全固体电池制造技术

本发明专利技术涉及全固体电池。提供即使在负极活性物质使用Si系活性物质的情况下也能够抑制充放电引起的电阻增加的全固体电池。全固体电池具有正极、负极、和在正极与负极之间配置的固体电解质层，负极包含Si系活性物质，负极容量相对于正极容量的比x满足2≦x≦2.7，所述负极的填充率y满足21.43x+14.14≦y≦4.29x+60.43。60.43。60.43。

【技术实现步骤摘要】
全固体电池


[0001]本申请涉及全固体电池。

技术介绍

[0002]专利文献1公开了一种全固体电池，其为具有正极层、负极层、和在正极层与负极层之间形成的固体电解质层的全固体电池，其中，正极层含有具有由Li
x
Ni
a
Co
b
Mn
c
O
y
(1.15≦x≦1.55，a+b+c＝1，0≦a≦0.85，0≦b≦0.85，0.15≦c≦0.70，y为以满足电中性而确定的值)表示的组成的正极活性物质，负极层含有Si系活性物质，将负极容量相对于正极容量的容量比设为A的情况下，满足2≦A≦5.5，在正极活性物质中，将Li相对于Me(Me是Li以外的金属元素)的摩尔比设为Li/Me的情况下，满足0.1083A+0.9085≦Li/Me。
[0003]现有技术文献
[0004]专利文献
[0005]专利文献1：日本特开2020
‑
4685号公报

技术实现思路

[0006]专利技术要解决的课题
[0007]在全固体电池中，在负极活性物质使用Si系活性物质的情况下，以高填充率形成负极时，存在电阻随着充放电而增加的问题。这是因为，Si系活性物质的体积由于充放电而大幅膨胀收缩，因此以高填充率形成负极时在负极内产生大量龟裂。
[0008]以往，为了避免这样的问题，负极活性物质使用LTO(钛酸锂)。LTO的体积基本不由于充放电而膨胀收缩，因此难以产生上述那样的龟裂。另外，通过将负极容量/正极容量的比率设为较大，也能够抑制龟裂的产生。但是，在任一种情况下，都存在能量密度降低的问题。
[0009]因此，鉴于上述实际情况，本申请的目的在于提供即使在负极活性物质使用Si系活性物质的情况下也能够抑制充放电引起的电阻增加的全固体电池。
[0010]用于解决课题的技术手段
[0011]作为用于解决上述课题的一种手段，本公开提供一种全固体电池，其具有正极、负极、和在正极与负极之间配置的固体电解质层，其中，负极包含Si系活性物质，负极容量相对于正极容量的比x满足2≦x≦2.7，负极的填充率y满足21.43x+14.14≦y≦4.29x+60.43。
[0012]专利技术效果
[0013]根据本公开的全固体电池，即使在负极活性物质使用Si系活性物质的情况下，也能够抑制充放电引起的电阻增加。
附图说明
[0014]图1为全固体电池100的截面概略图。
[0015]图2示出各试验例中的负极的填充率与电阻增加率的关系。
[0016]图3示出各试验例中的负极的填充率与耐久试验后的电阻值的关系。
[0017]图4为用于对填充率y的计算进行说明的图。
[0018]附图标记说明
[0019]10 正极
[0020]20 负极
[0021]30 固体电解质层
[0022]40 正极集电体
[0023]50 负极集电体
[0024]100 全固体电池
具体实施方式
[0025]本公开的全固体电池具有正极、负极、和在正极与负极之间配置的固体电解质层，其中，负极包含Si系活性物质，负极容量相对于正极容量的比x满足2≦x≦2.7，负极的填充率y满足21.43x+14.14≦y≦4.29x+60.43。
[0026]如上所述，在使用Si系活性物质作为负极活性物质的情况下，Si系活性物质的体积由于充放电而膨胀收缩，因此有可能在负极内产生龟裂。负极的填充率越高，这样的龟裂的产生越显著。这是因为，填充率越高，负极活性物质的膨胀引起的体积增加越无处逃逸，该膨胀引起的应力超过负极的强度时发生断裂，产生大量大的龟裂。由于这样的龟裂，电子传导路径和离子传导路径阻断，电阻增加。
[0027]为了抑制这样的龟裂，如上所述，考虑将负极容量/正极容量的比率设为较大，但这种情况下存在能量密度降低的问题。另外，也考虑降低负极的填充率。这是因为，通过使负极的填充率降低，Si活性物质的膨胀逃逸至负极内的空隙，能够缓和在负极内产生的应力，能够抑制龟裂的产生。但是，如果填充率过度降低，有可能粒子间的接触力和接触面积变小，从而接触电阻增加。
[0028]因此，本公开的全固体电池的特征在于，负极容量相对于正极容量的比(容量比)x满足2≦x≦2.7，负极的填充率y满足21.43x+14.14≦y≦4.29x+60.43。即使在这样地将容量比x设为2.7以下这样小的情况下，通过将填充率y控制在上述范围，也能够将电阻值抑制在与负极活性物质使用LTO时同等以下的电阻值。另外，通过将容量比x设为2以上，能够确保可耐受Si系活性物质的膨胀的强度。换言之，在容量比小于2的情况下，即使降低填充率，电极结构也无法耐受每单位重量的Si活性物质的膨胀量，难以抑制充放电引起的电阻增加。
[0029]如上所述，根据本公开的全固体电池，即使在负极活性物质使用Si系活性物质的情况下，也能够抑制充放电引起的电阻增加。
[0030]<全固体电池100>
[0031]以下，对于本公开的全固体电池，使用作为一实施方式的全固体电池100进行进一步说明。在图1中示出了全固体电池100的截面概略图。
[0032]如图1，全固体电池100具有正极10、负极20、和在正极与负极之间配置的固体电解质层30。另外，全固体电池100具备正极集电体40和负极集电体50。在此，全固体电池100是全固体锂电池。
[0033](正极10)
[0034]正极10包含正极活性物质。正极活性物质可使用能够适用于全固体电池的公知的正极活性物质。例如，能够使用钴酸锂、镍酸锂等含锂复合氧化物。对于正极活性物质的粒径没有特别限定，例如为1～50μm的范围。正极10中的正极活性物质的含量例如为50重量％～99重量％的范围。正极活性物质的表面可以用例如铌酸锂层、钛酸锂层、磷酸锂层等氧化物层被覆。
[0035]在此，本说明书中的“粒径”是指采用激光衍射散射法测定的体积基准的粒度分布中累计值50％的粒径(D
50
)。
[0036]正极10可任意地具备固体电解质。作为固体电解质，可列举出氧化物固体电解质、硫化物固体电解质。优选为硫化物固体电解质。作为氧化物固体电解质，例如可列举出Li7La3Zr2O
12
、Li7‑
x
La3Zr1‑
x
Nb
x
O
12
、Li3PO4、Li
3+x
PO4‑
x
N
x
(LiPON)等。作为硫化物电解质，例如可列举出Li3PS4、Li2S
‑
P2S5、Li2S
‑
SiS2、LiI
‑
Li2S
‑
SiS2、LiI
‑
Si2S
‑
P2S5本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.全固体电池，其具有正极、负极、和在所述正极与所述负极之间配置的固体电解质层，其中，所述负极包含Si系活性物质，负极容量相对...

【专利技术属性】
技术研发人员：加藤谅一，
申请(专利权)人：丰田自动车株式会社，
类型：发明
国别省市：