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公開番号2022090892
公報種別公開特許公報(A)
公開日2022-06-20
出願番号2020203467
出願日2020-12-08
発明の名称固体二次電池
出願人キヤノン株式会社
代理人個人,個人
主分類H01M 10/058 20100101AFI20220613BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】リサイクル性が担保された固体二次電池を提供する。
【解決手段】層厚方向に複数の活物質粒子を有する活物質層と、前記活物質粒子との間で活物質イオンの授受を行う電解質層と、前記活物質粒子との間で電子の授受を行う集電体層と、を含む固体二次電池であって、前記活物質層は、前記層厚方向おいて、前記活物質粒子の比表面積が層厚方向における他の領域より低い第1の領域を有していることを特徴とする。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項1】
粒子部と前記粒子部から複数方向に突出する複数の突出部とを有する複数の活物質粒子が、層厚方向に堆積した活物質層と、前記活物質粒子との間で活物質イオンの授受を行う電解質層と、前記活物質粒子との間で電子の授受を行う集電体層と、を含む固体二次電池であって、
前記活物質層は、前記層厚方向おいて、前記活物質粒子の比表面積が、層厚方向における他の領域より低い第1の領域を有していることを特徴とする固体二次電池。
続きを表示(約 560 文字)【請求項2】
前記第1の領域は、前記活物質層の層方向に沿って延在している請求項1に記載の固体二次電池。
【請求項3】
前記第1の領域は、前記層厚方向に沿った引っ張り応力、前記層方向に沿ったせん断応力の少なくともいずれかが、前記層厚方向における他の領域より集中する領域を含む請求項1または2に記載の固体二次電池。
【請求項4】
前記第1の領域は、前記活物質粒子が前記電解質層または前記集電体層と接する位置を含む請求項1から3のいずれか1項に記載の固体二次電池。
【請求項5】
前記活物質層は、前記層厚方向おいて、前記活物質粒子の1粒子あたりの比表面積が、層厚方向における他の領域より低い第1の領域を有している請求項1から4のいずれか1項に記載の固体二次電池。
【請求項6】
前記活物質粒子は、コバルト酸リチウム、リン酸コバルトリチウムの少なくともいずれかを含む請求項1乃至5のいずれか1項に記載の固体二次電池。
【請求項7】
前記電解質層は、固体電解質層である請求項1から6のいずれか1項に記載の固体二次電池。
【請求項8】
前記固体電解質は、金属酸化物を含む酸化物系の固体電解質を含む請求項7に記載の固体二次電池。

発明の詳細な説明【技術分野】
【0001】
本発明は、固体二次電池に関する。
続きを表示(約 1,700 文字)【背景技術】
【0002】
一般に、二次電池は、電極(正極や負極)及び電解質で構成され、電極間で電解質を介したイオンの移動が生じることで、充電や放電を行う。このような二次電池は、携帯電話などの小型機器から電気自動車などの大型機器まで、幅広い用途で使用されている。そのため、二次電池の性能のさらなる向上が求められている。二次電池の充放電特性を高めるためには、一般的に電極中の活物質と電解質との界面を大きくすることが重要である。ここで、活物質とは、電気を生じさせる反応に関与する物質のことである。
【0003】
充放電特性を高めるために、具体策として細かい突出部を有した活物質を固体二次電池の正極とする手法が知られている。特許文献1は、コバルトを含むメッキ層とリチウムを含む活物質原料とを接触させて加熱するフラックス法により、比表面積が1.1~2に増大したコバルト酸リチウムのパターンを集電体上に設ける技術を開示している。
【0004】
一方で、実装される電気製品あるいは二次電池の寿命等に伴って二次電池が廃棄される場合に、環境保護の観点から再資源化される回収率を上げること、材料毎の分離が容易に行われること、が求められる。特許文献2は、固体二次電池(全固体電池)の活物質層と集電体層の剥離性を担保するために、常温で可塑性を有する感圧接着剤を活物質層と集電体層の間に設けることを開示している。特許文献2に記載の感圧接着剤は、アセンブリ時に活物質層と集電体層の間隙の四隅等の一部に設けられ、残部、すなわち感圧接着剤が設けられていない部分、においては、活物質層と集電体層が、セル組工程の圧着により密着可能なように配置されている。セル組後の活物質層と集電体層の両層の間の伝導性が担保され、必要に応じて容易に、両層が分離することが可能であることを開示している。
【0005】
特許文献2は、さらに、短絡等により不具体が生じたことが特定された部位に係る活物質層と集電体層のみを廃棄することで、再度、全固体電池に採用可能な部品を残し、部品の歩留まりを向上することを開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
特開2015-220080号公報
特開2020-129157号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
特許文献1の方法により得られた突出部を有する活物質粒子を含む活物質層を用いて製造された全固体電池(固体二次電池)は、廃棄後の処理として再資源化しようとする際に、以下の様なリサイクル性を困難とする問題があることが懸念された。かかる問題は、固体電解質層と活物質層との間、活物質層と集電体層との間、において、層方向に隣接する異なる構成要素同士の間で、図5のように、少なくとも一方の要素の一部が他方に残るような、不整分離を生じる場合があった。かかる不整分離は、隣接する粒子間、隣接する層間のイオン伝導性を担保するために、設けられた複数の突出部によるアンカリング作用によるものであると推定された。
【0008】
本願発明者等の検討の結果、かかる不整分離の課題は、弾性―塑性等の変形に係る物性が近い材料同士の間で、応力集中する領域が複数方向に進展しやすく、顕著に生じることが予想された。構造上では、固液界面よりは固固界面でより顕著に不整分離が生じるため、上記の不整分離の課題が生じ難い固体二次電池を提供することが求められていた。
【0009】
また、相対的に軟質材料を選択可能な集電体層と活物質層との界面よりも不整分離が生じ易く、資源価値が高く、高い回収率が望まれるLi、Co等の材料を含む電解質層と活物質層との界面の分離性を高めた固体二次電池を提供することが求められていた。
【0010】
本願は、活物質層と集電体層、活物質層と集電体層の間の剥離性が担保され、リサイクル性が担保された活物質層を含む固体二次電池を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
(【0011】以降は省略されています)

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