DE69925075T2 - Festelektrolyt-Zelle - Google Patents

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Description

  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Bereich der Erfindung
  • Diese Erfindung betrifft eine Festelektrolyt-Zelle und spezieller einen Lithium-Akkumulator oder einen Lithiumionen-Akkumulator, die den Festelektrolyten verwerten. Im Speziellen betrifft die Erfindung eine Festelektrolyt-Zelle, die bezüglich Elektrodennutzfaktor, Kreislaufeigenschaften und Ladeeigenschaften überlegen ist und deren Kapazität erhöht werden kann.
  • Beschreibung des Standes der Technik
  • Der Lithiumionen-Akkumulator wird aufgrund seiner hohen Energiedichte in einer breiten Vielzahl von elektronischen Geräten verwendet. Bei einem konventionellen Lithiumionen-Akkumulator, der ein brennbares organisches Lösungsmittel verwendet, ist der Schutz gegen z.B. ein Auslaufen von Flüssigkeit im Fall, dass die Batterie aus irgendeinem Grund zerstört oder aufgebrochen wird, nicht ausreichend. Im Hinblick darauf verdient eine Festelektrolyt-Zelle, die einen Festelektrolyten verwendet, Beachtung.
  • Bei der Herstellung einer Festelektrolyt-Zelle werden im Allgemeinen hochmolekulare organische Verbindungen, die Lithiumionen-Leitfähigkeit besitzen, sowohl auf die positive als auch die negative Elektrode beschichtet, und die sich ergebenden zwei Elektroden werden aneinandergestapelt. Alternativ hierzu wird ein Festelektrolyt-Film zwischen der positiven und der negativen Elektrode angeordnet, um die Batterie zu bilden. Wenn der Festelektrolyt eine organische Verbindung mit polymerisierbaren Funktionsgruppen ist, werden gelegentlich thermische oder auf Licht basierende Polymerisationsschritte beim Batterieherstellungsprozess verwendet.
  • Diese Festelektrolyt-Zelle ist bezüglich Sicherheit und Energiedichte überlegen, während gleichzeitig ihre Größe und Dicke verringert werden kann.
  • Bei dieser Festelektrolyt-Zelle ist jedoch der folgende Vorgang nicht wünschenswert.
  • Da bei der Festelektrolyt-Zelle sowohl der Elektrolyt als auch die Elektroden von fester Gestalt sind, ist die elektrochemische Verbindung zwischen den Partikeln des aktiven Materials der Elektroden und dem Festelektrolyt-Film an der Elektrodenschnittstelle schlechter, so dass die Schnittstellenimpedanz beträchtlich größer ist als bei einer Batterie des Typs mit der Elektrolytlösung, und somit wird eine signifikante Polarisation erzeugt, wodurch die Leistung der Batterie deutlich verringert wird.
  • Zur Lösung dieses Problems wurde vorgeschlagen, eine zusammengesetzte Elektrode aus einer Mischung eines Festelektrolyten mit einer Elektrodenkomposition zu verwenden, um den Kontakt zwischen dem Festelektrolyten und den Partikeln des aktiven Elektrodenmaterials zu verbessern.
  • Da bei der Verwendung der zusammengesetzten Elektrode viele Festelektrolyte in ihrer Funktion als Bindemittel schlecht sind, ist es schwierig, eine ausreichende Bindungsstärke zwischen dem Stromkollektor und der Elektrodenkomposition zu verwirklichen. Das Ergebnis ist, dass die Schicht der Elektrodenkomposition aufgrund der Ausdehnung und der Kontraktion der Partikel des aktiven Elektrodenmaterials als Folge der wiederholten Aufladung/Entladung zerfällt oder die Schicht der Elektrodenkomposition vom Kollektor getrennt wird, wodurch die Kreislaufeigenschaften verschlechtert werden. Um ein Auftreten dieses Phänomens zu verhindern, müssen elektrisch leitende Hilfsmittel verteilt werden, woraufhin die Kapazität der Batterie gesenkt wird. Alternativ wird eine komplexe Bearbeitung, etwa eine Vernetzung, zum Erhöhen der Stärke des Festelektrolyten als Bindemittel notwendig.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Festelektrolyt-Zelle zu schaffen, bei der ein Kontakt zwischen dem Elektrolyten und der Elektrode erzeugt wird, um die Eigenschaften der Batterie beträchtlich zu verbessern.
  • Unter einem Gesichtspunkt liefert die vorliegende Erfindung eine Festelektrolyt-Zelle mit einer positiven Elektrode, einem Festelektrolyten und einer negativen Elektrode, wobei die positive Elektrode und/oder die negative Elektrode aus einem Stromkollektor und einer Schicht einer Elektrodenkomposition besteht, die hauptsächlich aus einem Bindemittel und Pulvern eines aktiven Elektrodenmaterials zusammengesetzt ist. Die Elektrodenkompositionsschicht ist auf dem Stromkollektor angeordnet und besitzt eine mittlere Schichtdicke innerhalb von ±10% der mittleren Partikelgröße der Pulver eines aktiven Elektrodenmaterials.
  • Bei der erfindungsgemäßen Festelektrolyt-Zelle, die oben detailliert beschrieben wurde, ist die Schichtdicke der Schicht der Elektrodenkomposition auf einen vorbestimmten Bereich bezüglich der mittleren Partikelgröße eingestellt, so dass die Schichtdicke des aktiven Elektrodenmaterials im Schnitt annähernd identisch hierzu ist, so dass es möglich ist, die Partikel des aktiven Elektrodenmaterials gleichmäßig in der Schicht der Elektrodenkomposition ohne Überlappung entlang der Dickenrichtung aufzuladen. Somit steht die Gesamtheit der Partikel des aktiven Elektrodenmaterials mit dem Festelektrolyten oder dem Stromkollektor in Kontakt, so dass eine ideale Schnittstelle zwischen dem aktiven Elektrodenmaterial und dem Festelektrolyten geliefert wird.
  • Da bei der Festelektrolyt-Zelle gemäß der vorliegenden Erfindung außerdem die Partikel des aktiven Elektrodenmaterials ausgebildet sind, um in Kontakt mit dem Stromkollektor zu gelangen, um einen Festelektrolyten zwischen den beiden Elektroden zu bilden, werden sowohl Elektronenleitungspfade als auch Lithiumionenleitungspfade auf den gesamten Partikeln des aktiven Elektrodenmaterials auf optimale Weise ausgebildet.
  • Deshalb ist die erfindungsgemäße Festelektrolyt-Zelle ein hochkapazitiver Festelektrolyt-Akkumulator mit überlegenen Lade- und Kreislaufeigenschaften.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1 ist eine Querschnittsansicht, die eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Festelektrolyt-Zelle zeigt.
  • 2 ist eine Querschnittsansicht, die einen Bereich X aus 1 vergrößert darstellt.
  • 3 zeigt die Ergebnisse der Berechnung von Kreislaufeigenschaften.
  • BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • Bezug nehmend auf die Zeichnungen werden bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung detailliert beschrieben. 1 ist eine Querschnittsansicht, die eine Festelektrolyt-Zelle 1 gemäß der Erfindung zeigt.
  • Eine Festelektrolyt-Zelle 1 besteht aus einer Parallelflach-förmigen geschichteten Elektrodenanordnung 2, die zwischen einem Paar von Parallelflach-förmigen äußeren Filmen 3 wie in 1 dargestellt angeordnet und abgedichtet ist. Diese äußeren Filme 3 werden z.B. durch Aluminiumfolien gebildet.
  • Die geschichtete Elektrodenanordnung 2 besitzt eine positive Elektrode 6 in Form einer dünnen Platte und eine auf ähnliche Weise als dünne Platte ausgebildete negative Elektrode 6, die einander zugewandt sind, wobei ein Festelektrolyt-Film 10 dazwischen angeordnet ist.
  • Die positive Elektrode 6 ist eine geschichtete Anordnung eines positiven Elektrodenkollektors 4 und einer Schicht der positiven Elektrodenkomposition 5, die hauptsächlich aus einer Mischung eines Bindemittels, eines elektrisch leitenden Hilfsmittels und eines positiven aktiven Elektrodenmaterials zusammengesetzt ist. Ein positiver Elektrodenanschluss 12 ist mit einem Ende des positiven Elektrodenkollektors 4 verbunden und ist an einem abgedichteten Ende 3a, das ein Ende des Außenbereichs der äußeren Filme 3 ist, zwischen diesen angeordnet.
  • Eine negative Elektrode 9 ist eine geschichtete Anordnung eines negativen Elektrodenkollektors 7 und einer Schicht der negativen Elektrodenkomposition 8, die hauptsächlich aus einer Mischung eines Bindemittels und eines negativen aktiven Elektrodenmaterials zusammengesetzt ist. Ein negativer Elektrodenanschluss 13 ist mit einem Ende des negativen Elektrodenkollektors 7 verbunden und an einem abgedichteten Ende 3b, welches das andere Ende des Außenbereichs der äußeren Filme 3 ist, zwischen diesen angeordnet.
  • Bei der erfindungsgemäßen Festelektrolyt-Zelle 1 besitzt die Schicht der positiven Elektrodenkomposition 5 eine mittlere Schichtdicke 7, die ±10% der mittleren Partikelgröße L der Partikel des aktiven positiven Elektrodenmaterials 22 ist, wie in 2 dargestellt ist. D.h., die Werte von L und T erfüllen die Beziehung: L × 0.9 ≤ T ≤ L × 1.1. Somit ist im Durchschnitt die Schichtdicke der Schicht der positiven Elektrodenkomposition 5 annähernd gleich der Partikelgröße der Partikel des aktiven positiven Elektrodenmaterials 22, so dass die Partikel des aktiven positiven Elektrodenmaterials 22 in Kontakt mit dem Festelektrolyt-Film 10 und dem positiven Elektrodenkollektor 4 gelangen.
  • Auf ähnliche Weise besitzt bei der erfindungsgemäßen Festelektrolyt-Zelle 1 die Schicht der negativen Elektrodenkomposition 8 eine mittlere Schichtdicke t, die ±10% der mittleren Partikelgröße 1 der Partikel des aktiven negativen Elektrodenmaterials 22 ist, wie in 2 dargestellt ist. D.h., die Werte von 1 und t erfüllen die Beziehung: 1 × 0.9 ≤ t ≤ 1 × 1.1. Somit ist im Durchschnitt die Schichtdicke der Schicht der negativen Elektrodenkomposition 8 etwa gleich der Partikelgröße der Partikel des aktiven negativen Elektrodenmaterials 23, so dass die Partikel des aktiven negativen Elektrodenmaterials 23 in Kontakt mit dem Festelektrolyt-Film 10 und dem negativen Elektrodenkollektor 7 gelangen.
  • Somit sind bei der erfindungsgemäßen Festelektrolyt-Zelle 1 die Schichtdicken der Elektrodenkompositionsschichten 5, 8 vorgeschriebenermaßen innerhalb eines vorbestimmten Bereichs bezüglich der mittleren Partikelgröße des aktiven Elektrodenmaterials, wodurch die Schichtdicken der Elektrodenkompositionsschichten 5, 8 etwa gleich der Partikelgröße des aktiven Elektrodenmaterials sind und somit die Partikel des aktiven Elektrodenmaterials homogen ohne Überlappung in Richtung der Dicke in den Elektrodenkompositionsschichten 5, 8 eingepackt sind. Deshalb können alle Partikel des aktiven Elektrodenmaterials in Kontakt mit dem Festelektrolyt-Film 10 oder den Stromkollektoren 4, 7 gelangen, ohne eine Mischelektrode zu verwenden, bei der der Festelektrolyt in die Elektrodenkompositionsschichten hineingemischt wird, wodurch die Schnittstelle zwischen dem aktiven Elektrodenmaterial und dem Festelektrolyt-Film 10 verbessert wird.
  • Da bei der erfindungsgemäßen Festelektrolyt-Zelle 1 die Partikel des aktiven Elektrodenmaterials in Kontakt mit den Stromkollektoren 4, 7 gelangen und der Festelektrolyt-Film 10 zwischen den Elektroden ausgebildet ist, werden außerdem sowohl der Elektronenleitungspfad als auch der Lithiumionenleitungspfad zufriedenstellend in den gesamten Partikeln des aktiven Elektrodenmaterials ausgebildet, so dass es möglich ist, einen Festelektrolyt-Akkumulator mit überlegenen Ladeeigenschaften zu liefern.
  • Die vorliegende Erfindung liefert somit einen hochkapazitiven Festelektrolyt-Akkumulator mit überlegenen Lade- und Kreislaufeigenschaften.
  • Obwohl ein vorteilhafter Effekt gemäß der vorliegenden Erfindung erzeugt werden kann, indem die Schichtdicke entweder der positiven Elektrodenkompositionsschicht oder der negativen Elektrodenkompositionsschicht auf einen vorbestimmten Bereich bezüglich der mittleren Partikelgröße des damit verknüpften aktiven Elektrodenmaterials festgelegt wird, ist es natürlich effektiver, die Schichtdicken sowohl der positiven Elektrodenkompositionsschicht als auch der negativen Elektrodenkompositionsschicht auf einen vorbestimmten Bereich bezüglich der mittleren Partikelgröße des aktiven Elektrodenmaterials festzulegen, wie oben erwähnt wurde.
  • Der positive Elektrodenkollektor 4 und der negative Elektrodenkollektor 7 können durch Folien oder dünne Platten aus Metall gebildet sein, beispielsweise aus Aluminium, Nickel, Titan oder Kupfer.
  • Es gibt keine besondere Einschränkung hinsichtlich des aktiven Materials für die positive Elektrode, so dass jedes beliebige Material, das bekanntermaßen für Lithium-Akkumulatoren verwendbar ist, verwendet werden kann. Beispielsweise kann das aktive Material für die positive Elektrode LiCoO2, LiMnO2, LiNiO2, LiVO2, LiTiO2, LiCo0.88Ni0.2O2, LiMn2O4, TiS2, MoS2, FeS2 oder FeS sein. Das Material kann auch fein klassifiziert werden, wenn dies gewünscht ist.
  • Das negative aktive Elektrodenmaterial der vorliegenden Erfindung kann aus Kohlenstoffmaterialien gebildet sein, die geeignet sind, Lithium einzuschließen oder zu desorbieren, und außerdem aus metallischem Lithium und Lithiumlegierungen, die geeignet sind, Lithium einzuschließen und zu desorbieren. Dieses Kohlenstoffmaterial kann alle möglichen Arten von Kohlenstoffmaterialien aufweisen, wie z.B. natürlichen Graphit, graphitisierte Pech-Mesophasen-Kohlenstofffasern, Aktivkohle oder Kohleschwarz. Das Material kann auch fein klassifiziert werden, wenn dies gewünscht ist.
  • Das Bindemittel, das für die Schicht der positiven Elektrodenkomposition 5 und die Schicht der negativen Elektrodenkomposition 8 verwendet wird. kann beispielsweise Polyvinylidenfluorid sein. Da das Bindemittel mit überlegenen Bindungseigenschaften, wie z.B. Polyvinylidenfluorid, in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann, wird es möglich, eine Elektrodenabtrennung beim Nutzkreislauf zu verhindern, um die Leistung des Kreislaufs zu verbessern. Das Lösemittel, das bei der Bildung der Schicht der positiven Elektrodenkomposition 5 und der negativen Elektrodenkomposition 8 verwendet wird, kann z.B. N-Methyl-Pyrrolidon sein.
  • Der Festelektrolyt-Film 10 gemäß der vorliegenden Erfindung besteht aus einem Festelektrolyten, der sowohl den Elektrolyten als auch das hochmolekulare Material enthält und die positive Elektrode 6 und die negative Elektrode 9 voneinander trennt. Die Elektrolyte können beispielsweise angegeben werden durch LiClO4, LiPF6, LiBF4, LiAsF6, LiAlCl4, LiCF3SO3, LiN(CF3SO2)2 oder LiCF3. Als hochmolekulares Material können Polyethylenoxid, Polyethercopolymere mit einer Oligo-Oxiethylen-Seitenkette oder andere Polyethercopolymere mit einer quervernetzten Struktur verwendet werden. Diese können allein oder kombiniert verwendet werden. Wenn zwei oder mehr hochmolekulare Materialien kombiniert verwendet werden, kann die Polymerisationsform Blockpolymerisation sein, Zufallspolymerisation oder jede andere geeignete Polymerisationsform. Es ist auch möglich, Mischungen zu verwenden, die eine quervernetzte Struktur besitzen, einschließlich eines halbfesten Elektrolyten, wie ein Gel-Elektrolyt, der aus einer Kombination einer Verbindung mit quervernetzter Struktur, z.B. Polyacrylonitril oder Polyvinylidenfluorid, und einem organischen Lösungsmittel besteht.
  • Anstelle des hochmolekularen Materials können auch anorganische Festelektrolyte wie Keramik, Glaskeramik oder Glas, repräsentiert durch Li3N, verwendet werden.
  • Obwohl eine dünne Zelle als Beispiel der erfindungsgemäßen Elektrolyt-Zelle 1 verwendet wird, dient dies lediglich zur Veranschaulichung, und die erfindungsgemäße Festelektrolyt-Zelle kann auch verschiedene Formen, etwa Quaderformen, Münzenformen oder Knopfformen aufweisen.
  • BEISPIELE
  • Die vorliegende Erfindung wird im Folgenden unter Bezugnahme auf spezielle Beispiele auf Basis von experimentellen Ergebnissen erläutert. Zur Bewertung des Effekts der Filmdicke der positiven und negativen Elektrodenseitentrennfilme auf die Batterieeigenschaften wurde ein Lithium-Akkumulator hergestellt, wie unten dargestellt ist.
  • Beispiel 1
  • Zunächst wurde eine positive Elektrode auf folgende Weise hergestellt. LiCoO2 mit einer mittleren Partikelgröße von 20 μm als positives aktives Elektrodenmaterial, Graphitpulver als elektrisch leitendes Material und Polyvinylidenfluorid als Bindemittel wurden unter einem Gewichtsverhältnis von 91:6:3 abgewogen und in N-Methyl-Pyrrolidon gemischt, und die erhaltene Mischung wurde ausreichend umgerührt, um eine positive Elektrodenkomposition zu bilden. Auf einem positiven Elektrodenstromkollektor, der durch eine Aluminiumfolie gebildet wurde, wurde die oben erwähnte positive Elektrodenkomposition aufgetragen, so dass die LiCoO2 Partikel keine Überlagerung aufwiesen und gleichmäßig in Richtung der Dicke ausgerichtet waren, und wurde an Ort und Stelle getrocknet. Das erhaltene Erzeugnis wurde gepresst, um eine positive Elektrode zu bilden. Die Schichtdicke der Schicht der positiven Komposition war 20 μm. Die Beschichtungsdichte war 2.31 g/cm3.
  • Ein Festelektrolyt-Film wurde auch auf folgende Weise hergestellt. Zunächst wurden 2.64 g Polyethylenoxid mit einem Molekulargewicht von etwa 10,000 und 0.53 g LiCl4 in Acetonitril aufgelöst, so dass sich eine homogene Lösung ergab, die dann auf die oben erwähnte Schicht der positiven Elektrodenkomposition beschichtet wurde. Das sich ergebende Erzeugnis wurde an Ort und Stelle getrocknet, um einen Festelektrolyt-Film zu bilden. Die Beschichtungsdicke des Festelektrolyt-Films war 70 μm.
  • Eine negative Elektrode wurde dann auf folgende Weise hergestellt. Metallisches Lithium wurde an einem negativen Elektrodenkollektor, der aus einer 10 μm dicken Kupferfolie bestand, durch Druck befestigt, um eine negative Elektrode zu bilden.
  • Die positive Elektrode und die negative Elektrode wurden nach ihrer Herstellung einander zugewandt angeordnet, wobei der Festelektrolyt-Film in der Mitte lag, um schließlich einen dünnen Lithium-Akkumulator wie in 1 dargestellt zu erzeugen.
  • Vergleichendes Beispiel 1
  • Zunächst wurde eine positive Elektrode auf folgende Weise hergestellt. LiCoO2 mit einer mittleren Partikelgröße von 5 μm als aktives positives Elektrodenmaterial, Graphitpulver als elektrisch leitendes Hilfsmittel und Polyvinylidenfluorid als Bindemittel wurden unter einem Gewichtsverhältnis von 91:6:3 abgewogen und in N-Pyrrolidon gemischt. Die erhaltene Mischung wurde umgerührt. Auf einem positiven Elektrodenstromkollektor, der durch eine Aluminiumfolie gebildet wurde, wurde die oben erwähnte positive Elektrodenkomposition aufgebracht, so dass die LiCoO2 Partikel ohne Überlagerung und gleichmäßig in Richtung der Dicke angeordnet waren, und wurde an Ort und Stelle getrocknet. Das sich ergebene Erzeugnis wurde gepresst, um eine positive Elektrode zu bilden. Die Beschichtungsdicke der Schicht der positiven Komposition war 20 μm. Die Beschichtungsdichte war 2.38 g/cm3.
  • Ein Festelektrolyt-Film und eine negative Elektrode wurden auf dieselbe Weise wie in Beispiel 1 hergestellt, außer dass die positive Elektrode wie oben beschrieben hergestellt wurde, um einen dünnen Lithium-Akkumulator zu bilden.
  • Bewertung der Lade-/Entladeeigenschaften der Zelle
  • Die Lithium-Akkumulatoren nach Beispiel 1 und nach dem vergleichenden Beispiel 1, die wie oben beschrieben hergestellt wurden, wurden einer wiederholten Aufladung/Entladung unterzogen, mit einer Ladespannung von 4.2 V, Ladespannung von 3.0 V und einem Lade-/Entladestrom von 0.2 mA, und der Elektrodennutzfaktor wurde aus den entsprechenden Entladungskapazitäten berechnet, wenn dieselbe Batterie mit Lade-/Entladeströmen von 0.4 mA und 0.8 mA aufgeladen/entladen wurde. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 dargestellt.
  • Tabelle 1
    Figure 00100001
  • Wie aus den Ergebnissen aus Tabelle 1 ersichtlich ist, ist die Zelle nach Beispiel 1, bei der die mittlere Schichtdicke der Schicht der positiven Elektrodenkomposition innerhalb ±10% der mittleren Partikelgröße der Pulver des aktiven Materials der positiven Elektrode ist, deutlich dem vergleichenden Beispiel 1, bei dem sich die mittlere Schichtdicke der Schicht der positiven Elektrodenkomposition nicht innerhalb des obigen Bereichs befindet, deutlich bezüglich des Batterienutzfaktors überlegen.
  • Somit ist klar, dass durch Einstellen der mittleren Schichtdicke der Schicht der positiven Elektrodenkomposition auf einen vorbestimmten Bereich bezüglich der mittleren Partikelgröße der Pulver des aktiven positiven Elektrodenmaterials der Kontakt zwischen dem aktiven Material der positiven Elektrode einerseits und dem Festelektrolyten und dem Stromkollektor andererseits verbessert wird, um den Batterienutzfaktor zu erhöhen.
  • Beispiel 2
  • Zunächst wurden eine positive Elektrode und ein Festelektrolyt-Film auf dieselbe Weise wie in Beispiel 1 hergestellt.
  • Anschließend wurde partikuläres Graphit mit einer mittleren Partikelgröße von 10 μm als aktives Material für eine negative Elektrode und Polyvinylidenfluorid als Bindemittel ausreichend in N-Methyl-Pyrrolidon unter einem Verhältnis von 90:10 verrührt, um eine negative Elektrodenkomposition zu bilden. Auf einem negativen Elektrodenstromkollektor, der durch eine Kupferfolie gebildet wurde, wurde die oben erwähnte negative Elektrodenkomposition aufgebracht, so dass die Graphitpartikel ohne Überlappung und gleichmäßig in Richtung der Dicke angeordnet waren. Das erhaltene Erzeugnis wurde anschließend an Ort und Stelle getrocknet und gepresst, um eine positive Elektrode zu bilden. Die Beschichtungsdicke der Schicht der positiven Komposition war 10 μm.
  • Die positive Elektrode und die negative Elektrode wurden nach ihrer Herstellung einander zugewandt angeordnet, wobei ein Festelektrolyt-Film zwischen ihnen lag, um schließlich einen dünnen Lithium-Akkumulator wie in 1 dargestellt zu bilden.
  • Vergleichendes Beispiel 2
  • Eine positive Elektrode und ein Festelektrolyt wurden auf dieselbe Weise wie im vergleichenden Beispiel 1 hergestellt, und ein dünner Lithium-Akkumulator wurde auf dieselbe Weise wie in Beispiel 2 hergestellt.
  • Bewertung der Lade-/Entladeeigenschaften der Zelle
  • Die Lithium-Akkumulatoren nach Beispiel 2 und nach dem vergleichenden Beispiel 2, die wie oben beschrieben hergestellt wurden, wurden einer wiederholten Aufladung/Entladung unterzogen, mit einer Ladespannung von 4.2 V, Ladespannung von 3.0 V und einem Lade-/Entladestrom von 0.2 mA, und Messungen der Entladungskapazität wurden bei jedem Kreislauf getätigt, um die Kreislaufeigenschaften zu bewerten. Die Ergebnisse sind in 3 dargestellt.
  • Wie aus den Ergebnissen von 3 deutlich wird, ist die Zelle aus Beispiel 2, bei der sich die mittlere Schichtdicke der Schicht der positiven Elektrodenkomposition in der positiven Elektrode und die der Schicht der negativen Elektrodenkomposition in der negativen Elektrode innerhalb eines vorbestimmten Bereichs bezüglich der mittleren Partikelgröße der Pulver des aktiven Materials der positiven Elektrode und der negativen Elektrode befinden, bezüglich der Kreislaufeigenschaften deutlich überlegen im Vergleich zum vergleichenden Beispiel 2, bei dem sich die mittleren Schichtdicken der Schichten der positiven und negativen Elektrodenkompositionen nicht innerhalb des oben erwähnten Bereichs befinden.
  • Somit wird klar, dass durch Einstellen der mittleren Schichtdicken der Schichten der positiven Elektrodenkompositionen innerhalb eines vorbestimmten Faktors bezüglich der mittleren Partikelgröße der Pulver des aktiven positiven Elektrodenmaterials und des aktiven negativen Elektrodenmaterials der Kontakt zwischen dem aktiven Material der positiven Elektrode und dem der negativen Elektrode einerseits und dem Festelektrolyten und dem Stromkollektor andererseits verbessert wird, um die Kreislaufeigenschaften zu verbessern.

Claims (8)

  1. Festelektrolyt-Zelle mit einer positiven Elektrode, einem Festelektrolyten und einer negativen Elektrode, wobei die positive Elektrode und/oder die negative Elektrode aus einem Stromkollektor und einer Schicht einer Elektrodenkomposition besteht, die hauptsächlich aus einem Bindemittel und Pulvern eines aktiven Elektrodenmaterials zusammengesetzt ist, wobei die Elektrodenkompositionsschicht auf dem Stromkollektor angeordnet ist und eine mittlere Schichtdicke innerhalb von ±10% der mittleren Partikelgröße der Pulver eines aktiven Elektrodenmaterials aufweist.
  2. Festelektrolyt-Zelle nach Anspruch 1, wobei der Festelektrolyt aus einem elektrisch leitfähigen Material mit Lithiumionen gebildet ist.
  3. Festelektrolyt-Zelle nach Anspruch 1, die ein aktives Material der positiven Elektrode enthält, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus LiCoO2, LiMnO2, LiNiO2, LiVO2, LiTiO2, LiCO0.88Ni0.2O2, LiMn2O4, TiS2, MoS2, FeS2 und FeS besteht.
  4. Festelektrolyt-Zelle nach Anspruch 1, wobei das aktive Material der negativen Elektrode aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus metallischem Lithium, Lithiumlegierungen und einem Kohlenstoffmaterial besteht, das dazu geeignet ist, Lithium einzuschließen und zu desorbieren.
  5. Festelektrolyt-Zelle nach Anspruch 4, wobei das Kohlenstoffmaterial aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus natürlichem Graphit, graphitisierten Pech-Mesophasen-Kohlenstofffasern, Aktivkohle und Kohleschwarz besteht.
  6. Festelektrolyt-Zelle nach Anspruch 1, wobei der Festelektrolyt einen Elektrolyten und ein hochmolekulares Material enthält.
  7. Festelektrolyt-Zelle nach Anspruch 6, wobei der Festelektrolyt aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus LiClO4, LiPF6, LiBF4, LiAsF6, LiAlCl4, LiCF3SO3, LiN(CF3SO2)2 und LiCF3 besteht.
  8. Festelektrolyt-Zelle nach Anspruch 6, wobei das hochmolekulare Material aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Polyethylenoxid, Polyethercopolymeren mit einer Oligo-Oxyethylen-Seitenkette und anderen Polyethercopolymeren mit einer quervernetzten Struktur besteht.
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