[發(fā)明專利]固體電池及其再生方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201080068999.3
• 申請日: 2010-09-16
• 公開（公告）號: CN103081215A
• 公開（公告）日: 2013-05-01
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 廣瀨寬
• 申請（專利權(quán)）人: 豐田自動車株式會社
• 主分類號: H01M10/50
• 分類號: H01M10/50;H01M10/052;H01M10/054;H01M10/0562;H01M10/0585;H01M10/42
• 代理公司: 北京集佳知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11227
• 代理人: 苗堃;趙曦

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及具有固體電解質(zhì)層的固體電池及其再生方法。

背景技術(shù)

鋰離子二次電池具有與其他二次電池相比能量密度高、能夠進行高電壓下的工作的特征。因此，作為容易實現(xiàn)小型輕量化的二次電池用于手機等信息設(shè)備，近年來，作為用于電動汽車、混合動力汽車等用于大型動力的需要也提高。

鋰離子二次電池具備正極層和負極層（一對電極層）、和配置在它們之間的電解質(zhì)，電解質(zhì)由例如非水系的液體或固體構(gòu)成。電解質(zhì)使用液體（以下稱為“電解液）的情況下，電解液容易向正極層、負極層的內(nèi)部浸透。因此，容易形成正極層、負極層所含有的活性物質(zhì)與電解液的界面，容易提高性能。然而，由于廣泛使用的電解液是可燃性的，需要搭載用于確保安全性的系統(tǒng)。另一方面，由于固體的電解質(zhì)（以下稱為“固體電解質(zhì)”）為不燃性的，所以能夠簡化上述系統(tǒng)。因此，提出了具備含有不燃性的固體電解質(zhì)的層的形態(tài)的鋰離子二次電池（以下稱為“固體電池”）。

作為有關(guān)這種固體電池的技術(shù)，例如在專利文獻1中公開了具備含有在充電下可工作的堿金屬離子源的正電極、堿金屬負電極、聚合物電解質(zhì)的電池。另外，專利文獻2公開了包含電池單元和控制裝置的固體電解質(zhì)二次電池，上述電池單元包含：含有能夠吸留和釋放鋰的正極活性物質(zhì)的正極、含有合金系負極活性物質(zhì)的負極以及含有聚合物的固體電解質(zhì)或使該固體電解質(zhì)浸滲而得到的隔膜；上述控制裝置以放電時的電池單元達到聚合物的可變形溫度以上的方式進行控制。

專利文獻1:日本特表2002-504741號公報

專利文獻2:日本特開2010-49968號公報

發(fā)明內(nèi)容

在固體電池的負極中使用含有例如鋰等堿金屬、或鈣等堿土金屬的金屬的情況下，充電反應(yīng)時在負極生成樹枝狀結(jié)晶。如果重復(fù)進行在負極生成樹枝狀結(jié)晶的固體電池的充放電，則樹枝狀結(jié)晶容易生長，在與電解質(zhì)層接觸的負極的表面容易形成凹凸。如果這樣在負極的表面形成凹凸，則負極與電解質(zhì)層的界面的鋰離子傳導(dǎo)電阻（以下稱為“界面電阻”）增大，過電壓增大，因此電池的性能容易下降。在專利文獻1、專利文獻2中公開的技術(shù)中，在負極使用了可能生成樹枝狀結(jié)晶的金屬。因此，存在負極變形而性能容易下降的問題。另外，認為在專利文獻2中公開的技術(shù)中，通過使聚合物加熱變形而使聚合物恢復(fù)到原來的形狀，因此，能夠抑制負極與固體電解質(zhì)的界面電阻的增加。但是，在專利文獻2中公開的技術(shù)中，并沒有實施用于將變形的負極恢復(fù)到原來的形狀的措施。因此，在專利文獻2中公開的技術(shù)中，抑制負極與固體電解質(zhì)的界面電阻的增加而降低過電壓的效果容易變得不充分。

因此，本發(fā)明的課題是提供能夠降低過電壓的固體電池及其再生方法。

為了解決上述課題，本發(fā)明采用以下手段。即，

本發(fā)明的第1方式是一種固體電池的再生方法，是使如下的固體電池再生的方法，上述固體電池具備負極、固體電解質(zhì)層以及正極，上述負極能夠吸留和釋放堿金屬離子或堿土金屬離子，上述固體電解質(zhì)層以接觸該負極的方式配設(shè)并含有具有離子傳導(dǎo)性的固體電解質(zhì)，上述正極能夠釋放和吸留在正極與負極之間移動的堿金屬離子或堿土金屬離子；上述固體電池的再生方法的特征在于，具有以下工序：加熱到負極軟化的溫度，將軟化的負極向跟與固體電解質(zhì)層接觸的面交叉的方向壓縮。

在本發(fā)明中，“堿金屬離子”是指鋰離子、鈉離子、鉀離子等由堿金屬元素生成的離子。另外，在本發(fā)明中，“堿土金屬離子”是指鈣離子、鎂離子等由堿土金屬元素生成的離子。另外，在本發(fā)明中，“具有離子傳導(dǎo)性”是指具有使在負極與正極之間移動的離子（堿金屬離子或堿土金屬離子）傳導(dǎo)的性質(zhì)。另外，在本發(fā)明中，“負極軟化的溫度”是指負極的至少一部分在維持固體狀態(tài)的情況下軟化的溫度。更具體而言，是指負極開始軟化的溫度以上并且小于負極完全變成液體的溫度的溫度。

另外，在本發(fā)明的第1方式中，優(yōu)選負極能夠吸留釋放鋰離子，加熱溫度為160℃以上且小于185℃。

本發(fā)明的第2方式是一種固體電池，其特征在于，具備負極、固體電解質(zhì)層、正極、加熱裝置和連結(jié)裝置，上述負極能夠吸留和釋放堿金屬離子或堿土金屬離子，上述固體電解質(zhì)層以接觸該負極的方式配設(shè)并含有具有離子傳導(dǎo)性的固體電解質(zhì)，上述正極能夠釋放和吸留在正極與負極之間移動的堿金屬離子或堿土金屬離子，上述加熱裝置將負極加熱到負極軟化的溫度，上述連結(jié)裝置能夠賦予使固體電解質(zhì)層和負極密合的力。

另外，在本發(fā)明的第2方式中，優(yōu)選負極能夠吸留釋放鋰離子，加熱溫度為160℃以上且小于185℃。