固体电解质和使用该固体电解质的电池制造技术

本公开提供一种具有高离子传导率的固体电解质，其例如在用于二次电池的情况下能够实现高能量密度的二次电池。本公开涉及的固体电解质(1000)，包含由第1固体电解质材料构成的第1粒子(101)、和由第2固体电解质材料构成的第2粒子(102)。第1固体电解质材料的离子传导率比第2固体电解质材料高。第2固体电解质材料的杨氏模量比第1固体电解质材料低。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】固体电解质和使用该固体电解质的电池
本公开涉及固体电解质和使用该固体电解质的电池。
技术介绍
专利文献1公开了一种含有锂硫化物的全固体电池，该锂硫化物具有硫银锗矿晶体结构。专利文献2公开了一种具有固体电解质的全固体电池，该固体电解质混合有硫化物系的玻璃体和晶体。在先技术文献专利文献1：美国专利申请公开第2016/0293946号说明书专利文献2：日本特开2011-154900号公报
技术实现思路
专利技术要解决的课题本公开的目的是提供一种具有高离子传导率的固体电解质。用于解决课题的手段本公开的固体电解质，包含：由第1固体电解质材料构成的第1粒子；和由第2固体电解质材料构成的第2粒子，所述第1固体电解质材料的离子传导率比所述第2固体电解质材料高，并且所述第2固体电解质材料的杨氏模量比所述第1固体电解质材料低。专利技术的效果本公开提供一种具有高离子传导率的固体电解质。具备该固体电解质的电池具有高能量密度。附图说明图1表示实施方式1中的固体电解质1000的示意图。图2表示实施方式2中的电池2000的剖视图。图3表示实施方式2的变形例中的电池3000的剖视图。具体实施方式以下，参照附图对本公开的实施方式进行说明。(实施方式1)实施方式1中的固体电解质，包含分别由第1固体电解质材料和第2固体电解质材料构成的第1粒子和第2粒子。第1固体电解质材料的离子传导率比第2固体电解质材料高。第2固体电解质材料的杨氏模量比第1固体电解质材料低。在实施方式1中，高密度地形成了不产生结构缺陷且具有高离子传导率的固体电解质。实施方式1的固体电解质具有高的有效离子传导率。具备实施方式1的固体电解质的电池具有高能量密度。在本说明书中，固体电解质的有效离子传导率是指实际使用固体电解质时的离子传导率。作为一例，有效离子传导率是指电池中所含的固体电解质的离子传导率。通常，在对具有高杨氏模量和高离子传导率的固体电解质的粒子施加高压力的情况下，由于压力和密度分布引起的应力，在粒子间容易发生分层(delamination)。与此相对，在实施方式1的固体电解质中，分层的发生得到了抑制。因此，实施方式1的固体电解质具有高离子传导率(例如高的有效离子传导率)。进而，使用实施方式1的固体电解质的电池具有高能量密度。通常，由压粉体构成的固体电解质的离子传导率，是在将固体电解质放入模具的高压力状态下测定的。但是通常具备固体电解质的电池会从高压力状态释放。当固体电解质从压力中释放时(例如当固体电解质被置于大气压下时)，由于压力分布的不均匀性和回弹应力，会在固体电解质中产生分层之类的结构缺陷。其结果，注意到在高压状态下测定出的固体电解质的离子传导率会与在大气压下测定出的固体电解质的离子传导率显著不同。实施方式1的固体电解质可以还包含由第3固体电解质材料构成的晶界层。在实施方式1的固体电解质包含晶界层的情况下，该晶界层的厚度可以比第1粒子的粒径和第2粒子的粒径小。第3固体电解质材料的杨氏模量可以为第2固体电解质材料的杨氏模量以下。第3固体电解质材料的杨氏模量也可以比第2固体电解质材料的杨氏模量低。在实施方式1的固体电解质层还含有这样的晶界层的情况下，分层的发生进一步得到抑制。图1表示实施方式1中的固体电解质1000的示意图。以下，参照图1对实施方式1的固体电解质进行说明。固体电解质1000包含第1粒子101、第2粒子102和晶界层103。固体电解质1000也可以不含晶界层103。第1粒子101由第1固体电解质材料构成。第2粒子102由第2固体电解质材料构成。第1固体电解质材料的离子传导率比第2固体电解质材料高。第2固体电解质材料的杨氏模量比第1固体电解质材料低。晶界层103可以存在于第1粒子101与第2粒子102之间。晶界层103可以存在于彼此相邻的两个第1粒子101之间。同样，晶界层103也可以存在于彼此相邻的两个第2粒子102之间。晶界层103由第3固体电解质材料构成。第1粒子101隔着第2粒子102和晶界层103而彼此结合。第2粒子102的杨氏模量比第1粒子101低。期望晶界层103的杨氏模量比第1粒子101低。第3固体电解质材料的杨氏模量优选为第2固体电解质材料的杨氏模量以下。通过如上述这样存在晶界层103，即使在一边对粒子施加高压一边使粒子高密度化而形成固体电解质1000的情况下，也能抑制分层之类的结构缺陷发生。其结果，可得到具有高的有效离子传导率的固体电解质。关于晶界层103抑制分层之类的结构缺陷的发生的机制，会在后面详细说明。(制造固体电解质1000的方法)以下，对制造固体电解质1000的方法的一例进行说明。首先，将第1粒子101的粉末与第2粒子102的粉末混合，得到混合粉末。如在后述的实施例中证实的那样，第2粒子102的粉末可以含有用于形成晶界层103的成分。作为一例，第2粒子102的粉末是含有锂硫化物和磷硫化物的玻璃粉末。该玻璃粉末含有结晶质成分和非晶质成分。第2粒子102和晶界层103分别由结晶质成分和非晶质成分构成。接着，对混合粉末进行加压并成型，得到固体电解质100。以下，这样的制造方法被称为“压粉工艺”。由于第2粒子102的杨氏模量比第1粒子101低，因此第2粒子102与第1粒子101相比更容易变形。所以在加压时，第2粒子102会以与存在于第1粒子101之间的空隙的形状相适合的方式发生变形。其结果，第2粒子102填充到该空隙中。这样，可得到致密的固体电解质1000。进而，通过在存在于第1粒子101间的空隙中填充第2粒子102，使存在于固体电解质层1000中的空隙变小。由此，离子传导率提高。本说明书中没有将第1粒子101和第2粒子102区分而使用的词语“粒子”，是指第1粒子101和第2粒子102。在两个彼此相邻的粒子之间存在的空隙中填充有晶界层103。因此，各粒子的表面与晶界层103接触。晶界层103提高两个彼此相邻的粒子之间的电接合性。换言之，在不存在晶界层103的情况下，粒子的表面的一部分不仅具有与相邻的粒子的表面直接接触的接触部分，还具有不与其他粒子的表面接触的非接触部分。在该空隙中填充有晶界层103的情况下，晶界层103与非接触部分接触。因此，非接触部分经由晶界层103间接地与其他粒子的表面接触。这样，晶界层103提高两个彼此相邻的粒子之间的电接合性。注意第1粒子101、第2粒子102和晶界层103都是由固体电解质材料构成的。这样，在固体电解质1000中形成了微细结构。在微细结构中，以在具有高杨氏模量的硬的第1粒子101之间存在的空隙被第2粒子102填充的方式，软的第2粒子102存在于第1粒子101之间。晶界层103可以存在于第1粒子101之间，使得在第1粒子101之间存在的空隙被晶界层103填充。同样地，晶界层1本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种固体电解质，包含：/n由第1固体电解质材料构成的第1粒子；和/n由第2固体电解质材料构成的第2粒子，/n所述第1固体电解质材料的离子传导率比所述第2固体电解质材料高，并且/n所述第2固体电解质材料的杨氏模量比所述第1固体电解质材料低。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20181116 JP 2018-2154861.一种固体电解质，包含：
由第1固体电解质材料构成的第1粒子；和
由第2固体电解质材料构成的第2粒子，
所述第1固体电解质材料的离子传导率比所述第2固体电解质材料高，并且
所述第2固体电解质材料的杨氏模量比所述第1固体电解质材料低。


2.根据权利要求1所述的固体电解质，
所述第1固体电解质材料包含选自硫化物、氧化物和卤化物中的至少一者。


3.根据权利要求2所述的固体电解质，
所述第1固体电解质材料包含硫银锗矿型硫化物。


4.根据权利要求3所述的固体电解质，
所述硫银锗矿型硫化物由组成式LiαPSβClγ表示，
其中，5.5≤α≤6.5、4.5≤β≤5.5、0.5≤γ≤1.5。


5.根据权利要求1～4中任一项所述的固体电解质，
所述第2固体电解质材料包含选自硫化物、氧化物和卤化物中的至少一者。


6.根据权利要求5所述的固体电解质，
所述第2固体电解质材料选自硫化物，并且
所述硫化物包含锂硫化物和磷硫化物。


7.根据权利要求6所述的固体电解质，
所述硫化物包含LipS-PqS5，
满足以下两个式子，
1.5≤p≤2.5和1.5≤q≤2.5。


8.根据权利要求5～7中任一项所述的固体电解质，
所述第2固体电解质材料包含以三斜晶系结晶为主成分的玻璃系硫化物。


9.根据权利要求1～8中任一项所述的固体电解质，
还包含由第3固体电解质材料构成的晶界层，
所述晶界层的厚度比所述第1粒子的粒径和所述第2粒子的粒径小，并且
所述第3固体电解质材料的杨氏模量为所述第2固体电解质材料的杨氏模量以下。


10.根据权利要求9所述的固体电解质，
所述第3固体电解质材料的杨氏模量比所述第2固体电解质材料低。

【专利技术属性】
技术研发人员：古贺英一，
申请(专利权)人：松下知识产权经营株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP