蓄電元件以及蓄電元件的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及兼?zhèn)漭^高的安全性和高容量的蓄電元件及其制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 近年來，伴隨著數(shù)字信息設(shè)備的普及，殷切期望作為其電源使用的蓄電元件的性 能進(jìn)一步得到提高。另外，在汽車用途中，作為混合動力汽車以及電動汽車用動力源，鋰二 次電池以及電容器正在普及。
[0003] 已經(jīng)進(jìn)行了產(chǎn)品化的鋰離子二次電池由正極、負(fù)極以及配置在它們之間的電解質(zhì) 構(gòu)成。電解質(zhì)廣泛使用非水系電解液。但是，非水系電解液由于其可燃性，需要安裝用于抑 制短路時的溫度上升的安全裝置，并進(jìn)行用于防止短路的技術(shù)開發(fā)，從而導(dǎo)致成本上升。于 是，為了降低成本，人們提出了構(gòu)成電池的材料全部為固體的全固體電池。
[0004] 電解質(zhì)使用固體電解質(zhì)的全固體鋰離子電池有：通過層疊正極和負(fù)極的電極活性 物質(zhì)以及固體電解質(zhì)的粉體并對其燒成而制造的塊（bulk)型、和采用濺射法等成膜法形 成各材料而得到的薄膜型（參照非專利文獻(xiàn)1)。由于兩者都只是鋰離子在固體電解質(zhì)中擴(kuò) 散，因而難以發(fā)生副反應(yīng)，從而具有長壽命的特征。
[0005] 另一方面，作為與鋰離子電池不同的全固體電池，人們還提出了使用由絕緣材料 覆蓋n型半導(dǎo)體納米粒子所得到的充電層的半導(dǎo)體蓄電元件（參照專利文獻(xiàn)1)。該蓄電元 件的特征在于：通過在形成于n型半導(dǎo)體納米粒子的帶隙（band gap)內(nèi)的能級捕獲電子而 進(jìn)行充電。在專利文獻(xiàn)1中，公開了使用氧化鈦、氧化錫以及氧化鋅作為n型半導(dǎo)體納米粒 子。
[0006] 現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0007] 專利文獻(xiàn)
[0008] 專利文獻(xiàn)1 :國際公開第2012/046325號
[0009] 專利文獻(xiàn)2 :日本特開2007-5279號公報
[0010] 專利文獻(xiàn)3 :日本特開2009-146581號公報
[0011] 專利文獻(xiàn)4 :國際公開第2013/065093號
[0012] 非專利文獻(xiàn)
[0013]非專利文獻(xiàn) 1 :J. B. Bates et al. "Characterization of Thin - Film Rechargeable Lithium Batteries with Lithium Cobalt Oxide Cathodes''，Journal of The Electrochemical Society，1996年，143卷，3203-3213 頁

【發(fā)明內(nèi)容】

[0014] 發(fā)明所要解決的課題
[0015] 對于全固體鋰離子電池，為了提高電池性能，需要進(jìn)行固體電解質(zhì)材料、正極材料 以及負(fù)極材料的開發(fā)。特別地，在塊型的情況下，由于電化學(xué)反應(yīng)界面通過固體粒子彼此之 間的接觸而形成，因而與液體系電解質(zhì)相比，電極和電解質(zhì)的接觸面積減小，從而難以制作 高性能的電池。
[0016] 本發(fā)明的目的在于：提供在不可能產(chǎn)生液體泄漏和起火，且與使用電解液的情況 相比，由精簡的薄膜結(jié)構(gòu)所形成，因而能夠低成本化的全固體蓄電元件中，使用半導(dǎo)體的高 容量的蓄電元件及其制造方法。
[0017] 用于解決課題的手段
[0018] 也就是說，本發(fā)明提供一種蓄電元件，其具有層疊結(jié)構(gòu)，所述層疊結(jié)構(gòu)包括：導(dǎo)電 性的第1電極層；導(dǎo)電性的第2電極層；配置于所述第1電極層和所述第2電極層之間、且 含有選自鈮氧化物、鉭氧化物以及鉬氧化物之中的至少1種金屬氧化物與絕緣材料的混合 物的充電層；以及配置于所述充電層和所述第2電極層之間的電子阻擋層。
[0019] 發(fā)明的效果
[0020] 根據(jù)上述的技術(shù)，可提供一種通過簡易的結(jié)構(gòu)便能夠?qū)崿F(xiàn)低成本化、且高容量的 蓄電元件。
【附圖說明】
[0021] 圖1是本發(fā)明實(shí)施方式的蓄電元件的示意剖視圖。
[0022] 圖2是表示圖1所示的蓄電元件的充電層的結(jié)構(gòu)的圖示。
[0023] 圖3是表示圖1所示的蓄電元件的制造方法的工序圖。
[0024] 圖4是表示實(shí)施例1以及比較例1的蓄電元件的放電特性的曲線圖。
[0025] 圖5是表示實(shí)施例2的蓄電元件的放電特性的曲線圖。
[0026] 圖6是表示實(shí)施例3的蓄電元件的放電特性的曲線圖。
[0027] 圖7是表示實(shí)施例4的蓄電元件的放電特性的曲線圖。
[0028] 符號說明
[0029] 1 基板
[0030] 2第1電極層
[0031] 3充電層
[0032] 4電子阻擋層
[0033] 5第2電極層
[0034] 10蓄電元件
[0035] 31絕緣材料
[0036] 32金屬氧化物
【具體實(shí)施方式】
[0037] 為了實(shí)現(xiàn)使用無機(jī)固體電解質(zhì)等的全固體電池的高性能化，除了進(jìn)行在室溫下表 現(xiàn)出高導(dǎo)電率的固體電解質(zhì)的開發(fā)以外，還需要進(jìn)行正極材料以及負(fù)極材料的開發(fā)。另外， 還存在需要構(gòu)筑電極和電解質(zhì)的良好的固體界面等課題，從而難以穩(wěn)定地實(shí)現(xiàn)高容量化。 還可以列舉出在充放電循環(huán)的作用下，容易使電池特性劣化的問題。再者，在制作這些材料 時，由于需要進(jìn)行高溫下長時間的熱處理，因而發(fā)生材料的變異，從而高性能電池的制作變 得困難。
[0038] 本發(fā)明提供一種蓄電元件，其具有層疊結(jié)構(gòu)，所述層疊結(jié)構(gòu)包括：導(dǎo)電性的第1電 極層；導(dǎo)電性的第2電極層；充電層，其配置于所述第1電極層和所述第2電極層之間，且 含有選自鈮氧化物、鉭氧化物以及鉬氧化物之中的至少1種金屬氧化物與絕緣材料的混合 物；以及電子阻擋層，其配置于所述充電層和所述第2電極層之間。
[0039] 根據(jù)本發(fā)明，蓄電元件的放電容量得以增大。也就是說，通過設(shè)置含有選自鈮氧化 物、鉭氧化物以及鉬氧化物之中的至少1種金屬氧化物的混合物的充電層，可以提高蓄電 元件的放電特性。
[0040] 另外，所述金屬氧化物也可以含有鈮氧化物作為必須成分。
[0041] 另外，所述金屬氧化物也可以含有鉭氧化物作為必須成分。
[0042] 另外，所述金屬氧化物也可以含有鉬氧化物作為必須成分。
[0043] 另外，所述電子阻擋層也可以由p型半導(dǎo)體形成。根據(jù)這樣的材料，可以充分地得 到防止電子從第2電極層向充電層的移動的效果。
[0044] 另外，所述第1電極層或者所述第2電極層也可以由含有選自Al、Au、Cr、Cu、Fe、 Mo、Ni、Pd、Pt以及W之中的至少1種金屬元素的金屬或者合金構(gòu)成。
[0045] 本發(fā)明也可以是進(jìn)一步具有配置于所述第1電極層的外側(cè)的基板的蓄電元件。此 外，在本發(fā)明中，所謂"第1電極層的外側(cè)"，是指第1電極層的與充電層側(cè)相反的一側(cè)。
[0046] 另外，所述電子阻擋層也可以含有鎳氧化物、銅氧化物、銅鋁氧化物或者錫氧化 物。根據(jù)這樣的材料，可以充分地得到防止電子從第2電極層向充電層的移動的效果。
[0047] 另外，所述絕緣材料也可以含有硅氧化物。
[0048] 另外，所述絕緣材料也可以是娃有機(jī)化合物（silicone)。
[0049] 另外，所述基板也可以是柔性的絕緣性片材。
[0050] 在本發(fā)明的所述充電層中，所述金屬氧化物的微粒也可以分散于所述絕緣材料 中。根據(jù)這樣的實(shí)施方式，能夠使蓄電元件的充放電特性得以提高。
[0051] 另外，本發(fā)明提供一種蓄電元件的制造方法，所述蓄電元件是將第1電極層、充電 層、電子阻擋層以及第2電極層依次層疊而成的，所述制造方法的特征在于：
[0052] 使選自脂肪族酸的鈮鹽、脂肪族酸的鉭鹽、脂肪族酸的鉬鹽、芳香族酸的鈮鹽、芳 香族酸的鉭鹽以及芳香族酸的鉬鹽之中的至少1種金屬鹽和絕緣材料溶解于有機(jī)溶劑中 而調(diào)配涂布液，
[0053] 將所述涂布液涂布于所述第1電極層上而形成涂布膜，
[0054] 燒成所述涂布膜，
[0055] 將紫外線照射在燒成所得到的所述涂布膜上而形成所述充電層，
[0056] 在所述充電層形成之后，依次形成所述電子阻擋層以及所述第2電極層。
[0057] 根據(jù)本發(fā)明的蓄電元件的制造方法，可以有效地得到本發(fā)明的蓄電元件。
[0058] 以下參照附圖，就本發(fā)明進(jìn)行說明。本發(fā)明并不局限于以下的實(shí)施方式。
[0059] 如圖1所示，蓄電元件10具有導(dǎo)電性的第1電極層2、充電層3、電子阻擋層4以 及導(dǎo)電性的第2電極層5。在蓄電元件10中，依次層疊配置有第1電極層2、充電層3、電子 阻擋層4以及第2電極層5。在此，所謂依次層疊配置，包括以層疊順序顛倒的方式、即以第 2電極層5、電子阻擋層4、充電層3、第1電極層2的順序?qū)盈B的情況。另外，也可以適當(dāng)?shù)?使中間層介于各層之間。換句話說，蓄電元件10具有充電層3配置于第1電極層2和第2 電極層5之間、電子阻擋層4配置于充電層3和第2電極層5之間的層結(jié)構(gòu)。
[0060] 蓄電元件10也可以在第1電極層2或者第2電極層5的外側(cè)進(jìn)一步具有基板1。 此外，所謂第1電極層2的外側(cè)，是指第1電極層2的與充電層3側(cè)相反的一側(cè)。另外，所 謂第2電極層5的外側(cè)，是指第2電極層5的與電子阻擋層4側(cè)相反的一側(cè)?；?既可 以由絕緣性材料構(gòu)成，也可以由導(dǎo)電性材料構(gòu)成?；?既可以是剛直的，也可以是柔性 的。例如，可