固体电解质片及其制造方法技术

本发明专利技术提供一种即使厚度小也能够得到优异的电池特性的含有钠离子传导性结晶的固体电解质片和使用其的全固体电池

【技术实现步骤摘要】
固体电解质片及其制造方法、以及全固体二次电池
[0001]本案是申请日为
2018
年9月
10
日
、
申请号为
201880045205.8(PCT/JP2018/033446)、
专利技术名称为固体电解质片及其制造方法
、
以及全固体二次电池
。


[0002]本专利技术涉及钠离子二次电池等蓄电器件中使用的含有钠离子传导性结晶的固体电解质片及其制造方法
、
以及钠离子全固体二次电池
。

技术介绍

[0003]锂离子二次电池作为移动设备和电动汽车等中不可或缺的
、
高容量且轻量的电源确立了其地位
。
但是，现有的锂离子二次电池中，作为电解质主要使用可燃性的有机系电解液，因此，担忧着火等的危险性
。
作为解决该问题的方法，使用固体电解质来替代有机系电解液的锂离子全固体电池的研发正在推进
(
例如参照专利文献
1)。
[0004]但是，锂存在全球性的原材料价格飙升的担忧
。
因此，作为替代锂的材料，钠受到瞩目，提出了作为固体电解质使用由钠超离子导体
(NASICON)
型的
Na3Zr2Si2PO
12
构成的钠离子传导性结晶的钠离子全固体电池
(
例如参照专利文献
2)。
除此以外，已知
β
‑
氧化铝
>、
β
”‑
氧化铝等的贝塔氧化铝系固体电解质也示出高的钠离子传导性，这些固体电解质也用作钠
‑
硫电池用固体电解质
。
[0005]在全固体电池中，固体电解质的厚度越薄，电池
(
例如钠离子全固体电池
)
内的离子移动电阻越减少，每单位体积的能量密度也越提高，因而优选
。
因此，要求固体电解质的薄型化
(
片材化
)。
[0006]现有技术文献
[0007]专利文献
[0008]专利文献1：日本特开平5‑
205741
号公报
[0009]专利文献2：日本特开
2010
‑
15782
号公报

技术实现思路

[0010]专利技术要解决的技术问题
[0011]减小固体电解质的厚度时，电池的内部电阻存在变大的趋势，存在放电容量
、
工作电压等电池特性下降的问题
。
[0012]因此，本专利技术作为第一方面其目的在于，提供即使厚度小也能够得到优异的电池特性的含有钠离子传导性结晶的固体电解质片以及使用其的全固体电池
。
[0013]另外，片材化的固体电解质例如可以通过将原料粉末浆料化而得到生片后烧制的方法
(
生片法
)
来制造
。
但是，在利用上述方法制造含有钠离子传导性结晶的固体电解质片的情况下，存在离子传导率下降的问题
。
其结果，使用该固体电解质片制作的全固体电池有放电容量变低的趋势
。
[0014]因此，本专利技术作为第二方面其目的在于，提供离子电导率高的含有钠离子传导性
结晶的固体电解质片和使用其的钠离子全固体电池
。
[0015]用于解决技术问题的技术方案
[0016]本专利技术的第一方面的固体电解质片的特征在于，含有选自
β
”‑
氧化铝和钠超离子导体结晶中的至少1种钠离子传导性结晶，上述固体电解质片的厚度为
500
μ
m
以下且平面度为
200
μ
m
以下
。
[0017]本专利技术的专利技术人进行调查的结果得知，减小固体电解质的厚度时电池的内部电阻变大的原因在于，固体电解质的平面度
。
平面度在
JIS
中定义为“与平面形体的几何正确平面的偏差的大小”。
图1是用于说明固体电解质片的平面度的示意的截面图
。
如图1所示，固体电解质片的平面度表示将片的一个面用平行的平面夹入时所产生的间隙的值
。
如果固体电解质的平面度的值大，则不能在固体电解质表面均匀地涂敷电极材料，导致电极的厚度变得不均，局部地出现内部电阻大的部位
。
因此，通过如上所述减小固体电解质的平面度，能够使电极的厚度均匀，能够减小电池的内部电阻
。
其结果，能够提高放电容量
、
工作电压等电池特性
。
另外，在固体电解质的平面度小的情况下，能够提高操作性，抑制制作电池时的裂纹的产生等
。
[0018]本专利技术的第二方面的固体电解质片的特征在于，其是含有选自
β
”‑
氧化铝和钠超离子导体结晶中的至少1种钠离子传导性结晶的固体电解质片，在将从表面起算的深度为5μ
m
处的
Na2O
浓度设为
C1、
将从表面起算的深度为
20
μ
m
处的
Na2O
浓度设为
C2的情况下，
C2－
C1≤10
摩尔％
。
[0019]本专利技术的专利技术人进行调查的结果发现，固体电解质片的离子传导率与片表层的
Na2O
浓度有关
。
具体而言，得知了当片表层的
Na2O
浓度变低时，固体电解质片的离子传导率下降
。
因此，如上所述，通过使固体电解质片表层的
Na2O
浓度比较大
(
减小与片内部的
Na2O
浓度的差
)
，能够提高离子传导率
。
[0020]本专利技术的第二方面的另一方式的固体电解质片的特征在于，其是含有选自
β
”‑
氧化铝和钠超离子导体结晶中的至少1种钠离子传导性结晶的固体电解质片，将固体电解质片的厚度设为
100
％时，在将从表面起算的深度为5％处的
Na2O
浓度设为
C1’
、
将从表面起算的深度为
50
％处的
Na2O
浓度设为
C2’
的情况下，
C2’
－
C1’
≤10
摩尔％
。
[0021]本专利技术的第二方面的固体电解质片的厚度优选为
500
μ
m
以下
。
通过使固体电解质片这样薄，电池内的离子移动电阻减少，并且每单位体积的能量密度也提高，因而优选
。
[0022]本专利技术的第一方面和第二方本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种带电极的固体电解质片，其特征在于：具有固体电解质片以及在所述固体电解质片的一个面形成的正极层或负极层，所述固体电解质片含有选自
β
”‑
氧化铝和钠超离子导体结晶中的至少1种钠离子传导性结晶，将固体电解质片的厚度设为
100
％时，在将从表面起算的深度为5％处的
Na2O
浓度设为
C1’
并将从表面起算的深度为
50
％处的
Na2O
浓度设为
C2’
的情况下，
C2’
－
C1’
≤10
摩尔％
。2.
如权利要求1所述的带电极的固体电解质片，其特征在于：还具有在所述正极层或所述负极层的与固体电解质侧相反一侧的面形成的集电体
。3.
如权利要求1或2所述的带电极的固体电解质片，其特征在于：所述固体电解质片的厚度为
500
μ
m
以下
。4.
如权利要求1或2所述的带电极的固体电解质片，其特征在于：以摩尔％计，所述固体电解质片含有
Al2O
3 65
～
95
％
、Na2O 2
～
...

【专利技术属性】
技术研发人员：池尻纯一，山内英郎，
申请(专利权)人：日本电气硝子株式会社，
类型：发明
国别省市：