungsanschluss 2104, einen Lautsprecher 2105, ein Mikrofon 2106 und dergleichen. Es sei angemerkt, dass das Mobiltelefon 2100 eine Festkörperbatterie 2107 beinhaltet. Die Festkörperbatterie 2107 wird durch eine Kombination einiger der vorstehenden Ausführungsformen 1 bis 5 hergestellt und ist eine sehr zuverlässige Festkörperbatterie, bei der die Erzeugung vom Mikrokurzschluss unterdrückt wird.
  • Das Mobiltelefon 2100 kann verschiedene Applikationen ausführen, beispielsweise das Durchführen von Mobiltelefongesprächen, das Verschicken und Empfangen von E-Mails, das Anzeigen und Bearbeiten von Texten, das Wiedergeben von Musik, Internet-Kommunikation und das Ausführen von Computerspielen.
  • Der Bedienknopf 2103 kann verschiedene Funktionen bieten, wie z. B. Zeiteinstellung, Ein-/Ausschalten des Stroms, Ein-/Ausschalten der drahtlosen Kommunikation, Aktivieren und Deaktivieren des Ruhemodus sowie Aktivieren und Deaktivieren eines Stromsparmodus. Beispielsweise können die Funktionen des Bedienknopfs 2103 frei durch ein Betriebssystem, das in dem Mobiltelefon 2100 eingebaut ist, eingestellt werden.
  • Das Mobiltelefon 2100 kann ferner die Nahbereichskommunikation ausführen, die auf einem bestehenden Kommunikationsstandard basiert. Zum Beispiel ermöglicht eine gegenseitige Kommunikation mit einem Headset, das für die drahtlose Kommunikation geeignet ist, Freisprech-Telefonate.
  • Das Mobiltelefon 2100 beinhaltet ferner einen externen Verbindungsanschluss 2104, und Daten können über einen Anschluss direkt an ein weiteres Informationsendgerät gesendet und von ihm empfangen werden. Ein Laden über den externen Verbindungsanschluss 2104 ist auch möglich. Es sei angemerkt, dass der Ladevorgang ohne den externen Verbindungsanschluss 2104 durch drahtlose Stromzufuhr durchgeführt werden kann.
  • Das Mobiltelefon 2100 beinhaltet vorzugsweise einen Sensor. Als Sensor wird vorzugsweise zum Beispiel ein Sensor für den menschlichen Körper, wie z. B. ein Fingerabdrucksensor, ein Impulssensor oder ein Temperatursensor, ein Berührungssensor, ein Drucksensor oder ein Beschleunigungssensor montiert.
  • 9B ist eine perspektivische Ansicht einer Vorrichtung, die auch als Verdampfer (elektronische Zigarette) bezeichnet wird. In 9B beinhaltet eine elektronische Zigarette 2200 ein Heizelement 2201 und eine Festkörperbatterie 2204, die dem Heizelement 2201 elektrische Energie zuführt. Wenn ein Stab 2202 darin gesteckt wird, wird der Stab 2202 durch das Heizelement 2201 erwärmt. Um die Sicherheit zu erhöhen, kann eine Schutzschaltung, die ein Überladen und ein Überentladen der Festkörperbatterie verhindert, elektrisch mit der Festkörperbatterie 2204 verbunden sein.
  • Die in 9B dargestellte Festkörperbatterie 2204 umfasst einen externen Anschluss zur Verbindung mit einem Ladegerät. Wenn man die elektronische Zigarette 2200 hält, wird die Festkörperbatterie 2204 zu einem Spitzenabschnitt; daher ist vorzuziehen, dass die Festkörperbatterie 2204 eine kurze Gesamtlänge und ein kleines Gewicht aufweist. Mit der Festkörperbatterie einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die eine hohe Sicherheit aufweist, kann die kleine und leichte elektronische Zigarette 2200, die für eine lange Zeit über einen langen Zeitraum sicher verwendet werden kann, bereitgestellt werden.
  • 9C stellt ein unbemanntes Flugzeug 2300 mit einer Vielzahl von Rotoren 2302 dar. Das unbemannte Flugzeug 2300 beinhaltet eine Festkörperbatterie 2301 einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, eine Kamera 2303 und eine Antenne (nicht dargestellt). Das unbemannte Flugzeug 2300 kann mit der Antenne ferngesteuert werden. Die Festkörperbatterie einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird für die Festkörperbatterie geeignet, die in dem unbemannten Flugzeug 2300 bereitgestellt wird, da sie eine hohe Sicherheit aufweist und daher für eine lange Zeit über einen langen Zeitraum sicher verwendet werden kann.
  • Dann werden Beispiele für Fahrzeuge, die jeweils die Festkörperbatterie einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beinhalten, anhand von 9D und 9E beschrieben.
  • 9D stellt ein elektrisches Zweirad 2400 dar, das die Festkörperbatterie einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beinhaltet. Das elektrische Zweirad 2400 beinhaltet eine Festkörperbatterie 2401 einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, einen Anzeigeabschnitt 2402 und einen Lenker 2403. Die Festkörperbatterie 2401 kann einem Motor, der als Stromquelle dient, elektrische Energie zuführen. Der Anzeigeabschnitt 2402 kann die verbleibende Kapazität der Festkörperbatterie 2401, die Geschwindigkeit und den horizontalen Zustand des elektrischen Zweirades 2400 und dergleichen anzeigen.
  • 9E stellt ein Beispiel für ein elektrisches Fahrrad dar, das die Festkörperbatterie einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beinhaltet. Ein elektrisches Fahrrad 2500 beinhaltet ein Batteriepack 2502. Das Batteriepack 2502 umfasst die Festkörperbatterie einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • Das Batteriepack 2502 kann einem Motor, der einen Fahrer unterstützt, elektrische Energie zuführen. Das Batteriepack 2502 kann getrennt von dem elektrischen Fahrrad 2500 getragen werden. Das Batteriepack 2502 und das elektrische Fahrrad 2500 können jeweils einen Anzeigeabschnitt zum Anzeigen der verbleibenden Batteriekapazität und dergleichen beinhalten.
  • Ein in 10 dargestelltes Haus beinhaltet ein Energiespeichersystem 2612 mit der Festkörperbatterie einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und ein Solarpanel 2610. Das Energiespeichersystem 2612 ist über eine Leitung 2611 oder dergleichen elektrisch mit dem Solarpanel 2610 verbunden. Das Energiespeichersystem 2612 kann elektrisch mit einem bodengestützten Ladegerät 2604 verbunden sein. Das Energiespeichersystem 2612 kann mit elektrischer Energie, die durch das Solarpanel 2610 erhalten wird, geladen werden. Eine Festkörperbatterie 2602 in einem Fahrzeug 2603 kann über das Ladegerät 2604 mit elektrischer Energie, die in dem Energiespeichersystem 2612 gespeichert wird, geladen werden.
  • Elektrische Energie, die in dem Energiespeichersystem 2612 gespeichert wird, kann auch einem anderen elektronischen Gerät in dem Haus zugeführt werden. Somit können elektronische Geräte unter Verwendung des Energiespeichersystems 2612 einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung als unterbrechungsfreie Energieversorgung verwendet werden, auch wenn keine elektrische Energie aus einer Netz-Energieversorgung wegen eines Stromausfalls oder dergleichen zugeführt werden kann.
  • Diese Ausführungsform kann je nach Bedarf mit einer der anderen Ausführungsformen kombiniert werden.
  • Bezugszeichenliste
    • 50a
    Positivelektrodenschicht,
    50b
    Festelektrolytschicht,
    50c
    Negativelektrodenschicht,
    70a
    Gehäuseelement,
    70b
    Gehäuseelement,
    70c
    Gehäuseelement,
    71
    externe Elektrode,
    72
    externe Elektrode,
    73a
    Elektrodenschicht,
    73b
    Elektrodenschicht,
    101
    erste Graphen-Verbindung,
    102
    zweite Graphen-Verbindung,
    103
    Negativelektrodenaktivmaterialteilchen,
    104
    Positivelektrodenaktivmaterialteilchen,
    105
    Festelektrolytteilchen,
    110
    Negativelektrodenstromkollektor,
    111
    Positivelektrodenstromkollektor,
    500
    Sekundärbatterie,
    501
    Positivelektrodenstromkollektor,
    502
    Positivelektrodenaktivmaterialschicht,
    503
    Positivelektrode,
    504
    Negativelektrodenstromkollektor,
    505
    Negativelektrodenaktivmaterialschicht,
    506
    Negativelektrode,
    507:
    Festelektrolytschicht,
    509
    Außenteil,
    510
    Positivelektrodenanschlusselektrode,
    511
    Negativelektrodenanschlusselektrode,
    521
    Platte,
    524
    Platte,
    525a
    Befestigungsmittel,
    525b
    Befestigungsmittel,
    902
    Mischung,
    903
    Mischung,
    904
    Mischung,
    905
    Mischung,
    906
    Mischung,
    2100
    Mobiltelefon,
    2101
    Gehäuse,
    2102
    Anzeigeabschnitt,
    2103
    Bedienknopf,
    2104
    externer Verbindungsanschluss,
    2105
    Lautsprecher,
    2106
    Mikrofon,
    2107
    Festkörperbatterie,
    2200
    elektronische Zigarette,
    2201
    Heizelement,
    2202
    Stab,
    2204
    Festkörperbatterie,
    2300
    unbemanntes Flugzeug,
    2301
    Festkörperbatterie,
    2302
    Rotor,
    2303
    Kamera,
    2400
    elektrisches Zweirad,
    2401
    Festkörperbatterie,
    2402
    Anzeigeabschnitt,
    2403
    Lenker,
    2500
    elektrisches Fahrrad,
    2502
    Batteriepack,
    2602
    Festkörperbatterie,
    2603
    Fahrzeug,
    2604
    Ladegerät,
    2610
    Solarpanel,
    2611
    Leitung,
    2612
    Energiespeichersystem,
    8021
    Ladegerät,
    8022
    Kabel,
    8024
    Gesamtfestkörpersekundärbatterie,
    8400
    Auto,
    8401
    Scheinwerfer,
    8404
    Gesamtfestkörpersekundärbatterie,
    8406
    Elektromotor,
    8500
    Auto,
    8600
    Motorroller,
    8601
    Seitenspiegel,
    8602
    Gesamtfestkörpersekundärbatterie,
    8603
    Blinker,
    8604
    Stauraum unter dem Sitz

Claims (9)

  1. Gesamtfestkörperbatterie, die mindestens umfasst: Positivelektrodenaktivmaterialteilchen, die Ladungsträgerionen enthalten; eine Vielzahl von Negativelektrodenaktivmaterialteilchen; eine Vielzahl von Festelektrolytteilchen; und Graphen-Verbindungen, wobei die Negativelektrodenaktivmaterialteilchen von der Graphen-Verbindung befestigt werden und die Ladungsträgerionen beim Laden die Graphen-Verbindung passieren und von den Negativelektrodenaktivmaterialteilchen aufgenommen werden.
  2. Gesamtfestkörperbatterie, die umfasst: eine Vielzahl von Positivelektrodenaktivmaterialteilchen, die Ladungsträgerionen enthalten; eine Vielzahl von Negativelektrodenaktivmaterialteilchen; eine Vielzahl von Festelektrolytteilchen; und eine Vielzahl von Graphen-Verbindungen, wobei eines oder mehrere der Negativelektrodenaktivmaterialteilchen von einer oder mehreren der Graphen-Verbindungen befestigt wird/werden.
  3. Gesamtfestkörperbatterie, die umfasst: eine Vielzahl von Positivelektrodenaktivmaterialteilchen, die Ladungsträgerionen enthalten; eine Vielzahl von Negativelektrodenaktivmaterialteilchen; eine Vielzahl von Festelektrolytteilchen; und eine Vielzahl von Graphen-Verbindungen, wobei eines oder mehrere der Positivelektrodenaktivmaterialteilchen von einer oder mehreren der Graphen-Verbindungen befestigt wird/werden.
  4. Gesamtfestkörperbatterie, wobei sowohl eine Vielzahl von Positivelektrodenaktivmaterialteilchen, die Ladungsträgerionen enthalten, als auch eine Vielzahl von ersten Festelektrolytteilchen von einer ersten Graphen-Verbindung mindestens teilweise oder vollständig umschlossen werden, wobei sowohl eine Vielzahl von Negativelektrodenaktivmaterialteilchen als auch eine Vielzahl von zweiten Festelektrolytteilchen von einer zweiten Graphen-Verbindung mindestens teilweise oder vollständig umschlossen werden, und wobei dritte Festelektrolytteilchen zwischen dem ersten Graphen und der zweiten Graphen-Verbindung, die sich mit dem ersten Graphen überlappt, enthalten sind.
  5. Gesamtfestkörperbatterie, wobei eine Vielzahl von Gruppen aneinander benachbart ist, wobei in jeder Gruppe sowohl eine Vielzahl von Positivelektrodenaktivmaterialteilchen, die Ladungsträgerionen enthalten, als auch eine Vielzahl von ersten Festelektrolytteilchen von einer ersten Graphen-Verbindung umschlossen werden, wobei eine Vielzahl von Negativelektrodenaktivmaterialteilchen und eine Vielzahl von zweiten Festelektrolytteilchen von einer zweiten Graphen-Verbindung umschlossen werden, und wobei dritte Festelektrolytteilchen zwischen den Gruppen der ersten Graphen-Verbindung und der zweiten Graphen-Verbindung, die sich mit den Gruppen der ersten Graphen-Verbindung überlappt, enthalten sind.
  6. Gesamtfestkörperbatterie nach Anspruch 4 oder 5, wobei die ersten, zweiten und dritten Festelektrolytteilchen die gleiche Komponente enthalten.
  7. Gesamtfestkörperbatterie nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Ladungsträgerion ein Lithiumion oder ein Natriumion ist.
  8. Gesamtfestkörperbatterie nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das Positivelektrodenaktivmaterialteilchen Kobalt, Nickel, Magnesium, Mangan oder Aluminium enthält.
  9. Gesamtfestkörperbatterie nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei das Negativelektrodenaktivmaterialteilchen Silizium, Titan oder Kohlenstoff enthält.
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