特許ウォッチ

公開番号2024146931
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-10-15
出願番号2024058136
出願日2024-03-29
発明の名称固体二次電池
出願人本田技研工業株式会社
代理人個人,個人,個人
主分類H01M 10/0585 20100101AFI20241004BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】充放電を繰り返しても固体電解質層や中間層の端部に金属イオンが析出しにくく、サイクル特性に優れた固体二次電池を提供すること。
【解決手段】電極積層体と、前記電極積層体を収容する外装体と、を備え、前記電極積層体は、正極層と、負極層と、前記正極層と前記負極層との間に配置された固体電解質層と、を有し、前記正極層は、正極集電体と正極活物質層を含み、前記固体電解質層は、前記正極活物質層と対向する正極対向域と、前記正極層と対向しない正極非対向域とを有し、正極非対向域の空隙率が5%未満である、固体二次電池。
【選択図】図1

特許請求の範囲【請求項１】
電極積層体と、前記電極積層体を収容する外装体と、を備え、
前記電極積層体は、正極層と、負極層と、前記正極層と前記負極層との間に配置された固体電解質層と、を有し、
前記正極層は、正極集電体と正極活物質層を含み、
前記固体電解質層は、前記正極活物質層と対向する正極対向域と、前記正極層と対向しない正極非対向域とを有し、
正極非対向域の空隙率が５％未満である、固体二次電池。
続きを表示（約 600 文字）【請求項２】
前記正極対向域の見掛け密度をＤ１とし、前記正極非対向域の見掛け密度をＤ２としたとき、－３％≦（Ｄ１－Ｄ２）／Ｄ１×１００≦＋３％を満足する、請求項１に記載の固体二次電池。
【請求項３】
前記固体電解質層の前記正極非対向域の層内の密着強度が、０．３ｋＮ／ｍより大きい、請求項１に記載の固体二次電池。
【請求項４】
前記固体電解質層の前記正極対向域の複合弾性率をＥ１とし、前記正極非対向域の複合弾性率をＥ２としたとき、（Ｅ１－Ｅ２）／Ｅ１×１００≦１５％を満足する、請求項１に記載の固体二次電池。
【請求項５】
前記固体電解質層は、硫化物固体電解質材料を含む、請求項１に記載の固体二次電池。
【請求項６】
前記負極層と前記固体電解質層との間に配置される中間層を有し、
前記中間層の空隙率は、前記固体電解質層の空隙率よりも大きい、請求項１に記載の固体二次電池。
【請求項７】
前記電極積層体の積層方向における前記中間層の厚さが５μｍ以下である、請求項６４に記載の固体二次電池。
【請求項８】
前記中間層は、金属ナノ粒子と無定形炭素とを含む、請求項６４に記載の固体二次電池。
【請求項９】
前記正極活物質層の外周が絶縁枠で囲まれている、請求項１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 1,600 文字）【背景技術】
【０００２】
近年、より多くの人々が手ごろで信頼でき、持続可能かつ先進的なエネルギーへのアクセスを確保できるようにするため、エネルギーの効率化に貢献する二次電池に関する研究開発が行われている。二次電池の中でも固体電解質を用いた固体二次電池は、固体電解質が不燃性であるために安全性が向上する点や、より高いエネルギー密度を有する点において優れており、特に注目を集めている。
【０００３】
固体二次電池においては、充放電を繰り返すことで固体電解質層と負極層との間に電荷移動媒体として用いられるリチウムイオン等の金属イオンが析出する場合がある。上記金属の析出によって界面の接合性が低下すること等により固体二次電池の性能が低下するおそれがある。この課題に対して、負極集電体を被覆するリチウム金属が析出可能な層を設けて、リチウム金属を被覆層の表面に略均一に析出させることにより、デッドリチウムを発生し難くする技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
特開２０１８－１２９１５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、固体二次電池では、サイクル特性の向上が課題である。特に、固体二次電池では、寸法や構造設計、プロセス条件が不適切な場合には、固体電解質層の端部に電荷移動媒体である金属イオンが析出しやすくなる場合がある。また、固体電解質層と負極集電体との間に中間層を設けたときには、中間層の端部にも金属イオンが析出しやすくなる場合がある。固体電解質層や中間層の端部に金属イオンが析出すると、析出した金属が蓄積することによって、正極層と負極層とが短絡する場合や、局所的に副反応が生じ抵抗上昇する場合があり、サイクル特性が低下するおそれがある。
【０００６】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、充放電を繰り返しても固体電解質層や中間層の端部に金属イオンが析出しにくく、サイクル特性に優れた固体二次電池を提供することを目的としたものである。そして、延いてはエネルギーの効率化に寄与するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者らは、固体電解質層に、正極層と対向しない正極非対向域を設けて、その正極非対向域を空隙率が低い緻密な固体電解質層とすることによって、上記の課題を解決することが可能となることを見出し、本発明を完成するに至った。したがって、本発明は、次のものを提供する。
【０００８】
（１）電極積層体と、前記電極積層体を収容する外装体と、を備え、前記電極積層体は、正極層と、負極層と、前記正極層と前記負極層との間に配置された固体電解質層と、を有し、前記正極層は、正極集電体と正極活物質層を含み、前記固体電解質層は、前記正極活物質層と対向する正極対向域と、前記正極層と対向しない正極非対向域とを有し、正極非対向域の空隙率が５％未満である、固体二次電池。
【０００９】
（１）の固体二次電池によれば、正極非対向域は空隙率が５％以下と低く、緻密であるので、充放電時において、正極層や負極層から放出された金属イオンが正極非対向域内を移動しにくい。このため、金属イオンが固体電解質層の端部に析出しにくくなる。よって、（１）の固体二次電池は、サイクル特性に優れたものとなる。
【００１０】
（２）前記正極対向域の見掛け密度をＤ１とし、前記正極非対向域の見掛け密度をＤ２としたとき、－３％≦（Ｄ１－Ｄ２）／Ｄ１×１００≦＋３％を満足する、（１）に記載の固体二次電池。
（【００１１】以降は省略されています）

関連特許