全固体电池及其制造方法技术

本申请提供一种全固体电池，其包括：固体电解质层，包含氧化物类电解质；第一电极层，形成在固体电解质层的第一个面上并包含陶瓷颗粒；和第二电极层，形成在固体电解质层的第二个面上并包含陶瓷颗粒，其中第一电极层和第二电极层中的至少一者包含微颗粒碳和板状碳。

【技术实现步骤摘要】
全固体电池及其制造方法
本专利技术的某方面涉及全固体电池和全固体电池的制造方法。
技术介绍
最近，二次电池正用于各种领域中。具有电解液的二次电池具有比如电解液泄漏的问题。因此，正在开发具有固体电解质和其它固体要素的全固体电池。国际公开第WO2013/038948号公开了一种将碳粉添加到电极层中以实现电子电导率的技术。
技术实现思路
然而，在通过烧结形成的氧化物类固体电解质中，当存在碳粉时，氧化物类电解质的烧结性能可能降低并且离子电导率可能降低。本专利技术的目的是提供一种全固体电池和全固体电池的制造方法，该全固体电池能够实现优良的电子电导率和优良的离子电导率。根据本专利技术的一个方面，提供一种全固体电池，包括：固体电解质层，包含氧化物类电解质；第一电极层，形成在固体电解质层的第一个面上并包含陶瓷颗粒；以及第二电极层，形成在固体电解质层的第二个面上并包含陶瓷颗粒，其中第一电极层和第二电极层中的至少一者包含微颗粒碳和板状碳。根据本专利技术的另一方面，提供一种全固体电池的制造方法，包括：第一步骤，在包含氧化物类固体电解质颗粒的生片的两个面上设置电极层用糊料，该糊料包含微颗粒碳、板状碳和陶瓷颗粒；和第二步骤，烧制第一步骤中形成的结构体。附图说明图1示出根据一个实施方式的全固体电池的示意性截面；图2A至图2C示出微颗粒碳和板状碳；图3示出全固体电池的制造方法的流程图；且图4A至图4E示出用于描述层叠多个电池单元情况下的制造方法的示意性截面。具体实施方式将参照附图给出对实施方式的描述。(实施方式)图1示出根据一个实施方式的全固体电池100的示意性截面。如图1所示，全固体电池100具有第一电极10和第二电极20将氧化物类固体电解质层30夹在中间的结构。第一电极10具有层叠第一电极层11和集电体层12的结构。第一电极层11位于固体电解质层30侧。第二电极20具有层叠第二电极层21和集电体层22的结构。第二电极层21位于固体电解质层30侧。因此，第一电极层11形成在固体电解质层30的第一个面上，并且第二电极层21形成在固体电解质层30的第二个面上。各个厚度不受限制。然而，当电极层的厚度过小时，不容易增大容量密度。当电极层的厚度过大时，全固体电池100的响应性(输出特性)可能降低。因此，优选第一电极层11和第二电极层21的厚度为1μm至100μm。更优选厚度为2μm至50μm。当固体电解质层30过薄时，可能发生短路。当固体电解质层30过厚时，输出特性可能降低并且容量密度可能降低。因此，优选固体电解质层30的厚度为0.5μm至30μm。更优选厚度为1μm至15μm。当全固体电池100用作二次电池时，第一电极10和第二电极20中的一个用作正电极而另一个用作负电极。在该实施方式中，作为示例，第一电极10用作正电极，并且第二电极20用作负电极。至少，固体电解质层30是氧化物类固体电解质。例如，固体电解质层30具有NASICON结构。具有NASICON结构的氧化物类固体电解质具有高电导率并且在常压下稳定。例如，具有NASICON结构的氧化物类固体电解质是比如包含锂的磷酸盐。磷酸盐不受限制。例如，磷酸盐是比如磷酸与Ti的复合盐(例如Li1+xAlxTi2-x(PO4)3)。或者，Ti的至少一部分可以被四价的过渡金属如Ge、Sn、Hf或Zr替换。为了增加Li的量，Ti的一部分可以被三价的过渡金属如Al、Ga、In、Y或La替换。具体地，包含锂并具有NASICON结构的磷酸盐是Li-Al-Ge-PO4类材料(例如，Li1+xAlxGe2-x(PO4)3)、Li1+xAlxZr2-x(PO4)3、Li1+xAlxTi2-x(PO4)3等。例如，优选使用预先添加第一电极层11和第二电极层21中包含的具有橄榄石型晶体结构的磷酸盐中包含的过渡金属的Li-Al-Ge-PO4-类材料。例如，当第一电极层11和第二电极层21包括含有Co和Li的磷酸盐时，优选固体电解质层30包含预先添加Co的Li-Al-Ge-PO4-类材料。在这种情况下，能够抑制电极活性材料中包含的过渡金属溶解到电解质中。至少，用作正电极的第一电极层11包含具有橄榄石型晶体结构的材料作为电极活性材料。优选第二电极层21也包含电极活性材料。电极活性材料是比如包括过渡金属和锂的磷酸盐。橄榄石型晶体结构是天然橄榄石的晶体。能够通过使用X射线衍射识别橄榄石型晶体结构。例如，作为具有橄榄石型晶体结构的电极活性材料的典型实例，可以使用包括Co的LiCoPO4。可以使用上述化学式中充当过渡金属的Co替换为另一种过渡金属的其它磷酸盐。Li或PO4的比率可根据化合价波动。优选使用Co、Mn、Fe、Ni等作为过渡金属。具有橄榄石型晶体结构的电极活性材料在充当正电极的第一电极层11中充当正电极活性材料。例如，当仅第一电极层11包含具有橄榄石型晶体结构的电极活性材料时，电极活性材料充当正电极活性材料。当第二电极层21也包含具有橄榄石型晶体结构的电极活性材料时，在充当负电极的第二电极层21中，放电容量可能增加并且工作电压可能由于放电而增加。功能机制不完全清楚。然而，该机制可能是由于与负电极活性材料一起形成部分固相而引起的。当第一电极层11和第二电极层21都包含具有橄榄石型晶体结构的电极活性材料时，第一电极层11和第二电极层21中的每一个的电极活性材料可以具有共同的过渡金属。或者，第一电极层11的电极活性材料的过渡金属可以与第二电极层21的电极活性材料的过渡金属不同。第一电极层11和第二电极层21可以仅具有单一类型的过渡金属。第一电极层11和第二电极层21可以具有两种或更多种类型的过渡金属。优选第一电极层11和第二电极层21具有共同的过渡金属。更优选两个电极层的电极活性材料具有相同的化学组成。当第一电极层11和第二电极层21具有共同过渡金属或相同组成的共同电极活性材料时，两个电极层的组成之间的相似性增加。因此，即使全固体电池100的端子以正/负反转状态连接，全固体电池100实际上也可以根据使用目的无故障地使用。第二电极层21可包含已知材料作为负电极活性材料。当仅电极层中的一个包含负电极活性材料时，清楚的是电极层中的一个充当负电极且另一个充当正电极。当仅电极层中的一个包含负电极活性材料时，优选的是，电极层中的该一个是第二电极层21。两个电极层均可包含已知材料作为负电极活性材料。二次电池的常规技术可以应用于负电极活性材料。例如，氧化钛、锂-钛复合氧化物、锂-钛复合磷酸盐、碳、磷酸钒锂。此外，在第一电极层11和第二电极层21的形成工艺中，可以添加氧化物类固体电解质材料或导电材料(导电助剂)如碳或金属。当材料与粘合剂或增塑剂一起均匀地分散在水或有机溶液中时，获得电极层用糊料。Pd、Ni、Cu或Fe或其合金可用作导电助剂的金属。导电材料如碳或金属可以用作集电体层12和22。纯金属物质如Ni、Cu、Pd、Ag、Pt、Au、Al或Fe、或其合金、或其氧化物可用作导电材料。为了改善全固体电池100的性能，优选第一电极层11和第二电极层21具有优良的电子电导率和优良的离子电导率。为了实现第一电极层11和第二电极层21的优良电子电导率，优选第一电极层11和第二电极层21包含微颗粒碳40作为导电助剂，如图2A所示。微颗粒碳40容易分散到第一本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种全固体电池，其包括：固体电解质层，包括氧化物类电解质；第一电极层，形成在所述固体电解质层的第一个面上并包括陶瓷颗粒；和第二电极层，形成在所述固体电解质层的第二个面上并包括陶瓷颗粒，其中，所述第一电极层和所述第二电极层中的至少一者包括微颗粒碳和板状碳。

【技术特征摘要】
2017.11.02 JP 2017-2130721.一种全固体电池，其包括：固体电解质层，包括氧化物类电解质；第一电极层，形成在所述固体电解质层的第一个面上并包括陶瓷颗粒；和第二电极层，形成在所述固体电解质层的第二个面上并包括陶瓷颗粒，其中，所述第一电极层和所述第二电极层中的至少一者包括微颗粒碳和板状碳。2.如权利要求1所述的全固体电池，其中在所述第一电极层和所述第二电极层的每一个中，所述微颗粒碳与所述板状碳之间的重量比为1：9至9：1。3.如权利要求1或2所述的全固体电池，其中在所述第一电极层和所述第二电极层的每一个中，所述微颗粒碳和所述板状...

【专利技术属性】
技术研发人员：富泽祥江，伊藤大悟，
申请(专利权)人：太阳诱电株式会社，
类型：发明
国别省市：日本,JP