[發明專利]全固態電池

無效

• 申請號: 201110344937.7
• 申請日: 2011-11-04
• 公開（公告）號: CN102468476A
• 公開（公告）日: 2012-05-23
• 發明（設計）人: 上野幸義;西野典明;土田靖
• 申請（專利權）人: 豐田自動車株式會社
• 主分類號: H01M4/13
• 分類號: H01M4/13;H01M10/0525
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 顧晉偉;王春偉

技術領域

本發明涉及具有降低的擴散電阻和改善的速率特性的全固態電池。

背景技術

近年來，隨著信息相關設備和通信設備如個人計算機、攝錄機和移動電話的快速發展，開發用作信息相關設備或通信設備的電源的電池變得重要。此外，在機動車行業等中，已經在進行用于電動車輛或混合型動力車輛的高功率和高容量電池的開發。目前，在多種電池中，鋰電池由于高能量密度而變成關注的焦點。

目前的市售鋰電池采用包含易燃有機溶劑的電解質溶液。因此，必須安裝在短路時抑制溫度升高的安全裝置，或改進用于防止短路的結構或材料。與此相反，用固體電解質層替代電解質溶液的全固態鋰電池在電池中不使用易燃的有機溶劑。為此，認為全固態電池的安全裝置得以簡化，并且全固態電池在制造成本或生產力方面優異。

通常，在這種全固態鋰電池的電極中，為了提高鋰離子電導率，混合并使用固體電解質材料。例如，日本專利申請公開2009-146657(JP-A-2009-146657)描述了一種固體電解質鋰二次電池，其中正電極、固體電解質層(SE)和負電極集流器被順序層疊在板狀正電極集流器的每個表面上。在正電極中，形成包含正電極活性材料粉末和固體電解質粉末的正電極混合物層。原因如下：形成層結構，使得插入與正電極或負電極具有高附著力的固體電解質，由此降低因充電和放電導致的正電極和負電極的膨脹和收縮而引起的電池翹曲、變形和開裂。

此外，全固態鋰電池例如需要具有進一步高的容量和高的功率以用作車載電池，并且用于使電池具有高容量的方法是增加電極活性材料層的厚度。然而，存在如下問題：由于電極活性材料層的厚度增加，所以該方法導致電阻增加，因此，輸出特性劣化。作為解決上述問題的措施，例如，日本專利申請公開2006-210003(JP-A-2006-210003)描述了一種包括集流器和活性材料層的電池電極。活性材料層包含活性材料，并且形成在集流器的表面上。在電池電極中，活性材料的比表面積從活性材料層的表面朝向集流器增加。這意圖以如下方式提高電池的耐久性：活性材料的比表面積從活性材料層的表面朝向活性材料層的集流器增加，以減少活性材料層的厚度方向上的不均勻反應，甚至在高功率條件下充電和放電期間也是如此。此外，日本專利4055671描述了一種用于非水電解質電池的電極。在包含全固態聚合物電解質或聚合物凝膠電解質作為電解質并且形成在集流器上的電極活性材料層中，電極具有濃度梯度，使得除電解質之外的固體內含物的濃度從電極活性材料層的表面朝向集流器增加。日本專利申請公開2010-27530(JP-A-2010-27530)描述了一種包括集流器和形成在集流器表面上的活性材料層的電池電極。在電池電極中，活性材料層中包含的活性材料的濃度從集流器朝向活性材料層的表面增加。

需要進一步降低擴散電阻和進一步提高速率特性的全固態電池。

發明內容

本發明提供一種具有降低的擴散電阻和提高的速率特性的全固態電池。

本發明的一個方面提供一種全固態電池。所述全固態電池包括：正電極，其包括正電極集流器和正電極活性材料層，其中所述正電極活性材料層形成在所述正電極集流器上并且包含正電極活性材料和固體電解質材料；負電極，其包括負電極集流器和負電極活性材料層，其中所述負電極活性材料層形成在所述負電極集流器上并且包含負電極活性材料和固體電解質材料；和固體電解質層，其形成在所述正電極和所述負電極之間，其中所述正電極和所述負電極中的至少其一的所述電極活性材料層具有如下組成分布：由所述電極活性材料層的一部分中包含的所述電極活性材料的體積相對于所述電極活性材料層的所述部分中包含的所述固體電解質材料的體積之比表示的局部體積比，隨所述電極活性材料層的所述部分在所述電極活性材料層的厚度方向上從所述固體電解質層的界面向所述集流器的界面接近而增加，和所述電極活性材料層的空隙率隨所述電極活性材料層的所述部分在所述電極活性材料層的厚度方向上從所述固體電解質層的界面向所述集流器的界面接近而增加。