固体电解质以及使用该固体电解质的二次电池制造技术

技术编号:17782558 阅读:30 留言:0更新日期:2018-04-22 12:51
本发明专利技术提供可传导镁离子的新颖的固体电解质以及使用该固体电解质的二次电池。所述固体电解质具有用通式MgxSiOyNz(其中,1<x<2、3<y<5、0≤z<1)来表示的组成,且为非晶质体。

【技术实现步骤摘要】
固体电解质以及使用该固体电解质的二次电池
本专利技术涉及固体电解质以及使用该固体电解质的二次电池。
技术介绍
近年来,可以期待镁二次电池的实用化。镁二次电池与以前的锂离子电池相比,具有高理论容量密度。专利文献1公开了一种由含有镁、硅以及铝的橄榄石型结构的氧化物构成的固体电解质。现有技术文献专利文献专利文献1:国际公开第2016/042594号
技术实现思路
专利技术所要解决的课题本专利技术提供可传导镁离子的新颖的固体电解质以及使用该固体电解质的二次电池。用于解决课题的手段本专利技术的一方式的固体电解质具有用通式MgxSiOyNz(其中,1<x<2、3<y<5、0≤z<1)来表示的组成,且为非晶质体。专利技术的效果根据本专利技术,能够提供可传导镁离子的新颖的固体电解质以及使用该固体电解质的二次电池。附图说明图1A是示意表示实施方式的二次电池的构成例的剖视图。图1B是示意表示实施方式的二次电池的第1变形例的剖视图。图1C是示意表示实施方式的二次电池的第2变形例的剖视图。图2是表示实施例1和实施例2的固体电解质的XRD衍射图案的图。图3是表示实施例3~5的固体电解质的XRD衍射图案的图。图4是表示实施例1和实施例2的涉及固体电解质的温度和离子传导率之间的关系的图。图5是表示实施例3~5的涉及固体电解质的温度和离子传导率之间的关系的图。符号说明:10、10A、10B二次电池11基板12正极集电体13正极、正极活性物质层13P正极活性物质粒子14固体电解质14C固体电解质覆盖膜14L电解液14S固体电解质层15负极、负极活性物质层15P负极活性物质粒子16负极集电体具体实施方式下面使用附图,就实施方式进行更详细的说明。以下的说明均示出了概括的或者具体的例子。以下所示的数值、组成、形状、膜厚、电特性、二次电池的构造、电极材料等为一个例子,并不是限定本专利技术的主旨。除此以外,表示最上位概念的独立权利要求中没有记载的构成要素为任选的构成要素。下面主要就二次电池中使用的固体电解质进行说明,但本专利技术的固体电解质的用途并不局限于此。固体电解质例如也可以用于离子浓度传感器等电化学装置。(实施方式)[1.固体电解质]二价镁离子和一价锂离子相比,与固体电解质中的阴离子的静电相互作用较大,因此,难以在固体电解质中扩散。因此,在可传导镁离子的固体电解质中,希望离子传导率的提高。对此,本专利技术人发现了以下新颖的固体电解质。本实施方式的固体电解质具有用通式MgxSiOyNz(其中,1<x<2、3<y<5、0≤z<1)来表示的组成,且为非晶质体。本专利技术的“固体电解质”并不局限于严格满足上述通式的材料,也包括在该通式所表示的构成元素以外还含有极微量的杂质的材料。本专利技术的“非晶质体”并不局限于完全不具有晶体结构的物质,也包括在短程有序的范围具有结晶质区域的物质。非晶质体是指例如在X射线衍射(XRD)中,并不显示来源于晶体的锐利的峰,和/或显示来源于非晶质的宽峰的物质。本实施方式的固体电解质可以显示出优良的镁离子的传导率。可以推测这是基于以下的理由。本实施方式的固体电解质的构成包括:在短程有序的区域由配位多面体构成的多个层、和插入这些层间的镁离子。配位多面体是在硅原子的周围,氧离子6配位的八面体;或者在硅原子的周围,氮离子或氧离子6配位的八面体。本实施方式的固体电解质由于具有构成配位多面体的原子的缺损、和/或镁原子的缺损,因而可以显示出高的传导性。在上述通式中,表示镁的组成比的x满足1<x<2。由此,固体电解质可以具有镁原子的缺损。在该缺损的作用下,镁离子变得容易移动。因此,可以提高固体电解质内的镁离子的传导率。x也可以进一步满足1.5<x<2。由此,固体电解质的构造稳定化,从而对于温度变化的稳定性得以提高。另外,由于可以充分确保镁离子的载流子密度,因而固体电解质可以具有优良的离子传导特性。在上述通式中,表示氧的组成比的y满足3<y<5。由此,例如在3<y<4的情况下,固体电解质可以具有氧原子的缺损。例如,在4<y<5的情况下,固体电解质可以具有镁原子的缺损或者MgO。无论在哪种情况下,氧离子给予镁离子的静电引力减弱。因此,可以提高固体电解质内的镁离子的传导率。y也可以进一步满足3.5<y<4.5。由此,固体电解质的构造稳定化,从而对于温度变化的稳定性得以提高。另外,由于可以确保充分量的氧缺陷,因而固体电解质可以具有优良的离子传导特性。y也可以进一步满足4<y<4.5。由此,固体电解质的构造更加稳定化,从而固体电解质可以具有更优良的离子传导特性。在上述通式中,表示氮的组成比的z满足0≤z<1。在z满足0<z<1的情况下,固体电解质含有氮,具有因硅原子和氮原子的键合而产生的缺陷。在该缺陷的作用下,氮离子给予镁离子的静电引力减弱。因此,可以提高固体电解质内的镁离子的传导率。再者,由于固体电解质含有氮,因而可以容易地控制固体电解质的非晶质化。z也可以进一步满足0<z<0.5。由此,固体电解质的构造稳定化,从而对于温度变化的稳定性得以提高。在z=0的情况下,固体电解质不含有氮。在此情况下,固体电解质虽然没有起因于氮原子的缺陷,但通过上述的镁原子的缺损和/或氧原子的缺损,可以确保固体电解质内的镁离子的传导性。固体电解质由非晶质体构成。由此,构成固体电解质的原子和/或离子之间的间隔扩大。由此,镁离子能够移动的空间扩大,从而可以降低镁离子从周围的离子受到的静电引力。其结果是,固体电解质可以显示出优良的离子传导特性。固体电解质由于为非晶质体,因而可以形成为薄膜。固体电解质的膜厚例如为100纳米以上且20微米以下、进而也可以为2微米以下。由此,可以抑制固体电解质的针孔的发生,而且可以降低对于镁离子传导的电阻值。例如,在固体电解质的离子传导率为2×10-7S/cm、且膜厚为100nm的情况下,固体电解质每单位面积的电阻值可以达到50Ω·cm2以下。[2.固体电解质的制造方法]本实施方式的固体电解质例如可以采用物理沉积法或者化学沉积法来形成。作为物理沉积法的例子,可以列举出溅射法、真空蒸镀法、离子镀法以及脉冲激光沉积(PLD)法。作为化学沉积法的例子,可以列举出原子层沉积法(ALD)、化学气相蒸镀(CVD)法、液相成膜法、溶胶-凝胶法、金属有机化合物分解(MOD)法、喷雾热分解(SPD)法、刮刀法、旋转涂布法以及印刷技术。作为CVD法的例子,可以列举出等离子CVD法、热CVD法以及激光CVD法。液相成膜法例如为湿式镀覆,作为湿式镀覆的例子,可以列举出电镀、浸镀以及化学镀。作为印刷技术的例子,可以列举出喷墨法以及丝网印刷。但是,固体电解质的形成方法并不局限于这些方法。固体电解质可以优选采用溅射法、真空蒸镀法、PLD法、CVD法之中的任一种成膜。本实施方式的固体电解质例如可以采用无退火(annealing-less)的方式来形成。因此,可以简化制造方法,能够降低制造成本,从而可以提高成品率。[3.二次电池][3-1.构成]对于本实施方式的二次电池的一个例子,使用图1A进行说明。图1A是示意表示本实施方式的二次电池10的构成例的剖视图。二次电池10具有基板11、正极集电体12、正极13、固体电解质14、负极15以及负极集电体16。固体电解质14只要配置在正极13和负极15之间即可,在它们之本文档来自技高网...
固体电解质以及使用该固体电解质的二次电池

【技术保护点】
一种固体电解质,其具有用通式MgxSiOyNz来表示的组成,且为非晶质体,其中,1<x<2、3<y<5、0≤z<1。

【技术特征摘要】
2016.10.12 JP 2016-200538;2016.12.07 JP 2016-237241.一种固体电解质,其具有用通式MgxSiOyNz来表示的组成,且为非晶质体,其中,1<x<2、3<y<5、0≤z<1。2.根据权利要求1所述的固体电解质,其中,所述z进一步满足0<z<1。3.根据权利要求1所述的固体电解质,其中,所述z进一步满足z=0。4.根据权利要求1~3中任一项所述的固体电解质,其中,所述x进一步满足1.5<x<2。5.根据权利要求1~3中任一项所述的固体电解质,其中,所述y进一步满足3.5<y<4.5。6.根据权利要求2所述的固体电解质,其中,所述z进一步满足0<z<0.5。7.根据权利要求1~3中任一项所述的固体电解质,其中,所述固体电解质是膜厚为100纳米~20微米的膜。8.一种二次电池,其包括:正极,其含有正极活性物质;负极,其含有负极活性物质;以及固体电解质,其具有用通式MgxSiOyNz来表示的组成,且为非晶质体,其中,1<x<2、3<y<5、0≤z<1。9.根据权利要求8所述的二次电池,其中,所述z进一步满足0<z<1。10.根据权利要求8所述的二次电池,其中,所述z进一步满足z=0。11...

【专利技术属性】
技术研发人员:藤之木纪仁辻田卓司西谷雄富山盛央
申请(专利权)人:松下知识产权经营株式会社
类型:发明
国别省市:日本,JP

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