[发明专利]固体电解质材料、包括固体电解质材料的电极元件、包括固体电解质材料的全固态电池、和固体电解质材料的制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及用于全固态电池的固体电解质材料、包括固体电解质材料的电极元件、包括固体电解质材料的全固态电池、和固体电解质材料的制造方法。

背景技术

随着信息相关设备和通信设备如个人计算机、摄录影机和手机的快速发展，近年来，开发作为信息相关设备或通信设备的电源的优异电池(例如，锂电池)已变得重要。此外，在除信息相关设备和通信设备之外的领域如机动车行业中，用于电动车辆或混合动力车辆的锂电池等的开发已经在进行。

在此处，已有的市售锂电池采用使用易燃有机溶剂的有机电解质溶液。因此，必须安装在短路时抑制温度升高的安全装置或改进用于防止短路的结构或材料。与此相反，用固体电解质取代液体电解质的全固态电池在电池中不使用易燃的有机溶剂。为此，据认为全固态电池有助于简化安全装置，并且在制造成本或生产力方面优异。

这类全固态电池包括正电极层、负电极层和布置在正电极层和负电极层之间的固体电解质层。因此，当只利用正电极活性材料通过粉末成型来形成正电极层时，因为电解质是固体，所以难以使电解质渗透到正电极层中。这减少了正电极活性材料和电解质之间的界面的面积，因此电池性能劣化。因此，使用由正电极活性材料的粉末和固体电解质材料的粉末的混合物形成的正电极混合物来形成正电极层，由此增加界面面积。然而，当通过粉末成型使用正电极混合物形成正电极层时，阻止穿过正电极活性材料和固体电解质材料之间的界面的锂离子移动的界面电阻倾向于增加。据认为，这是因为正电极活性材料与固体电解质材料反应，由此在正电极活性材料的表面上形成高电阻部分(参见Narumi Ohta等人，“LiNbO₃-coated LiCoO₂ as cathode material for all solid-state lithium secondary batteries”，Electrochemistry Communications 9(2007)，1486到1490页)。

已知基于硫化物的固体电解质材料用作固体电解质材料。基于硫化物的固体电解质材料具有高的锂离子电导率，因此其可用于获得高功率电池。例如，日本专利申请公开2005-228570(JP-A-2005-228570)描述了作为基于硫化物的固体电解质材料的基于Li₂S-P₂S₅的微晶玻璃。然而，由于上述原因，甚至在提高基于硫化物的固体电解质材料的锂离子电导率时，当使用基于硫化物的固体电解质材料用于正电极混合物时仍然难以获得足够的性能。

然后，在现有技术中，尝试通过集中在正电极活性材料和固体电解质材料之间的界面来改进全固态电池的性能。例如，Narumi Ohta等人的“LiNbO₃-coated LiCoO₂ as cathode material for all solid-state lithium secondary batteries”(Electrochemistry Communications 9(2007)，1486到1490页)描述了一种其中LiCoO₂(正电极活性材料)的表面涂覆有LiNbO₃(铌酸锂)的材料。该技术试图通过下述方式获得高功率电池：用LiNbO₃涂覆LiCoO₂的表面以抑制LiCoO₂与固体电解质材料之间的反应，由此降低LiCoO₂和固体电解质材料之间的界面电阻。

此外，还已知的是，负电极活性材料与固体电解质材料反应而在负电极活性材料的表面上形成高电阻部分，因此，阻止穿过负电极活性材料和固体电解质材料之间的界面的锂离子移动的界面电阻增加(参见日本专利申请公开2004-206942(JP-A-2004-206942))。为了解决上述问题，JP-A-2004-206942描述了一种全固态电池，其中在第一固体电解质层(基于硫化物的固体电解质材料)和由金属锂制成的负电极之间形成离子电导率低于第一固体电解质层且不与第一固体电解质化学反应的第二固体电解质层。该技术旨在形成第二固体电解质层，由此抑制基于硫化物的固体电解质材料和金属锂之间的反应。