JP2021048045A - 全固体電池 - Google Patents
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Abstract
Description
集電体は、正極活物質層と接する一方の面から、負極活物質層と接する他方の面へと電子の移動を媒介する機能を有する。集電体を構成する材料に特に制限はない。集電体の構成材料としては、例えば、金属や、導電性を有する樹脂が採用されうる。
本形態に係る正極および負極の少なくとも一つは、集電体の表面に配置された電極活物質および固体電解質を含有する電極活物質層を有する。
(i)リチウムイオンの吸蔵状態および脱離状態における電極活物質を、X線回折装置(島津製作所社製XRD−6100、線源:Cu−Kα)を用いて測定する。
(ii)X線回折図形から吸蔵状態および脱離状態における電極活物質の格子体積をそれぞれ算出して、充放電に伴う電極活物質の体積変化率を求める。
(iii)得られた電極活物質の体積変化率を用いて、電極活物質層における充放電に伴う電極活物質の体積変化量を算出する。
(i)固体電解質(2種類以上使用する場合、それらの混合物)について、体積弾性率測定装置を用いて、体積弾性率を測定する。
(ii)固体電解質の体積変化量を、以下の式から算出する。
正極活物質としては、特に制限されないが、LiCoO2、LiMnO2、LiNiO2、LiVO2、Li(Ni−Mn−Co)O2等の層状岩塩型活物質、LiMn2O4、LiNi0.5Mn1.5O4等のスピネル型活物質、LiFePO4、LiMnPO4等のオリビン型活物質、Li2FeSiO4、Li2MnSiO4等のSi含有活物質等が挙げられる。また上記以外の酸化物活物質としては、例えば、Li4Ti5O12が挙げられる。
固体電解質としては、硫化物固体電解質、樹脂固体電解質および酸化物固体電解質が挙げられる。
電極活物質層は、電極活物質および固体電解質に加えて、導電助剤およびバインダの少なくとも1つをさらに含有していてもよい。
固体電解質層は、正極活物質層と負極活物質層との間に介在する層であり、固体電解質を(通常は主成分として)含有する。固体電解質層に含有される固体電解質の具体的な形態については上述したものと同様であるため、ここでは詳細な説明を省略する。
集電板(25、27)を構成する材料は、特に制限されず、二次電池用の集電板として従来用いられている公知の高導電性材料が用いられうる。集電板の構成材料としては、例えば、アルミニウム、カーボン被覆アルミニウム、銅、チタン、ニッケル、ステンレス鋼(SUS)、これらの合金等の金属材料が好ましい。軽量、耐食性、高導電性の観点から、より好ましくはアルミニウム、銅であり、特に好ましくはアルミニウムである。なお、正極集電板25と負極集電板27とでは、同一の材料が用いられてもよいし、異なる材料が用いられてもよい。
また、図示は省略するが、集電体11と集電板(25、27)との間を正極リードや負極リードを介して電気的に接続してもよい。正極および負極リードの構成材料としては、公知のリチウムイオン二次電池において用いられる材料が同様に採用されうる。なお、外装から取り出された部分は、周辺機器や配線などに接触して漏電したりして製品(例えば、自動車部品、特に電子機器等)に影響を与えないように、耐熱絶縁性の熱収縮チューブなどにより被覆することが好ましい。
電池外装体としては、公知の金属缶ケースを用いることができるほか、図1に示すように発電要素を覆うことができる、アルミニウムを含むラミネートフィルム29を用いた袋状のケースが用いられうる。該ラミネートフィルムには、例えば、PP、アルミニウム、ナイロンをこの順に積層してなる3層構造のラミネートフィルム等を用いることができるが、これらに何ら制限されるものではない。高出力化や冷却性能に優れ、EV、HEV用の大型機器用電池に好適に利用することができるという観点から、ラミネートフィルムが望ましい。また、外部から掛かる発電要素への群圧を容易に調整することができることから、外装体はアルミニウムを含むラミネートフィルムがより好ましい。
組電池は、電池を複数個接続して構成した物である。詳しくは少なくとも2つ以上用いて、直列化あるいは並列化あるいはその両方で構成されるものである。直列、並列化することで容量および電圧を自由に調節することが可能になる。
本形態に係る全固体電池は、体積あたりのエネルギー密度が高い。電気自動車やハイブリッド電気自動車や燃料電池車やハイブリッド燃料電池自動車などの車両用途においては、電気・携帯電子機器用途と比較して、高容量、大型化が求められる。したがって、本形態に係る全固体電池は、車両用の電源として、例えば、車両駆動用電源や補助電源に好適に利用することができる。
(正極合剤の調製)
グローブボックス内で、正極活物質としてLiCoO2(LCO)(商品名「セルシードC−5H」、日本化学工業株式会社製、平均粒子径:7μm)60mg、固体電解質としてLi6PS5Cl 34mg、および導電助剤としてアセチレンブラック(AB)(商品名「デンカブラック(登録商標)HS−100」、デンカ株式会社製、平均一次粒子径:36nm)6mgを秤量した。これらをメノウボールの入ったサンプル瓶に入れ、スパチュラで軽く混合した。サンプル瓶をパラフィルムでシールし、テーブルミルを用いて混合し、正極合剤を得た。
上記で調製した正極合剤と、対極であるLi−In電極とを対向させ、この間に固体電解質層を介在させることで、全固体リチウムイオン二次電池を作製した。
正極合剤の調製において、固体電解質としてLi6PS5Clの代わりにLi10GeP2S12(LGPS)を用いたこと以外は、実施例と同様の方法で全固体リチウムイオン二次電池を作製した。
(充放電に伴う正極活物質の体積変化量)
正極活物質として使用したLiCoO2(LCO)について、充放電に伴う体積変化量を以下の方法により測定した。
(i)リチウムイオンの吸蔵状態および脱離状態におけるLCOを、X線回折装置(島津製作所社製XRD−6100、線源:Cu−Kα)を用いて測定した。
(ii)X線回折図形から吸蔵状態および脱離状態におけるLCOの格子体積をそれぞれ算出して、充放電に伴うLCOの体積変化率を求めた。
(iii)得られたLCOの体積変化率を用いて、正極活物質層における充放電に伴うLCOの体積変化量を算出した。
固体電解質として使用したLi6PS5ClおよびLi10GeP2S12(LGPS)について、体積弾性率測定装置を用いて、体積弾性率を測定した。Li6PS5ClおよびLi10GeP2S12(LGPS)の体積変化量を、以下の式から算出した。
実施例および比較例において作製した各全固体リチウムイオン二次電池について、以下の充放電試験条件に従って、レート特性の評価を行った。
1)充放電条件
[電圧範囲]1.9〜3.6V
[充電過程]0.2C CCCV(CV:0.01C)
[放電過程]10C CCCV(CV:0.05C)
(充放電後、それぞれ30分休止)
2)評価温度:298K(25℃)。
10b 双極型二次電池、
11 集電体、
11’ 正極集電体、
11’’ 負極集電体、
11a 正極側の最外層集電体、
11b 負極側の最外層集電体、
13 正極活物質層、
15 負極活物質層、
17 固体電解質層、
19 単電池層、
21、57 発電要素、
23 双極型電極、
25 正極集電板(正極タブ)、
27 負極集電板(負極タブ)、
29、52 ラミネートフィルム、
58 正極タブ、
59 負極タブ、
200 金属板
300 ボルト
400 ナット。
Claims (9)
- 正極と、負極と、前記正極および前記負極との間に介在する固体電解質層とを有する発電要素ならびに前記発電要素を積層方向に拘束する拘束部材を備え、
前記正極および前記負極の少なくとも一つが集電体の表面に配置された電極活物質および固体電解質を含有する電極活物質層を有し、
前記電極活物質層において、充放電に伴う前記電極活物質の体積変化量に対する前記固体電解質の体積変化量の比が1以上である、全固体電池。 - 前記電極活物質層に含まれる固体電解質が樹脂固体電解質を含む、請求項1に記載の全固体電池。
- 前記電極活物質層に含まれる固体電解質がS元素を含む、請求項1または2に記載の全固体電池。
- 前記電極活物質層に含まれる固体電解質がLi6PS5X(ここで、XはCl、BrまたはIである)、Li7P3S11、Li3.2P0.96SおよびLi3PS4からなる群から選択される、請求項3に記載の全固体電池。
- 前記正極が集電体の表面に配置された正極活物質および固体電解質を含有する正極活物質層を有し、
前記正極活物質がリチウムとコバルトとを含有する複合酸化物を含む、請求項1〜4のいずれか1項に記載の全固体電池。 - 正極と、負極と、前記正極および前記負極との間に介在する固体電解質層とを有する発電要素および前記発電要素を積層方向に拘束する拘束部材を備え、
充放電に伴う前記正極および前記負極を構成する電極活物質層の体積変化量に対する前記固体電解質層の体積変化量の比が1以上である、全固体電池。 - 前記固体電解質層に含まれる固体電解質が樹脂固体電解質を含む、請求項6に記載の全固体電池。
- 前記固体電解質層に含まれる固体電解質がS元素を含む、請求項6または7に記載の全固体電池。
- 前記固体電解質層に含まれる固体電解質がLi6PS5X(ここで、XはCl、BrまたはIである)、Li7P3S11、Li3.2P0.96SおよびLi3PS4からなる群から選択される、請求項8に記載の全固体電池。
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Cited By (1)
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---|---|---|---|---|
CN114759266A (zh) * | 2022-06-15 | 2022-07-15 | 北京理工大学深圳汽车研究院(电动车辆国家工程实验室深圳研究院) | 一种固态电池的预制模块、固态电池及其制备方法 |
Citations (11)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH03129603A (ja) * | 1989-10-13 | 1991-06-03 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 固体電解質 |
JPH103943A (ja) * | 1996-06-14 | 1998-01-06 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 全固体リチウム電池 |
JPH117942A (ja) * | 1997-06-19 | 1999-01-12 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 全固体リチウム電池 |
JP2011154900A (ja) * | 2010-01-27 | 2011-08-11 | Toyota Motor Corp | 全固体電池 |
JP2011159534A (ja) * | 2010-02-02 | 2011-08-18 | Toyota Motor Corp | リチウム電池 |
JP2012123963A (ja) * | 2010-12-07 | 2012-06-28 | Sumitomo Wiring Syst Ltd | ゴム栓及び防水コネクタ |
JP2014116098A (ja) * | 2012-12-06 | 2014-06-26 | Samsung R&D Institute Japan Co Ltd | 固体電池 |
JP2016197590A (ja) * | 2015-04-02 | 2016-11-24 | パナソニックIpマネジメント株式会社 | 電池、および、電池用電極材料 |
JP2018045779A (ja) * | 2016-09-12 | 2018-03-22 | トヨタ自動車株式会社 | 全固体リチウムイオン二次電池 |
WO2018096957A1 (ja) * | 2016-11-28 | 2018-05-31 | 国立研究開発法人産業技術総合研究所 | 無機硫化物及びその製造方法 |
WO2019009228A1 (ja) * | 2017-07-07 | 2019-01-10 | 三井金属鉱業株式会社 | リチウム二次電池の固体電解質及び当該固体電解質用硫化物系化合物 |
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Patent Citations (11)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH03129603A (ja) * | 1989-10-13 | 1991-06-03 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 固体電解質 |
JPH103943A (ja) * | 1996-06-14 | 1998-01-06 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 全固体リチウム電池 |
JPH117942A (ja) * | 1997-06-19 | 1999-01-12 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 全固体リチウム電池 |
JP2011154900A (ja) * | 2010-01-27 | 2011-08-11 | Toyota Motor Corp | 全固体電池 |
JP2011159534A (ja) * | 2010-02-02 | 2011-08-18 | Toyota Motor Corp | リチウム電池 |
JP2012123963A (ja) * | 2010-12-07 | 2012-06-28 | Sumitomo Wiring Syst Ltd | ゴム栓及び防水コネクタ |
JP2014116098A (ja) * | 2012-12-06 | 2014-06-26 | Samsung R&D Institute Japan Co Ltd | 固体電池 |
JP2016197590A (ja) * | 2015-04-02 | 2016-11-24 | パナソニックIpマネジメント株式会社 | 電池、および、電池用電極材料 |
JP2018045779A (ja) * | 2016-09-12 | 2018-03-22 | トヨタ自動車株式会社 | 全固体リチウムイオン二次電池 |
WO2018096957A1 (ja) * | 2016-11-28 | 2018-05-31 | 国立研究開発法人産業技術総合研究所 | 無機硫化物及びその製造方法 |
WO2019009228A1 (ja) * | 2017-07-07 | 2019-01-10 | 三井金属鉱業株式会社 | リチウム二次電池の固体電解質及び当該固体電解質用硫化物系化合物 |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN114759266A (zh) * | 2022-06-15 | 2022-07-15 | 北京理工大学深圳汽车研究院(电动车辆国家工程实验室深圳研究院) | 一种固态电池的预制模块、固态电池及其制备方法 |
CN114759266B (zh) * | 2022-06-15 | 2022-10-04 | 北京理工大学深圳汽车研究院(电动车辆国家工程实验室深圳研究院) | 一种固态电池的预制模块、固态电池及其制备方法 |
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