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公開番号2024162152
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-11-21
出願番号2023077431
出願日2023-05-09
発明の名称シリコンクラスレート電極活物質、負極合材、負極活物質層、固体リチウムイオン電池
出願人トヨタ自動車株式会社,株式会社豊田自動織機
代理人個人,個人,個人,個人,個人,個人
主分類H01M 4/38 20060101AFI20241114BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】本開示は、充電時の膨張が小さいシリコンクラスレート電極活物質、及びそのようなシリコンクラスレート電極活物質を有する固体リチウムイオン電池を提供する。
【解決手段】本開示のシリコンクラスレート電極活物質は、酸素原子を0質量%超19.4質量%未満含む。本開示の固体リチウムイオン電池は、本開示の負極活物質層を有する。本開示の負極活物質層は、本開示の負極合材を含有している。本開示の負極合材は、本開示のシリコンクラスレート電極活物質、及び固体電解質を含む。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
酸素原子を０質量％超１９．４質量％未満含む、シリコンクラスレート電極活物質。
続きを表示（約 380 文字）【請求項２】
酸素原子を２．０質量％以上含む、請求項１に記載のシリコンクラスレート電極活物質。
【請求項３】
酸素原子を３．３質量％以上７．０質量％以下含む、請求項２に記載のシリコンクラスレート電極活物質。
【請求項４】
少なくとも部分的にクラスレートＩＩ型構造を有する、請求項１に記載のシリコンクラスレート電極活物質。
【請求項５】
請求項１に記載のシリコンクラスレート電極活物質、及び固体電解質を含む、負極合材。
【請求項６】
前記固体電解質が硫化物固体電解質である、請求項５に記載の負極合材。
【請求項７】
請求項５に記載の負極合材を含有している、負極活物質層。
【請求項８】
請求項７に記載の負極活物質層を有する、固体リチウムイオン電池。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本開示は、シリコンクラスレート電極活物質、負極合材、負極活物質層、及び固体リチウムイオン電池に関する。
続きを表示（約 1,500 文字）【背景技術】
【０００２】
近年、電池の開発が盛んに行われている。例えば、自動車産業界では、電気自動車又はハイブリッド自動車に用いられる電池の開発が進められている。また、電池、特にリチウムイオン電池に用いられる電極活物質として、シリコンが知られている。
【０００３】
シリコン電極活物質は理論容量が大きく、電池の高エネルギー密度化に有効である。その反面、シリコン電極活物質は、充電時の膨張が大きいという問題を有する。これに対して、シリコン電極活物質としてシリコンクラスレート電極活物質を用いることによって、充電時の膨張を抑制することが知られている。
【０００４】
例えば、特許文献１は、シリコンクラスレートＩＩ型の結晶相を有し、Ｎａ
ｘ
Ｓｉ
１３６
（１．９８＜ｘ＜２．５４）の組成を有する、シリコンクラスレート電極活物質を開示している。特許文献２は、シリコンクラスレートＩＩ型の結晶相を有し、一次粒子の内部に空隙を有し、細孔直径が１００ｎｍ以下である空隙の空隙量が、０．０５ｃｃ／ｇ以上、０．１５ｃｃ／ｇ以下である、シリコンクラスレート電極活物質を開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
特開２０２１－１５８００３号公報
特開２０２１－１５８００４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
シリコンクラスレート電極活物質は通常のシリコン電極活物質と比較して充電時の膨張を抑制できるものの、シリコンクラスレート電極活物質の充電時の膨張を更に抑制することが求められている。
【０００７】
本開示は、充電時の膨張が小さいシリコンクラスレート電極活物質、及びそのようなシリコンクラスレート電極活物質を有する固体リチウムイオン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】
本開示者は、以下の手段により上記課題を解決することができることを見出した。
〈態様１〉
酸素原子を０質量％超１９．４質量％未満含む、シリコンクラスレート電極活物質。
〈態様２〉
酸素原子を２．０質量％以上含む、態様１に記載のシリコンクラスレート電極活物質。
〈態様３〉
酸素原子を３．３質量％以上７．０質量％以下含む、態様２に記載のシリコンクラスレート電極活物質。
〈態様４〉
少なくとも部分的にクラスレートＩＩ型構造を有する、態様１に記載のシリコンクラスレート電極活物質。
〈態様５〉
態様１に記載のシリコンクラスレート電極活物質、及び固体電解質を含む、負極合材。
〈態様６〉
前記固体電解質が硫化物固体電解質である、態様５に記載の負極合材。
〈態様７〉
態様５に記載の負極合材を含有している、負極活物質層。
〈態様８〉
態様７に記載の負極活物質層を有する、固体リチウムイオン電池。
【発明の効果】
【０００９】
本開示によれば、充電時の膨張が小さいシリコンクラスレート電極活物質、及びそのようなシリコンクラスレート電極活物質を有する固体リチウムイオン電池を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
図１は、実施例１～５、及び比較例１のシリコンクラスレート電極活物質の酸素原子量と膨張量との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
（【００１１】以降は省略されています）

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