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公開番号2025089693
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-06-16
出願番号2023204471
出願日2023-12-04
発明の名称固体電池および固体電池の製造方法
出願人トヨタ自動車株式会社,出光興産株式会社
代理人個人,個人,個人
主分類H01M 10/0525 20100101AFI20250609BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】本開示は、水分による劣化が抑制された固体電池を提供することを主目的とする。
【解決手段】本開示においては、正極活物質層と、負極活物質層と、上記正極活物質層および上記負極活物質層の間に配置された固体電解質層と、を有する固体電池であって、上記正極活物質層、上記負極活物質層および上記固体電解質層は、電解質として被覆硫化物固体電解質を含有し、上記被覆硫化物固体電解質は、Li元素、S元素およびP元素を少なくとも含有する硫化物固体電解質と、上記硫化物固体電解質の表面を被覆し、かつ、改質剤を含有する被覆層と、を有し、上記改質剤は、一般式(1)で表される化合物、一般式(2)で表される化合物、一般式(1)で表される化合物のポリマーおよび一般式(2)で表される化合物のポリマーの少なくとも1種である、固体電池を提供することにより上記課題を解決する。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
正極活物質層と、負極活物質層と、前記正極活物質層および前記負極活物質層の間に配置された固体電解質層と、を有する固体電池であって、
前記正極活物質層、前記負極活物質層および前記固体電解質層は、電解質として被覆硫化物固体電解質を含有し、
前記被覆硫化物固体電解質は、Ｌｉ元素、Ｓ元素およびＰ元素を少なくとも含有する硫化物固体電解質と、前記硫化物固体電解質の表面を被覆し、かつ、改質剤を含有する被覆層と、を有し、
前記改質剤は、下記一般式（１）で表される化合物、下記一般式（２）で表される化合物、下記一般式（１）で表される化合物のポリマーおよび下記一般式（２）で表される化合物のポリマーの少なくとも１種である、固体電池。
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35
71
（式（１）中、Ｒ
１
～Ｒ
３
は、それぞれ独立して、水素原子、ハロゲン原子、１価の炭化水素基または１価のハロゲン化炭化水素基であり、Ｒ
１
～Ｒ
３
の少なくとも１つは１価の炭化水素基または１価のハロゲン化炭化水素基であり、Ｒ
１
～Ｒ
３
の少なくとも１つはエーテル構造を有する。
式（２）中、Ｒ
１１
～Ｒ
１４
は、それぞれ独立して、水素原子、ハロゲン原子、１価のシリルエーテル基、１価の炭化水素基または１価のハロゲン化炭化水素基であり、Ｒ
１１
～Ｒ
１４
の少なくとも１つはシリルエーテル基である。）
続きを表示（約 1,000 文字）【請求項２】
前記硫化物固体電解質に対する前記改質剤の割合は、１２．５質量％以下である、請求項１に記載の固体電池。
【請求項３】
前記硫化物固体電解質に対する前記改質剤の割合は、１０．０質量％以下である、請求項１に記載の固体電池。
【請求項４】
前記改質剤が、前記一般式（１）で表される化合物および前記一般式（１）で表される化合物のポリマーの少なくとも一方であり、Ｒ
１
～Ｒ
３
のうちいずれか２つが水素原子であり、１つがエーテル構造を有する１価の炭化水素基である、請求項１に記載の固体電池。
【請求項５】
前記改質剤が、前記一般式（２）で表される化合物および前記一般式（２）で表される化合物のポリマーの少なくとも一方であり、Ｒ
１１
～Ｒ
１４
のうち３つが１価のシリルエーテル基であり、１つが１価の炭化水素基である、請求項１に記載の固体電池。
【請求項６】
前記改質剤が、下記化合物Ａ、下記化合物Ｂ、下記化合物Ｃ、下記化合物Ｄ、下記化合物Ａおよび下記化合物Ｂの少なくとも１つを含むポリマー、および、下記化合物Ｃおよび下記化合物Ｄの少なくとも１つを含むポリマーの少なくとも１種である、請求項１に記載の固体電池。
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117
102
【請求項７】
前記改質剤が、前記化合物Ａ、前記化合物Ｂまたは前記化合物Ｃである、請求項６に記載の固体電池。
【請求項８】
前記改質剤の分子量または重量平均分子量が、６０以上である、請求項１に記載の固体電池。
【請求項９】
前記正極活物質層、前記負極活物質層および前記固体電解質層において、前記電解質の合計に対する前記被覆硫化物固体電解質の割合は、それぞれ、５０質量％以上、１００質量％以下である、請求項１に記載の固体電池。
【請求項１０】
請求項１から請求項９までのいずれかに記載の固体電池を製造する、固体電池の製造方法であって、
前記被覆硫化物固体電解質を準備する、準備工程と、
前記被覆硫化物固体電解質を用いて、前記正極活物質層、前記負極活物質層および前記固体電解質層を形成する、層形成工程と、
を有し、
前記層形成工程を、露点温度が－５０℃以上の環境下で行う、固体電池の製造方法。
（【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】
本開示は、固体電池および固体電池の製造方法に関する。
続きを表示（約 1,600 文字）【背景技術】
【０００２】
固体電池は、正極および負極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、固体電池に用いられる固体電解質として硫化物固体電解質が知られている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、硫化物系固体電解質の表面がコーティング材で被覆されてなる複合固体電解質の製造方法が開示されている。また、特許文献２には、ＢＥＴ比表面積が１０ｍ
２
／ｇ以上であり、リチウム原子、硫黄原子、リン原子及びハロゲン原子を含む硫化物固体電解質と、エポキシ化合物と、を含み、ＦＴ－ＩＲ分析（ＡＴＲ法）による赤外線吸収スペクトルにおいて、２８００～３０００ｃｍ
－１
にピークを有する、改質硫化物固体電解質が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
特開２０２０―０８７６３３号公報
国際公開第２０２２／１５８４５８号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
硫化物固体電解質は、水分（例えば雰囲気中の水分）により、Ｌｉイオン伝導性が低下しやすい。そのため、硫化物固体電解質を含有する固体電池は、水分により劣化しやすい。
【０００６】
本開示は、上記実情に鑑みてなされたものであり、水分による劣化が抑制された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］
正極活物質層と、負極活物質層と、上記正極活物質層および上記負極活物質層の間に配置された固体電解質層と、を有する固体電池であって、
上記正極活物質層、上記負極活物質層および上記固体電解質層は、電解質として被覆硫化物固体電解質を含有し、
上記被覆硫化物固体電解質は、Ｌｉ元素、Ｓ元素およびＰ元素を少なくとも含有する硫化物固体電解質と、上記硫化物固体電解質の表面を被覆し、かつ、改質剤を含有する被覆層と、を有し、
上記改質剤は、下記一般式（１）で表される化合物、下記一般式（２）で表される化合物、下記一般式（１）で表される化合物のポリマーおよび下記一般式（２）で表される化合物のポリマーの少なくとも１種である、固体電池。
【０００８】
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35
71
（式（１）中、Ｒ
１
～Ｒ
３
は、それぞれ独立して、水素原子、ハロゲン原子、１価の炭化水素基または１価のハロゲン化炭化水素基であり、Ｒ
１
～Ｒ
３
の少なくとも１つは１価の炭化水素基または１価のハロゲン化炭化水素基であり、Ｒ
１
～Ｒ
３
の少なくとも１つはエーテル構造を有する。
式（２）中、Ｒ
１１
～Ｒ
１４
は、それぞれ独立して、水素原子、ハロゲン原子、１価のシリルエーテル基、１価の炭化水素基または１価のハロゲン化炭化水素基であり、Ｒ
１１
～Ｒ
１４
の少なくとも１つはシリルエーテル基である。）。
【０００９】
［２］
上記硫化物固体電解質に対する上記改質剤の割合は、１２．５質量％以下である、［１］に記載の固体電池。
【００１０】
［３］
上記硫化物固体電解質に対する上記改質剤の割合は、１０．０質量％以下である、［１］または［２］に記載の固体電池。
（【００１１】以降は省略されています）

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