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公開番号2024140242
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-10-10
出願番号2023051286
出願日2023-03-28
発明の名称全固体電池
出願人TDK株式会社
代理人個人,個人,個人
主分類H01M 10/0585 20100101AFI20241003BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】内部抵抗の低い全固体電池を提供する。
【解決手段】この全固体電池は、正極活物質を含む正極合剤層と、負極活物質を含む負極合剤層と、が固体電解質層を介して積層された積層体を備え、前記正極合剤層及び前記負極合剤層の少なくとも一方が、エキスパンドメタルと、固体電解質粒子と、を含む電極合剤層であり、前記積層体の積層方向に沿った断面において、前記エキスパンドメタルは、前記固体電解質層と近い第一辺と、前記第一辺と対向する第二辺と、前記第一辺及び前記第二辺をつなぐ第三辺及び第四辺と、により画定され、前記第二辺と前記第三辺とのなす角と、前記第二辺と前記第四辺とのなす角と、のうち、小さい角Xが、20°≦X<90°を満たす。
【選択図】図2
特許請求の範囲【請求項１】
正極活物質を含む正極合剤層と、負極活物質を含む負極合剤層と、が固体電解質層を介して積層された積層体を備え、
前記正極合剤層及び前記負極合剤層の少なくとも一方が、エキスパンドメタルと、固体電解質粒子と、を含む電極合剤層であり、
前記積層体の積層方向に沿った断面において、前記エキスパンドメタルは、前記固体電解質層と近い第一辺と、前記第一辺と対向する第二辺と、前記第一辺及び前記第二辺をつなぐ第三辺及び第四辺と、により画定され、
前記第二辺と前記第三辺とのなす角と、前記第二辺と前記第四辺とのなす角と、のうち、小さい方の角Ｘが、２０°≦Ｘ＜９０°を満たす、全固体電池。
続きを表示（約 490 文字）【請求項２】
前記第三辺及び前記第四辺のうち一方が、前記第一辺と直交する方向に対して傾斜しており、前記第一辺の長さをａ、前記第二辺の長さをｂ、前記第一辺及び前記第二辺の距離をｃとしたときの傾斜（｜ａ－ｂ｜／ｃ）が０．０１を超え３以下である、請求項１に記載の全固体電池。
【請求項３】
前記第二辺と前記第三辺とのなす角及び前記第二辺と前記第四辺とのなす角は、２０°以上９０°未満の範囲にある、請求項１に記載の全固体電池。
【請求項４】
前記エキスパンドメタルがＡｌ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｍｏ、Ｐｔ、Ｔｉ、ＳＵＳ及びカーボンからなる群から選択される一種又は二種以上を含むことを特徴とする請求項１記載の全固体電池。
【請求項５】
前記正極合剤層及び前記負極合剤層の何れも前記エキスパンドメタルと、前記固体電解質粒子と、を含むことを特徴とする請求項１記載の全固体電池。
【請求項６】
前記電極合剤層及び前記固体電解質層の界面に対する前記エキスパンドメタルの角度が０．５°以上１５°以下であることを特徴とする請求項１記載の全固体電池。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、全固体電池に関する。
続きを表示（約 1,500 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いる。そこで、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。従来、全固体電池の固体電解質として、酸化物系固体電解質、錯体水素化物系固体電解質などが知られている（例えば、特許文献１）。
【０００３】
特許文献１には、不燃性の固体電解質として一般式Ｌｉ
１＋ｘ
Ｍ
ＩＩＩ
ｘ
Ｔｉ
ＩＶ
２－ｘ
（ＰＯ
４
）
３
（式中、０≦ｘ≦０．６、Ｍ
ＩＩＩ
：Ａｌ，Ｙ，Ｇａ，Ｉｎ及びＬａよりなる群から選択される少なくとも一種の金属イオン）で表される固体電解質を備える全固体電池が開示されている。この全固体リチウム二次電池は、活物質層と、活物質層に焼結によって接合された固体電解質層を含み、活物質層がリチウムイオンを放出及び吸蔵し得る結晶性の第１物質を含み、固体電解質層がリチウムイオン伝導性を有する結晶性の第２物質を含むことが開示されている。また、固体電解質層の充填率は、７０％を超えることが好ましいと記載されており、各層を構成する材料が順次積層された後に焼結されることで製造される。
【０００４】
特許文献１に開示されているように、全固体電池に備えられる固体電解質は、緻密であることが好ましいと考えられている。
【０００５】
一方で、全固体電池の充放電に伴い膨張収縮が生じることが知られている。このような充放電に伴う膨張収縮によって、全固体電池の電極材料の割れが生じることを抑制する手法が検討されている（例えば、特許文献２）。
【０００６】
特許文献２には、発泡金属又は金属繊維焼結体である多孔質金属シートが固体電解質層に設けられた構成が開示されている。特許文献２の全固体電池は、多孔質金属シートに電極材料を充填する工程を含む製造方法により作製される。特許文献２には、該構成を備えることで、電極材料の割れ等を抑制できると開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
特開２００７－００５２７９号公報
特開２０１０－４０２１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１及び特許文献２に開示されたような全固体電池では、内部抵抗が過剰に高く、低減することが求められていた。本発明は、上記事情に鑑みてなされた発明であり、内部抵抗の低い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】
【０００９】
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、特許文献２の多孔質金属シートを用いる方法では、多孔質電極シートの内部の空隙及び周囲に他の材料が緻密に形成されているとは言えなかった。電極合剤層内にエキスパンドメタルが設けられる構造とし、該エキスパンドメタルの面のうち固体電解質層から離れた面の面積が大きくなるように作製した際に、全固体電池の内部抵抗を低減できることを見出した。
【００１０】
すなわち本発明は、上記課題を解決するために、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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