JP2002203593A - Inorganic solid electrolyte thin film and lithium battery member using it - Google Patents

Inorganic solid electrolyte thin film and lithium battery member using it

Info

Publication number
JP2002203593A
JP2002203593A JP2000337406A JP2000337406A JP2002203593A JP 2002203593 A JP2002203593 A JP 2002203593A JP 2000337406 A JP2000337406 A JP 2000337406A JP 2000337406 A JP2000337406 A JP 2000337406A JP 2002203593 A JP2002203593 A JP 2002203593A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
thin film
solid electrolyte
inorganic solid
electrolyte thin
lithium
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2000337406A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Yuichi Hisagai
裕一 久貝
Yukihiro Ota
進啓 太田
Seisaku Yamanaka
正策 山中
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sumitomo Electric Industries Ltd
Original Assignee
Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sumitomo Electric Industries Ltd filed Critical Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority to JP2000337406A priority Critical patent/JP2002203593A/en
Publication of JP2002203593A publication Critical patent/JP2002203593A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries

Landscapes

  • Physical Vapour Deposition (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an inorganic solid electrolyte thin film and a lithium battery member using it which have high ion conductivity at room temperature and small activating energy. SOLUTION: The inorganic solid electrolyte thin film contains ingredients shown in the following A to D. A: lithium, B: one or more kinds of elements chosen from a group which consists of phosphorus, silicon, germanium, and gallium, C: sulfur, and D: silver.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、無機固体電解質薄
膜およびそれを用いたリチウム電池部材に関するもので
ある。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an inorganic solid electrolyte thin film and a lithium battery member using the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】有機電解液を使用したリチウム二次電池
の実用化が進展している。その特徴とするところは、他
の電池と比較して、単位体積あるいは単位重量当たりの
エネルギー出力が高いことであり、移動体通信、ノート
パソコンや電気自動車用電源として実用化開発が進めら
れている。
2. Description of the Related Art Practical use of lithium secondary batteries using an organic electrolyte is progressing. Its feature is that it has a higher energy output per unit volume or weight than other batteries, and its development as a power source for mobile communications, notebook computers, and electric vehicles is being pursued. .

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】しかし、無機固体電解
質のイオン伝導度が低いと、内部抵抗が高くなり、また
イオンの流れが一様にならないという問題がある。従っ
て、無機固体電解質のイオン伝導度は、有機電解液のそ
れと同等以上であることが望ましい。
However, when the ionic conductivity of the inorganic solid electrolyte is low, there is a problem that the internal resistance increases and the flow of ions is not uniform. Therefore, the ionic conductivity of the inorganic solid electrolyte is desirably equal to or higher than that of the organic electrolyte.

【0004】また、電池は−20℃程度の環境での使用も
想定されるため、温度の低下による固体電解質のイオン
伝導度の低下はできるだけ小さいこと、すなわち活性化
エネルギーが小さいことが望まれている。
Since the battery is expected to be used in an environment of about −20 ° C., it is desired that the decrease in ionic conductivity of the solid electrolyte due to a decrease in temperature is as small as possible, that is, the activation energy is small. I have.

【0005】本発明の主目的は、室温でのイオン伝導度
が高く、かつ活性化エネルギーが小さい無機固体電解質
薄膜と、それを用いたリチウム電池部材を提供すること
にある。
An object of the present invention is to provide an inorganic solid electrolyte thin film having high ionic conductivity at room temperature and low activation energy, and a lithium battery member using the same.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】本発明は、無機固体電解
質薄膜に銀を添加することで上記の目的を達成する。す
なわち、本発明の無機固体電解質薄膜は、次のA〜Dに示
した成分を含むことを特徴とする。 A:リチウム B:リン、ケイ素、ホウ素、ゲルマニウムおよびガリウ
ムよりなる群から選択された1種類以上の元素 C:イオウ D:銀
The present invention achieves the above object by adding silver to an inorganic solid electrolyte thin film. That is, the inorganic solid electrolyte thin film of the present invention is characterized by containing the following components A to D. A: lithium B: one or more elements selected from the group consisting of phosphorus, silicon, boron, germanium, and gallium C: sulfur D: silver

【0007】無機固体電解質薄膜に銀を含有することに
より、イオン伝導度が向上し、活性化エネルギーが下が
る。これは、微量の銀が入ることにより、リチウムイオ
ンが伝導する適当なサイトがより多く提供されるためと
推定される。
[0007] By containing silver in the inorganic solid electrolyte thin film, the ionic conductivity is improved and the activation energy is reduced. This is presumed to be due to the provision of more suitable sites for conducting lithium ions by the entry of a trace amount of silver.

【0008】無機固体電解質としては、硫化物系、酸化
物系、窒化物系およびこれらの混合系である酸窒化物
系、酸硫化物系が考えられる。硫化物としては、Li
S、及びLiSとSiS、GeS、GaSとの化合物な
どが挙げられる。酸窒化物としては、LiPO4−XN
2X/3、LiSiO4−XN2X/3、LiGeO4−XN
2X/3(0<X<4)、LiBO3−XN2X/3(0
<X<3)などが挙げられる。
As the inorganic solid electrolyte, sulfide-based, oxide-based, nitride-based and mixed oxynitride-based and oxysulfide-based ones can be considered. Li as a sulfide
2 S and a compound of Li 2 S with SiS 2 , GeS 2 , and Ga 2 S 3 . As the oxynitride, Li 3 PO 4-X N
2X / 3, Li 4 SiO 4 -X N 2X / 3, Li 4 GeO 4-X N
2X / 3 (0 <X < 4), Li 3 BO 3-X N 2X / 3 (0
<X <3).

【0009】銀の含有量は、2原子%以下、より好まし
くは0.5原子%以下とする。2原子%よりも多く銀を含有
しても、イオン伝導度の向上と活性化エネルギーの低減
があまり期待できず、不必要に銀を含有することになる
からである。特に、0.5原子%以下の含有量でもイオン
伝導度の向上と活性化エネルギーの低減効果が得られ
る。銀の下限値は0.01原子%以上である。0.01原子%未
満であればイオン伝導度の向上と活性化エネルギーの低
減効果が不十分だからである。
[0009] The silver content is 2 atomic% or less, more preferably 0.5 atomic% or less. This is because, even if silver is contained more than 2 atomic%, improvement in ionic conductivity and reduction in activation energy cannot be expected so much, and silver is unnecessarily contained. In particular, an effect of improving ionic conductivity and reducing activation energy can be obtained even at a content of 0.5 atomic% or less. The lower limit of silver is 0.01 atomic% or more. If the content is less than 0.01 atomic%, the effect of improving the ion conductivity and reducing the activation energy is insufficient.

【0010】その他、イオウを含有することで、リチウ
ム金属の表面において傾斜組成層を形成しやすくなる。
傾斜組成層とは、リチウム金属とリチウム含有無機化合
物の混じった層である。これがリチウム金属の界面に形
成されると、充放電時における負極でのリチウム金属の
析出・溶解の際に、リチウム金属と固体電解質薄膜との
界面に隙間ができて有機電解液が浸入して固体電解質薄
膜が剥離するのを防ぐことができる。
[0010] In addition, the inclusion of sulfur facilitates the formation of a gradient composition layer on the surface of lithium metal.
The gradient composition layer is a layer in which lithium metal and a lithium-containing inorganic compound are mixed. When this is formed at the lithium metal interface, a gap is created at the interface between the lithium metal and the solid electrolyte thin film during the deposition and dissolution of the lithium metal at the negative electrode during charge and discharge, and the organic electrolyte infiltrates and forms a solid. Separation of the electrolyte thin film can be prevented.

【0011】さらに、酸素と窒素の少なくとも一方を含
有することにより、その効果は強められることも判明し
た。これは、酸素または窒素がリチウム金属との反応性
が高く、より強固に無機固体電解質薄膜とリチウム金属
とを結合するためである。また、酸素と窒素の少なくと
も一方の含有により10−3オーダーという高いイオン伝
導度が実現できる。これは、構成する元素間の極性およ
び歪導入の効果に起因するものと考えられる。そして、
特に、酸硫化物系電解質薄膜の欠点である高い吸湿性を
抑制することにも効果がある。
Furthermore, it has been found that the effect is enhanced by containing at least one of oxygen and nitrogen. This is because oxygen or nitrogen has high reactivity with the lithium metal and more strongly bonds the inorganic solid electrolyte thin film and the lithium metal. In addition, a high ionic conductivity of the order of 10 −3 can be realized by containing at least one of oxygen and nitrogen. This is considered to be caused by the polarity between the constituent elements and the effect of introducing strain. And
In particular, it is also effective in suppressing high hygroscopicity, which is a drawback of oxysulfide-based electrolyte thin films.

【0012】無機電解質薄膜中のリチウム元素含有量
は、30原子%以上で75原子%以下であることが望まし
い。30原子%未満ではイオン伝導度が低くなり、高抵抗
化する。また、無機固体電解質薄膜とリチウム金属層と
の密着性が低下する。一方、75原子%を超える組成で
は、無機固体電解質薄膜とリチウム金属層との密着性は
向上するが、無機固体電解質薄膜が多結晶化および多孔
質化して、緻密な無機固体電解質の連続膜の形成が困難
になる。その上、電子伝導性が発現し、電池を構成した
際に内部短絡を引き起こし、電池性能を低下させる。従
って、電解質薄膜は非晶質体であることが好ましい。
The content of lithium element in the inorganic electrolyte thin film is desirably 30 atomic% or more and 75 atomic% or less. If it is less than 30 atomic%, the ionic conductivity becomes low and the resistance becomes high. In addition, the adhesion between the inorganic solid electrolyte thin film and the lithium metal layer is reduced. On the other hand, when the composition exceeds 75 atomic%, the adhesion between the inorganic solid electrolyte thin film and the lithium metal layer is improved, but the inorganic solid electrolyte thin film is polycrystallized and becomes porous, and a dense inorganic solid electrolyte continuous film is formed. It becomes difficult to form. In addition, electron conductivity develops and causes an internal short circuit when a battery is constructed, thereby lowering battery performance. Therefore, the electrolyte thin film is preferably an amorphous body.

【0013】無機固体電解質のリチウム以外の含有成分
では、リン、ケイ素、ホウ素、ゲルマニウムおよびガリ
ウムよりなる群から選ばれた1種類以上の元素(以下、
これらの元素を「添加元素」と称する)を含有し、かつ
イオウを含有していることが好適である。無機固体電解
質は非晶質体であることが有効であるが、「添加元素」
は、イオウを介してネットワーク構造を構成して、この
非晶質骨格を形成することが可能であり、かつリチウム
イオンが伝導するのに最適な大きさのサイトを供給する
ことができる。また、「添加元素」は、非晶質骨格の末
端のイオウ原子を、正電荷であるリチウムイオンを捕捉
するのに最適な強度の負電荷に帯電させることができ
る。すなわち、この負電荷の末端イオウ原子は、正電荷
のリチウムイオンを適度に緩やかに捕捉し、不必要に強
固に固定することなく、リチウムイオンの伝導を助ける
働きをする。
In the inorganic solid electrolyte, components other than lithium include at least one element selected from the group consisting of phosphorus, silicon, boron, germanium, and gallium (hereinafter, referred to as “element”).
It is preferable that these elements are referred to as “additional elements”) and that they contain sulfur. It is effective that the inorganic solid electrolyte is an amorphous body,
Can form a network structure via sulfur to form this amorphous skeleton, and can provide sites of optimal size for lithium ions to conduct. Further, the “additional element” can charge the terminal sulfur atom of the amorphous skeleton to a negative charge having an optimum intensity for capturing a positively charged lithium ion. In other words, the negatively charged terminal sulfur atoms function to moderately and slowly capture the positively charged lithium ions and to assist the conduction of the lithium ions without being unnecessarily firmly fixed.

【0014】本発明の電解質薄膜の厚みは、50nm以上で
50μm以下とすることが好ましい。厚みが50μmを超え
る場合、負極表面の被覆効果による正極との接触の抑制
および電解液との反応抑制効果はさらに高くなるが、抵
抗が高くなるため、電池性能を低下させる。加えて、膜
を形成するに要する時間、エネルギーが大きくなりす
ぎ、実用的ではない。特に、電解質薄膜のイオン伝導の
抵抗が高くなり、出力電流を大きくとれない問題が生じ
る。
The thickness of the electrolyte thin film of the present invention is 50 nm or more.
It is preferable that the thickness be 50 μm or less. When the thickness exceeds 50 μm, the effect of suppressing the contact with the positive electrode and the effect of suppressing the reaction with the electrolytic solution by the effect of covering the surface of the negative electrode are further increased, but the resistance is increased and the battery performance is reduced. In addition, the time and energy required to form the film are too large, which is not practical. In particular, a problem arises in that the ionic conduction resistance of the electrolyte thin film is increased, and a large output current cannot be obtained.

【0015】また、厚みが50nm未満の場合、薄膜の電解
質にピンホールの形成を抑制するのが困難になり、有機
電解液を含む正極を使用した場合、正極よりの電解液が
ピンホールを通して負極表面に進入して、負極との反応
によりデンドライトの形成を起こさせる問題が生じる。
When the thickness is less than 50 nm, it is difficult to suppress the formation of pinholes in the electrolyte of the thin film. When a positive electrode containing an organic electrolytic solution is used, the electrolytic solution from the positive electrode passes through the pinholes to the negative electrode. There is a problem in that it enters the surface and causes the formation of dendrite by reaction with the negative electrode.

【0016】本発明の無機固体電解質薄の製造方法は特
に限定されない。公知の製造技術を用いて形成すること
ができる。例えば、スパッタリング、真空蒸着、レーザ
アブレーション、イオンプレーティングのいずれかが好
適である。
The method for producing the thin inorganic solid electrolyte of the present invention is not particularly limited. It can be formed using a known manufacturing technique. For example, any of sputtering, vacuum deposition, laser ablation, and ion plating is suitable.

【0017】本発明の無機固体電解質薄膜は、正極と負
極との間に挟み込んで積層体を構成し、この積層体を電
池ケースに収納して封口することでリチウム電池として
利用することができる。より詳細に説明すると、まず負
極集電体と負極を接合し、負極上に、有機電解液を含ま
ない無機系の固体電解質薄膜を形成して、負極と電解質
薄膜との接合体を作製する。さらに、正極集電体上に、
有機高分子を含有する正極材料を形成して正極とする。
これらの接合体と正極とを合体して、リチウム二次電池
を作製する。また、正極と固体電解質薄膜との間にセパ
レータを設けても良い。各構成部材の詳細は次の通りで
ある。
The inorganic solid electrolyte thin film of the present invention is sandwiched between a positive electrode and a negative electrode to form a laminate, and the laminate is housed in a battery case and sealed to be used as a lithium battery. More specifically, first, the negative electrode current collector and the negative electrode are joined, an inorganic solid electrolyte thin film containing no organic electrolyte is formed on the negative electrode, and a joined body of the negative electrode and the electrolyte thin film is formed. Furthermore, on the positive electrode current collector,
A positive electrode material containing an organic polymer is formed to form a positive electrode.
These junctions and the positive electrode are combined to produce a lithium secondary battery. Further, a separator may be provided between the positive electrode and the solid electrolyte thin film. Details of each component are as follows.

【0018】負極集電体には、銅などをの金属箔が利用
できる。
A metal foil such as copper can be used for the negative electrode current collector.

【0019】負極は、リチウムを含有する材料であれば
良く、リチウム金属自体はもちろんリチウム合金も利用
できる。リチウム合金の具体例としては、In、Ti、Zn、
Bi、Sn等との合金が挙げられる。また、このリチウム含
有材料の表面に、リチウムと合金または金属間化合物を
形成する金属、たとえばAl、In、Bi、Zn、Pbなどの金属
薄膜を形成しても良い。この金属薄膜とリチウム含有材
料とからなる負極を用いることで、充放電時のリチウム
金属の移動が円滑になり、リチウム金属の利用厚みが増
加する。また、充放電時の負極の変形が均一になり、電
解質薄膜への歪を低減できる。
The negative electrode may be any material containing lithium. Lithium metal can be used as well as lithium metal itself. Specific examples of lithium alloys include In, Ti, Zn,
Alloys with Bi, Sn and the like can be mentioned. Further, on the surface of the lithium-containing material, a metal thin film such as Al, In, Bi, Zn, or Pb that forms an alloy or an intermetallic compound with lithium may be formed. By using the negative electrode made of the metal thin film and the lithium-containing material, the movement of the lithium metal during charging and discharging is smooth, and the thickness of the lithium metal used is increased. In addition, the deformation of the negative electrode during charge and discharge becomes uniform, and distortion to the electrolyte thin film can be reduced.

【0020】セパレータには、リチウムイオンが移動で
きる細孔を有し、有機電解液に不溶で安定したものを用
いる。例えば、ポリプロピレン、ポリエチレン、フッ素
樹脂、ポリアミド樹脂などから形成された不織布や多孔
質材が利用できる。その他、細孔を有する金属酸化物フ
ィルムなどでも良い。
A separator having pores through which lithium ions can move and which is insoluble and stable in an organic electrolyte solution is used. For example, a nonwoven fabric or a porous material formed from polypropylene, polyethylene, a fluorine resin, a polyamide resin, or the like can be used. In addition, a metal oxide film having pores may be used.

【0021】正極の材質には、有機高分子のバインダ中
に活物質を含有したものが好適である。バインダとして
は、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネートあ
るいはジメチルカーボネート等の有機溶媒を含有してい
るポリアクリロニトリル系高分子、ポリエチレンオキサ
イド系高分子およびポリフッ化ビニリデン系高分子より
なる群から選択された少なくとも一種が好適である。ま
た、活物質には、LixCoO、LixMnO、LixNiO
(0<X<1)の少なくとも一種が好適である。さら
に、電子導電性を付与するために炭素粉末を混合するこ
とが望ましい。
As the material of the positive electrode, a material containing an active material in an organic polymer binder is preferable. As the binder, at least one selected from the group consisting of a polyacrylonitrile-based polymer, a polyethylene oxide-based polymer, and a polyvinylidene fluoride-based polymer containing an organic solvent such as ethylene carbonate, propylene carbonate, or dimethyl carbonate is preferable. It is. The active materials include LixCoO 2 , LixMn 2 O 4 , LixNiO 2
At least one of (0 <X <1) is preferable. Further, it is desirable to mix a carbon powder in order to impart electronic conductivity.

【0022】電池の性能上の実用的な見地から、主に正
極中の活物質の周りに限定して有機電解液を含有させて
も良い。この型のリチウム二次電池の利点として、有機
電解液量の削減、負極への金属リチウムのデンドライト
成長の抑制、負極表面の被覆効果による正極との接触の
抑制および電解液との反応抑制がある。
From a practical point of view of the performance of the battery, the organic electrolyte may be contained mainly around the active material in the positive electrode. The advantages of this type of lithium secondary battery include a reduction in the amount of organic electrolyte, suppression of dendritic growth of metallic lithium on the anode, suppression of contact with the cathode due to the effect of covering the anode surface, and suppression of reaction with the electrolyte. .

【0023】正極集電体には、銅箔やアルミ箔などが好
適である。
As the positive electrode current collector, a copper foil, an aluminum foil, or the like is preferable.

【0024】その他の電池構造として、負極に最初から
リチウム含有材料を用いておく必要はなく、負極集電体
上に、直接に無機固体電解質薄膜を形成した構造であっ
ても充分にリチウム二次電池の性能を発揮する。すなわ
ち、正極中には充分なリチウム成分を含有しており、充
電時に負極集電体と無機固体電解質薄膜の間にリチウム
金属を蓄えることが可能となる。
As another battery structure, it is not necessary to use a lithium-containing material for the negative electrode from the beginning. Even if a structure in which an inorganic solid electrolyte thin film is directly formed on the negative electrode current collector, a sufficient lithium secondary Demonstrate battery performance. That is, the positive electrode contains a sufficient lithium component, so that lithium metal can be stored between the negative electrode current collector and the inorganic solid electrolyte thin film during charging.

【0025】さらに他の電池構造としては、上述した積
層型ボタン電池の他、負極、電解質薄膜、正極を積層し
て巻くことによって円筒状にしたものでも良い。
Further, as another battery structure, in addition to the above-described stacked button battery, a cylindrical battery may be formed by stacking and winding a negative electrode, an electrolyte thin film, and a positive electrode.

【0026】[0026]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を説明
する。 <実施例1>スパッタリング、真空蒸着、レーザアブレ
ーション、イオンプレーティングの各方法により、リチ
ウム金属の基板上に厚さ1μmの無機固体電解質薄膜を形
成した。銀の添加は、ターゲットもしくは蒸着原料に、
銀粉末(または銀粒)あるいは酸化銀粉末を用いることに
より行った。そして、薄膜の組成、イオン伝導度と活性
化エネルギーの評価を行った。薄膜の組成は、EPMA(El
ectron Probe MicroAnalyzer)により分析を行った。
イオン伝導度は、25℃において、薄膜上に櫛型電極を形
成し、複素インピーダンスを測定することにより評価し
た。活性化エネルギーは、イオン伝導度の温度変化を測
定することにより評価した。さらに、薄膜をX線回折測
定の結果、いずれの薄膜もハローパターンのみで非晶質
状態であることが確認された。評価結果を表1に示す。
Embodiments of the present invention will be described below. <Example 1> An inorganic solid electrolyte thin film having a thickness of 1 µm was formed on a lithium metal substrate by sputtering, vacuum evaporation, laser ablation, or ion plating. Silver is added to the target or deposition material
This was performed by using silver powder (or silver particles) or silver oxide powder. Then, the composition, ionic conductivity and activation energy of the thin film were evaluated. The composition of the thin film is EPMA (El
ectron Probe MicroAnalyzer).
The ionic conductivity was evaluated by forming a comb electrode on a thin film at 25 ° C. and measuring the complex impedance. The activation energy was evaluated by measuring the temperature change of the ionic conductivity. Further, as a result of X-ray diffraction measurement of the thin films, it was confirmed that each of the thin films was in an amorphous state with only a halo pattern. Table 1 shows the evaluation results.

【0027】[0027]

【表1】 [Table 1]

【0028】No.0は比較のための、銀を添加しない試料
である。表1からわかるように、銀を添加することによ
り、イオン伝導度が向上し、活性化エネルギーが下がっ
ている。銀の添加量は、2原子%以下が望ましく、さら
には0.5原子%以下が望ましいことがわかる。
No. 0 is a sample without silver added for comparison. As can be seen from Table 1, the addition of silver improves the ionic conductivity and lowers the activation energy. It is understood that the addition amount of silver is desirably 2 atomic% or less, and more desirably 0.5 atomic% or less.

【0029】<実施例2>厚み30μmで100mm×50mmの銅
箔1(負極集電体)に、厚みが50μmで同じサイズのリチウ
ム金属箔2を貼り合わせた。銅箔1とリチウム金属箔2を
貼り合わせる代わりに、銅箔上にリチウム金属を真空蒸
着しても良い。このリチウム金属箔2上に、表1のNo.6の
条件で厚さ1μmの無機固体電解質薄膜3を形成した。こ
の薄膜3もX線回折測定の結果、非晶質状態であった。得
られた積層体の模式図を図1に示す。
Example 2 A lithium metal foil 2 having a thickness of 50 μm and the same size was bonded to a copper foil 1 (anode current collector) having a thickness of 30 μm and a size of 100 mm × 50 mm. Instead of bonding copper foil 1 and lithium metal foil 2, lithium metal may be vacuum-deposited on the copper foil. An inorganic solid electrolyte thin film 3 having a thickness of 1 μm was formed on the lithium metal foil 2 under the conditions of No. 6 in Table 1. This thin film 3 was also in an amorphous state as a result of X-ray diffraction measurement. FIG. 1 shows a schematic diagram of the obtained laminate.

【0030】次に、この積層体を負極に用いたリチウム
二次電池を作製する。エチレンカーボネート(EC)とプロ
ピレンカーボネート(PC)の混合溶液を加熱し、ポリアク
リロニトリル(PAN)を高濃度に溶解させたものを冷却し
て、LiPF6が溶解しているEC、PCを多量に含有するPANを
作製した。このPAN中に活物質となるLiCoO2粒子および
電子伝導性を付与する炭素粒子を混合し、20μm厚のア
ルミ箔(正極集電体)上に前記混合物質を300μmの厚みで
塗布して正極とした。
Next, a lithium secondary battery using this laminate as a negative electrode is manufactured. Heat a mixed solution of ethylene carbonate (EC) and propylene carbonate (PC), cool the polyacrylonitrile (PAN) dissolved in high concentration, and contain a large amount of EC and PC in which LiPF 6 is dissolved PAN was prepared. In this PAN, LiCoO 2 particles serving as an active material and carbon particles imparting electron conductivity are mixed, and the mixed material is applied at a thickness of 300 μm on a 20 μm-thick aluminum foil (positive electrode current collector) to form a positive electrode. did.

【0031】無機固体電解質薄膜を形成した負極、セパ
レータ(多孔質ポリマーフィルム)、及び正極を、ステン
レス製密封容器に重ねて設置し、さらにエチレンカーボ
ネートとプロピレンカーボネートの混合溶液に電解塩と
して1モル%のLiPFを溶解させた有機電解液を滴下し
て、露点−60℃以下のアルゴンガス雰囲気下においてリ
チウム二次電池を作製した。
The negative electrode having the inorganic solid electrolyte thin film formed thereon, the separator (porous polymer film), and the positive electrode were placed on a stainless steel sealed container in a superposed manner, and further added to a mixed solution of ethylene carbonate and propylene carbonate as a 1 mol% electrolytic salt. An organic electrolyte solution in which LiPF 6 was dissolved was dropped, and a lithium secondary battery was manufactured in an argon gas atmosphere having a dew point of −60 ° C. or less.

【0032】作製した電池の充放電特性を評価した。そ
の結果充電電圧を4.2Vとして100mA放電により、3.5Vま
で電圧が低下するまでの容量は0.5Ah(アンペア時)であ
った。また、エネルギー密度は500Wh(ワット時)/l(リットル)で
あった。さらに同一の条件の200回のサイクル充放電で
も電池特性の低下はほとんど見られず、負極のリチウム
金属からのデンドライトの成長も見られなかった。ま
た、ガスなどの発生もなく、きわめて良好な安定性を示
した。
The charge / discharge characteristics of the manufactured battery were evaluated. As a result, the capacity until the voltage dropped to 3.5 V by discharging at 100 mA with the charging voltage set to 4.2 V was 0.5 Ah (ampere hours). The energy density was 500 Wh (watt-hour) / l (liter). Further, even after 200 cycles of charge and discharge under the same conditions, almost no deterioration in battery characteristics was observed, and no growth of dendrites from lithium metal of the negative electrode was observed. In addition, there was no generation of gas and the like, and very good stability was exhibited.

【0033】[0033]

【発明の効果】以上説明したように、本発明無機固体電
解質薄膜によれば、室温でのイオン伝導度が高く、かつ
活性化エネルギーを小さくすることができる。従って、
この電解質薄膜をリチウム電池部材として利用すること
で、内部抵抗が小さく、かつ温度低下による性能の低下
を抑制できるリチウム電池を得ることができる。
As described above, according to the inorganic solid electrolyte thin film of the present invention, the ionic conductivity at room temperature is high and the activation energy can be reduced. Therefore,
By using this electrolyte thin film as a lithium battery member, it is possible to obtain a lithium battery having a small internal resistance and capable of suppressing a decrease in performance due to a decrease in temperature.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明電解質薄膜と、負極、負極集電体の積層
体の断面図である。
FIG. 1 is a cross-sectional view of a laminate of an electrolyte thin film of the present invention, a negative electrode, and a negative electrode current collector.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 銅箔 2 リチウム金属箔 3 電解質薄膜 1 Copper foil 2 Lithium metal foil 3 Electrolyte thin film

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山中 正策 兵庫県伊丹市昆陽北一丁目1番1号 住友 電気工業株式会社伊丹製作所内 Fターム(参考) 4K029 AA02 BA51 BA64 CA01 CA03 CA05 DB20 5H029 AJ06 AK03 AL12 AM12 AM14 BJ03 BJ12 CJ24 DJ04 DJ09 DJ13 DJ18 EJ01 EJ03 EJ05 EJ06 EJ07 EJ08 HJ00 HJ01 HJ14 HJ20 5H050 AA06 AA12 BA16 CA08 CA09 CB12 DA03 DA13 DA19 FA02 FA05 FA18 FA20 GA24 HA00 HA01 HA14 HA17  ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuing from the front page (72) Inventor Masasaku Yamanaka 1-1-1, Koyokita-Kita, Itami-shi, Hyogo F-term in Sumitomo Electric Industries, Ltd. Itami Works (reference) 4K029 AA02 BA51 BA64 CA01 CA03 CA05 DB20 5H029 AJ06 AK03 AL12 AM12 AM14 BJ03 BJ12 CJ24 DJ04 DJ09 DJ13 DJ18 EJ01 EJ03 EJ05 EJ06 EJ07 EJ08 HJ00 HJ01 HJ14 HJ20 5H050 AA06 AA12 BA16 CA08 CA09 CB12 DA03 DA13 DA19 FA02 FA05 FA18 FA20 GA24 HA00 HA01 HA14 HA17

Claims (10)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 次のAからDに示した成分を含有すること
を特徴とする無機固体電解質薄膜。 A:リチウム B:リン、ケイ素、ホウ素、ゲルマニウムおよびガリウ
ムよりなる群から選ばれた1種類以上の元素 C:イオウ D:銀
1. An inorganic solid electrolyte thin film comprising the following components A to D: A: Lithium B: One or more elements selected from the group consisting of phosphorus, silicon, boron, germanium and gallium C: Sulfur D: Silver
【請求項2】 前記無機固体電解質薄膜が、さらに酸素
または窒素の少なくとも一方を含むことを特徴とする請
求項1に記載の無機固体電解質薄膜。
2. The inorganic solid electrolyte thin film according to claim 1, wherein the inorganic solid electrolyte thin film further contains at least one of oxygen and nitrogen.
【請求項3】 前記無機固体電解質薄膜に含まれる銀
が、2原子%以下であることを特徴とする請求項1または
2に記載の無機固体電解質薄膜。
3. The method according to claim 1, wherein silver contained in the inorganic solid electrolyte thin film is 2 atomic% or less.
3. The inorganic solid electrolyte thin film according to 2.
【請求項4】 前記無機固体電解質薄膜に含まれる銀
が、0.5原子%以下であることを特徴とする請求項1また
は2に記載の無機固体電解質薄膜。
4. The inorganic solid electrolyte thin film according to claim 1, wherein silver contained in the inorganic solid electrolyte thin film is 0.5 atomic% or less.
【請求項5】 前記無機固体電解質薄膜が、非晶質であ
ることを特徴とする請求項1から4のいずれかに記載の無
機固体電解質薄膜。
5. The inorganic solid electrolyte thin film according to claim 1, wherein the inorganic solid electrolyte thin film is amorphous.
【請求項6】 前記無機固体電解質薄膜のイオン伝導度
が、25℃で1×10−3S/cm以上であることを特徴とする請
求項1から5のいずれかに記載の無機固体電解質薄膜。
6. The inorganic solid electrolyte thin film according to claim 1, wherein the ionic conductivity of the inorganic solid electrolyte thin film is 1 × 10 −3 S / cm or more at 25 ° C. .
【請求項7】 前記無機固体電解質薄膜の活性化エネル
ギーが30kJ/mol以下であることを特徴とする請求項1か
ら6のいずれかに記載の無機固体電解質薄膜。
7. The inorganic solid electrolyte thin film according to claim 1, wherein the activation energy of the inorganic solid electrolyte thin film is 30 kJ / mol or less.
【請求項8】 前記無機固体電解質薄膜の形成方法が、
スパッタリング、真空蒸着、レーザアブレーション、イ
オンプレーティングのいずれかであること特徴とする請
求項1から7のいずれかに記載の無機固体電解質薄膜。
8. The method for forming the inorganic solid electrolyte thin film,
8. The inorganic solid electrolyte thin film according to claim 1, wherein the thin film is one of sputtering, vacuum deposition, laser ablation, and ion plating.
【請求項9】 リチウム金属またはリチウムを含有する
金属上に請求項1から8のいずれかに記載の無機固体電解
質薄膜が形成された積層体を具えることを特徴とするリ
チウム電池部材。
9. A lithium battery member comprising a laminate in which the inorganic solid electrolyte thin film according to claim 1 is formed on lithium metal or a metal containing lithium.
【請求項10】 前記積層体をリチウム二次電池の負極に
用いることを特徴とする請求項9に記載のリチウム電池
部材。
10. The lithium battery member according to claim 9, wherein the laminate is used as a negative electrode of a lithium secondary battery.
JP2000337406A 2000-10-23 2000-11-06 Inorganic solid electrolyte thin film and lithium battery member using it Pending JP2002203593A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2000337406A JP2002203593A (en) 2000-10-23 2000-11-06 Inorganic solid electrolyte thin film and lithium battery member using it

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2000323108 2000-10-23
JP2000-323108 2000-10-23
JP2000337406A JP2002203593A (en) 2000-10-23 2000-11-06 Inorganic solid electrolyte thin film and lithium battery member using it

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2002203593A true JP2002203593A (en) 2002-07-19

Family

ID=26602616

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2000337406A Pending JP2002203593A (en) 2000-10-23 2000-11-06 Inorganic solid electrolyte thin film and lithium battery member using it

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2002203593A (en)

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004193112A (en) * 2002-11-27 2004-07-08 Matsushita Electric Ind Co Ltd Solid electrolyte and all solid battery using solid electrolyte
WO2005001983A1 (en) * 2003-06-27 2005-01-06 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Solid electrolyte and all-solid battery using same
WO2005001982A1 (en) * 2003-06-27 2005-01-06 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Solid electrolyte and all-solid battery using same
US7217478B2 (en) * 2002-11-27 2007-05-15 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Solid electrolyte and all-solid battery using the same
JPWO2010092692A1 (en) * 2009-02-16 2012-08-16 トヨタ自動車株式会社 Power storage device system, and motor driving body and moving body using the system
KR101508423B1 (en) * 2012-04-30 2015-04-07 주식회사 엘지화학 Oxide solid electrolyte doped lithium metal, preparation method of thereof, and lithium secondary battery comprsing the same
JP2017517842A (en) * 2014-04-30 2017-06-29 ローベルト ボツシユ ゲゼルシヤフト ミツト ベシユレンクテル ハフツングRobert Bosch Gmbh Galvanic element and manufacturing method thereof

Cited By (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7217478B2 (en) * 2002-11-27 2007-05-15 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Solid electrolyte and all-solid battery using the same
JP4522078B2 (en) * 2002-11-27 2010-08-11 パナソニック株式会社 Solid electrolyte for all solid state battery and all solid state battery using the same
JP2004193112A (en) * 2002-11-27 2004-07-08 Matsushita Electric Ind Co Ltd Solid electrolyte and all solid battery using solid electrolyte
US7419746B2 (en) 2003-06-27 2008-09-02 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Solid electrolyte and all solid state battery using the same
CN100409479C (en) * 2003-06-27 2008-08-06 松下电器产业株式会社 Solid electrolyte and all-solid battery using same
CN100413138C (en) * 2003-06-27 2008-08-20 松下电器产业株式会社 Solid electrolyte and all-solid battery using same
WO2005001982A1 (en) * 2003-06-27 2005-01-06 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Solid electrolyte and all-solid battery using same
US7736811B2 (en) 2003-06-27 2010-06-15 Panasonic Corporation Solid electrolyte and all solid state battery using the same
WO2005001983A1 (en) * 2003-06-27 2005-01-06 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Solid electrolyte and all-solid battery using same
JPWO2010092692A1 (en) * 2009-02-16 2012-08-16 トヨタ自動車株式会社 Power storage device system, and motor driving body and moving body using the system
US8283878B2 (en) 2009-02-16 2012-10-09 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Battery storage device system, and motor driving body and moving body using the system
KR101508423B1 (en) * 2012-04-30 2015-04-07 주식회사 엘지화학 Oxide solid electrolyte doped lithium metal, preparation method of thereof, and lithium secondary battery comprsing the same
JP2017517842A (en) * 2014-04-30 2017-06-29 ローベルト ボツシユ ゲゼルシヤフト ミツト ベシユレンクテル ハフツングRobert Bosch Gmbh Galvanic element and manufacturing method thereof

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP3578015B2 (en) Lithium secondary battery
JP4626013B2 (en) Lithium secondary battery negative electrode
US7416817B2 (en) Battery
KR101376376B1 (en) battery
JP4400019B2 (en) Non-aqueous electrolyte battery and method for producing the same
JP2002289178A (en) Lithium secondary battery and electrode for it
KR20040057943A (en) Anode and battery using the same
JP2002270156A (en) Lithium secondary battery electrode and lithium secondary battery
US10177368B2 (en) Anode compartment with a collector made of amorphous-alloy
CN111725561B (en) Solid electrolyte, preparation method thereof and all-solid-state battery
JP7516552B2 (en) All-solid-state secondary battery
CN108232108A (en) A kind of lithium battery anode structure and preparation method thereof, lithium battery structure
JPH07326342A (en) Negative electrode for lithium secondary battery, and lithium secondary battery using the same
JP4016344B2 (en) Lithium secondary battery
JP2002373647A (en) Electrode for lithium secondary battery and the lithium secondary battery
JP2002203593A (en) Inorganic solid electrolyte thin film and lithium battery member using it
JP4329357B2 (en) Lithium secondary battery negative electrode member and manufacturing method thereof
JPH07245099A (en) Negative electrode for nonaqueous electrolyte type lithium secondary battery
US7524585B2 (en) Anode and battery using it
EP4197040A1 (en) Low resistance composite silicon-based electrode
JP2012089249A (en) Electrode plate for nonaqueous electrolyte secondary battery, nonaqueous electrolyte secondary battery, and battery pack
JPH10302776A (en) Totally solid lithium secondary battery
JPH07288130A (en) Negative electrode alloy for lithium secondary battery and lithium secondary battery
JP2001223031A (en) Lithium secondary battery
JP2004171876A (en) Cell