[发明专利]非水电解质电池

说明书

技术领域

本发明涉及非水电解质电池，该非水电解质电池包括正极层、负极层、以及设置于这些层之间的固体电解质层。

背景技术

非水电解质电池具有长寿命、高效率和高容量，并且用于便携式电话、笔记本电脑和数码相机等便携设备。这种非水电解质电池的代表性例子包括锂电池和锂离子二次电池（下文简称为“锂基电池”），其利用正极层和负极层之间的锂离子的给予和接受反应。

这种锂基电池包括含有正极活性材料的正极层、含有负极活性材料的负极层、以及设置于这些层之间的电解质层。二次电池通过锂（Li）离子穿过电解质层在正极层和负极层之间转移来进行充电和放电。另外，最近几年提出了使用无机固体电解质代替有机电解液的全固态电池（例如，参考专利文献1至3）。

关于制造全固态电池的技术，专利文献1陈述了将正极活性材料粉末、电解质材料粉末和负极活性材料粉末装入到预定的模具中并进行压制。另一方面，专利文献2和3陈述了通过气相法将正极层、固体电解质层和负极层依次成膜，从而将其层叠在一起。

专利文献3还公开了负极活性材料的使用，该负极活性材料为（例如）石墨或硬碳等碳材料、硅（Si）、氧化硅（SiO_x(0<x<2)）、锡合金、氮化锂钴（LiCoN）、Li金属、或锂合金（如LiAl）（专利文献3的第0050段）。

引用列表

专利文献

专利文献1：日本未审查专利申请公开No.2001-273928

专利文献2：日本未审查专利申请公开No.2009-199920

专利文献3：日本未审查专利申请公开No.2004-335455

发明内容

技术问题

然而，很难使现有的全固态非水电解质电池（锂基电池）的容量和体积功率密度（每单位体积的功率密度）都得到提高。

例如，在专利文献1所述的粉末型的情况中（其中所有的构成部件，即正极层、固体电解质层和负极层，均通过粉末成形而形成），正极层和负极层具有大的厚度，从而易于确保容量；然而，固体电解质层也具有大的厚度，从而导致体积功率密度下降。另一方面，在专利文献2和3所述的成膜型的情况中（其中所有的构成部件，即正极层、固体电解质层和负极层，均通过气相法而形成为膜），该固体电解质层具有小的厚度从而易于确保体积功率密度；然而，该正极层和负极层也具有小的厚度，从而导致容量降低。

基于上述情况进行了本发明。本发明的目的在于提供一种非水电解质电池，该非水电解质电池具有高容量和高体积功率密度，并且可以具有增强的充放电循环能力。

问题的解决手段

本发明的发明人进行了深入的研究并因而发现以下结果。

本发明的发明人认为通过粉末成形来形成负极层并通过气相法将固体电解质层形成为膜，能够同时提高电池的容量和体积功率密度。这样，通过下述方法实际上制造了全固态非水电解质电池，该方法为：制备正极部件，其中LiCoO₂粉末成形体充当正极层，并通过气相法在该正极层上形成膜状固体电解质层；以及制备负极部件，其中石墨粉末成形体充当负极层，并通过气相法在该负极层上形成膜状固体电解质层；以相互接触的方式布置这些部件，使得这些部件的固体电解质层彼此相对并将这些部件接合到一起。对该电池进行充放电循环测试。其结果是，在该电池中，在循环测试的初始阶段发生了内部短路，并且发现该电池在充放电循环能力方面存在问题。这可能是因为在充放电过程中负极层发生了膨胀和收缩，由此所产生的应力导致在固体电解质层中产生了裂纹；在重复的充放电过程中沉积在负极层表面上的Li以树枝状生长，从而贯穿于该裂纹；Li树枝状晶体到达正极层而导致内部短路。另外，在充放电过程中负极层的膨胀和收缩可能导致负极层和固体电解质层之间粘着力降低。这种情况下，层间界面处的Li离子转移阻力可能会增加，从而导致充放电循环能力的下降。

本发明的发明人发现了上述结果并完成了本发明。

（1）根据本发明的非水电解质电池包括正极层、负极层以及设置于这些层之间的固体电解质层。所述负极层含有负极活性材料的粉末和固体电解质的粉末。在负极活性材料中，充放电体积变化率为1%以下，并且粉末的平均粒径为8μm以下。所述固体电解质层通过气相法形成。

在此构成中，负极层通过粉末成形而形成，并且固体电解质层通过气相法而形成为膜。由此能够使容量和体积功率密度均得到提高。