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| 硫化物固体電池 | 硫化物固体电池 | |
| 公開番号: JP2018006051A | 公开（公告）号: JP2018006051A | |
| 出願番号: JP2016128343 | 申请号: JP2016128343 | |
| 出願人: トヨタ自動車株式会社 | 申请（专利权）人: 丰田汽车株式会社 | |
| 発明者: 若杉 悟志,児玉 昌士 | 发明（设计）人: 若杉 悟志,児玉 昌士 | |
| 代理人: | 代理人: | |
| 代理店: | 代理机构: | |
| 国際特許分類: H01M 10/0562,H01M 10/052,H01M 4/13,H01M 4/62 | 国际分类号: H01M 10/0562,H01M 10/052,H01M 4/13,H01M 4/62 | |
| 公開日: 2018-01-11 | 公开日: 2018-01-11 | |
| 出願日: 2016-06-29 | 申请日: 2016-06-29 | |
| 出願人住所: 愛知県豊田市トヨタ町１番地 | 申请人地址: 愛知県豊田市トヨタ町１番地 | |
| 発明者地址: 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動車株式会社内,愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動車株式会社内 | 发明人地址: 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動車株式会社内,愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動車株式会社内 | |
| 摘要: | 要約: | |
| 【課題】本発明は、自己発熱を抑制し、過充電や短絡等による異常発生時の温度上昇を抑制することができる硫化物固体電池を提供することを目的とする。【解決手段】正極層と、負極層と、前記正極層と前記負極層の間に存在する硫化物固体電解質層と、を有し、正極層と負極層との間でリチウムイオンを移動させることで充放電を行う硫化物固体電池において、前記負極層は、負極活物質を含有する負極材と、有機化合物を有し、前記有機化合物の融点が、前記負極材の自己発熱開始温度以上かつ前記負極材の自己発熱終了温度以下である硫化物固体電池とする。【選択図】図２ | [课题] 本发明的目的在于提供一种能够抑制自发热、抑制因过充电或短路等引起的异常发生时的温度上升的硫化物固体电池。 [解决方案] 一种硫化物固体电池,其具有:正极层、负极层、存在于上述正极层与上述负极层之间的硫化物固体电解质层,上述负极层具有含有负极活性物质的负极材料和有机化合物,上述有机化合物的熔点为上述负极材料的自发热开始温度以上且为上述负极材料的自发热结束温度以下。 [选择图] 图2 | |
| 発明の詳細な説明: | 说明书: | |
| 本発明は、硫化物固体電池に関する。 | 本发明涉及硫化物固体电池。 | |
| リチウムイオン二次電池は、他の二次電池よりもエネルギー密度が高く、高電圧での動作が可能という特徴を有している。そのため、小型軽量化を図りやすい二次電池として携帯電話等の情報機器に使用されており、近年、電気自動車用やハイブリッド自動車用等、大型の動力用としての需要も高まっている。 | 锂离子二次电池具有能量密度比其他二次电池高、能够进行高电压下的动作的特征。 因此,作为容易实现小型轻量化的二次电池,在便携电话等信息设备中使用,近年来,作为电动汽车用或混合动力汽车用等大型动力用的需求也在提高。 | |
| 従来のリチウム電池に広く用いられている電解液は、可燃性の有機溶媒であるため、短絡時の温度上昇を抑える安全装置などの、安全性を確保するためのシステムを搭載する必要がある。一方、液体電解質を固体電解質に変更した固体電池は、電池内に可燃性の有機溶媒を用いないので、上記システムを簡素化できる。それゆえ、固体電池の開発が進められている。 | 以往的锂电池中广泛使用的电解液是可燃性的有机溶剂,因此需要搭载用于抑制短路时的温度上升的安全装置等用于确保安全性的系统。 另一方面,将液体电解质变更为固体电解质的固体电池在电池内不使用可燃性的有机溶剂,因此能够简化上述系统。 因此,正在进行固体电池的开发。 | |
| このような固体電池の分野の中でも、イオン伝導度が高いという観点から硫化物固体電解質を有する硫化物固体電池の開発が進められている。例えば、特許文献1に代表されるような硫化物固体電池においては、負極活物質として炭素材料を用いることが開示されている。 | 在这样的固体电池的领域中,从离子传导率高的观点出发,正在进行具有硫化物固体电解质的硫化物固体电池的开发。 例如,在如专利文献1所代表的硫化物固体电池中,公开了使用碳材料作为负极活性物质。 | |
| 特開２０１５−３２３５５号公報 | 日本特开2015 - 32355号公报 | |
| 特許文献１のような硫化物固体電池では、過充電や短絡によって電池内の温度が上昇した場合、その温度上昇に伴って、電池内で発熱を伴う更なる化学反応（自己発熱反応）が進行し、電池の温度が更に上昇する虞がある。 | 在专利文献1那样的硫化物固体电池中,在由于过充电或短路而电池内的温度上升的情况下,伴随着该温度上升,在电池内伴随发热的进一步的化学反应(自发热反应)进行,电池的温度有可能进一步上升。 | |
| 本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、自己発熱を抑制し、過充電や短絡等による異常発生時の温度上昇を抑制することができる硫化物固体電池を提供することを目的とする。 | 本发明是鉴于上述课题而完成的,其目的在于提供一种能够抑制自发热、抑制因过充电或短路等引起的异常发生时的温度上升的硫化物固体电池。 | |
| 上記課題を解決するために、本発明においては、正極層と、負極層と、正極層と負極層の間に存在する硫化物固体電解質層とを有し、正極層と負極層との間でリチウムイオンを移動させることで充放電を行う硫化物固体電池において、負極層は、負極活物質を含有する負極材と有機化合物を有し、有機化合物の融点が負極材の自己発熱開始温度以上かつ前記負極材の自己発熱終了温度以下であることを特徴とする。 | 为了解决上述课题,本发明中,其特征在于,在本发明中,具有正极层、负极层、存在于正极层与负极层之间的硫化物固体电解质层,负极层具有含有负极活性物质的负极材料和有机化合物,有机化合物的熔点为负极材料的自发热开始温度以上且为上述负极材料的自发热结束温度以下。 | |
| 本発明の硫化物固体電池は、自己発熱を抑制し、過充電や短絡等による異常発生時の温度上昇を抑制することができるという効果を奏する。 | 本发明的硫化物固体电池具有能够抑制自身发热、抑制因过充电或短路等引起的异常发生时的温度上升这样的效果。 | |
| 本発明の硫化物固体電池の一例を示す模式図である。実施例１〜７及び比較例１〜５で得られた負極層材料を用いた評価用電池の発熱低減割合の実測値の結果を示す図である。 | 是表示本发明的硫化物固体电池的一例的示意图。 是表示使用实施例1 ~ 7和比较例1 ~ 5中得到的负极层材料的评价用电池的发热降低比例的实测值的结果的图。 | |
| 以下、本発明の実施形態における硫化物固体電池について詳細に説明する。 | 以下,对本发明的实施方式中的硫化物固体电池进行详细说明。 | |
| 図１は、本発明の硫化物固体電池の構成の実施形態の一例を示す図であって、積層方向に切断した断面を模式的に示した図である。硫化物固体電池１００は、正極層１と、負極層２と、正極層１及び負極層２の間に配置される硫化物固体電解質層３を備える。図示はしていないが、負極層２は負極材と有機化合物を含有する。有機化合物は、融点が負極材の自己発熱開始温度以上かつ負極材の自己発熱終了温度以下である。 | 图1是表示本发明的硫化物固体电池的构成的实施方式的一例的图,是示意性地表示沿层叠方向切断的截面的图。 硫化物固体电池100具备正极层1 、负极层2 、配置于正极层1和负极层2之间的硫化物固体电解质层3 。 虽然未图示,但负极层2含有负极材料和有机化合物。 有机化合物的熔点为负极材料的自发热开始温度以上且负极材料的自发热结束温度以下。 | |
| 本発明によれば、負極層に含有される有機化合物の融点が負極材の自己発熱開始温度以上かつ負極材の自己発熱終了温度以下であることで、電池内の自己発熱反応を抑制し、過充電や短絡等による異常発生時の温度上昇を抑制することができる。自己発熱とは、硫化物固体電池を構成する材料の化学反応による発熱を意味し、例えば、リチウムイオンと硫化物固体電解質との化学反応による発熱である。 | 根据本发明,通过使负极层中含有的有机化合物的熔点为负极材料的自发热开始温度以上且为负极材料的自发热结束温度以下,能够抑制电池内的自发热反应,抑制因过充电或短路等引起的异常发生时的温度上升。 自发热是指由构成硫化物固体电池的材料的化学反应引起的发热,例如是锂离子与硫化物固体电解质的化学反应所引起的发热。 | |
| 自己発熱反応を抑制できる理由としては、以下の通りであると推測される。短絡や過充電によって電池内の電極の温度が上昇し、負極材が自己発熱開始温度以上になると、負極材が自己発熱を開始する。自己発熱が開始されて負極層の温度が負極層中の有機化合物の融点まで上昇すると、有機化合物が融解して、その融解熱によって吸熱されるため自己発熱による温度上昇を抑制できる。さらに融解した有機化合物が負極材中の硫化物固体電解質粒子を覆うことで負極層内のリチウムイオンと硫化物固体電解質の接触が阻害され、リチウムイオンと硫化物固体電解質の化学反応に伴う自己発熱を抑制すると推定される。また、負極材が硫化物固体電解質粒子を含有していない場合でも、負極材と硫化物固体電解質層の界面において同様に作用すると考えられる。以下、本発明の実施形態である硫化物固体電池について、構成ごとに説明する。 | 作为能够抑制自身发热反应的理由,推测如下。 当由于短路或过充电而使电池内的电极的温度上升、负极材料达到自身发热开始温度以上时,负极材料开始自发热。 当自身发热开始而负极层的温度上升至负极层中的有机化合物的熔点时,有机化合物熔解,由于其熔化热而吸热,因此能够抑制自身发热引起的温度上升。 进一步推测,通过熔融的有机化合物覆盖负极材料中的硫化物固体电解质粒子,阻碍负极层内的锂离子与硫化物固体电解质的接触,抑制伴随锂离子与硫化物固体电解质的化学反应的自发热。 另外,认为即使在负极材料不含有硫化物固体电解质粒子的情况下,在负极材料与硫化物固体电解质层的界面也同样地发挥作用。 以下,针对作为本发明的实施方式的硫化物固体电池,按每个构成进行说明。 | |
| Ａ．負極層本実施形態の負極層は少なくとも負極材と有機化合物を有する。 | A. 负极层本实施方式的负极层至少具有负极材料和有机化合物。 | |
| 本実施形態の負極材は、少なくとも負極活物質を含有する。必要に応じて、固体電解質、導電材、結着剤を有していても良い。負極活物質としては、硫化物固体電池の負極活物質として公知のものであれば、特に限定されない。例えば、グラファイト、ハードカーボン、ソフトカーボンなどの炭素材料や、Ａｌ、Ｓｎ、Ｓｉ等の金属材料やそれらの合金を用いることができる。高容量な活物質とすることができるという観点から、炭素材料やＳｉ材料が好ましく、中でも炭素材料が特に好ましい。負極材に含有される固体電解質としては、後述する硫化物固体電解質層と同様の材料を用いることができる。 | 本实施方式的负极材料至少含有负极活性物质。 根据需要,也可以具有固体电解质、导电材料、粘结剂。 作为负极活性物质,只要是作为硫化物固体电池的负极活性物质而公知的物质即可,没有特别限定。 例如,能够使用石墨、硬碳、软碳等碳材料、 Al 、 Sn 、 Si等金属材料或它们的合金。 从能够形成高容量的活性物质的观点出发,优选碳材料、 Si材料,其中特别优选碳材料。 作为负极材料中含有的固体电解质,可以使用与后述的硫化物固体电解质层同样的材料。 | |
| 本実施形態の有機化合物は、融点が負極材の自己発熱開始温度以上かつ自己発熱終了温度以下である。このような有機化合物を用いることで、電池の通常作動時には、リチウムイオンや電子の伝導を阻害せずに、電池の温度が上昇した時のみに発熱抑制機能を果たすことができる。本実施形態の有機化合物は、電池の通常作動時は固体として存在する一方で、過充電や短絡等による異常発生時は融解することで熱を吸収する。また、融解した有機化合物はリチウムイオン伝導度が低いため、融解した有機化合物が硫化物固体電解質粒子を覆うことで、リチウムイオンと硫化物固体電解質の反応を抑制する。 | 本实施方式的有机化合物的熔点为负极材料的自发热开始温度以上且自身发热结束温度以下。 通过使用这样的有机化合物,在电池的通常工作时,能够不阻碍锂离子、电子的传导,仅在电池的温度上升时实现发热抑制功能。 本实施方式的有机化合物在电池的通常工作时作为固体存在,另一方面,在由于过充电或短路等而发生异常时,通过熔解来吸收热。 另外,由于熔融的有机化合物的锂离子传导率低,因此通过熔解的有机化合物覆盖硫化物固体电解质粒子,从而抑制锂离子与硫化物固体电解质的反应。 | |
| 有機化合物は、リチウムイオンと反応してリチウムイオンや電子の動きを阻害するような被膜を形成しない材料であることが好ましい。電池の通常使用時の出力を高くできるからである。 | 有机化合物优选为不形成与锂离子反应而阻碍锂离子或电子的移动的被膜的材料。 这是因为能够提高电池的通常 表情 Ctrl + Enter |