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公開番号2025082706
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-05-29
出願番号2023196217
出願日2023-11-17
発明の名称リチウム二次電池、及びリチウム二次電池の製造方法
出願人トヨタ自動車株式会社
代理人個人,個人,個人,個人,個人,個人
主分類H01M 4/134 20100101AFI20250522BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】本開示は、可逆容量を増加させつつ、サイクル特性を向上させることができるリチウム二次電池、及びその製造方法を提供することを目的とする。
【解決手段】負極集電体層110、第1のリチウム-スズ合金層120、リチウム-マグネシウム合金層121、電解質層130、正極活物質層140、及び正極集電体層150をこの順で有する、リチウム二次電池。下記工程を含む、リチウム二次電池の製造方法:予備リチウム二次電池200を得ること、予備リチウム二次電池200に充電操作を行うことによって、(i)第1の金属層220のスズを、正極活物質層140から移動してきたリチウムと反応させて、上記リチウム-スズ合金層を形成すること、及び(ii)第2の金属層221のマグネシウムを、正極活物質層140から移動してきたリチウムと反応させて、上記リチウム-マグネシウム合金層を形成すること。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
負極集電体層、第１のリチウム－スズ合金層、リチウム－マグネシウム合金層、電解質層、正極活物質層、及び正極集電体層をこの順で有する、リチウム二次電池。
続きを表示（約 1,100 文字）【請求項２】
満充電状態において、前記第１のリチウム－スズ合金層の厚みが、０．１～１５μｍである、請求項１に記載のリチウム二次電池。
【請求項３】
満充電状態において、前記リチウム－マグネシウム合金層の厚みが、０．１～４０μｍである、請求項１に記載のリチウム二次電池。
【請求項４】
前記負極集電体層、前記第１のリチウム－スズ合金層、前記リチウム－マグネシウム合金層、第２のリチウム－スズ合金層、前記電解質層、前記正極活物質層、及び前記正極集電体層をこの順で有する、請求項１に記載のリチウム二次電池。
【請求項５】
満充電状態において、
前記第１のリチウム－スズ合金層の厚みが、０．１～１５μｍであり、かつ
前記第２のリチウム－スズ合金層の厚みが、０．１～１５μｍである、請求項４に記載のリチウム二次電池。
【請求項６】
下記工程を含む、請求項１～５のいずれか一項に記載のリチウム二次電池の製造方法：
前記負極集電体層、スズを含む第１の金属層、マグネシウムを含む第２の金属層、前記電解質層、リチウムを保持している前記正極活物質層、及び前記正極集電体層をこの順で積層し、予備リチウム二次電池を得ること、
前記予備リチウム二次電池に充電操作を行うことによって、（ｉ）前記第１の金属層のスズを、前記正極活物質層から移動してきたリチウムと反応させて、前記リチウム－スズ合金層を形成し、かつ（ｉｉ）前記第２の金属層のマグネシウムを、前記正極活物質層から移動してきたリチウムと反応させて、前記リチウム－マグネシウム合金層を形成すること。
【請求項７】
下記工程を含む、請求項４又は５に記載のリチウム二次電池の製造方法：
前記負極集電体層、スズを含む第１の金属層、マグネシウムを含む第２の金属層、スズを含む第３の金属層、前記電解質層、リチウムを保持している前記正極活物質層、及び前記正極集電体層をこの順で積層し、予備リチウム二次電池を得ること、
前記予備リチウム二次電池に充電操作を行うことによって、（ｉ）前記第１の金属層のスズを、前記正極活物質層から移動してきたリチウムと反応させて、前記第１のリチウム－スズ合金層を形成し、（ｉｉ）前記第２の金属層のマグネシウムを、前記正極活物質層から移動してきたリチウムと反応させて、前記リチウム－マグネシウム合金層を形成し、かつ（ｉｉｉ）前記第３の金属層のスズを、前記正極活物質層から移動してきたリチウムと反応させて、前記第２のリチウム－スズ合金層を形成すること。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本開示は、リチウム二次電池、及びリチウム二次電池の製造方法に関する。
続きを表示（約 2,600 文字）【背景技術】
【０００２】
リチウム二次電池は、金属の中で高いイオン化傾向を有するリチウム金属及び／又はリチウム合金を負極活物質として用いる。リチウム二次電池は、負極と正極との電位差が大きく高い出力電圧が得られ、かつ高い理論容量密度を持つため、その実用化が期待されており、次のような電池が開示されている。
【０００３】
例えば特許文献１には、負極の反応として金属リチウムの析出－溶解反応を利用した全固体電池であって、正極層を含む正極と、負極集電体及び負極層を含む負極と、当該正極層並びに当該負極層の間に配置される固体電解質層と、を有し、前記負極層は、負極活物質として、金属リチウムと金属マグネシウムとのβ単相の合金を含み、前記全固体電池の満充電時において、前記合金中のリチウム元素の元素比率が８１．８０ａｔｏｍｉｃ％以上９９．９７ａｔｏｍｉｃ％以下であることを特徴とする全固体電池が開示されている。特許文献１によれば、充放電効率が高い全固体電池を提供できるとされている。
【０００４】
特許文献２には、正極活物質層を含む正極層と、負極層と、前記正極層と前記負極層との間に配置され、固体電解質を含む固体電解質層と、を含み、前記負極層が、負極集電体と、前記固体電解質層と接触する第１負極活物質層と、前記負極集電体と前記第１負極活物質層との間に配置される第２負極活物質層と、を含み、前記第１負極活物質層が、第１炭素系負極活物質を含み、前記第２負極活物質層が、第２炭素系負極活物質を含み、前記第１炭素系負極活物質のラマンスペクトルにおけるＤバンドピークとＧバンドピークとの強度比（Ｉ
１
Ｄ
／Ｉ
１
Ｇ
）が、前記第２炭素系負極活物質のその強度比（Ｉ
２
Ｄ
／Ｉ
２
Ｇ
）に比べて低い、全固体二次電池が開示されている。特許文献２によれば、短絡が防止され、サイクル特性に優れた全固体二次電池を提供できるとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
特開２０２０－１８４５１３号公報
特開２０２１－１３２０３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
リチウム二次電池は、優れた電池特性が期待されている一方で、実際には、可逆容量が小さく、更にサイクル特性も未だ十分ではない。そのため、リチウム二次電池は、可逆容量及びサイクル特性の観点で改善の余地がある。
【０００７】
そこで本開示は、可逆容量を増加させつつ、サイクル特性を向上させることができるリチウム二次電池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】
【０００８】
本開示は、以下の手段によって、上記目的を達成するものである。
【０００９】
〈態様１〉
負極集電体層、第１のリチウム－スズ合金層、リチウム－マグネシウム合金層、電解質層、正極活物質層、及び正極集電体層をこの順で有する、リチウム二次電池。
〈態様２〉
満充電状態において、上記第１のリチウム－スズ合金層の厚みが、０．１～１５μｍである、態様１に記載のリチウム二次電池。
〈態様３〉
満充電状態において、上記リチウム－マグネシウム合金層の厚みが、０．１～４０μｍである、態様１又は２に記載のリチウム二次電池。
〈態様４〉
上記負極集電体層、上記第１のリチウム－スズ合金層、上記リチウム－マグネシウム合金層、第２のリチウム－スズ合金層、上記電解質層、上記正極活物質層、及び上記正極集電体層をこの順で有する、態様１～３のいずれか一項に記載のリチウム二次電池。
〈態様５〉
満充電状態において、
上記第１のリチウム－スズ合金層の厚みが、０．１～１５μｍであり、かつ
上記第２のリチウム－スズ合金層の厚みが、０．１～１５μｍである、態様１～４のいずれか一項に記載のリチウム二次電池。
〈態様６〉
下記工程を含む、態様１～５のいずれか一項に記載のリチウム二次電池の製造方法：
上記負極集電体層、スズを含む第１の金属層、マグネシウムを含む第２の金属層、上記電解質層、リチウムを保持している上記正極活物質層、及び上記正極集電体層をこの順で積層し、予備リチウム二次電池を得ること、
上記予備リチウム二次電池に充電操作を行うことによって、（ｉ）上記第１の金属層のスズを、上記正極活物質層から移動してきたリチウムと反応させて、上記リチウム－スズ合金層を形成し、かつ（ｉｉ）上記第２の金属層のマグネシウムを、上記正極活物質層から移動してきたリチウムと反応させて、上記リチウム－マグネシウム合金層を形成すること。
〈態様７〉
下記工程を含む、態様１～５のいずれか一項に記載のリチウム二次電池の製造方法：
上記負極集電体層、スズを含む上記第１の金属層、マグネシウムを含む上記第２の金属層、スズを含む上記第３の金属層、上記電解質層、リチウムを保持している上記正極活物質層、及び上記正極集電体層をこの順で積層し、上記予備リチウム二次電池を得ること、
上記予備リチウム二次電池に充電操作を行うことによって、（ｉ）上記第１の金属層のスズを、上記正極活物質層から移動してきたリチウムと反応させて、上記第１のリチウム－スズ合金層を形成し、（ｉｉ）上記第２の金属層のマグネシウムを、上記正極活物質層から移動してきたリチウムと反応させて、上記リチウム－マグネシウム合金層を形成し、かつ（ｉｉｉ）上記第３の金属層のスズを、上記正極活物質層から移動してきたリチウムと反応させて、上記第２のリチウム－スズ合金層を形成すること。
【発明の効果】
【００１０】
本開示のリチウム二次電池によると、可逆容量を増加させつつ、サイクル特性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
（【００１１】以降は省略されています）

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