全固体电池及其制造方法技术

本发明专利技术涉及全固体电池及其制造方法，全固体电池(100)具有正极集电体(7)、包含正极活性物质(3)、由多个粒子形成的固体电解质(1)和由比固体电解质(1)的平均粒径大的多个粒子形成的固体电解质(2)的正极层(20)、包含固体电解质(6)的固体电解质层(10)、包含负极活性物质(4)和固体电解质(5)的负极层(30)、以及负极集电体(8)依次层叠而成的结构，在正极活性物质(3)的表面的至少一部分形成被覆层(11)，所述被覆层(11)由固体电解质(1)形成，至少一部分粒子部分地埋入被覆层(11)中。粒子部分地埋入被覆层(11)中。粒子部分地埋入被覆层(11)中。

【技术实现步骤摘要】
全固体电池及其制造方法


[0001]本专利技术涉及全固体电池及其制造方法，特别涉及使用了正极层、负极层和固体电解质层的全固体电池及其制造方法。

技术介绍

[0002]近年来，由于电脑、便携电话等电子设备的轻量化、无线化等，要求开发能够反复使用的二次电池。作为二次电池，有镍镉电池、镍氢电池、铅蓄电池、锂离子电池等。这些之中，锂离子电池由于具有轻量、高电压、高能量密度的特征，而备受关注。
[0003]在电动汽车或混合动力汽车这些汽车领域中，高电池容量的二次电池的开发也受到重视，锂离子电池的需求有增加的倾向。
[0004]锂离子电池由正极层、负极层和配置于它们之间的电解质构成，电解质中，使用例如使六氟磷酸锂等支持电解质溶于有机溶剂的电解液或固体电解质。现在，广泛普及的锂离子电池使用包含有机溶剂的电解液，因此是可燃性的。因此，需要用于确保锂离子电池的安全性的材料、结构和系统。与此相对，通过使用不可燃性的固体电解质作为电解质，期待能够简化上述材料、结构和系统，认为能够实现增加能量密度、降低制造成本、提高生产率。以下，将使用固体电解质的锂离子电池等使用固体电解质的电池称为“全固体电池”。
[0005]固体电解质能够大致分为有机固体电解质和无机固体电解质。有机固体电解质在25℃下离子电导率为10
‑6S/cm左右，与电解液的离子电导率为10
‑3S/cm左右相比，离子电导率极低。因此，难以使使用有机固体电解质的全固体电池在25℃的环境下工作。作为无机固体电解质，通常为氧化物系固体电解质、硫化物系固体电解质、卤化物系固体电解质。它们的离子电导率为10
‑4～10
‑3S/cm左右，离子电导率较高。因此，在面向大尺寸化、高容量化的全固体电池的开发中，近年来正在积极进行使用了硫化物系固体电解质等的能够大尺寸化的全固体电池的研究。
[0006]例如，在专利文献1中记载着关于全固体电池的正极层中的正极活性物质与固体电解质的构成的技术。
[0007]现有技术文献
[0008]专利文献
[0009]专利文献1：日本专利第6222299号公报

技术实现思路

[0010]本专利技术的一个方案涉及的全固体电池具有正极集电体；包含正极活性物质、由多个粒子形成的第1固体电解质和由比上述第1固体电解质的平均粒径大的多个粒子形成的第2固体电解质的正极层；包含第4固体电解质的固体电解质层；包含负极活性物质和第3固体电解质的负极层；以及负极集电体依次层叠而成的结构，在上述正极活性物质的表面的至少一部分形成被覆层，所述被覆层由上述第1固体电解质形成，形成上述第2固体电解质的多个粒子中，至少一部分粒子部分地埋入上述被覆层中。
附图说明
[0011]图1是表示实施方式中的全固体电池的截面的示意图。
[0012]图2是用于说明实施方式中的全固体电池的制造方法的截面示意图。
[0013]图3是表示实施方式中的全固体电池的制造方法中的混合步骤的流程图。
[0014]图4是表示比较例中的全固体电池的制造方法中的混合步骤的流程图。
[0015]图5是表示利用实施方式中的全固体电池的制造方法得到的正极活性物质与固体电解质的位置关系的示意图。
[0016]图6是表示利用比较例中的全固体电池的制造方法得到的正极活性物质与固体电解质的位置关系的示意图。
[0017]图7是示出表示作为实施例1和比较例1中的全固体电池的电池特性评价了充放电效率的结果的表1。
[0018]附图标记说明
[0019]1、2、5、6 固体电解质
[0020]3ꢀꢀ
正极活性物质
[0021]4ꢀꢀ
负极活性物质
[0022]7ꢀꢀ
正极集电体
[0023]8ꢀꢀ
负极集电体
[0024]10 固体电解质层
[0025]11 被覆层
[0026]12、13、14 间隙
[0027]20
ꢀꢀ
正极层
[0028]30 负极层
[0029]100 全固体电池
具体实施方式
[0030]专利文献1记载的全固体电池的制造方法中，通过将正极活性物质、由固体电解质材料形成的第1粒子、导电粒子搅拌混合，从而在正极活性物质的表面形成第1导电层，所述第1导电层由第1粒子和导电粒子形成。将形成了该第1导电层的复合粒子、与由固体电解质材料形成的第2粒子和导电粒子混合，投入规定的模具进行压缩成形，从而形成正极层。
[0031]但是，该方法有以下两点问题。第一个问题点是，将复合粒子与第2粒子和导电粒子混合投入模具时，第2粒子发生凝聚，因此在正极层的内部产生第2粒子局部地大量存在的部位。也产生第2粒子相反地局部少的部位，在复合粒子彼此之间形成的空间没有填充第2粒子。其结果是，存在由于正极活性物质的利用效率降低，使低倍率充放电下的电池特性降低的问题。
[0032]第二个问题点是，第1导电层中，在第1粒子彼此之间大量存在微小的空间和界面。因此，存在如下问题：该空间和界面使离子的传导性降低，妨碍从正极活性物质表面到第2粒子的离子传导，使高倍率充放电下的电池特性降低。
[0033]本专利技术是鉴于上述课题而完成的，目的在于提供一种抑制了电池特性的降低的全固体电池等。
[0034]本专利技术的一个方案中的全固体电池具有正极集电体；包含正极活性物质、由多个粒子形成的第1固体电解质和由比上述第1固体电解质的平均粒径大的多个粒子形成的第2固体电解质的正极层；包含第4固体电解质的固体电解质层；包含负极活性物质和第3固体电解质的负极层；以及负极集电体依次层叠而成的结构，在上述正极活性物质的表面的至少一部分形成被覆层，所述被覆层由上述第1固体电解质形成，形成上述第2固体电解质的多个粒子中，至少一部分粒子部分地埋入上述被覆层中。
[0035]根据本专利技术涉及的全固体电池等，能够抑制电池特性的降低。
[0036]具体来说，通过第2固体电解质埋入被覆层，容易在正极活性物质的表面附近固定化。其结果是，正极层内的第2固体电解质的凝聚受到抑制，容易在正极层中的正极活性物质彼此的间隙填充第2固体电解质。因此，正极层内正极活性物质彼此之间的离子传导路径容易均匀地形成，正极活性物质的利用效率提高，能够抑制低倍率充放电下的全固体电池的电池特性的降低。
[0037]另外，例如，上述至少一部分粒子的表面与形成了上述被覆层的上述正极活性物质的表面的最短距离可以小于上述被覆层的平均厚度。
[0038]由此，与因粒子界面等的影响而离子传导性容易变低的被覆层相比，离子更容易传导的块状的第2固体电解质的粒子的表面接近正极活性物质的表面附近。因此，离子穿过被覆层内的距离变短，正极层整体能够抑制离子传导性的降低。因此，能够抑制高倍率充放电下的全固体电池的电池特性的降低。
[0039]另外，例如，上述至少一部分粒子的埋入深度可以为上述第2固体电解质的平均粒本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种全固体电池，其具有正极集电体、正极层、固体电解质层、负极层、以及负极集电体依次层叠而成的结构，其中，所述正极层包含正极活性物质、由多个粒子形成的第1固体电解质和由比所述第1固体电解质的平均粒径大的多个粒子形成的第2固体电解质，所述固体电解质层包含第4固体电解质，所述负极层包含负极活性物质和第3固体电解质，在所述正极活性物质的表面的至少一部分形成被覆层，所述被覆层由所述第1固体电解质形成，形成所述第2固体电解质的多个粒子中，至少一部分粒子部分地埋入所述被覆层。2.根据权利要求1所述的全固体电池，其中，所述至少一部分粒子的表面与形成了所述被覆层的所述正极活性物质的表面的最短距离小于所述被覆层的平均厚度。3.根据权利要求1或2所述的全...

【专利技术属性】
技术研发人员：土田修三，堀川晃宏，
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：