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公開番号2024136951
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-10-04
出願番号2023048265
出願日2023-03-24
発明の名称二次電池
出願人株式会社半導体エネルギー研究所
代理人
主分類H01M 4/13 20100101AFI20240927BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】新規な二次電池を提供すること。充電時に負極においてリチウムがデンドライト状に析出することを抑制できる二次電池を提供すること。
【解決手段】負極及びセパレータを有する二次電池において、負極は、負極活物質と、負極活物質の少なくとも一部を覆う被覆層と、を有し、被覆層は、セパレータと接する領域を有し、被覆層は、チタンを有する材料を有する、二次電池である。チタンを有する材料として例えば、金属チタンを用いることができる。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項1】
負極及びセパレータを有する二次電池において、
前記負極は、負極活物質と、前記負極活物質の少なくとも一部を覆う被覆層と、を有し、
前記被覆層は、前記セパレータと接する領域を有する、二次電池。
続きを表示(約 910 文字)【請求項2】
負極及びセパレータを有する二次電池において、
前記負極は、負極活物質と、前記負極活物質の少なくとも一部を覆う被覆層と、を有し、
前記被覆層は、前記セパレータと接する領域を有し、
前記被覆層は、チタンを有する材料を有する、二次電池。
【請求項3】
負極及びセパレータを有する二次電池において、
前記負極は、負極活物質と、前記負極活物質の少なくとも一部を覆う被覆層と、を有し、
前記被覆層は、前記セパレータと接する領域を有し、
前記被覆層は、金属チタンを有する、二次電池。
【請求項4】
負極及びセパレータを有する二次電池において、
前記負極は、負極活物質と、前記負極活物質の少なくとも一部を覆う被覆層と、を有し、
前記被覆層は、前記セパレータと接する領域を有し、
前記被覆層は、酸化チタンを有する、二次電池。
【請求項5】
請求項1乃至請求項4のいずれか一に記載の二次電池において、
前記負極活物質は、金属リチウムを有する、二次電池。
【請求項6】
請求項1乃至請求項4のいずれか一に記載の二次電池において、
前記負極活物質は、シリコンを有する、二次電池。
【請求項7】
負極を有する二次電池において、
前記負極は、負極集電体と、前記負極集電体上の負極活物質層と、前記負極活物質層上の被覆層と、を有し、
前記負極活物質層は、金属リチウムを有し、
前記被覆層は、金属チタンを有する、二次電池。
【請求項8】
負極を有する二次電池において、
前記負極は、負極集電体と、前記負極集電体上の負極活物質層と、前記負極活物質層上の被覆層と、を有し、
前記負極活物質層は、シリコンを有し、
前記被覆層は、金属チタンを有する、二次電池。
【請求項9】
請求項7又は請求項8に記載の二次電池において、
前記被覆層の厚さは、1nm以上50nm以下である、二次電池。

発明の詳細な説明【技術分野】
【0001】
本発明の一態様は、二次電池及びその作製方法に関する。
続きを表示(約 1,600 文字)【0002】
本発明の一態様は、物、方法、又は、製造方法に関する。または、本発明は、プロセス、マシン、マニュファクチャ、又は、組成物(コンポジション・オブ・マター)に関する。本発明の一態様は、半導体装置、表示装置、発光装置、蓄電装置、照明装置、電子機器、車両またはそれらの製造方法に関する。
【0003】
なお、本明細書中において電子機器とは、蓄電装置を有する装置全般を指し、蓄電装置を有する電気光学装置、蓄電装置を有する情報端末装置などは全て電子機器である。
【0004】
なお、本明細書中において、蓄電装置とは、蓄電機能を有する素子及び装置全般を指すものであり、例えば、リチウムイオン二次電池などの蓄電装置(二次電池ともいう)、リチウムイオンキャパシタ、及び電気二重層キャパシタなどを含む。
【背景技術】
【0005】
近年、リチウムイオン二次電池、リチウムイオンキャパシタ、空気電池等、種々の蓄電装置の開発が盛んに行われている。特に高出力、高エネルギー密度であるリチウムイオン二次電池は、携帯電話、スマートフォン、もしくはノート型コンピュータ等の携帯情報端末、携帯音楽プレーヤ、デジタルカメラ、医療機器、又は、ハイブリッド車(HV)、電気自動車(EV)、もしくはプラグインハイブリッド車(PHV)等の次世代クリーンエネルギー自動車など、半導体産業の発展と併せて急速にその需要が拡大し、繰り返し充電可能なエネルギーの供給源として現代の情報化社会に不可欠なものとなっている。
【0006】
リチウムイオン二次電池は、正極、負極及び電解質を少なくとも有する。リチウムイオン二次電池の充電においては、正極からリチウムイオンが脱離し、負極にリチウムイオンが挿入される。また、リチウムイオン二次電池の放電においては、負極からリチウムイオンが脱離し、正極にリチウムイオンが挿入される。正極および負極は、それぞれ活物質(正極活物質、負極活物質)を有している。活物質とは、キャリアであるイオン(リチウムイオン)の挿入・脱離に関わる物質である。
【0007】
負極活物質としては、酸化還元電位が低いこと、単位体積・単位重量あたりの比容量が高いことから、金属リチウム、黒鉛、シリコン等が好ましい特性を有している。しかし、負極活物質として金属リチウムを用いる場合は、充電時に金属リチウム上にリチウムがデンドライト状(ウィスカー状)に析出する場合があり、このデンドライト状の析出は、セパレータを貫通し、正極と短絡し、リチウムイオン二次電池が発火する原因となる場合がある。なお、デンドライト状に析出したリチウムも、金属リチウムである。また、黒鉛、シリコン等を負極活物質として場合においても、低温での充電、過大な充電電流での充電などをおこなったときに、負極活物質上にリチウムがデンドライト状に析出することがある。デンドライト状に析出したリチウムの引き起こす問題は、二次電池内部での短絡だけでなく、放電時にデンドライト状に析出したリチウムの根本(負極集電体に近い領域)において、当該リチウムが分離し負極から離れることも挙げられる(デッドリチウム化とも呼ぶ)。この場合、二次電池の正極と負極でやりとり可能なリチウムを損なうため、放電容量が低下する。
【0008】
そのため、リチウムがデンドライト状に析出することを抑制するための研究が行われている(特許文献1)。
【0009】
二次電池の研究としては、カーボンナノチューブ(CNT)を二次電池に利用する研究なども行われている(特許文献2)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0010】
WO2015/145288号
特開2020-35956号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
(【0011】以降は省略されています)

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