固体电池的制造方法以及固体电池技术

本发明专利技术提供能量密度高且循环特性优异的固体电池以及其制造方法。固定电池100的制造方法是包含正极110、固体电解质120和负极140的固体电池的制造方法，包含：准备不具有负极活性物质的负极140的工序；以及使负极140浸渍于包含锂盐以及前体的层形成液后，通过在负极140的表面发生还原反应，在负极140的至少一个面上形成具有包含锂的有机化合物以及包含锂的无机化合物的固体电解质界面层130的层形成工序。工序。工序。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】固体电池的制造方法以及固体电池


[0001]本专利技术涉及固体电池的制造方法以及固体电池。

技术介绍

[0002]近几年，将太阳光或者风力等的自然能转换为电能的技术备受瞩目。伴随于此，作为安全性高且能够积蓄较多电能的蓄电设备，开发了各种各样的固体电池。
[0003]在其中，已知通过使金属离子在正极以及负极之间移动从而进行充放电的二次电池表现出高电压以及高能量密度，典型来说，已知锂离子二次电池。作为典型的锂离子二次电池，列举出向正极以及负极导入能够保持锂的活性物质，通过在正极活性物质以及负极活性物质之间的锂离子的给予和接受进行充放电。此外，作为没有在负极使用活性物质的二次电池，开发有通过使锂金属在负极表面上析出从而保持锂的锂金属二次电池。
[0004]例如，在专利文献1中，公开了高能量密度、高输出锂金属阳极二次电池，在室温下以至少1C的速度放电时具有超过1000Wh/L的体积能量密度和/或超过350Wh/kg的质量能量密度。专利文献1公开了为了实现这样的锂金属阳极二次电池，使用极薄锂金属阳极。
[0005]此外，在专利文献2中，公开了一种锂二次电池，在包含正极、负极、夹在它们之间的分离膜以及电解质的锂二次电池中，所述负极是在负极集电体上形成金属粒子，通过充电从所述正极移动，并在负极内的负极集电体上形成锂金属。专利文献2公开了这样的锂二次电池解决由于锂金属的反应性引起的问题和在组装的过程中发生的问题点并使性能以及寿命提高。
[0006]现有技术文献
[0007]专利文献
[0008]专利文献1：日本特表2019
‑
517722号公报
[0009]专利文献2：日本特表2019
‑
537226号公报

技术实现思路

[0010]然而，当本专利技术人们对包括上述文献中记载的那些在内的以往的固态电池进行详细研究时，发现容量密度或循环特性的至少一个存在不足。
[0011]例如，通过在正极活性物质以及负极活性物质之间的金属离子的给予和接受而进行充放电的典型二次电池的能量密度不足。此外，上述专利文献所记载的那样的通过使锂金属在负极表面上析出从而保持锂的锂金属二次电池通过重复充放电而容易在负极表面上形成枝晶，容易产生短路以及容量降低。其结果是，循环特性不足。
[0012]此外，在锂金属二次电池中，为了抑制锂金属析出时的离散成长，也开发了对电池施加较大的物理性压力而将负极与隔板的界面保持高压的方法。然而，由于在这样施加高压需要较大的机械性机构，所以作为电池整体，重量以及体积变大，能量密度降低。
[0013]本专利技术是鉴于上述问题点完成的，其目的在于，提供能量密度高且循环特性优异的固体电池以及其制造方法。
以上2.0mA/cm2以下的还原电流，从而产生还原反应。根据这样的方式，能够更加精密地控制SEI层的形成。
[0024]上述层形成液也可以进一步包含前体以外的有机溶剂。
[0025]上述层形成液中的前体的含量优选为相对于层形成液中的除了锂盐以外的成分的合计为1质量％以上100质量％以下。根据这样的方式，能够形成更加抑制在负极的表面形成枝晶的SEI层。
[0026]上述层形成液中的锂盐的浓度优选为相对于层形成液为0.01M以上20M以下。根据这样的方式，能够形成更加抑制在负极的表面形成枝晶的SEI层。
[0027]上述正极也可以具有正极活性物质。
[0028]上述固体电解质界面层的平均厚度优选为1nm以上500nm以下。根据这样的方式，能够更加抑制在负极的表面形成枝晶。
[0029]本专利技术的一实施方式涉及的固体电池具备正极、固体电解质和不具有负极活性物质的负极，在初始充电之前，在负极上形成具有包含锂的有机化合物以及包含锂的无机化合物的固体电解质界面层。
[0030]当具备不具有负极活性物质的负极时，由于通过金属在负极的表面析出以及该析出的金属溶解从而进行充放电，所以固体电池的能量密度变高。此外，在初始充电之前，由于在负极上形成具有包含锂的有机化合物以及包含锂的无机化合物的SEI层，所以能够具备精密地控制形成的SEI层。然后，这样的固体电池通过在具备精密地控制形成的SEI层的负极的表面析出金属以该析出的金属溶解从而进行充放电。由于SEI层具有离子传导性，所以负极表面成为均匀的反应场，在负极表面析出的金属均匀地成长。即，枝晶形成得到抑制。其结果是，能够抑制通过在负极上形成枝晶从而产生的短路以及容量降低那样的问题，循环特性优异。
[0031]上述固体电池优选为通过在形成固体电解质界面层的负极的表面析出锂金属以及该析出的锂溶解从而进行充放电的锂二次电池。根据这样的方式，能量密度更加变高。
[0032]上述负极优选为不含有锂的电极。根据这样的方式，由于可以在制造时不使用可燃性高的锂金属，所以安全性以及生产性变得更加优异。
[0033]上述固体电池优选在初始充电之前，在固体电解质与形成固体电解质界面层的负极之间没有形成锂箔。根据这样的方式，由于可以在制造时不使用可燃性高的锂金属，所以安全性以及生产性变得更加优异。
[0034]专利技术效果
[0035]根据本专利技术，能够提供能量密度高且循环特性优异的固体电池以及其制造方法。
附图说明
[0036]图1是实施方式涉及的固体电池的概略图。
[0037]图2是实施方式涉及的固体电池的使用的概略图。
[0038]图3是表示实施方式涉及的固体电池的制造工序的流程图。
[0039]图4是实施方式涉及的制造方法中的一工序的概略图。
[0040]图5是在实施方式涉及的制造方法中形成固体电解质界面层的工序的概略图。
具体实施方式
[0041]以下，根据需要参照附图，并且关于本专利技术的实施方式(以下，称为“本实施方式”)进行详细地说明。此外，在附图中，对相同要素标注相同的附图标记，省略重复的说明。此外，上下左右等的位置关系若无特别说明，基于附图所示的位置关系。此外，附图的尺寸比例不限于图示的比例。
[0042][固体电池][0043]如图1所示那样，本实施方式的固体电池100具备正极110、固体电解质120和不具有负极活性物质的负极140，在初始充电之前，在负极140上形成具有包含锂的有机化合物以及包含锂的无机化合物的固体电解质界面层(SEI层)130。
[0044](正极)
[0045]作为正极110，一般来说如果用于固体电池，则无特别限定，能够通过固体电池的用途以及载体金属的种类，适当选择公知的材料。从提高固体电池100的稳定性以及输出电压的观点来看，正极110优选具有正极活性物质。
[0046]在本说明书中，“正极活性物质”是指用于在电池中将成为电荷载体的金属离子或者与该金属离子对应的金属(以下，称为“载体金属”)保持于正极的物质，也可以换言之为载体金属的宿主物质。
[0047]作为这样的正极活性物质，无特别限定，例如列举出金属氧化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】1.一种固体电池的制造方法，所述固体电池包含正极、固体电解质和负极，所述制造方法包含：准备不具有负极活性物质的负极的工序；以及使所述负极浸渍于包含锂盐以及前体的层形成液后，通过在所述负极的表面发生还原反应，在所述负极的至少一个面上形成具有包含锂的有机化合物以及包含锂的无机化合物的固体电解质界面层的层形成工序。2.根据权利要求1所述的制造方法，还包含：通过使形成所述固体电解质界面层的所述负极、所述固体电解质和所述正极按照该顺序，以所述固体电解质界面层和所述固体电解质相对的方式进行层积而形成层积体的工序；以及通过将所述层积体和电解液封入密闭容器而形成封入体的工序。3.根据权利要求2所述的制造方法，其中，所述电解液包含锂盐但不包含所述前体。4.根据权利要求1～3中任一项所述的制造方法，其中，所述固体电池是通过在形成所述固体电解质界面层的所述负极的表面析出锂金属以及该析出的锂溶解而进行充放电的锂二次电池。5.根据权利要求1～4中任一项所述的制造方法，其中，所述负极为不含有锂的电极。6.根据权利要求1～5中任一项所述的制造方法，其中，所述固体电池在初始充电之前，在所述固体电解质与形成所述固体电解质界面层的所述负极之间没有形成锂箔。7.根据权利要求1～6中任一项所述的制造方法，其中，所述前体为从由包含芳香族化合物、醚类化合物、酯类化合物、碳酸酯类化合物、氟化合物、砜类化合物以及Sn、Bi、Zn、Se、Sb、Mg、Ca、Al、Na、As和Co之中的一种以上的金属络合物构成的组选择的至少一种以上。8.根据权利要求7所述的制造方法，其中，所述前体为从由三甲氧基苯、二氟苯甲醚、单氟苯、二氟苯、三氟苯、异丙苯、联苯、环己基苯、二苯丙烷、三联苯、叔烷基苯、叔丁苯、三亚苯、氟化碳酸亚乙酯、二氟碳酸亚乙酯、氯化碳酸亚乙酯、苯基碳酸酯、碳酸二苯酯...

【专利技术属性】
技术研发人员：新井寿一，绪方健，
申请(专利权)人：特拉沃特科技株式会社，
类型：发明
国别省市：