[发明专利]电力存储装置和用于制造电力存储装置的方法

说明书

技术领域

本发明涉及电力存储装置及其制造方法。

背景技术

近年来，诸如锂离子二次电池和锂离子电容器的电力存储装置的开发已经进行。二次电池中，利用包含锂的金属氧化物（诸如磷酸铁锂）来形成的锂离子电池具有高电容和高安全性。

作为用于二次电池的正电极的磷酸铁锂的典型结构的示例，有包含二价铁离子（在下文中称为Fe（II））的橄榄石结构的LiFePO₄和包含三价铁离子（在下文中称为Fe（III））的NASICON结构的Li₃Fe₂(PO₄)₃。包含Fe（II）的橄榄石结构的LiFePO₄为良好的正电极材料，该材料具有高电容和高放电电位（参见专利文献1）。

在磷酸铁锂用作正电极的活性物质的电池中，由于锂离子的插入和抽出，在铁中发生氧化还原反应。例如，已知的是，在具有橄榄石结构的LiFePO₄中，由于锂离子的插入和抽出，在Fe（II）和Fe（III）之间发生氧化还原反应。以类似方式，在包含Fe（III）的磷酸铁锂（诸如具有NASICON结构的Li₃Fe₂(PO₄)₃）中，在Fe（III）和Fe（II）之间发生氧化还原反应（参见专利文献2）。

其电极通过用于形成薄膜的技术（例如，溅射法）来形成的薄膜电池具有诸如良好的柔性和高耐久性的特性，且近年来引起了关注。在许多情况下，通过溅射法形成的磷酸铁锂具有非晶结构。此外，在经受热处理时，具有非晶结构的磷酸铁锂能够变成具有结晶结构的磷酸铁锂，诸如具有橄榄石结构的LiFePO₄或具有NASICON结构的Li₃Fe₂(PO₄)₃。具有非晶结构的磷酸铁锂和具有结晶结构的磷酸铁锂能够用作正电极的活性物质。

[专利文献]

专利文献 1：日本专利申请公开No.2008-257894

专利文献 2：PCT国际申请No. 2000-509193的日语译文。

发明内容

然而，在包含Fe（II）的橄榄石结构的LiFePO₄中，Fe（II）容易被大气中的氧氧化成Fe（III）。例如，在对通过用于形成薄膜的技术而形成的具有非晶结构的磷酸铁锂进行热处理的步骤中，热处理气氛中剩余的氧使Fe（II）氧化，并且具有非晶结构的磷酸铁锂变成包含Fe（III）的具有NASICON结构的Li₃Fe₂(PO₄)₃，这是有问题的。此外，甚至在不对其进行热处理的具有非晶结构的磷酸铁锂中，通过空气中的氧而发生自然氧化，使得包含Fe（III）的具有NASICON结构的Li₃Fe₂(PO₄)₃形成于表面上。控制自然氧化是相对困难的，这使得难以控制具有NASICON结构的磷酸铁锂的厚度，并且降低了其作为正电极的活性物质的可靠性。

另一方面，在从Fe（III）至Fe（II）的还原发生在包含Fe（III）的具有NASICON结构的磷酸铁锂中的情况下，需要将锂离子插入至包含Fe（III）的磷酸铁锂。因此，在包含Fe（III）的具有NASICON结构的磷酸铁锂用作正电极的活性物质时，需要将包含锂的材料用于负电极。

然而，在使用一般用作锂离子电池中的负电极材料的石墨的情况下，石墨需要预先掺杂有锂，这使得工序复杂化。能够给出钛酸锂(Li₄Ti₅O₁₂)作为包含锂的负电极材料的示例，但具有比石墨更高的还原电位且也使得电池电位更低。此外，在利用锂金属形成负电极时，生成了沉淀物并且正电极和负电极短路，这是有问题的。由于以上原因，在利用包含锂的材料形成负电极时，难以制造简单的具有高可靠性和高电池电位的电力存储装置。

本发明的一个实施例的目的在于，提供具有有利的电池特性的电力存储装置以及电力存储装置的制造方法。