[发明专利]全固体电池

说明书

技术领域

本发明涉及一种全固体电池，该全固体电池能够抑制正电极活性材料与固体电解质材料之间的界面电阻随时间的增加。

背景技术

随着近年来诸如个人计算机、摄像机和蜂窝电话的信息相关设备和通信设备的迅速增长，开发优异的电池(例如，锂电池)作为这些信息相关设备或通信设备的电源变得非常重要。此外，在信息相关设备和通信相关设备之外的其他领域，例如在汽车工业中，用于电动车或混合动力车的锂电池等的开发正在进行中。

这里，现有商业可用的锂电池采用使用可燃有机溶剂的有机电解质解决方案。因此，有必要安装在短路时抑制温度增高的安全设备，或者在结构或材料方面提高以防止短路。与此相比，以固体电解质取代液体电解质的全固体电池在电池中不包括可燃有机溶剂。由于这个原因，认为全固体电池有助于简化安全设备，并且在制造成本和生产效率上是优异的。

在这样的全固体电池领域，在现有技术中，存在通过关注正电极活性材料和固体电解质材料之间的界面来提高全固体电池性能的尝试。例如，Narumi Ohta等人撰写的“LiNbO₃-coated LiCoO₂ as cathode material for all solid-state lithium secondary batteries，Electrochemistry Communications 9(2007)1486-1490描述了一种LiCoO₂(正电极活性材料)的表面涂覆有LiNbO₃的材料。这种技术试图以LiCoO₂的表面涂覆有LiNbO₃来降低LiCoO₂与固体电解质材料之间的界面电阻的方式来获得高功率电池。此外，日本专利申请公布No.2008-027581(JP-A-2008-027581)描述了一种用于全固体二次电池的电极材料，其中利用硫磺和/或磷对表面进行了处理。这个尝试通过表面处理提高离子传导路径。日本专利申请公布No.2001-052733(JP-A-2001-052733)描述了一种硫化物基的固体电池，其中氯化锂支撑在正电极活性材料的表面上。这个尝试以氯化锂支撑在正电极活性材料的表面的方式降低界面电阻。

如Narumi Ohta等人撰写的“LiNbO₃-coated LiCoO₂ as cathode material for all solid-state lithium secondary batteries”，Electrochemistry Communications 9(2007)1486-1490所描述的，当LiCoO₂的表面涂覆有LiNbO₃时，在初始阶段处，可以降低正电极活性材料与固体电解质材料之间的界面电阻。但是，界面电阻随时间而增大。

发明内容

本发明提供一种能够抑制正电极活性材料和固体电解质材料之间的界面电阻随时间增加的全固体电池。

界面电阻随时间的增加是因为LiNbO₃与正电极活性材料和固体电解质材料反应生成反应产物，然后该反应产物充当电阻层。这是由于LiNbO₃相对低的电化学稳定性。后来发现，当使用具有包括共价键的聚阴离子部的化合物替代LiNbO₃时，上述化合物几乎不与正电极活性材料或固体电解质材料反应。本发明的方面是基于上述发现。

也就是，本发明的第一方面提供一种全固体电池。该全固体电池包括：正电极活性材料层，其包括正电极活性材料；负电极活性材料层，其包括负电极活性材料；以及固体电解质层，其形成在正电极活性材料层和负电极活性材料层之间。当固体电解质与正电极活性材料反应时，固体电解质材料在固体电解质材料和正电极活性材料之间的界面处形成电阻层，并且该电阻层增加了界面的电阻。反应抑制部形成在正电极活性材料和固体电解质材料之间的界面处。反应抑制部抑制固体电解质材料与正电极活性材料之间的反应。反应抑制部是包括阳离子部和聚阴离子部的化合物，其中阳离子部由金属元素形成，聚阴离子部由与多个氧元素形成共价键的中心元素来形成。