锂离子二次电池及其制造方法技术

本发明专利技术提供一种锂离子二次电池，该锂离子二次电池结构简单、制造容易、且不会产生短路故障。本发明专利技术的锂离子二次电池包括层叠体，该层叠体是通过将正极集电体（1）和负极集电体（2）隔着固体电解质层（3）交替层叠而成的，所述固体电解质层（3）在由固体电解质构成的基体中含有活性物质（4），固体电解质的体积与活性物质（4）的体积之比为90：10～65：35。此外，所述正极集电体（1）和/或所述负极集电体的导电性物质的基体中可以含有活性物质。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及。特别是涉及具有简单的结构、且可以容易地制造的。
技术介绍
近年来，电子技术飞速发展，正在谋求便携式电子设备的小型化、轻量化、薄型化和多功能化。伴随与此，強烈期望作为电子设备电源的电池的小型化、轻量化、薄型化以及可靠性的提高。为了应对这样的要求，公开有ー种通常的多层锂离子二次电池，其具有隔着电解质层层叠的多个正极层和多个负极层。 把厚度数十微米的单体电池层叠组装成多层的锂离子二次电池。因此可以容易地实现电池的小型化、轻量化及薄型化。全固体型锂离子二次电池使用固体电解质替代电解液。因此不用担心液体泄漏和液体耗尽，具有高的可靠性。此外由于全固体型锂离子二次电池使用了锂，所以可以得到高的电压和高的能量密度。 如图6所示，通过把正极活性物质层和负极活性物质层隔着电解质层顺序层叠，形成层叠体，由此制作成使用无机固体电解质作为电解质层的全固体型锂电池。 例如在形成于由PET制成的基板上的固体电解质IOOa上，通过印刷负极活性物质101a、负极集电体102a和负极活性物质103a，制作成负极单元。与负极单元104a相同，例如在形成于由PET制成的基板上的固体电解质IOOb上，通过印刷正极活性物质101b、正极集电体102b、正极活性物质103b，制作成正极单元104b。 此时，在负极单元104a的情况下，在图的左侧设置有台阶105a。另ー方面，在正极单元104b的情况下，在图的右侧设置有台阶105b。通过设置所述的台阶，可以从相同极性的集电体ー并取出。 可是，在图6所示的结构中，仅制作负极单元104a就不得不进行三次印刷。不仅如此，每次进行印刷都会对衬底的片造成损伤(称为片损伤(シートァタック))。此外，台阶105a具有活性物质101a、负极集电体102a和活性物质103a这三层的厚度。所述台阶105a的大小成为在设计上或加工上的制約。 相对于图6所示的结构，专利文献I提出一种实现了结构更简单、制造更方便的技木。即，所述专利文献I记载的技术是ー种全固体二次电池，该全固体二次电池包括单层活性物质层，由含有活性物质材料的一个层构成；正极集电极，配置于单层活性物质层的一个表面；以及负极集电极，配置于单层活性物质层的另ー个表面。在此，活性物质材料的价数可以进行多种变化，并且活性物质材料具有与各个价数的变化对应的不同的氧化还原电位。 所述技术是使用单层活性物质层来替代图6所示的具有三层结构(正极活性物质层、电解质层和负极活性物质层)的内部电极体，所述单层活性物质层由一个层构成，该ー个层含有可以分别成为正极和负极的各个电极的活性物质。专利文献I也公开了在单层活性物质层中还含有固体电解质的情况。 专利文献I所记载的技术把正极集电极、负极集电极和单层活性物质层这三层作为单位结构。因此，结构简单、且容易制造。 可是，在实际上使用所述技术，试装成二次电池后，发现产生了短路故障。 现有技术文献 专利文献 专利文献I :日本专利公开公报特开2009 — 123389号
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题 本专利技术的目的是提供一种结构简单、容易制造、且不会产生短路故障的。 权利要求I的专利技术是一种锂离子二次电池，其特征在于，所述锂离子二次电池包括层叠体，该层叠体是通过将正极集电体和负极集电体隔着固体电解质层交替层叠而成的，所述固体电解质层在由固体电解质构成的基体中含有活性物质，该活性物质在所述正极集电体和所述负极集电体之间不连续。 权利要求2的专利技术是一种锂离子二次电池，其特征在于，所述锂离子二次电池包括层叠体，该层叠体是通过将正极集电体和负极集电体隔着固体电解质层交替层叠而成的，所述固体电解质层在由固体电解质构成的基体中含有活性物质，所述固体电解质的面积与所述活性物质的面积之比为90 10 65 :35。 权利要求3的专利技术是根据权利要求I或2所述的锂离子二次电池，其特征在于，所述正极集电体和/或所述负极集电体在导电性物质的基体中含有所述活性物质。 如果正极集电体和/或负极集电体在导电性物质的基体中含有活性物质，则与固体电解质层的接合优异，因此内部电阻低，可以得到大容量的锂离子二次电池。从能够得到大容量的观点出发，优选的是，在正极集电体和/或负极集电体的截面上的活性物质的面积与导电性物质的面积之比在20 :80至65 35的范围内。 权利要求4的专利技术是根据权利要求I至3中任一项所述的锂离子二次电池，其特征在于，所述活性物质是锂锰复合氧化物、锂镍复合氧化物、锂钴复合氧化物、锂钒复合氧化物、锂钛复合氧化物中的任意ー种以上。 权利要求5的专利技术是根据权利要求I至4中任一项所述的锂离子二次电池，其特征在于，在所述固体电解质层内没有所述固体电解质和所述活性物质的反应生成物。 因材料的组合，固体电解质和活性物质在烧结时反应。因反应而使反应生成物介于两者的界面之间。确认到与活性物质和导电性材料之间的反应生成物的情况不同，固体电解质和活性物质之间的反应生成物的结果是提高了界面电阻。因此优选的是选择两者在烧结时不反应的组合。 此外，即使是反应的组合，只要使烧结温度在500°C 600°C的范围内，也可以抑制反应。即使在500°C 600°C的温度下的烧结，也可以进行充分的烧结。推定这是由于在本专利技术中，能够将固体电解质层或集电体层的层厚减薄，所以产生了影响。 权利要求6的专利技术是根据权利要求I至5中任一项所述的锂离子二次电池，其特征在于，所述固体电解质是从由磷硅酸锂(Li15Sia5Pa5O4).磷酸钛锂(LiTi2 (PO4) 2)、磷酸锗锂(LiGe2 (PO4) 3)、Li2O — SiO2, Li2O — V2O5 — SiO2, Li2O — P2O5 — B2O3 以及 Li2O — GeO2 组成的组中选择的至少ー种材料。 权利要求7的专利技术是根据权利要求I至5中任一项所述的锂离子二次电池，其特征在于，所述固体电解质是含有锂的氧化物且不含多价过渡元素的聚阴离子氧化物或含有锂且不含多价过渡元素的聚阴离子氧化物。 在使活性物质或固体电解质是所述的活性物质或固体电解质的情况下，可以实现不会 产生短路故障、具有低的阻抗、且具有高的放电容量的二次电池。 权利要求8的专利技术是根据权利要求I至7中任一项所述的锂离子二次电池，其特征在于，在固体电解质层内没有固体电解质和活性物质的反应生成物。 固体电解质和活性物质的反应生成物会造成因生成物而导致界面电阻变大。因此通过使界面成为不存在反应生成物的界面，可以防止界面电阻増大。 权利要求9的专利技术是根据权利要求I至8中任一项所述的锂离子二次电池，其特征在于，所述正极集电体的厚度和所述负极集电体的厚度分别为O. 2 μ m 30 μ m。 本专利技术的二次电池的最小单元是正极集电体、固体电解质层和负极集电体的三层结构。因此，在电池制造过程中形成的台阶的大小由集电体的层厚決定。 选择所述范围内的厚度是由于当厚度在O. 2μπι以下时，会造成在烧结エ序时集电体产生中间断开、有效电池面积减少及电池容量降低等问题。 此外选择所述范围内的厚度是由于如果厚度超过30 μ m，则会导致在层叠体内部和台阶上产生密度不均、产生裂纹或剥离、成品率降低等问题。 权利要求本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.03.31 JP 2010-0812021.一种锂离子二次电池，其特征在干， 所述锂离子二次电池包括层叠体，该层叠体是通过将正极集电体和负极集电体隔着固体电解质层交替层叠而成的， 所述固体电解质层在由固体电解质构成的基体中含有活性物质，该活性物质在所述正极集电体和所述负极集电体之间不连续。2.一种锂离子二次电池，其特征在干， 所述锂离子二次电池包括层叠体，该层叠体是通过将正极集电体和负极集电体隔着固体电解质层交替层叠而成的， 所述固体电解质层在由固体电解质构成的基体中含有活性物质， 所述固体电解质的面积与所述活性物质在所述固体电解质层的截面上的面积之比为90 10 65 35o3.根据权利要求I或2所述的锂离子二次电池，其特征在于，所述正极集电体和/或所述负极集电体在导电性物质的基体中含有所述活性物质。4.根据权利要求I至3中任一项所述的锂离子二次电池，其特征在于，所述活性物质是既能使锂离子嵌入也能使锂离子脱离的相同的活性物质。5.根据权利要求I至4中任一项所述的锂离子二次电池，其特征在于，所述活性物质是Li2MnO3^ LiMn2O4 以及 LiV2O4 中的任ー种。6.根据权利要求I至5中任一项所述的锂离子二次电池，其特征在于，所述固体电解质是从由磷硅酸锂(L^5Sia5Pa5O4X磷酸钛锂(LiTi2 (PO4) 2)、磷酸锗锂(LiGe2 (PO4)3)'Li2O - SiO2, Li2O - V2O5-SiO2, Li2O — P2O5...

【专利技术属性】
技术研发人员：佐藤洋，笹川浩，藤井美谷洣，加藤理惠子，藤田隆幸，
申请(专利权)人：纳美仕有限公司，
类型：
国别省市：