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公開番号2025072073
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-05-09
出願番号2023182584
出願日2023-10-24
発明の名称リチウムイオン二次電池
出願人トヨタバッテリー株式会社,トヨタ自動車株式会社,プライムプラネットエナジー&ソリューションズ株式会社
代理人個人,個人
主分類H01M 10/052 20100101AFI20250430BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】電池出力の向上及び長寿命化を図る。
【解決手段】リチウムイオン二次電池としての二次電池1は、セパレータを挟んで正負の電極シート35が積層された電極体10を備える。各電極シート35は、基材36に電極合材としての合材ペースト37を塗工することにより形成される。また、負極4側の電極シート35Nにおける負極合材層32Nの対向面50Nは、正極3側の電極シート35Pにおける正極合材層32Pの対向面50Pよりも大きい。更に、負極合材層32Nが、1000ppm以上、1500ppm以下のリチウムを含有するとともに、その負極合材層32Nの密度が、1.1g/cc以上、1.4g/cc以下に設定される。また、正極合材層32Pは、正極活物質としてリチウム遷移金属酸化物を含有する。そして、その遷移金属の原子数の和とリチウムの原子数との比であるLi/M比が、1.16以上、1.20以下に設定される。
【選択図】図4
特許請求の範囲【請求項１】
セパレータを挟んで正負の電極シートが積層された電極体を備え、前記各電極シートは、集電体となる基材に電極合材を塗工してなるとともに、負極側の前記電極シートにおける負極合材層の対向面が、正極側の前記電極シートにおける正極合材層の対向面よりも大きいリチウムイオン二次電池であって、
前記負極合材層が、予め１０００ｐｐｍ以上、１５００ｐｐｍ以下のリチウムを含有するとともに、
前記負極合材層の密度が、１．１ｇ／ｃｃ以上、１．４ｇ／ｃｃ以下であり、
前記正極合材層が、正極活物質としてリチウム遷移金属酸化物を含むとともに、該リチウム遷移金属酸化物における遷移金属の原子数の和（Ｍ）とリチウムの原子数（Ｌｉ）との比であるＬｉ／Ｍ比が、１．１６以上、１．２０以下であるリチウムイオン二次電池。
続きを表示（約 680 文字）【請求項２】
前記負極合材層に予め含有された前記リチウムが、前記塗工により前記負極合材層を形成する負極合材中に含まれたカルボキシメチルセルロース・リチウム塩に由来する
請求項１に記載のリチウムイオン二次電池。
【請求項３】
前記負極合材が、０．４ｗｔ％以上、０．６ｗｔ％以下の前記カルボキシメチルセルロース・リチウム塩を含む請求項２に記載のリチウムイオン二次電池。
【請求項４】
前記正極合材層に含まれる前記リチウム遷移金属酸化物が、
ＬｉＮｉ
ｘ
Ｃｏ
ｙ
Ｍｎ
ｚ
Ｏ
２
［ｘ＋ｙ＋ｚ＝１，０＜ｘ＜１，０＜ｙ＜１，０＜ｚ＜１］
である請求項１～請求項３の何れか一項に記載のリチウムイオン二次電池。
【請求項５】
前記正負の電極シートについての負極容量／正極容量比が、１．６以上、１．８以下である請求項１～請求項３の何れか一項に記載のリチウムイオン二次電池。
【請求項６】
前記基材に対して前記電極合材が塗工されていない前記電極シートの端部領域を該電極シートの未塗工部として、
負極側の前記電極シートに前記未塗工部の幅が３００μｍ以下の前記端部領域を有している請求項１～請求項３の何れか一項に記載のリチウムイオン二次電池。
【請求項７】
前記セパレータの空孔率が、５０％以上、６０％以下である
請求項１～請求項３の何れか一項に記載のリチウムイオン二次電池。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、リチウムイオン二次電池に関するものである。
続きを表示（約 1,800 文字）【背景技術】
【０００２】
従来、リチウムイオン二次電池には、セパレータを挟んで正負の電極シートを積層することにより、その電極体を形成するものがある。更に、これらの各電極シートは、それぞれ、集電体となる基材に電極合材を塗工することにより形成される。そして、このようなリチウムイオン二次電池には、特許文献１や特許文献２等に示すように、負極側の電極シートを構成する負極合材に対し、予めリチウムを含有させたものがある。
【０００３】
即ち、正極側の電極シートにおける正極合材層中のリチウム量を増やすことにより、その電池出力を向上させることができる。しかしながら、このような構成を採用することで、本来、正極合材層及び負極合材層の互いに正対する正対領域間を移動すべきリチウムイオンが、その正極合材層に正対していない負極合材層の非正対領域にも移動しやすくなる。そして、このように、その正極合材層中のリチウムが負極合材層の非正対領域に逃げることで、充放電の繰り返しにより電池容量の低下が進みやすくなる。つまりは、電池寿命が短くなるという問題が生ずる。
【０００４】
この点を踏まえ、上記従来例においては、負極合材層の非対向部に対し、予め、その正極合材層に対する対向部よりも多くのリチウムを含有させる。そして、これにより、正極合材層中のリチウムが負極合材層の非対向部に逃げ難くすることで、その電池寿命の向上を図る構成となっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
特開２０１８－０５６４１２号公報
特開平７－１９２７６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、例えば、電動車両等、高水準の電池性能が求められる用途においては、日々、その更なる性能の向上が模索されている。このため、上記従来技術についてもまた、その進化する要求水準を満たすべく、より一層の改善が求められている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するリチウムイオン二次電池の各態様を記載する。
態様１は、セパレータを挟んで正負の電極シートが積層された電極体を備え、前記各電極シートは、集電体となる基材に電極合材を塗工してなるとともに、負極側の前記電極シートにおける負極合材層の対向面が、正極側の前記電極シートにおける正極合材層の対向面よりも大きいリチウムイオン二次電池であって、前記負極合材層が、予め１０００ｐｐｍ以上、１５００ｐｐｍ以下のリチウムを含有するとともに、前記負極合材層の密度が、１．１ｇ／ｃｃ以上、１．４ｇ／ｃｃ以下であり、前記正極合材層が、正極活物質としてリチウム遷移金属酸化物を含むとともに、該リチウム遷移金属酸化物における遷移金属の原子数の和（Ｍ）とリチウムの原子数（Ｌｉ）との比であるＬｉ／Ｍ比が、１．１６以上、１．２０以下である。
【０００８】
即ち、Ｌｉ／Ｍ比を高く設定することで、その正極合材層が、より多くのリチウムを含有するものとなる。そして、これにより、その電池出力の向上を図ることができる。また、正極合材層に正対していない非正対領域を含め、予め負極合材層中にリチウムが存在することで、正極合材層中のリチウムが、その負極合材層の非正対領域に逃げ難くなる。更に、負極合材層の密度が低い場合、その負極合材層に対して電解液が浸透しやすい。そして、これにより、正極合材層に正対する負極合材層の正対領域が、その正極合材層から移動したリチウムイオンを受け入れやすくなる。その結果、より一層、正極合材層中のリチウムが、負極合材層の非正対領域に逃げ難くなる。従って、上記構成によれば、効果的に、その電池出力の向上及び長寿命化を図ることができる。
【０００９】
更に、上記構成には、正対領域及び非正対領域に対し、互いに異なるリチウム含有量を設定しなくともよいという利点がある。そして、これにより、製造容易に、その電池出力の向上及び長寿命化を図ることができる。
【００１０】
態様２は、前記負極合材層に予め含有された前記リチウムが、前記塗工により前記負極合材層を形成する負極合材中に含まれたカルボキシメチルセルロース・リチウム塩に由来する態様１に記載のリチウムイオン二次電池である。
（【００１１】以降は省略されています）

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