실내 온도 공정을 사용하여 전체 고체 박막 리튬 바카라 커뮤니티 배터리의 프로토 타입을 성공적으로 생산

바카라 커뮤니티 (Nomaguchi Ari 회장) (이하 "AIST")고급 제조 프로세스 연구 부서[Research Division Director Murayama Nobumitsu] Akito Jun 선임 연구원이자 통합 처리 연구 그룹의 책임자이자 AIST의 특별 연구원 인 Daniel Popovich는 Toyota Motor Corporation (Tyoda Akio) (Tynofter) (Tynoda Akio) (이와 함께 Tireina Akio)를 지적하는 세라믹 자료를위한 룸메이트 고속 코팅 프로세스입니다 [이사 이사 이사 겸 이시 구로 쿠우 (Ishiguro Kyoo)] Fujishima Masatake, 그룹 디렉터 및 엔지니어 Nagai Hideyuki에어로졸 증착 (AD) 방법사용소프트 전해질우리는 박막과 층화 된 재료에 의해 금속 기판에 3 층 구조로 만든 모든 고체적 인 박막 리튬 (Li)-바카라 커뮤니티 배터리의 프로토 타입을 만들었으며 (그림 1), 스토리지 배터리의 충전 및 배출 특성은 전 세계적으로 확인되었습니다

기존의 박막 기술과 달리 AD 방법은 기판 가열이 필요하지 않으며 더 두껍게 만들 수 있습니다 따라서 필름 형성 시간이 크게 줄어들 수 있으며, 저장 배터리의 생산성과 공정 비용이 크게 줄어들 것으로 예상됩니다 앞으로 우리는 AD 방법을 사용하여 전체 규모의 모든 고고 상태 배터리를 계속 개발할 것입니다

이 연구에 대한 자세한 내용은 2010 년 11 월 14 일부터 18 일까지 오사카 시티 오사카 국제 컨퍼런스 센터에서 열릴 제 3 차 국제 세라믹 컨퍼런스 (ICC3)에서 발표 될 예정입니다

그림 1 : 이번에 생산 된 모든 고고 상태 리오온 배터리

에너지 및 환경 문제를 해결하기위한 척도플러그인 하이브리드 차량그리고 전기 자동차는 전 세계에서 점점 더 강력 해지고 있습니다 이러한 맥락에서, 에너지 밀도가 높은 차세대 저장 배터리 기술의 개발은 성능을 크게 향상시키는 열쇠이며, 재료와 제조 방법의 노력이 중요 해지고 있습니다

차세대 스토리지 배터리 중 하나 인 모든 고고 상태 Li-ion 배터리는 불량 및 흐름이 흐르지 않는 고체 전해질을 사용하므로 한 번에 여러 셀을 직렬로 삽입하여 제어 시스템을 단순화 할 수 있으며, 고밀도 배터리 팩을 실현할 수 있습니다 (그림 2)

그림 2 : 기존의 액체 전해질 유형의 리-바카라 커뮤니티 배터리 (a) 및 모든 고체 상태 리오온 배터리 (b)

AIST는 실온에서 고속 코팅 기술인 에어로졸 증착 (AD) 방법을 사용하여 60cm 정사각형의 고도로 투명하고 투명하며 두꺼운 세라믹 필름을 성공적으로 형성했습니다 (AIST 보도 자료 2004 년 5 월 20 일) 실온 공정의 특성을 활용하여 2006 년부터 LI 배터리 재료를 얇게하고 두껍게하는 작업을 해왔습니다

한편 Toyota Motor Corporation은 Oil, Co₂저탄소 사회에 대한 활동을 강화하기 위해 (지구 온난화에 대한 조치), 대기 오염 방지와 같은 저탄소 사회에 대한 활동을 강화하기 위해, 우리는 주로 하이브리드 차량 기술을 통해 석유 소비를 억제하고 에너지 다각화에 대응하기 위해 노력하고 있습니다 이 중, 우리는 플러그인 하이브리드 차량 및 전기 자동차와 같은 대체 연료 차량과 같은 중요한 주요 배터리 인 혁신적인 차세대 배터리를 연구하고 개발하고 있으며, 이는 현재 액체 기반 Li- 바카라 커뮤니티 배터리의 가장 중요한 측면입니다

AIST와 Toyota Motor Corporation은 두 기술을 결합하여 차세대 배터리를 개발하기위한 공동 연구를 시작했습니다

모든 고고 상태 리오온 배터리는 기존의 리오온 배터리의 고체 전해질로 교체되지만 전해질은 고체이기 때문에바카라 커뮤니티 전도도액체 전해질보다 훨씬 낮습니다 따라서, 모든 고형 상태 배터리의 개발에서, 전해질 층에서 바카라 커뮤니티의 이동성을 증가시키는 것이 중요하며, 전기 절연을 유지하는 동안 전해질 층을 얇게하는 방법, 바카라 커뮤니티 전도도가 높은 고체 전해질 재료를 발견하는 방법

지금까지 높은 전도도황화물 기반 고체 전해질벌크 타입 배터리의 프로토 타입 황화물 기반 물질은 밀도가 높은 구조를 제조하고 더 얇게 만드는 데 어려움이 있으며, 물과 반응 할 때 악화되기 쉽고 황화수소 가스의 생성이 발생합니다 또한, 전해질 재료는 상온에서 양의 전극 재료와 음성 전극 재료 사이에 끼워지고 배터리를 형성하기 위해 눌렀지만, 전해질 층의 밀도가 증가하지 않기 때문에 프레스에 의한 성형이 증가하지 않을 때 특성이 완전히 입증 될 수 없다는 문제가있다 또한, 바카라 커뮤니티 전도가 방해되지 않도록 양극 전극과 음극 전극 사이에 깨끗한 계면 구조를 생성해야하지만, 이러한 인터페이스를 형성하는 데 어려움이있다 전통적인 세라믹 기술입니다소결와 같은 양성 전극 재료, 전해질 재료 및 음성 전극 재료를 쌓는 방법이 있지만, 전해질 층을 충분히 얇게하기 위해서는 고밀도 고체 전해질 층이 형성되어야하며, 고온에서의 소결이 필요합니다 그러나, Li 화합물은 높은 반응성을 가지며, 상호 확산은 각 층의 인터페이스에서 발생하여 아름다운 인터페이스를 형성하기가 어렵다Spatter 방법와 같은 기존의 박막 기술을 사용하여 산화물 기반의 모든 고체 박막 배터리를보고하는 경우가 있었지만, 기판은 가열되어야하며 필름 형성 속도는 느려서 큰 크기 및 비용 절감과 같은 주요 문제가 발생합니다

대조적으로, AD 방법은 실온에서 고밀도 고체 전해질 박막의 형성을 허용하며, 양의 전극 층 및 음성 전극 층으로 적층 될 수있다 이번에는 다양한 Li- 산화물 기반 물질을 고체 전해질로서 연구하고, 필름 형성 조건 및 원료 입자를 AD 방법을 충족시키기 위해 조정하였고, 바카라 커뮤니티 전도도는 3-5 × 10^-6Siemens 퍼센트 센티미터 (s/cm)의 고체 전해질 막이 형성되었다 또한, LICOO는 양의 전극 재료로 사용됩니다₂ya limn₂O₄, li₄ti₅O₁₂와 같은 일반적으로 사용되는 전극 재료를 사용하여 AD 방법을 사용하여 3 개의 층을 적층시켰다 (도 3)

AD 방법에서, 원료 입자가 기판과 충돌 할 때, 3 기가 파스 칼 (GPA) 이상의 매우 높은 압력이 적용됩니다 따라서, 원료 분말은 매우 높은 프레스 압력으로 분말 형성이라고 말할 수 있으며, 실온 공정에 의해 형성됨에도 불구하고, 각 층은 매우 조밀 한 필름 구조를 형성 할 수있다 또한, 고압은 기판의 매우 제한된 영역과 층화 된 언더 레이어의 표면에만 적용되므로 기판의 손상과 각 층의 인터페이스가 작으며 열로 인한 상호 확산은 관찰되지 않습니다 이번에는 양의 전극, 음성 전극 및 전해질 층의 필름 두께가 산화물 기반의 모든 고고 상태 박막 Li- 바카라 커뮤니티 배터리를 제조하도록 최적화되었으며 (도 4), 전 세계에서 충전/방전 특성이 처음으로 확인되었다

그림 3 양극 층 (licoo2또는 limn2O4), 음의 전극 층 (li4ti5O12)

그림 4 : 이번에 생산 된 모든 고체 상태 리-바카라 커뮤니티 배터리

우리가 이번에 생산 한 모든 고체 상태의 Li-ion 배터리는 여전히 초기 단계에 있으며 성능은 아직 실용적인 수준에 도달하지 못했지만, AD 방법 인 실온 공정을 사용하여 생산 된 산화물 기반의 모든 고고 상태 박막 Li- 바카라 커뮤니티 배터리의 작동은 AD 방법이 저장 배터리를 실현하는 가장 유망한 제조 방법 중 하나임을 증명합니다 앞으로, 우리는 고성능 고체 전해질 재료를 탐색하는 동시에 박막의 미세 구조를 최적화하여 기존의 리오온 배터리를 능가하는 성능을 달성하는 것을 목표로합니다

◆ 에어로졸 증착 (AD) 방법

미세 입자가 가스와 혼합되어 노즐에서 감압 하에서 노즐로부터 방출되는 기술로, 에어로졸 제트로서 기판과 충돌하여 필름을 형성하는 기술 AIST에 의해 발견 된 "실온 충격 응고 현상"(실내-온도 충격 응고 현상”을 사용하여 (약 1 μm의 입자 직경을 갖는 세라믹과 같은 미세 입자 물질이 가열없이 가열없이 가열없이 실온에서 고형화 될 수있는 현상)를 사용하여 가열없이 고밀도에 고밀도에 고밀도를 적용함으로써 가열없이 실온에서 고형화 될 수있는 현상을 사용한다) 유리와 플라스틱 필름 재료에 따라, 필름 형성 속도는 기존의 박막 형성 기술보다 수십 번 이상이다[참조로 돌아 가기]

◆ 소프트 전해질

외부 적용 전기장으로 바카라 커뮤니티 (하전 물질)을 전달할 수있는 고체 반대로, 바카라 커뮤니티의 움직임을 사용하여 전력을 추출 할 수도 있습니다 금속 및 반도체에서, 전류는 주로 전자의 움직임을 통해 흐르고, 고체 전해질에서는 전류가 주로 바카라 커뮤니티의 움직임을 통해 흐릅니다 이동 하전 입자가 바카라 커뮤니티이라는 점에서 전해질 용액과 유사하지만 현재 배지는 고체이므로 바카라 커뮤니티이 작고 전도도는 저온에서 낮습니다 리튬 2 차 배터리의 경우, 충전 및 배출 동안 양극 전극과 음극 전극 사이의 바카라 커뮤니티을 전달하는 데 사용됩니다[참조로 돌아 가기]

◆ 플러그인 하이브리드 차량

콘센트에서 플러그인을 사용하여 배터리를 직접 충전 할 수있는 하이브리드 자동차 PHV 또는 PHEV로 약식 배터리는 야간 전력을 사용하여 외부 전원 (예 : 가정용 배출구)에서 충전되어 모터 만 사용하여 전기 자동차로 구동 될 수있는 거리를 증가시킵니다 배터리가 낮게 작동하거나 장거리 운전할 때 엔진은 플러그가 아닌 하이브리드 자동차처럼 사용됩니다[참조로 돌아 가기]

◆ 바카라 커뮤니티 전도도

전하 입자 인 바카라 커뮤니티이 전하 입자 인 바카라 커뮤니티의 움직임에 의해 운반되는 현상을 전압으로 전달하는 동안 전류 흐름을 바카라 커뮤니티 전도라고합니다 적용된 전압 (저항의 역)으로의 전류의 비율을 바카라 커뮤니티 전도도라고합니다[참조로 돌아 가기]

◆ 황화물 기반 고체 전해질

li₂S-P₂S₅와 같은 황화물로 만든 고체 전해질 3-5 × 10^-3S/CM은 유기 전해질과 유사한 바카라 커뮤니티 전도도를 보여줍니다 유망한 무기 고체 전해질 물질로 간주되는데, 이는 모든 고체 상태 배터리의 핵심입니다[참조로 돌아 가기]

◆ 벌크 타입 배터리

이것은 양의 전극, 음성 전극 및 고체 전해질 재료의 분말 재료를 곰팡이에 배치하고 라미네이트하고 재료에 고압을 적용하면서 각 층의 밀도가 최대한 많이 증가하여 모든 고고 상태 배터리로 작동 할 수 있습니다[참조로 돌아 가기]

◆ 소결

세라믹 또는 금속 분말이 바인더 또는 이와 유사한 점토 형태로 반죽되는 방법, 압력 하에서 적용되고, 분말 재료의 융점 아래의 고온에서 베이킹 및 경화되는 방법[참조로 돌아 가기]

◆ Spatter 방법

진공 챔버를 배출 한 후, 소량의 아르곤 또는 기타 가스가 도입되고, 전극 사이에 고전압이 적용되어 아르곤 가스를 배출하여 바카라 커뮤니티화됩니다 이 기술은 기화 소스의 재료 (대상)를 치는 것이 포함되어 재료가 튀어 나오고 (뿌려지면) 박막을 형성하기 위해 기판에 부수를줍니다 이것은 산업적으로 널리 사용되는 박막 형성 방법 중 하나입니다[참조로 돌아 가기]