全固体电池制造技术

一种全固体电池，包括：正电极活性材料层（１），其包括正电极活性材料（４）；负电极活性材料层（２），其包括负电极活性材料；以及固体电解质层（３），其形成在正电极活性材料层（１）和负电极活性材料层（２）之间。正电极活性材料层（１）或固体电解质层（３）还包括固体电解质材料（５）。反应抑制部（６）被形成在正电极活性材料（４）和固体电解质材料（５）之间的界面处。反应抑制部（６）是包括阳离子部和聚阴离子部的化合物，阳离子部由金属元素形成，聚阴离子部由与多个氧元素形成共价键的中心元素形成。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种全固体电池，该全固体电池能够抑制正电极活性材料与固体电解质材料之间的界面电阻随时间的增加。
技术介绍
随着近年来诸如个人计算机、摄像机和蜂窝电话的信息相关设备和通信设备的迅速增长，开发优异的电池(例如，锂电池)作为这些信息相关设备或通信设备的电源变得非常重要。此外，在信息相关设备和通信相关设备之外的其他领域，例如在汽车工业中，用于电动车或混合动力车的锂电池等的开发正在进行中。这里，现有商业可用的锂电池采用使用可燃有机溶剂的有机电解质解决方案。因此，有必要安装在短路时抑制温度增高的安全设备，或者在结构或材料方面提高以防止短路。与此相比，以固体电解质取代液体电解质的全固体电池在电池中不包括可燃有机溶剂。 由于这个原因，认为全固体电池有助于简化安全设备，并且在制造成本和生产效率上是优异的。在这样的全固体电池领域，在现有技术中，存在通过关注正电极活性材料和固体电解质材料之间的界面来提高全固体电池性能的尝试。例如，Narumi Ohta等人撰写的 "LiNbO3-Coated LiCoO2 as cathode material for all solid-state lithium secondary batteries, Electrochemistry Communications 9 (2007) 1486-1490 描述了一种 LiCoO2 (正电极活性材料)的表面涂覆有LiNbO3的材料。这种技术试图以LiCoA的表面涂覆有LiNbO3 来降低LiCoA与固体电解质材料之间的界面电阻的方式来获得高功率电池。此外，日本专利申请公布No. 2008-027581 (JP-A-2008-027581)描述了一种用于全固体二次电池的电极材料，其中利用硫磺和/或磷对表面进行了处理。这个尝试通过表面处理提高离子传导路径。日本专利申请公布No. 2001-052733 (JP-A-2001-052733)描述了一种硫化物基的固体电池，其中氯化锂支撑在正电极活性材料的表面上。这个尝试以氯化锂支撑在正电极活性材料的表面的方式降低界面电阻。如 Narumi Ohta 等人撰写的 “LiNb03_coated LiCoO2 as cathode material for all solid-state lithium secondary batteries，，， Electrochemistry Communications 9(2007) 1486-1490所描述的，当LiCoA的表面涂覆有LiNbO3时，在初始阶段处，可以降低正电极活性材料与固体电解质材料之间的界面电阻。但是，界面电阻随时间而增大。
技术实现思路
本专利技术提供一种能够抑制正电极活性材料和固体电解质材料之间的界面电阻随时间增加的全固体电池。界面电阻随时间的增加是因为LiNbO3与正电极活性材料和固体电解质材料反应生成反应产物，然后该反应产物充当电阻层。这是由于LiNbO3相对低的电化学稳定性。后来发现，当使用具有包括共价键的聚阴离子部的化合物替代LiNbO3时，上述化合物几乎不与正电极活性材料或固体电解质材料反应。本专利技术的方面是基于上述发现。也就是，本专利技术的第一方面提供一种全固体电池。该全固体电池包括正电极活性材料层，其包括正电极活性材料；负电极活性材料层，其包括负电极活性材料；以及固体电解质层，其形成在正电极活性材料层和负电极活性材料层之间。当固体电解质与正电极活性材料反应时，固体电解质材料在固体电解质材料和正电极活性材料之间的界面处形成电阻层，并且该电阻层增加了界面的电阻。反应抑制部形成在正电极活性材料和固体电解质材料之间的界面处。反应抑制部抑制固体电解质材料与正电极活性材料之间的反应。反应抑制部是包括阳离子部和聚阴离子部的化合物，其中阳离子部由金属元素形成，聚阴离子部由与多个氧元素形成共价键的中心元素来形成。对于上述全固体电池，反应抑制部由具有聚阴离子结构的化合物来形成，聚阴离子结构具有高电化学稳定性。因此，可以阻止反应抑制部与正电极活性材料或固体电解质材料反应形成电阻层。这能够抑制正电极活性材料与固体电解质材料之间的界面的界面电阻随时间增加。结果，可以获得具有极佳耐用性的全固体电池。具有聚阴离子结构的化合物的聚阴离子部包括与多个氧元素形成共价键的中心元素，所以电化学稳定性提高。在根据上述方面的全固体电池中，聚阴离子部的中心元素的电负性可以大于或等于1. 74。通过这样做，可以形成更稳定的共价键。在根据上述方面的全固体电池中，正电极活性材料层可以包括固体电解质材料。 通过这样做，可以提高正电极活性材料层的离子传导性。在根据上述方面的全固体电池中，固体电解质层可以包括固体电解质材料。通过这样做，可以获得具有极佳的离子传导性的全固体电池。在根据上述方面的全固体电池中，正电极活性材料的表面可以涂覆有反应抑制部。正电极活性材料比固体电解质材料更坚固，所以涂覆正电极活性材料的反应抑制部难以剥落。在根据上述方面的全固体电池中，阳离子部可以是Li+。通过这样做，可以获得在各种应用中有用的全固体电池。在根据上述方面的全固体电池中，聚阴离子部可以是PO43-或Si044—。通过这样做， 可以有效地抑制界面电阻随时间的增加。在根据上述方面的全固体电池中，固体电解质材料可以包括桥连硫族元素。包括桥连硫族元素的固体电解质材料具有高离子传导性，所以可以获得高功率电池。在根据上述方面的全固体电池中，桥连硫族元素可以是桥连硫或桥连氧。通过这样做，可以获得具有极佳的离子传导性的固体电解质材料。在根据上述方面的全固体电池中，正电极活性材料可以是氧化物基正电极活性材料。通过这样做，可以获得具有高能量密度的全固体电池。附图说明本专利技术前述的以及更进一步的目标、特征以及优点将通过下面参考附图的示范性实施例的描述而变得清晰明白，其中相同的附图标记用于表示相同的部件，并且其中图1是说明根据本专利技术实施例的全固体电池的发电元件的示例的视图；图2是示出具有聚阴离子结构的化合物的视图3是示出根据现有技术的以桥连氧取代桥连硫的视图；图4是示出属于电负性(鲍林)中的族12至族16的元素的电负性的参考表；图5A是说明正电极活性材料的表面涂覆有反应抑制部的状态的示意横截面图；图5B是说明固体电解质材料的表面涂覆有反应抑制部的状态的示意横截面图；图5C是说明正电极活性材料的表面和固体电解质材料的表面都涂覆有反应抑制部的状态的示意横截面图；图5D是说明正电极活性材料、固体电解质材料和反应抑制部相互混合状态的示意横截面图；图6A是说明反应抑制部形成在包括正电极活性材料的正电极活性材料层与包括形成高电阻层的固体电解质材料的固体电解质层的界面处的状态的示意横截面图；图6B是说明正电极活性材料的表面涂覆有反应抑制部的状态的示意横截面图；图6C是说明形成高电阻层的固体电解质材料的表面涂覆有反应抑制部的状态的示意横截面图；图6D是说明正电极活性材料的表面和形成高电阻层的固体电解质材料的表面都涂覆有反应抑制部的状态的示意横截面图；图7是示出在示例1和比较例1中获得的全固体锂二次电池的界面电阻变化率的测量结果的曲线图；图8A是示出示例2-1的评估样本的XRD测量结果的曲线图；图8B是示出示例2-2的评估本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种全固体电池，包括：正电极活性材料层，所述正电极活性材料层包括正电极活性材料；负电极活性材料层，所述负电极活性材料层包括负电极活性材料；固体电解质层，所述固体电解质层形成在所述正电极活性材料层和所述负电极活性材料层之间，其中，当固体电解质材料与所述正电极活性材料反应时，在所述固体电解质材料和所述正电极活性材料之间的界面处，所述固体电解质材料形成电阻层，并且所述电阻层增加所述界面的电阻，在所述正电极活性材料和所述固体电解质材料之间的所述界面处形成有反应抑制部，所述反应抑制部抑制在所述固体电解质材料和所述正电极活性材料之间的反应，并且，所述反应抑制部是包括阳离子部和聚阴离子部的化合物，所述阳离子部由金属元素形成，所述聚阴离子部由与多个氧元素形成共价键的中心元素形成。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

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