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公開番号2025082453
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-05-29
出願番号2023195779
出願日2023-11-17
発明の名称リチウムイオン電池
出願人トヨタ自動車株式会社
代理人弁理士法人深見特許事務所
主分類H01M 10/052 20100101AFI20250522BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】サイクル特性の向上。
【解決手段】リチウムイオン電池は、正極、負極、および、電解液を含む。正極は、正極活物質層を含む。正極は、平坦部および溝部を含む。溝部における正極活物質層の厚さは、平坦部における正極活物質層の厚さに比して小さい。負極は、負極活物質層を含む。負極活物質層は、第1部および第2部を含む。第1部は、平坦部と対向している。第2部は、溝部と対向している。負極活物質層は、負極活物質を含む。第1部において、負極活物質は、珪素を含む。第2部において、負極活物質は、黒鉛およびチタン酸リチウムからなる群より選択される少なくとも1種である。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
正極、負極、および、電解液を含み、
前記正極は、正極活物質層を含み、
前記正極は、平坦部および溝部を含み、
前記溝部における前記正極活物質層の厚さは、前記平坦部における前記正極活物質層の厚さに比して小さく、
前記負極は、負極活物質層を含み、
前記負極活物質層は、第１部および第２部を含み、
前記第１部は、前記平坦部と対向しており、
前記第２部は、前記溝部と対向しており、
前記負極活物質層は、負極活物質を含み、
前記第１部において、前記負極活物質は、珪素を含み、かつ、
前記第２部において、前記負極活物質は、黒鉛およびチタン酸リチウムからなる群より選択される少なくとも１種である、
リチウムイオン電池。
続きを表示（約 640 文字）【請求項２】
前記溝部における前記正極活物質層の厚さは、ゼロである、
請求項１に記載のリチウムイオン電池。
【請求項３】
下記の式（１）の関係が満たされており、
０．０５≦Ｃ２／Ｃ１（１）
前記式（１）中、
Ｃ１は、前記第１部における単位面積あたりの負極容量を示し、かつ、
Ｃ２は、前記第２部における単位面積あたりの負極容量を示す、
請求項１または請求項２に記載のリチウムイオン電池。
【請求項４】
下記の式（２）および式（３）の関係の少なくとも一方が満たされており、
３０ｍｇ／ｃｍ
2
≦Ｍａ（２）
１００μｍ≦Ｔａ（３）
前記式（２）中、Ｍａは前記平坦部における前記正極活物質層の目付量を示し、かつ、
前記式（３）中、Ｔａは前記平坦部における前記正極活物質層の厚さを示す、
請求項１または請求項２に記載のリチウムイオン電池。
【請求項５】
前記負極活物質層は、第１層および第２層を含み、
前記第１部は、前記第１層および前記第２層を含み、
前記第１部において、前記第２層は、前記第１層に積層されており、
前記第２部は、前記第１層または前記第２層からなり、かつ、
前記第２層は、前記第１層と異なる組成を有する、
請求項１または請求項２に記載のリチウムイオン電池。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本開示は、リチウムイオン電池に関する。
続きを表示（約 1,600 文字）【背景技術】
【０００２】
特開２０２３－１０１９５２号公報は、溝部を有する正極活物質層を開示する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特開２０２３－１０１９５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
リチウムイオン電池（以下「電池」と略記され得る。）において、正極活物質層に溝部を設けることが検討されている。溝部は電解液の流通経路を形成し得る。溝部により、電池の製造時、電解液の含浸に要する時間（以下「含浸時間」とも記される。）の短縮が期待される。ところで、電池の高エネルギー密度化のため、珪素（Ｓｉ）系負極活物質が検討されている。新知見によると、溝部を有する正極活物質層が、Ｓｉ系負極活物質を含む負極活物質層と組み合わされることにより、サイクル特性が低下する可能性がある。また、電池の高エネルギー密度化に伴い、高い目付量の設計が求められていることから、このような電極を製造する際には、特に改善の余地があった。
【０００５】
本開示の目的は、サイクル特性の向上にある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
１．リチウムイオン電池は、正極、負極、および、電解液を含む。正極は、正極活物質層を含む。正極は、平坦部および溝部を含む。溝部における正極活物質層の厚さは、平坦部における正極活物質層の厚さに比して小さい。負極は、負極活物質層を含む。負極活物質層は、第１部および第２部を含む。第１部は、平坦部と対向している。第２部は、溝部と対向している。負極活物質層は、負極活物質を含む。第１部において、負極活物質は、珪素を含む。第２部において、負極活物質は、黒鉛およびチタン酸リチウムからなる群より選択される少なくとも１種である。
【０００７】
以下「単位面積あたりの負極容量」は、「負極容量」と略記され得る。単位面積あたりの正極容量についても同様である。正極活物質層において、溝部の正極容量は、平坦部（非溝部）の正極容量に比して低い。そのため、負極活物質層において、正極活物質層の溝部と対向する部分（第２部）は、正極活物質層の平坦部と対向する部分（第１部）に比して、低い充電状態を有することになる。Ｓｉ系負極活物質の放電カーブは、スロウピィな形状を有する傾向がある。すなわち、放電に伴って徐々に電位が上昇する。そのため、第１部と第２部との間の電位差が増大しやすい傾向がある。電位差の増大により、第１部から第２部へのリチウム（Ｌｉ）イオンの拡散が促進され得る。第１部から第２部へのＬｉイオンの拡散量が多いことが、サイクル特性低下の一因であると考えられる。
【０００８】
上記の「１」に記載の電池においては、第１部と第２部との間で、負極活物質が異なっている。第１部は、Ｓｉ系負極活物質を含む。第２部は、黒鉛およびチタン酸リチウム（Ｌｉ
4
Ｔｉ
5
Ｏ
12
，ＬＴＯ）からなる群より選択される少なくとも１種を含む。黒鉛およびＬＴＯの放電カーブは、プラトーを含む。すなわち、放電カーブが平坦な部分を含む。そのため、第１部から第２部にＬｉイオンが拡散しても、第２部内におけるＬｉイオンの拡散速度は、顕著に低下することが期待される。その結果、第１部から第２部へのＬｉイオンの拡散が鈍化し得る。よって、サイクル特性の向上が期待される。
【０００９】
２．上記の「１」に記載のリチウムイオン電池は、例えば、次の構成を含んでいてもよい。溝部における正極活物質層の厚さは、ゼロである。
【００１０】
溝部は、ブランクであってもよい。すなわち、溝部に、正極活物質層が存在していなくてもよい。溝部がブランクであることにより、含浸時間の短縮が期待される。
（【００１１】以降は省略されています）

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