鋰離子二次電池及其制造方法技術

本發明專利技術提供一種鋰離子二次電池，該鋰離子二次電池結構簡單、制造容易、且不會產生短路故障。本發明專利技術的鋰離子二次電池包括層疊體，該層疊體是通過將正極集電體（1）和負極集電體（2）隔著固體電解質層（3）交替層疊而成的，所述固體電解質層（3）在由固體電解質構成的基體中含有活性物質（4），固體電解質的體積與活性物質（4）的體積之比為90：10～65：35。此外，所述正極集電體（1）和/或所述負極集電體的導電性物質的基體中可以含有活性物質。

【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】
本專利技術涉及。特別是涉及具有簡單的結構、且可以容易地制造的。
技術介紹
近年來，電子技術飛速發展，正在謀求便攜式電子設備的小型化、輕量化、薄型化和多功能化。伴隨與此，強烈期望作為電子設備電源的電池的小型化、輕量化、薄型化以及可靠性的提高。為了應對這樣的要求，公開有ー種通常的多層鋰離子二次電池，其具有隔著電解質層層疊的多個正極層和多個負極層。 把厚度數十微米的單體電池層疊組裝成多層的鋰離子二次電池。因此可以容易地實現電池的小型化、輕量化及薄型化。全固體型鋰離子二次電池使用固體電解質替代電解液。因此不用擔心液體泄漏和液體耗盡，具有高的可靠性。此外由于全固體型鋰離子二次電池使用了鋰，所以可以得到高的電壓和高的能量密度。 如圖6所示，通過把正極活性物質層和負極活性物質層隔著電解質層順序層疊，形成層疊體，由此制作成使用無機固體電解質作為電解質層的全固體型鋰電池。 例如在形成于由PET制成的基板上的固體電解質IOOa上，通過印刷負極活性物質101a、負極集電體102a和負極活性物質103a，制作成負極單元。與負極單元104a相同，例如在形成于由PET制成的基板上的固體電解質IOOb上，通過印刷正極活性物質101b、正極集電體102b、正極活性物質103b，制作成正極單元104b。 此時，在負極單元104a的情況下，在圖的左側設置有臺階105a。另ー方面，在正極單元104b的情況下，在圖的右側設置有臺階105b。通過設置所述的臺階，可以從相同極性的集電體ー并取出。 可是，在圖6所示的結構中，僅制作負極單元104a就不得不進行三次印刷。不僅如此，每次進行印刷都會對襯底的片造成損傷(稱為片損傷(シートァタック))。此外，臺階105a具有活性物質101a、負極集電體102a和活性物質103a這三層的厚度。所述臺階105a的大小成為在設計上或加工上的制約。 相對于圖6所示的結構，專利文獻I提出一種實現了結構更簡單、制造更方便的技木。即，所述專利文獻I記載的技術是ー種全固體二次電池，該全固體二次電池包括單層活性物質層，由含有活性物質材料的一個層構成；正極集電極，配置于單層活性物質層的一個表面；以及負極集電極，配置于單層活性物質層的另ー個表面。在此，活性物質材料的價數可以進行多種變化，并且活性物質材料具有與各個價數的變化對應的不同的氧化還原電位。 所述技術是使用單層活性物質層來替代圖6所示的具有三層結構(正極活性物質層、電解質層和負極活性物質層)的內部電極體，所述單層活性物質層由一個層構成，該ー個層含有可以分別成為正極和負極的各個電極的活性物質。專利文獻I也公開了在單層活性物質層中還含有固體電解質的情況。 專利文獻I所記載的技術把正極集電極、負極集電極和單層活性物質層這三層作為單位結構。因此，結構簡單、且容易制造。 可是，在實際上使用所述技術，試裝成二次電池后，發現產生了短路故障。 現有技術文獻 專利文獻 專利文獻I :日本專利公開公報特開2009 — 123389號
技術實現思路
本專利技術所要解決的技術問題 本專利技術的目的是提供一種結構簡單、容易制造、且不會產生短路故障的。 權利要求I的專利技術是一種鋰離子二次電池，其特征在于，所述鋰離子二次電池包括層疊體，該層疊體是通過將正極集電體和負極集電體隔著固體電解質層交替層疊而成的，所述固體電解質層在由固體電解質構成的基體中含有活性物質，該活性物質在所述正極集電體和所述負極集電體之間不連續。 權利要求2的專利技術是一種鋰離子二次電池，其特征在于，所述鋰離子二次電池包括層疊體，該層疊體是通過將正極集電體和負極集電體隔著固體電解質層交替層疊而成的，所述固體電解質層在由固體電解質構成的基體中含有活性物質，所述固體電解質的面積與所述活性物質的面積之比為90 10 65 :35。 權利要求3的專利技術是根據權利要求I或2所述的鋰離子二次電池，其特征在于，所述正極集電體和/或所述負極集電體在導電性物質的基體中含有所述活性物質。 如果正極集電體和/或負極集電體在導電性物質的基體中含有活性物質，則與固體電解質層的接合優異，因此內部電阻低，可以得到大容量的鋰離子二次電池。從能夠得到大容量的觀點出發，優選的是，在正極集電體和/或負極集電體的截面上的活性物質的面積與導電性物質的面積之比在20 :80至65 35的范圍內。 權利要求4的專利技術是根據權利要求I至3中任一項所述的鋰離子二次電池，其特征在于，所述活性物質是鋰錳復合氧化物、鋰鎳復合氧化物、鋰鈷復合氧化物、鋰釩復合氧化物、鋰鈦復合氧化物中的任意ー種以上。 權利要求5的專利技術是根據權利要求I至4中任一項所述的鋰離子二次電池，其特征在于，在所述固體電解質層內沒有所述固體電解質和所述活性物質的反應生成物。 因材料的組合，固體電解質和活性物質在燒結時反應。因反應而使反應生成物介于兩者的界面之間。確認到與活性物質和導電性材料之間的反應生成物的情況不同，固體電解質和活性物質之間的反應生成物的結果是提高了界面電阻。因此優選的是選擇兩者在燒結時不反應的組合。 此外，即使是反應的組合，只要使燒結溫度在500°C 600°C的范圍內，也可以抑制反應。即使在500°C 600°C的溫度下的燒結，也可以進行充分的燒結。推定這是由于在本專利技術中，能夠將固體電解質層或集電體層的層厚減薄，所以產生了影響。 權利要求6的專利技術是根據權利要求I至5中任一項所述的鋰離子二次電池，其特征在于，所述固體電解質是從由磷硅酸鋰(Li15Sia5Pa5O4).磷酸鈦鋰(LiTi2 (PO4) 2)、磷酸鍺鋰(LiGe2 (PO4) 3)、Li2O — SiO2, Li2O — V2O5 — SiO2, Li2O — P2O5 — B2O3 以及 Li2O — GeO2 組成的組中選擇的至少ー種材料。 權利要求7的專利技術是根據權利要求I至5中任一項所述的鋰離子二次電池，其特征在于，所述固體電解質是含有鋰的氧化物且不含多價過渡元素的聚陰離子氧化物或含有鋰且不含多價過渡元素的聚陰離子氧化物。 在使活性物質或固體電解質是所述的活性物質或固體電解質的情況下，可以實現不會 產生短路故障、具有低的阻抗、且具有高的放電容量的二次電池。 權利要求8的專利技術是根據權利要求I至7中任一項所述的鋰離子二次電池，其特征在于，在固體電解質層內沒有固體電解質和活性物質的反應生成物。 固體電解質和活性物質的反應生成物會造成因生成物而導致界面電阻變大。因此通過使界面成為不存在反應生成物的界面，可以防止界面電阻増大。 權利要求9的專利技術是根據權利要求I至8中任一項所述的鋰離子二次電池，其特征在于，所述正極集電體的厚度和所述負極集電體的厚度分別為O. 2 μ m 30 μ m。 本專利技術的二次電池的最小單元是正極集電體、固體電解質層和負極集電體的三層結構。因此，在電池制造過程中形成的臺階的大小由集電體的層厚決定。 選擇所述范圍內的厚度是由于當厚度在O. 2μπι以下時，會造成在燒結エ序時集電體產生中間斷開、有效電池面積減少及電池容量降低等問題。 此外選擇所述范圍內的厚度是由于如果厚度超過30 μ m，則會導致在層疊體內部和臺階上產生密度不均、產生裂紋或剝離、成品率降低等問題。 權利要求本文檔來自技高網...

【技術保護點】

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】2010.03.31 JP 2010-0812021.一種鋰離子二次電池，其特征在干， 所述鋰離子二次電池包括層疊體，該層疊體是通過將正極集電體和負極集電體隔著固體電解質層交替層疊而成的， 所述固體電解質層在由固體電解質構成的基體中含有活性物質，該活性物質在所述正極集電體和所述負極集電體之間不連續。2.一種鋰離子二次電池，其特征在干， 所述鋰離子二次電池包括層疊體，該層疊體是通過將正極集電體和負極集電體隔著固體電解質層交替層疊而成的， 所述固體電解質層在由固體電解質構成的基體中含有活性物質， 所述固體電解質的面積與所述活性物質在所述固體電解質層的截面上的面積之比為90 10 65 35o3.根據權利要求I或2所述的鋰離子二次電池，其特征在于，所述正極集電體和/或所述負極集電體在導電性物質的基體中含有所述活性物質。4.根據權利要求I至3中任一項所述的鋰離子二次電池，其特征在于，所述活性物質是既能使鋰離子嵌入也能使鋰離子脫離的相同的活性物質。5.根據權利要求I至4中任一項所述的鋰離子二次電池，其特征在于，所述活性物質是Li2MnO3^ LiMn2O4 以及 LiV2O4 中的任ー種。6.根據權利要求I至5中任一項所述的鋰離子二次電池，其特征在于，所述固體電解質是從由磷硅酸鋰(L^5Sia5Pa5O4X磷酸鈦鋰(LiTi2 (PO4) 2)、磷酸鍺鋰(LiGe2 (PO4)3)'Li2O - SiO2, Li2O - V2O5-SiO2, Li2O — P2O5...

【專利技術屬性】
技術研發人員：佐藤洋，笹川浩，藤井美谷洣，加藤理惠子，藤田隆幸，
申請(專利權)人：納美仕有限公司，
類型：
國別省市：