电化学元件及全固体锂离子二次电池制造技术

本发明专利技术的一个方式所涉及的电化学元件具备层叠体，该层叠体具有正极、负极、被正极和负极夹持的固体电解质，上述层叠体含有水分，上述层叠体含有的上述水分量相对于上述层叠体为0.001质量％以上且低于0.3质量％。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】电化学元件及全固体锂离子二次电池
本专利技术涉及电化学元件及全固体锂离子二次电池。本申请基于2016年8月4日在日本申请的日本特愿2016-153709号主张优先权，在此引用其内容。
技术介绍
作为离子移动的介质的电解质例如在电池、电容器、电容等各种用途中使用。作为电解质，有利用液体的电解液和利用固体的固体电解质。液体的电解液存在漏液等问题。例如，当锂离子二次电池中发生液体泄露时会导致起火。因此，使用了无需担心漏液等问题的固体电解质的电化学元件备受关注。使用了固体电解质的电化学元件与使用了电解液的电化学元件相比具有输出小这样的问题。因此，正在进行各种研究以提高电化学元件的输出。例如，在专利文献1中记载有一种层叠正极、固体电解质以及负极而实现高能量密度化的层叠型电池。另外，在专利文献2中记载有一种使用通过由其他的元素置换锂的一部分来抑制锂离子传导性的降低的磷酸盐系的固体电解质的全固体电池。另外，在专利文献3中记载有在包括固体电解质的内部电极体中以1.3～10质量％的比例含有水的全固体电池。记载有通过含有规定量的水而充放电特性提高。现有技术文献专利文献专利文献1：日本专利第3373242号公报(B)专利文献2：日本特开2015-76324号公报(A)专利文献3：日本专利第5078120号公报(B)
技术实现思路
专利技术所要解决的问题但是，专利文献1～3所记载的电池在施加高电压时不能维持其动作。例如，专利文献3所记载的全固体电池在内部电极中以1.3～10质量％的比例含有水。当内部电极中含有这些量的水时，内部电极体被暴露的环境变得极其潮湿。在专利文献3中，也有时水滴下到电池壳体内，也可以说内部电池体浸渍到水中。在这样的潮湿环境中，相较于固体电解质，认为水充当传导载体。但是，当水对传导带来大的帮助时，元件短路的概率增加。在专利文献3的实施例以及比较例中，通过含有1.3质量％的水来提高初次放电容量。但是，只示出了一个良好的例子，并不限于能够稳定地维持动作。此外，专利文献3只示出了一个元件的结果，可认为难以稳定地获得可动作的元件。本专利技术鉴于上述问题而完成，其目的在于，提供一种在可以稳定动作的水分量的范围内，在施加高电压时能够维持动作的电化学元件。解决问题的技术手段本专利技术人们发现了，通过使规定量的水浸渍于层叠体，电化学元件稳定地高输出化。即，为了解决上述问题，提供以下的技术手段。本专利技术的一个方式所涉及的电化学元件，具备层叠体，所述层叠体具有正极、负极、被正极和负极夹持的固体电解质，所述层叠体含有水分，所述层叠体含有的水分量相对于所述层叠体为0.001质量％以上且低于0.3质量％。在上述方式所涉及的电化学元件中，所述水分的一部分也可以是与所述层叠体的构成成分结合的结合水。在上述方式所涉及的电化学元件中，所述结合水的含量相对于所述层叠体也可以为0.005质量％以上0.2质量％以下。在上述方式所涉及的电化学元件中，所述水分中所述结合水所占的比例也可以为50％以上90％以下。在上述方式所涉及的电化学元件中，所述固体电解质也可以为磷酸盐系固体电解质。本专利技术的一个方式所涉及的全固体锂离子二次电池使用上述方式的电化学元件。在本专利技术的一个方式所涉及的全固体锂离子二次电池中，一对电极层和设于该一对电极层之间的固体电解质层的相对密度也可以为80％以上。专利技术的效果根据本专利技术的一个方式所涉及的电化学元件，在施加高电压时能够维持动作。附图说明图1是将第一实施方式所涉及的全固体电池的主要部分放大的示意截面图。图2是表示充电深度浅的全固体电池的充电深度的图。具体实施方式下面，适当参考附图，对本专利技术进行详细的说明。在下面的说明中使用的附图有时为了使本专利技术的技术特征容易理解而方便上将作为技术特征的部分放大表示，各构成要素的尺寸比例等可以与实际不同。在下面的说明中列举的材料、尺寸等是一例，本专利技术并不限于此，在不改变其宗旨的范围内可以适当改变来实施。电化学元件包括一次电池、二次电池、电容器，双电层电容器(EDLC)。另外，包括在内部包含固体电解质的液体系的电池、电容器等。下面，举例说明全固体电池作为电化学元件。图1是将第一实施方式所涉及的全固体电池的主要部分放大的示意截面图。如图1所示，全固体电池10具备具有第一电极层1、第二电极层2以及固体电解质3的层叠体4。第一电极层1分别连接于第一外部端子5，第二电极层2分别连接于第二外部端子6。第一外部端子5及第二外部端子6是与外部的电气接点。(层叠体)层叠体4具有第一电极层1、第二电极层2以及固体电解质3。第一电极层1和第二电极层2的任意一个作为正极起作用，另一个作为负极起作用。电极层的正负通过将任一极性与外部端子相连而变化。下面，为了便于理解，将第一电极层1作为正极层1，将第二电极层2作为负极层2。在层叠体4中，正极层1和负极层2经由固体电解质3交替层叠。通过在正极层1和负极层2之间经由固体电解质3的锂离子的授受，进行全固体电池10的充放电。层叠体4含有水分。层叠体4含有的水分量相对于层叠体4的质量优选为0.001质量％以上且低于0.3质量％，更优选为0.01质量％以上且低于0.3质量％，进一步优选为0.07质量％以上0.25质量％以下。当层叠体4中含有上述范围的水分时，可以降低层叠体4的内部电阻且加深充电深度。所谓“充电深度”，是能否以高电压充电到高容量的指标。如果充电深度深，则即使施加高电压也能够进行高容量充电。反之，如果充电深度浅，则当施加高电压时，电压的行为变得不稳定，不能进行高容量的充电。图2是表示充电深度浅的全固体电池的充电特性的图。纵轴为施加于全固体电池的电压，横轴为被充电的容量。容量是电流和时间的积，示出在一定时间内施加恒定电流。如图2所示，充电深度浅的全固体电池在进行充电时如果为一定容量以上则电压行为变得不稳定。图2所示的全固体电池当施加电压至0.8V时，电压行为变得不稳定，只能够进行0.002mAh的容量的充电。考虑到实际使用，则期望即使施加1.8V以上的电压，也能够稳定地充电。当层叠体4中含有规定的水分时，充电深度变深的原因尚不清楚。但是，考虑以下那样的原因。全固体电池10在形成层叠体4之后进行烧成而获得。层叠体4被完全均匀地烧成是理想的，但有时在层叠体4的一部分电阻成分集中。如果层叠体4内存在不均匀的电阻成分，则电压的施加状态变得不均匀，局部产生施加大的电压的部分。局部的高电压可能导致全固体电池10的部分短路。在全固体电池10内发生部分短路时，电压的行为变得不稳定。如果浸渍水分，则有可能冲洗掉局部集中的不需要的电阻成分。其结果，有可能使电压的施加状态在层叠体4的面内方向上均匀，充电深度提高。另外，层叠体内部的离子的传导经由水分进行，由此，离子传导性降低，也可能提高充电深度。基于这一点，则浸渍水分是重要的，其水分量似乎无关紧要。但是，如果层叠体4所含的水分量过多，则不是层叠体4内的一部分局部短路，而是全固体电池10整体短路，有时不能作为电池进行驱动。电池是否短路取决于浸渍水分是否形成了电流的迂回路，并且是随机决定的。换句话说，如果水分过多，则存在随机产生不具有足够充电深度的次品的情况。即，产品的制造成品率(元件的移除效率)降低。也就是说，不是以将层叠体4浸渍在水中的状态驱动全固体电池本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电化学元件，其中，具备层叠体，所述层叠体具有正极、负极和被正极和负极夹持的固体电解质，所述层叠体含有水分，所述层叠体所含有的水分量相对于所述层叠体为0.001质量％以上且低于0.3质量％。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.08.04 JP 2016-1537091.一种电化学元件，其中，具备层叠体，所述层叠体具有正极、负极和被正极和负极夹持的固体电解质，所述层叠体含有水分，所述层叠体所含有的水分量相对于所述层叠体为0.001质量％以上且低于0.3质量％。2.根据权利要求1所述的电化学元件，其中，所述水分的一部分是与所述层叠体的构成成分结合的结合水。3.根据权利要求2所述的电化学元件，其中，所述结合水的含量相对于所述层...

【专利技术属性】
技术研发人员：大石昌弘，小宅久司，佐藤洋，高柳宽子，矶道岳步，
申请(专利权)人：TDK株式会社，
类型：发明
国别省市：日本,JP