全固体电池系统技术方案

本发明专利技术涉及全固体电池系统。本发明专利技术涉及能量密度高的全固体电池系统。本发明专利技术通过提供以如下为特征的全固体电池系统来解决上述课题，该全固体电池系统具备全固体电池和控制上述全固体电池的放电的放电控制部：正极活性物质层含有正极活性物质粒子和硫化物固体电解质粒子，上述正极活性物质层的实际厚度T相对于通过式t＝V/i×κ’计算出的上述正极活性物质层的有效厚度t的比(T/t)满足0.01≤T/t≤0.15，其中，V为工作电压幅度(V)，i为放电时的电流密度(mA/cm2)，κ’是正极活性物质层的有效Li离子传导率(S/cm)。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及能量密度高的全固体电池系统。
技术介绍
随着近年来个人电脑、摄像机以及移动电话等信息关联设备和通信设备等的快速 普及，作为其电源而被利用的电池的开发正在受到重视。另外，在汽车产业界等中，电动汽 车用或混合动力汽车用的高输出且高容量的电池的开发也正在推进。当前，在各种电池中， 从能量密度高的观点考虑，锂电池正受到关注。 当前市售的锂电池由于使用包含可燃性的有机溶剂的电解液，因此需要安装抑制 短路时的温度上升的安全装置和用于防止短路的装置。与此相对，将电解液变为固体电解 质层而使电池全固体化的锂电池由于在电池内不使用可燃性的有机溶剂，因此可认为实现 了安全装置的简化，制造成本和生产率优异。 作为用于全固体锂电池的固体电解质，已知的有硫化物固体电解质。例如，在专利 文献1中，公开了一种硫化物系固体电池，其中，负极活性物质层含有负极活性物质微粒和 硫化物系固体电解质微粒，负极活性物质微粒的平均粒径^相对于硫化物系固体电解质微 粒的平均粒径rs的比（ra/rs)为2.0以上。该技术的目的在于提供一种对于特别是在高电 流密度条件下的充放电具有高的充放电容量的硫化物系固体电池。 现有技术文献 专利文献 专利文献1 :特开2013-055036号公报
技术实现思路
专利技术所要解决的课题 正在追求电池的高能量密度化。本专利技术是鉴于上述问题方面而完成的，主要目的 在于提供一种能量密度高的全固体电池系统。 用于解决课题的手段 为了解决上述课题，本专利技术人在反复专心研究时发现，基于正极活性物质层的物 理性质的值（正极活性物质层的有效Li离子传导率）和负载的期望值（工作电压幅度、电 流密度）定义正极活性物质层的有效厚度t，根据该有效厚度t调整正极活性物质层的实际 厚度T，从而使正极活性物质和固体电解质的性能充分地发挥，由此使本专利技术得以完成。 即，在本专利技术中，提供了一种全固体电池系统，其具备全固体电池和放电控制部， 该全固体电池具有正极活性物质层、负极活性物质层、在上述正极活性物质层和上述负极 活性物质层之间形成的固体电解质层，该放电控制部控制上述全固体电池的放电，该全固 体电池系统的特征在于，上述正极活性物质层含有正极活性物质粒子和硫化物固体电解质 粒子，上述正极活性物质层的实际厚度T相对于通过下式：t = V/iX K '计算出的上述正 极活性物质层的有效厚度t的比（T/t)满足0. 01 < T/t < 0. 15 (V为工作电压幅度（V)，i 为放电时的电流密度（mA/cm2)，κ '是正极活性物质层的有效Li离子传导率（S/cm))。 根据本专利技术，T/t的值在特定的范围内，由此能够制成能量密度高的全固体电池系 统。 在上述专利技术中，优选上述T/t满足0· 04 < T/t <0· 15。 专利技术效果 本专利技术的全固体电池系统取得了能量密度高的效果。【附图说明】 图1是示出本专利技术中的全固体电池的一个例子的概要截面图。 图2是示出本专利技术的全固体电池系统的一个例子的示意图。 图3是说明正极活性物质层的有效厚度的不意图。 图4是说明正极活性物质层的有效厚度和实际厚度的不意图。 图5是实施例1~4和比较例1~7中得到的评价用电池的有效容量密度。 附图标记说明 1 正极活性物质层 2 负极活性物质层 3 固体电解质层 4 正极集电体 5 负极集电体 6 电池壳体 10 全固体电池 11 放电控制部 20 全固体电池系统【具体实施方式】 以下，对本专利技术的全固体电池系统进行详细说明。 图1是示出本专利技术中的全固体电池的一个例子的概要截面图。图1中示出的全固 体电池10具有正极活性物质层1、负极活性物质层2、在正极活性物质层1和负极活性物质 层2之间形成的固体电解质层3、进行正极活性物质层1的集电的正极集电体4、进行负极 活性物质层2的集电的负极集电体5以及容纳这些部件的电池壳体6。另外，虽然未图示， 但正极活性物质层1含有正极活性物质粒子和硫化物固体电解质粒子。正极活性物质层1 的实际厚度T相对于有效厚度t的比（T/t)在特定的范围内。 图2是示出本专利技术的全固体电池系统的一个例子的示意图。图2示出的全固体电 池系统20具有全固体电池10和控制全固体电池10的放电的放电控制部11。 根据本专利技术，由于T/t的值在特定的范围内，因此能够制成能量密度高的全固体 电池系统。在本专利技术中，基于物理性质的值（正极活性物质层的有效Li离子传导率）和负 载的期望值（工作电压幅度、电流密度）定义正极活性物质层的有效厚度t，根据该有效厚 度t调整正极活性物质层的实际厚度T。这样的发现是以往未知的新颖的发现。另外，在本 专利技术中，T/t的范围在非常有限的范围内，由此得到了所期望的效果。 以下，对本专利技术的全固体电池系统按各构成进行说明。 1.全固体电池 本专利技术中的全固体电池至少具有正极活性物质层、负极活性物质层和固体电解质 层。 (1)正极活性物质层 在本专利技术中，正极活性物质层的有效厚度t通过下述式（1)定义。 t = V/iXK' 式⑴ (V为工作电压幅度（V)，i为放电时的电流密度（mA/cm2)，κ '是正极活性物质层 的有效Li离子传导率（S/cm))。 关于式⑴的详细情况，使用图3进行说明。如图3所示，放电时，电流i部分的 Li离子自固体电解质层侧流入正极活性物质层。作为Li离子的移动电阻，通常可举出欧姆 电阻、浓度分布电阻、基于对流的电阻，但在使用无机固体电解质的情况下，由于不能产生 浓度分布电阻和基于对流的电阻，因此正极活性物质层中的Li离子的移动主要由欧姆电 阻支配。 如图3所示，Li离子从固体电解质层移动直至位于Δ t的位置的活性物质，产生 每单位面积AV = ARXi的电压下降。另外，由于AR = pXAt = (l/K'）XAt(P为 电阻率，κ '是正极活性物质层的有效Li离子传导率），因此Δ V = (i/ κ '）X Δ t。 在定义了电池的工作电压幅度V的情况下，在该电压内，理论上Li离子可工作的 正极活性物质层的最大厚度t根据V = (i/κ '）X t而成为t = V/i X κ '。在定义了工作 电压幅度V的情况下，由于Li离子不能移动比t长的距离，因此作为电池成为无效的区域。 在本专利技术中，将根据工作电压幅度V、电流密度i、正极活性物质层的有效Li离子传导率κ ' 定义的t定义为其范围内的正极活性物质粒子在理论上能够工作的厚度（有效厚度）。予 以说明，有效厚度t是将正极活性物质层具有的离子传导电势换算为厚度而得到的。实际 上，由于Li离子并不是仅仅在厚度方向移动，而且以穿过粒子的界面的方式进行移动，因 此有效厚度t也能够理解为在工作电压幅度V下Li离子可移动的距离。 另外，如图4所示，在工作电压幅度为V、电流密度为i的条件下，对实际厚度为T、 截面积为S的正极活性物质层进行放电时，得到了放电容量P。。在这种情况下，有效容量 密度P能够通过利用正极活性物质层的体积（TS)将放电容量P。归一化来得到（P = PQ/TS)。在本专利技术中，通过有效容量密度进行能量密度的评价。如在后述的实施例中记载 的那样，实质的电池的能量密度例如能够以在一定的电流密度下可输出的容量（有效容量 密度）来评价本文档来自技高网...

【技术保护点】
全固体电池系统，其具备全固体电池和放电控制部，该全固体电池具有正极活性物质层、负极活性物质层、在所述正极活性物质层和所述负极活性物质层之间形成的固体电解质层，该放电控制部控制所述全固体电池的放电，该全固体电池系统的特征在于，所述正极活性物质层含有正极活性物质粒子和硫化物固体电解质粒子，所述正极活性物质层的实际厚度T相对于通过以下式计算出的所述正极活性物质层的有效厚度t的比(T/t)满足0.01≤T/t≤0.15，t＝V/i×κ’，其中，V是工作电压幅度(V)，i是放电时的电流密度(mA/cm2)，κ’是正极活性物质层的有效Li离子传导率(S/cm)。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：加藤祐树，大友崇督，
申请(专利权)人：丰田自动车株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP