全固体电池的制造方法和全固体电池的制作方法_2

文档序号:9566102阅读:来源:国知局
于硫化物的固体电解质。
[0049] 前述方法能够提高电极层的外周部中含有的基于硫化物的固体电解质的粘合力。 其结果,能够提高电极层的外周部的强度一一在该外周部最易于发生例如活性物质、固体 电解质和导电助剂的构成粒子的脱落。
[0050] 根据前述方法,能够通过仅将电极层的外周部暴露于具有高水蒸气含量并具 有-30°C或更高的露点溫度的气氛的简单技术来提高电极层的外周部的强度一一在该外周 部最易于发生构成粒子的脱落。根据前述方法,无需提高电极层中的粘合剂的总量。其结 果,能够提高电极层的外周部的强度而不降低电池性能。
[0051] 在本发明的实施方案中,正极层与负极层之一或者正极层与负极层二者各自将在 适当情况下被称为"电极层"。另外,正极集电体层与负极集电体层之一或者正极集电体层 与负极集电体层二者各自将在适当情况下被称为"集电体层"。
[0052] 在本发明的实施方案中,正极层含有正极活性物质,负极层含有负极活性物质,并 且正极层和负极层中的至少一者含有基于硫化物的固体电解质。当正极层与该负极层之一 含有基于硫化物的固体电解质时,另一电极层可含有固体电解质,并且可优选含有基于硫 化物的固体电解质。
[0053] 在本发明的实施方案中,固体电解质层是设置在正极层与负极层之间并含有固体 电解质的层。优选地,固体电解质层含有基于硫化物的固体电解质。更优选地,正极层、固 体电解质层与负极层均各自含有基于硫化物的固体电解质。
[0054] 如上所述,在本发明的实施方案中,在电极层的第一主表面和第二主表面各自的 至少中央部与露点溫度-30°C或更高的气氛隔断的状态下,将含有活性物质和基于硫化物 的固体电解质的电极层(W下在适当情况下称为"电极层")暴露于该气氛。
[00巧]W下,将详细描述本发明的实施方案。电极层的第一主表面和第二主表面分别对 应于图1和2中所示的平板形式的电极层100的第一主表面10和第二主表面20。同样的 定义适用于固体电解质层的主表面。图1是电极层100的示意性透视图。图2是电极层 100的示意性剖面图。电极层100可W是任何形式,例如图1中所示的平板形式,或盘形式。 同样,固体电解质层与集电体层可W是任何形式。电极层100的长度、宽度和厚度可W与相 关技术中使用的电极层类似。
[0056] 在本发明的实施方案中,电极层的第一主表面的中央部与第二主表面的中央部分 别对应于图1和图2中所示的电极层100的第一主表面10的中央部11和第二主表面20 的中央部21。同样的定义适用于固体电解质层的中央部。
[0057] 在本发明的实施方案中,电极层100的第一主表面10的至少中央部11和第二主 表面20的至少中央部21与环境气氛隔断。或者,可在图1和图2中所示的电极层100的第 一主表面10与第二主表面20完全与露点溫度-30°C或更高的气氛隔断且仅有电极层100 的侧面部30保持未隔断的状态下,将电极层100暴露于该气氛。又或者,可在侧面部30W 及第一主表面10的周缘部12与第二主表面20的周缘部22中的至少一者保持未隔断的状 态下,将电极层100暴露于露点溫度-30°C或更高的气氛。
[005引在本说明书中,除第一和第二主表面10、20的中央部11、21之外的电极层100的 表面部分将会被称为"外周面部(outperi地eralsurfacepcxrtion)"。电极层100的外 周面部包括图1和图2中所示的电极层100的侧面部30、第一主表面10的周缘部12和第 二主表面20的周缘部22。在本说明书中,由外周面部限定的电极层100的内部区域将称 为"外周内部"。换言之,外周面部与外周内部的组合是电极层100的外周部。同样的定义 适用于固体电解质层的外周部。
[0059] 可W仅将侧面部30暴露于露点溫度-30°C或更高的气氛。在运种情况下,使水分 仅由侧面部30的表面渗透外周内部。或者,除了侧面部30之外,可W将周缘部12与周缘 部22中的至少一者暴露于露点溫度-30°C或更高的气氛。在运种情况下,使水分由侧面部 30的表面和由周缘部12与周缘部22中的至少一者的表面渗透外周内部。
[0060] 待暴露于露点溫度-30°c或更高的气氛的电极层的外周面部的暴露位置可W根据 例如暴露步骤中的露点溫度、暴露步骤中的暴露时间W及从外周面部的表面至外周内部的 所需的水分渗透深度来设定。例如,在将电极层100暴露于露点溫度在-15°c至0°C范围 内的气氛时,可W仅将侧面部30暴露于该气氛。在将电极层100暴露于露点溫度在-30°C 至-15°C范围内的气氛时,除了侧面部30之外,可W将周缘部12与周缘部22中的至少一者 暴露于该气氛。
[0061] 当除了侧面部30之外,将周缘部12与周缘部22中的至少一者暴露于露点溫 度-30°C或更高的气氛时,周缘部12与周缘部22各自距电极端的暴露宽度可W设定为电 极层100的中央部的裡离子传导性不受水分显著影响的宽度范围内的任何值。例如,周缘 部12与周缘部22各自距电极端的暴露宽度可W设定为等于或小于30mm的值,等于或小于 20mm的值,或等于或小于IOmm的值。
[0062] 作为在暴露步骤中将电极层的外周面部暴露于具有高水蒸气含量的气氛的结果, 水分可W进入电极层的外周内部。可W引起水分渗透电极层的外周内部,使得在暴露前电 极层的中央部的密度为100% (参比值)的条件下,在电极层的外周内部中,已渗透水分的 部分的密度优选等于或高于100. 20%,更优选等于或高于100. 30%,并且甚至更优选等于 或高于100. 35%。此外,在中央部与具有高水蒸气含量的气氛隔断的状态下将电极层暴露 于该气氛后获得的中央部的密度为100% (参比值)的条件下,在电极层的外周内部中,已 渗透水分的部分的密度可优选等于或高于100. 10%,更优选等于或高于100. 13%,并且甚 至更优选等于或高于100. 14%。在表现出运样的密度提高的部分中,得到了更有效的粘合 力提局效果。
[0063] 为了减少电极层的构成粒子的脱落,需要使水分渗透电极层至使得电极层的外周 面部中的粘合力变得足够高的深度。更具体而言,需要使水分从电极层表面渗透电极层至 基本上等于电极层中含有的基于硫化物的固体电解质的多个粒子的直径之和的深度。在电 极层的隔断的中央部的密度为100% (参比值)的条件下将密度等于或高于102%的位置 定义为含水区域时,该含水区域距电极层的表面的深度优选等于或大于0. 05mm,更优选等 于或大于0. 1mm,甚至更优选等于或大于0. 5mm,并且再更优选等于或大于1mm。
[0064] 在本发明的实施方案中,与环境气氛隔断意味着防止电极层的第一主表面和第二 主表面各自的至少中央部与环境气氛直接接触,使得基本上防止电极层中含有的基于硫化 物的固体电解质因水分而劣化。隔断方法的实例包括:如后所述,在露点溫度-70°C或更低 的气氛中,在电极层的各主表面上设置水分基本上不可渗透的隔断材料的方法;在电极层 的各主表面上设置集电体层如金属锥的方法;W及通过设置集电体层和固体电解质层使得 电极层插入它们之间来形成构成全固体电池的层叠体的方法。
[0065] 当正极层与负极层均含有基于硫化物的固体电解质时,正极层与负极层二者各自 的第一主表面和第二主表面的至少中央部与环境气氛隔断。
[0066] 当除了电极层的至少一者之外,固体电解质层含有基于硫化物的固体电解质时, 电极层与固体电解质层二者各自的第一主表面和第二主表面的至少中央部与环境气氛隔 断。
[0067] 当正极层、固体电解质层和负极层均含有基于硫化物的固体电解质时,正极层、固 体电解质层和负极层各自的第一主表面和第二主表面的至少中央部与环境气氛隔断。
[0068] 通过提高电极层中的粘合力来提高电极层的强度。通过拉伸试验机来评价电极层 中的粘合力的提高。例如,冲压经暴露于露点溫度-30°C或更高的气氛的电极层,使得通过 冲压得到的电极层具有规定的尺寸。随后,将通过冲压得到的电极层(已经将双面胶带贴 在其两个表面上)放置在拉伸试验机上W施予拉伸试验。将在电极层临破裂之前测得的最 大拉伸强度定义为电极层中的粘合力。
[0069] 将含有基于硫化物的固体电解质的电极层暴露于露点溫度-30°C或更高的气氛 时,其粘合力因基于硫化物的固体电解质暴露于水分而提高。尽管因基于硫化物的固体电 解质暴露于水分而导致粘合力提高的机理目前还不受任何特定理论的束缚,但认为,由于 基于硫化物的固体电解质的表面因水分而潮解并由此表现出粘性,因此粘合力提高。
[0070] 将含有基于硫化物的固体电解质的电极层的第一主表面和第二主表面各自的至 少中央部与环境气氛隔断的步骤(W下,在适当的情况下被称为"隔断步骤")优选包括用 隔断材料覆盖电极层的第一主表面和第二主表面各自的至少中央部。
[0071] 隔断材料不限于任何特定的材料,只要材料不与含有活性物质及基于硫化物的固 体电解质的电极层反应,具有水蒸气阻隔性质,并隔断该电极层W防止电极层与环境气氛 直接接触即可。例如,金属板、金属锥或具有水蒸气阻隔性质的膜可用作隔断材料。例如, 通过用无机材料涂布聚对苯二甲酸乙二醇醋(PET)膜得到的膜、可用作集电体层的侣(Al) 锥或可用作集电体层的铜(化)锥可用作隔断材料。
[0072] 当用隔断材料覆盖电极层的各主表面时,隔断材料需要与电极层的主表面的预期 区域紧密接触地设置,使得在电极层与隔断材料之间基本上不形成空隙空间。隔断材料可 WW任何方法设置在电极层的各主表面上。例如,可W将电极层与隔断材料彼此层叠并随 后通过橡胶滚子或规尺压在一起W使得彼此紧密接触。或者,可W将电极层与隔断材料彼 此层叠并随后施予压制。
[0073] 隔断材料可W具有等于或大于电极层的外部尺寸的外部尺寸。或者,隔断材料可 W具有小于含有基于硫化物的固体电解质的电极层的外部尺寸的外部尺寸,只要隔断材料 能覆盖该含有基于硫化物的固体电解质的电极层的中央部的预期区域即可。
[0074] 在本说明书中,具有比电极层的外部尺寸"更大的外部尺寸"的隔断材料是指一种 隔断材料,当设置该隔断材料W便与例如盘形电极层的各主表面接触时,该隔断材料的尺 寸使得该电极层的外部尺寸小于该隔断材料的外部尺寸,并且该隔断材料的面积大到足W 覆盖该电极层的全部外周。具有比电极层的外部尺寸"更小的外部尺寸"的隔断材料是指 一种隔断材料,其尺寸使得该电极层的外部尺寸大于该隔断材料的外部尺寸,并且该隔断 材料的面积未大到足W覆盖该电极层的全部外周。
[0075] 具有等于或大于电极层的外部尺寸的外部尺寸的隔断材料可W用于完全地覆盖 含有基于硫化物的固体电解质的电极层的各主表面。或者,隔断材料可W设置在电极层上, 使得电极层的主表面的外周面部的至少一部分未被隔断材料覆盖。再或者,具有小于电极 层的外部尺寸的外部尺寸的隔断材料可W用于仅覆盖该电极层的中央部。
[0076] 图3和图4描述了其中设置隔断材料40W完全地覆盖电极层100的第一主表面 10和第二主表面20的实施例。图3是示意性顶视图,其中通过虚线表示被隔断材料40覆 盖的电
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