[發明專利]固態電解質層、電極活性材料層及其制造方法、全固態鋰電池

有效

• 申請號: 201010507148.6
• 申請日: 2010-09-27
• 公開（公告）號: CN102035021A
• 公開（公告）日: 2011-04-27
• 發明（設計）人: 濱重規;川本浩二;若杉悟志
• 申請（專利權）人: 豐田自動車株式會社
• 主分類號: H01M10/0562
• 分類號: H01M10/0562;H01M4/136;H01M10/0525;H01M4/1397
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 顧晉偉;王春偉

技術領域

本發明涉及固態電解質層和電極活性材料層，其中抑制了因硫化物固態電解質材料劣化而引起的電阻增加。

相關技術描述

隨著近年來諸如個人計算機、攝像機和移動電話的信息相關設備、通訊設備等的快速普及，開發能夠用作這些設備電源的電池的重要性日益增加。而且，在機動車行業中，能夠用于電動車或混合動力車的高輸出、大容量電池的發展正在進行。在目前存在的多種類型的電池中，鋰電池因其高的能量密度而成為關注的焦點。

采用可燃有機溶劑的有機電解質用于當前的商用鋰電池中，因此，需要改進連接用于在短路期間抑制溫度升高的安全裝置的方式和用于防止短路的結構/材料表面。另一方面，在用固態電解質代替液體電解質以使電池變成全固態的全固態鋰電池中，在電池中并未使用可燃有機溶劑，因此可以簡化安全裝置，使得制造成本降低并且生產率提高。

在全固態鋰電池的領域中，可行的是，可以通過在固態電解質層和電極活性材料層中采用硫化物固體電解質材料來改善全固態鋰電池的Li離子電導率。

同時，已嘗試向固態電解質層和電極活性材料層添加聚合物作為粘結材料。通過添加聚合物，可以在層中提供柔性，從而能夠改善可加工性和可模塑性。例如，日本專利申請公開11-086899(JP-A-11-086899)公開了一種固態電解質層，其使用丁二烯橡膠作為粘結材料，并且使用0.5Li₂S-0.5P₂S₅作為硫化物固態電解質材料。此外，Taro?Inada等人(“Silicone?as?a?binder?in?composite?eletrolytes”，Journal?of?Power?Sources?119-121(2003)948-950)公開了一種固態電解質層，其中使用苯乙烯-丁二烯橡膠(SBR)、PO-EO共聚物或硅橡膠作為粘結材料，并使用Li₃PO₄-Li₂S-SiS₂作為硫化物固態電解質材料。此外，Taro?Inada等人，“Fabrications?and?properties?of?composite?solid-stateelectrolytes”，Solid?State?Inonics?158(2003)275-280公開了一種固態電解質層，其中使用SBR或硅橡膠作為粘結材料，并且使用Li₃PO₄-Li₂S-SiS₂作為硫化物固態電解質材料。

在硫化物固態電解質材料中，含有橋接硫的硫化物固態電解質材料表現出高的Li離子電導率，但是也表現出高的反應性，因此含有橋接硫的硫化物固態電解質材料在其與聚合物反應時劣化，導致電池電阻增加。

發明內容

本發明提供一種固態電解質層，其中抑制了因硫化物固態電解質材料的劣化而引起的電阻增加。

本發明的第一方面涉及一種固態電解質層，包括：硫化物固態電解質材料，所述硫化物固態電解質材料由包含Li₂S和P₂S₅的原料組合物制成并且基本上不含橋接硫；和疏水聚合物，所述疏水聚合物用于粘結所述硫化物固態電解質材料。

另外，本發明的第二方面涉及一種電極活性材料層，包括：電極活性材料；硫化物固態電解質材料，所述硫化物固態電解質材料由包含Li₂S和P₂S₅的原料組合物制成并且基本上不含橋接硫；和疏水聚合物，所述疏水聚合物用于粘結所述電極活性材料和所述硫化物固態電解質材料。

另外，本發明的第三方面涉及一種全固態鋰電池，包括：正極活性材料層；負極活性材料層；和形成在所述正極活性材料層和所述負極活性材料層之間的固態電解質層。在該全固態鋰電池中，所述固態電解質層包括：硫化物固態電解質材料，所述硫化物固態電解質材料由包含Li₂S和P₂S₅的原料組合物制成并且基本上不含橋接硫；和疏水聚合物，所述疏水聚合物用于粘結所述硫化物固態電解質材料。