JP6691747B2 - 迅速なリチウムイオン伝導性を有する高性能全固体リチウム硫黄電池 - Google Patents
迅速なリチウムイオン伝導性を有する高性能全固体リチウム硫黄電池 Download PDFInfo
- Publication number
- JP6691747B2 JP6691747B2 JP2015130455A JP2015130455A JP6691747B2 JP 6691747 B2 JP6691747 B2 JP 6691747B2 JP 2015130455 A JP2015130455 A JP 2015130455A JP 2015130455 A JP2015130455 A JP 2015130455A JP 6691747 B2 JP6691747 B2 JP 6691747B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- lithium
- battery
- electrolyte
- solid
- polymer
- 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.)
- Active
Links
- JDZCKJOXGCMJGS-UHFFFAOYSA-N [Li].[S] Chemical compound [Li].[S] JDZCKJOXGCMJGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims description 7
- 229910001416 lithium ion Inorganic materials 0.000 title description 6
- HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N Lithium ion Chemical compound [Li+] HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N 0.000 title description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 30
- WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N Lithium Chemical compound [Li] WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 20
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 claims description 20
- 239000007784 solid electrolyte Substances 0.000 claims description 13
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 claims description 8
- 239000011521 glass Substances 0.000 claims description 7
- LYCAIKOWRPUZTN-UHFFFAOYSA-N Ethylene glycol Chemical compound OCCO LYCAIKOWRPUZTN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 claims description 6
- 239000005518 polymer electrolyte Substances 0.000 claims description 6
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims description 6
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 claims description 4
- 229910021525 ceramic electrolyte Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229920003171 Poly (ethylene oxide) Polymers 0.000 claims description 2
- UCKMPCXJQFINFW-UHFFFAOYSA-N Sulphide Chemical compound [S-2] UCKMPCXJQFINFW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 239000002241 glass-ceramic Substances 0.000 claims description 2
- 239000002608 ionic liquid Substances 0.000 claims description 2
- 229920003229 poly(methyl methacrylate) Polymers 0.000 claims description 2
- 229920002239 polyacrylonitrile Polymers 0.000 claims description 2
- 229920001223 polyethylene glycol Polymers 0.000 claims description 2
- 239000004926 polymethyl methacrylate Substances 0.000 claims description 2
- 229920002981 polyvinylidene fluoride Polymers 0.000 claims description 2
- 229910018130 Li 2 S-P 2 S 5 Inorganic materials 0.000 claims 3
- 229910004283 SiO 4 Inorganic materials 0.000 claims 2
- 229910005839 GeS 2 Inorganic materials 0.000 claims 1
- 229910018091 Li 2 S Inorganic materials 0.000 claims 1
- 229910020346 SiS 2 Inorganic materials 0.000 claims 1
- 239000005486 organic electrolyte Substances 0.000 claims 1
- NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N Sulfur Chemical compound [S] NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 description 7
- 239000011593 sulfur Substances 0.000 description 7
- 239000011244 liquid electrolyte Substances 0.000 description 6
- 229920001021 polysulfide Polymers 0.000 description 6
- 239000005077 polysulfide Substances 0.000 description 6
- 150000008117 polysulfides Polymers 0.000 description 6
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 229910003003 Li-S Inorganic materials 0.000 description 5
- 210000004027 cell Anatomy 0.000 description 5
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 4
- 238000000034 method Methods 0.000 description 4
- 230000008569 process Effects 0.000 description 4
- 238000004090 dissolution Methods 0.000 description 3
- 208000020960 lithium transport Diseases 0.000 description 3
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 3
- 229910009297 Li2S-P2S5 Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910009228 Li2S—P2S5 Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011149 active material Substances 0.000 description 2
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 2
- 230000005012 migration Effects 0.000 description 2
- 238000013508 migration Methods 0.000 description 2
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 2
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 2
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 2
- 229910005842 GeS2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910009311 Li2S-SiS2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910007552 Li2Sn Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910009213 Li2S—P2S5—Li4SiO4 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910009433 Li2S—SiS2 Inorganic materials 0.000 description 1
- GJEAMHAFPYZYDE-UHFFFAOYSA-N [C].[S] Chemical compound [C].[S] GJEAMHAFPYZYDE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 229910010293 ceramic material Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 1
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 1
- 230000001351 cycling effect Effects 0.000 description 1
- 210000001787 dendrite Anatomy 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 238000001125 extrusion Methods 0.000 description 1
- 239000011245 gel electrolyte Substances 0.000 description 1
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 1
- 239000000543 intermediate Substances 0.000 description 1
- 230000037427 ion transport Effects 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 229910000625 lithium cobalt oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- BFZPBUKRYWOWDV-UHFFFAOYSA-N lithium;oxido(oxo)cobalt Chemical compound [Li+].[O-][Co]=O BFZPBUKRYWOWDV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 150000005677 organic carbonates Chemical class 0.000 description 1
- 230000003071 parasitic effect Effects 0.000 description 1
- 230000037361 pathway Effects 0.000 description 1
- 230000032258 transport Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
- H01M10/056—Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes
- H01M10/0561—Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes the electrolyte being constituted of inorganic materials only
- H01M10/0562—Solid materials
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
- H01M10/052—Li-accumulators
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
- H01M10/052—Li-accumulators
- H01M10/0525—Rocking-chair batteries, i.e. batteries with lithium insertion or intercalation in both electrodes; Lithium-ion batteries
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
- H01M10/056—Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes
- H01M10/0564—Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes the electrolyte being constituted of organic materials only
- H01M10/0565—Polymeric materials, e.g. gel-type or solid-type
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/04—Processes of manufacture in general
- H01M4/0402—Methods of deposition of the material
- H01M4/0411—Methods of deposition of the material by extrusion
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/13—Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
- H01M4/133—Electrodes based on carbonaceous material, e.g. graphite-intercalation compounds or CFx
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/13—Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
- H01M4/136—Electrodes based on inorganic compounds other than oxides or hydroxides, e.g. sulfides, selenides, tellurides, halogenides or LiCoFy
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
- H01M4/362—Composites
- H01M4/364—Composites as mixtures
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
- H01M4/362—Composites
- H01M4/366—Composites as layered products
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
- H01M4/58—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic compounds other than oxides or hydroxides, e.g. sulfides, selenides, tellurides, halogenides or LiCoFy; of polyanionic structures, e.g. phosphates, silicates or borates
- H01M4/581—Chalcogenides or intercalation compounds thereof
- H01M4/5815—Sulfides
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
- H01M4/58—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic compounds other than oxides or hydroxides, e.g. sulfides, selenides, tellurides, halogenides or LiCoFy; of polyanionic structures, e.g. phosphates, silicates or borates
- H01M4/583—Carbonaceous material, e.g. graphite-intercalation compounds or CFx
- H01M4/587—Carbonaceous material, e.g. graphite-intercalation compounds or CFx for inserting or intercalating light metals
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M2004/025—Electrodes composed of, or comprising, active material with shapes other than plane or cylindrical
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M2300/00—Electrolytes
- H01M2300/0017—Non-aqueous electrolytes
- H01M2300/0065—Solid electrolytes
- H01M2300/0068—Solid electrolytes inorganic
- H01M2300/0071—Oxides
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M2300/00—Electrolytes
- H01M2300/0017—Non-aqueous electrolytes
- H01M2300/0065—Solid electrolytes
- H01M2300/0082—Organic polymers
-
- 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
-
- 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
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Composite Materials (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Dispersion Chemistry (AREA)
- Secondary Cells (AREA)
- Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
Description
従来のリチウムイオン（Ｌｉイオン）化学物質を超えるエネルギー密度を有する電池システムが強く所望されている。リチウム−硫黄電池は、それらの高い比容量、ならびに元素状硫黄の豊富な存在量および低コストのために好ましい選択肢である。典型的なＬｉ−Ｓ電池セルは、負極としてのリチウム、正極としての硫黄−炭素複合体、および有機液体電解質からなる。通常は、Ｌｉ−Ｓ電池は、１６７５ＡｈＫｇ−１までの比容量および２００ＷｈＬ−１までのエネルギー密度を提供する。比容量は、通常、特定の放電電流において電池が放電されるときに利用可能なキログラムあたりの総アンペア−時間（Ａｈ）であり、エネルギー密度は、リットルあたりのワット−時間（Ｗｈ）である。これらの電池は、現在のところ、１８０Ｗｈ／Ｋｇでの従来のＬｉイオン電池の密度を既に超え３５０Ｗｈ／Ｋｇのエネルギー密度を送達する。しかしながら、これらの電池は、短いサイクル寿命、低充電効率、高い自己放電率、および安全性の懸念という問題がある。
これらの問題の多くは、液体電解質中の、硫黄の還元中間体のファミリーであるリチウムポリスルフィド（ＰＳ，Ｌｉ２Ｓｎ）の溶解が原因である。溶解の問題にかかわらず、Ｌｉ−Ｓ電池を適切に操作するためのプロセスが必要である。放電工程の間、リチウムイオンの輸送は、液体電解質を通ってアノードからカソードまで行われ、約２．２〜２．３ボルトでリチウムおよび硫黄の反応によってＬｉ２Ｓ８が生じる。一般に、元素状硫黄およびその還元生成物の両方は非伝導性であるので、伝導性の炭素表面が、硫黄およびリチウムポリスルフィドの還元のための堆積部位を提供しなければならない。理想的には、リチウムポリスルフィドの最終的な溶解により、伝導性の炭素表面が再び露呈する。
しかしながら、カソード電極にて溶解されるリチウムポリスルフィド種はまた、電解質を通ってリチウムアノードへ拡散し、不溶性のリチウムポリスルフィド種を形成することがある。「ＰＳ酸化還元シャトル」と呼ばれることもあるこの寄生反応は、活物質の損失、リチウムアノードの腐食、およびサイクル寿命の短縮を生じる。さらに、可燃性の有機液体電解質中の準安定なリチウム金属の存在、およびセパレータを浸透したリチウムから形成されたリチウムデンドライトのために、電池サイクリングの間に火災の危険性がある。
図１は、電池の先行技術の実施形態を示す。典型的には、電池は、セパレータ１４によって分離されたカソード１８およびアノード２０を有する。不活性構成成分は、電解質、バインダおよび炭素からなってもよい。電池はまた、集電体１２および集電体１６を含んでいてもよい。現在の電気自動車（ＥＶ）用途に関して、大きな電池は、従来の薄い電極の多くの層をスタッキングすることによって製造される。これは、結果として多量の不活性構成成分をもたらし、コストおよび低い体積エネルギー密度に寄与する。図２は、電解質２４の部分２０を通ってどのようにＬｉイオン輸送経路２２が生じるかを示す。経路はねじまがり、電池の効率に影響を及ぼす。
米国特許出願第１３，７２７，９６０号に議論されるように、孔チャンネルを用いて迅速なリチウム輸送を可能にするミクロ構造を有するリチウム構造を形成できる。これは、安全性に配慮して、Ｌｉ−Ｓ電池および固体電解質の高いエネルギー密度に適用できる。図３は、こうした電池５０の実施形態を示す。
電池５０は、リチウムアノードであるアノード６０に隣接する集電体５６を有する。セパレータ５４は、アノード６０とカソード５８との間に配置される。カソードは、櫛型縞または縞材料からなる。材料７０の領域を見ると、第１の材料が第２の材料よりも厚い縞を有することがわかる。
ここで第１の材料は、図４において硫黄、グラファイト、および固体電解質６２を含有する。相対的に少量の固体電解質が第１の材料に添加され、バインダとして作用する。材料がリチウム孔チャンネルを形成するために、この材料は、リチウム硫黄、例えばリチウム硫黄またはリチウム超イオン性スルフィド（ＬＳＳ）である可能性が高い。
第２の材料は、図４の固体電解質６４からなる。一部の実施形態において、電解質はポリマーであり、他の場合にはガラス、セラミック、またはガラス／セラミック混合物である。ポリマー電解質は、薄膜系デバイスおよび可撓性電池設計に好適であると同時に、無機セラミック電解質は硬質電池設計に好適である。固体電解質は、不燃性であるため安全であり、硫黄のリチウムアノードへの移動を低減することによって電池の寿命も改善する。これにより、不溶性ポリスルフィド種の形成を防止する。
電解質は、いくつかの異なるタイプの材料からなってもよい。例えば、ガラス／セラミック材料は、Ｌｉ２Ｓ−Ｐ２Ｓ５ガラス；Ｌｉ２Ｓ−Ｐ２Ｓ５ガラス−セラミック；Ｌｉ２Ｓ−Ｐ２Ｓ５−Ｌｉ４ＳｉＯ４；Ｌｉ２Ｓ−ＳｉＳ２＋Ｌｉ２ＳｉＯ４；およびＬｉ２Ｓ−Ｇａ２Ｓ５−ＧｅＳ２からなってもよい。ポリマー電解質は、固体またはゲル電解質のいずれかからなってもよい。固体ポリマー電解質の例はポリ（エチレンオキシド）である。ゲルポリマー電解質材料の例としては、ポリ（フッ化ビニリデン）、室温イオン性液体、ポリ（メチルメタクリレート）、ポリ（アクリロニトリル）およびエチレングリコール系ポリマーが挙げられる。
これらの材料は、硬質または薄膜のいずれかで、固体電池構造を形成するために使用される。図５は、Ｌｉ−Ｓ電池を形成するためのプロセスの実施形態を示す。図５に示されるように、活物質、典型的には硫黄、炭素および固体電解質は、溶媒と共に混合され、８０にて押出可能なペーストまたは液体を形成する。相対的に少量の固体電解質が第１の材料に添加され、バインダとして作用する。同様に、固体電解質材料も、溶媒と共に混合されて、８２で押出可能となる。次いで２つの材料は、共押出ヘッドに供給され、８４にて材料の櫛型の交互縞に押出される。
次いで溶媒は、８６にて材料から除去される。次いで材料は、固体電池カソードを形成するために固化する。カソードが形成されたら、８８にてセパレータをカソードに隣接して配置する。次いでリチウムアノードは、９０にて電池を形成するためにアノードに隣接させて配置する。
得られた電池は、典型的なリチウムコバルトオキシド電池よりも良好なエネルギー密度を有し、液体電解質を用いる電池よりも安全である。固体電解質はまた、リチウムアノード電極への硫黄種の移動を低減する。イオン伝導度は、有機炭酸塩の液体電解質のイオン伝導度に匹敵する。
Claims (7)
- リチウムアノード；
前記アノードに隣接するセパレータ；および
前記アノードに対向し、前記セパレータに隣接するカソードを含む電池であって、前記カソードが、第１の材料および第２の材料の複数の櫛型縞を含み、前記第１の材料および前記第２の材料は、前記セパレータと接触するとともに、互いに接触し、前記第１の材料が、リチウム硫黄またはリチウム超イオン性スルフィドのうちの少なくとも１つ、および第１の固体ポリマー電解質からなるバインダを含み、前記第１の材料中の第１の固体ポリマー電解質の量は、前記第１の材料中の他の材料の量よりも少量であり、前記第２の材料が第２の固体電解質を含む、電池。 - 前記アノードおよび前記カソードに隣接し、前記セパレータに対向する集電体をさらに含む、請求項１に記載の電池。
- 前記第２の材料が、ガラスまたはセラミック電解質または有機電解質のいずれかの１つを含む、請求項１に記載の電池。
- 前記第２の材料が、ガラスおよび／またはセラミック電解質を含み、前記電解質が、Ｌｉ2Ｓ−Ｐ2Ｓ5ガラス；Ｌｉ2Ｓ−Ｐ2Ｓ5ガラス−セラミック；Ｌｉ2Ｓ−Ｐ2Ｓ5−Ｌｉ4ＳｉＯ4；Ｌｉ2Ｓ−ＳｉＳ2＋Ｌｉ2ＳｉＯ4；およびＬｉ2Ｓ−Ｇａ2Ｓ5−ＧｅＳ2からなる群の１つを含む、請求項１に記載の電池。
- 前記第２の材料がポリマーを含み、前記ポリマーが固体またはゲルポリマーのいずれか１つを含む、請求項１に記載の電池。
- 前記ポリマーがポリ（エチレンオキシド）を含む、請求項５に記載の電池。
- 前記ポリマーが、ポリ（フッ化ビニリデン）、室温イオン性液体、ポリ（メチルメタクリレート）、ポリ（アクリロニトリル）およびエチレングリコール系ポリマーからなる群のひとつを含む、請求項５に記載の電池。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US14/329,537 | 2014-07-11 | ||
| US14/329,537 US10256503B2 (en) | 2014-07-11 | 2014-07-11 | High performance all solid lithium sulfur battery with fast lithium ion conduction |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2016021392A JP2016021392A (ja) | 2016-02-04 |
| JP6691747B2 true JP6691747B2 (ja) | 2020-05-13 |
Family
ID=53540604
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2015130455A Active JP6691747B2 (ja) | 2014-07-11 | 2015-06-29 | 迅速なリチウムイオン伝導性を有する高性能全固体リチウム硫黄電池 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US10256503B2 (ja) |
| EP (1) | EP2966708B1 (ja) |
| JP (1) | JP6691747B2 (ja) |
| KR (1) | KR102238859B1 (ja) |
| TW (1) | TWI706586B (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US10707531B1 (en) | 2016-09-27 | 2020-07-07 | New Dominion Enterprises Inc. | All-inorganic solvents for electrolytes |
| US11909083B2 (en) | 2018-12-28 | 2024-02-20 | Xerox Corporation | Apparatus and method for forming a multilayer extrusion comprising component layers of an electrochemical cell |
| CN112635816A (zh) * | 2019-10-09 | 2021-04-09 | 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 | 一种复合型聚合物电解质材料及其制备方法 |
| CN115315832A (zh) | 2020-03-18 | 2022-11-08 | 皮尔西卡公司 | 用于固态锂离子电池的高能量密度锂金属基阳极 |
| US20220102751A1 (en) * | 2020-09-25 | 2022-03-31 | The Johns Hopkins University | Aerosol jet printed lithium battery |
Family Cites Families (18)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7097673B2 (en) * | 2001-06-07 | 2006-08-29 | 3M Innovative Properties Company | Coating edge control |
| JP4619000B2 (ja) * | 2001-07-27 | 2011-01-26 | マサチューセッツ インスティテュート オブ テクノロジー | 電池構造、自己組織化構造、及び関連方法 |
| US6878487B2 (en) * | 2001-09-05 | 2005-04-12 | Samsung Sdi, Co., Ltd. | Active material for battery and method of preparing same |
| EP1652246B1 (en) * | 2003-07-31 | 2016-10-12 | Nissan Motor Company Limited | Secondary cell electrode and fabrication method, and secondary cell, complex cell, and vehicle |
| US7765949B2 (en) | 2005-11-17 | 2010-08-03 | Palo Alto Research Center Incorporated | Extrusion/dispensing systems and methods |
| US7780812B2 (en) | 2006-11-01 | 2010-08-24 | Palo Alto Research Center Incorporated | Extrusion head with planarized edge surface |
| US7922471B2 (en) | 2006-11-01 | 2011-04-12 | Palo Alto Research Center Incorporated | Extruded structure with equilibrium shape |
| JP5240817B2 (ja) * | 2007-11-26 | 2013-07-17 | Ｎｅｃエナジーデバイス株式会社 | リチウムイオン二次電池 |
| JP5102056B2 (ja) * | 2008-01-31 | 2012-12-19 | 株式会社オハラ | 固体電池およびその電極の製造方法 |
| US9923231B2 (en) * | 2009-08-14 | 2018-03-20 | Seeo, Inc. | High energy lithium battery with separate anolyte and catholyte layers |
| US9589692B2 (en) * | 2010-12-17 | 2017-03-07 | Palo Alto Research Center Incorporated | Interdigitated electrode device |
| KR101265215B1 (ko) * | 2011-03-08 | 2013-05-24 | 삼성에스디아이 주식회사 | 리튬 이차 전지용 양극 활물질 및 이를 포함하는 리튬 이차 전지 |
| JP5661550B2 (ja) * | 2011-05-02 | 2015-01-28 | 日本碍子株式会社 | 二次電池ユニットおよび集合二次電池 |
| JP6004755B2 (ja) * | 2012-06-06 | 2016-10-12 | 出光興産株式会社 | 正極合材スラリー及び電極シート |
| CN103682414B (zh) * | 2012-08-30 | 2016-01-13 | 中国科学院大连化学物理研究所 | 锂硫液流电池和锂硫液流电池用正极电解液及其制备 |
| JP6108267B2 (ja) * | 2012-12-19 | 2017-04-05 | ナガセケムテックス株式会社 | 正極合材及び全固体型リチウム硫黄電池 |
| US9590232B2 (en) * | 2012-12-27 | 2017-03-07 | Palo Alto Research Center Incorporated | Three dimensional co-extruded battery electrodes |
| US9012090B2 (en) * | 2012-12-27 | 2015-04-21 | Palo Alto Research Center Incorporated | Advanced, high power and energy battery electrode manufactured by co-extrusion printing |
-
2014
- 2014-07-11 US US14/329,537 patent/US10256503B2/en active Active
-
2015
- 2015-06-22 TW TW104120054A patent/TWI706586B/zh active
- 2015-06-29 JP JP2015130455A patent/JP6691747B2/ja active Active
- 2015-06-29 KR KR1020150091948A patent/KR102238859B1/ko active IP Right Grant
- 2015-06-30 EP EP15174710.2A patent/EP2966708B1/en not_active Not-in-force
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP2966708A1 (en) | 2016-01-13 |
| KR20160007362A (ko) | 2016-01-20 |
| US20160013512A1 (en) | 2016-01-14 |
| US10256503B2 (en) | 2019-04-09 |
| JP2016021392A (ja) | 2016-02-04 |
| KR102238859B1 (ko) | 2021-04-12 |
| EP2966708B1 (en) | 2018-01-10 |
| TWI706586B (zh) | 2020-10-01 |
| TW201603350A (zh) | 2016-01-16 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR102194814B1 (ko) | 2차 전지의 형성 방법 | |
| JP6469725B2 (ja) | ガルバニ素子およびその製造方法 | |
| CN106165178B (zh) | 具有复合固体电解质的Li/金属电池 | |
| RU2686477C9 (ru) | Электрический аккумулятор | |
| JP6691747B2 (ja) | 迅速なリチウムイオン伝導性を有する高性能全固体リチウム硫黄電池 | |
| US20140205883A1 (en) | Reactive separator for a metal-ion battery | |
| KR102047300B1 (ko) | 복합 고체 전해질 및 이를 이용한 이차전지 | |
| KR101738769B1 (ko) | 애노드, 이를 포함하는 리튬 이차 전지, 상기 리튬 이차 전지를 포함하는 전지 모듈 및 애노드의 제조방법 | |
| JP2017517842A5 (ja) | ||
| KR101961516B1 (ko) | 리튬황 배터리용 전해질 조성물 | |
| US9935343B2 (en) | Method of cycling a lithium-sulphur cell | |
| US9748544B2 (en) | Separator for alkali metal ion battery | |
| TW201440282A (zh) | 以共擠壓印刷製造的先進且高電力及能量之電池電極 | |
| KR20120000708A (ko) | 전기화학소자용 음극, 그 제조방법 및 이를 구비한 전기화학소자 | |
| CN112448047B (zh) | 预锂化电极的方法 | |
| US20210175486A1 (en) | Methods of lithiating electroactive materials | |
| CN113087856A (zh) | 用于形成凝胶电解质的凝胶化试剂及其相关方法 | |
| KR20130043308A (ko) | 이차전지 | |
| KR20190052406A (ko) | 리튬-황 전지용 전해질 복합체, 이를 포함하는 전기화학소자 및 그 제조방법 | |
| CN112952184A (zh) | 使用电解质锂化金属阳极的方法 | |
| EP2831938A1 (en) | ENERGY STORAGE SYSTEMS HAVING AN ELECTRODE COMPRISING LixSy | |
| JP6664148B2 (ja) | リチウムイオン二次電池 | |
| CN111527627A (zh) | 制造负极的方法以及由此获得的负极 | |
| US11929460B2 (en) | Solid-state battery | |
| KR102663587B1 (ko) | 바이폴라 리튬 이차전지 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| RD03 | Notification of appointment of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7423 Effective date: 20150713 |
|
| RD04 | Notification of resignation of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424 Effective date: 20150714 |
|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20180627 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20190620 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20190619 |
|
| A601 | Written request for extension of time |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A601 Effective date: 20190917 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20191113 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20200312 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20200413 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 6691747 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |