JP2020042931A - 固体電池 - Google Patents
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Abstract
Description
図1に固体電池100の構成を概略的に示す。図1に示すように、固体電池100は、正極10、固体電解質層20及び負極30を含む積層体40と、積層体40を拘束する拘束手段50とを備える。固体電池100においては、負極30が負極活物質としてSi、Al、Sn及びこれらの合金から選択される1種以上を含む。また、固体電池100においては、拘束手段50による初期拘束圧をX(MPa)とし、負極活物質1粒子あたりの粒子外部への膨張量の最大値をY(μm)とした場合に、下記式(1)の関係が満たされる。
正極10の構成は当業者にとって自明であるが、以下、一例について説明する。正極10は、通常、正極活物質と、任意成分として固体電解質、バインダー、導電助剤及びその他の添加剤(増粘剤等)とを含む正極合材層12を備える。また、当該正極合材層12と接触する正極集電体11を備えることが好ましい。
固体電解質層20の構成は当業者にとって自明であるが、以下、一例について説明する。固体電解質層20は少なくとも固体電解質を含む。また、固体電解質層20は任意にバインダー等のその他の成分を含んでいてもよい。
負極30は負極活物質としてSi、Al、Sn及びこれらの合金(Si合金、Al合金、Sn合金)から選択される1種以上を含む。また、負極30は、任意成分として固体電解質、バインダー、導電助剤及びその他の添加剤(増粘剤等)を含んでいてもよい。より具体的には、負極30は負極活物質等を含む負極合材層32を備えることが好ましい。また、当該負極合材層32と接触する負極集電体31を備えることが好ましい。
正極10と固体電解質層20と負極30との積層体40は、固体電池100の発電部として機能する。例えば、図1に示すように、積層体40は、正極10と負極30との間に固体電解質層20が配置されて素電池を構成する。尚、図1には積層体40が一つの素電池を構成する形態について例示したが、積層体40によって構成される素電池の数は1つに限定されない。正極10と負極30と固体電解質層20とを複数積層することで、複数の素電池を含む積層体としてもよい。積層体40は、正極10と負極30との間に固体電解質層20が配置されていればよく、積層体40の全体としての形状は特に限定されない。図1に示すような積層方向両端面が平面である積層体40のほか、シートを捲回した捲回体のような積層方向両端面が曲面である積層体であってもよい。ただし、積層体に対して均一に拘束圧力を付与することが容易となること等から、積層方向両端面が平面である積層体40とすることが好ましい。
拘束手段50は、積層体に対して拘束圧力を付与することが可能なものであればよい。以下、拘束手段50の一例を示すが、この形態に限定されるものではない。
言うまでもないが、固体電池100は、正極10、固体電解質層20及び負極30の他に、電池ケース60や必要な端子等を備えていてもよい。これら部材は公知であり、ここでは詳細な説明を省略する。
従来の固体電池においては、構成材料のほぼすべてが固体材料で構成されていることから、膨張収縮量の大きな負極活物質を用いた場合に、図3に示すように、電池の充放電に伴って活物質の周囲に割れや剥がれによって空隙が発生し、電池の抵抗が上昇する虞がある。これを回避するためには電池に大きな拘束圧を付与することが有効であるが、そのためには拘束手段を大型化する必要があり、電池の体積エネルギー密度が低下する虞がある。これに対し、本開示の固体電池においては、負極活物質の膨張量を考慮して、電池に付与される拘束圧が決定される。これにより、拘束手段の不要な大型化を回避しつつ、積層体に十分な拘束圧を付与することができ、電池の充放電時における負極活物質の膨張・収縮に伴う電池抵抗の上昇を顕著に抑えることができる。
本開示の技術は、固体電池100の製造方法としての側面を有する。すなわち、本開示の固体電池100の製造方法は、正極10、固体電解質層20及び負極30を含む積層体40と、前記積層体40を拘束する拘束手段50とを備える固体電池100の製造方法であって、
正極10と、固体電解質層20と、負極活物質としてSi、Al、Sn及びこれらの合金から選択される1種以上を含む負極30とを積層して積層体40とする積層工程、並びに、
電池の製造後において拘束手段50から前記積層体40への拘束圧が維持されるように前記拘束手段50によって前記積層体40を拘束する拘束工程、
を備え、
前記拘束工程における前記拘束手段50による初期拘束圧をX(MPa)とし、前記負極活物質1粒子あたりの粒子外部への膨張量の最大値をY(μm)とした場合に、上記式(1)の関係を満たすように、前記拘束工程における前記拘束手段50による拘束圧を調整することを特徴とする。
各構成の詳細については既に説明した通りであり、ここでは詳細な説明を省略する。
Li2S(フルウチ化学社製)0.550gと、P2S5(アルドリッチ社製)0.887gとLiI(日宝化学社製)0.285gと、LiBr(高純度化学社製)0.227gとを秤量し、メノウ乳鉢で5分間混合し、その後脱水ヘプタン(関東化学工業社製)を4g入れ、遊星型ボールミルを用いて40時間メカニカルミリングすることで固体電解質を得た。
負極活物質として所定の平均粒子径を有するSi粒子(高純度化学社製)1.0g、導電助剤としてVGCF(昭和電工社製)0.04g、上記の固体電解質0.776g、バインダーとしてPVdF(クレハ社製)0.02g、酪酸ブチル(ナカライテスク社製)2.4gを秤量し、超音波ホモジナイザー(SMT社製UH−50)を用いて混合し、負極合剤ペーストを得た。尚、「平均粒子径」とは、一般的なレーザー回折・光散乱法に基づく粒度分布測定装置によって測定した体積基準の粒度分布において、小さな粒子側からの累積50体積%に相当する粒径(メジアン径)をいう。
正極活物質としてLiNi1/3Co1/3Mn1/3O2(日亜化学工業社製)を使用した(当該正極活物質の表面にはニオブ酸リチウムの被覆層を設けた)。この正極活物質1.5g、導電助剤としてVGCF(昭和電工社製)0.023g、固体電解質0.239g、PVdF(クレハ社製)0.012g、酪酸ブチル(ナカライテスク社製)0.8gを秤量し、超音波ホモジナイザー(SMT社製UH−50)を用いて混合し、正極合剤ペーストを得た。
ポリプロピレン製容器に、ヘプタンと、ブタジエンゴム系バインダーを5質量%含んだヘプタン溶液と、固体電解質とを加え、超音波ホモジナイザー(SMT社製UH−50)を用いて30秒間混合し、次に、容器を振とう器で3分間振とうさせて、固体電解質層用ペーストを得た。
アプリケーターを使用してブレード法にてアルミニウム箔上に正極合剤ペーストを塗工した。塗工後、100℃のホットプレート上で30分間乾燥させて、アルミニウム箔の表面に正極合剤層を有する正極を得た。同様にして、銅箔上に負極合剤ペーストを塗工・乾燥させて、銅箔の表面に負極合剤層を有する負極を得た。実施例及び比較例のすべてにおいて、正極は共通な目付にて塗工を実施した。正極の充電比容量を160mAh/gとしたとき、負極の容量比が下記表1となるように負極目付を調整した。
上記の正極を事前にプレスした。その後、正極合剤層の表面に、ダイコーターにより固体電解質層用ペーストを塗工し、100℃のホットプレート上で、30分間乾燥させた。その後、2ton/cm2でロールプレスし、正極の表面に固体電解質層を備える正極側積層体を得た。
上記の負極を事前にプレスした。その後、負極合剤層の表面に、ダイコーターにより固体電解質層用ペーストを塗工し、100℃のホットプレート上で、30分間乾燥させた。その後、2ton/cm2でロールプレスし、負極の表面に固体電解質層を備える負極側積層体を得た。
正極側積層体と負極側積層体とをそれぞれ打ち抜き加工し、固体電解質層同士を貼り合わせるようにして重ね合わせた。ここで、正極側積層体の固体電解質層と、負極側積層体の固体電解質層との間に、未だプレスの固体電解質層(固体電解質層用ペースト)を転写した状態で重ね合わせた。その後、130℃の温度にて、2ton/cm2でプレスし、正極と固体電解質層と負極とをこの順に有する発電要素を得た。得られた発電要素をラミネート封入し、1MPa、5MPa又は15MPaで拘束する(積層体に初期拘束圧を付与する)ことで、評価用の固体電池とした。
評価用の固体電池に対して、25℃、充放電レート0.1Cにて電池電圧4.3〜3.0Vの範囲で5サイクルの充放電を実施した。電池電圧を3.7Vに調整後、電圧振幅10mVで交流インピーダンス法により電池の抵抗を測定し、周波数1000Hzの抵抗値から0.5MHzの抵抗値を減算した値を反応抵抗として測定した。充放電サイクル前の電池抵抗に対する充放電サイクル後の電池抵抗を抵抗増加率として算出した。
下記表1に実施例及び比較例に係る固体電池の性状及び抵抗測定結果を示す。また、図4及び5に負極活物質の1粒子あたりの膨張量の最大値(μm)と、充放電サイクル後における電池の抵抗上昇率(%)と、拘束手段による拘束圧力(MPa)との関係をまとめた。尚、下記表1において「膨張量最大値Y(μm)」とは、「負極活物質1粒子あたりの粒子外部への膨張量の最大値Y(μm)」を意味し、SOC100における負極活物質のSEM画像を取得することで得られる値である。
20 固体電解質層
30 負極
40 積層体
50 拘束手段
60 電池ケース
100 固体電池
Claims (1)
- 正極、固体電解質層及び負極を含む積層体と、前記積層体を拘束する拘束手段とを備え、
前記負極が負極活物質としてSi、Al、Sn及びこれらの合金から選択される1種以上を含み、
前記拘束手段による初期拘束圧をX(MPa)とし、前記負極活物質1粒子あたりの粒子外部への膨張量の最大値をY(μm)とした場合に、下記式(1)の関係を満たす、
固体電池。
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---|---|---|---|---|
JP2022092725A (ja) * | 2020-12-11 | 2022-06-23 | トヨタ自動車株式会社 | 全固体電池 |
Citations (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2014035987A (ja) * | 2012-08-10 | 2014-02-24 | Toyota Motor Corp | Si含有活物質層の製造方法、固体電池の製造方法、Si含有活物質層および固体電池 |
JP2015156297A (ja) * | 2014-02-20 | 2015-08-27 | トヨタ自動車株式会社 | リチウム固体電池モジュールの製造方法 |
WO2016067577A1 (ja) * | 2014-10-29 | 2016-05-06 | 新日鐵住金株式会社 | 負極活物質材料、負極及び電池 |
JP2016514898A (ja) * | 2013-05-07 | 2016-05-23 | エルジー・ケム・リミテッド | リチウム二次電池用負極活物質、この製造方法、及びこれを含むリチウム二次電池 |
JP2016100329A (ja) * | 2014-11-25 | 2016-05-30 | イルジン エレクトリック カンパニー リミテッド | 二次電池用負極活物質及びこれを用いた二次電池 |
JP2017059325A (ja) * | 2015-09-14 | 2017-03-23 | トヨタ自動車株式会社 | 全固体電池の製造方法 |
JP2017112029A (ja) * | 2015-12-18 | 2017-06-22 | トヨタ自動車株式会社 | 電池システム |
JP2017130283A (ja) * | 2016-01-18 | 2017-07-27 | トヨタ自動車株式会社 | 全固体電池 |
JP2018106984A (ja) * | 2016-12-27 | 2018-07-05 | トヨタ自動車株式会社 | 全固体リチウムイオン電池 |
JP2018120841A (ja) * | 2017-01-24 | 2018-08-02 | 国立研究開発法人物質・材料研究機構 | 全固体電池用電極部材の製造方法 |
-
2018
- 2018-09-07 JP JP2018167618A patent/JP7006545B2/ja active Active
Patent Citations (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2014035987A (ja) * | 2012-08-10 | 2014-02-24 | Toyota Motor Corp | Si含有活物質層の製造方法、固体電池の製造方法、Si含有活物質層および固体電池 |
JP2016514898A (ja) * | 2013-05-07 | 2016-05-23 | エルジー・ケム・リミテッド | リチウム二次電池用負極活物質、この製造方法、及びこれを含むリチウム二次電池 |
JP2015156297A (ja) * | 2014-02-20 | 2015-08-27 | トヨタ自動車株式会社 | リチウム固体電池モジュールの製造方法 |
WO2016067577A1 (ja) * | 2014-10-29 | 2016-05-06 | 新日鐵住金株式会社 | 負極活物質材料、負極及び電池 |
JP2016100329A (ja) * | 2014-11-25 | 2016-05-30 | イルジン エレクトリック カンパニー リミテッド | 二次電池用負極活物質及びこれを用いた二次電池 |
JP2017059325A (ja) * | 2015-09-14 | 2017-03-23 | トヨタ自動車株式会社 | 全固体電池の製造方法 |
JP2017112029A (ja) * | 2015-12-18 | 2017-06-22 | トヨタ自動車株式会社 | 電池システム |
JP2017130283A (ja) * | 2016-01-18 | 2017-07-27 | トヨタ自動車株式会社 | 全固体電池 |
JP2018106984A (ja) * | 2016-12-27 | 2018-07-05 | トヨタ自動車株式会社 | 全固体リチウムイオン電池 |
JP2018120841A (ja) * | 2017-01-24 | 2018-08-02 | 国立研究開発法人物質・材料研究機構 | 全固体電池用電極部材の製造方法 |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2022092725A (ja) * | 2020-12-11 | 2022-06-23 | トヨタ自動車株式会社 | 全固体電池 |
JP7409294B2 (ja) | 2020-12-11 | 2024-01-09 | トヨタ自動車株式会社 | 全固体電池 |
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