[发明专利]正极合剂和全固态型锂硫电池

说明书

技术领域

本发明涉及正极合剂和全固态型锂硫电池。

背景技术

已知硫的理论容量非常高，为约1672mAh/g，对使用硫作为正极活性物质的锂硫电池正在积极地进行研究。

锂硫电池可大致分成使用液体电解质作为电解质的液体型锂硫电池、和使用固体电解质作为电解质的全固态型锂硫电池。

在液体型锂硫电池中，通过锂离子与硫的反应而生成的多硫化锂会溶出到电解质溶液中，存在对电池的充放电容量和寿命产生不良影响的问题。

与此相对，全固态型锂硫电池不会产生多硫化锂溶出至电解质溶液中的问题，因此适合于电池的充放电容量的维持和长寿命化。另外，由于不含可燃性的有机溶剂，因而不用担心引起漏液和起火，可以确保安全性；不需要隔膜等等，全固态型锂硫电池所具有的优异特性受到关注。

在全固态型锂硫电池的正极合剂层中，在下式(1)所示的可逆反应中，放电时优先进行向右的反应，充电时优先进行向左的反应。

但是，在全固态型锂硫电池中，负极、固体电解质层和正极合剂层实质上不含有溶剂，而且作为正极活性物质包含于正极合剂层中的硫为电绝缘性，因此正极合剂层中的电子传导性和锂离子传导性非常低。所以，在充放电时上述式(1)所示的反应缺乏反应性，存在无法确保充分的充放电容量的问题。

在专利文献1中，作为全固态锂电池的正极中所用的电极材料，提出了一种电极材料，该电极材料包含硫、导电性物质、以及含有锂原子、磷原子和硫原子的固体电解质。该文献认为，利用上述电极材料能够提高全固态锂电池的电池性能。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：国际公开第2013/076955号

发明内容

发明要解决的问题

但是，实际上，对于专利文献1中记载的全固态锂电池用电极材料来说，即便假设智能手机或个人电脑等低输出功率用途，在以非实用的低电流进行使用时也还好，但以实用的电流使用时，有时难以确保充分的充放电容量。

即，对具备现有的正极合剂层的全固态型锂硫电池来说，充放电容量还需要改善，目前在实现也可耐受实用的高电流下的使用的全固态型锂硫电池的方面，存在无法充分发挥硫所具有的优异物性的问题。

本发明的目的在于提供一种正极合剂，该正极合剂最大限度地发挥硫所具有的优异物性，能够适合用于具有优异的充放电容量的全固态型锂硫电池的正极合剂层。另外，本发明的目的在于提供一种全固态型锂硫电池，该全固态型锂硫电池具备包含上述正极合剂的正极合剂层。

用于解决课题的方案

本发明人对全固态型锂硫电池中所用的正极合剂进行了各种研究，结果得到了下述新的见解：在将离子传导性物质、硫和/或其放电产物、与导电材料混合而得到的正极合剂中，作为离子传导性物质使用(A)以特定的含量(重量比)含有磷的离子传导性物质，并且使用特定量的(B)硫和/或其放电产物，从而能够减小硫、电子和锂离子在反应界面发生反应时的电阻(反应电阻)，其结果，全固态型锂硫电池的充放电容量、特别是流通高电流时的充放电容量提高。基于该见解，完成了本发明。

需要说明的是，上述专利文献1中记载的发明是基于下述与本发明完全不同的技术思想而完成的，即，作为正极活性物质使用理论容量大的作为电绝缘体的硫时，通过使用导电性高的固体电解质，可降低锂离子向正极合剂中的反应界面移动时的电阻(离子电阻)。关于在使用(A)特定的离子传导性物质的同时使用特定量的(B)硫和/或其放电产物从而降低反应电阻的本发明的技术思想，在专利文献1中完全没有公开。

另外，专利文献1中广泛记载了用于得到固体电解质的硫化锂与五硫化二磷的混合摩尔比通常为50:50～85:15，因此广泛公开了固体电解质中的磷的含量(重量比)。但是，满足专利文献1中记载的发明所要求的“在固体电解质的NMR谱图中，特定的峰所包含的磷原子的比例为62mol％以上”这一条件的固体电解质中的磷的含量(重量比)与本发明中所用的(A)离子传导性物质中的磷的含量(重量比)并不重复。即，在专利文献1中实质上并未公开本发明中所用的(A)以特定的含量(重量比)含有磷的离子传导性物质。

本发明的正极合剂的特征在于，该正极合剂包含：

(A)含有磷且磷的重量比为0.2～0.55的离子传导性物质；

(B)硫和/或其放电产物；以及

(C)导电材料，

上述(B)成分的含量为上述(A)成分、上述(B)成分和上述(C)成分的总量的40重量％以上，

该正极合剂用于全固态型锂硫电池的正极合剂层。