固体电解质电池制造技术

本发明专利技术提供一种固体电解质电池，包括LiNbO3膜作为固体电解质和正极活性材料之间的缓冲层，并且其电阻充分低。所述固体电解质电池包括正极层、负极层、以及在这两个电极层之间传导锂离子的固体电解质层，其中在正极活性材料和固体电解质之间设置有LiNbO3膜作为缓冲层，并且在所述LiNbO3膜中，Li与Nb的组成比(Li/Nb)满足0.93≤Li/Nb≤0.98。所述缓冲层可以被设置在所述正极层和所述固体电解质层之间、或者可以被设置在所述正极活性材料颗粒的表面上。所述缓冲层的厚度为2nm至1μm。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及包括正极层、负极层和在这些电极层之间传导锂离子的固体电解质层的固体电解质电池，特别是，涉及在正极活性材料和固体电解质之间具有缓冲层的固体电解质电池。
技术介绍
近年来，作为用于小型便携式电子设备(如，手机和笔记本电脑)的电源，已经开发出了包括正极层、负极层和固体电解质层(其为锂离子在正极层和负极层之间传导的媒介)的固体电解质电池。使用固体电解质层能够克服由现有的电解质溶液(其由有机溶剂组成)所引起的不利之处，例如，由电解质溶液泄漏所引起的安全问题、以及由有机电解质溶液在高于溶液沸点的高温下蒸发所弓I起的耐热性问题。然而，在这种固体电解质电池中，形成了其中锂离子在固体电解质的近正极层侧的区域中耗尽的层(耗尽层)作为阻挡层，该层提高了电阻值，这会造成问题(非专利文献 1)。为了克服该问题，本专利技术人公开了，通过在正极层和固体电解质层之间形成由锂离子传导性氧化物(如LiNbO3)构成的缓冲层，抑制了阻挡层的形成，从而降低了电阻(日本专利申请 No. 2007-235885)。已经提出了抑制阻挡层形成的另一种方法，在该方法中，形成由锂离子传导性氧化物(如LiNbO3)构成的缓冲层，使得该缓冲层覆盖正极活性材料的表面，并且正极活性材料不与固体电解质接触(专利文献1)。引用列表非专利文献非专利文献1 =Advanced Materials 2006. 18,2226-2229专利文献专利文献1 专利申请No.W02007/004590的PCT国际公开的国内再公开
技术实现思路
技术问题然而，即使在这样的固体电解质电池中，电阻也不会充分降低。因此，本专利技术的目的在于提供一种固体电解质电池，其包括LiNbO3膜作为固体电解质和正极活性材料之间的缓冲层，并具有充分低的电阻。解决问题的方案本专利技术人首先对包含LiNbO3膜作为缓冲层的固体电解质电池中电阻未被充分降低的原因进行了各种实验和研究。结果，本专利技术人发现，LiNbO3膜(其为非晶态不稳定膜) 的Li组分的一部分与空气发生反应从而形成Li2CO3 ；Li2CO3层不允许电流从其中通过，起到高阻挡层的作用；结果，有助于电池工作的有效面积减少了，电池的内部电阻不能充分地降低。本专利技术人推测，由于LiNbO3膜的Li含量高，因此形成了 Li2CO3层。本专利技术人还认为，LiNbO3膜为非晶态膜，即使在其不满足化学计量比的情况下也是稳定的；因此，当Li含量降低时，即，LiNbO3膜中Li与Nb的化学计量比(组成比Li/Nb)降低时，可以抑制Li2CO3 层的形成。因此，本专利技术人还进行了改变LiNbO3膜的组成比Li/Nb的试验。结果发现，在组成比Li/Nb小于或等于0. 98的LiNbO3膜中，抑制了 Li2CO3的形成。S卩，已经发现，在现有技术中，由于所形成的LiNbO3膜的组成比Li/Nb为1. 0，因此形成了 Li2CO3层。然而，还已经发现，当LiNbO3膜的组成比Li/Nb过小，具体来说小于0. 93时，Nb含量变得过高；过量的Nb在LiNbO3膜中形成NbO等Nb氧化物层；Nb氧化物层引起所形成的 LiNbO3膜的导电性下降，并且充当了阻挡层。总的来说，已经获得了以下发现当LiNbO3膜的组成比Li/Nb满足0. 93 ^ Li/ Nb ( 0. 98时，可以抑制充当阻挡层的Li2CO3层和Nb氧化物层的形成，并且可以充分地降低电阻。本专利技术基于上述发现而完成，并且提供一种固体电解质电池，包括正极层、负极层、以及在这两个电极层之间传导锂离子的固体电解质层，其中在正极活性材料和固体电解质之间设置有LiNbO3膜作为缓冲层，并且在所述LiNbO3 膜中，Li 与 Nb 的组成比(Li/Nb)满足 0. 93 ^ Li/Nb < 0. 98。如上所述，当所述LiNbO3膜中Li与Nb的组成比(Li/Nb)满足0. 93 < Li/ Nb ( 0. 98时，可以抑制充当阻挡层的Li2CO3层和Nb氧化物层的形成。因此，在具有这种缓冲层的固体电解质电池中，有助于电池工作的有效面积不会降低。因此，可以稳定地提供电阻(内部电阻)被充分降低了的固体电解质电池。这种固体电解质电池的正极层可以是通过气相沉积形成的薄膜层，或可以是通过压缩粉末而形成的粉末压缩层。在前一情况的薄膜层中，缓冲层形成为正极层和固体电解质层之间的中间层。该缓冲层抑制了正极层和固体电解质层之间的接触，即，正极层的正极活性材料和固体电解质之间的接触，从而抑制了阻挡层的形成。在后一情况的粉末压缩层中，由于颗粒之间的界面电阻通常是高的，并且正极活性材料独自并不提供足够高的离子传导性，因此将通过混合正极活性材料粉末和固体电解质粉末而制备的粉末混合物用作原料粉末。由此，在正极活性材料粉末的颗粒表面上形成缓冲层。结果，正极活性材料粉末和固体电解质粉末之间的接触得以抑制，并且抑制了阻挡层的形成。如上所述，本专利技术可以适用于薄膜层的情况和粉末压缩层的情况。在这两种情况中，将作为LiNbO3膜的缓冲层设置在正极活性材料和固体电解质之间，从而抑制了正极活性材料和固体电解质之间的接触，并抑制了阻挡层的形成。总而言之，在上述固体电解质电池中，所述缓冲层可以被设置在正极层和固体电解质层之间。可供选择的是，在所述固体电解质电池中，所述缓冲层可以被设置在正极活性材料颗粒的表面上。缓冲层可以通过气相法(如激光烧蚀法或溅射方法)或通过液相法(如溶胶-凝胶法)形成。在气相法中，通过控制靶材的组成来控制Li与Nb的组成比。在液相法中，通过控制溶液的组成来控制Li与Nb的组成比。在使用上述获得的组成比Li/Nb满足0. 93 ^ Li/Nb ^ 0. 98的LiNbO3膜作为固体电解质和正极活性材料之间的缓冲层的情况中，本专利技术人还对LiNbO3膜的优选厚度进行了实验和研究。结果，本专利技术人得出如下结论厚度小于2nm的缓冲层不会充分地发挥其功能，而厚度大于1 μ m的缓冲层导致电池具有大的厚度，这是不优选的；因此，2nm至1 μ m的厚度是优选的。总而言之，在上述固体电解质电池中，所述缓冲层的厚度可以是2nm至1 μ m。当形成缓冲层使其具有2nm至1 μ m的厚度时，该缓冲层能够充分地发挥其功能， 并且可以提供厚度小的固体电解质电池。本专利技术的有益效果根据本专利技术，可以提供这样一种固体电解质电池，其包括LiNbO3膜作为固体电解质和正极活性材料之间的缓冲层，并具有充分低的电阻。附图简要说明[附图说明图1]图1是示出根据本专利技术实施方案的固体电解质电池的截面构造的示意图。图2是示出根据本专利技术另一实施方案的固体电解质电池的截面构造的示意图。本专利技术的实施方式在下文中，将参照实施方案对本专利技术进行说明。然而，本专利技术不限于下面的实施方案。可以在与本专利技术相同的范围和其等同范围内对下列实施方案进行各种修改。实施例其中在正极层和固体电解质层之间形成缓冲层的实施例首先对在正极层和固体电解质层之间形成作为缓冲层的中间层的实施例进行说明。(实施例1至3)1.固体电解质电池的制备通过下面所述的工序来制备图1中示出的固体电解质电池。图1为示出根据本专利技术实施方案的固体电解质电池的截面构造的示意图。在图1中，参考符号1代表正极；参考符号2表示中间层；参考符号3表示固体本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：神田良子，吉田健太郎，上村卓，太田进启，小川光靖，
申请(专利权)人：住友电气工业株式会社，
类型：发明
国别省市：