全固体电池制造技术

本发明专利技术涉及全固体电池。课题：本发明专利技术的主要目的在于提供一种实现了兼顾电池性能和安全性的全固体电池。在本发明专利技术中通过提供一种全固体电池来解决上述课题，该全固体电池具有含有正极活性物质的正极层、含有负极活性物质的负极层、和形成于上述正极层和上述负极层之间的含有第一硫化物固体电解质材料的固体电解质层，其特征在于，上述全固体电池整体的离子电阻相对于上述固体电解质层的离子电阻的比例为3.8以下，上述固体电解质层的离子电阻为7.6Ω·cm2以上、16Ω·cm2以下。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及实现了兼顾电池性能和安全性的全固体电池。
技术介绍
随着近年来个人电脑、摄像机和手机等信息关联设备、通信设备等的快速普及，作为其电源而优异的电池的开发正受到重视。另外，在信息关联设备、通信关联设备以外的领域中，例如在汽车产业界中，作为用于电动汽车、混合动力汽车的电池，锂电池的开发正在推进。目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、用于防止短路的装置。对此，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、生产率优异。进而，在全固体电池中，使用了硫化物固体电解质材料的全固体电池具有Li离子传导性优异的优点。例如，在专利文献1中，公开了一种固体电池，其使用了通过将Li2S、P2S5等硫化物和LiI混合并加热而得到的玻璃陶瓷的硫化物固体电解质材料。作为使固体电池的电池性能提高的技术，在专利文献2中，公开了一种通过形成2层材料不同的固体电解质层从而使电池的循环特性提高的技术。进而，在专利文献3中，公开了一种使正极层、结晶质的结晶电解质层、玻璃质的玻璃电解质层和负极层按顺序层叠，由此使电池的层间密合性提高的技术。现有技术文献专利文献专利文献1：特开2014－130733号公报专利文献2：特开2001－351615号公报专利文献3：特开2014－216131号公报
技术实现思路
专利技术所要解决的课题已知的是，全固体电池由于不使用包含可燃性的有机溶剂的电解液，因此安全性高。但是，即使是全固体电池，在进行例如钉刺试验这样严酷的试验时，由于焦耳发热，有时从电池(例如层压的外装体的树脂)冒烟。另一方面，如果为了抑制焦耳发热而例如提高电池的离子电阻，则电池性能下降。因此，在全固体电池中，存在难以实现兼顾电池性能和安全性这样的问题。本专利技术是鉴于上述实际情况而完成的，主要目的在于提供一种实现了兼顾电池性能和安全性的全固体电池。用于解决课题的手段为了实现上述目的，在本专利技术中，提供了一种全固体电池，其具有含有正极活性物质的正极层、含有负极活性物质的负极层、和形成于上述正极层和上述负极层之间的含有第一硫化物固体电解质材料的固体电解质层，其特征在于，上述全固体电池整体的离子电阻相对于上述固体电解质层的离子电阻的比例为3.8以下，上述固体电解质层的离子电阻为7.6Ω·cm2以上、16Ω·cm2以下。根据本专利技术，由于固体电解质层的离子电阻与全固体电池整体的离子电阻具有上述的关系，因此能够制成实现了兼顾电池性能和安全性的全固体电池。在上述专利技术中，优选上述正极层和上述负极层中的至少一者进一步含有第二硫化物固体电解质材料。在上述专利技术中，优选上述第一硫化物固体电解质材料与上述第二硫化物固体电解质材料为不同的材料。在上述专利技术中，优选上述第二硫化物固体电解质材料的离子传导率大于上述第一硫化物固体电解质材料的离子传导率。专利技术效果本专利技术的全固体电池取得了能够实现兼顾电池性能和安全性的效果。附图说明图1是示出本专利技术的全固体电池的一个例子的概要截面图。图2是示出关于实施例1～3和比较例1～3的全固体电池的固体电解质层的离子电阻、反应电阻和扩散电阻的图。图3是示出实施例1、实施例3和比较例1的由钉刺试验引起的放电行为和温度变化的图。图4是示出实施例1～3和比较例1～4中的钉刺试验的温度上升量(K)的结果的图。附图标记说明1 正极层2 负极层3 固体电解质层4 正极集电体5 负极集电体10 全固体电池11 正极活性物质12 负极活性物质13 硫化物固体电解质材料具体实施方式以下，关于本专利技术的全固体电池，对详细情况进行说明。图1是示出本专利技术的全固体电池的一个例子的概要截面图。图1中示出的全固体电池10具有含有正极活性物质11的正极层1、含有负极活性物质12的负极层2、和形成于正极层1和负极层2之间的含有硫化物固体电解质材料13的固体电解质层3。另外，全固体电池10
通常具有进行正极层1的集电的正极集电体4和进行负极层2的集电的负极集电体5。另外，全固体电池10的特征在于，全固体电池10整体的离子电阻相对于固体电解质层3的离子电阻的比例为3.8以下，固体电解质层3的离子电阻为7.6Ω·cm2以上、16Ω·cm2以下。根据本专利技术，由于固体电解质层的离子电阻与全固体电池整体的离子电阻具有上述的关系，因此能够制成实现了兼顾电池性能和安全性的全固体电池。以往，认识到全固体电池比液体系电池更安全。另一方面，在电池的内部电阻降低、电池高性能化的情况下，有时不能说全固体电池的安全性一定高。作为在安全性试验中最严酷的试验，有钉刺试验，例如在满充电的状态下对高性能的全固体电池实施钉刺试验的情况下，由于焦耳发热，有时钉的周边温度例如超过250℃，从电池(例如，层压的外装体的树脂)冒烟。焦耳发热是使电流流经导体时产生的发热，由下述式表示。Q＝I·V·t＝V/R·V·t＝V2/R·t(式中，Q为焦耳发热(J)，I为电流(A)，V为电压(V)，R为电阻(Ω)，t为秒。)焦耳发热由电子(≒离子)的流量(电流)和电压决定，在电池中，实际上升的温度由焦耳发热和热容量决定。从电压/电阻(离子电阻)计算出电流。即，为了抑制焦耳发热，希望提高全固体电池的离子电阻。另一方面，如果提高全固体电池的离子电阻，则存在电池性能(容量性能和输出性能)下降这样的问题。因此，在全固体电池中，存在难以实现兼顾电池性能和安全性这样的问题。本专利技术人为了实现兼顾电池性能和安全性而进行了专心研究，结果发现，通过着眼于固体电解质层的离子电阻与全固体电池整体的离子电阻的平衡，实现了两者的兼顾，从而使本专利技术得以完成。作为全固体电池中的离子电阻的要素，可举出固体电解质层的离子电阻(直流电阻)、固体电解质层和电极层(正极层或负极层)之间的离子电阻(界面电阻)和电极层的离子电阻(扩散电阻)这三种
要素。其中，界面电阻和扩散电阻对全固体电池的SOC(State of Charge)、放电倍率的依赖性大。对此，由于固体电解质层的离子电阻与其它要素相比，对SOC、放电倍率的依赖性小，因此即使在高SOC、高倍率放电下，也可成为使全固体电池稳定并抑制焦耳发热的电阻。在本专利技术中，通过特意地提高固体电解质层的离子电阻(7.6Ω·cm2以上)，并进一步提高该离子电阻的比例，能够制成安全性高的全固体电池。予以说明，以往，认识到全固体电池比液体系电池更安全。另外，通常，全固体电池与液体系电池相比电池性能低。因此，现状是，对于全固体电池的安全性的研究没有充分地进行。另一方面，由于全固体电池的电池性能日益提高，因此需要与安全性有关的研究。以下，对本专利技术的全固体电池的构成进行说明。1.离子电阻的比例本专利技术的全固体电池的特征在于，全固体电池整体的离子电阻(B)相对于固体电解质层的离子电阻(A)的比例即B/A为3.8以下。B/A为3.8以下即可，更优选为3.0以下，进一步优选为1.9以下。另外，B/A例如为1.25以上。这是因为如果B/A过大，则有可能难以充分地确保安全性。固体电解质层的离子电阻可利用交流阻抗法作为直流电阻来测定。另外，全固体电池整体的离子电阻本文档来自技高网...

【技术保护点】
全固体电池，其具有含有正极活性物质的正极层、含有负极活性物质的负极层、和形成于所述正极层和所述负极层之间的含有第一硫化物固体电解质材料的固体电解质层，其特征在于，所述全固体电池整体的离子电阻相对于所述固体电解质层的离子电阻的比例为3.8以下，所述固体电解质层的离子电阻为7.6Ω·cm2以上、16Ω·cm2以下。

【技术特征摘要】
2015.02.25 JP 2015-034927;2015.10.20 JP 2015-206291.全固体电池，其具有含有正极活性物质的正极层、含有负极活性物质的负极层、和形成于所述正极层和所述负极层之间的含有第一硫化物固体电解质材料的固体电解质层，其特征在于，所述全固体电池整体的离子电阻相对于所述固体电解质层的离子电阻的比例为3.8...

【专利技术属性】
技术研发人员：杉浦功一，吉田怜，藤卷寿隆，松下祐贵，
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