固体电解质电池和正极活性物质制造技术

本技术能够提供使用处于非晶态时具有高离子电导率的正极活性物质的固体电解质电池，以及在非晶态时具有高离子电导率的正极活性物质。固体电解质电池具有堆叠体，其中，在基板上顺序堆叠正极侧集电体膜、正极活性物质膜、固体电解质膜、负极电位形成层以及负极侧集电体膜。例如，正极活性物质膜由非晶态的磷酸锂化合物组成，该磷酸锂化合物包含Li、P、O、以及选自Ni、Co、Mn、Au、Ag和Pd中的元素M1。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】固体电解质电池和正极活性物质
本技术涉及一种固体电解质电池和正极活性物质。更具体地说，本技术涉及在固体电解质中不含有机电解质溶液的固体电解质电池、以及用于所述固体电解质电池的正极活性物质。
技术介绍
利用锂离子的嵌入和脱嵌的锂离子二次电池凭借它们优异的能量密度，已经被广泛应用在便携式电子设备等中。从安全性和可靠性的角度而言，在这些锂离子二次电池中，使用不包含有机电解质溶液的固体电解质作为电解质的全固态锂离子二次电池，已经处于积极的研发中。作为全固态锂离子二次电池的一种形态，薄膜锂二次电池已经处于积极的开发中。薄膜锂二次电池是这样的二次电池：构成电池的集电体、活性物质以及电解质是由薄膜形成的。组成薄膜锂二次电池的每一薄膜都是通过使用诸如溅射法和气相沉积等的薄膜形成方法而形成的（例如，参见非专利文献1）。在薄膜锂二次电池中，诸如由氮置换Li3PO4得到的LiPON和由氮置换LixB2O3得到的LiBON等非晶态物质被用作固体电解质。这些非晶态物质的离子电导率约为10-6S/cm，该电导率明显低于典型液体电解质的离子电导率10-2S/cm。在该薄膜锂二次电池中，固体电解质的膜厚度很小（例如，大约1μm），并且锂移动的距离很短。因此，由上述具有较低离子电导率的非晶态物质组成的固体电解质能够显示与液体电解质几乎相同的性能。另一方面，在薄膜锂二次电池中，正极活性物质限定电导率。如在液体类锂离子二次电池中一样，典型的是使用诸如LiCoO2、LiMn2O4和LiFePO4等锂过渡金属氧化物作为正极活性物质。此外，已经提出了除这些之外的用作正极活性物质的新的锂过渡金属氧化物。例如，专利文献1提出了一种晶体LiCu1+xPO4作为锂过渡金属氧化物，被用作正极活性物质。这些锂过渡金属氧化物（以下称为“上述锂过渡金属氧化物”）是离子电导率和电子电导率都很低的物质。在薄膜锂二次电池中，正极活性物质层的厚度与电池容量成正比，因此希望正极活性物质层尽可能的厚以实现高电池容量。然而，在薄膜锂二次电池中，如果由离子电导率和电子电导率都较低的物质形成的正极活性物质层被制备得比较厚（例如，大于等于10μm），会导致很高的内阻抗。因而，难以将具有由离子电导率和电子电导率都较低的上述锂过渡金属氧化物形成的较厚正极活性物质层的高容量薄膜锂二次电池商业化。此外，通常以晶相形式使用上述锂过渡金属氧化物。因此，在薄膜锂二次电池中，上述锂过渡金属氧化物薄膜的形成过程中，晶相是通过诸如膜形成过程中基板的加热以及膜成型后的退火等来形成的。引文列表非专利文献非专利文献1：Thin-Filmlithiumandlithium-ionbatteries，J.B.Batesetal.:SolidStateIonics，135，33(2000)专利文献专利文献1：日本专利公开第3965657号
技术实现思路
本专利技术将要解决的问题然而，在薄膜锂二次电池中，有必要使用耐热玻璃作为基板进行加热或膜形成后的退火，该耐热玻璃基板价格昂贵，从而导致了高生产成本。此外，在薄膜锂二次电池中，由于诸如LiPON和LiBON等用作固体电解质的物质在处于非晶态下发挥作用，所以当这些物质被加热退火后，将会导致性能降低。因此，理想的正极活性物质包含不经退火也可以起作用的物质，但是诸如LiCoO2、LiMn2O4和LiFePO4的锂过渡金属氧化物不经退火是高非晶态的，他们作为正极活性物质的特性很差。即，由于诸如LiCoO2、LiMn2O4和LiFePO4等的锂过渡金属氧化物，如果不经退火，离子导电率低于诸如LiPON等固体电解质，导致他们作为正极活性物质的特性很差。因此，本技术的一个目的是提供一种使用像这样起作用并且在非晶态下具有高离子电导率的正极活性物质的固体电解质电池、以及一种在非晶态下具有高离子导电率的正极活性物质。问题的解决手段为了解决上述问题，第一种技术是一种包含正极活性物质和固体电解质的固体电解质电池。上述正极活性物质包含非晶态磷酸锂化合物，该磷酸锂化合物包含Li；P；选自Ni、Co、Mn、Au、Ag和Pd的元素M1；以及O。第二种技术是一种包含磷酸锂化合物的正极活性物质，该磷酸锂化合物包含Li；P；选自Ni、Co、Mn、Au、Ag和Pd的元素M1；以及O。该磷酸锂化合物处于非晶态。第三种技术是一种包含正极活性物质和固体电解质的固体电解质电池。上述正极活性物质包括非晶态的磷酸锂化合物，所述磷酸锂化合物包含Li；P；选自Ni、Co、Mn、Au、Ag、Pd和Cu的元素M1'；选自B、Mg、Al、Si、Ti、V、Cr、Fe、Zn、Ga、Ge、Nb、Mo、In、Sn、Sb、Te、W、Os、Bi、Gd、Tb、Dy、Hf、Ta和Zr中的至少一种添加元素（additiveelement）M3；以及O。第四种技术是一种包括磷酸锂化合物的正极活性物质，该磷酸锂化合物包含Li；P；选自Ni、Co、Mn、Au、Ag、Pd和Cu的元素M1'；选自B、Mg、Al、Si、Ti、V、Cr、Fe、Zn、Ga、Ge、Nb、Mo、In、Sn、Sb、Te、W、Os、Bi、Gd、Tb、Dy、Hf、Ta和Zr中的至少一种添加元素M3；以及O；所述磷酸锂化合物处于非晶态。第五种技术是一种包含正极活性物质和固体电解质的固体电解质电池。上述正极活性物质包含非晶态磷酸锂化合物。该磷酸锂化合物由式（2）表示。式（2）LixCuyPO4（其中，x表示锂的组成比，y表示铜的组成比，并且5.0<x<7.0）。第六种技术是一种包含由式（2）表示的磷酸锂化合物的正极活性物质。该磷酸锂化合物处于非晶态。式（2）LixCuyPO4（其中，x表示锂的组成比，y表示铜的组成比，并且5.0<x<7.0）。根据本技术，正极活性物质包括非晶态磷酸锂化合物，该磷酸锂化合物包含Li；P；选自Ni、Co、Mn、Au、Ag和Pd的元素M1；以及O。此外，正极活性物质包含非晶态磷酸锂化合物，并且该非晶态磷酸锂化合物包含Li；P；选自Ni、Co、Mn、Au、Ag、Pd和Cu的元素M1'；选自B、Mg、Al、Si、Ti、V、Cr、Fe、Zn、Ga、Ge、Nb、Mo、In、Sn、Sb、Te、W、Os、Bi、Gd、Tb、Dy、Hf、Ta和Zr中的至少一种添加元素M3；以及O。此外，正极活性物质包含非晶态磷酸锂化合物，并且该磷酸锂化合物由上述式（2）表示。这些处于非晶态的磷酸锂化合物可以用作在非晶态下具有高离子电导率的正极活性物质。本专利技术的效果根据本技术，能够提供使用在非晶态下具有高离子电导率的正极活性物质的固体电解质电池，以及在非晶态下具有高离子电导率的正极活性物质。附图说明图1A是根据本技术第一实施方式的固体电解质电池的平面图。图1B是沿图1A的X-X线的截面图。图1C是沿图1A的Y-Y线的截面图。图2A是根据本技术第二实施方式的固体电解质电池的平面图。图2B是沿图2A的X-X线的截面图。图2C是沿图2A的Y-Y线的截面图。图3A示出了参考例1的正极活性物质膜的截面的TEM图。图3B示出了该正极活性物质膜的电子衍射图。图4是示出参考例1的充电-放电曲线的曲线图。图5是示出实施例1的充电-放电曲线的曲线图。图6是示出实施例2的充电-放电曲线本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.12.02 JP 2010-269090;2011.05.16 JP 2011-109921.一种固体电解质电池，包括：正极活性物质；以及固体电解质；其中，该正极活性物质包括：非晶态的磷酸锂化合物，所述磷酸锂化合物包含Li；P；选自Ni、Au、Ag和Pd的元素M1，以及O；选自Ni、Co、Mn、Au、Ag、Pd和Cu的至少一个元素M2，其中，M1≠M2；以及选自B、Mg、Al、Ga、In、Sn、Sb和Bi的至少一个元素M3。2.根据权利要求1所述的固体电解质电池，包括：包含所述正极活性物质的正极活性物质层；以及包含所述固体电解质的固体电解质层。3.根据权利要求2所述的固体电解质电池，包括：具有所述正极活性物质层的正极侧层；以及负极侧层；所述固体电解质层位于所述正极侧层和所述负极侧层之间。4.根据权利要求3所述的固体电解质电池，其中，所述负极侧层用负极电流集电体层和负极侧电位形成层构成，并且充电时，在所述固...

【专利技术属性】
技术研发人员：佐飞裕一，佐藤晋，津田沙织，
申请(专利权)人：索尼公司，
类型：
国别省市：