全固态电池及其制造方法技术

现有问题是在使用硅作为负极活性物质粒子时伴随充放电而发生负极活性物质粒子的膨胀或收缩。为了抑制伴随充放电而发生负极活性物质粒子的膨胀或收缩，使用石墨烯化合物束缚或固定负极活性物质粒子或多个负极活性物质粒子。在全固态二次电池中，在固体电解质与负极的界面或者在固体电解质与正极的界面的电阻最大。为了降低该界面电阻，至少使用石墨烯化合物包覆负极活性物质粒子来提高导电性。因为如锂离子等载体离子透过石墨烯化合物，所以石墨烯化合物不会阻挡在充电或放电中正极与负极间的锂离子迁移。负极间的锂离子迁移。负极间的锂离子迁移。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】全固态电池及其制造方法


[0001]本专利技术的一个方式涉及一种物品、方法或者制造方法。此外，本专利技术的一个方式涉及一种工序(process)、机器(machine)、产品(manufacture)或者组合物(composition of matter)。本专利技术的一个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及其制造方法，尤其涉及一种电子设备及其操作系统。
[0002]在本说明书中，电子设备是指具有蓄电装置的所有装置，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

[0003]近年来，对使用者携带的电子设备或使用者穿戴的电子设备的开发非常活跃。
[0004]使用者携带的电子设备或使用者穿戴的电子设备将作为蓄电装置的一个例子的一次电池或二次电池用作电源而工作。对使用者携带的电子设备期待可长时间利用，因此可以使用大容量的二次电池。但是当将大容量的二次电池内置于电子设备时，因为大容量的二次电池体积较大，所以有重量重的问题。于是，对能够内置于携带的电子设备的小型或薄型且大容量的二次电池进行了开发。
[0005]作为用来使作为载体离子的锂离子迁移的介质使用有机溶剂等液体的锂离子二次电池很普及。但是，使用液体的二次电池有如下问题：因为使用液体，所以伴随使用温度范围或使用电位而发生电解液分解反应或者向二次电池外部漏液。此外，使用液体作为电解质的二次电池有由漏液导致起火的风险。
[0006]作为不使用液体的二次电池，有燃料电池，但是它是使用贵金属作为电极且固体电解质的材料也昂贵的器件。
[0007]此外，作为不使用液体的二次电池，已知使用固体电解质的被称为固态电池的蓄电装置。例如，在专利文献1或专利文献2等中公开。此外，专利文献3公开使用溶剂、凝胶和固体电解质中的任一作为电解质的锂离子二次电池。
[0008]专利文献4公开使用氧化石墨烯作为固态电池的正极活性物质层的例子。
[0009]此外，专利文献5等也公开使用石墨烯的固态电池。[先行技术文献][专利文献][0010][专利文献1]日本专利申请公开第2012
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230889号公报[专利文献2]日本专利申请公开第2012
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023032号公报[专利文献3]日本专利申请公开第2013
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229308号公报[专利文献4]日本专利申请公开第2013
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229315号公报[专利文献5]日本专利申请公开第2018
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98200号公报

技术实现思路

专利技术所要解决的技术问题
[0011]提供一种其安全性高于现有锂离子二次电池的全固态二次电池。
[0012]通过实现全固态二次电池，可以解决使用电解液的二次电池的问题，即电解液的泄漏、电解液的变质所导致的劣化等，但是还有其他问题。
[0013]此外，当使用硅作为全固态二次电池的负极活性物质粒子时，发生由充放电导致负极活性物质粒子的膨胀或收缩的问题。
[0014]此外，已知在全固态二次电池上也发生微小短路(以下称为微短路)。因此，在全固态二次电池上抑制在正极与负极之间发生的短路或微短路也是本专利技术的目的之一。解决技术问题的手段
[0015]为了解决上述问题，使用石墨烯化合物束缚或固定负极活性物质粒子或多个负极活性物质粒子，以抑制由充放电导致的负极活性物质粒子的膨胀或收缩。
[0016]在全固态二次电池中，在固体电解质与负极的界面或者在固体电解质与正极的界面的电阻最大。为了降低该界面电阻，至少使用石墨烯化合物包覆负极活性物质粒子来提高导电性。此外，使用石墨烯化合物包覆正极活性物质粒子来提高导电性。因为如锂离子等载体离子透过石墨烯化合物，所以石墨烯化合物不会阻挡在充电或放电中正极与负极间的锂离子迁移。
[0017]此外，通过使用石墨烯化合物束缚或固定负极活性物质粒子或多个负极活性物质粒子，可以阻碍副反应物(析出物等)的产生来抑制微短路的发生。
[0018]注意，微小短路是指二次电池内部的微小短路，不是因二次电池的正极与负极短路而成为不能进行充放电的状态，而是微少短路电流在10纳秒以上且短于1微秒的期间流过微小短路部的现象。发生微小短路的原因被认为是由于多次充放电，发生正极活性物质粒子的不均匀分布，于是正极的一部分与负极的一部分发生局部性电流集中，而使隔离体的一部分不起作用，或者，产生副反应物(析出物等)。
[0019]此外，当反复发生微小短路时，有可能导致二次电池的异常发热及起火等重大事故。
[0020]于是，为了避免在负极的一部分与正极的一部分发生电流局部集中，使用石墨烯化合物包覆并固定负极表面或其内部来提高导电性。
[0021]本说明书所公开的结构之一是一种全固态电池，至少包括包含载体离子的正极活性物质粒子、多个负极活性物质粒子、多个固体电解质粒子以及石墨烯化合物，石墨烯化合物固定负极活性物质粒子，并且在充电时载体离子透过石墨烯被吸收到负极活性物质粒子。
[0022]此外，本专利技术的其他结构之一是一种全固态电池，包括包含载体离子的多个正极活性物质粒子、多个负极活性物质粒子、多个固体电解质粒子以及多个石墨烯化合物，一个或多个石墨烯化合物固定一个或多个负极活性物质粒子。
[0023]在本说明书中，石墨烯具有碳六角形晶格结构，并包括单层石墨烯或2层以上且100层以下的多层石墨烯。“单层石墨烯(一个石墨烯)”是指具有sp2键的1原子层的碳分子片。“多个石墨烯”是指多层石墨烯或多个单层石墨烯。此外，石墨烯不局限于只有碳的结构，可以部分与氧、氢或官能团键合，也可以被称为石墨烯化合物。石墨烯化合物包括石墨烯量子点。石墨烯化合物有时具有高导电性这样的优良的电特性以及高柔软性和高机械强度这样的优良的物理特性。此外，石墨烯化合物具有平面形状。石墨烯化合物可以形成接触
电阻低的面接触。石墨烯化合物有时即使薄也具有非常高的导电性，因此可以在活性物质层中以少量高效率地形成导电路径。通过利用喷雾干燥装置，可以以覆盖活性物质的表面整体的方式形成被用作覆膜的石墨烯化合物。在此，特别优选的是，作为石墨烯化合物例如使用石墨烯、多层石墨烯、石墨烯量子点或者RGO。在此，RGO例如是指还原氧化石墨烯(graphene oxide：GO)而得到的化合物。
[0024]此外，本专利技术的其他结构之一是一种全固态电池，包括包含载体离子的多个正极活性物质粒子、多个负极活性物质粒子、多个固体电解质粒子以及多个石墨烯化合物，并且一个或多个石墨烯化合物固定一个或多个正极活性物质粒子。
[0025]在上述结构中，作为正极活性物质粒子，优选使用包含锂及钴的氧化物。正极活性物质粒子更优选具有由空间群R
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3m表示的晶体结构。优选的是，该正极活性物质粒子尤其在充电深度较深的情况下具有后面说明的拟尖晶石结构。
[0026]此外，优选的是，正极活性物质粒子的表层部中的氟等卤素的浓度高于一个粒子整本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种全固态电池，包括：包含载体离子的正极活性物质粒子；多个负极活性物质粒子；多个固体电解质粒子；以及石墨烯化合物，其中，所述石墨烯化合物固定所述负极活性物质粒子，并且在充电时载体离子透过所述石墨烯化合物被吸收到所述负极活性物质粒子。2.一种全固态电池，包括：包含载体离子的多个正极活性物质粒子；多个负极活性物质粒子；多个固体电解质粒子；以及多个石墨烯化合物，其中，一个或多个石墨烯化合物固定一个或多个负极活性物质粒子。3.一种全固态电池，包括：包含载体离子的多个正极活性物质粒子；多个负极活性物质粒子；多个固体电解质粒子；以及多个石墨烯化合物，其中，一个或多个石墨烯化合物固定一个或多个正极活性物质粒子。4.一种全固态电池，其中，第一石墨烯化合物至少部分或全部包覆包含载体离子的多个正极活性物质粒子和多个第一固体电解质粒子的双方，第二石墨烯化合物至少部分或全部包覆多个负极活性物质粒子和多个第二固...

【专利技术属性】
技术研发人员：田岛亮太，米田祐美子，门马洋平，山崎舜平，
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：