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公開番号2022132739
公報種別公開特許公報(A)
公開日2022-09-13
出願番号2021031357
出願日2021-03-01
発明の名称電池及び電池の製造方法
出願人TDK株式会社
代理人
主分類H01M 10/052 20100101AFI20220906BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】充放電効率の高い電池及びその製造方法を提供することを目的とする。
【解決手段】本実施形態にかかる電池は、正極と、負極と、前記正極と前記負極との間にある固体電解質層とを備える電池要素を含み、前記電池要素を覆う外装体をさらに備え、前記正極、前記負極、前記固体電解質層とのうち少なくとも一つは、Li3+a-eE1-bGbDcXd-e・・・(1)で表される固体電解質を含み、前記電池要素と前記外装体との間の収容空間における水分量は、1100ppmv未満である電池。
【選択図】図2
特許請求の範囲【請求項1】
正極と、負極と、前記正極と前記負極との間にある固体電解質層と、を備える電池要素を含み、
前記正極、前記負極、前記固体電解質層とのうち少なくとも一つは、以下の式(1)で表される固体電解質を含み、
Li
3+a-e

1-b





d-e
・・・(1)
式(1)中において、
EはAl、Sc、Y、Zr、Hf、ランタノイドからなる群から選択される少なくとも1種の元素であり、
Gは、Na、K、Rb、Cs、Mg、Ca、Sr、Ba、B、Si、Al、Ti、Cu、Sc、Y、Zr、Nb、Ag、In、Sn、Sb、Hf、Ta、W、Au、Biからなる群から選択される少なくとも1種の元素であり、
DはCO

、SO

、BO

、PO

、NO

、SiO

、OH、O

からなる群から選択される少なくとも1種であり、
XはF、Cl、Br、Iからなる群から選択される少なくとも1種の元素であり、
n=(Eの価数)-(Gの価数)としたとき、a=nb、0≦b<0.5、0≦c≦5、0<d≦6.1、0≦e≦2であり、
前記電池要素を覆う外装体をさらに備え、前記電池要素と前記外装体との間の収容空間における水分量は、1100ppmv未満である電池。
続きを表示(約 730 文字)【請求項2】
前記収容空間における水分量は、600ppmv以下である、請求項1に記載の電池。
【請求項3】
正極と負極との間に固体電解質層を挟み、これらを加圧成形し電池要素を作製する素子作製工程と、前記電池要素を外装体内に収容する収容工程と、を有し、
前記正極、前記負極、前記固体電解質層とのうち少なくとも一つは、以下の式(1)で表される固体電解質を含み、
Li
3+a-e

1-b





d-e
・・・(1)
式(1)中において、
EはAl、Sc、Y、Zr、Hf、ランタノイドからなる群から選択される少なくとも1種の元素であり、
Gは、Na、K、Rb、Cs、Mg、Ca、Sr、Ba、B、Si、Al、Ti、Cu、Sc、Y、Zr、Nb、Ag、In、Sn、Sb、Hf、Ta、W、Au、Biからなる群から選択される少なくとも1種の元素であり、
DはCO

、SO

、BO

、PO

、NO

、SiO

、OH、O

からなる群から選択される少なくとも1種であり、
XはF、Cl、Br、Iからなる群から選択される少なくとも1種の元素であり、
n=(Eの価数)-(Gの価数)としたとき、a=nb、0≦b<0.5、0≦c≦5、0<d≦6.1、0≦e≦2であり、
前記収容工程における露点を-20℃より低く-90℃以上とする、電池の製造方法。

発明の詳細な説明【技術分野】
【0001】
本発明は、電池及び電池の製造方法に関する。
続きを表示(約 1,600 文字)【背景技術】
【0002】
近年、エレクトロニクス技術の発達はめざましく、携帯電子機器の小型軽量化、薄型化、多機能化が図られている。それに伴い、電子機器の電源となる電池に対し、小型軽量化、薄型化、信頼性の向上が強く望まれており、電解質として固体電解質を用いる全固体電池が注目されている。
【0003】
全固体電池の作製方法の一例として、焼結法と粉末成形法とがある。焼結法は、負極と固体電解質層と正極とを積層後、焼結して全固体電池を形成する。粉末成形法は、負極と固体電解質層と正極とを積層後、圧力を加えて全固体電池を形成する。固体電解質層に用いることができる材料は、製造方法によって異なる。固体電解質としては、酸化物系固体電解質、硫化物系固体電解質、錯体水素化物系固体電解質(LiBH

など)などが知られている。
【0004】
特許文献1には、正極と負極と一般式Li
3-2X


In
1-Y
M´


6-Z
L´

で表される化合物からなる固体電解質とを有する固体電解質二次電池が開示されている。上記の一般式中、MおよびM´は金属元素であり、LおよびL´はハロゲン元素である。また、X、YおよびZは独立に0≦X<1.5、0≦Y<1、0≦Z≦6 を満たす。また正極は、Li元素を含む正極活物質を含有する正極層および正極集電体を備える。また負極は、負極活物質を含有する負極層および負極集電体を備える。
【0005】
特許文献2には、下記の組成式(1)により表される、固体電解質材料が開示されている。
Li
6-3Z




・・・式(1)
ここで、0<Z<2、を満たし、Xは、ClまたはBrである。
また、特許文献2には、負極と正極のうちの少なくとも1つは、前記固体電解質材料を含む電池が記載されている。
【0006】
特許文献3には、第一固体電解質材料と、第二固体電解質材料と、を有する電極活物質層を備える全固体電池が記載されている。第一固体電解質材料は、単相の電子-イオン混合伝導体であり、活物質と、前記活物質に接触し、前記活物質のアニオン成分とは異なるアニオン成分を有する材料である。第二固体電解質材料は、第一固体電解質材料に接触し、第一固体電解質材料と同じアニオン成分を有し、電子伝導性を有しないイオン伝導体である。第一固体電解質材料は、Li

ZrS

である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0007】
特開2006-244734号公報
国際公開第2018/025582号
特開2013-257992号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0008】
しかしながら、特許文献1~3に記載された固体電解質は、いずれも充放電効率が十分得られない場合があった。
【0009】
本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、充放電効率の高い電池及びその製造方法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】
【0010】
本発明者は、上記課題を解決するために、鋭意検討を重ねた。その結果、全固体電池における金属部分の腐食による集電機能の低下が電池の充放電効率を低下させる一要因であることを見出した。そして収容空間に含まれる水分が金属部分の腐食の発生に寄与していることを見出した。すなわち、上記課題を解決するため、以下の手段を提供する。
(【0011】以降は省略されています)

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