全固體電池的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及全固體電池的制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]鋰離子二次電池比其它二次電池其容量密度更高，能夠?qū)嵤└唠妷合碌膭?dòng)作，所以作為能夠?qū)崿F(xiàn)小型輕量化的二次電池，被用作信息關(guān)聯(lián)設(shè)備以及通信設(shè)備等的電源。另夕卜，被用作作為低污染車的電動(dòng)汽車以及混合動(dòng)力汽車用的電源的鋰離子二次電池的開發(fā)得到了發(fā)展。
[0003]鋰離子二次電池或者鋰二次電池具備正極層以及負(fù)極層、和配置于它們之間且包含鋰鹽的電解質(zhì)。鋰離子二次電池或者鋰二次電池的電解質(zhì)由非水系的液體或者固體形成。在作為電解質(zhì)使用非水系的液體電解質(zhì)的情況下，電解液浸透到正極層的內(nèi)部，所以易于形成構(gòu)成正極層的正極活性物質(zhì)和電解質(zhì)的界面，易于提高輸出以及內(nèi)部電阻等電氣性能。在鋰離子二次電池等中用作電解液的液體一般是可燃性的，所以通過(guò)搭載防止短路等的設(shè)備、以及抑制電池的溫度上升的裝置，保證安全性。另一方面，代替液體電解質(zhì)而使用固體電解質(zhì)來(lái)使電池整體固化了的全固體電池在電池內(nèi)部未配置可燃性原材料，所以可認(rèn)為安全裝置被簡(jiǎn)化，制造成本以及生產(chǎn)性優(yōu)良。
[0004]在包括層疊了多個(gè)單電池的層疊體的全固體電池中，已知通過(guò)使在層疊體的層疊方向上施加的約束壓力變化，而使全固體電池的電氣特性變化。例如，已知使在層疊體的層疊方向上施加的約束壓力變化，檢測(cè)層疊體的約束壓力或者層疊體的電氣特性中的某一個(gè)，根據(jù)檢測(cè)出的約束壓力或者電氣特性控制約束壓力。
[0005]專利文獻(xiàn)1:日本特開2008-288168號(hào)公報(bào)
[0006]專利文獻(xiàn)2:日本特開2010-205479號(hào)公報(bào)

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]但是，在組合多個(gè)組電池來(lái)形成全固體電池的情況下，由于在形成全固體電池的組電池之間，電氣特性相異，而有可能全固體電池的性能降低。另外，考慮針對(duì)每個(gè)組電池控制約束壓力而使輸出成為大致相同，但在使得大致相同的輸出的基準(zhǔn)過(guò)高的情況下，有時(shí)即使變更約束壓力，一些個(gè)組電池仍達(dá)不到基準(zhǔn)。
[0008]因此，本發(fā)明的目的在于提供一種使所有組電池之間的電氣特性大致相同而抑制全固體電池的性能降低的全固體電池的制造方法。
[0009]本發(fā)明的全固體電池的制造方法，其特征在于，制作單電池，該單電池具備正極層、負(fù)極層、以及配置在該正極層與該負(fù)極層之間的固體電解質(zhì)層，制作包括多個(gè)單電池的多個(gè)組電池，以同一約束壓力約束多個(gè)組電池，測(cè)定被約束的所述多個(gè)組電池的電氣特性，判定所測(cè)定的所述多個(gè)組電池中哪一個(gè)組電池的電氣特性最差，為了使其它組電池的電氣特性等于被判定為電氣特性最差的組電池的電氣特性，降低所述其它組電池的約束壓力，將降低了約束壓力的其它組電池與被判定為電氣特性最差的組電池并聯(lián)地電連接。
[0010]根據(jù)本發(fā)明，能夠提供使所有組電池之間的電氣特性大致相同而抑制全固體電池的性能降低的全固體電池的制造方法。
【附圖說(shuō)明】
[0011]圖1(a)是實(shí)施方式的全固體電池的電路框圖，(b)是(a)所示的全固體電池所包含的組電池的概略剖面圖。
[0012]圖2是示出約束夾具的約束壓力、與全固體電池的輸出的關(guān)系的圖。
[0013]圖3(a)是第一實(shí)施方式的全固體電池制造裝置的概略框圖，(b)是第二實(shí)施方式的全固體電池制造裝置的概略框圖，(C)是第三實(shí)施方式的全固體電池制造裝置的概略框圖，(d)是第四實(shí)施方式的全固體電池制造裝置的概略框圖。
[0014]圖4(a)是圖3(a)所示的第一組電池輸出測(cè)定裝置的功能框圖，(b)是圖3(a)所示的第一約束壓力調(diào)整裝置的功能框圖，(C)是圖3(a)所示的第二組電池輸出測(cè)定裝置的功能框圖，(d)是圖3(a)所示的第二約束壓力調(diào)整裝置的功能框圖。
[0015]圖5(a)是示出圖3(a)所示的全固體電池制造裝置的處理流程的流程圖，(b)是詳細(xì)地示出圖3(a)所示的第一約束壓力調(diào)整裝置的處理的流程圖。
[0016]圖6(a)是圖3(b)所示的單電池輸出測(cè)定裝置的功能框圖，(b)是圖3(b)所示的單電池分類裝置的功能框圖。
[0017]圖7(a)是示出圖3(b)所示的全固體電池制造裝置的處理流程的流程圖，(b)是詳細(xì)地示出圖3(b)所示的單電池分類裝置的處理的流程圖。
[0018]圖8(a)是圖3(c)所示的第一約束夾具更換裝置的功能框圖，(b)是圖3(c)所示的第二約束夾具更換裝置的功能框圖。
[0019]圖9(a)是示出圖3(c)所示的全固體電池制造裝置的處理流程的流程圖，(b)是詳細(xì)地示出圖3(c)所示的第一約束夾具更換裝置35的處理的流程圖。
[0020]圖10是圖3(d)所示的約束壓力調(diào)整裝置的功能框圖。
[0021]圖11(a)是示出圖3(d)所示的全固體電池制造裝置的處理流程的流程圖，(b)是詳細(xì)地示出圖3(d)所示的約束壓力調(diào)整裝置的處理的流程圖。
[0022]符號(hào)說(shuō)明
[0023]1:全固體電池；2:組電池；3:正電極；4:負(fù)電極；5:正極集電體；6:負(fù)極集電體；7:單電池；8:約束夾具；101?104:全固體電池制造裝置。
【具體實(shí)施方式】
[0024]以下，參照附圖，說(shuō)明本發(fā)明的全固體電池的制造方法。但是，希望注意的是本發(fā)明的技術(shù)范圍不限于這些實(shí)施方式，而是涉及到與權(quán)利要求書所記載的發(fā)明等同的等同物這一點(diǎn)。
[0025]在說(shuō)明實(shí)施方式的全固體電池的制造方法之前，說(shuō)明實(shí)施方式的全固體電池。
[0026]圖1(a)是實(shí)施方式的全固體電池的電路框圖，圖1(b)是圖1(a)所示的全固體電池所包含的組電池的一個(gè)例子的概略剖面圖。
[0027]全固體電池I具有被并聯(lián)連接了的多個(gè)組電池2、正電極3、以及負(fù)電極4。多個(gè)組電池2的正極集電體5相互連接而與正電極3連接，多個(gè)組電池2的負(fù)極集電體6相互連接而與負(fù)電極4連接。
[0028]多個(gè)組電池2具有正極集電體5、負(fù)極集電體6、通過(guò)在正極集電體5與負(fù)極集電體6之間層疊而被串聯(lián)連接了的多個(gè)單電池7、以及約束夾具8。在圖1(b)中，在組電池2中包括4個(gè)單電池7，但組電池2所包含的單電池的數(shù)量能夠選擇為適合的值。正極集電體5以及負(fù)極集電體6向組電池2的外部延伸，能夠?qū)⒃陔姵胤磻?yīng)中產(chǎn)生的電氣能量經(jīng)由電極端子取出到組電池2的外部。正極集電體5由SUS、N1、Cr、Au、Pt、Al、Fe、T1、Zn#B成。另外，負(fù)極集電體6由SUS、Cu、N1、Fe、T1、Co、Zn等形成。
[0029]單電池7分別具有固體電解質(zhì)層70、配置在固體電解質(zhì)層70的一面的正極活性物質(zhì)層71、以及配置在固體電解質(zhì)層70的另一面的負(fù)極活性物質(zhì)層72。
[0030]作為在固體電解質(zhì)層70中包含的固體電解質(zhì)材料，能夠使用可用作全固體電池的固體電解質(zhì)的材料。例如，能夠使用Li2S-P2S5等硫化物系列非晶質(zhì)固體電解質(zhì)、氧化物系列非晶質(zhì)固體電解質(zhì)、結(jié)晶質(zhì)氧化物、結(jié)晶質(zhì)氧氮化物、或者Lil、Li1-Al2O3^ Li3N、或者Li3N-Li1-L1H等。在具有優(yōu)良的鋰離子傳導(dǎo)性的點(diǎn)上優(yōu)選使用硫化物系列非晶質(zhì)固體電解質(zhì)。另外，作為本發(fā)明的固體電解質(zhì)，還能夠使用包含鋰鹽的聚環(huán)氧乙烷、聚環(huán)氧丙烷、聚偏二氟乙烯、或者聚丙烯腈等半固體的聚合物電解質(zhì)。
[0031]作為在正極活性物質(zhì)層71以及負(fù)極活性物質(zhì)層72中包含的活性物質(zhì)材料，能夠使用可用作全固體電池的電極活性物質(zhì)的材料。作為活性物質(zhì)材料，例如，可以舉出鈷酸鋰(LiCoO2)'鎳酸鋰(LiN12)、錳酸鋰(LiMn2O4)、用 LiCol73Nil73Mnl73O2^ Li1+xMn2_x_yMy04 (M 是從Al、Mg、Co、Fe、N1、以及Zn選擇的I種以上的金屬元素)表示的成分的不同種元素置換L1-Mn尖晶石、硫化鈦(TiS2)、石墨以及硬碳等碳材料、鋰金屬(Li)、鋰合金(LiM、M是Sn、
S1、Al、Ge、Sb、或者P)、鋰儲(chǔ)藏性金屬間化合物(MgxM或者NySb、M是Sn、Ge、或者Sb、N是In、Cu、或者M(jìn)n)等、以及它們的衍生物。
[0032]在本實(shí)施方式中，在正極活性物質(zhì)和負(fù)極活性物質(zhì)中無(wú)明確的區(qū)分，比較2種充放電電位，將充放電電位呈現(xiàn)高的電位的物質(zhì)使用為正極，將呈現(xiàn)低的電位的物質(zhì)使用為負(fù)極，而能夠構(gòu)成任意電壓的電池。
[0033]正極活性物質(zhì)層71能夠包含可在全固體電池中使用的公知的固體電解質(zhì)。作為在正極活性物質(zhì)層71中包含的固體電解質(zhì)，可以例示能夠含有在固體電解質(zhì)層中的上述固體電解質(zhì)。當(dāng)使正極活性物質(zhì)層71中含有固體電解質(zhì)的情況下，關(guān)于正極活性物質(zhì)和固體電解質(zhì)的混合比例，正極活性物質(zhì):固體電解質(zhì)的體積比率優(yōu)選為20:80?90:10、更優(yōu)選為 40:60 ?70:30o
[0034]當(dāng)使正極活性物質(zhì)層71中含有硫化物固體電解質(zhì)的情況下，從成為在正極活性物質(zhì)和硫化物固體電解質(zhì)的界面難以形成高電阻層，從而易于防止電池電阻的增加的方式的觀點(diǎn)來(lái)看，正極活性物質(zhì)優(yōu)選用離子傳導(dǎo)性氧化物覆蓋。作為覆蓋正極活性物質(zhì)的鋰離子傳導(dǎo)性氧化物，例如，可以舉出用通式LixAOy (Α是B、C、Al、S1、P、S、T1、Zr、Nb、Mo、Ta或者W，x以及y是正的數(shù))表示的氧化物。具體而言，可以例示Li3P04、Li2S04、Li2Ti03、LiNb03等。另外，鋰離子傳導(dǎo)性氧化物也可以是復(fù)合氧化物。
[0035]另外，在用離子傳導(dǎo)性氧化物覆蓋正極活性物質(zhì)的表面的情況下，離子傳導(dǎo)性氧化物覆蓋正極活性物質(zhì)的至少一部分即可，也可以覆蓋正極活性物質(zhì)的整個(gè)面。另外，覆蓋正極活性物質(zhì)的離子傳導(dǎo)性氧化物的厚度優(yōu)選為例如0.1nm以上10nm以下、更優(yōu)選為Inm以上20nm以下。另外，能夠使用例如透射型電子顯微鏡(TEM)等來(lái)測(cè)定離子傳導(dǎo)性氧化物的厚度。
[0036]固體電解質(zhì)層70、正極活性物質(zhì)層71、以及負(fù)極活性物質(zhì)層72分別也可以包含粘合劑。作為粘合劑的材料