JP7327439B2 - 全固体電池 - Google Patents
全固体電池 Download PDFInfo
- Publication number
- JP7327439B2 JP7327439B2 JP2021074697A JP2021074697A JP7327439B2 JP 7327439 B2 JP7327439 B2 JP 7327439B2 JP 2021074697 A JP2021074697 A JP 2021074697A JP 2021074697 A JP2021074697 A JP 2021074697A JP 7327439 B2 JP7327439 B2 JP 7327439B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- solid
- negative electrode
- active material
- protective layer
- state battery
- 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
Images
Classifications
-
- 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
- H01M50/50—Current conducting connections for cells or batteries
- H01M50/572—Means for preventing undesired use or discharge
-
- 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
- H01M10/05—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
- H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
- H01M10/4235—Safety or regulating additives or arrangements in electrodes, separators or electrolyte
-
- 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
- H01M4/134—Electrodes based on metals, Si or alloys
-
- 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
- H01M4/38—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of elements or alloys
- H01M4/381—Alkaline or alkaline earth metals elements
- H01M4/382—Lithium
-
- 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
- H01M4/38—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of elements or alloys
- H01M4/40—Alloys based on alkali metals
- H01M4/405—Alloys based on lithium
-
- 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
- H01M4/62—Selection of inactive substances as ingredients for active masses, e.g. binders, fillers
-
- 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
- H01M2004/021—Physical characteristics, e.g. porosity, surface area
-
- 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
- H01M2200/00—Safety devices for primary or secondary batteries
-
- 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
-
- 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)
- Materials Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Secondary Cells (AREA)
- Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
- Cell Separators (AREA)
- Primary Cells (AREA)
Description
本開示における保護層は、後述する負極集電体および固体電解質層の間に配置される層であり、少なくともMgを含有するMg含有粒子と、ポリマーとを含有する。
本開示における負極は、少なくとも負極集電体を有する。上述したように、負極は、負極活物質層を有していてもよく、有していなくてもよい。
本開示における正極は、正極活物質層および正極集電体を有することが好ましい。本開示における正極活物質層は、少なくとも正極活物質を含有する層である。また、正極活物質層は、必要に応じて、固体電解質、導電材およびバインダーのうち少なくとも一つを含有していてもよい。
本開示における固体電解質層は、少なくとも固体電解質を含有する層である。また、固体電解質層は、必要に応じてバインダーを含有していてもよい。
本開示における全固体電池は、正極、固体電解質層および負極に対して、厚さ方向に沿って拘束圧を付与する拘束治具をさらに有していてもよい。拘束治具としては、公知の治具を用いることができる。拘束圧は、例えば0.1MPa以上であり、1MPa以上であってもよい。一方、拘束圧は、例えば50MPa以下であり、20MPa以下であってもよく、15MPa以下であってもよく、10MPa以下であってもよい。拘束圧が小さいほど、拘束治具の大型化を抑制できる。一方、拘束圧が小さいほど、短絡が生じやすくなるが、本開示における保護層を設けることで、短絡の発生を抑制できる。
本開示における全固体電池の種類は特に限定されないが、典型的にはリチウムイオン電池である。また、本開示における全固体電池は、一次電池であってもよく、二次電池であってもよいが、中でも二次電池であることが好ましい。繰り返し充放電でき、例えば車載用電池として有用だからである。
(保護層の形成)
PP(ポリプロピレン)製容器に、ヘプタンと、ブタジエンゴムを5重量%含んだヘプタン溶液と、Mg粒子(Mg単体、平均粒径10μm、イーエムジャパン社製)とを加え、超音波分散装置(エスエムテー製UH-50)で30秒間攪拌した。次に、容器を振とう器(柴田科学株式会社製、TTM-1)で30分間振とうさせた。これにより、保護層用の合材を調製した。この合材を、アプリケーターを使用したブレード法にて基板(Al箔)上に塗工した。そして、100℃のホットプレート上で30分間乾燥させた。これにより、基板付きの保護層を得た。保護層の厚さは15μmとした。
負極集電体(Cu箔)上に、負極活物質としてLi箔をのせ、100MPaでプレスをした。これにより、負極集電体および負極活物質層を有する負極を得た。
正極活物質(単体硫黄)、硫化物(P2S5)、およびバインダー(VGCF)をS:P2S5:VGCF=52.3:19.2:28.3の重量比となるように秤量した。これらを、メノウ乳鉢で15分間混合し、原料混合物を得た。原料混合物を遊星ボールミルの容器(45mL、ZrO2製)に投入し、さらにZrO2ボール(φ=4mm、96g)を投入して、容器を完全に密封した。この容器を、遊星ボール機(フリッチュ製P7)に取り付け、1時間メカニカルミリング(回転数510rpm)、15分停止、逆回転で1時間メカニカルミリング(回転数510rpm)、15分停止のサイクルを繰り返し、合計48時間メカニカルミリングを行った。これにより正極合材を得た。
硫化物固体電解質(LiI-LiBrを含むLi2S-P2S5系固体電解質)、バインダー(ABRを5重量%含有したヘプタン溶液)、および分散媒(酪酸ブチル)をPP容器に加えた。これを、超音波分散装置で30秒間混合し、振とう機で3分間振とうし、さらに超音波分散装置で30秒間混合した。これにより、固体電解質層用の合材を得た。この合材を、アプリケーターを使用したブレード法にて基板(Al箔)上に塗工した。その後、150℃のホットプレート上で30分間乾燥させた。これにより、基板および固体電解質層を有する転写部材を得た。
平均粒径が800nmのMg粒子を使用したこと以外は、実施例1と同様にして全固体電池を作製した。
Mg粒子およびバインダーを含む保護層の代わりに、Auを含む保護層(厚さ20nm)を形成した。具体的には、転写部材の作製において、基板とは反対側の固体電解質層表面に、Auをスパッタリングで蒸着させて保護層を作製した。この転写部材を用いたこと以外は、実施例1と同様にして全固体電池を作製した。
保護層を形成しなかったこと以外は、実施例1と同様にして全固体電池を作製した。
負極活物質層としてLiMg合金箔を用い、保護層を形成しなかったこと以外は、実施例1と同様にして全固体電池を作製した。
(充放電試験)
実施例1、2および比較例1~3で作製した全固体電池に対して、以下のように充放電試験を行った。まず、10時間率(0.1C)で1.5Vまで定電流-定電圧放電した。その後、10時間率(0.1C)で3.0Vまで充電した。短絡が発生した場合、充電曲線の傾きが変化するため、その点までを短絡容量と定義し、それぞれの短絡容量を測定した。
上記充放電試験を行う前の各全固体電池に対してインピーダンス測定を行い、その半円の抵抗をフィッティングにより算出することで電荷移動抵抗を求めた。インピーダンス測定の条件として、電圧振幅を10mV、周波数を100kHz-1kHzとした。
満充電時(SOC100%)における全固体電池のLi比率(負極層および保護層における全ての金属に対するLiの原子数比)を算出した。Li比率の算出は、特開2020-184513に記載された手法と同様の手法を用いた。結果を表1に示す。
2 …負極集電体
3 …正極活物質層
4 …正極集電体
5 …固体電解質層
6 …保護層
10 …全固体電池
Claims (8)
- 少なくとも負極集電体を有する負極と、正極と、前記負極および前記正極の間に配置された固体電解質層と、を有する全固体電池であって、
前記負極集電体および前記固体電解質層の間に、少なくともMgを含有するMg含有粒子と、ポリマーとを含有する保護層が配置されている、全固体電池。 - 前記負極集電体および前記保護層の間に、Li単体およびLi合金の少なくとも一方である負極活物質を含有する負極活物質層が配置されている、請求項1に記載の全固体電池。
- 前記負極集電体および前記保護層が、直接接触している、請求項1に記載の全固体電池。
- 前記Mg含有粒子が、Liを含有する、請求項1から請求項3までのいずれかの請求項に記載の全固体電池。
- 前記Mg含有粒子が、Liを含有しない、請求項1から請求項3までのいずれかの請求項に記載の全固体電池。
- 前記Mg含有粒子の平均粒径(D50)が、800nm以上、10μm以下である、請求項1から請求項5までのいずれかの請求項に記載の全固体電池。
- 前記保護層の厚さが、5μm以上、100μm以下である、請求項1から請求項6までのいずれかの請求項に記載の全固体電池。
- 前記全固体電池が、前記正極、前記固体電解質層および前記負極に対して、厚さ方向に沿って拘束圧を付与する拘束治具をさらに有し、
前記拘束治具による拘束圧が、20MPa以下である、請求項1から請求項7までのいずれかの請求項に記載の全固体電池。
Priority Applications (5)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2021074697A JP7327439B2 (ja) | 2021-04-27 | 2021-04-27 | 全固体電池 |
KR1020220038091A KR20220147501A (ko) | 2021-04-27 | 2022-03-28 | 전고체 전지 |
DE102022108126.5A DE102022108126A1 (de) | 2021-04-27 | 2022-04-05 | Festkörperbatterie |
CN202210419180.1A CN115249833A (zh) | 2021-04-27 | 2022-04-20 | 全固体电池 |
US17/725,167 US20220344791A1 (en) | 2021-04-27 | 2022-04-20 | All solid state battery |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2021074697A JP7327439B2 (ja) | 2021-04-27 | 2021-04-27 | 全固体電池 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2022168967A JP2022168967A (ja) | 2022-11-09 |
JP7327439B2 true JP7327439B2 (ja) | 2023-08-16 |
Family
ID=83507890
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2021074697A Active JP7327439B2 (ja) | 2021-04-27 | 2021-04-27 | 全固体電池 |
Country Status (5)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US20220344791A1 (ja) |
JP (1) | JP7327439B2 (ja) |
KR (1) | KR20220147501A (ja) |
CN (1) | CN115249833A (ja) |
DE (1) | DE102022108126A1 (ja) |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2013145737A (ja) | 2011-12-13 | 2013-07-25 | Toyota Motor Corp | 電池 |
JP2018116810A (ja) | 2017-01-17 | 2018-07-26 | トヨタ自動車株式会社 | 全固体電池 |
JP2020184407A (ja) | 2019-04-26 | 2020-11-12 | トヨタ自動車株式会社 | 全固体電池 |
Family Cites Families (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP7327005B2 (ja) | 2019-04-26 | 2023-08-16 | トヨタ自動車株式会社 | 全固体電池及びその製造方法 |
-
2021
- 2021-04-27 JP JP2021074697A patent/JP7327439B2/ja active Active
-
2022
- 2022-03-28 KR KR1020220038091A patent/KR20220147501A/ko not_active Application Discontinuation
- 2022-04-05 DE DE102022108126.5A patent/DE102022108126A1/de active Pending
- 2022-04-20 CN CN202210419180.1A patent/CN115249833A/zh active Pending
- 2022-04-20 US US17/725,167 patent/US20220344791A1/en active Pending
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2013145737A (ja) | 2011-12-13 | 2013-07-25 | Toyota Motor Corp | 電池 |
JP2018116810A (ja) | 2017-01-17 | 2018-07-26 | トヨタ自動車株式会社 | 全固体電池 |
JP2020184407A (ja) | 2019-04-26 | 2020-11-12 | トヨタ自動車株式会社 | 全固体電池 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE102022108126A1 (de) | 2022-10-27 |
CN115249833A (zh) | 2022-10-28 |
KR20220147501A (ko) | 2022-11-03 |
US20220344791A1 (en) | 2022-10-27 |
JP2022168967A (ja) | 2022-11-09 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP6376068B2 (ja) | 負極合材および全固体電池 | |
JP6936959B2 (ja) | 正極合材、正極活物質層、全固体電池および正極活物質層の製造方法 | |
JP2020184407A (ja) | 全固体電池 | |
JP7207248B2 (ja) | 全固体電池 | |
JP2019117768A (ja) | 全固体二次電池 | |
JP7218751B2 (ja) | 全固体電池 | |
JP2020053300A (ja) | 全固体電池 | |
JP7139973B2 (ja) | 負極層 | |
JP7327439B2 (ja) | 全固体電池 | |
JP7334759B2 (ja) | 全固体電池 | |
JP7256150B2 (ja) | 全固体電池 | |
JP2022182306A (ja) | 全固体電池、全固体電池の製造方法、および、全固体電池の回復方法 | |
JP2022153951A (ja) | 全固体電池 | |
JP2022168968A (ja) | 全固体電池 | |
JP7420469B2 (ja) | 負極合材 | |
JP2021089814A (ja) | 全固体電池 | |
JP7494870B2 (ja) | 全固体電池および全固体電池システム | |
JP7331873B2 (ja) | 全固体電池 | |
JP7188224B2 (ja) | 全固体電池 | |
JP7259677B2 (ja) | 全固体電池 | |
JP2019096541A (ja) | 全固体電池 | |
US11677066B2 (en) | Anode material and method for producing the same | |
US20240194930A1 (en) | All-solid-state battery and method of producing all-solid-state battery | |
JP2023036085A (ja) | 負極層 | |
JP2023048393A (ja) | 固体電池及び固体電池の製造方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20221012 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20230615 |
|
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: 20230704 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20230717 |
|
R151 | Written notification of patent or utility model registration |
Ref document number: 7327439 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151 |