[發明專利]全固體電池

有效

• 申請號: 201810075259.0
• 申請日: 2018-01-25
• 公開（公告）號: CN108390066B
• 公開（公告）日: 2022-03-15
• 發明（設計）人: 長谷川賢太;黑宮孝雄
• 申請（專利權）人: 松下知識產權經營株式會社
• 主分類號: H01M4/62
• 分類號: H01M4/62;H01M10/0562
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 蔣亭

全固體電池具備正極層、負極層和固體電解質層，所述正極層具備正極集電體和形成在正極集電體上的正極合劑層，所述正極合劑層至少包含正極活性物質及粘結劑，所述負極層具備負極集電體和形成在負極集電體上的負極合劑層，所述負極合劑層至少包含負極活性物質及粘結劑，所述固體電解質層配置在正極合劑層與負極合劑層之間且至少包含具有離子導電性的固體電解質。

技術領域

本發明涉及正極層、負極層、固體電解質層及使用其的全固體電池。

背景技術

近年來，隨著個人計算機、移動電話等電子設備的輕質化、無線化，需要開發能夠反復使用的二次電池。作為二次電池，包括鎳鎘電池、鎳氫電池、鉛蓄電池、鋰離子電池等，鋰離子電池由于具有輕質、高電壓、高能量密度的特征而備受注目。

鋰離子電池包括正極層、負極層及配置在這兩者之間的電解質，電解質使用的是使支撐鹽、例如六氟化磷酸鋰溶解于有機溶劑的電解液或固體電解質。現在，廣泛普及的鋰離子電池使用包含有機溶劑的電解液，因此為可燃性。因此，需要用于確保安全性的材料、結構、體系。對此，可認為：通過使用不燃性的固體電解質作為電解質，從而期待能夠簡化上述材料、結構、體系，能夠實現能量密度的增加、制造成本的降低、生產率的提高。以下將使用固體電解質的鋰離子電池稱作“全固體電池”。

固體電解質可以大致分為有機固體電解質和無機固體電解質。有機固體電解質在25℃下離子電導率為10^-6S/cm左右，與電解液的10^-3S/cm相比極低。因此，難以使使用有機固體電解質的全固體電池在25℃的環境中工作。作為無機固體電解質，包括氧化物系固體電解質和硫化物系固體電解質。它們的離子電導率為10^-4～10^-3S/cm。氧化物系固體電解質的晶界阻力大。作為降低晶界阻力的手段，研究了粉體的燒結、薄膜化，但是，在燒結的情況下，因高溫下的處理而使正極或負極的構成元素與固體電解質的構成元素相互擴散，因此難以得到充分的特性。因此，使用氧化物系固體電解質的全固體電池以薄膜形式的研究為主流。另一方面，與氧化物系固體電解質相比，硫化物系固體電解質的晶界阻力小，因此僅利用粉體的壓縮成型便能得到良好的特性，因此近年來積極地進行研究。

涂布型全固體電池包括正極層、負極層和固體電解質層，所述正極層形成在由金屬箔構成的集電體上且包含正極活性物質、固體電解質和粘結劑，所述負極層形成在由金屬箔構成的集電體上且包含負極活性物質、固體電解質和粘結劑，所述固體電解質層配置在正極層和負極層之間且包含固體電解質和粘結劑。涂布型全固體電池通過使用有機溶劑將正極層、負極層、及固體電解質層的各材料進行漿料化、并在金屬箔上成膜而制作，在使有機溶劑干燥時，釋放大量的有機溶劑，因此在環境方面不優選。

日本特許第5686130號公報中公開了一種全固體電池的制造方法，其使用不含有機溶劑的正極層、負極層及固體電解質層的各材料、即含有正極活性物質、負極活性物質、固體電解質及粘結劑的低環境負荷型漿料。另外，在日本特開2015-225855號公報中公開了一種全固體電池的制造方法，其使用氣溶膠沉積法，越接近固體電解質界面，固體電解質的比率配置得越高，越接近集電界面，活性物質的比率配置得越高，在全固體電池的厚度方向形成電極材料的連續的濃度梯度。

發明內容

本發明的全固體電池的一個實施方式為一種全固體電池，其具備正極層、負極層和固體電解質層，所述正極層具備形成在正極集電體上的至少包含正極活性物質及粘結劑的正極合劑層，所述負極層具備形成在負極集電體上的至少包含負極活性物質及粘結劑的負極合劑層，所述固體電解質層配置在正極合劑層與負極合劑層之間且至少包含具有離子導電性的固體電解質，其中選自正極合劑層、負極合劑層及固體電解質層的至少一層中所含的溶劑的濃度為50ppm以下，選自正極合劑層及負極合劑層的至少一層中所含的粘結劑的濃度在正極集電體附近或負極集電體附近高于固體電解質層附近。

根據本發明，提供環境負荷小且兼顧高密合強度和優異的電池特性(例如充放電特性)的全固體電池。

附圖說明