[发明专利]全固体电池

说明书

一种全固体电池，其具备：由金属箔形成的正极集电体；在正极集电体上形成的至少包含正极活性物质的正极层；由金属箔形成的负极集电体；在负极集电体上形成的至少包含负极活性物质的负极层；以及正极层与负极层之间的固体电解质层，所述固体电解质层至少包含具有离子导电性的固体电解质，所述全固体电池包含导入有官能团的热塑性弹性体，所述官能团使正极活性物质与正极集电体、正极活性物质与固体电解质、正极活性物质彼此、负极活性物质与负极集电体、负极活性物质与固体电解质、负极活性物质彼此、以及固体电解质彼此中的至少任一者密合。

技术领域

本申请涉及全固体电池，特别是涉及使用了正极层、负极层和固体电解质层的全固体电池。

背景技术

近年来，随着个人电脑、移动电话等电子设备的轻质化、无线化，要求开发出能够重复使用的二次电池。作为二次电池，有镍镉电池、镍氢电池、铅蓄电池、锂离子电池等，锂离子电池因具有轻质、高电压、高能量密度之类的特征而备受关注。

在电动汽车或混合动力汽车之类的汽车领域中，也重视高容量的二次电池的开发，存在锂离子电池的需求增加的倾向。

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，电解质使用的是使支持盐、例如六氟磷酸锂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为可燃性。因此，需要用于确保安全性的材料、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10^-3S/cm相比极低。因此，使用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^-410^-3S/cm。氧化物系固体电解质的晶界电阻大。作为降低晶界电阻的手段，研究了粉体的烧结、薄膜化，但烧结时是在高温下进行处理，因此，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，因而难以获得良好的充放电特性。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。但是，对于薄膜型全固体电池而言，难以实现电池的大幅化，不适合高容量化。

另一方面，硫化物系固体电解质与氧化物系固体电解质相比晶界电阻小，因此，具有不使用烧结工艺仅通过粉体的压缩成型即可获得良好特性的特征。在适于进一步大幅化、高容量化的全固体电池的开发中，近年来盛行使用硫化物系固体电解质来实现可大幅化的涂覆型全固体电池的研究。涂覆型全固体电池由如下构成：在由金属箔形成的正极集电体上形成有正极活性物质、固体电解质和粘结剂的正极层；在由金属箔形成的负极集电体上形成有负极活性物质、固体电解质和粘结剂的负极层；以及它们之间的包含固体电解质和粘结剂的固体电解质层。正极层或负极层、以及固体电解质中包含的粘结剂对于使正极层和负极层中包含的活性物质与其它活性物质、活性物质与固体电解质、固体电解质与其它固体电解质(固体电解质彼此)等粉体彼此、或者涂膜与集电体之间、以及固体电解质层中包含的固体电解质与固体电解质间(固体电解质彼此)的密合强度增加而言是必要的。另一方面，粘结剂的离子电导率与固体电解质相比非常低，因此是使电池特性发生劣化的主要因素。

专利文献1中公开了不含粘结剂而使正极层内的正极电极涂膜与正极集电体之间的密合强度提高的制造方法。此外，专利文献2中公开了通过适量添加苯乙烯-丁烯橡胶来作为粘结剂，从而兼顾密合强度和电池特性的极板。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特许第5747506号公报

专利文献2：日本特许第5375975号公报

发明内容