特許ウォッチ

公開番号2025140498
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-09-29
出願番号2024039933
出願日2024-03-14
発明の名称全固体電気化学素子の製造方法、全固体電気化学素子、及び電気機器
出願人株式会社リコー
代理人個人,個人
主分類H01M 10/0585 20100101AFI20250919BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】安定して製造可能である全固体電気化学素子の製造方法、及び大型かつ高エネルギー密度で、さらに充放電時のセルの厚み変動を吸収する弾性層を有する全固体電気化学素子の提供。
【解決手段】
負極基体を有する負極と、
正極基体を有する正極と、
前記負極と前記正極との間に設けられた固体電解質層とを有し、
前記負極基体及び/又は前記正極基体の、前記固体電解質層が存在する面と反対側の面に、弾性層をさらに有する全固体電気化学素子の製造方法であって、
前記弾性層を形成する弾性層形成工程を含み、
前記弾性層形成工程は、重合性化合物と、溶媒とを含有する液体組成物を、前記負極基体及び/又は前記正極基体上に塗布する塗布工程と、
前記重合性化合物を重合する重合工程とを含み、
前記弾性層は、空隙率が20%以上の多孔質構造を有することを特徴とする全固体電気化学素子の製造方法である。
【選択図】なし
特許請求の範囲【請求項１】
負極基体を有する負極と、
正極基体を有する正極と、
前記負極と前記正極との間に設けられた固体電解質層とを有し、
前記負極基体及び／又は前記正極基体の、前記固体電解質層が存在する面と反対側の面に、弾性層をさらに有する全固体電気化学素子の製造方法であって、
前記弾性層を形成する弾性層形成工程を含み、
前記弾性層形成工程は、重合性化合物と、溶媒とを含有する液体組成物を、前記負極基体及び／又は前記正極基体上に塗布する塗布工程と、
前記重合性化合物を重合する重合工程とを含み、
前記弾性層は、空隙率が２０％以上の多孔質構造を有することを特徴とする全固体電気化学素子の製造方法。
続きを表示（約 1,600 文字）【請求項２】
前記重合性化合物は、下記一般式（１）又は（２）で示される化合物である請求項１に記載の全固体電気化学素子の製造方法。
TIFF
2025140498000023.tif
47
169
（前記一般式（１）中、Ｒ１は、水素原子またはメチル基を示し、Ｒ２は、ポリエステル鎖、ポリアルキレンオキシド鎖、アルキル鎖、及びアクリル多量体エステル誘導体から選ばれるいずれかを示す。）
TIFF
2025140498000024.tif
77
169
（前記一般式（２）中、Ｒ３及びＲ４は、水素原子またはメチル基を示す。）
【請求項３】
前記弾性層の膜厚は２００μｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の全固体電気化学素子の製造方法。
【請求項４】
前記負極基体と前記固体電解質層との間に、さらに機能層、又は負極層の少なくともいずれかを設けることを特徴とする請求項１に記載の全固体電気化学素子の製造方法。
【請求項５】
前記弾性層は、プレスを行う前の２５℃での前記弾性層の膜厚（プレス前膜厚）と、２５℃にて５００ＭＰａで５分間、前記弾性層をプレスし続けた後に、５分間のプレス開放を行った後の前記弾性層の膜厚（プレス後膜厚）と、を用いて、下記式（２）で定義される弾性率が８０％以上であることを特徴とする請求項１に記載の全固体電気化学素子の製造方法。
TIFF
2025140498000025.tif
25
169
【請求項６】
前記塗布工程を、インクジェット法、ダイコート法、スピンコート法、スプレーコート法のいずれかによって行うことを特徴とする請求項１に記載の全固体電気化学素子の製造方法。
【請求項７】
前記溶媒は、前記重合性化合物が可溶な良溶媒、及び前記重合性化合物が不溶な貧溶媒を含む混合溶媒であり、
前記溶媒は、下記式（１）を満たすことを特徴とする請求項１に記載の全固体電気化学素子の製造方法。
TIFF
2025140498000026.tif
24
169
（前記式（１）における混合比Ｘは、混合溶媒における良溶媒の質量に基づく含有量比を百分率で示したものであり、重合性化合物可溶点は、重合性化合物が可溶な混合溶媒における、良溶媒の質量に基づく最小含有量比を百分率で示したものである。）
【請求項８】
負極基体を有する負極と、
正極基体を有する正極と、
前記負極と前記正極との間に設けられた固体電解質層とを有し、
前記負極基体及び／又は前記正極基体の、前記固体電解質層が存在する面と反対側の面に、弾性層をさらに有し、
前記弾性層は、空隙率が２０％以上の多孔質構造を有することを特徴とする全固体電気化学素子。
【請求項９】
前記弾性層は、下記一般式（３）又は（４）で示される構造単位を含む請求項８に記載の全固体電気化学素子。
TIFF
2025140498000027.tif
48
169
（前記一般式（３）中、Ｒ６は、水素原子またはメチル基を示し、Ｒ７は、ポリエステル鎖、ポリアルキレンオキシド鎖、アルキル鎖、及びアクリル多量体エステル誘導体から選ばれるいずれかを示す。）
TIFF
2025140498000028.tif
79
169
（前記一般式（４）中、Ｒ８及びＲ９は、水素原子またはメチル基を示す。）
【請求項１０】
前記弾性層の膜厚は２００μｍ以下であることを特徴とする請求項８に記載の全固体電気化学素子。
（【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、全固体電気化学素子の製造方法、全固体電気化学素子、及び電気機器に関する。
続きを表示（約 1,500 文字）【背景技術】
【０００２】
近年、低環境負荷のニーズを背景に，車載向けのリチウムイオン二次電池の需要が拡大していくことが予想されている。その様な背景の中で，リチウムイオン二次電池の安全性向上や高エネルギー密度化、充電高速化が求められており，既存の電解液から固体電解質に代えた全固体リチウム二次電池の開発が盛んに行われている。
【０００３】
全固体リチウム二次電池では、高エネルギー密度化の観点から正極、負極ともに高容量材料が用いられることが多く、例えば正極であればハイニッケル系材料、負極であればリチウム、シリコンがあげられる。これらの中でも高容量の負極材料については充放電時の膜厚の変動が大きく、電池特性（充放電効率、サイクル特性）への影響が問題となっている。
【０００４】
これに対し、特許文献１や特許文献２では電池構成内に弾性部（弾性層）を設け、充放電時の膜厚の変動を吸収することで充放電効率を改善可能であることを開示している。
【０００５】
特許文献１、２で開示されている弾性部（弾性層）はいずれもシリコンゴムやアクリルシートといったシート状部材であるが、高エネルギー密度化の観点から弾性部（弾性層）は薄くすることが求められ、それに伴い電池組立工程の煩雑さが増すことが問題となる。
【０００６】
特許文献１では厚み５０μｍの弾性部を使用しているが、面積１ｃｍ
２
のテストセルの作製までしか検討されていない。また、特許文献２で開示されている弾性層の厚みは３００μｍと厚く、高エネルギー密度が得られる構成になっていない。
【０００７】
以上のことから、安定して製造可能である全固体電気化学素子の製造方法、及び大型かつ高エネルギー密度で、さらに充放電時のセルの厚み変動を吸収する弾性層を有する全固体電気化学素子が求められている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、安定して製造可能である全固体電気化学素子の製造方法、及び大型かつ高エネルギー密度で、さらに充放電時のセルの厚み変動を吸収する弾性層を有する全固体電気化学素子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】
【０００９】
課題を解決するための手段としての本発明の全固体電気化学素子の製造方法は、
負極基体を有する負極と、
正極基体を有する正極と、
前記負極と前記正極との間に設けられた固体電解質層とを有し、
前記負極基体及び／又は前記正極基体の、前記固体電解質層が存在する面と反対側の面に、弾性層をさらに有する全固体電気化学素子の製造方法であって、
前記弾性層を形成する弾性層形成工程を含み、
前記弾性層形成工程は、重合性化合物と、溶媒とを含有する液体組成物を、前記負極基体及び／又は前記正極基体上に塗布する塗布工程と、
前記重合性化合物を重合する重合工程とを含み、
前記弾性層は、空隙率が２０％以上の多孔質構造を有する。
【００１０】
課題を解決するための手段としての本発明の全固体電気化学素子は、
負極基体を有する負極と、
正極基体を有する正極と、
前記負極と前記正極との間に設けられた固体電解質層とを有し、
前記負極基体及び／又は前記正極基体の、前記固体電解質層が存在する面と反対側の面に、弾性層をさらに有し、
前記弾性層は、空隙率が２０％以上の多孔質構造を有する。
【発明の効果】
（【００１１】以降は省略されています）

関連特許