复合活性物质、全固体电池和复合活性物质的制造方法
【专利摘要】本发明的课题在于提供一种具备具有良好的电子传导性的涂层的复合活性物质。本发明通过提供如下的复合活性物质来解决上述课题，上述复合活性物质的特征在于具有活性物质和涂层，该涂层形成在上述活性物质的表面上且含有碳物质和离子传导性氧化物，上述涂层表面的碳元素浓度为17.0atm％以上。
【专利说明】复合活性物质、全固体电池和复合活性物质的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及具备具有良好的电子传导性的涂层的复合活性物质。
【背景技术】
[0002]随着近年来个人计算机、摄像机和手机等信息相关设备、通信设备等的迅速普及，作为其电源而优异的电池(例如锂电池)的开发受到重视。另外，在信息相关设备、通信相关设备以外的领域例如汽车产业界，正在进行电动汽车、混合动力汽车中使用的锂电池等的开发。
[0003]这里，由于以往市售的锂电池中采用使用了可燃性的有机溶剂的有机电解液，所以需要安装抑制短路时的温度上升的安全装置、改善用于防短路的结构?材料。对此，将液体电解质变更为固体电解质的全固体电池由于电池内不使用可燃性的有机溶剂，所以认为实现了安全装置的简化，制造成本、生产率优异。
[0004]在这样的全固体电池的领域中，一直以来着眼于活性物质与固体电解质材料的界面，并进行了实现全固体电池的性能提高的尝试。例如，专利文献I中公开了一种全固体锂电池，该全固体锂电池使用了以硫化物为主体的锂离子传导性固体电解质，并且用锂离子传导性氧化物被覆正极活性物质的表面。该技术可抑制在硫化物固体电解质与正极活性物质的接触界面产生的高电 阻层的形成。
[0005]现有技术文献
[0006]专利文献
[0007]专利文献1:国际公开第2007/004590号小册子
【发明内容】
[0008]然而，为了使全固体电池中使用的活性物质引起电池反应，需要电子传导性和锂传导性这两种性质，但由于离子传导性氧化物(涂层)的电子传导性差，所以使用了具有涂层的活性物质的电池存在内部电阻高的问题。
[0009]鉴于上述实际情况，本发明人尝试了通过使上述涂层除了含有离子传导性氧化物以外还含有碳物质来提高电子传导性。并且，本发明人进行了深入研究，结果发现了能够得到具有良好的电子传导性的涂层的碳物质含量。本发明是基于上述见解而完成的。
[0010]即，本发明的主要目的在于提供具备具有良好的电子传导性的涂层的复合活性物质。
[0011]为了解决上述课题，在本发明中，提供一种复合活性物质，其特征在于，具有活性物质和涂层，该述涂层形成在上述活性物质的表面上且含有碳物质和离子传导性氧化物，上述涂层表面的碳元素浓度为17.0atm%以上，。
[0012]根据本发明，由于以涂层表面的碳元素浓度为17.0atm%以上的方式含有碳物质，所以能够得到具备具有良好的电子传导性的涂层的复合活性物质。另外，能够抑制使用了本发明的复合活性物质的全固体电池的内部电阻的增加，形成高输出的全固体电池。[0013]在上述发明中，上述涂层表面的碳元素浓度优选为36.7atm%以下。能够形成具备兼具良好的离子传导性和电子传导性的涂层的复合活性物质。
[0014]在本发明中，提供一种全固体电池，其特征在于，具有含有正极活性物质的正极活性物质层、含有负极活性物质的负极活性物质层、在上述正极活性物质层与上述负极活性物质层之间形成的固体电解质层，作为上述正极活性物质层和上述负极活性物质层中的至少一方的电极活性物质层含有上述复合活性物质，上述复合活性物质与固体电解质材料相接。
[0015]根据本发明，由于电极活性物质层含有具备具有良好的电子传导性的涂层的复合活性物质，所以能够形成内部电阻低、高输出的全固体电池。另外，由于上述复合活性物质与固体电解质材料相接，所以能够有效地抑制活性物质与固体电解质材料的界面电阻的增加。
[0016]在本发明中，提供一种复合活性物质的制造方法，其特征在于，上述复合活性物质具有活性物质和涂层，该涂层形成在上述活性物质的表面上且含有碳物质和离子传导性氧化物，上述涂层表面的碳元素浓度为17.0atm%以上，上述制造方法具有以下工序:制备工序，制备含有成为上述碳物质和上述离子传导性氧化物的原料的化合物的涂层用涂覆液；涂布膜形成工序，将上述涂层用涂覆液涂布于上述活性物质的表面，形成涂布膜；和热处理工序，通过对上述涂布膜进行热处理而形成上述涂层。
[0017]根据本发明，由于能够制造以涂层表面的碳元素浓度为17.0atm%以上的方式含有碳物质的复合活性物质，所以能够制造具备具有良好的电子传导性的涂层的复合活性物质。因此，能够抑制使用了利用本发明的制造方法得到的复合活性物质的全固体电池中的内部电阻的增加。
[0018]在本发明中，起到能够提供具备具有良好的电子传导性的涂层的复合活性物质这样的作用效果。
【专利附图】
【附图说明】
[0019]图1是表示本发明的复合活性物质的一个例子的示意截面图。
[0020]图2是表示本发明的全固体电池的一个例子的示意截面图。
[0021]图3是表示本发明的复合活性物质的制造方法的一个例子的流程图。
[0022]图4是表示实施例1?3和比较例的复合活性物质的表面碳浓度(atm% )与全固体电池的内部电阻(Ω)的关系的图。
【具体实施方式】
[0023]以下，对本发明的复合活性物质、全固体电池和复合活性物质的制造方法进行说明。
[0024]A.复合活性物质
[0025]首先，对本发明的复合活性物质进行说明。本发明的复合活性物质的特征在于，具有活性物质和涂层，该涂层形成在上述活性物质的表面上且含有碳物质和离子传导性氧化物，上述涂层表面的碳元素浓度为17.0atm%以上。
[0026]图1是表示本发明的复合活性物质的一个例子的示意截面图。如图1所例示，本发明的复合活性物质I具有活性物质2和形成在活性物质2的表面上的涂层3。另外，其特征是涂层3含有碳物质和离子传导性氧化物，涂层3表面的碳元素浓度为17.0atm%以上。
[0027]根据本发明，由于以涂层表面的碳元素浓度为17.0atm%以上的方式含有碳物质，所以能够得到具备具有良好的电子传导性的涂层的复合活性物质。另外，能够抑制使用了本发明的复合活性物质的全固体电池的内部电阻的增加，形成高输出的电池。
[0028]如上所述，由于作为涂层的构成材料的离子传导性氧化物的电子传导性差，所以如专利文献I所例示，有时具有仅由离子传导性氧化物构成的涂层的复合活性物质的电子传导性差。因此，在使用了上述复合活性物质的全固体电池中，虽然能够抑制在活性物质与固体电解质材料的界面产生的高电阻层的形成，但有由于复合活性物质的涂层的存在而无法降低全固体电池的内部电阻的问题。
[0029]鉴于上述实际情况，本发明人尝试了通过使上述涂层除了含有离子传导性氧化物以外还含有碳物质来提高电子传导性。并且，本发明人进行了深入研究，结果发现了能够得到具有良好的电子传导性的涂层的碳物质含量。即，发现了在复合活性物质中，涂层表面的碳元素浓度为17.0atm%以上时显示良好的电子传导性。
[0030]应予说明，本发明中的涂层表面的碳元素浓度是通过按以下条件利用X射线光电子能谱法(XPS)进行测定而求得的值。具体而言，将利用X射线光电子能谱分析(XPS)，以复合活性物质的涂层与活性物质的构成元素(其中，不包括Li)和碳为测定对象元素来计算元素组成比时得到的碳元素浓度(atm% )作为本发明中的涂层表面的碳元素浓度。作为分析装置，使用全自动扫描式X射线光电子能谱分析装置(PhysicalElectronics(PHI)公司制Quantera SXM)，作为解析条件，用Cls (284.7eV)实施峰值偏移校正，其后，由Cl S、01 S、Nb3d、Co2p、Ni2p、Mn2p的光电子能谱的峰算出元素浓度。上述元素浓度的计算使用各元素的峰强度(峰面积)和其相对灵敏度系数基于下式进行。
[0031]
【权利要求】
1.一种复合活性物质，其特征在于，具有: 活性物质，和 涂层，该涂层形成在所述活性物质的表面上且含有碳物质和离子传导性氧化物， 所述涂层表面的碳元素浓度为17.0atm%以上。
2.根据权利要求1所述的复合活性物质，其特征在于，所述涂层表面的碳元素浓度为36.7atm% 以下。
3.一种全固体电池，其特征在于，具有:含有正极活性物质的正极活性物质层、含有负极活性物质的负极活性物质层、和在所述正极活性物质层与所述负极活性物质层之间形成的固体电解质层， 作为所述正极活性物质层和所述负极活性物质层中的至少一方的电极活性物质层含有权利要求1或权利要求2所述的复合活性物质， 所述复合活性物质与固体电解质材料相接。
4.一种复合活性物质的制造方法，其特征在于，所述复合活性物质具有活性物质和涂层，所述涂层形成在所述活性物质的表面上且含有碳物质和离子传导性氧化物，所述涂层表面的碳元素浓度为17.0atm%以上；所述复合活性物质的制造方法具有以下工序: 制备工序，制备含有成为所述碳物质和所述离子传导性氧化物的原料的化合物的涂层用涂覆液， 涂布膜形成工序，将所述涂层用涂覆液涂布于所述活性物质的表面，形成涂布膜， 热处理工序，通过对所述涂布膜进行热处理而形成所述涂层。
【文档编号】H01M4/36GK103999275SQ201280062931
【公开日】2014年8月20日 申请日期:2012年12月25日 优先权日:2011年12月26日
【发明者】三木成章 申请人:丰田自动车株式会社