[发明专利]全固体电池

说明书

全固体电池具备具有正极集电体和正极合剂层的正极层、具有负极集电体和负极合剂层的负极层、以及固体电解质层。正极合剂层包含正极活性物质和固体电解质。固体电解质层配置在正极合剂层与负极合剂层之间。在正极合剂层中，与远离正极集电体的部分相比，靠近正极集电体的部分的活性物质体积比更大且空隙率更小。

技术领域

本申请涉及正极层、负极层、固体电解质层和使用了其的全固体电池。

背景技术

近年来，由于个人电脑和移动电话等电子设备的轻量化和无绳化等而要求开发出能够反复使用的二次电池。作为二次电池，有镍镉电池、镍氢电池、铅蓄电池和锂离子电池等。这些之中，锂离子电池因具有轻量、高电压和高能量密度之类的特征而备受关注。

锂离子电池由正极层、负极层和配置在它们之间的电解质构成。电解质使用例如使六氟化磷酸锂等支持盐溶解于有机溶剂而成的电解液或固体电解质。当今，广泛普及的锂离子电池因使用包含有机溶剂的电解液而呈现可燃性。因此，需要用于确保锂离子电池安全性的材料、结构和系统。对此可以认为：通过使用不燃性的固体电解质作为电解质，可期待能够简化上述材料、结构和系统，能够实现能量密度的增加、制造成本的降低和生产率的提高。以下，将使用了固体电解质的锂离子电池称为“全固体电池”。

固体电解质可大致分为有机固体电解质和无机固体电解质。有机固体电解质在25℃下的离子电导率为10^-6S/cm左右，与电解液的离子电导率10^-3S/cm左右相比极低。因此，使用了有机固体电解质的全固体电池难以在25℃的环境中工作。作为无机固体电解质，有氧化物系固体电解质和硫化物系固体电解质。它们的离子电导率为10^-4～10^-3S/cm左右，离子电导率较高。氧化物系固体电解质的晶界电阻大。因而，作为降低晶界电阻的手段，研究了粉体的烧结和薄膜化，但在进行了烧结的情况下，因高温下的处理而导致正极或负极的构成元素与固体电解质的构成元素相互扩散，因此难以获得充分的特性。因此，使用了氧化物系固体电解质的全固体电池的薄膜化研究成为主流。另一方面，与氧化物系固体电解质相比，硫化物系固体电解质的晶界电阻小，因此，仅通过粉体的压缩成型即可获得良好的特性，因此在近年积极地进行了研究。

其中，全固体电池作为例如车载用电池要求进一步的高电池容量化。作为高电池容量化的方案，可列举出电极活性物质层中的活性物质的高浓度化。然而，通过该方案，因与充放电相伴的膨胀和收缩而发生的裂纹变得显著。因而，存在全固体电池的耐久性降低的问题。

与此相对，专利文献1公开了一种全固体电池300，其如图5所示那样，在正极合剂层212的厚度方向上，从正极合剂层212的固体电解质层240界面侧起越靠近正极集电体211界面侧，则作为电极活性物质层的正极合剂层212中的活性物质浓度变得越大，且从固体电解质层240界面侧起越靠近正极集电体211界面侧，则正极合剂层212中的空隙率变得越大。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2012-104270号公报

发明内容

本申请的全固体电池具备正极层、负极层和固体电解质层。前述正极层具有正极集电体和正极合剂层。前述正极合剂层形成在前述正极集电体上，且至少包含正极活性物质和固体电解质。前述负极层具有负极集电体和负极合剂层。前述负极合剂层形成在前述负极集电体上，且至少包含负极活性物质和固体电解质。前述固体电解质层配置在前述正极合剂层与前述负极合剂层之间，且至少包含具有离子传导性的固体电解质。若将前述正极合剂层中的前述正极活性物质的体积相对于前述正极活性物质的体积和前述固体电解质的体积的合计之比记作活性物质体积比，则利用与层叠轴正交的至少1个平面分割前述正极合剂层时，与远离前述正极集电体的部分相比，靠近前述正极集电体的部分的前述活性物质体积比更大且空隙率更小。

附图说明