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公開番号2025015698
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-01-30
出願番号2024199801,2022077548
出願日2024-11-15,2015-03-12
発明の名称リチウムイオン二次電池
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 10/052 20100101AFI20250123BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】負極に活物質を用いないリチウムイオン二次電池を提供する。
【解決手段】本発明の一態様は、正極と、負極と、電解液と、正極と負極との間のセパレ
ータと、を有し、負極は、負極集電体を有し、負極集電体は、電解液若しくはセパレータ
の少なくとも一方と直接接する領域を有し、電解液は、フッ素を有しており、負極集電体
は、充電時にリチウムを有する析出物が表面に析出することができる機能を有するリチウ
ムイオン二次電池である。さらに、セパレータと負極との間にスペーサを有していてもよ
い。電解液はさらに、フッ素を有する有機化合物を有していてもよい。電解液から負極表
面に析出したリチウムにフッ素を供給することにより、さらなる析出においてリチウムが
デンドライト状(ウィスカー状)に析出することを抑制することができる。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
正極と、負極と、電解液と、
前記正極と前記負極との間のセパレータと、
前記セパレータと前記負極との間のスペーサと、を有し、
前記負極は、銅を有する負極集電体を有し、負極活物質層を有さず、
前記負極集電体は、前記スペーサと接する領域を有し、
前記電解液は、フッ素を有する無機塩と、フッ素を含有するエチレンカーボネートと、を有し、
前記負極集電体は、充電時にリチウムを有する析出物が表面に析出することができる機能を有するリチウムイオン二次電池。
続きを表示（約 1,600 文字）【請求項２】
正極と、負極と、電解液と、
前記正極と前記負極との間のセパレータと、
前記セパレータと前記負極との間のスペーサと、を有し、
前記負極は、銅を有する負極集電体を有し、負極活物質層を有さず、
前記負極集電体は、前記スペーサと接する領域と、前記電解液又は前記セパレータの少なくとも一方と接する領域とを有し、
前記電解液は、フッ素を有する無機塩と、フッ素を含有するエチレンカーボネートと、を有し、
前記負極集電体は、充電時にリチウムを有する析出物が表面に析出することができる機能を有するリチウムイオン二次電池。
【請求項３】
正極と、負極と、電解液と、
前記正極と前記負極との間のセパレータと、
前記セパレータと前記負極との間のスペーサと、を有し、
前記負極は、銅を有する負極集電体を有し、負極活物質層を有さず、
前記負極集電体は、前記スペーサと接する領域を有し、
前記電解液は、フッ素を有する無機塩と、フッ素を含有するエチレンカーボネートと、を有し、
前記セパレータと前記負極集電体との間の領域においてリチウムを有する析出物が析出することができる機能を有するリチウムイオン二次電池。
【請求項４】
正極と、負極と、電解液と、
前記正極と前記負極との間のセパレータと、
前記セパレータと前記負極との間のスペーサと、を有し、
前記負極は、銅を有する負極集電体を有し、負極活物質層を有さず、
前記負極集電体は、前記スペーサと接する領域と、前記電解液又は前記セパレータの少なくとも一方と接する領域とを有し、
前記電解液は、フッ素を有する無機塩と、フッ素を含有するエチレンカーボネートと、を有し、
前記セパレータと前記負極集電体との間の領域においてリチウムを有する析出物が析出することができる機能を有するリチウムイオン二次電池。
【請求項５】
正極と、負極と、電解液と、
前記正極と前記負極との間のセパレータと、
前記セパレータと前記負極との間のシート状のスペーサと、を有し、
前記シート状のスペーサは、前記セパレータよりも空隙率が高く、
前記負極は、銅を有する負極集電体を有し、負極活物質層を有さず、
前記負極集電体は、前記スペーサと接する領域を有し、
前記電解液は、フッ素を有する無機塩と、フッ素を含有するエチレンカーボネートと、を有し、
前記セパレータと前記負極集電体との間の領域においてリチウムを有する析出物が析出することができる機能を有するリチウムイオン二次電池。
【請求項６】
正極と、負極と、電解液と、
前記正極と前記負極との間のセパレータと、
前記セパレータと前記負極との間のスペーサと、を有し、
前記負極は、銅を有する負極集電体を有し、負極活物質層を有さず、
前記負極集電体は、前記スペーサと接する領域を有し、
前記電解液は、フッ素を有する無機塩と、フッ素を含有するエチレンカーボネートと、を有し、
前記正極、前記負極、前記セパレータ、及び前記スペーサは可撓性を有し、
前記セパレータと前記負極集電体との間の領域においてリチウムを有する析出物が析出することができる機能を有するリチウムイオン二次電池。
【請求項７】
請求項１乃至請求項６のいずれか一において、
前記正極は、正極集電体と、正極活物質層と、を有し、
前記正極活物質層は、前記セパレータと接する領域を有し、
前記セパレータは、前記スペーサと接する領域を有するリチウムイオン二次電池。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明の一態様は、リチウムイオン二次電池、及びその製造方法に関する。
続きを表示（約 1,700 文字）【０００２】
なお、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
一態様の技術分野は、物、方法、または、製造方法に関するものである。または、本発明
の一態様は、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）に関するものである。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、
それらの駆動方法、または、それらの製造方法、を一例として挙げることができる。
【背景技術】
【０００３】
二次電池としては、ニッケル水素電池や、鉛二次電池や、リチウムイオン二次電池などが
挙げられる。
【０００４】
これらの二次電池は、携帯電話などで代表される携帯情報端末の電源として用いられてい
る。中でも、リチウムイオン二次電池は、高容量、且つ、小型化が図れるため、開発が盛
んに行われている。
【０００５】
リチウムイオン二次電池は、電極集電体、電極活物質、電解液、セパレータ、外装体リー
ド電極等の多種の部材からなり、多数の工程を経て作製される。リチウムイオン二次電池
の広範な用途を鑑みるに、低廉なコストで製造できることが重要であり、使用する部材、
製造に要する工程数、製造に要する時間が少なければ少ない程製造コストを抑えることが
できる。
【０００６】
ところで、リチウムイオン二次電池の負極は、一般的に負極集電体上に炭素材料でなる活
物質を塗工して作製される。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り、活物質を集電体上に塗工して作製される活物質層には、活
物質のほかに導電助剤、バインダー等が含まれる場合がある。
【０００７】
負極に適する材料としては、酸化還元電位が低いこと、単位体積・重量あたりの比容量が
高いことから金属リチウムが好ましい特性を有している。しかし、二次電池においては、
充電時にリチウム金属上に電解液中のリチウムがデンドライト状（ウィスカー状）に析出
し、セパレータを突き破って短絡の原因となる場合があり、また、放電時にデンドライト
（ウィスカー）の根本が電解液中に溶出し孤立したリチウムが生成され、サイクル特性が
低下するという問題が生じる。そのため、実用化されているリチウムイオン二次電池にお
いては、炭素材料でなる活物質を集電体上に塗工して活物質層が設けられ、リチウムイオ
ンの吸蔵放出反応が負極反応として利用されている（非特許文献１）。
【０００８】
しかし、活物質層を作製する際は、装置としてスラリーを作製するための混練装置、スラ
リーを塗工するためのコーター、スラリーを乾燥するための乾燥機等、多くの設備が必要
となる。また、これらの装置を使用した各工程に時間を必要とする。さらに、活物質、導
電助剤、バインダー等の部材にもコストがかかる。また、活物質層を用いる電極の場合、
二次電池において活物質の反応電位分だけセル電位が低下し、エネルギー密度が小さくな
る。一方で、リチウムを集電体に直接析出させる方式を採用することができれば、二次電
池内部の全ての系の中で負極が最も低電位になるため、最も高エネルギー密度の二次電池
を作製することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
特開平４－３２８２７７号公報
特開２００７－１０６６３４号公報
【非特許文献】
【００１０】
小久見善八編著、「リチウム二次電池」、第１版、株式会社オーム社、２００８年３月２０日、ｐ．１０４
【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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