JPS59123166A - リチウム固体電池 - Google Patents

リチウム固体電池

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JPS59123166A
JPS59123166A JP23114282A JP23114282A JPS59123166A JP S59123166 A JPS59123166 A JP S59123166A JP 23114282 A JP23114282 A JP 23114282A JP 23114282 A JP23114282 A JP 23114282A JP S59123166 A JPS59123166 A JP S59123166A
Authority
JP
Japan
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active material
solid electrolyte
lithium
thin film
electrode active
Prior art date
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Pending
Application number
JP23114282A
Other languages
English (en)
Inventor
Shigeru Matake
茂 真竹
Atsuo Imai
今井 淳夫
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.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
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Publication of JPS59123166A publication Critical patent/JPS59123166A/ja
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M6/00Primary cells; Manufacture thereof
    • H01M6/14Cells with non-aqueous electrolyte
    • H01M6/18Cells with non-aqueous electrolyte with solid electrolyte
    • H01M6/182Cells with non-aqueous electrolyte with solid electrolyte with halogenide as solid electrolyte

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Primary Cells (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明はリチウム固体電池に関する1、更に詳しくは、
固体電解質層を薄膜にすることによって、電池の内部抵
抗を低下せしめ、かつエネルギー密度が高められた、沃
化物を正極活物質とするリチウム固体電池に関する。
〔発明の技術的背景とその問題点〕
近年、半導体素子とそれを用いる応用回路の進歩は著し
く、電子機器分野においてはその小型化。
高集積化、高機能化が進んでいる1、その進歩に伴い、
用いる電源に関しても、小型、薄型、軽量。
高エネルギー密度、電流は微少でも長寿命で液漏れがな
い、保存性が良好などの特質を備えた高信頼性の電池へ
の要望が高1つている。
このため、イオン導電率が大きいリチウムイオン導電性
の固体1解質を固体の正極活物質及びリチウムイオン源
の負極活物質で挾持した構造のリチウム固体電池は、そ
の液漏れの虞れが全くなく、かつ開路電圧も高いので特
に注目を来め、その開発、実用化の研究が進められてい
る。
代表的なリチウム固体電池には、正極活物質がPbI、
等の沃化物からなるものがある。この種の電池の固体電
解質にはLiIとα−At20.の混合粉末。
Li、N  等が用いられている。しかしながら、これ
ら固体電解質は電気抵抗が太きいため、電池の内部抵抗
を高めるという欠点を有していた。この欠点を解決する
ためには、固体電解質層を薄膜化し、抵抗を低下せしめ
る必要がある3゜ 一方、固体電解質の薄膜化は、リチウム固体電池の小型
、薄型、軽量、高エネルギー密度化の面からも強く要望
されていた。
固体電解質は薄膜化する方法としては■固体電解質の粉
末をプレス成形してペレット化する際に、その厚みを可
及的に薄くするもの、■固体電解質を活性物の表面にス
パッタ又は蒸着して固体電解質の薄膜を形成するものが
ある。
しかしながら、■の方法にあっては、Li、Hの粉末間
の接触抵抗が大きく、成形ペレットの抵抗値が粉末自体
の抵抗値の約100倍程度の値となる。
しかも、厚みを薄くすることには製造上限界があシ、ま
た、あまυ薄くすると成形ペレットの機械的強度が低下
して電池を組立てる際の破損事故が多発するように彦る
。したがって、電池の内部抵抗を低減することには限界
があった。
また、■の方法にあっては、薄膜形成に長時間を要し、
しかも、固体電解質のLi、Nを沃化物正極活物質上に
蒸着せしめると、Li、Nが基板と反応して、分解して
しまう等、生産性に問題があった。
〔発明の目的〕
本発明は薄膜状固体電解質と沃化物の正極活物質からな
る生産性に優れたリチウム固体電池を提供し、以って、
リチウム固体電池の内部抵抗と低減せしめると共に、エ
ネルギー密度を高めることを目的とする。
〔発明の概要〕
本発明者らは、リチウムイオン導電性固体電解質として
、高いイオン導電性(約I X 10−6Ωm)を有す
るLrCL−MCL、糸の化合物(これらの式中、Mは
Mg 、 Cd 、 MnまたはFeの元素を表わす。
)に着目し、上記目的を達成すべく、その薄膜化につい
て鋭意研究を重ねた結果、特定の組成のLiCz−MC
1,系化合物を沃化物の正極活物質に蒸着又はス・9タ
リングを行うと、固体電解質が正極活物質と反応するこ
となく、容易に薄膜化される事実を見い出し、本発明を
完成した。
すなわち、本発明のリチウム固体電池は、リチウムイオ
ンを供給する負極活物質と;一般式L ix My C
4(式中、MはMg 、 Cd 、 IuInまたはF
eO元累を表わし、X * ’I ij:x + 27
−411.5≦X≦2の関係を有する数を表わす。)で
示される複合塩化物の薄膜からなる固体電解質と;少な
くとも1種の沃化物を含む正極活物質とを、この順序で
積層して成ることを特徴とする。
本発明において、用いるリチウムを供給する負極活物質
は、リチウムイオン源となシ得る固体物質であれば、い
かなるものであってもよく、例えば、リチウム単体;リ
チウムとアルミニウム、リチウムとケイ素、リチウムと
錫等の合金;および各種のリチウム化合物等が挙げられ
る。
固体電解質はLixMyCt、で示される複合塩化物の
薄膜から々る。これは逆スピネル型構造を有する。
式中、MはMg 、 Cd 、 Mn 、 Fe  の
二価の金属元素を表わす、また、x + Vはx+2y
−4,1,5≦x(,2の関係を有する数である。Xが
1.5未満ではIAXM、CL、のMはLiによる還元
を受けやすくなシ、イオン導電性が低下するため、本発
明の固体電解質として適さなくなる。また、Xが2を超
えるとLi、M、C6,のM成分が減るため、イオン導
電性が低下し、不適切な化合物とな如、本発明の目的を
達成することができない。
正極活物質に用いる沃化物としては、沃化鉛。
沃化ビスマス、沃化アンチモン、沃化カドミウム。
沃化水銀が好ましい。これら沃化物はそのit正極活物
質として単独又は混合物として用いることができる。ま
た、これら沃化物の結晶相中に、Pb。
8n、Go、81 、Te+Se、S、Zr、TI等を
固溶し、以ってその電子伝導性を高めたものを用いても
よい。
本発明における固体電解質薄膜の厚さは、通常0゜1〜
100μmとする。0.1μm未満では、正極活物質と
負極活物質とが短絡する惧れがあシ、また100μmを
超えると、抵抗が犬きくなυ本発明の目的が達成されな
いからである。
本発明のリチウム固体電池は、例えば、次の方法によっ
て得ることができる。
まず、LictとMC1,(Mは上記で定義した元素で
ある。)の乾燥された粉末を所定の割合に混合した後、
得られた塩化物混合物を、不活性ガス雰囲気中、例えば
100〜700℃で50〜150時間焼成して、複合塩
化物LlxMyCtの粉末を得る。
次に、この粉末を、例えば1〜5 ton /ctlで
加圧成形し、蒸着又はスフ4ツタ用の固体電解質ペレッ
トとする。
次に、このペレットを周知の蒸着方法に従って、真空容
器中で加熱し、あらかじめ調製された沃化物からなる正
極活物質ペレットの片側面に蒸着すれば、正極活物質表
面にLixM、Ctの固体電解質薄膜が形成される。更
に、該薄膜層の上面にリチウム金属を同様に蒸着せしめ
れば、本発明のリチウム固体電池が得られる。
なお、スパタリングによっても、正極活物質表面に固体
電解質薄膜を被着せしめることができる。
この場合には、周知の方法に従って、上記固体電解質の
ペレットをターグツト(陰極)にすればよい。
本発明に係るLixMyCtの固体電解質は蒸着又はス
パタリングで薄膜化せしめる際、沃化物からなる正極活
物質と反応することがなく、比較的短時間で所要厚さの
薄膜が得られる。
〔発明の実施例〕
以下、本発明のリチウム固体電池を実施例によって詳説
する。
実施例1〜27および比較例1〜5 固体電解質の調製 市販の純度99.9996のLICl 、MgC1,、
CdCl2゜MnC41およびFeCl2 を各々準備
し50℃で2時間ノ4イレツクス管内で真空乾燥を行な
った。全てのElは100メツシユ(タイラー篩)を通
過するものであった。次に乾燥Arガス雰囲気中のドラ
イがツクス内で、所定の組成よりLiC6を50〜15
0チ過剰に加え、蒸着の際LiCtが減少する分を補正
することにし、後に蒸着した固体電解質の分析から得た
Li、M、Ct、のXとyの割合が第1表中に示すよう
に上記塩化物を秤量、混合した28種類の塩化物混合物
それぞれ約1.0vを高純度石英管中に入れ真空排気し
て封止後、全体を600℃に加熱して約100時間保持
した。冷却後得られたインゴットを再び乾燥Arガス算
四囲気中ドライ4?ツクス内で粉砕し、100メツシユ
の篩を通過させ、その粉末を固体電解質試料とした。次
に内径8調の金型シリンダーに試料を入れ全体を3 t
on/cdの圧力で加圧成形し、蒸着又はスパッタリン
グ用のペレット試料とした。
リチウム固体電池の製造および測定 正極活物質として市販のそれぞれ粒径200μm以下の
PbIt 、 B1l5 、5bIs 、 CdI、及
び七■2の粉末と粒径200μm以下のpb粉末とを容
量チ比で80:20に混合して、内径12鰭の金型シリ
ンダーに0.25 rずつを入れ、フッ素樹脂棒で一様
にならすようにしながら軽く、抑圧後、全体を2 、5
 ton7iの圧力で加圧成形した。このようにして作
った成形体(ペレット)の厚さは約0.4 waであっ
た。このペレットを各活物質について29個ずつ用意し
た。このうち1個は比較用として固体電解質に窒化リチ
ウムを用いることとした。
次に蒸着を行なうため、ベルツヤ−内に正極活物質ペレ
ットと、タングステンヒーターに入れた固体電解質ペレ
ットと金属リチウム塊約2.51及び金線約2tfそれ
ぞれセットし、約2時間かけて、I X 10−’ T
orrの真空状態にした。そして初めに、正極活物質ペ
レットの片側面に固体電解質全蒸着し、次に、この蒸着
面に、金属リチウムを蒸着したが、%蒸着の所要時間は
、各々約20分と約10分で両方共残量は認められなか
った。なおLi3Nの蒸着には25分を要した。その後
約20分間放置し、金属リチウムの付いた正極活物質面
と、その真個の両面とに金を約6分間ずつ反転させて蒸
着し、試料N111〜29のリチウム固体電池を得た。
尚、蒸着中の真空度は3 X 10= 〜2 X 10
−’Torrの範囲である。正極活物質ペレットの側面
はショートシない様にA/1.の治具で榎い、蒸着面積
をほぼ1cI/iにする様にした。
得られた固体電池は、Arドライメツクス中に回収し、
開路起電圧(O,C,V )を内部抵抗100MΩのr
ノタルがルトメーターで測定し、内部抵抗ρ(KΩ〕は
、ACI KHzを印加し、常法により測定したところ
、各条件で作った試作電池は第1表に示す値となった。
尚比較のため窒化リチウム(Li、N)を固体電解質と
し、正極活物質上に蒸着して作つた試料も同様にして測
定したので記載する。
本発明の範凹内に属する組成の固体電解質を用いたもの
は、比較例に比べ優れていることが測定からも確認され
た。
また、このようにして得られた試作電池全体の厚さは全
て約0.7園であシ、同じ条件で別に行なった蒸着の笑
験から、固体電解質及び金属リチウムの厚さはそれぞれ
約10μmと約30μmであった。尚、スパッタリング
による方法の場合ではI X 10−’ TorrのA
r雰囲気で13.5 MHzの高周波印加で行なったが
、O,C,Vとρは蒸着の時とほぼ同様の値が測定され
た。固体電解質の厚さは、さらに薄く約1.5μmにな
っていた。以上のように本発明によると従来、固体電解
質の蒸着が困難であった正極活物質を用いて、優れた薄
膜固体電解質からなるリチウム固体電池を得ることがで
きる。
〔発明の効果〕
以上の説明から明らかな通シ、本発明のリチウム固体電
池は、■固体電解質が薄膜化されているため、小型、薄
型、軽量であるばかシでなく、内部抵抗が低く、しかも
エネルギー密度が高いこと、■固体電解質がLixMy
C4からなるので、薄膜化の際、沃化物からなる正極活
物質と反応することがなく、かつ薄膜を短時間で得るこ
とができるので生産性が高いことなどの効果を奏し、そ
の工業的価値は極めて犬である。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. リチウムイオンを供給する負極活物質と;一般式、L 
    I X My C4,(式中、Mは&Ig、Cd、Mn
    またはFeの元素を表わし、” + Yはx+23’=
    4 、1.5<x≦2の関係を有する数を表わす。)で
    示される複合塩化物の薄膜からなる固体電解質と;少な
    くとも1種の沃化物を含む正極活物質とを、この順序で
    積層して成るリチウム固体電池。
JP23114282A 1982-12-29 1982-12-29 リチウム固体電池 Pending JPS59123166A (ja)

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JP (1) JPS59123166A (ja)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0549912U (ja) * 1991-12-09 1993-07-02 ナショナル住宅産業株式会社 開口部を有する外壁パネルの取付け構造
CN111916820A (zh) * 2019-05-08 2020-11-10 国联汽车动力电池研究院有限责任公司 二次电池固态电解质材料及其制备方法与应用

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0549912U (ja) * 1991-12-09 1993-07-02 ナショナル住宅産業株式会社 開口部を有する外壁パネルの取付け構造
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