RU2695127C1 - Method of producing sulphide solid-state batteries - Google Patents

Method of producing sulphide solid-state batteries Download PDF

Info

Publication number
RU2695127C1
RU2695127C1 RU2018141428A RU2018141428A RU2695127C1 RU 2695127 C1 RU2695127 C1 RU 2695127C1 RU 2018141428 A RU2018141428 A RU 2018141428A RU 2018141428 A RU2018141428 A RU 2018141428A RU 2695127 C1 RU2695127 C1 RU 2695127C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
anode
lithium
sulfide solid
solid electrolyte
active material
Prior art date
Application number
RU2018141428A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Масахару СЕНОУЕ
Original Assignee
Тойота Дзидося Кабусики Кайся
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Тойота Дзидося Кабусики Кайся filed Critical Тойота Дзидося Кабусики Кайся
Application granted granted Critical
Publication of RU2695127C1 publication Critical patent/RU2695127C1/en

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/04Processes of manufacture in general
    • H01M4/0402Methods of deposition of the material
    • H01M4/0404Methods of deposition of the material by coating on electrode collectors
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/13Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
    • H01M4/139Processes of manufacture
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052Li-accumulators
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052Li-accumulators
    • H01M10/0525Rocking-chair batteries, i.e. batteries with lithium insertion or intercalation in both electrodes; Lithium-ion batteries
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/056Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes
    • H01M10/0561Accumulators 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
    • H01M10/0562Solid materials
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/058Construction or manufacture
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/058Construction or manufacture
    • H01M10/0585Construction or manufacture of accumulators having only flat construction elements, i.e. flat positive electrodes, flat negative electrodes and flat separators
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/13Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
    • H01M4/133Electrodes based on carbonaceous material, e.g. graphite-intercalation compounds or CFx
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/13Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
    • H01M4/134Electrodes based on metals, Si or alloys
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/13Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
    • H01M4/139Processes of manufacture
    • H01M4/1391Processes of manufacture of electrodes based on mixed oxides or hydroxides, or on mixtures of oxides or hydroxides, e.g. LiCoOx
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/13Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
    • H01M4/139Processes of manufacture
    • H01M4/1393Processes of manufacture of electrodes based on carbonaceous material, e.g. graphite-intercalation compounds or CFx
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/13Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
    • H01M4/139Processes of manufacture
    • H01M4/1395Processes of manufacture of electrodes based on metals, Si or alloys
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/13Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
    • H01M4/139Processes of manufacture
    • H01M4/1397Processes of manufacture of electrodes based on inorganic compounds other than oxides or hydroxides, e.g. sulfides, selenides, tellurides, halogenides or LiCoFy
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/362Composites
    • H01M4/364Composites as mixtures
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/38Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of elements or alloys
    • H01M4/386Silicon or alloys based on silicon
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/48Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides
    • H01M4/485Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides of mixed oxides or hydroxides for inserting or intercalating light metals, e.g. LiTi2O4 or LiTi2OxFy
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/58Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic compounds other than oxides or hydroxides, e.g. sulfides, selenides, tellurides, halogenides or LiCoFy; of polyanionic structures, e.g. phosphates, silicates or borates
    • H01M4/583Carbonaceous material, e.g. graphite-intercalation compounds or CFx
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/58Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic compounds other than oxides or hydroxides, e.g. sulfides, selenides, tellurides, halogenides or LiCoFy; of polyanionic structures, e.g. phosphates, silicates or borates
    • H01M4/583Carbonaceous material, e.g. graphite-intercalation compounds or CFx
    • H01M4/587Carbonaceous material, e.g. graphite-intercalation compounds or CFx for inserting or intercalating light metals
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M2004/026Electrodes composed of, or comprising, active material characterised by the polarity
    • H01M2004/027Negative electrodes
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2300/00Electrolytes
    • H01M2300/0017Non-aqueous electrolytes
    • H01M2300/0065Solid electrolytes
    • H01M2300/0068Solid electrolytes inorganic
    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries
    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Abstract

FIELD: manufacturing technology.SUBSTANCE: invention relates to a method of producing a sulphide solid-state battery. Method of producing sulphide solid-state battery comprises first step of lithium doping with at least one material selected from graphite and lithium titanate to obtain pre-alloyed material; second step of mixing sulphide solid electrolyte, an active material based on silicon and pre-alloyed material to obtain an anode mixture; third step of applying anode mixture in form of coating on surface of anode current collector containing copper to obtain anode.EFFECT: invention allows reducing self-discharge of battery.3 cl, 3 dwg, 1 tbl

Description

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИFIELD OF TECHNOLOGY

[0001] В настоящей заявке раскрыт способ изготовления сульфидной твердотельной батареи.[0001] The present application discloses a method for manufacturing a sulfide solid state battery.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИBACKGROUND

[0002] В патентных документах 1-3 раскрываются сульфидные твердотельные батареи, содержащие положительные электроды, отрицательные электроды и слои твердого электролита, размещенные между положительным и отрицательным электродами. Согласно технологии, приведенной в патентном документе 1, для получения отрицательного электрода смесь для отрицательного электрода, включающую сульфидный твердый электролит, активный материал на основе кремния и активный материал на основе углерода, наносят в виде покрытия на поверхность токоприемника отрицательного электрода, сформированного из меди. Согласно технологии, приведенной в патентном документе 2, при первой зарядке сульфидной твердотельной батареи, перед тем, как на ней возникнет рабочее напряжение, литий поступает от катода к аноду, легируя активный материал анода. По технологии, приведенной в патентном документе 3, перед тем как на поверхность анодного токоприемника наносится анодная смесь, содержащая сульфидный твердый электролит, на этой поверхности создается слой устойчивый к сульфатированию.[0002] Patent documents 1-3 disclose sulfide solid state batteries containing positive electrodes, negative electrodes and layers of solid electrolyte sandwiched between the positive and negative electrodes. According to the technology described in Patent Document 1, for preparing a negative electrode, a negative electrode mixture comprising a sulfide solid electrolyte, a silicon-based active material, and a carbon-based active material is coated onto a surface of a current collector of a negative electrode formed of copper. According to the technology described in Patent Document 2, when the sulfide solid state battery is first charged, before the operating voltage appears on it, lithium enters from the cathode to the anode, doping the active material of the anode. According to the technology described in Patent Document 3, before an anode mixture containing a sulfide solid electrolyte is applied to the surface of the anode current collector, a sulfation resistant layer is created on this surface.

Список цитируемых материаловList of cited materials

Патентная литератураPatent Literature

[0003] Патентный документ 1: JP 2017-054720 А[0003] Patent Document 1: JP 2017-054720 A

Патентный документ 2: JP 2017-147158 АPatent Document 2: JP 2017-147158 A

Патентный документ 3: WO 2014/156638 А1Patent Document 3: WO 2014/156638 A1

КРАТКОЕ ИЗЛОЖЕНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ Техническая задачаSUMMARY OF THE INVENTION Technical Problem

[0004] Стандартный электродный потенциал сульфидной твердотельной батареи по отношению к литию эквивалентен НРЦ активного материала перед зарядкой и разрядкой. Например, когда анодная смесь, содержащая активный материал на основе кремния, наносится на поверхность анодного токоприемника для формирования анода, стандартный потенциал анода по отношению к литию составляет приблизительно 2,8 В.[0004] The standard electrode potential of a sulfide solid state battery with respect to lithium is equivalent to the NRC of the active material before charging and discharging. For example, when an anode mixture containing silicon-based active material is applied to the surface of the anode current collector to form the anode, the standard potential of the anode with respect to lithium is approximately 2.8 V.

[0005] С другой стороны, согласно результатам исследований автора настоящего изобретения, когда анодная смесь, содержащая сульфидный твердый электролит, наносится на поверхность анодного токоприемника, содержащего медь, для формирования анода, сульфидный твердый электролит реагирует с медью при потенциале ниже 2,8В, с образованием CuS, обладающего проводимостью, и т.д.[0005] On the other hand, according to the research results of the present inventor, when an anode mixture containing a sulfide solid electrolyte is deposited on the surface of an anode current collector containing copper to form an anode, the sulfide solid electrolyte reacts with copper at a potential below 2.8 V, s the formation of CuS having conductivity, etc.

[0006] То есть, когда анодная смесь, содержащая активный материал на основе кремния и сульфидный твердый электролит, наносится на поверхность анодного токоприемника, содержащего медь, для формирования анода, сульфидный твердый электролит реагирует с медью при НРЦ активного вещества на основе кремния, а медь диффундирует из анодного токоприемника через сульфидный твердый электролит в направлении стороны катода. Изготовление сульфидной твердотельной батареи с использованием такого анода может приводить к саморазрядам, вызванным небольшими короткими замыканиями катода и анода, и т.д.[0006] That is, when the anode mixture containing the silicon-based active material and the sulfide solid electrolyte is deposited on the surface of the anode current collector containing copper to form the anode, the sulfide solid electrolyte reacts with copper in the silicon-based NRC, and copper diffuses from the anode current collector through a sulfide solid electrolyte in the direction of the cathode side. The manufacture of a sulfide solid state battery using such an anode can lead to self-discharges caused by small short circuits of the cathode and anode, etc.

Решение проблемыSolution to the problem

[0007] Настоящая заявка раскрывает в качестве одного из средств решения вышеуказанной проблемы способ изготовления сульфидной твердотельной батареи, этот способ содержит: первый этап легирования литием, по меньшей мере, одного материала, выбранного из графита и титаната лития, с получением предварительно легированного материала; второй этап смешивания сульфидного твердого электролита, активного материала на основе кремния и предварительно легированного материала с получением анодной смеси; и третий этап нанесения анодной смеси в виде покрытия на поверхность анодного токоприемника, содержащего медь, для получения анода.[0007] The present application discloses, as one of the means of solving the above problem, a method for manufacturing a sulfide solid state battery, this method comprising: a first step of doping with lithium at least one material selected from graphite and lithium titanate to obtain pre-alloyed material; a second step of mixing a sulfide solid electrolyte, a silicon-based active material and a pre-alloyed material to form an anode mixture; and the third step of applying the anode mixture in the form of a coating on the surface of the anode current collector containing copper, to obtain the anode.

[0008] Согласно способу изготовления по данному изобретению, соотношение (X/Y) преобразованного значения (X), полученного при преобразовании общего количества лития, с помощью которого легируют предварительно легированный материал, входящий в состав анодной смеси, в электрическую емкость, к общей электрической емкости (Y) активного материала на основе кремния, содержащегося в анодной смеси, в предпочтительном варианте составляет не менее 0,0005.[0008] According to the manufacturing method of the present invention, the ratio (X / Y) of the converted value (X) obtained by converting the total amount of lithium by which the pre-alloyed material of the anode mixture is doped into an electrical capacitance to a common electrical the capacitance (Y) of the silicon-based active material contained in the anode mixture is preferably at least 0.0005.

[0009] Согласно способу изготовления по данному изобретению, на первом этапе упомянутый по меньшей мере один материал в предпочтительном варианте легируют литием, используя электрохимическую реакцию в литий- ионной батарее.[0009] According to the manufacturing method of this invention, in a first step, said at least one material is preferably doped with lithium using an electrochemical reaction in a lithium-ion battery.

Полезные эффекты изобретенияBeneficial effects of the invention

[0010] Согласно способу изготовления по данному изобретению, анодную смесь получают путем смешивания заранее определенного предварительно легированного материала с активным материалом на основе кремния. В этом случае, сразу после изготовления анодной смеси, литий диффундирует из предварительно легированного материала в активный материал на основе кремния, что приводит к снижению потенциала при использовании упомянутой анодной смеси для анода. То есть, реакция сульфидного твердого электролита с медью может быть подавлена, диффузия меди из анодного токоприемника через сульфидный твердый электролит в направлении катода также может быть подавлена, поэтому саморазряды, вызванные небольшими короткими замыканиями катода и анода и т.д. могут быть подавлены. Кроме того, за счет наличия в аноде, как сохранившейся, его электрической и/или ионной проводимости, предварительно легированный материал не сможет оказывать вредного воздействия на свойства батареи.[0010] According to the manufacturing method of the present invention, an anode mixture is obtained by mixing a predetermined pre-alloyed material with a silicon-based active material. In this case, immediately after the manufacture of the anode mixture, lithium diffuses from the pre-alloyed material into the silicon-based active material, which leads to a decrease in potential when using the anode mixture for the anode. That is, the reaction of a sulfide solid electrolyte with copper can be suppressed, diffusion of copper from the anode current collector through the sulfide solid electrolyte in the direction of the cathode can also be suppressed, therefore, self-discharges caused by small short circuits of the cathode and anode, etc. can be suppressed. In addition, due to the presence in the anode, as preserved, of its electrical and / or ionic conductivity, pre-alloyed material will not be able to adversely affect the properties of the battery.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

[0011] Фиг. 1 представляет собой пояснительную блок - схему способа изготовления сульфидной твердотельной батареи 100 S10;[0011] FIG. 1 is an explanatory block diagram of a method for manufacturing a sulfide solid state battery 100 S10;

Фиг. 2А-2С представляют собой пояснительные схематические изображения технологической последовательности операций способа изготовления сульфидной твердотельной батареи 100 S10; иFIG. 2A-2C are explanatory schematic views of a process flow diagram of a manufacturing method of a sulfide solid state battery 100 S10; and

Фиг. 3 показывает пояснительное схематическое изображение структуры сульфидной твердотельной батареи 100.FIG. 3 shows an explanatory schematic diagram of the structure of a sulfide solid state battery 100.

ПОДРОБНОЕ РАСКРЫТИЕ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯDETAILED DISCLOSURE OF OPTIONS FOR CARRYING OUT THE INVENTION

[0012] 1. Способ изготовления сульфидных твердотельных батарей[0012] 1. A method of manufacturing sulfide solid state batteries

Технологическая последовательность операций способа изготовления сульфидной твердотельной батареи 100 S10 будет описана со ссылкой на Фиг. 1-3. Способ изготовления сульфидной твердотельной батареи 100 S10, включает: первый этап S1 легирования литием, по меньшей мере, одного материала 1, выбранного из графита и титаната лития, с получением предварительно легированного материала 2; второй этап S2 смешивания сульфидного твердого электролита 3, активного материала 4 на основе кремния и предварительно легированного материала 2 с получением анодной смеси 5; и третий этап S3 нанесения анодной смеси 5 в виде покрытия на поверхность анодного токоприемника 6, содержащего медь, для получения анода 10.The process flow of a method for manufacturing a sulfide solid state battery 100 S10 will be described with reference to FIG. 1-3. A method of manufacturing a sulfide solid state battery 100 S10 includes: a first step S1 of doping with lithium at least one material 1 selected from graphite and lithium titanate to obtain pre-alloyed material 2; a second step S2 of mixing a sulfide solid electrolyte 3, silicon-based active material 4 and pre-alloyed material 2 to obtain an anode mixture 5; and the third step S3 of applying the anode mixture 5 in the form of a coating on the surface of the anode current collector 6 containing copper, to obtain the anode 10.

[0013] 1.1. Первый этап[0013] 1.1. First stage

Как показано на Фиг. 2А, на первом этапе S1, по меньшей мере, один материал 1, выбранный из графита и титаната лития, легируют литием, чтобы получить предварительно легированный материал 2.As shown in FIG. 2A, in the first step S1, at least one material 1 selected from graphite and lithium titanate is doped with lithium to obtain pre-alloyed material 2.

[0014] 1.1.1. Материал 1[0014] 1.1.1. Material 1

Материал 1 состоит из, по меньшей мере, одного вещества, выбранного из графита и титаната лития (ЛТ). Как графит, так и титанат лития являются материалами, которые могут накапливать и выделять литий, и известны как анодный активный материал литий ионной батареи. При сравнении графита и ЛТ предпочтение отдается графиту, поскольку графит обладает низким анодным потенциалом, что делает технический результат этого изобретения более значительным. Кроме того, графит обладает большей электрической емкостью. Это связано также с тем, что графит может хорошо проявлять себя в качестве проводящей добавки. В качестве материала 1 может служить, как искусственный, так и натуральный графит. Состав титаната лития конкретно не ограничен, и, например, в предпочтительном варианте может быть Li4Ti5O12. Форма материала 1 конкретно не ограничена. Материал 1 наиболее предпочтителен в форме частиц.Material 1 consists of at least one substance selected from graphite and lithium titanate (LT). Both graphite and lithium titanate are materials that can accumulate and release lithium, and are known as the anode active material of a lithium-ion battery. When comparing graphite and LT, graphite is preferred, since graphite has a low anode potential, which makes the technical result of this invention more significant. In addition, graphite has a greater electrical capacity. This is also due to the fact that graphite can perform well as a conductive additive. As the material 1 can serve, both artificial and natural graphite. The composition of lithium titanate is not particularly limited, and, for example, in a preferred embodiment, may be Li 4 Ti 5 O 12 . The shape of the material 1 is not particularly limited. Material 1 is most preferred in particulate form.

[0015] 1.1.2. Легирование материала литием[0015] 1.1.2. Alloying material with lithium

Для легирования материала 1 литием с целью получения предварительно легированного материала 2 может быть использован любой способ. Примеры включают способ физического смешивания материала 1 и источника лития для легирования материала 1 литием, и способ электрохимического введения лития в материал 1. В предпочтительном варианте материал 1 легируют литием, используя электрохимическую реакцию в литий - ионной батарее, поскольку при использовании этого способа легирующее количество лития в материале 1 можно легко контролировать. Например, в предпочтительном варианте можно комбинировать материал 1, активный катодный материал, который заряжает и разряжает ионы лития, с более высоким потенциалом, чем потенциал материала 1, и какой-либо электролит, обладающий литиево-ионной проводимостью, для формирования литий - ионной батареи, и затем легировать материал 1 литием путем использования реакции зарядки в литий-ионной батарее. Литий-ионная батарея, используемая в этом случае, может быть батареей на основе системы растворов, а может быть твердотельной батареей. В частности, для того чтобы предварительно легированный материал 2 мог быть легко отделен, после того как материал 1 легирован литием, в предпочтительном варианте используют батарею на основе системы растворов (батарея на основе системы неводных растворов электролитов, или водная батарея). То есть, в предпочтительном варианте можно комбинировать материал 1, активный катодный материал, который заряжает и разряжает ионы лития, с более высоким потенциалом, чем потенциал материала 1, электролит с литий-ионной проводимостью (такой как LiPF6) и растворитель для растворения электролита (вода или органический растворитель) для формирования литий- ионной батареи на основе системы растворов, и затем легировать материал 1 литием, используя реакцию зарядки в литий-ионной батарее. После того как материал 1 легируют литием, используя электрохимическую реакцию в литий-ионной батарее, литий-ионную батарею можно, например, разобрать для того, чтобы извлечь из него предварительно легированный материал 2, а затем этот предварительно легированный материал 2 промывают и измельчают при необходимости.For alloying material 1 with lithium in order to obtain pre-alloyed material 2, any method can be used. Examples include a method for physically mixing material 1 and a lithium source to dope lithium material 1, and a method for electrochemically introducing lithium into material 1. In a preferred embodiment, material 1 is doped with lithium using an electrochemical reaction in a lithium-ion battery, since the alloying amount of lithium is in material 1 can be easily controlled. For example, in a preferred embodiment, it is possible to combine material 1, an active cathode material that charges and discharges lithium ions with a higher potential than the potential of material 1, and any electrolyte having lithium-ion conductivity to form a lithium-ion battery, and then alloy the material 1 with lithium by using a charging reaction in a lithium-ion battery. The lithium-ion battery used in this case may be a solution-based battery, or it may be a solid state battery. In particular, in order that the pre-alloyed material 2 can be easily separated after the material 1 is lithium-doped, it is preferable to use a battery based on a solution system (a battery based on a system of non-aqueous electrolyte solutions, or an aqueous battery). That is, in a preferred embodiment, it is possible to combine material 1, an active cathode material that charges and discharges lithium ions with a higher potential than the potential of material 1, an electrolyte with lithium-ion conductivity (such as LiPF 6 ) and a solvent for dissolving the electrolyte ( water or an organic solvent) to form a lithium-ion battery based on a solution system, and then alloy the material with 1 lithium using the charging reaction in a lithium-ion battery. After material 1 is doped with lithium using an electrochemical reaction in a lithium-ion battery, the lithium-ion battery can, for example, be disassembled in order to remove the pre-alloyed material 2 from it, and then this pre-alloyed material 2 is washed and crushed if necessary .

[0016] Легирующее количество лития в материале 1 конкретно не ограничено. Предполагается, что по мере увеличения легирующего количества лития в материале 1 количество предварительно легированного материала 2 в анодной смеси 5, описанной ниже, может быть уменьшено. Что касается легирования материала 1 литием с использованием реакции зарядки в литий-ионной батарее, то в предпочтительном варианте материал 1 легируют литием до тех пор, пока зарядная емкость станет не меньше 10 мАч/г, что в более предпочтительном варианте составляет не менее 50 мАч/г, в еще более предпочтительном варианте - не менее 80 мАч/г и в наиболее предпочтительном варианте - не менее 100 мАч/г. Верхний предел конкретно не ограничен, но в предпочтительном варианте составляет не более 200 мАч/г, в более предпочтительном варианте - не более 180 мАч/г, а в еще более предпочтительном варианте не более - 150 мАч/г. Или, при легировании материала 1 литием с использованием реакции зарядки в литий-ионной батарее, в предпочтительном варианте батарею заряжают до тех пор, пока уровень зарядки (SOC) составит не менее 5%, в более предпочтительном варианте - не менее 8% и в наиболее предпочтительном варианте - не менее 10%. Верхний его предел конкретно не ограничен и в предпочтительном варианте составляет не более 50%.[0016] The doping amount of lithium in material 1 is not particularly limited. It is assumed that as the doping amount of lithium in the material 1 increases, the amount of pre-alloyed material 2 in the anode mixture 5 described below can be reduced. As for the doping of material 1 with lithium using a charging reaction in a lithium-ion battery, in a preferred embodiment, material 1 is doped with lithium until the charging capacity becomes at least 10 mAh / g, which is more preferably at least 50 mAh / g, in an even more preferred embodiment, at least 80 mAh / g and in the most preferred embodiment, at least 100 mAh / g. The upper limit is not particularly limited, but is preferably not more than 200 mAh / g, more preferably not more than 180 mAh / g, and even more preferably not more than 150 mAh / g. Or, when doping the material with 1 lithium using a charging reaction in a lithium-ion battery, in a preferred embodiment, the battery is charged until the charge level (SOC) is at least 5%, in a more preferred embodiment, at least 8% and in the most a preferred embodiment is at least 10%. Its upper limit is not particularly limited and is preferably not more than 50%.

[0017] 1.2. Второй этап[0017] 1.2. Second phase

Как показано на Фиг. 2В, на втором этапе S2 сульфидный твердый электролит 3, активный материал 4 на основе кремния и предварительно легированный материал 2 смешивают для получения анодной смеси 5.As shown in FIG. 2B, in a second step S2, a sulfide solid electrolyte 3, silicon-based active material 4 and pre-alloyed material 2 are mixed to form an anode mixture 5.

[0018] 1.2.1. Сульфидный твердый электролит 3[0018] 1.2.1. Sulfide Solid Electrolyte 3

В качестве сульфидного твердого электролита 3 можно использовать любой сульфид, применяемый в качестве твердого электролита для сульфидной твердотельной батареи. Примеры его включают Li2S-P2S5, Li2S-SiS2, LiI-Li2S-SiS2, LiI-Si2S-P2S5, LiI-LiBr-Li2S-P2S5, LiI-Li2S-P2S5, LiI-Li2O-Li2S-P2S5, LiI-Li2S-P2O5, LiI-Li3PO4-P2S5 и Li2S-P2S5-GeS2. В частности, в более предпочтительном варианте применяется сульфидный твердый электролит, содержащий Li2S-P2S5. Может использоваться один сульфидный твердый электролит отдельно или, по меньшей мере, два сульфидных твердых электролита могут быть смешаны для применения в качестве сульфидного твердого электролита 3. На втором этапе S2 количество сульфидного твердого электролита 3 конкретно не ограничено, и может быть надлежащим образом определено в соответствии с желательной производительностью батареи. Например, содержание сульфидного твердого электролита 3 в предпочтительном варианте составляет от 10% (масс.) до 60% (масс), если вся анодная смесь 5 (полное содержание твердого вещества после высушивания для удаления растворителя в случае мокрого смешивания. И далее по тексту так же.) составляет 100% (масс). Нижний предельный уровень его содержания в более предпочтительном варианте составляет не менее 20% (масс), а верхний предельный уровень содержания в более предпочтительном варианте составляет не более 50% (масс).As the sulfide solid electrolyte 3, any sulfide used as a solid electrolyte for a sulfide solid state battery can be used. Examples thereof include Li 2 SP 2 S 5 , Li 2 S-SiS 2 , LiI-Li 2 S-SiS 2 , LiI-Si 2 SP 2 S 5 , LiI-LiBr-Li 2 SP 2 S 5 , LiI-Li 2 SP 2 S 5 , LiI-Li 2 O-Li 2 SP 2 S 5 , LiI-Li 2 SP 2 O 5 , LiI-Li 3 PO 4 -P 2 S 5 and Li 2 SP 2 S 5 -GeS 2 . In particular, in a more preferred embodiment, a sulfide solid electrolyte containing Li 2 SP 2 S 5 is used . One sulphide solid electrolyte can be used alone or at least two sulphide solid electrolytes can be mixed for use as a sulphide solid electrolyte 3. In a second step S2, the amount of sulphide solid electrolyte 3 is not specifically limited, and can be appropriately determined according to with desired battery performance. For example, the content of sulfide solid electrolyte 3 in the preferred embodiment is from 10% (mass.) To 60% (mass), if the entire anode mixture 5 (total solid content after drying to remove the solvent in the case of wet mixing. And hereinafter referred to same.) is 100% (mass). The lower limit level of its content in a more preferred embodiment is not less than 20% (mass), and the upper limit level of content in a more preferred embodiment is not more than 50% (mass).

[0019] 1.2.2. Активный материал 4 на основе кремния[0019] 1.2.2. Silicon Based Active Material 4

Активный материал 4 на основе кремния должен содержать только кремний в качестве составного элемента и обладать функциями анодного активного материала в сульфидной твердотельной батарее. Например, можно использовать, по меньшей мере, один материал из кремния, кремниевого сплава и оксида кремния. В частности, предпочтительным является кремний или оксид кремния. Форма активного материала 4 на основе кремния конкретно не ограничена, и, например, в предпочтительном варианте активный материал 4 на основе кремния присутствует в форме частиц. На втором этапе S2 количество активного материала 4 на основе кремния конкретно не ограничено и может быть надлежащим образом определено в соответствии с желательной производительностью батареи. Например, содержание активного материала 4 на основе кремния в предпочтительном варианте составляет от 30% (масс.) до 90% (масс), если вся анодная смесь 5 составляет 100% (масс). Нижний предельный уровень его содержания в более предпочтительном варианте составляет не менее 50% (масс), а верхний предельный уровень содержания в более предпочтительном варианте составляет не более 80% (масс).The silicon-based active material 4 should contain only silicon as a constituent element and have the functions of an anode active material in a sulfide solid state battery. For example, at least one material of silicon, a silicon alloy, and silicon oxide may be used. In particular, silicon or silica is preferred. The shape of the silicon-based active material 4 is not particularly limited, and, for example, in a preferred embodiment, the silicon-based active material 4 is present in particulate form. In the second step S2, the amount of silicon-based active material 4 is not specifically limited and can be appropriately determined in accordance with the desired battery performance. For example, the content of silicon-based active material 4 in a preferred embodiment is from 30% (mass.) To 90% (mass), if the entire anode mixture 5 is 100% (mass). The lower limit level of its content in a more preferred embodiment is not less than 50% (mass), and the upper limit level of its content in a more preferred embodiment is not more than 80% (mass).

[0020] 1.2.3. Предварительно легированный материал 2[0020] 1.2.3. Pre-alloyed material 2

На втором этапе S2 количество предварительно легированного материала 2 конкретно не ограничено, и может быть надлежащим образом определено в соответствии с легирующим количеством лития на первом этапе S1 и т.д. В частности, на втором этапе S2 соотношение смеси предварительно легированного материала 2 и активного материала 4 на основе кремния в предпочтительном варианте определяется таким образом, чтобы соотношение (X/Y) преобразованного значения (X), полученного при преобразовании общего количества лития, с помощью которого легируют предварительно легированный материал 2, входящий в состав анодной смеси 5, в электрическую емкость, к общей электрической емкости (Y) активного материала 4 на основе кремния, содержащегося в анодной смеси 5, составляло не менее 0,0005. Соотношение (X/Y) в более предпочтительном варианте составляет не менее 0,0008. Согласно результатам исследований автора настоящей заявки соотношение (X/Y) не менее 0,0005 может приводить к диффузии достаточного количества лития в активный материал 4 на основе кремния, что позволяет дополнительно подавлять саморазряды в процессе изготовления сульфидной твердотельной батареи 100.In the second step S2, the amount of pre-alloyed material 2 is not specifically limited, and can be appropriately determined in accordance with the alloying amount of lithium in the first step S1, etc. In particular, in the second step S2, the ratio of the mixture of the pre-alloyed material 2 and the active material 4 based on silicon is preferably determined so that the ratio (X / Y) of the converted value (X) obtained by converting the total amount of lithium, with which pre-alloyed material 2, which is part of the anode mixture 5, is doped into the electric capacitance, to the total electric capacitance (Y) of the active material 4 based on silicon contained in the anode mixture 5 was not less than 0,0005. The ratio (X / Y) is more preferably not less than 0.0008. According to the results of research by the author of this application, a ratio of (X / Y) of at least 0.0005 can lead to the diffusion of a sufficient amount of lithium into the silicon-based active material 4, which further suppresses self-discharges during the manufacturing process of the sulfide solid state battery 100.

[0021] «Преобразованное значение (X), полученное при преобразовании общего количества лития, с помощью которого легируют предварительно легированный материал 2, входящий в состав анодной смеси 5», представляет собой значение, полученное путем преобразования общего количества лития, которое может диффундировать из предварительно легированного материала 2 в активный материал 4 на основе кремния в составе анодной смеси 5, в электрическую емкость. При легировании литием материала 1 с использованием реакции зарядки в литий - ионной батарее для получения предварительно легированного материала 2, преобразованное значение (X) может быть получено, исходя из зарядной емкости (Ач/г). «Общая электрическая емкость (Y) активного материала 4 на основе кремния, содержащегося в анодной смеси 5», представляет собой емкость, которую имеет активный материал 4 на основе кремния, содержащийся в анодной смеси 5, находящейся в незаряженном состоянии. В частности, Y может представлять собой зарядную емкость активного материала, которая определена, исходя из начальной зарядной емкости, полученной, когда отдельно приготовленную смесь для измерения Y заряжают и разряжают в аккумуляторном элементе с Li противоэлектродом.[0021] “The converted value (X) obtained by converting the total amount of lithium with which the pre-alloyed material 2 included in the anode mixture 5 is alloyed” is the value obtained by converting the total amount of lithium, which can diffuse from the pre doped material 2 into the active material 4 based on silicon in the composition of the anode mixture 5, into an electric capacitance. When lithium is alloyed with material 1 using a charging reaction in a lithium-ion battery to obtain pre-alloyed material 2, the converted value (X) can be obtained from the charging capacity (Ah / g). “The total electrical capacitance (Y) of the silicon-based active material 4 contained in the anode mixture 5” is the capacity that the silicon-based active material 4 is contained in the anode mixture 5 in an uncharged state. In particular, Y may be the charging capacity of the active material, which is determined based on the initial charging capacity obtained when a separately prepared mixture for measuring Y is charged and discharged in a battery cell with a Li counter electrode.

[0022] 1.2.4. Другие компоненты[0022] 1.2.4. Other components

На втором этапе S2 в предпочтительном варианте к анодной смеси 5 дополнительно примешивают проводящую добавку до тех пор, пока проблема не будет решена. Можно использовать любую проводящую добавку, известную как проводящая добавка, применяемая для сульфидной твердотельной батареи. Примеры этих добавок включают такой углеродный материал, как ацетиленовая сажа (АС), сажа Ketjen black (KB), углеродное волокно, выращенное из паровой фазы (УВПФ), углеродные нанотрубки (УНТ), углеродное нановолокно (УНВ) и графит; и такой металлический материал, как никель, алюминий и нержавеющая сталь. Особенно предпочтительным является углеродный материал. Одна токопроводящая добавка может быть использована отдельно, или две или более токопроводящих добавки могут быть смешаны с целью использования в качестве токопроводящей добавки. В качестве формы проводящей добавки может быть использована любая форма, например, порошок и волокно. На втором этапе S2 количество проводящей добавки конкретно не ограничено и может быть надлежащим образом определено в соответствии с желательной производительностью батареи. Например, содержание проводящей добавки в предпочтительном варианте составляет от 0,5% (масс.) до 20% (масс), если содержание твердого вещества в анодной смеси 5 составляет 100% (масс). Нижний предельный уровень ее содержания в более предпочтительном варианте составляет не менее 1% (масс), а верхний предельный уровень содержания в более предпочтительном варианте составляет не более 10% (масс).In a second step S2, a conductive additive is further mixed with the anode mixture 5 until the problem is resolved. Any conductive additive known as a conductive additive used for a sulfide solid state battery may be used. Examples of these additives include carbon material such as acetylene black (AC), Ketjen black (KB) carbon black, vapor grown carbon fiber (UVPF), carbon nanotubes (CNTs), carbon nanofiber (CNF) and graphite; and metal materials such as nickel, aluminum and stainless steel. Particularly preferred is a carbon material. One conductive additive may be used alone, or two or more conductive additives may be mixed for use as a conductive additive. As a form of the conductive additive, any form, for example, powder and fiber, can be used. In the second step S2, the amount of the conductive additive is not specifically limited and can be appropriately determined in accordance with the desired battery performance. For example, the content of the conductive additive in the preferred embodiment is from 0.5% (mass.) To 20% (mass), if the solids content in the anode mixture 5 is 100% (mass). The lower limit level of its content in a more preferred embodiment is not less than 1% (mass), and the upper limit level of its content in a more preferred embodiment is not more than 10% (mass).

[0023] На втором этапе S2 в предпочтительном варианте к анодной смеси 5 дополнительно примешивают связующее до тех пор, пока проблема не будет решена. Можно использовать любое связующее, известное в качестве связующего, применяемого для сульфидной твердотельной батареи. Например, может быть использовано, по меньшей мере, одно, выбранное из: стирол-бутадиеновый каучук (СБК), карбоксиметилцеллюлоза (КМЦ), акрилонитрилбутадиеновый каучук (АНБК), бутадиеновый каучук (БК), поливинилиденфторид (ПВДФ) и политетрафторэтилен (ПТФЭ). На втором этапе S2 количество связующего конкретно не ограничено и может быть надлежащим образом определено в соответствии с желательной производительностью батареи. Например, содержание связующего в предпочтительном варианте составляет от 1% (масс.) до 30% (масс), если содержание твердого вещества в анодной смеси 5 составляет 100% (масс). Нижний предельный уровень в более предпочтительном варианте составляет не менее 2% (масс), а верхний предельный уровень в более предпочтительном варианте составляет не более 15% (масс).[0023] In the second step S2, in a preferred embodiment, a binder is further mixed with the anode mixture 5 until the problem is solved. Any binder known as a binder used for a sulfide solid state battery may be used. For example, at least one selected from styrene-butadiene rubber (SBK), carboxymethyl cellulose (CMC), acrylonitrile butadiene rubber (ANBK), butadiene rubber (BC), polyvinylidene fluoride (PVDF) and polytetrafluoroethane can be used. In the second step S2, the amount of binder is not specifically limited and can be appropriately determined in accordance with the desired battery performance. For example, the content of the binder in a preferred embodiment is from 1% (mass.) To 30% (mass), if the solids content in the anode mixture 5 is 100% (mass). The lower limit level in a more preferred embodiment is not less than 2% (mass), and the upper limit level in a more preferred embodiment is not more than 15% (mass).

[0024] На втором этапе S2 твердый электролит, отличный от сульфидного твердого электролита 3, может быть дополнительно примешан к анодной смеси 5 до тех пор, пока проблема не будет решена. Примеры его включают твердый оксидный электролит, такой как лития лантана цирконат, LiPON, Li1+XAlXGe2-X(PO4)3, стекло на основе Li-SiO, и стекло на основе Li-Al-S-O.[0024] In the second step S2, a solid electrolyte other than a sulfide solid electrolyte 3 can be further admixed to the anode mixture 5 until the problem is solved. Examples thereof include a solid oxide electrolyte such as lithium lanthanum zirconate, LiPON, Li 1 + X Al X Ge 2-X (PO 4 ) 3 , glass based on Li-SiO, and glass based on Li-Al-SO.

[0025] На втором этапе S2 анодный активный материал, отличный от активного материала 4 на основе кремния, может быть дополнительно примешан к анодной смеси 5 до тех пор, пока проблема не будет решена. Примеры его включают такой углеродный материал, как графит и твердый углерод; различные оксиды, такие как титанат лития; а также металлический литий или сплав лития.[0025] In the second step S2, the anode active material other than the silicon-based active material 4 can be further mixed with the anode mixture 5 until the problem is solved. Examples thereof include carbon material such as graphite and solid carbon; various oxides such as lithium titanate; as well as metallic lithium or a lithium alloy.

[0026] 1.2.5. Смешивание[0026] 1.2.5. Mixing

На втором этапе S2 способ смешивания сульфидного твердогоэлектролита 3, активного материала 4 на основе кремния и предварительно легированного материала 2 для формирования анодной смеси 5 специальным образом не ограничен. Второй этап S2 может быть выполнен с использованием известных средств для смешивания. Смешивание на втором этапе S2 может представлять собой мокрое смешивание с использованием растворителя или сухое смешивание без растворителя (смешивание гранулированных материалов друг с другом). С точки зрения того, чтобы материалы могли смешиваться более равномерно и чтобы литий мог более эффективно диффундировать из предварительно легированного материала 2 в активный материал 4 на основе кремния, предпочтительным является мокрое смешивание с использованием растворителя. В частности, в предпочтительном варианте можно смешать сульфидный твердый электролит 3, активный материал 4 на основе кремния и предварительно легированный материал 2 вместе с растворителем для получения анодной смеси 5 в виде суспензии или пасты. Используемый в этом случае растворитель специально не ограничен. Предпочтительные примеры включают бутилбутират и N-метилпирролидон (NMP).In the second step S2, the method of mixing the sulfide solid electrolyte 3, the silicon-based active material 4 and the pre-alloyed material 2 to form the anode mixture 5 is not specifically limited. The second step S2 can be performed using known mixing means. The mixing in the second step S2 may be wet mixing using a solvent or dry mixing without a solvent (mixing granular materials with each other). From the point of view that the materials can be mixed more evenly and that lithium can diffuse more efficiently from the pre-alloyed material 2 into the silicon-based active material 4, wet mixing using a solvent is preferable. In particular, in a preferred embodiment, it is possible to mix the sulfide solid electrolyte 3, the silicon-based active material 4 and the pre-alloyed material 2 together with the solvent to obtain the anode mixture 5 in the form of a suspension or paste. The solvent used in this case is not specifically limited. Preferred examples include butyl butyrate and N-methylpyrrolidone (NMP).

[0027] 1.3. Третий этап[0027] 1.3. Third stage

Как показано на Фиг. 2С, на третьем этапе S3 анодная смесь 5 наносится в виде покрытия на поверхность анодного токоприемника 6, содержащего медь, для получения анода 10.As shown in FIG. 2C, in the third step S3, the anode mixture 5 is applied in the form of a coating on the surface of the anode current collector 6 containing copper to obtain the anode 10.

[0028] 1.3.1. Анодный токоприемник 6, содержащий медь[0028] 1.3.1. Anode current collector 6 containing copper

Анодный токоприемник 6 должен содержать медь. Примеры такого токоприемника включают металлическую фольгу или металлическую сетку, содержащие медь или медный сплав. Как вариант, анодный токоприемник 6 может состоять из материала подложки, покрытой слоем меди или медного сплава, либо из материала подложки, с напылением из меди или медного сплава. В частности, в предпочтительном варианте упомянутый токоприемник состоит из металлической фольги, изготовленной из меди (медной фольги). Толщина анодного токоприемника 6 конкретно не ограничена и, в частности, в предпочтительном варианте составляет от 0,1 мкм до 1 мм, а в более предпочтительном варианте составляет от 1 мкм до 100 мкм.The anode current collector 6 must contain copper. Examples of such a current collector include a metal foil or wire mesh containing copper or a copper alloy. Alternatively, the anode current collector 6 may consist of a substrate material coated with a layer of copper or a copper alloy, or of a substrate material, sputtered from copper or a copper alloy. In particular, in a preferred embodiment, said current collector consists of a metal foil made of copper (copper foil). The thickness of the anode current collector 6 is not particularly limited and, in particular, in a preferred embodiment is from 0.1 μm to 1 mm, and in a more preferred embodiment is from 1 μm to 100 μm.

[0029] 1.3.2. Нанесение покрытия[0029] 1.3.2. Coating

Способ нанесения анодной смеси 5 в виде покрытия на поверхность анодного токоприемника 6 конкретным образом не ограничен. Можно наносить анодную смесь 5 на поверхность анодного токоприемника 6 с помощью мокрого процесса и высушивать и, как вариант, использовать пресс-форму для анодного токоприемника 6, чтобы нанести анодную смесь 5 на поверхность токоприемника 6. Можно также прессовать анодную смесь 5 вместе с анодным токоприемником 6 в пресс-форме при помощи сухого процесса с формированием анодной смеси 5 на поверхности анодного токоприемника 6. В случае мокрого процесса в предпочтительном варианте анодную смесь 5 диспергируют над растворителем или т.п., с получением суспензии или пасты, как описано выше. Полагают, что пресс-формование на третьем этапе S3 приводит к лучшему контакту между сульфидным твердым электролитом 3, активным материалом 4 на основе кремния и предварительно легированным материалом 2 в анодной смеси 5, что делает возможной более равномерную диффузию лития из предварительно легированного материала 2 в активный материал 4 на основе кремния и производит более значительный эффект.The method of applying the anode mixture 5 in the form of a coating on the surface of the anode current collector 6 is not specifically limited. You can apply the anode mixture 5 to the surface of the anode current collector 6 using a wet process and dry and, alternatively, use the mold for the anode current collector 6 to apply the anode mixture 5 to the surface of the current collector 6. You can also press the anode mixture 5 together with the anode current collector 6 in the mold by means of a dry process with the formation of the anode mixture 5 on the surface of the anode current collector 6. In the case of a wet process, in the preferred embodiment, the anode mixture 5 is dispersed over a solvent or the like, with the floor HAND slurry or paste as described above. It is believed that the molding in the third step S3 leads to better contact between the sulfide solid electrolyte 3, the silicon-based active material 4 and the pre-alloyed material 2 in the anode mixture 5, which makes it possible to more uniformly diffuse lithium from the pre-alloyed material 2 into the active material 4 is based on silicon and produces a more significant effect.

[0030] Толщина слоя анодной смеси 5, которая наносится на поверхность анодного токоприемника 6 на третьем этапе S3 (толщина после высушивания для удаления растворителя в случае мокрого процесса) конкретно не ограничена, и, например, в предпочтительном варианте составляет от 0,1 мкм до 1 мм и в более предпочтительном варианте от 1 мкм до 100 мкм. Или толщина может быть больше, чем указанная выше, для повышения электрической емкости. Толщина слоя анодной смеси 5 в предпочтительном варианте определяется так, чтобы емкость анода 10 была больше, чем емкость катода 20.[0030] The thickness of the layer of the anode mixture 5 that is applied to the surface of the anode current collector 6 in the third step S3 (thickness after drying to remove the solvent in the case of a wet process) is not specifically limited, and, for example, in the preferred embodiment, is from 0.1 μm to 1 mm and more preferably from 1 μm to 100 μm. Or the thickness may be greater than the above to increase the electric capacitance. The thickness of the layer of the anode mixture 5 is preferably determined so that the capacity of the anode 10 is greater than the capacity of the cathode 20.

[0031] Как описано выше, анод 10 сульфидной твердотельной батареи 100 может быть получен на этапах S1-S3. В аноде 10 на поверхности слоя анодной смеси 5, которая находится на противоположной стороне от анодного токоприемника 6 (повернута по направлению к катоду, если анод 10 используется в батарее) может быть дополнительно нанесен слой анодной смеси, который отличается от анодной смеси 5. Примеры его включают слои, содержащие только активный материал, отличный от кремниевого активного материала (например, углеродный активный материал) в качестве анодного активного материала.[0031] As described above, the anode 10 of the sulfide solid state battery 100 can be obtained in steps S1-S3. In the anode 10, on the surface of the layer of the anode mixture 5, which is located on the opposite side from the anode current collector 6 (turned towards the cathode, if the anode 10 is used in the battery), an additional layer of the anode mixture can be deposited, which differs from the anode mixture 5. Examples of it include layers containing only the active material other than silicon active material (e.g., carbon active material) as the anode active material.

[0032] 1.4. Добавки[0032] 1.4. Additives

Как показано на Фиг. 3, сульфидная твердотельная батарея 100 включает в себя катод 20 и слой твердого электролита 30 в качестве добавки к аноду 10, изготовленному согласно этапам с S1 по S3. Способы изготовления катода 20 и слоя твердого электролита 30 общеизвестны. То есть, сульфидная твердотельная батарея 100 может быть изготовлена тем же способом, что и обычная, за исключением того, что этот способ включает в себя способ S10 изготовления.As shown in FIG. 3, the sulfide solid state battery 100 includes a cathode 20 and a solid electrolyte layer 30 as an additive to the anode 10 fabricated according to steps S1 to S3. Methods of manufacturing a cathode 20 and a solid electrolyte layer 30 are well known. That is, the sulfide solid state battery 100 can be manufactured in the same manner as a conventional one, except that this method includes a manufacturing method S10.

[0033] 1.4.1. Катод 20[0033] 1.4.1. Cathode 20

Хотя структура катода 20 в сульфидной твердотельной батарее 100 очевидна для специалиста в данной области техники, ниже будет описан ее пример. Катод 20 обычно содержит катодный активный материал и слой катодной смеси 22, который содержит в качестве необязательных компонентов твердый электролит, связующее, проводящую добавку и другие добавки (загуститель и т.д.). В предпочтительном варианте в его состав входит катодный токоприемник 21, который находится в контакте со слоем 22 катодной смеси.Although the structure of the cathode 20 in the sulfide solid state battery 100 is obvious to a person skilled in the art, an example thereof will be described below. The cathode 20 usually contains a cathode active material and a layer of cathode mixture 22, which contains as an optional component a solid electrolyte, a binder, a conductive additive and other additives (thickener, etc.). In a preferred embodiment, it includes a cathode current collector 21, which is in contact with the layer 22 of the cathode mixture.

[0034] Катодный токоприемник 21 может быть выполнен из металлической фольги, металлической сетки или тому подобного. Наиболее предпочтительной является металлическая фольга. Примерами металлов, из которых может быть сформирован катодный токоприемник, являются нержавеющая сталь, никель, хром, золото, платина, алюминий, железо, титан, цинк и т.д. Катодный токоприемник 21 может также представлять собой металлическую фольгу, на которую, или на чей материал подложки, нанесен такой металл в виде покрытия, или этот металл напылен на материал подложки.[0034] The cathode current collector 21 may be made of metal foil, metal mesh, or the like. Most preferred is a metal foil. Examples of metals from which a cathode current collector can be formed are stainless steel, nickel, chromium, gold, platinum, aluminum, iron, titanium, zinc, etc. The cathode current collector 21 may also be a metal foil on which, or on whose substrate material, such metal is applied in the form of a coating, or this metal is sprayed onto the substrate material.

[0035] Любой материал, известный как активный катодный материал для применения в сульфидной твердотельной батарее, может быть использован в качестве катодного активного материала, содержащегося в слое катодной смеси 22. Среди известных активных материалов в качестве катодного активного материала может быть использован материал, обладающий более высоким потенциалом зарядки и разрядки, чем активный материал 4 на основе кремния. Примеры его включают литийсодержащий оксид, такой как кобальтат лития, никелат лития, Li(Ni,Mn,Co)O2(Li1+αNi1/3Mn1/3Co1/3O2), манганат лития, композит шпинели и оксида лития, титанат лития и фосфат лития (LiMPO4, где М является по меньшей мере одним веществом, выбранным из Fe, Мn, Со и Ni). Один катодный активный материал может использоваться отдельно или два или более катодных активных материала могут быть смешаны для такого использования. Активный материал катода может иметь на своей поверхности слой покрытия из ниобата лития, титаната лития, фосфата лития и т.п. Форма катодного активного материала конкретно не ограничена, и, например, в предпочтительном варианте катодный активный материал находится в форме частиц или тонкой пленки. Содержание катодного активного материала в слое катодной смеси конкретно не ограничено и может быть эквивалентно количеству активного катодного материала, содержащегося в слое катодной смеси обычной сульфидной твердотельной батареи.[0035] Any material known as cathode active material for use in a sulfide solid state battery can be used as the cathode active material contained in the cathode mixture layer 22. Among the known active materials, a material having more than higher potential for charging and discharging than silicon-based active material 4. Examples thereof include lithium oxide, such as lithium cobaltate, lithium nickelate, Li (Ni, Mn, Co) O 2 (Li 1 + α Ni 1/3 Mn 1/3 Co 1/3 O 2 ), lithium manganate, spinel composite and lithium oxide, lithium titanate and lithium phosphate (LiMPO 4 , where M is at least one substance selected from Fe, Mn, Co and Ni). One cathode active material may be used alone or two or more cathode active materials may be mixed for such use. The active cathode material may have a coating layer of lithium niobate, lithium titanate, lithium phosphate, and the like on its surface. The shape of the cathode active material is not particularly limited, and, for example, in a preferred embodiment, the cathode active material is in the form of particles or a thin film. The content of the cathode active material in the cathode layer is not particularly limited and may be equivalent to the amount of cathode active material contained in the cathode layer of a conventional sulfide solid state battery.

[0036] В качестве твердого электролита может быть использован любой материал, известный как твердый электролит для применения в сульфидной твердотельной батарее. Предпочтительные примеры включают сульфидный твердый электролит, как описано выше. Дополнительно к сульфидному твердому электролиту может быть добавлен неорганический твердый электролит, отличный от сульфидного твердого электролита, до достижения желаемого эффекта. В качестве проводящей добавки и связующего могут использоваться те же материалы, которые применяются с этой целью в аноде 10. Один твердый электролит (проводящая добавка, связующее вещество) может использоваться отдельно или два или более твердых электролитов (проводящих добавок, связующих) могут быть смешаны для такого использования. Формы твердого электролита и проводящей добавки конкретно не ограничены, и, например, в предпочтительном варианте они содержатся в форме частиц. Содержание твердого электролита, проводящей добавки и связующего в слое катодной смеси конкретно не ограничено и может быть эквивалентно содержанию твердого электролита, проводящей добавки и связующего в слое катодной смеси обычной сульфидной твердотельной батареи.[0036] As the solid electrolyte, any material known as solid electrolyte for use in a sulfide solid state battery may be used. Preferred examples include a sulfide solid electrolyte as described above. In addition to the sulfide solid electrolyte, an inorganic solid electrolyte other than the sulfide solid electrolyte may be added to achieve the desired effect. As the conductive additive and the binder, the same materials can be used that are used for this purpose in the anode 10. One solid electrolyte (conductive additive, binder) can be used separately or two or more solid electrolytes (conductive additives, binders) can be mixed for such use. The forms of the solid electrolyte and the conductive additive are not particularly limited, and, for example, they are preferably contained in particulate form. The content of the solid electrolyte, the conductive additive and the binder in the layer of the cathode mixture is not particularly limited, and may be equivalent to the content of the solid electrolyte, the conductive additive and the binder in the layer of the cathode mixture of a conventional sulfide solid state battery.

[0037] Катод 20, имеющий описанную выше структуру, может быть легко получен путем проведения таких этапов, как помещение активного материала катода и твердого электролита, а также необязательно включающихся связующего вещества и проводящей добавки в растворитель, смешивания их до получения электродной композиции в виде суспензии, а затем нанесения данной электродной композиции на поверхность катодного токоприемника и высушивания поверхности. Катод может быть изготовлен не только с помощью такого мокрого процесса, но и при помощи сухого процесса. После того, как слой катодной смеси в виде листа сформирован, как описано выше, на поверхности катодного токоприемника, толщина слоя катодной смеси составляет, например, в предпочтительном варианте от 0,1 до 1 мм, а в более предпочтительном варианте - от 1 мкм до 100 мкм.[0037] A cathode 20 having the structure described above can be easily obtained by performing steps such as placing the cathode active material and a solid electrolyte, as well as optionally incorporating a binder and a conductive additive in a solvent, mixing them to form an electrode composition in suspension and then applying this electrode composition to the surface of the cathode current collector and drying the surface. The cathode can be made not only using such a wet process, but also using a dry process. After the cathode mixture layer in the form of a sheet is formed, as described above, on the surface of the cathode current collector, the thickness of the cathode mixture layer is, for example, preferably from 0.1 to 1 mm, and more preferably from 1 μm to 100 microns.

[0038] 1.4.2. Слой твердого электролита 30[0038] 1.4.2. Solid electrolyte layer 30

Хотя структура слоя твердого электролита 30 в сульфидной твердотельной батарее 100 очевидна для специалиста в данной области техники, ниже будет описан один ее пример. Слой твердого электролита 30 содержит твердый электролит и, как вариант, связующее. Например, в предпочтительном варианте в качестве твердого электролита используют сульфидный твердый электролит, как описано выше. Например, дополнительно к сульфидному твердому электролиту может содержаться дополнительно неорганический твердый электролит, отличный от сульфидного твердого электролита, до достижения желаемого эффекта. Для использования может быть соответствующим образом выбрано связующее, такое же, как описанное выше. Содержание составных частей в слое твердого электролита 30 может быть таким же, как в обычном случае. Форма слоя твердого электролита 30 может быть такой же, как и в обычном случае. В частности, предпочтительным является слой твердого электролита 30 в виде листа. Слой твердого электролита 30 в виде листа может быть легко получен путем прохождения таких этапов, как помещение твердого электролита и, как вариант, связующего в растворитель, смешивания их для получения композиции электролита в виде суспензии, затем нанесения этой композиции электролита на поверхность материала подложки или (а) на поверхность (поверхности) слоя катодной смеси и/или слоя анодной смеси и высушивания поверхности (поверхностей). В этом случае толщина слоя твердого электролита 30 составляет, например, в предпочтительном варианте от 0,1 до 300 мкм, а в более предпочтительном варианте - от 0,1 мкм до 100 мкм.Although the structure of the solid electrolyte layer 30 in the sulfide solid state battery 100 is obvious to a person skilled in the art, one example thereof will be described below. The solid electrolyte layer 30 contains a solid electrolyte and, optionally, a binder. For example, in a preferred embodiment, a sulfide solid electrolyte is used as the solid electrolyte, as described above. For example, in addition to a sulfide solid electrolyte, an inorganic solid electrolyte other than a sulfide solid electrolyte may additionally be contained until the desired effect is achieved. For use, a binder may be appropriately selected, the same as described above. The content of the constituents in the solid electrolyte layer 30 may be the same as in the normal case. The shape of the solid electrolyte layer 30 may be the same as in the normal case. In particular, a sheet-like solid electrolyte layer 30 is preferred. The solid electrolyte layer 30 in the form of a sheet can be easily obtained by going through such steps as placing a solid electrolyte and, optionally, binder in a solvent, mixing them to obtain an electrolyte composition in the form of a suspension, then applying this electrolyte composition to the surface of the substrate material or ( a) on the surface (surface) of the layer of the cathode mixture and / or layer of the anode mixture and drying the surface (surfaces). In this case, the thickness of the layer of solid electrolyte 30 is, for example, in a preferred embodiment, from 0.1 to 300 μm, and in a more preferred embodiment, from 0.1 μm to 100 μm.

[0039] 1.4.3. Другие детали[0039] 1.4.3. Other details

Излишне говорить, что сульфидная твердотельная батарея 100 может включать в себя необходимые клеммы, батарейный отсек и т.д. в дополнение к аноду 10, катоду 20 и слою твердого электролита 30. Эти детали общеизвестны, и подробное описание их здесь опущено.Needless to say, the sulfide solid state battery 100 may include the necessary terminals, a battery compartment, etc. in addition to the anode 10, the cathode 20, and the solid electrolyte layer 30. These details are well known, and a detailed description thereof is omitted here.

[0040] 1.5. Сульфидная твердотельная батарея 100[0040] 1.5. 100 Sulfide Solid State Battery

Например, сульфидная твердотельная батарея 100, которая изготавливается посредством способа S10 изготовления по настоящему изобретению, имеет следующую структурную особенность: сульфидная твердотельная батарея 100 содержит анод 10, катод 20 и слой твердого электролита 30, размещенный между анодом 10 и катодом 20, при этом анод 10 содержит слой, сформированный анодным токоприемником 6, содержащим медь, и анодной смесью 5, нанесенной на поверхность анодного токоприемника 6, причем анодная смесь 5 содержит сульфидный твердый электролит 3, активный материал 4 на основе кремния и предварительно легированный материал 2, а предварительно легированный материал 2 получают путем легирования материала 1, который является, по меньшей мере, одним материалом, выбранным из графита и титаната лития (в предпочтительном варианте материал 1 состоит из графита), литием. Структуры деталей батареи являются такими, как описано выше, и их подробное описание здесь опущено.For example, the sulfide solid state battery 100, which is manufactured by the manufacturing method S10 of the present invention, has the following structural feature: the sulfide solid state battery 100 comprises an anode 10, a cathode 20 and a solid electrolyte layer 30 located between the anode 10 and the cathode 20, while the anode 10 contains a layer formed by the anode current collector 6 containing copper and the anode mixture 5 deposited on the surface of the anode current collector 6, wherein the anode mixture 5 contains a sulfide solid electrolyte 3, an active material silicon-based rial 4 and pre-alloyed material 2, and pre-alloyed material 2 is obtained by alloying material 1, which is at least one material selected from graphite and lithium titanate (in the preferred embodiment, material 1 consists of graphite), lithium . The structure of the battery parts are as described above, and their detailed description is omitted here.

[0041] Как описано выше, в способе S10 изготовления по настоящему изобретению заранее выбранный предварительно легированный материал 2 изготовляют на первом этапе S1, а на втором этапе S2 предварительно легированный материал 2 смешивают вместе с активным материалом 4 на основе кремния для получения анодной смеси 5. В этом случае, если анодная смесь 5 используется для анода 10, сразу после образования анодной смеси 5 литий диффундирует из предварительно легированного материала 2 в активный материал 4 на основе кремния, что приводит к снижению стандартного потенциала по отношению к литию. Таким образом, в сульфидной твердотельной батарее 100 реакция сульфидного твердого электролита 3 с медью (медь в анодном токоприемнике 6) может быть подавлена, диффузия меди из анодного токоприемника 6 через сульфидный твердый электролит 3 в направлении стороны катода 20 может быть подавлена, поэтому саморазряды, вызванные небольшими короткими замыканиями катода 20 и анода 10, и т.д., могут быть подавлены. Кроме того, поскольку в аноде 10 существует, как сохраненная его электрическая и/или ионная проводимости, предварительно легированный материал 2 не сможет оказывать вредного воздействия на свойства батареи 100.[0041] As described above, in the manufacturing method S10 of the present invention, the preselected pre-alloyed material 2 is manufactured in the first step S1, and in the second step S2, the pre-alloyed material 2 is mixed together with the silicon-based active material 4 to obtain an anode mixture 5. In this case, if the anode mixture 5 is used for the anode 10, immediately after the formation of the anode mixture 5, lithium diffuses from the pre-alloyed material 2 into the silicon-based active material 4, which leads to a decrease in the standard deleterious potential with respect to lithium. Thus, in the sulfide solid state battery 100, the reaction of the sulfide solid electrolyte 3 with copper (copper in the anode current collector 6) can be suppressed, the diffusion of copper from the anode current collector 6 through the sulfide solid electrolyte 3 in the direction of the side of the cathode 20 can be suppressed, therefore, self-discharge caused by small short circuits of the cathode 20 and the anode 10, etc., can be suppressed. In addition, since the anode 10 exists as its stored electrical and / or ionic conductivity, the pre-alloyed material 2 will not be able to adversely affect the properties of the battery 100.

[0042] 2. Дополнение к описанию полезного эффекта в способе изготовления по этому изобретению[0042] 2. Addition to the description of the beneficial effect in the manufacturing method of this invention

Такой же эффект, как представляется, можно получить путем предварительного легирования литием активного материала на основе кремния, использующегося в качестве анодного активного материала с помощью электрохимической реакции в литий-ионной батарее перед изготовлением анодной смеси. Однако это представляется невыполнимым ввиду затрат; например, в этом случае должно быть легировано гораздо большее количество активного материала, чем в способе S10 изготовления.It seems that the same effect can be obtained by pre-alloying lithium with an active material based on silicon, which is used as the anode active material using the electrochemical reaction in a lithium-ion battery before making the anode mixture. However, this seems unfeasible in view of the costs; for example, in this case a much larger amount of active material must be doped than in the manufacturing method S10.

[0043] Представляется также, что проблему образования CuS следует решать с использованием анодного токоприемника, выполненного из металла, отличного от меди. Однако в этом случае некоторые свойства батареи, включая характеристики цикла и т.д., могут ухудшиться.[0043] It also seems that the problem of the formation of CuS should be solved using an anode current collector made of a metal other than copper. However, in this case, some properties of the battery, including cycle characteristics, etc., may deteriorate.

[0044] 3. Рыночная информация[0044] 3. Market information

Может быть подтверждено, например, путем проверки того, может ли сульфидная твердотельная батарея быть изготовлена способом по настоящему изобретению или нет. То есть, тот факт, что сульфидная твердотельная батарея может (или не может) быть произведена способом по настоящему изобретению можно подтвердить, анализируя в сульфидной твердотельной батарее часть анодного активного материала, которая не обращена своей поверхностью в сторону катода или анода, или путем проверки баланса катодных и анодных потенциалов в трехэлектродной ячейке. В альтернативном случае, если предварительно легированный материал получают с использованием электрохимической реакции в батарее на основе системы растворов, то на поверхности предварительно легированного материала образуется твердоэлектролитный слой (SEI). Тогда подтвердить возможность изготовления сульфидной твердотельной батареи способом изготовления по настоящему изобретению можно, убедившись в том, что графит или титанат лития, содержащийся в аноде, имеет SEI на своей поверхности. Примеры соединений, которые могут образовывать SEI, включают LiF, LiCO3 и сложный эфир фосфорной кислоты. Примерами способа подтверждения наличия или отсутствия соединений, которые могут образовывать SEI, являются метод элементного анализа с использованием ТЕМ-EELS, ICP и EPS, метода масс-спектрометрии с использованием TOF-SIMS и анализ с помощью комбинации этих методов. Например, может ли данный вариант воплощения изобретения быть выполнен или нет, можно определить, установив, что такой элемент, как фтор, который обычно не содержится в сырье для твердого электролита, содержится только в SEI, сформированном на поверхности предварительно легированного материала.This can be confirmed, for example, by checking whether a sulfide solid state battery can be manufactured by the method of the present invention or not. That is, the fact that a sulfide solid state battery may (or cannot) be produced by the method of the present invention can be confirmed by analyzing in the sulfide solid state battery a portion of the anode active material that is not facing toward the cathode or anode, or by checking the balance cathode and anode potentials in a three-electrode cell. Alternatively, if a pre-alloyed material is prepared using an electrochemical reaction in a battery based on a solution system, a solid electrolyte layer (SEI) is formed on the surface of the pre-alloyed material. Then it is possible to confirm the possibility of manufacturing a sulfide solid-state battery by the manufacturing method of the present invention, making sure that the lithium graphite or titanate contained in the anode has SEI on its surface. Examples of compounds that can form SEI include LiF, LiCO 3, and phosphoric ester. Examples of a method for confirming the presence or absence of compounds that can form SEIs are elemental analysis using TEM-EELS, ICP and EPS, mass spectrometry using TOF-SIMS, and analysis using a combination of these methods. For example, whether a given embodiment of the invention can be implemented or not, it can be determined by establishing that an element such as fluorine, which is not normally found in raw materials for solid electrolyte, is contained only in the SEI formed on the surface of the pre-alloyed material.

ПримерыExamples

[0045] <Пример 1>[0045] <Example 1>

1. Изготовление сульфидных твердотельных батарей1. Manufacture of sulfide solid state batteries

1.1. Изготовление активного материала катода Получены частицы LiNi1/3Мn1/3Со1/3О2 (средний размер частиц (D50): составляет 6 мкм). LiNbO3 наносили на поверхность частиц с помощью золь-гель процесса. В частности, раствором этанола, в котором были растворены эквимолярные количества LiOC2H5 и Nb(OC2H5)5, покрывали поверхность частиц под атмосферным давлением с использованием аппарата для гранулирования и нанесения покрытий в псевдоожиженном слое (SFP-01 производства Powrex Corporation). Время обработки было отрегулировано так, чтобы толщина этого покрытия составляла 5 нм. После этого покрытые частицы подвергали термообработке при 350°С при атмосферном давлении в течение 1 часа с получением катодного активного материала.1.1. Preparation of the cathode active material. LiNi particles 1/3 Mn 1/3 Co 1/3 O 2 were obtained (average particle size (D 50 ): 6 μm). LiNbO 3 was applied to the surface of the particles using a sol-gel process. In particular, an ethanol solution in which equimolar amounts of LiOC 2 H 5 and Nb (OC 2 H 5 ) 5 were dissolved covered the surface of the particles at atmospheric pressure using a fluid bed granulation and coating apparatus (SFP-01 manufactured by Powrex Corporation ) The processing time was adjusted so that the thickness of this coating was 5 nm. After that, the coated particles were subjected to heat treatment at 350 ° C at atmospheric pressure for 1 hour to obtain a cathode active material.

[0046] 1.2. Изготовление катода[0046] 1.2. Cathode fabrication

Полученный активный катодный материал и сульфидный твердый электролит (LiI-Li2O-Li2S-P2S5, средний размер частиц (D50): 2,5 мкм) взвешивали так, чтобы их массовое соотношение составляло: катодный активный материал: сульфидный твердый электролит = 75: 25. Далее, к 100 массовым частям катодного активного материала прибавляли 4 массовых части связующего на основе ПВДФ (производства Kureha Corporation) и 6 массовых частей ацетиленовой сажи в качестве проводящей добавки. Полученную смесь прибавляли к бутилбутирату так, чтобы содержание твердого вещества составляло 70% (масс), а затем перемешивали с помощью мешалки до образования катодной пасты. Алюминиевую фольгу толщиной 15 мкм покрывали полученной катодной пастой в соответствии со способом шаберного нанесения покрытий с использованием аппликатора, так что масса пасты составляла 30 мг/см, а затем фольгу высушивали при 120°С в течение 3 минут до получения катода, содержащего слой катодной смеси на поверхности алюминиевой фольги.The obtained cathode active material and sulfide solid electrolyte (LiI-Li 2 O-Li 2 SP 2 S 5 , average particle size (D 50 ): 2.5 μm) was weighed so that their mass ratio was: cathode active material: sulfide solid electrolyte = 75: 25. Further, to 100 mass parts of the cathode active material, 4 mass parts of a PVDF-based binder (manufactured by Kureha Corporation) and 6 mass parts of acetylene carbon black as a conductive additive were added. The resulting mixture was added to butyl butyrate so that the solids content was 70% (mass), and then stirred with a stirrer until a cathode paste formed. An aluminum foil of a thickness of 15 μm was coated with the obtained cathode paste in accordance with the scraper method using an applicator, so that the paste was 30 mg / cm in weight, and then the foil was dried at 120 ° C for 3 minutes to obtain a cathode containing a layer of the cathode mixture on the surface of aluminum foil.

[0047] 1.3. Изготовление слоя твердого электролита[0047] 1.3. Production of a solid electrolyte layer

Взвешивали 95 массовых частей такого же сульфидного твердого электролита, как указано выше, и 5 массовых частей бутиленового каучука в качестве связующего, и прибавляли эту смесь в гептановый растворитель так, чтобы содержание твердого вещества составляло 70% (масс). Полученную смесь перемешивали с помощью ультразвукового диспергирующего устройства (UH-50 производства SMT Corporation) в течение 2 минут до получения пасты твердого электролита. Материал подложки (алюминиевую фольгу) покрывали полученной пастой твердого электролита таким же образом, как и в случае катодной пасты, так чтобы масса пасты составляла 60 мг/см2, и материал подложки высушивали на воздухе и затем высушивали его при 100°С в течение 30 минут с получением материала подложки, включающего слой твердогоэлектролита.95 parts by weight of the same sulfide solid electrolyte as above and 5 parts by weight of butylene rubber as a binder were weighed, and this mixture was added to the heptane solvent so that the solids content was 70% (mass). The resulting mixture was mixed using an ultrasonic dispersing device (UH-50 manufactured by SMT Corporation) for 2 minutes to obtain a solid electrolyte paste. The substrate material (aluminum foil) was coated with the obtained solid electrolyte paste in the same manner as in the case of the cathode paste, so that the paste was 60 mg / cm 2 and the substrate material was dried in air and then dried at 100 ° C for 30 minutes to obtain a substrate material comprising a layer of solid electrolyte.

[0048] 1.4. Изготовление анода[0048] 1.4. Anode fabrication

1.4.1. Изготовление предварительно легированного материала Взвешивали 99,7 массовых частей тонкодисперсных частиц природного графита (средний размер частиц (D50): 15 мкм) и 0,3 массовых частей карбоксиметилцеллюлозы, прибавляли их к обработанной методом ионного обмена воде так, что содержание твердого вещества составляло 60% (масс), и перемешивали с помощью планетарного смесителя до получения пасты. Полученную пасту равномерно наносили на медную фольгу в соответствии со способом шаберного нанесения покрытий, и высушивали медную фольгу при 120°С в течение 5 минут до получения электрода. Из полученного электрода вырубали батарейку монетного типа диаметром 16 мм, в которой металлический Li служил в качестве противоэлектрода, РЕ (т.е., с «нулевой» фазой) разделитель толщиной 20 мкм применяли в качестве разделительной прокладки, а неводный раствор электролита (смесь этилкарбоната (ЕС) и диэтилкарбоната (DEC) соотношением (ЕС: DEC=1: 1), в которой был растворен LiPF6 в концентрации 1 моль/кг) использовали как раствор электролита. Эту батарейку монетного типа заряжали с помощью устройства зарядки и разрядки. Зарядная емкость была отрегулирована так, чтобы она составляла 100 мАч/кг по отношению к общей массе графита, содержащегося в данной батарейке. После зарядки батарейку монетного типа разбирали в атмосфере аргона и вынимали из нее электрод. После того как электрод промывали в этилметилкарбонате, графит отделяли от медной фольги с помощью шпателя, получая таким образом предварительно легированный материал.1.4.1. Preparation of Pre-Alloyed Material 99.7 parts by weight of finely divided particles of natural graphite (average particle size (D 50 ): 15 μm) and 0.3 parts by weight of carboxymethyl cellulose were weighed, they were added to ion-exchanged water so that the solids content was 60 % (mass), and mixed using a planetary mixer to obtain a paste. The resulting paste was uniformly applied to the copper foil in accordance with the method of scraper coating, and the copper foil was dried at 120 ° C for 5 minutes to obtain an electrode. A coin-type battery with a diameter of 16 mm was cut out from the obtained electrode, in which metallic Li served as a counter electrode, PE (ie, with a “zero” phase), a 20 μm thick separator was used as a separating pad, and a non-aqueous electrolyte solution (ethyl carbonate mixture) (EC) and diethyl carbonate (DEC) ratio (EC: DEC = 1: 1) in which LiPF 6 was dissolved at a concentration of 1 mol / kg) was used as an electrolyte solution. This coin-type battery was charged using a charging and discharging device. The charging capacity was adjusted so that it was 100 mAh / kg in relation to the total mass of graphite contained in this battery. After charging, the coin-type battery was disassembled in an argon atmosphere and the electrode was removed from it. After the electrode was washed in ethyl methyl carbonate, graphite was separated from the copper foil using a spatula, thereby obtaining a pre-alloyed material.

[0049] 1.4.2. Изготовление анодной смеси и нанесение этой анодной смеси в виде покрытия на медную фольгу[0049] 1.4.2. The manufacture of the anode mixture and the application of this anode mixture in the form of a coating on a copper foil

Сульфидный твердый электролит, как описано выше, тонкодисперсные частицы кремния (средний размер частиц (D50): 6 мкм) и предварительно легированный материал взвешивали так, чтобы получить массовое соотношение сульфидный твердый электролит: тонкодисперсные частицы кремния: предварительно легированный материал = 45:53,4:1,6 (кремниевый активный материал: предварительно легированный материал = 97:3). Кроме того, к 100 массовым частям тонкодисперсных частиц кремния прибавляли 6 массовых частей связующего на основе ПВДФ (производства Kureha Corporation) и 6 массовых частей ацетиленовой сажи в качестве проводящей добавки. Полученную смесь прибавляли к бутилбутирату так, чтобы содержание твердого вещества составляло 70% (масс), а затем перемешивали с помощью мешалки до образования анодной пасты. Медную фольгу толщиной 15 мкм равномерно покрывали полученной катодной пастой в соответствии со способом шаберного нанесения покрытий с использованием аппликатора, и высушивали эту медную фольгу при 120°С в течение 3 минут до получения анода, включающего слой анодной смеси на поверхности медной фольги.Sulphide solid electrolyte, as described above, fine silicon particles (average particle size (D 50 ): 6 μm) and pre-alloyed material were weighed so as to obtain a mass ratio of sulfide solid electrolyte: fine silicon particles: pre-alloyed material = 45:53, 4: 1.6 (silicon active material: pre-alloyed material = 97: 3). In addition, 6 parts by weight of a PVDF-based binder (manufactured by Kureha Corporation) and 6 parts by weight of acetylene carbon black as a conductive additive were added to 100 parts by weight of finely divided silicon particles. The resulting mixture was added to butyl butyrate so that the solids content was 70% (mass), and then stirred with a stirrer until an anode paste formed. A 15 μm thick copper foil was uniformly coated with the obtained cathode paste in accordance with a scraper coating method using an applicator, and this copper foil was dried at 120 ° C. for 3 minutes to obtain an anode comprising an anode mixture layer on the surface of the copper foil.

[0050] 1.5. Наслаивание катода, слоя твердого электролита и анода[0050] 1.5. Layering of the cathode, solid electrolyte layer and anode

Из описанного выше слоя твердого электролита была вырублена площадка размером 1 см2 для обработки ее прессованием под давлением 1 тонна/см2. Катод был наслоен на одной из поверхностей полученного прессованием слоя твердого электролита (лицевой стороной на противоположную к материалу подложки сторону) и обработан прессованием под давлением 1 тонна/см2. Материал подложки был удален. Анод был наслоен на поверхности, с которой была удалена подложка, и обработан прессованием под давлением 6 тонн/см2 до получения многослойного изделия, образованного из катода/слоя твердого электролита/анода. Полученное многослойное изделие было герметично закрыто алюминиевой ламинированной пленкой, снабженной выводами, для получения, таким образом, сульфидной твердотельной батареи для проведения оценки. Характеристики полученной батареи показаны в следующей ниже Таблице 1.From the above-described layer of solid electrolyte, a 1 cm 2 area was cut down for processing by pressing under a pressure of 1 ton / cm 2 . The cathode was layered on one of the surfaces obtained by pressing a layer of solid electrolyte (face side opposite to the substrate material) and processed by pressing under a pressure of 1 ton / cm 2 . The backing material has been removed. The anode was layered on the surface from which the substrate was removed, and processed by pressing under a pressure of 6 tons / cm 2 to obtain a multilayer product formed from a cathode / layer of solid electrolyte / anode. The resulting multilayer product was hermetically sealed with an aluminum laminated film provided with leads so as to obtain a sulfide solid state battery for evaluation. The characteristics of the resulting battery are shown in the following Table 1.

[0051] 2. Испытание сульфидной твердотельной батареи на саморазряд[0051] 2. Self-discharge sulfide solid state battery test

Как описано выше, существует случай, когда реакция медной фольги, которая служит в качестве анодного токоприемника с сульфидным твердым электролитом, приводит к образованию CuS с высокой проводимостью, при этом Сu диффундирует от анодного токоприемника в направлении катода, вследствие чего возникают небольшие короткие замыкания катода и анода, а напряжение сульфидной твердотельной батареи самопроизвольно уменьшается. Чтобы оценить это, сульфидную твердотельную батарею подвергали испытанию на саморазряд с помощью следующих процедур. Во-первых, после того как сульфидная твердотельная батарея была заряжена (условия зарядки: 4,4 В режим CCCV, сила тока 2 мА, ток отсечки 0,1 мА), батарею выдерживали в печи с постоянной температурой при 25°С в течение 25 часов, и в течение всего этого процесса измеряли напряжение (ΔV). Результаты показаны в Таблице 1.As described above, there is a case where the reaction of a copper foil, which serves as an anode collector with a sulfide solid electrolyte, leads to the formation of CuS with high conductivity, while Cu diffuses from the anode collector towards the cathode, resulting in small short circuits of the cathode and anode, and the voltage of a sulfide solid state battery spontaneously decreases. To evaluate this, a sulfide solid state battery was subjected to a self-discharge test using the following procedures. Firstly, after the sulfide solid-state battery was charged (charging conditions: 4.4 V CCCV mode, current 2 mA, cut-off current 0.1 mA), the battery was kept in a furnace with a constant temperature at 25 ° C for 25 hours, and throughout this process, the voltage (ΔV) was measured. The results are shown in Table 1.

[0052] 3. Оценка характеристик цикла[0052] 3. Evaluation of the characteristics of the cycle

Ожидается, что если активный материал на основе углерода применяется вместе с активным материалом на основе кремния, то скорость расширения как целого анодного активного материала снижается, а характеристики цикла сульфидной твердотельной батареи при зарядке/разрядке улучшаются по сравнению со случаем, когда в качестве анодного активного материала используется только активный материал на основе кремния. Чтобы подтвердить этот эффект, проводили тестирование цикла при следующих условиях. Расчет значения удержания заряда проводился с использованием разрядной емкости после 150-го цикла по отношению к разрядной емкости после первого цикла (в %). Это циклическое тестирование проводилось в условиях ограничения батареи с помощью ограничительного приспособления с тензодатчиком так, чтобы давление в 5 МПа было равномерно приложено к поверхности анода и катода. Результаты показаны в следующей ниже Таблице 1.It is expected that if the carbon-based active material is used together with the silicon-based active material, then the expansion rate as a whole of the anode active material is reduced, and the cycle characteristics of the sulfide solid state battery during charging / discharging are improved compared to the case when as the anode active material only silicon-based active material is used. To confirm this effect, a cycle test was performed under the following conditions. The charge retention value was calculated using the discharge capacity after the 150th cycle with respect to the discharge capacity after the first cycle (in%). This cyclic testing was carried out under conditions of battery limitation using a restrictive device with a strain gauge so that a pressure of 5 MPa was uniformly applied to the surface of the anode and cathode. The results are shown in the following Table 1.

(Условия для тестирования цикла)(Conditions for testing the cycle)

зарядка: 4,4 В режим CCCV, сила тока 10 мА, ток отсечки 0,5 мАcharging: 4.4 V CCCV mode, current 10 mA, cut-off current 0.5 mA

разрядка: 3,0 V режим СС, сила тока 10 мАdischarge: 3.0 V SS mode, current 10 mA

температура: 25°Сtemperature: 25 ° C

[0053] <Примеры 2-4 и Сравнительный пример 1>[0053] <Examples 2-4 and Comparative example 1>

Изготавливали сульфидную твердотельную батарею и подвергали испытанию на саморазряд и оценке характеристик цикла таким же образом, как в Примере 1, за исключением того, что соотношение смеси анодного активного материала и предварительно легированного материала было изменено так, как показано в следующей ниже Таблице 1. Характеристики батареи, а также результаты испытаний саморазряда и оценки характеристик цикла представлены в следующей ниже Таблице 1.A sulfide solid state battery was made and subjected to a self-discharge test and evaluation of the cycle characteristics in the same manner as in Example 1, except that the mixture ratio of the anode active material and the pre-alloyed material was changed as shown in the following Table 1. Battery characteristics as well as the results of self-discharge tests and evaluation of cycle characteristics are presented in the following Table 1.

[0054] <Пример 5>[0054] <Example 5>

Изготавливали сульфидную твердотельную батарею и подвергали испытанию на саморазряд и оценке характеристик цикла таким же образом, как в Примере 1, за исключением того, что зарядная емкость при изготовлении предварительно легированного материала была изменена до 150 мАч/г. Характеристики батареи, а также результаты испытаний саморазряда и оценки характеристик цикла представлены в следующей ниже Таблице 1.A sulfide solid state battery was made and subjected to a self-discharge test and evaluation of the cycle characteristics in the same manner as in Example 1, except that the charging capacity in the manufacture of pre-alloyed material was changed to 150 mAh / g. Battery characteristics, as well as self-discharge test results and cycle characteristics estimates, are presented in the following Table 1.

[0055] <Пример 6>[0055] <Example 6>

Изготавливали сульфидную твердотельную батарею и подвергали испытанию на саморазряд и оценке характеристик цикла таким же образом, как в Примере 1, за исключением того, что в материале, использующемся в качестве предварительно легированного материала, графит был заменен на титанат лития (средний размер частиц (D50): 2 мкм) для того, чтобы получить предварительно легированный материал с помощью нижеследующих процедур. Характеристики батареи, а также результаты испытаний саморазряда и оценки характеристик цикла представлены в следующей ниже Таблице 1.A sulfide solid state battery was made and subjected to a self-discharge test and evaluation of the cycle characteristics in the same manner as in Example 1, except that in the material used as a pre-alloyed material, graphite was replaced by lithium titanate (average particle size (D 50 ): 2 μm) in order to obtain pre-alloyed material using the following procedures. Battery characteristics, as well as self-discharge test results and cycle characteristics estimates, are presented in the following Table 1.

[0056] В NMP, взвешивали 92 массовых части титаната лития, 3 массовые части связующего на основе ПВДФ и 5 массовых частей ацетиленовой сажи, было приготовлено таким образом, чтобы содержание твердого вещества составляло 70% (масс), и перемешивали с помощью планетарного смесителя до получения пасты. Полученную пасту наносили на медную фольгу в соответствии со способом шаберного нанесения покрытий, и высушивали медную фольгу с получением электрода таким же образом, как в Примере 1. Изготавливали батарейку монетного типа, используя полученный электрод, таким же образом, как в Примере 1. Батарейку монетного типа заряжали таким же образом, как в Примере 5 (зарядная емкость: 150 мАч/г). После того, как батарейку монетного типа разбирали и отделяли от медной фольги так же, как в Примере 1, отделенный порошок диспергировали в NMP, объемом примерно в 10 раз большем, чем порошок, и подвергали центрифугированию повторно три раза до удаления соединенного с титанатом лития связующего на основе ПВДФ, и т.д. Тонкодисперсные частицы, полученные после центрифугирования, использовали в качестве предварительно легированного материала.[0056] In NMP, 92 parts by weight of lithium titanate, 3 parts by weight of a binder based on PVDF and 5 parts by weight of acetylene carbon black were weighed so that the solids content was 70% (mass) and mixed using a planetary mixer until receiving pasta. The resulting paste was applied to copper foil in accordance with the method of scraper coating, and dried copper foil to obtain an electrode in the same manner as in Example 1. A coin-type battery was made using the obtained electrode in the same manner as in Example 1. Coin battery type charged in the same manner as in Example 5 (charging capacity: 150 mAh / g). After the coin-type battery was disassembled and separated from the copper foil in the same manner as in Example 1, the separated powder was dispersed in NMP, approximately 10 times larger than the powder, and centrifuged again three times to remove the binder bonded to lithium titanate based on PVDF, etc. Fine particles obtained after centrifugation were used as pre-alloyed material.

[0057] <Пример 7>[0057] <Example 7>

Изготавливали сульфидную твердотельную батарею и подвергали испытанию на саморазряд и оценке характеристик цикла таким же образом, как в Примере 1, за исключением того, что кремний был заменен на оксид кремния (средний размер частиц (D50): 5 мкм), и масса полученной пасты в аноде была изменена. Характеристики батареи, а также результаты испытаний саморазряда и оценки характеристик цикла представлены в следующей ниже Таблице 1.A sulfide solid state battery was made and subjected to a self-discharge test and evaluation of the cycle characteristics in the same manner as in Example 1, except that silicon was replaced with silicon oxide (average particle size (D 50 ): 5 μm) and the mass of the obtained paste in the anode has been changed. Battery characteristics, as well as self-discharge test results and cycle characteristics estimates, are presented in the following Table 1.

[0058] <Пример 8>[0058] <Example 8>

Изготавливали сульфидную твердотельную батарею и подвергали испытанию на саморазряд и оценке характеристик цикла таким же образом, как в Примере 1, за исключением того, что зарядная емкость при изготовлении предварительно легированного материала была изменена до 10 мАч/г, а соотношение смеси анодного активного материала и предварительно легированного материала, было изменено так, как показано в следующей ниже Таблице 1. Характеристики батареи, а также результаты испытаний саморазряда и оценки характеристик цикла представлены в следующей ниже Таблице 1.A sulfide solid state battery was made and subjected to a self-discharge test and evaluation of the cycle characteristics in the same manner as in Example 1, except that the charging capacity in the manufacture of pre-alloyed material was changed to 10 mAh / g, and the ratio of the mixture of the anode active material and preliminary alloyed material was changed as shown in the following Table 1. Battery characteristics, as well as the results of self-discharge tests and evaluation of cycle characteristics are presented in the following th below Table 1.

[0059] <Сравнительный пример 2>[0059] <Comparative example 2>

Изготавливали сульфидную твердотельную батарею и подвергали испытанию на саморазряд и оценке характеристик цикла таким же образом, как в Сравнительном примере 1, за исключением того, что в качестве анодного токоприемника вместо медной фольги использовали фольгу из нержавеющей стали той же толщины. Характеристики батареи, а также результаты испытаний саморазряда и оценки характеристик цикла представлены в следующей ниже Таблице 1.A sulphide solid state battery was made and subjected to a self-discharge test and evaluation of cycle characteristics in the same manner as in Comparative Example 1, except that stainless steel foil of the same thickness was used instead of copper foil as the anode current collector. Battery characteristics, as well as self-discharge test results and cycle characteristics estimates, are presented in the following Table 1.

[0060] <Эталонный пример 1>[0060] <Reference example 1>

Изготавливали сульфидную твердотельную батарею и подвергали испытанию на саморазряд и оценке характеристик цикла таким же образом, как в Примере 1, за исключением того, что в качестве анодного токоприемника вместо медной фольги использовали фольгу из нержавеющей стали той же толщины. Характеристики батареи, а также результаты испытаний саморазряда и оценки характеристик цикла представлены в следующей ниже Таблице 1.A sulfide solid-state battery was made and subjected to a self-discharge test and evaluation of the cycle characteristics in the same manner as in Example 1, except that stainless steel foil of the same thickness was used instead of copper foil as the anode current collector. Battery characteristics, as well as self-discharge test results and cycle characteristics estimates, are presented in the following Table 1.

Figure 00000001
Figure 00000001

Figure 00000002
Figure 00000002

[0062] Как видно из результатов, приведенных в Таблице 1, наличие предварительно легированного материала в анодной смеси привело к значительному уменьшению саморазряда. Можно полагать, что предварительно легированный материал снизил первоначальный анодный потенциал сульфидной твердотельной батареи, что привело к подавлению реакции медной фольги и сульфидного твердого электролита. При том, что количество предварительно легированного материала, содержащегося в анодной смеси, не было конкретно ограничено, и определенный эффект проявлялся, если в анодной смеси содержалось лишь небольшое количество предварительно легированного материала, из Примеров 1-8 можно заключить, что отношение (X/Y) преобразованного значения (X), полученного при преобразовании общего количества лития, с помощью которого легируют предварительно легированный материал, входящий в состав анодной смеси, в электрическую емкость, к общей электрической емкости (Y) активного материала на основе кремния, содержащегося в анодной смеси, в предпочтительном варианте составляет не менее 0,0005. В частности, если X/Y составляет не меньше 0,0008, при подавлении саморазряда на величину около 0,18 В, то достигается предел эффекта подавления саморазряда. Или на основании Примеров 1-8 можно также сказать, что анодный активный материал в предпочтительном варианте составляет не менее 70% (масс.) и не более 100% (масс), а предварительно легированный материал в предпочтительном варианте составляет более 0% (масс.) и не более 30% (масс), если общее количество анодного активного материала и предварительно легированного материала составляет 100% (масс). Учитывая электрическую емкость анода и т.д., в частности, анодный активный материал может в более предпочтительном варианте составлять не менее 90% (масс), в еще более предпочтительном варианте не менее 93% (масс) и в особенно предпочтительном варианте не менее 96% (масс); а предварительно легированный материал в более предпочтительном варианте может составлять не более 10% (масс), в еще более предпочтительном варианте - не более 7% (масс) и в особенно предпочтительном варианте - не более 4% (масс).[0062] As can be seen from the results shown in Table 1, the presence of pre-alloyed material in the anode mixture led to a significant decrease in self-discharge. It can be assumed that the pre-alloyed material decreased the initial anode potential of the sulfide solid state battery, which led to the suppression of the reaction of copper foil and sulfide solid electrolyte. Despite the fact that the amount of pre-alloyed material contained in the anode mixture was not specifically limited, and a certain effect was manifested if only a small amount of pre-alloyed material was contained in the anode mixture, from Examples 1-8 we can conclude that the ratio (X / Y ) the converted value (X) obtained by converting the total amount of lithium, with which pre-alloyed material included in the anode mixture is alloyed into an electric capacitance, to the total electric the capacitance (Y) of the silicon-based active material contained in the anode mixture is preferably at least 0.0005. In particular, if X / Y is not less than 0.0008, while suppressing self-discharge by about 0.18 V, then the limit of the effect of suppressing self-discharge is reached. Or, based on Examples 1-8, it can also be said that the anode active material in the preferred embodiment is not less than 70% (mass.) And not more than 100% (mass), and the pre-alloyed material in the preferred embodiment is more than 0% (mass. ) and not more than 30% (mass) if the total amount of anode active material and pre-alloyed material is 100% (mass). Given the electrical capacity of the anode, etc., in particular, the anode active material may more preferably be at least 90% (mass), even more preferably at least 93% (mass), and in a particularly preferred embodiment at least 96 % (mass); and pre-alloyed material in a more preferred embodiment can be no more than 10% (mass), in an even more preferred embodiment, not more than 7% (mass) and in a particularly preferred embodiment, not more than 4% (mass).

Как явствует из результатов Примеров 1-8 и Сравнительного примера 1, в том случае, если в качестве анодного токоприемника использовали медную фольгу, содержащую в анодной смеси предварительно легированный материал, характеристики цикла сульфидной твердотельной батареи улучшались.As can be seen from the results of Examples 1-8 and Comparative Example 1, if a copper foil containing pre-alloyed material in the anode mixture was used as the anode current collector, the cycle characteristics of the sulfide solid state battery improved.

Кроме того, как видно из результатов Примеров 6 и 7, такой же эффект был получен, даже если анодный активный материал или/и предварительно легированный материал был/были заменен(ы).In addition, as can be seen from the results of Examples 6 and 7, the same effect was obtained even if the anode active material and / or pre-alloyed material was / were replaced (s).

[0063] Замена материала анодного токоприемника на металл, отличный от меди (например, на нержавеющую сталь), как в Сравнительном примере 2 и Эталонном примере 1, также позволяет избежать образования CuS и снизить саморазряд. Однако в этом случае некоторые другие свойства батареи, кроме саморазряда, ухудшались. Например, как показано в Сравнительном примере 2, ухудшаются характеристики цикла батареи. Как явствует из результатов Сравнительного примера 2 и Эталонного примера 1, в том случае, если в качестве анодного токоприемника использовалась фольга из нержавеющей стали, было трудно улучшить характеристики цикла, даже если в анодной смеси содержался предварительно легированный материал. Считают, что причина в том, что фольга из нержавеющей стали более твердая, чем медная фольга, и поэтому трудно следовать за расширением/сокращением анодного активного материала в режиме зарядки/разрядки.[0063] Replacing the material of the anode current collector with a metal other than copper (for example, stainless steel), as in Comparative Example 2 and Reference Example 1, also avoids the formation of CuS and reduces self-discharge. However, in this case, some other properties of the battery, in addition to self-discharge, worsened. For example, as shown in Comparative Example 2, battery cycle performance is degraded. As can be seen from the results of Comparative Example 2 and Reference Example 1, if stainless steel foil was used as the anode current collector, it was difficult to improve the cycle characteristics even if the pre-alloyed material was contained in the anode mixture. It is believed that the reason is that the stainless steel foil is harder than the copper foil, and therefore it is difficult to follow the expansion / contraction of the anode active material in the charging / discharging mode.

Из вышеизложенного можно сказать, что в том случае, если на поверхность анодного токоприемника нанесен слой анодной смеси, содержащий активный материал на основе кремния и сульфидный твердый электролит, то для того, чтобы избежать образования CuS, целесообразно применять анодный токоприемник, содержащий медь, а также содержащий предварительно легированный материал в анодной смеси с целью подавления образования CuS, по сравнению с использованием анодного токоприемника, формируемого из материала, отличного от меди.From the foregoing, it can be said that if a layer of the anode mixture containing a silicon-based active material and a sulfide solid electrolyte is deposited on the surface of the anode current collector, then in order to avoid the formation of CuS, it is advisable to use an anode current collector containing copper, and containing pre-alloyed material in the anode mixture in order to suppress the formation of CuS, compared with the use of the anode current collector formed from a material other than copper.

Промышленная применимостьIndustrial applicability

[0064] Сульфидная твердотельная батарея, изготовленная согласно способу изготовления по настоящему изобретению, может применяться в широком диапазоне источников питания, таких как источник питания малого размера для переносных устройств и встроенный источник питания большого размера.[0064] A sulfide solid state battery manufactured according to the manufacturing method of the present invention can be used in a wide range of power sources, such as a small sized power supply for portable devices and a large built-in power supply.

Перечень ссылочных позицийList of Reference Items

[0065] 10 анод[0065] 10 anode

1 материал, состоящий из графита и/или титаната лития1 material consisting of graphite and / or lithium titanate

2 предварительно легированный материал2 pre-alloyed material

3 твердый сульфидный электролит3 solid sulfide electrolyte

4 активный материал на основе кремния4 silicon-based active material

5 анодная смесь5 anode mixture

6 анодный токоприемник6 anode current collector

20 катод20 cathode

21 катодный токоприемник21 cathode current collector

22 слой катодной смеси22 layer cathode mixture

30 слой твердого электролита30 layer solid electrolyte

100 сульфидная твердотельная батарея100 sulfide solid state battery

Claims (8)

1. Способ изготовления сульфидной твердотельной батареи, содержащий:1. A method of manufacturing a sulfide solid state battery, comprising: первый этап легирования литием по меньшей мере одного материала, выбранного из графита и титаната лития, с получением предварительно легированного материала;a first lithium alloying step of at least one material selected from graphite and lithium titanate to produce pre-alloyed material; второй этап смешивания сульфидного твердого электролита, активного материала на основе кремния и предварительно легированного материала с получением анодной смеси; иa second step of mixing a sulfide solid electrolyte, a silicon-based active material and a pre-alloyed material to form an anode mixture; and третий этап нанесения анодной смеси в виде покрытия на поверхность анодного токоприемника, содержащего медь, для получения анода.the third stage of applying the anode mixture in the form of a coating on the surface of the anode current collector containing copper, to obtain the anode. 2. Способ по п. 1, в котором2. The method according to p. 1, in which соотношение (X/Y) преобразованного значения (X), полученного при преобразовании общего количества лития, с помощью которого легируют предварительно легированный материал, входящий в состав анодной смеси, в электрическую емкость, к общей электрической емкости (Y) активного материала на основе кремния, содержащегося в анодной смеси, составляет не менее 0,0005.the ratio (X / Y) of the converted value (X) obtained by converting the total amount of lithium with which the pre-alloyed material included in the anode mixture is doped into an electric capacitance to the total electric capacitance (Y) of the silicon-based active material, contained in the anode mixture is at least 0,0005. 3. Способ по п. 1 или 2, в котором3. The method according to p. 1 or 2, in which на первом этапе упомянутый по меньшей мере один материал легируют литием, используя электрохимическую реакцию в литий ионной батарее.in a first step, said at least one material is doped with lithium using an electrochemical reaction in a lithium-ion battery.
RU2018141428A 2017-12-08 2018-11-26 Method of producing sulphide solid-state batteries RU2695127C1 (en)

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2017-236384 2017-12-08
JP2017236384 2017-12-08
JP2018-087219 2018-04-27
JP2018087219A JP6996414B2 (en) 2017-12-08 2018-04-27 Manufacturing method of sulfide solid-state battery

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2695127C1 true RU2695127C1 (en) 2019-07-22

Family

ID=67061430

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2018141428A RU2695127C1 (en) 2017-12-08 2018-11-26 Method of producing sulphide solid-state batteries

Country Status (5)

Country Link
JP (1) JP6996414B2 (en)
KR (1) KR102165762B1 (en)
CN (1) CN109904523B (en)
BR (1) BR102018074749A2 (en)
RU (1) RU2695127C1 (en)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111908437A (en) * 2020-08-21 2020-11-10 中南大学 Preparation method of sulfide solid electrolyte
JP2022088945A (en) 2020-12-03 2022-06-15 トヨタ自動車株式会社 All-solid battery
CN113972379B (en) * 2021-11-02 2023-01-10 北京科技大学 Method for preparing copper foil by using solid electrolyte and copper foil prepared by method
JP2023114598A (en) 2022-02-07 2023-08-18 トヨタ自動車株式会社 negative electrode layer
CN115995600B (en) * 2023-03-22 2023-08-15 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 Element doped sulfide solid electrolyte with coating layer and preparation method thereof

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20070172733A1 (en) * 2006-01-24 2007-07-26 Hiroshi Minami Negative electrode for lithium secondary battery, method of manufacturing the electrode, and lithium secondary battery
EP2343758A1 (en) * 2009-12-24 2011-07-13 Sony Corporation Lithium-ion secondary battery, anode for lithium-ion secondary battery, power tool, electric vehicle and energy storage system
JP2017054720A (en) * 2015-09-10 2017-03-16 トヨタ自動車株式会社 Negative electrode for all-solid battery
RU2665046C2 (en) * 2013-09-02 2018-08-28 Мицубиси Газ Кемикал Компани, Инк. Solid-state battery

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5595837A (en) * 1995-04-12 1997-01-21 Valence Technology, Inc. Process for prelithiation of carbon based anodes for lithium batteries
CN105027346B (en) * 2013-03-26 2017-11-21 古河电气工业株式会社 Solid state secondary battery
JP2015032355A (en) * 2013-07-31 2015-02-16 日本碍子株式会社 All-solid battery
JP6278385B2 (en) * 2013-11-02 2018-02-14 国立研究開発法人産業技術総合研究所 Non-aqueous secondary battery pre-doping method and battery obtained by the pre-doping method
JP2015115194A (en) * 2013-12-11 2015-06-22 三星電子株式会社Samsung Electronics Co.,Ltd. All-solid-state secondary battery and method for manufacturing all-solid-state secondary battery
JP6666641B2 (en) * 2013-12-13 2020-03-18 三星電子株式会社Samsung Electronics Co.,Ltd. All-solid secondary battery and method for manufacturing all-solid secondary battery
US9819019B2 (en) * 2013-12-13 2017-11-14 Samsung Electronics Co., Ltd. All solid secondary battery and method of preparing all solid secondary battery
EP3201982B1 (en) * 2014-09-29 2020-05-27 A123 Systems LLC Pre-lithiated silicon anodes with pvdf binder
JP2017037748A (en) 2015-08-07 2017-02-16 日立化成株式会社 Negative electrode for lithium ion secondary battery and lithium ion secondary battery using the same
JP6354716B2 (en) * 2015-09-08 2018-07-11 トヨタ自動車株式会社 Sulfide solid state battery
JP6409794B2 (en) * 2016-02-18 2018-10-24 トヨタ自動車株式会社 Method for producing positive electrode mixture, method for producing positive electrode, and method for producing all solid lithium ion secondary battery

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20070172733A1 (en) * 2006-01-24 2007-07-26 Hiroshi Minami Negative electrode for lithium secondary battery, method of manufacturing the electrode, and lithium secondary battery
EP2343758A1 (en) * 2009-12-24 2011-07-13 Sony Corporation Lithium-ion secondary battery, anode for lithium-ion secondary battery, power tool, electric vehicle and energy storage system
RU2665046C2 (en) * 2013-09-02 2018-08-28 Мицубиси Газ Кемикал Компани, Инк. Solid-state battery
JP2017054720A (en) * 2015-09-10 2017-03-16 トヨタ自動車株式会社 Negative electrode for all-solid battery

Also Published As

Publication number Publication date
JP6996414B2 (en) 2022-01-17
KR102165762B1 (en) 2020-10-14
BR102018074749A2 (en) 2019-06-25
KR20190068435A (en) 2019-06-18
CN109904523A (en) 2019-06-18
JP2019106352A (en) 2019-06-27
CN109904523B (en) 2022-03-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2695127C1 (en) Method of producing sulphide solid-state batteries
JP5742905B2 (en) Positive electrode active material layer
CN105406033A (en) Cathode Mixture, Cathode, Solid Battery And Method For Producing Cathode Mixture, Cathode And Solid Battery
WO2018143022A1 (en) All-solid-state battery and manufacturing method therefor
US10354808B2 (en) Electrochemical energy storage device
EP3576208B1 (en) All-solid-state battery and production method of the same
CN110416598B (en) All-solid-state battery and method for manufacturing same
JP2018181702A (en) Method for manufacturing all-solid lithium ion secondary battery
JPWO2018193992A1 (en) All-solid-state lithium-ion secondary battery
EP3496188B1 (en) Method for producing sulfide solid-state battery
JP2018106984A (en) All-solid-state lithium ion battery
JP2013115022A (en) Method of manufacturing electrode for solid-state battery
JP6295966B2 (en) All solid battery
JP2023538082A (en) Negative electrode and secondary battery containing the same
KR20220008907A (en) All-solid-state battery and manufacturing method thereof
JP2018181706A (en) Method for manufacturing all-solid lithium ion secondary battery
US20220115691A1 (en) Method for producing all solid-state battery, and all solid-state battery
KR20220136146A (en) All solid state battery
JP7119940B2 (en) Negative electrode active material composite for all-solid-state battery
JP2022119324A (en) Negative electrode active material layer
CN113299978A (en) All-solid-state battery
JPH1167207A (en) Negative electrode for lithium secondary battery
CN116404101B (en) Negative pole piece, battery pack and electric equipment
JP2018181708A (en) Negative electrode mixture material for all-solid lithium ion secondary battery, negative electrode including the same, and all-solid lithium ion secondary battery having negative electrode hereof
US11108082B2 (en) Composite solid electrolyte layer, method for producing the same, and method for producing all-solid-state battery