[发明专利]发电元件以及具有该发电元件的非水电解质电池

说明书

技术领域

本发明涉及发电元件、以及具有该发电元件的非水电解质电池，其中所述发电元件具有优异的循环特性，并且能够以令人满意的产率制得。

背景技术

近年来，非水电解质电池已经受到人们的关注，其中该非水电解质电池是通过锂离子在正极层和负极层之间的移动来进行充电和放电的。据报导，在这种电池中，Li离子传导性高的硫化物系固体电解质(例如，Li₂S-P₂S₅系电解质)被用于设置在正极层和负极层之间的电解质层。

然而，硫化物系固体电解质的缺点在于：其对在电池充电过程中沉积在固体电解质层和负极层间界面处的金属Li不具有电化学稳定性，因而这种固体电解质易于发生分解。因此，人们试图向硫化物系固体电解质中引入氧(O)，以改善其对金属Li的电化学稳定性。此外，本申请人通过改进含O的硫化物系固体电解质层而研制出了一种电池结构(发电元件)，该电池结构具有更高的容量和优异的循环特性，其中该容量即使在进行了反复充电和放电之后也不容易降低(参见专利文献1)。

引用列表

专利文献

PTL 1：日本未审查专利申请公开No.2008-152925

发明内容

技术问题

然而，本发明人进行了更为深入的研究，发现PTL 1中所述的电池在电池产率方面仍存在改善的余地。这里所用的术语“电池产率”是指在所制造出的多个电池中，在进行预定次数的充放电操作后仍保持一定放电容量的电池的比例。

具体而言，对PTL 1中所披露的发电元件进行描述。该发电元件的设计基于如下两项发现：

“较高的氧含量会降低固体电解质层的Li离子传导性”以及

“较高的氧含量会改善固体电解质层对负极层的金属Li的电化学稳定性”。

鉴于上述发现，基于这样的技术观点：在负极层侧，较高的O含量会改善对金属Li的稳定性、并且使得固体电解质层整体的O含量最小化，将PTL 1中所述的固体电解质层设计成具有如下三种构造之一：

(A)固体电解质层被分为两部分，即，正极层侧和负极层侧，并且正极层侧的O含量＜负极层侧的O含量；

(B)固体电解质层被分为三部分，即，正极层侧、负极层侧和中间部分，并且中间部分的O含量＜正极层侧的O含量＜负极层侧的O含量；以及

(C)固体电解质层被分为三部分，即，正极层侧、负极层侧和中间部分，并且中间部分的O含量＜负极层侧的O含量＜正极层侧的O含量。

在构造(A)中，由正极层侧至负极层侧，锂离子传导性降低。在构造(B)和(C)中，由中间部分至负极层侧，锂离子传导性降低。形象地来说，这些构造均类似于其中距离出口越近则车道数越少的公路。与出口处所造成的交通拥堵那样，在电池充电过程中，固体电解质层的负极层侧的Li离子浓度增加。此时，如果固体电解质层中的位于固体电解质层和负极层之间的界面附近的部分的Li离子传导性不均匀，则Li离子易于聚集在Li离子传导性高的部分。通常，在电池充电过程中迁移至负极层侧的Li离子易于以金属Li的形式沉积于界面处。Li离子的聚集造成沉积的金属Li在界面处的不均匀分布。如果电池在这种情况下进行放电，则沉积的金属Li会溶解而形成Li离子并且迁移至正极层侧。当金属Li分布不均匀时，Li离子主要从金属Li分布不均匀的部分进行迁移。这样，使电极面积大幅降低。即，不能利用电极层的全部面积进行充放电操作。因而随着充放电循环次数的增加，容量随之降低。换言之，尽管PTL 1中所述的发电元件具有高放电容量以及优异的循环特性，但是其产率往往取决于固体电解质层的负极层侧的性能。

鉴于上述情况完成了本发明。本发明的目的是提供一种发电元件以及具有该发电元件的非水电解质电池，其中所述发电元件具有优异的循环特性，并且能够以令人满意的产率进行制造。

解决问题的手段

(1)根据本发明的发电元件，包括正极层、负极层、以及设置在这两种电极层之间的固体电解质层，所述固体电解质层包含Li、P、S和O，其中所述固体电解质层的O含量被设定成从所述正极层侧至所述负极层侧，该O含量逐步降低或连续降低，并且所述固体电解质层中的位于所述固体电解质层与所述负极层之间的界面附近的部分的O含量为3原子％以上。