JP2017228519A - Ni(OH)2電極を有する薄膜固体電池を製造する方法、電池セルおよび電池 - Google Patents
Ni(OH)2電極を有する薄膜固体電池を製造する方法、電池セルおよび電池 Download PDFInfo
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Abstract
Description
他の事例では、この記載の理解を不明瞭にしないために、周知の方法、構造体および技術を詳細に示していない。
と記述できる。これは、電池の充電中に負極においてH2Oの消費があり、それが正極において補償されない、ということを示す。これは、電池充電中にH2Oの正味の消費をもたらす。水は電解質機能を提供するためにも必要であるため、この電池で乾性NiO正極層を使用することは、好ましくない手法である。
と記述できる。これは、Ni(OH)2正極層を使用する場合に電池の充電中に反応(5)に従ってNi(OH)2からH2Oが作り出されるということを示す。これは負極での(4)によるH2Oの消費を補償する。放電中には逆の反応が起こる。それゆえ、充電/放電中に水の正味の消費が存在しない。これは、表面水層が影響を受けないままであり得、よってその電解質機能が維持され得る、ということを意味する。したがって、「湿性」Ni(OH)2正極層をこの電池で使用することは、好ましい手法である。
によって、説明され得る。
に従って電流密度(i、単位:A/cm2)と堆積時間(t、単位:秒)とによって決定されることが示された。式中、Fは96485C/mol(ファラデー定数)、z=2(NO3 −の還元によって2OH−イオンと交換された電子の数に対応)であり、η(i)は%表示での電流効率または堆積効率である。図4に示す電流効率はこの式に従って算出した。RBSによって測定したNiの量は、0.2MのLiOH中、走査速度20mV/sでの図6に示すサイクリックボルタンメトリー測定(電位対Ag/AgCl)によって決定された電極容量から決定した堆積Ni(OH)2の量に、非常によく一致することが分かった。これらの曲線は、Ni(OH)2層の反応(5)による正極としての活性を例証している。ボルタモグラムの正の、つまりアノードのピークは、Ni(OH)2をNiOOHへと酸化する電極反応に対応する。ボルタモグラムの負の、つまりカソードのピークは、NiOOHをNi(OH)2へと還元する逆反応を示す。アノードピークおよびカソードピークの下の電荷は実質的に等しいことが分かり、可逆性が示された。ピークにおいて積分した電荷は、反応(5)によるNi(OH)2層の電荷に等しい。ピーク下で積分した電荷は、Ni(OH)2層の体積容量に関係している。いくつかのNi(OH)2層について算出した体積容量を、堆積電流密度の関数として図7に示す。RBSによって測定したNiの量に基づき(かつ緻密な非多孔質層を仮定して)、990Ah/lの理論容量が算出された。Ni(OH)2層は多孔質であるため、緻密層の場合に比べて、実際の体積はより大きく、かつ(図7に示す)実際の体積容量はより低い。図7では容量を、SEMによって測定した実際の層厚みに規格化している。
に従って決定できることが見出された。式中、Ni(OH)2・H2Oの分子量としてMW=110.72g/モルであり、Ni(OH)2・H2Oの密度としてρ=4.1g/cm3である。
のとおりに算出し、その結果、エネルギー密度Eは0.3マイクロWh/cm2であった。
Claims (15)
- 第1集電体層を含む基材上に薄膜固体電池セルを製造する方法であって、
該第1集電体層の上に第1電極層を堆積させる工程であって、該第1電極層は、孔壁を有する複数の孔を含むナノ多孔質複合層であり、該第1電極層は、誘電材料と電極活物質との混合物を含む工程;
該第1電極層の上に多孔質誘電層を堆積させる工程;および、
第2電極層を該多孔質誘電層上に直接堆積させる工程、を含み、
該第2電極層を堆積する工程は、電気化学堆積プロセスによって多孔質Ni(OH)2層を堆積させる工程を含むことを特徴とする、方法。 - 前記第1電極層を堆積させる工程の後に、前記第1電極層の前記孔壁を親水化する工程をさらに含む、請求項1に記載の薄膜固体電池セルを製造する方法。
- 前記第1電極層の前記孔壁を親水化する工程は、UV硬化工程を実施する工程を含む、請求項2に記載の薄膜固体電池セルを製造する方法。
- 前記第1電極層の前記孔壁を親水化する工程は、湿潤雰囲気中でアニーリング工程を実施する工程を含む、請求項2に記載の薄膜固体電池セルを製造する方法。
- 前記電気化学堆積プロセスは、電気析出プロセスである、請求項1〜4のいずれかに記載の薄膜固体電池セルを製造する方法。
- 前記電気化学堆積プロセスは、前記第1電極層を充電してそれによって該第1電極層を導電性にする工程を含む第1段階と、前記多孔質誘電層上でのNi(OH)2材料の析出を含む第2段階とを含む、請求項1〜5のいずれかに記載の薄膜固体電池セルを製造する方法。
- 前記第2電極層の上に第2集電体層を堆積させる工程をさらに含む、請求項1〜6のいずれかに記載の薄膜固体電池セルを製造する方法。
- 薄膜固体電池セルであって、
第1集電体層;
該第1集電体層の上の第1電極層であって、該第1電極層は、孔壁を有する複数の孔を含むナノ多孔質複合層であり、該第1電極層は、誘電材料と電極活物質との混合物を含む第1電極層;
該第1電極層の上の多孔質誘電層;および、
該多孔質誘電層に直接付着した第2電極層;を含み、
該第2電極層は薄膜多孔質Ni(OH)2層であることを特徴とする、薄膜固体電池セル。 - 前記薄膜多孔質Ni(OH)2層の厚みは、100nm〜10マイクロメートルの範囲内にある、請求項8に記載の薄膜固体電池セル。
- 前記薄膜多孔質Ni(OH)2層は、40〜60%の範囲内の気孔率を有する、請求項8〜9のいずれかに記載の薄膜固体電池セル。
- 前記第1電極層は、20〜60%の範囲内の気孔率を有するシリカ−チタニアナノ多孔質層である、請求項8〜10のいずれかに記載の薄膜固体電池セル。
- 前記多孔質誘電層は、10〜90%の範囲内の気孔率を有する多孔質シリカ層である、請求項8〜11のいずれかに記載の薄膜固体電池セル。
- 前記第1電極層の誘電材料と電極活物質との前記混合物は、電極活物質粒子を中に分散させた誘電材マトリックスを含む、請求項8〜12のいずれかに記載の薄膜固体電池セル。
- 前記第1電極層の誘電材料と電極活物質との前記混合物は、誘電材料ナノ粒子と電極活物質ナノ粒子との混合物である、請求項8〜12のいずれかに記載の薄膜固体電池セル。
- 請求項8〜14のいずれかに記載の少なくとも1つの薄膜固体電池セルを含む、薄膜固体電池。
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