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公開番号2025037083
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-03-17
出願番号2023143823
出願日2023-09-05
発明の名称全固体電池
出願人トヨタ自動車株式会社
代理人個人,個人,個人
主分類H01M 10/052 20100101AFI20250310BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】電池構造の簡易化とサイクル特性の向上とを両立した全固体電池の提供。
【解決手段】負極反応として金属リチウムの析出溶解反応を利用した全固体電池である。電池は、負極集電体、固体電解質層A、Bおよび正極活物質層を、厚さ方向においてこの順に有し、固体電解質層Aは第1、第2硫化物固体電解質を含有し、固体電解質層Bは第3硫化物固体電解質を含有し、第1硫化物固体電解質はCV測定において0.3V以上1.0V以下に還元反応のピークを有する硫化物固体電解質であり、かつM元素(Mは、Sn、Al、Zn、In、Ge、Si、Sb、GaおよびBiの少なくとも一種)を含有し、第2硫化物固体電解質はCV測定において0.3V以上1.0V以下に還元反応のピークを有しない硫化物固体電解質であり、固体電解質層Aにおいて第1、第2硫化物固体電解質の合計に対する第1硫化物固体電解質の割合が0重量%より大きく45重量%以下である。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
負極反応として金属リチウムの析出溶解反応を利用した全固体電池であって、
負極集電体、固体電解質層Ａ、固体電解質層Ｂおよび正極活物質層を、厚さ方向において、この順に有し、
前記固体電解質層Ａは、第１硫化物固体電解質および第２硫化物固体電解質を含有し、
前記固体電解質層Ｂは、第３硫化物固体電解質を含有し、
前記第１硫化物固体電解質は、サイクリックボルタンメトリ測定において０．３Ｖ（ｖｓＬｉ／Ｌｉ
＋
）以上１．０Ｖ（ｖｓＬｉ／Ｌｉ
＋
）以下に、還元反応のピークを有する硫化物固体電解質であり、かつ、Ｍ元素（Ｍは、Ｓｎ、Ａｌ、Ｚｎ、Ｉｎ、Ｇｅ、Ｓｉ、Ｓｂ、ＧａおよびＢｉの少なくとも一種である）を含有し、
前記第２硫化物固体電解質は、サイクリックボルタンメトリ測定において０．３Ｖ（ｖｓＬｉ／Ｌｉ
＋
）以上１．０Ｖ（ｖｓＬｉ／Ｌｉ
＋
）以下に、還元反応のピークを有しない硫化物固体電解質であり、
前記固体電解質層Ａにおいて、前記第１硫化物固体電解質および前記第２硫化物固体電解質の合計に対する、前記第１硫化物固体電解質の割合が、０重量％より大きく、４５重量％以下である、全固体電池。
続きを表示（約 440 文字）【請求項２】
前記固体電解質層Ａにおいて、前記第１硫化物固体電解質および前記第２硫化物固体電解質の合計に対する、前記第１硫化物固体電解質の割合が、５重量％以上、４０重量％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３硫化物固体電解質は、サイクリックボルタンメトリ測定において０．３Ｖ（ｖｓＬｉ／Ｌｉ
＋
）以上１．０Ｖ（ｖｓＬｉ／Ｌｉ
＋
）以下に、還元反応のピークを有しない硫化物固体電解質である、請求項１に記載の全固体電池。
【請求項４】
前記第１硫化物固体電解質は、Ｌｉ元素と、前記Ｍ元素と、Ｓ元素と、を含有し、
前記Ｍ元素は、Ｓｎ、Ａｌ、ＺｎおよびＩｎの少なくとも一種である、請求項１に記載の全固体電池。
【請求項５】
前記全固体電池は、前記負極集電体および前記固体電解質層Ａの間に、Ｌｉおよび前記Ｍを含有する保護層を有する、請求項１に記載の全固体電池。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本開示は、全固体電池に関する。
続きを表示（約 1,700 文字）【背景技術】
【０００２】
全固体電池は、正極活物質層および負極活物質層の間に固体電解質層を有する電池であり、可燃性の有機溶媒を含む電解液を有する液系電池に比べて、安全装置の簡素化が図りやすいという利点を有する。また、全固体電池の分野において、負極反応として金属リチウムの析出溶解反応を利用した電池が知られている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、負極反応として金属リチウムの析出溶解反応を利用した全固体電池であって、負極集電体、球状炭素材料と樹脂を含むＬｉ吸蔵層、リチウムと合金化が可能な金属Ｍを含む金属Ｍ層、固体電解質層、及び、正極層をこの順に有し、金属Ｍ層の厚みが３０ｎｍ以上５μｍ以下である、全固体電池が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
特開２０２１－８９８１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
負極反応として金属リチウムの析出溶解反応を利用した全固体電池では、通常、全固体電池の作製時において、一般的な負極活物質層（Ｌｉを吸蔵放出する負極活物質粒子を含有する層）を設けず、初回充電により、負極活物質層（Ｌｉ含有層）を形成するため、製造工程の簡略化を図りやすい、エネルギー密度を向上させやすいという利点がある。一方、エネルギー密度向上および電池性能向上の観点から、電池構造の簡易化と、サイクル特性の向上とを両立した全固体電池が求められている。
【０００６】
本開示は、上記実情に鑑みてなされたものであり、電池構造の簡易化と、サイクル特性の向上とを両立した全固体電池を提供することを主目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
［１］
負極反応として金属リチウムの析出溶解反応を利用した全固体電池であって、
負極集電体、固体電解質層Ａ、固体電解質層Ｂおよび正極活物質層を、厚さ方向において、この順に有し、
上記固体電解質層Ａは、第１硫化物固体電解質および第２硫化物固体電解質を含有し、
上記固体電解質層Ｂは、第３硫化物固体電解質を含有し、
上記第１硫化物固体電解質は、サイクリックボルタンメトリ測定において０．３Ｖ（ｖｓＬｉ／Ｌｉ
＋
）以上１．０Ｖ（ｖｓＬｉ／Ｌｉ
＋
）以下に、還元反応のピークを有する硫化物固体電解質であり、かつ、Ｍ元素（Ｍは、Ｓｎ、Ａｌ、Ｚｎ、Ｉｎ、Ｇｅ、Ｓｉ、Ｓｂ、ＧａおよびＢｉの少なくとも一種である）を含有し、
上記第２硫化物固体電解質は、サイクリックボルタンメトリ測定において０．３Ｖ（ｖｓＬｉ／Ｌｉ
＋
）以上１．０Ｖ（ｖｓＬｉ／Ｌｉ
＋
）以下に、還元反応のピークを有しない硫化物固体電解質であり、
上記固体電解質層Ａにおいて、上記第１硫化物固体電解質および上記第２硫化物固体電解質の合計に対する、上記第１硫化物固体電解質の割合が、０重量％より大きく、４５重量％以下である、全固体電池。
【０００８】
［２］
上記固体電解質層Ａにおいて、上記第１硫化物固体電解質および上記第２硫化物固体電解質の合計に対する、上記第１硫化物固体電解質の割合が、５重量％以上、４０重量％以下である、［１］に記載の全固体電池。
【０００９】
［３］
上記第３硫化物固体電解質は、サイクリックボルタンメトリ測定において０．３Ｖ（ｖｓＬｉ／Ｌｉ
＋
）以上１．０Ｖ（ｖｓＬｉ／Ｌｉ
＋
）以下に、還元反応のピークを有しない硫化物固体電解質である、［１］または［２］に記載の全固体電池。
【００１０】
［４］
上記第１硫化物固体電解質は、Ｌｉ元素と、上記Ｍ元素と、Ｓ元素と、を含有し、
上記Ｍ元素は、Ｓｎ、Ａｌ、ＺｎおよびＩｎの少なくとも一種である、［１］から［３］までのいずれかに記載の全固体電池。
（【００１１】以降は省略されています）

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