全固体电池系统及其制造方法技术方案

本发明专利技术涉及全固体电池系统及其制造方法。该全固体电池系统具备具有正极活性物质层(2)、固体电解质层(3)和负极活性物质层(4)的全固体电池以及对全固体电池使用时的充放电电压进行控制的控制装置，其中，在负极活性物质层中具有合金系负极活性物质粒子，合金系负极活性物质粒子的非晶化率为27.8～82.8％，且满足下述条件：0.32≤全固体电池的控制放电容量(mAh)/合金系负极活性物质粒子的理论容量(mAh/g)×合金系负极活性物质粒子的全部重量(g)×非晶化率(％)≤0.60。另外，该制造方法具有：将正极活性物质层、固体电解质层和具有合金系负极活性物质粒子的负极活性物质层层叠的层叠工序，和充电至高于充放电电压的初始充电电压的初始充电工序。

【技术实现步骤摘要】
全固体电池系统及其制造方法本申请是申请日为2016年9月14日、申请号为201610827031.3、专利技术名称为“全固体电池系统及其制造方法”的专利技术专利申请的分案申请。
本专利技术涉及全固体电池系统及其制造方法。
技术介绍
当前，在各种电池中，从能量密度高的观点考虑，锂离子电池正受到关注。其中，将电解液置换为固体电解质的全固体电池正特别受到关注。这是由于全固体电池与使用电解液的二次电池不同，电解质为固体，电池仅由固体构成。因此，推定不发生例如电解液的分解等，且循环特性及能量密度变高。作为在锂离子电池中通常使用的负极活性物质，可举出石墨、软碳或硬碳这样的碳系负极活性物质。近年来，替代碳系电极，对容量更大的合金系负极活性物质进行了研究。作为一例，可举出硅、锡、锗、铝等。其中，特别是由于容量大，因此硅粒子正特别受到关注。已知的是，使用合金系负极活性物质作为负极活性物质的电池与使用碳系负极活性物质等作为负极活性物质的电池相比，循环特性低。作为其原因，可举出：合金系负极活性物质粒子在充放电期间膨胀和收缩，由此合金系负极活性物质粒子被粉碎；另外，由于在合金系负极活性物质粒子与其它负极活性物质层材料之间产生空隙，全固体电池的内部电阻增大。在专利文献1中，对于使用硅粒子作为合金系负极活性物质的全固体电池，通过调节由充放电引起的硅粒子的体积变化量，使硅粒子的粉碎及硅粒子与其它负极活性物质层材料之间产生的空隙减少，由此抑制了全固体电池的内部电阻的增大。另外，在专利文献2中，公开了对于使用硅粒子作为合金系负极活性物质的全固体电池，进行初始充放电、即在初期仅一次在低于平常的电压下进行长时间充电，由此使硅粒子活化并使利用率提高，另外，使硅粒子与其它负极活性物质层材料的界面良好接合的方法。现有技术文献专利文献专利文献1：特开2014-086218号公报专利文献2：特开2014-041783号公报
技术实现思路
专利技术所要解决的课题使用合金系负极活性物质粒子作为负极活性物质的全固体电池因以下原因而具有循环特性低的问题：合金系负极活性物质粒子在充放电期间膨胀和收缩，由此合金系负极活性物质粒子被粉碎；另外，在合金系负极活性物质粒子与其它负极活性物质层材料之间产生空隙。因此，为了解决上述课题，需要一种提高使用了合金系负极活性物质粒子作为负极活性物质的全固体电池的循环特性的方法。作为具体方法，如专利文献1那样，例如在使用硅粒子作为合金系负极活性物质粒子的情况下，可考虑通过调整硅粒子的体积变化量来降低电阻，从而使循环特性提高。但是，即使在如专利文献1那样调整体积变化量的情况下，仍看到了循环特性的降低。这暗示了不仅由硅粒子的膨胀和收缩引起的硅粒子的粉碎的可能性，而且也暗示进行了某些化学劣化的可能性。因此，需要使循环特性进一步提高的技术。即，本专利技术的主要目的在于提供一种循环特性提高了的全固体电池系统及其制造方法。用于解决课题的手段1.全固体电池系统，其具备具有正极活性物质层、固体电解质层和负极活性物质层的全固体电池以及对全固体电池使用时的充放电电压进行控制的控制装置，其中，负极活性物质层中具有合金系负极活性物质粒子，合金系负极活性物质粒子的非晶化率为27.8～82.8％，并且满足下述条件：0.32≤Z/W≤0.60，Z：全固体电池的控制放电容量(mAh)，W：合金系负极活性物质粒子的理论容量(mAh/g)×合金系负极活性物质粒子的全部重量(g)×非晶化率(％)。2.上述1中记载的全固体电池系统，其中，合金系负极活性物质粒子为硅粒子。3.上述1或2中记载的全固体电池系统，其中，全部或一部分正极活性物质的至少一部分被覆有保护涂层，该保护涂层为含锂的金属氧化物。4.上述3中记载的全固体电池系统，其中，保护涂层的含锂的金属氧化物为铌酸锂。5.上述1～4任一项中记载的全固体电池系统，其中，控制装置将充放电电压控制在2.50V以上4.40V以下的范围内。6.全固体电池系统的制造方法，该全固体电池系统具备具有正极活性物质层、固体电解质层和负极活性物质层的全固体电池以及对全固体电池使用时的充放电电压进行控制的控制装置，该方法具有：将正极活性物质层、固体电解质层和具有合金系负极活性物质粒子的负极活性物质层层叠的层叠工序，和将全固体电池充电至高于充放电电压的初始充电电压的初始充电工序。7.上述6中记载的方法，其中，合金系负极活性物质粒子为硅粒子。8.上述6或7中记载的方法，其中，充放电电压在2.50V以上4.40V以下的范围内，并且在初始充电工序中，初始充电电压为大于4.45V且5.00V以下。9.上述6～8中任一项中记载的方法，其中，正极活性物质层具有被覆有保护涂层的正极活性物质，该保护涂层为含锂的金属氧化物。10.上述9中记载的方法，其中，保护涂层的含锂的金属氧化物为铌酸锂。11.上述9或10中记载的方法，其中，以满足下述条件的方式进行初始充电工序：(初始充电工序中充电量(Q)对上限充电电压中的电压(V)的变化率(dQ/dV)/(充电电压为4.00V以上4.40V以下时的充电量(Q)对电压(V)的变化率(dQ/dV)的平均值)＞1.3。专利技术效果根据本专利技术，可提供一种循环特性提高了的全固体电池系统及其制造方法。附图说明图1是图示本专利技术的全固体电池系统的一例的图。图2是图示本专利技术的全固体电池系统中使用的全固体电池的一例的图。图3是图示本专利技术的全固体电池系统中使用的全固体电池的一例的图。图4是图示本专利技术的全固体电池系统中使用的全固体电池的一例的图。图5是说明本专利技术的制造方法的工作原理的图。图6是示出了非晶化率与初始充电量的关系的图。附图标记说明1正极集电体2正极活性物质层3固体电解质层4负极活性物质层5负极集电体6全固体电池具体实施方式以下对本专利技术的实施方式进行详述。予以说明，本专利技术不限于以下的实施方式，可在本专利技术的主旨的范围内进行各种变形来实施。《本专利技术的全固体电池系统》本专利技术的全固体电池系统具备具有正极活性物质层、固体电解质层和负极活性物质层的全固体电池以及对全固体电池使用时的充放电电压进行控制的控制装置，其中，负极活性物质层中具有合金系负极活性物质粒子，合金系负极活性物质粒子的非晶化率为27.8～82.8％，并且满足下述条件：0.32≤Z/W≤0.60，Z：全固体电池的控制放电容量(mAh)，W：合金系负极活性物质粒子的理论容量(mAh/g)×合金系负极活性物质粒子的全部重量(g)×非晶化率(％)。在该式中，全固体电池的控制放电容量Z是指在作为产品完成时的全固体电池系统中由控制装置实际控制的电压范围内的放电容量。换句话说，在该式中，全固体电池的控制放电容量Z实际上表示通过由控制装置控制的电压范围内的放电，完成的全固体电池在最初的充放电(即最初常规使用时的充放电)中可放出的锂的量。在该式中，合金系负极活性物质粒子的理论容量(mAh/g)是指从合金系负极活性物质粒子吸留最大量的锂时的电子量n(mol)、法拉第常数F(C/mol)和分子量M(g/mol)，使用nF/M式计算出的值。换句话说，合金系负极活性物质粒子的理论容量W实际上表示合金系负极活性物质粒子的非晶化的部分理论上可接受的锂的总量。因此，该式实际上表示电池充电后存储在负极活性物质层中并可通过放电而放出本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.全固体电池系统的制造方法，该全固体电池系统具备具有正极活性物质层、固体电解质层和负极活性物质层的全固体电池以及对所述全固体电池使用时的充放电电压进行控制的控制装置，该方法具有：将所述正极活性物质层、所述固体电解质层和具有合金系负极活性物质粒子的所述负极活性物质层层叠的层叠工序，和将所述全固体电池充电至高于所述充放电电压的初始充电电压的初始充电工序。

【技术特征摘要】
2015.09.14 JP 2015-181094;2016.09.13 JP 2016-179021.全固体电池系统的制造方法，该全固体电池系统具备具有正极活性物质层、固体电解质层和负极活性物质层的全固体电池以及对所述全固体电池使用时的充放电电压进行控制的控制装置，该方法具有：将所述正极活性物质层、所述固体电解质层和具有合金系负极活性物质粒子的所述负极活性物质层层叠的层叠工序，和将所述全固体电池充电至高于所述充放电电压的初始充电电压的初始充电工序。2.权利要求1所述的方法，其中，所述合金系负极活性物质粒子为硅粒子。3.权利要求1或2所述的方法，其中，所述充放电电压在2.50V以上4.40V以下的范围内，且在所述初始充电工序中，所述初始充电电压为大于4.45V且5.00V以下。4.权利要求1或2所述的方法，其中，所述正...

【专利技术属性】
技术研发人员：大泷光俊，大森敬介，尾濑德洋，长谷川元，芳贺健吾，
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