全固態電池制造技術

本發明專利技術提供一種具有與使用電解液的情況相同程度的放電容量、并能提高循環穩定性的全固態電池。全固態電池（10）包括固體電解質層（12）、以及隔著固體電解質層（12）設置在彼此相對的位置上的正極層（11）及負極層（13）。正極層（11）和負極層（13）中的至少一者與固體電解質層（12）通過燒制而接合。負極層（13）包含由不含鋰的金屬氧化物所構成的電極活性物質、及不含鈦的固體電解質。

【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】
本專利技術一般涉及全固態電池，特別涉及包括固體電解質層、正極層、及負極層，而且正極層和負極層中的至少一者與固定電解質層通過燒制而接合的全固態電池。
技術介紹
近年來，作為移動電話、便攜式個人計算機等便攜式電子設備的電源，電池的需求大幅度地擴大。在用于這樣的用途的電池中，一直以來使用有機溶劑等電解質(電解液)作為用于使離子移動的介質。但是，在上述結構的電池中，存在電解液泄漏這樣的危險性。此外，存在用于電解液的有機溶劑等是可燃性物質這樣的問題。因此，提出有使用固體電解質來代替電解液的方案。而且，正在不斷開發一種將固體電解質用作電解質、且其他構成要素也由固體構成的 全固態電池。例如，在日本專利特開2007-5279號公報(以下稱為專利文獻I)中，提出了一種使用不易燃的固體電解質且所有的構成要素由固體構成的全固態電池。在專利文獻I中，公開了將包含電極活性物質的電極層與包含固體電解質的固體電介質層進行層疊，并進行燒制，從而制造全固態電池的方法。此外，例如，在日本專利特開2009 - 181921號公報(以下稱為專利文獻2)的實施例 I 4 中，記載了作為固體電解質使用 Li1+x + yAlxTi2_xSiyP3_y012(0 ^x^0.4,0<y^0.6)(以下，稱為LASTP)、作為負極的電極活性物質使用氧化娃或銳鈦礦(anatase)型氧化鈦來制作全固態電池的示例。此外，作為，記載了利用刮刀法制作固體電解質、正極、及負極的生片，在固體電解質生片的雙面配置正極及負極的生片，進行壓接以制成層疊體，并用載置器(setter)夾著層疊體進行一體燒結?，F有技術文獻專利文獻專利文獻I :日本專利特開2007 - 5279號公報專利文獻2 :日本專利特開2009 - 181921號公報
技術實現思路
然而，專利文獻I記載的方法中，在燒制層疊體時電極層中的電極活性物質會發生變質，因此，與使用電解液的情況相比，存在電池的放電容量下降這樣的問題。此外，專利技術人知曉，專利文獻2記載的全固態電池中，由于將含有鈦的LASTP用作固體電解質，將不含鋰的氧化硅或氧化鈦用作負極的電極活性物質，因此，固體電解質在電極活性物質的充放電電位附近進行還原。其結果是，專利技術人發現，由于固體電解質發生分解或發生反應等，導致負極的離子傳導下降。因此，專利文獻2記載的全固態電池中存在以下問題，即，電池的放電容量不穩定，若反復進行充放電會導致放電容量下降，也就是說，缺乏循環穩定性。為此，本專利技術的目的在于提供一種具有與使用電解液的情況相同程度的放電容量并能提高循環穩定性的全固態電池。解決技術問題所采用的技術方案專利技術人為了解決上述技術問題，經過反復研究發現，作為負極的電極活性物質使用不含鋰的金屬氧化物，并將不含鈦的固體電解質用于負極來制作全固態電池，從而不僅具有與使用電解液的情況相同程度的放電容量，而且能提高循環穩定性?；谶@樣的專利技術人的認識，本專利技術包括以下的特征。基于本專利技術的全固態電池包括固體電解質層、以及隔著固體電解質層設置在彼此 相對的位置上的正極層及負極層。正極層和負極層中的至少一者與固體電解質層通過燒制來進行接合。負極層包含由不含鋰的金屬氧化物所構成的電極活性物質及不含鈦的固體電解質。在本專利技術的全固態電池中，優選為構成負極層的電極活性物質的所述金屬氧化物包含從由鈦、硅、錫、鉻、鐵、鑰、鈮、鎳、錳、鈷、銅、鎢、釩、及釕所構成的組中選出的至少一種元素。此外，在本專利技術的全固態電池中，優選為負極層中含有的固體電解質含有含鋰的磷酸化合物。此外，優選為負極層中含有的含鋰的磷酸化合物含有納超離子導體結構的含鋰的磷酸化合物。而且，在本專利技術的全固態電池中，優選為固體電解質層中含有的固體電解質含有含鋰的磷酸化合物。在此情況下，優選為固體電解質層中含有的含鋰磷酸化合物含有納超離子導體型結構的含鋰的磷酸化合物。專利技術的效果通過將不含鋰的金屬氧化物用作負極的電極活性物質，并將不含鈦的固體電解質用于負極來制作全固態電池，從而不僅具有與使用電解液的情況相同程度的放電容量，而且能提聞循環穩定性。附圖說明圖I是示意表示作為本專利技術的實施方式的全固態電池的截面結構的剖視圖。具體實施例方式以下關于用于實施本專利技術的方式進行說明。如圖I所示，全固態電池10包括固體電解質層12 ;以及隔著固體電解質層12設置在彼此相對的位置上的正極層11及負極層13。正極層11和負極層13中的至少一者與固體電解質層12通過燒制而接合。負極層13包含由不含鋰的金屬氧化物構成的電極活性物質、以及不含鈦的固體電解質。首先，將上述的金屬氧化物用作負極層13的電極活性物質，從而在對包括正極層11、固體電解質層12、及負極層13的層疊體進行燒制時，負極層13中含有的電極活性物質不會發生變質，能制作具有與使用電解液的情況相同程度的放電容量的全固態電池10。此外，通過將不含鋰的金屬氧化物用作負極層13的電極活性物質，并將不含鈦的固體電解質用于負極層13，能抑制因固體電解質在電極活性物質的充放電電位附近進行還原而使固體電解質發生分解或發生反應等導致負極層的離子傳導下降。其結果是，本專利技術的全固態電池10能體現電極活性物質本來就具有的較高的容量，且固體電解質不會發生分解或發生反應，因此，能穩定地反復進行充放電。因此，通過將不含鋰的金屬氧化物用作負極層13的電極活性物質，并將不含鈦的固體電解質用于負極層13來制作全固態電池，從而不僅具有與使用電解液的情況相同程度的放電容量，而且能提高循環穩定性。在本專利技術的全固態電池10中，構成負極層13的電極活性物質的上述金屬氧化物優選為包含從由鈦(Ti)、硅(Si)、錫(Sn)、鉻(Cr)、鐵(Fe)、鑰(Mo)、鈮(Nb)、鎳(Ni)、錳(Mn)、鈷(Co)、銅(Cu)、鎢(W)、釩(V)、及釕(Ru)所構成的組中選出的至少一種元素。通過將上述金屬氧化物用作負極層13的電極活性物質，能得到容量密度較大、而且電池電壓越高具有越高的能量密度的全固態電池。為了更有效地實現上述特性，作為上述金屬氧化物，優選為使用單位重量的容量較大且對于鋰的電位較低的材料。作為表示這樣的特征的金屬氧化物，能使用具有用 MOx (M 是從由 Ti、Si、Sn、Cr、Fe、Mo、Nb、Ni、Mn、Co、Cu、W、V、及 Ru 所構成的組中選出的至少一種以上的元素,X是O. 5 ^ X ^ 3. O的范圍內的數值)表示的組分的化合物。尤其優選為使用銳鈦礦型的TiO2、金紅石(rutile)型的TiO2、板鈦礦(brookite)型的 TiO2、Si0、Sn0、SnO2、Cr203、Fe2O3'MoO2、Nb2O5、Ni0、Mn0、Co0、Cu20、Cu0、WO2、V2O5、RuO2。 另外，作為負極層13的電極活性物質，例如，也可以使用將具有TiO2和SiO2等、用包含不同的元素M的MOx來表示的組分的兩個以上的化合物進行混合而成的混合物。此夕卜，在具有用MOx表示的組分的化合物中，也可以使用具有以不同的M置換一部分元素M而成的組分、或以P、F等置換一部分元素M而成的組分的固溶體。而且，在具有用MOx表示的組分的化合物中，以碳為主要成分的導電劑既可以覆蓋在化合物的表面，也可以擔載在化合物的表面。負極層13中含有的固體本文檔來自技高網...

【技術保護點】

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】2010.07.12 JP 2010-1575291.一種全固態電池， 包括固體電解質層以及隔著所述固體電解質層設置在彼此相對的位置上的正極層及負極層， 所述正極層和所述負極層中的至少一者與所述固體電解質層通過燒制而接合， 該全固態電池的特征在于， 所述負極層包含 由不含鋰的金屬氧化物所構成的電極活性物質；以及 不含鈦的固體電解質。2.如權利要求I所述的全固態電池，其特征在于， 所述金屬氧化物包含從由鈦、硅、錫、鉻、鐵、鑰、鈮、鎳、錳、鈷、...

【專利技術屬性】
技術研發人員：吉岡充，尾內倍太，林剛司，西田邦雄，
申請(專利權)人：株式會社村田制作所，
類型：
國別省市：