JP7359491B2 - 電池及びその製造方法 - Google Patents
電池及びその製造方法 Download PDFInfo
- Publication number
- JP7359491B2 JP7359491B2 JP2022529145A JP2022529145A JP7359491B2 JP 7359491 B2 JP7359491 B2 JP 7359491B2 JP 2022529145 A JP2022529145 A JP 2022529145A JP 2022529145 A JP2022529145 A JP 2022529145A JP 7359491 B2 JP7359491 B2 JP 7359491B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- thin film
- negative electrode
- battery
- separator
- metal
- 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
- H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
- H01M50/409—Separators, membranes or diaphragms characterised by the material
- H01M50/449—Separators, membranes or diaphragms characterised by the material having a layered structure
- H01M50/451—Separators, membranes or diaphragms characterised by the material having a layered structure comprising layers of only organic material and layers containing inorganic material
-
- 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
- H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
- H01M10/058—Construction or manufacture
-
- 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
- H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
- H01M50/409—Separators, membranes or diaphragms characterised by the material
- H01M50/411—Organic material
- H01M50/414—Synthetic resins, e.g. thermoplastics or thermosetting resins
- H01M50/417—Polyolefins
-
- 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)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
- Secondary Cells (AREA)
Description
また、本発明では、導電性薄膜の膜厚が1μm以下であることにより、導電性薄膜の存在による電池の体積の増加が抑制され、エネルギー密度を低下させることもない。
正極10は、正極集電体11と、正極集電体11上に形成された正極活物質層12とを有する。
負極30は、負極活物質を有せず、負極集電体により構成される。負極活物質を有する負極を備える電池は、その負極活物質の存在に起因して、エネルギー密度を高めることが困難である。一方、本実施形態の電池1は負極活物質を有しない負極30を備えるため、そのような問題が生じない。すなわち、本実施形態の電池1は、金属が負極30の表面に析出し、及び、その析出した金属が溶解することによって充放電が行われるため、エネルギー密度が高い。
セパレータ20は、正極10と負極30を隔離して短絡を防ぎつつ、正極10と負極30との間の電荷キャリアとなる金属イオンのイオン伝導性を確保する部材であり、金属イオンと反応しない部材により構成される。また、電解液を用いる場合には、セパレータ20は当該電解液を保持する役割も担う。セパレータ20を構成するセパレータ基材21は、上記役割を担う限りにおいて限定はないが、多孔質材料、例えば、多孔質のポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)、又はこれらの積層構造により構成される。
導電性薄膜41は、負極表面上の析出金属層に電位を印加してデンドライトの形成を抑制するために設けられる。導電性薄膜41は、負極30及びセパレータ20の間に介在している。本実施形態では、導電性薄膜41は、セパレータ20上に形成されている。
電池1は、電解液を有していてもよい。電解液は、セパレータ20及び導電性薄膜41に浸漬させる。この電解液は、電解質を溶媒に溶解させて作った、イオン伝導性を有する溶液であり、リチウムイオンの導電経路として作用する。このため、電解液を有することにより、電池1の内部抵抗が低下し、エネルギー密度及びサイクル特性を向上できる。
図2は、本実施形態に係る電池の充放電サイクルの一時点における概略図である。本実施形態に係る電池では、充電中に負極30上にリチウム金属が析出して析出金属層50が形成され、放電中に負極30上から析出金属層50が溶解していく。本実施形態に係る電池では、導電性薄膜41はセパレータ20に強固に接着していることから、析出金属層50は、負極30とセパレータ41との間に形成される。
また、本実施形態では、導電性薄膜41の膜厚が1μm以下であることにより、導電性薄膜41の存在による電池の体積の増加が抑制され、エネルギー密度を低下させることもない。
さらに、析出金属層を構成する金属が導電性薄膜41内に不可逆に取り込まれることが抑制され、エネルギー密度を低下させることもない。
次に、図3~図6に示す工程断面図を参照して、本実施形態に係る電池の製造方法について説明する。
また、本実施形態では、膜厚が1μm以下の導電性薄膜41を容易に形成でき、導電性薄膜41の存在による電池の体積の増加が抑制され、エネルギー密度を低下させることもない。
さらに、析出金属層を構成する金属が導電性薄膜41内に不可逆に取り込まれることが抑制され、エネルギー密度を低下させることもない。
この結果、サイクル初期のエネルギー密度及びサイクル特性に優れる電池を製造できる。
(正極)
正極活物質としてNCM622(LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2)、バインダとしてPVdF、導電助剤、溶剤としてN-メチル-ピロリドン(NMP)を混合、スラリーを作成して、正極集電体11であるアルミ箔上に塗布、乾燥、プレスした。
基材として合計約12μmのポリプロピレン(PP)/ポリエチレン(PE)/ポリプロピレン(PP)の積層構造からなる、リチウムイオン電池グレードのセパレータ(Sep)を用い、その表面に膜厚20nmの炭素からなる薄膜(C)をスパッタリングにより形成した。
負極として、銅箔を用いた。また、電解液として、DME(ジメトキシエタン)に4M LiFSIを溶解させた電解液を用いた。
以上のように、実施例1では、本実施形態に対応する構造の電池を作製した。
実施例2~5では、負極の種類、セパレータ(Sep)上の導電性薄膜の種類及び膜厚を実施例1と異ならせた以外は、実施例1と同様にして電池を製造した。実施例2~8において、薄膜の形成にはスパッタリングを用いた。実施例3では、負極として、表面に平均100nm厚みの金属ビスマス層を形成した銅箔を用いた。
比較例1では、導電性薄膜を形成しなかった点を除いて、実施例1と同様に電池を製造した。
以下のようにして、各実施例及び比較例で作製した電池のサイクル特性を評価した。
Claims (5)
- 正極と、
負極活物質を有しない負極と、
前記正極と前記負極との間に配置された、多孔質材料を含むセパレータと、
前記セパレータと前記負極との間に配置された導電性薄膜と、
電解液と、
を備え、
前記導電性薄膜の膜厚が、1μm以下であり、
前記導電性薄膜は、前記セパレータ上に形成されており、充電中に前記導電性薄膜と前記負極との間に析出金属層が形成される、
電池。 - 前記セパレータは、金属イオンと反応しない部材により構成される、
請求項1に記載の電池。 - 前記導電性薄膜は、炭素からなる薄膜、金属又は合金からなる薄膜、又はその積層膜である、
請求項1又は2に記載の電池。 - 前記セパレータは、多孔質のポリエチレン、又は、ポリプロピレンを含む、請求項1~3のいずれか1項に記載の電池。
- 前記電池は、前記析出金属層を構成する金属として、リチウム金属が前記負極の表面に析出し、及び、その析出したリチウムが溶解することによって充放電が行われるリチウム2次電池である、請求項1~4のいずれか1項に記載の電池。
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
PCT/JP2020/021599 WO2021245745A1 (ja) | 2020-06-01 | 2020-06-01 | 電池及びその製造方法 |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPWO2021245745A1 JPWO2021245745A1 (ja) | 2021-12-09 |
JPWO2021245745A5 JPWO2021245745A5 (ja) | 2023-03-01 |
JP7359491B2 true JP7359491B2 (ja) | 2023-10-11 |
Family
ID=78830927
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2022529145A Active JP7359491B2 (ja) | 2020-06-01 | 2020-06-01 | 電池及びその製造方法 |
Country Status (3)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US20230100360A1 (ja) |
JP (1) | JP7359491B2 (ja) |
WO (1) | WO2021245745A1 (ja) |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2004087402A (ja) | 2002-08-28 | 2004-03-18 | Sony Corp | 負極およびその製造方法、並びに電池 |
JP2010182448A (ja) | 2009-02-03 | 2010-08-19 | Sony Corp | 薄膜固体リチウムイオン二次電池及びその製造方法 |
JP2011222215A (ja) | 2010-04-07 | 2011-11-04 | Toyota Motor Corp | リチウムイオン二次電池 |
JP2013073846A (ja) | 2011-09-28 | 2013-04-22 | Sony Corp | リチウムイオン二次電池 |
JP2016007816A (ja) | 2014-06-26 | 2016-01-18 | 東レ株式会社 | 積層多孔性フィルム、蓄電デバイス用セパレータおよび蓄電デバイス |
JP2018029065A (ja) | 2011-05-17 | 2018-02-22 | インディアナ ユニバーシティー リサーチ アンド テクノロジー コーポレイション | 制御された樹枝状結晶成長を有する充電可能なアルカリ金属電極およびアルカリ土類電極、ならびにそれらの製造方法および使用方法 |
-
2020
- 2020-06-01 WO PCT/JP2020/021599 patent/WO2021245745A1/ja active Application Filing
- 2020-06-01 JP JP2022529145A patent/JP7359491B2/ja active Active
-
2022
- 2022-11-29 US US18/071,312 patent/US20230100360A1/en active Pending
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2004087402A (ja) | 2002-08-28 | 2004-03-18 | Sony Corp | 負極およびその製造方法、並びに電池 |
JP2010182448A (ja) | 2009-02-03 | 2010-08-19 | Sony Corp | 薄膜固体リチウムイオン二次電池及びその製造方法 |
JP2011222215A (ja) | 2010-04-07 | 2011-11-04 | Toyota Motor Corp | リチウムイオン二次電池 |
JP2018029065A (ja) | 2011-05-17 | 2018-02-22 | インディアナ ユニバーシティー リサーチ アンド テクノロジー コーポレイション | 制御された樹枝状結晶成長を有する充電可能なアルカリ金属電極およびアルカリ土類電極、ならびにそれらの製造方法および使用方法 |
JP2013073846A (ja) | 2011-09-28 | 2013-04-22 | Sony Corp | リチウムイオン二次電池 |
JP2016007816A (ja) | 2014-06-26 | 2016-01-18 | 東レ株式会社 | 積層多孔性フィルム、蓄電デバイス用セパレータおよび蓄電デバイス |
Non-Patent Citations (2)
Title |
---|
Addisu Alemayehu ASSEGIE et al.,Multilayer-graphene-stabilized lithium deposition for anode-Free lithium-metal batteries,Nanoscale,2019年,Vol.11,pp.2710-2720 |
Zhenhua WANG et al.,Dendrite-Free Lithium Metal Anodes in High Performance Lithium-Sulfur Batteries with Bifunctional Ca,Electrochimica Acta,2017年,Vol.252,pp.127-137 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
US20230100360A1 (en) | 2023-03-30 |
JPWO2021245745A1 (ja) | 2021-12-09 |
WO2021245745A1 (ja) | 2021-12-09 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP6933590B2 (ja) | 負極活物質のプレドープ方法、負極の製造方法、及び蓄電デバイスの製造方法 | |
JP2016510941A (ja) | より厚い電極製造を可能にするための多層電池電極設計 | |
WO2022038670A1 (ja) | リチウム2次電池 | |
US20230100167A1 (en) | Secondary battery and method for producing same | |
JP6179404B2 (ja) | 二次電池の製造方法 | |
JP6815902B2 (ja) | リチウムイオン二次電池用正極およびそれを用いた電池 | |
JP7386046B2 (ja) | 全固体電池 | |
CN116169245A (zh) | 用于锂二次电池的负极以及包括其的锂二次电池 | |
JP7359491B2 (ja) | 電池及びその製造方法 | |
WO2013005358A1 (ja) | 蓄電装置及び車両 | |
JP7519121B2 (ja) | 電池及びその製造方法 | |
WO2022091407A1 (ja) | リチウム2次電池 | |
WO2021229683A1 (ja) | 2次電池 | |
US20230137413A1 (en) | Lithium secondary battery and method for using same | |
JP7340303B2 (ja) | リチウム2次電池及びその製造方法 | |
JP7492797B1 (ja) | リチウム2次電池 | |
JP7499043B2 (ja) | 非水電解質二次電池 | |
WO2022215160A1 (ja) | リチウム2次電池 | |
JP7461080B2 (ja) | リチウム2次電池、及びアノードフリー電池 | |
WO2023002537A1 (ja) | リチウム2次電池 | |
WO2022168296A1 (ja) | リチウム2次電池 | |
US20230028245A1 (en) | Solid state battery | |
WO2024079848A1 (ja) | リチウム2次電池及びその製造方法 | |
JP2013179081A (ja) | 二次電池および二次電池用負極 | |
WO2017216821A1 (en) | Fast Chargeable Lithium Ion Batteries with Oxide-Nanoparticle Coated Carbon Anodes and Imide Anion Based Lithium Salt Included Electrolyte |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A529 | Written submission of copy of amendment under article 34 pct |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A5211 Effective date: 20221108 |
|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20221108 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20230601 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20230727 |
|
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: 20230904 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20230921 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 7359491 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |