JP7010360B2 - 固体電池 - Google Patents
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Description
1.固体電池
1-1.構成
1-2.正極層と負極層との対向関係
1-3.動作
1-4.製造方法
1-5.作用および効果
2.変形例
3.固体電池の用途
本技術の一実施形態の固体電池に関して説明する。
まず、固体電池の構成に関して説明する。
図1は、固体電池の平面構成を表している。図2は、図1に示したA-A線に沿った固体電池の断面構成を表していると共に、図3は、図1に示したB-B線に沿った固体電池の断面構成を表している。
積層体10は、正極端子20と負極端子30との間に配置されており、その正極端子20と負極端子30とが互いに対向する方向(X軸方向)と交差する方向(Z軸方向)に積層された複数の層を含んでいる。すなわち、積層体10は、例えば、正極層11と、負極層12と、固体電解質層13と、正極分離層14と、負極分離層15と、保護層16とを含んでいる。ここで、固体電解質層13は、本技術の一実施形態の「第1固体電解質層」である。
正極層11は、リチウムを吸蔵可能であると共にリチウムを放出可能である一方の電極である。この正極層11は、正極端子20に隣接されていると共に、負極端子30から離間されているため、その正極端子20に電気的に接続されていると共に、その負極端子30から電気的に分離されている。
負極層12は、リチウムを吸蔵可能であると共にリチウムを放出可能である他方の電極であり、正極層11に対向している。この負極層12は、正極端子20から離間されていると共に、負極端子30に隣接されているため、その正極端子20から電気的に分離されていると共に、その負極端子30に電気的に接続されている。
固体電解質層13は、正極層11と負極層12との間においてリチウムを移動させる媒介である。この固体電解質層13は、例えば、正極端子20に隣接されていると共に、負極端子30に隣接されている。
正極分離層14は、正極層11の周囲に配置されることにより、その正極層11を正極端子20に隣接させると共に負極端子30から離間させる。この正極分離層14は、例えば、単層でもよいし、多層でもよい。
負極分離層15は、負極層12の周囲に配置されることにより、その負極層12を正極端子20から離間させると共に負極端子30に隣接させる。この負極分離層15は、例えば、単層でもよいし、多層でもよい。
保護層16は、積層体10の主要部(正極層11、負極層12および固体電解質層13)を保護する。保護層16の構成は、例えば、固体電解質層13の構成と同様である。ただし、保護層16の構成(形成材料の種類など)は、例えば、固体電解質層13の構成と同じでもよいし、固体電解質層13の構成と異なってもよい。
正極端子20は、積層体10のうちの一方の側面に取り付けられている。これにより、正極端子20は、正極層11に隣接されているため、その正極層11に電気的に接続されている。
負極端子30は、正極端子20から離間されており、積層体10のうちの他方の側面に取り付けられている。これにより、負極端子30は、負極層12に隣接されているため、その負極層12に電気的に接続されている。
ここで、図2および図3を参照して、正極層11と負極層12との対向関係に関して説明する。
次に、図1~図3を参照して、固体電池の動作に関して説明する。
次に、固体電池の製造方法に関して説明する。
最初に、主固体電解質と、溶媒と、必要に応じて電解質結着剤などとを混合することにより、電解質スラリーを調製する。溶媒の種類は、特に限定されないが、例えば、酢酸ブチル、N-メチル-ピロリドンおよびトルエンなどの有機溶剤のうちのいずれか1種類または2種類以上である。
最初に、上記した手順により、電解質スラリーを調製したのち、図7に示したように、基体50の一面に固体電解質層13を形成する。
最初に、電解質スラリーの調製手順と同様の手順により、保護スラリーを調製する。続いて、図8に示したように、基体60の一面に保護スラリーを塗布することにより、保護層16を形成する。
例えば、導電性接着剤を用いて積層体10に正極端子20を接着させると共に、例えば、導電性接着剤を用いて積層体10に負極端子30を接着させる。これにより、正極端子20および負極端子30のそれぞれが形成されるため、固体電池が完成する。
本技術の固体電池によれば、正極分離固体電解質のガラス転移温度Tg2が主固体電解質の結晶化温度Tc1よりも低くなると共に、その正極分離固体電解質の結晶化温度Tc2が主固体電解質のガラス転移温度Tg1以上となるように設定されている。また、正極分離層14(分離部14A)のイオン伝導度が固体電解質層13のイオン伝導度よりも低くなるように設定されている。
本技術の固体電池の構成に関しては、適宜変更可能である。
次に、上記した固体電池の用途に関して説明する。
図1~図5に示した固体電池を作製したのち、その固体電池の電池特性を評価した。
まず、以下で説明する手順により、固体電池を作製した。
最初に、電解質スラリー、正極分離スラリー、正極活物質スラリーおよび正極集電スラリーを準備した。
最初に、電解質スラリー、負極分離スラリーおよび負極活物質スラリーを準備した。ただし、電解質スラリーの調製手順は、上記した通りであると共に、負極分離スラリーの調製手順は、正極分離スラリーの調製手順と同様にした。
最初に、電解質スラリーの調製手順と同様の手順により、保護スラリーを調製した。続いて、基体60(東レ株式会社製の離型フィルム)の一面に保護スラリーを塗布したのち、その保護スラリーを乾燥させることにより、保護層16を形成した。保護スラリーの乾燥条件は、電解質スラリーの乾燥条件と同様にした。
導電性接着剤(大研化学工業株式会社製の熱硬化型銀ペースト)を用いて積層体10の一側面に銀板を接着させることにより、正極端子20を形成したと共に、導電接着剤(大研化学工業株式会社製の熱硬化型銀ペースト)を用いて積層体10の他側面に銀板を接着せることにより、負極端子30を形成した。
次に、以下で説明する手順により、固体電池の電池特性を評価したところ、表1に示した結果が得られた。ここでは、電池特性として初回充放電特性を調べた。
Claims (6)
- 正極端子と、
前記正極端子から離間された負極端子と、
前記正極端子に隣接されると共に前記負極端子から離間されるように前記正極端子と前記負極端子との間に配置された正極層と、
前記正極端子から離間されると共に前記負極端子に隣接されるように前記正極端子と前記負極端子との間に配置され、前記正極層に対向する負極層と、
前記正極端子に隣接されると共に前記負極端子に隣接されるように前記正極層と前記負極層との間に配置され、第1固体電解質を含む第1固体電解質層と、
前記正極層と前記負極端子との間および前記負極層と前記正極端子との間のうちの少なくとも一方に配置され、前記第1固体電解質の結晶化温度よりも低いガラス転移温度を有すると共に前記第1固体電解質のガラス転移温度以上の結晶化温度を有する第2固体電解質を含むと共に、前記第1固体電解質層のイオン伝導度よりも低いイオン伝導度を有する第2固体電解質層と
を備え、
前記第2固体電解質層は、さらに、絶縁性材料を含む、
固体電池。 - 前記第2固体電解質層は、前記正極層と前記負極端子との間および前記負極層と前記正極端子との間のそれぞれに配置されている、
請求項1記載の固体電池。 - 前記第2固体電解質は、前記第1固体電解質のイオン伝導度よりも低いイオン伝導度を有する、
請求項1または請求項2に記載の固体電池。 - 絶縁性材料は、酸化アルミニウム(Al2 O3 )、窒化ホウ素(BN)、二酸化ケイ素(SiO2 )、窒化ケイ素(Si3 N4 )、酸化ジルコニウム(ZrO2 )、窒化アルミニウム(AlN)、炭化ケイ素(SiC)およびチタン酸バリウム(BaTiO3 )のうちの少なくとも1種を含む、
請求項1ないし請求項3のいずれか1項に記載の固体電池。 - 前記正極層は、
前記正極端子に隣接された正極集電層と、
前記正極端子から離間されると共に前記第1固体電解質層を介して前記負極層に対向するように前記正極集電層の上に配置された正極活物質層と
を含み、
前記正極端子に近い側における前記正極活物質層の端部は、前記正極端子に近い側における前記負極層の端部よりも、前記正極端子から遠い側に位置する、
請求項1ないし請求項4のいずれか1項に記載の固体電池。 - さらに、前記正極活物質層と前記正極端子との間に配置され、前記第1固体電解質の結晶化温度よりも低いガラス転移温度を有すると共に前記第1固体電解質のガラス転移温度以上の結晶化温度を有する第3固体電解質を含むと共に、前記第1固体電解質層のイオン伝導度よりも低いイオン伝導度を有する第3固体電解質層を備えた、
請求項5記載の固体電池。
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