複合活性物質、全固體電池和複合活性物質的製造方法
2023-10-23 22:51:22
複合活性物質、全固體電池和複合活性物質的製造方法
【專利摘要】本發明的課題在於提供一種具備具有良好的電子傳導性的塗層的複合活性物質。本發明通過提供如下的複合活性物質來解決上述課題，上述複合活性物質的特徵在於具有活性物質和塗層，該塗層形成在上述活性物質的表面上且含有碳物質和離子傳導性氧化物，上述塗層表面的碳元素濃度為17.0atm％以上。
【專利說明】複合活性物質、全固體電池和複合活性物質的製造方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及具備具有良好的電子傳導性的塗層的複合活性物質。
【背景技術】
[0002]隨著近年來個人計算機、攝像機和手機等信息相關設備、通信設備等的迅速普及，作為其電源而優異的電池(例如鋰電池)的開發受到重視。另外，在信息相關設備、通信相關設備以外的領域例如汽車產業界，正在進行電動汽車、混合動力汽車中使用的鋰電池等的開發。
[0003]這裡，由於以往市售的鋰電池中採用使用了可燃性的有機溶劑的有機電解液，所以需要安裝抑制短路時的溫度上升的安全裝置、改善用於防短路的結構?材料。對此，將液體電解質變更為固體電解質的全固體電池由於電池內不使用可燃性的有機溶劑，所以認為實現了安全裝置的簡化，製造成本、生產率優異。
[0004]在這樣的全固體電池的領域中，一直以來著眼於活性物質與固體電解質材料的界面，並進行了實現全固體電池的性能提高的嘗試。例如，專利文獻I中公開了一種全固體鋰電池，該全固體鋰電池使用了以硫化物為主體的鋰離子傳導性固體電解質，並且用鋰離子傳導性氧化物被覆正極活性物質的表面。該技術可抑制在硫化物固體電解質與正極活性物質的接觸界面產生的高電 阻層的形成。
[0005]現有技術文獻
[0006]專利文獻
[0007]專利文獻1:國際公開第2007/004590號小冊子
【發明內容】
[0008]然而，為了使全固體電池中使用的活性物質引起電池反應，需要電子傳導性和鋰傳導性這兩種性質，但由於離子傳導性氧化物(塗層)的電子傳導性差，所以使用了具有塗層的活性物質的電池存在內部電阻高的問題。
[0009]鑑於上述實際情況，本發明人嘗試了通過使上述塗層除了含有離子傳導性氧化物以外還含有碳物質來提高電子傳導性。並且，本發明人進行了深入研究，結果發現了能夠得到具有良好的電子傳導性的塗層的碳物質含量。本發明是基於上述見解而完成的。
[0010]即，本發明的主要目的在於提供具備具有良好的電子傳導性的塗層的複合活性物質。
[0011]為了解決上述課題，在本發明中，提供一種複合活性物質，其特徵在於，具有活性物質和塗層，該述塗層形成在上述活性物質的表面上且含有碳物質和離子傳導性氧化物，上述塗層表面的碳元素濃度為17.0atm%以上，。
[0012]根據本發明，由於以塗層表面的碳元素濃度為17.0atm%以上的方式含有碳物質，所以能夠得到具備具有良好的電子傳導性的塗層的複合活性物質。另外，能夠抑制使用了本發明的複合活性物質的全固體電池的內部電阻的增加，形成高輸出的全固體電池。[0013]在上述發明中，上述塗層表面的碳元素濃度優選為36.7atm%以下。能夠形成具備兼具良好的離子傳導性和電子傳導性的塗層的複合活性物質。
[0014]在本發明中，提供一種全固體電池，其特徵在於，具有含有正極活性物質的正極活性物質層、含有負極活性物質的負極活性物質層、在上述正極活性物質層與上述負極活性物質層之間形成的固體電解質層，作為上述正極活性物質層和上述負極活性物質層中的至少一方的電極活性物質層含有上述複合活性物質，上述複合活性物質與固體電解質材料相接。
[0015]根據本發明，由於電極活性物質層含有具備具有良好的電子傳導性的塗層的複合活性物質，所以能夠形成內部電阻低、高輸出的全固體電池。另外，由於上述複合活性物質與固體電解質材料相接，所以能夠有效地抑制活性物質與固體電解質材料的界面電阻的增加。
[0016]在本發明中，提供一種複合活性物質的製造方法，其特徵在於，上述複合活性物質具有活性物質和塗層，該塗層形成在上述活性物質的表面上且含有碳物質和離子傳導性氧化物，上述塗層表面的碳元素濃度為17.0atm%以上，上述製造方法具有以下工序:製備工序，製備含有成為上述碳物質和上述離子傳導性氧化物的原料的化合物的塗層用塗覆液；塗布膜形成工序，將上述塗層用塗覆液塗布於上述活性物質的表面，形成塗布膜；和熱處理工序，通過對上述塗布膜進行熱處理而形成上述塗層。
[0017]根據本發明，由於能夠製造以塗層表面的碳元素濃度為17.0atm%以上的方式含有碳物質的複合活性物質，所以能夠製造具備具有良好的電子傳導性的塗層的複合活性物質。因此，能夠抑制使用了利用本發明的製造方法得到的複合活性物質的全固體電池中的內部電阻的增加。
[0018]在本發明中，起到能夠提供具備具有良好的電子傳導性的塗層的複合活性物質這樣的作用效果。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0019]圖1是表示本發明的複合活性物質的一個例子的示意截面圖。
[0020]圖2是表示本發明的全固體電池的一個例子的示意截面圖。
[0021]圖3是表示本發明的複合活性物質的製造方法的一個例子的流程圖。
[0022]圖4是表示實施例1?3和比較例的複合活性物質的表面碳濃度(atm% )與全固體電池的內部電阻(Ω)的關係的圖。
【具體實施方式】
[0023]以下，對本發明的複合活性物質、全固體電池和複合活性物質的製造方法進行說明。
[0024]A.複合活性物質
[0025]首先，對本發明的複合活性物質進行說明。本發明的複合活性物質的特徵在於，具有活性物質和塗層，該塗層形成在上述活性物質的表面上且含有碳物質和離子傳導性氧化物，上述塗層表面的碳元素濃度為17.0atm%以上。
[0026]圖1是表示本發明的複合活性物質的一個例子的示意截面圖。如圖1所例示，本發明的複合活性物質I具有活性物質2和形成在活性物質2的表面上的塗層3。另外，其特徵是塗層3含有碳物質和離子傳導性氧化物，塗層3表面的碳元素濃度為17.0atm%以上。
[0027]根據本發明，由於以塗層表面的碳元素濃度為17.0atm%以上的方式含有碳物質，所以能夠得到具備具有良好的電子傳導性的塗層的複合活性物質。另外，能夠抑制使用了本發明的複合活性物質的全固體電池的內部電阻的增加，形成高輸出的電池。
[0028]如上所述，由於作為塗層的構成材料的離子傳導性氧化物的電子傳導性差，所以如專利文獻I所例示，有時具有僅由離子傳導性氧化物構成的塗層的複合活性物質的電子傳導性差。因此，在使用了上述複合活性物質的全固體電池中，雖然能夠抑制在活性物質與固體電解質材料的界面產生的高電阻層的形成，但有由於複合活性物質的塗層的存在而無法降低全固體電池的內部電阻的問題。
[0029]鑑於上述實際情況，本發明人嘗試了通過使上述塗層除了含有離子傳導性氧化物以外還含有碳物質來提高電子傳導性。並且，本發明人進行了深入研究，結果發現了能夠得到具有良好的電子傳導性的塗層的碳物質含量。即，發現了在複合活性物質中，塗層表面的碳元素濃度為17.0atm%以上時顯示良好的電子傳導性。
[0030]應予說明，本發明中的塗層表面的碳元素濃度是通過按以下條件利用X射線光電子能譜法(XPS)進行測定而求得的值。具體而言，將利用X射線光電子能譜分析(XPS)，以複合活性物質的塗層與活性物質的構成元素(其中，不包括Li)和碳為測定對象元素來計算元素組成比時得到的碳元素濃度(atm% )作為本發明中的塗層表面的碳元素濃度。作為分析裝置，使用全自動掃描式X射線光電子能譜分析裝置(PhysicalElectronics(PHI)公司制Quantera SXM)，作為解析條件，用Cls (284.7eV)實施峰值偏移校正，其後，由Cl S、01 S、Nb3d、Co2p、Ni2p、Mn2p的光電子能譜的峰算出元素濃度。上述元素濃度的計算使用各元素的峰強度(峰面積)和其相對靈敏度係數基於下式進行。
[0031]
【權利要求】
1.一種複合活性物質，其特徵在於，具有: 活性物質，和 塗層，該塗層形成在所述活性物質的表面上且含有碳物質和離子傳導性氧化物， 所述塗層表面的碳元素濃度為17.0atm%以上。
2.根據權利要求1所述的複合活性物質，其特徵在於，所述塗層表面的碳元素濃度為36.7atm% 以下。
3.一種全固體電池，其特徵在於，具有:含有正極活性物質的正極活性物質層、含有負極活性物質的負極活性物質層、和在所述正極活性物質層與所述負極活性物質層之間形成的固體電解質層， 作為所述正極活性物質層和所述負極活性物質層中的至少一方的電極活性物質層含有權利要求1或權利要求2所述的複合活性物質， 所述複合活性物質與固體電解質材料相接。
4.一種複合活性物質的製造方法，其特徵在於，所述複合活性物質具有活性物質和塗層，所述塗層形成在所述活性物質的表面上且含有碳物質和離子傳導性氧化物，所述塗層表面的碳元素濃度為17.0atm%以上；所述複合活性物質的製造方法具有以下工序: 製備工序，製備含有成為所述碳物質和所述離子傳導性氧化物的原料的化合物的塗層用塗覆液， 塗布膜形成工序，將所述塗層用塗覆液塗布於所述活性物質的表面，形成塗布膜， 熱處理工序，通過對所述塗布膜進行熱處理而形成所述塗層。
【文檔編號】H01M4/36GK103999275SQ201280062931
【公開日】2014年8月20日 申請日期:2012年12月25日 優先權日:2011年12月26日
【發明者】三木成章 申請人:豐田自動車株式會社