锂固体电池制造技术

技术编号:15726278 阅读:358 留言:0更新日期:2017-06-29 19:03
本发明专利技术涉及锂固体电池。本发明专利技术的课题在于,提供热稳定性提高了的锂固体电池。在本发明专利技术中,通过提供一种锂固体电池来解决上述课题,该锂固体电池具有含有正极活性物质的正极活性物质层、含有负极活性物质的负极活性物质层以及形成于上述正极活性物质层和上述负极活性物质层之间的固体电解质层,其特征在于,上述正极活性物质为氧化物活性物质,上述正极活性物质层和上述固体电解质层中的至少一者含有硫化物固体电解质材料,上述硫化物固体电解质材料含有Li元素、P元素、S元素和I元素,上述正极活性物质层含有特定的磷酸酯。

【技术实现步骤摘要】
锂固体电池
本专利技术涉及热稳定性提高了的锂固体电池。
技术介绍
随着近年来个人电脑、摄像机和手机等的信息关联设备和通信设备等的快速普及,作为其电源而被利用的电池的开发正受到重视。另外,在汽车产业界等中,电动汽车用或混合动力汽车用的高输出且高容量的电池的开发也正在推进。当前,在各种电池中,从能量密度高这样的观点考虑,锂电池正受到关注。当前市售的锂电池由于使用包含可燃性的有机溶剂的电解液,因此需要安装抑制短路时的温度上升的安全装置以及用于防止短路的结构。与此相对,将电解液变为固体电解质层而使电池全固体化的锂电池由于在电池内不使用可燃性的有机溶剂,因此可认为实现了安全装置的简化,制造成本和生产率优异。在固体电解质材料中,由于硫化物固体电解质材料的Li离子传导性高,因此正在进行各种研究。另外,作为硫化物固体电解质材料,已知的有含有碘元素(I元素)的硫化物固体电解质材料。例如,公开了使用Li2S、P2S5、LiI、AS(AS为Al2S3、SiS2和GeS2中的至少一种)而成的硫化物固体电解质材料。另外,在专利文献1中,公开了使用例如LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2等的氧化物活性物质作为正极活性物质。现有技术文献专利文献专利文献1:日本特开2013-037896号公报
技术实现思路
专利技术所要解决的课题如果使用了氧化物活性物质作为正极活性物质、使用了含有I元素的硫化物固体电解质材料作为固体电解质材料的电池例如在充电状态下被暴露于高温,则发生由氧化物活性物质与硫化物固体电解质材料的反应引起的发热反应。因此,期望热稳定性的进一步提高。本专利技术是鉴于上述实际情况而完成的,主要目的在于提供热稳定性提高了的锂固体电池。用于解决课题的手段为了解决上述课题,本专利技术人反复进行了深入研究,结果发现,通过在正极活性物质层中添加特定的磷酸酯,发热峰温度向高温侧偏移,热稳定性提高,从而直至使本专利技术得以完成。即,在本专利技术中,提供锂固体电池,其具有含有正极活性物质的正极活性物质层、含有负极活性物质的负极活性物质层以及形成于上述正极活性物质层和上述负极活性物质层之间的固体电解质层,其特征在于,上述正极活性物质为氧化物活性物质,上述正极活性物质层和上述固体电解质层中的至少一者含有硫化物固体电解质材料,上述硫化物固体电解质材料含有Li元素、P元素、S元素和I元素,上述正极活性物质层含有由通式(1)或通式(2)表示的磷酸酯。(在通式(1)中,R1~R3各自独立地为至少含有碳元素的基团,且R1~R3的至少一者在末端具有C6H5基、C6F5基、C6H4(CH3)基或CF3基,在通式(2)中,R4~R8各自独立地为至少含有碳元素的基团,且R4~R7的至少一者在末端具有C6H5基、C6F5基、C6H4(CH3)基或CF3基。)根据本专利技术,由于正极活性物质层含有特定的磷酸酯,因此能够制成热稳定性提高了的锂固体电池。在上述专利技术中,优选在上述通式(1)中,R1~R3的全部各自独立地在末端具有C6H5基、C6F5基、C6H4(CH3)基或CF3基,在上述通式(2)中,R4~R7的全部各自独立地在末端具有C6H5基、C6F5基、C6H4(CH3)基或CF3基。在上述专利技术中,优选上述磷酸酯为不含Li的化合物。在上述专利技术中,优选上述磷酸酯在-20℃~100℃的范围内的任意温度下为液体。在上述专利技术中,优选上述磷酸酯是由结构式(a)~(d)中的任一者表示的磷酸酯:在上述专利技术中,优选上述正极活性物质层中的上述磷酸酯的比例为1重量%以上30重量%以下。专利技术效果根据本专利技术,取得了能够得到热稳定性提高了的锂固体电池的效果。附图说明图1是示出本专利技术的锂固体电池的一例的示意性截面图。图2是对于实施例3和比较例1中制作的充电电极的DSC测定的结果。图3是对比较例1中得到的评价用电池的充放电试验的结果。图4是对实施例3中得到的评价用电池的充放电试验的结果。附图标记说明1正极活性物质层2负极活性物质层3固体电解质层4正极集电体5负极集电体6电池壳体10锂固体电池具体实施方式以下,对本专利技术的锂固体电池进行详细说明。图1是示出本专利技术的锂固体电池的一例的示意性截面图。图1所示的锂固体电池10具有正极活性物质层1、负极活性物质层2、形成于正极活性物质层1和负极活性物质层2之间的固体电解质层3、进行正极活性物质层1的集电的正极集电体4、进行负极活性物质层2的集电的负极集电体5以及收容这些部件的电池壳体6。正极活性物质层1含有氧化物活性物质作为正极活性物质。另外,正极活性物质层1和固体电解质层3中的至少一者含有硫化物固体电解质材料。该硫化物固体电解质材料通常与正极活性物质层1中含有的氧化物活性物质接触。另外,该硫化物固体电解质材料含有Li元素、P元素、S元素和I元素。特别地,在本专利技术中,主要特征在于,正极活性物质层1含有由通式(1)或通式(2)表示的磷酸酯。根据本专利技术,通过在正极活性物质层中使用特定的磷酸酯,能够制成热稳定性提高了的锂固体电池。如上所述,如果使用氧化物活性物质作为正极活性物质、使用含有I元素的硫化物固体电解质材料作为固体电解质材料的电池例如当在充电状态下被暴露于高温,则发生由氧化物活性物质与硫化物固体电解质材料的反应引起的发热反应。在该发热反应中,推测发生了如下的现象。即,如果电池被暴露于高温(例如150℃以上),则I元素从硫化物固体电解质材料中被弹出,变成I2气体。因I元素的脱离,导致硫化物固体电解质材料的结构不稳定化。另一方面,如果电池被暴露于高温时,从氧化物活性物质产生氧自由基(O自由基)。该O自由基与不稳定化了的硫化物固体电解质材料的硫元素(S元素)反应,进行置换反应。推测因该置换反应而发生发热。在本专利技术中,通过使用特定的磷酸酯,能够使发热峰温度向高温侧偏移。其机理推测如下。即,推测通过磷酸酯与因I元素脱离而不稳定化的硫化物固体电解质材料发生作用,硫化物固体电解质材料的不稳定化得到缓和。另外,如果电池被暴露于高温,则尽管从氧化物活性物质产生氧自由基(O自由基),但同时也从磷酸酯产生来自于C6H5基、C6F5基、C6H4(CH3)基、CF3基的自由基。该自由基将O自由基固定化(捕获),由此抑制O自由基与S元素的置换反应。推测通过这些效果,能够使发热峰温度向高温侧偏移。予以说明,认为在上述捕获反应中没有伴随发热。以下,对本专利技术的锂固体电池按各构成进行说明。1.正极活性物质层本专利技术中的正极活性物质层是至少含有正极活性物质的层,另外,本专利技术中的正极活性物质通常为氧化物活性物质。进而,正极活性物质层含有由通式(1)或通式(2)表示的磷酸酯:在通式(1)中,R1~R3各自独立地为至少含有碳元素的基团。R1~R3的碳数例如在1~10的范围内。另外,R1~R3可以仅由碳元素和氢元素构成,也可以进一步含有其它元素。同样地,R1~R3可以仅由碳元素和氟元素构成,也可以进一步含有其它元素。同样地,R1~R3可以仅由碳元素、氢元素和氟元素构成,也可以进一步含有其它元素。另外,R1~R3可以具有链状结构,也可以具有环状结构(包括芳香族结构),还可以具有链状结构和环状结构两者。链状结构可以为直链结构,也可以为支化结构,但优选前者。予以说明,这些专利技术的技术特征可任意地组合。R1~R3的至少一者在末端本文档来自技高网...
锂固体电池

【技术保护点】
锂固体电池,其具有含有正极活性物质的正极活性物质层、含有负极活性物质的负极活性物质层以及形成于所述正极活性物质层和所述负极活性物质层之间的固体电解质层,其特征在于,所述正极活性物质为氧化物活性物质,所述正极活性物质层和所述固体电解质层中的至少一者含有硫化物固体电解质材料,所述硫化物固体电解质材料含有Li元素、P元素、S元素和I元素,所述正极活性物质层含有由通式(1)或通式(2)表示的磷酸酯:

【技术特征摘要】
2015.12.18 JP 2015-2475071.锂固体电池,其具有含有正极活性物质的正极活性物质层、含有负极活性物质的负极活性物质层以及形成于所述正极活性物质层和所述负极活性物质层之间的固体电解质层,其特征在于,所述正极活性物质为氧化物活性物质,所述正极活性物质层和所述固体电解质层中的至少一者含有硫化物固体电解质材料,所述硫化物固体电解质材料含有Li元素、P元素、S元素和I元素,所述正极活性物质层含有由通式(1)或通式(2)表示的磷酸酯:在通式(1)中,R1~R3各自独立地为至少含有碳元素的基团,且R1~R3的至少一者在末端具有C6H5基、C6F5基、C6H4(CH3)基或CF3基,在通式(2)中,R4~R8各自独立地为至少含有碳元素的基团,且R4~R7的至少一者在末端具有C6...

【专利技术属性】
技术研发人员:儿玉昌士若杉悟志
申请(专利权)人:丰田自动车株式会社
类型:发明
国别省市:日本,JP

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