二次电池及其制造方法技术

提供一种在使用包含固体电解质的固体电池中防止正极与负极之间的短路的层。作为正极与负极之间的固体电解质，使用包含石墨烯化合物的层。包含石墨烯化合物的层能够使锂离子穿过。预先对包含石墨烯化合物的层添加锂离子。具体而言，使用修饰剂，并使用使扩大层间距离的醚、酯等官能团化学修饰的石墨烯化合物。

Secondary Battery and Its Manufacturing Method

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】二次电池及其制造方法
本专利技术的一个实施方式涉及一种物品、方法或制造方法。本专利技术涉及一种工艺、机器、产品或组合物。本专利技术的一个实施方式涉及一种半导体装置、显示装置、发光装置、蓄电装置、照明装置或电子设备的制造方法。尤其是，本专利技术的一个实施方式涉及一种电子设备及其操作系统。注意，本说明书中的电子设备一般指具有蓄电装置的装置，具有蓄电装置的电光装置、具有蓄电装置的信息终端装置等都是电子设备。
技术介绍
对使用者携带的电子设备及使用者穿戴的电子设备的开发非常活跃。便携式电子设备及可穿戴电子设备将作为蓄电装置的例子的一次电池或二次电池用作电源进行工作。由于期望便携式电子设备可承受长时间使用，因此可以使用大容量二次电池。但是，因为大容量二次电池的体积较大，所以包括大容量二次电池的电子设备的重量较重。鉴于上述问题，对能够内置于便携式电子设备的小型或薄型大容量二次电池进行了开发。使用有机溶剂等液体作为用来使锂离子转移的介质的锂离子二次电池被广泛使用。然而，因为二次电池使用液体，所以在可工作温度范围上或液体泄漏到二次电池外部时存在问题。此外，作为电解质使用液体的二次电池需要防止漏液，因此难以实现薄型化。作为不使用液体的二次电池有燃料电池。然而，电极使用贵金属且固体电解质的材料也很昂贵。此外，作为不使用液体的二次电池已知有使用固体电解质的被称为固体电池的蓄电装置，例如专利文献1、专利文献2公开了该蓄电装置。专利文献3公开了作为锂离子二次电池的电解质使用溶剂、凝胶和固体电解质中的任一个的例子。专利文献4公开了在固体电池的正极活性物质层中使用氧化石墨烯的例子。[参考文献][专利文献1]日本专利申请公开第2012-230889号公报[专利文献2]日本专利申请公开第2012-023032号公报[专利文献3]日本专利申请公开第2013-229308号公报[专利文献4]日本专利申请公开第2013-229315号公报
技术实现思路
蓄电装置包括用来隔离正极与负极以防止电极间短路的的被称为隔离体(或短路防止膜)的构件。反复充电导致锂沉积在负极上，这成为短路的原因。可以说隔离体具有防止正极与负极的短路的功能。为了实现蓄电装置的小型化及高输出化，使用包含固体电解质的层代替有机电解液来制造固体电池。固体电池与利用有机电解液的二次电池相比不容易起火，因此具有高安全性。在固体电池中，配置在正极与负极之间的包含固体电解质的层防止正极与负极的短路，该包含固体电解质的层被用作隔离体，因此有时不使用隔离体。固体电解质应具有使电荷移动的离子传导性高而电子传导性低的基本性质，以防止正极与负极之间的短路。本专利技术的一个实施方式的目的之一是提供一种用于防止使用包含固体电解质的固体电池中的正极与负极之间的短路的层。本专利技术的一个实施方式的另一目的是提供一种可靠性高的蓄电装置。本专利技术的一个实施方式的另一目的是提供一种使用寿命长的蓄电装置。本专利技术的一个实施方式的另一目的是提供一种安全性高的蓄电装置。本专利技术的一个实施方式的另一目的是提供一种新颖的蓄电装置或新颖的电极等。本专利技术的一个实施方式提供一种解决上述课题中的至少一个的蓄电装置。注意，这些目的的记载不妨碍其他目的的存在。本专利技术的一个实施方式并不需要实现所有上述目的。从说明书、附图、权利要求书等的记载中可以自然明显看出这些目的以外的目的，而可以从说明书、附图、权利要求书等的记载中抽出这些目的以外的目的。在固体电池中，作为防止正极与负极的短路的层，使用包含石墨烯化合物的层。当作为用于固体电池的新颖的材料使用包含石墨烯化合物的层时，可以扩大用于固体电池的材料的选择范围。另外，能够增多材料的组合，而可以提供新颖的固体电池。本说明书所公开的二次电池的特征在于：包括包含正极活性物质的第一电极；包含负极活性物质的第二电极；以及包含石墨烯化合物的层。包含石墨烯化合物的层具有离子传导性及防止第一电极与第二电极之间的短路的功能。形成防止正极与负极的短路的层，因此将合适的分子键合于或吸附于石墨烯化合物，由此可以使石墨烯化合物的表面的至少一部分化学修饰。使石墨烯化合物的表面的至少一部分化学修饰而得到的化合物也可以被称为表面修饰石墨烯。在本说明书中，修饰有时是指在化学上使石墨烯化合物发生改变，来改变其功能或性质。另外，修饰有时是指附加具有特定功能或性质的官能团。包含石墨烯化合物的层能够使锂离子穿过。此外，预先对包含石墨烯化合物的层添加锂离子。固体电解质是在正极与负极之间施加电压的状态下具有使离子如锂离子等穿过的性质及绝缘性的层。为了提高电池的输出特性，优选缩短离子的移动距离。当使包含石墨烯化合物的层的厚度减薄时，内部电阻得到减少，由此电池的输出特性得到提高。注意，为了防止正极与负极的短路，优选确保包含石墨烯化合物的层的厚度。具体而言，使用修饰剂，并使用使扩大层间距离的醚、酯等官能团化学修饰的石墨烯化合物。蓄电装置被要求高能量密度和高输出密度的双方。因此，优良电池被要求不仅高效率而且低内部电阻。为了提高电池的能量密度而使特定尺寸包含大量锂。为了提高功率输出密度而使电极间的距离短。为了使电容增大，可以使用各夹在正极与负极之间的多个单元。例如，按正极、第一固体电解质、被化学修饰的石墨烯化合物、第二固体电解质、负极的顺序相互层叠。具有这种结构的单元也称为双极型单元。当因某些原因而蓄电装置被施加外压时，二次电池所包含的固体电解质有可能发生变形，具体而言，该固体电解质有可能部分地被压碎，导致间隔变小了的正极与负极发生短路。由于石墨烯化合物耐受变形，所以通过将石墨烯化合物用于固体电解质，可以防止外压引起固体电解质的变形。作为可用于锂离子二次电池的聚合物已知有聚氧化乙烯(PEO)。PEO的熔点是60℃附近，因为有熔化导致电极间的短路的危险，所以温度范围窄。使用包含石墨烯化合物的层的固体电解质比PEO等聚合物的固体电解质更耐高温，所以包含该固体电解质的蓄电装置能够在宽温度范围中使用。再者，当包含石墨烯化合物的层具有较高的允许温度限制而成为不燃材料时，可以期待高可靠性以及对故障及起火的耐性。另一方面，蓄电装置中的使用电解液且由聚烯烃材料构成的现有的隔离体具有微细的孔。当因电池异常而温度到达或超过预定温度时，隔离体软化而部分地熔化。在熔化状态下，被用作锂离子的路径的微细的孔被关闭，锂离子的移动停止，由此流在电池内外的电流被停止。使用电解液的蓄电装置中的隔离体与使用固体电解质的蓄电装置中的隔离体具有相同名称但是被要求的性能不同。由于电解液被作为使用电解液的蓄电装置中的隔离体，所以使用能够使电解液渗透的材料如具有使电解液经过的微细的孔的聚乙烯或聚丙烯的织布或无纺布以及玻璃纤维等。在本说明书中，使用固体电解质的蓄电装置中的隔离体是指固体电解质层或包含氧化石墨烯的层。在本说明书中，不需要其他隔离体，固体电解质层或包含氧化石墨烯的层被用作隔离体。作为固体电解质，可以使用具有锂离子传导性且含有固体成分的任何电解质，对其没有特别的限制。例如，可以举出陶瓷、高分子电解质等。高分子电解质可以大致分为包含电解液的高分子凝胶电解质和不包含电解液的高分子电解质。本专利技术的一个实施方式可以提供使用新颖的石墨烯化合物形成的能够耐受变形的固体电解质。本专利技术的一个实施方式可以提供能够变形的蓄本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种二次电池，包括：包含正极活性物质的第一电极；包含负极活性物质的第二电极；以及包含石墨烯化合物的层，其中，所述包含石墨烯化合物的层具有离子传导性并被构成为防止所述第一电极与所述第二电极之间的短路。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.12.09 JP 2016-2398211.一种二次电池，包括：包含正极活性物质的第一电极；包含负极活性物质的第二电极；以及包含石墨烯化合物的层，其中，所述包含石墨烯化合物的层具有离子传导性并被构成为防止所述第一电极与所述第二电极之间的短路。2.根据权利要求1所述的二次电池，其中所述包含石墨烯化合物的层具有固体电解质层的功能。3.根据权利要求1所述的二次电池，其中所述包含石墨烯化合物的层包括氧和官能团。4.根据权利要求3所述的二次电池，其中所述官能团为醚。5.根据权利要求3所述的二次电池，其中所述官能团为酯。6.根据权利要求3所述的二次电池，其中所述包含石墨烯化合物的层还包括硅。7.根据权利要求6所述的二次电池，其中所述包含石墨烯化合物的层包括氧化石墨烯，其中所述硅键合于所述氧化石墨烯的氧，并且其中所述官能团键合于所述硅。8.根据权利要求6所述的二次电池，其中所述官能团为醚。9.根据权利要求6所述的二次电池，其中所述官能团为酯。10.根据权利要求1所述的二次电池，其中所述石墨烯化合物的端部用酯端接并被烷基化学修饰。11.一种二次电池，包括：包含正极活性物质的第一电极；第一固体电解质层；包含石墨烯化...

【专利技术属性】
技术研发人员：小国哲平，内田彩，门间裕史，
申请(专利权)人：株式会社半导体能源研究所，
类型：发明
国别省市：日本,JP