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公開番号2024169576
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-12-05
出願番号2024161233,2022150522
出願日2024-09-18,2016-12-05
発明の名称蓄電装置用負極
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 20100101AFI20241128BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】高容量である蓄電装置を提供する。または、サイクル特性の優れる蓄電装置を提
供する。または、充放電効率の高い蓄電装置を提供する。または、抵抗の低い負極を用い
た蓄電装置を提供する。
【解決手段】多数の粒子状の複合体を備え、複合体は、負極活物質と、第1の機能材料と
、化合物と、を有し、化合物は、負極活物質の構成元素および第1の機能材料の構成元素
を含み、負極活物質は、第1の機能材料または化合物の少なくとも一方と接する領域を有
する、蓄電装置用負極とする。
【選択図】図2
特許請求の範囲【請求項１】
集電体上に粒子状の複合体と、導電助剤と、結着剤と、を含む負極活物質層を有し、
前記複合体は、シリコンを含む活物質と、チタンを含む材料と、シリコンおよびチタンを含む第１の化合物と、シリコンおよびチタンを含む第２の化合物と、を有し、
前記第２の化合物は、前記第１の化合物と比較してチタンに対するシリコンの重量比が大きく、
前記導電助剤は、粒子状の導電助剤と、シート状の導電助剤と、を有する蓄電装置用負極。
続きを表示（約 1,200 文字）【請求項２】
集電体上に粒子状の複合体と、導電助剤と、結着剤と、を含む負極活物質層を有し、
前記複合体は、シリコンを含む活物質と、チタンを含む材料と、シリコンおよびチタンを含む第１の化合物と、シリコンおよびチタンを含む第２の化合物と、を有し、
前記第２の化合物は、前記第１の化合物と比較してチタンに対するシリコンの重量比が大きく、
前記導電助剤は、前記複合体の表面上に張り付く領域を有する蓄電装置用負極。
【請求項３】
集電体上に粒子状の複合体と、導電助剤と、結着剤と、を含む負極活物質層を有し、
前記複合体は、シリコンを含む活物質と、チタンを含む材料と、シリコンおよびチタンを含む第１の化合物と、シリコンおよびチタンを含む第２の化合物と、を有し、
前記第２の化合物は、前記第１の化合物と比較してチタンに対するシリコンの重量比が大きく、
前記導電助剤は、前記複合体と二次元的に接する領域を有する蓄電装置用負極。
【請求項４】
集電体上に粒子状の複合体と、導電助剤と、結着剤と、を含む負極活物質層を有し、
前記複合体は、シリコンを含む活物質と、チタンを含む材料と、シリコンおよびチタンを含む第１の化合物と、シリコンおよびチタンを含む第２の化合物と、を有し、
前記第２の化合物は、前記第１の化合物と比較してチタンに対するシリコンの重量比が大きく、
前記活物質は、前記材料、前記第１の化合物および前記第２の化合物の少なくとも一つと接する領域を有し、
前記導電助剤は、粒子状の導電助剤と、シート状の導電助剤と、を有する蓄電装置用負極。
【請求項５】
集電体上に粒子状の複合体と、導電助剤と、結着剤と、を含む負極活物質層を有し、
前記複合体は、シリコンを含む活物質と、チタンを含む材料と、シリコンおよびチタンを含む第１の化合物と、シリコンおよびチタンを含む第２の化合物と、を有し、
前記第２の化合物は、前記第１の化合物と比較してチタンに対するシリコンの重量比が大きく、
前記活物質は、前記材料、前記第１の化合物および前記第２の化合物の少なくとも一つと接する領域を有し、
前記導電助剤は、前記複合体の表面上に張り付く領域を有する蓄電装置用負極。
【請求項６】
集電体上に粒子状の複合体と、導電助剤と、結着剤と、を含む負極活物質層を有し、
前記複合体は、シリコンを含む活物質と、チタンを含む材料と、シリコンおよびチタンを含む第１の化合物と、シリコンおよびチタンを含む第２の化合物と、を有し、
前記第２の化合物は、前記第１の化合物と比較してチタンに対するシリコンの重量比が大きく、
前記活物質は、前記材料、前記第１の化合物および前記第２の化合物の少なくとも一つと接する領域を有し、
前記導電助剤は、前記複合体と二次元的に接する領域を有する蓄電装置用負極。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、物、方法、または、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、または、組成物（コンポジション・オブ・マター）に関する。特に
、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、それらの駆動方法、
または、それらの製造方法に関する。特に、本発明の一態様は、蓄電装置用電極及びその
製造方法に関する。
続きを表示（約 2,000 文字）【背景技術】
【０００２】
近年、携帯電話、スマートフォン、電子書籍（電子ブック）、携帯型ゲーム機等の携帯型
電子機器が広く普及している。このため、これらの駆動電源であるリチウムイオン二次電
池に代表される蓄電装置が盛んに研究開発されている。また、地球環境の問題や石油資源
の問題への関心の高まりからハイブリッド自動車や電気自動車が注目されるなど、様々な
用途において蓄電装置の重要性が増している。
【０００３】
蓄電装置の中でも高エネルギー密度を有することで広く普及しているリチウムイオン二次
電池は、コバルト酸リチウム（ＬｉＣｏＯ
２
）やリン酸鉄リチウム（ＬｉＦｅＰＯ
４
）な
どの活物質を含む正極と、リチウムの吸蔵・放出が可能な黒鉛等の炭素材料からなる負極
と、エチレンカーボネートやジエチルカーボネートなどの有機溶媒に、ＬｉＢＦ
４
やＬｉ
ＰＦ
６
等のリチウム塩からなる電解質を溶解させた電解液などにより構成される。リチウ
ムイオン二次電池の充放電は、リチウムイオン二次電池中のリチウムイオンが電解液を介
して正極－負極間を移動し、正極活物質及び負極活物質にリチウムイオンが挿入脱離する
ことにより行われる。
【０００４】
一方、リチウムイオン二次電池は携帯型電子機器や電気自動車等の駆動電源として広く用
いられ、リチウムイオン二次電池の小型化・大容量化の要求は極めて強い。
【０００５】
そこで、従来の負極活物質に用いられた黒鉛（グラファイト）等の炭素材料に替えて、シ
リコンやスズ等の合金系材料を用いて電極を形成する開発が活発である。リチウムイオン
二次電池に用いられる負極は、集電体の少なくとも一表面に活物質を形成することにより
製造される。従来、負極活物質としては、キャリアとなるイオン（以下、キャリアイオン
と示す。）の吸蔵及び放出が可能な材料である黒鉛が用いられてきた。負極活物質である
黒鉛と、導電助剤としてカーボンブラックと、結着剤としての樹脂を混練してスラリーを
形成し、集電体上に塗布し、乾燥させることで負極を製造していた。
【０００６】
これに対して、負極活物質にリチウムと合金化、脱合金化反応する材料であるシリコンを
用いた場合には、炭素に比べ、容量を高めることができる。炭素（黒鉛）負極の理論容量
３７２ｍＡｈ／ｇに対してシリコン負極の理論容量は４２００ｍＡｈ／ｇと飛躍的に大き
い。このため、リチウムイオン二次電池の大容量化という点において最適な材料である。
【０００７】
しかしシリコンなどリチウムと合金化する材料は、キャリアイオンの吸蔵量が増えると、
充放電サイクルにおけるキャリアイオンの吸蔵放出に伴う膨張と収縮が大きいために、活
物質と導電助剤との接触や、活物質同士の接触、活物質と集電体との接触が悪くなり、導
電パスが損なわれることがある。導電パスが損なわれることにより、充放電のサイクルに
伴い容量が低下してしまう。さらに、場合によってはシリコンが変形又は崩壊し、集電体
から剥離する、または微粉化することでリチウムイオン二次電池としての機能を維持する
ことが困難になる。
【０００８】
特許文献１では、集電体上にシリコン層を成膜し、当該シリコン層上に導電性を有する層
を設けている。これによって、シリコンが膨張と収縮を繰り返し、シリコン層が集電体か
ら剥離しても導電性を有する層を介して集電することができるため、電池特性の劣化が低
減される。また、導電性を有する層としてシリコン層にリンやホウ素等の不純物を付与し
た層を用いることも開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
特開２０１２－００９４２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明の一態様は、高容量である蓄電装置を提供することを課題の一とする。または、本
発明の一態様はサイクル特性の優れる蓄電装置を提供することを課題の一とする。または
、本発明の一態様は充放電効率の高い蓄電装置を提供することを課題の一とする。または
、本発明の一態様は、新規な蓄電装置などを提供することを課題の一とする。
（【００１１】以降は省略されています）

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