应用于固体电池的电极和固体电池制造技术

一种电极，其应用于固体电池，其中层叠有集电体层和活性物质层，并且活性物质层与集电体层部分接触且含有在层厚方向上呈现的浓度分布的活性物质，其中，所述活性物质层含有导电助剂和固体电解质中的其中之一，所述导电助剂呈现递减的浓度梯度，所述固体电解质在层厚方向上向与集电体层接触的一侧呈现递增的浓度梯度。度梯度。度梯度。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】应用于固体电池的电极和固体电池


[0001]本专利技术涉及一种包括固体电解质的固体电池。本专利技术尤其涉及一种应用于固体电池的正极或负极的电极结构。

技术介绍

[0002]锂二次电池是由作为正极物质的钴酸锂等锂过渡金属氧化物、作为负极物质的石墨基碳物质和有机电解液构成的二次电池，并通过在充电时将锂离子从正极转移到负极以及在放电时将锂离子从负极转移到正极而作为电池运作。与其他二次电池相比，锂二次电池能够以电池的体积或重量(能量密度)输出大得多的电量，因此被广泛用作移动设备的电池。另一方面，由于使用有机电解液或凝胶聚合物，因此存在与流动性或软化性相应的漏液问题和由可燃性引起的安全性问题，并且需要使用固体电解质。
[0003]关于固体电解质物质，无机固体电解质物质不可燃且具有高安全性的特征，并且已经开发实现全固体锂二次电池(以下在本说明书中称为全固体电池)。
[0004]已知通过将固体电解质所用的材料和电极活性物质所用的材料混合以增加关于固体电解质和电极活性物质之间的微观界面的比表面积，从而增加锂离子传导性。日本专利特开第2009
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146657号公报公开了一种包括固体电解质的锂二次电池，其中依次层叠设置正极、固体电解质层和负极集电体，其中正极包括在平板状正极集电体的两面含有正极活性物质粉末和固体电解质粉末的正极合剂层。
[0005]另外，已知关于含锂的电极活性物质，随着充电和放电，发生锂离子的注入和释放，在这种情况下，电极活性物质层的体积发生膨胀和收缩，并且在含有电极活性物质的电极层中产生裂纹，从而阻碍离子传导。关于应对与这种充电和放电相应的电池翘曲或性能劣化的已知措施，在电极活性物质层的层厚度方向上提供预定梯度。日本专利特开第2012
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104270号公报公开了一种包括具有第一梯度的复合活性物质层的全固体电池，在第一梯度中，电极活性物质的浓度和孔隙率从固体电解质层侧向集电体层侧增加。日本特开第2012
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104270号公报中记载的全固体电池包括具有第二梯度的复合活性物质层，在第二梯度中，固体电解质的浓度从固体电解质层侧向集电体层侧降低，从而补偿第一梯度。
[0006]引用列表
[0007]专利文献
[0008]PTL 1：日本专利特开第2009
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146657号公报
[0009]PTL 2：日本专利特开第2012
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104270号公报

技术实现思路

[0010]关于在日本专利特开第2009
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146657号公报和日本专利特开第2012
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104270号公报中描述的应用于固体电池的电极，由于载流子输送阻力低，因此在活性物质层中的正极活性物质与固体电解质间的界面中，锂离子(正极活性物质)的供给和接收集中于集电体层侧。因此存在这样的担忧，即由于正极活性物质的体积变化而使得正极活性物质与集电体
之间的接触部分产生裂纹，从而减少有效的载流子输送阻力。
[0011]已知的无机固体电解质包括硫化物基固体电解质和氧化物基固体电解质。固体电解质很难受到液体泄漏等的影响，因此从可靠性和便携性的角度看优于现有技术中的液体电解质(电解液)。另一方面，无机固体电解质比现有技术中的电解液的柔性低，由此难以形成与载流子输送中包含的活性物质的界面。
[0012]关于日本专利特开第2009
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146657号公报和2中描述的用于固体电池的电极，存在这样的担忧，即随充电和放电的重复的活性物质层的体积变化并不限于在活性物质层与柔性低的固体电解质层的界面侧被完全缓和。另外，关于日本特开第2012
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104270号公报记载的用于固体电池的电极，由于活性物质层在集电体层侧含有预定的空隙，因此存在这样的担忧，即与固体电解质和电极活性物质之间的界面相关的非表面积被限制，并且载流子输送被限制。
[0013]本专利技术的目的在于提供一种适用于全固体电池的电极，该电极包括集电体和电极活性物质，其中由于充放电循环而抑制了集电体和电极活性物质的载流子输送能力下降。本专利技术的另一个目的是提供一种可靠性高的全固体电池。
[0014]此外，本专利技术的又一个目的是提供一种用于固体电池的电极，该电极可以适用柔性低的固体电解质，并且该电极包括含有固体电解质和活性物质的活性物质层，其中由于充放电循环而抑制了固体电解质和活性物质的载流子输送能力下降。本专利技术的另一个目的是提供一种可靠性高的固体电池。
[0015]问题的解决方案
[0016]根据本专利技术的实施例的电极应用于固体电池且其中层叠有集电体层和活性物质层，所述活性物质层与集电体层部分接触且含有活性物质，所述活性物质在层厚方向上呈现浓度分布，其中，所述活性物质层含有导电助剂和固体电解质中的其中之一，所述导电助剂在层厚方向上向与所述集电体层接触的一侧呈现递减的浓度梯度，所述固体电解质呈现递增的浓度梯度。
[0017]根据本专利技术的实施例的电极应用于固体电池且其中层叠有集电体层和活性物质层，所述活性物质层含有固体电解质和与集电体层部分接触的活性物质，其中，所述活性物质层具有第一区域，在所述第一区域中，所述活性物质在层厚方向上向与所述集电体层接触的一侧呈现递减的浓度梯度，并且所述固体电解质在所述第一区域中在所述层厚方向上呈现递增的浓度梯度。
[0018]根据本专利技术的实施例的电极应用于固体电池且其中层叠有集电体层和活性物质层，所述活性物质层含有导电助剂和与集电体层部分接触的活性物质，其中，所述活性物质层具有第二区域，在所述第二区域中，所述活性物质在层厚方向上向与所述集电体层接触的一侧呈现递增的浓度梯度，并且所述导电助剂在所述第二区域中在所述层厚方向上呈现递减的浓度梯度。
[0019]专利技术的有益效果
[0020]本专利技术的目的在于提供一种适用于全固体电池的电极，该电极包括集电体和电极活性物质，其中由于充放电循环而抑制了集电体和电极活性物质的载流子输送能力下降。此外，本专利技术还提供一种可靠性高的全固体电池。
附图说明
[0021]图1A是例示根据本专利技术的第一实施例的正极侧电极的层叠结构的图。
[0022]图1B是例示根据本专利技术的第一实施例的正极活性物质层中含有的成分在层厚方向上的体积分率分布的图。
[0023]图2是例示根据本专利技术的第二实施例的全固体电池的层叠结构的图。
[0024]图3A是例示根据本专利技术的第三实施例的正极活性物质层中含有的成分在层厚方向上的体积分率分布的图。
[0025]图3B是例示根据本专利技术的第四实施例的正极活性物质层中含有的成分在层厚方向上的体积分率分布的图。
[0026]图3C是例示根据本专利技术的第五实施例的正极活性物质层中含有的成分在层厚方向上的体积分率分布的图。
[0027]图4A是例示根据本专利技术的第六实施例的正极侧电极的层叠结构的图。
[0028]图4B是例示根据本专利技术的第六实施例的正极活性物本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种电极，其应用于固体电池且其中层叠有集电体层和活性物质层，所述活性物质层与集电体层部分接触且含有活性物质，所述活性物质在层厚方向上呈现浓度分布，其中，所述活性物质层含有导电助剂和固体电解质中的其中之一，所述导电助剂在层厚方向上向与所述集电体层接触的一侧呈现递减的浓度梯度，所述固体电解质呈现递增的浓度梯度。2.根据权利要求1所述的电极，其中，所述活性物质层具有第一区域，在所述第一区域中，所述活性物质在层厚方向上向与所述集电体层接触的一侧呈现递减的浓度梯度，并且所述固体电解质在所述第一区域中在所述层厚方向上呈现递增的浓度梯度。3.根据权利要求1或2所述的电极，其中，所述固体电解质的杨氏模量低于所述活性物质。4.根据权利要求2或3所述的电极，其中，所述活性物质层还含有所述导电助剂，并且所述导电助剂在所述第一区域中在所述层厚方向上呈现递减的浓度梯度。5.根据权利要求1所述的电极，其中，所述活性物质层具有第二区域，在所述第二区域中，所述活性物质在层厚方向上向与所述集电体层接触的一侧呈现递增的浓度梯度，并且所述导电助剂在所述第二区域中在所述层厚方向上呈现递减的浓度梯度。6.根据权利要求1或2所述的电极，其中，所述导电助剂的杨氏模量比所述活性物质低。7.根据权利要求5或6所述的电极，其中，所述活性物质层还含有所述固体电解质，并且所述固体电解质在所述第二区域中在所述层厚方向上呈现递增的浓度梯度。8.根据权利要求1至7中任一项所...

【专利技术属性】
技术研发人员：久保健太，
申请(专利权)人：佳能株式会社，
类型：发明
国别省市：