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公開番号2025097202
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-06-30
出願番号2023213357
出願日2023-12-18
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,国立大学法人東北大学
代理人個人,個人,個人,個人,個人,個人
主分類H01M 4/134 20100101AFI20250623BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】本開示は、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、容量維持率を向上させることができ、かつデンドライドリチウムの生成を抑制す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。
【解決手段】負極集電体層111、金属層112、負極活物質層113、電解質層120、正極活物質層131、及び正極集電体層132をこの順で有し、負極活物質層113が、リチウム金属又はリチウム合金を含み、金属層112による負極集電体層111の被覆率が、50%以上95%未満であり、かつ金属層112が、リチウムと合金を形成する第1の金属、及び負極集電体層111に含有されている第2の金属を有している、リチウム二次電池。
【選択図】図2
特許請求の範囲【請求項１】
負極集電体層、金属層、負極活物質層、電解質層、正極活物質層、及び正極集電体層をこの順で有し、
前記負極活物質層が、リチウム金属又はリチウム合金を含み、
前記金属層による前記負極集電体層の被覆率が、５０％以上９５％未満であり、かつ
前記金属層が、リチウムと合金を形成する第１の金属、及び前記負極集電体層に含有されている第２の金属を有している、
リチウム二次電池。
続きを表示（約 510 文字）【請求項２】
前記金属層の厚みが、１０ｎｍ～４０００ｎｍである、請求項１に記載のリチウム二次電池。
【請求項３】
前記第１の金属が、マグネシウム、アルミニウム、ケイ素、カルシウム、スカンジウム、チタン、マンガン、亜鉛、ガリウム、ゲルマニウム、ストロンチウム、イットリウム、ジルコニウム、パラジウム、インジウム、スズ、バリウム、及び金から選択される少なくとも１種である、請求項１に記載のリチウム二次電池。
【請求項４】
下記工程を含む、請求項１～３のいずれか一項に記載のリチウム二次電池の製造方法：
前記負極集電体層の表面に、前記第１の金属及び前記第２の金属を蒸着させることによって、前記金属層を形成し、予備負極積層体を得ること、
前記予備負極積層体、電解質層、リチウムを保持している正極活物質層、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、前記正極活物質層から移動してきたリチウムを前記金属層の表面に析出させて、前記負極活物質層を形成し、それによって前記リチウム二次電池を得ること。

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 1,800 文字）【背景技術】
【０００２】
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いので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、次のようなリチウム二次電池が開示されている。
【０００３】
例えば特許文献１には、負極の反応としてリチウム金属の析出－溶解反応を利用したリチウム二次電池であって、前記負極は、負極層を含み、前記負極層は、負極活物質として、前記リチウム金属と異種金属との合金を含み、前記リチウム二次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４０．００ａｔｏｍｉｃ％以上９９．９７ａｔｏｍｉｃ％以下である、リチウム二次電池が開示されている。特許文献１によると、容量維持率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ができるとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
特開２０２３－１０３５１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
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、優れた電池特性が期待されている一方で、実際には、容量維持率は小さく、デンドライドリチウムの生成による短絡の虞がある。そのため、このようなリチウム二次電池は、容量維持率やデンドライドリチウム生成の抑制の観点で改善の余地がある。
【０００６】
そこで本開示は、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、容量維持率を向上させることができ、かつデンドライドリチウムの生成を抑制す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】
【０００７】
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。
【０００８】
〈態様１〉
負極集電体層、金属層、負極活物質層、電解質層、正極活物質層、及び正極集電体層をこの順で有し、
上記負極活物質層が、リチウム金属又はリチウム合金を含み、
上記金属層による上記負極集電体層の被覆率が、５０％以上９５％未満であり、かつ
上記金属層が、リチウムと合金を形成する第１の金属、及び上記負極集電体層に含有されている第２の金属を有している、
リチウム二次電池。
〈態様２〉
上記金属層の厚みが、１０ｎｍ～４０００ｎｍである、態様１に記載のリチウム二次電池。
〈態様３〉
上記第１の金属が、マグネシウム、アルミニウム、ケイ素、カルシウム、スカンジウム、チタン、マンガン、亜鉛、ガリウム、ゲルマニウム、ストロンチウム、イットリウム、ジルコニウム、パラジウム、インジウム、スズ、バリウム、及び金から選択される少なくとも１種である、態様１又は２に記載のリチウム二次電池。
〈態様４〉
下記工程を含む、態様１～３のいずれか一項に記載のリチウム二次電池の製造方法：
上記負極集電体層の表面に、上記第１の金属及び上記第２の金属を蒸着させることによって、上記金属層を形成し、予備負極積層体を得ること、
上記予備負極積層体、電解質層、リチウムを保持している正極活物質層、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、上記正極活物質層から移動してきたリチウムを上記金属層の表面に析出させて、上記負極活物質層を形成し、それによって上記リチウム二次電池を得ること。
【発明の効果】
【０００９】
本開示によると、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の容量維持率を向上させることができ、かつデンドライドリチウムの生成を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
図１は、本開示のリチウム二次電池の負極積層体層及び金属層を説明するための概略図である。
図２は、本開示のリチウム二次電池を説明するための概略図である。
図３は、本開示のリチウム二次電池の製造方法を説明するための概略図である。
【発明を実施するための形態】
（【００１１】以降は省略されています）

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