提供具有有利的电池特性的电力存储装置和其制造方法。该电力存储装置至少包括正电极和负电极，该负电极以与正电极之间设置有电解质的方式面对正电极而设置。正电极包括集电极和在集电极之上的包含活性物质的膜。包含活性物质的膜包含满足关系3.5≤h/g≤4.5、0.6≤g/f≤1.1和0≤e/f≤1.3的LieFefPgOh和满足关系3.5≤d/c≤4.5、0.6≤c/b≤1.8和0.7≤a/b≤2.8的LiaFebPcOd。包含活性物质的膜在与电解质接触的区域中包含满足关系3.5≤d/c≤4.5、0.6≤c/b≤1.8和0.7≤a/b≤2.8的LiaFebPcOd。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及电力存储装置及其制造方法。
技术介绍
近年来，诸如锂离子二次电池和锂离子电容器的电力存储装置的开发已经进行。二次电池中，利用包含锂的金属氧化物(诸如磷酸铁锂)来形成的锂离子电池具有高电容和高安全性。作为用于二次电池的正电极的磷酸铁锂的典型结构的示例，有包含二价铁离子(在下文中称为Fe (II))的橄榄石结构的LiFePO4和包含三价铁离子(在下文中称为Fe(III))的NASICON结构的Li3Fe2(PO4)315包含Fe (II)的橄榄石结构的LiFePO4为良好的 正电极材料，该材料具有高电容和高放电电位(参见专利文献I)。在磷酸铁锂用作正电极的活性物质的电池中，由于锂离子的插入和抽出，在铁中发生氧化还原反应。例如，已知的是，在具有橄榄石结构的LiFePO4中，由于锂离子的插入和抽出，在Fe (II)和Fe (III)之间发生氧化还原反应。以类似方式，在包含Fe (III)的磷酸铁锂(诸如具有NASICON结构的Li3Fe2(PO4)3)中，在Fe (III)和Fe (II)之间发生氧化还原反应(参见专利文献2)。其电极通过用于形成薄膜的技术(例如，溅射法)来形成的薄膜电池具有诸如良好的柔性和高耐久性的特性，且近年来引起了关注。在许多情况下，通过溅射法形成的磷酸铁锂具有非晶结构。此外，在经受热处理时，具有非晶结构的磷酸铁锂能够变成具有结晶结构的磷酸铁锂，诸如具有橄榄石结构的LiFePO4或具有NASICON结构的Li3Fe2 (PO4) 3。具有非晶结构的磷酸铁锂和具有结晶结构的磷酸铁锂能够用作正电极的活性物质。 专利文献I :日本专利申请公开No. 2008-257894 专利文献2:PCT国际申请No. 2000-509193的日语译文。
技术实现思路
然而，在包含Fe (II)的橄榄石结构的LiFePO4中，Fe (II)容易被大气中的氧氧化成Fe (III)。例如，在对通过用于形成薄膜的技术而形成的具有非晶结构的磷酸铁锂进行热处理的步骤中，热处理气氛中剩余的氧使Fe (II)氧化，并且具有非晶结构的磷酸铁锂变成包含Fe (III)的具有NASICON结构的Li3Fe2 (PO4)3，这是有问题的。此外，甚至在不对其进行热处理的具有非晶结构的磷酸铁锂中，通过空气中的氧而发生自然氧化，使得包含Fe(III)的具有NASICON结构的Li3Fe2(PO4)3形成于表面上。控制自然氧化是相对困难的，这使得难以控制具有NASICON结构的磷酸铁锂的厚度，并且降低了其作为正电极的活性物质的可靠性。另一方面，在从Fe (III)至Fe (II)的还原发生在包含Fe (III)的具有NASICON结构的磷酸铁锂中的情况下，需要将锂离子插入至包含Fe (III)的磷酸铁锂。因此，在包含Fe (III)的具有NASICON结构的磷酸铁锂用作正电极的活性物质时，需要将包含锂的材料用于负电极。然而，在使用一般用作锂离子电池中的负电极材料的石墨的情况下，石墨需要预先掺杂有锂，这使得工序复杂化。能够给出钛酸锂(Li4Ti5O12)作为包含锂的负电极材料的示例，但具有比石墨更高的还原电位且也使得电池电位更低。此外，在利用锂金属形成负电极时，生成了沉淀物并且正电极和负电极短路，这是有问题的。由于以上原因，在利用包含锂的材料形成负电极时，难以制造简单的具有高可靠性和高电池电位的电力存储装置。本专利技术的一个实施例的目的在于，提供具有有利的电池特性的电力存储装置以及电力存储装置的制造方法。鉴于以上内容，本专利技术的一个实施例为至少包括正电极和负电极的电力存储装置，该负电极以与正电极之间设置有电解质的方式面对正电极而设置。正电极包括集电极和包含设置在集电极之上的活性物质的膜。包含活性物质的膜包含满足关系3. 5 ( h/g(4. 5,0. 6 ≤g/f ≤I. I 和 O ≤e/f ≤I. 3 的 LieFeiI^O6 和满足关系 3. 5 ≤d/c (4.5,0.6 ≤c/b ≤I. 8和O. 7 ≤a/b ≤2. 8的Li3Fei^O,。包含活性物质的膜在与电解质接触的区域中包含满足关系3. 5 ≤d/c ≤4.5,0.6 ≤c/b ≤I. 8和O. 7 ≤a/b ≤2· 8 的 Li3FeiP凡。负电极可包含不包括锂的材料。在包含活性物质的膜中，在电极的形成之后且在电池的运行之前，包含Fe (II)的磷酸铁锂形成在与集电极接触的表面上，并且包含Fe (III)的磷酸铁锂形成在与电解质接触的表面上。包含Fe (II)的磷酸铁锂的典型示例为LiFeP04。包含Fe (III)的磷酸铁锂的典型示例为Li3Fe2(PO4)3。包含Fe (II)的磷酸铁锂和包含Fe (III)的磷酸铁锂的每个可具有非晶结构。备选地，在包含Fe (II)的磷酸铁锂具有结晶结构时，包含Fe (II)的磷酸铁锂可为具有橄榄石结构的LiFeP04。另外，在包含Fe (III)的磷酸铁锂具有结晶结构时，包含Fe (III)的磷酸铁锂可为具有NASICON结构的Li3Fe2 (PO4)3。具有以上结构的正电极的活性物质可形成为具有包括两个或多个层的叠层结构。在这种情况下，例如，正电极具有包括集电极的叠层结构，包含活性物质(A)的膜形成于集电极之上，并且包含活性物质(B)的膜形成于包含活性物质(A)的膜之上。在电极的形成之后和在电池的运行之前，活性物质(A)包括包含Fe (II)的磷酸铁锂，并且活性物质(B)为包含Fe (III)的磷酸铁锂。在正电极中，包含活性物质(B)的膜放置在与电解质接触的表面上。因此，包含活性物质(B)的膜放置在包含活性物质(A)的膜和电解质之间。注意，只要活性物质(A)至少包括包含Fe (II)的磷酸铁锂，另外的结构是可接受的。例如，活性物质(A)可包括包含Fe (II)的磷酸铁锂和包含Fe (III)的磷酸铁锂。在以上结构中，包括在活性物质(A)中的包含Fe (II)的磷酸铁锂为满足关系3. 5(h/g ≤4.5,0.6 ≤8/^≤1.1和0≤e/f ≤I. 3 的 LieFeiP/)^ 作为活性物质(B)的包含Fe (III)的磷酸铁锂为满足关系3. 5≤d/c ≤4. 5,0. 6≤c/b≤I. 8和O. 7≤a/b ≤2. 8 的 Li3FeAPc0rf。在以上结构中，包含活性物质(A)的膜和包含活性物质(B)的膜的每个可具有非晶结构。备选地，在活性物质(A)具有结晶结构时，活性物质(A)可为具有橄榄石结构的LiFeP04。另外，在活性物质(B)具有结晶结构时，活性物质(B)可为具有NASICON结构的Li3Fe2 (PO4) 3。本专利技术的一个实施例为用于制造包括正电极和负电极的电力存储装置的方法，该负电极以与正电极之间设置有电解质的方式面对正电极而设置。通过在集电极之上形成包含活性物质(A)的膜来形成正电极，且然后在包含活性物质(A)的膜之上形成包含活性物质(B)的膜。活性物质(A)包括包含Fe (II)的磷酸铁锂，并且活性物质(B)为包含Fe(III)的磷酸铁锂。本专利技术的一个实施例为用于制造包括正电极和负电极的电力存储装置的方法，该负电极以与正电极之间设置有电解质的方式面对正电极而设置。通过包括下列步骤本文档来自技高网...
【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：汤川干央，森若圭惠，
申请(专利权)人：株式会社半导体能源研究所，
类型：
国别省市：
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