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公開番号2024180318
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-12-26
出願番号2024092751
出願日2024-06-07
発明の名称全固体リチウムイオン二次電池の負極活物質用原料
出願人株式会社トクヤマ
代理人
主分類H01M 4/38 20060101AFI20241219BHJP(基本的電気素子)
要約
【課題】シリコンを負極材として使用した全固体リチウムイオン二次電池の容量をより増大せしめることが可能な負極活物質用原料を提供する。
【解決手段】シリコン粉末とゲルマニウム粉末の合計量を100質量%としたとき、ゲルマニウム粉末が1.0～60.0質量%の割合で含まれている全固体リチウムイオン二次電池の負極活物質用原料であり、正極集電体5と正極活物質層4により構成される正極と、負極集電体1と上記負極活物質用原料よりなる負極活物質層2より構成される全固体リチウムイオン二次電池負極形成用材料よりなる負極と、固体電解質層3により、全固体リチウムイオン二次電池20が構成される。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
シリコン粉末とゲルマニウム粉末とを含む全固体リチウムイオン二次電池の負極活物質用原料であって、
シリコン粉末とゲルマニウム粉末の合計量を１００質量％としたとき、ゲルマニウム粉末が１．０～６０．０質量％の割合で含まれていることを特徴とする全固体リチウムイオン二次電池の負極活物質用原料。
続きを表示（約 410 文字）【請求項２】
前記シリコン粉末の平均粒子径が、０．３～１０．０μｍ、前記ゲルマニウム粉末の平均粒子径が０．５～５．０μｍである請求項１記載の全固体リチウムイオン二次電池の負極活物質用原料。
【請求項３】
請求項１記載の全固体リチウムイオン二次電池の負極活物質用原料よりなる層が集電体上に形成された全固体リチウムイオン二次電池負極形成用材料。
【請求項４】
前記全固体リチウムイオン二次電池の負極活物質用原料よりなる層が、集電体上に、谷部で連続した島状凸部となるようにパターン形成された、請求項3記載の全固体リチウムイオン二次電池負極形成用材料。
【請求項５】
正極と、負極と、固体電解質層とを有する全固体リチウムイオン二次電池であって、前記負極として請求項３又は４に記載の全固体リチウムイオン二次電池負極形成用材料を配置したことを特徴とする全固体リチウムイオン二次電池。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、全固体リチウムイオン二次電池の新規な負極活物質用原料に関する。また、本発明は上記負極活物質用原料を含む、全固体リチウムイオン二次電池負極形成用材料、さらに上記全固体リチウムイオン二次電池負極形成用材料を用いた、全固体リチウムイオン二次電池用負極を含む、全固体リチウムイオン二次電池を提供するものである。
続きを表示（約 1,400 文字）【背景技術】
【０００２】
様々な二次電池が開発されている中、高いエネルギー密度が得られ易いリチウムイオン二次電池（ＬＩＢ）が有望視されている。一方、ＬＩＢの用途が拡大するに伴って、自動車用電池や据え置き型電池など、大容量化のための大型電池が注目されている。大型電池では、小型電池に比べて安全性の確保がさらに重要になる。そのため、無機系の固体電解質を用いる全固体電池である、全固体リチウムイオン二次電池（全固体ＬＩＢ）は、電解液を用いるＬＩＢに比べて、大型化しても安全性を確保し易く、活物質の容量を有効利用し易いと期待されている。
【０００３】
一方、全固体ＬＩＢの大容量化を目的とし、エネルギー密度を高める１つの手段として、負極を高容量化することが挙げられる。高容量化ができる負極活物質として、シリコンが検討されている。シリコンは、負極活物質としての理論容量密度が４２００ｍＡｈ／ｇ（体積容量密度で２３７０ｍＡｈ／ｃｍ
３
）と、カーボンと比較すると容量／重量の比で約１１倍、容量／体積の比で約３倍であり、また、Ｌｉ基準の電圧が０．２Ｖと低いという、優れた特性を有している（特許文献１参照）。
【０００４】
しかしながら、シリコンを負極活物質として使用した全固体ＬＩＢは、電池の容量密度において、実用的レベルまでには十分達しておらず、改善の余地があった、
また、前記シリコンは絶縁性を有することより、一般的に電子伝導性を付与するための電子伝導性付与剤としてアセチレンブラック等の微細カーボン粒子が添加されているが、かかるカーボン粒子の添加は、安全性の面のみならず、カーボンの存在によりシリコンの相対的体積を減少せしめ、ＬＩＢ全体の容量を低下させるという問題を有していた。
【０００５】
上記のように、シリコンを負極活物質とした全固体ＬｉＢへの期待は高いものの、安全性および容量向上の観点からも、未だ多くの技術的課題が残っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
特開２００９－３０１８７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従って、本発明は、シリコンを負極材として使用した全固体リチウムイオン二次電池の容量をより増大せしめることが可能な負極活物質用原料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】
【０００８】
本発明者らは、前記課題を解決すべく、鋭意検討したところ、全固体リチウムイオン二次電池の負極活物質用原料として使用するシリコンに特定量のゲルマニウムを添加することにより、電池の容量密度を飛躍的に向上させることができ、また、電子伝導性付与剤の使用量も低減、場合によっては不要とすることができる全固体ＬＩＢを得ることができることを見出し、本発明を完成するに至った。
【０００９】
すなわち、本発明は、シリコン粉末とゲルマニウム粉末の合計量を１００質量％としたとき、ゲルマニウム粉末が１．０～６０．０質量％の割合で含まれていることを特徴とする全固体リチウムイオン二次電池の負極活物質用原料を提供するものである。
【００１０】
前記シリコン粉末の平均粒子径は、０．３～１０．０μｍ、前記ゲルマニウム粉末の平均粒子径が０．５～５．０μｍであることが好ましい。
（【００１１】以降は省略されています）

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