锂电池用电极体及锂电池的制作方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及锂电池用电极体及锂电池等。
【背景技术】
[0002]将锂或含锂物质用于负极的锂电池不仅重量轻且容量大，并且能够通过与适当的正极组合可得到高电压。因此，锂电池正在广泛地应用于便携式电子设备、照相机、钟表、电动工具、混合动力汽车用电池等。
[0003]然而，这样的锂电池由于锂具有高活性并且使用可燃性的有机电解液，因此在确保安全性上必须要注意。
[0004]特别是，即使金属锂在活性物质中示出了高的容量密度(大约3860mAh/cc)，但在充放电时锂从负极生长成树枝(枝晶)状，并且该生长成的枝晶可能与正极发生短路，因此从确保安全性的角度而言必须要注意。
[0005]作为防止负极与正极的短路和着火而提高安全性的尝试，已公开有采用了陶瓷电解质(无机固体电解质)的锂电池(例如参照专利文献1)。
[0006]在该锂电池中，由于采用了陶瓷电解质，因此无需使用可燃性的有机溶液，并且陶瓷电解质为不燃性，因此在安全性方面上很突出。
[0007]但是，如在专利文献1的实施例中所记载的那样，在该锂电池中，对陶瓷电解质使用将电解质的粉体与电极活性物质一起进行压粉成形的方法。因此，在陶瓷电解质粉与电极活性物质的界面或陶瓷电解质粉与陶瓷电解质粉的界面上的接触不充分而不能得到良好的电池输出，而且，由于伴随循环充放电而产生的体积变化，该界面接触不稳定，导致循环使用寿命缩短。
[0008]另一方面，也已公开有使用溅射等气相薄膜沉积法形成正极薄膜/陶瓷电解质薄膜/负极薄膜这样的层压体的锂电池(例如参照专利文献2)。在该锂电池中，电极(正极薄膜或负极薄膜)与陶瓷电解质的界面上的接触良好，且可减少活性物质层和电解质层的厚度，因此可期待得到高输出和良好的循环使用寿命特性。
[0009]然而，在专利文献2记载的锂电池中，每单位面积的活性物质的总厚度只有Ιμπι?几μ m左右，很难制造足够容量的电池。
[0010]S卩，想要得到足够容量的电池，需要制造活性物质的总厚度超过100 μπι的电池，但在专利文献2的方法中很难超过100 μπι，因此，现阶段仍不能制造容量充足的电池。
[0011]在专利文献3记载的锂电池中，使用不燃性的常温熔融盐电解质，在这一点上虽然安全性高，但由于该常温熔融盐电解质为液体，因此即使使用金属锂负极或者由石墨、碳等构成的一般的负极，也会存在锂析出这样的过充电的情况发生，从而由于枝晶的生长导致发生短路。
[0012]将锂或含锂物质用于负极的锂电池存在例如上述的问题。人们一直在寻求在反复充放电时也可确保安全性防止正负极间的短路、可得到充分大的输出且也可大容量化的锂电池以及适合于锂电池制造的锂电池用电极体。
[0013]现有技术文献
[0014]专利文献
[0015]专利文献1:日本特开2006 - 277997号公报
[0016]专利文献2:日本特开2004 - 179158号公报
[0017]专利文献3:日本特开2002 - 110225号公报
【发明内容】
[0018]本发明是为了解决上述的课题或问题中至少一个而做出，能够采用以下的方面和实施方式。
[0019]本发明所涉及的锂电池用电极体的第一方面，包括:集电极；负极活性物质层，设于所述集电极上；湿砂状电解质层、设于所述负极活性物质层的、与所述集电极侧相反的一侧；以及无机固体电解质层，设于所述湿砂状电解质层的、与所述负极活性物质层侧相反的一侧，所述湿砂状电解质层在多个粒子中浸渗有常温熔融盐电解质。
[0020]根据该结构，通过湿砂状电解质层和无机固体电解质层阻碍枝晶的生长，从而能够防止在负极与正极之间产生短路，能够防止以短路为原因的着火、爆炸。因此，可以确保安全性。另外，由于能够提高安全性，因此可以将容量密度高的金属锂用于负极，能够实现锂电池的高输出化和大容量化。另外，也能够实现锂电池的小型轻量化。另外，由于使用不燃性的无机固体电解质和常温熔融盐，因此得到安全性高的锂电池。
[0021]在上述第一方面中，优选具有两个以上的层叠结构，该层叠结构由所述湿砂状电解质层和所述无机固体电解质层构成。
[0022]由此，能够更可靠地阻碍枝晶的生长，进而能够提高防止正极与负极短路的效果。
[0023]在上述第一方面中，优选所述无机固体电解质层通过气相法形成。
[0024]通过采用气相法，能够被覆性高地形成致密的无机固体电解质层。
[0025]本发明所涉及的锂电池用电极体的第二方面，包括:集电极；设于所述集电极的一个面上的电极复合材料层；以及设于所述电极复合材料层的、与所述集电极侧相反的一侧的无机固体电解质层，所述电极复合材料层混合电极活性物质和至少湿砂状电解质而构成，所述湿砂状电解质在多个粒子中浸渗有常温熔融盐电解质。
[0026]根据该结构，通过无机固体电解质层阻碍枝晶的生长，能够防止在负极与正极之间产生短路，进而能够防止以短路为原因的着火、爆炸。因此，可以确保安全性。由于能够提高安全性，因此可以将容量密度高的金属锂用于负极，能够实现锂电池的高输出化和大容量化。另外，也能够实现锂电池的小型轻量化。另外，由于使用不燃性的无机固体电解质和常温熔融盐，因此能够得到安全性高的锂电池。
[0027]在上述第二方面中，优选，在所述无机固体电解质层的、与所述电极复合材料层侧相反的一侧设有湿砂状电解质层，所述湿砂状电解质层在多个粒子中浸渗有常温熔融盐电解质。
[0028]由此，能够可靠地阻碍枝晶的生长，进而能够提高防止正极与负极短路的效果。
[0029]在上述第二方面中，所述锂电池用电极体优选具有两个以上的层叠结构，该层叠结构由所述无机固体电解质层和所述湿砂状电解质层构成。
[0030]由此，能够可靠地阻碍枝晶的生长，进而能够提高防止正极与负极短路的效果。
[0031]在上述第二方面中，所述无机固体电解质层优选通过气相法形成。
[0032]通过采用气相法，从而能够被覆性高地形成致密的无机固体电解质层。
[0033]本发明所涉及的一个锂电池优选将上述第一方面的锂电池用电极体用于负极。
[0034]本发明所涉及的一个锂电池优选将上述第二方面的锂电池用电极体用于了负极。
[0035]本发明所涉及的一个锂电池优选将上述第二方面的锂电池用电极体用于了正极。
[0036]本发明所涉及的一个锂电池优选将上述第二方面的锂电池用电极体用于了正极且将上述第一方面的锂电池用电极体或上述第二方面的锂电池用电极体用于了负极。
【附图说明】
[0037]图1是示出本发明的锂电池的第一实施方式的示意图。
[0038]图2是示出在图1所示的锂电池中在电极体上形成枝晶的状态的示意图。
[0039]图3是示出在图1所示的锂电池中形成在电极体上的枝晶进一步生长后的状态的示意图。
[0040]图4是示出本发明的锂电池的第二实施方式的示意图。
[0041]图5是示出本发明的锂电池的第三实施方式的示意图。
[0042]图6是示出无机固体电解质层与负极活性物质层接触而形成的锂电池的示意图。
[0043]图7是示出在上图所示的锂电池中在电极体上形成枝晶的状态的示意图。
[0044]图8是示出本发明的电极体的第四实施方式的示意图。
[0045]图9是示出本发明的电极体的第五实施方式的示意图。
[0046]图10是示出本发明的锂电池的第四实施方式的示意图。
[0047]图11是示出本发明的锂电池的第五实施方式的示意图。
[0048]图12是示出本发明的锂电池的第六实施方式的示意图。
[0049]符号说明:
[0050]1、41、51、81、91、101 …锂电池;20、20A、20B、30、60、70 …锂电池用电极体；2、33、43…集电极;21…负极活性物质层;22、22A、22B、22C…湿砂状电解质层；23、23A、23B、230.无机固体电解质层；31…正极体；34…负极体；42…电极复合材料层。
【具体实施方式】
[0051]下面，参照附图而详细地说明本发明。此外，所使用的图为了方便说明，有时图中示出的构成成分的大小的比例等与实际的大小不同。
[0052]图1是示出作为本发明的锂电池的第一实施方式的锂电池1的示意图。
[0053]锂电池1将锂电池用电极体(以下称为电极体)20用于负极，将电极体30用于正极。具体而言，锂电池1具有作为电极体20的负极体31和作为电极体30的正极体34。
[0054]首先，对电极体20进行说明。电极体20是本发明的锂电池用电极体的第一实施方式。电极体20具备:集电极2、与集电极2的一个面抵接而设置的负极活性物质层21、设于负极活性物质层21上的湿砂状电解质层22以及设于湿砂状电解质层22上的无机固体电解质层23。
[0055]集电极2优选由不与负极活性物质层21的活性物质发生反应的材料构成。作为集电极2的形成材料，可以列举出:从铜(Cu)、镁(Mg)、钛(Ti)、铁(Fe)、钴(Co)、镍(Ni)、锌(Zn)、铝(A1