[发明专利]全固态锂电池及其生产方法

说明书

技术领域

本发明涉及包括被固体电解质分开的第一和第二电极的全固态锂电池。

本发明还涉及一种生产这样的电池的方法。

背景技术

已经对开发在高温和/或高压下工作(也被称为“全固态(all-solid-state)”)的可再充电的电化学锂电池进行了的许多工作。全固态锂电池由通过在微电子工业中使用的常规技术特别是如物理气相沉积(PVD)、化学气相沉积(CVD)或平版印刷术相继沉积到基底上的薄固体层的多层堆叠组成。这样的电池特别地在如其中它们经历恶劣的使用条件(高温和/或高压)的核和航空航天技术这样的领域中发现应用。

对于高温和/或高压下的应用，陶瓷和玻璃-陶瓷材料是用于全固态锂电池中的固体电解质的有前途的材料，因为它们高的电导率和在高温下极好的稳定性。在大部分具有最高锂离子电导率的已知陶瓷中，可提及锂和钛酸镧的钙钛矿Li_3xLa_2/3-x1/3-xTiO₃(LLTO)，具有称为NaSICON(Na超离子导体)的晶体学结构的锂基超离子导体型材料。

然而，在低工作电位下在该类型的固体电解质和负极之间已经观察到电化学还原的寄生反应，在固体电解质内产生电子导电性。目前，在锂电池中使用陶瓷和玻璃-陶瓷材料可仅在与具有足够高的工作电位以避免电解质与所述负极的电化学还原的负极合作中起作用。例如，对于常规的钙钛矿-LLTO电解质，负极必须由具有高于1.8V/Li⁺/Li的工作电位的材料形成，以免固体电解质内部的电子导电性的发生。同样地，对于常规的“NaSICON”电解质，负极必须由具有高于1.8V和2.4V/Li⁺/Li之间的工作电位的材料形成。

研究已经被开展以避免固体电解质与负极的电化学还原，并且已经致力于固体电解质本身的改进。作为实例，文献US-A-20080268346描述由玻璃-陶瓷粉末和通过聚氧化乙烯和其它有机聚合物的混合物形成的共聚物组成。但是，所提出的方案并不完全令人满意，因为电解质中碳链的加入增加电解质的电子导电性，并且诱发电解质稳定性的显著降低。

还提出了另一替代方式，并且其在于引入在负极和玻璃-陶瓷型固体电解质之间隔层(interlayer)的保护层。例如，文献US-A-20040131944显示了由氮化的材料例如锂磷氮氧化合物(LiPON)、Li₃N或Cu₃N形成的保护隔层。但是，这样的层的引入特别是通过减少总的离子电导率(其随后位于10^-7S/cm-10^-6S/cm)而影响电池的电化学性能。

发明内容

本发明的目的是提出能在高温和/或高压下使用的锂电池。

本发明的目的还在于生产具有改善的电化学性能并且在高温和/或高压下稳定特别是具有最高达900℃的温度强度(temperature strength)的全固态锂电池。

本发明的另一目的涉及生产这样的电池的方法，该方法简单、便于实施并且便宜。

根据本发明，这些目的通过指出的权利要求的全固态锂电池及其生产方法实现。

附图说明

其它优点和特征将从作为非限制性的实例给出的和以附图表示的本发明的具体实施方式的以下说明中更清楚地出现，其中：

-图1表示根据本发明的一个具体实施方式的锂电池的示意性截面图，

-图2表示根据本发明的一个具体实施方式的锂电池的示意性截面图，

-图3和4表示根据本发明的一个具体实施方式的电极的示意性截面图，

-图5和6分别表示通过相(phase)原子力显微术(AFM)获得的本发明的TiO₂/LiNO₃电极的第一和第二主面的图像，

-图7表示对于根据图5和6的TiO₂/LiNO₃电极获得的X-射线衍射(XRD)图(曲线A)和商业TiO₂的对比XRD图(曲线B)。

具体实施方式

根据图1中表示的本发明的特定实施方式，全固态锂电池包括薄固体层的叠层1。叠层1由被固体电解质4分开的第一和第二电极(分别为2和3)形成。

第一和第二电极(分别为2和3)的厚度优选为0.1μm-100μm。