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公開番号2025057053
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-04-09
出願番号2023166682
出願日2023-09-28
発明の名称固体電池の負極及び固体電池
出願人本田技研工業株式会社
代理人個人,個人,個人,個人,個人
主分類H01M 4/13 20100101AFI20250402BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】本発明は、電極活物質の充填を大きなものとしつつ、充放電を繰り返した場合にも金属リチウムの析出による内部短絡等を生じにくい固体電池の負極を提供する。かかる固体電池の負極の提供により、さらなる固体電池のエネルギー効率化に貢献する。
【解決手段】本発明は、固体電池の負極であって、金属多孔質体を構成材料とする負極集電体と、前記負極集電体に充填された負極活物質と、を備え、前記負極集電体には、固体電解質側の表面から厚み方向に金属多孔質体を有しない孔部が設けられており、前記孔部は、孔径100μm～180μmであり、前記厚み方向における深さが前記孔径よりも大きい、固体電池の負極に関する。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
固体電池の負極であって、
金属多孔質体を構成材料とする負極集電体と、前記負極集電体に充填された負極活物質と、を備え、
前記負極集電体には、固体電解質側の表面から厚み方向に金属多孔質体を有しない孔部が設けられており、
前記孔部は、孔径１００μｍ～１８０μｍである、固体電池の負極。
続きを表示（約 470 文字）【請求項２】
前記金属多孔質体の空隙率に対する前記孔部の総体積の割合（孔部総体積／空隙率）が１０ｖｏｌ％以下である、請求項１に記載の固体電池の負極。
【請求項３】
前記金属多孔質体の空隙率に対する前記孔部の総体積の割合（孔部総体積／空隙率）が８ｖｏｌ％以下である、請求項１に記載の固体電池の負極。
【請求項４】
前記孔部は、前記厚み方向における深さが３μｍ以上である、請求項１に記載の固体電池の負極。
【請求項５】
前記孔部は、前記厚み方向における深さが５μｍ以上である、請求項１に記載の固体電池の負極。
【請求項６】
前記孔部は貫通孔である、請求項１に記載の固体電池の負極。
【請求項７】
前記孔部は、断面形状が円形又は四角形である、請求項１に記載の固体電池の負極。
【請求項８】
前記負極活物質はシリコン系材料である、請求項１に記載の固体電池の負極。
【請求項９】
請求項１～８のいずれかに記載された負極を備える固体電池。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体電池の負極及び固体電池に関する。
続きを表示（約 1,600 文字）【背景技術】
【０００２】
近年、より多くの人々が手ごろで信頼でき、持続可能かつ先進的なエネルギーへのアクセスを確保できるようにするため、エネルギーの効率化に貢献する固体電池の研究開発が行われている。固体電池はエネルギー密度が高く、幅広い用途で利用されている。特に、急速な充放電が可能であるリチウムイオン二次電池は、持続可能かつ先進的なエネルギーとして、電気自動車（ＥＶ）、ハイブリッド電気自動車（ＨＥＶ）等の動力源としても重要度が高い。
【０００３】
固体電池の構成としては、電極活物質の充填密度を大きくするために、負極を構成する集電体を発泡金属とした構成が知られている。特許文献１は、発泡金属を集電体とした半固体電池として、電極層に多孔質の被覆層を配置した半固体電池を開示している。特許文献１における多孔質の被覆層は、半固体電池の充電時に負極活物質が膨張した場合にも、電極層から押し出された電解液を吸収・トラップさせることができ、電解液の低下や充放電の繰り返しによる容量の低下等を抑制できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
特許第７００８７３７号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
さらなるエネルギーの効率化に寄与すべく、固体電池は、充放電を繰り返した場合にも電池寿命が維持できること等も求められている。このための要求特性として、例えば、固体電池の充放電を繰り返した際、リチウムイオンやナトリウムイオン等が負極において電子を受け取り、金属リチウムや金属ナトリウム等が負極に析出することの制御等が挙げられる。負極に金属リチウム等が析出すると、層間に隙間ができやすくなることにより固体電池の抵抗が増加することがあり、正極及び負極が電気的に接触する内部短絡も生じ得る。特に、高容量の負極では、この金属リチウム等の析出が起こりやすい。
【０００６】
このような背景のもと、本発明は、固体電池として用いた場合に、電極活物質の充填密度を所定以上としつつ、内部短絡等の金属リチウム等の析出による影響を生じにくい負極を提供する。そして、かかる固体電池の負極の提供により、さらなる固体電池のエネルギー効率化に貢献する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明は以下の手段を提供する。
［１］固体電池の負極であって、金属多孔質体を構成材料とする負極集電体と、前記負極集電体に充填された負極活物質と、を備え、前記負極集電体には、固体電解質側の表面から厚み方向に金属多孔質体を有しない孔部が設けられており、前記孔部は、孔径１００μｍ～１８０μｍである、固体電池の負極。
【０００８】
［１］の負極は、負極に金属リチウム等の析出が生じる場合において、孔部の内部に対して金属リチウム等の析出が集中的に起こりやすく、負極界面等への金属リチウム等の析出を抑制しやすい。このため、［１］の負極は、固体電池として用いた場合、負極の単位面積あたりの負極活物質量を所定以上としつつ、充放電を繰り返しても電池寿命の低下しにくいものとなる。
【０００９】
［２］前記金属多孔質体の空隙率に対する前記孔部の総体積の割合（孔部総体積／空隙率）が１０ｖｏｌ％以下である、［１］に記載の固体電池の負極。
【００１０】
孔部の総体積の割合が上記範囲内である負極は、固体電池として高いエネルギー密度を維持しやすい。孔部の総体積の割合が大きすぎると、高い負極活物質量を維持しにくく、エネルギー密度が低下する傾向になる。孔部の容量が、充電析出される金属リチウム等の体積よりも過剰に多くなり、金属多孔質体への負極活物質充填によるエネルギー密度の高さを維持しにくいためである。
（【００１１】以降は省略されています）

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