正极材料和电池制造技术

本公开的一个技术方案涉及的正极材料，包含第1固体电解质、正极活性物质、以及被覆正极活性物质表面的被覆材料。第1固体电解质由下述组成式表示：Li

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】正极材料和电池


[0001]本公开涉及正极材料和电池。

技术介绍

[0002]专利文献1公开了一种全固体锂电池，其含有以硫化物为主体的锂离子传导性固体电解质、以及表面由锂离子传导性氧化物被覆了的活性物质。
[0003]非专利文献1记载了在使用硫化物固体电解质的电池中，在初期充电后，在正极材料与硫化物固体电解质的界面形成界面层，电池的电阻增加。
[0004]在先技术文献
[0005]专利文献1：国际公开第2007/004590号
[0006]非专利文献1：Chemistry ofMaterials,Am.Chem.Soc.2010,Vol.22,3,949
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技术实现思路

[0007]专利技术要解决的课题
[0008]本公开提供一种能够降低电池电阻、进而提高充放电效率的正极材料。
[0009]用于解决课题的手段
[0010]本公开的正极材料，包含第1固体电解质、正极活性物质、以及被覆所述正极活性物质的表面的被覆材料。
[0011]所述第1固体电解质由下述组成式(1)表示。
[0012]Li
a
M
b
O
c
X
d
···
式(1)
[0013]在所述组成式(1)中，a、b、c和d是正实数，M是选自Ta和Nb中的至少一种，并且X是选自Cl、Br和I中的至少一种。
[0014]专利技术的效果
[0015]本公开提供一种能够降低电池电阻、进而提高充放电效率的正极材料。
附图说明
[0016]图1是表示实施方式1中的正极材料的大致结构的剖视图。
[0017]图2是表示实施方式2中的电池的大致结构的剖视图。
[0018]图3是表示实施例1中的电池的3.7V的奈奎斯特线图的图。
[0019]图4A是表示实施例1中使用的活性物质的X射线光电子能谱法的O1s光谱的图。
[0020]图4B是表示实施例1中使用的活性物质的X射线光电子能谱法的O1s光谱、和没有由被覆材料被覆表面的活性物质的X射线光电子能谱法的O1s光谱的图。
具体实施方式
[0021](成为本公开的基础的见解)
[0022]专利文献1公开了一种全固体理电池，其含有以硫化物为主体的锂离子传导性固
体电解质、以及表面由锂离子传导性氧化物被覆了的活性物质。专利文献1记载了特别是通过使用铌酸锂(即LiNbO3)作为锂离子传导性氧化物，能够抑制在硫化物固体电解质与正极活性物质表面之间生成高电阻层，显著提高输出特性。
[0023]非专利文献1记载了在硫化物固体电解质与正极活性物质表面之间生成高电阻层的原因在于，正极活性物质中所含的金属元素和构成固体电解质的硫元素(即S)的相互扩散。即、上述那样的高电阻层的生成是由于作为固体电解质的构成元素的S。
[0024]根据由专利文献1和非专利文献1记载的专利技术而得到的见解，在电池使用硫化物作为固体电解质的情况下，如果不利用例如锂离子传导性氧化物这样的被覆材料被覆活性物质的表面来充分抑制活性物质与固体电解质的接触，则活性物质与固体电解质的界面的电阻变高，极化增大，因此实质上难以作为电池进行工作。另一方面，在电池使用不含S的固体电解质的情况下，即使不利用锂离子传导性氧化物被覆活性物质的表面，也能够作为电池进行工作。
[0025]但是，本专利技术人等进行了深入研究，结果发现即使在使用不含S的固体电解质作为正极材料中所含的固体电解质的情况下，通过由被覆材料被覆活性物质的表面，电池的电阻也会降低。其理由尚不明确，认为是被覆材料的耐电压性、作为电池的固体电解质而使用的锂离子传导性固体电解质的耐氧化性、被覆材料与活性物质的反应性、被覆材料与固体电解质的反应性、以及活性物质与固体电解质的物理接触性等各种因素的综合贡献。
[0026]例如，在作为电池的固体电解质而使用的锂离子传导性固体电解质为卤化物的情况下，如果在电池的充电过程中正极的电位变高，则会诱发固体电解质中所含的卤素的氧化。通过这样的卤素的氧化而发生固体电解质的分解。另外，如果发生卤素的氧化反应，则会产生卤素气体，从而在活性物质与固体电解质的接触界面产生间隙，减少有效的反应面积。由此，电池的电阻增大。通过使被覆活性物质表面的被覆材料介于活性物质与固体电解质之间，能够抑制固体电解质与高电位的活性物质接触，因此能够抑制卤素的氧化。基于这些理由，认为能够降低电池的电阻。
[0027]根据以上见解，本专利技术人实现了能够降低电池电阻的以下的本公开的正极材料。
[0028](本公开涉及的一个技术方案的概要)
[0029]本公开的第1技术方案涉及的正极材料，包含第1固体电解质、正极活性物质、以及被覆所述正极活性物质的表面的被覆材料。
[0030]在此，所述第1固体电解质由下述组成式(1)表示。
[0031]Li
a
M
b
O
c
X
d
···
式(1)
[0032]在所述组成式(1)中，a、b、c和d是正实数，M是选自Ta和Nb中的至少一种，并且X是选自Cl、Br和I中的至少一种。
[0033]第1技术方案涉及的正极材料中，被覆材料介于正极活性物质与作为卤化物固体电解质的第1固体电解质之间。通过该被覆材料，即使在电池的充电过程中正极的电位变高的情况下，也能够抑制相对于卤化物固体电解质的电子授受。因此，卤化物固体电解质中的卤素的氧化反应得到抑制，从而抑制了第1固体电解质的分解，并且也抑制了卤素气体的产生。其结果，抑制了第1固体电解质的劣化，并且也抑制了正极活性物质与第1固体电解质的有效反应面积的减少。基于这些理由，第1技术方案涉及的正极材料能够降低电池的电阻。其结果，第1技术方案涉及的正极材料也能够提高电池的充放电效率。
[0034]本公开的第2技术方案中，例如在第1技术方案涉及的正极材料的基础上可以设为：所述被覆材料包含O。
[0035]第2技术方案涉及的正极材料，能够更有效地降低电池的电阻，进一步提高充放电效率。
[0036]本公开的第3技术方案中，例如在第1或第2技术方案涉及的正极材料的基础上可以设为：所述被覆材料包含F。
[0037]第3技术方案涉及的正极材料，能够更有效地降低电池的电阻。
[0038]本公开的第4技术方案中，例如在第1～第3技术方案中任一方案涉及的正极材料的基础上可以设为：所述被覆材料包含选自B、N、P、S和Si中的至少一种。
[0039]通过被覆材料包含选自B、N、P、S和Si中的至少一种，能够在正极活性物质表面形成电子传导性低的被覆物。因此，第4技术方案涉及的正极材料能够进一步减少第1固体电解质的氧化反应。另外，B、N、P、S和Si这样的元素与氧形成强的共价键。因此，被覆材料中的电子离域化，从而使由被覆材料构成的被覆物的电子传导性变低。所以本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种正极材料，包含第1固体电解质、正极活性物质、以及被覆所述正极活性物质的表面的被覆材料，所述第1固体电解质由下述组成式表示，Li
a
M
b
O
c
X
d
在所述组成式中，a、b、c和d是正实数，M是选自Ta和Nb中的至少一种，并且X是选自Cl、Br和I中的至少一种。2.根据权利要求1所述的正极材料，所述被覆材料包含O。3.根据权利要求1或2所述的正极材料，所述被覆材料包含F。4.根据权利要求1～3中任一项所述的正极材料，所述被覆材料包含选自B、N、P、S和Si中的至少一种。5.根据权利要求1～4中任一项所述的正极材料，所述被覆材料包含以非金属或半金属为阳离子的含氧酸盐。6.根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：长岭健太，佐佐木出，
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：