全固体电池制造技术

一种全固体电池，其特征在于，由正极集电体层、上述正极集电体层上设有的正极活性材料层、负极集电体层、上述负极集电体层上设有的负极活性材料层、介于上述正极活性材料层和上述负极活性材料层之间的固体电解质层以及设有上述正极集电体层或上述负极集电体层的基板所构成，上述基板由金属片及上述金属片的表面设有的覆盖层所构成，上述覆盖层由至少一层金属氮化物层所构成。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及全固体电池。
技术介绍
电气化学装置中包括电池、电容器、电变色装置(electrochromic device)。这些是将离子作为电荷载体的离子装置。迄今为止，上述离子装置，作为离子移动的介质使用的是水、有机溶剂这样的液体。如果例举作为离子装置的一例的电池，则可以说近年来，随着移动电话等设备的小型化和高性能化，对于作为其电源的电池的要求越来越高，其中高能量密度的锂离子电池的研究和开发在迅速地进展。但锂离子电池，由于其使离子移动的介质使用的是有机溶剂，因此有漏液的可能性。此外，由于有机溶剂的可燃性，发生漏液时还有引火的危险。为了解决上述有关可靠性的问题，锂电池的全固体化的研究正在进展中。例如，使用高分子固体电解质的全固体电池在特开2000-251939号公报中、使用无机固体电解质的全固体电池在特开昭60-257073号公报、特开平10-247516号公报等中有所公开。近年来，也越来越多地进行着关于全固体电池的薄膜化的研究。其制造法较多采用溅镀法、离子电镀法、蒸镀法之类的真空薄膜工艺(美国专利第5338625号、美国专利第5141614号等)。上述公开的薄膜全固体电池，特别是在正极活性材料使用钴酸锂的情况下，有必要形成薄膜后，在大气或在氧气中进行热处理，提高活性材料的结晶性。因此，作为基板使用耐热性高的石英、氧化铝、硅片、蓝宝石等。但该种基板厚且硬。由于电池的能量密度是由体积来决定的，因此，构成薄膜、小面积的单电池时，电池中基板所占的比例变大，难以完全确保能量密度。为了解决上述问题，实现高电容化或高电压化，有下述提案(特开昭61-165965号公报)在同一基板内通过使用掩膜的图形形成多个固体电解质电池，将其串联或并联(特开昭61-165965号公报)。此外还有下述提案使兼作封闭物的正极集电体和负极集电体相对，两者之间设置正极活性材料、固体电解质及负极活性材料，同时用由粘附性树脂组成的结构体将该集电体周边的物质相互粘附。将向该周边区域的外侧伸出该结构体的薄形电池多个进行积层，使上述结构体伸出的相邻部分粘结为一体(特开平08-064213号公报)。由于石英、氧化铝、硅片、蓝宝石等价格高而用廉价的金属板作为基板使用，因此将金属板用氧化钛、氧化锆这样的金属氧化物覆盖，从而保护基板使其不被氧化(美国专利第6280875号)。但是，难以形成符合下述条件的金属氧化物层，即，在为了提高正极活性材料的结晶性所必需的600℃-1000℃这样的高温下，能保护基板使其不被氧化。一般情况下，金属氧化物具有氧化物离子可通过的性质，温度越高氧化物离子越易通过。例如在ZrO2中仅添加少量Y2O3或CaO、Gd2O3等，即可使氧化物离子的导电性从10-3提高到10-2S/cm左右。因此，为了在高温状态下的正极活性材料退火时能保护基板，即使用金属氧化物层覆盖基板，氧依然可到达基板。如果基板为铜等易氧化的材料，则基板因被氧化而脆化，基板形状不能得到维持。
技术实现思路
本专利技术是为了解决上述问题所进行的，本专利技术是有关全固体电池，它是由正极集电体层、上述正极集电体层上设有的正极活性材料层、负极集电体层、上述负极集电体层上设有的负极活性材料层、介于上述正极活性材料层和上述负极活性材料层之间的固体电解质层以及设有上述正极集电体层或上述负极集电体层的基板所构成，上述基板由金属片及上述金属片的表面设有的覆盖膜所构成，上述覆盖层由至少一层金属氮化物层所构成。上述覆盖层含有金属氮化物层，还含有至少一层金属氧化物层。上述覆盖层含有金属氮化物层，还含有至少一层金属氧氮化物层。上述覆盖层含有金属氮化物层，还含有金属氧化物层及金属氧氮化物层各至少一层。上述金属氮化物层较好为由选自氮化钛、氮化铝、氮化硅、氮化硼及氮化锆的至少一种构成。上述金属氧化物层较好为由选自氧化硅、氧化钛、氧化铍、氧化铝及氧化锆的至少一种构成。上述金属氧氮化物层较好为由选自氧氮化铝、氧氮化硅及氧氮化锆的至少一种构成。上述金属片较好为由选自铜、镍、铁、铜合金、镍合金、铁合金或不锈钢的至少一种构成。附图说明图1为表示本专利技术基板的一例的纵剖面图。图2为表示本专利技术基板的另一例的纵剖面图。图3为表示本专利技术的全固体锂电池之单电池的上面图(a)、其I-I线的剖面图(b)。图4为表示本专利技术的全固体锂电池之单电池多个积层形成的积层型全固体锂电池的纵剖面图。具体实施例方式本专利技术是关于全固体电池，特别是关于其制造工序具有将基板在氧化气体中进行高温热处理工序的薄膜型全固体电池。本专利技术主要有下述特点为了保护基板，在基板表面设有至少含有一层没有氧化物离子导电性、高温稳定性优良的金属氮化物层的覆盖层。该金属氮化物层可抑制覆盖层的氧透过性、防止由于基板的氧化而引起的脆化。设有覆盖层的基板使用金属片。金属片含有金属箔和金属板。从提高全固体电池的能量密度的观点来看，以薄金属片为宜，例如以0.5-300μm较理想。金属片以使用以铜、镍、铁为主体的合金、不锈钢等为宜。特别是使用铜箔、不锈钢箔较理想。作为形成金属氮化物层的金属氮化物以使用氮化钛、氮化铝、氮化硅、氮化硼、氮化锆、氮化铌、氮化钽、氮化钒为宜。上述物质可单独使用，也可2种以上组合使用。上述物质在金属氮化物层中一部分也可由和其它元素形成化合物及合金。特别从高温的稳定性优良方面来看，其中以氮化钛、氮化铝、氮化硅、氮化硼及氮化锆为宜。金属氮化物层的厚度以0.1-5μm为宜。如果金属氮化物层太薄，则不能完全防止由于基板的氧化而引起的脆化，如果太厚，则电池的能量密度降低。上述覆盖层，如果单独由金属氮化物层构成，也可防止由于基板的氧化而引起的的脆化，但以与选自金属氧化物层及金属氧氮化物层的至少1种组合使用为宜。通过使含有金属氮化物层的上述覆盖层中再含有金属氧化物层，可具有提高覆盖层绝缘性的效果。此外，通过使含有金属氮化物层的上述覆盖层中再含有金属氧氮化物层，可具有提高防气体透过性及水蒸气透过性的效果。作为形成金属氧化物层的金属氧化物，以使用氧化硅、氧化钛、氧化铍、氧化铝、氧化锆、氧化钡、氧化钙、氧化铈、氧化钴、氧化铬、氧化铜、氧化铁、氧化镓、氧化铪、氧化钋、氧化铟、氧化镧、氧化铌、氧化锡、氧化铊、氧化钨等为宜。上述物质可单独使用，也可2种以上组合使用。上述物质在金属氧化物层中一部分也可和其它元素形成化合物及合金。特别从高温的稳定性优良、没有电子传导性方面来看，其中以氧化硅、氧化钛、氧化铍、氧化铝及氧化锆为宜。金属氧化物层的厚度以0.1-5μm为宜。如果金属氧化物层太薄，则提高覆盖层绝缘性的效果小，如果太厚，则电池的能量密度降低。作为形成金属氧氮化物层的金属氧氮化物以使用氧氮化铝、氧氮化硅、氧氮化锆等为宜。上述物质可单独使用，也可2种以上组合使用。上述物质在金属氧氮化物层中一部分也可和其它元素形成化合物及合金。金属氧氮化物层的厚度以0.1-5μm为宜。如果金属氧氮化物层太薄，则提高防气体透过性及水蒸气透过性的效果变差，如果太厚，则电池的能量密度降低。构成覆盖层的上述层可采用溅镀法、离子电镀法、CVD(化学气相沉积)法、热蒸镀法、溶胶-凝胶法、电镀法等制作。上述详细的制作方法为本领域技术人员公知的。在基板上形成含有金属氮化物层的由2层构成的覆盖层时，从抑制氧到达基板的效本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：岩本和也，伊藤修二，
申请(专利权)人：松下电器产业株式会社，
类型：发明
国别省市：