JP7060612B2 - 多層構造の複合電解質及びこれを利用した二次電池 - Google Patents

多層構造の複合電解質及びこれを利用した二次電池 Download PDF

Info

Publication number
JP7060612B2
JP7060612B2 JP2019553474A JP2019553474A JP7060612B2 JP 7060612 B2 JP7060612 B2 JP 7060612B2 JP 2019553474 A JP2019553474 A JP 2019553474A JP 2019553474 A JP2019553474 A JP 2019553474A JP 7060612 B2 JP7060612 B2 JP 7060612B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
composite electrolyte
electrolyte layer
ceramic
secondary battery
ceramic substance
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
Application number
JP2019553474A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2020512673A (ja
Inventor
キム,ジェグワン
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Seven King Energy Co Ltd
Original Assignee
Seven King Energy Co Ltd
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Seven King Energy Co Ltd filed Critical Seven King Energy Co Ltd
Publication of JP2020512673A publication Critical patent/JP2020512673A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP7060612B2 publication Critical patent/JP7060612B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/056Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/056Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes
    • H01M10/0564Accumulators 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
    • H01M10/0565Polymeric materials, e.g. gel-type or solid-type
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052Li-accumulators
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052Li-accumulators
    • H01M10/0525Rocking-chair batteries, i.e. batteries with lithium insertion or intercalation in both electrodes; Lithium-ion batteries
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/054Accumulators with insertion or intercalation of metals other than lithium, e.g. with magnesium or aluminium
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/40Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
    • H01M50/409Separators, membranes or diaphragms characterised by the material
    • H01M50/446Composite material consisting of a mixture of organic and inorganic materials
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/40Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
    • H01M50/46Separators, membranes or diaphragms characterised by their combination with electrodes
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/056Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes
    • H01M10/0561Accumulators 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
    • H01M10/0562Solid materials
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2300/00Electrolytes
    • H01M2300/0017Non-aqueous electrolytes
    • H01M2300/0025Organic electrolyte
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2300/00Electrolytes
    • H01M2300/0017Non-aqueous electrolytes
    • H01M2300/0025Organic electrolyte
    • H01M2300/0045Room temperature molten salts comprising at least one organic ion
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2300/00Electrolytes
    • H01M2300/0017Non-aqueous electrolytes
    • H01M2300/0065Solid electrolytes
    • H01M2300/0068Solid electrolytes inorganic
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2300/00Electrolytes
    • H01M2300/0017Non-aqueous electrolytes
    • H01M2300/0065Solid electrolytes
    • H01M2300/0082Organic polymers
    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
  • Conductive Materials (AREA)

Description

本発明は、二次電池用多層構造複合電解質及びこれを利用した二次電池に関するものである。本発明の多層構造複合電解質は、高分子とセラミック物質の混合物に少量の液体電解質を含ませた複合電解質を二つの層以上積層して作ったものである。本発明の多層構造複合電解質は、固体電解質のような安全性を有しながらも液体電解質と同一であるか、またはさらに優秀な電気化学的特性を有する。本発明の多層構造複合電解質は勝手に折ることができるからウェアラブル装置にも使用することができる。
携帯電話、ノートブック、カムコーダーなどのポータブル機器だけではなく電気自動車に至るまで充放電が可能な二次電池の適用分野がますます拡がっている。一般に、二次電池は正極部、負極部、この間に位置する電解質と高分子の分離膜でなされている。
現在一番多く使われている二次電池は、リチウムイオン二次電池である。リチウムイオン二次電池は液体状態の電解質、特に非水系有機溶媒に塩をを溶解したイオン伝導性有機液体電解質を使っている。しかし、液体状態の電解質は本質的に熱と衝撃に弱く、可燃性が高い。それで、リチウムイオン二次電池は、外部から衝撃が加えられて破損されるか、または二次電池の温度が上がれば爆発するか、または燃消してしまう問題点がある。
このような問題を解決するために液体電解質をセラミック固体電解質、高分子電解質のような固体電解質で取り替えようとする努力があった。しかし、このような固体電解質は安全性は高いが常温でイオン伝導度が低く、電極との界面抵抗が大きくて二次電池の電気化学的特性を低下させる他の問題がある。
固体電解質が有するこのような問題を解決するためにセラミック物質と高分子を混合した後、そこに少量の液体電解質を含ませて固体上の複合電解質を製造しようとする試みがある。このように製造された複合電解質は熱的安全性も増加させるが界面抵抗を減少させ、リチウムイオン活性化されたセラミックを含んでいてリチウムイオンの移動を向上させることで電気化学的特性を増加させる。
しかし、二次電池の正極部と負極部は生じる電気化学反応が異なって要求される電気化学的特性が異なるため正極部と負極部に同時に最適な高分子やセラミックを捜すことは難しい。
本発明は、既存の複合電解質が有する問題点を解決するために正極部には正極部に好適な高分子とセラミックを使った複合電解質層を使い、負極部には負極部に好適な高分子とセラミックを使った複合電解質層を使った多層構造の複合電解質及びこれを利用した二次電池を提供する。具体的には、正極部と負極部に好適な高分子とセラミックの組合を具体的に開示することで複合電解質の性能をさらに向上させようとするものである。
本発明による多層構造を有する二次電池用複合電解質は、二次電池用複合電解質として、正極部を向かって位置する第1複合電解質層と負極部に向けて位置する第2複合電解質層を含み、前記第1複合電解質層及び前記第2複合電解質層それぞれはお互いに相異な高分子基材及びセラミック物質を含むことを特徴とする。前記第1複合電解質層及び前記第2複合電解質層は液体電解質を追加で含む。
本発明による多層構造を有する二次電池用複合電解質は、前記第1複合電解質層と前記第2複合電解質層との間に位置する単層または多層の追加の電解質層を含むこともできる。前記追加の電解質層は高分子基材及びセラミック物質を含むことを特徴とする。前記追加の電解質層は液体電解質を含むことができる。
本発明による前記第1複合電解質層は前記第2複合電解質層より相対的に前記正極部での安全性、反応性などが優秀であり、前記第2複合電解質層は前記第1複合電解質層より相対的に前記負極部での安全性、反応性などが優秀なことを特徴とする。本発明による前記第1複合電解質層及び前記第2複合電解質層それぞれは相異なセラミック物質及び/または相異な高分子を含むことを特徴とする。
既存には液体電解質を使用する二次電池の安全性問題を解決するために固体上電解質または複合電解質を適用しようとする試みがあって来た。固体上電解質は高分子またはセラミックだけで製造されたが、高分子電解質は常温でイオン伝導度が低くセラミック固体電解質は電極との界面抵抗が大きい。複合電解質はセラミックと高分子で製造するか、またはセラミックと高分子に液体電解質を添加して製造したが、単層だけで製造したため二次電池の正極と負極の特性を同時に満足させることができない。
これと異なり、本発明による多層構造を有する二次電池用複合電解質はイオン伝導度が高く、電極との界面抵抗を減少させるだけでなく、正極部と負極部で要求されるそれぞれの特性を同時に満足させることができる効果を有する。
本発明による多層構造を有する複合電解質を使った二次電池は、熱的安全性が優秀で、容量優秀であり、虫-放電サイクルが進行されるによって容量が大きい減少なしに維持される長所がある。
本発明による多層構造を有する複合電解質を使った二次電池は二次電池自体が自由自在で撓うという長所がある。それで、ウェアラブル製品などにも自由に適用することができる。
複合固体電解質でリチウムまたはナトリウムイオンが移動する三つの経路を示した図面である。 セラミック物質でLTAP(LTAPOで略称される場合もある)を、高分子でPVdFを、液体電解質でEC/DMC(エチルカーボネート/ジメチルカーボネート、1:1vol)のうち1MLiPF6を使い、第1複合電解質層を製造し、セラミック物質でLLZOを、高分子でPVdFを、液体電解質でEC/DMC(エチルカーボネート/ジメチルカーボネート、1:1vol)のうち1MLiPF6を使い、第2複合電解質層を製造した後、第1複合電解質層(上部層)と第2複合電解質層(下部層)を積層して作った多層複合電解質の模式図である。 図2の多層複合電解質層の第1複合電解質層の表面SEM写真である。 図2の多層複合電解質層の第2複合電解質層の表面SEM写真である。 図2の多層複合電解質の切断面SEM写真である。 図2の多層複合電解質の切断面SEM-EDS原子分析写真である。 実施例2の二次電池のサイクルナンバーによる放電容量を示したグラフである。 比較例1の二次電池のサイクルナンバーによる放電容量を示したグラフである。 50サイクル後実施例2の二次電池の第1複合電解質層の状態を示した写真である。 50サイクル後実施例2の二次電池の第2複合電解質層の状態を示した写真である。 50サイクル後比較例1の二次電池の単層複合電解質層の状態を示した写真である。 実施例3、比較例2、比較例3の電解質らの常温でのイオン伝導度を示したグラフである。 実施例3、比較例2の電解質らの界面抵抗を示したグラフである。
本発明の複合電解質層はセラミック物質、高分子、液体電解質を含むことができる。セラミック物質と高分子を100重量%にした時、セラミック物質は99重量%乃至40重量%であることがあって、高分子は1重量%乃至60重量%であることがある。セラミック物質は80重量%乃至70重量%であることが望ましく、高分子は20重量%乃至30重量%であることが望ましい。液体電解質はセラミック物質と高分子複合体100重量部に対して5重量部乃至40重量部であることができる。液体電解質はセラミック物質と高分子複合体100重量部に対して10重量部乃至20重量部であることが望ましい。
前記セラミック物質は硫化物、酸化物、リン酸塩、またはこれらの混合物であることができる。硫化物セラミックはLiS-P、Li11、Li3.25Ge0.250.75(LGPS)、LiS-Si、LiS-Ga-GeS、LiS-Sb-GeSのように結晶構造に硫黄元素を含んでいるセラミックである。酸化物セラミックは、Al、β- Al、TiO、BaTiO、SiO、(La、Li)TiO(LLTO)、LiLaTa12、LiSiOLiBO2.50.5、LiSiAlOのように結晶構造に酸素原子を含んでいるセラミックである。リン酸セラミックはLAGP(Li1+xAlGe2-x(PO)(O<x<2)、LTAP(Li1+xTi2-xAl(PO)(0<x<2)、Li1+xTi2-xAlSi(PO3-y(0<x<2、0<y<3)のように結晶構造にリン元素を含んでいるセラミックである。
前記高分子はポリフッ化ビニリデン(Polyvinylidene fluoride、PVdF)系と共重合体、ポリ[(フッ化ビニリデン-コ-トリフルオロエチレン]系と共重合体、ポリエチレングリコール(PEO)系と共重合体、ポリアクリロニトリル(PAN)系と共重合体、ポリ(メチルメタクリレイト)(PMMA)系と共重合体、ポリビニルクロライド系と共重合体、ポリビニルピロリドン(PVP)系と共重合体、ポリイミド(PI)系と共重合体、ポリエチレン(PE)系と共重合体、ポリウレタン(PU)系と共重合体、ポリプロピレン(PP)系と共重合体、ポリ(プロピレンオキサイド)(PPO)系と共重合体、ポリ(エチレンイミン)(PEI)系と共重合体、ポリ(エチレンスルフィド)(PES)系と共重合体、ポリ(ビニルアセテート)(PVAc)系と共重合体、ポリ(エチレンスクシネート)(PESc)系と共重合体、ポリエステル系と共重合体、ポリアミン系と共重合体、ポリスルフィド系と共重合体、シロキサン(Siloxane-based)系と共重合体、スチレンブタジエンゴム(SBR)系と共重合体、カルボキシメチルセルロース(CMC)系と共重合体、これらの派生物、及びこれらの組合であることがある。
前記液体電解質は非水性有機溶媒またはイオン性液体溶媒にリチウム塩またはナトリウム塩を溶解させたものであることができるが、これに制限されるものではなく、当該技術分野で通常的に使われるすべての種類の液体電解質を含むことができる。前記非水性有機溶媒はカルボネイト系、エステル系、エーテル系、ケトン系、アルコール系、非陽性子性溶媒、またはこれらの組合であることができる。前記イオン性液体溶媒はイミダゾリウム系(imidazolium)、ピリジニウム系(pyridinium)、ピロリジニウム系(pyrrolidinium)、スルホニウム系(sulfonium)、ピラゾリウム系(pyrazolium)、アンモニウム系(ammonium)、モルホリニウム系(Morpholinium)、ホスホニウム系(Phosphonium)、ピペリジニウム系(piperidinium)陽イオンの溶媒またはこれらの組合であることができる。イオン性液体陽イオンの構造は次のようである。
Figure 0007060612000001
前記液体電解質に使われるリチウム塩はLiClO、LiPF、CFSONLiSOCF(LiTFSI)、Li[N(SOF)](LiFSI)、Li[B(C](LiBOB)、LiAsF、リチウムプルオロスルホニル-トリプルオロメタンスルホニルイミド(lithium fluorosulfonyl-trifluoromethanesulfonylimide、LiFTFSI)またはこれらの組合であることがある。
前記液体電解質に使われるナトリウム塩はNaClO、NaPF、NaPF、NaAsF、NaTFSI、Na[(CPF](NaFAP)、Na[B(C](NaBOB)、Na[N(SOF)](NaFSI)、NaBeti(NaN[SO)またはこれらの組合であることができる。
前記複合固体電解質でリチウムまたはナトリウムイオンは次のような三つの経路を通じて移動する。
(1)接触しているセラミックを通じた移動(ポンピング移動)
(2)液体電解質を通じた移動
(3)セラミック物質と液体電解質を横切る移動
上の三つの移動経路を図1に示した。図1で各図の意味は図21のようである。
前記第1複合電解質層はイオン伝導度が良いセラミック物質を使用することができる。酸化物系列、リン酸塩系列、硫化物系列などを使用することができる。イオン伝導度が優秀なセラミック物質を使用するほど電気化学的特性が増加する。第1複合電解質層は伝導度が10-3S/cm以上であるセラミック物質を使用することが望ましい。例えば、LTAP(Li1+xTi-xAlx(PO)(0<x<2)、LAGP(Li1+xAlGe2-x(PO)(0<x<2)、LLTO(LixLa2/3-xTiO)((0<x<2/3)を第1複合電解質層のセラミック物質で使用することができる。
この外にもLiS-P、LiO-SiO、LiLaZr12(LLZO)、Li-β-Al、Li25Ge0.250.75(LGPS)を第1複合電解質層のセラミック物質で使用することができる。
前記第2複合電解質層はAl、Li6LaBaTa12、LLZO(LiLaZr12)のようなガーネット(garnet)、LiX-Al(XはI、Nであることがある)のようなコンポジット(Composite)などのセラミック物質を使用することができる。第2複合電解質層に使用するセラミック物質は二次電池に使われた負極の種類によって変わる。例えば、負極としてリチウムを使えばTi、Si、S、Geがあるセラミックは使わないことが望ましい。負極として黒煙(炭素)やシリコン、ゲルマニウムを使えばTi、Sがあるセラミックは使わないことが望ましい。
この外にもβ-Al、LiO-SiO、Li3.25Ge0.250.75(LGPS)、LAGP(Li1+xAlGe2-x(PO)(0<x<2)を第2複合電解質層のセラミック物質で使用することができる。
前記第1複合電解質層に使われる高分子はポリフッ化ビニリデン(Polyvinylidene fluoride、PVdF)系と共重合体、ポリ[(フッ化ビニリデン-コ-トリフルオロエチレン]系と共重合体、ポリエチレングリコール(PEO)系と共重合体、ポリアクリロニトリル(PAN)系と共重合体、ポリ(メチルメタクリレイト)(PMMA)系と共重合体、ポリビニルクロライド系と共重合体、ポリビニルピロリドン(PVP)系と共重合体、ポリイミド(PI)系と共重合体、ポリエチレン(PE)系と共重合体、ポリウレタン(PU)系と共重合体、ポリプロピレン(PP)系と共重合体、ポリ(プロピレンオキサイド)(PPO)系と共重合体、ポリ(エチレンイミン)(PEI)系と共重合体、ポリ(エチレンスルフィド)(PES)系と共重合体、ポリ(ビニルアセテート)(PVAc)系と共重合体、ポリ(エチレンスクシネート)(PESc)系と共重合体、ポリエステル系と共重合体、ポリアミン系と共重合体、ポリスルフィド系と共重合体、シロキサン(Siloxane-based)系と共重合体、スチレンブタジエンゴム(SBR)系と共重合体、カルボキシメチルセルロース(CMC)系と共重合体、これらの派生物、及びこれらの組合であることができる。
充電電圧を4.4V以上にする時にはフルオリド(Polyvinylidene fluoride、PVdF)系と共重合体を使用することが望ましい。この外にもポリアクリロニトリル(Polyacrylonitrile、PAN)系と共重合体を第1複合電解質層の高分子で使用することが望ましい。
前記第2複合電解質層に使われる高分子は前記第1複合電解質層に使われた高分子を使用することができる。強度と電気化学的安全性が優秀なポリアクリロニトリル(Polyacrylonitrile、PAN)系と共重合体、ポリウレタン(PU)系と共重合体を使用することが望ましい。この外にもスチレンブタジエンゴム(SBR)系と共重合体、カルボキシメチルセルロース(CMC)系と共重合体が第2複合電解質層の高分子で使われることができる。
前記第1複合電解質層の高分子としてはポリフッ化ビニリデン(Polyvinylidene fluoride、PVdF)系と共重合体を使い、セラミック物質としてはリン酸塩、酸化物、硫化物、及びこれらの混合物のうちで選択されたセラミックを使い、前記第2複合電解質層の高分子としてはポリフッ化ビニリデン(Polyvinylidene fluoride、PVdF)系と共重合体を使い、セラミック物質としてはリン酸塩をセラミックを使い、多層複合電解質を作ることができる。
前記第1複合電解質層の高分子としてはPVdFを使い、セラミック物質としてはLTAP(Li+xTi-xAlx(PO)(0<x<2)、LLZO(LiLaZr12)、LiS-P、及びこれらの混合物のうちで選択されたセラミックを使い、前記第2複合電解質層の高分子としてはPVdFを使い、セラミック物質としてはLAGP(Li1+xAlGe2-x(PO)(0<x<2)を使い、多層複合電解質を作ることができる。
前記第1複合電解質層の高分子としてはポリフッ化ビニリデン(Polyvinylidene fluoride、PVdF)系と共重合体を使い、セラミック物質としてはリン酸塩、酸化物、硫化物、及びこれらの混合物のうちで選択されたセラミックを使い、前記第2複合電解質層の高分子としてはポリフッ化ビニリデン(Polyvinylidene fluoride、PVdF)系と共重合体を使い、セラミック物質としては酸化物セラミックを使い、多層複合電解質を作ることができる。
前記第1複合電解質層の高分子としてはPVdF、PVdF-TrFE(ポリフッ化ビニリデン-トリフルオロエチレン)、またはこれらの混合物を使い、セラミック物質としてはLTAP(Li1+xTi2-xAl(PO)(0<x<2)、LLTO((La、Li)TiO)、LiS-P、及びこれらの混合物のうちで選択されたセラミックを使い、前記第2複合電解質層の高分子としてはPVdF、PVdF-TrFE、またはこれらの混合物を使い、セラミック物質としてはAl、β-Al、LLZO(LiLaZr12)、及びこれらの混合物のうちで選択されたセラミックを使い、多層複合電解質を作ることができる。
前記第1複合電解質層の高分子としてはポリアクリロニトリル(PAN)系と共重合体を使い、セラミック物質としてはリン酸塩、酸化物、硫化物、及びこれらの混合物から選択されたセラミック物質を使い、前記第2複合電解質層の高分子としてはポリアクリロニトリル(PAN)系と共重合体を使い、セラミック物質としては硫化物セラミックを使い、多層複合電解質を作ることができる。
前記第1複合電解質層の高分子としてはポリアクリロニトリル(PAN)を使い、セラミック物質としてはLTAP(Li1+xTi2-xAl(PO)(0<x<2)、LLZO(LiLaZr12)、LiS-P、及びこれらの混合物のうちで選択されたセラミックを使い、前記第2複合電解質層の高分子としてはポリアクリロニトリル(PAN)を使い、セラミック物質としてはLGPS(Li25Ge0.250.75)、LiO-SiO、及びこれらの混合物から選択されたセラミックを使い、多層複合電解質を作ることができる。
具体的な実施例
実施例1
第1複合電解質層のセラミック物質でLTAPを、高分子でPVdFを、液体電解質でEC/DMC(エチルカーボネート/ジメチルカーボネート、1:1vol)のうち1MLiPFを使い、第2複合電解質層のセラミック物質でLLZOを、高分子でPVdFを、液体電解質でEC/DMC(エチルカーボネート/ジメチルカーボネート、1:1vol)のうち1MLiPFを使った。第1複合電解質層(上部層)と第2複合電解質層(下部層)を積層して多層複合電解質を作った。この多層複合電解質の模式図を図2に示した。
第1複合電解質層の表面SEM写真を図3に示した。第2複合電解質層の表面SEM写真を図4に示した。多層複合電解質の切断面写真を図5に、切断面の元素分析写真を図6に示した。
図2乃至図6で見られるように、第1複合電解質層と第2複合電解質層は使われたセラミック物質とポリマーの組合が異なるためその構造が確実に異なることが分かる。
実施例2
正極でLiNi1/3Mn1/3Co1/3(NMC、リチウムニッケルマンガンコバルト酸化物)正極材を、負極でリチウム金属を使い、電解質で実施例1の多層複合電解質を使い、実施例2の二次電池を製造した。
正極でLiNi1/3Mn1/3Co1/3(NMC、リチウムニッケルマンガンコバルト酸化物)正極材を、負極でリチウム金属を使い、電解質で実施例1の第1複合電解質層単層を使い、比較例1の二次電池を製造した。
上の二つの二次電池に対して充電電圧を4.4Vで、放電電圧3.0Vにして0.1Cで充放電テストをした。実施例2の二次電池のサイクルナンバーによる放電容量を図7に示したし、比較例1の二次電池のサイクルナンバーによる放電容量を図8に示した。実施例2の二次電池は50サイクル後にも放電容量が略150mAh/gで初期放電容量と別に差がない。しかし比較例1の二次電池は50サイクル後放電容量が略110mAh/gで初期放電容量からたくさん落ちる。
50サイクル後実施例2の二次電池の第1複合電解質層の状態を図9に示した。50サイクル後実施例2の二次電池の第2複合電解質層の状態を図10に示した。50サイクル後比較例1の二次電池の単層複合電解質層の状態を図11に示した。図9と図10で見られるように、実施例2の二次電池の第1複合電解質層と第2複合電解質層は50サイクル充放電後にも表面に変化がない。しかし、図11で見られるように、比較例1の単層複合電解質層(LTAP)は50サイクル充放電後反応が起きて表面が黒く変わった。LTAPセラミック電解質はTiを含んでいるから1.5Vで還元反応が起きる。それで負極より先に反応が起きて表面が黒く変わって寿命特性が低下されるものである。しかし、LTAPセラミック電解質はイオン伝導度が優秀であるため正極部電解質としては適当である。
上の実施例を通じて負極でリチウム金属を使えば負極側複合電解質層にはTi、Si、S、Geがあるセラミックは使わないことが望ましいことが分かる。
実施例3
実施例3は電解質によるイオン伝導度と界面抵抗を比べたものである。実施例1で作った多層複合電解質(実施例3)と実施例1で作った多層複合電解質で液体電解質を含ませないもの(比較例2)、実施例1に使われた液体電解質(比較例3)を比べた。
実施例3、比較例2、比較例3の電解質の常温でのイオン伝導度を図12に示した。実施例3、比較例2、比較例3の電解質の界面抵抗を図13に示した。図12で見られるように、比較例3の液体電解質は常温でイオン伝導度が2.1x10-3S/cmである。実施例3の多層複合電解質は常温でイオン伝導度が7.9x10-4S/cmである。比較例2の電解質(液体電解質が含まれない多層複合電解質)は常温でイオン伝導度が1.1x10-8S/cmである。液体電解質が含まれた複合固体電解質は液体電解質と対等なイオン伝導度を示すことが分かる。しかし、液体電解質が含まれない複合固体電解質は液体電解質が含まれた複合固体電解質に比べてイオン伝導度が著しく落ちることが分かる。
実施例3、比較例2の電解質の界面抵抗を図13に示した。図13で見られるように液体電解質が含まれない複合固体電解質(比較例2)は6,000Ωの界面抵抗を見せて、液体電解質が含まれた複合固体電解質(実施例3)は1,000Ω以下の界面抵抗を見せる。これによりセラミック物質と高分子の複合電解質に液体電解質を含ませれば界面抵抗を著しく減少させることができることが分かる。
実施例4
第1複合電解質層のセラミック物質でLTAPを、高分子でPVdFを、液体電解質でEC/DMC(エチルカーボネート/ジメチルカーボネート、1:1vol)のうち1MLiPFを使い、第2複合電解質層のセラミック物質でβ-Alを、高分子でPVdF-TrFEを、液体電解質でEC/DMC(エチルカーボネート/ジメチルカーボネート、1:1vol)のうち1MLiPFを使った。第1複合電解質層(上部層)と第2複合電解質層(下部層)を積層して多層複合電解質層を作った。
正極でLiNi1/3Mn1/3Co1/3(NMC、リチウムニッケルマンガンコバルト酸化物)正極材を、負極でリチウム金属を使い、電解質で実施例4の多層複合電解質を使い、実施例4の二次電池を製造した。実施例4の二次電池と実施例2の二次電池のイオン伝導度を図14に示した。上の二つの二次電池に対して充電電圧を4.7Vで、放電電圧3.0Vにして1Cで充放電テストをした。その結果を図15に示した。上の二つの二次電池のイオン伝導度と放電容量を比べると下表1のようである。
Figure 0007060612000002
実施例2の二次電池は液体電解質に匹敵するイオン伝導度と放電容量を示す。実施例4の二次電池は第2複合電解質層のセラミック物質で使われたβ-Alが実施例2の二次電池の第2複合電解質層のセラミック物質で使われたLLZOよりリチウムイオン伝導度が優秀であり、高分子で使われたPVdF-TrFEが実施例2の二次電池に使われたPVdFより強誘電体高分子としてリチウムイオンの移動を改善させるから実施例2の二次電池よりイオン伝導度と放電容量がさらに優秀である。
実施例5
第1複合電解質層のセラミック物質でLTAPを、高分子でPVdFを、液体電解質でEC/DMC(エチルカーボネート/ジメチルカーボネート、1:1vol)のうち1MLiPFを使い、第2複合電解質層のセラミック物質でLLZOを、高分子でPVdF-TrFEを、液体電解質でEC/DMC(エチルカーボネート/ジメチルカーボネート、1:1vol)のうち1MLiPFを使った。第1複合電解質層(上部層)と第2複合電解質層(下部層)を積層して多層複合電解質層を作った。
正極でLiNi1/3Mn1/3Co1/3(NMC、リチウムニッケルマンガンコバルト酸化物)正極材を、負極でリチウム金属を使い、電解質で実施例5の多層複合電解質を使い、実施例5の二次電池を製造した。
実施例6
第1複合電解質層のセラミック物質でLLTOを、高分子でPVdFを、液体電解質でEC/DMC(エチルカーボネート/ジメチルカーボネート、1:1vol)のうち1MLiPFを使い、第2複合電解質層のセラミック物質でβ-Alを、高分子でPVdF-TrFEを、液体電解質でEC/DMC(エチルカーボネート/ジメチルカーボネート、1:1vol)のうち1MLiPFを使った。第1複合電解質層(上部層)と第2複合電解質層(下部層)を積層して多層複合電解質層を作った。
正極でLiNi1/3Mn1/3Co1/3(NMC、リチウムニッケルマンガンコバルト酸化物)正極材を、負極でリチウム金属を使い、電解質で実施例6の多層複合電解質を使い、実施例6の二次電池を製造した。
実施例7
第1複合電解質層のセラミック物質でLiS-Pを、高分子でPVdFを、液体電解質でEC/DMC(エチルカーボネート/ジメチルカーボネート、1:1vol)のうち1MLiPFを使い、第2複合電解質層のセラミック物質でβ-Alを、高分子でPVdF-TrFEを、液体電解質でEC/DMC(エチルカーボネート/ジメチルカーボネート、1:1vol)のうち1MLiPFを使った。第1複合電解質層(上部層)と第2複合電解質層(下部層)を積層して多層複合電解質層を作った。
正極でLiNi1/3Mn1/3Co1/3(NMC、リチウムニッケルマンガンコバルト酸化物)正極材を、負極でリチウム金属を使い、電解質で実施例7の多層複合電解質を使い、実施例7の二次電池を製造した。
実施例4-7の二次電池のイオン伝導度を図16に示した。上の四つの二次電池に対して充電電圧を4.7Vで、放電電圧3.0Vにして1Cで充放電テストをした。その結果を図17に示した。実施例4-7の二次電池のイオン伝導度と放電容量を比べると下表2のようである。
Figure 0007060612000003

実施例4-7の二次電池はすべて液体電解質に匹敵するイオン伝導度と放電容量を示す。
実施例8
第1複合電解質層のセラミック物質でLTAPを、高分子でPVdFを、液体電解質でEC/DMC(エチルカーボネート/ジメチルカーボネート、1:1vol)のうち1MLiPFを使い、第2複合電解質層のセラミック物質でLAGPを、高分子でPVdFを、液体電解質でEC/DMC(エチルカーボネート/ジメチルカーボネート、1:1vol)のうち1MLiPFを使った。第1複合電解質層(上部層)と第2複合電解質層(下部層)を積層して多層複合電解質層を作った。
正極でLiNi1/3Mn1/3Co1/3(NMC、リチウムニッケルマンガンコバルト酸化物)正極材を、負極でリチウム金属を使い、電解質で実施例8の多層複合電解質を使い、実施例8の二次電池を製造した。
実施例9
第1複合電解質層のセラミック物質でLLZOを、高分子でPVdFを、液体電解質でEC/DMC(エチルカーボネート/ジメチルカーボネート、1:1vol)のうち1MLiPFを使い、第2複合電解質層のセラミック物質でLAGPを、高分子でPVdFを、液体電解質でEC/DMC(エチルカーボネート/ジメチルカーボネート、1:1vol)のうち1MLiPFを使った。第1複合電解質層(上部層)と第2複合電解質層(下部層)を積層して多層複合電解質層を作った。
正極でLiNi1/3Mn1/3Co1/3(NMC、リチウムニッケルマンガンコバルト酸化物)正極材を、負極でリチウム金属を使い、電解質で実施例9の多層複合電解質を使い、実施例9の二次電池を製造した。
実施例10
第1複合電解質層のセラミック物質でLiS-Pを、高分子でPVdFを、液体電解質でEC/DMC(エチルカーボネート/ジメチルカーボネート、1:1vol)のうち1MLiPFを使い、第2複合電解質層のセラミック物質でLAGPを、高分子でPVdFを、液体電解質でEC/DMC(エチルカーボネート/ジメチルカーボネート、1:1vol)のうち1MLiPFを使った。第1複合電解質層(上部層)と第2複合電解質層(下部層)を積層して多層複合電解質層を作った。
正極でLiNi1/3Mn1/3Co1/3(NMC、リチウムニッケルマンガンコバルト酸化物)正極材を、負極でリチウム金属を使い、電解質で実施例10の多層複合電解質を使い、実施例10の二次電池を製造した。
実施例8-10の二次電池のイオン伝導度を下の表3に示した。上の三つの二次電池に対して充電電圧を4.7Vで、放電電圧3.0Vにして1Cで充放電テストをした。その結果を図18に示した。実施例8-10の二次電池のイオン伝導度と放電容量を比べると下表3のようである。
Figure 0007060612000004

実施例8-10の二次電池はすべて液体電解質に匹敵するイオン伝導度と放電容量を示す。
実施例11
第1複合電解質層のセラミック物質でLTAPを、高分子でPANを、液体電解質でEC/DMC(エチルカーボネート/ジメチルカーボネート、1:1vol)のうち1MLiPFを使い、第2複合電解質層のセラミック物質でLGPSを、高分子でPANを、液体電解質でEC/DMC(エチルカーボネート/ジメチルカーボネート、1:1vol)のうち1MLiPFを使った。第1複合電解質層(上部層)と第2複合電解質層(下部層)を積層して多層複合電解質層を作った。
正極でLiNi1/3Mn1/3Co1/3(NMC、リチウムニッケルマンガンコバルト酸化物)正極材を、負極でリチウム金属を使い、電解質で実施例11の多層複合電解質を使い、実施例11の二次電池を製造した。
実施例12
第1複合電解質層のセラミック物質でLLZOを、高分子でPANを、液体電解質でEC/DMC(エチルカーボネート/ジメチルカーボネート、1:1vol)のうち1MLiPFを使い、第2複合電解質層のセラミック物質でLiO-SiOを、高分子でPANを、液体電解質でEC/DMC(エチルカーボネート/ジメチルカーボネート、1:1vol)のうち1MLiPFを使った。第1複合電解質層(上部層)と第2複合電解質層(下部層)を積層して多層複合電解質層を作った。
正極でLiNi1/3Mn1/3Co1/3(NMC、リチウムニッケルマンガンコバルト酸化物)正極材を、負極でリチウム金属を使い、電解質で実施例12の多層複合電解質を使い、実施例12の二次電池を製造した。
実施例13
第1複合電解質層のセラミック物質でLiS-Pを、高分子でPANを、液体電解質でEC/DMC(エチルカーボネート/ジメチルカーボネート、1:1vol)のうち1MLiPFを使い、第2複合電解質層のセラミック物質でLGPSを、高分子でPANを、液体電解質でEC/DMC(エチルカーボネート/ジメチルカーボネート、1:1vol)のうち1MLiPFを使った。第1複合電解質層(上部層)と第2複合電解質層(下部層)を積層して多層複合電解質層を作った。
正極でLiNi1/3Mn1/3Co1/3(NMC、リチウムニッケルマンガンコバルト酸化物)正極材を、負極でリチウム金属を使い、電解質で実施例13の多層複合電解質を使い、実施例13の二次電池を製造した。
実施例14
第1複合電解質層のセラミック物質でLTAPを、高分子でPANを、液体電解質でEC/DMC(エチルカーボネート/ジメチルカーボネート、1:1vol)のうち1MLiPFを使い、第2複合電解質層のセラミック物質でLiO-SiOを、高分子でPANを、液体電解質でEC/DMC(エチルカーボネート/ジメチルカーボネート、1:1vol)のうち1MLiPFを使った。第1複合電解質層(上部層)と第2複合電解質層(下部層)を積層して多層複合電解質層を作った。
正極でLiNi1/3Mn1/3Co1/3(NMC、リチウムニッケルマンガンコバルト酸化物)正極材を、負極でリチウム金属を使い、電解質で実施例14の多層複合電解質を使い、実施例14の二次電池を製造した。
実施例11-14の二次電池のイオン伝導度を図19に示した。上の四つの二次電池に対して充電電圧を4.7Vで、放電電圧3.0Vにして1Cで充放電テストをした。その結果を図20に示した。実施例11-14の二次電池のイオン伝導度と放電容量を比べると下表4のようである。
Figure 0007060612000005

実施例11-14の二次電池はすべて液体電解質に匹敵するイオン伝導度と放電容量を示す。

Claims (22)

  1. 正極に向かって位置する第1複合電解質層と、負極部に向かって位置する第2複合電解質層を含む二次電池用多層複合電解質として、前記第1複合電解質層及び前記第2複合電解質層は高分子基材、セラミック物質、及び液体電解質を含み、前記液体電解質は前記セラミック物質と前記高分子基材の複合体100重量部に対して5重量部乃至40重量部で含まれて、前記第1複合電解質層の高分子基材はポリフッ化ビニリデン(Polyvinylidene fluoride、PVdF)系またはその共重合体であり、セラミック物質はリン酸塩、酸化物、硫化物、及びこれらの混合物のうちで選択されたセラミック物質であり、前記第2複合電解質層の高分子基材はポリフッ化ビニリデン(Polyvinylidenefluoride、PVdF)系またはその共重合体で、セラミック物質はリン酸塩セラミック物質である二次電池用多層複合電解質。
  2. 正極部に向かって位置する第1複合電解質層と、負極部に向かって位置する第2複合電解質層を含む二次電池用多層複合電解質として、前記第1複合電解質層及び前記第2複合電解質層は高分子基材、セラミック物質、及び液体電解質を含み、前記液体電解質は前記セラミック物質と前記高分子基材の複合体100重量部に対して5重量部乃至40重量部で含まれて、前記第1複合電解質層の高分子基材はポリフッ化ビニリデン(Polyvinylidene fluoride、PVdF)系またはその共重合体であり、セラミック物質はリン酸塩、酸化物、硫化物、及びこれらの混合物のうちで選択されたセラミック物質であり、前記第2複合電解質層の高分子基材はポリフッ化ビニリデン(Polyvinylidene fluoride、PVdF)系またはその共重合体であり、セラミック物質は酸化物セラミック物質である二次電池用多層複合電解質。
  3. 正極部に向かって位置する第1複合電解質層と、負極部に向かって位置する第2複合電解質層を含む二次電池用多層複合電解質として、前記第1複合電解質層及び前記第2複合電解質層は高分子基材、セラミック物質、及び液体電解質を含み、前記液体電解質は前記セラミック物質と前記高分子基材の複合体100重量部に対して5重量部乃至40重量部で含まれて、前記第1複合電解質層の高分子基材はポリアクリロニトリル(PAN)系またはその共重合体であり、セラミック物質はリン酸塩、酸化物、硫化物、及びこれらの混合物から選択されたセラミック物質であり、前記第2複合電解質層の高分子基材はポリアクリロニトリル(PAN)系またはその共重合体であり、セラミック物質は硫化物セラミック物質である二次電池用多層複合電解質。
  4. 前記第1複合電解質層のセラミック物質はLTAP(Li1+xTi2-xAlx(PO)(0<x<2)、LLZO(LiLaZr12)、LiS-P、及びこれらの混合物のうちで選択されたセラミック物質であり、前記第2複合電解質層のセラミック物質はLAGP(Li1+xAlGe2-x(PO)(0<x<2)であることを特徴とする請求項1に記載の二次電池用多層複合電解質。
  5. 前記第1複合電解質層のセラミック物質はLTAP(Li1+xTi2-xAlx(PO)(0<x<2)、LLTO((La、Li)TiO)、LiS-P、及びこれらの混合物のうちで選択されたセラミック物質であり、前記第2複合電解質層のセラミック物質はAl、β-Al、LLZO(LiLaZr12)、及びこれらの混合物のうちで選択されたセラミック物質であることを特徴とする請求項2に記載の二次電池用多層複合電解質。
  6. 前記第1複合電解質層のセラミック物質はLTAP(Li1+xTi2-xAl(PO)(0<x<2)、LLZO(LiLaZr12)、LiS-P、及びこれらの混合物のうちで選択されたセラミック物質であり、前記第2複合電解質層のセラミック物質はLGPS(Li25Ge0.250.75 )であることを特徴とする請求項3に記載の二次電池用多層複合電解質。
  7. 前記第1複合電解質層の高分子基材はポリフッ化ビニリデン(Polyvinylidene fluoride、PVdF)であり、セラミック物質はLTAP(Li1+xTi2-xAlx(PO)(0<x<2)であり、前記第2複合電解質層の高分子基材はポリフッ化ビニリデン(Polyvinylidene fluoride、PVdF)であり、セラミック物質はLAGP(Li1+xAlxGe2-x(PO)(0<x<2)であることを特徴とする請求項1に記載の二次電池用多層複合電解質。
  8. 前記第1複合電解質層の高分子基材はポリフッ化ビニリデン(Polyvinylidene fluoride、PVdF)であり、セラミック物質はLLZO(LiLaZr12)であり、前記第2複合電解質層の高分子基材はポリフッ化ビニリデン(Polyvinylidene fluoride、PVdF)であり、セラミック物質はLAGP(Li1+xAlGe2-x(PO)(0<x<2)であることを特徴とする請求項1に記載の二次電池用多層複合電解質。
  9. 前記第1複合電解質層の高分子基材はポリフッ化ビニリデン(Polyvinylidene fluoride、PVdF)であり、セラミック物質はLiS-Pであり、前記第2複合電解質層の高分子基材はポリフッ化ビニリデン(Polyvinylidene fluoride、PVdF)であり、セラミック物質はLAGP(Li1+xxGe2-x(PO)(0<x<2)であることを特徴とする請求項1に記載の二次電池用多層複合電解質。
  10. 前記第1複合電解質層の高分子基材はPVdFであり、セラミック物質はLTAP(Li1+xTi2-xAl(PO)(0<x<2)であり、前記第2複合電解質層の高分子基材はPVdF-TrFEであり、セラミック物質はβ-Alであることを特徴とする請求項2に記載の二次電池用多層複合電解質。
  11. 前記第1複合電解質層の高分子基材はPVdFであり、セラミック物質はLTAP(Li1+xTi2-xAl(PO)(0<x<2)であり、前記第2複合電解質層の高分子基材はPVdF-TrFEであり、セラミック物質はLLZO(LiLaZr12)であることを特徴とする請求項2に記載の二次電池用多層複合電解質。
  12. 前記第1複合電解質層の高分子基材はPVdFであり、セラミック物質はLLTO((La、Li)TiO)であり、前記第2複合電解質層の高分子基材はPVdF-TrFEであり、セラミック物質はβ-Alであることを特徴とする請求項2に記載の二次電池用多層複合電解質。
  13. 前記第1複合電解質層の高分子基材はPVdFであり、セラミック物質はLiS-Pであり、前記第2複合電解質層の高分子基材はPVdF-TrFEであり、セラミック物質はβ-Alであることを特徴とする請求項2に記載の二次電池用多層複合電解質。
  14. 前記第1複合電解質層の高分子基材はPVdFであり、セラミック物質はLTAP(Li1+xTi2-xAl(PO)(0<x<2)であり、前記第2複合電解質層の高分子基材はPVdFであり、セラミック物質はLLZO(LiLaZr12)であることを特徴とする請求項2に記載の二次電池用多層複合電解質。
  15. 前記第1複合電解質層の高分子基材はポリアクリロニトリル(PAN)であり、セラミック物質はLTAP(Li1+xTi2-xAl(PO)(0<x<2)であり、前記第2複合電解質層の高分子基材はポリアクリロニトリル(PAN)であり、セラミック物質はLGPS(Li3.25Ge0.250.75)であることを特徴とする請求項3に記載の二次電池用多層複合電解質。
  16. 前記第1複合電解質層の高分子基材はポリアクリロニトリル(PAN)であり、セラミック物質はLiS-Pであり、前記第2複合電解質層の高分子基材はポリアクリロニトリル(PAN)であり、セラミック物質はLGPS(Li3.25Ge0.250.75)であることを特徴とする請求項3に記載の二次電池用多層複合電解質。
  17. 正極部に向かって位置する第1複合電解質層と、負極部に向かって位置する第2複合電解質層を含む二次電池用多層複合電解質として、前記第1複合電解質層及び前記第2複合電解質層は高分子基材、セラミック物質、及び液体電解質を含み、前記液体電解質は前記セラミック物質と前記高分子基材の複合体100重量部に対して5重量部乃至40重量部で含まれて、前記第1複合電解質層の高分子基材はポリアクリロニトリル(PAN)系またはその共重合体であり、セラミック物質はリン酸塩、酸化物、硫化物、及びこれらの混合物から選択されたセラミック物質であり、前記第2複合電解質層の高分子基材はポリアクリロニトリル(PAN)系またはその共重合体であり、セラミック物質はLi O-SiO である二次電池用多層複合電解質。
  18. 前記第1複合電解質層の高分子基材はポリアクリロニトリル(PAN)であり、セラミック物質はLLZO(Li La Zr 12 )であり、前記第2複合電解質層の高分子基材はポリアクリロニトリル(PAN)であり、セラミック物質はLi O-SiO であることを特徴とする請求項17に記載の二次電池用多層複合電解質。
  19. 前記第1複合電解質層の高分子基材はポリアクリロニトリル(PAN)であり、セラミック物質はLTAP(Li 1+x Ti 2-x Al (PO )(0<x<2)であり、前記第2複合電解質層の高分子基材はポリアクリロニトリル(PAN)であり、セラミック物質はLi O-SiO であることを特徴とする請求項17に記載の二次電池用多層複合電解質。
  20. 前記第1複合電解質層と前記第2複合電解質層との間に別途の層または多層を追加で含むことを特徴とする請求項1乃至19のうちでいずれか一つに記載の二次電池用多層複合電解質。
  21. 請求項1乃至19のうちでいずれか一つの二次電池用多層複合電解質を含む二次電池。
  22. 請求項20の二次電池用多層複合電解質を含む二次電池。
JP2019553474A 2017-03-28 2018-03-19 多層構造の複合電解質及びこれを利用した二次電池 Active JP7060612B2 (ja)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020170039296A KR101796259B1 (ko) 2017-03-28 2017-03-28 다층 구조의 복합전해질 및 이를 이용한 이차전지
KR10-2017-0039296 2017-03-28
PCT/KR2018/003179 WO2018182216A2 (ko) 2017-03-28 2018-03-19 다층 구조의 복합전해질 및 이를 이용한 이차전지

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2020512673A JP2020512673A (ja) 2020-04-23
JP7060612B2 true JP7060612B2 (ja) 2022-04-26

Family

ID=60386650

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2019553474A Active JP7060612B2 (ja) 2017-03-28 2018-03-19 多層構造の複合電解質及びこれを利用した二次電池

Country Status (6)

Country Link
US (1) US20200036039A1 (ja)
EP (1) EP3605702A4 (ja)
JP (1) JP7060612B2 (ja)
KR (1) KR101796259B1 (ja)
CN (1) CN110495037A (ja)
WO (1) WO2018182216A2 (ja)

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102047300B1 (ko) * 2017-12-27 2019-11-21 청주대학교 산학협력단 복합 고체 전해질 및 이를 이용한 이차전지
CN110581311B (zh) * 2018-06-08 2021-09-07 郑州宇通集团有限公司 一种复合固态电解质膜及其制备方法、固态电池
CN111710905B (zh) * 2020-07-09 2021-07-16 常州赛得能源科技有限公司 一种准固态电解质及其制备方法和应用
CN111682258B (zh) * 2020-07-09 2021-09-03 常州赛得能源科技有限公司 一种介质电解质、锂离子电池及其制备方法
CN116325275A (zh) * 2020-09-25 2023-06-23 麻省固能控股有限公司 具有用于控制枝晶生长的复合材料层的活性金属电池
KR20220069620A (ko) * 2020-11-20 2022-05-27 삼성전자주식회사 이차전지용 복합고체 전해질, 이를 포함하는 이차전지 및 그 제조방법
KR102485463B1 (ko) * 2021-02-17 2023-01-05 한국세라믹기술원 리튬이차전지용 복합 고체전해질
CN114361711A (zh) * 2021-12-31 2022-04-15 北京卫蓝新能源科技有限公司 金属锂电池的复合涂层隔膜及其制备方法和相应的锂电池
CN114883751A (zh) * 2022-05-31 2022-08-09 合肥国轩高科动力能源有限公司 一种半固态电池及其制备方法

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20100261065A1 (en) 2009-01-12 2010-10-14 A123 Systems, Inc. Laminated battery cell and methods for creating the same

Family Cites Families (23)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000285929A (ja) * 1999-03-31 2000-10-13 Sony Corp 固体電解質電池
CN1157817C (zh) * 1999-08-14 2004-07-14 惠州Tcl金能电池有限公司 复合聚合物电解质膜及用此膜制造的锂电池
US7135254B2 (en) * 2001-01-31 2006-11-14 Korea Institute Of Science And Technologies Multi-layered, UV-cured polymer electrolyte and lithium secondary battery comprising the same
JP4053819B2 (ja) * 2002-05-30 2008-02-27 株式会社オハラ リチウムイオン二次電池
FR2881275B1 (fr) * 2005-01-24 2007-04-27 Batscap Sa Electrolyte bicouche pour batterie au lthium
JP5153065B2 (ja) * 2005-08-31 2013-02-27 株式会社オハラ リチウムイオン二次電池および固体電解質
JP5486253B2 (ja) * 2008-10-31 2014-05-07 株式会社オハラ ガラスおよび結晶化ガラス
KR101603772B1 (ko) * 2008-12-12 2016-03-18 삼성전자주식회사 고체 전해질 폴리머, 가교된 pvdf계 폴리머를 이용한 폴리머 액츄에이터 및 이의 제조 방법
KR20120002521A (ko) * 2009-03-27 2012-01-05 아사히 가라스 가부시키가이샤 축전 디바이스용 전해액 및 축전 디바이스
JP5725510B2 (ja) * 2009-09-28 2015-05-27 国立大学法人静岡大学 電解液用溶媒、電解液、及びゲル状電解質
US8999561B2 (en) * 2010-05-12 2015-04-07 Uchicago Argonne, Llc Materials for electrochemical device safety
US20120231321A1 (en) * 2011-03-11 2012-09-13 GM Global Technology Operations LLC Integral bi-layer separator-electrode construction for lithium-ion batteries
JP5907571B2 (ja) * 2011-08-12 2016-04-26 国立研究開発法人産業技術総合研究所 リチウムイオン伝導性物質、該リチウムイオン伝導性物質を用いたリチウムイオン伝導性固体電解質、リチウムイオン電池の電極保護層、及び、該リチウムイオン伝導性物質の製造方法
KR101422908B1 (ko) * 2012-04-02 2014-07-23 삼성정밀화학 주식회사 리튬이온 이차전지용 전해질 및 이것을 포함하는 리튬이온 이차전지
US10847810B2 (en) * 2013-10-22 2020-11-24 Cornell University Nanostructures for lithium air batteries
US10714724B2 (en) * 2013-11-18 2020-07-14 California Institute Of Technology Membranes for electrochemical cells
CN103746089B (zh) * 2013-12-11 2016-05-11 中南大学 一种具有梯度结构的全固态锂电池及其制备方法
KR101612062B1 (ko) * 2014-05-08 2016-04-27 울산과학기술원 복합 전극-복합 전해질 합체, 이의 제조 방법, 및 이를 포함하는 전기 화학 소자
KR101992349B1 (ko) * 2014-06-13 2019-06-24 주식회사 엘지화학 전고체 전지 및 이의 제조방법
KR101747864B1 (ko) * 2014-08-28 2017-06-27 삼성전자주식회사 복합전해질 및 이를 포함하는 리튬전지
KR102303831B1 (ko) * 2014-12-26 2021-09-17 삼성전자주식회사 고분자, 이를 포함하는 전해질 및 리튬이차전지
JP2018529179A (ja) * 2015-07-22 2018-10-04 セルガード エルエルシー 改良された膜、セパレータ、電池及び方法
JP6605996B2 (ja) * 2016-03-17 2019-11-13 株式会社東芝 電池、電池パック、および車両

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20100261065A1 (en) 2009-01-12 2010-10-14 A123 Systems, Inc. Laminated battery cell and methods for creating the same

Also Published As

Publication number Publication date
US20200036039A1 (en) 2020-01-30
KR101796259B1 (ko) 2017-11-10
CN110495037A (zh) 2019-11-22
WO2018182216A9 (ko) 2018-12-20
WO2018182216A3 (ko) 2018-11-22
EP3605702A4 (en) 2021-01-20
JP2020512673A (ja) 2020-04-23
WO2018182216A2 (ko) 2018-10-04
EP3605702A2 (en) 2020-02-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP7060612B2 (ja) 多層構造の複合電解質及びこれを利用した二次電池
US10957911B2 (en) Negative electrode comprising multiple protection layers and lithium secondary battery comprising same
JP6884796B2 (ja) 多層構造を有する二次電池用複合電解質
JP7100120B2 (ja) 一体型全固体二次電池{Integral All-Solid State Rechargeable Batteries}
KR102486801B1 (ko) 이차전지
KR102047300B1 (ko) 복합 고체 전해질 및 이를 이용한 이차전지
JP7046075B2 (ja) 二次電池用複合固体電解質およびその製造方法
KR102446271B1 (ko) 리튬 이차 전지
KR102084245B1 (ko) 희생 염을 포함하는 양극이 제공된 리튬-이온 배터리의 셀의 형성 방법
KR102070381B1 (ko) 고분자 전해질 및 이를 포함하는 리튬 이차전지
KR20190113605A (ko) 전고체 전지용 복합 고체 전해질 막 및 이를 포함하는 전고체 전지
JP6371331B2 (ja) 電気化学素子用電極及びこれを備えた電気化学素子
JP2015103394A (ja) 蓄電素子
WO2019208792A1 (ja) 電池
KR101742609B1 (ko) 리튬 이차 전지용 전극 및 이를 포함하는 리튬 이차 전지
JP2018116840A (ja) リチウム二次電池
JP6476974B2 (ja) 蓄電素子、及び蓄電素子の製造方法
JP7213990B2 (ja) リチウム二次電池及びリチウム二次電池の製造方法
KR102417589B1 (ko) 이중층 전극, 및 이를 포함하는 리튬 이차전지
JP5614431B2 (ja) リチウムイオン二次電池用非水電解液及びリチウムイオン二次電池
JP5708597B2 (ja) リチウムイオン二次電池用非水電解液及びリチウムイオン二次電池
JP2015195167A (ja) 非水二次電池用負極、非水二次電池、非水二次電池のシステム、および非水二次電池の製造方法
KR20170132119A (ko) 다층 구조를 가지는 이차전지용 복합 전해질
WO2015022862A1 (ja) 電気化学素子用セパレータおよび電気化学素子
JP2015125949A (ja) リチウムイオン二次電池

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20201023

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20210922

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20211019

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20220119

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: 20220412

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20220414

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 7060612

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

S531 Written request for registration of change of domicile

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313531

S533 Written request for registration of change of name

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313533