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公開番号2024143042
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-10-11
出願番号2023055517
出願日2023-03-30
発明の名称固体電池及び固体電池の製造方法
出願人トヨタ自動車株式会社
代理人弁理士法人太陽国際特許事務所
主分類H01M 10/052 20100101AFI20241003BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】充放電効率が高い固体電池を提供する。
【解決手段】本開示の固体電池は、正極層と、負極活物質層を含む負極層と、前記正極層及び前記負極層の間に配置された固体電解質層と、を備える。前記固体電池の満充電時において、前記負極活物質層は、Li-Mg-X層を有する。前記Xは、In及びAgからなる群より選択される少なくとも1つである。前記Li-Mg-X層は、前記固体電解質層の表面に形成されている。
【選択図】なし
特許請求の範囲【請求項１】
正極層と、負極活物質層を含む負極層と、前記正極層及び前記負極層の間に配置された固体電解質層と、を備える固体電池であって、
前記固体電池の満充電時において、前記負極活物質層が、Ｌｉ－Ｍｇ－Ｘ層を有し、
前記Ｘが、Ｉｎ及びＡｇからなる群より選択される少なくとも１つであり、
前記Ｌｉ－Ｍｇ－Ｘ層が、前記固体電解質層の表面に形成されている、固体電池。
続きを表示（約 400 文字）【請求項２】
前記固体電池の満充電時において、前記負極活物質層が、前記Ｌｉ－Ｍｇ－Ｉｎ層である、請求項１に記載の固体電池。
【請求項３】
前記固体電池の満充電時において、前記負極活物質層が、前記Ｌｉ－Ｍｇ－Ａｇ層である、請求項１に記載の固体電池。
【請求項４】
正極層と、負極集電体を含む負極層と、前記正極層及び前記負極層の間に配置された固体電解質層と、を備える固体電池の製造方法であって、
前記固体電解質層の前記負極層側の表面に、Ｘ層を形成する工程と、
前記負極集電体の前記固体電解質層側の表面に、Ｍｇ層を形成する工程と、
を含み、
前記Ｘが、Ｉｎ及びＡｇからなる群より選択される少なくとも１つである、固体電池の製造方法。
【請求項５】
前記Ｘが、Ｉｎ又はＡｇである、請求項４に記載の固体電池の製造方法。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本開示は、固体電池及び固体電池の製造方法に関する。
続きを表示（約 2,500 文字）【背景技術】
【０００２】
従来から、安全性に優れるリチウムイオン二次電池として、固体電池が知られている。
特許文献１は、全固体電池（以下、「固体電池」ともいう）を開示している。特許文献１に開示の固体電池は、負極の反応として金属リチウムの析出－溶解反応を利用している。当該固体電池は、正極層を含む正極と、負極集電体及び負極層を含む負極と、当該正極層並びに当該負極層の間に配置される固体電解質層と、を備える。前記負極層は、負極活物質として、金属リチウムと金属マグネシウムとのβ単相の合金を含む。前記全固体電池の満充電時において、前記合金中のリチウム元素の元素比率は、８１．８０ａｔｏｍｉｃ％以上９９．９７ａｔｏｍｉｃ％以下である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特開２０１８－１８４５１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１の固体電池は、固体電池の実用性を向上させる観点から、充放電効率に改善の余地を有する。「充放電効率」とは、充電容量に対する放電容量の割合を示す。
【０００５】
本開示は、上記事情に鑑みたものである。
本開示の一実施形態が解決しようとする課題は、充放電効率が高い固体電池及び固体電池の製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するための手段には、以下の実施態様が含まれる。
＜１＞正極層と、負極活物質層を含む負極層と、前記正極層及び前記負極層の間に配置された固体電解質層と、を備える固体電池であって、前記固体電池の満充電時において、前記負極活物質層が、Ｌｉ－Ｍｇ－Ｘ層を有し、前記Ｘが、Ｉｎ及びＡｇからなる群より選択される少なくとも１つであり、前記Ｌｉ－Ｍｇ－Ｘ層が、前記固体電解質層の表面に形成されている、固体電池。
＜２＞前記固体電池の満充電時において、前記負極活物質層が、前記Ｌｉ－Ｍｇ－Ｉｎ層である、前記＜１＞に記載の固体電池。
＜３＞前記固体電池の満充電時において、前記負極活物質層が、前記Ｌｉ－Ｍｇ－Ａｇ層である、前記＜１＞又は＜２＞に記載の固体電池。
＜４＞正極層と、負極集電体を含む負極層と、前記正極層及び前記負極層の間に配置された固体電解質層と、を備える固体電池を製造する方法であって、前記固体電解質層の前記負極層側の表面に、Ｘ層を形成する工程と、前記負極集電体の前記固体電解質層側の表面に、Ｍｇ層を形成する工程と、を含み、前記Ｘが、Ｉｎ及びＡｇからなる群より選択される少なくとも１つである、固体電池の製造方法。
＜５＞前記Ｘが、Ｉｎ又はＡｇである、前記＜４＞に記載の固体電池の製造方法。
【発明の効果】
【０００７】
本開示によれば、充放電効率が高い固体電池及び固体電池の製造方法が提供される。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
本開示において、「～」を用いて示された数値範囲は、「～」の前後に記載される数値をそれぞれ最小値及び最大値として含む範囲を意味する。本開示に段階的に記載されている数値範囲において、ある数値範囲で記載された上限値又は下限値は、他の段階的な記載の数値範囲の上限値又は下限値に置き換えてもよい。本開示に記載されている数値範囲において、ある数値範囲で記載された上限値又は下限値は、実施例に示されている値に置き換えてもよい。本開示において、２以上の好ましい態様の組み合わせは、より好ましい態様である。本開示において、各成分の量は、各成分に該当する物質が複数種存在する場合には、特に断らない限り、複数種の物質の合計量を意味する。本開示において、「工程」との用語は、独立した工程だけではなく、他の工程と明確に区別できない場合であっても、その工程の所期の目的が達成されれば、本用語に含まれる。
【０００９】
（１）固体電池
本開示の固体電池は、正極層と、負極活物質層を含む負極層と、前記正極層及び前記負極層の間に配置された固体電解質層と、を備える。前記固体電池の満充電時において、前記負極活物質層は、Ｌｉ（リチウム）－Ｍｇ（マグネシウム）－Ｘ層を有する。前記Ｘ（以下、「金属元素Ｘ」ともいう」）は、Ｉｎ（インジウム）及びＡｇ（銀）からなる群より選択される少なくとも１つである。前記Ｌｉ－Ｍｇ－Ｘ層は、前記固体電解質層の表面に形成されている
【００１０】
本開示において、「固体電池の満充電時」とは、固体電池の充電状態（ＳＯＣ: State Of Charge）が１００％である時を示す。ＳＯＣは、固体電池の満充電容量に対する充電容量の割合を示す。満充電容量では、ＳＯＣは１００％である。
「Ｌｉ－Ｍｇ－Ｘ層」とは、リチウム元素、マグネシウム元素及び金属元素Ｘを主成分とする合金層を示す。詳しくは、「Ｌｉ－Ｍｇ－Ｘ層」とは、層を構成する全元素の総量に対して、リチウム元素の比率が４５ａｔｏｍｉｃ％以上であり、マグネシウム元素の比率が０．３ａｔｏｍｉｃ％以上であり、金属元素Ｘの比率が０．１ａｔｏｍｉｃ％以上である層を示す。リチウム元素の比率は、４５ａｔｏｍｉｃ％～９９．６ａｔｏｍｉｃ％であってもよい。マグネシウム元素の比率は、０．３ａｔｏｍｉｃ％～４５ａｔｏｍｉｃ％であってもよい。金属元素Ｘの比率は、０．１ａｔｏｍｉｃ％～５ａｔｏｍｉｃ％であってもよい。
「前記Ｌｉ－Ｍｇ－Ｘ層は、前記固体電解質層の表面に形成されている」とは、固体電池の満充電時において、Ｌｉ－Ｍｇ－Ｘ層と固体電解質層との間に、Ｌｉ層が介在していないことを示す。「Ｌｉ層」とは、リチウム元素を主成分とする金属層を示す。詳しくは、「Ｌｉ層」とは、リチウム元素の比率が、層を構成する全元素の総量に対して、９８ａｔｏｍｉｃ％以上である層を示す。
（【００１１】以降は省略されています）

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