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公開番号2025082447
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-05-29
出願番号2023195771
出願日2023-11-17
発明の名称リチウムイオン電池
出願人トヨタ自動車株式会社
代理人弁理士法人深見特許事務所
主分類H01M 10/052 20100101AFI20250522BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】含浸時間の短縮。
【解決手段】リチウムイオン電池は、正極活物質層、負極活物質層、および、電解液を含む。負極活物質層は、第1領域および第2領域を含む。負極活物質層の厚さ方向と直交する方向において、第1領域および第2領域は、交互に配置されている。負極活物質層は、第1活物質および第2活物質を含む。第2活物質は、第1活物質に比して大きい比容量を有する。「T2<T1」および「R1<R2」の関係が満たされている。T1は、放電時の第1領域の厚さを示す。T2は、放電時の第2領域の厚さを示す。R1は、第1領域における、第1活物質および第2活物質の合計質量に対する第2活物質の質量の比を示す。R2は、第2領域における、第1活物質および第2活物質の合計質量に対する第2活物質の質量の比を示す。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
正極活物質層、負極活物質層、および、電解液を含み、
前記負極活物質層は、第１領域および第２領域を含み、
前記負極活物質層の厚さ方向と直交する方向において、前記第１領域および前記第２領域は、交互に配置されており、
前記負極活物質層は、第１活物質および第２活物質を含み、
前記第２活物質は、前記第１活物質に比して大きい比容量を有し、
下記の式（１）および式（２）の関係が満たされており、
Ｔ２＜Ｔ１（１）
Ｒ１＜Ｒ２（２）
前記式（１）中、
Ｔ１は、放電時の前記第１領域の厚さを示し、
Ｔ２は、放電時の前記第２領域の厚さを示し、
前記式（２）中、
Ｒ１は、前記第１領域における、前記第１活物質および前記第２活物質の合計質量に対する前記第２活物質の質量の比を示し、かつ、
Ｒ２は、前記第２領域における、前記第１活物質および前記第２活物質の合計質量に対する前記第２活物質の質量の比を示す、
リチウムイオン電池。
続きを表示（約 1,300 文字）【請求項２】
下記の式（３）および式（４）の関係の少なくとも一方がさらに満たされており、
Ｔ２／Ｔ１≦０．４（３）
Ｔ
0
２／Ｔ
0
１≦０．３（４）
前記式（４）中、
Ｔ
0
１は、初回充電前の前記第１領域の厚さを示し、かつ、
Ｔ
0
２は、初回充電前の前記第２領域の厚さを示す、
請求項１に記載のリチウムイオン電池。
【請求項３】
下記の式（５）および式（６）の関係の少なくとも一方がさらに満たされている、
１３０μｍ≦Ｔ１（５）
１００μｍ≦Ｔ
0
１（６）
請求項２に記載のリチウムイオン電池。
【請求項４】
前記第１活物質は、黒鉛を含み、かつ、
前記第２活物質は、珪素、酸化珪素、および、珪素炭素複合材料からなる群より選択される少なくとも１種を含む、
請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のリチウムイオン電池。
【請求項５】
正極活物質層、負極活物質層、および、電解液を含み、
前記負極活物質層は、第１領域および第２領域を含み、
前記負極活物質層の厚さ方向と直交する方向において、前記第１領域および前記第２領域は、交互に配置されており、
前記負極活物質層は、第１活物質および第２活物質を含み、
前記第２活物質は、前記第１活物質に比して大きい比容量を有し、
前記第１活物質は、黒鉛を含み、
前記第２活物質は、珪素、酸化珪素、および、珪素炭素複合材料からなる群より選択される少なくとも１種を含み、
下記の式（１）および式（２）の関係が満たされており、
Ｔ２＜Ｔ１（１）
Ｒ１＜Ｒ２（２）
前記式（１）中、
Ｔ１は、放電時の前記第１領域の厚さを示し、
Ｔ２は、放電時の前記第２領域の厚さを示し、
前記式（２）中、
Ｒ１は、前記第１領域における、前記第１活物質および前記第２活物質の合計質量に対する前記第２活物質の質量の比を示し、
Ｒ２は、前記第２領域における、前記第１活物質および前記第２活物質の合計質量に対する前記第２活物質の質量の比を示し、
下記の式（３）および式（４）の関係の少なくとも一方が満たされており、
下記の式（５）および式（６）の関係の少なくとも一方が満たされており、
Ｔ２／Ｔ１≦０．４（３）
Ｔ
0
２／Ｔ
0
１≦０．３（４）
１３０μｍ≦Ｔ１（５）
１００μｍ≦Ｔ
0
１（６）
前記式（４）および前記式（６）中、
Ｔ
0
１は、初回充電前の前記第１領域の厚さを示し、かつ、
Ｔ
0
２は、初回充電前の前記第２領域の厚さを示す、
リチウムイオン電池。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本開示は、リチウムイオン電池に関する。
続きを表示（約 1,900 文字）【背景技術】
【０００２】
特開２０１９－１９２３３８号公報は、正極面および負極面の少なくとも一方がスリット状の溝を有する、全固体電池を開示する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特開２０１９－１９２３３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
リチウムイオン電池（以下「電池」と略記され得る。）の製造時、電解液が蓄電要素に含浸される。電解液の含浸が不十分であり、電解液が全体に行き渡っていない場合、放電容量が設計容量を下回る可能性がある。
【０００５】
一般に、高容量化の手段として、活物質層の目付量を増やす手段（以下「第１手段」とも記される。）、または、活物質層の面積を増やす手段（以下「第２手段」とも記される。）が考えられる。第１手段においては、電解液の含浸が困難になる、抵抗が増大する等の不都合が多い傾向がある。そのため従来、第２手段が選択される傾向にある。しかしながら、蓄電要素がバイポーラ構造を有する場合、第１手段を選択せざるを得ない場合が多い。なぜなら、バイポーラ構造の場合、電池電圧が電極の積層数に依存する。第２手段においては、積層数も増えることになる。所定の電池電圧とするため、第２手段が選択できない場合が多い。
【０００６】
第１手段においては、活物質層が厚くなる。活物質層が厚くなる程、電解液の含浸に要する時間（以下「含浸時間」とも記される。）が長くなる傾向がある。含浸時間を短縮するため、活物質層に溝を設けることが考えられる。溝が電解液の流通経路を形成することにより、含浸時間の短縮が期待される。通常、溝は、正極活物質層に設けることが適当であると考えられる。負極活物質層に溝を設けた場合、充電時、溝の縁にリチウム（Ｌｉ）イオンが集中することにより、Ｌｉが析出する可能性がある。しかし一般に、正極活物質層は容量の源泉である。初回充電前、正極活物質層がＬｉを含んでいる。正極活物質層に溝が設けられることにより、正極活物質層の体積が削減される。その結果、設計容量が低下することになる。
【０００７】
本開示の目的は、含浸時間の短縮にある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
１．本開示の一局面において、リチウムイオン電池は、次の構成を含む。リチウムイオン電池は、正極活物質層、負極活物質層、および、電解液を含む。負極活物質層は、第１領域および第２領域を含む。負極活物質層の厚さ方向と直交する方向において、第１領域および第２領域は、交互に配置されている。負極活物質層は、第１活物質および第２活物質を含む。第２活物質は、第１活物質に比して大きい比容量を有する。下記の式（１）および式（２）の関係が満たされている。
Ｔ２＜Ｔ１（１）
Ｒ１＜Ｒ２（２）
式（１）中、Ｔ１は、放電時の第１領域の厚さを示す。Ｔ２は、放電時の第２領域の厚さを示す。式（２）中、Ｒ１は、第１領域における、第１活物質および第２活物質の合計質量に対する第２活物質の質量の比を示す。Ｒ２は、第２領域における、第１活物質および第２活物質の合計質量に対する第２活物質の質量の比を示す。
【０００９】
負極活物質層は、第１領域および第２領域を含む。第２領域は、第１領域に比して薄い。第２領域の表面と、第１領域の表面との間に段差がある。すなわち、第２領域は、溝の底壁である。負極活物質層は、第１活物質および第２活物質を含む。第２活物質は、高容量活物質である。第１領域に比して、第２領域（溝の底壁）において、高容量活物質の比率が高くなっている。したがって、周囲に比して、溝におけるＬｉ受け入れ性が局所的に向上し得る。すなわち、Ｌｉ析出が低減され得る。さらに溝の形成により、含浸時間の短縮が期待される。負極活物質層に溝が設けられることにより、正極活物質層の削減を免れ得る。
【００１０】
２．上記「１」に記載のリチウムイオン電池は、例えば、次の構成を含んでいてもよい。下記の式（３）および式（４）の関係の少なくとも一方がさらに満たされている。
Ｔ２／Ｔ１≦０．４（３）
Ｔ
0
２／Ｔ
0
１≦０．３（４）
式（４）中、Ｔ
0
１は、初回充電前の第１領域の厚さを示す。Ｔ
0
２は、初回充電前の第２領域の厚さを示す。
（【００１１】以降は省略されています）

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