CN102326288A - 全固体电池 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种能够提高输出功率的全固体电池。该全固体电池具备被卷绕了的固体电解质-电极接合体和容纳该固体电解质-电极接合体的壳体，在壳体的内周面和固体电解质-电极接合体之间填充有被加压了的流体。

Description

全固体电池
技术领域
本发明涉及具备固体电解质的全固体电池。
背景技术
锂离子二次电池具有能量密度比其他的二次电池高、能够进行在高电压下的工作这样的特征。因此，作为容易实现小型轻量化的二次电池被用于便携式电话等的信息设备，近年来，作为混合动力汽车用等大型的动力用的电池的需求也在提高。
锂离子二次电池具备正极层以及负极层、和配置在它们之间的电解质，电解质由非水系的液体或者固体构成。电解质使用非水系的液体(以下称为「电解液」)的情况下，电解液向正极层的内部渗透。因此，容易形成构成正极层的正极活性物质和电解质的界面，容易提高性能。然而，因为被广泛使用的电解液是可燃性的，所以需要搭载用于确保安全性的系统。另一方面，因为固体的电解质是不燃性的，所以能够简化上述系统。因此，曾提出了具备不燃性的固体的电解质(以下有时称为「固体电解质层」)的形态的锂离子二次电池。
在固体电解质层被配置在正极层和负极层之间的锂离子二次电池(以下有时称为「全固体电池」)中，电解质与正极活性物质以及电解质与负极活性物质的界面成为固体和固体的界面(固固界面)。固固界面与固液界面相比，离子传导阻力容易增大。因此，在全固体电池中，需要通过向固固界面赋予压力，来降低固固界面的离子传导阻力(以下称为「界面电阻」)。
作为涉及这样的全固体电池的技术，例如专利文献1中曾公开了一种具备将带状的正极和负极隔着固体电解质和隔板卷绕而成的卷绕电极体的全固体电池。
专利文献1：日本特开2002-280073号公报
发明内容
可以认为如果如专利文献1所公开的技术那样为具备被卷绕了的卷绕电极体的构成，则也能够得到高能量密度。但是，如专利文献1所公开的技术那样，存在即使单单地卷绕电极体，若不向固固界面赋予规定的紧固压力，则也难以降低界面电阻，从而难以提高输出功率这样的问题。
因此，本发明的课题是提供一种能够提高输出功率的全固体电池。
为了解决上述课题，本发明采取以下的方案。即：
本发明是一种全固体电池，其特征在于，具备被卷绕了的固体电解质-电极接合体和容纳固体电解质-电极接合体的壳体，在壳体的内周面和固体电解质-电极接合体之间填充有被加压了的流体。
在此，所谓的「被卷绕了的固体电解质-电极接合体」，是指正极层和负极层隔着固体电解质层和隔板被卷绕的结构体，例如，是指：通过卷绕将固体电解质层和正极层接合而成的带状的接合体、隔板、固体电解质层和负极层接合而成的带状的接合体、和隔板顺序层叠所构成的叠层体而制作的结构体。
另外，在上述本发明中，优选流体为绝缘性的液体。
本发明的全固体电池，在固体电解质-电极接合体和壳体的内周面之间填充有被加压了的流体。因此，可以从流体向固体电解质-电极接合体赋予压力。如果这样地赋予压力，则可以向固体电解质和正极活性物质的接触界面、以及固体电解质和负极活性物质的接触界面普遍地赋予压力，所以能够降低界面电阻。由于通过降低界面电阻能够提高输出功率，所以根据本发明，可以提供能够提高输出功率的全固体电池。
另外，本发明中，在固体电解质-电极接合体和壳体的内周面之间填充的流体是绝缘性的液体，由此提高输出功率变得容易。
附图说明
图1是表示全固体电池10的形态例的剖面图。
图2是放大地表示固体电解质-电极接合体的一部分的剖面图。
图3是分解地表示全固体电池10的图。
附图标记说明
1...固体电解质-电极接合体
1a...正极层
1b...负极层
1c...固体电解质层
1d...隔板
1e...正极合剂层
1f...正极集电体
1g...负极合剂层
1h...负极集电体
1x...接合体
1y...接合体
2...筒状体
3...壳体
4...液体
5...盖
10...全固体电池
具体实施方式
以下，一边参照附图一边对本发明进行说明。另外，以下所示的形态是本发明的例示，本发明并不限定在以下所示的形态中。
图1是简化地表示本发明的全固体电池10的形态例的剖面图。在图1中，以全固体电池10的特征性构成为中心进行记载，公知的构成的记载适当省略。图2是放大地表示全固体电池10所具备的固体电解质-电极接合体电极体的一部分的剖面图。图3是分解地表示全固体电池10的图。在图3中，简化地表示了全固体电池10的形态。
如图1～图3所示，全固体电池10具有被卷绕了的固体电解质-电极接合体1、容纳固体电解质-电极接合体1的筒状体2、和容纳筒状体2的壳体3。进而，在筒状体2的外周面和壳体3的内周面之间填充有被加压了的液体4，盖上了盖件5的壳体3的内侧的空间被密闭。通过设为这样的形态，筒状体2由在其外侧填充的液体4赋予压力。因此，通过使用能够将由液体4赋予的压力传递到固体电解质-电极接合体1的形态的筒状体2，能够对固体电解质-电极接合体1从其外侧赋予压力。如果这样地赋予压力，则可以向固体电解质和正极活性物质的固固界面、以及固体电解质和负极活性物质的固固界面赋予压力，所以能够降低这些固固界面的界面电阻。通过降低界面电阻，可以提高输出功率，所以根据本发明，可以提供能够提高输出功率的全固体电池10。以下，对于全固体电池10，按照构成进行说明。
<固体电解质-电极接合体1>
固体电解质-电极接合体1是正极层1a和负极层1b隔着固体电解质层1c和隔板1d被卷绕而成的结构体，具有所谓的果冻卷(jelly roll)型的结构。固体电解质-电极接合体1，通过将固体电解质层1c和正极层1a接合而成的带状的接合体1x、隔板1d、固体电解质层1c和负极层1b接合而成的带状的接合体1y和隔板1d层叠而成的叠层体进行卷绕来制作。
正极层1a具有正极集电体1f与正极合剂层1e相接触的结构。正极合剂层1e含有锂离子出入的正极活性物质、固体电解质和导电材料，借助于粘结材料，它们被均匀地混合。正极合剂层1e中所含有的正极活性物质，可以使用可在全固体电池中使用的公知的正极活性物质，作为其具体例，可以举出钴酸锂等。另外，正极合剂层1e中所含有的固体电解质，可以使用可在全固体电池中使用的公知的固体电解质，作为其具体例，可以举出Li7P3S11等。另外，正极合剂层1e中所含有的导电材料，可以使用可在全固体电池中使用的公知的导电材料，作为其具体例，可以举出以炭黑为代表的碳材料等。另外，正极合剂层1e中所含有的粘结材料，可以使用可在全固体电池的正极层中使用的公知的粘结材料，作为其具体例，可以举出氟系橡胶等的合成橡胶、聚偏二氟乙烯等的高分子材料等。另外，正极集电体1f可以使用可在全固体电池的正极集电体中使用的公知的材料，例如，可以将铝箔、镍箔作为正极集电体1f。
负极层1b具有负极集电体1h与负极合剂层1g相接触的结构。负极合剂层1g含有锂离子出入的负极活性物质、固体电解质和导电材料，借助于粘结材料，它们被均匀地混合。负极合剂层1g中所含有的负极活性物质，可以使用可在全固体电池中使用的公知的负极活性物质，作为其具体例，可以举出石墨等的碳材料等。另外，负极合剂层1g中所含有的固体电解质、导电材料和粘结材料，可以使用与可在正极合剂层1e中使用的固体电解质、导电材料和粘结材料同样的材料。另外，负极集电体1h可以使用可在全固体电池的负极集电体中使用的公知的材料，例如，可以将铜箔、镍箔作为负极集电体1h。
固体电解质层1c具有锂离子传导性，并且，含有不具有导电性的固体电解质。固体电解质层1c中所含有的固体电解质，可以使用可在全固体电池中使用的公知的固体电解质，作为其具体例，可以举出Li7P3S11等。
隔板1d是隔开正极层1a和负极层1b的部件，出于防止与正极活性物质和负极活性物质的接触相伴的短路等的目的而配置。隔板1d可以利用可在全固体电池中使用的公知的材料构成。作为隔板1d的形态例，可以举出聚四氟乙烯(PTFE)和聚丙烯(PP)等的树脂制的多孔质膜、陶瓷制的多孔质膜等。
<筒状体2>
筒状体2是为了防止通过液体4渗透到电解质/电极界面，从外部施加拘束压力时压力没有均匀地施加于电解质/电极界面的固固界面而使用的结构体。全固体电池10中的筒状体2，只要能够将由液体4赋予的压力传递到固体电解质-电极接合体1，则其形态没有特别的限定。作为筒状体2的构成材料的具体例，可以举出聚合物(PP、PE等)、经聚合物涂覆了的铝箔等的绝缘物。另外，筒状体2的厚度可以设为例如0.05μm～3mm。
<壳体3>
壳体3是容纳固体电解质-电极接合体1、筒状体2和被加压了的液体4的部件，通过盖上盖5，内侧的空间被密闭。壳体3若由可以耐受在被加压的状态下密闭的液体4的压力，不与液体4反应，并且能够耐受全固体电池10使用时的环境的材料构成，则其形态没有特别限定。作为壳体3的构成材料的具体例，可以举出镍钢等。
<液体4>
液体4在被加压的状态下被填充到壳体3中，向固体电解质-电极接合体1赋予压力，由此承担降低固体电解质和正极活性物质的固固界面以及固体电解质和负极活性物质的固固界面的界面电阻的功能。只要是能够发挥这样的功能的液体，则液体4没有特别的限定，但从即使筒状体2有间隙，液体4侵入到电极内也不发生短路、漏电等的问题这样的观点来看，优选为绝缘性的液体4。另外，从确保全固体电池10使用时的安全性等的观点来看，优选为不燃性的液体4。另外，从可以长时间地向固体电解质-电极接合体1赋予压力等的观点来看，优选为不挥发性的液体4。作为这样的液体4的具体例，可以举出以矿物油、烷基苯、聚丁烯、烷基萘、烷基二苯基烷烃、硅油等为主成分的绝缘油等。另外，在全固体电池10中，将被加压的液体4向壳体3填充的方法没有特别的限定，可以采用公知的方法进行填充。例如，作为液体4使用上述绝缘油的情况下，将容纳了固体电解质-电极接合体1的筒状体2容纳到壳体3中后，将通过填充氮气等的惰性气体而被加压了的上述绝缘油向壳体3中填充，其后，经过使用盖5密闭壳体3等的过程，由此可以制造全固体电池10。
在全固体电池10中，容纳在被封闭的壳体3中的液体4的压力，只要是能够向固体电解质-电极接合体1赋予可降低界面电阻的压力的压力，就没有特别的限定。液体4的压力可以设为例如0.2MPa～100MPa。
<盖5>
盖5通过塞住壳体3的开口部，将固体电解质-电极接合体1、筒状体2和容纳有液体4的壳体3的内侧密闭。盖5如果由可以耐受在被加压的状态下密闭了的液体4的压力，不与液体4反应，并且能够耐受全固体电池10使用时的环境的材料构成，则其形态没有特别的限定。作为盖5的构成材料的具体例，可以举出镍钢等。
在关于本发明的全固体电池10的上述说明中，例示了具备筒状体2的形态，但本发明的全固体电池并不限定于该形态。在使用了绝缘性的液体4的情况下，也可以设为不具备筒状体2的形态。
另外，在关于本发明的全固体电池10的上述说明中，例示了在固体电解质-电极接合体1和壳体3的内周面之间填充有被加压了的液体的形态，但本发明的全固体电池并不限定于该形态。在本发明的全固体电池中，也可以在固体电解质-电极接合体和壳体的内周面之间填充被加压了的胶状的流体、被加压了的气体等。但是，从成为容易从固体电解质-电极接合体的外侧普遍地赋予压力的形态等的观点来看，优选在固体电解质-电极接合体和壳体的内周面之间填充有被加压了的液体。
另外，在关于本发明的全固体电池10的上述说明中，例示了具备具有正极合剂层1e的正极层1a以及具有负极合剂层1g的负极层1b的形态，但是本发明的全固体电池并不限定于该形态。本发明的全固体电池例如可以为具备由铟箔构成的负极层的形态。
另外，在关于本发明的全固体电池10的上述说明中，例示了具备能够吸收和释放锂离子的正极活性物质和负极活性物质的形态，但本发明的全固体电池并不限定于该形态。本发明的全固体电池也能够适用于例如钠离子移动的形态的全固体电池。
产业上的利用可能性
本发明的全固体电池可以作为电动汽车和信息设备等的动力源使用。

Claims (2)

1.一种全固体电池，其特征在于，具备被卷绕了的电解质-电极接合体和容纳所述电解质-电极接合体的壳体，
在所述壳体的内周面和所述电解质-电极接合体之间填充有被加压了的流体。
2.根据权利要求1所述的全固体电池，其特征在于，所述流体为绝缘性的流体。
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