全固态锂二次电池制造技术

本发明专利技术提供了一种全固态锂二次电池，即使在重复充放电后该电池的内电阻也不会升高。在所述全固态锂二次电池中，其正极和负极利用三维网状多孔体作为集电体，并且所述电极通过至少将活性物质填充至三维网状多孔体的孔中而构成，所述所述全固态锂二次电池的特征在于：正极的三维网状多孔体为杨氏模量为至少70GPa的铝合金；负极的三维网状多孔体为杨氏模量为至少120GPa的铜合金。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】【专利摘要】本专利技术提供了一种全固态锂二次电池，即使在重复充放电后该电池的内电阻也不会升高。在所述全固态锂二次电池中，其正极和负极利用三维网状多孔体作为集电体，并且所述电极通过至少将活性物质填充至三维网状多孔体的孔中而构成，所述所述全固态锂二次电池的特征在于：正极的三维网状多孔体为杨氏模量为至少70GPa的铝合金；负极的三维网状多孔体为杨氏模量为至少120GPa的铜合金。【专利说明】全固态锂二次电池
本专利技术涉及全固态锂二次电池，该电池中使用了三维网状金属多孔体。
技术介绍
近年来，需要用作便携电子设备(例如移动电话和智能电话)以及具有发动机作为动力源的电动汽车或混合动力汽车等的电源的电池具有高能量密度。 已对可获得高能量密度的电池进行了研究，这些电池包括(例如)二次电池，如以高容量为特征的非水电解质二次电池。在这种二次电池中，由于锂为具有小原子量和高电离能的物质，因此在所有领域中对锂二次电池作为能够获得高能量密度的电池进行了积极研究。 目前，作为锂二次电池的正极，其中使用了锂金属氧化物和锂金属磷酸盐的电极已投入实际应用或者正在进行商品化，锂金属氧化物包括钴酸锂、锰酸锂和镍酸锂，锂金属磷酸盐包括磷酸锂铁。合金电极以及含有碳、尤其是石墨作为主要成分的电极被用作负极。通过将锂盐溶解于有机溶剂中而获得的非水电解液通常被用作为电解质。此外，溶胶电解液和固体电解质也正在引起人们的关注。 为了获得高容量二次电池，提出了使用具有三维网状结构的集电体作为锂二次电池用集电体。 由于该集电体具有三维网状结构，因此与活性材料接触的表面积增加。因而，根据该集电体，可降低锂二次电池的内电阻并提高电池效率。此外，根据该集电体，可改善电解液的流通性并防止电流集中以及Li枝状晶体的形成(Li枝状晶体的形成为常见问题)。因此可提高电池的可靠性。此外，根据该集电体，可抑制发热并提高电池的输出。此外，集电体的骨架表面凹凸不平。因此该集电体能够提高活性材料的保持力、抑制活性材料的脱落、确保获得大的比表面积、提高活性材料利用效率并提供具有更高容量的电池。 专利文献I披露了将阀金属用作多孔集电体，其中该阀金属具有形成于表面上的氧化物覆膜，该氧化物覆膜由铝、钽、铌、钛、铪、锆、锌、钨、铋和锑中的任意一种单质、或者其合金或不锈合金制成。 专利文献2披露了将金属多孔体用作集电体，其中该金属多孔体通过如下方式形成:通过非电解镀覆、化学气相沉积(CVD)、物理气相沉积(PVD)、金属涂覆和石墨涂覆对具有三维网络结构的合成树脂的骨架表面进行一次导电处理，随后通过电镀对骨架表面进行金属化处理。 据认为，通用锂系二次电池用正极的集电体材料优选为铝。然而，由于铝的标准电极电位低于氢，因此在水溶液中，在镀铝之前会发生水的电解。因此，难以在水溶液中进行镀铝。相反，专利文献3描述了将通过如下方式获得的铝多孔体用作为电池的集电体:利用熔融盐镀覆在聚氨酯泡沫的表面上形成铝覆膜，然后出去该聚氨酯泡沫。 目前的锂离子二次电池使用了有机电解液作为电解液。然而，尽管有机电解液展现出了高离子传导性，但是有机电解液为易燃液体。因此，当有机电解液被用作电池的电解液时，则需要为锂离子二次电池安装保护电路。此外，当使用有机电解液作为电解液时，金属负极会因负极与有机电解液间的反应而钝化，从而导致阻抗增加。由此，电流集中于阻抗低的部分，从而生成枝状晶体。此外，枝状晶体穿过位于正极和负极之间的隔板。因此，易于发生电池内部短路的情况。 因此，为了进一步提高锂离子二次电池的安全性并增强其性能，并解决上述问题，研究了使用更安全的无机固体电解质代替有机电解液的锂离子二次电池。由于无机固体电解质通常不易燃且具有高耐热性，因此人们期望研制出采用无机固体电解质的锂二次电池。 例如，专利文献4披露了采用锂离子传导性硫化物陶瓷作为全固态电池的电极，其中锂离子传导性硫化物陶瓷包含Li2S和P2S5,并且其组成为含有82.5摩尔％至92.5摩尔％的Li2S、以及7.5摩尔％至17.5摩尔％的P2S5。 另外，专利文献5披露了使用高离子传导性离子玻璃作为固体电解质，其中在该高传导性离子玻璃中，离子液体被导入由式MaX-MbY (其中，M为碱金属原子，X和Y分别选自SO4, BO3> PO4, GeO4, W04、MoO4, Si04、NO3> BS3、PS4, SiS4 和 GeS4, “a” 为 X 阴离子的价数，“b”为Y阴离子的价数)表示的离子玻璃中。 另外，专利文献6披露了这样一种全固态锂二次电池，其包括:正极，其含有选自由过渡金属氧化物和过渡金属硫化物构成的组中的化合物作为正极活性材料；含有Li2S的锂离子传导性玻璃固体电解质；以及负极，其含有与锂形成合金的金属作为活性材料，其中正极活性材料和负极活性材料中的至少一者含有锂。 此外，专利文献7披露了为了提高全固态电池中电极材料层的柔软性和机械强度以抑制电极材料的缺乏和开裂以及电极材料与集电体间的剥离，并且为了改善集电体与电极材料之间的接触性以及电极材料之间的接触性，使用了电极材料片作为全固态锂离子电池的电极材料，其中该电极材料片是通过将无机固体电解质插入具有三维网络结构的多孔金属片的孔中形成的。 在使用三维网状铝多孔体作为正极集电体并使用三维网状铜多孔体作为负极集电体的二次电池中，存在随着充放电的重复而使内电阻升高且输出降低的情况。此外，由于为了降低内电阻，需要向锂离子二次电池中一同添加导电助剂和活性材料，因而出现了高成本方面的问题。 引用列表 专利文献1:日本未审查专利公开N0.2005-78991 专利文献2:日本未审查专利公开N0.7-22021 专利文献3:国际公开N0.WO 2011/118460 专利文献4:日本未审查专利公开N0.2001-250580 专利文献5:日本未审查专利公开N0.2006-156083 专利文献6:日本未审查专利公开N0.8-148180 专利文献7:日本未审查专利公开N0.2010-40218
技术实现思路
技术问题 本专利技术的目的是提供一种具有三维网状多孔体作为集电体的全固态锂二次电池，即使重复进行充放电，该电池的内电阻也几乎不会升高。 问题的解决手段 本专利技术人为了解决上述问题进行了深入研究，结果发现:在具有三维网状金属多孔体作为集电体的全固态锂二次电池中，通过使用包含铝合金的三维网状金属多孔体作为正极集电体并且使用包含铜合金的三维网状金属多孔体作为负极集电体从而可解决所述问题。由此，这些发现完成了本专利技术。 因而本专利技术涉及下述的全固态锂二次电池。 (I) 一种全固态锂二次电池，包括正极和负极，在所述电极中均使用了三维网状多孔体作为集电体，并且所述三维网状多孔体的孔隙至少填充有活性材料，其中所述正极的三维网状多孔体包含杨氏模量为70GPa以上的铝合金，并且所述负极的三维网状多孔体包含杨氏模量为120GPa以上的铜合金。 (2)根据⑴所述的全固态锂二次电池，其中所述正极的活性材料为选自由钴酸锂(LiCoO2)、镍酸锂(LiN12)、锂镍钴氧化物(LiCoxNi1-XO2 ;0〈χ〈1)、锰酸锂(LiMn2O4本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种全固态锂二次电池，包括正极和负极，在所述电极中均使用了三维网状多孔体作为集电体，并且所述三维网状多孔体的孔隙至少填充有活性材料，其中所述正极的三维网状多孔体包含杨氏模量为70GPa以上的铝合金，并且所述负极的三维网状多孔体包含杨氏模量为120GPa以上的铜合金。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：西村淳一，后藤和宏，细江晃久，吉田健太郎，
申请(专利权)人：住友电气工业株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP