JPWO2019088197A1 - 固体電解質、電極、蓄電素子及び固体電解質の製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
相互接続された複数の孔を有する多孔質シリカと、
前記複数の孔の内表面を覆う電解質と、
を備え、
前記電解質は、EMI−TFSIで表される1−エチル−3−メチルイミダゾリウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミドと、前記EMI−TFSIに溶解したリチウム塩と、を含み、
シリカに対する前記EMI−TFSIのモル比が、1.5より大きく、かつ、2.0未満である、固体電解質を提供する。
本開示の第1態様にかかる固体電解質は、
相互接続された複数の孔を有する多孔質シリカと、
前記複数の孔の内表面を覆う電解質と、
を備え、
前記電解質は、EMI−TFSIで表される1−エチル−3−メチルイミダゾリウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミドと、前記EMI−TFSIに溶解したリチウム塩と、を含み、
前記多孔質シリカに対する前記EMI−TFSIのモル比が、1.5より大きく、かつ、2.0未満である。
第1から第5態様のいずれか1つに係る固体電解質と、
電極活物質と、
を備えたものである。
正極と、
負極と、
第1から第5態様のいずれか1つに係る固体電解質と、
を備えたものである。
正極と、
負極と、
を備え、
前記正極及び前記負極から選ばれる少なくとも1つは、第6から第8態様のいずれか1つに係る電極である。
シリコンアルコキシドと、1−エチル−3−メチルイミダゾリウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミドと、リチウム塩と、水と、有機溶媒とを混合して、混合液を調製することと、
前記混合液をゲル化させることによって混合ゲルを形成することと、
前記混合ゲルを乾燥させることによって固体電解質を形成することと、
含む。
図1Aは、第1実施形態に係る固体電解質10の断面構造の一例を模式的に示している。固体電解質10は、多孔質シリカ11及び電解質13を備えている。多孔質シリカ11は、相互接続された複数の孔12を有する。複数の孔12は、いわゆる連続孔である。ただし、複数の孔12は、独立孔を含んでいてもよい。電解質13は、それらの孔12の内表面を覆っている。電解質13は、複数の孔12の内部を少なくとも部分的に満たしていてもよいし、複数の孔12の内部の全体を満たしていてもよい。
図6は、第2実施形態に係る電極20の断面構造の一例を模式的に示している。図6において、電極20は、集電体21の上に配置されている。電極20は、電極活物質、導電助剤及び固体電解質を含む。具体的には、電極20は、活物質粒子22、導電助剤粒子23及び固体電解質24を含む。活物質粒子22は、固体電解質24のマトリクスに埋め込まれて固定されている。導電助剤粒子23も固体電解質24のマトリクスに埋め込まれて固定されている。粒子22及び23の形状は特に限定されない。
図10は、第3実施形態に係る蓄電素子30の断面構造の一例を模式的に示している。図10において、蓄電素子30は、集電体31、正極32、固体電解質33、負極34、及び集電体35を備えている。集電体31及び35として、第2実施形態で説明した集電体21を用いることができる。正極32は、例えば、第2実施形態で説明した正極活物質を含有する。負極34は、例えば、第2実施形態で説明した負極活物質を含有する。
図11は、第4実施形態に係る蓄電素子40の断面構造の一例を示している。図11において、蓄電素子40は、集電体41、正極42、固体電解質43、負極44、及び集電体45を備えている。集電体41及び45として、第2実施形態で説明した集電体21を用いることができる。正極42として、第2実施形態で説明した電極20を用いることができる。負極44は、例えば、第2実施形態で説明した負極活物質を含有する。
図12は、第5実施形態に係る蓄電素子50の断面構造の一例を示している。図12において、蓄電素子50は、集電体51、正極52、固体電解質53、負極54、及び集電体55を備えている。集電体51及び55として、第2実施形態で説明した集電体21を用いることができる。正極52及び負極54として、第2実施形態で説明した電極20を用いることができる。固体電解質53は、正極52と負極54との間に配置されている。固体電解質53として、第1実施形態で説明した固体電解質10を用いることができる。あるいは、固体電解質53は、その他の固体電解質であってもよい。本実施形態では、正極52と負極54の両方に本開示の固体電解質を含む電極が使用されている。ただし、負極54のみに本開示の固体電解質を含む電極が使用されてもよい。
Claims (12)
- 相互接続された複数の孔を有する多孔質シリカと、
前記複数の孔の内表面を覆う電解質と、
を備え、
前記電解質は、EMI−TFSIで表される1−エチル−3−メチルイミダゾリウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミドと、前記EMI−TFSIに溶解したリチウム塩と、を含み、
シリカに対する前記EMI−TFSIのモル比が、1.5より大きく、かつ、2.0未満である、固体電解質。 - 前記リチウム塩が、リチウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミドを含む、請求項1に記載の固体電解質。
- 前記電解質は、前記複数の孔の前記内表面に接触する第1電解質層を含み、
前記第1電解質層は、第1アニオン層、第1カチオン層及び第2アニオン層を含み、
前記第1アニオン層は、前記多孔質シリカの前記複数の孔の前記内表面にそれぞれ吸着した複数の第1のビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミドイオンを含み、
前記第1カチオン層は、前記複数の第1のビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミドイオンとそれぞれイオン結合した複数の1−エチル−3−メチルイミダゾリウムイオンを含み、
前記第2アニオン層は、前記複数の1−エチル−3−メチルイミダゾリウムイオンとそれぞれイオン結合した複数の第2のビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミドイオンを含む、請求項2に記載の固体電解質。 - シリカに対する前記EMI−TFSIのモル比が、1.7以上、かつ、1.8以下である、請求項1から3のいずれか1項に記載の固体電解質。
- 前記多孔質シリカは、単一の層をなし、
前記固体電解質の外形が前記多孔質シリカによって画定されている、請求項1から4のいずれか1項に記載の固体電解質。 - 請求項1から5のいずれか1項に記載の固体電解質と、
電極活物質と、
を備えた、電極。 - 導電助剤及びバインダーから選ばれる少なくとも1つをさらに備えた、請求項6に記載の電極。
- 導電助剤をさらに備え、
前記固体電解質のマトリクス中に、前記電極活物質からなる複数の第1粒子と、前記導電助剤からなる複数の第2粒子とが固定されている、請求項6又は7に記載の電極。 - 正極と、
負極と、
請求項1から5のいずれか1項に記載の固体電解質と、
を備えた、蓄電素子。 - 正極と、
負極と、
を備え、
前記正極及び前記負極から選ばれる少なくとも1つは、請求項6から8のいずれか1項に記載の電極である、蓄電素子。 - シリコンアルコキシドと、1−エチル−3−メチルイミダゾリウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミドと、リチウム塩と、水と、有機溶媒とを混合して、混合液を調製することと、
前記混合液をゲル化させることによって混合ゲルを形成することと、
前記混合ゲルを乾燥させることによって固体電解質を形成することと、
含む、固体電解質の製造方法。 - 前記シリコンアルコキシドは、オルトケイ酸テトラエチル及びその置換体から選ばれる少なくとも1つを含む、請求項11に記載の固体電解質の製造方法。
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