JP7624303B2

JP7624303B2 - 二次電池

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Publication number: JP7624303B2
Application number: JP2020193399A
Authority: JP
Inventors: 真理川渕; 哲高市
Original assignee: Renault SAS
Current assignee: Renault SAS
Priority date: 2020-11-20
Filing date: 2020-11-20
Publication date: 2025-01-30
Anticipated expiration: 2040-11-20
Also published as: JP2022082062A

Description

本発明は、二次電池に関する。

近年、地球温暖化に対処するため、二酸化炭素量の低減が切に望まれている。自動車業界では、電気自動車（ＥＶ）やハイブリッド電気自動車（ＨＥＶ）の導入による二酸化炭素排出量の低減に期待が集まっており、これらの実用化の鍵を握るモータ駆動用二次電池などの非水電解質二次電池の開発が盛んに行われている。

モータ駆動用二次電池としては、携帯電話やノートパソコン等に使用される民生用リチウムイオン二次電池と比較して極めて高い出力特性、および高いエネルギーを有することが求められている。したがって、現実的な全ての電池の中で最も高い理論エネルギーを有するリチウムイオン二次電池が注目を集めており、現在急速に開発が進められている。

ここで、現在一般に普及しているリチウムイオン二次電池は、電解質に可燃性の有機電解液を用いている。このような液系リチウムイオン二次電池では、液漏れ、短絡、過充電などに対する安全対策が他の電池よりも厳しく求められる。

そこで近年、電解質に酸化物系や硫化物系の固体電解質を用いた全固体リチウムイオン二次電池等の全固体電池に関する研究開発が盛んに行われている。固体電解質は、固体中でイオン伝導が可能なイオン伝導体を主体として構成される材料である。このため、全固体リチウムイオン二次電池においては、従来の液系リチウムイオン二次電池のように可燃性の有機電解液に起因する各種問題が原理的に発生しない。また一般に、高電位・大容量の正極材料、大容量の負極材料を用いると電池の出力密度およびエネルギー密度の大幅な向上が図れる。硫黄単体（Ｓ）や硫化物系材料からなる正極活物質や、硫黄を含有する固体電解質を用いた全固体リチウムイオン二次電池は、その有望な候補である。

ところで、硫黄を含有する材料を用いた全固体電池においては、硫黄成分と水分とが反応して硫化水素（Ｈ_２Ｓ）が発生する場合がある。硫化水素には独特の刺激臭があるほか、硫化水素が電池の外装体（ラミネートパック）から流出した場合には、電池モジュール内の金属部品（接続部材など）を腐食させる虞もある。接続部材などの金属部品に腐食が発生すると接触抵抗が増大し、電池モジュールの出力特性や信頼性が低下するという問題がある。

ここで、特許文献１には、電池ケースの破損時などにおける硫化物固体電解質からの硫化水素の発生を防止することを目的とした技術が開示されている。具体的に、特許文献１に記載の技術では、密閉型電池ケース内で、硫化物系固体電解質膜と反応しない性質を有する流動性封止剤（例えば、流動パラフィン）に発電要素を浸漬させている。そして、前記密閉型電池ケースが破損した際に当該流動性封止剤を固化させる固化手段（金属アルコキシドなどの固化剤）を隔離部材を介して電池ケース内に配置しておくことで、電池ケースの破損時には電池ケースに加わる衝撃に応答して固化剤と流動性封止剤とを反応させて、硫化物固体電解質からの硫化水素の発生を防止している。

特開２００９－１９３７２９号公報

特許文献１に記載の技術によれば、電池ケースの破損時における硫化水素の発生をある程度防止することが可能である。その一方で、特許文献１に記載の技術では、電池ケースが破損していない、二次電池の製造後の保管時や定常運転時における硫化水素の発生を防止することはできないという問題がある。ここで、二次電池の製造後の保管時や定常運転時においても硫化水素の発生を防止しておくことが好ましいことに変わりはない。

そこで本発明は、硫黄を含有する材料を用いた二次電池において、電池の製造後の保管時や定常運転時における硫化水素の発生を防止しうる手段を提供することを目的とする。

本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意検討を行った。その結果、リチウム（Ｌｉ）、リン（Ｐ）、硫黄（Ｓ）および酸素（Ｏ）を含有する硫化物固体電解質を含む固体電解質層の少なくとも一部に、あるいは、硫黄（Ｓ）を含有する硫黄含有正極活物質並びに／またはリチウム（Ｌｉ）、リン（Ｐ）、硫黄（Ｓ）および酸素（Ｏ）を含有する硫化物固体電解質を含む正極活物質層の少なくとも一部に、硫黄（Ｓ）原子に対する酸素（Ｏ）原子の原子比率（Ｏ／Ｓ比）が３．０以上である硫化水素発生抑制領域を設けることにより、上記課題が解決されうることを見出し、本発明を完成させるに至った。

すなわち、本発明の一形態によれば、正極活物質を含有する正極活物質層を含む正極と、負極活物質を含有する負極活物質層を含む負極と、前記正極活物質層と前記負極活物質層との間に介在し、固体電解質を含む固体電解質層とを有する発電要素を備える二次電池が提供される。そして、当該二次電池においては、前記固体電解質層が、リチウム（Ｌｉ）、リン（Ｐ）、硫黄（Ｓ）および酸素（Ｏ）を含有する硫化物固体電解質を含み、かつ、硫黄（Ｓ）原子に対する酸素（Ｏ）原子の原子比率（Ｏ／Ｓ比）が３．０以上である硫化水素発生抑制領域を少なくとも一部に有するか、あるいは、前記正極活物質層が、硫黄（Ｓ）を含有する硫黄含有正極活物質並びに／またはリチウム（Ｌｉ）、リン（Ｐ）、硫黄（Ｓ）および酸素（Ｏ）を含有する硫化物固体電解質を含み、かつ、硫黄（Ｓ）原子に対する酸素（Ｏ）原子の原子比率（Ｏ／Ｓ比）が３．０以上である硫化水素発生抑制領域を少なくとも一部に有する点に特徴がある。

本発明に係る二次電池に存在する硫化水素発生防止領域は、硫黄に対する酸素の原子比率（Ｏ／Ｓ比）が３．０以上であることにより、水分に対して安定であり、硫化水素を発生しにくい組成となっている。このため、本発明に係る二次電池によれば、二次電池の製造後の保管時や定常運転時における硫化水素の発生が防止される。その結果、硫化水素の発生に伴う二次電池の出力特性や信頼性の低下もまた、防止されうる。

図１は、本発明に係る全固体電池の一実施形態である扁平積層型電池の外観を表した斜視図である。図２は、図１に示す２－２線に沿う断面図である。図３は、図１および図２に示す積層型電池の発電要素を構成する単電池層の拡大断面図である。図４は、本発明の他の実施形態に係る積層型電池１０ａの発電要素２１を構成する単電池層１９の拡大断面図である。図５は、本発明のさらに他の実施形態に係る積層型電池１０ａの発電要素２１を構成する単電池層１９の拡大断面図である。後述する実験例１において硫化水素の発生挙動を分析した結果を示すグラフである。後述する実験例３において硫化水素の発生挙動を分析した結果を示すグラフである。

本発明の一形態は、正極活物質を含有する正極活物質層を含む正極と、負極活物質を含有する負極活物質層を含む負極と、前記正極活物質層と前記負極活物質層との間に介在し、固体電解質を含む固体電解質層とを有する発電要素を備え、前記固体電解質層が、リチウム（Ｌｉ）、リン（Ｐ）、硫黄（Ｓ）および酸素（Ｏ）を含有する硫化物固体電解質を含み、かつ、硫黄（Ｓ）原子に対する酸素（Ｏ）原子の原子比率（Ｏ／Ｓ比）が３．０以上である硫化水素発生抑制領域を少なくとも一部に有するか、あるいは、前記正極活物質層が、硫黄（Ｓ）を含有する硫黄含有正極活物質並びに／またはリチウム（Ｌｉ）、リン（Ｐ）、硫黄（Ｓ）および酸素（Ｏ）を含有する硫化物固体電解質を含み、かつ、硫黄（Ｓ）原子に対する酸素（Ｏ）原子の原子比率（Ｏ／Ｓ比）が３．０以上である硫化水素発生抑制領域を少なくとも一部に有する、二次電池である。

以下、図面を参照しながら、上述した本形態の実施形態を説明するが、本発明の技術的範囲は特許請求の範囲の記載に基づいて定められるべきであり、以下の形態のみに制限されない。なお、図面の寸法比率は、説明の都合上誇張されており、実際の比率とは異なる場合がある。

図１は、本発明に係る二次電池の一実施形態である扁平積層型全固体電池の外観を表した斜視図である。図２は、図１に示す２－２線に沿う断面図である。積層型とすることで、電池をコンパクトにかつ高容量化することができる。なお、本明細書においては、図１および図２に示す扁平積層型の双極型でない全固体リチウムイオン二次電池（以下、単に「積層型電池」とも称する）を例に挙げて詳細に説明する。ただし、本形態に係る全固体電池の内部における電気的な接続形態（電極構造）で見た場合、非双極型（内部並列接続タイプ）電池および双極型（内部直列接続タイプ）電池のいずれにも適用しうるものである。

図１に示すように、積層型電池１０ａは、長方形状の扁平な形状を有しており、その両側部からは電力を取り出すための負極集電板２５、正極集電板２７が引き出されている。発電要素２１は、積層型電池１０ａの電池外装材（ラミネートフィルム２９）によって包まれ、その周囲は熱融着されており、発電要素２１は、負極集電板２５および正極集電板２７を外部に引き出した状態で密封されている。

なお、本形態に係る全固体電池は、積層型の扁平な形状のものに制限されるものではない。巻回型の全固体電池では、円筒型形状のものであってもよいし、こうした円筒型形状のものを変形させて、長方形状の扁平な形状にしたようなものであってもよいなど、特に制限されるものではない。上記円筒型の形状のものでは、その外装材にラミネートフィルムを用いてもよいし、従来の円筒缶（金属缶）を用いてもよいなど、特に制限されるものではない。好ましくは、発電要素がアルミニウムを含むラミネートフィルムの内部に収容される。当該形態により、軽量化が達成されうる。

また、図１に示す集電板（２５、２７）の取り出しに関しても、特に制限されるものではない。負極集電板２５と正極集電板２７とを同じ辺から引き出すようにしてもよいし、負極集電板２５と正極集電板２７をそれぞれ複数に分けて、各辺から取り出しようにしてもよいなど、図１および図２に示すものに制限されるものではない。また、巻回型のリチウムイオン電池では、タブに変えて、例えば、円筒缶（金属缶）を利用して端子を形成すればよい。

図２に示すように、本実施形態の積層型電池１０ａは、実際に充放電反応が進行する扁平略矩形の発電要素２１が、電池外装材であるラミネートフィルム２９の内部に封止された構造を有する。ここで、発電要素２１は、正極と、固体電解質層１７と、負極とを積層した構成を有している。本実施形態において、固体電解質層１７は、硫化物固体電解質の１種であるアルジロダイト型硫化物固体電解質（Ｌｉ_６ＰＳ_５Ｃｌ）を含んでいる。負極は、負極集電体１１’の両面に負極活物質（ここでは、金属リチウム（Ｌｉ））を含有する負極活物質層１３が配置された構造を有する。正極は、正極集電体１１”の両面に正極活物質（ここでは、硫黄単体（Ｓ））を含有する正極活物質層１５が配置された構造を有する。具体的には、１つの負極活物質層１３とこれに隣接する正極活物質層１５とが、固体電解質層１７を介して対向するようにして、負極、固体電解質層および正極がこの順に積層されている。これにより、隣接する負極、固体電解質層および正極は、１つの単電池層１９を構成する。したがって、図２に示す積層型電池１０ａは、単電池層１９が複数積層されることで、電気的に並列接続されてなる構成を有するともいえる。

図２に示すように、発電要素２１の両最外層に位置する最外層負極集電体には、いずれも片面のみに負極活物質層１３が配置されているが、両面に活物質層が設けられてもよい。すなわち、片面にのみ活物質層を設けた最外層専用の集電体とするのではなく、両面に活物質層がある集電体をそのまま最外層の集電体として用いてもよい。

負極集電体１１’および正極集電体１１”は、各電極（正極および負極）と導通される負極集電板（タブ）２５および正極集電板（タブ）２７がそれぞれ取り付けられ、電池外装材であるラミネートフィルム２９の端部に挟まれるようにしてラミネートフィルム２９の外部に導出される構造を有している。負極集電板２５および正極集電板２７はそれぞれ、必要に応じて負極リードおよび正極リード（図示せず）を介して、各電極の負極集電体１１’および正極集電体１１”に超音波溶接や抵抗溶接などにより取り付けられていてもよい。

図３は、図１および図２に示す積層型電池１０ａの発電要素２１を構成する単電池層１９の拡大断面図である。

本実施形態においては、図２および図３に示すように、固体電解質層１７の外周縁部の全周にわたって、硫化水素発生抑制領域１８が設けられている（なお、硫化水素発生抑制領域１８の詳細については、後述する）。ここで、この硫化水素発生抑制領域１８は、固体電解質層１７の外周縁部において、負極活物質層１３から正極活物質層１５まで積層方向に連続的に設けられている。その結果、硫化水素発生抑制領域１８は負極活物質層１３および正極活物質層１５の双方に隣接し、固体電解質層１７と同等の厚みを有する硫化水素発生抑制層として配置されていることになる。また、本実施形態において、硫化水素発生抑制領域（硫化水素発生抑制層）１８は、固体電解質層１７の外周縁部の全周にわたって設けられている。これにより、固体電解質層１７の外周縁部の全周にわたって、硫化物固体電解質が水分等と反応することによる硫化水素の発生が効果的に防止されうる。

本実施形態に係る積層型電池１０ａにおいて、負極活物質層１３の外周端は、発電要素２１を平面視した際に、固体電解質層１７の外周縁部に存在する硫化水素発生抑制領域１８と重複するように構成されている。ここで、本明細書において、平面視においてある端部がある領域と「重複する」とは、当該端部が、平面視において、当該領域の外周端と内周端との間に位置することを意味する。したがって、本実施形態に係る積層型電池１０ａにおいて、負極活物質層１３の外周端は、発電要素２１を平面視した際に、硫化水素発生抑制領域１８の外周端よりも内側に位置するとともに、硫化水素発生抑制領域１８の内周端よりも外側に位置することになる。負極活物質層１３の外周端が硫化水素発生抑制領域１８の外周端よりも内側に位置することで、電池の製造時における負極活物質層１３の外周端を経由した短絡の発生が効果的に防止されうる。一方、負極活物質層１３の外周端が硫化水素発生抑制領域１８の内周端よりも外側に位置することで、電池の運転時におけるデンドライトの成長に起因する内部短絡の発生が効果的に防止されうる。

本実施形態に係る積層型電池１０ａにおいては、正極活物質層１５の外周端もまた、発電要素２１を平面視した際に、固体電解質層１７の外周縁部に存在する硫化水素発生抑制領域１８と重複するように構成されている。正負極間における反応は主として固体電解質層１７の中央部（硫化水素発生抑制領域１８以外の領域）において進行する。このため、正極活物質層１５の外周端が硫化水素発生抑制領域１８の内周端よりも外側に位置することで、有効電極面積を最大限に確保することができ、電池容量の低下を防止することができる。

また、本実施形態に係る積層型電池１０ａにおいて、正極活物質層１５の外周端は、発電要素２１を平面視した際に、負極活物質層１３の外周端よりも内側に位置するように構成されている。正極活物質層１５の外周端が負極活物質層１３の外周端よりも内側に位置することで、電極反応に関与しにくい正極活物質層１５の領域を最小限に抑えることができ、やはり電池容量の低下を防止することができる。

なお、硫化水素発生抑制領域は、図３に示すように負極活物質層１５から正極活物質層１３まで積層方向に連続的に設けられていてもよいが、積層方向の一部のみに設けられていてもよい。

図３に示す実施形態は、固体電解質層１７が硫化物固体電解質を含む場合に、当該固体電解質層１７の一部に硫化水素発生抑制領域１８を設けたものである。本発明によれば、正極活物質層１５に硫化水素発生抑制領域１８が設けられる形態もまた提供される。具体的には、正極活物質層１５が硫黄を含有する材料を含む場合に、硫化水素発生抑制領域１８を当該正極活物質層１５に設けることで、正極活物質層１５における硫化水素の発生を防止することができる。

図４は、本発明の他の実施形態に係る積層型電池１０ａの発電要素２１を構成する単電池層１９の拡大断面図である。

本実施形態においては、図４に示すように、正極活物質層１５の外周縁部の全周にわたって、硫化水素発生抑制領域１８が設けられている。ここで、この硫化水素発生抑制領域１８は、正極活物質層１５の外周縁部において、固体電解質層１７から正極集電体１１”まで積層方向に連続的に設けられている。その結果、硫化水素発生抑制領域１８は固体電解質層１７および正極集電体１１”の双方に隣接し、正極活物質層１５と同等の厚みを有する硫化水素発生抑制層として配置されていることになる。また、本実施形態において、硫化水素発生抑制領域（硫化水素発生抑制層）１８は、正極活物質層１５の外周縁部の全周にわたって設けられている。これにより、正極活物質層１５の外周縁部の全周にわたって、正極活物質である硫黄単体（Ｓ）や、正極活物質層１５に含まれる硫化物固体電解質が水分等と反応することによる硫化水素の発生が効果的に防止されうる。

上述した硫化水素発生抑制領域１８は、固体電解質層１７および正極活物質層１５の双方に設けられていてもよい。図５は、本発明のさらに他の実施形態に係る積層型電池１０ａの発電要素２１を構成する単電池層１９の拡大断面図である。

本実施形態においては、図５に示すように、固体電解質層１７の外周縁部および正極活物質層１５の外周縁部の全周にわたって、硫化水素発生抑制領域１８が設けられている。これにより、固体電解質層１７および正極活物質層１５の外周縁部の全周にわたって、各層に含まれる硫化物固体電解質や、正極活物質層１５に含まれる硫黄単体（Ｓ）が水分等と反応することによる硫化水素の発生が効果的に防止されうる。

また、本実施形態において、正極活物質層１５の外周縁部に存在する硫化水素発生抑制領域１８の内周端は、発電要素２１を平面視した際に、固体電解質層１７の外周縁部に存在する硫化水素発生抑制領域１８と重複するように構成されている。すなわち、正極活物質層１５の外周縁部に存在する硫化水素発生抑制領域１８の内周端は、発電要素２１を平面視した際に、固体電解質層１７の外周縁部に存在する硫化水素発生抑制領域１８の内周端よりも外側に位置している。正負極間における反応は主として固体電解質層１７の中央部（硫化水素発生抑制領域１８以外の領域）において進行する。このため、正極活物質層１５の外周縁部に存在する硫化水素発生抑制領域１８の内周端が固体電解質層１７の外周縁部に存在する硫化水素発生抑制領域１８の内周端よりも外側に位置することで、有効電極面積を最大限に確保することができ、電池容量の低下を防止することができる。

以下、本形態に係る二次電池の主要な構成部材について説明する。

［集電体］
集電体は、正極活物質層と接する一方の面から、負極活物質層と接する他方の面へと電子の移動を媒介する機能を有する。集電体を構成する材料に特に制限はない。集電体の構成材料としては、例えば、金属や、導電性を有する樹脂が採用されうる。

具体的には、金属としては、アルミニウム、ニッケル、ステンレス、鉄、チタン、銅などが挙げられる。これらのほか、ニッケルとアルミニウムとのクラッド材、銅とアルミニウムとのクラッド材などが用いられてもよい。また、金属表面にアルミニウムが被覆されてなる箔であってもよい。なかでも、電子伝導性や電池作動電位、集電体へのスパッタリングによる負極活物質の密着性等の観点からは、アルミニウム、ステンレス、銅、ニッケルが好ましい。

また、後者の導電性を有する樹脂としては、非導電性高分子材料に必要に応じて導電性フィラーが添加された樹脂が挙げられる。

上記の導電性高分子材料または非導電性高分子材料には、必要に応じて導電性フィラーが添加されうる。特に、集電体の基材となる樹脂が非導電性高分子のみからなる場合は、樹脂に導電性を付与するために必然的に導電性フィラーが必須となる。

導電性フィラーの添加量は、集電体に十分な導電性を付与できる量であれば特に制限はなく、一般的には、集電体の全質量１００質量％に対して５～８０質量％である。

なお、集電体は、単独の材料からなる単層構造であってもよいし、あるいは、これらの材料からなる層を適宜組み合わせた積層構造であっても構わない。集電体の軽量化の観点からは、少なくとも導電性を有する樹脂からなる導電性樹脂層を含むことが好ましい。また、単電池層間のリチウムイオンの移動を遮断する観点からは、集電体の一部に金属層を設けてもよい。

［負極活物質層］
負極活物質層は、リチウムイオンを吸蔵放出可能な負極活物質を含む。高い電池容量を達成可能であるという観点から、負極活物質は、金属リチウム（Ｌｉ）またはリチウム含有合金を必須に含むことが好ましい。これらの負極活物質の種類としては、特に制限されないが、リチウム含有合金としては、例えば、リチウムと、リチウムと合金化しうる材料の少なくとも１種との合金が挙げられる。ここで、リチウムと合金化しうる材料としては、例えば、Ｓｉ、Ａｕ、Ｉｎ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｐｂ、Ａｌ、Ｚｎ、Ｈ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ａｇ、Ｃｄ、Ｈｇ、Ｇａ、Ｔｌ、Ｃ、Ｎ、Ｓｂ、Ｂｉ、Ｏ、Ｓ、Ｓｅ、Ｔｅ、Ｃｌ等が挙げられる。これらの中でも、容量およびエネルギー密度に優れた電池を構成できる観点から、リチウムと合金化しうる材料は、Ｓｉ、Ａｕ、Ｉｎ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｐｂ、ＡｌおよびＺｎからなる群より選択される少なくとも１種の元素を含むことが好ましく、Ｓｉ、ＡｕまたはＩｎを含むことがより好ましい。場合によっては、２種以上の負極活物質が併用されてもよい。なお、上記以外の負極活物質が用いられてもよいことは勿論である。例えば、天然黒鉛、人造黒鉛、メソカーボンマイクロビーズ（ＭＣＭＢ）、高配向性グラファイト（ＨＯＰＧ）、ハードカーボン、ソフトカーボン等の炭素材料や、Ｎｂ_２Ｏ_５、Ｌｉ_４Ｔｉ_５Ｏ_１２等の金属酸化物も用いられうる。

負極活物質の形状は、例えば、粒子状（球状、繊維状）、薄膜状等が挙げられるが、薄膜状であることが好ましい。なお、負極活物質が粒子形状である場合、その平均粒径（Ｄ_５０）は、例えば、１ｎｍ～１００μｍの範囲内であることが好ましく、より好ましくは１０ｎｍ～５０μｍの範囲内であり、さらに好ましくは１００ｎｍ～２０μｍの範囲内であり、特に好ましくは１～２０μｍの範囲内である。なお、本明細書において、活物質の平均粒径（Ｄ_５０）の値は、レーザー回折散乱法によって測定することができる。

負極活物質層における負極活物質の含有量は、特に限定されるものではないが、例えば、４０～１００質量％の範囲内であることが好ましく、５０～１００質量％の範囲内であることがより好ましい。

負極活物質層は、固体電解質をさらに含んでもよい。負極活物質層が固体電解質を含むことにより、負極活物質層のイオン伝導性を向上させることができる。固体電解質としては、例えば、硫化物固体電解質や酸化物固体電解質が挙げられるが、硫化物固体電解質であることが好ましい。

硫化物固体電解質としては、例えば、ＬｉＩ－Ｌｉ_２Ｓ－ＳｉＳ_２、ＬｉＩ－Ｌｉ_２Ｓ－Ｐ_２Ｏ_５、ＬｉＩ－Ｌｉ_３ＰＯ_４－Ｐ_２Ｓ_５、Ｌｉ_２Ｓ－Ｐ_２Ｓ_５（ＬＰＳ）、ＬｉＩ－Ｌｉ_３ＰＳ_４、ＬｉＩ－ＬｉＢｒ－Ｌｉ_３ＰＳ_４、Ｌｉ_３ＰＳ_４、Ｌｉ_２Ｓ－Ｐ_２Ｓ_５、Ｌｉ_２Ｓ－Ｐ_２Ｓ_５－ＬｉＩ、Ｌｉ_２Ｓ－Ｐ_２Ｓ_５－Ｌｉ_２Ｏ、Ｌｉ_２Ｓ－Ｐ_２Ｓ_５－Ｌｉ_２Ｏ－ＬｉＩ、Ｌｉ_２Ｓ－ＳｉＳ_２、Ｌｉ_２Ｓ－ＳｉＳ_２－ＬｉＩ、Ｌｉ_２Ｓ－ＳｉＳ_２－ＬｉＢｒ、Ｌｉ_２Ｓ－ＳｉＳ_２－ＬｉＣｌ、Ｌｉ_２Ｓ－ＳｉＳ_２－Ｂ_２Ｓ_３－ＬｉＩ、Ｌｉ_２Ｓ－ＳｉＳ_２－Ｐ_２Ｓ_５－ＬｉＩ、Ｌｉ_２Ｓ－Ｂ_２Ｓ_３、Ｌｉ_２Ｓ－Ｐ_２Ｓ_５－Ｚ_ｍＳ_ｎ（ただし、ｍ、ｎは正の数であり、Ｚは、Ｇｅ、Ｚｎ、Ｇａのいずれかである）、Ｌｉ_２Ｓ－ＧｅＳ_２、Ｌｉ_２Ｓ－ＳｉＳ_２－Ｌｉ_３ＰＯ_４、Ｌｉ_２Ｓ－ＳｉＳ_２－Ｌｉ_ｘＭＯ_ｙ（ただし、ｘ、ｙは正の数であり、Ｍは、Ｐ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｂ、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎのいずれかである）等が挙げられる。なお、「Ｌｉ_２Ｓ－Ｐ_２Ｓ_５」の記載は、Ｌｉ_２ＳおよびＰ_２Ｓ_５を含む原料組成物を用いてなる硫化物固体電解質を意味し、他の記載についても同様である。

硫化物固体電解質は、例えば、Ｌｉ_３ＰＳ_４骨格を有していてもよく、Ｌｉ_４Ｐ_２Ｓ_７骨格を有していてもよく、Ｌｉ_４Ｐ_２Ｓ_６骨格を有していてもよい。Ｌｉ_３ＰＳ_４骨格を有する硫化物固体電解質としては、例えば、ＬｉＩ－Ｌｉ_３ＰＳ_４、ＬｉＩ－ＬｉＢｒ－Ｌｉ_３ＰＳ_４、Ｌｉ_３ＰＳ_４が挙げられる。また、Ｌｉ_４Ｐ_２Ｓ_７骨格を有する硫化物固体電解質としては、例えば、ＬＰＳと称されるＬｉ－Ｐ－Ｓ系固体電解質（例えば、Ｌｉ_７Ｐ_３Ｓ_１１）が挙げられる。また、硫化物固体電解質として、例えば、Ｌｉ_{（４－ｘ）}Ｇｅ_{（１－ｘ）}Ｐ_ｘＳ_４（ｘは、０＜ｘ＜１を満たす）で表されるＬＧＰＳ等を用いてもよい。なかでも、活物質層に含まれる硫化物固体電解質は、Ｐ元素を含む硫化物固体電解質であることが好ましい。さらに、硫化物固体電解質は、ハロゲン（Ｆ、Ｃｌ、Ｂｒ、Ｉ）を含有していてもよい。イオン伝導性に優れるという観点からは、好ましい一実施形態において、固体電解質は、Ｌｉ_２Ｓ－Ｐ_２Ｓ_５、Ｌｉ_７Ｐ_３Ｓ_１１、Ｌｉ_３．２Ｐ_０．９６Ｓ、Ｌｉ_２Ｓ－ＳｉＳ_２、Ｌｉ_２Ｓ－Ｂ_２Ｓ_３、Ｌｉ_２Ｓ－ＧｅＳ_２、Ｌｉ_３．２５Ｇｅ_０．２５Ｐ_０．７５Ｓ_４、Ｌｉ_１０ＧｅＰ_２Ｓ_１２およびＬｉ_６ＰＳ_５Ｘ（Ｘは、Ｃｌ、ＢｒまたはＩである）からなる群から選択される硫化物固体電解質を含む。

なお、硫化物固体電解質がＬｉ_２Ｓ－Ｐ_２Ｓ_５系である場合、Ｌｉ_２ＳおよびＰ_２Ｓ_５の割合は、モル比で、Ｌｉ_２Ｓ：Ｐ_２Ｓ_５＝５０：５０～１００：０の範囲内であることが好ましく、なかでもＬｉ_２Ｓ：Ｐ_２Ｓ_５＝７０：３０～８０：２０であることが好ましい。

また、硫化物固体電解質は、硫化物ガラスであってもよく、結晶化硫化物ガラスであってもよく、固相法により得られる結晶質材料であってもよい。なお、硫化物ガラスは、例えば原料組成物に対してメカニカルミリング（ボールミル等）を行うことにより得ることができる。また、結晶化硫化物ガラスは、例えば硫化物ガラスを結晶化温度以上の温度で熱処理を行うことにより得ることができる。また、硫化物固体電解質の常温（２５℃）におけるイオン伝導度（例えば、Ｌｉイオン伝導度）は、例えば、１×１０^－５Ｓ／ｃｍ以上であることが好ましく、１×１０^－４Ｓ／ｃｍ以上であることがより好ましい。なお、固体電解質のイオン伝導度の値は、交流インピーダンス法により測定することができる。

酸化物固体電解質としては、例えば、ＮＡＳＩＣＯＮ型構造を有する化合物等が挙げられる。ＮＡＳＩＣＯＮ型構造を有する化合物の一例としては、一般式Ｌｉ_１＋ｘＡｌ_ｘＧｅ_２－ｘ（ＰＯ_４）_３（０≦ｘ≦２）で表される化合物（ＬＡＧＰ）、一般式Ｌｉ_１＋ｘＡｌ_ｘＴｉ_２－ｘ（ＰＯ_４）_３（０≦ｘ≦２）で表される化合物（ＬＡＴＰ）等が挙げられる。また、酸化物固体電解質の他の例としては、ＬｉＬａＴｉＯ（例えば、Ｌｉ_０．３４Ｌａ_０．５１ＴｉＯ_３）、ＬｉＰＯＮ（例えば、Ｌｉ_２．９ＰＯ_３．３Ｎ_０．４６）、ＬｉＬａＺｒＯ（例えば、Ｌｉ_７Ｌａ_３Ｚｒ_２Ｏ_１２）等が挙げられる。

固体電解質の形状としては、例えば、真球状、楕円球状等の粒子形状、薄膜形状等が挙げられる。固体電解質が粒子形状である場合、その平均粒径（Ｄ_５０）は、特に限定されないが、４０μｍ以下であることが好ましく、２０μｍ以下であることがより好ましく、１０μｍ以下であることがさらに好ましい。一方、平均粒径（Ｄ_５０）は、０．０１μｍ以上であることが好ましく、０．１μｍ以上であることがより好ましい。

負極活物質層における固体電解質の含有量は、例えば、０～６０質量％の範囲内であることが好ましく、０～５０質量％の範囲内であることがより好ましい。

負極活物質層は、上述した負極活物質および固体電解質に加えて、従来公知の導電助剤およびバインダの少なくとも１つをさらに含有していてもよい。

導電助剤の形状は、粒子状または繊維状であることが好ましい。導電助剤が粒子状である場合、粒子の形状は特に限定されず、粉末状、球状、棒状、針状、板状、柱状、不定形状、燐片状、紡錘状等、いずれの形状であっても構わない。

導電助剤が粒子状である場合の平均粒子径（一次粒子径）は、特に限定されるものではないが、電池の電気特性の観点から、０．０１～１０μｍであることが好ましい。なお、本明細書中において、「導電助剤の粒子径」とは、導電助剤の輪郭線上の任意の２点間の距離のうち、最大の距離Ｌを意味する。「導電助剤の平均粒子径」の値としては、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）や透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）などの観察手段を用い、数～数十視野中に観察される粒子の粒子径の平均値として算出される値を採用するものとする。

負極活物質層が導電助剤を含む場合、当該負極活物質層における導電助剤の含有量は特に制限されないが、負極活物質層の合計質量に対して、好ましくは０～１０質量％であり、より好ましくは２～８質量％であり、さらに好ましくは４～７質量％である。このような範囲であれば、負極活物質層においてより強固な電子伝導パスを形成することが可能となり、電池特性の向上に有効に寄与することが可能である。

一方、バインダとしては、特に限定されず、従来公知の知見が適宜参照されうる。

負極活物質層の厚さは、目的とする全固体電池の構成によっても異なるが、例えば、０．１～１０００μｍの範囲内であることが好ましい。なお、電池の作製時（完全放電状態）においては、負極活物質層は存在していなくてもよい。この場合には、負極集電体（例えば、上述した金属箔）が固体電解質層と隣接することとなる。

［正極活物質層］
正極活物質層は、正極活物質を含む。正極活物質の種類としては、特に制限されないが、硫黄単体（Ｓ_８）またはリチウムを含有する硫黄の還元生成物（Ｌｉ_２Ｓ_８～Ｌｉ_２Ｓの各化合物のいずれか）が好ましく用いられる。ここで例えば、硫黄単体（Ｓ_８）は、１６７０ｍＡｈ／ｇ程度と極めて大きい理論容量を有し、低コストで資源が豊富であるという利点を備えている。この場合、全固体電池が充電状態で提供される場合には、正極活物質として硫黄単体（Ｓ_８）を含む。また、全固体電池が放電状態で提供される場合には、正極活物質としてリチウムを含有する硫黄の還元生成物（上述したＬｉ_２Ｓ_８～Ｌｉ_２Ｓの各化合物のいずれか）を含有する。

なお、正極活物質層は、上述した硫黄単体（Ｓ_８）またはリチウムを含有する硫黄の還元生成物（上述したＬｉ_２Ｓ_８～Ｌｉ_２Ｓの各化合物のいずれか）以外の正極活物質を含んでもよい。ただし、正極活物質層に含まれる正極活物質に占める硫黄単体またはリチウムを含有する硫黄の還元生成物の割合は、好ましくは５０～１００質量％であり、より好ましくは８０～１００質量％であり、さらに好ましくは９０～１００質量％であり、いっそう好ましくは９５～１００質量％であり、特に好ましくは９８～１００質量％であり、最も好ましくは１００質量％である。

硫黄単体またはリチウムを含有する硫黄の還元生成物以外の正極活物質としては、例えば、ジスルフィド化合物、国際公開第２０１０／０４４４３７号パンフレットに記載の化合物に代表される硫黄変性ポリアクリロニトリル、硫黄変性ポリイソプレン、ルベアン酸（ジチオオキサミド）、ポリ硫化カーボン等が挙げられる。また、Ｓ－カーボンコンポジット、ＴｉＳ_２、ＴｉＳ_３、ＴｉＳ_４、ＮｉＳ、ＮｉＳ_２、ＣｕＳ、ＦｅＳ_２、ＭｏＳ_２、ＭｏＳ_３等の無機硫黄化合物も用いられうる。さらに、硫黄を含まない正極活物質としては、例えば、ＬｉＣｏＯ_２、ＬｉＭｎＯ_２、ＬｉＮｉＯ_２、ＬｉＶＯ_２、Ｌｉ（Ｎｉ－Ｍｎ－Ｃｏ）Ｏ_２等の層状岩塩型活物質、ＬｉＭｎ_２Ｏ_４、ＬｉＮｉ_０．５Ｍｎ_１．５Ｏ_４等のスピネル型活物質、ＬｉＦｅＰＯ_４、ＬｉＭｎＰＯ_４等のオリビン型活物質、Ｌｉ_２ＦｅＳｉＯ_４、Ｌｉ_２ＭｎＳｉＯ_４等のＳｉ含有活物質等が挙げられる。また上記以外の酸化物活物質としては、例えば、Ｌｉ_４Ｔｉ_５Ｏ_１２が挙げられる。場合によっては、２種以上の正極活物質が併用されてもよい。なお、上記以外の正極活物質が用いられてもよいことは勿論である。

正極活物質の形状は、例えば、粒子状（球状、繊維状）、薄膜状等が挙げられる。正極活物質が粒子形状である場合、その平均粒径（Ｄ_５０）は、例えば、１ｎｍ～１００μｍの範囲内であることが好ましく、より好ましくは１０ｎｍ～５０μｍの範囲内であり、さらに好ましくは１００ｎｍ～２０μｍの範囲内であり、特に好ましくは１～２０μｍの範囲内である。なお、本明細書において、活物質の平均粒径（Ｄ_５０）の値は、レーザー回折散乱法によって測定することができる。

正極活物質層における正極活物質の含有量は、特に限定されるものではないが、例えば、４０～９９質量％の範囲内であることが好ましく、５０～９０質量％の範囲内であることがより好ましい。

正極活物質層もまた、負極活物質層と同様に、固体電解質、導電助剤および／またはバインダをさらに含んでもよい。

［固体電解質層］
本形態に係る全固体電池の固体電解質層は、固体電解質を主成分として含有し、上述した正極活物質層と負極活物質層との間に介在する層である。また、本形態に係る全固体電池の固体電解質層は、イオン伝導度および耐久性に優れるという観点から、硫化物固体電解質を必須に含むことが好ましく、この場合、その他の固体電解質を含んでもよい。ただし、固体電解質層に含まれる固体電解質に占める硫化物固体電解質の割合は、好ましくは５０～１００質量％であり、より好ましくは８０～１００質量％であり、さらに好ましくは９０～１００質量％であり、いっそう好ましくは９５～１００質量％であり、特に好ましくは９８～１００質量％であり、最も好ましくは１００質量％である。なお、固体電解質層に含有される硫化物固体電解質およびその他の固体電解質の具体的な形態については上述したものと同様であるため、ここでは詳細な説明を省略する。

固体電解質層における固体電解質の含有量は、例えば、１０～１００質量％の範囲内であることが好ましく、５０～１００質量％の範囲内であることがより好ましく、９０～１００質量％の範囲内であることがさらに好ましい。

固体電解質層は、上述した固体電解質に加えて、バインダをさらに含有していてもよい。固体電解質層に含有されうるバインダの具体的な形態については上述したものと同様であるため、ここでは詳細な説明を省略する。

固体電解質層の厚さは、目的とする全固体電池の構成によっても異なるが、例えば、１～１０００μｍの範囲内であることが好ましく、１０～３００μｍの範囲内であることがより好ましい。

［硫化水素発生抑制領域］
上述したように、本形態に係る二次電池においては、固体電解質層がリチウム（Ｌｉ）、リン（Ｐ）、硫黄（Ｓ）および酸素（Ｏ）を含有する硫化物固体電解質を含む場合に、硫黄（Ｓ）原子に対する酸素（Ｏ）原子の原子比率（Ｏ／Ｓ比）が３．０以上である硫化水素発生抑制領域が当該固体電解質層の少なくとも一部に設けられている。あるいは、正極活物質層が硫黄（Ｓ）を含有する硫黄含有正極活物質並びに／またはリチウム（Ｌｉ）、リン（Ｐ）、硫黄（Ｓ）および酸素（Ｏ）を含有する硫化物固体電解質を含む場合に、硫黄（Ｓ）原子に対する酸素（Ｏ）原子の原子比率（Ｏ／Ｓ比）が３．０以上である硫化水素発生抑制領域が当該正極活物質層の少なくとも一部に設けられている。なお、本明細書において、固体電解質層や正極活物質層を構成する原子の種類およびその原子組成比率については、後述する実施例で用いられているようなＸ線光電子分光（ＸＰＳ）法により測定される結果を採用するものとする。

本発明者らの検討によれば、上記Ｏ／Ｓ比が３．０以上である硫化物固体電解質または正極材料は、水分等と接触しても硫化水素をそれほど発生しないことが判明した。そのメカニズムは完全には明らかとはなっていないが、上記Ｏ／Ｓ比が３．０以上である硫化物固体電解質または正極材料の表面には比較的安定な皮膜が形成されていることで、水分との接触によっても硫化水素の発生が防止されているものと推測している。なお、本発明において、硫化水素発生抑制領域におけるＯ／Ｓ比の値は３．０以上であればよいが、硫化水素の発生をより効果的に抑制することが可能となるという観点から、Ｏ／Ｓ比の値は、好ましくは５．６以上であり、より好ましくは７．３以上であり、さらに好ましくは７．７以上である。一方、この値の上限値については特に制限はないが、通常は１０．０以下であれば十分である。

上記Ｏ／Ｓ比が３．０以上である硫化物固体電解質または正極材料からなる硫化水素発生抑制領域を固体電解質層または正極活物質層の少なくとも一部に設ける手法について特に制限はなく、従来の技術常識が適宜参酌されうる。一例として、Ｌｉ、ＰおよびＳを含有する硫化物固体電解質（実際には不可避的に酸素（Ｏ）も含有している）に対して水蒸気曝露処理を施すという手法が挙げられる。このような手法によれば、Ｌｉ、ＰおよびＳ（並びにＯ）を含有する硫化物固体電解質におけるＯ／Ｓ比の値を３．０以上にまで増大させることができる。なお、本発明者らの検討によれば、水蒸気曝露処理を施す前の硫化物固体電解質のＯ／Ｓ比は１．４程度であることが判明している。

したがって、本発明の他の形態によれば、水蒸気曝露処理によって上述した硫化水素発生抑制領域を形成することを含む二次電池の製造方法もまた、提供される。すなわち、本発明の他の形態は、リチウム（Ｌｉ）、リン（Ｐ）、硫黄（Ｓ）および酸素（Ｏ）を含有する硫化物固体電解質を含む固体電解質層前駆体、硫黄（Ｓ）を含有する硫黄含有正極活物質または前記硫化物固体電解質を含む正極活物質層前駆体を水蒸気に曝露することにより、あるいは、前記固体電解質層前駆体および前記正極活物質層前駆体を含む発電要素を水蒸気に曝露することにより、前駆体の少なくとも一部に、硫黄（Ｓ）原子に対する酸素（Ｏ）原子の原子比率（Ｏ／Ｓ比）が３．０以上である硫化水素発生抑制領域を設けることを含む、二次電池の製造方法に関する。本明細書では、水蒸気曝露処理によって硫化水素発生抑制領域が形成される前の（原料である）固体電解質層を「固体電解質層前駆体」と称する。同様に、水蒸気曝露処理によって硫化水素発生抑制領域が形成される前の（原料である）正極活物質層を「正極活物質層前駆体」と称する。

本形態に係る二次電池の製造方法において、水蒸気曝露処理の具体的な条件については特に制限はないが、例えば、水蒸気雰囲気下に原料である固体電解質層前駆体または正極活物質層前駆体を静置したり、水蒸気流中に原料である固体電解質層前駆体または正極活物質層前駆体を配置したりすればよい。なお、このような操作によって固体電解質層前駆体や正極活物質層前駆体の外周縁部にのみ硫化水素発生抑制領域を形成したい場合には、硫化水素発生抑制領域を形成したくない領域（例えば、各層の中央部の領域）に対応する部位にマスクを配置した状態で上述の水蒸気曝露処理を施せばよい。また、固体電解質層前駆体および正極活物質層前駆体を含む発電要素前駆体に対して水蒸気曝露処理を施すことで、固体電解質層前駆体の外周縁部および正極活物質層前駆体の外周縁部にまとめて硫化水素発生抑制領域を形成してもよい。

水蒸気曝露処理は、例えば、後述する実施例の欄に記載されているように、ヘリウム等のキャリアガスの露点を調整した状態で固体電解質層前駆体や正極活物質層前駆体に対して当該キャリアガスを流通させることにより行うことができる。この際、水蒸気曝露処理を施される固体電解質層前駆体や正極活物質層前駆体の温度について特に制限はないが、好ましくは２０～５５℃程度であり、より好ましくは２５～５０℃である。また、キャリアガスの露点についても特に制限はないが、好ましくは－４０～＋１５℃程度である。なお、キャリアガスの露点が低いほど、水蒸気曝露処理によって得られる固体電解質層や正極活物質層のＯ／Ｓ比の値は大きくなる傾向にある。また、水蒸気曝露処理の時間についても特に制限はないが、好ましくは１０～２００分程度であり、より好ましくは３０～１５０分である。

従来、硫黄を含有する材料が水分と接触すると硫化水素が発生することが知られていたが、硫黄含有材料に対して積極的に水蒸気曝露処理を施すことで硫化水素の発生量が経時的に減少し、最終的にはほぼ発生しなくなるという現象は知られていなかった。本発明は本発明者らによって見出されたこのような新規な現象に関する知見に基づき完成されたものである。そして、従来は回避すべきであるとされていた硫黄含有材料と水分との接触を積極的に行う水蒸気曝露処理をあえて採用することで、硫化水素の発生を抑制可能な部材が得られるということは予期せぬことであった。したがって、このような従来の常識を覆す形で完成された本発明は、従来の技術に対して特許性を有するものであるといえる。

［正極集電板および負極集電板］
集電板（２５、２７）を構成する材料は、特に制限されず、二次電池用の集電板として従来用いられている公知の高導電性材料が用いられうる。集電板の構成材料としては、例えば、アルミニウム、銅、チタン、ニッケル、ステンレス鋼（ＳＵＳ）、これらの合金等の金属材料が好ましい。軽量、耐食性、高導電性の観点から、より好ましくはアルミニウム、銅であり、特に好ましくはアルミニウムである。なお、負極集電板２５と正極集電板２７とでは、同一の材料が用いられてもよいし、異なる材料が用いられてもよい。

［正極リードおよび負極リード］
また、図示は省略するが、集電体（１１’、１１”）と集電板（２５、２７）との間を正極リードや負極リードを介して電気的に接続してもよい。正極および負極リードの構成材料としては、公知のリチウムイオン二次電池において用いられる材料が同様に採用されうる。なお、外装から取り出された部分は、周辺機器や配線などに接触して漏電したりして製品（例えば、自動車部品、特に電子機器等）に影響を与えないように、耐熱絶縁性の熱収縮チューブなどにより被覆することが好ましい。

［電池外装材］
電池外装材としては、公知の金属缶ケースを用いることができるほか、図１および図２に示すように発電要素を覆うことができる、アルミニウムを含むラミネートフィルム２９を用いた袋状のケースが用いられうる。該ラミネートフィルムには、例えば、ＰＰ、アルミニウム、ナイロンをこの順に積層してなる３層構造のラミネートフィルム等を用いることができるが、これらに何ら制限されるものではない。高出力化や冷却性能に優れ、ＥＶ、ＨＥＶ用の大型機器用電池に好適に利用することができるという観点から、ラミネートフィルムが望ましい。また、外部から掛かる発電要素への群圧を容易に調整することができることから、外装体はアルミニウムを含むラミネートフィルムがより好ましい。

図１および図２に示す実施形態に係る積層型電池は、複数の単電池層が並列に接続された構成を有することにより、高容量でサイクル耐久性に優れるものである。したがって、本実施形態に係る積層型電池は、ＥＶ、ＨＥＶの駆動用電源として好適に使用される。

以上、全固体電池の一実施形態を説明したが、本発明は上述した実施形態において説明した構成のみに限定されることはなく、特許請求の範囲の記載に基づいて適宜変更することが可能である。

例えば、本発明に係るリチウムイオン二次電池が適用される電池の種類として、集電体の一方の面に電気的に結合した正極活物質層と、集電体の反対側の面に電気的に結合した負極活物質層とを有する双極型電極を含む、双極型（バイポーラ型）の電池も挙げられる。

また、本形態に係る二次電池は、全固体型でなくてもよい。すなわち、固体電解質層は、従来公知の液体電解質（電解液）をさらに含有していてもよい。固体電解質層に含まれうる液体電解質（電解液）の量について特に制限はないが、固体電解質により形成された固体電解質層の形状が保持され、液体電解質（電解液）の液漏れが生じない程度の量であることが好ましい。

用いられうる液体電解質（電解液）は、有機溶媒にリチウム塩が溶解した形態を有する。用いられる有機溶媒としては、例えば、ジメチルカーボネート（ＤＭＣ）、ジエチルカーボネート（ＤＥＣ）、ジプロピルカーボネート（ＤＰＣ）、エチルメチルカーボネート（ＥＭＣ）、プロピオン酸メチル（ＭＰ）、酢酸メチル（ＭＡ）、ギ酸メチル（ＭＦ）、４－メチルジオキソラン（４ＭｅＤＯＬ）、ジオキソラン（ＤＯＬ）、２－メチルテトラヒドロフラン（２ＭｅＴＨＦ）、テトラヒドロフラン（ＴＨＦ）、ジメトキシエタン（ＤＭＥ）、プロピレンカーボネート（ＰＣ）、ブチレンカーボネート（ＢＣ）、ジメチルスルホキシド（ＤＭＳＯ）、およびγ－ブチロラクトン（ＧＢＬ）などが挙げられる。中でも、有機溶媒は、急速充電特性および出力特性をより向上できるとの観点から、好ましくは鎖状カーボネートであり、より好ましくはジエチルカーボネート（ＤＥＣ）、エチルメチルカーボネート（ＥＭＣ）およびジメチルカーボネート（ＤＭＣ）からなる群から選択される少なくとも１種であり、より好ましくはエチルメチルカーボネート（ＥＭＣ）およびジメチルカーボネート（ＤＭＣ）から選択される。

リチウム塩としては、Ｌｉ（ＦＳＯ_２）_２Ｎ（リチウムビス（フルオロスルホニル）イミド；ＬｉＦＳＩ）、Ｌｉ（Ｃ_２Ｆ_５ＳＯ_２）_２Ｎ、ＬｉＰＦ_６、ＬｉＢＦ_４、ＬｉＣｌＯ_４、ＬｉＡｓＦ_６、ＬｉＣＦ_３ＳＯ_３等が挙げられる。中でも、リチウム塩は、電池出力および充放電サイクル特性の観点から、好ましくはＬｉ（ＦＳＯ_２）_２Ｎ（ＬｉＦＳＩ）である。

液体電解質（電解液）は、上述した成分以外の添加剤をさらに含有してもよい。かような化合物の具体例としては、例えば、エチレンカーボネート、ビニレンカーボネート、メチルビニレンカーボネート、ジメチルビニレンカーボネート、フェニルビニレンカーボネート、ジフェニルビニレンカーボネート、エチルビニレンカーボネート、ジエチルビニレンカーボネート、ビニルエチレンカーボネート、１，２－ジビニルエチレンカーボネート、１－メチル－１－ビニルエチレンカーボネート、１－メチル－２－ビニルエチレンカーボネート、１－エチル－１－ビニルエチレンカーボネート、１－エチル－２－ビニルエチレンカーボネート、ビニルビニレンカーボネート、アリルエチレンカーボネート、ビニルオキシメチルエチレンカーボネート、アリルオキシメチルエチレンカーボネート、アクリルオキシメチルエチレンカーボネート、メタクリルオキシメチルエチレンカーボネート、エチニルエチレンカーボネート、プロパルギルエチレンカーボネート、エチニルオキシメチルエチレンカーボネート、プロパルギルオキシエチレンカーボネート、メチレンエチレンカーボネート、１，１－ジメチル－２－メチレンエチレンカーボネートなどが挙げられる。これらの添加剤は、１種のみが単独で用いられてもよいし、２種以上が併用されてもよい。また、添加剤を電解液に使用する場合の使用量は、適宜調整することができる。

［組電池］
組電池は、電池を複数個接続して構成した物である。詳しくは少なくとも２つ以上用いて、直列化あるいは並列化あるいはその両方で構成されるものである。直列、並列化することで容量および電圧を自由に調節することが可能になる。

電池が複数、直列にまたは並列に接続して装脱着可能な小型の組電池を形成することもできる。そして、この装脱着可能な小型の組電池をさらに複数、直列に又は並列に接続して、高体積エネルギー密度、高体積出力密度が求められる車両駆動用電源や補助電源に適した大容量、大出力を持つ組電池を形成することもできる。何個の電池を接続して組電池を作製するか、また、何段の小型組電池を積層して大容量の組電池を作製するかは、搭載される車両（電気自動車）の電池容量や出力に応じて決めればよい。

［車両］
本発明に係る全固体電池は、長期使用しても放電容量が維持され、サイクル特性が良好である。さらに、体積エネルギー密度が高い。電気自動車やハイブリッド電気自動車や燃料電池車やハイブリッド燃料電池自動車などの車両用途においては、電気・携帯電子機器用途と比較して、高容量、大型化が求められるとともに、長寿命化が必要となる。したがって、上記非水電解質二次電池は、車両用の電源として、例えば、車両駆動用電源や補助電源に好適に利用することができる。

具体的には、電池またはこれらを複数個組み合わせてなる組電池を車両に搭載することができる。本発明では、長期信頼性および出力特性に優れた高寿命の電池を構成できることから、こうした電池を搭載するとＥＶ走行距離の長いプラグインハイブリッド電気自動車や、一充電走行距離の長い電気自動車を構成できる。電池またはこれらを複数個組み合わせてなる組電池を、例えば、自動車ならばハイブリッド車、燃料電池車、電気自動車（いずれも四輪車（乗用車、トラック、バスなどの商用車、軽自動車など）のほか、二輪車（バイク）や三輪車を含む）に用いることにより高寿命で信頼性の高い自動車となるからである。ただし、用途が自動車に限定されるわけではなく、例えば、他の車両、例えば、電車などの移動体の各種電源であっても適用は可能であるし、無停電電源装置などの載置用電源として利用することも可能である。

以下、実施例により本発明をさらに詳細に説明する。ただし、本発明の技術的範囲が以下の実施例のみに制限されるわけではない。

《硫化物固体電解質の水蒸気曝露処理》
＜実験例１＞
（硫化物固体電解質の準備）
まず、サンプルとして、硫化物固体電解質の１種であるアルジロダイト型硫化物固体電解質（Ｌｉ_６ＰＳ_５Ｃｌ）を準備した。

（水蒸気曝露処理）
上記で準備した固体電解質サンプルを磁製皿に秤量し、試験容器内にペレット状に封止した。なお、本実験における雰囲気ガスはヘリウム（Ｈｅ）とした。

次いで、２５℃に設定した恒温槽の内部に上記試験容器を設置し、恒温槽の温度が安定していることを確認した。その後、露点を１３℃に調整したヘリウム（Ｈｅ）ガスを試験容器の内部に０．２Ｌ／分の流量で１２０分間流通させることにより、固体電解質サンプルに対して水蒸気曝露処理を施した。

（ＸＰＳ法による固体電解質サンプルの表面組成の分析）
上記のようにして水蒸気曝露処理を施した固体電解質サンプル（ペレット）の表面組成を、Ｘ線光電子分光（ＸＰＳ）法を用いて分析した。また、得られた分析結果から、硫黄（Ｓ）原子の量に対する酸素（Ｏ）原子の量の比率（原子比率）を算出した。結果を下記の表１に示す。

（硫化水素の発生挙動の分析）
また、水蒸気曝露処理によって固体電解質サンプルから発生したガスについてはガスバッグに回収した。そして、回収されたガスにおける硫化水素濃度をガス検知管を用いて測定することにより、サンプルからの硫化水素発生の挙動を分析した。なお、ガスバッグは１０分おきに回収した。

＜実験例２＞
恒温槽の温度を５０℃に設定したこと以外は、上述した実験例１と同様の手法により、固体電解質サンプルに対して水蒸気曝露処理を施し、表面組成および硫化水素の発生挙動を分析した。結果を下記の表１に示す。

＜実験例３＞
試験容器の内部に流通させるヘリウムガスの露点を－３０℃以下とした。具体的には、ヘリウムガスのボンベから直結で試験容器の内部にヘリウムガスを流通させた。このこと以外は、上述した実験例２と同様の手法により、固体電解質サンプルに対して水蒸気曝露処理を施し、表面組成および硫化水素の発生挙動を分析した。結果を下記の表１に示す。

＜実験例４＞
試験容器の内部に流通させるヘリウムガスの露点を－３０℃以下とした。具体的には、ヘリウムガスのボンベから直結で試験容器の内部にヘリウムガスを流通させた。このこと以外は、上述した実験例１と同様の手法により、固体電解質サンプルに対して水蒸気曝露処理を施し、表面組成および硫化水素の発生挙動を分析した。結果を下記の表１に示す。なお、表１に記載の各元素組成比の値は、小数第１位まで求めた各元素の組成比の値（その他についてはその他の元素の合計値）を整数となるように四捨五入した値である。また、表１に記載のＯ／Ｓ比の値は、小数第１位まで求めたＯおよびＳの元素組成比から算出されたＯ／Ｓの値を、小数第２位で四捨五入した値である。

表１に示す結果から、硫化物固体電解質サンプルに対して水蒸気曝露処理を施し、その際の条件を調節することで、硫黄（Ｓ）原子の原子組成比および酸素（Ｏ）原子の原子組成比の増減を逆方向に制御することができることがわかる。そしてその結果、実験例１～４において採用したような水蒸気曝露処理によれば、Ｏ／Ｓ比の値を３．０以上に制御することができることもわかる。なお、水蒸気曝露処理を施すことなく同様にＸＰＳにより固体電解質サンプルの表面の元素組成比を分析してＯ／Ｓ比を算出したところ、約１．４であった。

また、実験例１および実験例３において硫化水素の発生挙動を分析した結果（グラフ）を図６（実験例１）および図７（実験例３）にそれぞれ示す。なお、図６および図７に示すグラスの縦軸は、各実験例における硫化水素発生量の相対値である。これらのグラフからわかるように、水蒸気曝露処理を施すことにより、その進行に伴って硫化水素は発生するものの、一定時間の経過後には硫化水素の発生量はほぼゼロとなり、その後は水蒸気と接触しても硫化水素は発生しないことがわかる。このことから、本発明に係る二次電池によれば、Ｏ／Ｓ比の値が３．０以上とされている固体電解質層や正極活物質層における硫化水素発生抑制領域の存在により、電池の製造後の保管時や電池の運転時における硫化水素の発生が効果的に防止できることがわかる。また、図６と図７との対比から、Ｏ／Ｓ比の値が大きいほど、硫化水素の発生を抑制する作用はより強いと考えられる。

１０ａ積層型電池、
１１負極集電体、
１２正極集電体、
１３負極活物質層、
１５正極活物質層、
１７電解質層、
１８硫化水素発生抑制領域、
１９単電池層、
２１発電要素、
２５負極集電板（負極タブ）、
２７正極集電板（正極タブ）、
２９ラミネートフィルム。

Claims

正極活物質を含有する正極活物質層を含む正極と、
負極活物質を含有する負極活物質層を含む負極と、
前記正極活物質層と前記負極活物質層との間に介在し、固体電解質を含む固体電解質層と、
を有する発電要素を備え、
前記固体電解質層が、リチウム（Ｌｉ）、リン（Ｐ）、硫黄（Ｓ）および酸素（Ｏ）を含有する硫化物固体電解質を含み、かつ、硫黄（Ｓ）原子に対する酸素（Ｏ）原子の原子比率（Ｏ／Ｓ比）が５．６以上である硫化水素発生抑制領域を少なくとも一部に有するか、あるいは、
前記正極活物質層が、硫黄（Ｓ）を含有する硫黄含有正極活物質並びに／またはリチウム（Ｌｉ）、リン（Ｐ）、硫黄（Ｓ）および酸素（Ｏ）を含有する硫化物固体電解質を含み、かつ、硫黄（Ｓ）原子に対する酸素（Ｏ）原子の原子比率（Ｏ／Ｓ比）が５．６以上である硫化水素発生抑制領域を少なくとも一部に有する、二次電池。
正極活物質を含有する正極活物質層を含む正極と、
負極活物質を含有する負極活物質層を含む負極と、
前記正極活物質層と前記負極活物質層との間に介在し、固体電解質を含む固体電解質層と、
を有する発電要素を備え、
前記固体電解質層が、リチウム（Ｌｉ）、リン（Ｐ）、硫黄（Ｓ）および酸素（Ｏ）を含有する硫化物固体電解質を含み、かつ、硫黄（Ｓ）原子に対する酸素（Ｏ）原子の原子比率（Ｏ／Ｓ比）が３．０以上である硫化水素発生抑制領域を前記固体電解質層の外周縁部の少なくとも一部に有し、前記固体電解質層の中央部には有さないか、あるいは、
前記正極活物質層が、硫黄（Ｓ）を含有する硫黄含有正極活物質並びに／またはリチウム（Ｌｉ）、リン（Ｐ）、硫黄（Ｓ）および酸素（Ｏ）を含有する硫化物固体電解質を含み、かつ、硫黄（Ｓ）原子に対する酸素（Ｏ）原子の原子比率（Ｏ／Ｓ比）が３．０以上である硫化水素発生抑制領域を前記正極活物質層の外周縁部の少なくとも一部に有し、前記正極活物質層の中央部には有さない、二次電池。
正極活物質を含有する正極活物質層を含む正極と、
負極活物質を含有する負極活物質層を含む負極と、
前記正極活物質層と前記負極活物質層との間に介在し、固体電解質を含む固体電解質層と、
を有する発電要素を備え、
前記固体電解質層が、リチウム（Ｌｉ）、リン（Ｐ）、硫黄（Ｓ）および酸素（Ｏ）を含有する硫化物固体電解質を含み、かつ、硫黄（Ｓ）原子に対する酸素（Ｏ）原子の原子比率（Ｏ／Ｓ比）が３．０以上である硫化水素発生抑制領域を少なくとも一部に有するか、あるいは、
前記正極活物質層が、硫黄（Ｓ）を含有する硫黄含有正極活物質並びに／またはリチウム（Ｌｉ）、リン（Ｐ）、硫黄（Ｓ）および酸素（Ｏ）を含有する硫化物固体電解質を含み、かつ、硫黄（Ｓ）原子に対する酸素（Ｏ）原子の原子比率（Ｏ／Ｓ比）が３．０以上である硫化水素発生抑制領域を少なくとも一部に有し、
前記固体電解質層が、前記硫化物固体電解質を含み、かつ、前記硫化水素発生抑制領域を少なくとも一部に有し、
前記硫化水素発生抑制領域が前記固体電解質層の外周縁部の少なくとも一部に存在し、かつ、前記発電要素を平面視した際に、前記正極活物質層の外周端の少なくとも一部が前記硫化水素発生抑制領域と重複するように構成されており、かつ、
前記発電要素を平面視した際に、前記硫化水素発生抑制領域と重複するように配置されている前記正極活物質層の前記外周端が前記負極活物質層の外周端より内側に位置するように構成されている、二次電池。
前記固体電解質層が、前記硫化物固体電解質を含み、かつ、前記硫化水素発生抑制領域を少なくとも一部に有する、請求項１または２に記載の二次電池。
前記硫化水素発生抑制領域が前記固体電解質層の外周縁部の少なくとも一部に存在し、かつ、前記発電要素を平面視した際に、前記負極活物質層の外周端の少なくとも一部が前記硫化水素発生抑制領域と重複するように配置されている、請求項４に記載の二次電池。
前記硫化水素発生抑制領域が前記固体電解質層の外周縁部の少なくとも一部に存在し、かつ、前記発電要素を平面視した際に、前記正極活物質層の外周端の少なくとも一部が前記硫化水素発生抑制領域と重複するように構成されている、請求項４または５に記載の二次電池。
前記発電要素を平面視した際に、前記硫化水素発生抑制領域と重複するように配置されている前記正極活物質層の前記外周端が前記負極活物質層の外周端より内側に位置するように構成されている、請求項６に記載の二次電池。
前記正極活物質層が、前記硫黄含有正極活物質および／または前記硫化物固体電解質を含み、かつ、硫黄（Ｓ）原子に対する酸素（Ｏ）原子の原子比率（Ｏ／Ｓ比）が３．０以上である硫化水素発生抑制領域を少なくとも一部に有する、請求項２または３に記載の二次電池。
前記硫化水素発生抑制領域が前記正極活物質層の外周縁部の少なくとも一部および前記固体電解質層の外周縁部の少なくとも一部に存在し、かつ、前記発電要素を平面視した際に、前記正極活物質層の外周縁部に存在する前記硫化水素発生抑制領域の内周端の少なくとも一部が前記固体電解質層の外周縁部に存在する前記硫化水素発生抑制領域と重複するように構成されている、請求項８に記載の二次電池。
前記硫化水素発生抑制領域におけるＯ／Ｓ比が７．３以上である、請求項１～９のいずれか１項に記載の二次電池。
全固体リチウムイオン二次電池である、請求項１～１０のいずれか１項に記載の二次電池。
リチウム（Ｌｉ）、リン（Ｐ）、硫黄（Ｓ）および酸素（Ｏ）を含有する硫化物固体電解質を含む固体電解質層前駆体、硫黄（Ｓ）を含有する硫黄含有正極活物質または前記硫化物固体電解質を含む正極活物質層前駆体を水蒸気に曝露することにより、あるいは、前記固体電解質層前駆体および前記正極活物質層前駆体を含む発電要素前駆体を水蒸気に曝露することにより、前駆体の少なくとも一部に、硫黄（Ｓ）原子に対する酸素（Ｏ）原子の原子比率（Ｏ／Ｓ比）が５．６以上である硫化水素発生抑制領域を設けることを含む、二次電池の製造方法。
リチウム（Ｌｉ）、リン（Ｐ）、硫黄（Ｓ）および酸素（Ｏ）を含有する硫化物固体電解質を含む固体電解質層前駆体、硫黄（Ｓ）を含有する硫黄含有正極活物質または前記硫化物固体電解質を含む正極活物質層前駆体を水蒸気に曝露することにより、あるいは、前記固体電解質層前駆体および前記正極活物質層前駆体を含む発電要素前駆体を水蒸気に曝露することにより、前駆体の少なくとも一部に、硫黄（Ｓ）原子に対する酸素（Ｏ）原子の原子比率（Ｏ／Ｓ比）が３．０以上である硫化水素発生抑制領域を設けることを含み、
この際、前記硫化水素発生抑制領域を前記前駆体の外周縁部の少なくとも一部に設け、前記前駆体の中央部には設けない、二次電池の製造方法。