[发明专利]全固态电池及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及具有高能量密度的全固态电池以及用于制造全固态电池的方法。

背景技术

近年来，信息相关设备和通信设备如个人电脑、摄录机和便携式电话的快速普及伴随着针对开发在前述设备中用作电源的电池的努力。另外，用于电动汽车和混合动力汽车的高输出和高容量电池也是汽车行业及其他行业正在进行研究的课题。目前，锂电池由于其高能量密度而在各种电池类型中占主导地位。

目前市售的锂电池利用含有可燃性有机溶剂的液体电解质。因此，必须给电池安装抑制短路期间温度上升的安全装置，并且还需要改进结构和材料以防止短路。相比之下，作为其中将电解质溶液替换为电解质层的全固态电池的锂电池在其内部不使用可燃性有机溶剂，并且可证明导致较简单的安全装置，同时在制造成本和生产率方面优异。

作为用于制造全固态电池的方法，例如日本专利申请公开第2012-069248(JP-2012-069248A)号公开了一种用于制造全固态电池的方法，所述方法包括：将固体电解质层叠在由正电极活性材料和固体电解质构成的正电极混合体上，之后进行压力成型，以产生正电极构件的步骤；将固体电解质层叠在由负电极活性材料和固体电解质构成的负电极混合体上，之后进行压力成型，以产生负电极构件的步骤；以及对前述步骤中所得到的正电极构件和负电极构件进行压力成型，使各自的固体电解质相互结合的步骤。

发明内容

就改善全固态电池的性能而言，需要更高的能量密度。因而，本发明的一个目的是提供一种具有高能量密度的全固态电池。

本发明的第一方面涉及一种全固态电池，所述全固态电池具有其中正电极活性材料和负电极活性材料以分散状态存在的混合电极层。在正电极活性材料与负电极活性材料之间的界面处形成固体电解质部，所述固体电解质部包含至少一种构成正电极活性材料的元素和至少一种构成负电极活性材料的元素。在正电极活性材料的部分之间的界面处和在负电极活性材料的部分之间的界面处没有形成固体电解质部。正电极活性材料是具有Li、Ni和Mn的尖晶石结构型氧化物，并且负电极活性材料是包含Al和Mg的合金。

在上述构造中，固体电解质部选择性地形成在需要的部分处，因此可相对地增加活性材料的比例，并且可以得到具有高能量密度的全固态电池。此外，全固态电池具有混合电极层，因此在提高能量密度方面特别有利。具有Li、Ni和Mn的尖晶石结构型氧化物可用作正电极活性材料。该活性材料提供高电势，因此可实现传送大电动势(电池电压)的全固态电池。

本发明的第二方面涉及一种全固态电池，所述全固态电池具有其中正电极活性材料和负电极活性材料以分散状态存在的混合电极层，其中在正电极活性材料与负电极活性材料之间的界面处形成固体电解质部，所述固体电解质部包含至少一种构成正电极活性材料的元素和至少一种构成负电极活性材料的元素。在正电极活性材料的部分之间的界面处和在负电极活性材料的部分之间的界面处没有形成固体电解质部。正电极活性材料是具有Li和Co的岩盐层状型氧化物，并且负电极活性材料是Nb氧化物。

在上述构造中，固体电解质部选择性地形成在需要的部分处，因此可相对地增加活性材料的比例，并且可以得到具有高能量密度的全固态电池。本发明的全固态电池可以具有混合电极层，并且在提高能量密度方面特别有利。另外，使用具有Li和Co的岩盐层状型氧化物作为正电极活性材料，并且使用Nb氧化物作为负电极活性材料。这些活性材料具有高的电子电导率，因此可实现适用于高输出的全固态电池。

本发明的第三方面是一种用于制造全固态电池的方法，其中所述方法包括：制备其中正电极活性材料与负电极活性材料彼此接触的电极构件；和对电极构件进行热处理，从而在正电极活性材料与负电极活性材料之间的界面处形成固体电解质部，所述固体电解质部包含至少一种构成正电极活性材料的元素和至少一种构成负电极活性材料的元素。正电极活性材料是具有Li、Ni和Mn的尖晶石结构型氧化物，并且负电极活性材料是包含Al和Mg的合金。

在上述方法中，固体电解质部可以选择性地形成在需要的部分处，因此可相对地增加活性材料的比例，并且可得到具有高能量密度的全固态电池。

本发明的第四方面是一种用于制造全固态电池的方法，其中所述方法包括：制备其中正电极活性材料与负电极活性材料彼此接触的电极构件；和对电极构件进行热处理，从而在正电极活性材料与负电极活性材料之间的界面处形成固体电解质部，所述固体电解质部包含至少一种构成正电极活性材料的元素和至少一种构成负电极活性材料的元素。正电极活性材料是具有Li和Co的岩盐层状型氧化物，并且负电极活性材料是Nb氧化物。