JP7829352B2 - all solid state battery - Google Patents
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Description
本発明は、全固体電池に関する。 This invention relates to an all-solid-state battery.
近年、エレクトロニクス技術の発達はめざましく、携帯電子機器の小型軽量化、薄型化、多機能化が図られている。それに伴い、電子機器の電源となる電池に対し、小型軽量化、薄型化、信頼性の向上が強く望まれており、電解質として固体電解質を用いる全固体電池が注目されている。 In recent years, advancements in electronics technology have been remarkable, leading to the miniaturization, weight reduction, thinning, and increased functionality of portable electronic devices. Consequently, there is a strong demand for smaller, lighter, thinner, and more reliable batteries, which power these devices. All-solid-state batteries, which use solid electrolytes, are attracting attention as a result.
全固体電池には、薄膜型とバルク型がある。薄膜型は、物理蒸着(PVD)法、ゾルゲル法等の薄膜技術を用いて作製される。バルク型は、粉末成形法、焼結法等を用いて作製される。それぞれの全固体電池は、製造方法の違いに起因して適用可能な物質が異なったり、性能が異なったりする。 Solid-state batteries come in two types: thin-film and bulk. Thin-film batteries are manufactured using thin-film technologies such as physical vapor deposition (PVD) and sol-gel methods. Bulk batteries are manufactured using methods such as powder molding and sintering. Each type of solid-state battery has different applicable materials and performance characteristics due to differences in manufacturing methods.
例えば、特許文献1には、固体電解質に酸化物系固体電解質を用いた焼結型の全固体電池が開示されている。特許文献1に記載の全固体電池には、正極活物質層、固体電解質層に適用可能な材料をいくつか提示している。 For example, Patent Document 1 discloses a sintered all-solid-state battery using an oxide-based solid electrolyte. Patent Document 1 presents several materials applicable to the positive electrode active material layer and the solid electrolyte layer of the all-solid-state battery described therein.
特許文献1に記載の全固体電池の中には、内部抵抗が高くなるものがあった。 Some of the all-solid-state batteries described in Patent Document 1 had high internal resistance.
本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、内部抵抗の低い全固体電池を提供することを目的とする。 This invention was made in view of the above problems, and aims to provide an all-solid-state battery with low internal resistance.
上記課題を解決するため、以下の手段を提供する。 To address the above challenges, the following means are provided.
(1)第1の態様にかかる全固体電池は、正極と、負極と、前記正極と前記負極との間の固体電解質層と、を有する焼結体を備え、前記正極は、LiCoO2を含み、前記固体電解質層は、Li3+xSixP1-xO4(0.4≦x≦0.8)を含む。 (1) The all-solid-state battery according to the first embodiment comprises a sintered body having a positive electrode, a negative electrode, and a solid electrolyte layer between the positive electrode and the negative electrode, wherein the positive electrode contains LiCoO2 , and the solid electrolyte layer contains Li3 + xSixP1 -xO4 ( 0.4≦x≦0.8).
(2)上記態様にかかる全固体電池において、前記正極は、Ag、Pd、Au、Ptからなる群から選択されるいずれ一つを含む金属又は合金をさらに備えてもよい。 (2) In the all-solid-state battery according to the above embodiment, the positive electrode may further comprise a metal or alloy containing any one selected from the group consisting of Ag, Pd, Au, and Pt.
(3)上記態様にかかる全固体電池において、前記正極は、正極集電体層と、前記固体電解質層と接する正極活物質層とを備え、前記正極集電体層は、LiCoO2とAg、Pd、Au、Ptからなる群から選択されるいずれ一つを含む金属又は合金とを含んでもよい。 (3) In the all-solid-state battery according to the above embodiment, the positive electrode comprises a positive electrode current collector layer and a positive electrode active material layer in contact with the solid electrolyte layer, and the positive electrode current collector layer may contain a metal or alloy that includes LiCoO2 and any one selected from the group consisting of Ag, Pd, Au, and Pt.
上記態様にかかる全固体電池は、内部抵抗が低い。 The all-solid-state battery according to the above embodiment has low internal resistance.
以下、本実施形態について、図を適宜参照しながら詳細に説明する。以下の説明で用いる図面は、本発明の特徴をわかりやすくするために便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などは実際とは異なっていることがある。以下の説明において例示される材料、寸法等は一例であって、本発明はそれらに限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲で適宜変更して実施することが可能である。 The following description will detail this embodiment, with appropriate reference to the figures. The drawings used in the following description may be enlarged for convenience to clearly illustrate the features of the present invention; therefore, the dimensional ratios of each component may differ from those of the actual components. The materials, dimensions, etc., exemplified in the following description are merely examples, and the present invention is not limited to them. It can be implemented with appropriate modifications without altering the essence of the invention.
方向について定義する。積層体4の積層方向をz方向とし、z方向と直交する面内の一方向をx方向、x方向及びz方向と直交する方向をy方向とする。以下、z方向の一方向を「上」、この方向と反対の方向を「下」と表現する場合がある。上下は、必ずしも重力が加わる方向とは一致しない。 The directions are defined as follows: The stacking direction of the laminate 4 is defined as the z-direction, one direction in the plane perpendicular to the z-direction is defined as the x-direction, and the direction perpendicular to both the x-direction and the z-direction is defined as the y-direction. Hereafter, one direction in the z-direction may be referred to as "up," and the opposite direction as "down." Up and down do not necessarily coincide with the direction in which gravity acts.
図1は、本実施形態にかかる全固体電池10の断面模式図である。全固体電池10は、積層体4と端子電極5,6とを有する。端子電極5,6は、積層体4の対向する面にそれぞれ接する。端子電極5,6は、積層体4の積層面と交差(直交)するz方向に延びる。 Figure 1 is a schematic cross-sectional view of the all-solid-state battery 10 according to this embodiment. The all-solid-state battery 10 has a laminate 4 and terminal electrodes 5 and 6. The terminal electrodes 5 and 6 are in contact with opposing surfaces of the laminate 4, respectively. The terminal electrodes 5 and 6 extend in the z-direction, which intersects (is perpendicular to) the laminate surface of the laminate 4.
積層体4は、正極1と負極2と固体電解質層3とを有する。積層体4は、正極1、負極2及び固体電解質層3が積層されて焼結された焼結体である。正極1及び負極2の層数は問わない。固体電解質層3は、少なくとも正極1と負極2との間にある。正極1と端子電極6との間および負極2と端子電極5との間には、例えば、固体電解質層3と同じ固体電解質がある。正極1は、一端が端子電極5に接続されている。負極2は、一端が端子電極6と接続されている。 The laminate 4 comprises a positive electrode 1, a negative electrode 2, and a solid electrolyte layer 3. The laminate 4 is a sintered body formed by laminating and sintering the positive electrode 1, negative electrode 2, and solid electrolyte layer 3. The number of layers for the positive electrode 1 and negative electrode 2 is not specified. The solid electrolyte layer 3 is located at least between the positive electrode 1 and the negative electrode 2. Between the positive electrode 1 and the terminal electrode 6, and between the negative electrode 2 and the terminal electrode 5, there is, for example, the same solid electrolyte as the solid electrolyte layer 3. One end of the positive electrode 1 is connected to the terminal electrode 5. One end of the negative electrode 2 is connected to the terminal electrode 6.
全固体電池10は、正極1と負極2の間で固体電解質層3を介したイオンの授受により充電又は放電する。図1では、積層型の電池を示したが、巻回型の電池でもよい。全固体電池10は、例えば、ラミネート電池、角型電池、円筒型電池、コイン型電池、ボタン型電池等に用いられる。また全固体電池10は、固体電解質層3を溶媒に溶解又は分散させた注液型でもよい。 The all-solid-state battery 10 charges or discharges through the exchange of ions between the positive electrode 1 and the negative electrode 2 via the solid electrolyte layer 3. While Figure 1 shows a stacked battery, a wound-type battery may also be used. The all-solid-state battery 10 is used in, for example, laminated batteries, prismatic batteries, cylindrical batteries, coin-type batteries, button-type batteries, etc. Furthermore, the all-solid-state battery 10 may be a liquid-injection type in which the solid electrolyte layer 3 is dissolved or dispersed in a solvent.
「正極」
図2は、第1実施形態に係る全固体電池10の特徴部分の拡大図である。正極1は、例えば、正極集電体層1Aと正極活物質層1Bとを有する。
"Positive electrode"
Figure 2 is an enlarged view of a characteristic part of the all-solid-state battery 10 according to the first embodiment. The positive electrode 1 has, for example, a positive electrode current collector layer 1A and a positive electrode active material layer 1B.
[正極集電体層]
正極集電体層1Aは、例えば、集電体11と正極活物質12とを有する。この場合、集電体11の最上部を通るxy平面と最下部を通るxy平面との間を正極集電体層1Aとみなす。
[Positive electrode current collector layer]
The positive electrode current collector layer 1A includes, for example, a current collector 11 and a positive electrode active material 12. In this case, the area between the xy plane passing through the top and the xy plane passing through the bottom of the current collector 11 is considered to be the positive electrode current collector layer 1A.
集電体11は、複数の集電体粒子からなる。複数の集電体粒子は互いに接続され、xy面内に電気的に接続されている。正極1は、集電体11として、Ag、Pd、Au、Ptからなる群から選択されるいずれ一つを含む金属又は合金を備える。これらの金属又は合金は、積層体4を大気雰囲気中で加熱しても融解せず、酸化しにくい。集電体11は、例えば、AgPd合金、Au、Ptである。 The current collector 11 consists of multiple current collector particles. These particles are connected to each other and electrically connected in the xy-plane. The positive electrode 1 comprises a metal or alloy containing one selected from the group consisting of Ag, Pd, Au, and Pt as the current collector 11. These metals or alloys do not melt and are resistant to oxidation even when the laminate 4 is heated in an atmospheric environment. Examples of current collectors 11 include AgPd alloy, Au, and Pt.
正極活物質12は、正極集電体層1A内に、集電体11と共に混在している。正極活物質12は、集電体11と接する。正極集電体層1A内に正極活物質12が含有されていると、正極活物質12から集電体11への電子の授受がスムーズになる。正極1は、正極活物質12として、コバルト酸リチウムを含む。コバルト酸リチウムは、LiCoO2で表記され、化学量論組成からのずれは許容される。 The positive electrode active material 12 is mixed together with the current collector 11 in the positive electrode current collector layer 1A. The positive electrode active material 12 is in contact with the current collector 11. When the positive electrode active material 12 is contained in the positive electrode current collector layer 1A, the transfer of electrons from the positive electrode active material 12 to the current collector 11 becomes smoother. The positive electrode 1 contains lithium cobalt oxide as the positive electrode active material 12. Lithium cobalt oxide is denoted as LiCoO₂ , and deviations from the stoichiometric composition are permitted.
図2では、集電体11が複数の集電体粒子からなる例を示したが、この場合に限られない。図3は、第1実施形態に係る全固体電池の別の例の特徴部分の拡大図である。図3に示す正極集電体層1Cは、集電体11からなる。集電体11は、xy面内に広がる箔、パンチング膜、エクスパンドの各形態であっても良い。 Figure 2 shows an example where the current collector 11 consists of multiple current collector particles, but this is not the only example. Figure 3 is an enlarged view of a characteristic part of another example of the all-solid-state battery according to the first embodiment. The positive electrode current collector layer 1C shown in Figure 3 consists of current collectors 11. The current collectors 11 may be in the form of foil, a punched film, or an expanded material extending in the xy plane.
[正極活物質層]
正極活物質層1Bは、正極集電体層1Aの片面又は両面に形成される。正極活物質層1Bは、正極活物質を含む。正極活物質層1Bは、導電助剤、結着材、上述の固体電解質を含んでもよい。正極活物質層1Bが固体電解質を含む場合、正極活物質の最外部を通るxy平面と、正極集電体層1Aとの境界(正極集電体の最外部を通るxy平面)との間を、正極活物質層1Bとみなす。
[Cathode active material layer]
The positive electrode active material layer 1B is formed on one or both sides of the positive electrode current collector layer 1A. The positive electrode active material layer 1B contains positive electrode active material. The positive electrode active material layer 1B may also contain a conductive additive, a binder, and the solid electrolyte described above. When the positive electrode active material layer 1B contains a solid electrolyte, the area between the xy plane passing through the outermost part of the positive electrode active material and the boundary with the positive electrode current collector layer 1A (the xy plane passing through the outermost part of the positive electrode current collector) is considered to be the positive electrode active material layer 1B.
(正極活物質)
正極活物質は、コバルト酸リチウムである。コバルト酸リチウムは、LiCoO2で表記され、化学量論組成からのずれは許容される。
(Cathode active material)
The positive electrode active material is lithium cobalt oxide. Lithium cobalt oxide is denoted as LiCoO₂ , and deviations from the stoichiometric composition are acceptable.
(導電助剤)
導電助剤は、正極活物質層1B内の電子伝導性を良好にするものであれば特に限定されず、公知の導電助剤を使用できる。導電助剤は、例えば、黒鉛、カーボンブラック、グラフェン、カーボンナノチューブ等の炭素系材料や、金、白金、銀、パラジウム、アルミニウム、銅、ニッケル、ステンレス、鉄等の金属、ITOなどの伝導性酸化物、またはこれらの混合物が挙げられる。導電助剤は、粉体、繊維の各形態であっても良い。
(Conductive additive)
The conductive additive is not particularly limited as long as it improves the electronic conductivity within the positive electrode active material layer 1B, and known conductive additives can be used. Examples of conductive additives include carbon-based materials such as graphite, carbon black, graphene, and carbon nanotubes, metals such as gold, platinum, silver, palladium, aluminum, copper, nickel, stainless steel, and iron, conductive oxides such as ITO, or mixtures thereof. The conductive additive may be in the form of a powder or fibers.
(結着材)
結着材は、正極集電体層1Aと正極活物質層1B、正極活物質層1Bと固体電解質層3、及び、正極活物質層1Bを構成する各種材料同士を接合する。
(Binding agent)
The binder joins the positive electrode current collector layer 1A to the positive electrode active material layer 1B, the positive electrode active material layer 1B to the solid electrolyte layer 3, and the various materials that make up the positive electrode active material layer 1B to each other.
結着材は、正極活物質層1Bの機能を失わない範囲内で用いることができる。結着材は、不要であれば含有させなくてもよい。正極活物質層1B中の結着材の含有量は、例えば、正極活物質層の0.5~30体積%である。結着材の含有量が十分少ないと、正極活物質層1Bの抵抗が十分低くなる。ここで、体積%は、例えば、走査型電子顕微鏡で測定される断面における面積%と略一致する。そのため、走査型電子顕微鏡で測定された断面における面積比をそのまま体積比とみなすことができる。 The binder can be used within a range that does not impair the function of the positive electrode active material layer 1B. The binder may be omitted if unnecessary. The binder content in the positive electrode active material layer 1B is, for example, 0.5 to 30 volume percent of the positive electrode active material layer. If the binder content is sufficiently low, the resistance of the positive electrode active material layer 1B will be sufficiently low. Here, the volume percent approximately coincides with the area percent of the cross-section measured by a scanning electron microscope, for example. Therefore, the area ratio of the cross-section measured by a scanning electron microscope can be directly considered as the volume ratio.
結着材は、上述の接合が可能なものであればよく、例えば、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)等のフッ素樹脂が挙げられる。更に、上記の他に、結着材として、例えば、セルロース、スチレン・ブタジエンゴム、エチレン・プロピレンゴム、ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂等を用いてもよい。また、結着材として電子伝導性を有する導電性高分子や、イオン伝導性を有するイオン導電性高分子を用いてもよい。電子伝導性を有する導電性高分子としては、例えば、ポリアセチレン等が挙げられる。この場合は、結着材が導電助剤の機能も発揮するので導電助剤を添加しなくてもよい。イオン伝導性を有するイオン導電性高分子としては、例えば、リチウムイオン等を伝導するものを使用することができ、高分子化合物(ポリエチレンオキシド、ポリプロピレンオキシド等のポリエーテル系高分子化合物、ポリフォスファゼン等)のモノマーと、LiClO4、LiBF4、LiPF6等のリチウム塩又はリチウムを主体とするアルカリ金属塩と、を複合化させたもの等が挙げられる。複合化に使用する重合開始剤としては、例えば、上記のモノマーに適合する光重合開始剤または熱重合開始剤などである。結着材に要求される特性としては、酸化・還元耐性があること、接着性が良いことが挙げられる。 The binder can be any material capable of the above-mentioned bonding, such as fluororesins like polyvinylidene fluoride (PVDF) and polytetrafluoroethylene (PTFE). In addition to the above, other binders such as cellulose, styrene-butadiene rubber, ethylene-propylene rubber, polyimide resin, and polyamide-imide resin may also be used. Furthermore, conductive polymers with electronic conductivity or ionic conductive polymers with ionic conductivity may be used as binders. Examples of conductive polymers with electronic conductivity include polyacetylene. In this case, the binder also functions as a conductive additive, so it is not necessary to add a conductive additive. Examples of ionic conductive polymers with ionic conductivity include those that conduct lithium ions, and these include composites of monomers of polymer compounds (polyether-based polymer compounds such as polyethylene oxide and polypropylene oxide, polyphosphozenes, etc.) and lithium salts such as LiClO₄ , LiBF₄ , and LiPF₆ , or alkali metal salts mainly composed of lithium. Polymerization initiators used in compounding include, for example, photopolymerization initiators or thermal polymerization initiators compatible with the above-mentioned monomers. Required properties for the binder include oxidation/reduction resistance and good adhesion.
ここまで、正極の一例の具体例を示したが正極はこれらの例に限られない。例えば、図4及び図5は、第1実施形態に係る正極の別の例の断面図である。 Up to this point, we have shown specific examples of positive electrodes, but the positive electrode is not limited to these examples. For example, Figures 4 and 5 are cross-sectional views of another example of a positive electrode according to the first embodiment.
図4に示す正極は、正極集電体層1Dと正極活物質層1Bとを有する。正極集電体層1Dは、集電体11と正極活物質12と酸化物13とを有する。酸化物13は、例えば、Agを含む酸化物であり、AgCoO2である。酸化物13は、集電体11に含まれるAgの酸化を防止する。集電体11と正極活物質12との間に、酸化物13があると、全固体電池10のサイクル特性が向上する。 The positive electrode shown in Figure 4 has a positive electrode current collector layer 1D and a positive electrode active material layer 1B. The positive electrode current collector layer 1D has a current collector 11, a positive electrode active material 12, and an oxide 13. The oxide 13 is, for example, an oxide containing Ag, specifically AgCoO2 . The oxide 13 prevents the oxidation of Ag contained in the current collector 11. The presence of the oxide 13 between the current collector 11 and the positive electrode active material 12 improves the cycle characteristics of the all-solid-state battery 10.
図5に示す正極は、正極集電体層1Eと中間層1Fと正極活物質層1Bとを有する。正極集電体層1Eは、集電体11と酸化物13とを有する。中間層1Fは、酸化物13からなる。図5に示す例は、酸化物13の厚みが図4に示す例より厚い場合に該当する。酸化物13は、集電体11に含まれるAgの酸化を防止し、全固体電池10のサイクル特性が向上する。 The positive electrode shown in Figure 5 comprises a positive electrode current collector layer 1E, an intermediate layer 1F, and a positive electrode active material layer 1B. The positive electrode current collector layer 1E comprises a current collector 11 and an oxide 13. The intermediate layer 1F consists of the oxide 13. The example shown in Figure 5 corresponds to a case where the thickness of the oxide 13 is greater than that of the example shown in Figure 4. The oxide 13 prevents oxidation of Ag contained in the current collector 11, improving the cycle characteristics of the all-solid-state battery 10.
「固体電解質層」
固体電解質層3は、固体電解質を含む。固体電解質は、外部から印加された電場によってイオンを移動させることができる物質である。例えば、固体電解質層3は、リチウムイオンを伝導し、電子の移動を阻害する。固体電解質層3は、例えば、焼結によって得られる焼結体である。
"Solid electrolyte layer"
The solid electrolyte layer 3 contains a solid electrolyte. The solid electrolyte is a material that can move ions by an externally applied electric field. For example, the solid electrolyte layer 3 conducts lithium ions and inhibits electron movement. The solid electrolyte layer 3 is, for example, a sintered body obtained by sintering.
固体電解質層3は、固体電解質として、Li3+xSixP1-xO4(0.4≦x≦0.8)を含む。Li3+xSixP1-xO4(0.4≦x≦0.8)は、γ-Li3PO4構造を有し、イオン伝導性に優れる。 The solid electrolyte layer 3 contains Li³ + xSi xP 1- xO₄ (0.4 ≤ x ≤ 0.8) as a solid electrolyte. Li³ + xSi xP 1-xO₄ ( 0.4 ≤ x ≤ 0.8 ) has a γ- Li₃PO₄ structure and exhibits excellent ionic conductivity.
「負極」
負極2は、例えば、負極集電体層2Aと負極活物質を含む負極活物質層2Bとを有する。
"Negative electrode"
The negative electrode 2 includes, for example, a negative electrode current collector layer 2A and a negative electrode active material layer 2B containing a negative electrode active material.
[負極集電体]
負極集電体層2Aは、例えば、集電体21と負極活物質22とを有する。この場合、集電体21の最上部を通るxy平面と最下部を通るxy平面との間を負極集電体層2Aとみなす。集電体21は、集電体11と同様の材料からなる。図3に示すように、負極集電体層2Cは、集電体21がxy面内に広がる箔でもよく、この他、パンチング、エクスパンドの各形態であっても良い。
[Negative electrode current collector]
The negative electrode current collector layer 2A includes, for example, a current collector 21 and a negative electrode active material 22. In this case, the area between the xy plane passing through the top and bottom of the current collector 21 is considered to be the negative electrode current collector layer 2A. The current collector 21 is made of the same material as the current collector 11. As shown in Figure 3, the negative electrode current collector layer 2C may be a foil in which the current collector 21 extends within the xy plane, or it may be in the form of punching or expanding.
負極活物質22は、負極集電体層2A内に、集電体21と共に混在している。負極活物質22は、集電体21と接する。負極集電体層2A内に負極活物質22が含有されていると、負極活物質22から集電体21への電子の授受がスムーズになる。負極活物質22は、後述する負極活物質層2Bに含まれる負極活物質と同じである。 The negative electrode active material 22 is mixed together with the current collector 21 within the negative electrode current collector layer 2A. The negative electrode active material 22 is in contact with the current collector 21. The presence of the negative electrode active material 22 within the negative electrode current collector layer 2A facilitates the smooth transfer of electrons from the negative electrode active material 22 to the current collector 21. The negative electrode active material 22 is the same as the negative electrode active material contained in the negative electrode active material layer 2B, which will be described later.
[負極活物質層]
負極活物質層2Bは、負極集電体層2Aの片面又は両面に形成される。負極活物質層2Bは、負極活物質を含む。負極活物質層2Bは、導電助剤、結着剤、上述の固体電解質を含んでもよい。負極活物質層2Bが固体電解質を含む場合、負極活物質の最外部を通るxy平面と、負極集電体層2Aとの境界(負極集電体の最外部を通るxy平面)との間を負極活物質層2Bとみなす。
[Negative electrode active material layer]
The negative electrode active material layer 2B is formed on one or both sides of the negative electrode current collector layer 2A. The negative electrode active material layer 2B contains negative electrode active material. The negative electrode active material layer 2B may also contain a conductive additive, a binder, and the solid electrolyte described above. When the negative electrode active material layer 2B contains a solid electrolyte, the area between the xy plane passing through the outermost part of the negative electrode active material and the boundary with the negative electrode current collector layer 2A (the xy plane passing through the outermost part of the negative electrode current collector) is considered to be the negative electrode active material layer 2B.
(負極活物質)
負極活物質は、イオンを吸蔵・放出可能な化合物である。負極活物質は、正極活物質より卑な電位を示す化合物である。負極活物質は、例えば、Li4Ti5O12、LiTiO2、Li2TiO3、Li2TiSiO5である。
(Negative electrode active material)
The negative electrode active material is a compound capable of intercalating and releasing ions. The negative electrode active material is a compound that exhibits a lower potential than the positive electrode active material. Examples of negative electrode active materials include Li₄Ti₅O₁₂ , LiTiO₂ , Li₂TiO₃ , and Li₂TiSiO₅ .
(導電助剤)
導電助剤は、負極活物質層2Bの電子伝導性を良好にする。導電助剤は、正極活物質層1Bと同様の材料を用いることができる。
(Conductive additive)
The conductive additive improves the electronic conductivity of the negative electrode active material layer 2B. The conductive additive can be made from the same material as that used for the positive electrode active material layer 1B.
(結着材)
結着材は、負極集電体層2Aと負極活物質層2B、負極活物質層2Bと固体電解質層3、負極活物質層2Bを構成する各種材料同士を接合する。結着材は、正極活物質層1Bと同様の材料を用いることができる。結着材の含有比率も、正極活物質層1Bと同様にできる。結着材は不要であれば、含有させなくてもよい。
(Binding agent)
The binder joins the negative electrode current collector layer 2A to the negative electrode active material layer 2B, the negative electrode active material layer 2B to the solid electrolyte layer 3, and the various materials constituting the negative electrode active material layer 2B to each other. The binder can be the same material as that used for the positive electrode active material layer 1B. The binder content ratio can also be the same as that of the positive electrode active material layer 1B. If the binder is not needed, it does not need to be included.
図2では、負極2が負極集電体層2Aと負極活物質層2Bとからなる例を示したが、この場合に限られない。図6は、第1実施形態に係る全固体電池の別の例の特徴部分の拡大図である。図6に示す負極2Dは、集電体21と固体電解質23とを有する。集電体21は、AgPd合金である。AgPd合金は、活物質としても機能する。AgPd合金が負極活物質として機能すると、全固体電池が高容量になり、全固体電池のエネルギー密度が向上する。 Figure 2 shows an example where the negative electrode 2 consists of a negative electrode current collector layer 2A and a negative electrode active material layer 2B, but the design is not limited to this case. Figure 6 is an enlarged view of a characteristic part of another example of an all-solid-state battery according to the first embodiment. The negative electrode 2D shown in Figure 6 has a current collector 21 and a solid electrolyte 23. The current collector 21 is an AgPd alloy. The AgPd alloy also functions as an active material. When the AgPd alloy functions as the negative electrode active material, the all-solid-state battery has a high capacity and its energy density is improved.
「全固体電池の製造方法」
次に、全固体電池10の製造方法について説明する。先ず、積層体4を作製する。積層体4は、例えば、同時焼成法又は逐次焼成法により作製される。
"Manufacturing method for all-solid-state batteries"
Next, a method for manufacturing the all-solid-state battery 10 will be described. First, a laminate 4 is manufactured. The laminate 4 is manufactured, for example, by a co-firing method or a sequential firing method.
同時焼成法は、各層を形成する材料を積層した後、一括焼成により積層体4を作製する方法である。逐次焼成法は、各層を形成する毎に焼成を行う方法である。同時焼成法は、逐次焼成法より少ない作業工程で積層体4を作製できる。また同時焼成法で作製した積層体4は、逐次焼成法を用いて作製した積層体4より緻密となる。以下、同時焼成法を用いる場合を例に説明する。 The simultaneous firing method is a method of producing a laminate 4 by stacking the materials that form each layer and then firing them all at once. The sequential firing method is a method of firing each layer as it is formed. The simultaneous firing method allows for the production of the laminate 4 with fewer steps than the sequential firing method. Furthermore, the laminate 4 produced by the simultaneous firing method is denser than the laminate 4 produced using the sequential firing method. The following explanation will use the simultaneous firing method as an example.
先ず、積層体4を構成する正極集電体層1A、正極活物質層1B、固体電解質層3、負極活物質層2B、及び負極集電体層2Aの各材料をペースト化する。図4に示す例の場合は、集電体11を酸化物13で被覆した後にペースト化する。図5に示す例の場合は、中間層1Fを構成する材料もペースト化する。 First, the materials constituting the laminate 4—the positive electrode current collector layer 1A, the positive electrode active material layer 1B, the solid electrolyte layer 3, the negative electrode active material layer 2B, and the negative electrode current collector layer 2A—are paste-formed. In the example shown in Figure 4, the current collector 11 is coated with oxide 13 before being paste-formed. In the example shown in Figure 5, the materials constituting the intermediate layer 1F are also paste-formed.
各材料をペースト化する方法は、特に限定されるものではなく、例えば、ビヒクルに各材料の粉末を混合してペーストを得る方法が用いられる。ここで、ビヒクルとは、液相における媒質の総称である。ビヒクルには、溶媒やバインダーが含まれる。 The method for forming the paste from each material is not particularly limited; for example, a method of mixing the powders of each material with a vehicle to obtain a paste can be used. Here, "vehicle" is a general term for the medium in the liquid phase. The vehicle includes solvents and binders.
次に、グリーンシートを作製する。グリーンシートは、それぞれの材料毎に作製されたペーストをPET(ポリエチレンテレフタラート)フィルムなどの基材上に塗布し、必要に応じて乾燥させた後、基材を剥離して得られるものである。ペーストの塗布方法は、特に限定されるものではなく、例えば、スクリーン印刷や塗布、転写、ドクターブレードなどの公知の方法を用いることができる。 Next, the green sheet is prepared. The green sheet is obtained by applying pastes prepared for each material onto a substrate such as a PET (polyethylene terephthalate) film, drying it as needed, and then peeling off the substrate. The method of applying the paste is not particularly limited; known methods such as screen printing, coating, transfer, and doctor blade application can be used.
次に、それぞれの材料毎に作製されたグリーンシートを、所望の順序及び積層数で積み重ねて積層シートを作製する。グリーンシートを積層する際は、必要に応じてアライメントや切断などを行う。例えば、並列型又は直並列型の電池を作製する場合には、正極集電体層1Aの端面と負極集電体層2Aの端面とが一致しないようにアライメントを行い、それぞれのグリーンシートを積み重ねる。 Next, the green sheets prepared for each material are stacked in the desired order and number of layers to create a laminated sheet. When stacking the green sheets, alignment and cutting are performed as needed. For example, when creating a parallel or series-parallel battery, the green sheets are stacked after alignment so that the end faces of the positive electrode current collector layer 1A and the negative electrode current collector layer 2A do not coincide.
積層シートは、正極ユニット及び負極ユニットを作製し、これらのユニットを積層する方法を用いて作製してもよい。正極ユニットは、固体電解質層3、正極活物質層1B、正極集電体層1A、及び正極活物質層1Bが、この順で積層された積層シートである。図5に示す例の場合は、正極集電体層1Aと正極活物質層1Bとの間に中間層1Fを積層する。負極ユニットは、固体電解質層3、負極活物質層2B、負極集電体層2A、及び負極活物質層2Bが、この順で積層された積層シートである。正極ユニットの固体電解質層3と、負極ユニットの負極活物質層2Bとが向かい合うように、又は、正極ユニットの正極活物質層1Bと、負極ユニットの固体電解質層3とが向かい合うように積層する。 The laminated sheet may be manufactured by creating a positive electrode unit and a negative electrode unit and then laminating these units. The positive electrode unit is a laminated sheet in which a solid electrolyte layer 3, a positive electrode active material layer 1B, a positive electrode current collector layer 1A, and a positive electrode active material layer 1B are laminated in this order. In the example shown in Figure 5, an intermediate layer 1F is laminated between the positive electrode current collector layer 1A and the positive electrode active material layer 1B. The negative electrode unit is a laminated sheet in which a solid electrolyte layer 3, a negative electrode active material layer 2B, a negative electrode current collector layer 2A, and a negative electrode active material layer 2B are laminated in this order. The solid electrolyte layer 3 of the positive electrode unit and the negative electrode active material layer 2B of the negative electrode unit are laminated facing each other, or the positive electrode active material layer 1B of the positive electrode unit and the solid electrolyte layer 3 of the negative electrode unit are laminated facing each other.
次に、作製した積層シートを一括して加圧し、各層の密着性を高める。加圧は、例えば、金型プレス、温水等方圧プレス(WIP)、冷水等方圧プレス(CIP)、静水圧プレス等で行うことができる。加圧は、加熱しながら行うことが好ましい。圧着時の加熱温度は、例えば40~95℃とする。次いで、ダイシング装置を用いて加圧後の積層体を切断し、チップ化する。そして、チップに対して脱バインダー処理及び焼成することで、焼結体からなる積層体4が得られる。 Next, the fabricated laminated sheets are pressed together to improve the adhesion of each layer. Pressurization can be performed using, for example, a die press, a hot water isostatic press (WIP), a cold water isostatic press (CIP), or a hydrostatic press. It is preferable to perform the pressurization while heating. The heating temperature during pressing should be, for example, 40 to 95°C. Then, the pressed laminate is cut into chips using a dicing device. Finally, a sintered laminate 4 is obtained by debindering and firing the chips.
脱バインダー処理は、焼成工程とは別の行程として行うことができる。脱バインダー工程を行うと、焼成工程の前にチップ内に含まれるバインダー成分が加熱分解され、焼成工程においてバインダー成分が急激に分解することを抑制できる。脱バインダー工程は、例えば、大気雰囲気下で、300~800℃の温度で、0.1~10時間加熱することで、行われる。脱バインダー工程の雰囲気は、正極、負極及び固体電解質を構成している材料が酸化還元しない、又は、し難い酸素分圧環境下であり、正極、負極及び固体電解質を構成している材料と雰囲気ガスとが反応しないように、ガス種を任意に選択できる。例えば、窒素雰囲気、アルゴン雰囲気、窒素水素混合雰囲気、水蒸気雰囲気ならびにそれらを混合した雰囲気で行ってもよい。 The debinding process can be performed as a separate step from the firing process. Performing the debinding process allows for the thermal decomposition of binder components within the chip before the firing process, thereby suppressing the rapid decomposition of binder components during the firing process. The debinding process is carried out, for example, by heating at a temperature of 300 to 800°C for 0.1 to 10 hours in an atmospheric environment. The atmosphere during the debinding process is an oxygen partial pressure environment where the materials constituting the positive electrode, negative electrode, and solid electrolyte do not undergo oxidation or reduction, or undergo reduction with minimal risk. The type of gas can be arbitrarily selected to prevent reaction between the materials constituting the positive electrode, negative electrode, and solid electrolyte and the atmospheric gas. For example, it may be carried out in a nitrogen atmosphere, argon atmosphere, nitrogen-hydrogen mixed atmosphere, water vapor atmosphere, or a mixture thereof.
焼成工程は、例えば、セラミック台に、チップを載置し行う。焼成は、例えば、窒素雰囲気下で600~1000℃に加熱することにより行う。焼成時間は、例えば、0.1~3時間とする。焼結工程の雰囲気は、正極、負極及び固体電解質を構成している材料が酸化還元しない、又は、し難い酸素分圧環境下であり、正極、負極及び固体電解質を構成している材料と雰囲気ガスが反応しないように、ガス種を任意に選択できる。例えば、窒素雰囲気、アルゴン雰囲気、窒素水素混合雰囲気、水蒸気雰囲気ならびにそれらを混合した雰囲気で行ってもよい。 The firing process is carried out, for example, by placing the chip on a ceramic base. Firing is performed, for example, by heating to 600-1000°C under a nitrogen atmosphere. The firing time is, for example, 0.1-3 hours. The atmosphere during the sintering process is an oxygen partial pressure environment where the materials constituting the positive electrode, negative electrode, and solid electrolyte do not oxidize or are unlikely to oxidize. The type of gas can be arbitrarily selected to prevent reaction between the materials constituting the positive electrode, negative electrode, and solid electrolyte and the atmosphere gas. For example, it may be carried out in a nitrogen atmosphere, argon atmosphere, nitrogen-hydrogen mixed atmosphere, water vapor atmosphere, or a mixture thereof.
また、焼結した積層体4(焼結体)をアルミナなどの研磨材とともに円筒型の容器に入れ、バレル研磨してもよい。これにより積層体の角の面取りをすることができる。研磨は、サンドブラストを用いて行ってもよい。サンドブラストは、特定の部分のみを削ることができるため好ましい。 Alternatively, the sintered laminate 4 (sintered body) may be placed in a cylindrical container with an abrasive such as alumina and barrel polished. This allows for chamfering of the corners of the laminate. Polishing may also be performed using sandblasting. Sandblasting is preferred because it allows for the removal of only specific areas.
作製された積層体4の互いに対向する側面に、端子電極5、6を形成する。端子電極5、6はそれぞれ、スパッタリング法、ディッピング法、スクリーン印刷法、スプレーコート法などの手段を用いて形成することができる。以上のような工程を経ることによって、全固体電池10を作製できる。端子電極5、6を所定の部分にのみ形成する場合は、テープ等でマスキングして、上記処理を行う。 Terminal electrodes 5 and 6 are formed on the opposing sides of the fabricated laminate 4. The terminal electrodes 5 and 6 can be formed using methods such as sputtering, dipping, screen printing, or spray coating. By following these steps, an all-solid-state battery 10 can be manufactured. If the terminal electrodes 5 and 6 are to be formed only in specific areas, masking with tape or the like is performed before the above process.
本実施形態に係る全固体電池は、内部抵抗が低い。これは、固体電解質層3に用いられるLi3+xSixP1-xO4と正極活物質層1Bに用いられるLiCoO2とが反応しにくいためと考えられる。例えば、LiCoO2をLiMn2O4に変えると、固体電解質層3と正極活物質層1Bとの間に中間生成物が生じる。この中間生成物は、過剰なLiが含まれたLiMn2O4やLi2MnO3であり、固体電解質中のLiが正極活物質層1Bに拡散し、正極活物質と反応することで形成される。この中間生成物ならびにLiが欠損した固体電解質は、全固体電池の内部抵抗の増加の原因となる。これに対し、Li3+xSixP1-xO4とLiCoO2とは反応しにくく、中間生成物が生じにくい。 The all-solid-state battery according to this embodiment has low internal resistance. This is thought to be because the Li³ + xSi xP 1-xO₄ used in the solid electrolyte layer 3 and the LiCoO₂ used in the positive electrode active material layer 1B do not react easily. For example, if LiCoO₂ is changed to LiMn₂O₄ , intermediate products are formed between the solid electrolyte layer 3 and the positive electrode active material layer 1B. These intermediate products are LiMn₂O₄ or Li₂MnO₃ containing excess Li, and are formed when Li in the solid electrolyte diffuses into the positive electrode active material layer 1B and reacts with the positive electrode active material. These intermediate products and solid electrolytes lacking Li cause an increase in the internal resistance of the all-solid-state battery. In contrast, Li³ + xSi xP 1-xO₄ and LiCoO₂ do not react easily, and intermediate products are less likely to be formed.
以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述したが、各実施形態における各構成及びそれらの組み合わせ等は一例であり、本発明の趣旨から逸脱しない範囲内で、構成の付加、省略、置換、及びその他の変更が可能である。 The embodiments of the present invention have been described in detail above with reference to the drawings. However, the configurations and combinations thereof in each embodiment are merely examples, and additions, omissions, substitutions, and other modifications are possible without departing from the spirit of the present invention.
「実施例1」
(正極ペーストの作製)
正極集電体層ペーストの作製には、AgとPdとLiCoO2とを質量比で、40:10:50の割合で混ぜた粉末を用いた。この粉末に、エチルセルロースとジヒドロターピネオールとを加えて、混合した。エチルセルロースはバインダーであり、ジヒドロターピネオールは溶媒である。
"Example 1"
(Preparation of positive electrode paste)
For the preparation of the positive electrode current collector layer paste, a powder mixture of Ag, Pd, and LiCoO2 in a mass ratio of 40:10:50 was used. Ethyl cellulose and dihydroterpineol were added to this powder and mixed. Ethyl cellulose acted as a binder, and dihydroterpineol acted as a solvent.
正極活物質層ペーストは、LiCoO2に、エチルセルロースとジヒドロターピネオールとを加えて、混合して作製した。 The positive electrode active material layer paste was prepared by adding ethylcellulose and dihydroterpineol to LiCoO2 and mixing them together.
(固体電解質層ペーストの作製)
Li2CO3とSiO2とLi3PO4を出発材料として、これらをモル比2:1:1で混合した。混合は、水を分散媒としてボールミルを用いて16時間湿式混合した。混合したものを950℃で2時間仮焼きし、Li3.5Si0.5P0.5O4を作製した。そして、この仮焼粉末100質量部、エタノール100質量部、トルエン200質量部をボールミルに加えて湿式混合した。そして、ポリビニルプチラール系バインダー16部とフタル酸ベンジルブチル4.8質量部をさらに投入、混合し、固体電解質層ペーストを作製した。
(Preparation of solid electrolyte layer paste)
Li₂CO₃ , SiO₂ , and Li₃PO₄ were used as starting materials and mixed in a molar ratio of 2:1:1. The mixing was performed wet for 16 hours using a ball mill with water as the dispersion medium. The mixture was calcined at 950°C for 2 hours to produce Li₃.5Si₀.5P₀.5O₄ . Then, 100 parts by mass of this calcined powder, 100 parts by mass of ethanol, and 200 parts by mass of toluene were added to the ball mill and wet mixed. Then, 16 parts by mass of polyvinyl butyral binder and 4.8 parts by mass of benzyl butyl phthalate were further added and mixed to produce a solid electrolyte layer paste.
(負極ペーストの作製)
負極ペーストは、AgとPdとLi3.5Si0.5P0.5O4とを質量比で、40:10:50の割合で混ぜた粉末を用いた。この粉末に、エチルセルロースとジヒドロターピネオールとを加えて、混合した。
(Preparation of negative electrode paste)
The negative electrode paste used was a powder mixture of Ag, Pd, and Li 3.5 Si 0.5 P 0.5 O 4 in a mass ratio of 40:10:50. Ethyl cellulose and dihydroterpineol were added to this powder and mixed.
(全固体電池の作製)
次いで、正極ユニット及び負極ユニットを以下の手順で作製した。まず、上記の固体電解質層シート上に、スクリーン印刷を用いて、正極活物質用ペーストを厚さ5μmで印刷した。次に、印刷した正極活物質用ペーストを80℃で5分間乾燥した。そして乾燥後の正極活物質用ペースト上に、スクリーン印刷を用いて、集電体用ペーストを厚さ5μmで印刷した。次に、印刷した正極集電体用ペーストを80℃で5分間乾燥した。そして、乾燥後の正極集電体用ペースト上に、スクリーン印刷を用いて、正極活物質用ペーストを厚さ5μmで再度印刷し、乾燥した。その後、PETフィルムを剥離した。このようにして、固体電解質層の主面に、正極活物質層/正極集電体層/正極活物質層がこの順で積層された正極ユニットを得た。
(Fabrication of all-solid-state batteries)
Next, the positive electrode unit and negative electrode unit were manufactured using the following procedure. First, a paste for the positive electrode active material was printed on the solid electrolyte layer sheet using screen printing to a thickness of 5 μm. Next, the printed paste for the positive electrode active material was dried at 80°C for 5 minutes. Then, a paste for the current collector was printed on the dried paste for the positive electrode active material using screen printing to a thickness of 5 μm. Next, the printed paste for the positive electrode current collector was dried at 80°C for 5 minutes. Then, the paste for the positive electrode active material was printed again on the dried paste for the positive electrode current collector using screen printing to a thickness of 5 μm, and dried. After that, the PET film was peeled off. In this way, a positive electrode unit was obtained in which the positive electrode active material layer/positive electrode current collector layer/positive electrode active material layer was laminated in this order on the main surface of the solid electrolyte layer.
次いで、固体電解質層の主面に負極ペーストを厚さ10μmで印刷した。次に、印刷した負極ペーストを80℃で5分間乾燥した。 Next, a negative electrode paste was printed to a thickness of 10 μm onto the main surface of the solid electrolyte layer. Then, the printed negative electrode paste was dried at 80°C for 5 minutes.
積層体は、固体電解質層シートを5枚重ねた固体電解質ユニットを作製した。電極ユニット50枚(正極ユニット25枚、負極ユニット25枚)を、固体電解質ユニット挟むように、交互に積み重ねて作製した。このとき、奇数枚目の電極ユニットの集電体層が一方の端面にのみ延出し、偶数枚目の電極ユニットの集電体層が反対側の端面にのみ延出するように、各ユニットをずらして積み重ねた。この積み重ねられたユニットの上に、固体電解質層シートを6枚積み重ねた。その後、これを熱圧着により成形した後、切断して積層チップを作製した。その後、積層チップを同時焼成して積層体を得た。同時焼成は、窒素雰囲気中で昇温速度200℃/時間で焼成温度800℃まで昇温して、その温度に2時間保持し、焼成後は自然冷却した。 The laminate was constructed by stacking five solid electrolyte layer sheets to form a solid electrolyte unit. Fifty electrode units (25 positive electrode units and 25 negative electrode units) were stacked alternately, sandwiching the solid electrolyte unit between them. At this time, the units were stacked with an offset such that the current collector layer of odd-numbered electrode units extended only to one end face, and the current collector layer of even-numbered electrode units extended only to the opposite end face. Six solid electrolyte layer sheets were then stacked on top of these stacked units. Afterward, this was formed by thermocompression bonding and then cut to produce laminated chips. The laminated chips were then co-fired to obtain the laminate. Co-fired firing was performed in a nitrogen atmosphere, raising the temperature to 800°C at a heating rate of 200°C/hour, holding at that temperature for 2 hours, and then allowing natural cooling.
公知の方法により、焼結した積層体(焼結体)に端子電極5,6をつけて、全固体電池を作製した。作製後の全固体電池は、図6に示す構成であった。 A solid-state battery was fabricated by attaching terminal electrodes 5 and 6 to a sintered laminate (sintered body) using a known method. The resulting solid-state battery had the configuration shown in Figure 6.
同様のサンプルを100個作成し、内部抵抗を求めた。内部抵抗は、これらのサンプルの平均として求めた。内部抵抗は、25℃の環境下において、0.2Cレートの定電流で4.0Vの電池電圧になるまで定電流充電(CC充電)を行い、その後、1分間休止した後、0.2Cレートの定電流で0Vの電池電圧になるまで放電(CC放電)した時の、休止時から放電開始時の電圧降下(V)を放電電流(A)で割ることにより求めた。 One hundred similar samples were created, and their internal resistance was determined. The internal resistance was calculated as the average of these samples. The internal resistance was determined by dividing the voltage drop (V) from the pause to the start of discharge (CC discharge) by the discharge current (A) after a 1-minute pause and a 1-minute pause, during which the battery voltage was reduced to 0V using constant current at a 0.2C rate.
「実施例2」
実施例2は、正極集電体ペーストの作製時に、AuとLiCoO2とを質量比で50:50の割合で混ぜた粉末を用いた点が実施例1と異なる。その他の条件は、実施例1と同様にして内部抵抗を求めた。
"Example 2"
Example 2 differs from Example 1 in that a powder mixture of Au and LiCoO2 in a mass ratio of 50:50 was used when preparing the positive electrode current collector paste. The internal resistance was determined under the same conditions as in Example 1.
「実施例3」
実施例3は、正極集電体ペーストの作製時に、PtとLiCoO2とを質量比で50:50の割合で混ぜた粉末を用いた点が実施例1と異なる。その他の条件は、実施例1と同様にして内部抵抗を求めた。
"Example 3"
Example 3 differs from Example 1 in that a powder mixture of Pt and LiCoO2 in a mass ratio of 50:50 was used when preparing the positive electrode current collector paste. The internal resistance was determined under the same conditions as in Example 1.
「実施例4」
実施例4は、正極集電体ペーストの作製時に、AgとPdとを質量比で、80:20の割合で混ぜた粉末を用いた(LiCoO2を添加しなかった)点が実施例1と異なる。その他の条件は、実施例1と同様にして内部抵抗を求めた。
"Example 4"
Example 4 differs from Example 1 in that when preparing the positive electrode current collector paste, a powder mixture of Ag and Pd in a mass ratio of 80:20 was used ( LiCoO2 was not added). The internal resistance was determined under the same conditions as in Example 1.
「実施例5~9」
実施例5~9は、固体電解質層ペーストの作製時にLi2CO3とSiO2とLi3PO4の混合比を変えた点が実施例1と異なる。実施例5~9は、固体電解質層の組成比が実施例1と異なる。その他の条件は、実施例1と同様にして内部抵抗を求めた。
Examples 5-9
Examples 5 to 9 differ from Example 1 in that the mixing ratio of Li₂CO₃ , SiO₂ , and Li₃PO₄ was changed during the preparation of the solid electrolyte layer paste. Examples 5 to 9 also differ from Example 1 in the composition ratio of the solid electrolyte layer. The internal resistance was determined under the same conditions as in Example 1.
「比較例1」
比較例1は、以下の点が実施例1と異なる。比較例1も実施例1と同様に内部抵抗を求めた。
相違点1:正極集電体層ペーストの作製に、AgとPdとを質量比で、80:20の割合で混ぜた粉末を用いた。
相違点2:固体電解質ペーストに用いられる固体電解質をLi3.5Ge0.5V0.5O4に変更した。
相違点3:負極ペーストを負極集電体層ペーストと負極活物質層ペーストの2層とした。負極集電体層ペーストは、AgとPdとを質量比で80:20の割合で混ぜた粉末を用いた。負極活物質層ペーストは、Li4Ti5O12(Li4/3Ti5/3O4)にエチルセルロースとジヒドロターピネオールとを加えて、混合したものとした。
作製後の全固体電池は、図3に示す構成であった。
"Comparative Example 1"
Comparative Example 1 differs from Example 1 in the following respects. The internal resistance of Comparative Example 1 was determined in the same manner as in Example 1.
Difference 1: For the preparation of the positive electrode current collector layer paste, a powder mixture of Ag and Pd in a mass ratio of 80:20 was used.
Difference 2: The solid electrolyte used in the solid electrolyte paste was changed to Li 3.5 Ge 0.5 V 0.5 O 4 .
Difference 3: The negative electrode paste consisted of two layers: a negative electrode current collector layer paste and a negative electrode active material layer paste. The negative electrode current collector layer paste used a powder mixture of Ag and Pd in a mass ratio of 80:20. The negative electrode active material layer paste was prepared by adding ethylcellulose and dihydroterpineol to Li 4 Ti 5 O 12 (Li 4/3 Ti 5/3 O 4 ) and mixing them together.
The fabricated all-solid-state battery had the configuration shown in Figure 3.
「比較例2」
比較例2は、正極活物質をLiMn2O4とし、固体電解質をLi3.5Si0.5P0.5O4とした点が、比較例1と異なる。比較例2も実施例1と同様に内部抵抗を求めた。
"Comparative Example 2"
Comparative Example 2 differs from Comparative Example 1 in that the positive electrode active material is LiMn₂O₄ and the solid electrolyte is Li₃.5Si₀.5P₀.5O₄ . The internal resistance of Comparative Example 2 was determined in the same manner as in Example 1.
「比較例3」
比較例3は、正極活物質をLiMn2O4とした点が実施例1と異なる。比較例3も実施例1と同様に内部抵抗を求めた。
"Comparative Example 3"
Comparative Example 3 differs from Example 1 in that the positive electrode active material is LiMn₂O₄ . The internal resistance of Comparative Example 3 was determined in the same way as in Example 1.
実施例1~3及び比較例1~3の結果を以下の表1にまとめた。 The results of Examples 1-3 and Comparative Examples 1-3 are summarized in Table 1 below.
実施例1と比較例1及び比較例3とを比較すると、実施例1は比較例1及び比較例3より内部抵抗が低かった。比較例1及び比較例3は、正極活物質と固体電解質とが反応し、中間生成物が生じたためと考えられる。またAgPd合金が負極活物質として機能する実施例1~9及び比較例3は、Li4/3Ti5/3O4が負極活物質として機能する比較例1及び2と比較して、出力電圧が大きかった。また実施例1と実施例4とを比較すると、正極集電体層が正極活物質を含むと、内部抵抗が低くなった。また実施例1、実施例5~9を比較すると、固体電解質の組成によっても内部抵抗が変化した。 Comparing Example 1 with Comparative Examples 1 and 3, Example 1 had a lower internal resistance than Comparative Examples 1 and 3. This is thought to be because Comparative Examples 1 and 3 reacted with the positive electrode active material and the solid electrolyte, producing intermediate products. Furthermore, Examples 1-9 and Comparative Example 3, in which AgPd alloy functioned as the negative electrode active material, had a higher output voltage compared to Comparative Examples 1 and 2, in which Li 4/3 Ti 5/3 O 4 functioned as the negative electrode active material. Comparing Example 1 with Example 4, the internal resistance decreased when the positive electrode current collector layer contained the positive electrode active material. Comparing Examples 1 and 5-9, the internal resistance also changed depending on the composition of the solid electrolyte.
1…正極、1A,1C,1D,1E…正極集電体層、1B…正極活物質層、1F…中間層、2,2D…負極、2A,2C…負極集電体層、2B…負極活物質層、3…固体電解質層、4…積層体、5,6…端子電極、10…全固体電池、11,21…集電体、12…正極活物質、13…酸化物、22…負極活物質、23…固体電解質 1... Positive electrode, 1A, 1C, 1D, 1E... Positive electrode current collector layer, 1B... Positive electrode active material layer, 1F... Intermediate layer, 2, 2D... Negative electrode, 2A, 2C... Negative electrode current collector layer, 2B... Negative electrode active material layer, 3... Solid electrolyte layer, 4... Laminate, 5, 6... Terminal electrode, 10... All solid battery, 11, 21... Current collector, 12... Positive electrode active material, 13... Oxide, 22... Negative electrode active material, 23... Solid electrolyte
Claims (4)
前記正極は、LiCoO2を含み、
前記固体電解質層は、Li3+xSixP1-xO4(0.55≦x≦0.70)を含む、全固体電池。 The sintered body comprises a positive electrode, a negative electrode, and a solid electrolyte layer between the positive electrode and the negative electrode.
The positive electrode contains LiCoO2 ,
The solid electrolyte layer comprises Li³ + xSixP¹ - xO₄ ( 0.55 ≤ x ≤ 0.70 ), making it an all-solid-state battery.
前記正極集電体層は、LiCoO2とAg、Pd、Au、Ptからなる群から選択されるいずれ一つを含む金属又は合金とを含む、請求項1又は2に記載の全固体電池。 The positive electrode comprises a positive electrode current collector layer and a positive electrode active material layer in contact with the solid electrolyte layer.
The all-solid-state battery according to claim 1 or 2, wherein the positive electrode current collector layer comprises LiCoO2 and a metal or alloy containing any one selected from the group consisting of Ag, Pd, Au, and Pt.
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