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公開番号2024166288
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-11-28
出願番号2024154561,2022178034
出願日2024-09-09,2016-07-05
発明の名称リチウムイオン蓄電池
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 4/134 20100101AFI20241121BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】容量の大きい蓄電装置を提供する。または、エネルギー密度の高い蓄電装置を提
供する。または、信頼性の高い蓄電装置を提供する。または、寿命の長い蓄電装置を提供
する。または、容量の大きい電極を提供する。または、エネルギー密度の高い電極を提供
する。または、信頼性の高い電極を提供する。
【解決手段】第1の電極と、第2の電極と、を有する蓄電装置であり、第1の電極は、第
1の集電体と、第1の活物質層と、を有し、第1の活物質層は、粒子状の活物質と、粒子
状の活物質の周囲に設けた空隙と、グラフェンと、結着材と、を有し、粒子状の活物質は
シリコンであり、活物質と当該空隙は、グラフェンと結着材により覆われている蓄電装置
である。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
負極と、正極と、を有し、
前記負極は、集電体と、前記集電体上の負極活物質層とを有し、
前記負極活物質層は、負極活物質と、導電助剤と、結着材と、を有し、
前記負極活物質はシリコン粒子を有し、
前記導電助剤は第１のグラフェン及び第２のグラフェンを有し、
前記結着材は第１のポリイミド及び第２のポリイミドを有し、
断面視において、
前記負極活物質層は、前記シリコン粒子を囲む領域に第１の空隙を有し、
前記第１の空隙は、前記シリコン粒子と、前記第１のグラフェンと、前記第１のグラフェンと接する領域を有する前記第１のポリイミドと、により囲まれた領域であり、
前記負極活物質層は、前記シリコン粒子が存在しない領域に第２の空隙を有し、
前記第２の空隙は、前記第２のグラフェンと、前記第２のグラフェンと接する領域を有する前記第２のポリイミドと、により囲まれた領域である、リチウムイオン蓄電池。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明の一態様は、電極、蓄電池、蓄電装置、及び電子機器に関する。
続きを表示（約 1,900 文字）【０００２】
本発明の一態様は、上記の技術分野に限定されない。本明細書等で開示する発明の一態
様は、物、方法、又は製造方法に関する。本発明の一態様は、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。そのため、より具
体的に本明細書で開示する本発明の一態様の技術分野としては、半導体装置、表示装置、
発光装置、蓄電装置、記憶装置、撮像装置、それらの駆動方法、又は、それらの製造方法
を一例として挙げることができる。
【０００３】
本明細書において電子機器とは、電気によって駆動する装置全般を指し、電気光学装置
、および情報端末装置などをすべて含む。電子機器は蓄電池を内蔵する場合がある。本明
細書において内蔵とは、取り外して交換できないように内部に持つこと、は言うまでもな
く、内部に持ち、かつバッテリーパックなどとして自由に取り外しできるものも含む。
【背景技術】
【０００４】
近年、リチウムイオン蓄電池、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蓄
電池は、携帯電話やスマートフォン、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、デジタルカメラ等の電子機器、あるいは医療機器、ハイブリッド車（ＨＥＶ）
、電気自動車（ＥＶ）、またはプラグインハイブリッド車（ＰＨＥＶ）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、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。
【０００５】
蓄電池の基本的な構成は、正極と負極との間に、電解液又は固体電解質である電解質を
介在させたものである。正極及び負極は、それぞれ、集電体と、集電体上に設けられた活
物質と、を有する構成が代表的である。リチウムイオン蓄電池の場合は、リチウムを吸蔵
および放出、並びに合金化および脱合金化することができる材料を、正極および負極の活
物質として用いる。
【０００６】
活物質と電解質との接触面積を大きくするために、活物質を粒子状とすることが好適で
ある。そこで、粒子状の活物質に、結着材（バインダともいう）、導電助剤等を混合し活
物質層としたものを集電体上に設けて、正極または負極である電極とすることもある。
【０００７】
負極活物質としては、例えば炭素またはシリコンなど、キャリアとなるイオン（以下、
キャリアイオンと示す）の吸蔵および放出、並びにキャリアイオンとの合金化および脱合
金化が可能な材料が用いられる。例えば、シリコンは、黒鉛に比べ、重量あたり約１０倍
のキャリアイオンと合金化することが可能であるため、理論容量が大きく、リチウムイオ
ン蓄電池の大容量化という点において優れている。
【０００８】
一般的に、キャリアイオンの理論容量が大きく、かつキャリアイオンの吸蔵・放出反応
をする活物質、またはキャリアイオンとの合金化・脱合金化反応をする活物質は、サイク
ルに伴い、体積も大きく変化する。例えば、理論容量の大きなシリコンを活物質に用いる
と、キャリアイオンとの合金化、及び脱合金化に伴い、体積が大きく変化する。そのため
、シリコンの体積の変化に伴う応力によって、集電体とシリコンとの接触領域、活物質同
士の接触領域が減少し、導電パスが損なわれ、電池特性が劣化してしまうという問題があ
る。そこで、集電体上に、シリコンからなる層を形成し、該シリコンからなる層上にグラ
ファイトからなる層を設けることで、シリコンからなる層の膨張収縮に伴う応力を緩和し
、電池特性の劣化を低減する報告がされている（特許文献１参照）。
【０００９】
また、炭素膜でシリコン粒子１個または複数個と空隙を包むように被覆した複合材料を
負極活物質として用いることが報告されている（非特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
特開２００１－２８３８３４号公報
【非特許文献】
（【００１１】以降は省略されています）

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