JP2023112393A - All-solid battery - Google Patents
All-solid battery Download PDFInfo
- Publication number
- JP2023112393A JP2023112393A JP2022014154A JP2022014154A JP2023112393A JP 2023112393 A JP2023112393 A JP 2023112393A JP 2022014154 A JP2022014154 A JP 2022014154A JP 2022014154 A JP2022014154 A JP 2022014154A JP 2023112393 A JP2023112393 A JP 2023112393A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- container
- solid
- negative electrode
- solid electrolyte
- state battery
- 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
Links
- 239000007787 solid Substances 0.000 title claims abstract description 13
- 239000007784 solid electrolyte Substances 0.000 claims abstract description 138
- 239000011247 coating layer Substances 0.000 claims abstract description 90
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 89
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 89
- 239000010410 layer Substances 0.000 claims abstract description 67
- 150000004820 halides Chemical class 0.000 claims abstract description 65
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 27
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 19
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 18
- 239000010936 titanium Substances 0.000 claims abstract description 18
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 14
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims abstract description 14
- 229910052726 zirconium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 12
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 11
- QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N Zirconium Chemical compound [Zr] QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 8
- 238000010248 power generation Methods 0.000 claims description 34
- 239000007773 negative electrode material Substances 0.000 claims description 22
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 claims description 12
- 239000000956 alloy Substances 0.000 claims description 12
- WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N Lithium Chemical group [Li] WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 11
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 claims description 11
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N titanium oxide Inorganic materials [Ti]=O OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 229910052731 fluorine Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 229910006016 Si6O18 Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910020489 SiO3 Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910052735 hafnium Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910052909 inorganic silicate Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910052747 lanthanoid Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 150000002602 lanthanoids Chemical class 0.000 claims description 4
- 229910052706 scandium Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910052727 yttrium Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 230000014759 maintenance of location Effects 0.000 abstract description 20
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 abstract description 16
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 abstract description 13
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 abstract description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 description 20
- 239000000463 material Substances 0.000 description 18
- 239000007774 positive electrode material Substances 0.000 description 15
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 14
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 12
- 238000009713 electroplating Methods 0.000 description 11
- HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N Lithium ion Chemical compound [Li+] HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 10
- 229910001416 lithium ion Inorganic materials 0.000 description 10
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- -1 polypropylene Polymers 0.000 description 9
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 8
- 229910007926 ZrCl Inorganic materials 0.000 description 7
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 7
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 7
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 7
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 7
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 7
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- UCKMPCXJQFINFW-UHFFFAOYSA-N Sulphide Chemical compound [S-2] UCKMPCXJQFINFW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 6
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 6
- 150000001768 cations Chemical class 0.000 description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 5
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N iron Substances [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 238000007747 plating Methods 0.000 description 5
- 239000002033 PVDF binder Substances 0.000 description 4
- KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N Palladium Chemical compound [Pd] KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000003575 carbonaceous material Substances 0.000 description 4
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 4
- 150000004678 hydrides Chemical class 0.000 description 4
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 4
- 229920002981 polyvinylidene fluoride Polymers 0.000 description 4
- 238000006722 reduction reaction Methods 0.000 description 4
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 4
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 4
- 239000004743 Polypropylene Substances 0.000 description 3
- YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N Toluene Chemical compound CC1=CC=CC=C1 YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 3
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 3
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 3
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 3
- 229920006015 heat resistant resin Polymers 0.000 description 3
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 description 3
- 230000000873 masking effect Effects 0.000 description 3
- 229920001721 polyimide Polymers 0.000 description 3
- 229920001155 polypropylene Polymers 0.000 description 3
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 3
- RWSOTUBLDIXVET-UHFFFAOYSA-N Dihydrogen sulfide Chemical compound S RWSOTUBLDIXVET-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910012851 LiCoO 2 Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000004696 Poly ether ether ketone Substances 0.000 description 2
- 229920012266 Poly(ether sulfone) PES Polymers 0.000 description 2
- 239000004952 Polyamide Substances 0.000 description 2
- 239000004693 Polybenzimidazole Substances 0.000 description 2
- 239000004698 Polyethylene Substances 0.000 description 2
- 239000004642 Polyimide Substances 0.000 description 2
- 239000004734 Polyphenylene sulfide Substances 0.000 description 2
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229920002125 Sokalan® Polymers 0.000 description 2
- 229910010413 TiO 2 Inorganic materials 0.000 description 2
- OBOYOXRQUWVUFU-UHFFFAOYSA-N [O-2].[Ti+4].[Nb+5] Chemical compound [O-2].[Ti+4].[Nb+5] OBOYOXRQUWVUFU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- KGBXLFKZBHKPEV-UHFFFAOYSA-N boric acid Chemical compound OB(O)O KGBXLFKZBHKPEV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000002041 carbon nanotube Substances 0.000 description 2
- 229910021393 carbon nanotube Inorganic materials 0.000 description 2
- 229920002678 cellulose Polymers 0.000 description 2
- 239000001913 cellulose Substances 0.000 description 2
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 2
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 2
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 2
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 2
- 229920001577 copolymer Polymers 0.000 description 2
- 238000009831 deintercalation Methods 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 239000011888 foil Substances 0.000 description 2
- 229910000037 hydrogen sulfide Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000009830 intercalation Methods 0.000 description 2
- 239000011572 manganese Substances 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 239000004570 mortar (masonry) Substances 0.000 description 2
- 229910052758 niobium Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010955 niobium Substances 0.000 description 2
- 229910052763 palladium Inorganic materials 0.000 description 2
- 229920002492 poly(sulfone) Polymers 0.000 description 2
- 239000004584 polyacrylic acid Substances 0.000 description 2
- 229920002239 polyacrylonitrile Polymers 0.000 description 2
- 229920002647 polyamide Polymers 0.000 description 2
- 229920002312 polyamide-imide Polymers 0.000 description 2
- 229920001230 polyarylate Polymers 0.000 description 2
- 229920002480 polybenzimidazole Polymers 0.000 description 2
- 229920002530 polyetherether ketone Polymers 0.000 description 2
- 229920000573 polyethylene Polymers 0.000 description 2
- 229920001955 polyphenylene ether Polymers 0.000 description 2
- 229920000069 polyphenylene sulfide Polymers 0.000 description 2
- 229920001343 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 description 2
- 239000004810 polytetrafluoroethylene Substances 0.000 description 2
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 2
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011701 zinc Substances 0.000 description 2
- 229920003026 Acene Polymers 0.000 description 1
- 229920000178 Acrylic resin Polymers 0.000 description 1
- 239000004925 Acrylic resin Substances 0.000 description 1
- 229910016570 AlCu Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910016952 AlZr Inorganic materials 0.000 description 1
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-O Ammonium Chemical compound [NH4+] QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-O 0.000 description 1
- 229920002134 Carboxymethyl cellulose Polymers 0.000 description 1
- YCKRFDGAMUMZLT-UHFFFAOYSA-N Fluorine atom Chemical compound [F] YCKRFDGAMUMZLT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910001030 Iron–nickel alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000733 Li alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910002986 Li4Ti5O12 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910013275 LiMPO Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910015643 LiMn 2 O 4 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910014689 LiMnO Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910013716 LiNi Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910013290 LiNiO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910013410 LiNixCoyAlzO2 Inorganic materials 0.000 description 1
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000861 Mg alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910003322 NiCu Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910021586 Nickel(II) chloride Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004677 Nylon Substances 0.000 description 1
- 239000004962 Polyamide-imide Substances 0.000 description 1
- 239000005062 Polybutadiene Substances 0.000 description 1
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N Tin Chemical compound [Sn] ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N Zinc Chemical compound [Zn] HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- KLARSDUHONHPRF-UHFFFAOYSA-N [Li].[Mn] Chemical compound [Li].[Mn] KLARSDUHONHPRF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- XHCLAFWTIXFWPH-UHFFFAOYSA-N [O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[V+5].[V+5] Chemical class [O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[V+5].[V+5] XHCLAFWTIXFWPH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000006230 acetylene black Substances 0.000 description 1
- HSFWRNGVRCDJHI-UHFFFAOYSA-N alpha-acetylene Natural products C#C HSFWRNGVRCDJHI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052787 antimony Inorganic materials 0.000 description 1
- WATWJIUSRGPENY-UHFFFAOYSA-N antimony atom Chemical compound [Sb] WATWJIUSRGPENY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910021383 artificial graphite Inorganic materials 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000005250 beta ray Effects 0.000 description 1
- 239000004327 boric acid Substances 0.000 description 1
- MTAZNLWOLGHBHU-UHFFFAOYSA-N butadiene-styrene rubber Chemical compound C=CC=C.C=CC1=CC=CC=C1 MTAZNLWOLGHBHU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- VNNRSPGTAMTISX-UHFFFAOYSA-N chromium nickel Chemical compound [Cr].[Ni] VNNRSPGTAMTISX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920000547 conjugated polymer Polymers 0.000 description 1
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- QHGJSLXSVXVKHZ-UHFFFAOYSA-N dilithium;dioxido(dioxo)manganese Chemical compound [Li+].[Li+].[O-][Mn]([O-])(=O)=O QHGJSLXSVXVKHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920001971 elastomer Polymers 0.000 description 1
- HQQADJVZYDDRJT-UHFFFAOYSA-N ethene;prop-1-ene Chemical group C=C.CC=C HQQADJVZYDDRJT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000011737 fluorine Substances 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 1
- 229910021469 graphitizable carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 1
- 230000002427 irreversible effect Effects 0.000 description 1
- 239000003273 ketjen black Substances 0.000 description 1
- 238000003475 lamination Methods 0.000 description 1
- 239000011133 lead Substances 0.000 description 1
- 239000001989 lithium alloy Substances 0.000 description 1
- 229910000625 lithium cobalt oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- FUJCRWPEOMXPAD-UHFFFAOYSA-N lithium oxide Chemical compound [Li+].[Li+].[O-2] FUJCRWPEOMXPAD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910001947 lithium oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- DMEJJWCBIYKVSB-UHFFFAOYSA-N lithium vanadium Chemical compound [Li].[V] DMEJJWCBIYKVSB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- BFZPBUKRYWOWDV-UHFFFAOYSA-N lithium;oxido(oxo)cobalt Chemical compound [Li+].[O-][Co]=O BFZPBUKRYWOWDV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920001911 maleic anhydride grafted polypropylene Polymers 0.000 description 1
- 229910052748 manganese Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 1
- 229910021645 metal ion Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 1
- 239000011259 mixed solution Substances 0.000 description 1
- 229910021382 natural graphite Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001120 nichrome Inorganic materials 0.000 description 1
- QMMRZOWCJAIUJA-UHFFFAOYSA-L nickel dichloride Chemical compound Cl[Ni]Cl QMMRZOWCJAIUJA-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- LGQLOGILCSXPEA-UHFFFAOYSA-L nickel sulfate Chemical compound [Ni+2].[O-]S([O-])(=O)=O LGQLOGILCSXPEA-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 229910000363 nickel(II) sulfate Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000484 niobium oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- URLJKFSTXLNXLG-UHFFFAOYSA-N niobium(5+);oxygen(2-) Chemical class [O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[Nb+5].[Nb+5] URLJKFSTXLNXLG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910021470 non-graphitizable carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 229920001778 nylon Polymers 0.000 description 1
- 239000011368 organic material Substances 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 229920011301 perfluoro alkoxyl alkane Polymers 0.000 description 1
- 229920013653 perfluoroalkoxyethylene Polymers 0.000 description 1
- 229920001197 polyacetylene Polymers 0.000 description 1
- 229920000767 polyaniline Polymers 0.000 description 1
- 229920002857 polybutadiene Polymers 0.000 description 1
- 239000009719 polyimide resin Substances 0.000 description 1
- 229920000128 polypyrrole Polymers 0.000 description 1
- 229920000123 polythiophene Polymers 0.000 description 1
- 230000009257 reactivity Effects 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 239000005060 rubber Substances 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- 229910052596 spinel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011029 spinel Substances 0.000 description 1
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
- 230000001629 suppression Effects 0.000 description 1
- 238000010998 test method Methods 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- 229910052718 tin Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011135 tin Substances 0.000 description 1
- 229910052723 transition metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001935 vanadium oxide Inorganic materials 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL 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
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
Abstract
Description
本発明は、全固体電池に関する。 The present invention relates to all-solid-state batteries.
従来、全固体電池に用いられる固体電解質として、酸化物系のもの、硫化物系のもの、水素化物系のものなどがある。近年、固体電解質として、Li2ZrCl6、Li3ZrCl6等のハライド系固体電解質の開発が進められている。 Solid electrolytes conventionally used in all-solid-state batteries include oxide-based ones, sulfide-based ones, and hydride-based ones. In recent years, as solid electrolytes, development of halide-based solid electrolytes such as Li 2 ZrCl 6 and Li 3 ZrCl 6 has been advanced.
また、全固体電池の発電要素を収容する金属容器として、内面に被覆層が形成されているものがある。
例えば、特許文献1には、正極、負極、および前記正極と前記負極との間に介在する固体電解質層を含む発電要素を、金属容器内部に収容してなる全固体電池が記載されている。特許文献1に記載の発電要素は、正極、負極および固体電解質層のうちの少なくとも1つが、硫化物系固体電解質を含有している。特許文献1には、金属容器として、内面に金または白金の被覆層が形成されているものが記載されている。
In addition, there is a metal container having a coating layer formed on the inner surface of the metal container that houses the power generation element of the all-solid-state battery.
For example, Patent Document 1 describes an all-solid battery in which a power generation element including a positive electrode, a negative electrode, and a solid electrolyte layer interposed between the positive electrode and the negative electrode is housed inside a metal container. In the power generation element described in Patent Document 1, at least one of the positive electrode, negative electrode and solid electrolyte layer contains a sulfide-based solid electrolyte. Patent Document 1 describes a metal container having a coating layer of gold or platinum formed on the inner surface.
しかしながら、固体電解質としてハライド系固体電解質を含有する発電要素が、金属容器に収容された全固体電池では、金属容器の内面とハライド系固体電解質とが接触して、金属容器の内面が還元されて劣化する反応が生じやすく、問題となっていた。金属容器の内面が還元されて劣化する反応は不可逆反応であり、この反応の進行に伴って発電要素の有するハライド系固体電解質が酸化され、全固体電池の容量が低下する。 However, in an all-solid-state battery in which a power generation element containing a halide-based solid electrolyte as a solid electrolyte is housed in a metal container, the inner surface of the metal container and the halide-based solid electrolyte come into contact with each other, and the inner surface of the metal container is reduced. A reaction that deteriorates easily occurs, which has been a problem. The reaction in which the inner surface of the metal container is reduced and deteriorated is an irreversible reaction, and as this reaction progresses, the halide-based solid electrolyte of the power generation element is oxidized, resulting in a decrease in the capacity of the all-solid-state battery.
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、金属容器の内面がハライド系固体電解質によって還元される反応を抑制でき、金属容器の内面の劣化に伴う容量維持率の低下を防止できる全固体電池を提供することを課題とする。 SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above problems, and is an all-in-one method that can suppress the reaction in which the inner surface of a metal container is reduced by a halide-based solid electrolyte, and can prevent the decrease in the capacity retention rate due to the deterioration of the inner surface of the metal container. An object of the present invention is to provide a solid-state battery.
本発明者は、上記課題を解決するために、ハライド系固体電解質と接触しても還元されにくい金属材料に着目して、鋭意検討を重ねた。
その結果、金属容器の内面を、アルミニウム、ニッケル、チタン、ジルコニウムから選択される少なくとも1種以上の金属、前記金属を含む合金、前記金属を含む酸化物から選択される少なくとも1種を含む被覆層で被覆すればよいことを見出し、本発明を想到した。
すなわち、本発明は、以下の発明に関わる。
In order to solve the above problems, the present inventor focused on a metal material that is difficult to be reduced even when it comes into contact with a halide-based solid electrolyte, and conducted extensive research.
As a result, the inner surface of the metal container is covered with a coating layer containing at least one selected from at least one metal selected from aluminum, nickel, titanium, and zirconium, an alloy containing the metal, and an oxide containing the metal. The present inventors have found that the coating should be performed with
That is, the present invention relates to the following inventions.
[1] 正極と、負極と、前記正極と前記負極との間に介在する固体電解質層とを含む発電要素と、
前記発電要素を収容する金属容器とを有し、
前記正極と前記負極および前記固体電解質層のうちの少なくとも1つが、下記式(1)で表されるハライド系固体電解質を含有し、
前記金属容器の内面の少なくとも一部が、被覆層で被覆され、
前記被覆層が、アルミニウム、ニッケル、チタン、ジルコニウムから選択される少なくとも1種以上の金属、前記金属を含む合金、前記金属を含む酸化物から選択される少なくとも1種を含むことを特徴とする全固体電池。
LiaEbGcXd・・・(1)
(式(1)中において、EはAl、Sc、Y、Zr、Hf、ランタノイドからなる群から選択される少なくとも1種の元素である。GはOH、BO2、BO3、BO4、B3O6、B4O7、CO3、NO3、AlO2、SiO3、SiO4、Si2O7、Si3O9、Si4O11、Si6O18、PO3、PO4、P2O7、P3O10、SO3、SO4、SO5、S2O3、S2O4、S2O5、S2O6、S2O7、S2O8、BF4、PF6、BOB、(COO)2、N、AlCl4、CF3SO3、CH3COO、CF3COO、Oからなる群から選択される少なくとも1つの基である。XはF、Cl、Br、Iからなる群から選択される少なくとも1種の元素である。0.5≦a<6、0<b<2、0≦c≦6、0<d≦6.1である。)
[1] A power generation element including a positive electrode, a negative electrode, and a solid electrolyte layer interposed between the positive electrode and the negative electrode;
and a metal container that houses the power generation element,
At least one of the positive electrode, the negative electrode and the solid electrolyte layer contains a halide-based solid electrolyte represented by the following formula (1),
At least part of the inner surface of the metal container is coated with a coating layer,
The coating layer contains at least one metal selected from aluminum, nickel, titanium, and zirconium, an alloy containing the metal, and an oxide containing the metal. solid state battery.
LiaEbGcXd (1)
(In formula (1), E is at least one element selected from the group consisting of Al, Sc, Y, Zr, Hf, and lanthanides. G is OH, BO 2 , BO 3 , BO 4 , B 3O6 , B4O7 , CO3 , NO3 , AlO2 , SiO3 , SiO4 , Si2O7 , Si3O9 , Si4O11 , Si6O18 , PO3 , PO4 , P2O7 , P3O10 , SO3 , SO4 , SO5 , S2O3 , S2O4 , S2O5 , S2O6 , S2O7 , S2O8 , BF 4 , PF6 , BOB , (COO) 2 , N, AlCl4 , CF3SO3 , CH3COO , CF3COO , and O. X is at least one group selected from the group consisting of F, Cl , Br, and I. 0.5≦a<6, 0<b<2, 0≦c≦6, and 0<d≦6.1.)
[2] 前記内面の表面積のうち90%以上の面積が、上記被覆層で被覆されている[1]に記載の全固体電池。
[3] 前記被覆層の厚みが、0.05μm以上である[1]または[2]に記載の全固体電池。
[2] The all-solid-state battery according to [1], wherein 90% or more of the surface area of the inner surface is covered with the covering layer.
[3] The all-solid-state battery according to [1] or [2], wherein the coating layer has a thickness of 0.05 μm or more.
[4] 前記負極が、Li+/Li平衡電位を基準に0.5V以上の範囲に電極電位を有する負極活物質を含む[1]~[3]のいずれかに記載の全固体電池。
[5] 前記負極活物質が、チタン酸化物を含む[4]に記載の全固体電池。
[6] 前記チタン酸化物が、チタン酸リチウムである[5]に記載の全固体電池。
[4] The all-solid-state battery according to any one of [1] to [3], wherein the negative electrode contains a negative electrode active material having an electrode potential in the range of 0.5 V or more based on the Li + /Li equilibrium potential.
[5] The all-solid-state battery according to [4], wherein the negative electrode active material contains titanium oxide.
[6] The all-solid battery according to [5], wherein the titanium oxide is lithium titanate.
[7] 前記金属容器の内面と前記負極との間に集電体層が配置されている[1]~[6]のいずれかに記載の全固体電池。 [7] The all-solid battery according to any one of [1] to [6], wherein a collector layer is arranged between the inner surface of the metal container and the negative electrode.
本発明の全固体電池は、正極と負極および固体電解質層のうちの少なくとも1つが、式(1)で表されるハライド系固体電解質を含有し、金属容器の内面の少なくとも一部が、被覆層で被覆され、被覆層が、アルミニウム、ニッケル、チタン、ジルコニウムから選択される少なくとも1種以上の金属、前記金属を含む合金、前記金属を含む酸化物から選択される少なくとも1種を含む。このため、金属容器の内面がハライド系固体電解質によって還元される反応を抑制でき、金属容器の内面の劣化に伴う容量維持率の低下を防止できる全固体電池となる。 In the all-solid-state battery of the present invention, at least one of the positive electrode, the negative electrode, and the solid electrolyte layer contains the halide-based solid electrolyte represented by formula (1), and at least part of the inner surface of the metal container is a coating layer and the coating layer contains at least one metal selected from aluminum, nickel, titanium, and zirconium, an alloy containing the metal, and an oxide containing the metal. Therefore, the all-solid-state battery can suppress the reaction in which the inner surface of the metal container is reduced by the halide-based solid electrolyte, and can prevent the deterioration of the inner surface of the metal container from decreasing the capacity retention rate.
以下、本実施形態の全固体電池について、図面を適宜参照しながら詳細に説明する。以下の説明で用いる図面は、本発明の特徴をわかりやすくするために便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合がある。したがって、各構成要素の寸法比率などは実際とは異なっていることがある。以下の説明において例示される材料、寸法等は一例であり、本発明はそれらに限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲で適宜変更して実施することが可能である。 Hereinafter, the all-solid-state battery of the present embodiment will be described in detail with appropriate reference to the drawings. In the drawings used in the following description, the features of the present invention may be shown enlarged for convenience in order to make it easier to understand the features of the present invention. Therefore, the dimensional ratio of each component may differ from the actual one. The materials, dimensions, and the like exemplified in the following description are examples, and the present invention is not limited to them, and can be implemented with appropriate modifications without changing the gist of the invention.
<第1実施形態>
[全固体電池]
図1は、第1実施形態の全固体電池を示した断面模式図である。図1に示す全固体電池100は、発電要素70と、発電要素70を収容する金属容器40とを有する。全固体電池100の形状は、例えば、コイン型、ボタン型などの扁平形である。
<First embodiment>
[All-solid battery]
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing the all-solid-state battery of the first embodiment. The all-solid-
(金属容器)
金属容器40は、筒状である。金属容器40の平面形状は、多角形(例えば、三角形、四角形、五角形、六角形、七角形、八角形)であってもよいし、円形、楕円形であってもよい。
金属容器40は、第1容器41と第2容器42とを有する。第1容器41と第2容器42とは、図1に示すように、発電要素70の厚み方向(正極10と負極20と固体電解質層30の積層方向)に、発電要素70を挟んで配置されている。
(metal container)
The
The
第1容器41の縁部と第2容器42の縁部とは、ガスケット60を介して嵌合されている。金属容器40内は、ガスケット60によってシールされることにより、密閉され、気密状態とされている。ガスケット60としては、例えば、ポリプロピレン、ナイロンなどからなるものを用いることができる。全固体電池100の用途などによってガスケット60に耐熱性が要求される場合には、ガスケット60の材料として耐熱樹脂を用いることが好ましい。ガスケット60の材料として使用できる耐熱樹脂としては、例えば、テトラフルオロエチレン-パーフルオロアルコキシエチレン共重合体(PFA)などのフッ素樹脂、ポリフェニレンエーテル(PEE)、ポリスルフォン(PSF)、ポリアリレート(PAR)、ポリエーテルスルフォン(PES)、ポリフェニレンスルフィド(PPS)、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)などが挙げられ、融点が240℃を超える耐熱樹脂が好ましい。
また、全固体電池100が耐熱性を要求される用途に適用される場合、ガスケット60の材料として、ガラスハーメチックシールなどからなる公知のものを用いることができる。
The edge of the
Further, when the all-solid-
第1容器41および第2容器42は、金属からなる導電体である。第1容器41は、正極端子を兼ねる。図1に示すように、第1容器41の内面に接して発電要素70の正極10が配置されることにより、第1容器41と正極10とが電気的に接続されている。第2容器42は、負極端子を兼ねる。図1に示すように、第2容器42の内面に接して発電要素70の負極20が配置されることにより、第2容器42と負極20とが電気的に接続されている。
The
第1容器41および第2容器42を形成している金属としては、例えば、ステンレス、銅、ニッケル、アルミニウムなどを用いることができ、強度が高く、安価であるため、ステンレスを用いることが好ましい。第1容器41と第2容器42とは、同じ材料で形成されていてもよいし、異なる材料で形成されていてもよい。
As the metal forming the
第1容器41および第2容器42は、内面の少なくとも一部が被覆層50で被覆されている。被覆層50は、アルミニウム、ニッケル、チタン、ジルコニウムから選択される少なくとも1種以上の金属、前記金属を含む合金、前記金属を含む酸化物から選択される少なくとも1種を含む。前記金属を含む合金としては、例えば、AlCu、AlMn、AlZr、NiCu、NiCr、NiFe、TiAlSn、TiPdなどを用いることができる。前記金属を含む酸化物としては、例えば、酸化アルミニウム、酸化チタンなどを用いることができる。
At least a part of the inner surface of the
被覆層50は、ハライド系固体電解質によって還元されにくく、金属容器40の内面の劣化に伴う容量維持率の低下をより効果的に防止できるため、アルミニウム、ニッケル、チタン、ジルコニウムから選択される少なくとも1種以上の金属からなることが好ましく、アルミニウムまたはニッケルからなることがより好ましい。被覆層50は、比重が小さく、軽い材料であるアルミニウムからなるものであることが特に好ましい。全固体電池100のエネルギー密度の向上に寄与できるからである。
Since the
被覆層50は、前記金属、前記金属を含む合金、前記金属を含む酸化物から選択される少なくとも1種のみからなるものであることが好ましい。被覆層50は、前記金属、前記金属を含む合金、前記金属を含む酸化物から選択される少なくとも1種以外に、例えば、金、白金などを本実施形態の効果が得られる範囲で含有していてもよい。被覆層50が金および/または白金を含有している場合においても、金属容器40の内面がハライド系固体電解質によって還元される反応を抑制できる。被覆層50が金および/または白金を含有している場合、金および/または白金の含有量は、全固体電池100のエネルギー密度に支障を来さない範囲とすることが好ましい。
The
第1容器41および第2容器42は、金属容器40の内面の劣化に伴う容量維持率の低下をより効果的に防止できるため、内面の表面積のうち50%以上の面積が、被覆層50で被覆されていることが好ましく、内面の表面積のうち90%以上の面積が、被覆層50で被覆されていることがより好ましく、図1に示すように、内面全面が被覆層50で被覆されていることが最も好ましい。被覆層50で被覆されている内面の表面積の割合は、第1容器41と第2容器42とで同じであってもよいし、それぞれ異なっていてもよい。
Since the
第1容器41の内面のうち一部のみが被覆層50で被覆されている場合、金属容器40の内面の劣化に伴う容量維持率の低下をより効果的に防止できるため、被覆層50で被覆されている領域は、例えば、第1容器41の内面と発電要素70の正極10とが接して配置される領域を含むことが好ましい。
第2容器42の内面のうち一部のみが被覆層50で被覆されている場合、金属容器40の内面の劣化に伴う容量維持率の低下をより効果的に防止できるため、被覆層50で被覆されている領域は、例えば、第2容器42の内面と発電要素70の負極20とが接して配置される領域を含むことが好ましい。
When only a part of the inner surface of the
When only a part of the inner surface of the
被覆層50は、金属容器40の内面の少なくとも一部に形成されていればよく、図1に示すように、金属容器40の内面にだけ形成されていてもよいし、金属容器40の内面だけでなく、外面の一部または全面に形成されていてもよい。
The
被覆層50の厚みは、0.05μm以上であることが好ましい。被覆層50の厚みが0.05μm以上であると、金属容器40の内面の劣化に伴う容量維持率の低下をより効果的に防止できる。被覆層50の厚みは、0.07μm以上であることがより好ましく、0.08μm以上であることがさらに好ましい。金属容器40の内面の劣化に伴う容量維持率の低下を抑制する効果は、被覆層50の厚みが、0.10μm超であっても向上しない。したがって、被覆層50の厚みは、0.10μm以下であることが好ましい。
The thickness of the
被覆層50の厚みは、蛍光X線分析装置を用いて以下に示す方法により測定できる。すなわち、被覆層50で被覆された第1容器41および第2容器42の内面上の任意の点と、その点で直交し、その点から等間隔で離れた線上の4点の5カ所について、蛍光X線分析装置を用いて厚みを測定し、その平均値を算出する方法を用いることができる。
被覆層50の厚みは、第1容器41および第2容器42を切断し、顕微鏡を用いて切断面を観察する方法を用いて測定してもよいし、ベータ線式試験法を用いて測定してもよい。
The thickness of the
The thickness of the
被覆層50は、例えば、電気メッキ法、スパッタ法など公知の方法により形成できる。第1容器41および/または第2容器42の内面のうち、一部にのみ被覆層50を形成する場合には、例えば、被覆層50の形成方法に応じた公知のマスクを用いる方法により、被覆層50を形成できる。具体的には、第1容器41および/または第2容器42の内面のうち、被覆層50を形成しない領域に、公知の方法を用いてマスクを設けてから被覆層50を形成し、その後、マスクを除去すればよい。
The
(発電要素)
発電要素70は、図1に示すように、正極10と、負極20と、正極10と負極20との間に介在する固体電解質層30とを含む。固体電解質層30の平面形状は、多角形(例えば、三角形、四角形、五角形、六角形、七角形、八角形)であってもよいし、円形、楕円形であってもよく、金属容器40の平面形状に応じて決定でき、金属容器40の平面形状と相似形状であってもよい。
(power generation element)
本実施形態の全固体電池100では、正極10と負極20および固体電解質層30の全てが、式(1)で表されるハライド系固体電解質を含有する。発電要素70に含まれる式(1)で表されるハライド系固体電解質は、発電要素70内のイオン伝導性を良好にする。正極10と負極20と固体電解質層30とに含まれる式(1)で表されるハライド系固体電解質は、それぞれ異なる組成であってもよいし、一部または全部が同じ組成であってもよい。
In the all-solid-
LiaEbGcXd・・・(1)
(式(1)中において、EはAl、Sc、Y、Zr、Hf、ランタノイドからなる群から選択される少なくとも1種の元素である。GはOH、BO2、BO3、BO4、B3O6、B4O7、CO3、NO3、AlO2、SiO3、SiO4、Si2O7、Si3O9、Si4O11、Si6O18、PO3、PO4、P2O7、P3O10、SO3、SO4、SO5、S2O3、S2O4、S2O5、S2O6、S2O7、S2O8、BF4、PF6、BOB、(COO)2、N、AlCl4、CF3SO3、CH3COO、CF3COO、Oからなる群から選択される少なくとも1つの基である。XはF、Cl、Br、Iからなる群から選択される少なくとも1種の元素である。0.5≦a<6、0<b<2、0≦c≦6、0<d≦6.1である。)
LiaEbGcXd (1)
(In formula (1), E is at least one element selected from the group consisting of Al, Sc, Y, Zr, Hf, and lanthanides. G is OH, BO 2 , BO 3 , BO 4 , B 3O6 , B4O7 , CO3 , NO3 , AlO2 , SiO3 , SiO4 , Si2O7 , Si3O9 , Si4O11 , Si6O18 , PO3 , PO4 , P2O7 , P3O10 , SO3 , SO4 , SO5 , S2O3 , S2O4 , S2O5 , S2O6 , S2O7 , S2O8 , BF 4 , PF6 , BOB , (COO) 2 , N, AlCl4 , CF3SO3 , CH3COO , CF3COO , and O. X is at least one group selected from the group consisting of F, Cl , Br, and I. 0.5≦a<6, 0<b<2, 0≦c≦6, and 0<d≦6.1.)
式(1)で表されるハライド系固体電解質は、イオン伝導性が良好である。このため、本実施形態の全固体電池100は、高い放電容量を有する。また、式(1)で表されるハライド系固体電解質は、例えば、硫化物系の固体電解質のように、水分などと反応して硫化水素ガスが発生することがなく、硫化水素ガスが全固体電池100を劣化させることがなく、信頼性に優れる。
The halide-based solid electrolyte represented by formula (1) has good ion conductivity. Therefore, the all-solid-
式(1)で表されるハライド系固体電解質において、Liは必須元素である。式(1)においてaは0.5以上6未満の範囲である。
式(1)で表されるハライド系固体電解質において、Eは必須元素である。Eは、Al、Sc、Y、Zr、Hf、ランタノイドからなる群から選択される少なくとも1種の元素である。これらの中でも、より一層イオン電導度の高い全固体電池100が得られるハライド系固体電解質となるため、EはZrであることが好ましい。式(1)においてbは0超2未満の範囲である。
Li is an essential element in the halide-based solid electrolyte represented by formula (1). In formula (1), a ranges from 0.5 to less than 6.
E is an essential element in the halide-based solid electrolyte represented by formula (1). E is at least one element selected from the group consisting of Al, Sc, Y, Zr, Hf, and lanthanides. Among these, E is preferably Zr because it becomes a halide-based solid electrolyte that provides the all-solid-
式(1)で表されるハライド系固体電解質において、Gは任意に含有される元素である。Gは、OH、BO2、BO3、BO4、B3O6、B4O7、CO3、NO3、AlO2、SiO3、SiO4、Si2O7、Si3O9、Si4O11、Si6O18、PO3、PO4、P2O7、P3O10、SO3、SO4、SO5、S2O3、S2O4、S2O5、S2O6、S2O7、S2O8、BF4、PF6、BOB、(COO)2、N、AlCl4、CF3SO3、CH3COO、CF3COO、Oからなる群から選択される少なくとも1つの基である。これらの中でも、還元電位側での安定性が良好な全固体電池100が得られるハライド系固体電解質となるため、Gは、SO4であることが好ましい。式(1)においてcは0~6の範囲である。
G is an element optionally contained in the halide-based solid electrolyte represented by formula (1). G is OH, BO2 , BO3 , BO4, B3O6 , B4O7 , CO3, NO3 , AlO2 , SiO3 , SiO4 , Si2O7 , Si3O9 , Si 4O11 , Si6O18 , PO3 , PO4, P2O7, P3O10 , SO3 , SO4 , SO5 , S2O3 , S2O4 , S2O5 , S from the group consisting of 2O6 , S2O7 , S2O8 , BF4 , PF6 , BOB, ( COO ) 2 , N , AlCl4 , CF3SO3 , CH3COO , CF3COO , O At least one selected group. Among these, G is preferably SO 4 because it becomes a halide-based solid electrolyte that provides the all-solid-
式(1)で表されるハライド系固体電解質において、Xは必須元素である。Xは、F、Cl、Br、Iからなる群から選択される少なくとも1種の元素である。これらの中でも、より一層イオン電導度の高い全固体電池100が得られるハライド系固体電解質となるため、XはClであることが好ましい。式(1)においてdは0超6.1以下の範囲である。
式(1)におけるa、b、c、dは、式(1)におけるA、E、G、Xで示される元素の種類に応じて、上記の範囲内で適宜決定される。
In the halide-based solid electrolyte represented by formula (1), X is an essential element. X is at least one element selected from the group consisting of F, Cl, Br and I; Among these, X is preferably Cl because it becomes a halide-based solid electrolyte that provides an all-solid-
a, b, c, and d in formula (1) are appropriately determined within the above ranges according to the types of elements represented by A, E, G, and X in formula (1).
式(1)で表されるハライド系固体電解質としては、具体的には、Li2ZrCl6、Li2ZrSO4Cl4、Li2ZrF6、Li2ZrBr6、Li2ZrI6、Li2ZrSO4F4、Li2ZrSO4Br4、Li2ZrSO4I4、Li2ZrCl5CH3COOなどが挙げられる。これらの中でも特に、ハライド系固体電解質は、Li2ZrCl6またはLi2ZrSO4Cl4であることが好ましい。それは、イオン電導度が高く、還元電位側での安定性が良好な全固体電池100が得られるためである。
Specific examples of the halide-based solid electrolyte represented by formula (1) include Li 2 ZrCl 6 , Li 2 ZrSO 4 Cl 4 , Li 2 ZrF 6 , Li 2 ZrBr 6 , Li 2 ZrI 6 , Li 2 ZrSO 4F4 , Li2ZrSO4Br4 , Li2ZrSO4I4 , Li2ZrCl5CH3COO and the like . Among these, the halide-based solid electrolyte is preferably Li 2 ZrCl 6 or Li 2 ZrSO 4 Cl 4 . This is because the all-solid-
「正極」
正極10は、正極活物質と式(1)で表されるハライド系固体電解質とを含む。正極10は、固体電解質として、式(1)で表されるハライド系固体電解質だけでなく、式(1)で表されるハライド系固体電解質とは別の固体電解質を含有していてもよい。別の固体電解質としては、酸化物系固体電解質、硫化物系固体電解質、水素化物系固体電解質など公知の固体電解質が挙げられる。
"positive electrode"
The
正極10に含まれる式(1)で表されるハライド系固体電解質の含有量は、例えば、10質量%~70質量%とすることができ、10質量%~40質量%であることが好ましい。式(1)で表されるハライド系固体電解質の含有量が、10質量%以上であると、式(1)で表されるハライド系固体電解質を含むことによる正極10内のイオン伝導性を良好にする効果が顕著となる。式(1)で表されるハライド系固体電解質の含有量が、70質量%以下であると、正極活物質の含有量を十分に確保できる。
The content of the halide-based solid electrolyte represented by formula (1) contained in the
正極活物質としては、リチウムイオンを吸蔵・放出可能な正極活物質であればよく、例えば、リチウムイオン二次電池に用いられている公知の正極活物質を用いることができる。
正極活物質としては、例えば、複合金属酸化物を用いることができる。複合金属酸化物としては、例えば、コバルト酸リチウム(LiCoO2)、ニッケル酸リチウム(LiNiO2)、マンガン酸リチウム(LiMnO2)、リチウムマンガンスピネル(LiMn2O4)、及び、一般式:LiNixCoyMnzMaO2の化合物(一般式中においてx+y+z+a=1、0≦x<1、0≦y<1、0≦z<1、0≦a<1、MはAl、Mg、Nb、Ti、Cu、Zn、Crより選ばれる1種類以上の元素)、リチウムバナジウム化合物(LiV2O5)、オリビン型LiMPO4(ただし、Mは、Co、Ni、Mn、Fe、Mg、Nb、Ti、Al、Zrより選ばれる1種類以上の元素又はVOを示す)、チタン酸リチウム(Li4Ti5O12)、LiNixCoyAlzO2(0.9<x+y+z<1.1)などが挙げられる。正極活物質は、有機物であってもよい。有機物としては、例えば、ポリアセチレン、ポリアニリン、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリアセンなどが挙げられる。
As the positive electrode active material, any positive electrode active material capable of intercalating and deintercalating lithium ions can be used, and for example, a known positive electrode active material used in lithium ion secondary batteries can be used.
For example, a composite metal oxide can be used as the positive electrode active material. Examples of the composite metal oxide include lithium cobaltate (LiCoO 2 ), lithium nickelate (LiNiO 2 ), lithium manganate (LiMnO 2 ), lithium manganese spinel (LiMn 2 O 4 ), and general formula: LiNi x Co y Mn z Ma O 2 compound (in the general formula, x + y + z + a = 1, 0 ≤ x < 1, 0 ≤ y < 1, 0 ≤ z < 1, 0 ≤ a < 1, M is Al, Mg, Nb , Ti, Cu, Zn, and one or more elements selected from Cr), lithium vanadium compound (LiV 2 O 5 ), olivine-type LiMPO 4 (where M is Co, Ni, Mn, Fe, Mg, Nb, one or more elements selected from Ti , Al , and Zr , or VO ) , lithium titanate ( Li4Ti5O12 ), LiNixCoyAlzO2 ( 0.9 <x+y+z<1.1) etc. The positive electrode active material may be organic. Examples of organic materials include polyacetylene, polyaniline, polypyrrole, polythiophene, and polyacene.
正極活物質は、カチオン非含有の材料であってもよい。カチオン非含有の材料としては、例えば、FeF3、有機導電性物質を含む共役系ポリマー、シェブレル相化合物、遷移金属カルコゲン化物、バナジウム酸化物、ニオブ酸化物等が挙げられる。カチオン非含有の材料は、いずれか一つの材料のみを用いてもよいし、複数組み合わせて用いてもよい。正極活物質がカチオン非含有の材料である場合、例えば、最初に放電を行う。放電により正極活物質にカチオンが挿入される。このほか、カチオン非含有の材料に対して、化学的又は電気化学的にカチオンをプレドープしてもよい。 The positive electrode active material may be a cation-free material. Examples of cation-free materials include FeF 3 , conjugated polymers containing organic conductive substances, Chevrell phase compounds, transition metal chalcogenides, vanadium oxides, and niobium oxides. The cation-free material may be used alone or in combination. When the positive electrode active material is a cation-free material, for example, discharge is first performed. Cations are inserted into the positive electrode active material by discharging. Alternatively, cation-free materials may be chemically or electrochemically pre-doped with cations.
正極10は、正極活物質と式(1)で表されるハライド系固体電解質とに加えて、導電助剤および/またはバインダーを含有していてもよい。
導電助剤は、正極活物質間の電子伝導性を高める。導電助剤としては、例えば、カーボン粉末、カーボンナノチューブ、炭素材料、金属微粉、炭素材料及び金属微粉の混合物、導電性酸化物などを用いることができる。カーボン粉末としては、例えば、カーボンブラック、アセチレンブラック、ケッチェンブラック等が挙げられる。金属微粉としては、例えば、銅、ニッケル、ステンレス、鉄等からなる微粉が挙げられる。
The
A conductive aid enhances the electronic conductivity between the positive electrode active materials. Examples of conductive aids that can be used include carbon powder, carbon nanotubes, carbon materials, metal fine powders, mixtures of carbon materials and metal fine powders, and conductive oxides. Examples of carbon powder include carbon black, acetylene black, and ketjen black. Examples of metal fine powders include fine powders of copper, nickel, stainless steel, iron, and the like.
バインダーは、正極活物質同士を結合する。バインダーとしては、公知のものを用いることができる。バインダーは、耐酸化性を有し、接着性を有するものが好ましい。バインダーとしては、例えば、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリアミド(PA)、ポリイミド(PI)、ポリアミドイミド(PAI)、ポリベンゾイミダゾール(PBI)、ポリエーテルスルホン(PES)、ポリアクリル酸及びその共重合体、ポリアクリル酸及びその共重合体の金属イオン架橋体、無水マレイン酸をグラフト化したポリプロピレン(PP)又はポリエチレン(PE)、これらの混合物などを用いることができる。正極10に含有されるバインダーとしては、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)を用いることが特に好ましい。
The binder binds the positive electrode active materials together. A known binder can be used as the binder. The binder preferably has oxidation resistance and adhesiveness. Examples of binders include polyvinylidene fluoride (PVDF), polytetrafluoroethylene (PTFE), polyamide (PA), polyimide (PI), polyamideimide (PAI), polybenzimidazole (PBI), and polyethersulfone (PES). , polyacrylic acid and its copolymer, polyacrylic acid and its copolymer metal ion crosslinked product, maleic anhydride-grafted polypropylene (PP) or polyethylene (PE), mixtures thereof, and the like can be used. . As the binder contained in the
「負極」
負極20は、負極活物質と式(1)で表されるハライド系固体電解質とを含む。負極20は、固体電解質として、式(1)で表されるハライド系固体電解質だけでなく、式(1)で表されるハライド系固体電解質とは別の固体電解質を含有していてもよい。別の固体電解質としては、酸化物系固体電解質、硫化物系固体電解質、水素化物系固体電解質など公知の固体電解質が挙げられる。
"negative electrode"
The
負極20に含まれる式(1)で表されるハライド系固体電解質の含有量は、例えば、10質量%~70質量%とすることができ、10質量%~30質量%であることが好ましい。式(1)で表されるハライド系固体電解質の含有量が、10質量%以上であると、式(1)で表されるハライド系固体電解質を含むことによる負極20内のイオン伝導性を良好にする効果が顕著となる。式(1)で表されるハライド系固体電解質の含有量が、70質量%以下であると、負極活物質の含有量を十分に確保できる。
The content of the halide-based solid electrolyte represented by formula (1) contained in the
負極活物質としては、リチウムイオンを吸蔵・放出可能な負極活物質であればよく、例えば、リチウムイオン二次電池に用いられている公知の負極活物質を用いることができる。
負極活物質としては、例えば、チタン酸リチウム(LTO:Li4-7Ti5O12、例えばLi4Ti5O12)、酸化チタン(TiO2)、Ni-TiO2、チタンニオブ酸化物(TNO:TiNb2O7)、酸化リチウム(LiO2)、HTO(例えばH2Ti12O25)、硫黄変性ポリアクリロニトリル(SPAN)等を用いることができる。負極活物質は、固体電解質との反応性が低い安定な負極20となるため、チタン酸化物(チタンと酸素を含む化合物)であることが好ましく、具体的には、チタン酸リチウム(LTO:例えばLi4Ti5O12)、酸化チタン(TiO2)、Ni-TiO2、チタンニオブ酸化物(TNO:TiNb2O7)であることが好ましく、チタン酸リチウム(LTO:例えばLi4Ti5O12)であることが最も好ましい。
As the negative electrode active material, any negative electrode active material capable of intercalating and deintercalating lithium ions can be used. For example, known negative electrode active materials used in lithium ion secondary batteries can be used.
Examples of negative electrode active materials include lithium titanate (LTO: Li 4-7 Ti 5 O 12 , eg Li 4 Ti 5 O 12 ), titanium oxide (TiO 2 ), Ni—TiO 2 , titanium niobium oxide (TNO: TiNb 2 O 7 ), lithium oxide (LiO 2 ), HTO (eg, H 2 Ti 12 O 25 ), sulfur-modified polyacrylonitrile (SPAN), and the like can be used. The negative electrode active material is preferably a titanium oxide (a compound containing titanium and oxygen) because it forms a stable
負極活物質は、例えば、金属リチウム、金属マグネシウム、リチウム合金、マグネシウム合金、炭素材料、カチオンと合金化できる物質であってもよい。炭素材料としては、例えば、イオンを吸蔵・放出可能な黒鉛(天然黒鉛、人造黒鉛)、カーボンナノチューブ、難黒鉛化炭素、易黒鉛化炭素、低温度焼成炭素等が挙げられる。カチオンと合金化できる物質としては、例えば、シリコン、スズ、亜鉛、鉛、アンチモンなどが挙げられる。カチオンと合金化できる物質は、例えば、これらの単体金属であっても、これらの元素を含む合金又は酸化物であってもよい。 The negative electrode active material may be, for example, metallic lithium, metallic magnesium, lithium alloys, magnesium alloys, carbon materials, and substances that can be alloyed with cations. Carbon materials include, for example, graphite that can occlude and release ions (natural graphite, artificial graphite), carbon nanotubes, non-graphitizable carbon, easily graphitizable carbon, low-temperature fired carbon, and the like. Materials that can be alloyed with cations include, for example, silicon, tin, zinc, lead, antimony, and the like. Substances that can be alloyed with cations may be, for example, these elemental metals, or alloys or oxides containing these elements.
負極活物質は、例えば、Li+/Li平衡電位を基準に0.5V以上の範囲に電極電位を有するものであることが好ましい。負極活物質の電極電位が0.5V(vs Li+/Li)以上であると、第2容器42の内面に接して負極20が配置されていても、被覆層50とリチウムイオンとの反応よりも、負極活物質とリチウムイオンとの反応の方が生じやすくなる。したがって、被覆層50とリチウムイオンとの反応を抑制でき、良好な電池特性が得られる。負極活物質の電極電位は、1.0V(vs Li+/Li)以上であることが好ましい。
The negative electrode active material preferably has an electrode potential in the range of 0.5 V or more based on the Li + /Li equilibrium potential, for example. When the electrode potential of the negative electrode active material is 0.5 V (vs Li + /Li) or more, even if the
上述した負極活物質のうち、Li+/Li平衡電位を基準に0.5V以上の範囲に電極電位を有する負極活物質としては、チタン酸化物であるチタン酸リチウム(LTO:Li4Ti5O12(1.55V(vs Li+/Li))、TiNb2O7(1.6V(vs Li+/Li))、硫黄変性ポリアクリロニトリル(SPAN)(2.0V(vs Li+/Li))などが挙げられる。 Among the negative electrode active materials described above, lithium titanate (LTO: Li 4 Ti 5 O 12 (1.55 V (vs Li + /Li)), TiNb 2 O 7 (1.6 V (vs Li + /Li)), sulfur-modified polyacrylonitrile (SPAN) (2.0 V (vs Li + /Li)) etc.
負極20は、負極活物質と式(1)で表されるハライド系固体電解質とに加えて、導電助剤および/またはバインダーを含有していてもよい。
負極20に含まれる導電助剤としては、正極10に含まれてもよい導電助剤と同様のものを用いることができる。
負極20に含まれるバインダーとしては、正極10に含まれてもよいバインダーの他に、例えば、セルロース、スチレン・ブタジエンゴム、エチレン・プロピレンゴム、ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、アクリル樹脂等を用いることができる。セルロースとしては、例えば、カルボキシメチルセルロース(CMC)が挙げられる。
The
As the conductive aid contained in the
As the binder contained in the
「固体電解質層」
固体電解質層30は、式(1)で表されるハライド系固体電解質からなる。固体電解質層30は、式(1)で表されるハライド系固体電解質だけでなく、式(1)で表されるハライド系固体電解質とは別の固体電解質など、式(1)で表されるハライド系固体電解質以外の材料を含有していてもよい。別の固体電解質としては、酸化物系固体電解質、硫化物系固体電解質、水素化物系固体電解質など公知の固体電解質が挙げられる。
"Solid electrolyte layer"
The
固体電解質層30が、式(1)で表されるハライド系固体電解質以外の材料を含む場合、固体電解質層30に含まれる式(1)で表されるハライド系固体電解質の含有量は、例えば、50質量%~100質量%とすることができ、90質量%~100質量%であることが好ましい。式(1)で表されるハライド系固体電解質の含有量が、50質量%以上であると、式(1)で表されるハライド系固体電解質を含むことによる効果が顕著となる。
When the
[全固体電池の製造方法]
本実施形態の全固体電池100は、例えば、以下に示す方法により製造できる。
先ず、発電要素70を、例えば、以下に示す方法により製造する。
式(1)で表されるハライド系固体電解質の粉末を、所定の平面形状および高さを有する筒状型に入れ、加圧成形することにより、固体電解質層30を形成する。
[Method for manufacturing all-solid-state battery]
The all-solid-
First, the
Powder of the halide-based solid electrolyte represented by the formula (1) is placed in a cylindrical mold having a predetermined planar shape and height, and pressure-molded to form the
次に、負極活物質と、式(1)で表されるハライド系固体電解質と、導電助剤と混錬して負極合剤とする。そして、筒状型内に形成された固体電解質層30上に、負極合剤を入れて加圧成形する。このことにより、固体電解質層30と一体化された負極20を形成する。
次に、正極活物質と、式(1)で表されるハライド系固体電解質と、導電助剤とを混錬して正極合剤とする。そして、筒状型内に形成された負極20と反対側の固体電解質層30上に、正極合剤を入れて加圧成形する。このことにより、固体電解質層30および負極20と一体化された正極10を形成する。
Next, the negative electrode active material, the halide-based solid electrolyte represented by formula (1), and the conductive aid are kneaded to form a negative electrode mixture. Then, the negative electrode mixture is placed on the
Next, the positive electrode active material, the halide-based solid electrolyte represented by Formula (1), and the conductive aid are kneaded to form a positive electrode mixture. Then, the positive electrode mixture is placed on the
その後、筒状型から、正極10と固体電解質層30と負極20とがこの順に積層されて一体化されたペレット状の発電要素70を取り出す。
本実施形態においては、負極20を形成した後に正極10を形成する場合を例に挙げて説明したが、正極10を形成した後に負極20を形成してもよい。
After that, the pellet-shaped
In the present embodiment, the case where the
次に、発電要素70を金属容器40に収容する。
具体的には、内面全面が被覆層50で被覆されている金属容器40の第1容器41および第2容器42を用意する。次に、第1容器41内に発電要素70を、第1容器41の内面に接して正極10が配置されるように設置する。そして、第1容器41上に第2容器42を設置し、第1容器41の縁部と第2容器42の縁部との間にガスケット60を設置して嵌合させる。このことにより、第1容器41と正極10とを電気的に接続するとともに、第2容器42と負極20とを電気的に接続する。その後、第2容器42の側面を締め付け、第1容器41と第2容器42とをガスケット60で密閉する。
以上の工程により、本実施形態の全固体電池100が得られる。
Next, the
Specifically, the
Through the steps described above, the all-solid-
本実施形態の全固体電池100は、正極10と負極20および固体電解質層30が、式(1)で表されるハライド系固体電解質を含有し、金属容器40(第1容器41および第2容器42)の内面の少なくとも一部が、被覆層50で被覆されている。そして、被覆層50が、アルミニウム、ニッケル、チタン、ジルコニウムから選択される少なくとも1種以上の金属、前記金属を含む合金、前記金属を含む酸化物から選択される少なくとも1種を含む。このため、本実施形態の全固体電池100は、金属容器40の内面がハライド系固体電解質によって還元される反応を抑制でき、金属容器40の内面の劣化に伴う容量維持率の低下を防止できる。
In the all-solid-
<第2実施形態>
図2は、第2実施形態の全固体電池を示した断面模式図である。図2に示す全固体電池200は、発電要素71と、発電要素71を収容する金属容器40とを有する。図2に示す全固体電池200が、図1に示す全固体電池100と異なるところは、発電要素71が、負極20の第2容器42側の面に集電体層21を有するところのみである。したがって、図2に示す全固体電池200において、図1に示す全固体電池100と同じ部材については、同じ符号を付し、説明を省略する。
<Second embodiment>
FIG. 2 is a cross-sectional schematic diagram showing the all-solid-state battery of the second embodiment. The all-solid-
図2に示すように、金属容器40の第2容器42の内面と負極20との間には、集電体層21が配置されている。集電体層21は、導電率の高い材料からなる。集電体層21としては、例えば、銀、パラジウム、金、プラチナ、アルミニウム、銅、ニッケル、ステンレス、鉄等の金属およびそれらの合金、または、導電性樹脂からなるものを用いることが好ましい。集電体層21は、粉体、箔、パンチング、エクスパンドの各形態であっても良い。
As shown in FIG. 2 , a
本実施形態の全固体電池200は、例えば、以下に示す方法により製造できる。
第1実施形態の全固体電池100を製造する場合と同様にして、ペレット状の発電要素70を製造する。そして、第1容器41内に発電要素70を、第1容器41の内面に接して正極10が配置されるように設置する。次いで、発電要素70の負極20上に集電体層21を設置する。その後、第1容器41上に第2容器42を設置し、第1容器41の縁部と第2容器42の縁部との間にガスケット60を設置して嵌合させる。このことにより、第1容器41と正極10とを電気的に接続するとともに、第2容器42と負極20とを集電体層21を介して電気的に接続する。その後、第2容器42の側面を締め付け、第1容器41と第2容器42とをガスケット60で密閉する。
以上の工程により、本実施形態の全固体電池200が得られる。
The all-solid-
A pellet-shaped
Through the above steps, the all-solid-
本実施形態の全固体電池200においても、第1実施形態の全固体電池100と同様に、正極10と負極20および固体電解質層30が、式(1)で表されるハライド系固体電解質を含有し、金属容器40(第1容器41および第2容器42)の内面の少なくとも一部が、被覆層50で被覆されている。このため、本実施形態の全固体電池200は、第1実施形態の全固体電池100と同様に、金属容器40の内面がハライド系固体電解質によって還元される反応を抑制でき、金属容器40の内面の劣化に伴う容量維持率の低下を防止できる。
In the all-solid-
また、本実施形態の全固体電池200では、金属容器40の第2容器42の内面と負極20との間に集電体層21が配置されている。このため、第2容器42の内面を被覆する被覆層50と負極20に含まれる負極活物質とが接触しにくい。したがって、被覆層50とリチウムイオンとの反応が、負極活物質とリチウムイオンとの反応よりも生じやすい場合であっても、被覆層50とリチウムイオンとの反応が抑制され、良好な電池特性が得られる。
In addition, in the all-solid-
以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述したが、各実施形態における各構成及びそれらの組み合わせ等は一例であり、本発明の趣旨から逸脱しない範囲内で、構成の付加、省略、置換、及びその他の変更が可能である。 As described above, the embodiments of the present invention have been described in detail with reference to the drawings. , substitutions, and other modifications are possible.
例えば、上述した実施形態においては、正極10と負極20および固体電解質層30の全てが、式(1)で表されるハライド系固体電解質を含有する場合を例に挙げて説明したが、本発明の全固体電池における発電要素は、正極10と負極20および固体電解質層30のうちの少なくとも1つが、式(1)で表されるハライド系固体電解質を含有するものであればよい。例えば、固体電解質層30のみが、式(1)で表されるハライド系固体電解質を含有するものであってもよいし、固体電解質層30と負極20のみが、式(1)で表されるハライド系固体電解質を含有するものであってもよい。
For example, in the above-described embodiment, the case where all of the
また、本発明の全固体電池における発電要素は、正極20の第1容器41側の面に集電体層を有していてもよい。金属容器40の第1容器41の内面と正極10との間に配置される集電体層は、導電率の高い材料からなる。集電体層の材料としては、例えば、銀、パラジウム、金、プラチナ、アルミニウム、銅、ニッケル、チタン、ステンレス等の金属およびそれらの合金、または導電性樹脂を用いることができる。この集電体層は、粉体、箔、パンチング、エクスパンドの各形態であっても良い。
Further, the power generation element in the all-solid-state battery of the present invention may have a collector layer on the surface of the
また、上述した実施形態においては、正極10と固体電解質層30と負極20とがそれぞれ1層のみ積層された積層型の電池要素を有する場合を例に挙げて説明したが、本発明の全固体電池における発電要素は、正極10と固体電解質層30と負極20とが積層されてなる構造を複数積層してなるものであってもよい。この場合、各正極10の一端が、公知の端子を介して第1容器41と電気的に接続される。また、各負極20の一端が、公知の端子を介して第2容器42と電気的に接続される。さらに、本発明の全固体電池における発電要素は、正極10と固体電解質層30と負極20とからなるシート状の積層体を巻き回した巻回型のものであってもよい。
In the above-described embodiment, the case of having a laminated battery element in which only one layer each of the
[実施例1]
以下に示す方法により、図1に示す実施例1の全固体電池100を製造した。
先ず、発電要素70を、以下に示す方法により製造した。
Li2ZrCl6(LZC)からなる固体電解質の粉末100mgを、直径10mmの筒状型に入れ、直径10mmのパンチを用いて、6kNで加圧成形することにより、厚さ600μmの固体電解質層30を形成した。
[Example 1]
The all-solid-
First, the
100 mg of a solid electrolyte powder made of Li 2 ZrCl 6 (LZC) was placed in a cylindrical mold with a diameter of 10 mm, and a punch with a diameter of 10 mm was used to form a
次に、チタン酸リチウム(Li4Ti5O12)からなる負極活物質と、Li2ZrCl6(LZC)からなる固体電解質と、炭素(SuperP、商品名;イメリス社製)からなる導電助剤とを秤量し、質量比65:30:5の割合で混合し、乳鉢で15分間混錬し、負極合剤を得た。そして、筒状型内に形成された固体電解質層30上に、負極合剤10mgを入れて、直径10mmのパンチを用いて6kNで加圧成形した。このことにより、固体電解質層30と一体化された厚さ60μmの負極20を形成した。
Next, a negative electrode active material made of lithium titanate (Li 4 Ti 5 O 12 ), a solid electrolyte made of Li 2 ZrCl 6 (LZC), and a conductive aid made of carbon (SuperP, trade name; manufactured by Imerys) were weighed, mixed at a mass ratio of 65:30:5, and kneaded in a mortar for 15 minutes to obtain a negative electrode mixture. Then, 10 mg of the negative electrode mixture was placed on the
次に、コバルト酸リチウム(LiCoO2)からなる正極活物質と、Li2ZrCl6(LZC)からなる固体電解質と、炭素(SuperP、商品名;イメリス社製)からなる導電助剤とを秤量し、質量比65:32.5:2.5の割合で混合し、乳鉢で15分間混錬し、正極合剤を得た。そして、筒状型内に形成された負極20と反対側の固体電解質層30上に、正極合剤11mgを入れて、直径10mmのパンチを用いて20kNで加圧成形した。このことにより、固体電解質層30および負極20と一体化された厚さ60μmの正極10を形成した。
その後、筒状型から、正極10と固体電解質層30と負極20とがこの順に積層されて一体化されたペレット状の実施例1の発電要素70を取り出した。
Next, a positive electrode active material made of lithium cobalt oxide (LiCoO 2 ), a solid electrolyte made of Li 2 ZrCl 6 (LZC), and a conductive aid made of carbon (SuperP, trade name; manufactured by Imerys) were weighed. , and mixed at a mass ratio of 65:32.5:2.5 and kneaded in a mortar for 15 minutes to obtain a positive electrode mixture. Then, 11 mg of the positive electrode mixture was placed on the
After that, the pellet-shaped
次に、内面および外面の全面がアルミニウムからなる被覆層50で被覆されているステンレスからなる直径20mmの第1容器41および第2容器42を用意した。
第1容器41の被覆層50は、電気メッキ法を用いて形成した。メッキは、メッキ浴としてNaF-Al(C2H5)3を含むトルエン溶液を用い、電流値を1mAに固定して180秒間行った。第2容器42の被覆層50は、第1容器41の被覆層50とは別に、第1容器41の被覆層50と同じ条件で電気メッキ法を用いて形成した。
Next, a
The
形成した被覆層50の厚みを、蛍光X線分析装置(商品名;PrimusIV、リガク社製)を用いて以下に示す方法により測定した。すなわち、被覆層50で被覆された第1容器41および第2容器42の内面中心と、中心で直交し、中心から5mm離れた線上の4点の5カ所について、厚みを測定し、その平均値を被覆層50の厚みとした。その結果を表1に示す。
The thickness of the formed
次に、第1容器41内に、実施例1の発電要素70を、第1容器41の内面に接して正極10が配置されるように設置した。そして、第1容器41上に第2容器42を設置し、第1容器41の縁部と第2容器42の縁部との間にガスケット60(商品名;ポリプロピレン製ガスケット、宝泉社製)を設置して嵌合させた。このことにより、第1容器41と正極10とを電気的に接続するとともに、第2容器42と負極20とを電気的に接続した。その後、第2容器42の側面を締め付け、第1容器41と第2容器42とをガスケット60で密閉した。
以上の工程により、直径20mm、高さ1.2mmの実施例1の全固体電池100を得た。
Next, the
Through the above steps, the all-solid-
[実施例2~実施例5]
第1容器41および第2容器42に、電気メッキ法を用いて被覆層50を形成する際に、電流を流す時間を変化させたこと以外は、実施例1と同様にして、実施例2~実施例5の全固体電池100を得た。実施例2~実施例5における電流を流す時間は、実施例2~実施例5の被覆層50の厚みが表1に示す厚みとなるように、実施例1の被覆層50の厚みと電流を流す時間との関係に比例して算出した。第1容器41および第2容器42に形成した被覆層50の厚みを、実施例1と同様にして測定した。その結果を表1に示す。
[Examples 2 to 5]
Example 2 to Example 2 in the same manner as in Example 1 except that the current flow time was changed when the
[実施例6]
第1容器41および第2容器42に、電気メッキ法を用いて被覆層50を形成する際に、メッキ浴として硫酸ニッケルと塩化ニッケルとホウ酸とを含む混合溶液を用いたこと以外は、実施例1と同様にして、実施例6の全固体電池100を得た。第1容器41および第2容器42に形成した被覆層50の厚みを、実施例1と同様にして測定した。その結果を表1に示す。
[Example 6]
Except for using a mixed solution containing nickel sulfate, nickel chloride, and boric acid as a plating bath when forming the
[実施例7~実施例10]
第1容器41および第2容器42に、電気メッキ法を用いて被覆層50を形成する際に、電流を流す時間を変化させたこと以外は、実施例6と同様にして、実施例7~実施例10の全固体電池100を得た。実施例7~実施例10における電流を流す時間は、実施例7~実施例10の被覆層50の厚みが表1に示す厚みとなるように、実施例6の被覆層50の厚みと電流を流す時間との関係に比例して算出した。第1容器41および第2容器42に形成した被覆層50の厚みを、実施例1と同様にして測定した。その結果を表1に示す。
[Examples 7 to 10]
In the same manner as in Example 6, except for changing the current flow time when forming the
[実施例11]
第1容器41および第2容器42に、電気メッキ法を用いて被覆層50を形成する際に、メッキ浴として水酸化チタン-水酸化ナトリウム溶液を用い、電流を流す時間を120秒間としたこと以外は、実施例1と同様にして、実施例11の全固体電池100を得た。第1容器41および第2容器42に形成した被覆層50の厚みを、実施例1と同様にして測定した。その結果を表1に示す。
[Example 11]
When the
[実施例12~実施例15]
第1容器41および第2容器42に、電気メッキ法を用いて被覆層50を形成する際に、電流を流す時間を変化させたこと以外は、実施例11と同様にして、実施例12~実施例15の全固体電池100を得た。実施例12~実施例15における電流を流す時間は、実施例12~実施例15の被覆層50の厚みが表1に示す厚みとなるように、実施例11の被覆層50の厚みと電流を流す時間との関係に比例して算出した。第1容器41および第2容器42に形成した被覆層50の厚みを、実施例1と同様にして測定した。その結果を表1に示す。
[Examples 12 to 15]
Example 12 to Example 12 in the same manner as in Example 11 except that the current flow time was changed when the
[実施例16]
第1容器41および第2容器42に、電気メッキ法を用いて被覆層50を形成する際に、メッキ浴としてフッ化ジルコン酸アンモニウム溶液を用い、電流を流す時間を180秒間としたこと以外は、実施例1と同様にして、実施例16の全固体電池100を得た。第1容器41および第2容器42に形成した被覆層50の厚みを、実施例1と同様にして測定した。その結果を表1に示す。
[Example 16]
Except that when the
[実施例17~実施例20]
第1容器41および第2容器42に、電気メッキ法を用いて被覆層50を形成する際に、電流を流す時間を変化させたこと以外は、実施例16と同様にして、実施例17~実施例20の全固体電池100を得た。実施例17~実施例20における電流を流す時間は、実施例17~実施例20の被覆層50の厚みが表1に示す厚みとなるように、実施例16の被覆層50の厚みと電流を流す時間との関係に比例して算出した。第1容器41および第2容器42に形成した被覆層50の厚みを、実施例1と同様にして測定した。その結果を表1に示す。
[Examples 17 to 20]
In the same manner as in Example 16, except for changing the current flow time when forming the
[実施例21]
第1容器41および第2容器42に、電気メッキ法を用いて被覆層50を形成する前に、第1容器41および第2容器42の内面のうち、被覆層50を形成しない領域にマスキングテープからなるマスクを設けてから被覆層50を形成し、被覆層50を形成した後にマスクを除去したこと以外は、実施例1と同様にして、実施例6の全固体電池100を得た。
[Example 21]
Before forming the
マスクは、第1容器41および第2容器42の内面それぞれにおいて、内面の表面積のうち50%の面積が被覆される形状のマスキングテープを貼り付ける方法により形成した。マスクを設ける領域は、平面視で第1容器41および第2容器42と同心の円形状の領域のみとした。マスクは、マスキングテープをはがす方法により除去した。第1容器41および第2容器42に形成した被覆層50の厚みを、実施例1と同様にして測定した。その結果を表2に示す。
The mask was formed by applying a masking tape having a shape covering 50% of the surface area of the inner surface of each of the
[実施例22~実施例25]
第1容器41および第2容器42の内面のうち、マスクを設ける領域の範囲を変化させたこと以外は、実施例21と同様にして、実施例22~実施例25の全固体電池100を得た。実施例22~実施例25においてもマスクを設ける領域は、平面視で第1容器41および第2容器42と同心の円形状の領域のみとした。第1容器41および第2容器42に形成した被覆層50の厚みを、実施例1と同様にして測定した。その結果を表2に示す。
[Examples 22 to 25]
All-solid-
[実施例26~実施例30]
正極10と負極20および固体電解質層30を形成する際に使用した固体電解質として、Li2ZrSO4Cl4(LZSOC)を用いたこと以外は、実施例1~実施例5と同様にして、実施例26~実施例30の全固体電池100を得た。実施例26~実施例30の全固体電池100においては、第1容器41および第2容器42として、それぞれ実施例1~実施例5と同じものを用いた。
[Examples 26 to 30]
Examples 1 to 5 were carried out in the same manner as in Examples 1 to 5, except that Li 2 ZrSO 4 Cl 4 (LZSOC) was used as the solid electrolyte used to form the
[実施例31]
発電要素70の負極20上に、銅からなる厚み10μmの集電体層21を設置してから、第1容器41上に第2容器42を設置し、第1容器41の縁部と第2容器42の縁部との間にガスケット60を設置して嵌合させたこと以外は、実施例1と同様にして、図2に示す実施例31の全固体電池200を得た。実施例31の全固体電池200においては、第1容器41および第2容器42として、実施例1と同じものを用いた。
[Example 31]
A
[実施例32]
発電要素70の負極20上に、銅からなる厚み10μmの集電体層21を設置してから、第1容器41上に第2容器42を設置し、第1容器41の縁部と第2容器42の縁部との間にガスケット60を設置して嵌合させたこと以外は、実施例21と同様にして、図2に示す実施例32の全固体電池200を得た。実施例32の全固体電池200においては、第1容器41および第2容器42として、実施例21と同じものを用いた。
[Example 32]
A
[実施例33]
正極10と負極20および固体電解質層30を形成する際に使用した固体電解質として、Li2ZrSO4Cl4(LZSOC)を用いたこと以外は、実施例32と同様にして、図2に示す実施例33の全固体電池200を得た。実施例33の全固体電池200においては、第1容器41および第2容器42として、実施例21と同じものを用いた。
[Example 33]
The implementation shown in FIG. 2 was carried out in the same manner as in Example 32, except that Li 2 ZrSO 4 Cl 4 (LZSOC) was used as the solid electrolyte used to form the
[比較例1]
第1容器41および第2容器42に被覆層50を形成しなかったこと以外は、実施例1と同様にして、比較例1の全固体電池を得た。
[Comparative Example 1]
An all-solid-state battery of Comparative Example 1 was obtained in the same manner as in Example 1, except that the
(100サイクル後の容量維持率の測定)
電気化学試験装置(北斗電工株式会社製)を用いて、以下に示す方法により、実施例1~実施例33、比較例1の全固体電池の定電流充放電試験(CC-CC)を行った。
充電レート0.1C(25℃で1mA定電流充電を行ったときに10時間で充電終了となる電流値)の定電流充電で、電池電圧が2.75Vとなるまで充電(CC充電)を行い、放電レート0.1Cの定電流放電で、電池電圧が1.3Vとなるまで放電(CC放電)を行った。充放電終了後の放電容量(μAh)を検出し、初回サイクルの放電容量Q1を求めた。
(Measurement of capacity retention rate after 100 cycles)
Using an electrochemical tester (manufactured by Hokuto Denko Co., Ltd.), the constant current charge-discharge test (CC-CC) of the all-solid-state batteries of Examples 1 to 33 and Comparative Example 1 was performed by the method shown below. .
Charge (CC charge) until the battery voltage reaches 2.75 V by constant current charge at a charge rate of 0.1C (current value at which charging ends in 10 hours when 1mA constant current charge is performed at 25°C). , and constant current discharge at a discharge rate of 0.1 C until the battery voltage reached 1.3 V (CC discharge). The discharge capacity (μAh) after the end of charging and discharging was detected to obtain the discharge capacity Q1 of the first cycle.
電池容量Q1を求めた全固体電池を、再び充電レート0.1Cの定電流充電で、電池電圧が2.75Vとなるまで充電(CC充電)を行い、放電レート0.1Cの定電流放電で、電池電圧が1.3Vとなるまで放電(CC放電)を行った。上記充放電を1サイクルとカウントし、100サイクルの充放電を行った。その後、100サイクル充放電終了後の放電容量Q2を求めた。 The all-solid-state battery for which the battery capacity Q 1 was obtained was again charged at a constant current charge of 0.1 C until the battery voltage reached 2.75 V (CC charge), and then discharged at a constant current discharge rate of 0.1 C. Then, discharge (CC discharge) was performed until the battery voltage reached 1.3V. The above charge/discharge was counted as one cycle, and 100 cycles of charge/discharge were performed. After that, the discharge capacity Q2 after 100 cycles of charging and discharging was determined.
このようにして求めた放電容量Q1、Q2から、以下の式を用いて100サイクル後の容量維持率Eを求めた。その結果を表1または表2に示す。
E(%)=(Q2/Q1)×100
From the discharge capacities Q 1 and Q 2 thus determined, the capacity retention rate E after 100 cycles was determined using the following formula. The results are shown in Table 1 or Table 2.
E (%) = ( Q2 / Q1 ) x 100
表1および表2に示すように、実施例1~実施例33の全固体電池は、比較例1の全固体電池と比較して、容量維持率が高かった。これは、実施例1~実施例33の全固体電池では、第1容器41および第2容器42の内面の少なくとも一部に被覆層50が形成されているため、金属容器40の内面がハライド系固体電解質によって還元される反応が抑制されたことによるものであると推定される。
As shown in Tables 1 and 2, the all-solid-state batteries of Examples 1 to 33 had higher capacity retention rates than the all-solid-state battery of Comparative Example 1. This is because, in the all-solid-state batteries of Examples 1 to 33, the
また、表1および表2に示す実施例3、実施例21~実施例25の全固体電池の容量維持率の結果から、第1容器41および第2容器42の内面の表面積のうち、90%以上の面積が被覆層50で被覆されている全固体電池では、特に容量維持率が高いことが確認できた。
また、表1および表2に示す実施例1~実施例20、実施例26~実施例30の全固体電池の容量維持率の結果から、被覆層50の厚みが0.05μm以上である全固体電池では、容量維持率が特に高いことが確認できた。
Further, from the results of the capacity retention rates of the all-solid-state batteries of Examples 3 and 21 to 25 shown in Tables 1 and 2, 90% of the surface area of the inner surfaces of the
Further, from the results of the capacity retention rates of the all-solid-state batteries of Examples 1 to 20 and Examples 26-30 shown in Tables 1 and 2, the thickness of the
また、表2に示す実施例21、実施例32の全固体電池の容量維持率の結果から、被覆層50で被覆された面積の割合が50%である場合、負極20上に集電体層21を設置した全固体電池では、容量維持率が高いことが確認できた。これは、集電体層21を設置することにより、金属容器40の内面のうち被覆層50で被覆されていない部分と、ハライド系固体電解質から発生するガスとの反応が抑制されたことによるものであると推定される。
Further, from the results of the capacity retention ratios of the all-solid-state batteries of Examples 21 and 32 shown in Table 2, when the ratio of the area covered with the
10…正極、20…負極、21…集電体層、30…固体電解質層、40…金属容器、41…第1容器、42…第2容器、50…被覆層、60…ガスケット、70、71…発電要素、100、200…全固体電池。
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記発電要素を収容する金属容器とを有し、
前記正極と前記負極および前記固体電解質層のうちの少なくとも1つが、下記式(1)で表されるハライド系固体電解質を含有し、
前記金属容器の内面の少なくとも一部が、被覆層で被覆され、
前記被覆層が、アルミニウム、ニッケル、チタン、ジルコニウムから選択される少なくとも1種以上の金属、前記金属を含む合金、前記金属を含む酸化物から選択される少なくとも1種を含むことを特徴とする全固体電池。
LiaEbGcXd・・・(1)
(式(1)中において、EはAl、Sc、Y、Zr、Hf、ランタノイドからなる群から選択される少なくとも1種の元素である。GはOH、BO2、BO3、BO4、B3O6、B4O7、CO3、NO3、AlO2、SiO3、SiO4、Si2O7、Si3O9、Si4O11、Si6O18、PO3、PO4、P2O7、P3O10、SO3、SO4、SO5、S2O3、S2O4、S2O5、S2O6、S2O7、S2O8、BF4、PF6、BOB、(COO)2、N、AlCl4、CF3SO3、CH3COO、CF3COO、Oからなる群から選択される少なくとも1つの基である。XはF、Cl、Br、Iからなる群から選択される少なくとも1種の元素である。0.5≦a<6、0<b<2、0≦c≦6、0<d≦6.1である。) a power generating element including a positive electrode, a negative electrode, and a solid electrolyte layer interposed between the positive electrode and the negative electrode;
and a metal container that houses the power generation element,
At least one of the positive electrode, the negative electrode and the solid electrolyte layer contains a halide-based solid electrolyte represented by the following formula (1),
At least part of the inner surface of the metal container is coated with a coating layer,
The coating layer contains at least one metal selected from aluminum, nickel, titanium, and zirconium, an alloy containing the metal, and an oxide containing the metal. solid state battery.
LiaEbGcXd (1)
(In formula (1), E is at least one element selected from the group consisting of Al, Sc, Y, Zr, Hf, and lanthanides. G is OH, BO 2 , BO 3 , BO 4 , B 3O6 , B4O7 , CO3 , NO3 , AlO2 , SiO3 , SiO4 , Si2O7 , Si3O9 , Si4O11 , Si6O18 , PO3 , PO4 , P2O7 , P3O10 , SO3 , SO4 , SO5 , S2O3 , S2O4 , S2O5 , S2O6 , S2O7 , S2O8 , BF 4 , PF6 , BOB , (COO) 2 , N, AlCl4 , CF3SO3 , CH3COO , CF3COO , and O. X is at least one group selected from the group consisting of F, Cl , Br, and I. 0.5≦a<6, 0<b<2, 0≦c≦6, and 0<d≦6.1.)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2022014154A JP2023112393A (en) | 2022-02-01 | 2022-02-01 | All-solid battery |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2022014154A JP2023112393A (en) | 2022-02-01 | 2022-02-01 | All-solid battery |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2023112393A true JP2023112393A (en) | 2023-08-14 |
Family
ID=87562382
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2022014154A Pending JP2023112393A (en) | 2022-02-01 | 2022-02-01 | All-solid battery |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2023112393A (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN117039134A (en) * | 2023-09-08 | 2023-11-10 | 江苏大学 | Inorganic chloride solid electrolyte, preparation method and application thereof, and lithium battery |
-
2022
- 2022-02-01 JP JP2022014154A patent/JP2023112393A/en active Pending
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN117039134A (en) * | 2023-09-08 | 2023-11-10 | 江苏大学 | Inorganic chloride solid electrolyte, preparation method and application thereof, and lithium battery |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN111758176B (en) | Method for pre-doping negative electrode active material, method for manufacturing negative electrode, and method for manufacturing power storage device | |
JP4760816B2 (en) | Positive electrode for lithium ion secondary battery and lithium ion secondary battery | |
KR101195672B1 (en) | Lithium Secondary Battery | |
JP5590576B2 (en) | Method for manufacturing electrode for power storage device, and power storage device | |
JP4743752B2 (en) | Lithium ion secondary battery | |
JP2009123463A (en) | Positive electrode for lithium-ion secondary battery, method of manufacturing the same, and lithium-ion secondary battery | |
KR20140026193A (en) | Negative electrode, and lithium battery comprising the same | |
JP2023112393A (en) | All-solid battery | |
JP4919613B2 (en) | Nonaqueous electrolyte secondary battery | |
JP2005285581A (en) | Cathode for lithium secondary battery and lithium secondary battery | |
US20230090463A1 (en) | Battery | |
JP7246196B2 (en) | All-solid lithium secondary battery | |
JP2010015852A (en) | Secondary battery | |
JP7003775B2 (en) | Lithium ion secondary battery | |
WO2015129376A1 (en) | Rolled electrode set and nonaqueous-electrolyte battery | |
JP2021096901A (en) | Lithium ion secondary battery | |
JP5165875B2 (en) | Non-aqueous electrolyte battery | |
JP2023112694A (en) | Negative electrode and all-solid battery | |
WO2023223581A1 (en) | Battery | |
WO2023223582A1 (en) | Battery and production method for battery | |
EP3883049A1 (en) | Battery | |
WO2023127357A1 (en) | Negative electrode for solid electrolyte battery, and solid electrolyte battery | |
WO2022203021A1 (en) | Electrode active material layer, electrode, and all-solid-state battery | |
JP7149160B2 (en) | Negative electrode for lithium ion secondary battery and lithium ion secondary battery | |
US20230216043A1 (en) | Negative electrode for all-solid-state secondary battery, method for manufacturing the same, and all-solid-state secondary battery |