JP2020516029A - 固体状電解質との間に簡易リチウム金属アノード界面を形成するためのシステム及び方法 - Google Patents
固体状電解質との間に簡易リチウム金属アノード界面を形成するためのシステム及び方法 Download PDFInfo
- Publication number
- JP2020516029A JP2020516029A JP2019553356A JP2019553356A JP2020516029A JP 2020516029 A JP2020516029 A JP 2020516029A JP 2019553356 A JP2019553356 A JP 2019553356A JP 2019553356 A JP2019553356 A JP 2019553356A JP 2020516029 A JP2020516029 A JP 2020516029A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- solid electrolyte
- metal
- electrochemical device
- electrochemically active
- electronic conductivity
- 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.)
- Granted
Links
- 239000007784 solid electrolyte Substances 0.000 title claims abstract description 104
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 67
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 66
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 102
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 102
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 93
- WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N Lithium Chemical compound [Li] WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 32
- 239000002243 precursor Substances 0.000 claims abstract description 28
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 claims abstract description 8
- 239000000956 alloy Substances 0.000 claims abstract description 8
- 238000000151 deposition Methods 0.000 claims abstract description 8
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims abstract description 8
- 230000001351 cycling effect Effects 0.000 claims abstract description 7
- 239000010410 layer Substances 0.000 claims description 84
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 claims description 29
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 claims description 26
- 239000011701 zinc Substances 0.000 claims description 26
- XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N Zinc monoxide Chemical group [Zn]=O XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 24
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 22
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims description 21
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 20
- -1 poly(paraphenylene vinylene) Polymers 0.000 claims description 20
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims description 18
- 229910052733 gallium Inorganic materials 0.000 claims description 16
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 claims description 16
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 claims description 16
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 16
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 15
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 15
- HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N Zinc Chemical compound [Zn] HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 15
- 229910052738 indium Inorganic materials 0.000 claims description 15
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 claims description 15
- 229910052718 tin Inorganic materials 0.000 claims description 15
- 239000011787 zinc oxide Substances 0.000 claims description 12
- 229910052787 antimony Inorganic materials 0.000 claims description 11
- 229910052788 barium Inorganic materials 0.000 claims description 11
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 claims description 11
- 229910052791 calcium Inorganic materials 0.000 claims description 11
- 229910052735 hafnium Inorganic materials 0.000 claims description 11
- 229910052758 niobium Inorganic materials 0.000 claims description 11
- 229910052708 sodium Inorganic materials 0.000 claims description 11
- 239000011734 sodium Substances 0.000 claims description 11
- 229910052712 strontium Inorganic materials 0.000 claims description 11
- 229910052715 tantalum Inorganic materials 0.000 claims description 11
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 claims description 11
- 229910052727 yttrium Inorganic materials 0.000 claims description 11
- 229910052726 zirconium Inorganic materials 0.000 claims description 11
- DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M Ilexoside XXIX Chemical compound C[C@@H]1CC[C@@]2(CC[C@@]3(C(=CC[C@H]4[C@]3(CC[C@@H]5[C@@]4(CC[C@@H](C5(C)C)OS(=O)(=O)[O-])C)C)[C@@H]2[C@]1(C)O)C)C(=O)O[C@H]6[C@@H]([C@H]([C@@H]([C@H](O6)CO)O)O)O.[Na+] DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M 0.000 claims description 10
- 229920001609 Poly(3,4-ethylenedioxythiophene) Polymers 0.000 claims description 10
- 229910052768 actinide Inorganic materials 0.000 claims description 10
- 150000001255 actinides Chemical class 0.000 claims description 10
- 229910052793 cadmium Inorganic materials 0.000 claims description 10
- 229910010293 ceramic material Inorganic materials 0.000 claims description 10
- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims description 10
- 229910052732 germanium Inorganic materials 0.000 claims description 10
- 229910052747 lanthanoid Inorganic materials 0.000 claims description 10
- 150000002602 lanthanoids Chemical group 0.000 claims description 10
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims description 10
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 229920000553 poly(phenylenevinylene) Polymers 0.000 claims description 10
- 229910052711 selenium Inorganic materials 0.000 claims description 10
- 229910052714 tellurium Inorganic materials 0.000 claims description 10
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 claims description 9
- 239000010936 titanium Substances 0.000 claims description 9
- 229910010778 Li6.25La2.7Zr2Al0.25O12 Inorganic materials 0.000 claims description 8
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 239000010949 copper Substances 0.000 claims description 8
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 claims description 8
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 229910017052 cobalt Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 239000010941 cobalt Substances 0.000 claims description 7
- GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N cobalt atom Chemical compound [Co] GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 239000002223 garnet Substances 0.000 claims description 7
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 239000011651 chromium Substances 0.000 claims description 6
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N Gallium Chemical compound [Ga] GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N Molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 claims description 5
- HSFWRNGVRCDJHI-UHFFFAOYSA-N alpha-acetylene Natural products C#C HSFWRNGVRCDJHI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 229910052797 bismuth Inorganic materials 0.000 claims description 5
- JCXGWMGPZLAOME-UHFFFAOYSA-N bismuth atom Chemical compound [Bi] JCXGWMGPZLAOME-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims description 5
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims description 5
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 239000010931 gold Substances 0.000 claims description 5
- APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N indium atom Chemical compound [In] APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 claims description 5
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 claims description 5
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 229920001197 polyacetylene Polymers 0.000 claims description 5
- 229920000767 polyaniline Polymers 0.000 claims description 5
- 229920000128 polypyrrole Polymers 0.000 claims description 5
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims description 5
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 239000004332 silver Substances 0.000 claims description 5
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 claims description 5
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 239000010959 steel Substances 0.000 claims description 5
- 229910019142 PO4 Inorganic materials 0.000 claims description 4
- ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N Tin Chemical group [Sn] ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 239000011247 coating layer Substances 0.000 claims description 4
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 4
- NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-K phosphate Chemical compound [O-]P([O-])([O-])=O NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-K 0.000 claims description 4
- 239000010452 phosphate Substances 0.000 claims description 4
- 239000013047 polymeric layer Substances 0.000 claims description 4
- 229920000069 polyphenylene sulfide Polymers 0.000 claims description 4
- XOLBLPGZBRYERU-UHFFFAOYSA-N tin dioxide Chemical compound O=[Sn]=O XOLBLPGZBRYERU-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229910001887 tin oxide Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910052720 vanadium Inorganic materials 0.000 claims description 4
- NRTOMJZYCJJWKI-UHFFFAOYSA-N Titanium nitride Chemical compound [Ti]#N NRTOMJZYCJJWKI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910003481 amorphous carbon Inorganic materials 0.000 claims description 3
- JRPBQTZRNDNNOP-UHFFFAOYSA-N barium titanate Chemical compound [Ba+2].[Ba+2].[O-][Ti]([O-])([O-])[O-] JRPBQTZRNDNNOP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910002113 barium titanate Inorganic materials 0.000 claims description 3
- CXKCTMHTOKXKQT-UHFFFAOYSA-N cadmium oxide Inorganic materials [Cd]=O CXKCTMHTOKXKQT-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- CFEAAQFZALKQPA-UHFFFAOYSA-N cadmium(2+);oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[Cd+2] CFEAAQFZALKQPA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910021393 carbon nanotube Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000002041 carbon nanotube Substances 0.000 claims description 3
- 229910021389 graphene Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 3
- AMGQUBHHOARCQH-UHFFFAOYSA-N indium;oxotin Chemical compound [In].[Sn]=O AMGQUBHHOARCQH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- NFFIWVVINABMKP-UHFFFAOYSA-N methylidynetantalum Chemical compound [Ta]#C NFFIWVVINABMKP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 claims description 3
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 claims description 3
- VEALVRVVWBQVSL-UHFFFAOYSA-N strontium titanate Chemical compound [Sr+2].[O-][Ti]([O-])=O VEALVRVVWBQVSL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910003468 tantalcarbide Inorganic materials 0.000 claims description 3
- LEONUFNNVUYDNQ-UHFFFAOYSA-N vanadium atom Chemical compound [V] LEONUFNNVUYDNQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 239000002228 NASICON Substances 0.000 claims description 2
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 claims description 2
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 claims description 2
- 229920000265 Polyparaphenylene Polymers 0.000 claims 1
- 150000003568 thioethers Chemical class 0.000 claims 1
- 229910001416 lithium ion Inorganic materials 0.000 abstract description 14
- HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N Lithium ion Chemical compound [Li+] HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 10
- 239000007787 solid Substances 0.000 abstract description 5
- 238000010586 diagram Methods 0.000 abstract description 2
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 10
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 8
- 239000006182 cathode active material Substances 0.000 description 4
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 4
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 4
- 238000010587 phase diagram Methods 0.000 description 4
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 4
- 238000007740 vapor deposition Methods 0.000 description 4
- 229910015645 LiMn Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 3
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 3
- 229910052748 manganese Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000011572 manganese Substances 0.000 description 3
- 229910012851 LiCoO 2 Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910013716 LiNi Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910013290 LiNiO 2 Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910012305 LiPON Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000005275 alloying Methods 0.000 description 2
- 239000012080 ambient air Substances 0.000 description 2
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 2
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 2
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 2
- 239000011262 electrochemically active material Substances 0.000 description 2
- 238000004146 energy storage Methods 0.000 description 2
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 2
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 2
- 239000011244 liquid electrolyte Substances 0.000 description 2
- GELKBWJHTRAYNV-UHFFFAOYSA-K lithium iron phosphate Chemical compound [Li+].[Fe+2].[O-]P([O-])([O-])=O GELKBWJHTRAYNV-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 2
- 229910021450 lithium metal oxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000005546 reactive sputtering Methods 0.000 description 2
- 239000011343 solid material Substances 0.000 description 2
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 2
- 229910052692 Dysprosium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052691 Erbium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052688 Gadolinium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052689 Holmium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910010586 LiFeO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910013275 LiMPO Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910015643 LiMn 2 O 4 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910014689 LiMnO Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910014422 LiNi1/3Mn1/3Co1/3O2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052765 Lutetium Inorganic materials 0.000 description 1
- PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N Manganese Chemical compound [Mn] PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052779 Neodymium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052772 Samarium Inorganic materials 0.000 description 1
- NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N Sulfur Chemical compound [S] NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- UCKMPCXJQFINFW-UHFFFAOYSA-N Sulphide Chemical compound [S-2] UCKMPCXJQFINFW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052771 Terbium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052775 Thulium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052769 Ytterbium Inorganic materials 0.000 description 1
- NRJJZXGPUXHHTC-UHFFFAOYSA-N [Li+].[O--].[O--].[O--].[O--].[Zr+4].[La+3] Chemical compound [Li+].[O--].[O--].[O--].[O--].[Zr+4].[La+3] NRJJZXGPUXHHTC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- JDZCKJOXGCMJGS-UHFFFAOYSA-N [Li].[S] Chemical compound [Li].[S] JDZCKJOXGCMJGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- XHCLAFWTIXFWPH-UHFFFAOYSA-N [O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[V+5].[V+5] Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[V+5].[V+5] XHCLAFWTIXFWPH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000003570 air Substances 0.000 description 1
- 238000000231 atomic layer deposition Methods 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 229910052792 caesium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011575 calcium Substances 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010406 cathode material Substances 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 229920001577 copolymer Polymers 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 1
- 239000002019 doping agent Substances 0.000 description 1
- 238000003487 electrochemical reaction Methods 0.000 description 1
- 239000002001 electrolyte material Substances 0.000 description 1
- 238000010894 electron beam technology Methods 0.000 description 1
- 230000002708 enhancing effect Effects 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052746 lanthanum Inorganic materials 0.000 description 1
- FGSXRUYPQWMIRU-UHFFFAOYSA-L lithium fluoro-dioxido-oxo-lambda5-phosphane iron(2+) Chemical compound P(=O)([O-])([O-])F.[Fe+2].[Li+] FGSXRUYPQWMIRU-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 229910001386 lithium phosphate Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910003002 lithium salt Inorganic materials 0.000 description 1
- 159000000002 lithium salts Chemical class 0.000 description 1
- WPBNNNQJVZRUHP-UHFFFAOYSA-L manganese(2+);methyl n-[[2-(methoxycarbonylcarbamothioylamino)phenyl]carbamothioyl]carbamate;n-[2-(sulfidocarbothioylamino)ethyl]carbamodithioate Chemical compound [Mn+2].[S-]C(=S)NCCNC([S-])=S.COC(=O)NC(=S)NC1=CC=CC=C1NC(=S)NC(=O)OC WPBNNNQJVZRUHP-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 239000002052 molecular layer Substances 0.000 description 1
- 238000005240 physical vapour deposition Methods 0.000 description 1
- 238000007750 plasma spraying Methods 0.000 description 1
- 238000000623 plasma-assisted chemical vapour deposition Methods 0.000 description 1
- 229910052700 potassium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000006722 reduction reaction Methods 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 229910052701 rubidium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000007650 screen-printing Methods 0.000 description 1
- 238000005245 sintering Methods 0.000 description 1
- 238000007764 slot die coating Methods 0.000 description 1
- 238000005118 spray pyrolysis Methods 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
- 239000002203 sulfidic glass Substances 0.000 description 1
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011593 sulfur Substances 0.000 description 1
- 231100000331 toxic Toxicity 0.000 description 1
- 230000002588 toxic effect Effects 0.000 description 1
- TWQULNDIKKJZPH-UHFFFAOYSA-K trilithium;phosphate Chemical compound [Li+].[Li+].[Li+].[O-]P([O-])([O-])=O TWQULNDIKKJZPH-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 1
- 229910001935 vanadium oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000007704 wet chemistry method Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
- H01M10/056—Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes
- H01M10/0561—Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes the electrolyte being constituted of inorganic materials only
- H01M10/0562—Solid materials
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/01—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
- H01M10/052—Li-accumulators
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
- H01M10/052—Li-accumulators
- H01M10/0525—Rocking-chair batteries, i.e. batteries with lithium insertion or intercalation in both electrodes; Lithium-ion batteries
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
- H01M10/056—Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/13—Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
- H01M4/134—Electrodes based on metals, Si or alloys
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
- C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
- C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
- C04B2235/32—Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
- C04B2235/3201—Alkali metal oxides or oxide-forming salts thereof
- C04B2235/3203—Lithium oxide or oxide-forming salts thereof
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
- C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
- C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
- C04B2235/32—Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
- C04B2235/3205—Alkaline earth oxides or oxide forming salts thereof, e.g. beryllium oxide
- C04B2235/3206—Magnesium oxides or oxide-forming salts thereof
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
- C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
- C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
- C04B2235/32—Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
- C04B2235/3205—Alkaline earth oxides or oxide forming salts thereof, e.g. beryllium oxide
- C04B2235/3208—Calcium oxide or oxide-forming salts thereof, e.g. lime
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
- C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
- C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
- C04B2235/32—Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
- C04B2235/3205—Alkaline earth oxides or oxide forming salts thereof, e.g. beryllium oxide
- C04B2235/3213—Strontium oxides or oxide-forming salts thereof
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
- C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
- C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
- C04B2235/32—Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
- C04B2235/3205—Alkaline earth oxides or oxide forming salts thereof, e.g. beryllium oxide
- C04B2235/3215—Barium oxides or oxide-forming salts thereof
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
- C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
- C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
- C04B2235/32—Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
- C04B2235/3217—Aluminum oxide or oxide forming salts thereof, e.g. bauxite, alpha-alumina
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
- C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
- C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
- C04B2235/32—Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
- C04B2235/3224—Rare earth oxide or oxide forming salts thereof, e.g. scandium oxide
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
- C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
- C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
- C04B2235/32—Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
- C04B2235/3224—Rare earth oxide or oxide forming salts thereof, e.g. scandium oxide
- C04B2235/3225—Yttrium oxide or oxide-forming salts thereof
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
- C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
- C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
- C04B2235/32—Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
- C04B2235/3231—Refractory metal oxides, their mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof
- C04B2235/3244—Zirconium oxides, zirconates, hafnium oxides, hafnates, or oxide-forming salts thereof
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
- C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
- C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
- C04B2235/32—Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
- C04B2235/3231—Refractory metal oxides, their mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof
- C04B2235/3251—Niobium oxides, niobates, tantalum oxides, tantalates, or oxide-forming salts thereof
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
- C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
- C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
- C04B2235/32—Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
- C04B2235/3231—Refractory metal oxides, their mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof
- C04B2235/3256—Molybdenum oxides, molybdates or oxide forming salts thereof, e.g. cadmium molybdate
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
- C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
- C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
- C04B2235/32—Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
- C04B2235/3231—Refractory metal oxides, their mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof
- C04B2235/3258—Tungsten oxides, tungstates, or oxide-forming salts thereof
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
- C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
- C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
- C04B2235/32—Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
- C04B2235/3284—Zinc oxides, zincates, cadmium oxides, cadmiates, mercury oxides, mercurates or oxide forming salts thereof
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
- C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
- C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
- C04B2235/32—Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
- C04B2235/3286—Gallium oxides, gallates, indium oxides, indates, thallium oxides, thallates or oxide forming salts thereof, e.g. zinc gallate
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
- C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
- C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
- C04B2235/32—Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
- C04B2235/3287—Germanium oxides, germanates or oxide forming salts thereof, e.g. copper germanate
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
- C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
- C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
- C04B2235/32—Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
- C04B2235/3293—Tin oxides, stannates or oxide forming salts thereof, e.g. indium tin oxide [ITO]
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
- C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
- C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
- C04B2235/32—Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
- C04B2235/3294—Antimony oxides, antimonates, antimonites or oxide forming salts thereof, indium antimonate
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
- C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
- C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
- C04B2235/34—Non-metal oxides, non-metal mixed oxides, or salts thereof that form the non-metal oxides upon heating, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
- C04B2235/3409—Boron oxide, borates, boric acids, or oxide forming salts thereof, e.g. borax
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
- C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
- C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
- C04B2235/34—Non-metal oxides, non-metal mixed oxides, or salts thereof that form the non-metal oxides upon heating, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
- C04B2235/3418—Silicon oxide, silicic acids, or oxide forming salts thereof, e.g. silica sol, fused silica, silica fume, cristobalite, quartz or flint
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
- C04B2235/70—Aspects relating to sintered or melt-casted ceramic products
- C04B2235/74—Physical characteristics
- C04B2235/76—Crystal structural characteristics, e.g. symmetry
- C04B2235/762—Cubic symmetry, e.g. beta-SiC
- C04B2235/764—Garnet structure A3B2(CO4)3
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
- H01M10/058—Construction or manufacture
- H01M10/0585—Construction or manufacture of accumulators having only flat construction elements, i.e. flat positive electrodes, flat negative electrodes and flat separators
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M2300/00—Electrolytes
- H01M2300/0017—Non-aqueous electrolytes
- H01M2300/0065—Solid electrolytes
- H01M2300/0068—Solid electrolytes inorganic
- H01M2300/0071—Oxides
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M2300/00—Electrolytes
- H01M2300/0017—Non-aqueous electrolytes
- H01M2300/0065—Solid electrolytes
- H01M2300/0082—Organic polymers
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M2300/00—Electrolytes
- H01M2300/0088—Composites
- H01M2300/0094—Composites in the form of layered products, e.g. coatings
-
- 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
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- Structural Engineering (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Secondary Cells (AREA)
- Conductive Materials (AREA)
- Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
- Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
Abstract
リチウム電池電極、リチウムイオン伝導性固体状電解質並びにこれらの電極及び固体状電解質を含む固体リチウム金属電池などの電気化学デバイスが開示される。１つの開示された方法では、第１電子伝導率を有する前駆層を含む固体状電解質材料を提供し、前記固体状電解質材料上の前記前駆層を、前記第１電子伝導率よりも大きい第２電子伝導率を有する界面層に還元する。また、電気化学的に活性な金属を含むアノードを有する電気化学デバイス用の固体状電解質を形成するための方法も開示され、前記方法は、固体状電解質材料を提供する工程と、前記固体状電解質材料の表面に、第１金属を含む界面層を堆積させることと、を含み、前記電気化学的に活性な金属は、サイクリング中又は前記電気化学デバイスの作成中に前記第１金属と合金を形成しない。【選択図】図１
Description
＜関連出願の相互参照＞
本出願は、２０１７年３月３１日に出願された米国仮出願第６２／４８０，０５１号に対する優先権を主張する。
本出願は、２０１７年３月３１日に出願された米国仮出願第６２／４８０，０５１号に対する優先権を主張する。
＜連邦政府の支援による研究に関する言明＞
本発明は、米国エネルギー省によって与えられたＤＥ−ＥＥ−００００６８２１に従う政府の支持とともになされた。政府は、本発明において一定の権利を有する。
本発明は、米国エネルギー省によって与えられたＤＥ−ＥＥ−００００６８２１に従う政府の支持とともになされた。政府は、本発明において一定の権利を有する。
本発明は、リチウム電池電極、リチウムイオン伝導性固体状電解質並びにこれらの電極及び固体状電解質を含む固体リチウムイオン電池などの電気化学デバイスに関する。
現在の最先端のリチウムイオン電池は、２つの電極（アノード及びカソード）と、これらの電極同士の接触は防止するがＬｉ+イオンの通過は許容するセパレータ材料と、電解質（リチウム塩を含む有機液体）と、を有する。充電及び放電中にＬｉ+イオンが電極間で交換される。
最先端の（ＳＯＡ）Ｌｉイオン技術は現在、少量生産プラグインハイブリッド及びニッチ高性能車両に用いられているが、電動パワートレインの普及には２５％低いコスト、４倍高い性能及び発火の可能性の無いより安全な電池が必要である。したがって、将来のエネルギー貯蔵として、より安全で、より安価で、そしてより高性能なエネルギー貯蔵手段が求められている。
１つの戦略として、液体電解質を、Ｌｉ+イオンの伝導性を有するとともにバッテリパックコストを約２０％削減しつつも３〜４倍のエネルギー密度を提供可能な固体材料に置き換えた固体電池の開発が挙げられる。これらの魅力的な特徴にもかかわらず、電気自動車などのバルクスケール用途向け固体電池の製造及び試験は行われていない。
現在、ＳＯＡリチウムイオン電池に用いられている液体電解質は、リチウム金属アノード又は高電圧カソードの使用などの先進電池概念とは馴染まない。さらに、ＳＯＡリチウムイオン電池に利用されている液体は可燃性であり、熱暴走すると燃焼を生じやすい。ＳＯＡに用いられる液体を置き換えるために固体電解質を用いることによって高度な電池化学が可能となると同時に燃焼のリスクがなくなる。窒素ドープリン酸リチウム（ＬｉＰＯＮ）又は硫化物系ガラスを含むさまざまな固体電解質が特定されており、これらのタイプの技術を商品化するために会社が設立されてきた。これらのタイプの電池の性能に向けた進展がみられるものの、ＬｉＰＯＮは蒸着する必要があり、また硫化物ガラスは環境大気に暴露されると有毒なＨ2Ｓを発生することから、大規模製造は行われていない。したがってこれらのシステムは特殊な製造手法を要求する。
また、固体状電解質用の超伝導酸化物（ＳＣＯ）も提案されている。種々の酸化物電解質が文献で報告されてはいるものの、さまざまな基準を同時に満たす必要があることから特定の材料の選択は簡単ではない。ＳＯＡリチウムイオン電池技術ベースラインの組み合わせについて以下の指標が特定されている。即ち、（１）ＳＯＡリチウムイオン電池技術と同等の、伝導率＞０．２ｍＳ／ｃｍ、（２）無視できる電子伝導率（ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ）、（３）高電圧カソード及びリチウム金属アノードに対する電子化学的安定性、（４）高温安定性（５）環境大気及び湿気に対する妥当な安定性及び（６）５０マイクロメートル未満の厚さで製造が可能であること、である。以来、リチウムランタンジルコニウム酸化物（ＬＬＺＯ）が、上で概説した固体電解質に必要な基準の全てを満たすことができることが示されてきた。
電力性能及び充電時間は、急速充電自動車、医療ハンドツール及び消費者向け電子技術応用において重要な懸案指標である。自動車の急速充電における重要な関心事は、固体電解質が故障せずに高電流密度をサポートする能力である。臨界電流密度（ＣＣＤ）として知られる故障がみられる電流密度は１〜１０ｍＡ／ｃｍ2である必要があり、これは容易ではない。より高い電流密度はよりよい電力性能及びより速い充電時間に直接関係する。
したがって、自動車用途における固体電池について臨界電流密度を上げる方法が必要である。
本開示は、固体状電解質とリチウム金属アノードとの間に界面層を形成するための方法を提供する。界面層は、界面インピーダンスの面積固有抵抗（ＡＳＲ）を低減することで臨界電流密度を改善するとともに電束を均一化する電子伝導性層を備える。
一側面において、本開示は、固体状電解質を形成するための方法を提供する。前記方法は、（ａ）第１電子伝導率を有する前駆層を含む固体状電解質材料を提供する工程と、（ｂ）前記固体状電解質材料上の前記前駆層を、前記第１電子伝導率よりも大きい第２電子伝導率を有する界面層に還元する工程と、を含むことができる。前記第２電子伝導率は１×１０-7Ｓ／ｃｍよりも大きくてもよく、又は１×１０-6Ｓ／ｃｍよりも大きくてもよく、１×１０-5Ｓ／ｃｍよりも大きくてもよく、１×１０-4Ｓ／ｃｍよりも大きくてもよく、１×１０-3Ｓ／ｃｍよりも大きくてもよく、１×１０-2Ｓ／ｃｍよりも大きくてもよく、１×１０-1Ｓ／ｃｍよりも大きくてもよい。
前記前駆層は１以上の金属酸化物を備えることができる。前記前駆層は、酸化亜鉛、アルミニウムドープ酸化亜鉛、ガリウムドープ酸化亜鉛、インジウムドープ酸化亜鉛、フッ素ドープ酸化スズ、インジウムスズ酸化物、インジウムドープカドミウム酸化物、グラフェン、カーボンナノチューブ、非晶質炭素、バナジウム酸化物、炭化ケイ素、窒化チタン、炭化タンタル、ランタンドープチタン酸ストロンチウム、ランタンドープチタン酸バリウム及びこれらからなる混合物からなるグループから選択される金属酸化物を備えることができる。
前記方法において、前記（ｂ）の工程は、前記前駆層を、還元雰囲気で加熱することによって還元させることを含むことができる。前記方法において、前記（ｂ）の工程は、前記前駆層を酸化又は不活性ガスに暴露させ、その後温度を変更せずに還元ガスに切り替えることで、前記前駆層を還元させることを含むことができる。前記方法において、前記（ｂ）の工程は、薬剤を用いて前記前駆層を還元させることを含むことができる。前記方法において、前記（ｂ）の工程は、前記前駆層を電気化学的に活性な金属に接触させることによって、前記前駆層を前記電子伝導性界面層に還元させることを含む。前記電気化学的に活性な金属は、リチウム、マグネシウム、ナトリウム又は亜鉛を備えることができる。前記電気化学的に活性な金属はリチウムを備えることができる。
前記方法において、前記固体状電解質材料は、ＬｉwＡxＭ2Ｒｅ3-yＯzの化学式を有するセラミック材料を備えることができ、式中、ｗは、５〜７．５であり、Ａは、Ｂ、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｚｎ、Ｃｄ、Ｙ、Ｓｃ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ及びこれらのあらゆる組み合わせから選択され、ｘは、０〜２であり、Ｍは、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｗ、Ｓｎ、Ｇｅ、Ｓｉ、Ｓｂ、Ｓｅ、Ｔｅ及びこれらのあらゆる組み合わせから選択され、Ｒｅは、ランタニド元素、アクチニド元素及びこれらのあらゆる組み合わせから選択され、ｙは、０．０１〜０．７５であり、ｚは、１０．８７５〜１３．１２５であり、前記材料は、ガーネット型又はガーネット状の結晶構造を有する。
前記方法において、前記前駆層は、ガーネット、ペロブスカイト、ＮａＳＩＣＯＮ又はＬｉＳＩＣＯＮ相を有するあらゆる組み合わせの酸化物又はリン酸塩材料を含む第２固体電解質材料を備えることができる。ガーネット相はスズをベースとすることができる。ＮＡＳＩＣＯＮはチタンをベースとすることができる。
別の側面では、本開示は、電気化学的に活性な金属を含むアノードを有する電気化学デバイス用の固体状電解質を形成するための方法を提供する。前記方法は、（ａ）固体状電解質材料を提供する工程と、（ｂ）前記固体状電解質材料の表面に、第１金属を含む界面層を堆積させることと、を含むことができ、前記電気化学的に活性な金属は、サイクリング中又は前記電気化学デバイスの作成中に前記第１金属と合金を形成しない。
前記方法において、前記電気化学的に活性な金属は、リチウム、マグネシウム、ナトリウム又は亜鉛を備えることができる。前記方法において、前記電気化学的に活性な金属はリチウムを備えることができる。前記方法において、前記アノードは本質的にリチウム金属から構成することができる。
前記方法において、前記第１金属は、前記電気化学的に活性な金属に対するブロッキング金属、前記電気化学的に活性な金属に対する半ブロッキング金属、前記電気化学的に活性な金属に対する非ブロッキング金属、又はこれらからなる混合物を備えることができる。前記方法において、前記ブロッキング金属は、ニッケル、モリブデン、チタン又はこれらからなる混合物を含むことができる。前記方法において、前記半ブロッキング金属は、銀、金、プラチナ、銅、クロム、鉄、コバルト、鋼、ステンレス鋼又はこれらからなる混合物を含むことができる。前記方法において、前記非ブロッキング金属は、アルミニウム、鉛、亜鉛、インジウム、ガリウム、マグネシウム、シリコン、ビスマス及びこれらの組み合わせを含むことができる。
前記方法において、前記固体状電解質材料は、第１電子伝導率を有し、前記界面層は、前記第１電子伝導率よりも大きい第２電子伝導率を有することができる。前記第２電子伝導率は１×１０-7Ｓ／ｃｍよりも大きくてもよく、又は１×１０-6Ｓ／ｃｍよりも大きくてもよく、１×１０-5Ｓ／ｃｍよりも大きくてもよく、１×１０-4Ｓ／ｃｍよりも大きくてもよく、１×１０-3Ｓ／ｃｍよりも大きくてもよく、１×１０-2Ｓ／ｃｍよりも大きくてもよく、１×１０-1Ｓ／ｃｍよりも大きくてもよい。
前記方法において、前記固体状電解質材料は、ＬｉwＡxＭ2Ｒｅ3-yＯzの化学式を有するセラミック材料を備えることができ、式中、ｗは、５〜７．５であり、Ａは、Ｂ、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｚｎ、Ｃｄ、Ｙ、Ｓｃ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ及びこれらのあらゆる組み合わせから選択され、ｘは、０〜２であり、Ｍは、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｗ、Ｓｎ、Ｇｅ、Ｓｉ、Ｓｂ、Ｓｅ、Ｔｅ及びこれらのあらゆる組み合わせから選択され、Ｒｅは、ランタニド元素、アクチニド元素及びこれらのあらゆる組み合わせから選択され、ｙは、０．０１〜０．７５であり、ｚは、１０．８７５〜１３．１２５であり、前記材料は、ガーネット型又はガーネット状の結晶構造を有する。
前記方法において、前記固体状電解質材料は化学式Ｌｉ6.25Ｌａ2.7Ｚｒ2Ａｌ0.25Ｏ12を有することができる。
別の側面では、本開示は、固体状電解質を形成するための方法を提供する。前記方法は、（ａ）第１電子伝導率を有する固体状電解質材料を提供する工程と、（ｂ）前記固体状電解質材料を、前記第１電子伝導率よりも大きい第２電子伝導率を有する高分子層でコーティングすることと、を含むことができる。前記第２電子伝導率は１×１０-7Ｓ／ｃｍよりも大きくてもよく、又は１×１０-6Ｓ／ｃｍよりも大きくてもよく、１×１０-5Ｓ／ｃｍよりも大きくてもよく、１×１０-4Ｓ／ｃｍよりも大きくてもよく、１×１０-3Ｓ／ｃｍよりも大きくてもよく、１×１０-2Ｓ／ｃｍよりも大きくてもよく、１×１０-1Ｓ／ｃｍよりも大きくてもよい。
前記方法において、前記高分子層は１以上の高分子材料を備えることができる。前記高分子層は、ポリアセチレン、ポリピロール、ポリアニリン、ポリ（パラフェニレンビニレン）（ＰＰＶ）、ポリ（３−アルキルチオフェン）、ポリ（３，４−エチレンジオキシチオフェン）（ＰＥＤＯＴ）、ポリ（パラフェニレンスルフィド）及びこれらからなる混合物からなるグループから選択される高分子を備えることができる。
前記方法において、前記固体状電解質材料は、ＬｉwＡxＭ2Ｒｅ3-yＯzの化学式を有するセラミック材料を備えることができ、式中、ｗは、５〜７．５であり、Ａは、Ｂ、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｚｎ、Ｃｄ、Ｙ、Ｓｃ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ及びこれらのあらゆる組み合わせから選択され、ｘは、０〜２であり、Ｍは、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｗ、Ｓｎ、Ｇｅ、Ｓｉ、Ｓｂ、Ｓｅ、Ｔｅ及びこれらのあらゆる組み合わせから選択され、Ｒｅは、ランタニド元素、アクチニド元素及びこれらのあらゆる組み合わせから選択され、ｙは、０．０１〜０．７５であり、ｚは、１０．８７５〜１３．１２５であり、前記材料は、ガーネット型又はガーネット状の結晶構造を有する。
前記方法において、前記固体状電解質材料は化学式Ｌｉ6.25Ｌａ2.7Ｚｒ2Ａｌ0.25Ｏ12を有することができる。
別の側面では、本開示は、カソードと、固体状電解質材料と前記固体状電解質材料の表面にある界面層とを含む固体状電解質と、電気化学的に活性な金属を含むアノードと、を備えた電気化学デバイスを提供し、前記界面層は第１金属を含み、前記電気化学的に活性な金属は、サイクリング中又は前記電気化学デバイスの作成中に前記第１金属と合金を形成しない。前記電気化学的に活性な金属は、リチウム、マグネシウム、ナトリウム又は亜鉛を備えることができる。前記電気化学的に活性な金属はリチウムを備えることができる。前記アノードは本質的にリチウム金属から構成することができる。前記第１金属は、前記電気化学的に活性な金属に対するブロッキング金属、前記電気化学的に活性な金属に対する半ブロッキング金属、前記電気化学的に活性な金属に対する非ブロッキング金属、又はこれらからなる混合物を備えることができる。前記ブロッキング金属は、ニッケル、モリブデン、チタン又はこれらからなる混合物を含むことができる。前記半ブロッキング金属は、銀、金、プラチナ、銅、クロム、鉄、コバルト、鋼、ステンレス鋼又はこれらからなる混合物を含むことができる。前記非ブロッキング金属は、アルミニウム、鉛、亜鉛、インジウム、ガリウム、マグネシウム、シリコン、ビスマス及びこれらの組み合わせを含むことができる。
前記電気化学デバイスにおいて、前記固体状電解質材料は、第１電子伝導率を有し、前記界面層は、前記第１電子伝導率よりも大きい第２電子伝導率を有することができる。前記第２電子伝導率は１×１０-7Ｓ／ｃｍよりも大きくてもよく、又は１×１０-6Ｓ／ｃｍよりも大きくてもよく、１×１０-5Ｓ／ｃｍよりも大きくてもよく、１×１０-4Ｓ／ｃｍよりも大きくてもよく、１×１０-3Ｓ／ｃｍよりも大きくてもよく、１×１０-2Ｓ／ｃｍよりも大きくてもよく、１×１０-1Ｓ／ｃｍよりも大きくてもよい。
前記電気化学デバイスにおいて、前記固体状電解質材料は、ＬｉwＡxＭ2Ｒｅ3-yＯzの化学式を有するセラミック材料を備えることができ、式中、ｗは、５〜７．５であり、Ａは、Ｂ、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｚｎ、Ｃｄ、Ｙ、Ｓｃ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ及びこれらのあらゆる組み合わせから選択され、ｘは、０〜２であり、Ｍは、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｗ、Ｓｎ、Ｇｅ、Ｓｉ、Ｓｂ、Ｓｅ、Ｔｅ及びこれらのあらゆる組み合わせから選択され、Ｒｅは、ランタニド元素、アクチニド元素及びこれらのあらゆる組み合わせから選択され、ｙは、０．０１〜０．７５であり、ｚは、１０．８７５〜１３．１２５であり、前記材料は、ガーネット型又はガーネット状の結晶構造を有する。
前記電気化学デバイスにおいて、前記固体状電解質材料は化学式Ｌｉ6.25Ｌａ2.7Ｚｒ2Ａｌ0.25Ｏ12を有することができる。
別の側面において、本開示は、カソードと、第１電子伝導率を有する固体状電解質材料と前記第１電子伝導率よりも大きい第２電子伝導率を有する高分子コーティング層とを含む固体状電解質と、電気化学的に活性な金属を含むアノードと、を備えた電気化学デバイスを提供する。前記電気化学的に活性な金属は、リチウム、マグネシウム、ナトリウム又は亜鉛を備えることができる。前記電気化学的に活性な金属はリチウムを備えることができる。前記アノードは本質的にリチウム金属から構成することができる。
前記電気化学デバイスにおいて、前記高分子コーティング層は、ポリアセチレン、ポリピロール、ポリアニリン、ポリ（パラフェニレンビニレン）（ＰＰＶ）、ポリ（３−アルキルチオフェン）、ポリ（３，４−エチレンジオキシチオフェン）（ＰＥＤＯＴ）、ポリ（パラフェニレンスルフィド）及びこれらからなる混合物からなるグループから選択される高分子を備えることができる。
前記電気化学デバイスにおいて、前記固体状電解質材料は、ＬｉwＡxＭ2Ｒｅ3-yＯzの化学式を有するセラミック材料を備えることができ、式中、ｗは、５〜７．５であり、Ａは、Ｂ、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｚｎ、Ｃｄ、Ｙ、Ｓｃ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ及びこれらのあらゆる組み合わせから選択され、ｘは、０〜２であり、Ｍは、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｗ、Ｓｎ、Ｇｅ、Ｓｉ、Ｓｂ、Ｓｅ、Ｔｅ及びこれらのあらゆる組み合わせから選択され、Ｒｅは、ランタニド元素、アクチニド元素及びこれらのあらゆる組み合わせから選択され、ｙは、０．０１〜０．７５であり、ｚは、１０．８７５〜１３．１２５であり、前記材料は、ガーネット型又はガーネット状の結晶構造を有する。
前記電気化学デバイスにおいて、前記固体状電解質材料は化学式Ｌｉ6.25Ｌａ2.7Ｚｒ2Ａｌ0.25Ｏ12を有することができる。
本発明の上記の及び他の側面及び利点は以下の説明から明らかとなる。以下の説明は、本明細書の一部を構成するとともに本発明の例示的な実施形態を説明する添付の図面を参照してなされている。しかしながらそのような実施形態は必ずしも本発明の全範囲を表すものではなく、したがって本発明の範囲は特許請求の範囲及び本明細書を参照して解釈されるべきである。
本発明についての以下の詳細な説明を検討すれば、本発明がより良く理解されるであろうし、また上記以外の特徴、側面及び利点が明らかとなるであろう。そのような詳細な説明は図面を参照してなされている。
本発明の実施形態について詳しく説明する前に、本発明は、適用において、以下の説明に記載の又は添付の図面に示した構成の詳細及び部品の配置に限定されないことは理解されるべきである。本発明は、他の実施形態も可能であり、種々の形で実施又は実行可能である。また、本明細書で用いられる表現及び用語は説明を目的としたものであり限定とみなすべきでないことは理解されるべきである。本明細書に記載の「含む」、「備える」又は「有する」及びこれらのバリエーションの使用は、これより前に記載されたアイテム、それと同等な物及び追加のアイテムを包含することを意味する。
以下の議論は、当業者による本発明の実施形態の作成及び使用を可能とするために示されている。示された実施形態に対する種々の変更は当業者にすぐ明らかとなるであろうし、本明細書の全体的な原理は本発明の実施形態から逸脱することなく他の実施形態及び応用に適応可能である。したがって、本発明の実施形態は示された実施形態に限定されることは意図しておらず、本明細書に開示された原理及び特徴と一貫した最も広い範囲が与えられるべきである。当業者は、本明細書に示された例が多くの有用な代替を有するとともに本発明の実施形態の範囲内であることを認識するであろう。
本明細書に記載の種々の実施形態は、固体状電解質とリチウム金属アノードとの間に界面層を形成するための方法を提供する。界面層は、界面における面積固有抵抗を減少させるとともに電束を均一化することで臨界電流密度を高めるために、固体状電解質とリチウム金属アノードとの間に位置する電子伝導性層を含む。
本明細書で用いられる「固体電解質」との用語は、複合電極のイオン伝導率を上げるように作用する相を指すことができる。
本明細書で用いられる「臨界電流密度（ＣＣＤ）」との用語は、故障がみられる前の固体電解質がサポートできる電流密度を指すことができる。
本明細書で用いられる「面積固有抵抗（ＡＳＲ）」との用語は、あらゆる部品の面積固有抵抗を指すことができるが、通常は、リチウム金属アノードと固体電解質界面の間の抵抗を定義するのに用いられる。
本明細書で用いられる「ブロッキング」との用語は、熱力学的相図によって定義される十分に低いリチウム溶解性を有する材料を指すことができ、このような材料はリチウムと反応しないと考えることができる。
本明細書で用いられる「半ブロッキング」との用語は、熱力学的相図によって定義される中程度に低いリチウム溶解性を有する材料を指すことができ、このような材料はリチウムと反応しないと考えることができる。
本明細書で用いられる「非ブロッキング」との用語は、熱力学的相図によって定義される高いリチウム溶解性を有する材料を指すことができ、このような材料はリチウムと合金化反応すると考えることができる。
本明細書で用いられる「変換相」との用語は、ブロッキング、半ブロッキング又は非ブロッキング金属伝導性被覆を形成するために化学又は電子化学反応還元反応によって変換される材料を指すことができる。
図１は、本開示の一実施形態に係るリチウム金属電池１１０の非限定的かつ例示的な応用を示す。図１のリチウム金属電池１１０は、カソード１１４と接触する第１電流コレクタ１１２（即ちアルミニウム）を含む。固体状電解質１１６は、カソード１１４と界面層１１８の間に配置される。界面層１１８は、固体状電解質１１６と、第２電流コレクタ１２２（即ち銅）と接触するアノード１２０と、の間に配置されている。リチウム金属電池１１０の第１電流コレクタ１１２及び第２電流コレクタ１２２は電気部品１２４と電気的に導通してもよい。電気部品１２４は、リチウム金属電池１１０を、電池を放電させる電気負荷又は電池を充電する充電器と電気的に導通させることができる。
第１電流コレクタ１１２及び第２電流コレクタ１２２は導電性金属又はあらゆる適切な導電性材料を備えることができる。一部の実施形態では、第１電流コレクタ１１２及び第２電流コレクタ１２２は、アルミニウム、ニッケル、銅並びにこれらの組み合わせ及び合金を含む。一部の実施形態では、第１電流コレクタ１１２及び第２電流コレクタ１２２は、厚さが０．１マイクロメートル以上である。図１で描かれている厚さはスケール用ではないことは理解されるべきである。また、第１電流コレクタ１１２及び第２電流コレクタ１２２の厚さは異なってもよいことは理解されるべきである。
一部の実施形態では、リチウム金属電池１１０の適切なカソード１１４は、リチウムイオンを貯蔵しその後放出することが可能なリチウム母材である。例示的なカソード活物質はリチウム金属酸化物であり、前記金属はアルミニウム、コバルト、鉄、マンガン、ニッケル及びバナジウムのうちの１以上である。非限定的かつ例示的なリチウム金属酸化物は、ＬｉＣｏＯ2（ＬＣＯ）、ＬｉＦｅＯ2、ＬｉＭｎＯ2（ＬＭＯ）、ＬｉＭｎ2Ｏ4、ＬｉＮｉＯ2（ＬＮＯ）、ＬｉＮｉxＣｏyＯ2、ＬｉＭｎxＣｏyＯ2、ＬｉＭｎxＮｉyＯ2、ＬｉＭｎxＮｉyＯ4、ＬｉＮｉxＣｏyＡｌzＯ2、ＬｉＮｉ1/3Ｍｎ1/3Ｃｏ1/3Ｏ2及びその他である。カソード活物質の別の例は、リン酸鉄リチウム（ＬＦＰ）及びフルオロリン酸鉄リチウムなどの一般式がＬｉＭＰＯ4であるリチウム含有リン酸塩（Ｍは、コバルト、鉄、マンガン及びニッケルのうちの１以上である）である。電子伝導率、層の順序、脱リチウム化の安定性及びカソード材料のサイクル特性に影響を与えるために、Ｃｏ，Ｍｎ，Ｎｉ，Ｃｒ，Ａｌ又はＬｉなどの多くの異なる元素を構造内に代入又は追加してもよい。カソード活物質は、任意の数のこれらのカソード活物質の足し合わせでもよい。他の実施形態では、リチウム金属電池１１０のカソード１１４についての適切な材料は、（リチウム空気電池について）多孔性炭素、又は（リチウム硫黄電池について）含硫黄材料である。
一部の実施形態では、リチウム金属電池１１０の適切なアノード１１８は、リチウム金属から構成される。別の例示的なアノード１１８の材料は本質的にリチウム金属から構成される。他の実施形態では、適切なアノード１１８は本質的にマグネシウム、ナトリウム又は亜鉛金属から構成される。
リチウム金属電池１１０のための例示的な固体状電解質１１６の材料は、化学式ＬｉuＲｅvＭwＡxＯyを有する電解質材料を含み、ここで、Ｒｅは、Ｌａ，Ｎｄ，Ｐｒ，Ｐｍ，Ｓｍ，Ｓｃ，Ｅｕ，Ｇｄ，Ｔｂ，Ｄｙ，Ｙ，Ｈｏ，Ｅｒ，Ｔｍ，Ｙｂ及びＬｕを含む、原子価（ｎｏｍｉｎａｌ ｖａｌａｎｃｅ）が＋３価である元素のあらゆる組み合わせとすることができ、Ｍは、Ｚｒ，Ｔａ，Ｎｂ，Ｓｂ，Ｗ，Ｈｆ，Ｓｎ，Ｔｉ，Ｖ，Ｂｉ，Ｇｅ及びＳｉを含む、原子価が＋３価、＋４価、＋５価又は＋６価である金属のあらゆる組み合わせとすることができ、Ａは、Ｈ，Ｎａ，Ｋ，Ｒｂ，Ｃｓ，Ｂａ，Ｓｒ，Ｃａ，Ｍｇ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｚｎ，Ｇａ，Ａｌ，Ｂ及びＭｎを含む、原子価が＋１価、＋２価、＋３価又は＋４価であるドーパント原子のあらゆる組み合わせとすることができ、ｕは３〜７．５の範囲でさまざまであり、ｖは０〜３の範囲でさまざまであり、ｗは０〜２の範囲でさまざまであり、ｙは１１〜１２．５の範囲でさまざまである。
リチウム金属電池１１０の固体状電解質１１６材料としてＬｉ7Ｌａ3Ｚｒ2Ｏ12（ＬＬＺＯ）材料を用いることは有益である。ＬＬＺＯ材料は電子伝導率が２×１０-8Ｓ／ｃｍであると報告されている。Ｅｚｈｉｙｌ Ｒａｎｇａｓａｍｙ、Ｊｅｆｆ Ｗｏｌｆｅｎｓｔｉｎｅ及びＪｅｆｆｒｅｙ Ｓａｋａｍｏｔｏ著、「組成式Ｌｉ7Ｌａ3Ｚｒ2Ｏ12の立方晶ガーネット型固体電解質の形成におけるＡｌ及びＬｉ濃度の役割」、Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｉｏｎｉｃｓ、２０６（２０１２年）２８参照。
別の例示的な固体状電解質１１６は、ガーネット、ペロブスカイト、ＮａＳＩＣＯＮ又はＬｉＳＩＣＯＮ相を有するあらゆる組み合わせの酸化物又はリン酸塩材料を含むことができる。リチウム金属電池１１０の固体状電解質１１６は、電子伝導率が無視でき高電圧カソード及びリチウム金属アノードに対して電気化学的に安定なものであれば、イオンを貯蔵又はアノードとカソードとの間で移送できるあらゆる固体状材料を含むことができる。
本明細書に記載の一実施形態は、固体状電解質１１６とアノード１２０の間の面積固有抵抗（ＡＳＲ）を減少させるための方法に関する。図２は、ＡＳＲがどのようにリチウム金属電池１１０の臨界電流密度（ＣＣＤ）に影響を及ぼすかを温度の関数として示したものである。この図は、ＣＣＤを高めること（このことはより良い電力性能及びより速い充電時間に直接関係する）に寄与する因子の１つが、アノード１２０と固体状電解質１１６の間の界面におけるＡＳＲであることを示唆する。図３は、本開示の種々の側面に係る種々の界面層１１８を含むリチウム金属電池１１０のＣＣＤ対ＡＳＲを示す。この図は界面層１１８の組成がリチウム金属電池１１０のＣＣＤに影響を及ぼすことを示唆する。
一部の実施形態では、界面層１１８は、アノード１２０と固体状電解質１１６の間に簡易界面（ｆａｃｉｌｅ ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）を形成する電子伝導性層を含む。界面層１１８は、ＡＳＲを減少させてリチウム金属電池１１０のＣＣＤを増大させるために、アノード１２０と固体状電解質１１６の間の印加された電流密度を均一化する。例示的な界面層１１８は、アノード１２０上の帯電表面から固体状電解質１１６の面まで延びる電子伝導性層を備えることができる。界面層１１８は、アノード１２０と固体状電解質１１６の間の粒界を満たすことで及び固体状電解質１１６の全面に沿って延びることで、皮相及び実電流密度を収束させる。本明細書に開示されたように界面でＡＳＲを減少させることは、アノード１２０と界面層１１８を合金化させることを必要としない。リチウムアノードの場合、本開示は、界面層１１８内にリチウムを溶解させることを必要としない。このため、リチウムイオン電池１１０の性能を高めるために種々のクラスの電子伝導性材料を界面層１１８として用いることができる。
一部の実施形態では、界面層１１８は電子伝導性を有するあらゆる相を備える。これらの相は、金属、セラミックス又は高分子材料を含むことができる。他の非限定的な例では、界面層１１８は、非ブロッキング金属、半ブロッキング金属、ブロッキング金属及びこれらからなる混合物を備えてもよい。一部の側面では、界面層１１８は、固体状電解質１１６の第１電子伝導率よりも大きい第２電子伝導率を有する。
一部の側面では、界面層１１８は、電子伝導率が１×１０-7Ｓ／ｃｍよりも大きく、又は１×１０-6Ｓ／ｃｍよりも大きく、１×１０-5Ｓ／ｃｍよりも大きく、１×１０-4Ｓ／ｃｍよりも大きく、１×１０-3Ｓ／ｃｍよりも大きく、１×１０-2Ｓ／ｃｍよりも大きく、１×１０-1Ｓ／ｃｍよりも大きい。
本開示の一部の非限定的な例では、界面層１１８は、アルミニウム、鉛、亜鉛、インジウム、ガリウム、マグネシウム、シリコン、ビスマス及びこれらの組み合わせなどの非ブロッキング金属を含む。界面層１１８の別の例は、金、銀、プラチナ、銅、クロム、鉄、コバルト、鋼、ステンレス鋼及びこれらの組み合わせなどの半ブロッキング金属も含む。他の例では、界面層１１８は、ニッケル、モリブデン及びチタンなどのブロッキング金属を含む。ブロッキング金属は熱力学的相図によればリチウム溶解度が低いものの、簡易界面が形成され電荷移動が観測された。加えて、ブロッキング、半ブロッキング及び／又は非ブロッキング金属のあらゆる合金又は組み合わせを用いてもよい。
電気化学デバイス用の固体状電解質１１６を形成するための１つの方法は、最初に固体状電解質１１６材料を提供し、固体状電解質１１６材料上に界面層１１８を堆積させることを含む。一部の側面では、界面層１１８は第１金属を備え、電気化学デバイスは、電気化学活物質を含むアノード１２０を備える。一部の実施形態では、第１金属及び電気化学的に活性な金属は、サイクリング中又は電気化学デバイスの作成中に合金を形成しない。第１金属は、ブロッキング金属、半ブロッキング金属、非ブロッキング金属、これらからなる混合物を含むことができる。電気化学活物質は、リチウム、マグネシウム、ナトリウム又は亜鉛を備えることができる。
界面層１１８は、様々な異なる堆積法を用いて固体状電解質１１６上に堆積させることができる。界面層１１８の気相蒸着法は、高周波スパッタリング、多周波スパッタリング、電子ビーム蒸着、直流スパッタリング、反応性スパッタリング、非反応性スパッタリング、化学気相蒸着、プラズマ強化化学気相蒸着、有機金属化学気相蒸着、原子層堆積、分子層堆積、レーザアシスト蒸着などの物理蒸着及びスパッタ成膜を含むことができる。
堆積法は、プラズマ溶射、噴霧熱分解、スロットダイ塗布、スクリーンプリンティングなどの非真空ベースのものとすることもできる。あるいは、ゾル−ゲル湿式化学を用いて界面層１１８を堆積させてもよい。当業者であれば認識できるようにあらゆるコーティング又は堆積法を用いてもよいことは理解されるべきである。
一部の実施形態では、界面層１１８は、ポリアセチレン、ポリピロール、ポリアニリン、ポリ（パラフェニレンビニレン）（ＰＰＶ）、ポリ（３−アルキルチオフェン）、ポリ（３，４−エチレンジオキシチオフェン）（ＰＥＤＯＴ）、ポリ（パラフェニレンスルフィド）、これらの共重合体及びこれらからなる混合物などのあらゆる電子伝導性高分子材料を含む。
一実施形態において、最初に第１電子伝導率を有する固体状電解質１１６材料を提供し、その後第２電子伝導率を有する界面層１１８を固体状電解質１１６材料の表面に堆積させることで、固体状電解質１１６が形成される。一実施形態において、界面層１１８は、上記の高分子材料のうちの何れかを備えるとともに、上記の方法の何れかによって堆積される。一部の側面では、第２電子伝導率は第１電子伝導率よりも大きい。一実施形態では、界面層１１８の第２電子伝導率は上記の値と同様である。
本開示の一部の非限定的な例では、界面層１１８は、あらゆる電子伝導性セラミックを含む。電子伝導性セラミックは、酸化亜鉛、アルミニウムドープ酸化亜鉛、ガリウムドープ酸化亜鉛、インジウムドープ酸化亜鉛、フッ素ドープ酸化スズ、インジウムスズ酸化物、インジウムドープカドミウム酸化物、グラフェン、カーボンナノチューブ、非晶質炭素、バナジウム酸化物、炭化ケイ素、窒化チタン、炭化タンタル、ランタンドープチタン酸ストロンチウム及びランタンドープチタン酸バリウムなどの１以上の金属酸化物を含むことができる。
本開示の一部の非限定的な例では、界面層１１８は、固体状電解質１１６材料上に、変換相材料から形成される。一実施形態では、固体状電解質１１６材料は、最初に提供され、第１電子伝導率を有する前駆層を含む。その後、前駆層が、固体状電解質材料上で第１電子伝導率よりも大きい第２電子伝導率を有する界面層１１８へと還元される。
一部の実施形態では、界面層１１８の第２電子伝導率は上記の値と同様である。適切な変換相材料は、上記のセラミックスの何れかを含むことができる。ある非限定的な例では、変換相材料は前駆層としての酸化スズを含むことができ、酸化スズは界面層１１８としてのスズに化学的又は電気化学的に還元される。あるいは、変換相は第２固体状電解質を含むことができる。適切な第２固体状電解質は、１以上の上記の固体電解質を備えることができる。加えて、適切な第２固体状電解質は、ガーネット相又はＮａＳＩＣＯＮ相を含むことができる。そのような場合では、ガーネット相はスズをベースとしており、ＮａＳＩＣＯＮはチタンをベースとしている。
変換相材料を還元するために複数の方法を用いることができる。一実施形態では、薬剤を用いて前駆層を還元させてもよい。あるいは、変換相材料を、リチウム金属などのアノード１２０に接触させることで化学的に還元させることができる。他の実施形態では、界面層１１８は、安定な固体状電解質の表面を還元させることによって形成することができる。一部の例では、あらゆる還元雰囲気において加熱することでこれを達成することができる。あるいは、焼結中の気体環境を、第１の酸化又は不活性環境から第２の還元雰囲気に切り替えることができる。一部の実施形態では、これは温度を変更することなく行われる。
本発明について特定の実施形態を参照してかなり詳細に記載したが、本発明は、例示目的でかつ限定を意図せずに記載された実施形態以外によっても実施可能であることは当業者に理解されるであろう。したがって、添付の特許請求の範囲は、本明細書に含まれる実施形態の記載に限定されるべきではない。
本発明の種々の特徴及び利点が特許請求の範囲に記載されている。
Claims (47)
- 固体状電解質を形成するための方法であって、
（ａ）第１電子伝導率を有する前駆層を含む固体状電解質材料を提供する工程と、
（ｂ）前記固体状電解質材料上の前記前駆層を、前記第１電子伝導率よりも大きい第２電子伝導率を有する界面層に還元する工程と、を含む、方法。 - 前記前駆層は１以上の金属酸化物を備える、請求項１に記載の方法。
- 前記前駆層は、酸化亜鉛、アルミニウムドープ酸化亜鉛、ガリウムドープ酸化亜鉛、インジウムドープ酸化亜鉛、フッ素ドープ酸化スズ、インジウムスズ酸化物、インジウムドープカドミウム酸化物、グラフェン、カーボンナノチューブ、非晶質炭素、バナジウム酸化物、炭化ケイ素、窒化チタン、炭化タンタル、ランタンドープチタン酸ストロンチウム、ランタンドープチタン酸バリウム及びこれらからなる混合物からなるグループから選択される金属酸化物を備える、請求項１に記載の方法。
- 前記（ｂ）の工程は、前記前駆層を、還元雰囲気で加熱することによって還元させることを含む、請求項１に記載の方法。
- 前記（ｂ）の工程は、前記前駆層を酸化又は不活性ガスに暴露させ、その後温度を変更せずに還元ガスに切り替えることで、前記前駆層を還元させることを含む、請求項１に記載の方法。
- 前記（ｂ）の工程は、薬剤を用いて前記前駆層を還元させることを含む、請求項１に記載の方法。
- 前記（ｂ）の工程は、前記前駆層を電気化学的に活性な金属に接触させることによって前記前駆層を電子伝導性の前記界面層に還元させることを含む、請求項１に記載の方法。
- 前記電気化学的に活性な金属は、リチウム、マグネシウム、ナトリウム又は亜鉛を備える、請求項７に記載の方法。
- 前記電気化学的に活性な金属はリチウムを備える、請求項７に記載の方法。
- 前記固体状電解質材料は、ＬｉwＡxＭ2Ｒｅ3-yＯzの化学式を有するセラミック材料を備え、
式中、
ｗは、５〜７．５であり、
Ａは、Ｂ、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｚｎ、Ｃｄ、Ｙ、Ｓｃ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ及びこれらのあらゆる組み合わせから選択され、
ｘは、０〜２であり、
Ｍは、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｗ、Ｓｎ、Ｇｅ、Ｓｉ、Ｓｂ、Ｓｅ、Ｔｅ及びこれらのあらゆる組み合わせから選択され、
Ｒｅは、ランタニド元素、アクチニド元素及びこれらのあらゆる組み合わせから選択され、
ｙは、０．０１〜０．７５であり、
ｚは、１０．８７５〜１３．１２５であり、
前記材料は、ガーネット型又はガーネット状の結晶構造を有する、請求項１に記載の方法。 - 前記前駆層は、ガーネット、ペロブスカイト、ＮａＳＩＣＯＮ又はＬｉＳＩＣＯＮ相を有するあらゆる組み合わせの酸化物又はリン酸塩材料を含む第２固体電解質材料を備える、請求項１に記載の方法。
- 前記ガーネット相はスズをベースとしたものである、請求項１１に記載の方法。
- 前記ＮＡＳＩＣＯＮはチタンをベースとしたものである、請求項１１に記載の方法。
- 前記第２電子伝導率は１×１０-7Ｓ／ｃｍよりも大きい、請求項１に記載の方法。
- 電気化学的に活性な金属を含むアノードを有する電気化学デバイス用の固体状電解質を形成するための方法であって、
（ａ）固体状電解質材料を提供する工程と、
（ｂ）前記固体状電解質材料の表面に、第１金属を含む界面層を堆積させることと、を含み、
前記電気化学的に活性な金属は、サイクリング中又は前記電気化学デバイスの作成中に前記第１金属と合金を形成しない、方法。 - 前記電気化学的に活性な金属は、リチウム、マグネシウム、ナトリウム又は亜鉛を備える、請求項１５に記載の方法。
- 前記電気化学的に活性な金属はリチウムを備える、請求項１５に記載の方法。
- 前記第１金属は、前記電気化学的に活性な金属に対するブロッキング金属、前記電気化学的に活性な金属に対する半ブロッキング金属、前記電気化学的に活性な金属に対する非ブロッキング金属、又はこれらからなる混合物を備える、請求項１５に記載の方法。
- 前記ブロッキング金属は、ニッケル、モリブデン、チタン又はこれらからなる混合物を含む、請求項１８に記載の方法。
- 前記半ブロッキング金属は、銀、金、プラチナ、銅、クロム、鉄、コバルト、鋼、ステンレス鋼又はこれらからなる混合物を含む、請求項１８に記載の方法。
- 前記非ブロッキング金属は、アルミニウム、鉛、亜鉛、インジウム、ガリウム、マグネシウム、シリコン、ビスマス及びこれらの組み合わせを含む、請求項１８に記載の方法。
- 前記固体状電解質材料は、第１電子伝導率を有し、
前記界面層は、前記第１電子伝導率よりも大きい第２電子伝導率を有する、請求項１５に記載の方法。 - 前記固体状電解質材料は、ＬｉwＡxＭ2Ｒｅ3-yＯzの化学式を有するセラミック材料を備え、
式中、
ｗは、５〜７．５であり、
Ａは、Ｂ、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｚｎ、Ｃｄ、Ｙ、Ｓｃ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ及びこれらのあらゆる組み合わせから選択され、
ｘは、０〜２であり、
Ｍは、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｗ、Ｓｎ、Ｇｅ、Ｓｉ、Ｓｂ、Ｓｅ、Ｔｅ及びこれらのあらゆる組み合わせから選択され、
Ｒｅは、ランタニド元素、アクチニド元素及びこれらのあらゆる組み合わせから選択され、
ｙは、０．０１〜０．７５であり、
ｚは、１０．８７５〜１３．１２５であり、
前記材料は、ガーネット型又はガーネット状の結晶構造を有する、請求項１５に記載の方法。 - 前記固体状電解質材料は化学式Ｌｉ6.25Ｌａ2.7Ｚｒ2Ａｌ0.25Ｏ12を有する、請求項１５に記載の方法。
- 固体状電解質を形成するための方法であって、
（ａ）第１電子伝導率を有する固体状電解質材料を提供する工程と、
（ｂ）前記固体状電解質材料を、前記第１電子伝導率よりも大きい第２電子伝導率を有する高分子層でコーティングすることと、を含む、方法。 - 前記高分子層は１以上の高分子材料を備える、請求項２５に記載の方法。
- 前記高分子層は、ポリアセチレン、ポリピロール、ポリアニリン、ポリ（パラフェニレンビニレン）（ＰＰＶ）、ポリ（３−アルキルチオフェン）、ポリ（３，４−エチレンジオキシチオフェン）（ＰＥＤＯＴ）、ポリ（パラフェニレンスルフィド）及びこれらからなる混合物からなるグループから選択される高分子を備える、請求項２５に記載の方法。
- 前記固体状電解質材料は、ＬｉwＡxＭ2Ｒｅ3-yＯzの化学式を有するセラミック材料を備え、
式中、
ｗは、５〜７．５であり、
Ａは、Ｂ、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｚｎ、Ｃｄ、Ｙ、Ｓｃ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ及びこれらのあらゆる組み合わせから選択され、
ｘは、０〜２であり、
Ｍは、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｗ、Ｓｎ、Ｇｅ、Ｓｉ、Ｓｂ、Ｓｅ、Ｔｅ及びこれらのあらゆる組み合わせから選択され、
Ｒｅは、ランタニド元素、アクチニド元素及びこれらのあらゆる組み合わせから選択され、
ｙは、０．０１〜０．７５であり、
ｚは、１０．８７５〜１３．１２５であり、
前記材料は、ガーネット型又はガーネット状の結晶構造を有する、請求項２５に記載の方法。 - 前記固体状電解質材料は化学式Ｌｉ6.25Ｌａ2.7Ｚｒ2Ａｌ0.25Ｏ12を有する、請求項２５に記載の方法。
- カソードと、
固体状電解質材料と、前記固体状電解質材料の表面にある界面層と、を含む固体状電解質と、
電気化学的に活性な金属を含むアノードと、を備えた電気化学デバイスにおいて、
前記界面層は第１金属を含み、
前記電気化学的に活性な金属は、サイクリング中又は前記電気化学デバイスの作成中に前記第１金属と合金を形成しない、電気化学デバイス。 - 前記電気化学的に活性な金属は、リチウム、マグネシウム、ナトリウム又は亜鉛を備える、請求項３０に記載の電気化学デバイス。
- 前記電気化学的に活性な金属はリチウムを備える、請求項３０に記載の電気化学デバイス。
- 前記アノードは本質的にリチウム金属からなる、請求項３０に記載の電気化学デバイス。
- 前記第１金属は、前記電気化学的に活性な金属に対するブロッキング金属、前記電気化学的に活性な金属に対する半ブロッキング金属、前記電気化学的に活性な金属に対する非ブロッキング金属、又はこれらからなる混合物を備える、請求項３０に記載の電気化学デバイス。
- 前記ブロッキング金属は、ニッケル、モリブデン、チタン又はこれらからなる混合物を含む、請求項３４に記載の電気化学デバイス。
- 前記半ブロッキング金属は、銀、金、プラチナ、銅、クロム、鉄、コバルト、鋼、ステンレス鋼又はこれらからなる混合物を含む、請求項３４に記載の電気化学デバイス。
- 前記非ブロッキング金属は、アルミニウム、鉛、亜鉛、インジウム、ガリウム、マグネシウム、シリコン、ビスマス及びこれらの組み合わせを含む、請求項３４に記載の電気化学デバイス。
- 前記固体状電解質材料は、第１電子伝導率を有し、
前記界面層は、前記第１電子伝導率よりも大きい第２電子伝導率を有する、請求項３０に記載の電気化学デバイス。 - 前記固体状電解質材料は、ＬｉwＡxＭ2Ｒｅ3-yＯzの化学式を有するセラミック材料を備え、
式中、
ｗは、５〜７．５であり、
Ａは、Ｂ、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｚｎ、Ｃｄ、Ｙ、Ｓｃ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ及びこれらのあらゆる組み合わせから選択され、
ｘは、０〜２であり、
Ｍは、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｗ、Ｓｎ、Ｇｅ、Ｓｉ、Ｓｂ、Ｓｅ、Ｔｅ及びこれらのあらゆる組み合わせから選択され、
Ｒｅは、ランタニド元素、アクチニド元素及びこれらのあらゆる組み合わせから選択され、
ｙは、０．０１〜０．７５であり、
ｚは、１０．８７５〜１３．１２５であり、
前記材料は、ガーネット型又はガーネット状の結晶構造を有する、請求項３０に記載の電気化学デバイス。 - 前記固体状電解質材料は化学式Ｌｉ6.25Ｌａ2.7Ｚｒ2Ａｌ0.25Ｏ12を有する、請求項３０に記載の電気化学デバイス。
- カソードと、
第１電子伝導率を有する固体状電解質材料と、前記第１電子伝導率よりも大きい第２電子伝導率を有する高分子コーティング層と、を含む固体状電解質と、
電気化学的に活性な金属を含むアノードと、を備えた、電気化学デバイス。 - 前記電気化学的に活性な金属は、リチウム、マグネシウム、ナトリウム又は亜鉛を備える、請求項４１に記載の電気化学デバイス。
- 前記電気化学的に活性な金属はリチウムを備える、請求項４１に記載の電気化学デバイス。
- 前記アノードは本質的にリチウム金属からなる、請求項４１に記載の電気化学デバイス。
- 前記高分子コーティング層は、ポリアセチレン、ポリピロール、ポリアニリン、ポリ（パラフェニレンビニレン）（ＰＰＶ）、ポリ（３−アルキルチオフェン）、ポリ（３，４−エチレンジオキシチオフェン）（ＰＥＤＯＴ）、ポリ（パラフェニレンスルフィド）及びこれらからなる混合物からなるグループから選択される高分子を備える、請求項４１に記載の電気化学デバイス。
- 前記固体状電解質材料は、ＬｉwＡxＭ2Ｒｅ3-yＯzの化学式を有するセラミック材料を備え、
式中、
ｗは、５〜７．５であり、
Ａは、Ｂ、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｚｎ、Ｃｄ、Ｙ、Ｓｃ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ及びこれらのあらゆる組み合わせから選択され、
ｘは、０〜２であり、
Ｍは、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｗ、Ｓｎ、Ｇｅ、Ｓｉ、Ｓｂ、Ｓｅ、Ｔｅ及びこれらのあらゆる組み合わせから選択され、
Ｒｅは、ランタニド元素、アクチニド元素及びこれらのあらゆる組み合わせから選択され、
ｙは、０．０１〜０．７５であり、
ｚは、１０．８７５〜１３．１２５であり、
前記材料は、ガーネット型又はガーネット状の結晶構造を有する、請求項４１に記載の電気化学デバイス。 - 前記固体状電解質材料は化学式Ｌｉ6.25Ｌａ2.7Ｚｒ2Ａｌ0.25Ｏ12を有する、請求項４１に記載の電気化学デバイス。
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US201762480051P | 2017-03-31 | 2017-03-31 | |
| US62/480,051 | 2017-03-31 | ||
| PCT/US2018/025697 WO2018184010A1 (en) | 2017-03-31 | 2018-04-02 | System and method for the formation of facile lithium metal anode interface with a solid state electrolyte |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2020516029A true JP2020516029A (ja) | 2020-05-28 |
| JP7389649B2 JP7389649B2 (ja) | 2023-11-30 |
Family
ID=63677150
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2019553356A Active JP7389649B2 (ja) | 2017-03-31 | 2018-04-02 | 固体状電解質との間に簡易リチウム金属アノード界面を形成するためのシステム及び方法 |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US10840543B2 (ja) |
| EP (1) | EP3602661A4 (ja) |
| JP (1) | JP7389649B2 (ja) |
| KR (1) | KR102650938B1 (ja) |
| CN (1) | CN110710037B (ja) |
| WO (1) | WO2018184010A1 (ja) |
Families Citing this family (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US11888149B2 (en) | 2013-03-21 | 2024-01-30 | University Of Maryland | Solid state battery system usable at high temperatures and methods of use and manufacture thereof |
| JP7299620B2 (ja) * | 2016-11-07 | 2023-06-28 | ユニバーシティ オブ メリーランド， カレッジ パーク | リチウム固体電解質界面処理法 |
| US10629949B2 (en) * | 2017-04-24 | 2020-04-21 | GM Global Technology Operations LLC | Passivation of sulfide, oxide, and oxysulfide glass electrolyte films for lithium metal batteries |
| CN111886090B (zh) | 2018-02-15 | 2023-07-04 | 马里兰大学派克分院 | 有序多孔固态电解质结构、具有该结构的电化学装置、制造该结构的方法 |
| US11254615B2 (en) * | 2018-09-19 | 2022-02-22 | The Regents Of The University Of Colorado | Flash-sintering method for forming interface layer |
| US11569527B2 (en) | 2019-03-26 | 2023-01-31 | University Of Maryland, College Park | Lithium battery |
| CN110581312B (zh) * | 2019-08-07 | 2022-08-12 | 广东工业大学 | 一种高离子电导率nasicon结构固态电解质及制备与应用 |
| US11881553B1 (en) | 2019-09-23 | 2024-01-23 | Ampcera Inc. | Dendrite suppressing solid electrolyte structures and related methods and systems |
| JP7415451B2 (ja) * | 2019-11-05 | 2024-01-17 | セイコーエプソン株式会社 | 固体電解質複合粒子、粉末および複合固体電解質成形体の製造方法 |
| CN111354973A (zh) * | 2020-03-13 | 2020-06-30 | 河南电池研究院有限公司 | 一种利用碳化硅纳米颗粒对全固态锂离子电池无机电解质的界面改性方法 |
| DE102020111624A1 (de) * | 2020-04-29 | 2021-11-04 | Schott Ag | Aluminium-dotierter Lithiumionenleiter auf Basis einer Granatstruktur |
| KR102578205B1 (ko) * | 2021-08-31 | 2023-09-13 | 주식회사 비이아이랩 | 황화물계 고체 전해질의 제조 방법 |
| CN114335707A (zh) * | 2021-11-22 | 2022-04-12 | 佛山(华南)新材料研究院 | 一种全固态电池及其制备方法 |
| CN114421004B (zh) * | 2022-01-24 | 2023-09-19 | 蜂巢能源科技(无锡)有限公司 | 硫化物固态电解质及其制备方法和应用 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013134852A (ja) * | 2011-12-26 | 2013-07-08 | Honda Motor Co Ltd | リチウムイオン伝導性材料 |
| KR20130110996A (ko) * | 2012-03-30 | 2013-10-10 | 한국기계연구원 | 나트륨계 고체전해질 구조체, 그 제조방법 및 나트륨계 전지 |
| CN104282938A (zh) * | 2013-07-09 | 2015-01-14 | 中国科学院上海硅酸盐研究所 | 内植法制备用于钠电池的包含富金属修饰层的固体电解质的方法 |
| JP2015211484A (ja) * | 2014-04-24 | 2015-11-24 | トヨタ自動車株式会社 | 固体電解質−電極複合体の製造方法 |
| JP2018156941A (ja) * | 2017-03-16 | 2018-10-04 | 太平洋セメント株式会社 | 全固体二次電池用電極活物質、及びその製造方法、並びに全固体二次電池 |
Family Cites Families (18)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5366829A (en) * | 1993-06-14 | 1994-11-22 | Valence Technology, Inc. | Method of forming an anode material for lithium-containing solid electrochemical cells |
| US5961672A (en) | 1994-02-16 | 1999-10-05 | Moltech Corporation | Stabilized anode for lithium-polymer batteries |
| US7605327B2 (en) | 2003-05-21 | 2009-10-20 | Nanosolar, Inc. | Photovoltaic devices fabricated from nanostructured template |
| JP5211527B2 (ja) * | 2007-03-29 | 2013-06-12 | Ｔｄｋ株式会社 | 全固体リチウムイオン二次電池及びその製造方法 |
| JP5515308B2 (ja) * | 2009-02-03 | 2014-06-11 | ソニー株式会社 | 薄膜固体リチウムイオン二次電池及びその製造方法 |
| US8582193B2 (en) * | 2010-04-30 | 2013-11-12 | View, Inc. | Electrochromic devices |
| JP5540930B2 (ja) | 2010-06-23 | 2014-07-02 | ソニー株式会社 | 透明導電膜および透明導電膜の製造方法、並びに色素増感太陽電池および固体電解質電池 |
| US20120301778A1 (en) * | 2011-03-17 | 2012-11-29 | James Trevey | Solid-state multi-layer electrolyte, electrochemical cell and battery including the electrolyte, and method of forming same |
| US9093717B2 (en) | 2011-05-20 | 2015-07-28 | Board Of Trustees Of Michigan State University | Methods of making and using oxide ceramic solids and products and devices related thereto |
| DE102012203139A1 (de) | 2012-02-29 | 2013-08-29 | Robert Bosch Gmbh | Feststoffzelle |
| US11319411B2 (en) * | 2012-04-11 | 2022-05-03 | Ionic Materials, Inc. | Solid ionically conducting polymer material |
| US9478797B2 (en) | 2013-01-25 | 2016-10-25 | Applejack 199 L.P. | System, method and apparatus for forming a thin film lithium ion battery |
| WO2014153534A1 (en) | 2013-03-21 | 2014-09-25 | University Of Maryland, College Park | Ion-conducting batteries with solid state electrolyte materials |
| TW201628249A (zh) | 2014-08-28 | 2016-08-01 | 應用材料股份有限公司 | 包含用於降低界面電阻及過電位的中間層的電化學裝置堆疊 |
| EP3213359A4 (en) * | 2014-10-28 | 2018-05-23 | University of Maryland, College Park | Interfacial layers for solid-state batteries and methods of making same |
| TW201703318A (zh) * | 2015-07-08 | 2017-01-16 | Ngk Insulators Ltd | 全固態鋰電池 |
| EP3267513A1 (en) * | 2016-07-04 | 2018-01-10 | IMEC vzw | Ion insertion battery electrode and method of fabrication |
| US10700377B2 (en) * | 2017-01-17 | 2020-06-30 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Solid electrolyte for a negative electrode of a secondary battery including first and second solid electrolytes with different affinities for metal deposition electronchemical cell and method of manufacturing |
-
2018
- 2018-04-02 JP JP2019553356A patent/JP7389649B2/ja active Active
- 2018-04-02 KR KR1020197031720A patent/KR102650938B1/ko active IP Right Grant
- 2018-04-02 EP EP18777671.1A patent/EP3602661A4/en active Pending
- 2018-04-02 WO PCT/US2018/025697 patent/WO2018184010A1/en active Application Filing
- 2018-04-02 CN CN201880035504.3A patent/CN110710037B/zh active Active
- 2018-04-02 US US15/943,302 patent/US10840543B2/en active Active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013134852A (ja) * | 2011-12-26 | 2013-07-08 | Honda Motor Co Ltd | リチウムイオン伝導性材料 |
| KR20130110996A (ko) * | 2012-03-30 | 2013-10-10 | 한국기계연구원 | 나트륨계 고체전해질 구조체, 그 제조방법 및 나트륨계 전지 |
| CN104282938A (zh) * | 2013-07-09 | 2015-01-14 | 中国科学院上海硅酸盐研究所 | 内植法制备用于钠电池的包含富金属修饰层的固体电解质的方法 |
| JP2015211484A (ja) * | 2014-04-24 | 2015-11-24 | トヨタ自動車株式会社 | 固体電解質−電極複合体の製造方法 |
| JP2018156941A (ja) * | 2017-03-16 | 2018-10-04 | 太平洋セメント株式会社 | 全固体二次電池用電極活物質、及びその製造方法、並びに全固体二次電池 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| WANG, CHENGWEI ET AL., NANO LETTERS, vol. 17, JPN6022009690, 2016, pages 565 - 571, ISSN: 0004731595 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR102650938B1 (ko) | 2024-03-25 |
| CN110710037A (zh) | 2020-01-17 |
| EP3602661A4 (en) | 2021-01-13 |
| WO2018184010A1 (en) | 2018-10-04 |
| CN110710037B (zh) | 2024-03-08 |
| US20180301751A1 (en) | 2018-10-18 |
| KR20190130154A (ko) | 2019-11-21 |
| JP7389649B2 (ja) | 2023-11-30 |
| US10840543B2 (en) | 2020-11-17 |
| EP3602661A1 (en) | 2020-02-05 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP7389649B2 (ja) | 固体状電解質との間に簡易リチウム金属アノード界面を形成するためのシステム及び方法 | |
| Du et al. | Recent advances in the interface engineering of solid-state Li-ion batteries with artificial buffer layers: challenges, materials, construction, and characterization | |
| US11043696B2 (en) | Metal alloy layers on substrates, methods of making same, and uses thereof | |
| US10446872B2 (en) | Solid electrolyte and lithium battery including the same | |
| US10938061B2 (en) | System and method for treating the surface of solid electrolytes | |
| US20190006707A1 (en) | Method for Suppressing Metal Propagation in Solid Electrolytes | |
| JP6069821B2 (ja) | リチウムイオン二次電池 | |
| US20160233510A1 (en) | All-solid state battery, electrode for all-solid state battery, and method of manufacturing the same | |
| US11916187B2 (en) | Mixed ionic and electronic conductor for solid state battery | |
| CN111868994A (zh) | 对于阴极材料具有提高稳定性的固态电池电解质 | |
| CN112868122A (zh) | 具有改进的化学稳定性的固体电解质材料 | |
| JP5849543B2 (ja) | リチウムイオン二次電池用電極体、リチウムイオン二次電池用電極体の製造方法およびリチウムイオン二次電池 | |
| US20200321598A1 (en) | Electrode for solid-state battery and manufacturing method therefor | |
| JP2015053234A (ja) | 酸化物固体電解質材料の製造方法、電極体の製造方法、酸化物固体電解質材料、および、電極体 | |
| JPH10302776A (ja) | 全固体リチウム二次電池 | |
| JP6697155B2 (ja) | 全固体電池 | |
| KR20190113657A (ko) | 전고체 전지용 전극재의 제조방법 | |
| CN115380401A (zh) | 非水电解质蓄电元件和蓄电装置 | |
| CN117652040A (zh) | 正极材料和电池 | |
| CN116014070A (zh) | 作为阳极活性材料的掺杂锂的硅的氧化物颗粒的固体电解质涂层 | |
| Sarma et al. | Materials for Solid State Batteries |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20210324 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20220322 |
|
| A601 | Written request for extension of time |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A601 Effective date: 20220615 |
|
| A601 | Written request for extension of time |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A601 Effective date: 20220819 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20220921 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20230207 |
|
| A601 | Written request for extension of time |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A601 Effective date: 20230501 |
|
| A601 | Written request for extension of time |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A601 Effective date: 20230704 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20230807 |
|
| 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: 20231024 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20231117 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 7389649 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |