全固体电池制造技术

本发明专利技术涉及全固体电池。利用金属锂的析出‑溶解反应作为负极反应的全固体电池，其特征在于，依次具有：负极集电体、包含纤维状碳材料和树脂的Li吸留层、包含可与锂合金化的金属M的金属M层、固体电解质层和正极层。

【技术实现步骤摘要】
全固体电池
本公开涉及全固体电池。
技术介绍
随着近年来的个人电脑、摄像机和移动电话等信息关联设备、通信设备等的快速普及，作为其电源利用的电池的开发受到了重视。另外，在汽车产业界等中，也正在进行着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。电池中，锂金属二次电池使用在金属中具有最大的离子化倾向的锂作为负极，因此与正极的电位差大，可获得高的输出电压，在这方面受到了关注。另外，全固体电池作为介于正极与负极之间的电解质，代替包含有机溶剂的电解液而使用固体电解质，在这方面受到了关注。在锂金属二次电池的领域中，已知发生由枝晶引起的短路。充电时在负极层析出的锂向正极层的方向生长，负极层和正极层物理上接触从而发生短路。为了防止由枝晶的生长引起的短路，在日本特开2019-033053中公开了一种锂固体电池，其在负极集电体与固体电解质层之间具有包括Li吸留层的Li析出负极，该Li吸留层由碳材料和树脂构成。
技术实现思路
日本特开2019-033053中记载的锂固体电池通过在负极集电体与固体电解质层之间包括由碳材料和树脂构成的Li吸留层，实现短路抑制，提高锂固体电池的可逆容量，但在充放电效率上有进一步提高的余地。本公开鉴于上述实际情况，目的在于提供充放电效率高的全固体电池。本公开提供全固体电池，是利用金属锂的析出-溶解反应作为负极反应的全固体电池，其特征在于，依次具有：负极集电体、包含纤维状碳材料和树脂的Li吸留层、包含可与锂合金化的金属M的金属M层、固体电解质层和正极层。本公开提供全固体电池，是利用金属锂的析出-溶解反应作为负极反应的全固体电池，其特征在于，依次具有：负极集电体、包含纤维状碳材料和树脂的Li吸留层、包含锂与金属M的合金的Li-M合金层、固体电解质层和正极层。本公开中，上述金属M可以是金属镁。本公开中，上述Li吸留层的厚度可以为3μm以上且33μm以下。本公开中，上述金属M层的厚度可以为30nm以上且5μm以下。本公开中，上述金属M层的厚度可以为100nm以上且5μm以下。本公开能够提供充放电效率高的全固体电池。附图说明以下参照附图对本专利技术的例示性实施方式的特征、优点以及技术和工业重要性进行说明，其中相同的附图标记表示相同的要素，其中：图1为示出本公开的全固体电池的一例的截面示意图。具体实施方式本公开提供全固体电池，是利用金属锂的析出-溶解反应作为负极反应的全固体电池，其特征在于，依次具有：负极集电体、包含纤维状碳材料和树脂的Li吸留层、包含可与锂合金化的金属M的金属M层、固体电解质层和正极层。作为本公开的另外的实施方式，提供全固体电池，是利用金属锂的析出-溶解反应作为负极反应的全固体电池，其特征在于，依次具有：负极集电体、包含纤维状碳材料和树脂的Li吸留层、包含锂与金属M的合金的Li-M合金层、固体电解质层和正极层。本公开中，所谓锂金属二次电池，是指使用金属锂和锂合金中的至少任一者作为负极活性物质、利用金属锂的析出-溶解反应作为负极反应的电池。另外，本公开中，所谓负极，是指包含负极层的负极。本公开中，所谓全固体电池的满充电时，是指全固体电池的充电状态值(SOC：StateofCharge)为100％的状态时。SOC表示相对于电池的满充电容量的充电容量的比例，满充电容量为SOC100％。SOC可由例如全固体电池的开路电压(OCV：OpenCircuitVoltage)推定。图1为示出本公开的全固体电池的一例的截面示意图。如图1中所示那样，全固体电池100依次包括负极集电体11、固体电解质层12、正极层13和正极集电体14，在负极集电体11与固体电解质层12之间，从负极集电体11侧起依次包括Li吸留层15和包含可与Li合金化的金属M的金属M层16。予以说明，金属M层16在初次充电后的满充电时可成为包含锂与金属M的合金的Li-M合金层。图1中没有示出负极层，但在本公开中，在负极集电体11与固体电解质层12之间可存在负极层。另外，负极层只要在负极集电体11与固体电解质层12之间，则可存在于负极集电体11与Li吸留层15之间、Li吸留层15与金属M层16之间、以及金属M层16与固体电解质层12之间的至少任一个位置。进而，在负极层由金属锂构成的情况下，在满充电时的全固体电池100中可存在负极层，在初次充电前或完全放电后的全固体电池100中负极层可溶解并消失。[负极集电体]负极集电体的材料可以是不与Li合金化的材料，例如能够列举出SUS、铜和镍等。作为负极集电体的形态，例如能够列举出箔状和板状等。对负极集电体的俯视形状并无特别限定，例如能够列举出圆状、椭圆状、矩形和任意的多边形等。另外，负极集电体的厚度因形状而异，例如在1μm～50μm的范围内，可以在5μm～20μm的范围内。[Li吸留层]Li吸留层是包含纤维状碳材料和树脂的混合体的层，是配置在负极集电体与固体电解质层之间的层。作为纤维状碳材料，例如可列举出VGCF(气相法碳纤维)、碳纳米管和碳纳米纤维等。作为树脂，例如能够例示丙烯腈-丁二烯橡胶(ABR)、丁二烯橡胶(BR)、聚偏二氟乙烯(PVdF)和苯乙烯-丁二烯橡胶(SBR)等。对Li吸留层中的纤维状碳材料与树脂的质量比率并无特别限定，将这2种材料的总质量设为100质量％时的质量比可以为纤维状碳材料：树脂＝10：90～90：10，也可以为纤维状碳材料：树脂＝25：75～75：25。作为制作由纤维状碳材料和树脂构成的混合体的方法，例如能够列举出使用乳钵和乳棒的手混混合、均化器、机械研磨等。机械研磨可以是干式机械研磨，也可以是湿式机械研磨。机械研磨只要是一边赋予机械能一边将纤维状碳材料和树脂混合的方法，则并无特别限定，例如能够列举出球磨、振动磨、涡轮磨、机械融合、盘磨等，其中可以是球磨，特别地，可以是行星型球磨。作为使用均化器制作混合体时使用的液体，能够列举出极性的非质子性液体、非极性的非质子性液体等非质子性液体。对Li吸留层的厚度并无特别限定，可以是3～33μm。[金属M层]金属M层是包含可与Li合金化的金属M、在Li吸留层与固体电解质层之间所配置的层。作为可与Li合金化的金属M，可列举出选自Mg、Au、Al和Sn中的至少一种的金属，可以是Mg(金属镁)。金属M层中可只包含一种金属M，也可包含2种以上，可使2种以上的金属M合金化而包含。金属M层中只要包含金属M作为主成分，也可包含其他金属。在本公开中，所谓主成分，是指将层的总质量设为100质量％时含有50质量％以上的成分。对金属M层的厚度并无特别限定，从提高全固体电池的充放电效率的观点和提高能量密度的观点出发，可以为30nm～5μm，更优选地，可以为100nm～5μm。对金属M层的形成方法并无特别限定，可通过使用电子束蒸镀装置，在固体电解质层或Li吸留层的至少一面上将金属M真空蒸镀本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.全固体电池，是利用金属锂的析出-溶解反应作为负极反应的全固体电池，其特征在于，依次具有：负极集电体、包含纤维状碳材料和树脂的Li吸留层、包含可与锂合金化的金属M的金属M层、固体电解质层和正极层。/n

【技术特征摘要】
20190924 JP 2019-1730611.全固体电池，是利用金属锂的析出-溶解反应作为负极反应的全固体电池，其特征在于，依次具有：负极集电体、包含纤维状碳材料和树脂的Li吸留层、包含可与锂合金化的金属M的金属M层、固体电解质层和正极层。


2.全固体电池，是利用金属锂的析出-溶解反应作为负极反应的全固体电池，其特征在于，依次具有：负极集电体、包含纤维状碳材料和树脂的Li吸留层、包含锂与金属M的合金...

【专利技术属性】
技术研发人员：李西濛，野濑雅文，
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