JP5211527B2 - 全固体リチウムイオン二次電池及びその製造方法 - Google Patents
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Description
Li1+XAlXTi2−X(PO4)3 …(1)
(0≦x≦2)
で表されるリン酸化合物を含有することも好ましい。更に、固体電解質層4には、リチウムイオン伝導性ナシコン型化合物やLi2S/P2S5等の硫化物、Li0.34La0.51TiO2.94等のリチウムイオン伝導性酸化物、LiPON等のリン酸化合物等を含有させてもよい。
チタニウムイソプロポキシド1当量に対して酢酸リチウム1.25当量を混合し、更にイソプロパノール20当量、ポリビニルピロリドン1当量を加えて攪拌し、ゾル状アノード前駆体を得た。
アノード前駆体、固体電解質層前駆体、カソード前駆体を塗布する方法として、ノズル法に代えてスクリーン印刷法を用いたこと以外は実施例1と同様にして、実施例2のチップ型全固体リチウムイオン二次電池を作製した。
アノード前駆体、固体電解質層前駆体、カソード前駆体を塗布する方法として、ノズル法に代えてスピンコーティング法を用いたこと以外は実施例1と同様にして、実施例3のチップ型全固体リチウムイオン二次電池を作製した。
塩化スズと硝酸鉄とをSn:Fe=1:1(モル比)となるように秤量し、そこにSnとFeとの合計のモル数に対してクエン酸1水和物を5当量、エチレングリコールを20当量加えた。この混合物を50℃で5時間攪拌して、ゾル状アノード前駆体を得た。また、実施例1と同様にして、ゾル状固体電解質層前駆体及びゾル状カソード前駆体を作製した。
実施例1と同様にして、ゾル状アノード前駆体、ゾル状固体電解質層前駆体及びゾル状カソード前駆体を作製した。次に、PETフィルム上にNiペーストを塗布し、乾燥して、集電体としてのNi層を形成した。このNi層上に、ゾル状アノード前駆体をノズル法によって塗布した。この積層体を乾燥炉に入れ、200℃で1時間乾燥した。乾燥後の積層体からPETフィルムを剥離し、酸素雰囲気中、700℃で1時間焼成することにより、Ni層上にアノードが積層されたアノードシートを得た。
実施例1と同様にして、ゾル状アノード前駆体及びゾル状カソード前駆体を作製した。次に、PETフィルム上にNiペーストを塗布し、乾燥して、集電体としてのNi層を形成した。このNi層上に、ゾル状アノード前駆体をノズル法によって塗布、乾燥した。続いて、Li1.3Al0.3Ti1.7(PO4)3の粒子45質量部と、増粘剤としてのポリビニルピロリドン5質量部とを混合し、更に溶剤として蒸留水50質量部を加えて塗布液を調製した。なお、Li1.3Al0.3Ti1.7(PO4)3は、Li2CO3、Al2O3、TiO2、(NH4)2HPO4を化学量論比で混合して、900℃で焼成し、粉砕したものを使用した。この塗布液をアノード前駆体の塗膜上に塗布し、乾燥することで、アノード前駆体の塗膜上に固体電解質層を形成した。続いて、固体電解質層上にゾル状カソード前駆体をノズル法によって塗布、乾燥した。これにより、Ni層上にアノード前駆体塗膜、固体電解質層、カソード前駆体塗膜をこの順で積層した。この積層体を乾燥炉に入れ、200℃で1時間乾燥した。乾燥後の積層体からPETフィルムを剥離し、酸素雰囲気中、700℃で1時間焼成することにより、Ni層、アノード(厚さ:5μm)、固体電解質層(厚さ:10μm)、カソード(厚さ:5μm)がこの順で積層された電池素体シートを得た。
実施例1〜4及び比較例1〜2で得られた全固体リチウムイオン二次電池について、放電温度25℃で定電流放電を行ったときに1時間で放電終了となる電流値を1C、そのときの放電容量を1C容量とし、1C容量を100%とした場合の2C容量の比率(%)を求めた。その結果を表1に示す。
Claims (13)
- アノードと、
カソードと、
前記アノード及び前記カソードの間に配置される固体電解質層と、
前記アノードと前記固体電解質層との界面に形成される、前記アノードの構成材料と前記固体電解質層の構成材料とを含有する第1の混合領域、及び、前記カソードと前記固体電解質層との界面に形成される、前記カソードの構成材料と前記固体電解質層の構成材料とを含有する第2の混合領域の少なくとも一方と、を備え、
前記第1の混合領域及び前記第2の混合領域の厚さが0.01〜10μmであり、
前記固体電解質層は、Ti、Al、La、Ge、Si、Ce、Ga、In、P及びSからなる群より選択される少なくとも1種の元素の酸化物、硫化物又はリン酸化合物の少なくとも1つを含有するものである、全固体リチウムイオン二次電池。 - 前記第1の混合領域と、前記第2の混合領域とは、前記固体電解質層の構成材料のうち、少なくともアニオンを含む構成材料を含有する、請求項1記載の全固体リチウムイオン二次電池。
- アノードと、
カソードと、
前記アノード及び前記カソードの間に配置される固体電解質層と、を備え、
前記固体電解質と、前記アノード及び前記カソードの少なくとも一方とは、前記固体電解質層を形成するためのゾル状固体電解質層前駆体と、前記アノードを形成するためのゾル状アノード前駆体、及び、前記カソードを形成するためのゾル状カソード前駆体の少なくとも一方と、を未乾燥の状態で重層塗布した後、焼成してなるものであり、
前記固体電解質層は、Ti、Al、La、Ge、Si、Ce、Ga、In、P及びSからなる群より選択される少なくとも1種の元素の酸化物、硫化物又はリン酸化合物の少なくとも1つを含有するものである、全固体リチウムイオン二次電池。 - 前記アノードは、Sn、Si、Al、Ge、Sb、Ag、Ga、In、Fe、Co、Ni、Ti、Mn、Ca、Ba、La、Zr、Ce、Cu、Mg、Sr、Cr、Mo、Nb、V及びZnからなる群より選択される少なくとも1種の金属、それら2種以上の金属からなる合金、前記金属の酸化物、及び、前記合金の酸化物の少なくとも1種を含有するものである、請求項1〜3のいずれか一項に記載の全固体リチウムイオン二次電池。
- 前記アノードは、炭素多孔体の空孔内に前記金属、前記合金、前記金属の酸化物、及び、前記合金の酸化物の少なくとも1種を担持してなる複合材料を含有するものである、請求項4記載の全固体リチウムイオン二次電池。
- 前記カソードは、Co、Ni、Mn及びFeからなる群より選択される少なくとも1種の遷移金属の酸化物を含有するものである、請求項1〜5のうちのいずれか一項に記載の全固体リチウムイオン二次電池。
- 前記アノードの前記固体電解質層とは反対側の面上、及び、前記カソードの前記固体電解質層とは反対側の面上の少なくとも一方に集電体を備える、請求項1〜6のうちのいずれか一項に記載の全固体リチウムイオン二次電池。
- 前記集電体がNiからなるものである、請求項7記載の全固体リチウムイオン二次電池。
- 前記アノードと、前記カソードと、前記固体電解質層とを含む単セルを複数有する、請求項1〜8のうちのいずれか一項に記載の全固体リチウムイオン二次電池。
- アノードと、
カソードと、
前記アノード及び前記カソードの間に配置される固体電解質層と、を備える全固体リチウムイオン二次電池の製造方法であって、
前記固体電解質層を形成するためのゾル状固体電解質層前駆体と、前記アノードを形成するためのゾル状アノード前駆体、及び、前記カソードを形成するためのゾル状カソード前駆体の少なくとも一方と、を未乾燥の状態で重層塗布した後、焼成する工程を有し、
前記ゾル状固体電解質層前駆体は、Ti、Al、La、Ge、Si、Ce、Ga、In、P及びSからなる群より選択される少なくとも1種の元素を含むものである、全固体リチウムイオン二次電池の製造方法。 - 前記ゾル状アノード前駆体は、Sn、Si、Al、Ge、Sb、Ag、Ga、In、Fe、Co、Ni、Ti、Mn、Ca、Ba、La、Zr、Ce、Cu、Mg、Sr、Cr、Mo、Nb、V及びZnからなる群より選択される少なくとも1種の金属のイオンと、ヒドロキシ酸と、グリコールと、を含むものである、請求項10記載の全固体リチウムイオン二次電池の製造方法。
- 前記ゾル状カソード前駆体は、Co、Ni、Mn及びFeからなる群より選択される少なくとも1種の遷移金属のイオンを含むものである、請求項10又は11記載の全固体リチウムイオン二次電池の製造方法。
- 前記焼成を、酸素存在下で500℃以上の温度で行う、請求項10〜12のうちのいずれか一項に記載の全固体リチウムイオン二次電池の製造方法。
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