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硫化物固體電解質(zhì)材料、電池和硫化物固體電解質(zhì)材料的制造方法_3

文檔序號(hào):9549818閱讀:來源:國知局
i1/3Co1/3Mn1/302等。
[0059] 正極活性物質(zhì)層可以進(jìn)一步含有導(dǎo)電材料。通過導(dǎo)電材料的添加,能夠使正極活 性物質(zhì)層的導(dǎo)電性提高。作為導(dǎo)電材料,例如可舉出乙炔黑、科琴黑、碳纖維等。另外,正極 活性物質(zhì)層也可以含有粘合材料。作為粘合材料的種類,例如可舉出聚偏氟乙烯(PVDF)等 含氟粘合材料等。另外,正極活性物質(zhì)層的厚度例如優(yōu)選在〇. 1ym~1000μL?的范圍內(nèi)。
[0060] 2.負(fù)極活性物質(zhì)層
[0061] 本發(fā)明中的負(fù)極活性物質(zhì)層是至少含有負(fù)極活性物質(zhì)的層,根據(jù)需要也可以含有 固體電解質(zhì)材料、導(dǎo)電材料和粘合材料中的至少一者。特別地,在本發(fā)明中,優(yōu)選負(fù)極活 性物質(zhì)層含有固體電解質(zhì)材料,該固體電解質(zhì)材料是上述的硫化物固體電解質(zhì)材料。負(fù)極 活性物質(zhì)層所包含的上述硫化物固體電解質(zhì)材料的比例根據(jù)電池的種類而不同,但例如在 0. 1體積%~80體積%的范圍內(nèi),其中優(yōu)選在1體積%~60體積%的范圍內(nèi),特別優(yōu)選在 10體積%~50體積%的范圍內(nèi)。另外,作為負(fù)極活性物質(zhì),例如可舉出金屬活性物質(zhì)和碳 活性物質(zhì)等。作為金屬活性物質(zhì),例如可舉出In、Al、Si和Sn等。另一方面,作為碳活性物 質(zhì),例如可舉出中間碳微球(MCMB)、高取向性石墨(HOPG)、硬碳、軟碳等。
[0062] 予以說明,關(guān)于用于負(fù)極活性物質(zhì)層的導(dǎo)電材料和粘合材料,與上述的正極活性 物質(zhì)層的情況相同。另外,負(fù)極活性物質(zhì)層的厚度例如優(yōu)選在〇. 1μm~1000μm的范圍內(nèi)。
[0063] 3.電解質(zhì)層
[0064] 本發(fā)明中的電解質(zhì)層是在正極活性物質(zhì)層和負(fù)極活性物質(zhì)層之間形成的層。電解 質(zhì)層只要是能夠進(jìn)行離子的傳導(dǎo)的層就不特別限定,但優(yōu)選為由固體電解質(zhì)材料構(gòu)成的固 體電解質(zhì)層。這是因?yàn)榕c使用電解液的電池相比,能夠得到安全性高的電池。進(jìn)而,在本發(fā) 明中,優(yōu)選固體電解質(zhì)層含有上述的硫化物固體電解質(zhì)材料。固體電解質(zhì)層所包含的上述 硫化物固體電解質(zhì)材料的比例例如在1 〇體積%~1 〇〇體積%的范圍內(nèi),其中優(yōu)選在50體 積%~100體積%的范圍內(nèi)。固體電解質(zhì)層的厚度例如在0.Ιμπι~ΙΟΟΟμπι的范圍內(nèi),其 中優(yōu)選在〇.Ιμπι~300μπι的范圍內(nèi)。另外,作為固體電解質(zhì)層的形成方法,例如可舉出對(duì) 固體電解質(zhì)材料進(jìn)行壓縮成型的方法等。
[0065] 另外,本發(fā)明中的電解質(zhì)層可以是由電解液構(gòu)成的層。在使用電解液的情況下,與 使用固體電解質(zhì)層的情況相比,需要進(jìn)一步考慮安全性,但能夠得到更高輸出的電池。另 外,在這種情況下,通常正極活性物質(zhì)層和負(fù)極活性物質(zhì)層中的至少一者含有上述的硫化 物固體電解質(zhì)材料。電解液通常含有鋰鹽和有機(jī)溶劑(非水溶劑)。作為鋰鹽,例如可舉 出LiPF6、LiBF4、LiC104、LiAsF6等無機(jī)鋰鹽,以及LiCF3S03、LiN(CF3S02)2、LiN(C2F5S02)2、 LiC(CF3S02)3等有機(jī)鋰鹽等。作為上述有機(jī)溶劑,例如可舉出碳酸亞乙酯(EC)、碳酸亞丙酯 (PC)、碳酸二甲酯(DMC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸甲乙酯(EMC)、碳酸亞丁酯(BC)等。
[0066] 4.其它構(gòu)成
[0067] 本發(fā)明的電池至少具有上述的正極活性物質(zhì)層、電解質(zhì)層和負(fù)極活性物質(zhì)層。通 常還具有進(jìn)行正極活性物質(zhì)層的集電的正極集電體以及進(jìn)行負(fù)極活性物質(zhì)層的集電的負(fù) 極集電體。作為正極集電體的材料,例如可舉出SUS、鋁、鎳、鐵、鈦和碳等。另一方面,作為 負(fù)極集電體的材料,例如可舉出SUS、銅、鎳和碳等。另外,關(guān)于正極集電體和負(fù)極集電體的 厚度、形狀等,優(yōu)選根據(jù)電池的用途等來適當(dāng)?shù)剡x擇。另外,對(duì)于用于本發(fā)明的電池殼體,可 使用一般電池的電池殼體。作為電池殼體,例如可舉出SUS制的電池殼體等。
[0068] 5.電池
[0069] 本發(fā)明的電池可以為一次電池,也可以為二次電池,但其中優(yōu)選為二次電池。這是 因?yàn)槟軌蛑貜?fù)充放電,例如作為車載用電池是有用的。作為本發(fā)明的電池的形狀,例如可舉 出硬幣型、層壓型、圓筒型和方型等。另外,本發(fā)明的電池的制造方法只要是能夠得到上述 的電池的方法就不特別限定,可使用與一般電池的制造方法相同的方法。例如,在本發(fā)明的 電池為全固體電池的情況下,作為其制造方法的一個(gè)例子,可舉出如下的方法等:通過依次 壓制構(gòu)成正極活性物質(zhì)層的材料、構(gòu)成固體電解質(zhì)層的材料以及構(gòu)成負(fù)極活性物質(zhì)層的材 料,制作發(fā)電元件,將該發(fā)電元件收納在電池殼體的內(nèi)部,對(duì)電池殼體進(jìn)行鉚接。
[0070] C.硫化物固體電解質(zhì)材料的制造方法
[0071] 接著,對(duì)本發(fā)明的硫化物固體電解質(zhì)材料的制造方法進(jìn)行說明。本發(fā)明的硫化物 固體電解質(zhì)材料的制造方法是上述的硫化物固體電解質(zhì)材料的制造方法,其特征在于,具 有:離子傳導(dǎo)性材料合成工序,其中使用含有上述硫化物固體電解質(zhì)材料的構(gòu)成成分的原 料組合物,通過機(jī)械研磨,合成非晶化的離子傳導(dǎo)性材料;和加熱工序,其中通過加熱上述 非晶化的離子傳導(dǎo)性材料,得到上述硫化物固體電解質(zhì)材料。
[0072] 圖3是示出本發(fā)明的硫化物固體電解質(zhì)材料的制造方法的一個(gè)例子的說明圖。在 圖3的硫化物固體電解質(zhì)材料的制造方法中,首先,通過混合Li2S、P2S5、GeSjPLiBr來制 作原料組合物。此時(shí),為了防止原料組合物因空氣中的水分而劣化,優(yōu)選在惰性氣體氣氛下 制作原料組合物。接著,對(duì)原料組合物進(jìn)行球磨,得到非晶化的離子傳導(dǎo)性材料。接著,通 過加熱非晶化的離子傳導(dǎo)性材料,使結(jié)晶性提高,得到硫化物固體電解質(zhì)材料。
[0073] 根據(jù)本發(fā)明,通過在離子傳導(dǎo)性材料合成工序中進(jìn)行非晶化,其后進(jìn)行加熱工序, 能夠得到離子傳導(dǎo)性良好的硫化物固體電解質(zhì)材料。
[0074] 以下,按各工序?qū)Ρ景l(fā)明的硫化物固體電解質(zhì)材料的制造方法進(jìn)行說明。
[0075] 1.離子傳導(dǎo)性材料合成工序
[0076] 本發(fā)明中的離子傳導(dǎo)性材料合成工序是使用含有上述硫化物固體電解質(zhì)材料的 構(gòu)成成分的原料組合物,通過機(jī)械研磨,合成非晶化的離子傳導(dǎo)性材料的工序。
[0077] 本發(fā)明中的原料組合物至少含有Li元素、Ge元素、P元素、S元素和X元素(X是 F、Cl、Br和I中的至少一種)。另外,原料組合物也可以含有上述的其它元素。含有Li元 素的化合物例如可舉出Li的硫化物。作為Li的硫化物,具體可舉出Li2S。
[0078] 作為含有Ge元素的化合物,例如可舉出Ge的單質(zhì)、Ge的硫化物等。作為Ge的硫 化物,具體可舉出6&2等。另外,作為含有P元素的化合物,例如可舉出P的單質(zhì)、P的硫化 物等。作為P的硫化物,具體可舉出P2S5等。作為含有X元素的化合物,例如可舉出LiX。 另外,關(guān)于用于原料組合物的其它元素,也可以使用單質(zhì)、硫化物。
[0079] 機(jī)械研磨是在賦予機(jī)械能的同時(shí)對(duì)試樣進(jìn)行粉碎的方法。在本發(fā)明中,通過對(duì)原 料組合物賦予機(jī)械能,合成非晶化的離子傳導(dǎo)性材料。作為這樣的機(jī)械研磨,例如可舉出振 動(dòng)磨、球磨、渦輪研磨、機(jī)械融合、盤式研磨等,其中優(yōu)選振動(dòng)磨和球磨。
[0080] 振動(dòng)磨的條件只要能夠得到非晶化的離子傳導(dǎo)性材料就不特別限定。振動(dòng)磨的振 動(dòng)振幅例如在5mm~15mm的范圍內(nèi),其中優(yōu)選在6mm~10mm的范圍內(nèi)。振動(dòng)磨的振動(dòng)頻 率例如在500rpm~2000rpm的范圍內(nèi),其中優(yōu)選在lOOOrpm~1800rpm的范圍內(nèi)。振動(dòng)磨 的試樣的充填率例如在1體積%~80體積%的范圍內(nèi),其中優(yōu)選在5體積%~60體積% 的范圍內(nèi),特別優(yōu)選在10體積%~50體積%的范圍內(nèi)。另外,在振動(dòng)磨中,優(yōu)選使用振子 (例如氧化鋁制振子)。
[0081] 球磨的條件只要能夠得到非晶化的離子傳導(dǎo)性材料就不特別限定。通常,轉(zhuǎn)數(shù)越 大,則離子傳導(dǎo)性材料的生成速度越快;處理時(shí)間越長,則從原料組合物向離子傳導(dǎo)性材料 的轉(zhuǎn)化率變得越高。作為進(jìn)行行星式球磨時(shí)的臺(tái)盤轉(zhuǎn)數(shù),例如在200rpm~500rpm的范圍 內(nèi),其中優(yōu)選在250rpm~400rpm的范圍內(nèi)。另外,
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