CN109565076B - 电化学元件及全固体锂离子二次电池 - Google Patents
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Abstract
本发明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%。
Description
技术领域
本发明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。
背景技术
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)
发明内容
发明所要解决的问题
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。
本发明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
本发明人们发现了,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。
本发明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%,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,所述水分中所述结合水所占的比例为50%以上90%以下。
在上述方式所涉及的电化学元件中,所述层叠体所含有的所述水分量相对于所述层叠体也可以为0.07质量%以上0.25质量%以下。
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,所述结合水的含量相对于所述层叠体也可以为0.04质量%以上0.18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65%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。
本发明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。
在本发明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。
发明的效果
根据本发明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,对本发明进行详细的说明。在下面的说明中使用的附图有时为了使本发明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,本发明并不限于此,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10,而是寻求以在层叠体4含有规定的水分量的状态驱动全固体电池10。
层叠体4含有的水分的一部分优选以和层叠体4结合的结合水的状态存在。结合水被认为和层叠体4的构成成分以分子级结合。
如果层叠体4含有的水分以结合水的状态存在,则水分量的变化随时间经过而减少。例如,即使不由电池壳体等覆盖周围,水分量也不会大幅变动。也就是说,能够以稳定的状态维持层叠体4,能够更稳定地降低内部电阻。
此外,通过作为结合水存在,在有结合水的部分和其他部分上可能形成活性物质及固体电解质的元素的浓度梯度。如果元素的浓度梯度存在,则离子沿其浓度梯度传导,离子传导性提高。其结果,全固体电池10的内部电阻进一步降低。
是否是“结合水”通过测定含有水分的层叠体4的质谱图来确认。在真空中加热层叠体4,一边逐渐升高温度一边测定m/z值为18的物质(即H2O)的检测定。由于结合水和层叠体4的构成分子结合,因此不会在100℃以下的温度下解吸。与之相对,仅单单吸附在层叠体4的吸附水会在100℃以下的温度下解吸。因此,可以通过在100℃以上的温度下解吸的水分的有无,来确认“结合水”的有无。此外,还可以求出层叠体4中所含的水分的吸附水和结合水的比例。
层叠体4中的结合水的含量相对于层叠体4的质量优选为0.005质量%以上0.2质量%以下,更优选为0.04质量%以上0.18质量%以下。另外,层叠体4中所含的水分中结合水所占比例更优选为50%以上90%以下。进一步优选的结合水所占的比例为65%以上90%以下。
可以通过在层叠体4内以该范围存在结合水来更稳定地获得充电深度深的全固体电池10。
“正极层及负极层”
正极层1具有正极集电体层1A和包括正极活性物质的正极活性物质层1B。负极层2具有负极集电体层2A和包括负极活性物质的负极活性物质层2B。
正极集电体层1A和负极集电体层2A优选为导电率高。因此,正极集电体层1A及负极集电体层2A优选使用例如银、钯、金、铂、铝、铜、镍等。在这些物质之中,铜不易与正极活性物质、负极活性物质及固体电解质发生反应。因此,如果将铜用于正极集电体层1A及负极集电体层2A,则可以降低全固体电池10的内部电阻。此外,构成正极集电体层1A和负极集电体层2A的材料可以相同,也可以不同。
正极活性物质层1B形成在正极集电体层1A的单面或双面。例如,位于全固体电池10的层叠方向的最上层的正极层1没有相对的负极层2。因此,在位于全固体电池10的最上层的正极层1中,正极活性物质层1B仅处于层叠方向下侧的单面即可。负极活性物质层2B也和正极活性物质层1B一样,形成在负极集电体层2A的单面或双面。
正极活性物质层1B及负极活性物质层2B包括授受电子的正极活性物质及负极活性物质。此外,也可以包括导电助剂或粘合剂等。正极活性物质及负极活性物质优选为能够有效地插入、解吸锂离子。
正极活性物质及负极活性物质优选使用例如过渡金属氧化物、过渡金属复合氧化物。具体而言,可以使用锂锰复合氧化物Li2MnaMa1-aO3(0.8≦a≦1、Ma=Co、Ni)、钴酸锂(LiCoO2)、镍酸锂(LiNiO2)、锂锰尖晶石(LiMn2O4)、由通式:LiNixCoyMnzO2(x+y+z=1、0≦x≦1、0≦y≦1、0≦z≦1)表示的复合金属氧化物、锂钒化合物(LiV2O5)、橄榄石型LiMbPO4(其中,Mb为选自Co、Ni、Mn、Fe、Mg、Nb、Ti、Al以及Zr中的一种以上的元素)、磷酸钒锂(Li3V2(PO4)3或LiVOPO4)、由Li2MnO3-LiMcO2(Mc=Mn、Co、Ni)表示的Li过量固溶体正极、钛酸锂(Li4Ti5O12)、由LisNitCouAlvO2(0.9<s<1.3、0.9<t+u+v<1.1)表示的复合金属氧化物等。
另外,也可以配合下述的固体电解质3来选择负极活性物质及正极活性物质。
例如,当对固体电解质3使用磷酸钛铝锂[LifAlgTihPiO12(f、g、h以及i分别为满足0.5≦f≦3.0、0.09≦g≦0.50、1.40≦h≦2.00、2.80≦i≦3.20的数。)]时,优选正极活性物质及负极活性物质使用LiVOPO4及Li3V2(PO4)3中的一个或两个。正极活性物质层1B以及负极活性物质层2B和固体电解质3的界面上的结合变强。另外,可以扩大正极活性物质层1B以及负极活性物质层2B和固体电解质3的界面上的接触面积。
构成正极活性物质层1B或负极活性物质层2B的活性物质没有明显的区别,通过比较两种化合物的电位,可以使用表示更高电位的化合物作为正极活性物质,使用表示更低电位的化合物作为负极活性物质。
另外,正极集电体层1A及负极集电体层2A也可以分别包括正极活性物质及负极活性物质。各集电体中包含的活性物质的含有比率只要作为集电体起作用,就没有特别限制。例如,正极集电体/正极活性物质或负极集电体/负极活性物质以体积比率计优选在90/10到70/30的范围。
通过正极集电体层1A及负极集电体层2A分别包括正极活性物质及负极活性物质,正极集电体层1A和正极活性物质层1B以及负极集电体层2A和负极活性物质层2B的紧贴性提高。
“固体电解质”
固体电解质3优选为磷酸盐系固体电解质。另外,固体电解质3优选使用电子传导性小且锂离子传导性高的材料。
例如,优选为选自La0.5Li0.5TiO3等的钙钛矿型化合物、或Li14Zn(GeO4)4等的硅型化合物、Li7La3Zr2O12等的石榴石型化合物、磷酸钛铝锂[LifAlgTihPiO12(f、g、h以及i分别为满足0.5≦f≦3.0、0.09≦g≦0.50、1.40≦h≦2.00、2.80≦i≦3.20的数。)]或Li1.5Al0.5Ge1.5(PO4)3等的钠超离子导体型(NASICON-type)化合物、Li3.25Ge0.25P0.75S4或Li3PS4等的硫醇型化合物、Li2S-P2S5或Li2O-V2O5-SiO2等的玻璃化合物、Li3PO4或Li3.5Si0.5P0.5O4或Li2.9PO3.3N0.46等的磷酸化合物中的至少一种。
(端子)
全固体电池10的第一外部端子5及第二外部端子6优选使用导电率大的材料。例如,可以使用银、金、铂、铝、铜、锡、镍。第一外部端子5及第二外部端子6可以是单层也可以是多层。
(保护层)
另外,全固体电池10也可以在层叠体4的外周具有对层叠体4或端子进行电、物理、化学保护的保护层。作为构成保护层的材料,优选绝缘性、耐用性、耐湿性优异,且环保安全。例如,优选使用玻璃或陶瓷、热固性树脂或光固化树脂。保护层的材料可以是仅一种,也可以并用多种。另外,保护层可以是单层,但优选为具有多层。其中特别优选混合了热固性树脂和陶瓷的粉末的有机无机混合物。
(全固体电池的制造方法)
全固体电池10的制造方法可以采用同时烧成法,也可以采用逐次烧成法。
同时烧成法是层叠形成各层的材料,通过一次性烧成来制造层叠体的方法。逐次烧成法是按顺序制造各层的方法,每制造一层就进行一次烧成工序。使用同时焼成法可以减少全固体电池10的作业工序。另外,使用同时烧成法获得的层叠体4变得致密。下面举例说明使用同时烧成法的情况。
同时烧成法具有制作构成层叠体4的各材料的膏体的工序,涂布并干燥膏体而制作生片的工序、以及层叠生片并将制作的层叠片进行同时烧成的工序。
首先,将构成层叠体4的正极集电体层1A、正极活性物质层1B、固体电解质3、负极活性物质层2B以及负极集电体层2A的各材料膏体化。
膏体化的方法没有特别限制。例如,在展色剂中混合各材料的粉末而得到膏体。这里,展色剂是液相中的介质的总称。展色剂中包括溶剂、粘合剂。通过该方法,制作正极集电体层1A用的膏体、正极活性物质层1B用的膏体、固体电解质3用的膏体、负极活性物质层2B用的膏体以及负极集电体层2A用的膏体。
接下来,制作生片。生片通过在PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)等基材上按照所期望的顺序涂布制作好的膏体,根据需要干燥后,剥离基材而获得。膏体的涂布方法没有特别限制。例如,可以采用丝网印刷、涂布、转印、刮刀等公知的方法。
制作好的各生片按照所期望的顺序、层叠数堆叠。根据需要进行对准、切割等。制作层叠体。在制作并联型或串并联型的电池的情况下,优选以正极集电体层的端面和负极集电体层的端面不一致的方式进行对准并进行堆叠。
在制作层叠体时,也可以准备下面说明的正极活性物质层单元及负极活性物质层单元来制作层叠体。
首先,通过刮刀法在PET膜上将固体电解质3用膏体形成为片状,对其进行干燥而形成固体电解质层3。在获得的固体电解质3上,通过丝网印刷而印刷正极活性物质层1B用膏体,对其进行干燥,形成正极活性物质层1B。
接下来,在所制作的正极活性物质层1B用膏体上,通过丝网印刷而印刷正极集电体层1A用膏体,对其进行干燥,形成正极集电体层1A。在获得的正极集电体层1A上,通过丝网印刷而再次印刷正极活性物质层1B用膏体,通过对其进行干燥,形成活性物质层1B。然后,剥离PET膜,从而制作正极活性物质层单元。正极活性物质层单元依次层叠有固体电解质层3/正极活性物质层1B/正极集电体层1A/正极活性物质层1B。
也以相同的步骤制作负极活性物质层单元。负极活性物质层单元依次层叠有固体电解质层3/负极活性物质层2B/负极集电体层2A/负极活性物质层2B。
层叠一个正极活性物质层单元和一个负极活性物质层单元。此时,正极活性物质层单元的固体电解质层3和负极活性物质层单元的负极活性物质层2B、或是正极活性物质层单元的正极活性物质层1B和负极活性物质层单元的固体电解质层3以相接的方式层叠。由此,可以得到依次层叠有正极活性物质层1B/正极集电体层1A/正极活性物质层1B/固体电解质层3/负极活性物质层2B/负极集电体层2A/负极活性物质层2B/固体电解质层3的层叠体。以第一片正极活性物质层单元的正极集电体层1A仅延伸到一端面,第二片负极活性物质层单元的负极集电体层2A仅延伸到另一端面的方式将各单元错开堆叠。在堆叠好的单元的两面上进一步堆叠规定厚度的固体电解质层3用片材,制成层叠体。
对制作的层叠体进行一次性压接。压接是边加热边进行的,加热温度例如为40~95℃。
将压接的生片层叠体在例如氮、氢及水蒸汽气氛下加热到500℃~700℃进行脱粘合剂。之后,在氮、氢及水蒸汽气氛下加热到600℃~1000℃并进行烧成,由此获得烧结体。烧成时间例如为0.1~3小时。
也可以将烧结体和氧化铝等磨料一同放入圆筒形的容器中,进行滚筒研磨。由此,可以对层叠体的角部进行倒角。作为另一种方法,也可以通过喷砂进行研磨。在该方法中只能铣削特定部分,故而优选。
(端子形成)
使烧结体4带有第一外部端子5和第二外部端子6。第一外部端子5及第二外部端子6以与正极集电体层1A和负极集电体层2A分别电接触的方式形成。例如,可通过对从烧结体4的侧面露出的正极集电体层1A和负极集电体层2A使用溅射法或浸渍法、喷涂法等公知的方法而形成。当只形成在规定的部分时,例如通过用胶带进行遮蔽等而形成。
以上,参照附图对本发明的实施方式进行了详述,但各实施方式中的各构成以及他们的组合仅仅是示例,在不脱离本发明的宗旨的范围内可进行构成的增加、省略、置换和其他的改变。
实施例
(比较例1)
通过同时烧成法制作层叠体4。各层的构成如下。
正极集电体层1A及负极集电体层2A:
Cu+Li2.55V1.50Al0.05Ti0.45P3.00O12
正极活性物质层1B及负极活性物质层2B:
Li2.55V1.50Al0.05Ti0.45P3.00O12
固体电解质3:Li1.00V0.05Al0.12Ti1.7P3.00O12
同时烧成时的温度为800℃,烧成时间为1小时。
将InGa电极膏体涂布在刚烧成后的层叠体4的端面,形成端子电极,制成全固体锂二次电池。
(实施例1)
在实施例1中,将烧成后的层叠体在温度25℃、湿度50%的恒温恒湿槽中放置12小时后,形成端子电极,这一点与比较例1不同。其他的条件与比较例1相同。
(实施例2)
在实施例2中,首先将烧成后的层叠体在温度25℃、湿度90%的恒温恒湿槽中放置30分钟后,进而在温度25℃、湿度50%的恒温恒湿槽中放置1星期。而后在从高温高湿槽中取出的层叠体上形成端子电极,这一点与比较例1不同。其他的条件与比较例1相同。
(实施例3)
在实施例3中,首先将烧成后的层叠体在温度25℃、湿度90%的恒温恒湿槽中放置2小时,进而在温度25℃、湿度50%的恒温恒湿槽中放置1星期。而后在从高温高湿槽中取出的层叠体上形成端子电极,这一点与比较例1不同。其他的条件与比较例1相同。
(实施例4)
在实施例4中,首先将烧成后的层叠体在纯水中浸渍30分钟,进而将从纯水中取出的层叠体在温度25℃、湿度50%的恒温恒湿槽中放置1星期。而后在从高温高湿槽中取出的层叠体上形成端子电极,这一点与比较例1不同。其他的条件与比较例1相同。
(实施例5)
在实施例5中,首先将烧成后的层叠体在温度25℃、湿度90%的恒温恒湿槽中放置24小时,进而在温度25℃、湿度50%的恒温恒湿槽中放置1星期。而后在从高温高湿槽中取出的层叠体上形成端子电极,这一点与比较例1不同。其他的条件与比较例1相同。
(实施例6)
在实施例6中,首先将烧成后的层叠体在纯水中浸渍1小时,进而将从纯水中取出的层叠体在温度25℃、湿度50%的恒温恒湿槽中放置1星期。而后在从高温高湿槽中取出的层叠体上形成端子电极,这一点与比较例1不同。其他的条件与比较例1相同。
(实施例7)
在实施例7中,首先将烧成后的层叠体在纯水中浸渍2小时,进而将从纯水中取出的层叠体在温度25℃、湿度50%的恒温恒湿槽中放置1星期。而后在从高温高湿槽中取出的层叠体上形成端子电极,这一点与比较例1不同。其他的条件与比较例1相同。
(实施例8)
在实施例8中,首先将烧成后的层叠体在温度25℃、湿度90%的恒温恒湿槽中放置3天,进而在温度25℃、湿度50%的恒温恒湿槽中放置1星期。而后在从高温高湿槽中取出的层叠体上形成端子电极,这一点与比较例1不同。其他的条件与比较例1相同。
(实施例9)
在实施例9中,首先将烧成后的层叠体在纯水中浸渍5小时,进而将从纯水中取出的层叠体在温度25℃、湿度50%的恒温恒湿槽中放置30分钟。而后在从高温高湿槽中取出的层叠体上形成端子电极,这一点与比较例1不同。其他的条件与比较例1相同。
(比较例2)
在比较例2中,首先将烧成后的层叠体在纯水中浸渍12小时。而后在从纯水中取出的层叠体上形成端子电极,这一点与比较例1不同。其他的条件与比较例1相同。
(比较例3)
在比较例3中,首先将烧成后的层叠体在纯水中浸渍24小时。而后在从纯水中取出的层叠体上形成端子电极,这一点与比较例1不同。其他的条件与比较例1相同。
将实施例1~9及比较例1~3各制作20个。在制作的各元件中,测定是否可充电至1.8V及放电容量。关于是否可以充电,使用充放电试验装置(阿斯卡电子制造的ACD-01),与图2同样地测定全固体电池的充电深度。可充电的话,如图2所示电压行为没有突然下降。另外,测定各层叠体中的水分量及结合水所占的比例等。水分量的测定通过使用TDS测定装置(电子科学株式会社制造的EMD-WA1000),以室温~300℃进行测定。其结果如表1所示。另外,表1中,“平均放电容量”表示可充电至1.8V的样品的放电容量的平均值。
[表1]
在比较例1~3的条件下制作的20个全固体电池均不能充电至1.8V。在比较例1中,在增加电压的中途,电压的行为变得不稳定。可认为这是因为由于全固体电池内的电阻成分的不均匀性而在一部分上发生局部短路。与之相对,在比较例2及3中,可认为由于过量的水分而发生短路。
与之相对,在实施例1~9的条件下制作的全固体电池中,能够获得可充电至1.8V的电池。另外,层叠体内所含的水分中的结合水的比例为50%以上90%以下时,可以特别稳定地进行充电。
另外,从实施例1~9及比较例1~3中所制作的20个中分别任意选择各一个,测定循环特性。循环特性是重复元件的充放电并进行100次,确认是否可以进行充放电。
在比较例1~3的条件下制作的全固体电池没有可充电至1.8V的元件。因此,通过施加0.7V的电压来进行循环特性的研究。在实施例1~9及比较例1的条件下制作的全固体电池,即使进行100次的充放电,仍能稳定地进行充放电。与之相对,在比较例2的条件下制作的全固体电池,在第12次时就不能进行充放电,在比较例3的条件下制作的全固体电池在第5次时就不能进行充放电。
可认为这是因为在比较例2及3的条件下制作的全固体电池的浸渍水分量较多,由于水而导致全固体电池随机发生短路。
另一方面,在实施例1~9的条件下制作的全固体电池,即使以假设的实际使用的1.8V电压进行100次的充放电,仍能持续地进行充放电。即,在实施例1~9的条件下制作的全固体电池可以稳定地进行充放电。
产业上的可利用性
能够提供一种无需担心漏液,即使在施加高电压时也能维持动作的、与现有相比为高性能的锂离子二次电池。
符号的说明
1 正极层
1A 正极集电体
1B 正极活性物质层
2 负极层
2A 负极集电体
2B 负极活性物质层
3 固体电解质
4 层叠体
5 第一外部端子
6 第二外部端子。
Claims (9)
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0.12质量%以下或0.25质量%以上且低于0.3质量%,
所述水分的一部分是与所述层叠体的构成成分以分子级结合的结合水,
所述水分中所述结合水的质量所占的比例通过在100℃以上的温度下解吸的水分测定,为50%以上90%以下。
2.根据权利要求1所述的电化学元件,其中,
所述层叠体所含有的所述水分量相对于所述层叠体为0.07质量%以上0.12质量%以下。
3.根据权利要求1所述的电化学元件,其中,
所述结合水的含量相对于所述层叠体为0.005质量%以上0.2质量%以下。
4.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叠体为0.04质量%以上0.18质量%以下。
5.根据权利要求1~4中的任一项所述的电化学元件,其中,
所述水分中所述结合水的质量所占的比例为65%以上90%以下。
6.根据权利要求1~4中任一项所述的电化学元件,其中,
所述固体电解质为磷酸盐系固体电解质。
7.根据权利要求5所述的电化学元件,其中,
所述固体电解质为磷酸盐系固体电解质。
8.一种全固体锂离子二次电池,其中,
使用权利要求1~7中任一项所述的电化学元件。
9.根据权利要求8所述的全固体锂离子二次电池,其特征在于,
一对电极层和设置于该一对电极层之间的固体电解质层的相对密度为80%以上。
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