[發明專利]全固體電池用正極板、全固體電池

在審

• 申請號: 201680006467.4
• 申請日: 2016-01-18
• 公開（公告）號: CN107210427A
• 公開（公告）日: 2017-09-26
• 發明（設計）人: 由良幸信;大平直人;小林伸行
• 申請（專利權）人: 日本礙子株式會社
• 主分類號: H01M4/131
• 分類號: H01M4/131;H01M10/052;H01M10/0562
• 代理公司: 北京旭知行專利代理事務所(普通合伙)11432
• 代理人: 王軼,鄭雪娜

技術領域

本發明涉及構成全固體電池的正極的全固體電池用正極板。

背景技術

以往，已知使用鋰氧化物作為構成全固體電池的正極的正極板(正極活性物質)，專利文獻1中公開了此種正極板之一例。該正極板是通過對含有Co₃O₄和取向促進劑的生片進行燒成并在其燒成體中導入鋰離子而得到的取向燒結板。通過在該取向燒結板的表面形成固體電解質層而形成全固體電池(全固體鋰電池)。

現有技術文獻

專利文獻

專利文獻1：國際公開第2010/074304號公報

發明內容

不過，本發明的發明人在此種全固體電池的開發階段得到如下見解：正極板的形成有固體電解質層的固體電解質層側表面的表面凹凸結構(表面凹凸的程度)會對電池性能帶來影響。具體而言，如果正極板的表面凹凸過大，則在充放電循環試驗時，容易在該凹凸部分發生局部的電場集中。例如，上述的專利文獻1中公開的全固體電池的正極板的表面粗糙度(表面粗糙度是表示表面凹凸結構的指標之一)處于超過0.8μm的程度的水平，擔心會在凹凸部分發生局部的電場集中。另一方面，如果正極板的表面凹凸過小，則在充放電時發生體積膨脹及體積收縮的情況下，固體電解質層容易從正極板上剝離，結果，無法得到全固體電池的所希望的循環特性。本發明的發明人對全固體電池的構成要素給全固體電池的電池性能(循環特性、倍率特性等)帶來的影響進行了潛心研究，結果得到以下見解：通過實施至少正極板的表面凹凸結構的優化，能夠抑制如上所述的局部的電場集中的發生，并且，能夠防止如上所述的剝離的發生，因此，能夠構建電池性能優異的全固體電池。

本發明是鑒于上述內容而實施的。即，本發明的目的之一是提供一種電池性能優異的全固體電池。

為了實現上述目的，本發明所涉及的全固體電池用正極板(以下也簡稱為“正極板”)構成包含由氧化物系陶瓷材料形成的固體電解質層的全固體電池的正極，形成固體電解質層的固體電解質層側表面(被覆蓋面)的表面粗糙度在0.1μm～0.7μm的范圍內。本發明的發明人反復實施了全固體電池的評價試驗，結果發現：至少將正極板的表面粗糙度調整到0.1μm～0.7μm的范圍內的情況下，與不在該范圍內的情形相比，能夠將全固體電池的電池性能維持在較高的水平。即，如果正極板的表面粗糙度低于0.1μm，則固體電解質層容易因充放電時的正極板的體積膨脹及體積收縮而從正極板上剝離，導致循環特性降低。另外，如果正極板的表面粗糙度超過0.7μm，則在充放電循環試驗時，容易在表面的凹凸部分發生局部的電場集中。因此，通過將正極的表面粗糙度調整到0.1μm～0.7μm的范圍內，能夠構建循環特性特別優異的全固體電池。

另外，形成于上述構成的固體電解質層側表面的固體電解質層的厚度優選在1.0μm～6.0μm的范圍內。由此，能夠通過固體電解質層的成膜條件來調整膜應力，因此，能夠抑制固體電解質層剝離而減少局部的短路。因此，通過將厚度被調整到1.0μm～6.0μm的范圍內的固體電解質層形成于表面粗糙度被調整到0.1μm～0.7μm的范圍內的正極板，能夠構建特別是循環特性及倍率特性兩者均優異的全固體電池。

另外，形成于上述構成的固體電解質層側表面的固體電解質層的厚度優選在0.5μm～3.0μm的范圍內。將固體電解質層的厚度調整到0.5μm～3.0μm的范圍內的情況下，與不在該范圍內的情形相比，能夠將全固體電池的電池性能維持在更高的水平。即，通過使固體電解質層的厚度為0.5μm以上，能夠使固體電解質層不易產生缺陷。另外，通過使固體電解質層的厚度為3.0μm以下，能夠抑制在固體電解質層內的剝離，并且，抑制固體電解質層自身的電阻增加，因此，能夠使倍率特性得到提高。因此，通過將厚度被調整到0.5μm～3.0μm的范圍內的固體電解質層形成于表面粗糙度被調整到0.1μm～0.7μm的范圍的正極板，能夠構建特別是循環特性及倍率特性兩者均特別優異的全固體電池。

上述構成的全固體電池用正極板的厚度優選在10μm～60μm的范圍內。由此，能夠提供厚度適合于全固體電池的正極板。

上述構成的全固體電池用正極板優選包含鈷酸鋰，且固體電解質層由鋰磷氧氮系陶瓷材料形成，該鋰磷氧氮系陶瓷材料是氧化物系陶瓷材料中的一種。由此，能夠提供適合于全固體鋰電池的正極板。

如上所述，根據本發明，通過調整至少正極板的形成固體電解質層的固體電解質層側表面的表面凹凸結構，能夠提供電池性能優異的全固體電池。

附圖說明