全固体电池及其制造方法技术

一种全固体电池，具有正极集电体、包含正极活性物质、第1固体电解质、第2固体电解质及导电纤维的正极层、包含第4固体电解质的固体电解质层、包含负极活性物质及第3固体电解质的负极层以及负极集电体依次层叠的结构。正极层具有含纤维区域和不含纤维区域，所述含纤维区域覆盖正极活性物质且包含导电纤维及第1固体电解质，所述不含纤维区域位于由被含纤维区域覆盖的正极活性物质所包围的间隙且不包含导电纤维而包含第2固体电解质。导电纤维而包含第2固体电解质。导电纤维而包含第2固体电解质。

【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、负极层以及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，随着个人电脑、手机等电子设备的轻量化、无绳化等，期望开发出能够重复使用的二次电池。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。它们当中，锂离子电池由于具有轻量、高电压、高能量密度之类的特征，因此备受关注。
[0003]在电动汽车或混合动力汽车之类的汽车领域中，也重视高电池容量的二次电池的开发，锂离子电池的需求有增加的趋势。
[0004]锂离子电池包括正极层、负极层及配置于它们之间的电解质，电解质例如使用在有机溶剂中溶解有六氟化磷酸锂等支持电解质的电解液或固体电解质。目前，广泛普及的锂离子电池由于使用了包含有机溶剂的电解液，所以是可燃性的。因此，需要用于确保锂离子电池的安全性的材料、结构及系统。针对于此，通过使用属于不燃性的固体电解质作为电解质，有望能够简化所述材料、结构及系统，被认为能够实现能量密度的增加、制造成本的降低以及生产率的提高。以下，将使用了传导锂(Li)离子的固体电解质的锂离子电池等使用了固体电解质的电池称作“全固体电池”。
[0005]固体电解质大致上可以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℃时，锂离子电导率为10
‑6S/cm左右，与电解液的锂离子电导率为10
‑3S/cm左右相比，锂离子电导率极低。因此，很难使使用了有机固体电解质的全固体电池在25℃的环境中工作。作为无机固体电解质，一般为氧化物系固体电解质、硫化物系固体电解质和卤化物系固体电解质。它们的锂离子电导率为10
‑4～10
‑3S/cm左右，锂离子电导率较高。因此，在面向进一步的大尺寸化及高容量化的全固体电池的开发中，近年来正在积极地进行使用了这些无机固体电解质的、能够大尺寸化的全固体电池的研究。
[0006]另外，出于提高全固体电池的性能及可靠性的目的，正在进行添加添加物的研究。例如，专利文献1中记载有关于在正极层或负极层中将活性物质、固体电解质层和线状结构物混合的构成的内容。
[0007]现有技术文献
[0008]专利文献
[0009]专利文献1：日本特表2020
‑
507893号公报

技术实现思路

[0010]专利技术所要解决的课题
[0011]为了达成所述目的，本专利技术的一个方式的全固体电池具有将正极集电体、包含正极活性物质、第1固体电解质、第2固体电解质及导电纤维的正极层、包含第4固体电解质的固体电解质层、包含负极活性物质及第3固体电解质的负极层以及负极集电体依次层叠的
结构，所述正极层具有含纤维区域和不含纤维区域，所述含纤维区域覆盖所述正极活性物质且包含所述导电纤维及第1固体电解质，所述不含纤维区域位于由被所述含纤维区域覆盖的所述正极活性物质所包围的间隙且不包含所述导电纤维而包含所述第2固体电解质。
附图说明
[0012]图1是表示实施方式的全固体电池的剖面的示意图。
[0013]图2是用于说明实施方式的全固体电池的制造方法的剖面示意图。
[0014]图3是表示实施方式的正极合剂的制作方法的流程图。
[0015]图4是表示比较例的正极合剂的制作方法的流程图。
[0016]图5A是表示实施方式的正极合剂的示意图。
[0017]图5B是表示实施方式的正极合剂的正极活性物质之间的间隙附近的放大示意图。
[0018]图6A是表示比较例的正极合剂的示意图。
[0019]图6B是表示比较例的正极合剂的正极活性物质之间的间隙附近的放大示意图。
[0020]图7A是表示实施方式的正极层的正极活性物质之间的间隙附近的放大示意图。
[0021]图7B是表示实施方式的正极层的正极活性物质之间的近接部附近的放大示意图。
[0022]图8A是表示比较例的正极层的正极活性物质之间的间隙附近的放大示意图。
[0023]图8B是表示比较例的正极层的正极活性物质之间的近接部附近的放大示意图。
[0024]图9表示评价充放电效率的结果。
[0025]附图标记说明
[0026]1 第1固体电解质，2 第2固体电解质，3 正极活性物质，4 负极活性物质，5 第3固体电解质，6 第4固体电解质，7 正极集电体，8 负极集电体，9 导电纤维，10 固体电解质层，11 覆盖层，12 不含纤维区域，13 含纤维区域，20 正极层，30 负极层，100 全固体电池。
具体实施方式
[0027]在专利文献1中记载的全固体电池的制造方法之一中，通过将混合正极活性物质、固体电解质粒子和碳材料的线状结构物(以后记述为导电纤维)而得的合剂制成膜来形成正极层。通过在正极层中包含导电纤维，确保正极层内的导电通路，可以预计到电池容量的提高。但是，在形成包含导电纤维的正极层的情况下，存在以下的2点问题。
[0028]第一个问题为，由于正极活性物质、固体电解质和导电纤维无秩序地混杂，因此在作为电池完成后的正极层的内部，在固体电解质所存在的整个区域存在微细的导电纤维。该情况下，由于导电纤维阻碍固体电解质所存在的区域内的锂离子传导，因此正极活性物质难以得到有效利用，电池容量降低。
[0029]第二个问题为，在正极层形成时导电纤维缠绕于正极活性物质和固体电解质粒子，粒子间的摩擦阻力增加，从而使正极层内的正极活性物质和固体电解质粒子的分散性变差。该情况下，正极活性物质难以得到有效利用，电池容量降低。
[0030]本专利技术是鉴于所述课题而完成的，其目的在于，提供能够提高电池容量的全固体电池等。
[0031](本专利技术的概要)
[0032]本专利技术的一个方式的概要如下所示。
[0033]本专利技术的一个方式的全固体电池具有正极集电体、包含正极活性物质、第1固体电解质、第2固体电解质及导电纤维的正极层、包含第4固体电解质的固体电解质层、包含负极活性物质及第3固体电解质的负极层、以及负极集电体依次层叠的结构，所述正极层具有含纤维区域和不含纤维区域，所述含纤维区域覆盖所述正极活性物质且包含所述导电纤维及第1固体电解质，所述不含纤维区域位于由被所述含纤维区域覆盖的所述正极活性物质所包围的间隙且不包含所述导电纤维而包含所述第2固体电解质。
[0034]由此，在正极层内的由正极活性物质所包围的间隙中，存在由于不包含导电纤维而不易阻碍离子传导的、包含第2固体电解质的不含纤维区域，由此能够确保离子传导通路。另外，能够使导电纤维集中在存在于相邻的正极活性物质间的含纤维区域，即使是少量的导电纤维添加量，也能够确保正极活性物质间的导电通路。因此，本方式的全固体电池中，正极活性物质得到有效利用，能够提高电池容量。
[0035]另外，例如，所述第1固体电解质可以是与所述第2固体电解质相同的材料。
[0036]由此，由于含纤维区域本文档来自技高网...

【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、包含正极活性物质、第1固体电解质、第2固体电解质及导电纤维的正极层、包含第4固体电解质的固体电解质层、包含负极活性物质及第3固体电解质的负极层、以及负极集电体依次层叠的结构，所述正极层具有含纤维区域和不含纤维区域，所述含纤维区域覆盖所述正极活性物质且包含所述导电纤维及第1固体电解质，所述不含纤维区域位于由被所述含纤维区域覆盖的所述正极活性物质所包围的间隙且不包含所述导电纤维而包含所述第2固体电解质。2.根据权利要求1所述的全固体电池，其中，所述第1固体电解质为与所述第2固体电解质相同的材料。3.根据权利要求1所述的全固体电池，其中，所述正极层包含多个区域，所述多个区域各自包含所述间隙、所述正极活性物质和所述不含纤维区域，在所述多个区域的各个区域中，由所述不含纤维区域所占据的体积相对于由所述正极活性物质所占据的体积为1/45倍以上且2倍以下。4.根据权利要求1所述的全固体电池，其中，所述不含纤维区域在所述正极层的厚度方向上在整个所述正极层中连续...

【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：