固体电解质电池及其制造方法、电极复合体、复合固体电解质技术

提供高输出的固体电解质电池、能够有效地制造相关的固体电解质电池的固体电解质电池的制造方法、以及能够实现高输出的固体电解质电池的复合固体电解质以及电极复合体。锂二次电池(100)(固体电解质电池)具有：正极(10)，具备包含锂氧化物的正极活性物质层(14)；负极(20)，具备负极活性物质层(24)；第一固体电解质层(30)，在正极(10)和负极(20)之间以与正极活性物质层(14)相接的方式设置，包含锂及氧；第二固体电解质层(40)，在正极(10)和负极(20)之间以与负极活性物质层(24)相接的方式设置，包含锂、氮及氧。此外，优选上述第一固体电解质层(30)及上述第二固体电解质层(40)分别还包含硼。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及固体电解质电池、电极复合体、复合固体电解质及固体电解质电池的制造方法。
技术介绍
作为以便携式信息设备为首的多种电气设备的电源，利用锂电池(包括一次电池及二次电池)。锂电池具备正极、负极以及设置在这两层之间作为电荷载体的锂离子的传导媒介的电解质层。近年来，作为高能量密度和安全性并举的锂电池，提出了电解质层的形成材料使用固体电解质的全固体型锂电池(参照例如专利文献1～3)。然而，虽然这些全固体型锂电池追求更进一步的高输出化及高容量化，但以往的全固体型锂电池并不能说已充分地实现了这些特性。在先技术文献专利文献专利文献1：日本特开2006-277997号公报专利文献2：日本特开2004-179158号公报专利文献3：专利第4615339号公报。
技术实现思路
本专利技术用于解决上述课题或问题的至少一个，可以得到以下适用例及实施方式。本专利技术的固体电解质电池的特征在于，具有：正极，能够吸附以及放出第一金属离子；负极，能够吸附以及放出上述第一金属离子；第一固体电解质层，在上述正极和上述负极之间以与上述正极相接的方式设置，至少包含产生上述第一金属离子的第一金属及氧作为构成要素；第二固体电解质层，在上述正极和上述负极之间以与上述负极相接的方式设置，至少包含上述第一金属、氮及氧作为构成要素。由此，在第一固体电解质层和正极的界面，以及第二固体电解质层和负极的界面，第一金属离子传导性分别变高，因此内部电阻变小，得到高输出的固体电解质电池。优选在本专利技术的固体电解质电池中，所述第二固体电解质层至少包含包含上述第一金属的金属氧化物，上述金属氧化物包含氮原子。由于相比于与氧结合，与氮结合的共价键性强，通过将氧置换成氮，减少第二固体电解质层的骨架构造和第一金属离子的静电相互作用，第一金属离子传导性变高。由此，内部电阻变小，得到高输出的固体电解质电池。优选在本专利技术的固体电解质电池中，上述第二固体电解质层包含氮的含有率从上述第一固体电解质层侧的面向着上述负极侧的面逐渐变大的部分。由此，在第二固体电解质层内，组成连续变化。其结果，由于在第一固体电解质层和第二固体电解质层之间没有组成不连续的界面，因此，第一金属离子的传导电阻变小，内部电阻变小，得到输出特性优异的固体电解质电池。优选在本专利技术的固体电解质电池中，上述第二固体电解质层中，与上述负极相接的面的氮的含有率在0.3原子％以上20原子％以下。由此，既能抑制第二固体电解质层的内部的第一金属离子传导性降低，也能够使第二固体电解质层和负极的界面处的第一金属离子传导电阻降低。优选在本专利技术的固体电解质电池中，上述第一固体电解质层不包含氮作为构成要素。由此，能够使正极所包含的金属氧化物的氮化停留在最低限制。其结果，能够抑制由氮化产生的正极表层的第一金属离子传导的阻碍，并抑制在第一固体电解质层和正极的界面第一金属离子传导电阻的增加。优选地，在本专利技术的固体电解质电池中，上述正极具备：正极活性物质层，和上述第一固体电解质层相接并至少含有包含上述第一金属的氧化物；正极集电体，设置在上述正极活性物质层的与上述第一固体电解质层相反的相反侧，上述负极具备：负极活性物质层，和上述第二固体电解质层相接并至少含有上述第一金属；负极集电体，设置在上述负极活性物质层的与上述第二固体电解质层相反的相反侧。由此，得到特别是内部电阻小，输出特性优异的固体电解质电池。优选在本专利技术的固体电解质电池中，上述第一金属由选自由碱金属元素以及第二族元素形成的组中的至少一个以上的金属元素构成。碱金属的最外壳电子为一个，由于易于放出电子，因此作为能够形成电荷载体的第一金属离子的第一金属是特别有用的。此外，第二族元素的最外壳电子为两个，易于放出电子，并且以一个电荷载体传输多个电子，因此能够增加固体电解质电池的容量。优选在本专利技术的固体电解质电池中，上述第一金属为锂。由此，得到锂二次电池。优选在本专利技术的固体电解质电池中，上述第一固体电解质层及上述第二固体电解质层分别进一步包含硼。由此，第一固体电解质层以及第二固体电解质层均难以受到水分的影响，不受环境制约提高其功能的长期稳定性。优选地，在本专利技术的固体电解质电池中，上述正极具备正极活性物质层，该正极活性物质层与上述第一固体电解质层相接并至少含有包含上述第一金属的氧化物，上述正极活性物质层具有：包含锂复合氧化物成为粒子状的活性物质粒子，以及设置于上述活性物质粒子彼此间的连通孔，在上述连通孔内，包含以Li7-xLa3(Zr2-x,Mx)O12表示的固体电解质的第三固体电解质层设置成与上述第一固体电解质层以及上述活性物质粒子相接，(式中，M表示Nb、Sc、Ti、V、Y、Hf、Ta、Al、Si、Ga、Ge、Sn以及Sb中的至少一种，x表示0以上2以下的实数)。由此，能够进一步提高第三固体电解质层的第一金属离子的传导性，并且能够进一步提高第三固体电解质层的机械强度。优选地，在本专利技术的固体电解质电池中，上述正极具备正极活性物质层，该正极活性物质层与上述第一固体电解质层相接并至少含有包含上述第一金属的氧化物，上述正极活性物质层具有：包含锂复合氧化物成为粒子状的活性物质粒子，以及设置于上述活性物质粒子彼此间的连通孔，在上述连通孔内，包含以Li2+xC1-xBxO3(x表示大于0但1以下的实数。)表示的固体电解质的第四固体电解质层设置成与上述第一固体电解质层以及上述活性物质粒子相接。由此，得到输出和容量高的固体电解质电池。本专利技术的电极复合体的特征在于，具有：正极，能够吸附以及放出第一金属离子；第一固体电解质层，设置成与上述正极相接，至少包含产生上述第一金属离子的第一金属及氧作为构成要素，不含氮；第二固体电解质层，在上述第一固体电解质层的与上述正极相反的相反侧以与上述第一固体电解质层相接的方式设置，至少包含上述第一金属、氮及氧作为构成要素。由此，得到能够实现高输出的固体电解质电池的电极复合体。本专利技术的复合固体电解质的特征在于，具有：第一固体电解质层，用于与能够吸附及放出第一金属离子的正极相接，至少包含生成上述第一金属离子的第一金属以及氧作为构成要素，不包含氮；第二固体电解质层，用于与能够吸附及放出上述第一金属离子的负极相接，该第二固体电解质层和上述第一固体电解质层相接，至少包含上述第一金属、氮及氧作为构成要素。由此，得到能够实现高输出的固体电解质电池的复合固体电解质。本专利技术的固体电解质电池的制造方法的特征在于，具有：对能够吸附及放出第一金属离子的正极，通过气相成膜法形成第一固体电解质层的工序，该第一固体电解质层至少包含生成上述第一金属离子的第一金属以及氧作为构成要素，不含氮；对上述第一固体电解质层，通过气相成膜法形成第二固体电解质层的工序，该第二固体电解质层至少包含上述第一金属、氮及氧作为构成要素；对上述第二固体电解质层，配置负极的工序。由此，得到能够制造高输出的固体电解质电池。附图说明图1是示出适用本专利技术的固体电解质电池的第一实施方式的锂二次电池的纵截面图。图2是示出适用本专利技术的固体电解质电池的第二实施方式的锂二次电池的纵截面图。图3是示出适用本专利技术的固体电解质电池的第三实施方式的锂二次电池的纵截面图。图4的(a)、图4的(b)是用于说明制造图2所示的锂二次电池的方法的图。图5的(a)、图5的(b)是用本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种固体电解质电池，其特征在于，具有：正极，能够吸附以及放出第一金属离子；负极，能够吸附以及放出所述第一金属离子；第一固体电解质层，在所述正极和所述负极之间以与所述正极相接的方式设置，至少包含产生所述第一金属离子的第一金属及氧作为构成要素；第二固体电解质层，在所述正极和所述负极之间以与所述负极相接的方式设置，至少包含所述第一金属、氮及氧作为构成要素。

【技术特征摘要】
2015.05.15 JP 2015-0997831.一种固体电解质电池，其特征在于，具有：正极，能够吸附以及放出第一金属离子；负极，能够吸附以及放出所述第一金属离子；第一固体电解质层，在所述正极和所述负极之间以与所述正极相接的方式设置，至少包含产生所述第一金属离子的第一金属及氧作为构成要素；第二固体电解质层，在所述正极和所述负极之间以与所述负极相接的方式设置，至少包含所述第一金属、氮及氧作为构成要素。2.根据权利要求1所述的固体电解质电池，其特征在于，所述第二固体电解质层至少包含具有所述第一金属的金属氧化物，所述金属氧化物包含氮原子。3.根据权利要求1或2所述的固体电解质电池，其特征在于，所述第二固体电解质层包括氮的含有率从所述第一固体电解质层侧的面向着所述负极侧的面逐渐变大的部分。4.根据权利要求1至3中任一项所述的固体电解质电池，其特征在于，所述第二固体电解质层中，与所述负极相接的面的氮的含有率在0.3原子％以上20原子％以下。5.根据权利要求1至4中任一项所述的固体电解质电池，其特征在于，所述第一固体电解质层不包含氮作为构成要素。6.根据权利要求1至5中任一项所述的固体电解质电池，其特征在于，所述正极具备：正极活性物质层，与所述第一固体电解质层相接，至少含有包含所述第一金属的氧化物；正极集电体，设置在所述正极活性物质层的与所述第一固体电解质层相反的相反侧，所述负极具备：负极活性物质层，与所述第二固体电解质层相接，至少含有所述第一金属；负极集电体，设置在所述负极活性物质层的与所述第二固体电解质层相反的相反侧。7.根据权利要求1至6中任一项所述的固体电解质电池，其特征在于，所述第一金属由选自由碱金属元素以及第二族元素组成的组的至少一个以上的金属元素构成。8.根据权利要求1至7中任一项所述的固体电解质电池，其特征在于，所述第一金属是锂。9.根据权利要求8所述的固体电解质电池，其特征在于，所述第一固体电解质层以及所述第二固体电解质层还分别包含硼。10.根据权利要求8或9所述的固体电解质电池，其特征在于，所述正极具备正极活性物质层，所述正极活性物质层与所述第一固体电解质层相接，至少含有包含所述第一金属的氧化...

【专利技术属性】
技术研发人员：山崎泰志，
申请(专利权)人：精工爱普生株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP