固体电池制造技术

本发明专利技术提供一种固体电池，充放电时的负极活性物质的利用率足够高且充电时的漏电流足够低。本发明专利技术提供一种固体电池，其特征在于，所述固体电池包括负极层以及固体电解质层，所述负极层包含Li与V的摩尔比为2.0以上的负极活性物质，所述固体电解质层包含具有LISICON型结构且至少包含V的固体电解质，所述固体电解质层中包含的所述固体电解质具有特定的平均化学组成。化学组成。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】固体电池


[0001]本专利技术涉及一种固体电池。

技术介绍

[0002]近年来，作为移动电话、便携式个人计算机等便携式电子设备的电源，电池的需求大幅增加。在用于这样的用途的电池中，作为用于使离子移动的介质，以往一直使用有机溶剂等电解质(电解液)。
[0003]但是，在上述构成的电池中，存在电解液漏出的危险性，而且存在用于电解液的有机溶剂等是可燃性物质的问题。因此，提出了使用固体电解质来代替电解液。另外，正在进行使用固体电解质作为电解质，并且其他构成元件也由固体构成的烧结型固体二次电池的开发。
[0004]作为固体电池用的负极活性物质，已知有使用含有V的氧化物的技术(专利文献1、2)。
[0005]现有技术文献
[0006]专利文献
[0007]专利文献1：日本特开2005
‑
11801号公报
[0008]专利文献2：日本特开2013
‑
165061号公报

技术实现思路

[0009]专利技术所要解决的技术问题
[0010]本专利技术的专利技术人等发现，在上述现有技术中，为了抑制共烧结时的副反应，将包含含有V的负极活性物质的负极层和包含具有LISICON型结构的固体电解质的固体电解质层组合起来是有效的。
[0011]本专利技术的专利技术人等还发现，在该组合中，新产生了充放电时负极活性物质的利用率过低和/或充电时漏电流过高的问题。例如，如果负极活性物质的利用率过低，则放电容量变小，因此产生固体电池的能量密度降低的问题。另外，例如，如果漏电流过高，则固体电池的充电后的容量随着时间的经过而逐渐减少，因此在保存特性上产生问题。由于这些理由，难以兼顾固体电池的能量密度和保存特性。
[0012]本专利技术的目的在于，提供一种充放电时的负极活性物质的利用率足够高且充电时的漏电流足够低的固体电池。
[0013]用于解决技术问题的技术方案
[0014]本专利技术涉及一种固体电池，其特征在于，所述固体电池包括负极层以及固体电解质层，
[0015]所述负极层包含Li与V的摩尔比为2以上的负极活性物质，
[0016]所述固体电解质层包含具有LISICON型结构且至少包含V的固体电解质，
[0017]所述固体电解质层中包含的所述固体电解质具有由以下通式(3)表示的平均化学
组成。
[0018](Li
[3
‑
ax+(5
‑
b)(1
‑
y)]A
x
)(V
y
B1‑
y
)O4ꢀꢀꢀ
(3)
[0019](式(3)中，A是选自由Na、K、Mg、Ca、Al、Ga、Zn、Fe、Cr以及Co构成的组中的一种以上的元素；B是选自由Zn、Al、Ga、Si、Ge、Sn、P、As、Ti、Mo、W、Fe、Cr以及Co构成的组中的一种以上的元素；0≤x≤1.0；0＜y≤0.75；a是A的平均价数；b是B的平均价数)
[0020]本专利技术的专利技术人等进行了研究，结果得知，在使用含有V的氧化物作为负极活性物质时，如果LISICON型固体电解质在特定范围内含有V，则可以充分降低漏电流，同时提高负极的利用率。
[0021]专利技术效果
[0022]本专利技术的固体电池，充放电时的负极活性物质的利用率足够高且充电时的漏电流足够低。
具体实施方式
[0023][固体电池][0024]本专利技术提供一种固体电池。本说明书中所说的“固体电池”广义上是指其构成元件(特别是电解质层)由固体构成的电池，狭义上是指其构成元件(特别是所有的构成元件)由固体构成的“全固体电池”。本说明书中所说的“固体电池”包括能够反复进行充电以及放电的所谓“二次电池”以及仅能够进行放电的“一次电池”。“固体电池”优选为“二次电池”。“二次电池”不过分拘泥于其名称，例如也可以包括“蓄电设备”等电化学设备。
[0025]本专利技术的固体电池包括负极层以及固体电解质层，通常具有正极层以及负极层隔着固体电解质层层叠而成的层叠结构。正极层以及负极层只要在它们之间具备固体电解质层，则可以分别层叠两层以上。固体电解质层与正极层以及负极层接触，被它们夹持。正极层和固体电解质层形成烧结体彼此的一体烧结，和/或负极层和固体电解质层形成烧结体彼此的一体烧结。所谓形成烧结体彼此的一体烧结是指邻接或接触的两个或两个以上的部件(特别是层)通过烧结而接合。在此，该两个或两个以上的部件(特别是层)均为烧结体，也可以一体烧结。
[0026](负极层)
[0027]负极层包含负极活性物质，还可以包含固体电解质。在负极层中，负极活性物质以及固体电解质均优选具有烧结体的形态。例如，在负极层包含负极活性物质以及固体电解质的情况下，优选具有如下烧结体的形态：负极活性物质粒子间通过固体电解质结合，并且负极活性物质粒子间以及负极活性物质粒子与固体电解质之间通过相互烧结而接合。
[0028]负极活性物质包含Li(锂)与V(钒)的摩尔比为2.0以上(特别是2以上且10以下)的负极活性物质。如果该摩尔比过小，则与固体电解质层中的LISICON型氧化物的反应性上升，负极活性物质的利用率降低。另外，不能得到充分的放电容量。从进一步提高负极活性物质的利用率以及降低漏电流的观点出发，负极活性物质中的Li与V的摩尔比优选为2以上且6以下。在本专利技术中，在负极层包含Li与V的摩尔比为上述范围的负极活性物质，并且如后述那样固体电解质层包含具有LISICON型结构的固体电解质的固体电池中，通过固体电解质层的LISICON型固体电解质包含V，可以在固体电解质层与负极层之间得到良好的接合性。此外，能够抑制负极层中包含的负极活性物质与固体电解质层中的LISICON型固体电解
质之间的共烧结时的副反应，使固体电池的可逆容量增大。根据这些结果，可以认为能够充分地降低漏电流，并且能够更加充分地提高充放电时的负极活性物质的利用率。在负极层不包含Li与V的摩尔比为2以上的负极活性物质的情况下，固体电解质层与负极层之间的接合性降低，不能充分抑制负极层中包含的负极活性物质与固体电解质层中的LISICON型固体电解质之间的共烧结时的副反应。其结果是，在充放电时负极活性物质的利用率降低。
[0029]从进一步提高负极活性物质的利用率以及降低漏电流的观点出发，负极活性物质优选具有由以下通式(1)表示的平均化学组成。
[0030](Li
[3
‑
ax+(5
‑
b)(1
‑
y)]A
x
)(V
y
B1‑
y
)O4ꢀꢀꢀ
(1)
[0031]通过采用这样的组成，能够降低固体电解质层中的与LISICON型固体电解质的反应性。另外，本专利技术中使用的负极活性物质通过V的氧化还原而表现出容量。因此，为了获得充分的可逆容量，V量y如后述那样优选为0.5≤y≤1.0。在负极活性物质本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种固体电池，其特征在于，所述固体电池包括正极层、负极层以及固体电解质层，所述正极层以及所述负极层隔着所述固体电解质层层叠，所述负极层包含Li与V(钒)的摩尔比为2.0以上的负极活性物质，所述固体电解质层包含具有LISICON型结构且至少包含V的固体电解质，所述固体电解质层中包含的所述固体电解质具有由以下通式(3)表示的平均化学组成，(Li
[3
‑
ax+(5
‑
b)(1
‑
y)]
A
x
)(V
y
B1‑
y
)O4ꢀꢀꢀꢀ
(3)式(3)中，A是选自由Na、K、Mg、Ca、Al、Ga、Zn、Fe、Cr以及Co构成的组中的一种以上的元素；B是选自由Zn、Al、Ga、Si、Ge、Sn、P、As、Ti、Mo、W、Fe、Cr以及Co构成的组中的一种以上的元素；0≤x≤1.0；0＜y≤0.75；a是A的平均价数；b是B的平均价数。2.根据权利要求1所述的固体电池，其中，所述负极活性物质具有由以下通式(1)表示的平均化学组成，(Li
[3
‑
ax+(5
‑
b)(l
‑
y)]
A
x
)(V
y
B1‑
y
)O4ꢀꢀꢀꢀ
(1)式(1)中，A是选自由Na、K、Mg、Ca、Al、Ga、Zn、Fe、Cr以及Co构...

【专利技术属性】
技术研发人员：高野良平，吉冈充，石仓武郎，伊藤彰佑，
申请(专利权)人：株式会社村田制作所，
类型：发明
国别省市：