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公開番号2025085629
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-06-05
出願番号2024203618
出願日2024-11-22
発明の名称二次電池
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 10/058 20100101AFI20250529BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】デンドライトによる内部ショートが抑制された二次電池である。
【解決手段】負極活物質層と、セパレータと、負極活物質層とセパレータとの間に配置された炭素シートと、負極活物質層と、炭素シートとの間のデンドライトと、正極活物質層と、を有する、二次電池であって、負極活物質層は、負極活物質を有し、負極活物質は、黒鉛及びシリコンから選ばれた一以上を有し、炭素シートの厚みは、25nm以上50μm以下であり、デンドライトは、炭素シートの面に沿った部分を有する、二次電池である。炭素シートはカーボンナノチューブを有すると好ましい。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
負極活物質層と、
セパレータと、
前記負極活物質層と前記セパレータとの間に配置された炭素シートと、
前記負極活物質層と、前記炭素シートとの間のデンドライトと、
正極活物質層と、を有する、二次電池であって、
前記負極活物質層は、負極活物質を有し、
前記負極活物質は、黒鉛及びシリコンから選ばれた一以上を有し、
前記炭素シートの厚みは、２５ｎｍ以上５０μｍ以下であり、
前記デンドライトは、前記炭素シートの面に沿った部分を有する、
二次電池。
続きを表示（約 560 文字）【請求項２】
請求項１において、さらに電解液を有し、
前記電解液は、ＦＥＣと、ＭＴＦＰとを含む、二次電池。
【請求項３】
請求項１において、さらに電解液を有し、
前記電解液は、エチレンカーボネートと、エチルメチルカーボネートと、ジメチルカーボネートと、を含む、二次電池。
【請求項４】
負極活物質層と、
セパレータと、
前記負極活物質層と前記セパレータとの間に配置された炭素シートと、
前記負極活物質層と、前記炭素シートとの間のデンドライトと、
正極活物質層と、を有する、二次電池であって、
前記負極活物質層は、負極活物質を有し、
前記負極活物質は、リチウム金属を有し、
前記炭素シートの厚みは、２５ｎｍ以上５０μｍ以下であり、
前記デンドライトは、前記炭素シートの面に沿った部分を有する、
二次電池。
【請求項５】
請求項４において、さらに電解液を有し、
前記電解液は、エチレンカーボネートと、ジエチルカーボネートとを含む、二次電池。
【請求項６】
請求項１又は請求項４において、
前記炭素シートはカーボンナノチューブを有する、二次電池。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、二次電池に関する。ただし本発明は上記分野に限定されず、半導体装置、表示装置、発光装置、蓄電装置、照明装置、電子機器、車両及びこれらの製造方法に関することがある。例えば半導体装置、表示装置、発光装置、蓄電装置、照明装置、電子機器、及び車両において、必要な電源として、本発明の二次電池を適用することができる。また電子機器には、二次電池を搭載した情報端末装置などが含まれる。また蓄電装置には、据置型の蓄電装置などが含まれる。
続きを表示（約 1,300 文字）【背景技術】
【０００２】
近年、高出力、高容量であるリチウムイオン二次電池は半導体産業の発展と併せて急速にその需要が拡大し、充電可能なエネルギーの供給源として現代の情報化社会に不可欠なものとなっている。
【０００３】
リチウムイオン二次電池は充放電を繰り返すと、負極にてリチウムデンドライトが析出するといった課題がある。リチウムデンドライトは、充放電の過程で成長するリチウム金属の樹状結晶であり、例えば負極表面の不均一な箇所に電流が集中することにより析出する。リチウムデンドライトが正極へ到達するとリチウムイオン二次電池は内部ショートに至ることがあり、リチウムイオン二次電池の信頼性が低下してしまう。
【０００４】
負極材料には黒鉛が用いられることが多く、また黒鉛に代えてリチウム金属を用いることでリチウムイオン二次電池の高容量化が期待されている。黒鉛は、低い温度で充放電を行うとリチウムデンドライトが析出しやすく、リチウム金属は常温での充放電であってもリチウムデンドライトが析出してしまう。
【０００５】
このようなリチウムデンドライトを抑制するために、電解液にフッ素を有する無機塩を使用した二次電池が提案されている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
再公表２０１５／１４５２８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１の構成では、電解液にフッ素を有する無機塩を使用しなければならないため、電解液を自由に選択できない。例えば低温環境での動作に適した電解液を選択することが難しくなる。そこで本発明は、デンドライトの影響を低減する新たな構成を有する二次電池を提供することを課題の一とする。
【０００８】
なお、これらの課題の記載は、他の課題の存在を妨げるものではない。また、本発明の一態様は、これらの課題の全てを解決する必要はないものとする。また、本明細書、図面、請求項等の記載から、これら以外の課題を抽出することも可能である。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を鑑み、本発明者等は負極に析出したデンドライトの成長方向を制御するべく新たな構成を見出した。新たな構成とは、デンドライトが析出する負極と、セパレータとの間に炭素シートを設けた構成である。本構成により、二次電池の内部ショートを抑制することができ、二次電池の信頼性が向上する。
【００１０】
本発明の一態様は、負極活物質層と、セパレータと、負極活物質層とセパレータとの間に配置された炭素シートと、負極活物質層と、炭素シートとの間のデンドライトと、正極活物質層と、を有する、二次電池であって、負極活物質層は、負極活物質を有し、負極活物質は、黒鉛及びシリコンから選ばれた一以上を有し、炭素シートの厚みは、２５ｎｍ以上５０μｍ以下であり、デンドライトは、炭素シートの面に沿った部分を有する、二次電池である。
（【００１１】以降は省略されています）

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