JPS60257073A - リチウム固体電解質二次電池 - Google Patents
リチウム固体電解質二次電池Info
- Publication number
- JPS60257073A JPS60257073A JP59113631A JP11363184A JPS60257073A JP S60257073 A JPS60257073 A JP S60257073A JP 59113631 A JP59113631 A JP 59113631A JP 11363184 A JP11363184 A JP 11363184A JP S60257073 A JPS60257073 A JP S60257073A
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- JP
- Japan
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- lithium
- solid electrolyte
- lead
- secondary battery
- battery
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- 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
-
- 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
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- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Battery Electrode And Active Subsutance (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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔技術分野〕
本発明はリチウム固体電解質ニー次電池に関する。
〔背景技術]
従来のリチウム固体電解質電池の負極には単体のリチウ
ム金1尼が用いられることが多かった。そして、充放電
が可能なリチウム固体電解質二次電池になると例が少な
く、発電要素のすべてを気相法で形成した正極/電解質
/負極/が二硫化チタン/Li4Si04−Li3PO
4/リチウムからなる電池が報告されているたりである
。
ム金1尼が用いられることが多かった。そして、充放電
が可能なリチウム固体電解質二次電池になると例が少な
く、発電要素のすべてを気相法で形成した正極/電解質
/負極/が二硫化チタン/Li4Si04−Li3PO
4/リチウムからなる電池が報告されているたりである
。
しかしながら、上記電池の場合、リチウム負極内のリチ
ウムの拡散がそれほど速くないため、急速な充電を行な
うと電解質内にリチウムのテン1゛ライI・成長が生じ
、構造的に割れを生したり、短絡事故を生して充放電特
性が低下するおそれがあった。
ウムの拡散がそれほど速くないため、急速な充電を行な
うと電解質内にリチウムのテン1゛ライI・成長が生じ
、構造的に割れを生したり、短絡事故を生して充放電特
性が低下するおそれがあった。
本発明は一1二連した従来技術の欠点を解消するために
なされたもので、充放電特性の優れたリチウム固体電解
質二次電池を提供することを目的と−4−る。
なされたもので、充放電特性の優れたリチウム固体電解
質二次電池を提供することを目的と−4−る。
本発明は負極にリチウム−鉛合金を用いることによって
リチウム固体電解質二次電池の充放電特性を向上させた
ものである。
リチウム固体電解質二次電池の充放電特性を向上させた
ものである。
すなわち、リチウムを鉛合金化することにより、充電時
デンドライト化しようとするリチウムを鉛との合金化反
応によって船中に急速に拡散させ、リチウムのデンドラ
イト成長を抑制して充放電特性を高めたのである。
デンドライト化しようとするリチウムを鉛との合金化反
応によって船中に急速に拡散させ、リチウムのデンドラ
イト成長を抑制して充放電特性を高めたのである。
本発明において、リチウム−鉛合金のリチウムと鉛の原
子量比としてはリチウム粉末が85;15〜5:95の
範囲、特に80−20〜20:80の範囲が好ましい。
子量比としてはリチウム粉末が85;15〜5:95の
範囲、特に80−20〜20:80の範囲が好ましい。
すなわちリチウムの量が前記範囲より多くなると鉛合金
化することによる充放電特性の向上効果が十分に発揮さ
れず、リチうムの量が前記範囲より少なくなると開路電
圧が低下し、大きな放電容量を得ようとすると負極体積
が増加し、その結果、電池の薄形化、小形化が十分に達
成し得なくなるからである。ただし、小電流で長期間の
使用が要望される用途ではリチウム量が前記範囲の最下
限であるリチウム;鉛の原子量比が5:95イζ]近の
ものでも充放電特性の優れた二次電池として1−分に使
用可能である。
化することによる充放電特性の向上効果が十分に発揮さ
れず、リチうムの量が前記範囲より少なくなると開路電
圧が低下し、大きな放電容量を得ようとすると負極体積
が増加し、その結果、電池の薄形化、小形化が十分に達
成し得なくなるからである。ただし、小電流で長期間の
使用が要望される用途ではリチウム量が前記範囲の最下
限であるリチウム;鉛の原子量比が5:95イζ]近の
ものでも充放電特性の優れた二次電池として1−分に使
用可能である。
正極活物質は、二次電池の正極活物質として使用可能な
ものであれば特に限定されることばないが、たとえば二
硫化チタン(TiS2)、二硫化モリブデン(MoS2
11、三硫化モリブデン(Mos3)、二硫化鉄(Fe
S2)、硫化ジルコニウム(ZrS2)、二硫化ニオブ
(NbS2)、三硫化リンニッケル(NiPS3)など
の遷移金属のカルコゲン化物や活性炭素繊維などが二次
電池特性が優れているごとから好ましい。そして電池の
薄形化をはかる上からは化学気相成長法(ケミカルヘー
パーディポジション法)による正極形成が可能な二硫化
チタンが特に好ましい。
ものであれば特に限定されることばないが、たとえば二
硫化チタン(TiS2)、二硫化モリブデン(MoS2
11、三硫化モリブデン(Mos3)、二硫化鉄(Fe
S2)、硫化ジルコニウム(ZrS2)、二硫化ニオブ
(NbS2)、三硫化リンニッケル(NiPS3)など
の遷移金属のカルコゲン化物や活性炭素繊維などが二次
電池特性が優れているごとから好ましい。そして電池の
薄形化をはかる上からは化学気相成長法(ケミカルヘー
パーディポジション法)による正極形成が可能な二硫化
チタンが特に好ましい。
固体電解質としては種々のものが使用可能であるが、分
解電圧が高いLi4 S i 04−1−夏3P04、
Li5N−fi+などが特に好ましい。
解電圧が高いLi4 S i 04−1−夏3P04、
Li5N−fi+などが特に好ましい。
リチウム−鉛合金の製造は、たとえばリチウムと鉛とを
溶融して合金化する冶金法によって行なうことができる
し、また後述するように蒸着によって行なうこともでき
る。そして負極の形成にはシート状にしたリチうムー鉛
合金の所望形状への打ち抜きや、リチウム−鉛合金粉末
の加圧成形などの種々の方法を採り得るが、電池の薄形
化をはかる上からは蒸着によるのが好ましい。
溶融して合金化する冶金法によって行なうことができる
し、また後述するように蒸着によって行なうこともでき
る。そして負極の形成にはシート状にしたリチうムー鉛
合金の所望形状への打ち抜きや、リチウム−鉛合金粉末
の加圧成形などの種々の方法を採り得るが、電池の薄形
化をはかる上からは蒸着によるのが好ましい。
蒸着による場合、リチウムと鉛との原子量比を所望割合
に保つには二元同時蒸着法やフラッシュ蒸着法によるの
が好ましい。二元同時蒸着法ではリチウムと鉛とを別々
の蒸着用ボートに載せ、温度を所定温度に加熱して蒸着
させるので、負極形成と同時にリチウムと鉛の合金化が
行なわれる。
に保つには二元同時蒸着法やフラッシュ蒸着法によるの
が好ましい。二元同時蒸着法ではリチウムと鉛とを別々
の蒸着用ボートに載せ、温度を所定温度に加熱して蒸着
させるので、負極形成と同時にリチウムと鉛の合金化が
行なわれる。
またフラ・7シユ法による場合も蒸着源としてリチウム
−鉛合金粉末のみならず、リチウム粉末と鉛粉末とを所
定割合で使用することにより負極形成することも可能で
あり、この場合には負極形成と同時にリチウムと鉛の合
金化が行なわれる。
−鉛合金粉末のみならず、リチウム粉末と鉛粉末とを所
定割合で使用することにより負極形成することも可能で
あり、この場合には負極形成と同時にリチウムと鉛の合
金化が行なわれる。
つぎに実施例をあげて本発明をさらに詳細に説明する。
実施例1
ガラス基板上に四塩化チタン(TiC14)と硫化水素
(I(23)をソースガスとしアルゴンガスをキャリア
ーとしてケミカルヘーパーディポジション法(CVT)
法)により二硫化チタン(Ti32)の薄膜を形成した
。その厚みは10μmで、これは0.6 m A h
/ c+Aの電気量に相当する。
(I(23)をソースガスとしアルゴンガスをキャリア
ーとしてケミカルヘーパーディポジション法(CVT)
法)により二硫化チタン(Ti32)の薄膜を形成した
。その厚みは10μmで、これは0.6 m A h
/ c+Aの電気量に相当する。
上記二硫化チタン正極上にL i4 S i 04−1
−i3PO4固溶体とI−+ 20 をターゲノ1〜と
してスパッタ蒸着法によりアモルファス状のI、14S
i04−Li3PO4系固体電解質を6pmの厚さに形
成し、固体電解質層とした。
−i3PO4固溶体とI−+ 20 をターゲノ1〜と
してスパッタ蒸着法によりアモルファス状のI、14S
i04−Li3PO4系固体電解質を6pmの厚さに形
成し、固体電解質層とした。
つぎにリチウムと鉛をそれぞれ別々のタングステン製ボ
ートに載せ、2 X 10−6mm1lHの真空中で二
元同時蒸着を行なった。ボート温度を調節(リチウム側
450℃、船側880℃)しリチウムと鉛の原子量比が
60 : 40になるように設定した。また負極の量は
合金中のリチウムの量が電気量にして3m A h /
cf相当量となるようにした。
ートに載せ、2 X 10−6mm1lHの真空中で二
元同時蒸着を行なった。ボート温度を調節(リチウム側
450℃、船側880℃)しリチウムと鉛の原子量比が
60 : 40になるように設定した。また負極の量は
合金中のリチウムの量が電気量にして3m A h /
cf相当量となるようにした。
上記のようにしてガラス基板上に形成した発電要素をそ
の基板とともにセラミック製スペーサと2枚の金属製封
口板で密封し、第1図に示すような電池を作製した。第
1図において、■はガラス基板で、2は前記のようにガ
ラス基板1上にCVD法で形成した二硫化チタンの薄膜
よりなる正極であり、3は正極2上にスパッタ法により
形成Li4 S i 04−L i3 PO4固体電解
質屓7ある。4は上記固体電解質N3上に前記のように
二元同時蒸着法によって形成した原子量比が60 ;
40のリチウム−鉛合金の蒸着膜よりなる負極である。
の基板とともにセラミック製スペーサと2枚の金属製封
口板で密封し、第1図に示すような電池を作製した。第
1図において、■はガラス基板で、2は前記のようにガ
ラス基板1上にCVD法で形成した二硫化チタンの薄膜
よりなる正極であり、3は正極2上にスパッタ法により
形成Li4 S i 04−L i3 PO4固体電解
質屓7ある。4は上記固体電解質N3上に前記のように
二元同時蒸着法によって形成した原子量比が60 ;
40のリチウム−鉛合金の蒸着膜よりなる負極である。
5はアルミナ系セラミック製のスペーサであり、6およ
び7は鉄−ニソヶル合金製の封目板で、封口板6とスペ
ーサ5との間およびスペーサ5と封口板7との間ははん
だで溶着して密閉されている。
び7は鉄−ニソヶル合金製の封目板で、封口板6とスペ
ーサ5との間およびスペーサ5と封口板7との間ははん
だで溶着して密閉されている。
」二記電池の開路電圧を測定したところ、2.]OVで
あった。また、この電池を充電電流、bt電雷電流も1
6μA / cJで、充電終止電圧2.70V、放電終
止電圧1.2■の条件下でサイクルテストを行なった結
果を第2図に線入で示す。
あった。また、この電池を充電電流、bt電雷電流も1
6μA / cJで、充電終止電圧2.70V、放電終
止電圧1.2■の条件下でサイクルテストを行なった結
果を第2図に線入で示す。
比較例1
正極、固体電解質層までは実施例1と同様に形 ・成し
、リチウム単体を蒸着法により3mAl1/cIII相
当量形成して負極としたほかは実施例1と同様にして電
池を作製した。
、リチウム単体を蒸着法により3mAl1/cIII相
当量形成して負極としたほかは実施例1と同様にして電
池を作製した。
この電池の開路電圧を測定したところ、2.40Vであ
った。また、この電池を充電電流、放電電流とも16μ
A / ctで、充電終止電圧2.7v、放電終止電圧
1.2■の条件下でサイクルテストを行なった結果を第
2図に線Wで示す。
った。また、この電池を充電電流、放電電流とも16μ
A / ctで、充電終止電圧2.7v、放電終止電圧
1.2■の条件下でサイクルテストを行なった結果を第
2図に線Wで示す。
第2図に示すように比較例1の電池は充放電2000サ
イクル後には放電容量が0.22m A h / cf
に低下したが、本発明の実施例1の電池は充放電200
0サイクル後も0.35m A h / cf以」この
放電容量を有していた。
イクル後には放電容量が0.22m A h / cf
に低下したが、本発明の実施例1の電池は充放電200
0サイクル後も0.35m A h / cf以」この
放電容量を有していた。
実施例2〜8
リチウムと鉛の原子量比が80 : 20.70 +
30.50:50.40 : 60.30 ; 70.
20 ; 80.10 : 90になるようにリチウJ
い側および船側のタングステン製ボートへの加熱温度を
第1表に示すよ・うに調節し、リチウムと鉛の二元同時
蒸着を行なって負極形成したほかば実施例1と同様にし
て電池を作製した。
30.50:50.40 : 60.30 ; 70.
20 ; 80.10 : 90になるようにリチウJ
い側および船側のタングステン製ボートへの加熱温度を
第1表に示すよ・うに調節し、リチウムと鉛の二元同時
蒸着を行なって負極形成したほかば実施例1と同様にし
て電池を作製した。
いずれの電池においても正極の電気量は0.6mA h
/ ca相当量で、負極の電気量は3 m A h
/ cJ相当量である。
/ ca相当量で、負極の電気量は3 m A h
/ cJ相当量である。
第 1 表
上記実施例2〜8の電池の開路電圧を測定するとともに
実施例1と同条件下で充放電サイクルテストを行なった
。
実施例1と同条件下で充放電サイクルテストを行なった
。
開路電圧の測定結果および充放電2000ザイクル後の
放電容量を第3図に示す。また前記実施例1の電池およ
び比較例1の開路電圧および充放電2000サイクル後
の放電容量も併せて第3図に示す。
放電容量を第3図に示す。また前記実施例1の電池およ
び比較例1の開路電圧および充放電2000サイクル後
の放電容量も併せて第3図に示す。
第3図に示すように鉛の量が多いとリチウムの充放電可
逆性そのものは向上するが、開路電圧が低下し、また負
極中のリチウムの密度が薄くなってリチウムの放電利用
率が低下するので、リチウム−鉛合金中のリチウムと鉛
の原子量比としてha85:15〜5z95の範囲、特
に80 ; 20〜20 ; 80の範囲が好ましい。
逆性そのものは向上するが、開路電圧が低下し、また負
極中のリチウムの密度が薄くなってリチウムの放電利用
率が低下するので、リチウム−鉛合金中のリチウムと鉛
の原子量比としてha85:15〜5z95の範囲、特
に80 ; 20〜20 ; 80の範囲が好ましい。
実施例9
実施例1と同様にしてガラス基板上に正極、固体電解質
層の形成を行なった。
層の形成を行なった。
つぎに2XIO−”韮11gの真空中でリチウムと#1
)の原子量比60 : 40のリチウム−鉛合金粉末を
1200°Cに加熱したタングステン製ボート」二に1
0分間かりて滴下し、フラッシュ蒸着法により前記固体
電解質層上にリチウムと鉛との原子量比60 : 40
のリヂ? ラム−鉛合金の蒸着膜をリチウムの電気量で
3mA h / cJ相当量形成して負極とし、これら
の発電要素を用いたほかは実施例1と同様にして電池を
作製した。なお正極の電気量は0.6mAh/cJ相当
量である。
)の原子量比60 : 40のリチウム−鉛合金粉末を
1200°Cに加熱したタングステン製ボート」二に1
0分間かりて滴下し、フラッシュ蒸着法により前記固体
電解質層上にリチウムと鉛との原子量比60 : 40
のリヂ? ラム−鉛合金の蒸着膜をリチウムの電気量で
3mA h / cJ相当量形成して負極とし、これら
の発電要素を用いたほかは実施例1と同様にして電池を
作製した。なお正極の電気量は0.6mAh/cJ相当
量である。
上記電池の開路電圧を測定したところ2.10 Vであ
り、負極を二元同次蒸着法で形成した実施例1の電池の
開路電圧と同じであった。また、この電池を実施例1と
同様の条件下で充放電サイクルテストを行ない、その結
果を第4図に線Bで示した。なお第4図中の線Wは前記
比較例1の充放電サイクルテストの結果を示すものであ
る。
り、負極を二元同次蒸着法で形成した実施例1の電池の
開路電圧と同じであった。また、この電池を実施例1と
同様の条件下で充放電サイクルテストを行ない、その結
果を第4図に線Bで示した。なお第4図中の線Wは前記
比較例1の充放電サイクルテストの結果を示すものであ
る。
この第4図に示す結果から明らかなように、比較例1の
電池では充放電2000サイクル後に放電容量が0.2
2m A h / caに低下するが、本実施例の電池
は前記実施例1の電池同様に充放電2000サイクル後
も0.33m A h /ca以上の放電容量を有して
いた。
電池では充放電2000サイクル後に放電容量が0.2
2m A h / caに低下するが、本実施例の電池
は前記実施例1の電池同様に充放電2000サイクル後
も0.33m A h /ca以上の放電容量を有して
いた。
以上説明したように、本発明によれば充放電特性が優れ
たリチウム固体電解質二次電池が提供された。
たリチウム固体電解質二次電池が提供された。
第1図は本発明のリチウム固体電解質二次電池の一実施
例を示す断面図であり、第2図は本発明の実施例1の電
池と従来電池である比較例1の電池の充放電サイクルテ
ストの結果を示す図である。第3図は本発明の実施例1
〜8の電池と比較例1の電池の開路電圧と充放電200
0サイクル後におりる放電容量をリチウムと鉛との原子
量比と関連すけて示した図であり、第4図は本発明の実
施例9の電池と比較例1の電池の充放電サイクルテスト
の結果を示す図である。 2・・・正極、 3・・・固体電解質層、4・・・負極
特許出願人 日立マクセル株式会社
例を示す断面図であり、第2図は本発明の実施例1の電
池と従来電池である比較例1の電池の充放電サイクルテ
ストの結果を示す図である。第3図は本発明の実施例1
〜8の電池と比較例1の電池の開路電圧と充放電200
0サイクル後におりる放電容量をリチウムと鉛との原子
量比と関連すけて示した図であり、第4図は本発明の実
施例9の電池と比較例1の電池の充放電サイクルテスト
の結果を示す図である。 2・・・正極、 3・・・固体電解質層、4・・・負極
特許出願人 日立マクセル株式会社
Claims (4)
- (1)正極、リチウムイオン伝導性固体電解質および負
極を備えてなるリチウム固体電解質二次電池において、
負極にリチウム−鉛合金を用いたことを特徴とするリチ
ウム固体電解質二次電池。 - (2)負極を真空蒸着法により形成した特許請求の範囲
第1項記載のリチウム固体電解質二次電池。 - (3)真空蒸着法が二元同時蒸着法である特許請求の範
囲第2項記載のリチウム固体電解質二次電池。 - (4)真空蒸着法がフラッシュ法である特許請求の範囲
第2項記載のリチウム固体電解質二次電池。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP59113631A JPS60257073A (ja) | 1984-06-02 | 1984-06-02 | リチウム固体電解質二次電池 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP59113631A JPS60257073A (ja) | 1984-06-02 | 1984-06-02 | リチウム固体電解質二次電池 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS60257073A true JPS60257073A (ja) | 1985-12-18 |
Family
ID=14617124
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP59113631A Pending JPS60257073A (ja) | 1984-06-02 | 1984-06-02 | リチウム固体電解質二次電池 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS60257073A (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7083877B2 (en) | 2002-06-13 | 2006-08-01 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | All solid state battery with coated substrate |
US7288340B2 (en) | 2003-03-20 | 2007-10-30 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Integrated battery |
-
1984
- 1984-06-02 JP JP59113631A patent/JPS60257073A/ja active Pending
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7083877B2 (en) | 2002-06-13 | 2006-08-01 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | All solid state battery with coated substrate |
US7288340B2 (en) | 2003-03-20 | 2007-10-30 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Integrated battery |
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