特許ウォッチ

公開番号2024118761
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-09-02
出願番号2023025226
出願日2023-02-21
発明の名称リチウム二次電池
出願人TDK株式会社
代理人個人,個人,個人
主分類H01M 10/052 20100101AFI20240826BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】サイクル特性に優れた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】このリチウム二次電池は、正極20と、負極30と、前記正極と前記負極とを隔てるセパレータ10と、前記セパレータと前記負極との間の少なくとも一部に配置された固体電解質層40と、前記負極と前記正極の間のリチウムイオンの伝導を担う非水電解質と、を備え、前記固体電解質層40は、ガーネット型構造の固体電解質を含み、前記固体電解質層40の平均密度は、0.5g/cm³以上3.6g/cm³以下であり、充電時に前記負極30と前記固体電解質の間にリチウム金属が析出し、放電時に前記リチウム金属が溶解する。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
正極と、
負極と、
前記正極と前記負極とを隔てるセパレータと、
前記セパレータと前記負極との間の少なくとも一部に配置された固体電解質層と、
前記負極と前記正極の間のリチウムイオンの伝導を担う非水電解質と、を備え、
前記固体電解質層は、ガーネット型構造の固体電解質を含み、
前記固体電解質層の平均密度は、０．５ｇ／ｃｍ
３
以上３．６ｇ／ｃｍ
３
以下であり、
充電時に前記負極と前記固体電解質の間にリチウム金属が析出し、放電時に前記リチウム金属が溶解する、リチウム二次電池。
続きを表示（約 400 文字）【請求項２】
前記固体電解質層の平均密度は、０．７ｇ／ｃｍ
３
以上３．０ｇ／ｃｍ
３
以下である、請求項１に記載のリチウム二次電池。
【請求項３】
前記固体電解質層の平均厚みは、５μｍ以上３０μｍ以下である、請求項１に記載のリチウム二次電池。
【請求項４】
前記ガーネット型構造の固体電解質は、前記固体電解質層の９０質量％以上９８質量％以下を占める、請求項１に記載のリチウム二次電池。
【請求項５】
前記ガーネット型構造の固体電解質の平均粒径は、０．１μｍ以上１０μｍ以下である、請求項１に記載のリチウム二次電池。
【請求項６】
前記セパレータの前記固体電解質層と向き合う第１面の面積は、前記固体電解質層の前記セパレータと向き合う第２面の面積より大きい、請求項１に記載のリチウム二次電池。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、リチウム二次電池に関する。
続きを表示（約 1,300 文字）【背景技術】
【０００２】
リチウム二次電池は、高容量化を実現することができ、携帯電話やノートパソコン等のモバイルバッテリーから自動車用バッテリーや大型の電力貯蔵用バッテリーまで広く利用されている。
【０００３】
リチウム二次電池は、電極を構成する材料内にリチウムイオンを挿入、脱離することで充放電を行うリチウムイオン二次電池とは異なり、リチウム金属が析出、溶解することで充放電を行う（例えば、特許文献１）。リチウム金属は極めて卑な電位を有するため、リチウム二次電池は高い理論エネルギー密度を実現できると期待されている。
【０００４】
リチウム二次電池は、充電時に金属リチウムが析出する。金属リチウムは、析出開始点を根として樹状に析出する（デンドライトを形成する）場合がある。樹状に析出した金属リチウムは、リチウム二次電池の放電時に溶解する。樹状に析出した金属リチウムの枝の部分から金属リチウムが順に溶解すれば問題はないが、根元の部分が先に溶解する場合がある。この場合、根元を失った金属リチウムは電解液中に浮遊し、導通が取れなくなる。電解液中に浮遊する金属リチウムは、導通が取れないため、以降の充放電には寄与することができない。その結果、リチウム二次電池のサイクル特性は低減する。
【０００５】
またリチウム二次電池の負極では、負極と電解液とが接することで負極表面に被膜が形成される副反応が生じる。この副反応では、電解液が分解する場合があり、この副反応もリチウム二次電池のサイクル特性の低下の原因となっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
特開平８－３２１３１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
電池のサイクル特性は重要なパラメータであり、特許文献１の方法に限らず、リチウム二次電池のサイクル特性を向上させる方法の開発が求められている。
【０００８】
本開示は上記問題に鑑みてなされたものであり、サイクル特性に優れた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】
【０００９】
（１）第１の態様にかかるリチウム二次電池は、正極と、負極と、前記正極と前記負極とを隔てるセパレータと、前記セパレータと前記負極との間の少なくとも一部に配置された固体電解質層と、前記負極と前記正極の間のリチウムイオンの伝導を担う非水電解質と、を備える。前記固体電解質層は、ガーネット型構造の固体電解質を含む。前記固体電解質層の平均密度は、０．５ｇ／ｃｍ
３
以上３．６ｇ／ｃｍ
３
以下である。リチウム二次電池は、充電時に前記負極と前記固体電解質の間にリチウム金属が析出し、放電時に前記リチウム金属が溶解する。
【００１０】
（２）上記態様にかかるリチウム二次電池において、前記固体電解質層の平均密度は、０．７ｇ／ｃｍ
３
以上３．０ｇ／ｃｍ
３
以下でもよい。
（【００１１】以降は省略されています）

関連特許