JP7071497B2 - 固体電解質電池用正極及びそれを含む固体電解質電池 - Google Patents
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正極集電体と、
前記正極集電体の少なくとも一面に形成され、第1正極活物質、第1固体電解質及び第1電解質塩を含む第1正極活物質層と、
前記第1正極活物質層上に形成され、第2正極活物質、第2固体電解質、第2電解質塩及び可塑剤を含む第2正極活物質層とを含み、
前記可塑剤の融点が30℃~130℃であることを特徴とする固体電解質電池用正極に関する。
前記可塑剤の融点が35℃~65℃であることを特徴とする固体電解質電池用正極に関する。
前記可塑剤が、エチレンカーボネート(EC)、重量平均分子量1,000以上のポリエチレングリコール(PEG)、スクシノニトリル(SN)、環状リン酸塩(cyclic phosphate、CP)またはこれらのうち2種以上であることを特徴とする固体電解質電池用正極に関する。
前記可塑剤が、前記第2正極活物質層の全体重量を基準にして、0.1~30重量%で含まれていることを特徴とする固体電解質電池用正極に関する。
前記第1正極活物質層または前記第2正極活物質層が、それぞれ導電材及びバインダーをさらに含むことを特徴とする固体電解質電池用正極に関する。
前記第1正極活物質層と前記第2正極活物質層との重量比が1:99~99:1であることを特徴とする固体電解質電池用正極に関する。
正極、負極、及び前記正極と前記負極との間に介在されたセパレータを含む固体電解質電池であって、
前記正極は、第1具現例~第6具現例のいずれか一具現例による固体電解質電池用正極であることを特徴とする固体電解質電池に関する。
前記固体電解質電池が、前記可塑剤の融点以上であり130℃以下の温度範囲で活性化されたものであり、
前記可塑剤が、固体電解質電池の活性化後に液状で存在することを特徴とする固体電解質電池に関する。
前記液状の可塑剤が、前記第2正極活物質に形成されたクラック内部に浸透することを特徴とする固体電解質電池に関する。
前記セパレータが固体電解質膜であり、前記負極がリチウム金属であることを特徴とする固体電解質電池に関する。
前記第2正極活物質層内の空隙が前記液状の可塑剤によって充填されていることを特徴とする固体電解質電池に関する。
上述した具現例のいずれか一具現例による固体電解質電池を単位電池として含むことを特徴とする電池モジュールに関する。
(1)正極の製造
バインダーとして2重量部のPVdFをアセトニトリル溶媒に溶解させてバインダー溶液を製造した後、導電材としてカーボンブラック(Super C65)3重量部を前記バインダー溶液に投入して混合溶液を製造した。
上記のように製造した正極、及びリチウム金属負極を用いてコイン型ハーフセルを製造した。具体的には、前記正極と前記負極との間に、セパレータとして高分子固体電解質膜である50μm厚さの高分子セパレータ膜(PEO+LiFSI、20:1(モル比))を介在させて電池を製造した。
上記のように製造した電池を60℃で10分間保管した。この過程を通じて可塑剤であるエチレンカーボネートが液状に変わった。
第1及び第2固体電解質として、ポリエチレンオキシド9重量部の代わりに、ポリエチレンオキシド9.5重量部を使用し、第2正極活物質スラリーに含まれる可塑剤として、エチレンカーボネート1重量部の代わりに、スクシノニトリル(融点:57℃)0.5重量部を混合することを除き、実施例1と同じ方法で正極及び電池を製造した。乾燥後の第2正極活物質層内のスクシノニトリルは常温で固体状態で存在した。
第2正極活物質スラリーに可塑剤としてエチレンカーボネートを含ませないことを除き、実施例1と同じ方法で正極及び電池を製造した。
実施例1、2及び比較例の電池に対して充/放電を行い、容量維持率を測定して図3に示した。このとき、25℃の温度で0.05Cで充/放電を行い、充電電圧は4.25V、放電電圧は3.0Vになるようにした。
2:正極活物質層
3、30:セパレータ
4:空隙
20:第1正極活物質層
22:第2正極活物質層
Claims (12)
- 正極集電体と、
前記正極集電体の少なくとも一面に形成され、第1正極活物質、第1固体電解質及び第1電解質塩を含む第1正極活物質層と、
前記第1正極活物質層上に形成され、第2正極活物質、第2固体電解質、第2電解質塩及び可塑剤を含む第2正極活物質層とを含み、
前記可塑剤の融点が30℃~130℃であり、
前記可塑剤が、エチレンカーボネート(EC)、重量平均分子量1,000以上のポリエチレングリコール(PEG)、スクシノニトリル(SN)、環状リン酸塩(CP)またはこれらのうち2種以上であり、
前記第1正極活物質層が前記可塑剤を含まず、
前記第1固体電解質及び前記第2固体電解質が高分子固体電解質である、固体電解質電池用正極。 - 前記可塑剤の融点が35℃~65℃である、請求項1に記載の固体電解質電池用正極。
- 前記可塑剤が、前記第2正極活物質層の全体重量を基準にして、0.1~30重量%で含まれる、請求項1または2に記載の固体電解質電池用正極。
- 前記第1正極活物質層または前記第2正極活物質層が、それぞれ導電材及びバインダーをさらに含む、請求項1から3のいずれか一項に記載の固体電解質電池用正極。
- 前記第1正極活物質層と前記第2正極活物質層との重量比が1:99~99:1である、請求項1から4のいずれか一項に記載の固体電解質電池用正極。
- 正極、負極、及び前記正極と前記負極との間に介在されたセパレータを含む固体電解質電池であって、
前記正極が、請求項1から5のいずれか一項に記載の固体電解質電池用正極であり、
前記セパレータが高分子電解質膜である、固体電解質電池。 - 前記固体電解質電池が、前記可塑剤の融点以上であり130℃以下の温度範囲で活性化されたものであり、
前記可塑剤が、固体電解質電池の活性化後に液状で存在する、請求項6に記載の固体電解質電池。 - 前記液状の可塑剤が前記第2正極活物質に形成されたクラック内部に浸透する、請求項7に記載の固体電解質電池。
- 前記セパレータが固体高分子電解質膜であり、前記負極がリチウム金属である、請求項6から8のいずれか一項に記載の固体電解質電池。
- 前記第2正極活物質層内の空隙が前記液状の可塑剤によって充填されている、請求項7または8に記載の固体電解質電池。
- 請求項6から10のいずれか一項に記載の固体電解質電池を単位電池として含む、電池モジュール。
- 請求項11に記載の電池モジュールを含む、電池パック。
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