JP7056647B2 - 全固体リチウムイオン二次電池及び実装体 - Google Patents
全固体リチウムイオン二次電池及び実装体 Download PDFInfo
- Publication number
- JP7056647B2 JP7056647B2 JP2019509873A JP2019509873A JP7056647B2 JP 7056647 B2 JP7056647 B2 JP 7056647B2 JP 2019509873 A JP2019509873 A JP 2019509873A JP 2019509873 A JP2019509873 A JP 2019509873A JP 7056647 B2 JP7056647 B2 JP 7056647B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- liquid
- repellent film
- solid
- secondary battery
- positive electrode
- 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
- HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N Lithium ion Chemical compound [Li+] HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims description 52
- 229910001416 lithium ion Inorganic materials 0.000 title claims description 52
- 239000005871 repellent Substances 0.000 claims description 121
- QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N Acetic acid Chemical compound CC(O)=O QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 78
- 239000007784 solid electrolyte Substances 0.000 claims description 37
- YCKRFDGAMUMZLT-UHFFFAOYSA-N Fluorine atom Chemical compound [F] YCKRFDGAMUMZLT-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 27
- 229910052731 fluorine Inorganic materials 0.000 claims description 27
- 239000011737 fluorine Substances 0.000 claims description 27
- 229910000679 solder Inorganic materials 0.000 claims description 22
- 238000004833 X-ray photoelectron spectroscopy Methods 0.000 claims description 17
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 claims description 14
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 13
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims description 12
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims description 12
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims description 12
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 claims description 8
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims description 8
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims description 5
- WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N Lithium Chemical compound [Li] WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 claims description 4
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 211
- 239000007774 positive electrode material Substances 0.000 description 46
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 42
- 239000007773 negative electrode material Substances 0.000 description 38
- 230000002940 repellent Effects 0.000 description 37
- 238000000034 method Methods 0.000 description 36
- 150000007524 organic acids Chemical class 0.000 description 33
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 20
- 235000005985 organic acids Nutrition 0.000 description 17
- 238000010304 firing Methods 0.000 description 16
- 238000007747 plating Methods 0.000 description 16
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 13
- 239000000463 material Substances 0.000 description 13
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 11
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 10
- 239000011149 active material Substances 0.000 description 9
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 9
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 9
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 8
- 238000000921 elemental analysis Methods 0.000 description 8
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 8
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 7
- 230000009545 invasion Effects 0.000 description 7
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 7
- BCCOBQSFUDVTJQ-UHFFFAOYSA-N octafluorocyclobutane Chemical compound FC1(F)C(F)(F)C(F)(F)C1(F)F BCCOBQSFUDVTJQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 235000019407 octafluorocyclobutane Nutrition 0.000 description 7
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 6
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 6
- 238000010030 laminating Methods 0.000 description 6
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 6
- 238000007598 dipping method Methods 0.000 description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 5
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 5
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 5
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 5
- 238000009832 plasma treatment Methods 0.000 description 5
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 5
- CRWSWMKELFKJMC-UHFFFAOYSA-N CC.F.F.F.F.F.F Chemical compound CC.F.F.F.F.F.F CRWSWMKELFKJMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- OFOBLEOULBTSOW-UHFFFAOYSA-N Malonic acid Chemical compound OC(=O)CC(O)=O OFOBLEOULBTSOW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910019142 PO4 Inorganic materials 0.000 description 4
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 4
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 4
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 4
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 4
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 4
- 238000007650 screen-printing Methods 0.000 description 4
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 4
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000012298 atmosphere Substances 0.000 description 3
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 3
- 239000011572 manganese Substances 0.000 description 3
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 3
- 230000008569 process Effects 0.000 description 3
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 3
- 229920002799 BoPET Polymers 0.000 description 2
- KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N Palladium Chemical compound [Pd] KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N Tin Chemical compound [Sn] ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- KLARSDUHONHPRF-UHFFFAOYSA-N [Li].[Mn] Chemical compound [Li].[Mn] KLARSDUHONHPRF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 2
- WNLRTRBMVRJNCN-UHFFFAOYSA-N adipic acid Chemical compound OC(=O)CCCCC(O)=O WNLRTRBMVRJNCN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 2
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 2
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 2
- 238000002788 crimping Methods 0.000 description 2
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 2
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 2
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 2
- 229920002313 fluoropolymer Polymers 0.000 description 2
- 239000004811 fluoropolymer Substances 0.000 description 2
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 2
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 2
- 229910052748 manganese Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 2
- 239000012466 permeate Substances 0.000 description 2
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 2
- -1 polyethylene terephthalate Polymers 0.000 description 2
- 229920000139 polyethylene terephthalate Polymers 0.000 description 2
- 239000005020 polyethylene terephthalate Substances 0.000 description 2
- 229920001343 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 description 2
- 239000004810 polytetrafluoroethylene Substances 0.000 description 2
- CXMXRPHRNRROMY-UHFFFAOYSA-N sebacic acid Chemical compound OC(=O)CCCCCCCCC(O)=O CXMXRPHRNRROMY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 2
- TYFQFVWCELRYAO-UHFFFAOYSA-N suberic acid Chemical compound OC(=O)CCCCCCC(O)=O TYFQFVWCELRYAO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052718 tin Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 2
- RTBFRGCFXZNCOE-UHFFFAOYSA-N 1-methylsulfonylpiperidin-4-one Chemical compound CS(=O)(=O)N1CCC(=O)CC1 RTBFRGCFXZNCOE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RNFJDJUURJAICM-UHFFFAOYSA-N 2,2,4,4,6,6-hexaphenoxy-1,3,5-triaza-2$l^{5},4$l^{5},6$l^{5}-triphosphacyclohexa-1,3,5-triene Chemical compound N=1P(OC=2C=CC=CC=2)(OC=2C=CC=CC=2)=NP(OC=2C=CC=CC=2)(OC=2C=CC=CC=2)=NP=1(OC=1C=CC=CC=1)OC1=CC=CC=C1 RNFJDJUURJAICM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 208000019901 Anxiety disease Diseases 0.000 description 1
- GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N Gallium Chemical compound [Ga] GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910018869 La0.5Li0.5TiO3 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910009178 Li1.3Al0.3Ti1.7(PO4)3 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910009511 Li1.5Al0.5Ge1.5(PO4)3 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910010500 Li2.9PO3.3N0.46 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910008906 Li2OV2O5—SiO2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910011274 Li3V Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910012851 LiCoO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910032387 LiCoO2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052493 LiFePO4 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910015645 LiMn Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910015643 LiMn 2 O 4 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910013716 LiNi Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910013290 LiNiO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910003005 LiNiO2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229920006361 Polyflon Polymers 0.000 description 1
- 229910006937 Si0.5P0.5 Inorganic materials 0.000 description 1
- BLRPTPMANUNPDV-UHFFFAOYSA-N Silane Chemical compound [SiH4] BLRPTPMANUNPDV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000006087 Silane Coupling Agent Substances 0.000 description 1
- KDYFGRWQOYBRFD-UHFFFAOYSA-N Succinic acid Natural products OC(=O)CCC(O)=O KDYFGRWQOYBRFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- YWJVFBOUPMWANA-UHFFFAOYSA-H [Li+].[V+5].[O-]P([O-])([O-])=O.[O-]P([O-])([O-])=O Chemical compound [Li+].[V+5].[O-]P([O-])([O-])=O.[O-]P([O-])([O-])=O YWJVFBOUPMWANA-UHFFFAOYSA-H 0.000 description 1
- 150000007513 acids Chemical class 0.000 description 1
- 239000013543 active substance Substances 0.000 description 1
- 239000001361 adipic acid Substances 0.000 description 1
- 235000011037 adipic acid Nutrition 0.000 description 1
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- JFCQEDHGNNZCLN-UHFFFAOYSA-N anhydrous glutaric acid Natural products OC(=O)CCCC(O)=O JFCQEDHGNNZCLN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000036506 anxiety Effects 0.000 description 1
- 125000004429 atom Chemical group 0.000 description 1
- 239000012752 auxiliary agent Substances 0.000 description 1
- KDYFGRWQOYBRFD-NUQCWPJISA-N butanedioic acid Chemical compound O[14C](=O)CC[14C](O)=O KDYFGRWQOYBRFD-NUQCWPJISA-N 0.000 description 1
- 150000001721 carbon Chemical group 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 1
- 238000010494 dissociation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000005593 dissociations Effects 0.000 description 1
- 238000007606 doctor blade method Methods 0.000 description 1
- RPUCEXCNSJXOMV-UHFFFAOYSA-N ethane hydrofluoride Chemical compound F.CC RPUCEXCNSJXOMV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 1
- 239000003063 flame retardant Substances 0.000 description 1
- 229910052733 gallium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 229910052738 indium Inorganic materials 0.000 description 1
- APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N indium atom Chemical compound [In] APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002608 ionic liquid Substances 0.000 description 1
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 1
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N iron Substances [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000001678 irradiating effect Effects 0.000 description 1
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 description 1
- 229910001386 lithium phosphate Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000921 lithium phosphorous sulfides (LPS) Inorganic materials 0.000 description 1
- DMEJJWCBIYKVSB-UHFFFAOYSA-N lithium vanadium Chemical compound [Li].[V] DMEJJWCBIYKVSB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 description 1
- VZCYOOQTPOCHFL-UPHRSURJSA-N maleic acid Chemical compound OC(=O)\C=C/C(O)=O VZCYOOQTPOCHFL-UPHRSURJSA-N 0.000 description 1
- 239000011976 maleic acid Substances 0.000 description 1
- 230000007257 malfunction Effects 0.000 description 1
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 1
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 1
- 239000002905 metal composite material Substances 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 229910052758 niobium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010955 niobium Substances 0.000 description 1
- 239000012299 nitrogen atmosphere Substances 0.000 description 1
- 239000010450 olivine Substances 0.000 description 1
- 229910052609 olivine Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052763 palladium Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000000149 penetrating effect Effects 0.000 description 1
- 239000010452 phosphate Substances 0.000 description 1
- 125000002467 phosphate group Chemical group [H]OP(=O)(O[H])O[*] 0.000 description 1
- 150000003016 phosphoric acids Chemical class 0.000 description 1
- 239000005518 polymer electrolyte Substances 0.000 description 1
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 1
- 238000005488 sandblasting Methods 0.000 description 1
- 229910000077 silane Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002356 single layer Substances 0.000 description 1
- 238000005245 sintering Methods 0.000 description 1
- 239000006104 solid solution Substances 0.000 description 1
- 229910052596 spinel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011029 spinel Substances 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- 239000011135 tin Substances 0.000 description 1
- VZCYOOQTPOCHFL-UHFFFAOYSA-N trans-butenedioic acid Natural products OC(=O)C=CC(O)=O VZCYOOQTPOCHFL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052723 transition metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000314 transition metal oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000003624 transition metals Chemical class 0.000 description 1
- 229910052726 zirconium Inorganic materials 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
- H01M10/052—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
- H01M10/0561—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
- H01M10/058—Construction or manufacture
- H01M10/0585—Construction or manufacture of accumulators having only flat construction elements, i.e. flat positive electrodes, flat negative electrodes and flat separators
-
- 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
- H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
- H01M10/44—Methods for charging or discharging
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
- H01M50/10—Primary casings; Jackets or wrappings
- H01M50/183—Sealing members
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
- H01M50/20—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders
- H01M50/256—Carrying devices, e.g. belts
-
- 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
- H01M2004/026—Electrodes composed of, or comprising, active material characterised by the polarity
- H01M2004/027—Negative electrodes
-
- 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
- H01M2004/026—Electrodes composed of, or comprising, active material characterised by the polarity
- H01M2004/028—Positive electrodes
-
- 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)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Secondary Cells (AREA)
- Sealing Battery Cases Or Jackets (AREA)
- Battery Mounting, Suspending (AREA)
- Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
Description
本願は、2017年3月28日に、日本に出願された特願2017-063163号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
その結果、製造時のリフロー工程で用いられているハンダが含有する有機酸が、固体活物質を侵食し、全固体リチウムイオン二次電池の故障の原因となっていることを見出した。
上記課題を解決するために、本発明は、以下の手段を提供する。
(2)上記態様にかかる全固体リチウムイオン二次電池において、前記撥液膜における炭素元素に対するフッ素元素の存在比率が0.6倍以上2.5倍以下であってもよい。
(8)前記正極層と、前記負極層と、前記正極層と前記負極層とに挟まれた前記固体電解質とが、相対密度80%以上であってもよい。
また以下の説明において、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、数や位置やサイズや量や種類や部材や寸法や組み合わせ等について、省略、追加、変更、置換、交換などが可能である。
図1は、第1実施形態にかかる実装体の概略断面模式図である。図1に示すように、実装体100は、全固体リチウムイオン二次電池10と、外部端子20と、ハンダ30と、基板40とを有する。
全固体リチウムイオン二次電池は、積層体4と、撥液膜5とを備える。
図1に示すように、積層体4は、1層以上の第1電極層1と、1層以上の第2電極層2と、上下に隣り合う第1電極層1と第2電極層2とに挟まれた固体電解質3とを有する。
第1電極層1は、それぞれが一端側(図では左側)に配設された、外部端子20に接続されている。第2電極層2は、それぞれが他端側(図では右側)に配設された、別の外部端子20に接続されている。すなわち、本例では、第1電極層1と第2電極層2は、互いに異なる2つの外部端子20に接続し、互いに直接接触することなく固体電解質3内に埋め込まれている。
以下、理解を容易にするために、第1電極層1を正極層1とし、第2電極層2を負極層2とする。
正極層1は、正極集電体層1Aと、正極活物質を含む正極活物質層1Bとを有する。負極層2は、負極集電体層2Aと、負極活物質を含む負極活物質層2Bとを有する。
固体電解質3は、任意に選択できるが、リン酸塩系固体電解質であることが好ましい。固体電解質3としては、電子の伝導性が小さく、リチウムイオンの伝導性が高い材料を用いることが好ましい。 具体的には例えば、La0.5Li0.5TiO3などのペロブスカイト型化合物や、Li14Zn(GeO4)4などのリシコン型化合物、Li7La 3Zr2O12などのガーネット型化合物、Li1.3Al0.3Ti1.7(PO4) 3やLi1.5Al0.5Ge1.5(PO4)3などのナシコン型化合物、Li3.2 5Ge0.25P0.75S4やLi3PS4などのチオリシコン型化合物、Li2S-P2S5やLi2O-V2O5-SiO2などのガラス化合物、Li3PO4やLi3. 5Si0.5P0.5O4やLi2.9PO3.3N0.46などのリン酸化合物、よりなる群から選択される少なくとも1種であることが望ましい。
撥液膜5は、積層体4に接して設けられている。撥液膜5は、積層体4に直接接することが好ましい。撥液膜5は、積層体4の表面のうち、外部端子20に覆われない領域全てを覆うように、設けられている。より具体的には、積層体4の表面のうち、正極層1及び負極層2と外部端子20とが導通するために電気的に接続される部分以外の、全ての部分を被覆する。このような被覆構造となるのは、積層体4の表面に撥液膜5を形成した後に、外部端子20を形成するためである。撥液膜5の形成方法の詳細は後述する。
また撥液膜5を外表面側からX線光電子分光法(ESCA)により測定した際に検出される酸素元素の存在比率は任意に選択でき、例えば13%以下であることができる。酸素元素の存在比率は、10%以下であることが好ましい。酸素元素の存在比率は、8%以下であったり、5%以下であったり、3%以下であったりしても良い。0%であっても良い。後述するように測定される酸素の量は、膜の厚さの確認にも使用できる。
外部端子20は、基板40の電極41とそれぞれ電気的に接続される。外部端子20は、図1に示すように、積層体4の側面(正極層1および負極層2の端面の露出面)に接して形成される。
基板40は、電極41と支持体42とを有する。基板40は、いわゆる実装基板である。電極41は、導電性を有するものであればよい。支持体42は、実装した全固体リチウムイオン二次電池10を動作させるための素子等が形成されていてもよい。
(積層体の形成)
積層体4を形成する方法としては、任意の方法を選択でき、例えば、同時焼成法を用いてもよいし、逐次焼成法を用いてもよい。
まず、積層体4を構成する正極集電体層1A、正極活物質層1B、固体電解質3、負極活物質層2B、及び負極集電体層2Aの各材料をペースト化する。
前記方法により、正極集電体層1A用のペースト、正極活物質層1B用のペースト、固体電解質3用のペースト、負極活物質層2B用のペースト、及び負極集電体層2A用のペーストを作製する。
まず、PETフィルムなどの基材上に、固体電解質3用ペーストをドクターブレード法により塗布し、乾燥して、シート状の固体電解質層3を形成する。次に、固体電解質3上に、スクリーン印刷により正極活物質層1B用ペーストを印刷して乾燥し、正極活物質層1Bを形成する。次いで、正極活物質層1B上に、スクリーン印刷により正極集電体層1A用ペーストを印刷して乾燥し、正極集電体層1Aを形成する。さらに、正極集電体層1A上に、スクリーン印刷により正極活物質層1B用ペーストを印刷して乾燥し、正極活物質層1Bを形成する。
同様の手順にて、負極活物質層ユニットを作製する。負極活物質層ユニットは、固体電解質層3/負極活物質層2B/負極集電体層2A/負極活物質層2Bがこの順に積層された積層シートである。
次に、圧着した積層シートを、一括して同時焼成し、焼結体からなる積層体4とする。積層シートの焼成条件は任意に選択できるが、例えば、窒素雰囲気下で600℃~1000℃に加熱することにより行う。焼成時間は、例えば、0.1~3時間とする。
以上の工程により、積層体4が得られる。
次に、得られた積層体4を被覆するように、撥液膜5を形成する。撥液膜5は、プラズマガスを利用したドライコーティングにより形成されることができる。まず炭化フッ素化合物のガス雰囲気中に設置された二つの電極間に、積層体4を載置する。そして、二つの電極間に電圧を印加すると、電子やイオンが気体分子と衝突してプラズマ化し、ラジカルを形成する。ラジカルは、化学的に不安定なため、積層体4の表面で反応し、撥液膜5が形成される。積層体の載置方法、搭載位置、及び/又は、積層体を支える位置は、任意に選択できる。
撥液膜が形成される表面の場所を必要に応じて任意に設定しても良い。例えば、予め所定の位置に撥液膜を形成しても良いし、あるいは、撥液膜を形成してから不要な個所を削除しても良い。
次に、撥液膜5が形成された積層体4に外部端子20を形成する。外部端子20が形成された後は、積層体4の表面は外部に露出してない。外部端子20の形成方法は任意に選択できる。例えば、外部端子20は、スパッタリング法を用いて好ましく形成できる。スパッタリング法では、イオンの衝突により発生したターゲットの粒子を、撥液膜5が形成された積層体4の表面に衝突させる。衝突するターゲット粒子は、運動量をもって衝突するため、撥液膜5の一部を貫通し、積層体4の表面まで至る。撥液膜5の一部を貫通することで、積層体4の正極層1又は負極層2と外部端子20とが電気的に接続される。ターゲットには、外部端子20を構成する材料を用いることができる。外部端子20を所望の位置に設ける方法は任意に選択してよい。
次に、外部端子20と電極41とを接続し、実装体100を作製する。まず、電極41が形成された基板40を準備する。そして、電極41上にハンダ30をペースト印刷する。そしてペースト印刷されたハンダ30と外部端子20とが接触するように、全固体リチウムイオン二次電池10を基板40上にマウントする。
上述したように、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。
固体電解質層3/正極活物質層1B/正極集電体層1A/正極活物質層1B/固体電解質層3/負極活物質層2B/負極集電体層2A/負極活物質層2B/固体電解質層3がこの順で積層されている積層体4を、同時焼成法により作製した。各層の構成は以下とした。
正極集電体層1A及び負極集電体層2A:Cu+Li3V2(PO4)3
正極活物質層1B及び負極活物質層2B:Li3V2(PO4)3
固体電解質3:Li1.3Al0.3Ti1.7(PO4)3
同時焼成時の温度は800℃とし、焼成時間は、1時間とした。
実施例2では、プラズマ処理時の時間を6分間にした点のみが実施例1と異なる。その他の条件は、実施例1と同じとし、接触角、元素分析、表面観察、故障率を測定した。
実施例3では、ガス体積比(パーフルオロシクロブタン:六フッ化エタン=7:3)が実施例1と異なる。その他の条件は、実施例1と同じとし、接触角、元素分析、表面観察、故障率を測定した。
実施例4では、プラズマ処理時の時間を6分間にした点のみが実施例3と異なる。その他の条件は、実施例3と同じとし、接触角、元素分析、表面観察、故障率を測定した。
実施例5では、プラズマ処理時の時間を1分間にした点のみが実施例1と異なる。その他の条件は、実施例1と同じとし、接触角、元素分析、表面観察、故障率を測定した。
実施例6では、プラズマ処理時の時間を1分間とし、ガス体積比(パーフルオロシクロブタン:六フッ化エタン=7:3)とした点が実施例1と異なる。その他の条件は、実施例1と同じとし、接触角、元素分析、表面観察、故障率を測定した。
実施例7では、プラズマ処理時のガスをフッ化エタン100%とした点が実施例1と異なる。その他の条件は、実施例1と同じとし、接触角、元素分析、表面観察、故障率を測定した。
比較例1では撥液膜を形成しなかった。その他の条件は、実施例1と同じとし、接触角、元素分析、表面観察を行った。図5に、比較例1に係る積層体上に酢酸を滴下した後の表面の観察結果を示す。
比較例2では浸漬法によりアルキルアルコキキシランを撥液膜として塗布した。その他の条件は、実施例1と同じとし、接触角、元素分析、表面観察を行った。
固体電解質が有機酸に侵食されて故障することを抑制できる全固体リチウムイオン二次電池及び実装体を提供する。
1A 正極集電体層
1B 正極活物質層
2 負極層
2A 負極集電体層
2B 負極活物質層
3 固体電解質
4 積層体
5 撥液膜
10 全固体リチウムイオン二次電池
20 外部端子
21 金属層
22 第1メッキ層
23 第2メッキ層
30 ハンダ
40 基板
41 電極
42 支持体
100 実装体
Claims (8)
- 正極層と、負極層と、前記正極層と前記負極層とに挟まれた固体電解質とを有する積層体と、
前記積層体に接して設けられた撥液膜と、を備え、
前記撥液膜は、フッ素元素及び炭素元素を含み、酢酸水溶液を滴下した際の接触角が30°以上であり、
前記撥液膜における水素元素と珪素元素の存在比率がそれぞれ1mol%以下である、全固体リチウムイオン二次電池。 - 前記撥液膜における炭素元素に対するフッ素元素の存在比率が0.6倍以上2.5倍以下である請求項1に記載の全固体リチウムイオン二次電池。
- 前記撥液膜を外表面側からX線光電子分光法により測定した際に検出されるフッ素元素の存在比率が35%以上である、請求項1又は2に記載の全固体リチウムイオン二次電池。
- 前記撥液膜を外表面側からX線光電子分光法により測定した際に検出される酸素元素の存在比率が10%以下である、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。
- 前記撥液膜の厚みが、1μm以下である請求項1~4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。
- 前記撥液膜の耐熱性が、200℃以上である請求項1~5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。
- 前記正極層と、前記負極層と、前記正極層と前記負極層とに挟まれた前記固体電解質とが、相対密度80%以上である請求項1~6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。
- 請求項1~7のいずれか一項にかかる全固体リチウムイオン二次電池と、
前記全固体リチウムイオン二次電池の正極層及び負極層にそれぞれ接続された外部端子と、
前記外部端子及び前記全固体リチウムイオン二次電池とハンダを介して接合された基板と、を備える実装体。
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2017063163 | 2017-03-28 | ||
JP2017063163 | 2017-03-28 | ||
PCT/JP2018/012393 WO2018181288A1 (ja) | 2017-03-28 | 2018-03-27 | 全固体リチウムイオン二次電池及び実装体 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPWO2018181288A1 JPWO2018181288A1 (ja) | 2020-02-06 |
JP7056647B2 true JP7056647B2 (ja) | 2022-04-19 |
Family
ID=63676128
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2019509873A Active JP7056647B2 (ja) | 2017-03-28 | 2018-03-27 | 全固体リチウムイオン二次電池及び実装体 |
Country Status (5)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US11588173B2 (ja) |
JP (1) | JP7056647B2 (ja) |
CN (1) | CN110521050B (ja) |
DE (1) | DE112018001802T5 (ja) |
WO (1) | WO2018181288A1 (ja) |
Families Citing this family (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN113348529A (zh) * | 2019-03-25 | 2021-09-03 | 松下知识产权经营株式会社 | 蓄电装置 |
JP7259980B2 (ja) * | 2019-10-11 | 2023-04-18 | 株式会社村田製作所 | 固体電池 |
WO2021162042A1 (ja) * | 2020-02-13 | 2021-08-19 | 株式会社村田製作所 | 固体電池 |
JPWO2022004547A1 (ja) * | 2020-07-01 | 2022-01-06 | ||
WO2022130966A1 (ja) * | 2020-12-15 | 2022-06-23 | 株式会社村田製作所 | 電池モジュール、電池モジュールの製造方法、電子機器および電動車両 |
Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2012009255A (ja) | 2010-06-24 | 2012-01-12 | Toyota Motor Corp | 硫化物系固体電解質電池 |
JP2014102911A (ja) | 2012-11-16 | 2014-06-05 | Toyota Motor Corp | 全固体電池用電極材及びその製造方法並びにそれを使用した全固体電池 |
JP2015079702A (ja) | 2013-10-18 | 2015-04-23 | 日本特殊陶業株式会社 | リチウムイオン伝導性セラミックス材料およびその製造方法、リチウムイオン電池 |
JP2015164116A (ja) | 2014-02-03 | 2015-09-10 | Jsr株式会社 | 蓄電デバイス |
JP2015220106A (ja) | 2014-05-19 | 2015-12-07 | Tdk株式会社 | 全固体リチウムイオン二次電池 |
JP2015220102A (ja) | 2014-05-19 | 2015-12-07 | Tdk株式会社 | 電池実装基板 |
JP2015220107A (ja) | 2014-05-19 | 2015-12-07 | Tdk株式会社 | 全固体リチウムイオン二次電池 |
JP2017126402A (ja) | 2016-01-12 | 2017-07-20 | 日立アプライアンス株式会社 | 誘導加熱調理器 |
Family Cites Families (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2000311710A (ja) * | 1999-04-27 | 2000-11-07 | Kyocera Corp | 固体電解質電池およびその製造方法 |
JP5217195B2 (ja) * | 2007-03-14 | 2013-06-19 | ジオマテック株式会社 | 薄膜固体リチウムイオン二次電池及びこれを備えた複合型機器 |
KR20170003728A (ko) * | 2009-04-13 | 2017-01-09 | 어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드 | 메탈라이즈드 탄소 나노튜브 및 나노섬유를 함유한 복합 재료 |
JP4762353B1 (ja) * | 2010-03-31 | 2011-08-31 | ナミックス株式会社 | リチウムイオン二次電池及びその製造方法 |
JP5768471B2 (ja) | 2010-05-19 | 2015-08-26 | 株式会社村田製作所 | セラミック電子部品の製造方法 |
US20140248524A1 (en) * | 2013-03-01 | 2014-09-04 | Honeywell International Inc. | Batteries and methods of manufacturing batteries |
CN110048136B (zh) * | 2013-09-06 | 2022-03-18 | 株式会社M光能源开发研究所 | 装备疏液性多孔膜的电化学反应器 |
JP2017063163A (ja) | 2015-09-25 | 2017-03-30 | 京セラ株式会社 | 指紋センサー用配線基板 |
-
2018
- 2018-03-27 JP JP2019509873A patent/JP7056647B2/ja active Active
- 2018-03-27 WO PCT/JP2018/012393 patent/WO2018181288A1/ja active Application Filing
- 2018-03-27 CN CN201880021602.1A patent/CN110521050B/zh active Active
- 2018-03-27 DE DE112018001802.4T patent/DE112018001802T5/de active Pending
- 2018-03-27 US US16/498,136 patent/US11588173B2/en active Active
Patent Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2012009255A (ja) | 2010-06-24 | 2012-01-12 | Toyota Motor Corp | 硫化物系固体電解質電池 |
JP2014102911A (ja) | 2012-11-16 | 2014-06-05 | Toyota Motor Corp | 全固体電池用電極材及びその製造方法並びにそれを使用した全固体電池 |
JP2015079702A (ja) | 2013-10-18 | 2015-04-23 | 日本特殊陶業株式会社 | リチウムイオン伝導性セラミックス材料およびその製造方法、リチウムイオン電池 |
JP2015164116A (ja) | 2014-02-03 | 2015-09-10 | Jsr株式会社 | 蓄電デバイス |
JP2015220106A (ja) | 2014-05-19 | 2015-12-07 | Tdk株式会社 | 全固体リチウムイオン二次電池 |
JP2015220102A (ja) | 2014-05-19 | 2015-12-07 | Tdk株式会社 | 電池実装基板 |
JP2015220107A (ja) | 2014-05-19 | 2015-12-07 | Tdk株式会社 | 全固体リチウムイオン二次電池 |
JP2017126402A (ja) | 2016-01-12 | 2017-07-20 | 日立アプライアンス株式会社 | 誘導加熱調理器 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPWO2018181288A1 (ja) | 2020-02-06 |
US20200106125A1 (en) | 2020-04-02 |
CN110521050A (zh) | 2019-11-29 |
CN110521050B (zh) | 2023-07-28 |
DE112018001802T5 (de) | 2019-12-12 |
WO2018181288A1 (ja) | 2018-10-04 |
US11588173B2 (en) | 2023-02-21 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP7056647B2 (ja) | 全固体リチウムイオン二次電池及び実装体 | |
JP6660736B2 (ja) | モノリシック全固体状態電池の製造プロセス | |
JP2022183361A (ja) | 固体電池の界面層及びその製造方法 | |
JP6644549B2 (ja) | 積層構造の全固体電池の製造方法 | |
US20210104777A1 (en) | Solid electrolyte for electrochemical devices | |
JP6596194B2 (ja) | 固体イオンキャパシタ | |
JP6927289B2 (ja) | 全固体二次電池 | |
JP2016507865A5 (ja) | ||
JP7028169B2 (ja) | 電気化学素子及び全固体リチウムイオン二次電池 | |
JP6992803B2 (ja) | 全固体リチウムイオン二次電池 | |
US20210351435A1 (en) | Power storage device | |
WO2021090774A1 (ja) | 全固体電池 | |
US20180083303A1 (en) | Binder and slurry compositions and solid state batteries made therewith | |
JP6992802B2 (ja) | 全固体リチウムイオン二次電池 | |
WO2020179934A1 (ja) | 全固体電池 | |
CN110521048B (zh) | 固体电解质及全固体二次电池 | |
US20210167418A1 (en) | All solid battery | |
JP7327380B2 (ja) | 活物質及び全固体二次電池 | |
JP7424308B2 (ja) | 全固体電池 | |
CN113054150B (zh) | 全固体电池 | |
JP2021108255A (ja) | 全固体電池およびその製造方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20201228 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20210914 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20211112 |
|
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: 20220308 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20220321 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 7056647 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |