[發明專利]非水電解質電池

無效

• 申請號: 201080044512.8
• 申請日: 2010-10-01
• 公開（公告）號: CN102576909A
• 公開（公告）日: 2012-07-11
• 發明（設計）人: 小川光靖;上村卓;吉田健太郎;神田良子
• 申請（專利權）人: 住友電氣工業株式會社
• 主分類號: H01M10/0585
• 分類號: H01M10/0585;H01M4/131;H01M4/134;H01M10/052;H01M10/0562
• 代理公司: 北京天昊聯合知識產權代理有限公司 11112
• 代理人: 丁業平;張天舒

技術領域

本發明涉及具有高充電-放電循環性能的非水電解質電池。

背景技術

非水電解質電池被用作較小型電氣設備(如便攜設備)的電源。這些非水電解質電池的代表性例子是鋰離子二次電池(以下簡稱為鋰二次電池)，其在正極和負極中采用了鋰離子的嵌入和脫嵌反應。

所述鋰二次電池通過鋰(Li)離子經電解質層在正極層和負極層之間移動來進行充電和放電。近年來，已經對這樣的全固態鋰二次電池進行了研究，所述鋰二次電池具有由不可燃的無機固體電解質替代有機電解質溶液所形成的電解質層(例如參考專利文獻1)。

專利文獻1提出了通過氣相法(例如濺射法或氣相沉積法)形成正極層、負極層和固體電解質層的薄膜電池。專利文獻1還披露了負極層(第二電極)是由(例如)碳材料(如石墨或硬碳)、硅(Si)、氧化硅(SiO_x(0＜x＜2))、錫合金、鋰-鈷氮化物(LiCoN)、Li金屬或鋰合金(如LiAl)而構成的(專利文獻1的0050段)。

引用列表

專利文獻

專利文獻1：日本未審查專利申請公開No.2004-335455

發明內容

技術問題

然而，現有的鋰二次電池(例如專利文獻1中披露的那些)所具有的問題是電池容量隨著反復充電和放電而降低。因此，期望進一步提高充電-放電循環性能。

例如，當負極層由與Li發生合金化的元素(如Si)形成時，在充電和放電時所述負極層的體積隨著Li離子的嵌入和脫嵌而大幅度地變化。因此，負極層傾向于與固體電解質層分開。

另一方面，當負極層由Li金屬或鋰合金形成時，在負極層和固體電解質層之間的界面處會發生在充電時Li析出，放電時Li溶解的現象。因此，隨著反復充電和放電，難以維持負極層和固體電解質層之間的結合。當負極層和固體電解質層之間的結合被如此破壞后，電池的有效面積減少且電池容量降低。

本發明就是在這樣的情況下完成的。本發明的一個目的在于提供一種非水電解質電池，該非水電解質電池即使在反復進行充電和放電之后仍能夠保持負極層和固體電解質層之間的結合，并且具有高充電-放電循環性能。

解決問題的手段

本發明通過提供設置在負極層和固體電解質層之間并將這些層結合在一起的邊界層，并且通過限定所述邊界層的厚度從而實現上述目的。

(1)根據本發明的非水電解質電池包括正極層、負極層和介于正極層和負極層之間的固體電解質層，其中在負極層和固體電解質層之間設置邊界層，所述負極層至少含有Li，所述邊界層至少含有元素周期表中的第14族元素，并且所述邊界層的厚度小于或等于50nm。

在根據本發明的包括邊界層的非水電解質電池中，所述邊界層促進了在充電時Li離子向負極層的擴散(即，Li離子從正極層向負極層移動)。尤其是，含有元素周期表中第14族元素的邊界層具有這樣的高性能(擴散性能)：在充電時使從正極層穿過固體電解質層而移動的Li離子嵌入并允許Li離子擴散至負極層中。因此，在根據本發明的構造中，Li不太可能在充電時在負極層和固體電解質層之間的界面處析出，并且這兩層之間的界面的擴大可以得到抑制。因此，即使是重復進行充電和放電，負極層和固體電解質層之間的結合也足以得到保持，并且電池容量不太可能降低。元素周期表中的第14族元素在邊界層中的含量優選為大于或等于50質量％，更優選大于或等于80質量％。

所述邊界層的厚度為小于或等于50nm。當邊界層的厚度大于50nm時，邊界層表現出使Li離子嵌入其內的能力而不是允許Li離子向負極層擴散的能力。因此，邊界層的體積發生大幅度變化并且負極層和固體電解質層之間的界面處的結合也可能被破壞。邊界層的厚度優選為小于或等于20nm。當邊界層的厚度過小時，由存在邊界層所帶來的優點可能不足并且負極層和固體電解質層間的界面處的結合也可能被破壞。因此，邊界層的厚度大于0，優選大于5nm，更優選大于或等于10nm。

對負極層的厚度沒有特別限定，優選為0.1μm至10μm。當所述厚度在這一范圍內時，可提供具有適用于多種應用的電池容量的電池。負極層的厚度更優選為0.5μm至2μm。

以下將對本發明的優選實施方案進行描述。

(2)在電池中，在平面圖中，邊界層的面積優選等于或小于負極層的面積。