鋰電池用電極體及鋰電池的制作方法
【技術領域】
[0001 ] 本發明涉及鋰電池用電極體及鋰電池等。
【背景技術】
[0002]將鋰或含鋰物質用于負極的鋰電池不僅重量輕且容量大，并且能夠通過與適當的正極組合可得到高電壓。因此，鋰電池正在廣泛地應用于便攜式電子設備、照相機、鐘表、電動工具、混合動力汽車用電池等。
[0003]然而，這樣的鋰電池由于鋰具有高活性并且使用可燃性的有機電解液，因此在確保安全性上必須要注意。
[0004]特別是，即使金屬鋰在活性物質中示出了高的容量密度(大約3860mAh/cc)，但在充放電時鋰從負極生長成樹枝(枝晶)狀，并且該生長成的枝晶可能與正極發生短路，因此從確保安全性的角度而言必須要注意。
[0005]作為防止負極與正極的短路和著火而提高安全性的嘗試，已公開有采用了陶瓷電解質(無機固體電解質)的鋰電池(例如參照專利文獻1)。
[0006]在該鋰電池中，由于采用了陶瓷電解質，因此無需使用可燃性的有機溶液，并且陶瓷電解質為不燃性，因此在安全性方面上很突出。
[0007]但是，如在專利文獻1的實施例中所記載的那樣，在該鋰電池中，對陶瓷電解質使用將電解質的粉體與電極活性物質一起進行壓粉成形的方法。因此，在陶瓷電解質粉與電極活性物質的界面或陶瓷電解質粉與陶瓷電解質粉的界面上的接觸不充分而不能得到良好的電池輸出，而且，由于伴隨循環充放電而產生的體積變化，該界面接觸不穩定，導致循環使用壽命縮短。
[0008]另一方面，也已公開有使用濺射等氣相薄膜沉積法形成正極薄膜/陶瓷電解質薄膜/負極薄膜這樣的層壓體的鋰電池(例如參照專利文獻2)。在該鋰電池中，電極(正極薄膜或負極薄膜)與陶瓷電解質的界面上的接觸良好，且可減少活性物質層和電解質層的厚度，因此可期待得到高輸出和良好的循環使用壽命特性。
[0009]然而，在專利文獻2記載的鋰電池中，每單位面積的活性物質的總厚度只有Ιμπι?幾μ m左右，很難制造足夠容量的電池。
[0010]S卩，想要得到足夠容量的電池，需要制造活性物質的總厚度超過100 μπι的電池，但在專利文獻2的方法中很難超過100 μπι，因此，現階段仍不能制造容量充足的電池。
[0011]在專利文獻3記載的鋰電池中，使用不燃性的常溫熔融鹽電解質，在這一點上雖然安全性高，但由于該常溫熔融鹽電解質為液體，因此即使使用金屬鋰負極或者由石墨、碳等構成的一般的負極，也會存在鋰析出這樣的過充電的情況發生，從而由于枝晶的生長導致發生短路。
[0012]將鋰或含鋰物質用于負極的鋰電池存在例如上述的問題。人們一直在尋求在反復充放電時也可確保安全性防止正負極間的短路、可得到充分大的輸出且也可大容量化的鋰電池以及適合于鋰電池制造的鋰電池用電極體。
[0013]現有技術文獻
[0014]專利文獻
[0015]專利文獻1:日本特開2006 - 277997號公報
[0016]專利文獻2:日本特開2004 - 179158號公報
[0017]專利文獻3:日本特開2002 - 110225號公報
【發明內容】
[0018]本發明是為了解決上述的課題或問題中至少一個而做出，能夠采用以下的方面和實施方式。
[0019]本發明所涉及的鋰電池用電極體的第一方面，包括:集電極；負極活性物質層，設于所述集電極上；濕砂狀電解質層、設于所述負極活性物質層的、與所述集電極側相反的一側；以及無機固體電解質層，設于所述濕砂狀電解質層的、與所述負極活性物質層側相反的一側，所述濕砂狀電解質層在多個粒子中浸滲有常溫熔融鹽電解質。
[0020]根據該結構，通過濕砂狀電解質層和無機固體電解質層阻礙枝晶的生長，從而能夠防止在負極與正極之間產生短路，能夠防止以短路為原因的著火、爆炸。因此，可以確保安全性。另外，由于能夠提高安全性，因此可以將容量密度高的金屬鋰用于負極，能夠實現鋰電池的高輸出化和大容量化。另外，也能夠實現鋰電池的小型輕量化。另外，由于使用不燃性的無機固體電解質和常溫熔融鹽，因此得到安全性高的鋰電池。
[0021]在上述第一方面中，優選具有兩個以上的層疊結構，該層疊結構由所述濕砂狀電解質層和所述無機固體電解質層構成。
[0022]由此，能夠更可靠地阻礙枝晶的生長，進而能夠提高防止正極與負極短路的效果。
[0023]在上述第一方面中，優選所述無機固體電解質層通過氣相法形成。
[0024]通過采用氣相法，能夠被覆性高地形成致密的無機固體電解質層。
[0025]本發明所涉及的鋰電池用電極體的第二方面，包括:集電極；設于所述集電極的一個面上的電極復合材料層；以及設于所述電極復合材料層的、與所述集電極側相反的一側的無機固體電解質層，所述電極復合材料層混合電極活性物質和至少濕砂狀電解質而構成，所述濕砂狀電解質在多個粒子中浸滲有常溫熔融鹽電解質。
[0026]根據該結構，通過無機固體電解質層阻礙枝晶的生長，能夠防止在負極與正極之間產生短路，進而能夠防止以短路為原因的著火、爆炸。因此，可以確保安全性。由于能夠提高安全性，因此可以將容量密度高的金屬鋰用于負極，能夠實現鋰電池的高輸出化和大容量化。另外，也能夠實現鋰電池的小型輕量化。另外，由于使用不燃性的無機固體電解質和常溫熔融鹽，因此能夠得到安全性高的鋰電池。
[0027]在上述第二方面中，優選，在所述無機固體電解質層的、與所述電極復合材料層側相反的一側設有濕砂狀電解質層，所述濕砂狀電解質層在多個粒子中浸滲有常溫熔融鹽電解質。
[0028]由此，能夠可靠地阻礙枝晶的生長，進而能夠提高防止正極與負極短路的效果。
[0029]在上述第二方面中，所述鋰電池用電極體優選具有兩個以上的層疊結構，該層疊結構由所述無機固體電解質層和所述濕砂狀電解質層構成。
[0030]由此，能夠可靠地阻礙枝晶的生長，進而能夠提高防止正極與負極短路的效果。
[0031]在上述第二方面中，所述無機固體電解質層優選通過氣相法形成。
[0032]通過采用氣相法，從而能夠被覆性高地形成致密的無機固體電解質層。
[0033]本發明所涉及的一個鋰電池優選將上述第一方面的鋰電池用電極體用于負極。
[0034]本發明所涉及的一個鋰電池優選將上述第二方面的鋰電池用電極體用于了負極。
[0035]本發明所涉及的一個鋰電池優選將上述第二方面的鋰電池用電極體用于了正極。
[0036]本發明所涉及的一個鋰電池優選將上述第二方面的鋰電池用電極體用于了正極且將上述第一方面的鋰電池用電極體或上述第二方面的鋰電池用電極體用于了負極。
【附圖說明】
[0037]圖1是示出本發明的鋰電池的第一實施方式的示意圖。
[0038]圖2是示出在圖1所示的鋰電池中在電極體上形成枝晶的狀態的示意圖。
[0039]圖3是示出在圖1所示的鋰電池中形成在電極體上的枝晶進一步生長后的狀態的示意圖。
[0040]圖4是示出本發明的鋰電池的第二實施方式的示意圖。
[0041]圖5是示出本發明的鋰電池的第三實施方式的示意圖。
[0042]圖6是示出無機固體電解質層與負極活性物質層接觸而形成的鋰電池的示意圖。
[0043]圖7是示出在上圖所示的鋰電池中在電極體上形成枝晶的狀態的示意圖。
[0044]圖8是示出本發明的電極體的第四實施方式的示意圖。
[0045]圖9是示出本發明的電極體的第五實施方式的示意圖。
[0046]圖10是示出本發明的鋰電池的第四實施方式的示意圖。
[0047]圖11是示出本發明的鋰電池的第五實施方式的示意圖。
[0048]圖12是示出本發明的鋰電池的第六實施方式的示意圖。
[0049]符號說明:
[0050]1、41、51、81、91、101 …鋰電池;20、20A、20B、30、60、70 …鋰電池用電極體；2、33、43…集電極;21…負極活性物質層;22、22A、22B、22C…濕砂狀電解質層；23、23A、23B、230.無機固體電解質層；31…正極體；34…負極體；42…電極復合材料層。
【具體實施方式】
[0051]下面，參照附圖而詳細地說明本發明。此外，所使用的圖為了方便說明，有時圖中示出的構成成分的大小的比例等與實際的大小不同。
[0052]圖1是示出作為本發明的鋰電池的第一實施方式的鋰電池1的示意圖。
[0053]鋰電池1將鋰電池用電極體(以下稱為電極體)20用于負極，將電極體30用于正極。具體而言，鋰電池1具有作為電極體20的負極體31和作為電極體30的正極體34。
[0054]首先，對電極體20進行說明。電極體20是本發明的鋰電池用電極體的第一實施方式。電極體20具備:集電極2、與集電極2的一個面抵接而設置的負極活性物質層21、設于負極活性物質層21上的濕砂狀電解質層22以及設于濕砂狀電解質層22上的無機固體電解質層23。
[0055]集電極2優選由不與負極活性物質層21的活性物質發生反應的材料構成。作為集電極2的形成材料，可以列舉出:從銅(Cu)、鎂(Mg)、鈦(Ti)、鐵(Fe)、鈷(Co)、鎳(Ni)、鋅(Zn)、鋁(A1