[发明专利]用于全固态电池的正电极活性材料颗粒及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及用于全固态电池的正电极活性材料颗粒，以及用于该正电极活性材料颗粒的制造方法。

背景技术

近些年来，二次（可再充电的）电池作为用于装置（例如个人电脑、摄像机以及便携式电话）的电源或者用于车辆和用于电能存储的电源已经变得至关重要。

在二次电池中，特别地，锂离子二次电池比其他二次电池具有更高的能量密度并且可在更高电压下操作。因而，锂离子二次电池作为能够在大小和重量上容易减小的二次电池而用在信息相关的装置以及通信装置中。近些年来，正在研发用于低排放车辆（例如电动车和混合动力车）的高输出、高容量的锂离子二次电池。

锂离子二次电池或锂二次电池包括正电极层、负电极层以及电解质。电解质包括锂盐并且被插入在正电极层与负电极层之间。电解质由非水液体或固体构成。当非水液体电解质用作电解质时，电解质溶液渗入正电极层。因而，在电解质与构成正电极层的正电极活性材料之间容易形成界面。结果，提高了电池的性能。然而，因为通常所使用的电解质溶液是易燃的，所以设置安全装置以防止如果短路发生时温度升高。可替代地，安装用于确保安全的系统，例如防止短路的系统。另一方面，使用固态电解质替代液态电解质以创建全固态结构的全固态电池不包括易燃的有机溶剂。因而，正在研发可能使得安全装置简化并且在制造成本和生产率方面优良的全固态电池。

在其中固态电解质层被插入在正电极层与负电极层之间的全固态电池中，正电极活性材料与电解质为固态。因而，电解质不趋于渗入正电极活性材料，并且正电极活性材料与电解质之间的界面趋于减少。因此，在全固态电池中，将包含正电极活性材料粉末和固态电解质粉末的混合粉末的复合材料用在正电极中以增加界面的面积。

特别地，对使用基于硫化物的固态电解质作为用于全固态电池的固态电解质进行了研究。基于硫化物的固态电解质具有良好的锂离子传导性。然而，在使用基于硫化物的固态电解质时，对迁移通过活性材料与基于硫化物的固态电解质之间的界面的锂离子的界面电阻易于增加。可以设想这是因为活性材料与基于硫化物的固态电解质反应而在活性材料的表面中形成高电阻部分。界面电阻的增加导致全固态电池的性能降低。为了解决界面电阻的增加，已经公开了用于防止界面电阻增加的若干技术。例如，已经公开了通过使用例如铌酸锂涂覆活性材料的表面以减小界面电阻的技术（国际公布第2007/004590（A1）号）。

另外，全固态电池的正电极活性材料由金属氧化物构成。因此，全固态电池的正电极具有弱电子传导性。因而，对使用导电助剂涂覆正电极活性材料颗粒进行了研究。例如，使用碳等作为导电助剂。为了使用碳涂覆活性材料颗粒，可以使用各种方法（例如机械化学和脉冲激光沉积（PLD））。在这些方法之中，经常使用例如机械熔融等机械化学。机械熔融是用于使用机械能（例如压缩、摩擦或碰撞）形成涂层的高生产率方法（日本专利申请公开第2008-270175号（JP2008-270175A））。

如上所述，对使用抑制在活性材料与基于硫化物的固态电解质之间的反应的层（在下文中称为“反应抑制层”）涂覆每个活性材料颗粒以减小活性材料与基于硫化物的固态电解质之间的界面电阻进行了研究。另一方面，也对使用导电助剂涂覆每个活性材料颗粒以提高它们之间的电子传导性进行了研究。

然而，证明了当通过例如机械熔融等机械化学使用碳来涂覆已经分别涂覆有反应抑制层的活性材料颗粒时，通过机械化学产生的机械应力使每个反应抑制层容易脱离活性材料颗粒。图1为根据现有技术、通过机械熔融使用碳对已经涂覆有反应抑制层的活性材料芯进行涂覆而得到的活性材料的颗粒的截面示意图。

如图1所示，活性材料颗粒10包括活性材料芯11以及覆盖活性材料芯11的反应抑制层12。当通过机械熔融使用碳来涂覆活性材料颗粒10时，在活性材料颗粒20的活性材料芯21的表面上分别形成碳层23。然而，在机械熔融期间所产生的机械应力使反应抑制层22的一些部分容易脱落。因而，具有反应抑制层22的区域和不具有反应抑制层22的区域可以存在于活性材料芯21的表面上。在不具有反应抑制层22的区域中可能形成高电阻部分并且降低电池的性能。

发明内容

本发明提供了防止活性材料与固态电解质之间的界面电阻增加并且具有电子传导性的用于全固态电池的正电极活性材料颗粒，以及用于正电极活性材料颗粒的制造方法。

根据本发明的第一方面用于包括基于硫化物的固态电解质的全固态电池的正电极活性材料颗粒包括：活性材料芯；以及反应抑制层，该反应抑制层包含碳，并且活性材料芯涂覆有该反应抑制层。