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公開番号2025086166
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-06-06
出願番号2023200047
出願日2023-11-27
発明の名称リチウムイオン電池及びリチウムイオン電池の製造方法
出願人トヨタ自動車株式会社
代理人個人,個人,個人,個人,個人,個人,個人
主分類H01M 4/131 20100101AFI20250530BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】Li欠損型のO2型構造を有する正極活物質を用いて電池を構成した場合に、当該電池の抵抗増加を抑える。
【解決手段】本開示の電池は、正極活物質層と電解質層と負極活物質層とを有し、前記正極活物質層が、Li欠損型のO2型構造を有する正極活物質と、硫化物固体電解質とを含み、かつ、前記正極活物質層のラマンスペクトルが、I_R1/I_R2≦0.20、かつ、I_R3/I_R2≦0.20(I_R1:前記ラマンスペクトルにおけるP₂S₆ ^4-に由来するピーク強度、I_R2:前記ラマンスペクトルにおけるPS₄ ^3-に由来するピーク強度、I_R3:前記ラマンスペクトルにおけるS-Sに由来するピーク強度)なる関係を満たすものである。
【選択図】図3
特許請求の範囲【請求項１】
リチウムイオン電池であって、正極活物質層と電解質層と負極活物質層とを有し、
前記正極活物質層が、
Ｌｉ欠損型のＯ２型構造を有する正極活物質と、
硫化物固体電解質と
を含み、かつ
前記正極活物質層のラマンスペクトルが、下記関係（１）及び（２）：
Ｉ
Ｒ１
／Ｉ
Ｒ２
≦０．２０・・・（１）
Ｉ
Ｒ３
／Ｉ
Ｒ２
≦０．２０・・・（２）
Ｉ
Ｒ１
：前記ラマンスペクトルにおけるＰ
２
Ｓ
６
４－
に由来するピーク強度
Ｉ
Ｒ２
：前記ラマンスペクトルにおけるＰＳ
４
３－
に由来するピーク強度
Ｉ
Ｒ３
：前記ラマンスペクトルにおけるＳ－Ｓに由来するピーク強度
を満たす、
リチウムイオン電池。
続きを表示（約 1,100 文字）【請求項２】
請求項１に記載のリチウムイオン電池であって、
前記正極活物質層のＸＰＳスペクトルが、下記関係（３）及び（４）：
Ｉ
Ｘ１
／Ｉ
Ｘ２
≦１．２０・・・（３）
Ｉ
Ｘ３
／Ｉ
Ｘ４
≦１．６０・・・（４）
Ｉ
Ｘ１
：Ｓ２ｐについての前記ＸＰＳスペクトルにおけるＰ－Ｓ－Ｐに由来するピーク強度
Ｉ
Ｘ２
：Ｓ２ｐについての前記ＸＰＳスペクトルにおけるＰＳ
４
３－
に由来するピーク強度
Ｉ
Ｘ３
：Ｐ２ｐについての前記ＸＰＳスペクトルにおけるＰＯ
ｘ
Ｓ
４－ｘ
３－
に由来するピーク強度
Ｉ
Ｘ４
：Ｐ２ｐについての前記ＸＰＳスペクトルにおけるＰＳ
４
３－
に由来するピーク強度
を満たす、
リチウムイオン電池。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のリチウムイオン電池であって、
前記正極活物質層に含まれる固形分全体を１００質量％として、
前記正極活物質の含有量が、４０質量％以上１００質量％未満であり、かつ
前記硫化物固体電解質の含有量が、０質量％超６０質量％以下である、
リチウムイオン電池。
【請求項４】
請求項１又は２に記載のリチウムイオン電池であって、
前記正極活物質が、Ｌｉ
ａ
Ｎａ
ｂ
Ｍｎ
ｘ－ｐ
Ｎｉ
ｙ－ｑ
Ｃｏ
ｚ－ｒ
Ｍ
ｐ＋ｑ＋ｒ
Ｏ
２
（ここで、０＜ａ＜１．００、０≦ｂ≦０．２０、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１、かつ、０≦ｐ＋ｑ＋ｒ＜０．１７であり、元素Ｍは、Ｂ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｋ、Ｃａ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｇａ、Ｇｅ、Ｓｒ、Ｙ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ及びＷから選ばれる少なくとも１種である）で示される化学組成を有する、
リチウムイオン電池。
【請求項５】
請求項１又は２に記載のリチウムイオン電池であって、
前記電解質層が、固体電解質を含む、
リチウムイオン電池。
【請求項６】
リチウムイオン電池の製造方法であって、
Ｌｉ欠損型のＯ２型構造を有する正極活物質と、硫化物固体電解質とを混合して、正極合材を得ること、及び
前記正極合材を１６５℃未満の温度でプレスして、正極活物質層を得ること、
を含む、リチウムイオン電池の製造方法。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本願はリチウムイオン電池及びリチウムイオン電池の製造方法を開示する。
続きを表示（約 2,800 文字）【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、全固体電池の正極活物質としてＯ２型構造（Ｏ：Octahedral）を有するものが開示されている。Ｏ２型構造を有する正極活物質は、Ｐ２型構造を有するＮａ含有酸化物のＮａの少なくとも一部をＬｉにイオン交換することにより得られる。このようにして得られる正極活物質は、Ｌｉ欠損型のＯ２型構造を有する。すなわち、Ｏ２型構造を構成するＬｉとＯとの組成比Ｌｉ／Ｏは、通常、０．５未満である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特開２０２２－０８５８２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
Ｌｉ欠損型のＯ２型構造を有する正極活物質を用いたリチウムイオン電池は、抵抗に関して改善の余地がある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本願は上記課題を解決するための手段として、以下の複数の態様を開示する。
＜態様１＞
リチウムイオン電池であって、正極活物質層と電解質層と負極活物質層とを有し、
前記正極活物質層が、
Ｌｉ欠損型のＯ２型構造を有する正極活物質と、
硫化物固体電解質と
を含み、かつ
前記正極活物質層のラマンスペクトルが、下記関係（１）及び（２）：
Ｉ
Ｒ１
／Ｉ
Ｒ２
≦０．２０・・・（１）
Ｉ
Ｒ３
／Ｉ
Ｒ２
≦０．２０・・・（２）
Ｉ
Ｒ１
：前記ラマンスペクトルにおけるＰ
２
Ｓ
６
４－
に由来するピーク強度
Ｉ
Ｒ２
：前記ラマンスペクトルにおけるＰＳ
４
３－
に由来するピーク強度
Ｉ
Ｒ３
：前記ラマンスペクトルにおけるＳ－Ｓに由来するピーク強度
を満たす、
リチウムイオン電池。
＜態様２＞
態様１のリチウムイオン電池であって、
前記正極活物質層のＸＰＳスペクトルが、下記関係（３）及び（４）：
Ｉ
Ｘ１
／Ｉ
Ｘ２
≦１．２０・・・（３）
Ｉ
Ｘ３
／Ｉ
Ｘ４
≦１．６０・・・（４）
Ｉ
Ｘ１
：Ｓ２ｐについての前記ＸＰＳスペクトルにおけるＰ－Ｓ－Ｐに由来するピーク強度
Ｉ
Ｘ２
：Ｓ２ｐについての前記ＸＰＳスペクトルにおけるＰＳ
４
３－
に由来するピーク強度
Ｉ
Ｘ３
：Ｐ２ｐについての前記ＸＰＳスペクトルにおけるＰＯ
ｘ
Ｓ
４－ｘ
３－
に由来するピーク強度
Ｉ
Ｘ４
：Ｐ２ｐについての前記ＸＰＳスペクトルにおけるＰＳ
４
３－
に由来するピーク強度
を満たす、
リチウムイオン電池。
【発明の効果】
【０００６】
本開示のリチウムイオン電池は、低い抵抗を有する。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
リチウムイオン電池の構成の一例を概略的に示している。
リチウムイオン電池の製造方法の流れの一例を示している。
実施例１～２、比較例１～３及び参考例の各々の正極活物質層のラマンスペクトルを示している。
実施例１～２、比較例１～３及び参考例の各々の正極活物質層のＸＰＳスペクトル（Ｐ２ｐ）を示している。
実施例１～２、比較例１～３及び参考例の各々の正極活物質層のＸＰＳスペクトル（Ｓ２ｐ）を示している。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、本開示のリチウムイオン電池及びその製造方法の一実施形態について説明するが、本開示のリチウムイオン電池及びその製造方法は以下に説明される実施形態に限定されるものではない。
【０００９】
１．リチウムイオン電池
図１に示されるように、一実施形態に係るリチウムイオン電池１００は、正極活物質層１０と電解質層２０と負極活物質層３０とを有する。前記正極活物質層１０は、Ｌｉ欠損型のＯ２型構造を有する正極活物質と、硫化物固体電解質と含む。前記正極活物質層１０のラマンスペクトルは、下記関係（１）及び（２）：
Ｉ
Ｒ１
／Ｉ
Ｒ２
≦０．２０・・・（１）
Ｉ
Ｒ３
／Ｉ
Ｒ２
≦０．２０・・・（２）
Ｉ
Ｒ１
：前記ラマンスペクトルにおけるＰ
２
Ｓ
６
４－
に由来するピーク強度
Ｉ
Ｒ２
：前記ラマンスペクトルにおけるＰＳ
４
３－
に由来するピーク強度
Ｉ
Ｒ３
：前記ラマンスペクトルにおけるＳ－Ｓに由来するピーク強度
を満たす。当該関係（１）及び（２）を満たすリチウムイオン電池１００は、低い抵抗を有する。
【００１０】
１．１正極活物質層
正極活物質層１０は、Ｌｉ欠損型のＯ２型構造を有する正極活物質と、硫化物固体電解質とを含む。正極活物質層１０は、任意に、その他の正極活物質、その他の電解質、導電助剤及びバインダー等を含んでいてもよい。正極活物質層１０はその他に各種の添加剤を含んでいてもよい。正極活物質層１０における正極活物質、電解質、導電助剤及びバインダー等の各々の含有量は、目的とする電池性能に応じて適宜決定されればよい。例えば、正極活物質層１０に含まれる固形分全体を１００質量％として、Ｌｉ欠損型のＯ２型構造を有する正極活物質の含有量が４０質量％以上１００質量％未満であってもよく、硫化物固体電解質の含有量が、０質量％超６０質量％以下であってもよい。Ｌｉ欠損型のＯ２型構造を有する正極活物質の含有量は、５０質量％以上、６０質量％以上、７０質量％以上又は８０質量％以上であってもよく、９０質量％以下であってもよく、硫化物固体電解質の含有量は、１０質量％以上であってもよく、５０質量％以下、４０質量％以下、３０質量％以下又は２０質量％以下であってもよい。これら下限値及び上限値は任意に組み合わされてもよい。
（【００１１】以降は省略されています）

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