JP2019153582A - Alkali metal ion battery - Google Patents

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Abstract

To provide an alkali metal ion battery having a good discharge capacity and a good charge/discharge efficiency.SOLUTION: An embodiment of the present invention is an alkali metal ion battery comprising a negative electrode containing magnesium and a sulfide solid electrolyte.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、アルカリ金属イオン電池に関する。   The present invention relates to an alkali metal ion battery.

リチウムイオン非水電解質二次電池に代表される非水電解質二次電池は、エネルギー密度の高さから、パーソナルコンピュータ、通信端末等の電子機器、自動車等に多用されている。上記非水電解質二次電池は、一般的には、電気的に隔離された一対の電極を有する電極体、及び電極間に介在する非水電解質を備え、両電極間でイオンの受け渡しを行うことで充放電するよう構成される。   Nonaqueous electrolyte secondary batteries represented by lithium ion nonaqueous electrolyte secondary batteries are frequently used in electronic devices such as personal computers and communication terminals, automobiles and the like because of their high energy density. The non-aqueous electrolyte secondary battery generally includes an electrode body having a pair of electrically isolated electrodes and a non-aqueous electrolyte interposed between the electrodes, and transfers ions between both electrodes. It is configured to charge and discharge.

近年、理論容量が大きく体積膨張率が小さいマグネシウムが着目されている。従来技術においては、マグネシウム等を含む金属複合酸化物からなる負極活物質を用いた高容量でエネルギー密度が高いリチウムイオン二次電池が提案されている(特許文献1参照)。   In recent years, attention has been focused on magnesium having a large theoretical capacity and a small volume expansion coefficient. In the prior art, a lithium ion secondary battery having a high capacity and a high energy density using a negative electrode active material made of a metal composite oxide containing magnesium or the like has been proposed (see Patent Document 1).

国際公開WO2010/146777号公報International Publication No. WO2010 / 146777

しかしながら、ハイブリッド電気自動車(以下、「HEV」ともいう。)やハイブリッド式の産業機械(重機、建機等)に用いられる非水電解質二次電池等の蓄電素子においては、放電容量のさらなる向上が望まれる。   However, in storage elements such as non-aqueous electrolyte secondary batteries used in hybrid electric vehicles (hereinafter also referred to as “HEV”) and hybrid industrial machines (heavy machinery, construction machinery, etc.), the discharge capacity is further improved. desired.

本発明は、以上のような事情に基づいてなされたものであり、放電容量が良好なアルカリ金属イオン電池の提供を目的とする。   This invention is made | formed based on the above situations, and aims at provision of the alkali metal ion battery with favorable discharge capacity.

非水電解質リチウムイオン電池における金属マグネシウム負極は、非水電解質としてエチレンカーボネート(EC)及びジメチルカーボネート(DMC)を1:2の体積比で混合した溶媒にリチウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド(LiTFSI)を1mol/dmの濃度で溶解させた非水電解液を用いた場合には、Liイオンと可逆的な反応を示さず、あらかじめ金属マグネシウムが金属Liと合金化されたLixMg(x≧0.6)合金を負極に用いることでLiイオンと可逆的な反応が起こることが報告されている(Journal of Power Sources,2001,Vol92,70−80)。 The metal magnesium negative electrode in the non-aqueous electrolyte lithium ion battery is composed of lithium bis (trifluoromethanesulfonyl) imide (LiTFSI) in a solvent in which ethylene carbonate (EC) and dimethyl carbonate (DMC) are mixed as a non-aqueous electrolyte in a volume ratio of 1: 2. In the case of using a nonaqueous electrolytic solution in which 1 mol / dm 3 is dissolved, LixMg (x ≧ 0) in which metal magnesium is alloyed with metal Li in advance without showing a reversible reaction with Li + ions. .6) It has been reported that a reversible reaction with Li + ions occurs when an alloy is used for a negative electrode (Journal of Power Sources, 2001, Vol 92, 70-80).

そこで、本発明者らは、非水電解液由来の析出物による被膜が金属マグネシウム負極の表面に形成されることにより、金属マグネシウム負極とLiイオンとの反応が阻害されており、この非水電解液由来の析出物を抑制することで金属マグネシウム負極とLiイオンとの反応が阻害されることがなくなり、放電容量を向上できるのではないかと考え、本発明に至った。 Therefore, the present inventors have formed a film made of deposits derived from the non-aqueous electrolyte solution on the surface of the metal magnesium negative electrode, thereby inhibiting the reaction between the metal magnesium negative electrode and Li + ions. The inventors have considered that the reaction between the metal magnesium negative electrode and Li + ions is not inhibited by suppressing the deposits derived from the electrolytic solution, and the discharge capacity can be improved, leading to the present invention.

上記課題を解決するためになされた本発明の一態様は、マグネシウムを含む負極と、硫化物固体電解質とを備えるアルカリ金属イオン電池である。   One embodiment of the present invention made to solve the above problems is an alkali metal ion battery including a negative electrode containing magnesium and a sulfide solid electrolyte.

本発明によれば、放電容量が良好なアルカリ金属イオン電池を得ることができる。   According to the present invention, an alkali metal ion battery having a good discharge capacity can be obtained.

本発明の一実施形態におけるアルカリ金属イオン電池を示す模式的断面図である。It is typical sectional drawing which shows the alkali metal ion battery in one Embodiment of this invention. 実施例の負極のX線回析(XRD)スペクトルである。It is a X-ray diffraction (XRD) spectrum of the negative electrode of an Example. 実施例及び比較例の充放電サイクル性能を示すグラフである。It is a graph which shows the charging / discharging cycle performance of an Example and a comparative example.

本発明の一態様に係るアルカリ金属イオン電池は、マグネシウムを含む負極と、硫化物固体電解質とを備えるアルカリ金属イオン電池である。   An alkali metal ion battery according to one embodiment of the present invention is an alkali metal ion battery including a negative electrode containing magnesium and a sulfide solid electrolyte.

当該アルカリ金属イオン電池が、マグネシウムを含む負極と、硫化物固体電解質とを備えることで、放電容量及び充放電効率を向上できる。この理由については定かでは無いが、以下の理由が推測される。上述したように、金属マグネシウム負極を備える一般的な非水電解液リチウムイオン二次電池の場合、金属マグネシウム負極とLiイオンとの反応が起こりにくいことが知られている。これは、初回充電時に非水電解液由来の析出物による被膜が金属マグネシウム負極の表面に形成されることにより、金属マグネシウム負極とLiイオンとの反応が阻害されることによると考えられる。当該アルカリ金属イオン電池は、マグネシウムを含む負極と、硫化物固体電解質とを備えることで、マグネシウムを含む負極の表面に非水電解液由来の析出物による被膜が形成されることがない。その結果、金属マグネシウム負極とLiイオンとの間で可逆的な反応が抑制されず、放電容量及び充放電効率を向上できると推察される。 When the alkali metal ion battery includes a negative electrode containing magnesium and a sulfide solid electrolyte, the discharge capacity and charge / discharge efficiency can be improved. The reason for this is not clear, but the following reason is presumed. As described above, in the case of a general non-aqueous electrolyte lithium ion secondary battery including a metal magnesium negative electrode, it is known that the reaction between the metal magnesium negative electrode and Li + ions hardly occurs. This is considered to be due to the reaction between the metal magnesium negative electrode and Li + ions being inhibited by forming a film of deposits derived from the non-aqueous electrolyte on the surface of the metal magnesium negative electrode during the first charge. The alkali metal ion battery includes a negative electrode containing magnesium and a sulfide solid electrolyte, so that a film made of deposits derived from the nonaqueous electrolyte solution is not formed on the surface of the negative electrode containing magnesium. As a result, it is speculated that the reversible reaction between the metal magnesium negative electrode and the Li + ion is not suppressed, and the discharge capacity and the charge / discharge efficiency can be improved.

上記負極が、AMg(Aは、アルカリ金属元素である。Mは、Mgと合金を形成可能なA以外の金属元素である。1>X≧0、1≧Y>0、0.3≧Z≧0、X+Y+Z=1)を含むことが好ましい。上記負極が、上記AMgを含むことで、放電容量及び充放電効率を高めることができる。 The negative electrode is A X Mg Y M Z (A is an alkali metal element. M is a metal element other than A capable of forming an alloy with Mg. 1> X ≧ 0, 1 ≧ Y> 0, 0.3 ≧ Z ≧ 0, X + Y + Z = 1) is preferably included. When the negative electrode contains the A X Mg Y M Z , the discharge capacity and charge / discharge efficiency can be increased.

上記負極が、表面上にMgSを含有する被膜を備えることが好ましい。上記被膜は、硫化物固体電解質中の硫黄と負極に含まれるマグネシウムとの反応によるものである。金属マグネシウムは、還元力が強いことから負極と硫化物固体電解質との界面にMgSが形成されやすいと推察される。このMgSは、他の固体電解質との界面に形成されるMgO等と比較してバンドギャップが狭く、電気伝導度に優れていると考えられることから、界面抵抗の上昇が抑制され、金属マグネシウムの絶縁化が軽減されて放電容量及び充放電効率をより高めることができると推察される。   The negative electrode is preferably provided with a coating containing MgS on the surface. The coating is due to a reaction between sulfur in the sulfide solid electrolyte and magnesium contained in the negative electrode. Since metallic magnesium has a strong reducing power, it is presumed that MgS is easily formed at the interface between the negative electrode and the sulfide solid electrolyte. This MgS has a narrow bandgap compared to MgO formed at the interface with other solid electrolytes and is considered to be excellent in electrical conductivity. It is presumed that insulation can be reduced and the discharge capacity and charge / discharge efficiency can be further increased.

上記負極が、炭素材料を含むことが好ましい。   The negative electrode preferably contains a carbon material.

上記負極が、上記炭素材料を含むことで、放電容量及び充放電効率を高めることができる。この理由については定かでは無いが、以下の理由が推測される。炭素材料とLiイオンとの反応(炭素材料へのLi挿入)電位は、金属マグネシウムとLiイオンとの反応電位よりも貴であるために、当該アルカリ金属イオン電池における充電反応では、マグネシウムを含む負極において炭素材料へのLi挿入が生じた後に、マグネシウムを含む負極活物質とLiイオンとが反応すると考えられる。ここで、硫化物固体電解質−マグネシウムを含む負極活物質間でのLi移動に伴う抵抗よりも、硫化物固体電解質−炭素材料間、及び炭素材料−マグネシウムを含む負極活物質間でのLi移動に伴う抵抗の方が小さいと考えられる。その結果、マグネシウムを含む負極とLiイオンとの反応抵抗が小さくなり、放電容量及び充放電効率を向上できると推察される。 By including the carbon material, the negative electrode can increase discharge capacity and charge / discharge efficiency. The reason for this is not clear, but the following reason is presumed. Since the potential of the reaction between the carbon material and Li + ion (Li insertion into the carbon material) is nobler than the reaction potential between the metal magnesium and Li + ion, in the charging reaction in the alkali metal ion battery, magnesium is used. It is considered that the Li + ion reacts with the negative electrode active material containing magnesium after Li insertion into the carbon material occurs in the negative electrode. Here, rather than the resistance accompanying the Li transfer between the sulfide solid electrolyte-magnesium-containing negative electrode active material, the Li transfer between the sulfide solid electrolyte-carbon material and between the carbon material-magnesium-containing negative electrode active material. The accompanying resistance is considered to be smaller. As a result, it is presumed that the reaction resistance between the negative electrode containing magnesium and Li + ions becomes small, and the discharge capacity and charge / discharge efficiency can be improved.

以下、本発明に係るアルカリ金属イオン電池の実施形態について詳説する。   Hereinafter, embodiments of the alkali metal ion battery according to the present invention will be described in detail.

<アルカリ金属イオン電池>
図1は、本発明の一実施形態におけるアルカリ金属イオン電池10を示す模式的断面図である。二次電池であるアルカリ金属イオン電池10は、少なくとも負極層1と、正極層2とが固体電解質層3を介して配置される。負極層1は、負極基材層4及び負極合剤層5を有し、負極基材層4が負極層1の最外層となる。正極層2は、正極基材層7及び正極合剤層6を有し、正極基材層7が正極層2の最外層となる。図1に示すアルカリ金属イオン電池10においては、正極基材層7上に、正極合剤層6、固体電解質層3、負極合剤層5及び負極基材層4がこの順で積層されている。
<Alkali metal ion battery>
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing an alkali metal ion battery 10 in one embodiment of the present invention. In an alkali metal ion battery 10 that is a secondary battery, at least a negative electrode layer 1 and a positive electrode layer 2 are disposed via a solid electrolyte layer 3. The negative electrode layer 1 has a negative electrode base layer 4 and a negative electrode mixture layer 5, and the negative electrode base layer 4 is the outermost layer of the negative electrode layer 1. The positive electrode layer 2 includes a positive electrode base material layer 7 and a positive electrode mixture layer 6, and the positive electrode base material layer 7 is the outermost layer of the positive electrode layer 2. In the alkali metal ion battery 10 shown in FIG. 1, the positive electrode mixture layer 6, the solid electrolyte layer 3, the negative electrode mixture layer 5, and the negative electrode substrate layer 4 are laminated in this order on the positive electrode substrate layer 7. .

<負極層>
負極層1は、負極基材層4と、この負極基材層4の表面に積層される負極合剤層5とを備える。また、負極層1は負極基材層4と負極合剤層5との間に図示しない中間層を有していてもよい。以下、負極層1の各構成要素について詳細に説明する。
<Negative electrode layer>
The negative electrode layer 1 includes a negative electrode base layer 4 and a negative electrode mixture layer 5 laminated on the surface of the negative electrode base layer 4. Further, the negative electrode layer 1 may have an intermediate layer (not shown) between the negative electrode base material layer 4 and the negative electrode mixture layer 5. Hereinafter, each component of the negative electrode layer 1 will be described in detail.

[負極基材層]
負極基材層4は導電性を有する層である。負極基材層4の材質としては、導電体であればどのようなものでもよく、例えば、銅、アルミニウム、チタン、ニッケル、タンタル、ニオブ、ハフニウム、ジルコニウム、亜鉛、タングステン、ビスマス、アンチモン、金、銀、鉄、白金、クロム、スズ、インジウム及びこれらの一種以上を含む合金並びにステンレス合金からなる群から選択される一種以上の金属、炭素、導電性高分子、導電性ガラス等を挙げることができる。
[Negative electrode base layer]
The negative electrode substrate layer 4 is a conductive layer. The material of the negative electrode base layer 4 may be any material as long as it is a conductor. For example, copper, aluminum, titanium, nickel, tantalum, niobium, hafnium, zirconium, zinc, tungsten, bismuth, antimony, gold, Examples thereof include one or more metals selected from the group consisting of silver, iron, platinum, chromium, tin, indium, alloys containing one or more of these, and stainless steel alloys, carbon, conductive polymers, and conductive glasses. .

負極基材層4の平均厚さの下限としては、3μmが好ましく、5μmがより好ましく、8μmがさらに好ましい。一方、負極基材層4の平均厚さの上限としては、200μmが好ましく、100μmがより好ましく、50μmがさらに好ましい。負極基材層4の平均厚さが前記下限以上とすることで、負極基材層4の強度を十分に高くできるため、負極層1を良好に形成できる。負極基材層4の平均厚さを前記上限以下とすることで、他の構成要素の体積を十分に確保できる。   As a minimum of average thickness of negative electrode base material layer 4, 3 micrometers is preferred, 5 micrometers is more preferred, and 8 micrometers is still more preferred. On the other hand, the upper limit of the average thickness of the negative electrode base material layer 4 is preferably 200 μm, more preferably 100 μm, and even more preferably 50 μm. By setting the average thickness of the negative electrode substrate layer 4 to be equal to or more than the lower limit, the strength of the negative electrode substrate layer 4 can be sufficiently increased, so that the negative electrode layer 1 can be formed favorably. By setting the average thickness of the negative electrode base material layer 4 to be equal to or less than the above upper limit, the volume of other components can be sufficiently secured.

[負極合剤層]
負極合剤層5は、負極活物質を含むいわゆる負極合剤から形成することができる。負極合剤は、マグネシウムを含む負極活物質を含有する。負極合剤は、必要に応じて導電剤、バインダー、フィラー等の任意成分を含む。
[Negative electrode mixture layer]
The negative electrode mixture layer 5 can be formed from a so-called negative electrode mixture containing a negative electrode active material. The negative electrode mixture contains a negative electrode active material containing magnesium. A negative electrode mixture contains arbitrary components, such as a electrically conductive agent, a binder, and a filler, as needed.

(負極活物質)
マグネシウムを含む負極活物質は、マグネシウムを含み、アルカリ金属イオンを吸蔵及び放出することができる材質が用いられる。負極活物質としては、AMgを含むことが好ましい。ここで、Aは、アルカリ金属元素である。Mは、Mgと合金を形成可能なA以外の金属元素である。また、1>X≧0、1≧Y>0、0.3≧Z≧0かつX+Y+Z=1である。
(Negative electrode active material)
The negative electrode active material containing magnesium is made of a material containing magnesium and capable of occluding and releasing alkali metal ions. As the negative electrode active material preferably contains A X Mg Y M Z. Here, A is an alkali metal element. M is a metal element other than A capable of forming an alloy with Mg. Further, 1> X ≧ 0, 1 ≧ Y> 0, 0.3 ≧ Z ≧ 0 and X + Y + Z = 1.

Aで表されるアルカリ金属元素としては、例えばLi、Na、K、Rb、Cs等が挙げられる。これらの中では、エネルギー密度が高く、容易に高電圧を得られる観点からLiが好ましい。上記Aは、最初から負極に含まれる場合と充電時において吸蔵される場合がある。負極活物質に、正極活物質から放出されるアルカリ金属イオンA1と異なるアルカリ金属元素A2が含まれる場合、A2は、A1X1MgからA1が脱離する反応電位よりも卑な電位で、A2X2Mgから脱離する元素であることが好ましく、A2X2Mgから脱離しない元素であることも好ましい。 Examples of the alkali metal element represented by A include Li, Na, K, Rb, and Cs. Among these, Li is preferable from the viewpoint of high energy density and easy high voltage. The A may be contained in the negative electrode from the beginning or occluded during charging. When the negative electrode active material contains an alkali metal element A2 different from the alkali metal ion A1 released from the positive electrode active material, A2 is a lower potential than the reaction potential at which A1 is desorbed from A1 X1 Mg Y. preferably from X2 Mg Y is an element capable of leaving, also preferably a desorbed no element from A2 X2 Mg Y.

AがLiの場合、X/(X+Y)≧0.2が好ましい。LiMgの固相内リチウムイオン拡散は、LiMgが体心立方構造(β相)(X/(X+Y)≧0.3)のときに比べて、LiMgが六方細密構造(α相)(X/(X+Y)≦0.2)のときに低くなるためである。なお、充放電前にはLiを含まない金属マグネシウムを負極活物質として用いた場合であっても、充放電後にはLiMg(X/(X+Y)≧0.2)となる場合がある。 When A is Li, X / (X + Y) ≧ 0.2 is preferable. Solid phase lithium ion diffusion of Li X Mg Y is, Li X Mg Y is body-centered cubic structure (beta phase) (X / (X + Y ) ≧ 0.3) than when the, Li X Mg Y is hexagonal close-packed This is because it becomes low when the structure (α phase) (X / (X + Y) ≦ 0.2). Even before charge and discharge in the case of using metallic magnesium containing no Li as a negative electrode active material, it may become Li X Mg Y (X / ( X + Y) ≧ 0.2) after the charge and discharge .

LiMgにおいてX/(X+Y)≧0.2とする方法は特に限定されないが、例えば、負極合剤層上に金属リチウムを成膜してもよく、当該アルカリ金属イオン電池の製造工程において、負極とリチウムイオンとを反応させる充電工程を実施してもよい。 The method of setting X / (X + Y) ≧ 0.2 in Li X Mg Y is not particularly limited. For example, metallic lithium may be formed on the negative electrode mixture layer, and in the manufacturing process of the alkali metal ion battery, A charging step of reacting the negative electrode with lithium ions may be performed.

Mで表されるMgと合金を形成可能なA以外の金属元素としては、例えばAl、Zn、Ag、Ni、Cu、Th等が挙げられる。これらの中では、質量エネルギー密度の観点からAlが好ましい。   Examples of metal elements other than A that can form an alloy with Mg represented by M include Al, Zn, Ag, Ni, Cu, and Th. Among these, Al is preferable from the viewpoint of mass energy density.

具体的なマグネシウムを含む負極活物質としては、例えば金属マグネシウム、Li0.2Mg0.8、Li0.14Mg0.56Al0.3等が挙げられる。これらの中では、金属マグネシウムが好ましい。 Specific examples of the negative electrode active material containing magnesium include magnesium metal, Li 0.2 Mg 0.8 , Li 0.14 Mg 0.56 Al 0.3, and the like. Of these, magnesium metal is preferred.

マグネシウムを含む負極活物質の平均粒径は、例えば、0.01μm以上200μm以下としてもよい。これらの中でも、平均粒径の上限は150μmが好ましく、100μmがより好ましく、50μmがさらに好ましい。平均粒径の下限は、0.1μmが好ましく、0.5μmがより好ましく、1μmがさらに好ましい。
マグネシウムを含む負極活物質の平均粒径を前記のようにすることで、放電容量及び充放電効率を向上できる。
The average particle diameter of the negative electrode active material containing magnesium may be, for example, 0.01 μm or more and 200 μm or less. Among these, the upper limit of the average particle diameter is preferably 150 μm, more preferably 100 μm, and further preferably 50 μm. The lower limit of the average particle diameter is preferably 0.1 μm, more preferably 0.5 μm, and even more preferably 1 μm.
By setting the average particle diameter of the negative electrode active material containing magnesium as described above, the discharge capacity and the charge / discharge efficiency can be improved.

本明細書において、「平均粒径」とは、特に断りがない場合JIS−Z−8825(2013年)に準拠し、粒子を溶媒で希釈した希釈液に対しレーザ回折・散乱法により測定した粒径分布に基づき、JIS−Z−8819−2(2001年)に準拠し計算される体積基準積算分布が50%となる値を意味する。   In this specification, “average particle diameter” is a particle measured by a laser diffraction / scattering method with respect to a diluted solution obtained by diluting particles with a solvent in accordance with JIS-Z-8825 (2013) unless otherwise specified. Based on the diameter distribution, it means a value at which the volume-based integrated distribution calculated according to JIS-Z-8819-2 (2001) is 50%.

負極合剤は、マグネシウムを含む負極活物質に加えて、炭素材料から成る負極活物質を含むことが好ましい。   The negative electrode mixture preferably contains a negative electrode active material made of a carbon material in addition to the negative electrode active material containing magnesium.

炭素材料から成る負極活物質としては、例えば、黒鉛(グラファイト)、非黒鉛質炭素(易黒鉛化性炭素又は難黒鉛化性炭素)等が挙げられる。これらの中でも黒鉛が好ましい。   Examples of the negative electrode active material made of a carbon material include graphite (graphite) and non-graphitic carbon (easily graphitizable carbon or non-graphitizable carbon). Among these, graphite is preferable.

「黒鉛」とは、充放電前又は放電状態において、X線回折法により決定される(002)面の平均格子面間隔(d002)が0.33nm以上0.34nm未満の炭素材料をいう。黒鉛としては、天然黒鉛、人造黒鉛が挙げられる。安定した物性の材料を入手できるという観点で、人造黒鉛が好ましい。 “Graphite” refers to a carbon material having an average lattice spacing (d 002 ) of (002) planes of 0.33 nm or more and less than 0.34 nm determined by X-ray diffraction before charging or discharging. Examples of graphite include natural graphite and artificial graphite. Artificial graphite is preferable from the viewpoint that a material having stable physical properties can be obtained.

「非黒鉛質炭素」とは、充放電前又は放電状態においてX線回折法により決定される(002)面の平均格子面間隔(d002)が0.34nm以上0.42nm以下の炭素材料をいう。非黒鉛質炭素の結晶子サイズLcは、通常、0.80〜2.0nmである。非黒鉛質炭素としては、難黒鉛化性炭素や、易黒鉛化性炭素が挙げられる。非黒鉛質炭素としては、例えば、樹脂由来の材料、石油ピッチ由来の材料、アルコール由来の材料等が挙げられる。 “Non-graphitic carbon” refers to a carbon material having an average lattice spacing (d 002 ) of (002) planes of 0.34 nm or more and 0.42 nm or less determined by an X-ray diffraction method before charging or discharging. Say. The crystallite size Lc of non-graphitic carbon is usually 0.80 to 2.0 nm. Non-graphitizable carbon includes non-graphitizable carbon and graphitizable carbon. Examples of non-graphitic carbon include a resin-derived material, a petroleum pitch-derived material, an alcohol-derived material, and the like.

ここで、「放電状態」とは、炭素材料から成る負極活物質を含む負極を作用極として、金属Liを対極として用いた単極電池において、開回路電圧が0.7V以上である状態をいう。開回路状態での金属Li対極の電位は、Liの酸化還元電位とほぼ等しいため、上記単極電池における開回路電圧は、Liの酸化還元電位に対する炭素材料を含む負極の電位とほぼ同等である。つまり、上記単極電池における開回路電圧が0.7V以上であることは、炭素材料から成る負極活物質から、充放電に伴い吸蔵放出可能なリチウムイオンが十分に放出されていることを意味する。   Here, the “discharge state” refers to a state where an open circuit voltage is 0.7 V or more in a single electrode battery using a negative electrode including a negative electrode active material made of a carbon material as a working electrode and metal Li as a counter electrode. . Since the potential of the metal Li counter electrode in the open circuit state is substantially equal to the oxidation-reduction potential of Li, the open-circuit voltage in the monopolar battery is substantially equivalent to the potential of the negative electrode including the carbon material with respect to the oxidation-reduction potential of Li. . That is, an open circuit voltage of the single electrode battery of 0.7 V or more means that lithium ions that can be occluded and released are sufficiently released from the negative electrode active material made of a carbon material along with charge and discharge. .

「難黒鉛化性炭素」とは、上記d002が0.36nm以上0.42nm以下の炭素材料をいう。難黒鉛化性炭素は、通常、非黒鉛質炭素の中でも、3次元的な積層規則性を持つ黒鉛構造が生成し難い性質を有する。 “Non-graphitizable carbon” refers to a carbon material having the above d 002 of 0.36 nm to 0.42 nm. Non-graphitizable carbon usually has a property that a graphite structure having a three-dimensional stacking regularity is difficult to generate among non-graphitic carbons.

「易黒鉛化性炭素」とは、上記d002が0.34nm以上0.36nm未満の炭素材料をいう。易黒鉛化性炭素は、通常、非黒鉛質炭素の中でも、3次元的な積層規則性を持つ黒鉛構造が生成し易い性質を有する。 “Easily graphitizable carbon” refers to a carbon material having the above d 002 of 0.34 nm or more and less than 0.36 nm. Graphitizable carbon usually has the property of easily producing a graphite structure having a three-dimensional stacking regularity among non-graphitic carbons.

負極合剤における炭素材料から成る負極活物質の含有量の下限としては、1質量%が好ましく、3質量%がより好ましく、5質量%がさらに好ましい。一方、炭素材料から成る負極活物質の含有量の上限としては、50質量%が好ましく、40質量%がより好ましく、30質量%がさらに好ましい。なお、ここで言う「炭素材料から成る負極活物質」とは、炭素材料であって、充放電に伴いリチウムイオンを吸蔵放出する材料のことを意味する。したがって、炭素材料から成る負極活物質は、後述する導電剤やフィラーとしての機能を有してもよい。   The lower limit of the content of the negative electrode active material composed of the carbon material in the negative electrode mixture is preferably 1% by mass, more preferably 3% by mass, and even more preferably 5% by mass. On the other hand, the upper limit of the content of the negative electrode active material made of a carbon material is preferably 50% by mass, more preferably 40% by mass, and even more preferably 30% by mass. The “negative electrode active material made of a carbon material” as used herein means a carbon material that occludes and releases lithium ions during charge and discharge. Therefore, the negative electrode active material made of a carbon material may have a function as a conductive agent and a filler described later.

負極合剤における負極活物質の含有量の下限としては、10質量%が好ましく、15質量%がより好ましい。一方、負極活物質の含有量の上限としては、60質量%が好ましく、70質量%がより好ましく、80質量%がさらに好ましく、90質量%がよりさらに好ましく、95質量%であってもよい。負極活物質の含有量を前記範囲とすることで、当該アルカリ金属イオン電池の電気容量を高めることができる。   As a minimum of content of the negative electrode active material in a negative mix, 10 mass% is preferable and 15 mass% is more preferable. On the other hand, the upper limit of the content of the negative electrode active material is preferably 60% by mass, more preferably 70% by mass, further preferably 80% by mass, still more preferably 90% by mass, and may be 95% by mass. By setting the content of the negative electrode active material in the above range, the electric capacity of the alkali metal ion battery can be increased.

(その他の任意の成分)
上記導電剤としては、電池性能に悪影響を与えない導電性材料であれば特に限定されない。このような導電剤としては、天然又は人造の黒鉛、ファーネスブラック、アセチレンブラック、ケッチェンブラック等のカーボンブラック、金属、導電性セラミックスなどが挙げられる。導電剤の形状としては、粉状、繊維状等が挙げられる。上記負極活物質層における導電剤の含有量としては、例えば0.5質量%以上30質量%以下とすることができる。なお、上述した導電剤のうち、充放電に伴ってリチウムイオンを吸蔵放出する材料は、負極活物質としても作用する。
(Other optional ingredients)
The conductive agent is not particularly limited as long as it is a conductive material that does not adversely affect battery performance. Examples of such a conductive agent include carbon black such as natural or artificial graphite, furnace black, acetylene black, and ketjen black, metals, and conductive ceramics. Examples of the shape of the conductive agent include powder and fiber. As content of the electrically conductive agent in the said negative electrode active material layer, it can be 0.5 mass% or more and 30 mass% or less, for example. Of the conductive agents described above, a material that occludes and releases lithium ions with charge and discharge also acts as a negative electrode active material.

上記バインダー(結着剤)としては、フッ素樹脂(ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)等)、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリイミド、ポリアクリル酸等の熱可塑性樹脂;エチレン−プロピレン−ジエンゴム(EPDM)、スルホン化EPDM、スチレンブタジエンゴム(SBR)、フッ素ゴム等のエラストマー;多糖類高分子などが挙げられる。   As the binder (binder), thermoplastic resins such as fluororesin (polytetrafluoroethylene (PTFE), polyvinylidene fluoride (PVDF), etc.), polyethylene, polypropylene, polyimide, polyacrylic acid; ethylene-propylene-diene rubber (EPDM), sulfonated EPDM, styrene butadiene rubber (SBR), elastomers such as fluororubber; polysaccharide polymers and the like.

上記フィラーとしては、電池性能に悪影響を与えないものであれば特に限定されない。フィラーの主成分としては、ポリプロピレン、ポリエチレン等のポリオレフィン、シリカ、アルミナ、ゼオライト、ガラス、炭素などが挙げられる。なお、上述したフィラーのうち、充放電に伴ってリチウムイオンを吸蔵放出する材料は、負極活物質としても作用する。   The filler is not particularly limited as long as it does not adversely affect battery performance. Examples of the main component of the filler include polyolefins such as polypropylene and polyethylene, silica, alumina, zeolite, glass, and carbon. Of the fillers described above, the material that occludes and releases lithium ions with charge and discharge also acts as a negative electrode active material.

負極合剤層5の平均厚さの下限としては、30μmが好ましく、60μmがより好ましい。一方、負極合剤層5の平均厚さの上限としては、1000μmが好ましく、500μmがより好ましく、200μmがさらに好ましい。負極合剤層5の平均厚さが上記下限以上とすることで、高いエネルギー密度を有するアルカリ金属イオン電池を得ることができる。一方、負極合剤層5の平均厚さを上記上限以下とすることで、高率放電性能に優れ、活物質利用率の高い負極を備えるアルカリ金属イオン電池を得ることができる。   As a minimum of average thickness of negative mix layer 5, 30 micrometers is preferred and 60 micrometers is more preferred. On the other hand, the upper limit of the average thickness of the negative electrode mixture layer 5 is preferably 1000 μm, more preferably 500 μm, and even more preferably 200 μm. By setting the average thickness of the negative electrode mixture layer 5 to the above lower limit or more, an alkali metal ion battery having a high energy density can be obtained. On the other hand, by setting the average thickness of the negative electrode mixture layer 5 to the upper limit or less, an alkali metal ion battery having a negative electrode that is excellent in high-rate discharge performance and has a high active material utilization rate can be obtained.

上記負極が、表面上にMgSを含有する被膜を備えることが好ましい。上記被膜は、硫化物固体電解質中の硫黄と負極に含まれるマグネシウムとの反応によるものである。金属マグネシウムは、還元力が強いことから負極と硫化物固体電解質との界面にMgSが形成されやすいと推察される。このMgSは、他の固体電解質との界面に形成されるMgO等と比較してバンドギャップが狭く、電気伝導度に優れていると考えられることから、界面抵抗の上昇が抑制され、金属マグネシウムの絶縁化が軽減されて放電容量及び充放電効率をより高めることができると推察される。   The negative electrode is preferably provided with a coating containing MgS on the surface. The coating is due to a reaction between sulfur in the sulfide solid electrolyte and magnesium contained in the negative electrode. Since metallic magnesium has a strong reducing power, it is presumed that MgS is easily formed at the interface between the negative electrode and the sulfide solid electrolyte. This MgS has a narrow bandgap compared to MgO formed at the interface with other solid electrolytes and is considered to be excellent in electrical conductivity. It is presumed that insulation can be reduced and the discharge capacity and charge / discharge efficiency can be further increased.

[中間層]
上記中間層は、負極基材の表面の被覆層であり、炭素粒子等の導電性粒子を含むことで負極基材と負極活物質層との接触抵抗を低減する。中間層の構成は特に限定されず、例えば樹脂バインダー及び導電性粒子を含有する組成物により形成できる。
[Middle layer]
The said intermediate | middle layer is a coating layer of the surface of a negative electrode base material, and reduces the contact resistance of a negative electrode base material and a negative electrode active material layer by including electroconductive particles, such as carbon particle. The structure of an intermediate | middle layer is not specifically limited, For example, it can form with the composition containing a resin binder and electroconductive particle.

<正極層>
正極層2は、正極基材層7と、この正極基材層7の表面に積層される正極合剤層6とを備える。また、正極層2は、負極層1と同様、正極基材層7と正極合剤層6との間に中間層を有していてもよい。この中間層は負極層1の中間層と同様の構成とすることができる。
<Positive electrode layer>
The positive electrode layer 2 includes a positive electrode base material layer 7 and a positive electrode mixture layer 6 laminated on the surface of the positive electrode base material layer 7. Moreover, the positive electrode layer 2 may have an intermediate layer between the positive electrode base material layer 7 and the positive electrode mixture layer 6, similarly to the negative electrode layer 1. This intermediate layer can have the same configuration as the intermediate layer of the negative electrode layer 1.

[正極基材層]
正極基材層7は、負極基材層4と同様の構成とすることができる。正極基材層7の材質としては、導電体であればどのようなものでもよく、例えば、銅、アルミニウム、チタン、ニッケル、タンタル、ニオブ、ハフニウム、ジルコニウム、亜鉛、タングステン、ビスマス、アンチモン、金、銀、鉄、白金、クロム、スズ、インジウム及びこれらの一種以上を含む合金並びにステンレス合金からなる群から選択される一種以上の金属を挙げることができる。
[Positive electrode base layer]
The positive electrode substrate layer 7 can have the same configuration as the negative electrode substrate layer 4. The material of the positive electrode base material layer 7 may be any material as long as it is a conductor. For example, copper, aluminum, titanium, nickel, tantalum, niobium, hafnium, zirconium, zinc, tungsten, bismuth, antimony, gold, Examples thereof include one or more metals selected from the group consisting of silver, iron, platinum, chromium, tin, indium, alloys containing one or more of these, and stainless steel alloys.

正極基材層7の平均厚さの下限としては、3μmが好ましく、5μmがより好ましい。一方、正極基材層7の平均厚さの上限としては、200μmが好ましく、100μmがより好ましく、50μmがさらに好ましい。正極基材層7の平均厚さが上記下限以上とすることで、正極基材層7の強度を十分に高くできるため、正極層2を良好に形成できる。一方、正極基材層7の平均厚さを上記上限以下とすることで、他の構成要素の体積を十分に確保できる。   The lower limit of the average thickness of the positive electrode base material layer 7 is preferably 3 μm, and more preferably 5 μm. On the other hand, the upper limit of the average thickness of the positive electrode base material layer 7 is preferably 200 μm, more preferably 100 μm, and even more preferably 50 μm. By setting the average thickness of the positive electrode base material layer 7 to be equal to or more than the lower limit, the strength of the positive electrode base material layer 7 can be sufficiently increased, so that the positive electrode layer 2 can be formed satisfactorily. On the other hand, by setting the average thickness of the positive electrode base material layer 7 to be equal to or lower than the above upper limit, the volume of other components can be sufficiently secured.

[正極合剤層]
正極合剤層6は、正極活物質を含むいわゆる正極合剤から形成することができる。また、正極合剤層6を形成する正極合剤は、負極合剤と同様、必要に応じて導電剤、バインダー、フィラー等の任意成分を含む。
[Positive electrode mixture layer]
The positive electrode mixture layer 6 can be formed from a so-called positive electrode mixture containing a positive electrode active material. Moreover, the positive mix which forms the positive mix layer 6 contains arbitrary components, such as a electrically conductive agent, a binder, a filler, as needed similarly to a negative mix.

正極合剤層6に含まれる正極活物質としては、アルカリ金属イオン電池に通常用いられる公知のものが使用できる。上記正極活物質としては、例えばLiMO(Mは少なくとも一種の遷移金属を表す)で表される複合酸化物(層状のα−NaFeO型結晶構造を有するLiCoO,LiNiO,LiMnO,LiNiαCo(1−α),LiNiαMnβCo(1−α−β)等、スピネル型結晶構造を有するLiMn,LiNiαMn(2−α)等)、LiMe(AO(Meは少なくとも一種の遷移金属を表し、Aは例えばP、Si、B、V等を表す)で表されるポリアニオン化合物(LiFePO,LiMnPO,LiNiPO,LiCoPO,Li(PO,LiMnSiO,LiCoPOF等)が挙げられる。これらの化合物中の元素又はポリアニオンは、他の元素又はアニオン種で一部が置換されていてもよい。また、正極活物質としては、Li−Al、Li−In、Li−Sn、Li−Pb、Li−Bi、Li−Ga、Li−Sr、Li−Si、Li−Zn、Li−Cd、Li−Ca、Li−Ba等のリチウム合金、NaCrO、NaNi1/2Mn1/2等のナトリウム遷移金属酸化物、KCoO等のカリウム遷移金属酸化物、KVPO、KVOPO等のポリアニオン化合物などの反応電位が負極活物質よりも貴な材料を用いることができる。正極活物質層においては、これら化合物の1種を単独で用いてもよく、2種以上を混合して用いてもよい。 As the positive electrode active material contained in the positive electrode mixture layer 6, a known material usually used for an alkali metal ion battery can be used. Examples of the positive electrode active material include composite oxides represented by Li x MO y (M represents at least one transition metal) (Li x CoO 2 , Li x NiO having a layered α-NaFeO 2 type crystal structure). 2, Li x MnO 3, Li x Ni α Co (1-α) O 2, Li x Ni α Mn β Co (1-α-β) O 2 , etc., Li x Mn 2 O 4 having a spinel type crystal structure , Li x Ni α Mn (2-α) O 4 ), Li w Me x (AO y ) z (Me represents at least one transition metal, and A represents, for example, P, Si, B, V, etc.) And a polyanion compound represented by the formula (LiFePO 4 , LiMnPO 4 , LiNiPO 4 , LiCoPO 4 , Li 3 V 2 (PO 4 ) 3 , Li 2 MnSiO 4 , Li 2 CoPO 4 F, etc.). The elements or polyanions in these compounds may be partially substituted with other elements or anion species. As the positive electrode active material, Li—Al, Li—In, Li—Sn, Li—Pb, Li—Bi, Li—Ga, Li—Sr, Li—Si, Li—Zn, Li—Cd, Li— Lithium alloys such as Ca and Li—Ba, sodium transition metal oxides such as NaCrO 2 and NaNi 1/2 Mn 1/2 O 2 , potassium transition metal oxides such as KCoO 2 , polyanion compounds such as KVPO 4 and KVOPO 4 A material having a higher reaction potential than the negative electrode active material can be used. In the positive electrode active material layer, one kind of these compounds may be used alone, or two or more kinds may be mixed and used.

正極合剤層6の平均厚さの下限としては、30μmが好ましく、60μmがより好ましい。一方、正極合剤層6の平均厚さの上限としては、1000μmが好ましく、500μmがより好ましく、200μmがさらに好ましい。正極合剤層6の平均厚さが上記下限以上とすることで、高いエネルギー密度を有するアルカリ金属イオン電池を得ることができる。一方、正極合剤層6の平均厚さを上記上限以下とすることで、高率放電性能に優れ、活物質利用率の高い負極を備えるアルカリ金属イオン電池を得ることができる。   As a minimum of average thickness of positive mix layer 6, 30 micrometers is preferred and 60 micrometers is more preferred. On the other hand, the upper limit of the average thickness of the positive electrode mixture layer 6 is preferably 1000 μm, more preferably 500 μm, and even more preferably 200 μm. By setting the average thickness of the positive electrode mixture layer 6 to the above lower limit or more, an alkali metal ion battery having a high energy density can be obtained. On the other hand, by setting the average thickness of the positive electrode mixture layer 6 to be equal to or lower than the above upper limit, an alkali metal ion battery having a negative electrode that is excellent in high-rate discharge performance and has a high active material utilization rate can be obtained.

<固体電解質層>
固体電解質層3は、硫化物固体電解質を含有する。固体電解質層3が硫化物固体電解質を含有することで、イオン伝導度が良好であり、界面形成が容易である。硫化物固体電解質は、非晶質、ガラス、結晶等の構造を有する。また、硫化物固体電解質に、LiPOやハロゲン、ハロゲン化合物等を添加してもよい。
<Solid electrolyte layer>
The solid electrolyte layer 3 contains a sulfide solid electrolyte. Since the solid electrolyte layer 3 contains a sulfide solid electrolyte, the ionic conductivity is good and the interface can be easily formed. The sulfide solid electrolyte has a structure such as amorphous, glass, or crystal. Further, Li 3 PO 4 , halogen, a halogen compound, or the like may be added to the sulfide solid electrolyte.

硫化物固体電解質としては、Liイオン伝導性が高いことが好ましく、例えばLiS−P、LiS−P−LiI、LiS−P−LiCl、LiS−P−LiBr、LiS−P−LiO、LiS−P−LiO−LiI、LiS−P−LiN、LiS−SiS、LiS−SiS−LiI、LiS−SiS−LiBr、LiS−SiS−LiCl、LiS−SiS−B−LiI、LiS−SiS−P−LiI、LiS−B、LiS−P−Z2n(ただし、m、nは正の数、Zは、Ge、Zn、Gaのいずれかである。)、LiS−GeS、LiS−SiS−LiPO、LiS−SiS−LiMO(ただし、x、yは正の数、Mは、P、Si、Ge、B、Al、Ga、Inのいずれかである。)、Li10GeP12等を挙げることができる。これらの中でも、リチウムイオン伝導性が良好な観点から、LiS−Pが好ましく、xLiS−(100−x)P(70≦x≦80)が好ましい。 The sulfide solid electrolyte preferably has high Li ion conductivity. For example, Li 2 S—P 2 S 5 , Li 2 S—P 2 S 5 —LiI, Li 2 S—P 2 S 5 —LiCl, Li 2 S-P 2 S 5 -LiBr , Li 2 S-P 2 S 5 -Li 2 O, Li 2 S-P 2 S 5 -Li 2 O-LiI, Li 2 S-P 2 S 5 -Li 3 N , Li 2 S-SiS 2, Li 2 S-SiS 2 -LiI, Li 2 S-SiS 2 -LiBr, Li 2 S-SiS 2 -LiCl, Li 2 S-SiS 2 -B 2 S 3 -LiI, Li 2 S—SiS 2 —P 2 S 5 —LiI, Li 2 S—B 2 S 3 , Li 2 S—P 2 S 5 —Z m S 2n (where m and n are positive numbers, and Z is Ge , Zn, or Ga), Li 2 S—GeS 2 , Li 2 S—SiS 2 —Li 3 PO 4 , Li 2 S—SiS 2 —Li x MO y (where x and y are positive numbers, M is P, Si, Ge, B, Al, Ga, In Li 10 GeP 2 S 12 or the like. Among these, from the viewpoint of good lithium ion conductivity, Li 2 S—P 2 S 5 is preferable, and xLi 2 S— (100-x) P 2 S 5 (70 ≦ x ≦ 80) is preferable.

硫化物固体電解質の電気伝導度としては1×10−9Ω・cm以下が好ましい。固体電解質の体積抵抗率が上記範囲であることで、固体電解質層3の機能として必要な絶縁性を担保できる。上記硫化物固体電解質の電気伝導度は、JIS−K−0130(2008年)に準拠して測定される。 The electrical conductivity of the sulfide solid electrolyte is preferably 1 × 10 −9 Ω · cm or less. When the volume resistivity of the solid electrolyte is within the above range, it is possible to ensure the insulation necessary as a function of the solid electrolyte layer 3. The electrical conductivity of the sulfide solid electrolyte is measured according to JIS-K-0130 (2008).

負極合剤における負極活物質と固体電解質との含有割合としては、例えば質量比で負極活物質:固体電解質=95:5〜10:90の範囲内であることが好ましく、90:10〜15:85の範囲内であることがより好ましい。負極活物質と固体電解質との含有割合が上記範囲であることで、良好なイオン伝導性が確保できる。   The content ratio of the negative electrode active material and the solid electrolyte in the negative electrode mixture is preferably, for example, in a mass ratio of negative electrode active material: solid electrolyte = 95: 5 to 10:90, 90:10 to 15: More preferably, it is within the range of 85. Good ion conductivity is securable because the content rate of a negative electrode active material and a solid electrolyte is the said range.

固体電解質層3の平均厚さの下限としては、1μmが好ましく、3μmがより好ましい。一方、固体電解質層3の平均厚さの上限としては、50μmが好ましく、20μmがより好ましい。固体電解質層3の平均厚さが上記下限以上とすることで、正極と負極とを確実に絶縁することが可能となる。一方、固体電解質層3の平均厚さを上記上限以下とすることで、アルカリ金属イオン電池のエネルギー密度を高めることが可能となる。   The lower limit of the average thickness of the solid electrolyte layer 3 is preferably 1 μm and more preferably 3 μm. On the other hand, the upper limit of the average thickness of the solid electrolyte layer 3 is preferably 50 μm, and more preferably 20 μm. By making the average thickness of the solid electrolyte layer 3 equal to or more than the above lower limit, the positive electrode and the negative electrode can be reliably insulated. On the other hand, the energy density of the alkali metal ion battery can be increased by setting the average thickness of the solid electrolyte layer 3 to the upper limit or less.

<アルカリ金属イオン電池の製造方法>
当該アルカリ金属イオン電池の製造方法は、負極合剤作製工程と、固体電解質作製工程と、正極合剤作製工程と、負極層、固体電解質層及び正極層を積層する積層工程とを主に備える。
<Method for producing alkali metal ion battery>
The manufacturing method of the alkali metal ion battery mainly includes a negative electrode mixture preparation step, a solid electrolyte preparation step, a positive electrode mixture preparation step, and a lamination step of laminating the negative electrode layer, the solid electrolyte layer, and the positive electrode layer.

[負極合剤作製工程]
本工程では、負極層を形成するための負極合剤が作製される。負極合剤の作製方法としては、特に制限はなく、例えばメカニカルミリング法等を用いて負極活物質を作製することを備える。
[Negative electrode mixture preparation process]
In this step, a negative electrode mixture for forming the negative electrode layer is produced. There is no restriction | limiting in particular as a preparation method of a negative electrode mixture, For example, it prepares preparing a negative electrode active material using a mechanical milling method etc.

[固体電解質作製工程]
本工程では、固体電解質層を形成するための上記固体電解質が作製される。本工程では、固体電解質の所定の材料をメカニカルミリング法により処理して得ることができる。また、溶融急冷法により固体電解質の所定の材料を溶融温度以上に加熱して所定の比率で両者を溶融混合し、急冷することにより固体電解質を作製してもよい。さらに、その他の固体電解質の合成方法としては、例えば真空封入して焼成する固相法、溶解析出などの液相法、気相法(PLD)、メカニカルミリング後にアルゴン雰囲気下で焼成することなどが挙げられる。
[Solid electrolyte production process]
In this step, the solid electrolyte for forming the solid electrolyte layer is produced. In this step, a predetermined material of the solid electrolyte can be obtained by a mechanical milling method. Alternatively, the solid electrolyte may be produced by heating a predetermined material of the solid electrolyte to a temperature equal to or higher than the melting temperature by melting and quenching, melt-mixing them at a predetermined ratio, and rapidly cooling them. In addition, other solid electrolyte synthesis methods include, for example, a solid phase method in which a vacuum is sealed and fired, a liquid phase method such as dissolution deposition, a gas phase method (PLD), and a firing in an argon atmosphere after mechanical milling. Can be mentioned.

[正極合剤作製工程]
本工程では、正極層を形成するための正極合剤が作製される。正極合剤の作製方法としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、正極活物質の圧縮成形、正極合剤の所定の材料のメカニカルミリング処理、正極活物質のターゲット材料を用いたスパッタリング等が挙げられる。
[Positive electrode mixture preparation process]
In this step, a positive electrode mixture for forming the positive electrode layer is produced. The method for producing the positive electrode mixture is not particularly limited and can be appropriately selected depending on the purpose. For example, compression molding of the positive electrode active material, mechanical milling treatment of a predetermined material of the positive electrode mixture, positive electrode active material Examples include sputtering using a target material.

[積層工程]
本工程は、負極層、固体電解質層及び正極層が積層される。本工程では、負極層、固体電解質層、及び正極層を順次形成してもよいし、この逆であってもよく、各層の形成の順序は特に問わない。
[Lamination process]
In this step, the negative electrode layer, the solid electrolyte layer, and the positive electrode layer are laminated. In this step, the negative electrode layer, the solid electrolyte layer, and the positive electrode layer may be sequentially formed, or vice versa, and the order of forming the layers is not particularly limited.

また、負極合剤、固体電解質及び正極合剤を一度に加圧成型することにより、負極層、固体電解質層及び正極層が積層されてもよい。また、正極層、負極層、又はこれらの層を予め成形し、固体電解質層と加圧成型して積層してもよい。   Moreover, a negative electrode layer, a solid electrolyte layer, and a positive electrode layer may be laminated | stacked by press-molding a negative electrode mixture, a solid electrolyte, and a positive electrode mixture at once. Alternatively, the positive electrode layer, the negative electrode layer, or these layers may be formed in advance, and may be pressure-molded and laminated with the solid electrolyte layer.

[その他の実施形態]
本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、上記態様の他、種々の変更、改良を施した態様で実施することができる。
[Other Embodiments]
The present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be implemented in a mode in which various changes and improvements are made in addition to the above-described mode.

本発明に係るアルカリ金属イオン電池の構成については特に限定されるものではなく、例えば中間層や接着層のように、負極層、正極層及び固体電解質層以外のその他の層を備えていてもよい。   The configuration of the alkali metal ion battery according to the present invention is not particularly limited, and may include other layers other than the negative electrode layer, the positive electrode layer, and the solid electrolyte layer such as an intermediate layer and an adhesive layer. .

<実施例>
以下、実施例によって本発明をさらに具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
<Example>
EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples. However, the present invention is not limited to the following examples.

[実施例1]
(アルカリ金属イオン電池セルの作製)
以下の工程に従い、アルカリ金属イオン電池セルを作製した。なお、以下の工程は、不活性雰囲気下(Ar)で実施した。
(1)錠剤成型器と同じ内径(10mmφ)のカーボンペーパー(基材層)を錠剤成型器の底部に配置した。
(2)カーボンペーパーに金属マグネシウム粒子(平均粒径160μm)と、75LiS−25P粉末とを質量比で70:30となるよう混合した後、充填して加圧することにより、負極合剤層を形成した。
(3)その上から所定の質量比の75LiS−25P粉末を添加して加圧することにより、固体電解質層を形成した。
(4)カーボンペーパーと金属マグネシウム粒子と75LiS−25P粉末とからなるペレットを錠剤形成器から取り出さないまま、その上から10mmφのIn、9mmφのLiの順に金属箔をのせ、加圧してアルカリ金属イオン電池セルを作製した。
[Example 1]
(Preparation of alkali metal ion battery cells)
An alkali metal ion battery cell was produced according to the following steps. In addition, the following processes were implemented by inert atmosphere (Ar).
(1) Carbon paper (base material layer) having the same inner diameter (10 mmφ) as that of the tablet molding machine was disposed at the bottom of the tablet molding machine.
(2) After mixing metal paper with magnesium metal particles (average particle size 160 μm) and 75Li 2 S-25P 2 S 5 powder in a mass ratio of 70:30, filling and pressurizing the negative electrode A mixture layer was formed.
(3) by pressurizing the addition of 75Li 2 S-25P 2 S 5 powder of a predetermined mass ratio thereon, to form a solid electrolyte layer.
(4) Without removing the pellet made of carbon paper, metal magnesium particles, and 75Li 2 S-25P 2 S 5 powder from the tablet former, place the metal foil on the top in the order of 10 mmφ In and 9 mmφ Li. To produce an alkali metal ion battery cell.

[実施例2及び実施例3]
(アルカリ金属イオン電池セルの作製)
次の点を変更したこと以外は、実施例1と同様の操作をして、実施例2及び実施例3のアルカリ金属イオン電池セルを作製した。実施例2の負極合剤として金属マグネシウム粒子(平均粒径10μm)と75LiS−25P粉末とを質量比で40:60の割合で含有させた。また、実施例3の負極合剤として金属マグネシウム粒子(平均粒径10μm)と黒鉛粉末と75LiS−25P粉末とを質量比で40:10:50の割合で含有させた。対極として10mmφの金属Liを用い、実施例2及び実施例3のアルカリ金属イオン電池セルを作製した。
[Example 2 and Example 3]
(Preparation of alkali metal ion battery cells)
The alkali metal ion battery cell of Example 2 and Example 3 was produced in the same manner as in Example 1 except that the following points were changed. As a negative electrode mixture of Example 2, metal magnesium particles (average particle size 10 μm) and 75Li 2 S-25P 2 S 5 powder were contained in a mass ratio of 40:60. Further, as the negative electrode mixture of Example 3, metal magnesium particles (average particle size 10 μm), graphite powder, and 75Li 2 S-25P 2 S 5 powder were contained in a mass ratio of 40:10:50. The alkali metal ion battery cell of Example 2 and Example 3 was produced using 10 mmφ metal Li as the counter electrode.

[比較例1及び比較例2]
(アルカリ金属イオン電池セルの作製)
次の点を変更したこと以外は、実施例1と同様の操作をして、比較例1及び比較例2のアルカリ金属イオン電池セルを作製した。基材層としてNiメッシュ、負極合剤として金属マグネシウム粒子とポリアクリル酸バインダーとを質量比で80:20の割合で含有させたものを用い、12mmφの合剤負極を作製した。電解質としては、EC及びDMCを1:2の体積比で混合した溶媒にLiTFSIを1mol/dmの濃度で溶解させて比較例1の非水電解質とした。また、EC及びDMCを1:2の体積比で混合した溶媒にヘキサフルオロリン酸リチウム(LiPF)を1mol/dmの濃度で溶解させて比較例2の非水電解質とした。そして、対極として16mmφの金属Liを用い、比較例1及び比較例2のアルカリ金属イオン電池セルを作製した。
[Comparative Example 1 and Comparative Example 2]
(Preparation of alkali metal ion battery cells)
The alkali metal ion battery cells of Comparative Example 1 and Comparative Example 2 were produced in the same manner as in Example 1 except that the following points were changed. A 12 mmφ mixture negative electrode was prepared using Ni mesh as a base material layer and metal magnesium particles and a polyacrylic acid binder as a negative electrode mixture in a mass ratio of 80:20. As an electrolyte, LiTFSI was dissolved at a concentration of 1 mol / dm 3 in a solvent in which EC and DMC were mixed at a volume ratio of 1: 2 to obtain a nonaqueous electrolyte of Comparative Example 1. In addition, lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ) was dissolved at a concentration of 1 mol / dm 3 in a solvent in which EC and DMC were mixed at a volume ratio of 1: 2 to obtain a nonaqueous electrolyte of Comparative Example 2. And the alkali metal ion battery cell of the comparative example 1 and the comparative example 2 was produced using the metal Li of 16 mmphi as a counter electrode.

(充電状態の負極のXRDパターンの測定)
電解質として固体電解質を用いた実施例1における負極の充放電反応が金属マグネシウムとLiイオンとの反応によるものであるのかを確認するために、充電状態の負極のXRDパターンの測定を行った。なお、XRDパターンの測定にあたっては、セル解体による負極の取り出しからXRD測定器による測定までの工程はAr雰囲気下で実施した。
(Measurement of XRD pattern of negative electrode in charged state)
In order to confirm whether the charge / discharge reaction of the negative electrode in Example 1 using a solid electrolyte as the electrolyte was due to the reaction between magnesium metal and Li + ions, the XRD pattern of the negative electrode in a charged state was measured. In the measurement of the XRD pattern, the steps from taking out the negative electrode by cell disassembly to the measurement by the XRD measuring device were performed in an Ar atmosphere.

図2は、実施例1の負極のX線回折(XRD)スペクトルである。図2(a)は、2θ=10°〜90°の範囲におけるXRDスペクトルを示し、図2(b)は、図2(a)をさらに拡大して2θ=50°〜70°の範囲におけるXRDスペクトルを示す。図2に示されるように、実施例1の充電状態の負極のXRDパターンにおける52°及び65°近傍にみられるピークの位置は、Li0.36Mg0.64合金のXRDパターンにおけるピークの位置と一致していた。このことから、実施例1の充電後にLiMg合金が形成されたことがわかる。従って、固体電解質を用いることで、金属マグネシウムとLiイオンとが良好に反応しており、負極の充放電反応が金属マグネシウムとLiイオンとの反応によるものであることが示された。なお、XRDパターンの測定には、X線回折装置であるRINT PTR3(Rigaku社製)を用い、線源はCuKαとした。 FIG. 2 is an X-ray diffraction (XRD) spectrum of the negative electrode of Example 1. 2A shows an XRD spectrum in the range of 2θ = 10 ° to 90 °, and FIG. 2B further expands FIG. 2A to show an XRD in the range of 2θ = 50 ° to 70 °. The spectrum is shown. As shown in FIG. 2, the positions of the peaks seen in the vicinity of 52 ° and 65 ° in the XRD pattern of the negative electrode in the charged state of Example 1 are the positions of the peaks in the XRD pattern of the Li 0.36 Mg 0.64 alloy. Was consistent. From this, it can be seen that a Li X Mg Y alloy was formed after charging in Example 1. Therefore, by using a solid electrolyte, it was shown that metallic magnesium and Li + ions reacted well, and the charge / discharge reaction of the negative electrode was due to the reaction between metallic magnesium and Li + ions. For the measurement of the XRD pattern, RINT PTR3 (manufactured by Rigaku), which is an X-ray diffractometer, was used, and the radiation source was CuKα.

(充放電試験)
上記実施例1のアルカリ金属イオン電池セルについて、50℃環境下で充放電を実施した。充電は、充電電流0.0025C、充電終止電圧−0.6V(対極Li換算で0V)、総充電時間20時間の定電流定電圧(CCCV)充電とした。放電は、放電電流0.0025C、放電終止電圧0.9V(対極Li換算で1.5V)の定電流(CC)放電として1サイクルの初回充放電を行った。充電と放電の間には、30分の休止を設けた。なお、実施例1の1Cは金属マグネシウムの理論容量3350mAh/gを基準とした。ここで、金属マグネシウムにLiイオンが吸蔵される還元反応を「充電」、Li+イオンが放出される酸化反応を「放電」という。
上記1サイクル目の放電容量を実施例1の「初回放電容量(mAh/g)」とした。
(Charge / discharge test)
About the alkali metal ion battery cell of the said Example 1, it charged / discharged in 50 degreeC environment. Charging was performed at a charging current of 0.0025 C, a charging end voltage of −0.6 V (0 V in terms of counter electrode Li), and a constant current and constant voltage (CCCV) charging with a total charging time of 20 hours. For the discharge, a first cycle charge / discharge was performed as a constant current (CC) discharge having a discharge current of 0.0025 C and a discharge end voltage of 0.9 V (1.5 V in terms of counter electrode Li). There was a 30-minute pause between charging and discharging. In addition, 1C of Example 1 was based on a theoretical capacity of metal magnesium of 3350 mAh / g. Here, the reduction reaction in which Li + ions are occluded in metallic magnesium is referred to as “charging”, and the oxidation reaction in which Li + ions are released is referred to as “discharging”.
The discharge capacity at the first cycle was defined as “initial discharge capacity (mAh / g)” in Example 1.

次に、比較例1及び比較例2のアルカリ金属イオン電池セルについて、50℃環境下で充放電を実施した。充電は、充電電流0.0025C、充電終止電圧0.02V、総充電時間20時間の定電圧(CCCV)充電とした。放電は、放電電流0.0025C、放電終止電圧1.5Vの定電流(CC)放電として1サイクルの初回充放電を行った。充電と放電の間には、30分の休止を設けた。なお、比較例1及び比較例2のアルカリ金属イオン電池の1Cは、実施例1と同様、金属マグネシウムの理論容量3350mAh/gを基準とした。
上記1サイクル目の放電容量を比較例1及び比較例2の「初回放電容量(mAh/g)」とした。
Next, the alkaline metal ion battery cells of Comparative Example 1 and Comparative Example 2 were charged and discharged in a 50 ° C. environment. Charging was performed at a constant current (CCCV) with a charging current of 0.0025 C, a charge end voltage of 0.02 V, and a total charging time of 20 hours. The discharge was performed for the first charge / discharge of one cycle as a constant current (CC) discharge having a discharge current of 0.0025C and a discharge end voltage of 1.5V. There was a 30-minute pause between charging and discharging. In addition, 1C of the alkali metal ion batteries of Comparative Example 1 and Comparative Example 2 was based on the theoretical capacity of metal magnesium of 3350 mAh / g as in Example 1.
The discharge capacity at the first cycle was defined as “initial discharge capacity (mAh / g)” of Comparative Examples 1 and 2.

さらに、実施例2及び実施例3のアルカリ金属イオン電池セルについて、50℃環境下で充放電を実施した。充電は、充電電流0.0075C、充電終止電圧0.01Vで定電流充電を行った後、0.01Vの定電圧で電流密度が0.00375Cに相当する値に減衰するまで定電圧充電し、放電は、放電電流0.0075C、放電終止電圧1.2Vの定電流(CC)放電として1サイクルの初回充放電を行った。充電と放電の間には、30分の休止を設けた。なお、実施例2及び実施例3のアルカリ金属イオン電池の1Cは、実施例1と同様、金属マグネシウムの理論容量3350mAh/gを基準とした。
上記1サイクル目の放電容量を実施例2及び実施例3の「初回放電容量(mAh/g)」とした。ここで、「初回放電容量」とは、金属マグネシウムの質量あたりの放電容量を意味する。
Furthermore, the alkali metal ion battery cells of Example 2 and Example 3 were charged and discharged in a 50 ° C. environment. Charging is performed with constant current charging at a charging current of 0.0075C and a charge end voltage of 0.01V, and then at a constant voltage of 0.01V until the current density is attenuated to a value corresponding to 0.00375C. The discharge was performed as a constant current (CC) discharge with a discharge current of 0.0075 C and a discharge end voltage of 1.2 V for one cycle of initial charge / discharge. There was a 30-minute pause between charging and discharging. In addition, 1C of the alkali metal ion batteries of Example 2 and Example 3 was based on the theoretical capacity of metal magnesium of 3350 mAh / g as in Example 1.
The discharge capacity at the first cycle was defined as “initial discharge capacity (mAh / g)” in Examples 2 and 3. Here, the “initial discharge capacity” means the discharge capacity per mass of metallic magnesium.

(充放電カーブの特性)
図3は、実施例1及び比較例1〜比較例2の充放電サイクル性能カーブを示すグラフである。図3においては、電解質として硫化物固体電解質を用いた場合、液体電解質に比べて、充電カーブにおける1.2Vvs.Li/Li以下のショルダーが小さく、放電カーブにおけるMgとLiイオンとの脱合金化反応に起因する0.2Vvs.Li/Li近傍のプラトー領域が長いことが示されている。
(Charge / discharge curve characteristics)
FIG. 3 is a graph showing charge / discharge cycle performance curves of Example 1 and Comparative Examples 1 and 2. In FIG. 3, when a sulfide solid electrolyte is used as the electrolyte, the charge curve is 1.2 Vvs. The shoulder below Li / Li + is small, and 0.2 Vvs. Resulting from the dealloying reaction between Mg and Li + ions in the discharge curve. It is shown that the plateau region in the vicinity of Li / Li + is long.

(充放電サイクル試験)
(1)充放電サイクル試験
実施例1、及び比較例1〜比較例2のアルカリ金属イオン電池を、上記充電、休止及び放電の工程を1サイクルとして、このサイクルを5サイクル繰り返した。充電、放電及び休止ともに、50℃の恒温槽内で行った。
(Charge / discharge cycle test)
(1) Charge / Discharge Cycle Test For the alkali metal ion batteries of Example 1 and Comparative Examples 1 and 2, the above charging, resting and discharging steps were taken as 1 cycle, and this cycle was repeated 5 cycles. Charging, discharging, and rest were all performed in a thermostatic chamber at 50 ° C.

(サイクル後の放電容量)
上記充電及び放電の工程について、5サイクル目の放電容量(mAh/g)を5サイクル後の放電容量とした。
(Discharge capacity after cycle)
In the charging and discharging steps, the discharge capacity (mAh / g) at the fifth cycle was defined as the discharge capacity after five cycles.

(サイクル後の充放電効率)
上記充電及び放電の工程について、5サイクル目の放電容量(mAh/g)の充電電気量(Ah)に対する放電容量の百分率を5サイクル後の充放電効率(%)として求め、5サイクル後のクーロン効率とした。
(Charge / discharge efficiency after cycle)
For the above charging and discharging steps, the percentage of the discharge capacity with respect to the charge capacity (Ah) of the discharge capacity (mAh / g) at the 5th cycle is determined as the charge / discharge efficiency (%) after 5 cycles, and the coulomb after 5 cycles. The efficiency.

(サイクル後の平均放電電位)
平均放電電位は、放電カーブから面積を求め、横軸の電気量で除した値であり、低いほど負極としての性能が良好である。より具体的には、サイクル後の作用極(負極)の平均放電電位は、図3の放電曲線、直線y=0、直線x=(測定された放電容量)に囲まれた領域の面積(単位:mWh)を測定された放電容量(単位:mAh)で除した値として求めた。
(Average discharge potential after cycle)
The average discharge potential is a value obtained by calculating the area from the discharge curve and dividing by the amount of electricity on the horizontal axis. The lower the value, the better the performance as the negative electrode. More specifically, the average discharge potential of the working electrode (negative electrode) after the cycle is the area (unit) of the region surrounded by the discharge curve, straight line y = 0, straight line x = (measured discharge capacity) in FIG. : MWh) divided by the measured discharge capacity (unit: mAh).

また、実施例1及び比較例1〜比較例2の初回放電容量、並びに5サイクル後の放電容量、クーロン効率及び平均放電電位を以下の表1に示す。   Table 1 below shows the initial discharge capacity of Example 1 and Comparative Examples 1 and 2, and the discharge capacity after 5 cycles, the Coulomb efficiency, and the average discharge potential.

表1に示されるように、電解液を使用した場合と比較して、硫化物固体電解質を用いた場合に、高い放電容量、高い充放電効率、及び低い平均放電電位を示す。比較例1〜比較例2と比較して、実施例1は5サイクル後の放電容量、充放電効率及び平均放電電位が高く、充放電サイクル性能に優れていた。   As shown in Table 1, when a sulfide solid electrolyte is used, a higher discharge capacity, a higher charge / discharge efficiency, and a lower average discharge potential are exhibited as compared with the case where an electrolytic solution is used. Compared with Comparative Example 1 and Comparative Example 2, Example 1 had a high discharge capacity, charge / discharge efficiency and average discharge potential after 5 cycles, and was excellent in charge / discharge cycle performance.

また、実施例2及び実施例3の初回放電容量を以下の表2に示す。   The initial discharge capacities of Example 2 and Example 3 are shown in Table 2 below.

表2に示されるように、負極活物質として金属マグネシウムのみを使用した場合と比較して、金属マグネシウムと炭素材料とを併用した場合には、高い放電容量が得られる。
ここで、黒鉛の理論容量を372mAh/gとすると、実施例2に比べて、実施例3における金属マグネシウム粒子の質量あたりの放電容量は、372mAh/g×0.1(黒鉛粒子の質量%)÷0.4(金属マグネシウム粒子の質量%)=93mAh/gだけ増加することが期待される。しかしながら、実際には100mAh/g以上増加している。このことから、金属Mgと炭素材料とを併用することで、金属マグネシウム粒子の利用率が向上し、放電容量を向上できることが分かる。
As shown in Table 2, a high discharge capacity is obtained when metallic magnesium and a carbon material are used in combination, compared with the case where only metallic magnesium is used as the negative electrode active material.
Here, assuming that the theoretical capacity of graphite is 372 mAh / g, compared to Example 2, the discharge capacity per mass of the metal magnesium particles in Example 3 is 372 mAh / g × 0.1 (mass% of graphite particles). ÷ 0.4 (mass% of metal magnesium particles) = 93 mAh / g is expected to increase. However, the actual increase is 100 mAh / g or more. From this, it turns out that the utilization factor of a metal magnesium particle improves and discharge capacity can be improved by using together metal Mg and a carbon material.

実施例1に比べ、実施例2は高い放電容量を示す。このような結果が得られた要因としては、負極合剤における硫化物固体電解質の含有割合を高くしたことと、金属マグネシウム粒子の平均粒径を160μmから10μmに変更したこととが考えられる。
特に、平均粒径が小さい金属マグネシウム粒子を用いることが、高い放電容量を得るために極めて有効であることが示唆される。
Compared to Example 1, Example 2 shows a higher discharge capacity. The reason why such a result was obtained may be that the content ratio of the sulfide solid electrolyte in the negative electrode mixture was increased and the average particle diameter of the metal magnesium particles was changed from 160 μm to 10 μm.
In particular, it is suggested that the use of metal magnesium particles having a small average particle diameter is extremely effective for obtaining a high discharge capacity.

以上のように、本発明に係るアルカリ金属イオン電池は、放電容量及び充放電効率が良好であるので、例えばHEV用のアルカリ金属イオン電池として好適に用いられる。   As described above, since the alkali metal ion battery according to the present invention has good discharge capacity and charge / discharge efficiency, it is suitably used as an alkali metal ion battery for HEV, for example.

1 負極層
2 正極層
3 固体電解質層
4 負極基材層
5 負極合剤層
6 正極合剤層
7 正極基材層
10 アルカリ金属イオン電池
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Negative electrode layer 2 Positive electrode layer 3 Solid electrolyte layer 4 Negative electrode base material layer 5 Negative electrode mixture layer 6 Positive electrode mixture layer 7 Positive electrode base material layer 10 Alkali metal ion battery

Claims (4)

マグネシウムを含む負極と、
硫化物固体電解質と
を備えるアルカリ金属イオン電池。
A negative electrode containing magnesium;
An alkali metal ion battery comprising a sulfide solid electrolyte.
上記負極が、AMg(Aは、アルカリ金属元素である。Mは、Mgと合金を形成可能なA以外の金属元素である。1>X≧0、1≧Y>0、0.3≧Z≧0、X+Y+Z=1)を含む請求項1のアルカリ金属イオン電池。 The negative electrode is A X Mg Y M Z (A is an alkali metal element. M is a metal element other than A capable of forming an alloy with Mg. 1> X ≧ 0, 1 ≧ Y> 0, The alkali metal ion battery according to claim 1, including 0.3 ≧ Z ≧ 0 and X + Y + Z = 1). 上記負極が、表面上にMgSを含有する被膜を備える請求項1又は請求項2のアルカリ金属イオン電池。   The alkali metal ion battery according to claim 1, wherein the negative electrode includes a coating containing MgS on the surface. 上記負極が、炭素材料を含む請求項1から3のアルカリ金属イオン電池。
The alkali metal ion battery according to claim 1, wherein the negative electrode contains a carbon material.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2023032185A1 (en) * 2021-09-06 2023-03-09 TeraWatt Technology株式会社 Lithium secondary battery
JP7494870B2 (en) 2022-03-24 2024-06-04 トヨタ自動車株式会社 All-solid-state batteries and all-solid-state battery systems

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013222530A (en) * 2012-04-13 2013-10-28 Idemitsu Kosan Co Ltd All solid state battery and method for charging/discharging all solid state battery
JP2014086218A (en) * 2012-10-22 2014-05-12 Toyota Motor Corp All solid battery system
JP2016066405A (en) * 2014-09-22 2016-04-28 公立大学法人大阪府立大学 Solid electrolyte for all-solid type secondary battery, method for manufacturing the same, and all-solid type secondary battery including the same
JP2016192380A (en) * 2015-03-31 2016-11-10 株式会社Nbcメッシュテック Collector for lithium ion secondary battery
JP2019087420A (en) * 2017-11-07 2019-06-06 トヨタ自動車株式会社 All-solid battery

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013222530A (en) * 2012-04-13 2013-10-28 Idemitsu Kosan Co Ltd All solid state battery and method for charging/discharging all solid state battery
JP2014086218A (en) * 2012-10-22 2014-05-12 Toyota Motor Corp All solid battery system
JP2016066405A (en) * 2014-09-22 2016-04-28 公立大学法人大阪府立大学 Solid electrolyte for all-solid type secondary battery, method for manufacturing the same, and all-solid type secondary battery including the same
JP2016192380A (en) * 2015-03-31 2016-11-10 株式会社Nbcメッシュテック Collector for lithium ion secondary battery
JP2019087420A (en) * 2017-11-07 2019-06-06 トヨタ自動車株式会社 All-solid battery

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2023032185A1 (en) * 2021-09-06 2023-03-09 TeraWatt Technology株式会社 Lithium secondary battery
JP7494870B2 (en) 2022-03-24 2024-06-04 トヨタ自動車株式会社 All-solid-state batteries and all-solid-state battery systems

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