JP7600690B2 - Manufacturing method of solid-state battery - Google Patents
Manufacturing method of solid-state battery Download PDFInfo
- Publication number
- JP7600690B2 JP7600690B2 JP2021001436A JP2021001436A JP7600690B2 JP 7600690 B2 JP7600690 B2 JP 7600690B2 JP 2021001436 A JP2021001436 A JP 2021001436A JP 2021001436 A JP2021001436 A JP 2021001436A JP 7600690 B2 JP7600690 B2 JP 7600690B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- solid
- state battery
- positive electrode
- laminate
- layer
- 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
Links
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
Landscapes
- Sealing Battery Cases Or Jackets (AREA)
- Cell Separators (AREA)
- Secondary Cells (AREA)
Description
本開示は、固体電池の製造方法に関する。 This disclosure relates to a method for manufacturing a solid-state battery.
近年におけるパソコン、ビデオカメラおよび携帯電話等の情報関連機器や通信機器等の急速な普及に伴い、その電源として利用される電池の開発が重要視されている。また、自動車産業界等においても、電気自動車用あるいはハイブリッド自動車用の高出力かつ高容量の電池の開発が進められている。
また、固体電池は、正極と負極の間に介在する電解質として、有機溶媒を含む電解液に替えて固体電解質を用いるという点で注目されている。
In recent years, with the rapid spread of information-related devices and communication devices such as personal computers, video cameras, and mobile phones, the development of batteries to be used as power sources for these devices has become important. In the automobile industry, too, development of high-output, high-capacity batteries for electric vehicles or hybrid vehicles is underway.
Moreover, solid-state batteries have attracted attention because they use a solid electrolyte as the electrolyte between the positive electrode and the negative electrode, instead of an electrolytic solution containing an organic solvent.
特許文献1には、全固体電池側面の樹脂層が、全固体電池積層体の側面に近い側から、第1の樹脂層、及び第2の樹脂層をこの順で有する複層構造であり、かつ第1の樹脂層の弾性率が、第2の樹脂層の弾性率よりも小さい旨が開示されている。 Patent Document 1 discloses that the resin layer on the side of the all-solid-state battery has a multilayer structure having a first resin layer and a second resin layer in this order from the side closer to the side of the all-solid-state battery laminate, and that the elastic modulus of the first resin layer is smaller than the elastic modulus of the second resin layer.
特許文献2には、自己放電による電圧降下量により全固体電池を検査する方法が開示されている。 Patent document 2 discloses a method for inspecting solid-state batteries based on the amount of voltage drop due to self-discharge.
特許文献3には、全固体電池の積層体の端面には、不動態層が設けられており、不動態層は、LiI水和物を含有する旨が開示されている。 Patent Document 3 discloses that a passivation layer is provided on the end surface of the laminate of the all-solid-state battery, and that the passivation layer contains LiI hydrate.
特許文献4には、等方圧加圧法によって第1全固体電池に圧力を加えることにより、第2全固体電池を製造することを含み、第1全固体電池は少なくとも1回充放電されていることを特徴とする全固体電池の容量回復方法が開示されている。 Patent Document 4 discloses a method for restoring the capacity of an all-solid-state battery, which includes producing a second all-solid-state battery by applying pressure to a first all-solid-state battery by an isostatic pressing method, and is characterized in that the first all-solid-state battery has been charged and discharged at least once.
固体電池は、電極割れにより容量が低下する恐れがある。 Solid-state batteries may lose capacity due to electrode cracking.
本開示は、上記実情に鑑みてなされたものであり、電極割れによる容量低下を抑制することができる固体電池の製造方法を提供することを主目的とする。 This disclosure was made in consideration of the above-mentioned circumstances, and its main objective is to provide a method for manufacturing a solid-state battery that can suppress capacity loss due to electrode cracking.
本開示の固体電池の製造方法は、正極と、固体電解質層と、負極とをこの順に積層した積層体と、当該積層体の少なくとも一部を被覆する熱膨張樹脂層と、当該積層体及び当該熱膨張樹脂層を収容する金属筐体と、を備える固体電池の製造方法であって、
前記固体電池をSOC0%まで放電する工程と、
放電した前記固体電池に規定温度を付与する工程と、を含み、
前記熱膨張樹脂層と前記金属筐体が接していることを特徴とする。
A method for producing a solid-state battery according to the present disclosure is a method for producing a solid-state battery including a laminate in which a positive electrode, a solid electrolyte layer, and a negative electrode are laminated in this order, a thermally expandable resin layer that covers at least a portion of the laminate, and a metal case that houses the laminate and the thermally expandable resin layer,
Discharging the solid-state battery to 0% SOC;
and applying a predetermined temperature to the discharged solid-state battery;
The thermally expandable resin layer is in contact with the metal housing.
本開示は、電極割れによる容量低下を抑制することができる固体電池の製造方法を提供することができる。 This disclosure provides a method for manufacturing a solid-state battery that can suppress capacity loss due to electrode cracking.
本開示の固体電池の製造方法は、正極と、固体電解質層と、負極とをこの順に積層した積層体と、当該積層体の少なくとも一部を被覆する熱膨張樹脂層と、当該積層体及び当該熱膨張樹脂層を収容する金属筐体と、を備える固体電池の製造方法であって、
前記固体電池をSOC0%まで放電する工程と、
放電した前記固体電池に規定温度を付与する工程と、を含み、
前記熱膨張樹脂層と前記金属筐体が接していることを特徴とする。
A method for producing a solid-state battery according to the present disclosure is a method for producing a solid-state battery including a laminate in which a positive electrode, a solid electrolyte layer, and a negative electrode are laminated in this order, a thermally expandable resin layer that covers at least a portion of the laminate, and a metal case that houses the laminate and the thermally expandable resin layer,
Discharging the solid-state battery to 0% SOC;
and applying a predetermined temperature to the discharged solid-state battery;
The thermally expandable resin layer is in contact with the metal housing.
本開示において、SOC(充電状態値:State of Charge)は、電池の満充電容量に対する充電容量の割合を示すものであり、満充電容量がSOC100%である。
SOCは、例えば、固体電池の開放電圧(OCV:Open Circuit Voltage)から推定してもよい。
In the present disclosure, SOC (State of Charge) indicates the ratio of the charge capacity to the fully charged capacity of a battery, with the fully charged capacity being SOC 100%.
The SOC may be estimated from, for example, the open circuit voltage (OCV) of the solid-state battery.
固体電池特有の劣化モードとして、繰り返し充電に伴う電極の膨張収縮に起因する電極割れがある。この現象により発生した容量劣化は割れ部が再度導通しない限り回復しない。
従来技術では弾性率の異なる樹脂で周囲を被覆することで割れを抑制しているが、割れを発生させないわけではない。一旦発生した割れを再度導通させることが困難な構成となっている。
本開示では、電極体の被覆材を線膨張係数の高い樹脂(熱膨張樹脂)に限定し、樹脂被覆電極体を金属筐体に格納した構成とし、容量回復プロセスとして、放電状態の固体電池に規定の温度負荷を与える。これにより、電極体内に発生した割れ空隙を、電極体周囲を覆っている熱膨張樹脂の膨張圧力により埋めて導通経路の復旧を行う。その際、電池の構成として圧力を電極体に効率よく与えるために、樹脂の外側を強固な金属筐体とし、さらに割れが顕著に発生している放電状態での温度負荷プロセスにより高効果な容量回復が実現され、電極割れによる容量低下を抑制することができる。
A degradation mode specific to solid-state batteries is electrode cracking caused by the expansion and contraction of the electrodes during repeated charging. The capacity degradation caused by this phenomenon will not recover unless the cracked area is re-established as conductive.
In conventional technology, cracks are suppressed by covering the periphery with a resin with a different elastic modulus, but this does not mean that cracks will not occur, and once a crack has occurred, it is difficult to make it conductive again.
In the present disclosure, the coating material of the electrode body is limited to a resin with a high linear expansion coefficient (thermal expansion resin), the resin-coated electrode body is housed in a metal case, and a specified temperature load is applied to the solid-state battery in a discharged state as a capacity recovery process. As a result, cracks and voids generated in the electrode body are filled by the expansion pressure of the thermal expansion resin covering the periphery of the electrode body, and the conductive path is restored. At that time, in order to efficiently apply pressure to the electrode body as a battery configuration, the outside of the resin is made into a strong metal case, and further, highly effective capacity recovery is realized by the temperature load process in a discharged state where cracks are significantly generated, and the capacity decrease due to electrode cracks can be suppressed.
図1は、本開示の固体電池の一例を示す面方向の断面模式図である。
図1に示すように、固体電池は、正極端子と負極端子を備える積層体と、当該積層体の少なくとも一部を被覆する熱膨張樹脂層を有し、積層体及び熱膨張樹脂層は金属筐体内に収容され、熱膨張樹脂層と金属筐体は当接されている。なお、面方向とは、積層方向に対して垂直の方向を意味する。
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view in a planar direction showing an example of a solid-state battery according to the present disclosure.
1, the solid-state battery has a laminate having a positive electrode terminal and a negative electrode terminal, and a thermally expandable resin layer covering at least a part of the laminate, the laminate and the thermally expandable resin layer are contained in a metal case, and the thermally expandable resin layer and the metal case are in contact with each other. Note that the surface direction means a direction perpendicular to the stacking direction.
図2は、本開示の製造方法の一例を示すフローチャートである。
図2に示すように、まず、固体電池をSOC0%まで放電し、その後固体電池に規定温度を付与する。これにより電極割れによる容量低下を抑制することができ、充放電効率の高い固体電池が得られる。
FIG. 2 is a flow chart illustrating an example of a manufacturing method according to the present disclosure.
As shown in Fig. 2, first, the solid-state battery is discharged to SOC 0%, and then the solid-state battery is heated to a specified temperature. This makes it possible to suppress the capacity reduction caused by electrode cracking, and obtain a solid-state battery with high charge/discharge efficiency.
図3は、本開示の製造方法により得られる固体電池の容量回復のメカニズムを説明する模式図である。
図3に示すように、固体電池をSOC0%まで放電することにより導電パスが切れて固体電池の容量が低下する。その後、固体電池に規定温度を付与することにより、電極体外からの熱膨張樹脂の膨張圧力により導電パスが復活し固体電池の容量が回復し、電極割れによる容量低下を抑制することができる。
FIG. 3 is a schematic diagram illustrating the capacity recovery mechanism of a solid-state battery obtained by the manufacturing method of the present disclosure.
As shown in Fig. 3, discharging a solid-state battery to 0% SOC breaks the conductive path and reduces the capacity of the solid-state battery. By subsequently applying a specified temperature to the solid-state battery, the conductive path is restored by the expansion pressure of the thermal expansion resin from outside the electrode body, and the capacity of the solid-state battery is restored, making it possible to suppress the capacity reduction due to electrode cracking.
本開示の固体電池の製造方法は、(1)放電工程と、(2)規定温度付与工程と、を含む。 The manufacturing method of the solid-state battery disclosed herein includes (1) a discharging step and (2) a specified temperature application step.
(1)放電工程
放電工程は、前記固体電池をSOC0%まで放電する工程である。
放電工程により、固体電池の電極割れによる電極の空隙量を最大にする。
なお、放電工程の前に、正極と、固体電解質層と、負極とをこの順に積層した積層体と、当該積層体の少なくとも一部を被覆する熱膨張樹脂層と、当該積層体及び当該熱膨張樹脂層を収容する金属筐体と、を備え、前記熱膨張樹脂層と前記金属筐体が接している固体電池(第1固体電池)を準備する。
(1) Discharging Step The discharging step is a step of discharging the solid-state battery to an SOC of 0%.
The discharge process maximizes the amount of voids in the electrodes caused by electrode cracking in solid-state batteries.
Before the discharging step, a solid-state battery (first solid-state battery) is prepared, which includes a laminate in which a positive electrode, a solid electrolyte layer, and a negative electrode are laminated in this order, a thermally expandable resin layer covering at least a portion of the laminate, and a metal casing that contains the laminate and the thermally expandable resin layer, with the thermally expandable resin layer in contact with the metal casing.
(2)規定温度付与工程
規定温度付与工程は、放電した前記固体電池に規定温度を付与する工程である。
規定温度付与工程により、熱膨張樹脂の膨張圧力により電極割れにより生じた電極の空隙を潰す。規定温度を付与することにより容量が回復した固体電池(第2固体電池)が得られる。
規定温度の要件は、電池構成部材の耐熱温度以下且つ電池劣化が著しく低下しない温度の内の最大温度としてもよい。
電池劣化が著しく低下しない温度の求め方は、例として温度を変えて耐久試験を実施して、アレニウスプロットの傾きが変化する境界温度(アレニウスプロットの変曲点温度)とすることが挙げられる。
(2) Specified Temperature Application Step The specified temperature application step is a step of applying a specified temperature to the discharged solid-state battery.
In the specified temperature application step, the expansion pressure of the thermal expansion resin eliminates the voids in the electrode caused by the electrode cracking. By applying the specified temperature, a solid-state battery (second solid-state battery) with restored capacity can be obtained.
The requirement for the specified temperature may be the maximum temperature that is equal to or lower than the heat resistance temperature of the battery constituent materials and does not cause significant deterioration of the battery.
One way to determine the temperature at which battery degradation does not decrease significantly is, for example, to conduct a durability test at different temperatures and determine the boundary temperature at which the slope of the Arrhenius plot changes (the inflection point temperature of the Arrhenius plot).
本開示の固体電池は、正極と、固体電解質層と、負極とをこの順に積層した積層体と、当該積層体の少なくとも一部を被覆する熱膨張樹脂層と、当該積層体及び当該熱膨張樹脂層を収容する金属筐体と、を備え、前記熱膨張樹脂層と前記金属筐体が接している。
なお、本開示においては、放電工程前の固体電池を第1固体電池と称する場合があり、規定温度付与工程後の固体電池を第2固体電池と称する場合があるが、第1固体電池と第2固体電池の構成は同じであるため、第1固体電池と第2固体電池をまとめて固体電池と称する。
The solid-state battery of the present disclosure includes a laminate in which a positive electrode, a solid electrolyte layer, and a negative electrode are laminated in this order, a thermally expandable resin layer covering at least a portion of the laminate, and a metal casing that contains the laminate and the thermally expandable resin layer, and the thermally expandable resin layer is in contact with the metal casing.
In the present disclosure, the solid-state battery before the discharging step may be referred to as a first solid-state battery, and the solid-state battery after the specified temperature application step may be referred to as a second solid-state battery. However, since the first solid-state battery and the second solid-state battery have the same configuration, the first solid-state battery and the second solid-state battery are collectively referred to as solid-state batteries.
[熱膨張樹脂層]
熱膨張樹脂層は、積層体の少なくとも一部を被覆し、且つ金属筐体と接していればよい。
熱膨張樹脂層は、積層体の少なくとも一部を被覆していればよく、積層体の側面を被覆していてもよい。
熱膨張樹脂層は、熱膨張樹脂を含む。
熱膨張樹脂としては、例えば、アクリル樹脂(線膨張係数:7×10-5/℃)、エポキシ樹脂(線膨張係数:3×10-5/℃)、ポリ塩化ビニリデン(PVDC)(線膨張係数:19×10-5/℃)等が挙げられる。
熱膨張樹脂層は、金属筐体の変形がないことを前提とすると、厚さ5mmの場合、20℃から120℃に昇温すると、アクリル樹脂は厚さ35μm、エポキシ樹脂は厚さ15μm、PVDCは厚さ95μmに膨張する。
[Thermal expansion resin layer]
The thermally expandable resin layer needs only to cover at least a portion of the laminate and to be in contact with the metal housing.
The thermally expandable resin layer needs only to cover at least a part of the laminate, and may cover the side surfaces of the laminate.
The thermally expandable resin layer includes a thermally expandable resin.
Examples of thermal expansion resins include acrylic resin (linear expansion coefficient: 7×10 −5 /° C.), epoxy resin (linear expansion coefficient: 3×10 −5 /° C.), and polyvinylidene chloride (PVDC) (linear expansion coefficient: 19×10 −5 /° C.).
Assuming there is no deformation of the metal casing, when the thermally expandable resin layer is 5 mm thick and the temperature is raised from 20°C to 120°C, the acrylic resin will expand to a thickness of 35 μm, the epoxy resin to a thickness of 15 μm, and the PVDC to a thickness of 95 μm.
[金属筐体]
金属筐体は、積層体及び熱膨張樹脂層を収容し、且つ、熱膨張樹脂層と接していればよい。
金属筐体は、例えば、SUS筐体であってもよい。
[Metal case]
The metal housing only needs to accommodate the laminate and the thermally expandable resin layer and be in contact with the thermally expandable resin layer.
The metal housing may be, for example, a SUS housing.
[積層体]
積層体は、正極と、固体電解質層と、負極とをこの順に積層してなる。
[Laminate]
The laminate is formed by laminating a positive electrode, a solid electrolyte layer, and a negative electrode in this order.
[正極]
正極は、正極層、正極集電体を含む。正極には正極端子が接続されていてもよく、正極集電体が正極端子であってもよい。
[Positive electrode]
The positive electrode includes a positive electrode layer and a positive electrode current collector. A positive electrode terminal may be connected to the positive electrode, and the positive electrode current collector may be the positive electrode terminal.
[正極層]
正極層は、正極活物質を含み、任意成分として、固体電解質、導電材、及びバインダー等が含まれていてもよい。
[Positive electrode layer]
The positive electrode layer contains a positive electrode active material, and may contain optional components such as a solid electrolyte, a conductive material, and a binder.
正極活物質の種類について特に制限はなく、電池の活物質として使用可能な材料をいずれも採用可能である。電池がリチウム二次電池の場合は、正極活物質は、例えば、金属リチウム(Li)、リチウム合金、LiCoO2、LiNi0.8Co0.15Al0.05O2、LiNixCo1-xO2(0<x<1)、LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2、LiMnO2、異種元素置換Li-Mnスピネル、チタン酸リチウム、リン酸金属リチウム、LiCoN、Li2SiO3、及びLi4SiO4、遷移金属酸化物、TiS2、Si、SiO2、Si合金及びリチウム貯蔵性金属間化合物等を挙げることができる。異種元素置換Li-Mnスピネルは、例えばLiMn1.5Ni0.5O4、LiMn1.5Al0.5O4、LiMn1.5Mg0.5O4、LiMn1.5Co0.5O4、LiMn1.5Fe0.5O4、及びLiMn1.5Zn0.5O4等である。チタン酸リチウムは、例えばLi4Ti5O12等である。リン酸金属リチウムは、例えばLiFePO4、LiMnPO4、LiCoPO4、及びLiNiPO4等である。遷移金属酸化物は、例えばV2O5、及びMoO3等である。リチウム貯蔵性金属間化合物は、例えばMg2Sn、Mg2Ge、Mg2Sb、及びCu3Sb等である。
リチウム合金としては、Li-Au、Li-Mg、Li-Sn、Li-Si、Li-Al、Li-B、Li-C、Li-Ca、Li-Ga、Li-Ge、Li-As、Li-Se、Li-Ru、Li-Rh、Li-Pd、Li-Ag、Li-Cd、Li-In、Li-Sb、Li-Ir、Li-Pt、Li-Hg、Li-Pb、Li-Bi、Li-Zn、Li-Tl、Li-Te、及びLi-At等が挙げられる。Si合金としては、Li等の金属との合金等が挙げられ、その他、Sn、Ge、及びAlからなる群より選ばれる少なくとも一種の金属との合金であってもよい。
正極活物質の形状は特に限定されるものではないが、粒子状であってもよい。正極活物質が粒子状である場合、正極活物質は一次粒子であってもよく、二次粒子であってもよい。正極活物質の平均粒子径(D50)は、例えば、1nm以上100μm以下であってもよく、10nm以上30μm以下であってもよい。
正極活物質の表面には、Liイオン伝導性酸化物を含有するコート層が形成されていても良い。正極活物質と、固体電解質との反応を抑制できるからである。
Liイオン伝導性酸化物としては、例えば、LiNbO3、Li4Ti5O12、及び、Li3PO4等が挙げられる。コート層の厚さは、例えば、0.1nm以上であり、1nm以上であっても良い。一方、コート層の厚さは、例えば、100nm以下であり、20nm以下であっても良い。正極活物質の表面におけるコート層の被覆率は、例えば、70%以上であり、90%以上であっても良い。
There is no particular limitation on the type of the positive electrode active material, and any material that can be used as an active material for a battery can be used. In the case where the battery is a lithium secondary battery, examples of the positive electrode active material include metallic lithium (Li), lithium alloys, LiCoO 2 , LiNi 0.8 Co 0.15 Al 0.05 O 2 , LiNi x Co 1-x O 2 (0<x<1), LiNi 1/3 Co 1/3 Mn 1/3 O 2 , LiMnO 2 , Li-Mn spinel substituted with a different element, lithium titanate, lithium metal phosphate, LiCoN, Li 2 SiO 3 , and Li 4 SiO 4 , transition metal oxides, TiS 2 , Si, SiO 2 , Si alloys, and lithium storage intermetallic compounds. Examples of the Li-Mn spinel substituted with different elements include LiMn1.5Ni0.5O4 , LiMn1.5Al0.5O4 , LiMn1.5Mg0.5O4 , LiMn1.5Co0.5O4, LiMn1.5Fe0.5O4, and LiMn1.5Zn0.5O4. Examples of the lithium titanate include Li4Ti5O12 . Examples of the lithium metal phosphate include LiFePO4 , LiMnPO4 , LiCoPO4 , and LiNiPO4 . Examples of the transition metal oxide include V2O5 and MoO3 . Examples of lithium-storing intermetallic compounds include Mg 2 Sn, Mg 2 Ge, Mg 2 Sb, and Cu 3 Sb.
Examples of lithium alloys include Li-Au, Li-Mg, Li-Sn, Li-Si, Li-Al, Li-B, Li-C, Li-Ca, Li-Ga, Li-Ge, Li-As, Li-Se, Li-Ru, Li-Rh, Li-Pd, Li-Ag, Li-Cd, Li-In, Li-Sb, Li-Ir, Li-Pt, Li-Hg, Li-Pb, Li-Bi, Li-Zn, Li-Tl, Li-Te, and Li-At. Examples of Si alloys include alloys with metals such as Li, and may also be alloys with at least one metal selected from the group consisting of Sn, Ge, and Al.
The shape of the positive electrode active material is not particularly limited, but may be particulate. When the positive electrode active material is particulate, the positive electrode active material may be primary particles or secondary particles. The average particle diameter (D50) of the positive electrode active material may be, for example, 1 nm or more and 100 μm or less, or 10 nm or more and 30 μm or less.
A coating layer containing a Li ion conductive oxide may be formed on the surface of the positive electrode active material, because this can suppress the reaction between the positive electrode active material and the solid electrolyte.
Examples of Li ion conductive oxides include LiNbO 3 , Li 4 Ti 5 O 12 , and Li 3 PO 4 . The thickness of the coating layer is, for example, 0.1 nm or more, and may be 1 nm or more. On the other hand, the thickness of the coating layer is, for example, 100 nm or less, and may be 20 nm or less. The coverage of the coating layer on the surface of the positive electrode active material is, for example, 70% or more, and may be 90% or more.
固体電解質としては、固体電解質層において例示するものと同様のものを例示することができる。
正極層における固体電解質の含有量は、特に限定されないが、正極層の総質量を100質量%としたとき、例えば1質量%~80質量%の範囲内であってもよい。
As the solid electrolyte, the same ones as those exemplified in the solid electrolyte layer can be exemplified.
The content of the solid electrolyte in the positive electrode layer is not particularly limited, but may be, for example, within a range of 1 mass % to 80 mass % when the total mass of the positive electrode layer is taken as 100 mass %.
導電材としては、公知のものを用いることができ、例えば、炭素材料、及び金属粒子等が挙げられる。炭素材料としては、例えば、アセチレンブラック、ファーネスブラック、VGCF、カーボンナノチューブ、及び、カーボンナノファイバーからなる群より選ばれる少なくとも一種を挙げることができる。中でも、電子伝導性の観点から、VGCF、カーボンナノチューブ、及び、カーボンナノファイバーからなる群より選ばれる少なくとも一種であってもよい。金属粒子としては、Ni、Cu、Fe、及びSUS等の粒子が挙げられる。
正極層における導電材の含有量は特に限定されるものではない。
The conductive material may be a known material, such as a carbon material and metal particles. The carbon material may be at least one selected from the group consisting of acetylene black, furnace black, VGCF, carbon nanotubes, and carbon nanofibers. Among them, from the viewpoint of electronic conductivity, at least one selected from the group consisting of VGCF, carbon nanotubes, and carbon nanofibers may be used. The metal particles may be particles of Ni, Cu, Fe, SUS, etc.
The content of the conductive material in the positive electrode layer is not particularly limited.
結着剤(バインダー)としては、アクリロニトリルブタジエンゴム(ABR)、ブタジエンゴム(BR)、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)、スチレンブタジエンゴム(SBR)等を例示することができる。正極層における結着剤の含有量は特に限定されるものではない。 Examples of the binder include acrylonitrile butadiene rubber (ABR), butadiene rubber (BR), polyvinylidene fluoride (PVdF), and styrene butadiene rubber (SBR). The amount of the binder in the positive electrode layer is not particularly limited.
正極層の厚みについては特に限定されるものではない。 There are no particular limitations on the thickness of the positive electrode layer.
正極層は、従来公知の方法で形成することができる。
例えば、正極活物質、及び、必要に応じ他の成分を溶媒中に投入し、撹拌することにより、正極層用スラリーを作製し、当該正極層用スラリーを正極集電体等の支持体の一面上に塗布して乾燥させることにより、正極層が得られる。
溶媒は、例えば酢酸ブチル、酪酸ブチル、ヘプタン、及びN-メチル-2-ピロリドン(NMP)等が挙げられる。
正極集電体等の支持体の一面上に正極層用スラリーを塗布する方法は、特に限定されず、ドクターブレード法、メタルマスク印刷法、静電塗布法、ディップコート法、スプレーコート法、ロールコート法、グラビアコート法、及びスクリーン印刷法等が挙げられる。
支持体としては、自己支持性を有するものを適宜選択して用いることができ、特に限定はされず、例えばCu及びAlなどの金属箔等を用いることができる。
The positive electrode layer can be formed by a conventionally known method.
For example, a positive electrode active material and, if necessary, other components are put into a solvent and stirred to prepare a positive electrode layer slurry, and the positive electrode layer slurry is applied onto one side of a support such as a positive electrode current collector and dried to obtain a positive electrode layer.
Examples of the solvent include butyl acetate, butyl butyrate, heptane, and N-methyl-2-pyrrolidone (NMP).
The method for applying the positive electrode layer slurry onto one surface of a support such as a positive electrode current collector is not particularly limited, and examples thereof include a doctor blade method, a metal mask printing method, an electrostatic application method, a dip coating method, a spray coating method, a roll coating method, a gravure coating method, and a screen printing method.
The support can be appropriately selected from those having self-supporting properties and is not particularly limited. For example, metal foils such as Cu and Al can be used.
また、正極層の形成方法の別の方法として、正極活物質及び必要に応じ他の成分を含む正極合剤の粉末を加圧成形することにより正極層を形成してもよい。正極合剤の粉末を加圧成形する場合には、通常、1MPa以上600MPa以下程度のプレス圧を負荷する。
加圧方法としては、特に制限されないが、例えば、平板プレス、及びロールプレス等を用いて圧力を付加する方法等が挙げられる。
As another method for forming the positive electrode layer, the positive electrode layer may be formed by pressure molding a powder of a positive electrode mixture containing a positive electrode active material and other components as necessary. When the powder of the positive electrode mixture is pressure molded, a press pressure of about 1 MPa to 600 MPa is usually applied.
The method of applying pressure is not particularly limited, but examples thereof include a method of applying pressure using a plate press, a roll press, or the like.
[正極集電体]
正極集電体としては、電池の集電体として使用可能な公知の金属を用いることができる。そのような金属としては、Cu、Ni、Al、V、Au、Pt、Mg、Fe、Ti、Co、Cr、Zn、Ge、及びInからなる群から選択される一又は二以上の元素を含む金属材料を例示することができる。正極集電体としては、例えばSUS、アルミニウム、ニッケル、鉄、チタンおよびカーボン等が挙げられる。
正極集電体の形態は特に限定されるものではなく、箔状、及びメッシュ状等、種々の形態とすることができる。正極集電体の厚さは、形状によって異なるものであるが、例えば1μm~50μmの範囲内であってもよく、5μm~20μmの範囲内であってもよい。
正極集電体は正極端子と接続されていてもよく、正極集電体が正極端子であってもよい。
[Positive electrode current collector]
The positive electrode current collector may be a known metal that can be used as a current collector for a battery. Examples of such metals include metal materials containing one or more elements selected from the group consisting of Cu, Ni, Al, V, Au, Pt, Mg, Fe, Ti, Co, Cr, Zn, Ge, and In. Examples of the positive electrode current collector include SUS, aluminum, nickel, iron, titanium, and carbon.
The shape of the positive electrode current collector is not particularly limited, and may be in various shapes such as a foil shape, a mesh shape, etc. The thickness of the positive electrode current collector varies depending on the shape, but may be, for example, in the range of 1 μm to 50 μm, or in the range of 5 μm to 20 μm.
The positive electrode current collector may be connected to a positive electrode terminal, or the positive electrode current collector may be the positive electrode terminal.
[負極]
負極は、負極集電体及び負極層を含む。負極には負極端子が接続されていてもよく、負極集電体が負極端子であってもよい。
[Negative electrode]
The negative electrode includes a negative electrode current collector and a negative electrode layer. A negative electrode terminal may be connected to the negative electrode, and the negative electrode current collector may be the negative electrode terminal.
[負極層]
負極層は、少なくとも負極活物質を含有し、必要に応じ、導電材、結着剤、及び、固体電解質等を含有する。
負極活物質としては、グラファイト、メソカーボンマイクロビーズ(MCMB)、高配向性グラファイト(HOPG)、ハードカーボン、ソフトカーボン、リチウム単体、リチウム合金、Si単体、Si合金、及びLi4Ti5O12等が挙げられる。リチウム合金及びSi合金としては、正極活物質において例示するものと同様のものを用いることができる。
負極活物質の形状は特に限定されず、粒子状、及び板状等が挙げられる。負極活物質が粒子状である場合、負極活物質は一次粒子であってもよく、二次粒子であってもよい。また、負極活物質の平均粒子径(D50)は、例えば、1nm以上100μm以下であってもよく、10nm以上30μm以下であってもよい。
負極活物質の形状は特に限定されず、粒子状、及び板状等が挙げられる。
負極層に用いられる導電材、及び、結着剤は、正極層において例示するものと同様のものを用いることができる。負極層に用いられる固体電解質は、固体電解質層において例示するものと同様のものを用いることができる。
負極層の厚さは、特に限定されないが、例えば、10~100μmであってもよい。
負極層における負極活物質の含有量は、特に限定されないが、例えば、20質量%~90質量%であってもよい。
[Negative electrode layer]
The negative electrode layer contains at least a negative electrode active material, and optionally contains a conductive material, a binder, a solid electrolyte, and the like.
Examples of the negative electrode active material include graphite, mesocarbon microbeads (MCMB), highly oriented graphite (HOPG), hard carbon, soft carbon, lithium alone, lithium alloy, Si alone, Si alloy, and Li 4 Ti 5 O 12. As the lithium alloy and Si alloy, the same ones as those exemplified in the positive electrode active material can be used.
The shape of the negative electrode active material is not particularly limited, and may be a particulate shape, a plate shape, or the like. When the negative electrode active material is particulate, the negative electrode active material may be a primary particle or a secondary particle. The average particle diameter (D50) of the negative electrode active material may be, for example, 1 nm or more and 100 μm or less, or 10 nm or more and 30 μm or less.
The shape of the negative electrode active material is not particularly limited, and examples thereof include a particulate shape and a plate shape.
The conductive material and binder used in the negative electrode layer may be the same as those exemplified in the positive electrode layer, and the solid electrolyte used in the negative electrode layer may be the same as those exemplified in the solid electrolyte layer.
The thickness of the negative electrode layer is not particularly limited, but may be, for example, 10 to 100 μm.
The content of the negative electrode active material in the negative electrode layer is not particularly limited, but may be, for example, 20% by mass to 90% by mass.
[負極集電体]
負極集電体の材料は、Liと合金化しない材料であってもよく、例えばSUS及び、Cu及び、Ni等を挙げることができる。負極集電体の形態としては、例えば、箔状及び、板状等を挙げることができる。負極集電体の平面視形状は、特に限定されるものではないが、例えば、円状及び、楕円状及び、矩形状及び、任意の多角形状等を挙げることができる。また、負極集電体の厚さは、形状によって異なるものであるが、例えば1μm~50μmの範囲内であってもよく、5μm~20μmの範囲内であってもよい。
負極集電体は負極端子と接続されていてもよく、負極集電体が負極端子であってもよい。
[Negative electrode current collector]
The material of the negative electrode current collector may be a material that does not alloy with Li, and examples of such materials include SUS, Cu, and Ni. Examples of the shape of the negative electrode current collector include foil and plate shapes. The planar shape of the negative electrode current collector is not particularly limited, and examples of such shapes include circular, elliptical, rectangular, and any polygonal shape. The thickness of the negative electrode current collector varies depending on the shape, and may be, for example, in the range of 1 μm to 50 μm, or in the range of 5 μm to 20 μm.
The negative electrode current collector may be connected to a negative electrode terminal, or the negative electrode current collector may be the negative electrode terminal.
[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。
固体電解質層に含有させる固体電解質としては、固体電池に使用可能な公知の固体電解質を適宜用いることができ、酸化物系固体電解質、及び硫化物系固体電解質等が挙げられる。
硫化物系固体電解質としては、例えば、Li2S-P2S5、Li2S-SiS2、LiX-Li2S-SiS2、LiX-Li2S-P2S5、LiX-Li2O-Li2S-P2S5、LiX-Li2S-P2O5、LiX-Li3PO4-P2S5、及びLi3PS4等が挙げられる。なお、上記「Li2S-P2S5」の記載は、Li2SおよびP2S5を含む原料組成物を用いてなる材料を意味し、他の記載についても同様である。また、上記LiXの「X」は、ハロゲン元素を示す。上記LiXを含む原料組成物中にLiXは1種又は2種以上含まれていてもよい。LiXが2種以上含まれる場合、2種以上の混合比率は特に限定されるものではない。
硫化物系固体電解質における各元素のモル比は、原料における各元素の含有量を調整することにより制御できる。また、硫化物系固体電解質における各元素のモル比や組成は、例えば、ICP発光分析法で測定することができる。
[Solid electrolyte layer]
The solid electrolyte layer includes at least a solid electrolyte.
As the solid electrolyte contained in the solid electrolyte layer, any known solid electrolyte that can be used in solid-state batteries can be appropriately used, and examples of such solid electrolyte include oxide-based solid electrolytes and sulfide-based solid electrolytes.
Examples of sulfide-based solid electrolytes include Li 2 S-P 2 S 5 , Li 2 S-SiS 2 , LiX-Li 2 S-SiS 2 , LiX-Li 2 S-P 2 S 5 , LiX-Li 2 O-Li 2 S-P 2 S 5 , LiX-Li 2 S-P 2 O 5 , LiX-Li 3 PO 4 -P 2 S 5 , and Li 3 PS 4. The above description of "Li 2 S-P 2 S 5 " means a material obtained by using a raw material composition containing Li 2 S and P 2 S 5 , and the same applies to other descriptions. The "X" in the above LiX represents a halogen element. The LiX-containing raw material composition may contain one or more types of LiX. When two or more types of LiX are contained, the mixing ratio of the two or more types is not particularly limited.
The molar ratio of each element in the sulfide-based solid electrolyte can be controlled by adjusting the content of each element in the raw material. The molar ratio and composition of each element in the sulfide-based solid electrolyte can be measured, for example, by ICP emission spectrometry.
硫化物系固体電解質は、硫化物ガラスであってもよく、結晶化硫化物ガラス(ガラスセラミックス)であってもよく、原料組成物に対する固相反応処理により得られる結晶質材料であってもよい。
硫化物系固体電解質の結晶状態は、例えば、硫化物系固体電解質に対してCuKα線を使用した粉末X線回折測定を行うことにより確認することができる。
The sulfide-based solid electrolyte may be a sulfide glass, a crystallized sulfide glass (glass ceramics), or a crystalline material obtained by subjecting a raw material composition to a solid-phase reaction treatment.
The crystalline state of the sulfide-based solid electrolyte can be confirmed, for example, by subjecting the sulfide-based solid electrolyte to powder X-ray diffraction measurement using CuKα radiation.
硫化物ガラスは、原料組成物(例えばLi2SおよびP2S5の混合物)を非晶質処理することにより得ることができる。非晶質処理としては、例えば、メカニカルミリングが挙げられる。 The sulfide glass can be obtained by subjecting a raw material composition (e.g., a mixture of Li2S and P2S5 ) to an amorphous process. Examples of the amorphous process include mechanical milling.
ガラスセラミックスは、例えば、硫化物ガラスを熱処理することにより得ることができる。
熱処理温度は、硫化物ガラスの熱分析測定により観測される結晶化温度(Tc)よりも高い温度であればよく、通常、195℃以上である。一方、熱処理温度の上限は特に限定されない。
硫化物ガラスの結晶化温度(Tc)は、示差熱分析(DTA)により測定することができる。
熱処理時間は、ガラスセラミックスの所望の結晶化度が得られる時間であれば特に限定されるものではないが、例えば1分間~24時間の範囲内であり、中でも、1分間~10時間の範囲内が挙げられる。
熱処理の方法は特に限定されるものではないが、例えば、焼成炉を用いる方法を挙げることができる。
Glass ceramics can be obtained, for example, by heat treating a sulfide glass.
The heat treatment temperature may be any temperature higher than the crystallization temperature (Tc) of the sulfide glass observed by thermal analysis, and is usually 195° C. or higher. On the other hand, there is no particular upper limit to the heat treatment temperature.
The crystallization temperature (Tc) of the sulfide glass can be measured by differential thermal analysis (DTA).
The heat treatment time is not particularly limited as long as it is a time that can obtain the desired crystallinity of the glass ceramics, but is, for example, in the range of 1 minute to 24 hours, and particularly, in the range of 1 minute to 10 hours.
The method of heat treatment is not particularly limited, but may be, for example, a method using a baking furnace.
酸化物系固体電解質としては、例えばLi元素と、La元素と、A元素(Aは、Zr、Nb、Ta、及びAlの少なくとも1種である)と、O元素とを有するガーネット型の結晶構造を有する物質等が挙げられる。酸化物系固体電解質としては、例えばLi3+xPO4-xNx(1≦x≦3)等であってもよい。 The oxide-based solid electrolyte may be, for example, a substance having a garnet-type crystal structure containing Li, La, A (A is at least one of Zr, Nb, Ta, and Al), and O. The oxide-based solid electrolyte may be, for example, Li 3+x PO 4-x N x (1≦x≦3).
固体電解質の形状は、取扱い性が良いという観点から粒子状であってもよい。
また、固体電解質の粒子の平均粒径(D50)は、特に限定されないが、下限が0.5μm以上であってもよく、上限が2μm以下であってもよい。
The solid electrolyte may be in the form of particles from the viewpoint of ease of handling.
Furthermore, the average particle size (D50) of the solid electrolyte particles is not particularly limited, but the lower limit may be 0.5 μm or more and the upper limit may be 2 μm or less.
本開示において、粒子の平均粒径は、特記しない限り、レーザー回折・散乱式粒子径分布測定により測定される体積基準のメディアン径(D50)の値である。また、本開示においてメディアン径(D50)とは、粒径の小さい粒子から順に並べた場合に、粒子の累積体積が全体の体積の半分(50%)となる径(体積平均径)である。 In this disclosure, unless otherwise specified, the average particle size of particles is the volume-based median diameter (D50) value measured by laser diffraction/scattering particle size distribution measurement. In addition, in this disclosure, the median diameter (D50) is the diameter (volume average diameter) at which the cumulative volume of particles is half (50%) of the total volume when the particles are arranged in order from smallest to largest particle size.
固体電解質は、1種単独で、又は2種以上のものを用いることができる。また、2種以上の固体電解質を用いる場合、2種以上の固体電解質を混合してもよく、又は2層以上の固体電解質それぞれの層を形成して多層構造としてもよい。
固体電解質層中の固体電解質の割合は、特に限定されるものではないが、例えば50質量%以上であり、60質量%以上100質量%以下の範囲内であってもよく、70質量%以上100質量%以下の範囲内であってもよく、100質量%であってもよい。
The solid electrolyte may be used alone or in combination of two or more kinds. When two or more kinds of solid electrolytes are used, the two or more kinds of solid electrolytes may be mixed, or two or more layers of the solid electrolyte may be formed to form a multilayer structure.
The proportion of the solid electrolyte in the solid electrolyte layer is not particularly limited, but is, for example, 50% by mass or more, may be in the range of 60% by mass or more and 100% by mass or less, may be in the range of 70% by mass or more and 100% by mass or less, or may be 100% by mass.
固体電解質層には、可塑性を発現させる等の観点から、バインダーを含有させることもできる。そのようなバインダーとしては、正極層に用いられるバインダーとして例示した材料等を例示することができる。ただし、高出力化を図り易くするために、固体電解質の過度の凝集を防止し且つ均一に分散された固体電解質を有する固体電解質層を形成可能にする等の観点から、固体電解質層に含有させるバインダーは5質量%以下としてもよい。 The solid electrolyte layer may contain a binder from the viewpoint of expressing plasticity. Examples of such binders include the materials exemplified as the binders used in the positive electrode layer. However, in order to facilitate high output, the binder may be contained in the solid electrolyte layer in an amount of 5 mass% or less from the viewpoint of preventing excessive aggregation of the solid electrolyte and enabling the formation of a solid electrolyte layer having a uniformly dispersed solid electrolyte.
固体電解質層を形成する方法としては、固体電解質を含む固体電解質材料の粉末を加圧成形する方法等が挙げられる。固体電解質材料の粉末を加圧成形する場合には、通常、1MPa以上600MPa以下程度のプレス圧を負荷する。
加圧方法としては、特に制限されないが、正極層の形成において例示する加圧方法が挙げられる。
The method for forming the solid electrolyte layer includes a method of pressing a powder of a solid electrolyte material containing a solid electrolyte, etc. When pressing the powder of the solid electrolyte material, a press pressure of about 1 MPa or more and 600 MPa or less is usually applied.
The method of applying pressure is not particularly limited, but may be any of the pressure applying methods exemplified in the formation of the positive electrode layer.
固体電解質層の厚みは特に限定されるものではなく、通常0.1μm以上1mm以下である。 The thickness of the solid electrolyte layer is not particularly limited, but is usually 0.1 μm or more and 1 mm or less.
固体電池としては、一次電池であっても良く、二次電池であっても良いが、中でも二次電池であってもよい。二次電池は繰り返し充放電が可能である。二次電池は、例えば車載用電池として有用である。また、固体電池は、固体リチウム二次電池であってもよい。 The solid-state battery may be a primary battery or a secondary battery, but it may be a secondary battery in particular. Secondary batteries can be repeatedly charged and discharged. Secondary batteries are useful, for example, as in-vehicle batteries. The solid-state battery may also be a solid-state lithium secondary battery.
(実施例1)
正極集電箔、正極層、固体電解質層、負極層、負極集電箔をこの順に積層してなる積層体を準備した。
積層体の構成は以下の通りである。
・正極集電箔:Al 厚さt=15μm
・正極層: NCM(LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2:正極活物質)/固体電解質/PVdF(結着剤)=80:15:5wt%
・負極層: Si(負極活物質)/固体電解質/SBR(結着剤)=50:48:2wt%
・負極集電箔:Cu 厚さt=15μm
・固体電解質層:硫化物系固体電解質
固体電池は以下の方法により得た。
積層体の周囲にポリ塩化ビニリデン(PVDC)樹脂(厚み5mm)を被覆して固化させ積層体の側面に熱膨張樹脂層を形成した。積層体及び熱膨張樹脂層を熱膨張樹脂層が金属筐体としてのSUS筐体に接触するようにSUS筐体内に挿入して固体電池とした。
図4は、実施例1の固体電池(積層体-PVDC樹脂層-SUS筐体)の模式図である。
Example 1
A laminate was prepared by laminating a positive electrode current collector foil, a positive electrode layer, a solid electrolyte layer, a negative electrode layer, and a negative electrode current collector foil in this order.
The structure of the laminate is as follows:
Positive electrode current collector foil: Al thickness t = 15 μm
Positive electrode layer: NCM (LiNi 1/3 Co 1/3 Mn 1/3 O 2 : positive electrode active material)/solid electrolyte/PVdF (binder) = 80:15:5 wt %
Negative electrode layer: Si (negative electrode active material)/solid electrolyte/SBR (binder)=50:48:2 wt%
Negative electrode current collector foil: Cu thickness t = 15 μm
Solid electrolyte layer: sulfide-based solid electrolyte A solid-state battery was obtained by the following method.
The laminate was coated with polyvinylidene chloride (PVDC) resin (thickness: 5 mm) and solidified to form a thermally expandable resin layer on the side of the laminate. The laminate and the thermally expandable resin layer were inserted into a SUS housing as a metal housing so that the thermally expandable resin layer was in contact with the SUS housing to form a solid-state battery.
FIG. 4 is a schematic diagram of the solid-state battery of Example 1 (laminate-PVDC resin layer-SUS case).
[評価方法]
実施例1の固体電池に対して次に示す耐久試験を行い、容量維持率を測定した。結果を表1に示す。
[Evaluation method]
The solid-state battery of Example 1 was subjected to the following durability test to measure the capacity retention rate. The results are shown in Table 1.
[耐久試験前の放電容量測定]
実施例1で得られた固体電池を、無拘束状態で、25℃、0.1CでSOC0%から100%までの充電と、0.1CでSOC100%から0%までの放電を行い、固体電池の耐久試験前の放電容量を測定した。
[耐久試験]
実施例1で得られた固体電池を、25℃の条件で、1CでSOC0%から100%までの充電と、1CでSOC100%から0%までの放電を1サイクルとして合計100サイクル充放電を行った。
[耐久試験後の放電容量測定]
耐久試験後の実施例1で得られた固体電池を、25℃、0.1CでSOC0%から100%までの充電と、0.1CでSOC100%から0%までの放電を行い、固体電池の耐久試験後の放電容量を測定した。
固体電池の耐久試験後の放電容量を耐久試験前の放電容量で割り、100を掛けることにより、固体電池の容量維持率を算出した。後述する比較例1のサイクル試験直後の容量維持率を100%としたときの実施例1のサイクル試験直後の容量維持率を示す結果を表1に示す。
[放電工程]
容量維持率を算出した後、放電工程として固体電池のSOCを0%に調整した。
[規定温度付与工程]
その後、規定温度付与工程として固体電池を過剰温度として設定した130℃で30minの環境に曝した後、再度容量維持率を測定した。また、規定温度付与工程として固体電池を適正温度として設定した120℃で30minの環境に曝した後、再度容量維持率を測定した。後述する比較例1のサイクル試験直後の容量維持率を100%としたときの実施例1の過剰温度付与後の容量維持率及び後述する比較例1のサイクル試験直後の容量維持率を100%としたときの実施例1の適正温度付与後の容量維持率を示す結果を表1に示す。
なお、過剰温度は、固体電池の劣化限界温度を考慮して設定した。
[Discharge capacity measurement before durability test]
The solid-state battery obtained in Example 1 was charged in an unconstrained state at 25° C. and 0.1 C from 0% to 100% SOC, and discharged at 0.1 C from 100% to 0% SOC, and the discharge capacity of the solid-state battery before the durability test was measured.
[Durability test]
The solid-state battery obtained in Example 1 was charged and discharged for a total of 100 cycles at 25° C., with one cycle being charging from 0% to 100% SOC at 1C and discharging from 100% to 0% SOC at 1C.
[Discharge capacity measurement after durability test]
The solid-state battery obtained in Example 1 after the durability test was charged at 25° C. and 0.1 C from SOC 0% to 100%, and discharged at 0.1 C from SOC 100% to 0%, and the discharge capacity of the solid-state battery after the durability test was measured.
The capacity retention rate of the solid-state battery was calculated by dividing the discharge capacity of the solid-state battery after the durability test by the discharge capacity before the durability test, and multiplying the result by 100. Table 1 shows the results showing the capacity retention rate immediately after the cycle test of Example 1 when the capacity retention rate immediately after the cycle test of Comparative Example 1 described later is set to 100%.
[Discharge process]
After calculating the capacity retention rate, the SOC of the solid-state battery was adjusted to 0% as a discharging step.
[Specified temperature application process]
Thereafter, as a specified temperature application step, the solid-state battery was exposed to an environment of 130° C., which was set as an excessive temperature, for 30 minutes, and the capacity retention rate was measured again. Also, as a specified temperature application step, the solid-state battery was exposed to an environment of 120° C., which was set as an appropriate temperature, for 30 minutes, and the capacity retention rate was measured again. Table 1 shows the results of the capacity retention rate after application of an excessive temperature in Example 1 when the capacity retention rate immediately after the cycle test in Comparative Example 1 described later is set to 100%, and the capacity retention rate after application of an appropriate temperature in Example 1 when the capacity retention rate immediately after the cycle test in Comparative Example 1 described later is set to 100%.
The excessive temperature was set in consideration of the degradation limit temperature of the solid-state battery.
(比較例1)
積層体の側面に熱膨張樹脂層を形成せずに、積層体がSUS筐体に接触しないように、積層体を、内部をテープで絶縁処理したSUS筐体内へ挿入したこと以外は実施例1と同様の方法で固体電池を得た。
図5は、比較例1の固体電池(積層体-テープ-SUS筐体)の模式図である。
比較例1の固体電池に対して実施例1と同様の方法で耐久試験を行い、容量維持率を測定した。比較例1のサイクル試験直後の容量維持率を100%としたときの比較例1の過剰温度付与後の容量維持率及び比較例1のサイクル試験直後の容量維持率を100%としたときの比較例1の適正温度付与後の容量維持率を示す結果を表1に示す。
(Comparative Example 1)
A solid-state battery was obtained in the same manner as in Example 1, except that a thermally expandable resin layer was not formed on the side surface of the laminate, and the laminate was inserted into a SUS housing whose inside was insulated with tape so that the laminate would not come into contact with the SUS housing.
FIG. 5 is a schematic diagram of the solid-state battery of Comparative Example 1 (laminate-tape-SUS case).
A durability test was performed on the solid-state battery of Comparative Example 1 to measure the capacity retention rate in the same manner as in Example 1. Table 1 shows the results of the capacity retention rate after application of an excessive temperature in Comparative Example 1 when the capacity retention rate immediately after the cycle test in Comparative Example 1 is taken as 100%, and the capacity retention rate after application of an appropriate temperature in Comparative Example 1 when the capacity retention rate immediately after the cycle test in Comparative Example 1 is taken as 100%.
(比較例2)
2層樹脂被覆として、積層体の周囲にエポキシ樹脂を被覆して固化させ積層体の側面に第1熱膨張樹脂層を形成し、さらにその周囲にアクリル樹脂を被覆して固化させ第1熱膨張樹脂層の側面に第2熱膨張樹脂層を形成し、これらをSUS筐体へ挿入したこと以外は実施例1と同様の方法で固体電池を得た。第1熱膨張樹脂層と第2熱膨張樹脂層の合計の厚みは4mmであり、第2熱膨張樹脂層とSUS筐体とは接触しないように第2熱膨張樹脂層とSUS筐体との間に空間を設けた。
図6は、比較例2の固体電池(積層体-エポキシ樹脂-アクリル樹脂-空間-SUS筐体)の模式図である。
比較例2の固体電池に対して実施例1と同様の方法で耐久試験を行い、容量維持率を測定した。比較例1のサイクル試験直後の容量維持率を100%としたときの比較例2の過剰温度付与後の容量維持率及び比較例1のサイクル試験直後の容量維持率を100%としたときの比較例2の適正温度付与後の容量維持率を示す結果を表1に示す。
(Comparative Example 2)
A solid-state battery was obtained in the same manner as in Example 1, except that, as a two-layer resin coating, an epoxy resin was coated around the laminate and solidified to form a first thermal expansion resin layer on the side of the laminate, an acrylic resin was further coated around the laminate and solidified to form a second thermal expansion resin layer on the side of the first thermal expansion resin layer, and these were inserted into a SUS housing. The total thickness of the first thermal expansion resin layer and the second thermal expansion resin layer was 4 mm, and a space was provided between the second thermal expansion resin layer and the SUS housing so that the second thermal expansion resin layer would not come into contact with the SUS housing.
FIG. 6 is a schematic diagram of a solid-state battery of Comparative Example 2 (laminate-epoxy resin-acrylic resin-space-SUS case).
A durability test was performed on the solid-state battery of Comparative Example 2 to measure the capacity retention rate in the same manner as in Example 1. Table 1 shows the results of the capacity retention rate after application of an excessive temperature in Comparative Example 2 when the capacity retention rate immediately after the cycle test of Comparative Example 1 is taken as 100%, and the capacity retention rate after application of an appropriate temperature in Comparative Example 2 when the capacity retention rate immediately after the cycle test of Comparative Example 1 is taken as 100%.
[評価結果]
実施例1の固体電池は、比較例1~2の固体電池と比較して過剰温度付与後の容量維持率及び適正温度付与後の容量維持率が高いことが確認された。したがって、本開示の製造方法によれば固体電池の容量低下を抑制することができることがわかる。
[Evaluation Results]
It was confirmed that the solid-state battery of Example 1 had a higher capacity retention rate after application of an excessive temperature and a higher capacity retention rate after application of an appropriate temperature than the solid-state batteries of Comparative Examples 1 and 2. Therefore, it is found that the manufacturing method of the present disclosure can suppress the capacity decrease of a solid-state battery.
Claims (1)
前記固体電池をSOC0%まで放電する工程と、
放電した前記固体電池に規定温度を付与する工程と、を含み、
前記熱膨張樹脂層と前記金属筐体が接していることを特徴とする固体電池の製造方法。 A method for manufacturing a solid-state battery comprising: a laminate in which a positive electrode, a solid electrolyte layer, and a negative electrode are laminated in this order; a thermally expandable resin layer covering at least a portion of the laminate; and a metal case that contains the laminate and the thermally expandable resin layer,
Discharging the solid-state battery to 0% SOC;
and applying a predetermined temperature to the discharged solid-state battery;
The method for manufacturing a solid-state battery, wherein the thermally expandable resin layer and the metal case are in contact with each other.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2021001436A JP7600690B2 (en) | 2021-01-07 | 2021-01-07 | Manufacturing method of solid-state battery |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2021001436A JP7600690B2 (en) | 2021-01-07 | 2021-01-07 | Manufacturing method of solid-state battery |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2022106441A JP2022106441A (en) | 2022-07-20 |
JP7600690B2 true JP7600690B2 (en) | 2024-12-17 |
Family
ID=82457241
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2021001436A Active JP7600690B2 (en) | 2021-01-07 | 2021-01-07 | Manufacturing method of solid-state battery |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP7600690B2 (en) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2024024728A1 (en) * | 2022-07-27 | 2024-02-01 | マクセル株式会社 | Electrochemical element, method for manufacturing same, and electrochemical element module |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2018116812A (en) | 2017-01-17 | 2018-07-26 | トヨタ自動車株式会社 | Manufacturing method of all-solid lithium ion battery |
WO2020031424A1 (en) | 2018-08-10 | 2020-02-13 | 株式会社村田製作所 | Solid-state battery |
JP2020027742A (en) | 2018-08-10 | 2020-02-20 | トヨタ自動車株式会社 | Manufacturing method for all-solid-state battery |
-
2021
- 2021-01-07 JP JP2021001436A patent/JP7600690B2/en active Active
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2018116812A (en) | 2017-01-17 | 2018-07-26 | トヨタ自動車株式会社 | Manufacturing method of all-solid lithium ion battery |
WO2020031424A1 (en) | 2018-08-10 | 2020-02-13 | 株式会社村田製作所 | Solid-state battery |
JP2020027742A (en) | 2018-08-10 | 2020-02-20 | トヨタ自動車株式会社 | Manufacturing method for all-solid-state battery |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2022106441A (en) | 2022-07-20 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP7327005B2 (en) | All-solid-state battery and manufacturing method thereof | |
JP7540536B2 (en) | All-solid-state battery | |
US20240304858A1 (en) | All-solid-state battery | |
JP6259704B2 (en) | Method for producing electrode for all solid state battery and method for producing all solid state battery | |
JP6988738B2 (en) | Negative electrode for sulfide all-solid-state battery and sulfide all-solid-state battery | |
JP7318511B2 (en) | All-solid battery | |
JP2020129519A (en) | All-solid battery | |
CN111864182A (en) | All-solid-state battery and method of making the same | |
JP7263977B2 (en) | All-solid battery | |
JP7600690B2 (en) | Manufacturing method of solid-state battery | |
JP7259677B2 (en) | All-solid battery | |
JP2021197302A (en) | Solid battery | |
JP7424261B2 (en) | Negative electrode materials and solid-state batteries | |
JP7433004B2 (en) | all solid state battery | |
JP7447847B2 (en) | Solid state battery manufacturing method | |
JP2022010554A (en) | Solid battery | |
JP7552635B2 (en) | How to restore capacity in solid-state batteries | |
JP7632177B2 (en) | Solid-state battery | |
JP7639732B2 (en) | Electrode mixture | |
JP7647456B2 (en) | Manufacturing method for all-solid-state batteries | |
JP7476788B2 (en) | Battery Module | |
JP7524875B2 (en) | Solid-state battery and method for manufacturing the same | |
JP7259639B2 (en) | All-solid battery | |
JP2024164977A (en) | Solid-state battery | |
JP2023109298A (en) | positive electrode |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20231018 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20240911 |
|
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: 20241105 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20241118 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 7600690 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |