JPH04269461A - 全固体リチウム二次電池 - Google Patents

全固体リチウム二次電池

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JPH04269461A
JPH04269461A JP3030564A JP3056491A JPH04269461A JP H04269461 A JPH04269461 A JP H04269461A JP 3030564 A JP3030564 A JP 3030564A JP 3056491 A JP3056491 A JP 3056491A JP H04269461 A JPH04269461 A JP H04269461A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
solid electrolyte
solid
secondary battery
lithium secondary
oxyacid
Prior art date
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Pending
Application number
JP3030564A
Other languages
English (en)
Inventor
Teruhisa Kanbara
神原 輝寿
Tadashi Tonomura
正 外邨
Kenichi Takeyama
竹山 健一
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Publication date
Application filed by Matsushita Electric Industrial Co Ltd filed Critical Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Priority to JP3030564A priority Critical patent/JPH04269461A/ja
Publication of JPH04269461A publication Critical patent/JPH04269461A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries

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  • Secondary Cells (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は全固体リチウム二次電池
に関し、特に固体電解質を用いた全固体リチウム二次電
池に関する。
【0002】
【従来の技術】固体電解質を用いた全固体電池は漏液の
心配のない高信頼性を実現するものとして大きく注目さ
れており、特にリチウムを用いたものは高容量を有する
電池として期待されている。既にLiI−Al2O3系
のリチウムイオン伝導性固体電解質は心臓のペースメー
カーの駆動用電源を構成する際の固体電解質として用い
られている。しかしながら、このようにリチウムイオン
伝導性固体電解質が実用素子として用いられている例は
少なく、その原因はリチウムイオン伝導性固体電解質の
イオン伝導度の低さによるものである。このような問題
点を克服するため、比較的高いイオン伝導度を有する固
体電解質として、Li4SiO4−Li3VO4に代表
される酸素酸塩系のリチウムイオン伝導性固体電解質が
提案されている。この固体電解質は、各原材料を所定量
混合し、アルゴン等の不活性ガス雰囲気中でガラス封管
し、加熱融解した後、自然放冷または、液体窒素中で急
冷する手法が固体イオニクス(講談社  1986年発
行  P77)で述べられている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな方法で合成した固体電解質は電子伝導度が大きく、
たとえば、これらを用いて作成した固体電池は、特に高
温雰囲気に置くと時間とともに電圧が低下するいわゆる
自己放電が大きいという課題を有していた。本発明はこ
のような課題を解決するもので、自己放電の極めて小さ
い全固体リチウム二次電池を提供することを目的とする
【0004】
【課題を解決するための手段】上述の課題を解決するた
め本発明の全固体リチウム二次電池は、酸素酸を構成す
る遷移金属の原子価が単一原子価である酸素酸塩系リチ
ウムイオン伝導性固体電解質を構成要素とし、さらに酸
素酸塩系リチウムイオン伝導性固体電解質またはそれを
構成する原材料の融解物を酸素雰囲気中で急冷すること
により製造した固体電解質を構成要素とするものである
【0005】
【作用】上述の課題に対し、発明者らは、酸素酸塩系リ
チウムイオン伝導性固体電解質の融解物を酸素雰囲気中
で急冷すると、電子伝導性が著しく低下し、また同時に
イオン伝導度が向上することを見いだした。これは、以
下の作用にもとずくものと考えられる。
【0006】つまり、Li4SiO4−Li3VO4に
代表されるリチウムイオン伝導性固体電解質は、従来の
技術で記載した製造方法に従うと、その組成である酸素
酸の部分に若干の非化学量論組成部分を有し、そのため
酸素酸を形成するV等の遷移金属は混合原子価数となり
、この混合原子価の部分を電子がホッピング伝導し、こ
れが、固体電解質の電子伝導性を生むと考えられる。た
とえば、上述のLi4SiO4−Li3VO4はアルゴ
ン等の不活性ガス雰囲気中またはガラス封管中で融解し
、自然放冷、または液体窒素中で急冷するとVの原子価
は4価と5価の混合物となり、そこを経路とする電子伝
導性が発生する。ところが、この融解物を酸素雰囲気中
で急冷するとVの原子価が、5価に統一され上述のホッ
ピングによる電子伝導性が消滅することとなる。
【0007】
【実施例】以下本発明の一実施例の全固体リチウム二次
電池について図面を基にして具体的に説明する。
【0008】(実施例1)図1において、Li2CO3
,SiO2,V2O5の粉体を17:4:3のモル比で
定量、ノルマルヘキサンに分散し、乾燥空気中600℃
で3時間加熱後、室温まで放冷する。その後、これをグ
ラッシーカーボン製の容器1にいれ、その後、酸素を1
体積%含有するアルゴンガスをフローした赤外線イメー
ジ炉2の中で、約700℃まで加熱することにより前記
調整材料を融解する。これを、チタニウムを表面にコー
トした十分な熱容量を有する回転ローラー3上に、滴下
することにより前記融解物を105℃/秒の冷却速度で
急冷し、ガラス製容器4に採取する。融解物が急冷され
る回転ローラ3およびその周囲の雰囲気は、酸素導入口
5より導入される酸素により、酸素雰囲気に保たれてい
る。最後に、これを乾燥空気雰囲気中で粉砕し、組成式
0.4Li4SiO4−0.6Li3VO4で表される
リチウムイオン伝導性固体電解質Aを得た。これに対す
る比較例として、Li2CO3,SiO2,V2O5の
粉体を17:4:3のモル比で定量、ノルマルヘキサン
に分散し、乾燥空気中600℃で3時間加熱後、室温ま
で放冷し、粉砕して得られる微粉末を3ton/cm2
の圧力で加圧成型したものを石英ガラス容器中に封入し
、1000℃で1時間焼結した後、室温まで放冷、これ
を乾燥空気雰囲気中で粉砕し、リチウムイオン伝導性固
体電解質Bを得た。なお前述の製造工程で使用した雰囲
気ガスは、すべて純度99.99%以上のものである。 また、本実施例では融解物の冷却速度として105℃/
秒で行なったが、105〜107℃/秒でも同様の効果
を生む。
【0009】このようにして作成したリチウムイオン伝
導性固体電解質A及び従来より公知の製造法で作成した
Bを構成要素として、それぞれ本実施例の全固体二次電
池C及び比較例の電池Dを作成した。図2において、6
及び8は、MoS2で示される電池活物質100mgと
前記固体電解質100mgとを混合後、3ton/cm
2の圧力で加圧成型する事により作成した正極及び負極
であり、7は前記固体電解質500mgよりなる固体電
解質層、また9は金属ニッケルよりなるリード端子であ
り、正極6及び負極8の側面にカーボンペーストにより
接着した。正極6、電解質層7、負極8の接合は全体を
直径10mmの金型に入れ3ton/cm2の圧力で加
圧することにより行なった。最後にエポキシ樹脂を用い
て封止層10を形成して全体を封止し、本実施例の電池
C及びDとした。以上の構成において、実施例の電池C
には固体電解質Aを、また比較例の電池Dには固体電解
質Bを用いた。
【0010】以上のように作成した電池C及びDに対し
て、高温雰囲気での保存による電圧保持試験を行なった
。試験は、予め室温において3ボルトで24時間充電し
たものを、100℃の温度に保たれた恒温槽にいれ、電
池電圧の保存日数による低下を評価することにより行な
った。
【0011】図3より明らかなように、融解物を酸素雰
囲気中で急冷する事により作成した電解質Aを構成要素
とする本実施例の電池Cは,従来通りの製造法により作
成された電解質Bを構成要素とする比較例の電池Dと比
較して、高温保存による保持電圧の低下が著しく減少し
た。
【0012】さらに、固体電解質A及びBを構成するV
の原子価をXPS(X線光スペクトロスコピー)により
確認したところ、固体電解質Bの試料中では、5価のV
に対し4価のVが約50原子%存在したのに比べ、固体
電解質Aの試料中ではXPSの検出限界である1原子%
以下になったことを確認し、上述の作用で記載した要因
を証明する結果を得た。
【0013】なお、本実施例では、固体電解質を構成す
る原材料の融解物を酸素雰囲気中で急冷したが、従来の
製造法に従い作成された固体電解質を融解し、酸素雰囲
気中で急冷ても、同様の効果を生むことはいうまでもな
い。
【0014】(実施例2)本実施例では、酸素酸塩系リ
チウムイオン伝導性固体電解質である0.6Li4Ge
O4−0.4Li3VO4を例に取り、本実施例の全固
体リチウム二次電池について記載する。なを、合成は、
実施例1の図1でで示した製造装置と同一のものを用い
た。
【0015】Li2CO3,GeO2,V2O5の粉体
を9:3:1のモル比で定量、ノルマルヘキサンに分散
し、乾燥空気中600℃で3時間加熱後、室温まで放冷
する。その後、これをグラッシーカーボン製の容器1に
いれ、その後、酸素を1体積%含有するアルゴンガスを
フローした赤外線イメージ炉2の中で、約700℃まで
加熱することにより前記調整材料を融解する。これを、
チタニウムを表面にコートした十分な熱容量を有する回
転ローラー3上に、滴下することにより前記融解物を1
05℃/秒の冷却速度で急冷し、ガラス製容器4に採取
する。融解物が急冷される回転ローラ3およびその周囲
の雰囲気は、酸素導入口5より導入される酸素により、
酸素雰囲気に保たれている。最後に、これを乾燥空気雰
囲気中で粉砕しリチウムイオン伝導性固体電解質Eを得
た。これに対する比較例として、Li2CO3,GeO
2,V2O5の粉体を9:3:1のモル比で定量、ノル
マルヘキサンに分散し、乾燥空気中600℃で3時間加
熱後、室温まで放冷し、粉砕して得られる微粉末を3t
on/cm2の圧力で加圧成型したものを石英ガラス容
器中に封入し、800℃で1時間焼結した後、室温まで
放冷、これを乾燥空気雰囲気中で粉砕し、リチウムイオ
ン伝導性固体電解質Fを得た。なお前述の製造工程で使
用した雰囲気ガスは、すべて純度99.99%以上のも
のである。また、本実施例では融解物の冷却速度として
105℃/秒で行なったが、105〜107℃/秒でも
同様の効果を生む。
【0016】このようにして作成したリチウムイオン伝
導性固体電解質E及び従来より公知の製造法で作成した
Fを構成要素として、それぞれ本実施例の電池G及び比
較例の電池Hを作成した。図4において、11及び13
は、化学式TiS2で示される電池活物質100mgと
前記固体電解質100mgとを混合後、3ton/cm
2の圧力で加圧成型する事により作成した電極であり、
12は前記固体電解質500mgよりなる固体電解質層
、また14は金属ニッケルよりなるリード端子であり、
正極11及び負極13の側面にカーボンペーストにより
接着した。正極11、電解質層12、負極13の接合は
全体を直径10mmの金型に入れ、3ton/cm2の
圧力で加圧することにより行なった。最後にエポキシ樹
脂で封止層15を形成して全体を封止し、本実施例の電
池G及びHとした。以上の構成において、本実施例の電
池Gには固体電解質Eを、また比較例の電池Hには固体
電解質Fを用いた。
【0017】以上のように作成した電池G及びHに対し
て、高温雰囲気での保存による電圧保持試験を行なった
。試験は、予め室温において3ボルトで24時間充電し
たものを、100℃の温度に保たれた恒温槽にいれ、電
池電圧の保存日数による低下を評価することにより行な
った。
【0018】図5より明らかなように、融解物を酸素雰
囲気中で急冷する事により作成した電解質Eを構成要素
とする本実施例の電池Gは,従来通りの製造法により作
成された電解質Fを構成要素とする比較例の電池Hと比
較して、高温保存による保持電圧の低下が著しく減少し
た。
【0019】さらに、固体電解質E及びFを構成するW
の原子価をXPS(X線光スペクトロスコピー)により
確認したところ、固体電解質F試料中では、6価のWに
対し5価のWが約50原子%存在したのに比べ、固体電
解質Eの試料中ではXPSの検出限界である1原子%以
下になったことを確認し、上述の作用で記載した要因を
証明する結果を得た。
【0020】なお、本実施例では、固体電解質を構成す
る原材料の融解物を酸素雰囲気中で急冷したが、従来の
製造法に従い作成された固体電解質を融解し、酸素雰囲
気中で急冷ても、同様の効果を生むことはいうまでもな
い。
【0021】以上の実施例では、酸素酸塩系リチウムイ
オン伝導性固体電解質として0.4Li4SiO4−0
.6Li3VO4及び0.6Li4GeO4−0.4L
i3VO4を電解質として用いた全固体リチウム二次電
池を例に取り、本実施例の効果を記載したが、とくにこ
の材料に限定する必要はなく、公知の酸素酸塩系リチウ
ムイオン伝導性固体電解質の製造にも有効であることは
いうまでもない。
【0022】
【発明の効果】                  
          以上の実施例の説明で明らかなよ
うに本発明の全固体リチウム二次電池に従えば、自己放
電の極めて小さい全固体リチウム二次電池を得ることが
出来る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例の全固体リチウム二次電池の
構成要素である酸素酸塩系リチウムイオン伝導性固体電
解質の製造装置の構成の概念を示す断面図
【図2】実施
例1の全固体二次電池C及びDの構成を示す断面図
【図3】同全固体二次電池C及びDの特性を示すグラフ
【図4】実施例2の全固体二次電池G及びHの構成を示
す断面図
【図5】同全固体二次電池G及びHの特性を示すグラフ
【符号の説明】
1  グラッシーカーボン製の容器 2  赤外線イメージ炉 3  回転ローラ 4  ガラス製容器 5  酸素導入口

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】酸素酸を構成する遷移金属の原子価が単一
    原子価である酸素酸塩系リチウムイオン伝導性固体電解
    質を構成要素とする全固体リチウム二次電池。
  2. 【請求項2】酸素酸塩系リチウムイオン伝導性固体電解
    質またはそれを構成する原材料の融解物を酸素雰囲気中
    で急冷することにより製造した固体電解質を構成要素と
    する全固体リチウム二次電池。
JP3030564A 1991-02-26 1991-02-26 全固体リチウム二次電池 Pending JPH04269461A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7201999B2 (en) 2002-10-01 2007-04-10 Kabushiki Kaisha Toyota Chuo Kenkyusho Secondary cell

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