全固态电池制造技术

本发明专利技术提供一种具有与使用电解液的情况相同程度的放电容量、并能提高循环稳定性的全固态电池。全固态电池（10）包括固体电解质层（12）、以及隔着固体电解质层（12）设置在彼此相对的位置上的正极层（11）及负极层（13）。正极层（11）和负极层（13）中的至少一者与固体电解质层（12）通过烧制而接合。负极层（13）包含由不含锂的金属氧化物所构成的电极活性物质、及不含钛的固体电解质。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术一般涉及全固态电池，特别涉及包括固体电解质层、正极层、及负极层，而且正极层和负极层中的至少一者与固定电解质层通过烧制而接合的全固态电池。
技术介绍
近年来，作为移动电话、便携式个人计算机等便携式电子设备的电源，电池的需求大幅度地扩大。在用于这样的用途的电池中，一直以来使用有机溶剂等电解质(电解液)作为用于使离子移动的介质。但是，在上述结构的电池中，存在电解液泄漏这样的危险性。此外，存在用于电解液的有机溶剂等是可燃性物质这样的问题。因此，提出有使用固体电解质来代替电解液的方案。而且，正在不断开发一种将固体电解质用作电解质、且其他构成要素也由固体构成的 全固态电池。例如，在日本专利特开2007-5279号公报(以下称为专利文献I)中，提出了一种使用不易燃的固体电解质且所有的构成要素由固体构成的全固态电池。在专利文献I中，公开了将包含电极活性物质的电极层与包含固体电解质的固体电介质层进行层叠，并进行烧制，从而制造全固态电池的方法。此外，例如，在日本专利特开2009 - 181921号公报(以下称为专利文献2)的实施例 I 4 中，记载了作为固体电解质使用 Li1+x + yAlxTi2_xSiyP3_y012(0 ^x^0.4,0<y^0.6)(以下，称为LASTP)、作为负极的电极活性物质使用氧化娃或锐钛矿(anatase)型氧化钛来制作全固态电池的示例。此外，作为，记载了利用刮刀法制作固体电解质、正极、及负极的生片，在固体电解质生片的双面配置正极及负极的生片，进行压接以制成层叠体，并用载置器(setter)夹着层叠体进行一体烧结。现有技术文献专利文献专利文献I :日本专利特开2007 - 5279号公报专利文献2 :日本专利特开2009 - 181921号公报
技术实现思路
然而，专利文献I记载的方法中，在烧制层叠体时电极层中的电极活性物质会发生变质，因此，与使用电解液的情况相比，存在电池的放电容量下降这样的问题。此外，专利技术人知晓，专利文献2记载的全固态电池中，由于将含有钛的LASTP用作固体电解质，将不含锂的氧化硅或氧化钛用作负极的电极活性物质，因此，固体电解质在电极活性物质的充放电电位附近进行还原。其结果是，专利技术人发现，由于固体电解质发生分解或发生反应等，导致负极的离子传导下降。因此，专利文献2记载的全固态电池中存在以下问题，即，电池的放电容量不稳定，若反复进行充放电会导致放电容量下降，也就是说，缺乏循环稳定性。为此，本专利技术的目的在于提供一种具有与使用电解液的情况相同程度的放电容量并能提高循环稳定性的全固态电池。解决技术问题所采用的技术方案专利技术人为了解决上述技术问题，经过反复研究发现，作为负极的电极活性物质使用不含锂的金属氧化物，并将不含钛的固体电解质用于负极来制作全固态电池，从而不仅具有与使用电解液的情况相同程度的放电容量，而且能提高循环稳定性。基于这样的专利技术人的认识，本专利技术包括以下的特征。基于本专利技术的全固态电池包括固体电解质层、以及隔着固体电解质层设置在彼此 相对的位置上的正极层及负极层。正极层和负极层中的至少一者与固体电解质层通过烧制来进行接合。负极层包含由不含锂的金属氧化物所构成的电极活性物质及不含钛的固体电解质。在本专利技术的全固态电池中，优选为构成负极层的电极活性物质的所述金属氧化物包含从由钛、硅、锡、铬、铁、钥、铌、镍、锰、钴、铜、钨、钒、及钌所构成的组中选出的至少一种元素。此外，在本专利技术的全固态电池中，优选为负极层中含有的固体电解质含有含锂的磷酸化合物。此外，优选为负极层中含有的含锂的磷酸化合物含有纳超离子导体结构的含锂的磷酸化合物。而且，在本专利技术的全固态电池中，优选为固体电解质层中含有的固体电解质含有含锂的磷酸化合物。在此情况下，优选为固体电解质层中含有的含锂磷酸化合物含有纳超离子导体型结构的含锂的磷酸化合物。专利技术的效果通过将不含锂的金属氧化物用作负极的电极活性物质，并将不含钛的固体电解质用于负极来制作全固态电池，从而不仅具有与使用电解液的情况相同程度的放电容量，而且能提闻循环稳定性。附图说明图I是示意表示作为本专利技术的实施方式的全固态电池的截面结构的剖视图。具体实施例方式以下关于用于实施本专利技术的方式进行说明。如图I所示，全固态电池10包括固体电解质层12 ;以及隔着固体电解质层12设置在彼此相对的位置上的正极层11及负极层13。正极层11和负极层13中的至少一者与固体电解质层12通过烧制而接合。负极层13包含由不含锂的金属氧化物构成的电极活性物质、以及不含钛的固体电解质。首先，将上述的金属氧化物用作负极层13的电极活性物质，从而在对包括正极层11、固体电解质层12、及负极层13的层叠体进行烧制时，负极层13中含有的电极活性物质不会发生变质，能制作具有与使用电解液的情况相同程度的放电容量的全固态电池10。此外，通过将不含锂的金属氧化物用作负极层13的电极活性物质，并将不含钛的固体电解质用于负极层13，能抑制因固体电解质在电极活性物质的充放电电位附近进行还原而使固体电解质发生分解或发生反应等导致负极层的离子传导下降。其结果是，本专利技术的全固态电池10能体现电极活性物质本来就具有的较高的容量，且固体电解质不会发生分解或发生反应，因此，能稳定地反复进行充放电。因此，通过将不含锂的金属氧化物用作负极层13的电极活性物质，并将不含钛的固体电解质用于负极层13来制作全固态电池，从而不仅具有与使用电解液的情况相同程度的放电容量，而且能提高循环稳定性。在本专利技术的全固态电池10中，构成负极层13的电极活性物质的上述金属氧化物优选为包含从由钛(Ti)、硅(Si)、锡(Sn)、铬(Cr)、铁(Fe)、钥(Mo)、铌(Nb)、镍(Ni)、锰(Mn)、钴(Co)、铜(Cu)、钨(W)、钒(V)、及钌(Ru)所构成的组中选出的至少一种元素。通过将上述金属氧化物用作负极层13的电极活性物质，能得到容量密度较大、而且电池电压越高具有越高的能量密度的全固态电池。为了更有效地实现上述特性，作为上述金属氧化物，优选为使用单位重量的容量较大且对于锂的电位较低的材料。作为表示这样的特征的金属氧化物，能使用具有用 MOx (M 是从由 Ti、Si、Sn、Cr、Fe、Mo、Nb、Ni、Mn、Co、Cu、W、V、及 Ru 所构成的组中选出的至少一种以上的元素,X是O. 5 ^ X ^ 3. O的范围内的数值)表示的组分的化合物。尤其优选为使用锐钛矿型的TiO2、金红石(rutile)型的TiO2、板钛矿(brookite)型的 TiO2、Si0、Sn0、SnO2、Cr203、Fe2O3'MoO2、Nb2O5、Ni0、Mn0、Co0、Cu20、Cu0、WO2、V2O5、RuO2。 另外，作为负极层13的电极活性物质，例如，也可以使用将具有TiO2和SiO2等、用包含不同的元素M的MOx来表示的组分的两个以上的化合物进行混合而成的混合物。此夕卜，在具有用MOx表示的组分的化合物中，也可以使用具有以不同的M置换一部分元素M而成的组分、或以P、F等置换一部分元素M而成的组分的固溶体。而且，在具有用MOx表示的组分的化合物中，以碳为主要成分的导电剂既可以覆盖在化合物的表面，也可以担载在化合物的表面。负极层13中含有的固体本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.07.12 JP 2010-1575291.一种全固态电池， 包括固体电解质层以及隔着所述固体电解质层设置在彼此相对的位置上的正极层及负极层， 所述正极层和所述负极层中的至少一者与所述固体电解质层通过烧制而接合， 该全固态电池的特征在于， 所述负极层包含 由不含锂的金属氧化物所构成的电极活性物质；以及 不含钛的固体电解质。2.如权利要求I所述的全固态电池，其特征在于， 所述金属氧化物包含从由钛、硅、锡、铬、铁、钥、铌、镍、锰、钴、...

【专利技术属性】
技术研发人员：吉冈充，尾内倍太，林刚司，西田邦雄，
申请(专利权)人：株式会社村田制作所，
类型：
国别省市：