[发明专利]全固体电池

说明书

全固体电池具备正极层、负极层和固体电解质层，所述正极层具备正极集电体和形成在正极集电体上的正极合剂层，所述正极合剂层至少包含正极活性物质及粘结剂，所述负极层具备负极集电体和形成在负极集电体上的负极合剂层，所述负极合剂层至少包含负极活性物质及粘结剂，所述固体电解质层配置在正极合剂层与负极合剂层之间且至少包含具有离子导电性的固体电解质。

技术领域

本发明涉及正极层、负极层、固体电解质层及使用其的全固体电池。

背景技术

近年来，随着个人计算机、移动电话等电子设备的轻质化、无线化，需要开发能够反复使用的二次电池。作为二次电池，包括镍镉电池、镍氢电池、铅蓄电池、锂离子电池等，锂离子电池由于具有轻质、高电压、高能量密度的特征而备受注目。

锂离子电池包括正极层、负极层及配置在这两者之间的电解质，电解质使用的是使支撑盐、例如六氟化磷酸锂溶解于有机溶剂的电解液或固体电解质。现在，广泛普及的锂离子电池使用包含有机溶剂的电解液，因此为可燃性。因此，需要用于确保安全性的材料、结构、体系。对此，可认为：通过使用不燃性的固体电解质作为电解质，从而期待能够简化上述材料、结构、体系，能够实现能量密度的增加、制造成本的降低、生产率的提高。以下将使用固体电解质的锂离子电池称作“全固体电池”。

固体电解质可以大致分为有机固体电解质和无机固体电解质。有机固体电解质在25℃下离子电导率为10^-6S/cm左右，与电解液的10^-3S/cm相比极低。因此，难以使使用有机固体电解质的全固体电池在25℃的环境中工作。作为无机固体电解质，包括氧化物系固体电解质和硫化物系固体电解质。它们的离子电导率为10^-4～10^-3S/cm。氧化物系固体电解质的晶界阻力大。作为降低晶界阻力的手段，研究了粉体的烧结、薄膜化，但是，在烧结的情况下，因高温下的处理而使正极或负极的构成元素与固体电解质的构成元素相互扩散，因此难以得到充分的特性。因此，使用氧化物系固体电解质的全固体电池以薄膜形式的研究为主流。另一方面，与氧化物系固体电解质相比，硫化物系固体电解质的晶界阻力小，因此仅利用粉体的压缩成型便能得到良好的特性，因此近年来积极地进行研究。

涂布型全固体电池包括正极层、负极层和固体电解质层，所述正极层形成在由金属箔构成的集电体上且包含正极活性物质、固体电解质和粘结剂，所述负极层形成在由金属箔构成的集电体上且包含负极活性物质、固体电解质和粘结剂，所述固体电解质层配置在正极层和负极层之间且包含固体电解质和粘结剂。涂布型全固体电池通过使用有机溶剂将正极层、负极层、及固体电解质层的各材料进行浆料化、并在金属箔上成膜而制作，在使有机溶剂干燥时，释放大量的有机溶剂，因此在环境方面不优选。

日本特许第5686130号公报中公开了一种全固体电池的制造方法，其使用不含有机溶剂的正极层、负极层及固体电解质层的各材料、即含有正极活性物质、负极活性物质、固体电解质及粘结剂的低环境负荷型浆料。另外，在日本特开2015-225855号公报中公开了一种全固体电池的制造方法，其使用气溶胶沉积法，越接近固体电解质界面，固体电解质的比率配置得越高，越接近集电界面，活性物质的比率配置得越高，在全固体电池的厚度方向形成电极材料的连续的浓度梯度。

发明内容

本发明的全固体电池的一个实施方式为一种全固体电池，其具备正极层、负极层和固体电解质层，所述正极层具备形成在正极集电体上的至少包含正极活性物质及粘结剂的正极合剂层，所述负极层具备形成在负极集电体上的至少包含负极活性物质及粘结剂的负极合剂层，所述固体电解质层配置在正极合剂层与负极合剂层之间且至少包含具有离子导电性的固体电解质，其中选自正极合剂层、负极合剂层及固体电解质层的至少一层中所含的溶剂的浓度为50ppm以下，选自正极合剂层及负极合剂层的至少一层中所含的粘结剂的浓度在正极集电体附近或负极集电体附近高于固体电解质层附近。

根据本发明，提供环境负荷小且兼顾高密合强度和优异的电池特性(例如充放电特性)的全固体电池。

附图说明