固体电解质层及全固体二次电池的制作方法

专利2025-03-02  25


本发明涉及固体电解质层及全固体二次电池。本申请基于2022年3月17日申请于日本的特愿2022-042605号主张优先权,并将其内容引用于此。


背景技术:

1、近年来,电子技术的发展迅速,实现了便携式电子设备的小型轻量化、薄型化、多功能化。随之,对于成为电子设备的电源的电池,强烈期望小型轻量化、薄型化、可靠性的提高。因此,使用固体电解质作为电解质的全固体二次电池备受关注。以往,作为全固体二次电池的固体电解质,主要使用的是硫化物类固体电解质和氧化物类固体电解质。

2、硫化物类固体电解质因为可塑性优异,所以通过压粉,能够形成固体电解质和活性物质的界面。但是,硫化物类固体电解质因为与水反应时产生硫化氢,所以存在安全性方面的问题。

3、另一方面,氧化物类固体电解质不会由于与水的反应而产生硫化氢,是安全的。但是,对于氧化物类固体电解质而言,为了得到高的离子传导率,需要使其致密化,因此,需要在高温下进行烧结。但是,在用于形成致密的固体电解质层的烧结中,有时氧化物类固体电解质与活性物质产生反应,从而在氧化物类固体电解质和活性物质的界面上生成离子传导性低的反应层。

4、作为即使是在为了致密化而以高温烧结的情况下相对于活性物质也比较稳定的氧化物类固体电解质,已知有lspo(li3+xsixp1-xo4)(参照非专利文献1)。但是,lspo存在离子传导率低至1×10-6s/cm台(参照非专利文献2)这样的问题。

5、在非专利文献3中记载了:在γ-li3po4型的晶体结构中,离子传导率与晶格体积具有较强的相关性,晶格体积越大,离子传导率越高。另外,在非专利文献3中记载了:通过利用v置换lspo中的p,离子传导率变高。

6、现有技术文献

7、非专利文献

8、非专利文献1:《固态离子学(solid state ionics)》283(2015)109-114

9、非专利文献2:《离子学(ionics)》7(2001)469-473

10、非专利文献3:《固态离子学(solid state ionics)》15(1985)


技术实现思路

1、发明所要解决的问题

2、目前,全固体二次电池中使用各种各样的固体电解质。但是,在全固体二次电池中,要求进一步提高离子传导性,并且要求离子传导性进一步更优异的固体电解质层。

3、本发明是鉴于上述问题而研发的,其目的在于,提供离子传导率高的固体电解质层及具备该固体电解质层的全固体二次电池。

4、用于解决问题的技术方案

5、为了解决上述问题,提供以下的技术方案。

6、[1]本发明的一方式提供一种固体电解质层,其中,具有:

7、第一相区域,其包含第一固体电解质,该第一固体电解质含有li、si、v以及o,且具有γ-li3po4型的晶体结构;以及

8、第二相区域,其包含第二固体电解质,该第二固体电解质含有li、si、v以及o,由与所述第一固体电解质不同的组成构成,且具有li4sio4型的晶体结构。

9、[2]根据所述[1]所记载的固体电解质层,其中,所述第一相区域的体积与所述第二相区域的体积之比优选为0.1以上9以下。

10、[3]根据所述[1]或[2]的任一项所记载的固体电解质层,其中,所述第一相区域中所含的si的原子数相对于v的原子数之比优选为0.1以上且低于1。

11、[4]根据所述[1]~[3]中任一项所记载的固体电解质层,其中,所述第二相区域中所含的si的原子数相对于v的原子数之比优选为1以上9以下。

12、[5]本发明的一方式提供一种全固体二次电池,其中,具备:所述[1]~[4]中任一项所记载的固体电解质层;以及夹持所述固体电解质层的正极层和负极层。

13、发明效果

14、本发明的固体电解质层具有:第一相区域,其包含第一固体电解质,该第一固体电解质含有li、si、v以及o,且具有γ-li3po4型的晶体结构;以及,第二相区域,其包含第二固体电解质,该第二固体电解质含有li、si、v以及o,由与所述第一固体电解质不同的组成构成,且具有li4sio4型的晶体结构。因此,本发明的固体电解质层的离子传导率高。

15、因此,具备本发明的固体电解质层以及夹持固体电解质层的正极层和负极层的全固体二次电池的离子传导性良好。



技术特征:

1.一种固体电解质层,其中,

2.根据权利要求1所述的固体电解质层,其中,

3.根据权利要求1或2所述的固体电解质层,其中,

4.根据权利要求1~3中任一项所述的固体电解质层,其中,

5.一种全固体二次电池,其中,


技术总结
本发明的固体电解质层(3)具有:第一相区域(31),其包含第一固体电解质,该第一固体电解质含有Li、Si、V以及O,且具有γ‑Li<subgt;3</subgt;PO<subgt;4</subgt;型的晶体结构;以及,第二相区域(32),其包含第二固体电解质,该第二固体电解质含有Li、Si、V以及O,由与上述第一固体电解质不同的组成构成,且具有Li<subgt;4</subgt;SiO<subgt;4</subgt;型的晶体结构。本发明的固体电解质层(3)中,上述第一相区域(31)的体积与上述第二相区域(32)的体积之比优选为0.1以上9以下。

技术研发人员:竹内启子,田中祯一,益子泰辅,塚田岳夫
受保护的技术使用者:TDK株式会社
技术研发日:
技术公布日:2024/11/11
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