全固态电池制造技术

技术编号:22332315 阅读:36 留言:0更新日期:2019-10-19 12:41
本发明专利技术提供一种全固态电池,具有包含Si系材料作为负极活性物质的负极且能量密度高。全固态电池具备正极层、负极层及配置于该正极层与该负极层之间的固体电解质层,其特征在于,所述负极层含有负极活性物质和固体电解质,所述负极活性物质包含从由Si及Si合金构成的群中选择的至少一种Si系材料,所述固体电解质包含硫化物系固体电解质,在所述负极层内,至少在由所述固体电解质构成的区域存在由该固体电解质包围的电解质间空隙,在将所述负极层的总体积设为100体积%时,该负极层的所述电解质间空隙所占的空隙率为3.4体积%以上且29.6体积%以下。

【技术实现步骤摘要】
全固态电池
本公开涉及全固态电池。
技术介绍
伴随于近年来的计算机、摄影机及便携电话等信息关联设备或通信设备等的快速普及,作为其电源而利用的电池的开发得到了重视。另外,在汽车业界等中也在推进电动汽车用或混合动力汽车用的高输出且高容量的电池的开发。在全固态电池之中,锂离子全固态电池在“由于利用伴随着锂离子的移动的电池反应,所以能量密度高”这一点和“作为夹设于正极与负极之间的电解质,取代包含有机溶剂的电解液而使用固体电解质”这一点上受到了关注。由于由Si系材料构成的活性物质的每单位体积的理论容量大,所以提出了将Si系材料用于负极的锂离子全固态电池。在专利文献1~3中,公开了使用Si作为负极活性物质的全固态电池。在专利文献4中,以提高非水电解质电池的放电容量为目的而关于固体电解质层的空隙率进行了公开。在专利文献5中,关于全固态电池用负极的空隙公开了如下主旨:空隙是由硫化物固体电解质和/或负极活性物质包围的间隙,负极中的空隙率是5%~30%。在专利文献5中,使用Si与碳材料矩阵化而成的物质作为负极活性物质。因而,没有与负极所包含的固体电解质中的空隙相关的记载。现有技术文献专利文献专利文献1:日本特开2014-192093号公报专利文献2:日本特开2013-069416号公报专利文献3:日本特开2017-059534号公报专利文献4:日本特开2013-016280号公报专利文献5:日本特开2017-054720号公报
技术实现思路
专利技术所要解决的课题在使用了包含Si系材料作为负极活性物质的负极层的全固态电池的情况下,充电时的负极活性物质的体积膨胀率大,因此需要用于抑制电池的膨胀的夹具,存在电池的能量密度下降这一问题。另外,若为了抑制电池的膨胀而仅使负极层中的空隙增加的话,则有时难以确保负极活性物质与固体电解质的接触性,因此存在电池电阻有时会增加这一问题。本公开鉴于上述实情,目的在于提供一种具有包含Si系材料作为负极活性物质的负极层且能量密度高的全固态电池。用于解决课题的方案本公开提供一种全固态电池,具备正极层、负极层及配置于该正极层与该负极层之间的固体电解质层,其特征在于,所述负极层含有负极活性物质和固体电解质,所述负极活性物质包含从由Si及Si合金构成的群中选择的至少一种Si系材料,所述固体电解质包含硫化物系固体电解质,在所述负极层内,至少在由所述固体电解质构成的区域存在由该固体电解质包围的电解质间空隙,在将所述负极层的总体积设为100体积%时,该负极层的所述电解质间空隙所占的空隙率为3.4体积%以上且29.6体积%以下。在本公开的全固态电池中,可以是,所述负极层还包含纤维状碳作为导电材料。在本公开的全固态电池中,可以是,在将所述负极层的总体积设为100体积%时,该负极层的存在于该负极层内的全部空隙所占的空隙率为5体积%以上且38体积%以下。在本公开的全固态电池中,可以是,在将所述负极层内的由所述固体电解质构成的区域的总体积设为100体积%时,该区域的所述电解质间空隙所占的空隙率为40体积%以上且80体积%以下。专利技术效果根据本公开,能够提供一种具有包含Si系材料作为负极活性物质的负极层且能量密度高的全固态电池。附图说明图1是示出本公开的全固态电池的一例的剖视示意图。图2是示出本公开中使用的负极层的一例的示意图。具体实施方式本公开提供一种全固态电池,具备正极层、负极层及配置于该正极层与该负极层之间的固体电解质层,其特征在于,所述负极层含有负极活性物质和固体电解质,所述负极活性物质包含从由Si及Si合金构成的群中选择的至少一种Si系材料,所述固体电解质包含硫化物系固体电解质,在所述负极层内,至少在由所述固体电解质构成的区域存在由该固体电解质包围的电解质间空隙,在将所述负极层的总体积设为100体积%时,该负极层的所述电解质间空隙所占的空隙率为3.4体积%以上且29.6体积%以下。Si与碳材料相比容量高,另一方面,与Li反应时的体积变化非常大,体积会膨胀为3~4倍。使用了固体电解质的电池利用在活性物质的周围设置的固体电解质(SE)来进行Li传导。若为了充分保持固体电解质与负极活性物质的接触面积而尽量减少负极层内的空隙,则在与Si与Li反应时的Li向Si的插入相伴的体积膨胀时,不存在供膨胀后的Si退避的空间。通过负极层膨胀,向进行束缚的夹具施加的压力会变大,因此,若设为具有充分强度的束缚夹具,则成为包装时的电池以外的无用的体积增加,作为系统整体,电池的能量密度不会上升。另一方面,若提高负极层内的空隙率,则能够抑制压力的增加,但固体电解质与负极活性物质的接触面积少,使电池放电(活性物质收缩)时的电池的电阻值会变高。因而,存在难以兼顾电池的束缚压的缓和及电池的电阻值的下降这一问题。本申请的研究者不改变负极层的总空隙率而在负极活性物质的周围无间隙地配置固体电解质,增加了由固体电解质构成的区域内的空隙(电解质间空隙)。由此,变得容易吸收电池充电时的负极活性物质的膨胀。作为结果,能够抑制电池的压力增加,并且通过提高负极活性物质与固体电解质的界面的接触性而使电池的电阻值下降。即,在抑制电池的压力增加的同时成功实现了电池的电阻值的下降的兼顾。若单纯在负极层内设置空隙的话,则负极活性物质与固体电解质的界面变少,因此电池的电阻变高。另一方面,推测为,通过在负极活性物质的周围配置了固体电解质的基础上增加由固体电解质构成的区域内的空隙,能够抑制电池的电阻的增加和电池充电时的夹具的束缚压的增加。根据本公开,通过在负极层内的由固体电解质构成的区域设置空隙(电解质间空隙),能够抑制电池充电时的负极活性物质的膨胀。因而,能够减少用于抑制电池的膨胀的夹具,能够抑制电池的能量密度下降。另外,电解质间空隙设置于负极层内的由固体电解质构成的区域的由该固体电解质包围的区域。因而,能够充分确保负极活性物质与固体电解质的界面的接触性,因此能够也抑制电池电阻的增加。在本公开中,“负极层内的由固体电解质构成的区域”(以下,有时称作固体电解质区域)是指包含固体电解质且固体电解质彼此接触而连成一串的区域。具体而言,在负极层包含负极活性物质、固体电解质及其他材料的情况下,固体电解质区域是除了存在负极活性物质和其他材料的区域以外的负极层内的区域。固体电解质区域在负极层内至少存在一处,也可以存在多处。在本公开中,“电解质间空隙”是指存在于负极层内的由固体电解质构成的区域的由该固体电解质包围的区域的空隙。具体而言,是负极层内的通过固体电解质的颗粒彼此接触而产生的空隙,且是除了通过固体电解质与该固体电解质以外的负极活性物质等构成负极层的材料的接触而产生的负极活性物质-固体电解质间空隙及通过负极活性物质的颗粒彼此接触而产生的活性物质间空隙等以外的空隙。图1是示出本公开的全固态电池的一例的剖视示意图。如图1所示,全固态电池100具备包含正极层12及正极集电体14的正极16、包含负极层13及负极集电体15的负极17以及配置于正极16与负极17之间的固体电解质层11。图2是示出本公开中使用的负极层的一例的示意图。如图2所示,在负极层13内存在固体电解质颗粒21和负极活性物质颗粒22。并且,在图2中由虚线示出的区域是固体电解质区域23。因此,固体电解质区域23是负极层13内的不包本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种全固态电池,具备正极层、负极层及配置于该正极层与该负极层之间的固体电解质层,其特征在于,所述负极层含有负极活性物质和固体电解质,所述负极活性物质包含从由Si及Si合金构成的群中选择的至少一种Si系材料,所述固体电解质包含硫化物系固体电解质,在所述负极层内,至少在由所述固体电解质构成的区域存在由该固体电解质包围的电解质间空隙,在将所述负极层的总体积设为100体积%时,该负极层的所述电解质间空隙所占的空隙率为3.4体积%以上且29.6体积%以下。

【技术特征摘要】
2018.04.03 JP 2018-0718681.一种全固态电池,具备正极层、负极层及配置于该正极层与该负极层之间的固体电解质层,其特征在于,所述负极层含有负极活性物质和固体电解质,所述负极活性物质包含从由Si及Si合金构成的群中选择的至少一种Si系材料,所述固体电解质包含硫化物系固体电解质,在所述负极层内,至少在由所述固体电解质构成的区域存在由该固体电解质包围的电解质间空隙,在将所述负极层的总体积设为100体积%时,该负极层的所述...

【专利技术属性】
技术研发人员:水谷聪由井悠基
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

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