Deprecated: The each() function is deprecated. This message will be suppressed on further calls in /home/zhenxiangba/zhenxiangba.com/public_html/phproxy-improved-master/index.php on line 456
JP7666403B2 - battery - Google Patents
[go: Go Back, main page]

JP7666403B2 - battery - Google Patents

battery Download PDF

Info

Publication number
JP7666403B2
JP7666403B2 JP2022084591A JP2022084591A JP7666403B2 JP 7666403 B2 JP7666403 B2 JP 7666403B2 JP 2022084591 A JP2022084591 A JP 2022084591A JP 2022084591 A JP2022084591 A JP 2022084591A JP 7666403 B2 JP7666403 B2 JP 7666403B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
battery
negative electrode
layer
elastic spacer
current collector
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2022084591A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2023172639A (en
Inventor
仁郎 増田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
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 Toyota Motor Corp filed Critical Toyota Motor Corp
Priority to JP2022084591A priority Critical patent/JP7666403B2/en
Publication of JP2023172639A publication Critical patent/JP2023172639A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP7666403B2 publication Critical patent/JP7666403B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • 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

Landscapes

  • Secondary Cells (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)

Description

本開示は、電池に関する。 This disclosure relates to batteries.

特許文献1は、集電体の一方の面には正極層が形成されその他方の面には負極層が形成されたバイポーラ電極と当該バイポーラ電極相互間でイオン交換を行う電解質層とを交互に所定数積層してなる電池要素と、前記電池要素と電池要素との間に介在させて積層方向の歪みを吸収する積み厚吸収部材と、を備えたことを特徴とするバイポーラ電池を開示している。 Patent Document 1 discloses a bipolar battery that is characterized by having a battery element formed by alternately stacking a predetermined number of bipolar electrodes, each of which has a positive electrode layer formed on one surface of a current collector and a negative electrode layer formed on the other surface, and electrolyte layers that perform ion exchange between the bipolar electrodes, and a stack thickness absorbing member that is interposed between the battery elements to absorb distortion in the stacking direction.

特許文献2は、固体電解質の両側に正極と負極を備え、該正極と該負極の外側にそれぞれ集電体を備えるリチウムイオン二次電池において、該集電体の少なくとも一つが粘弾性体を含むことを特徴とするリチウムイオン二次電を開示している。 Patent Document 2 discloses a lithium ion secondary battery that has a positive electrode and a negative electrode on either side of a solid electrolyte, and current collectors on the outside of the positive electrode and the negative electrode, respectively, and that is characterized in that at least one of the current collectors contains a viscoelastic material.

特開2007-26734号公報JP 2007-26734 A 特開2009-181874号公報JP 2009-181874 A

例えば固体リチウムイオン電池、より具体的には、例えば金属リチウムを負極活物質として用いた固体リチウムイオン電池等は、充放電に伴って膨張収縮する場合がある。このような電池の膨張収縮は、電池の構成要素、例えば集電体層と電極層との間の剥離等を生じさせ得、結果として、電池を繰り返しの充放電すると、充放電容量が低下し得る。 For example, solid-state lithium-ion batteries, more specifically, solid-state lithium-ion batteries that use metallic lithium as the negative electrode active material, may expand and contract during charging and discharging. Such expansion and contraction of the battery may cause separation between the battery components, such as the current collector layer and the electrode layer, and as a result, the charge and discharge capacity may decrease when the battery is repeatedly charged and discharged.

本開示は、繰り返しの充放電による充放電容量の低下を抑制することができる電池を提供することを目的とする。 The present disclosure aims to provide a battery that can suppress the decrease in charge/discharge capacity due to repeated charging and discharging.

本発明者は、以下の手段により上記課題を達成することができることを見出した:
《態様1》
正極集電体層、発電要素、及び負極集電体層がこの順に積層されている、電池要素、及び前記電池要素の積層方向に積層されている弾性体スペーサーを有しており、
前記発電要素は、充放電に伴って前記積層方向に膨張収縮し、
前記弾性体スペーサーは、繊維を含有しており、かつ空隙を有している、
電池。
《態様2》
前記積層方向に関して、前記発電要素は、少なくとも充電状態において、正極層、固体電解質層、及び負極層がこの順に積層されている、
態様1に記載の電池。
《態様3》
前記負極層は、充電状態において前記固体電解質層と前記負極集電体層との間に析出する負極活物質としてのリチウムを含有している、態様2に記載の電池。
《態様4》
前記繊維が炭素繊維である、態様1~3のいずれか一項に記載の電池。
《態様5》
前記弾性体スペーサーは、前記繊維の圧縮成型体である、態様1~4のいずれか一項に記載の電池。
《態様6》
前記弾性体スペーサーの固形分における前記繊維の割合は、90体積%以上である、態様1~5のいずれか一項に記載の電池。
《態様7》
前記弾性体スペーサーの空隙率は、60~80%である、態様1~6のいずれか一項に記載の電池。
《態様8》
前記弾性体スペーサーの弾性域は、0.1以上である、態様1~7のいずれか一項に記載の電池。
《態様9》
リチウムイオン電池である、態様1~8のいずれか一項に記載の電池。
The present inventors have found that the above object can be achieved by the following means:
Aspect 1
The battery includes a battery element in which a positive electrode current collector layer, a power generating element, and a negative electrode current collector layer are laminated in this order, and an elastic spacer is laminated in the lamination direction of the battery element,
The power generating element expands and contracts in the stacking direction as the element is charged and discharged,
The elastic spacer contains fibers and has voids.
battery.
Aspect 2
With respect to the stacking direction, the power generating element has a positive electrode layer, a solid electrolyte layer, and a negative electrode layer stacked in this order at least in a charged state.
2. The battery of embodiment 1.
Aspect 3
3. The battery according to claim 2, wherein the negative electrode layer contains lithium as a negative electrode active material that is deposited between the solid electrolyte layer and the negative electrode current collector layer in a charged state.
Aspect 4
Aspect 4. The battery of any one of aspects 1-3, wherein the fibers are carbon fibers.
Aspect 5
The battery according to any one of aspects 1 to 4, wherein the elastic spacer is a compression molded body of the fiber.
Aspect 6
The battery according to any one of aspects 1 to 5, wherein the ratio of the fibers to the solid content of the elastic spacer is 90 volume % or more.
Aspect 7
The battery according to any one of the preceding claims, wherein the porosity of the elastic spacer is 60 to 80%.
Aspect 8
The battery of any one of the preceding aspects, wherein the elastic spacer has an elastic range of 0.1 or more.
Aspect 9
The battery of any one of the preceding aspects, which is a lithium ion battery.

本開示によれば、繰り返しの充放電による充放電容量の低下を抑制することができる電池を提供することができる。 This disclosure provides a battery that can suppress the decrease in charge/discharge capacity due to repeated charging and discharging.

図1は、本開示の第1の実施形態に従う固体電池1の模式図である。FIG. 1 is a schematic diagram of a solid-state battery 1 according to a first embodiment of the present disclosure. 図2は、試験用の全固体電池2の上面図である。FIG. 2 is a top view of the test all-solid-state battery 2. 図3は、放電状態における、試験用の全固体電池2の側面からの断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional side view of the test all-solid-state battery 2 in a discharged state. 図4は、充電状態における、試験用の全固体電池2の側面からの断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional side view of the test all-solid-state battery 2 in a charged state. 図5は、試験用の全固体電池2の充放電時における圧力を測定するための測定装置3を示す模式図である。FIG. 5 is a schematic diagram showing a measurement device 3 for measuring the pressure during charging and discharging of a test all-solid-state battery 2.

以下、本開示の実施の形態について詳述する。なお、本開示は、以下の実施の形態に限定されるのではなく、開示の本旨の範囲内で種々変形して実施できる。 The following describes in detail the embodiments of the present disclosure. Note that the present disclosure is not limited to the following embodiments, and can be modified in various ways within the scope of the disclosure.

本開示の電池は、正極集電体層、発電要素、及び負極集電体層がこの順に積層されている、電池要素、及び電池要素の積層方向に積層されている弾性体スペーサーを有しており、発電要素は、充放電に伴って積層方向に膨張収縮し、弾性体スペーサーは、繊維を含有しており、かつ空隙を有している。 The battery disclosed herein has a battery element in which a positive electrode current collector layer, a power generating element, and a negative electrode current collector layer are stacked in this order, and an elastic spacer stacked in the stacking direction of the battery element, the power generating element expands and contracts in the stacking direction as the battery element is charged and discharged, and the elastic spacer contains fibers and has voids.

概して、充放電に伴って積層方向に膨張収縮する発電要素を有する電池では、充放電の繰り返しによる発電要素の変形により、電池を構成する部材の不可逆的な変形や部材間の剥離等が生じ得る。このような部材の変形及び剥離等は、例えば内部抵抗の増加等により、充放電容量の低下をもたらし得る。 In general, in batteries that have power generating elements that expand and contract in the stacking direction as they are charged and discharged, deformation of the power generating elements caused by repeated charging and discharging can cause irreversible deformation of the components that make up the battery and peeling between components. Such deformation and peeling of components can result in a decrease in charge and discharge capacity due to, for example, an increase in internal resistance.

上記のような問題、すなわち電池の部材の変形及び剥離等を抑制する観点から、発電要素が膨張収縮する方向に弾性部材を配置することが考えられる。しかしながら、弾性部材としてゴムを使用した場合、発電要素が膨張する際に電池の内圧が上昇するため、その圧力に耐えるために頑丈な容器が必要となり、結果として電池のエネルギー密度が低下する。また、弾性部材としてバネ、例えば皿バネを使用した場合は、バネ自身の体積とスペーサーが必要なため、電池のエネルギー密度が低下する。 In order to prevent the above problems, i.e., deformation and peeling of battery components, it is possible to arrange an elastic member in the direction in which the power generating element expands and contracts. However, if rubber is used as the elastic member, the internal pressure of the battery increases when the power generating element expands, and a sturdy container is required to withstand that pressure, resulting in a decrease in the energy density of the battery. Furthermore, if a spring, such as a disc spring, is used as the elastic member, the volume of the spring itself and the need for a spacer decrease the energy density of the battery.

これに対して、本開示の電池は、発電要素が膨張収縮する方向に、弾性体スペーサーが配置されており、該弾性体スペーサーは、繊維を含有しており、かつ空隙を有している。このような弾性体スペーサーは、発電要素の積層方向の面に対して均一に圧力をかけることができ、かつ比較的に広い弾性域を有する。したがって、ゴムやバネを使用した場合に生じる問題を抑制しつつ、充放電の繰り返しによる発電要素の膨張収縮に追従して弾性変形することができる。 In contrast, the battery of the present disclosure has an elastic spacer arranged in the direction in which the power generating element expands and contracts, and the elastic spacer contains fibers and has voids. Such an elastic spacer can apply pressure uniformly to the surface of the power generating element in the stacking direction, and has a relatively wide elastic range. Therefore, it can elastically deform in response to the expansion and contraction of the power generating element due to repeated charging and discharging, while suppressing the problems that arise when rubber or springs are used.

なお、充放電に伴って積層方向に膨張収縮する発電要素を有する電池としては、例えばリチウムイオン電池を挙げることができる。リチウムイオン電池の中でも、負極活物質として合金系活物質を用いたリチウムイオン電池、又は放電時に金属リチウムが固体電解質層と負極集電体層との間に析出するリチウムイオン電池は、充放電に伴う発電要素の膨張収縮が特に大きく、本開示の電池がこれらの電池である場合には、特に有用である。 An example of a battery having a power generating element that expands and contracts in the stacking direction with charging and discharging is a lithium ion battery. Among lithium ion batteries, lithium ion batteries that use an alloy-based active material as the negative electrode active material, or lithium ion batteries in which metallic lithium precipitates between the solid electrolyte layer and the negative electrode current collector layer during discharging, have particularly large expansion and contraction of the power generating element with charging and discharging, and are particularly useful when the battery disclosed herein is one of these batteries.

《弾性体スペーサー》
弾性体スペーサーは、電池要素の積層方向に積層されている。すなわち、弾性体スペーサーは、電池要素の正極集電体層又は負極集電体層の少なくとも一方の面上に積層されている。
Elastic spacer
The elastic spacer is laminated in the lamination direction of the battery elements, that is, the elastic spacer is laminated on at least one surface of the positive electrode current collector layer or the negative electrode current collector layer of the battery elements.

弾性体スペーサーは、繊維を含有しており、かつ空隙を有している。なお、繊維は導電性でもよい。即ち、弾性体スペーサーは導電性弾性スペーサーであってよい。 The elastic spacer contains fibers and has voids. The fibers may be conductive. That is, the elastic spacer may be a conductive elastic spacer.

繊維としては、例えば炭素繊維又は金属繊維を挙げることができる。金属繊維としては、例えばステンレス鋼(SUS)、ニッケル、チタン、銅、又はアルミニウムが芯材にコーティングされたもの等を採用してよい。中でも、炭素繊維が好ましい。炭素繊維は、比較的に高い弾性率を有するため、発電要素の膨張収縮の程度が大きい場合に特に有用である。また、炭素繊維は非常に細かいため、炭素繊維を含有している弾性体スペーサーは、面に対して特に均一に圧力をかけることができるので有用である。 Examples of fibers include carbon fibers and metal fibers. Metal fibers may be, for example, stainless steel (SUS), nickel, titanium, copper, or aluminum coated on a core material. Of these, carbon fibers are preferred. Carbon fibers have a relatively high elastic modulus, and are therefore particularly useful when the power generating element expands and contracts to a large extent. In addition, because carbon fibers are very fine, elastic spacers containing carbon fibers are useful because they can apply pressure particularly uniformly to a surface.

弾性体スペーサーは、例えば繊維の圧縮成型体であってよい。 The elastic spacer may be, for example, a compression molded fiber body.

弾性体スペーサーの伸縮性を向上させる観点から、弾性体スペーサーの固形分における繊維の割合は、90体積%以上であることが好ましい。なお、残余としては、例えば繊維間を接着して弾性体スペーサーを成形するためのバインダ等であってよい。 From the viewpoint of improving the elasticity of the elastic spacer, it is preferable that the ratio of fibers in the solid content of the elastic spacer is 90% by volume or more. The remainder may be, for example, a binder for bonding the fibers together to form the elastic spacer.

弾性体スペーサーの固形分における繊維の割合は、90体積%以上、95体積%以上、97体積%以上、又は99体積%以上であってよい。 The proportion of fibers in the solid content of the elastic spacer may be 90% by volume or more, 95% by volume or more, 97% by volume or more, or 99% by volume or more.

また、弾性体スペーサーの弾性域を大きくする観点から、弾性体スペーサーの空隙率は大きい方が好ましく、具体的には、60~80%であることが好ましい。 In addition, from the viewpoint of increasing the elastic range of the elastic spacer, it is preferable that the porosity of the elastic spacer is large, specifically, 60 to 80%.

弾性体スペーサーの空隙率は、60%以上、65%以上、又は70%以上であってよく、80%以下、75%以下、又は70%以下であってよい。 The porosity of the elastic spacer may be 60% or more, 65% or more, or 70% or more, and may be 80% or less, 75% or less, or 70% or less.

また、弾性体スペーサーの可逆性を向上させる観点から、弾性体スペーサーの弾性域は、0.1以上であることが好ましい。 In addition, from the viewpoint of improving the reversibility of the elastic spacer, it is preferable that the elastic range of the elastic spacer is 0.1 or more.

弾性体スペーサーの弾性域は、0.1以上、0.2以上、0.3以上、又は0.4以上であってよい。 The elastic range of the elastic spacer may be 0.1 or more, 0.2 or more, 0.3 or more, or 0.4 or more.

《電池要素》
電池要素は、正極集電体層、発電要素、及び負極集電体層がこの順に積層されている。
Battery element
The battery element is formed by laminating a positive electrode current collector layer, a power generating element, and a negative electrode current collector layer in this order.

〈正極集電体層〉
正極集電体層に用いられる材料は、特に限定されず、全固体電池に使用できるものを適宜採用することができる。
<Positive electrode current collector layer>
The material used for the positive electrode current collector layer is not particularly limited, and any material that can be used for an all-solid-state battery can be appropriately used.

例えば、正極集電体層に用いられる材料は、ステンレス鋼(SUS)、アルミニウム、銅、ニッケル、鉄、チタン、又はカーボン等であってよいが、これらに限定されない。なかでも、正極集電体層の材料は、アルミニウムであることが好ましい。 For example, the material used for the positive electrode current collector layer may be, but is not limited to, stainless steel (SUS), aluminum, copper, nickel, iron, titanium, or carbon. In particular, it is preferable that the material for the positive electrode current collector layer is aluminum.

正極集電体層の形状は、特に限定されず、例えば、箔状、板状、又はメッシュ状等を挙げることができる。これらの中で、箔状が好ましい。 The shape of the positive electrode current collector layer is not particularly limited, and examples include foil, plate, and mesh shapes. Of these, foil shapes are preferred.

〈発電要素〉
発電要素は、充放電に伴って積層方向に膨張収縮する。特に限定するものではないが、発電要素の膨張収縮は、例えば充放電に伴う活物質のリチウムの吸収/放出に伴う活物質の膨張収縮、又は金属リチウムの固体電解質層と負極集電体層との間での析出等が起因し得る。
<Power generation elements>
The power generating element expands and contracts in the stacking direction as the power generating element is charged and discharged. Although not particularly limited, the expansion and contraction of the power generating element can be caused by, for example, the expansion and contraction of the active material accompanying the absorption/release of lithium in the active material accompanying the charge/discharge, or the precipitation of metallic lithium between the solid electrolyte layer and the negative electrode current collector layer.

本開示の電池の積層方向に関して、発電要素は、少なくとも充電状態において、正極層、固体電解質層、及び負極層がこの順に積層されている。 Regarding the stacking direction of the battery disclosed herein, the power generating element is stacked in this order, at least in the charged state, with a positive electrode layer, a solid electrolyte layer, and a negative electrode layer.

(正極層)
正極層は、正極活物質及び随意の固体電解質、導電助剤、及びバインダを含有している。
(Positive electrode layer)
The positive electrode layer contains a positive electrode active material and, optionally, a solid electrolyte, a conductive additive, and a binder.

正極活物質の材料は、特に限定されない。例えば、正極活物質は、コバルト酸リチウム(LiCoO)、ニッケル酸リチウム(LiNiO)、マンガン酸リチウム(LiMn)、LiCo1/3Ni1/3Mn1/3、Li1+xMn2-x-y(Mは、Al、Mg、Co、Fe、Ni、及びZnから選ばれる1種以上の金属元素)で表される組成の異種元素置換Li-Mnスピネル等であってよいが、これらに限定されない。 The material of the positive electrode active material is not particularly limited. For example, the positive electrode active material may be, but is not limited to, lithium cobalt oxide (LiCoO 2 ), lithium nickel oxide (LiNiO 2 ), lithium manganese oxide (LiMn 2 O 4 ), LiCo 1/3 Ni 1/3 Mn 1/3 O 2 , or a different element-substituted Li-Mn spinel having a composition represented by Li 1 +x Mn 2-x-y M y O 4 (M is one or more metal elements selected from Al, Mg, Co, Fe, Ni, and Zn).

固体電解質は、以下の「(固体電解質層)」において記載のものを適宜採用してよい。 The solid electrolyte may be any of those described in "Solid electrolyte layer" below.

導電助剤は、特に限定されない。例えば、導電助剤は、VGCF(気相成長法炭素繊維、Vapor Grown Carbon Fiber)及びカーボンナノ繊維等の炭素材並びに金属材等であってよいが、これらに限定されない。 The conductive additive is not particularly limited. For example, the conductive additive may be a carbon material such as VGCF (Vapor Grown Carbon Fiber) and carbon nanofiber, or a metal material, but is not limited thereto.

バインダとしては、特に限定されない。例えば、バインダは、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)、ブタジエンゴム(BR)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)若しくはスチレンブタジエンゴム(SBR)等の材料、又はこれらの組合せであってよいが、これらに限定されない。 The binder is not particularly limited. For example, the binder may be a material such as polyvinylidene fluoride (PVdF), butadiene rubber (BR), polytetrafluoroethylene (PTFE), or styrene butadiene rubber (SBR), or a combination thereof, but is not limited thereto.

(固体電解質層)
固体電解質層は、少なくとも固体電解質を含む。また、固体電解質層は、固体電解質以外に、必要に応じてバインダ等を含んでもよい。なお、バインダは、上記の「(正極活物質層)」に関する記載を参照することができる。
(Solid electrolyte layer)
The solid electrolyte layer includes at least a solid electrolyte. The solid electrolyte layer may include a binder or the like as necessary in addition to the solid electrolyte. For the binder, the above description of "(positive electrode active material layer)" can be referred to.

固体電解質の材料は、特に限定されず、全固体電池の固体電解質として利用可能な材料を用いることができる。例えば、固体電解質は、硫化物固体電解質、酸化物固体電解質、又はポリマー電解質等であってよいが、これらに限定されない。 The material of the solid electrolyte is not particularly limited, and any material that can be used as a solid electrolyte in an all-solid-state battery can be used. For example, the solid electrolyte may be, but is not limited to, a sulfide solid electrolyte, an oxide solid electrolyte, or a polymer electrolyte.

硫化物固体電解質の例として、硫化物系非晶質固体電解質、硫化物系結晶質固体電解質、又はアルジロダイト型固体電解質等が挙げられるが、これらに限定されない。具体的な硫化物固体電解質の例として、LiS-P系(Li11、LiPS、Li等)、LiS-SiS、LiI-LiS-SiS、LiI-LiS-P、LiI-LiBr-LiS-P、LiS-P-GeS(Li13GeP16、Li10GeP12等)、LiI-LiS-P、LiI-LiPO-P、Li7-xPS6-xCl等;又はこれらの組み合わせを挙げることができるが、これらに限定されない。 Examples of sulfide solid electrolytes include, but are not limited to, sulfide-based amorphous solid electrolytes, sulfide-based crystalline solid electrolytes, and argyrodite-type solid electrolytes. Specific examples of sulfide solid electrolytes include Li 2 S-P 2 S 5 system (Li 7 P 3 S 11 , Li 3 PS 4 , Li 8 P 2 S 9 , etc.), Li 2 S-SiS 2 , LiI-Li 2 S-SiS 2 , LiI-Li 2 S-P 2 S 5 , LiI-LiBr-Li 2 S-P 2 S 5 , Li 2 S-P 2 S 5 -GeS 2 (Li 13 GeP 3 S 16 , Li 10 GeP 2 S 12 , etc.), LiI-Li 2 S-P 2 O 5 , LiI-Li 3 PO 4 -P 2 S 5 , Li 7-x PS 6-x Cl x , etc.; or combinations thereof.

酸化物固体電解質の例として、LiLaZr12、Li7-xLaZr1-xNb12、Li7-3xLaZrAl12、Li3xLa2/3-xTiO、Li1+xAlTi2-x(PO、Li1+xAlGe2-x(PO、LiPO、又はLi3+xPO4-x(LiPON)等が挙げられるが、これらに限定されない。 Examples of oxide solid electrolytes include , but are not limited to, Li7La3Zr2O12 , Li7 -xLa3Zr1 - xNbxO12, Li7-3xLa3Zr2AlxO12, Li3xLa2/ 3 - xTiO3 , Li1+ xAlxTi2 - x ( PO4 )3, Li1+xAlxGe2-x(PO4)3 , Li3PO4 , or Li3 + xPO4 - xNx ( LiPON ) .

硫化物固体電解質及び酸化物固体電解質は、ガラスであっても、結晶化ガラス(ガラスセラミック)であってもよい。 The sulfide solid electrolyte and the oxide solid electrolyte may be glass or crystallized glass (glass ceramic).

ポリマー電解質としては、ポリエチレンオキシド(PEO)、ポリプロピレンオキシド(PPO)、及びこれらの共重合体等が挙げられるが、これらに限定されない。 Polymer electrolytes include, but are not limited to, polyethylene oxide (PEO), polypropylene oxide (PPO), and copolymers thereof.

(負極層)
負極層は、負極活物質及び随意の固体電解質、導電助剤、及びバインダを含有している。または、負極層は、充電状態において、固体電解質層と負極集電体層との間に析出する負極活物質としての金属リチウムを含有している層であってよく、この場合、負極層は、電池の放電状態において消失していてもよい。
(Negative electrode layer)
The negative electrode layer contains a negative electrode active material and an optional solid electrolyte, a conductive additive, and a binder. Alternatively, the negative electrode layer may be a layer containing metallic lithium as a negative electrode active material that is deposited between the solid electrolyte layer and the negative electrode current collector layer in a charged state, and in this case, the negative electrode layer may disappear in a discharged state of the battery.

負極活物質の材料としては、特に限定されず、金属リチウムであってよく、リチウムイオン等の金属イオンを吸蔵及び放出可能な材料であってよい。リチウムイオン等の金属イオンを吸蔵及び放出可能な材料としては、例えば、合金系負極活物質又は炭素材料等を挙げることができるが、これらに限定されない。 The material of the negative electrode active material is not particularly limited, and may be metallic lithium, or a material capable of absorbing and releasing metal ions such as lithium ions. Examples of materials capable of absorbing and releasing metal ions such as lithium ions include, but are not limited to, alloy-based negative electrode active materials and carbon materials.

合金系負極活物質としては、特に限定されず、例えば、Si合金系負極活物質、又はSn合金系負極活物質等が挙げられる。Si合金系負極活物質には、ケイ素、ケイ素酸化物、ケイ素炭化物、ケイ素窒化物、又はこれらの固溶体等がある。また、Si合金系負極活物質には、ケイ素以外の元素、例えば、Fe、Co、Sb、Bi、Pb、Ni、Cu、Zn、Ge、In、Sn、Ti等を含むことができる。Sn合金系負極活物質には、スズ、スズ酸化物、スズ窒化物、又はこれらの固溶体等がある。また、Sn合金系負極活物質には、スズ以外の元素、例えば、Fe、Co、Sb、Bi、Pb、Ni、Cu、Zn、Ge、In、Ti、Si等を含むことができる。これらの中で、Si合金系負極活物質が好ましい。 The alloy-based negative electrode active material is not particularly limited, and examples thereof include Si alloy-based negative electrode active materials and Sn alloy-based negative electrode active materials. Examples of the Si alloy-based negative electrode active material include silicon, silicon oxide, silicon carbide, silicon nitride, and solid solutions thereof. The Si alloy-based negative electrode active material may also include elements other than silicon, such as Fe, Co, Sb, Bi, Pb, Ni, Cu, Zn, Ge, In, Sn, Ti, and the like. The Sn alloy-based negative electrode active material may also include tin, tin oxide, tin nitride, and solid solutions thereof. The Sn alloy-based negative electrode active material may also include elements other than tin, such as Fe, Co, Sb, Bi, Pb, Ni, Cu, Zn, Ge, In, Ti, Si, and the like. Among these, the Si alloy-based negative electrode active material is preferred.

炭素材料としては、特に限定されず、例えば、ハードカーボン、ソフトカーボン、又はグラファイト等が挙げられる。 The carbon material is not particularly limited, but examples include hard carbon, soft carbon, graphite, etc.

〈負極集電体層〉
負極集電体層に用いられる材料及び形状は、特に限定されず、上記の「〈正極集電体層〉」において記載した材料及び形状のものを用いてよい。なかでも、負極集電体層の材料は、銅であることが好ましい。また、形状は、箔状が好ましい。
<Negative electrode current collector layer>
The material and shape of the negative electrode current collector layer are not particularly limited, and the materials and shapes described in the above "Positive electrode current collector layer" may be used. In particular, the material of the negative electrode current collector layer is preferably copper. The shape is preferably a foil.

《実施例1、並びに比較例1及び2》
〈実施例1〉
繊維としての気相法炭素繊維(VGCF)及びバインダとしてのポリフッ化ビニリデン(PVdF)を酪酸ブチル中で撹拌し、乾燥させて粉末を得た。粉末を金属製シリンダに30mg入れ、6ton/cmで圧縮成型することによって、弾性体スペーサーを形成した。
Example 1 and Comparative Examples 1 and 2
Example 1
Vapor grown carbon fiber (VGCF) as fiber and polyvinylidene fluoride (PVdF) as binder were stirred in butyl butyrate and dried to obtain a powder. 30 mg of the powder was placed in a metal cylinder and compression molded at 6 ton/ cm2 to form an elastic spacer.

ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)製の樹脂製リングをセラミックスシリンダーにいれた。次いで、樹脂リングの内部に負極集電体層、固体電解質層、正極活物質としてのLiNi1/3Co1/3Mn1/3を含有する正極活物質層、及び正極集電体層をこの順に積層して、1軸プレスして、樹脂リングの内部に全固体電池を作製した。 A resin ring made of polyether ether ketone (PEEK) was placed in a ceramic cylinder. Next, a negative electrode current collector layer, a solid electrolyte layer, a positive electrode active material layer containing LiNi 1/3 Co 1/3 Mn 1/3 O 2 as a positive electrode active material, and a positive electrode current collector layer were laminated in this order inside the resin ring, and uniaxially pressed to produce an all-solid-state battery inside the resin ring.

その後、セラミックスシリンダーから全固体電池を樹脂リングごとを打ち抜いた。 The solid-state battery was then punched out from the ceramic cylinder along with the resin ring.

試験に用いた全固体電池2は、図2~4に示すような構成を有していた。図2は、全固体電池2の上面図である。図3は、放電状態における、全固体電池2の側面からの断面図である。また、図4は、充電状態における、全固体電池2の側面からの断面図である。 The all-solid-state battery 2 used in the test had a configuration as shown in Figures 2 to 4. Figure 2 is a top view of the all-solid-state battery 2. Figure 3 is a cross-sectional side view of the all-solid-state battery 2 in a discharged state. Also, Figure 4 is a cross-sectional side view of the all-solid-state battery 2 in a charged state.

図2及び3に示すように、放電状態の全固体電池2は、樹脂リング50の内部に、正極集電体層10、正極活物質層21、固体電解質層22、及び負極集電体層30がこの順に積層された構造を有している。図4に示すように、全固体電池2を充電すると、金属リチウムが固体電解質層22と負極集電体層30との間に析出して、負極活物質層23が形成される。全固体電池2では、負極活物質層23は、放電によって消失し、充電によって形成される。 As shown in Figures 2 and 3, the all-solid-state battery 2 in a discharged state has a structure in which a positive electrode collector layer 10, a positive electrode active material layer 21, a solid electrolyte layer 22, and a negative electrode collector layer 30 are laminated in this order inside a resin ring 50. As shown in Figure 4, when the all-solid-state battery 2 is charged, metallic lithium is precipitated between the solid electrolyte layer 22 and the negative electrode collector layer 30, forming a negative electrode active material layer 23. In the all-solid-state battery 2, the negative electrode active material layer 23 disappears when the battery is discharged and is formed when the battery is charged.

図5に示す測定装置3のように、全固体電池2の上をピン100で、下に上記で作製した弾性体スペーサー40とピン110をセットし、ネジを使用して0.2N・mで拘束した。上のピン100の上にロードセル120を配置し、ロードセル120に動歪計130及びデータロガー140を接続して、圧力を測定できるようにした。 As shown in the measuring device 3 in FIG. 5, a pin 100 was placed on top of the all-solid-state battery 2, and the elastic spacer 40 and pin 110 prepared above were placed on the bottom, and the batteries were held down at 0.2 N·m using screws. A load cell 120 was placed on the top pin 100, and a dynamic strain gauge 130 and a data logger 140 were connected to the load cell 120, allowing pressure to be measured.

充放電試験は、全固体電池2が配置された測定装置3を60℃の恒温槽において、電流値1.8mA/cm、電圧範囲3.0~4.2Vで、充放電装置北斗電工社製HJ1001SD8を用いて充放電試験を行った。 The charge/discharge test was performed by placing the measurement device 3 with the all-solid-state battery 2 placed in a thermostatic chamber at 60° C., at a current value of 1.8 mA/cm 2 and a voltage range of 3.0 to 4.2 V, using a charge/discharge device HJ1001SD8 manufactured by Hokuto Denko Corporation.

〈比較例1及び2〉
弾性体スペーサーに替えて皿バネ及びゴムをそれぞれ用いたことを除いて実施例1と同様にして、充放電試験を行った。
Comparative Examples 1 and 2
A charge/discharge test was carried out in the same manner as in Example 1, except that a disc spring and rubber were used instead of the elastic spacer.

〈結果〉
各例における全固体電池の充放電試験前の圧力及び充放電試験中における最大圧力、並びに放電容量を、表1に示した。
<result>
The pressure before the charge/discharge test, the maximum pressure during the charge/discharge test, and the discharge capacity of the all-solid-state battery in each example are shown in Table 1.

Figure 0007666403000001
Figure 0007666403000001

表1に示すように、弾性体スペーサーを用いた実施例1では、充放電試験における最大圧力は3MPaであり、皿バネ及びゴムを使用した比較例1及び2では、最大圧力はそれぞれ14MPa及び10MPaであった。 As shown in Table 1, in Example 1, which used an elastic spacer, the maximum pressure in the charge/discharge test was 3 MPa, and in Comparative Examples 1 and 2, which used disc springs and rubber, the maximum pressures were 14 MPa and 10 MPa, respectively.

1 固体電池
10 正極集電体層
20 発電要素
21 正極活物質層
22 固体電解質層
23 負極活物質層
30 負極集電体層
40 弾性体スペーサー
2 全固体電池
50 樹脂リング
3 測定装置
100 ピン
110 ピン
120 ロードセル
130 動歪計
140 データロガー
REFERENCE SIGNS LIST 1 Solid-state battery 10 Positive electrode current collector layer 20 Power generating element 21 Positive electrode active material layer 22 Solid electrolyte layer 23 Negative electrode active material layer 30 Negative electrode current collector layer 40 Elastic spacer 2 All-solid-state battery 50 Resin ring 3 Measuring device 100 Pin 110 Pin 120 Load cell 130 Dynamic strain gauge 140 Data logger

Claims (7)

正極集電体層、発電要素、及び負極集電体層がこの順に積層されている、電池要素、及び前記電池要素の積層方向に積層されている弾性体スペーサーを有しており、
前記発電要素は、充放電に伴って前記積層方向に膨張収縮し、
前記弾性体スペーサーは、繊維を含有しており、かつ空隙を有しており、
前記積層方向に関して、前記発電要素は、少なくとも充電状態において、正極層、固体電解質層、及び負極層がこの順に積層されており、
前記弾性体スペーサーは、前記電池要素の少なくとも一方の面上に積層されている、
電池。
The battery includes a battery element in which a positive electrode current collector layer, a power generating element, and a negative electrode current collector layer are laminated in this order, and an elastic spacer is laminated in the lamination direction of the battery element,
The power generating element expands and contracts in the stacking direction as the element is charged and discharged,
The elastic spacer contains fibers and has voids,
With respect to the stacking direction, the power generating element has a positive electrode layer, a solid electrolyte layer, and a negative electrode layer stacked in this order at least in a charged state ,
The elastic spacer is laminated on at least one surface of the battery element.
battery.
前記負極層は、充電状態において前記固体電解質層と前記負極集電体層との間に析出する負極活物質としてのリチウムを含有している、請求項1に記載の電池。 The battery according to claim 1, wherein the negative electrode layer contains lithium as a negative electrode active material that is deposited between the solid electrolyte layer and the negative electrode current collector layer in a charged state. 前記繊維が炭素繊維である、請求項1又は2に記載の電池。 The battery according to claim 1 or 2, wherein the fibers are carbon fibers. 前記弾性体スペーサーは、前記繊維の圧縮成型体である、請求項1又は2に記載の電池。 The battery according to claim 1 or 2, wherein the elastic spacer is a compression molded body of the fiber. 前記弾性体スペーサーの固形分における前記繊維の割合は、90体積%以上である、請求項1又は2に記載の電池。 The battery according to claim 1 or 2, wherein the ratio of the fibers to the solid content of the elastic spacer is 90% by volume or more. 前記弾性体スペーサーの空隙率は、60~80%である、請求項1又は2に記載の電池。 The battery according to claim 1 or 2, wherein the porosity of the elastic spacer is 60 to 80%. リチウムイオン電池である、請求項1又は2に記載の電池。 The battery according to claim 1 or 2, which is a lithium ion battery.
JP2022084591A 2022-05-24 2022-05-24 battery Active JP7666403B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2022084591A JP7666403B2 (en) 2022-05-24 2022-05-24 battery

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2022084591A JP7666403B2 (en) 2022-05-24 2022-05-24 battery

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2023172639A JP2023172639A (en) 2023-12-06
JP7666403B2 true JP7666403B2 (en) 2025-04-22

Family

ID=89029011

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2022084591A Active JP7666403B2 (en) 2022-05-24 2022-05-24 battery

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP7666403B2 (en)

Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007026734A (en) 2005-07-12 2007-02-01 Nissan Motor Co Ltd Bipolar battery, battery pack and vehicle equipped with these batteries
JP2007242593A (en) 2006-02-13 2007-09-20 Nissan Motor Co Ltd Battery module, assembled battery, and vehicle equipped with these batteries
JP2008192483A (en) 2007-02-06 2008-08-21 Hitachi Maxell Ltd Battery separator and lithium secondary battery
WO2014157417A1 (en) 2013-03-26 2014-10-02 日産自動車株式会社 Non-aqueous electrolyte secondary battery
JP2016207250A (en) 2013-10-07 2016-12-08 日産自動車株式会社 Electrode active material layer for nonaqueous electrolyte secondary battery and nonaqueous electrolyte secondary battery using the same
JP2018125071A (en) 2017-01-30 2018-08-09 株式会社豊田自動織機 Nickel-metal hydride storage battery and manufacturing method thereof
JP2019123777A (en) 2018-01-12 2019-07-25 旭化成株式会社 Ethylene polymer and molded body using the same
JP2019526900A (en) 2016-08-29 2019-09-19 ビーワイディー カンパニー リミテッド POLYMER COMPOSITE MEMBRANE, ITS MANUFACTURING METHOD, AND LITHIUM ION BATTERY CONTAINING THE SAME
WO2021229683A1 (en) 2020-05-12 2021-11-18 TeraWatt Technology株式会社 Secondary battery
JP2022000865A (en) 2018-09-26 2022-01-04 マクセル株式会社 Flat type all-solid battery and manufacturing method thereof
JP2022046820A (en) 2018-10-18 2022-03-23 本田技研工業株式会社 Energy storage cell

Patent Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007026734A (en) 2005-07-12 2007-02-01 Nissan Motor Co Ltd Bipolar battery, battery pack and vehicle equipped with these batteries
JP2007242593A (en) 2006-02-13 2007-09-20 Nissan Motor Co Ltd Battery module, assembled battery, and vehicle equipped with these batteries
JP2008192483A (en) 2007-02-06 2008-08-21 Hitachi Maxell Ltd Battery separator and lithium secondary battery
WO2014157417A1 (en) 2013-03-26 2014-10-02 日産自動車株式会社 Non-aqueous electrolyte secondary battery
JP2016207250A (en) 2013-10-07 2016-12-08 日産自動車株式会社 Electrode active material layer for nonaqueous electrolyte secondary battery and nonaqueous electrolyte secondary battery using the same
JP2019526900A (en) 2016-08-29 2019-09-19 ビーワイディー カンパニー リミテッド POLYMER COMPOSITE MEMBRANE, ITS MANUFACTURING METHOD, AND LITHIUM ION BATTERY CONTAINING THE SAME
JP2018125071A (en) 2017-01-30 2018-08-09 株式会社豊田自動織機 Nickel-metal hydride storage battery and manufacturing method thereof
JP2019123777A (en) 2018-01-12 2019-07-25 旭化成株式会社 Ethylene polymer and molded body using the same
JP2022000865A (en) 2018-09-26 2022-01-04 マクセル株式会社 Flat type all-solid battery and manufacturing method thereof
JP2022046820A (en) 2018-10-18 2022-03-23 本田技研工業株式会社 Energy storage cell
WO2021229683A1 (en) 2020-05-12 2021-11-18 TeraWatt Technology株式会社 Secondary battery

Also Published As

Publication number Publication date
JP2023172639A (en) 2023-12-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6885309B2 (en) Series stacked all-solid-state battery
CN110233281B (en) All-solid-state battery
JP7609569B2 (en) All-solid-state secondary battery
CN110021783B (en) All-solid-state battery
KR102908004B1 (en) All solid battery
JP7562947B2 (en) All-solid-state battery stack
JP2016018704A (en) All-solid battery
JP2016207614A (en) Solid battery
JP2020031024A (en) All-solid-state battery
KR20160086795A (en) A solid-state battery and a method for manufacturing it
WO2021241423A1 (en) Negative electrode for all-solid-state secondary cell, method for manufacturing same, and all-solid-state secondary cell
WO2023007919A1 (en) Battery and method for producing same
JP7272788B2 (en) Method for manufacturing all-solid-state battery
WO2023007939A1 (en) Negative electrode material, negative electrode, battery, and method for producing same
CN115552686B (en) All-solid-state batteries
JP2023114635A (en) ALL-SOLID BATTERY AND METHOD FOR MANUFACTURING ALL-SOLID BATTERY
JP2020198254A (en) Negative electrode material for solid battery, and solid battery
JP2015018670A (en) Bipolar battery
JP2020080247A (en) Solid-state battery
JP7666403B2 (en) battery
KR101655607B1 (en) A solid-state battery and a method for manufacturing it
JP2021077476A (en) Lithium ion battery
JP7603237B2 (en) battery
JP2023150006A (en) Method for manufacturing solid battery and solid electrolyte sheet
JP2021197219A (en) Bipolar type all-solid battery

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20231109

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20240925

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20241022

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20241106

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20250204

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20250218

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20250311

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20250324

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 7666403

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150