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公開番号2025079978
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-05-23
出願番号2023192901
出願日2023-11-13
発明の名称リチウム金属二次電池
出願人トヨタ自動車株式会社
代理人個人,個人,個人,個人,個人,個人
主分類H01M 4/134 20100101AFI20250516BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】本開示は、抵抗を低減させ、かつ可逆容量を増加させることができるリチウム金属二次電池を提供することを目的とする。
【解決手段】負極集電体層110、複合合金層120、リチウム金属層121、電解質層130、正極活物質層140、及び正極集電体層150をこの順で有し、かつ上記複合合金層120が、リチウム-ガリウム合金と、リチウム-スズ合金及び/又はリチウム-インジウム合金との組み合わせを含む、リチウム金属二次電池。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
負極集電体層、複合合金層、リチウム金属層、電解質層、正極活物質層、及び正極集電体層をこの順で有し、かつ
前記複合合金層が、リチウム－ガリウム合金と、リチウム－スズ合金及び／又はリチウム－インジウム合金との組み合わせを含む、
リチウム金属二次電池。
続きを表示（約 260 文字）【請求項２】
前記複合合金層が、リチウム－ガリウム合金及びリチウム－スズ合金を含み、かつ
前記複合合金層中のガリウム及びスズの合計に対するガリウムの原子割合が、１０～９０原子％である、
請求項１に記載のリチウム金属二次電池。
【請求項３】
前記複合合金層が、リチウム－ガリウム合金及びリチウム－インジウム合金を含み、かつ
前記複合合金層中のガリウム及びインジウムの合計に対するガリウムの原子割合が、１０～４５原子％である、
請求項１又は２に記載のリチウム金属二次電池。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本開示は、リチウム金属二次電池に関する。
続きを表示（約 1,800 文字）【背景技術】
【０００２】
リチウム金属二次電池は、金属の中で高いイオン化傾向を有するリチウム金属を負極活物質として用いる。リチウム金属二次電池は、負極と正極との電位差が大きく高い出力電圧が得られ、かつ高い理論容量密度を持つため、その実用化が期待されており、次のようなリチウム金属二次電池が開示されている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、正極と負極との間に固体電解質層を備え、前記負極は、負極集電体と、保護層と、を有し、前記保護層は、リチウムと合金化することが可能な金属を含み、体積容量密度が１０００ｍＡｈ／Ｌ以上である、リチウム金属二次電池が開示されている。特許文献１のリチウム金属二次電池によると、耐久性を向上させることができるとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
特開２０２３－０３５２２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
リチウム金属二次電池は、優れた電池特性が期待されている一方で、実際には、抵抗が高く、更に可逆容量も小さい。そのため、リチウム金属二次電池は、抵抗及び可逆容量の観点で改善の余地がある。
【０００６】
そこで本開示は、抵抗を低減させ、かつ可逆容量を増加させることができるリチウム金属二次電池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】
【０００７】
本開示は、以下の手段によって、上記目的を達成するものである。
【０００８】
〈態様１〉
負極集電体層、複合合金層、リチウム金属層、電解質層、正極活物質層、及び正極集電体層をこの順で有し、かつ
上記複合合金層が、リチウム－ガリウム合金と、リチウム－スズ合金及び／又はリチウム－インジウム合金との組み合わせを含む、
リチウム金属二次電池。
〈態様２〉
上記複合合金層が、リチウム－ガリウム合金及びリチウム－スズ合金を含み、かつ
上記複合合金層中のガリウム及びスズの合計に対するガリウムの原子割合が、１０～９０原子％である、
態様１に記載のリチウム金属二次電池。
〈態様３〉
上記複合合金層が、リチウム－ガリウム合金及びリチウム－インジウム合金を含み、かつ
上記複合合金層中のガリウム及びインジウムの合計に対するガリウムの原子割合が、１０～４５原子％である、
態様１又は２に記載のリチウム金属二次電池。
【発明の効果】
【０００９】
本開示のリチウム金属二次電池によると、抵抗を低減させ、かつ可逆容量を増加させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
図１は、本開示のリチウム金属二次電池を説明するための概略図である。
図２は、実施例３の複合金属層Ａ３について、表面ＳＥＭ像、及び表面ＳＥＭ－ＥＤＸによるＥＤＸマッピング分析の結果を元素ごとに示す画像である（図２（Ａ）表面ＳＥＭ像、（Ｂ）酸素（Ｏ）、鉄（Ｆｅ）、ニッケル（Ｎｉ）、ガリウム（Ｇａ）、スズ（Ｓｎ）の元素の重ね合わせ、（Ｃ）酸素（Ｏ）、（Ｄ）鉄（Ｆｅ）、（Ｅ）ニッケル（Ｎｉ）、（Ｆ）ガリウム（Ｇａ）、（Ｇ）スズ（Ｓｎ））。
図３は、実施例３のリチウム金属二次電池Ｄ３について、断面ＳＥＭ－ＥＤＸによるＥＤＸマッピング分析の結果を元素ごとに示す画像である（図３（Ａ）硫黄（Ｓ）、酸素（Ｏ）、鉄（Ｆｅ）、ニッケル（Ｎｉ）、ガリウム（Ｇａ）、スズ（Ｓｎ）の元素の重ね合わせ、図３（Ｂ）硫黄（Ｓ）、図３（Ｃ）酸素（Ｏ）、図３（Ｄ）鉄（Ｆｅ）、図３（Ｅ）ニッケル（Ｎｉ）、図３（Ｆ）ガリウム（Ｇａ）、図３（Ｇ）スズ（Ｓｎ））。
図４は、実施例３のリチウム金属二次電池Ｄ３について、断面ＳＥＭ像を示す画像である（図４（Ａ）断面ＳＥＭ像、図４（Ｂ）断面構造の概略図）。
図５は、実施例７の複合金属層Ａ７について、表面ＳＥＭ像、及び表面ＳＥＭ－ＥＤＸによるＥＤＸマッピング分析の結果を元素ごとに示す画像である（図５（Ａ）表面ＳＥＭ像、（Ｂ）酸素（Ｏ）、ガリウム（Ｇａ）、インジウム（Ｉｎ）の元素の重ね合わせ、（Ｃ）酸素（Ｏ）、（Ｄ）ガリウム（Ｇａ）、（Ｅ）インジウム（Ｉｎ））。
【発明を実施するための形態】
（【００１１】以降は省略されています）

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