[发明专利]全固体电池用正极板、全固体电池

说明书

技术领域

本发明涉及构成全固体电池的正极的全固体电池用正极板。

背景技术

以往，已知使用锂氧化物作为构成全固体电池的正极的正极板(正极活性物质)，专利文献1中公开了此种正极板之一例。该正极板是通过对含有Co₃O₄和取向促进剂的生片进行烧成并在其烧成体中导入锂离子而得到的取向烧结板。通过在该取向烧结板的表面形成固体电解质层而形成全固体电池(全固体锂电池)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：国际公开第2010/074304号公报

发明内容

不过，本发明的发明人在此种全固体电池的开发阶段得到如下见解：正极板的形成有固体电解质层的固体电解质层侧表面的表面凹凸结构(表面凹凸的程度)会对电池性能带来影响。具体而言，如果正极板的表面凹凸过大，则在充放电循环试验时，容易在该凹凸部分发生局部的电场集中。例如，上述的专利文献1中公开的全固体电池的正极板的表面粗糙度(表面粗糙度是表示表面凹凸结构的指标之一)处于超过0.8μm的程度的水平，担心会在凹凸部分发生局部的电场集中。另一方面，如果正极板的表面凹凸过小，则在充放电时发生体积膨胀及体积收缩的情况下，固体电解质层容易从正极板上剥离，结果，无法得到全固体电池的所希望的循环特性。本发明的发明人对全固体电池的构成要素给全固体电池的电池性能(循环特性、倍率特性等)带来的影响进行了潜心研究，结果得到以下见解：通过实施至少正极板的表面凹凸结构的优化，能够抑制如上所述的局部的电场集中的发生，并且，能够防止如上所述的剥离的发生，因此，能够构建电池性能优异的全固体电池。

本发明是鉴于上述内容而实施的。即，本发明的目的之一是提供一种电池性能优异的全固体电池。

为了实现上述目的，本发明所涉及的全固体电池用正极板(以下也简称为“正极板”)构成包含由氧化物系陶瓷材料形成的固体电解质层的全固体电池的正极，形成固体电解质层的固体电解质层侧表面(被覆盖面)的表面粗糙度在0.1μm～0.7μm的范围内。本发明的发明人反复实施了全固体电池的评价试验，结果发现：至少将正极板的表面粗糙度调整到0.1μm～0.7μm的范围内的情况下，与不在该范围内的情形相比，能够将全固体电池的电池性能维持在较高的水平。即，如果正极板的表面粗糙度低于0.1μm，则固体电解质层容易因充放电时的正极板的体积膨胀及体积收缩而从正极板上剥离，导致循环特性降低。另外，如果正极板的表面粗糙度超过0.7μm，则在充放电循环试验时，容易在表面的凹凸部分发生局部的电场集中。因此，通过将正极的表面粗糙度调整到0.1μm～0.7μm的范围内，能够构建循环特性特别优异的全固体电池。

另外，形成于上述构成的固体电解质层侧表面的固体电解质层的厚度优选在1.0μm～6.0μm的范围内。由此，能够通过固体电解质层的成膜条件来调整膜应力，因此，能够抑制固体电解质层剥离而减少局部的短路。因此，通过将厚度被调整到1.0μm～6.0μm的范围内的固体电解质层形成于表面粗糙度被调整到0.1μm～0.7μm的范围内的正极板，能够构建特别是循环特性及倍率特性两者均优异的全固体电池。

另外，形成于上述构成的固体电解质层侧表面的固体电解质层的厚度优选在0.5μm～3.0μm的范围内。将固体电解质层的厚度调整到0.5μm～3.0μm的范围内的情况下，与不在该范围内的情形相比，能够将全固体电池的电池性能维持在更高的水平。即，通过使固体电解质层的厚度为0.5μm以上，能够使固体电解质层不易产生缺陷。另外，通过使固体电解质层的厚度为3.0μm以下，能够抑制在固体电解质层内的剥离，并且，抑制固体电解质层自身的电阻增加，因此，能够使倍率特性得到提高。因此，通过将厚度被调整到0.5μm～3.0μm的范围内的固体电解质层形成于表面粗糙度被调整到0.1μm～0.7μm的范围的正极板，能够构建特别是循环特性及倍率特性两者均特别优异的全固体电池。

上述构成的全固体电池用正极板的厚度优选在10μm～60μm的范围内。由此，能够提供厚度适合于全固体电池的正极板。

上述构成的全固体电池用正极板优选包含钴酸锂，且固体电解质层由锂磷氧氮系陶瓷材料形成，该锂磷氧氮系陶瓷材料是氧化物系陶瓷材料中的一种。由此，能够提供适合于全固体锂电池的正极板。

如上所述，根据本发明，通过调整至少正极板的形成固体电解质层的固体电解质层侧表面的表面凹凸结构，能够提供电池性能优异的全固体电池。

附图说明