本发明专利技术涉及一种电池结构体，其包括依次设置的正极层、固体电解质层和负极层，其中，除了不可避免的杂质以外，所述固体电解质层的化学组成以式ａＬｉ.ｂＸ.ｃＳ.ｄＹ表示，其中Ｘ为磷（Ｐ）和硼（Ｂ）中的至少一种元素，Ｙ为氧（Ｏ）和氮（Ｎ）中的至少一种元素，ａ．ｂ．ｃ和ｄ的总和为１，ａ为０．２０至０．５２、ｂ为０．１０至０．２０、ｃ为０．３０至０．５５、以及ｄ为０至０．３０。所述固体电解质层包括与所述负极层相接触的Ａ部分和与所述正极层相接触的Ｂ部分，并且所述Ａ部分中的ｄ大于所述Ｂ部分中的ｄ。本发明专利技术还涉及一种包括所述电池结构体的锂二次电池。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种具有高容量和优异的充电/放电特性的电池结构 体以及使用该电池结构体的锂二次电池。
技术介绍
锂二次电池的例子包括使用有机电解质(有机物质的溶液形式的 电解质，下文中也称为"有机电解质溶液")的电池和使用固体电解 质(下文中也称为"固体电解质层")的电池。其中，其负极(下文中也称为"负极层")中使用锂(Li)系金属的电池每单位体积具有 高的放电容量，因此被认为是优异的。但是，在前一种情况下，如果 将金属Li用于负极，则随着充电和放电的不断重复，金属Li可能与 有机电解质溶液发生反应，从而形成针状晶体，进而导致充电/放电 循环特性的降低，另外这种针状晶体可透过隔板到达正极(下文中也 称为"正极层")，因此造成短路。为了避免这类问题，人们采用了 很多的方法，例如使用将碳和Li金属箔层叠在一起形成的复合材料、 使用伍德合金以及进行合金化。另外，在许多情况下，使用有机电解 质溶液的电池不能承受回流焊安装工艺中的温度，因此耐热性不足。 另一方面，在后一种使用固体电解质的情况下，尽管在回流焊安装工 艺中具有足够的耐热性，但是仍需要用于提高Li(其熔点为约18(TC) 的耐热性的方法。为了达到这一目的，人们采用了很多方法。例如， 日本未审查专利申请公开No. 2004-179158 (专利文献1)和日本未审 查专利申请公开No. 2004-127743 (专利文献2)公开了这样的负极材 料，例如将金属Li或其颗粒嵌入碳系材料中而形成的复合材料。具有固体电解质层被设置于由LiCo02等所构成的正极层和含有 Li的负极层之间这样的基本构造的锂二次电池主要采用将这些成分 从气相中沉积的方法(下文中也称为"气相合成法")或采用进行粉末成型的方法(下文中也称为"粉末法")来制备。另外，如上述专禾i」文献2禾口 Journal of Non-Crystalline Solids, 123 ( 1990)，第328-338页(非专利文献l)中所公开的那样，用于固体电解质层的材料的例 子包括主要含有磷(P)和硫(S)的Li化合物，以及通过向这些Li 化合物中进一步添加氧(O)而获得的化合物。如上述专利文献1中 所公开的那样，用于固体电解质层的材料的例子还包括含有铌(Nb)、 钽(Ta)和氧(O)的Li化合物。在使用粉末法的情况下，起始材料粉末主要是通过将熔体急冷并 凝固的技术(熔体急冷法或其它的急冷法)或通过机械研磨(MM) 的技术(其中通过使用球磨机等进行混合使得粉末彼此之间发生反 应)来形成的。这些粉末为玻璃态和/或结晶状，并且为盘状、块状 或薄片状的形式。前一种技术在(例如)上述非专利参考文献l和日 本未审查专利申请公开No. 4-231346 (专利文献3)中有所公开，后 一种技术在(例如)日本专利No. 3233345 (专利文献4)和日本未审 查专利申请公开No. 2004-265685 (专利文献5)中有所公开。含有固体电解质的二次电池的例子包括各电池部件(其包括均为薄膜形式的正极层、固体电解质层和负极层)通过气相合成法沉积 而形成的结构体；各电池部件沉积在金属薄膜上(其设置于陶瓷基底上)或沉积在由金属箔构成的集电体层上而形成的结构体；以及粉末成形体被用于正极层和固体电解质层中，并且设置有均为薄膜形式的 电池部件而形成的结构体。固体电解质的代表性例子包括由LiPON(其是通过将磷酸锂进行氮化而获得的)构成的电解质和由无定形Li20-V20s-Si02系氧化物构成的电解质。顺便提及，日本未审查专利申请公开No. 10-83838 (专 利文献6)公开了充电/放电循环特性得到改善的后一种材料。在将这 些材料用于固体电解质的二次电池中，在薄膜型电池的情况下，Li 离子的导电率约为10—6S/cm，电流密度约为10 |aA/cm2，且容量最高 为约几十微安时(pAh)。因此，这一数值远低于使用有机电解质溶 液的普通二次电池所具有的约3mAh/cri^的数值，并且也难于进行高 速充电。因此，它们仍未达到实际应用的水平。在这种情况下，为了提高电流密度，人们尝试使用硫化物系固体 电解质，如Li2S-P2S5系固体电解质，与有机电解质溶液的Li离子导 电率相比，所述硫化物系固体电解质的Li离子导电率更高。但是， 所述硫化物系固体电解质对于含有金属Li的负极是电化学不稳定的， 并且易于分解。顺便提及，含有硫(S)和磷(P)的、并具有相对较高的锂离子导电率的固体电解质在(例如)日本未审査专利申请公开No. 2003-68361 (专利文献7)中有所公开，但其中碳被用作了负极。 同时，日本未审查专利申请公开No. 4-231346 (专利文献3)和日本 审查专利申请公开No. 6-54687 (专利文献8)公开了这样的具有由金 属Li构成的负极的锂二次电池，其使用的固体电解质材料中除了含 有硫(S)和磷(P)以外，还含有氧(0)和卤素(Cl、 I等)。但 是已知的是，Lil等的加入会使电势窗相对变窄。另外，日本专利No 3716833(专利文献9)披露了这样一种电池，其负极由除了含有硫(S) 和磷(P)还含有氧(0)的固体电解质材料构成，这种电池具有相对 较高的容量，并且其充电/放电循环特性得到提高。日本未审查专利申请公开No. 2004-179158 日本未审查专利申请公开No. 2004-127743 日本未审查专利申请公开No. 4-231346 日本专利No. 3233345日本未审查专利申请公开No. 2004-265685 日本未审查专利申请公开No. 10-83838 日本未审查专利申请公开No. 2003-68361 日本经审查的专利申请公开No. 6-54687 日本专利No. 3716833 J0Urnal of Non-Crystalline Solids, 123 ( 1990)， 第328-338页
技术实现思路
本专利技术所要解决的问题如上所述，人们需要这样的二次电池，其包括含有金属U的负极层和硫化物系固体电解质层，该二次电池具有更高的容量，并且 相对于反复的充电和放电其具有更高的电化学稳定性。本专利技术的目的 是提供一种用于获得具有高容量和优异的充电/放电特性(即使在低 温下也具有高的电流密度和稳定的充电/放电循环特性)的固体电解 质电池的电池结构体。 解决问题的手段作为解决问题的第一手段，本专利技术提供一种电池结构体，其包括 依次设置的正极层、固体电解质层和负极层，其中除了不可避免的杂质以外，所述固体电解质层的化学组成以式aLi.bX.cS.dY表示，其中 X为磷(P)和硼(B)中的至少一种元素，Y为氧(0)和氮(N) 中的至少一种元素，a、 b、 c禾n d的总和为1， a为0.20至0.52， b为 0.10至0.20， c为0.30至0.55，以及d为0至0.30。所述固体电解质 层包括与负极层相接触的A部分和与正极层相接触的B部分，并且A 部分中的d大于B部分中的d。另外，作为第二手段，本专利技术提供这样的电池结构体，其包括化 学组成与所述第一手段中的固体电解质层的化学组成相同的固体电 解质层，并且除了 A部分和B部分以外，所述固体电解质层还具有 不与正极和负极中任意一者相接触的C部分。但本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种电池结构体，其包含依次设置的正极层、固体电解质层和负极层，其中，所述固体电解质层的除了不可避免的杂质以外的化学组成以式ａＬｉ.ｂＸ.ｃＳ.ｄＹ表示，其中Ｘ为磷（Ｐ）和硼（Ｂ）中的至少一种元素，Ｙ为氧（Ｏ）和氮（Ｎ）中的至少一种元素，ａ、ｂ、ｃ和ｄ的总和为１，ａ为０．２０至０．５２、ｂ为０．１０至０．２０、ｃ为０．３０至０．５５、以及ｄ为０至０．３０；所述固体电解质层包括与所述负极层相接触的Ａ部分和与所述正极层相接触的Ｂ部分，并且所述Ａ部分中的ｄ大于所述Ｂ部分中的ｄ。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：太田进启，
申请(专利权)人：住友电气工业株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]
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