固体电池和固体电池的制造方法技术

本公开的目的是提供一种抑制了容量维持率下降的固体电池。该固体电池具有：含有负极活性物质的负极层、含有正极活性物质的正极层、以及位于所述负极层与所述正极层之间且含有固体电解质的固体电解质层，所述负极层还含有界面形成剂，所述界面形成剂含有选自金属元素和准金属元素中的至少一种，所述金属元素和准金属元素能够变为传导所述固体电解质层中的固体电解质的阳离子，所述阳离子不参与电极反应，且离子传导率低于参与电极反应的离子，所述阳离子的离子半径为以下，所述固体电解质层在其与所述正极层的界面和其与负极层的界面中的至少一个界面具有树枝状结构。层的界面中的至少一个界面具有树枝状结构。层的界面中的至少一个界面具有树枝状结构。

【技术实现步骤摘要】
固体电池和固体电池的制造方法


[0001]本公开涉及固体电池和固体电池的制造方法。

技术介绍

[0002]近年来，随着个人计算机、摄像机和移动电话等信息相关设备和通信设备等的迅速普及，作为其电源利用的电池的开发受到重视。另外，在汽车业界等中，正在推进电动汽车用或混合动力汽车用的高输出且高容量的电池的开发。
[0003]电池之中的锂二次电池，由于其使用金属之中离子化倾向最大的锂作为负极，因此在与正极的电位差大而可得到高输出电压的方面受到关注。
[0004]另外，固体电池在使用固体电解质代替包含有机溶剂的电解液作为介于正极与负极之间的电解质的方面受到关注。
[0005]专利文献1公开了一种正极层的侧周面被绝缘层覆盖了的全固体电池。专利文献1记载了，通过设置这样的绝缘层能够抑制短路，通过使绝缘层含有绝缘性填料而在绝缘层表面形成微细的凹凸，所以能够使固体电解质层更不易从绝缘层剥落。
[0006]专利文献2公开了一种全固体电池，其具备含有中空粒子的固体电解质层。专利文献2记载了，当初始充电时由于活性物质的膨胀而在电极体水平方向上产生膨胀应力时，中空粒子屈服并塌陷由此缓冲膨胀应力，能够防止在固体电解质层产生对电池性能造成影响的严重间隙和龟裂。
[0007]现有技术文献
[0008]专利文献1：日本特开2021
‑
039876号公报
[0009]专利文献2：日本特开2019
‑
192563号公报

技术实现思路

[0010]但是，作为以往的固体电池的课题之一，存在以下问题：即，固体电解质层与负极层或正极层的界面由于充放电时的活性物质的膨胀收缩而剥离，结果使容量维持率下降。即使使用如专利文献1记载的通过填料在界面形成凹凸的技术、如专利文献2记载的通过中空粒子而缓冲膨胀应力的技术，也难以充分抑制充放电后的固体电解质层与负极层或正极层的界面剥离。特别是在使用充放电时的膨胀收缩程度比较大的Si系或Sn系负极活性物质的固体电池中，容易发生充放电后的固体电解质层与负极层或正极的界面剥离，因此也容易发生容量维持率下降。
[0011]本公开是鉴于上述状况而完成的，主要目的是提供一种抑制了容量维持率下降的固体电池以及该固体电池的制造方法。
[0012]本公开的固体电池具有：含有负极活性物质的负极层、含有正极活性物质的正极层、以及位于所述负极层与所述正极层之间且含有固体电解质的固体电解质层，所述固体电池的特征在于，
[0013]所述负极层还含有界面形成剂，所述界面形成剂含有选自金属元素和准金属元素
中的至少一种，所述金属元素和准金属元素能够变为传导所述固体电解质层中的固体电解质的阳离子，所述阳离子不参与电极反应，且离子传导率低于参与电极反应的离子，所述阳离子的离子半径为以下，
[0014]所述固体电解质层在其与所述正极层的界面和其与负极层的界面中的至少一个界面具有树枝状结构。
[0015]在本公开的固体电池中，所述固体电解质层含有的所述固体电解质也可以是硫化物系固体电解质。
[0016]在本公开的固体电池中，所述界面形成剂也可以含有选自Ca、Al、Mg、Na和B中的至少一种作为所述金属元素或所述准金属元素。
[0017]在本公开的固体电池中，所述界面形成剂也可以是含有所述金属元素的氧化物或所述准金属元素的氧化物的非晶质玻璃材料。
[0018]在本公开的固体电池中，相对于100质量份所述负极活性物质，所述界面形成剂的含量也可以为1质量份以上且5质量份以下。
[0019]在本公开的固体电池中，所述负极层也可以含有以Si或Sn为构成元素的活性物质作为所述负极活性物质。
[0020]本公开的固体电池的制造方法，所述固体电池具有：含有负极活性物质的负极层、含有正极活性物质的正极层、以及位于所述负极层与所述正极层之间且含有固体电解质的固体电解质层，所述制造方法的特征在于，包含：
[0021]形成两面平坦的固体电解质层的工序；
[0022]在所述固体电解质层的一面上形成所述负极层的工序；以及
[0023]在所述固体电解质层的另一面上形成所述正极层的工序，
[0024]所述负极层还含有界面形成剂，所述界面形成剂含有选自金属元素和准金属元素中的至少一种，所述金属元素和准金属元素能够变为传导所述固体电解质层中的固体电解质的阳离子，所述阳离子不参与电极反应，且离子传导率低于参与电极反应的离子，所述阳离子的离子半径为以下，
[0025]所述制造方法还包含以下工序：
[0026]在所述正极活性物质的分解和所述负极活性物质上的金属析出均不发生的电压范围，以0.364mAh以下的电流值对依次具有所述负极层、所述固体电解质层和所述正极层的层叠体进行1次循环以上的充放电，由此使所述固体电解质层与所述正极层的界面和所述固体电解质层与所述负极层的界面中的至少一个界面成为具有树枝状结构的界面。
[0027]根据本公开，能够提供一种抑制了容量维持率下降的固体电池。
附图说明
[0028]图1是表示本公开的固体电池一例的截面示意图。
[0029]图2是实施例2中得到的固体电池的截面的Ca元素映射分析的图像。
[0030]图3是表示实施例1、2和比较例1中得到的固体电池的容量维持率的坐标图。
[0031]附图标记说明
[0032]11 负极活性物质层
[0033]12 负极集电体
[0034]13 负极层
[0035]14 正极活性物质层
[0036]15 正极集电体
[0037]16 正极层
[0038]17 固体电解质层
[0039]100 固体电池
具体实施方式
[0040]在本公开中，数值范围中的“～”是指包括在其前后记载的数值作为下限值和上限值。
[0041]1.固体电池
[0042]本公开的固体电池具有：含有负极活性物质的负极层、含有正极活性物质的正极层、以及位于所述负极层与所述正极层之间且含有固体电解质的固体电解质层，所述固体电池的特征在于，
[0043]所述负极层还含有界面形成剂，所述界面形成剂含有选自金属元素和准金属元素中的至少一种，所述金属元素和准金属元素能够变为传导所述固体电解质层中的固体电解质的阳离子，所述阳离子不参与电极反应，且离子传导率低于参与电极反应的离子，所述阳离子的离子半径为以下，
[0044]所述固体电解质层在其与所述正极层的界面和其与所述负极层的界面中的至少一个界面具有树枝状结构。
[0045]图1是表示本公开的固体电池一例的截面示意图。如图1所示，固体电池100具备：包含负极活性物质层11和负极集电体12的负极层13、包含正极活性物质层14和正极集电体15的正极层16、以及位于负极层13与正极层16之间的固体电解质层17，固体电解质层17在其与负极层13的界面和其与正极层16的界面这两本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种固体电池，具有：含有负极活性物质的负极层、含有正极活性物质的正极层、以及位于所述负极层与所述正极层之间且含有固体电解质的固体电解质层，所述负极层还含有界面形成剂，所述界面形成剂含有选自金属元素和准金属元素中的至少一种，所述金属元素和准金属元素能够变为传导所述固体电解质层中的固体电解质的阳离子，所述阳离子不参与电极反应，且离子传导率低于参与电极反应的离子，所述阳离子的离子半径为以下，所述固体电解质层在其与所述正极层的界面和其与负极层的界面中的至少一个界面具有树枝状结构。2.根据权利要求1所述的固体电池，所述固体电解质层含有的所述固体电解质是硫化物系固体电解质。3.根据权利要求1或2所述的固体电池，所述界面形成剂含有选自Ca、Al、Mg、Na和B中的至少一种作为所述金属元素或所述准金属元素。4.根据权利要求1～3中任一项所述的固体电池，所述界面形成剂是含有所述金属元素的氧化物或所述准金属元素的氧化物的非晶质玻璃材料。5.根据权利要求1～4中任一项所述的固体电池，相对于100质量份所述负极活性物质，所述界面形成剂的含量为1质量份以上且5质量份以下。6.根据权利要求1～5中任一项所...

【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：