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      活性物質(zhì)粉末及其制備方法_3

      文檔序號:9262495閱讀:來源:國知局
      選40質(zhì)量%至99質(zhì)量%。
      [0040] 另外,在負(fù)極中,除了負(fù)極活性物質(zhì)和固體電解質(zhì)以外,可任選地使用將負(fù)極活性 物質(zhì)和固體電解質(zhì)相互粘結(jié)的粘結(jié)劑。這樣的粘結(jié)劑的實(shí)例包括上述可在正極中含有的粘 結(jié)劑。此外,負(fù)極可含有提高導(dǎo)電性的導(dǎo)電添加劑。可在負(fù)極中含有的導(dǎo)電添加劑的實(shí)例 包括上述可在正極中含有的導(dǎo)電添加劑。例如,當(dāng)使用漿料狀的負(fù)極組合物(其通過將負(fù) 極活性物質(zhì)、固體電解質(zhì)、導(dǎo)電添加劑、粘結(jié)劑等分散在液體中而制備)制備負(fù)極時(shí),作為 可使用的液體,例如可使用庚烷,并且可優(yōu)選使用非極性溶劑。另外,負(fù)極的厚度例如優(yōu)選 為0.1ym至1mm并且更優(yōu)選為lym至100ym。另外,可通過擠壓步驟制備負(fù)極。在本發(fā) 明的實(shí)施方案中,擠壓負(fù)極時(shí)的壓力優(yōu)選為200MPa或更高并且更優(yōu)選為約400MPa。
      [0041 ]另外,作為在固體電解質(zhì)層中含有的固體電解質(zhì),可合適地使用可在全固體電池 中使用的眾所周知的固體電解質(zhì)。這樣的固體電解質(zhì)的實(shí)例包括上述可在正極或負(fù)極中含 有的固體電解質(zhì)。另外,從例如展現(xiàn)其塑性的觀點(diǎn)考慮,固體電解質(zhì)層可含有將固體電解質(zhì) 相互粘結(jié)的粘結(jié)劑。這樣的粘結(jié)劑的實(shí)例包括上述可在正極中含有的粘結(jié)劑。然而,為了實(shí) 現(xiàn)高的輸出,從例如防止固體電解質(zhì)的過度聚集以及形成其中固體電解質(zhì)均勻分散的固體 電解質(zhì)層的觀點(diǎn)考慮,固體電解質(zhì)層中的粘結(jié)劑的含量優(yōu)選為5質(zhì)量%或更少。另外,當(dāng)通 過用漿料狀的固體電解質(zhì)組合物(其通過將固體電解質(zhì)等分散在液體中而制備)涂覆基底 的步驟來形成固體電解質(zhì)層時(shí),作為將固體電解質(zhì)等分散其中的液體,例如可使用庚烷,并 且可優(yōu)選使用非極性溶劑。在固體電解質(zhì)層中的固體電解質(zhì)材料的含量例如優(yōu)選為60質(zhì) 量%或更大,更優(yōu)選為70質(zhì)量%或更大,并且還更優(yōu)選為80質(zhì)量%或更大。另外,固體電 解質(zhì)層的厚度根據(jù)電池的構(gòu)成而變化,但例如優(yōu)選為〇. 1um至1_并且更優(yōu)選為1ym至 100 u m〇
      [0042] 另外,作為負(fù)極集流體和正極集流體,可使用能夠用作鋰離子二次電池的集流體 的眾所周知的金屬。這樣的金屬的實(shí)例包括含有選自由Cu、Ni、A1、V、Au、Pt、Mg、Fe、Ti、 Co、Cr、Zn、Ge和In組成的組中的一種或兩種或多種元素的金屬材料。
      [0043] 另外,盡管未示出,根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案的全固體電池可以以收容于可用于全 固體電池的眾所周知的電池殼體中的狀態(tài)來使用。這樣的電池殼體的實(shí)例包括眾所周知的 層壓膜殼體或金屬殼體。
      [0044] 在上面的說明中,作為一個(gè)例子已描述了全固體電池20,其中在正極21中使用根 據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案的活性物質(zhì)粉末10。然而,根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案的全固體電池不限 于上述方式。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案的活性物質(zhì)粉末可在正極和負(fù)極中的一者或兩者中使 用。
      [0045] 3?活性物質(zhì)粉末的制備方法
      [0046] 圖3是說明根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案的活性物質(zhì)粉末的制備方法的圖。圖3所示的 活性物質(zhì)粉末的制造方法包括活性物質(zhì)準(zhǔn)備步驟(S1)、醇鹽溶液制備步驟(S2)、附著步驟 (S3)、水解促進(jìn)步驟(S4)和加熱步驟(S5)。
      [0047] 3. 1.活性物質(zhì)準(zhǔn)備步驟(S1)
      [0048] 在活性物質(zhì)準(zhǔn)備步驟(以下也稱作"S1")中,準(zhǔn)備具有表面的活性物質(zhì)顆粒,醇 鹽溶液在下述的附著步驟中附著于該表面。S1的方式不特別限定,只要能夠在該步驟中準(zhǔn) 備活性物質(zhì)顆粒即可。在S1中,可制備或購買活性物質(zhì)顆粒用于準(zhǔn)備。在S1中,可準(zhǔn)備在 "1.活性物質(zhì)粉末"中描述的示例性物質(zhì)。在S1中準(zhǔn)備的活性物質(zhì)粉末的形狀可以是在 "1.活性物質(zhì)粉末"中描述的形狀。
      [0049] 3. 2?醇鹽溶液制備步驟(S2)
      [0050] 在醇鹽溶液制備步驟(以下也稱作"S2")中,制備在下述的附著步驟中附著于在 S1中準(zhǔn)備的活性物質(zhì)顆粒的表面的醇鹽溶液。在S2中制備的醇鹽溶液含有醇鹽化合物作 為離子傳導(dǎo)性氧化物層的原料,該離子傳導(dǎo)性氧化物層是在活性物質(zhì)顆粒的表面形成的涂 覆層。在S2中制備的醇鹽溶液是溶膠-凝膠溶液,也就是說,通過醇鹽化合物的水解和縮 聚而轉(zhuǎn)變成溶膠狀態(tài)并且通過縮聚和聚集而進(jìn)一步轉(zhuǎn)變成凝膠狀態(tài)。
      [0051 ] 在根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案的活性物質(zhì)粉末的制備方法中,在活性物質(zhì)粉末的表面 形成的離子傳導(dǎo)性氧化物不特別限定。例如,優(yōu)選含有選自第3至6族以及第13至15族的 元素中的至少一種元素作為原料元素的氧化物,并且特別優(yōu)選含有鋰以及至少一種上述元 素作為原料元素的鋰復(fù)合氧化物。具體而言,優(yōu)選含有來自第3至6族以及第13至15族 中的元素中的B、Si、Ti、Zr、V、P、Al、Nb、Ta、Cr、Mo和W中的至少一種元素的氧化物,并且 更優(yōu)選含有鋰以及至少一種上述元素的鋰復(fù)合氧化物。更具體而言,作為離子傳導(dǎo)性氧化 物,優(yōu)選含Li氧化物,例如LiNb03、Li3B03、LiB02、Li2C03、LiA102、Li4Si04、Li2Si03、Li3P04、 Li2S04、Li2Ti03,Li4Ti5012、Li2Ti205、Li2Zr03、Li2Mo04和Li2W04〇 其中,更優(yōu)選LiNb03〇
      [0052] 另外,離子傳導(dǎo)性氧化物可以是含Li氧化物的復(fù)合化合物。作為復(fù)合化合物, 可采用上述含Li氧化物的任意組合,并且其實(shí)例包括Li3P04-Li4Si04、Li3B03-Li4Si04* Li3P〇4_Li4Ge〇4〇
      [0053] 在S2中制備的醇鹽溶液中含有的作為離子傳導(dǎo)性氧化物的原料的醇鹽化合物沒 有特別限定,只要它是具有構(gòu)成離子傳導(dǎo)性氧化物的元素的醇鹽化合物即可。當(dāng)由式LixAOy 表示時(shí),可通過使用Li供給化合物和A供給化合物作為醇鹽化合物來得到離子傳導(dǎo)性氧化 物,該醇鹽化合物是離子傳導(dǎo)性氧化物的原料。Li供給化合物的實(shí)例包括諸如乙醇鋰和甲 醇鋰的Li的醇鹽、醋酸鋰和氫氧化鋰。另外,A供給化合物的實(shí)例包括含A的醇鹽、醋酸鹽 和氫氧化物。具體而言,當(dāng)離子傳導(dǎo)性氧化物含有Nb時(shí),Nb供給化合物的實(shí)例包括Nb的醇 鹽,例如五乙醇鈮、五甲醇鈮、五異丙醇鈮、五丙醇鈮、五異丁醇鈮、五丁醇鈮和五仲丁醇鈮; 醋酸鈮;和氫氧化鈮。優(yōu)選對作為離子傳導(dǎo)性氧化物的原料的醇鹽化合物進(jìn)行干燥。
      [0054] 在S2中制備的醇鹽溶液中,可以與上述醇鹽化合物一起使用溶劑??稍赟2中使 用的溶劑沒有特別限定,只要能夠?qū)⑸鲜龃见}化合物溶解或分散于其中即可。優(yōu)選溶劑是 無水或脫水的醇,因?yàn)槟軌蚋行У匾种苹钚晕镔|(zhì)的劣化。具體而言,可使用醇,例如無水 或脫水乙醇、無水或脫水甲醇、無水或脫水丙醇以及無水或脫水丁醇。無水或脫水的醇溶劑 中的含水量不特別限定,但優(yōu)選為〇. 005質(zhì)量%或更小,更優(yōu)選為0. 0025質(zhì)量%或更小,并 且還更優(yōu)選0. 00025質(zhì)量%或更小。
      [0055] 在S2中制備的醇鹽溶液中,作為離子傳導(dǎo)性氧化物的原料的醇鹽化合物的含量 可根據(jù)在活性物質(zhì)顆粒的表面形成的涂覆層的組成來合適地設(shè)定。另外,在S2中醇鹽溶液 的制備方法不特別限定。另外,在S2中制備醇鹽溶液的氣氛不特別限定,但優(yōu)選為惰性氣 體氣氛。當(dāng)在活性物質(zhì)顆粒的表面形成含有LiNb03的涂覆層時(shí),在S2中,例如,在惰性氣 氛中將乙醇鋰粉末溶解在脫水乙醇中,并且隨后在攪拌下將具有1:1摩爾比(鋰:鈮)的 五乙醇鈮添加至該溶液。其結(jié)果,制備了含有鋰離子和鈮離子的醇鹽溶液。
      [0056] 3. 3?附著步驟(S3)
      [0057] 在附著步驟(以下也稱作"S3")中,通過使用流化床造粒涂覆機(jī)向活性物質(zhì)顆粒 噴霧醇鹽溶液,將在S2中制備的醇鹽溶液附著于在S1中制備的活性物質(zhì)顆粒的表面。同 時(shí),對附著于活性物質(zhì)顆粒的表面的醇鹽溶液進(jìn)行干燥。以下,流化床造粒涂覆機(jī)也稱作翻 轉(zhuǎn)流化床造粒涂覆機(jī)。其結(jié)果,得到粉末,其包括活性物質(zhì)顆粒和附著于該活性物質(zhì)顆粒的 表面的涂覆層前體。由于S3中的噴霧,醇鹽溶液附著于活性物質(zhì)顆粒的表面。由于S3中的 干燥,除去了諸如溶劑的揮發(fā)成分(其包含在附著于活性物質(zhì)顆粒的表面的醇鹽溶液中)。 以下,在S3的干燥后附著于活性物質(zhì)顆粒的表面的物質(zhì)也將被稱作"涂覆層前體"。
      [0058] 如上所述,為了降低涂覆層的厚度的不均勻,快速干燥附著于活性物質(zhì)顆粒的表 面的醇鹽溶液是有效的。從這種觀點(diǎn)考慮,在S3中,將翻轉(zhuǎn)流化床造粒涂覆機(jī)的進(jìn)氣溫度 調(diào)節(jié)至100°C或更高。其結(jié)果,由于可提高醇鹽溶液的干燥速度,可形成其中厚度的不均 勻降低的涂覆層前體,并且由此可在下述的加熱步驟中得到其中厚度的不均勻降低的涂覆 層。
      [0059] 可在S3中使用的翻轉(zhuǎn)流化床造粒涂覆機(jī)的實(shí)例包括Multiplex涂布機(jī)(由 Powrex公司制造)和流涂機(jī)(由Freund公司制造)。在S3中,當(dāng)著眼于一個(gè)活性物質(zhì)顆 粒時(shí),在向活性物質(zhì)顆粒噴霧醇鹽溶液之后立刻干燥該醇鹽溶液。接下來,重復(fù)向活性物質(zhì) 顆粒的醇鹽溶液的噴霧以及噴霧至活性物質(zhì)顆粒的醇鹽溶液的干燥直到附著于活性物質(zhì) 顆粒的表面的涂覆層前體具有目標(biāo)厚度。另外,當(dāng)著眼于在翻轉(zhuǎn)流化床造粒涂覆機(jī)中存在 的多個(gè)活性物質(zhì)顆粒時(shí),其上噴霧了醇鹽溶液的活性物質(zhì)顆粒以及其上醇鹽溶液被干燥的 活性物質(zhì)顆粒一起存在。因此,在S3中,醇鹽溶液附著于活性物質(zhì)顆粒。同時(shí),附著于活性 物質(zhì)顆粒的表面的醇鹽溶液被干燥。其結(jié)果,可得到粉末,其中涂覆層前體附著于活性物質(zhì) 顆粒的表面。在S3中,從更好地抑制活性物質(zhì)顆粒的劣化的觀點(diǎn)考慮,在實(shí)施上述噴霧和 干燥的翻轉(zhuǎn)流化床造粒涂覆機(jī)的容器內(nèi)的露點(diǎn)溫度優(yōu)選為_30°C或更低。
      [0060] 在翻轉(zhuǎn)流化床造粒涂
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