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公開番号2024041233
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-03-27
出願番号2022145928
出願日2022-09-14
発明の名称負極、全固体電池
出願人TDK株式会社
代理人個人,個人,個人
主分類H01M 4/13 20100101AFI20240319BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】充放電サイクルにおける不可逆容量を低減し、充放電効率を向上させることが可能な負極、およびこれを備えた全固体電池を提供する。
【解決手段】負極集電体と、前記負極集電体の一面に形成される負極合材層とを備えた電池の負極であって、前記負極合材層は、負極活物質材料と、固体電解質材料とを有し、前記固体電解質材料は式(1)で表される化合物であり、前記負極合材層の組成中の導電性炭素材料は3質量%以下である、負極。
A_aE_bG_cX_d・・・(1)
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
負極集電体と、前記負極集電体の一面に形成される負極合材層とを備えた電池の負極であって、
前記負極合材層は、負極活物質材料と、固体電解質材料とを有し、
前記固体電解質材料は式（１）で表される化合物であり、
前記負極合材層の組成中の導電性炭素材料は３質量％以下である、負極。
Ａ
ａ
Ｅ
ｂ
Ｇ
ｃ
Ｘ
ｄ
・・・（１）
（式（１）中において、ＡはＬｉ、Ｋ、Ｎａからなる群から選択される少なくとも１種の元素である。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種の元素である。ＧはＯＨ、ＢＯ
２
、ＢＯ
３
、ＢＯ
４
、Ｂ
３
Ｏ
６
、Ｂ
４
Ｏ
７
、ＣＯ
３
、ＮＯ
３
、ＡｌＯ
２
、ＳｉＯ
３
、ＳｉＯ
４
、Ｓｉ
２
Ｏ
７
、Ｓｉ
３
Ｏ
９
、Ｓｉ
４
Ｏ
１１
、Ｓｉ
６
Ｏ
１８
、ＰＯ
３
、ＰＯ
４
、Ｐ
２
Ｏ
７
、Ｐ
３
Ｏ
１０
、ＳＯ
３
、ＳＯ
４
、ＳＯ
５
、Ｓ
２
Ｏ
３
、Ｓ
２
Ｏ
４
、Ｓ
２
Ｏ
５
、Ｓ
２
Ｏ
６
、Ｓ
２
Ｏ
７
、Ｓ
２
Ｏ
８
続きを表示（約 460 文字）【請求項２】
前記固体電解質材料の質量をｘ、前記導電性炭素材料の質量をｙとしたときに、前記固体電解質材料と前記導電性炭素材料との組成比は、式（２）を満たす、請求項１に記載の負極。
ｙ／ｘ≦０．３・・・（２）
【請求項３】
前記負極活物質材料は、チタン酸リチウムである、請求項１または２に記載の負極。
【請求項４】
式（１）中のＸは、Ｃｌである、請求項１または２に記載の負極。
【請求項５】
前記負極合材層の組成中に前記導電性炭素材料を含ませない、請求項１または２に記載の負極。
【請求項６】
前記導電性炭素材料は、グラファイト系材料である、請求項１または２に記載の負極。
【請求項７】
前記負極に含まれる前記固体電解質材料の含有割合は、１０質量％以上、４０質量％以下である、請求項１または２に記載の負極。
【請求項８】
請求項１または２に記載の負極と、固体電解質層と、正極と、を備える、全固体電池。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、負極、およびこれを備えた全固体電池に関する。
続きを表示（約 2,000 文字）【背景技術】
【０００２】
ＥＶ（電気自動車）やＨＥＶ（ハイブリッド電気自動車）等の車両から、携帯電話、ノートパソコン等の電子機器に至るまで、電源としてリチウムイオン電池が広く用いられている。従来のリチウムイオン電池は、電解質として有機溶媒として、例えば六フッ化リン酸リチウムなどのリチウム塩を溶解した有機電解液が用いられている。
【０００３】
こうした有機電解液は可燃性であり、過度な昇温、衝撃によって破損する可能性がある。また、有機電解液を含むリチウムイオン電池は、充放電を繰り返すうちに、リチウム金属表面にデンドライト状リチウム金属が成長して、これが電極間の内部短絡の原因となり不具合を引き起こす可能性がある。このような電極間の内部短絡を防ぐために、電極間にセパレータなどの部材が必要とされている。
【０００４】
このような有機電解液を使用した従来のリチウムイオン電池の安全性、耐久性を向上させるために、固体電解質を使用した全固体型のリチウムイオン電池（全固体電池）が提案されている。こうした全固体電池は、固体電解質を用いることで、リチウム金属の成長とそれに伴う電極間の内部短絡を抑制できるため、電池の安全性、耐久性を向上させることができる（例えば、特許文献１を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
特開２０１８－８５３１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
現在の一般的な全固体電池は、負極として、充電容量を発現するための活物質、イオン電導性を確保するための固体電解質、電子伝導性を確保するための導電助剤と、必要に応じて形状維持のためにバインダーを加えたものが主流となっている。従来のこうした固体電池の負極は、初回の充放電サイクルに大きな不可逆容量を生じることが多く、初回の充放電効率を著しく低下させているという課題があった。
【０００７】
本発明は、このような事情を考慮してなされたものであり、充放電サイクルにおける不可逆容量を低減し、充放電効率を向上させることが可能な負極、およびこれを備えた全固体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】
【０００８】
上記課題を解決するため、以下の手段を提供する。
本発明の一態様に係る負極は、負極集電体と、前記負極集電体の一面に形成される負極合材層とを備えた電池の負極であって、前記負極合材層は、負極活物質材料と、固体電解質材料とを有し、前記固体電解質材料は式（１）で表される化合物であり、前記負極合材層の組成中の導電性炭素材料は３質量％以下である。
Ａ
ａ
Ｅ
ｂ
Ｇ
ｃ
Ｘ
ｄ
・・・（１）
（式（１）中において、ＡはＬｉ、Ｋ、Ｎａからなる群から選択される少なくとも１種の元素である。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種の元素である。ＧはＯＨ、ＢＯ
２
、ＢＯ
３
、ＢＯ
４
、Ｂ
３
Ｏ
６
、Ｂ
４
Ｏ
７
、ＣＯ
３
、ＮＯ
３
、ＡｌＯ
２
、ＳｉＯ
３
、ＳｉＯ
４
、Ｓｉ
２
Ｏ
７
、Ｓｉ
３
Ｏ
９
、Ｓｉ
４
Ｏ
１１
、Ｓｉ
６
Ｏ
１８
、ＰＯ
３
、ＰＯ
４
、Ｐ
２
Ｏ
７
、Ｐ
３
Ｏ
１０
、ＳＯ
３
、ＳＯ
４
、ＳＯ
５
、Ｓ
２
Ｏ
３
、Ｓ
２
Ｏ
４
、Ｓ
２
Ｏ
５
、Ｓ
２
Ｏ
６
、Ｓ
２
Ｏ
７
、Ｓ
２
Ｏ
８
、ＢＦ
４
、ＰＦ
６
【０００９】
本発明の一態様に係る全固体電池は、前項に記載された負極と、固体電解質層と、正極と、を備える。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、充放電サイクルにおける不可逆容量を低減し、充放電効率を向上させることが可能な負極、およびこれを備えた全固体電池を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
（【００１１】以降は省略されています）

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