特許ウォッチ

公開番号2025063360
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-04-16
出願番号2023172458
出願日2023-10-04
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 50/48 20210101AFI20250409BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】高温多湿環境下でのサイクル寿命に優れ、外装体内の水分や酸性ガスによる電池コアの特性劣化を抑制することを可能とした全固体電池を提供する。
【解決手段】正極4と負極5との間に固体電解質層6が配置された電池コア2と、電池コア2を内部に収容した状態で封止された外装体3とを備え、外装体3内の空隙部分に、ハライド系固体電解質と、ハイドロタルサイトとを含む粉体11が配置されている。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
正極と負極との間に固体電解質層が配置された電池コアと、
前記電池コアを内部に収容した状態で封止された外装体とを備え、
前記外装体内の空隙部分に、ハライド系固体電解質を含む粉体が配置されていることを特徴とする全固体電池。
続きを表示（約 1,400 文字）【請求項２】
前記粉体は、ハイドロタルサイトを含むことを特徴とする請求項１に記載の全固体電池。
【請求項３】
前記正極と、前記負極と、前記固体電解質層とのうち、少なくとも１つがハライド系固体電解質を含むことを特徴とする請求項１に記載の全固体電池。
【請求項４】
前記正極は、ハライド系固体電解質を含むことを特徴とする請求項３に記載の全固体電池。
【請求項５】
前記電池コアの質量に対する前記粉体の質量の割合が、０．１～１０％であることを特徴とする請求項１に記載の全固体電池。
【請求項６】
前記粉体に含まれる前記ハライド系固体電解質の比表面積が、０．１ｍ
２
／ｇ以上、４００ｍ
２
／ｇ以下であることを特徴とする請求項１に記載の全固体電池。
【請求項７】
前記粉体が前記電池コアの周囲にある空隙部分に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の全固体電池。
【請求項８】
前記空隙部分に対する前記粉体の占める割合が、０．５体積％以上、６０体積％以下であることを特徴とする請求項７に記載の全固体電池。
【請求項９】
前記空隙部分に配置される前記粉体の嵩密度が、０．１～１．０ｇ／ｍＬであることを特徴とする請求項７に記載の全固体電池。
【請求項１０】
前記ハライド系固体電解質は、下記式（１）で表される組成物からなることを特徴とする請求項１，３，４の何れか一項に記載の全固体電池。
ＡａＥｂＧｃＸｄ …（１）
（上記式（１）中において、ＡはＬｉ、Ｋ、Ｎａからなる群から選択される少なくとも１種の元素である。ＥはＡｌ、Ｓｃ、Ｙ、Ｚｒ、Ｈｆ、ランタノイドからなる群から選択される少なくとも１種の元素である。ＧはＯＨ、ＢＯ
２
、ＢＯ
３
、ＢＯ
４
、Ｂ
３
Ｏ
６
、Ｂ
４
Ｏ
７
、ＣＯ
３
、ＮＯ
３
、ＡｌＯ
２
、ＳｉＯ
３
、ＳｉＯ
４
、Ｓｉ
２
Ｏ
７
、Ｓｉ
３
Ｏ
９
、Ｓｉ
４
Ｏ
１１
、Ｓｉ
６
Ｏ
１８
、ＰＯ
３
、ＰＯ
４
、Ｐ
２
Ｏ
７
、Ｐ
３
Ｏ
１０
、ＳＯ
３
、ＳＯ
４
、ＳＯ
５
、Ｓ
２
Ｏ
３
、Ｓ
２
Ｏ
４
、Ｓ
２
Ｏ
５
、Ｓ
２
Ｏ
６
、Ｓ
２
Ｏ
７
、Ｓ
２
Ｏ
８
、ＢＦ
４
、ＰＦ
６
、ＢＯＢ、（ＣＯＯ）
２
、Ｎ、ＡｌＣｌ
４
、ＣＦ
３
ＳＯ
３
、ＣＨ
３
（【請求項１１】以降は省略されています）
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 2,500 文字）【背景技術】
【０００２】
従来、全固体電池に用いられる固体電解質としては、酸化物系固体電解質、硫化物系固体電解質、水素化物系固体電解質などがある。また、近年では、Ｌｉ
２
ＺｒＣｌ
６
、Ｌｉ
３
ＹＣｌ
６
等のハライド系固体電解質の開発も進められている。
【０００３】
一方、上述した固体電解質を電池コアに用いた全固体電池では、固体電解質と水分との反応によって、内部抵抗の増大や容量低下といった電池コアの特性劣化という課題がある。
【０００４】
このような課題に対して、正極と負極との間に固体電解質層が配置された電極積層体（電池コア）を外装体の内部に封止した全固体電池において、外装体内の隙間部分に、乾燥剤と樹脂とを含む組成物（下記特許文献１を参照。）や、硫化物系固体電解質の粒子（下記特許文献２を参照。）などの吸湿剤を配置することが提案されている。
【０００５】
上述した全固体電池では、外装体内の隙間部分に配置された吸湿剤が外装体内の水分を吸収することで、外装体内に侵入する水分による電池コアの特性劣化を抑制することが可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
特開２０２３－０３７９７１号公報
特開２０２３－０３８４３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上述した従来の全固体電池では、固体電解質として塩素を含むハライド系固体電解質を用いた場合、充放電サイクルの際に酸性ガスが発生し、電池コアを封止する外装体が腐食する可能性がある。また、酸性ガスの発生により、外装体の腐食が進行すると、電池容量の減少や、電池の短寿命化につながる。
【０００８】
また、従来の全固体電池では、高温多湿環境下での連続使用を想定しておらず、外装体内に侵入する水分を吸収（吸湿）するだけでなく、充放電サイクルの際に発生する酸性ガスへの対策も必要となっている。
【０００９】
本発明は、このような従来の事情に鑑みて提案されたものであり、高温多湿環境下でのサイクル寿命に優れ、外装体内の水分や酸性ガスによる電池コアの特性劣化を抑制することを可能とした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】
【００１０】
上記目的を達成するために、本発明は以下の手段を提供する。
〔１〕正極と負極との間に固体電解質層が配置された電池コアと、
前記電池コアを内部に収容した状態で封止された外装体とを備え、
前記外装体内の空隙部分に、ハライド系固体電解質を含む粉体が配置されていることを特徴とする全固体電池。
〔２〕前記粉体は、ハイドロタルサイトを含むことを特徴とする前記〔１〕に記載の全固体電池。
〔３〕前記正極と、前記負極と、前記固体電解質層とのうち、少なくとも１つがハライド系固体電解質を含むことを特徴とする前記〔１〕に記載の全固体電池。
〔４〕前記正極は、ハライド系固体電解質を含むことを特徴とする前記〔３〕に記載の全固体電池。
〔５〕前記電池コアの質量に対する前記粉体の質量の割合が、０．１～１０％であることを特徴とする前記〔１〕に記載の全固体電池。
〔６〕前記粉体に含まれる前記ハライド系固体電解質の比表面積が、０．１ｍ
２
／ｇ以上であることを特徴とする前記〔１〕に記載の全固体電池。
前記粉体に含まれる前記ハライド系固体電解質の比表面積が、０．１ｍ
２
／ｇ以上、４００ｍ
２
／ｇ以下であることを特徴とする請求項１に記載の全固体電池。
〔７〕前記粉体が前記電池コアの周囲にある空隙部分に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の全固体電池。
〔８〕前記空隙部分に対する前記粉体の占める割合が、０．５体積％以上、６０体積％以下であることを特徴とする前記〔７〕に記載の全固体電池。
〔９〕前記空隙部分に配置される前記粉体の嵩密度が、０．１～１．０ｇ／ｍＬであることを特徴とする前記〔７〕に記載の全固体電池。
〔１０〕前記ハライド系固体電解質は、下記式（１）で表される組成物からなることを特徴とする前記〔１〕，〔３〕，〔４〕の何れか一項に記載の全固体電池。
ＡａＥｂＧｃＸｄ …（１）
（上記式（１）中において、ＡはＬｉ、Ｋ、Ｎａからなる群から選択される少なくとも１種の元素である。ＥはＡｌ、Ｓｃ、Ｙ、Ｚｒ、Ｈｆ、ランタノイドからなる群から選択される少なくとも１種の元素である。ＧはＯＨ、ＢＯ
２
、ＢＯ
３
、ＢＯ
４
、Ｂ
３
Ｏ
６
、Ｂ
４
Ｏ
７
、ＣＯ
３
、ＮＯ
３
、ＡｌＯ
２
、ＳｉＯ
３
、ＳｉＯ
４
、Ｓｉ
２
Ｏ
７
、Ｓｉ
３
Ｏ
９
、Ｓｉ
４
Ｏ
１１
、Ｓｉ
６
Ｏ
１８
、ＰＯ
３
、ＰＯ
４
、Ｐ
２
Ｏ
７
、Ｐ
３
Ｏ
１０
、ＳＯ
３
、ＳＯ
４
、ＳＯ
５
、Ｓ
２
Ｏ
３
、Ｓ
２
【発明の効果】
（【００１１】以降は省略されています）

関連特許