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公開番号2025096964
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-06-30
出願番号2023212997
出願日2023-12-18
発明の名称リチウム金属二次電池、及びリチウム金属二次電池の製造方法
出願人トヨタ自動車株式会社,国立大学法人東北大学
代理人個人,個人,個人,個人,個人,個人
主分類H01M 4/134 20100101AFI20250623BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】本開示は、容量維持率が向上し、抵抗値が低減された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111、金属層112、負極活物質層113、電解質層120、正極活物質層131、及び正極集電体層132をこの順で有し、負極活物質層113が、リチウム金属、及びリチウム金属中に分散している金属粒子114を含み、金属粒子114が、リチウムと合金を形成する金属元素を含み、金属粒子114の面積比率が、満充電状態における負極活物質層113の断面を観察したときに、1×10^-5%～50%である、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、金属層、負極活物質層、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、
前記負極活物質層が、リチウム金属、及びリチウム金属中に分散している金属粒子を含み、
前記金属粒子が、リチウムと合金を形成する金属元素を含み、
前記金属粒子の面積比率が、満充電状態における前記負極活物質層の断面を観察したときに、１×１０
－５
％～５０％である、
リチウム金属二次電池。
続きを表示（約 580 文字）【請求項２】
前記金属層が、前記金属粒子を構成している金属元素を含む、請求項１に記載のリチウム金属二次電池。
【請求項３】
前記金属元素が、ナトリウム、マグネシウム、アルミニウム、ケイ素、カルシウム、亜鉛、ガリウム、ゲルマニウム、ストロンチウム、ロジウム、パラジウム、バリウム、銀、鉛、スズ、イリジウム、金、白金、及びビスマスから選択される少なくとも１種を含む、請求項１に記載のリチウム金属二次電池。
【請求項４】
前記金属層の膜厚が、５ｎｍ～３０００ｎｍである、請求項１に記載のリチウム金属二次電池。
【請求項５】
下記工程を含む、請求項１～４のいずれか一項に記載のリチウム金属二次電池の製造方法：
前記負極集電体層上に前記金属層を形成し、次いで前記金属層の表面に金属粒子を含むスラリーを塗布することによって、予備負極積層体を得ること、
前記予備負極積層体、電解質層、リチウムを保持している正極活物質層、正極集電体層をこの順で積層し、予備リチウム金属二次電池を得ること、
前記予備リチウム金属二次電池に充電操作を行うことによって、前記正極活物質層から移動してきたリチウムを前記金属層の表面に析出させて、前記負極活物質層を形成し、それによって前記リチウム金属二次電池を得ること。

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、及びリチウム金属二次電池の製造方法に関する。
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いので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、次のような電池が開示されている。
【０００３】
例えば特許文献１には、負極の反応としてリチウム金属の析出－溶解反応を利用したリチウム二次電池であって、前記負極は、負極層を含み、前記負極層は、負極活物質として、前記リチウム金属と異種金属との合金を含み、前記リチウム二次電池の満充電時において、前記合金中のリチウム元素の元素比率が４０．００ａｔｏｍｉｃ％以上９９．９７ａｔｏｍｉｃ％以下である、リチウム二次電池が開示されている。特許文献１によると、容量維持率を向上させることができるリチウム二次電池を提供することができるとされている。
【０００４】
特許文献２には、二次電池であって、正極、電解質層、負極集電体、及び、充電によって前記電解質層と前記負極集電体との間に析出する負極活物質としての金属リチウム、を備え、前記電解質層と前記負極集電体との間に、元素Ｍの窒化物が存在し、前記元素Ｍが、Ｌｉと合金化可能な元素であり、前記窒化物が、共有結合性である、二次電池が開示されている。特許文献２の二次電池によると、金属リチウムの析出及び溶解反応のクーロン効率が高いとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
特開２０２３－１０３５１７号公報
特開２０２３－１３８１０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
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、容量維持率は小さく、かつ抵抗値も高い。そのため、リチウム金属二次電池は、容量維持率、及び抵抗値の観点で改善の余地がある。
【０００７】
そこで本開示は、容量維持率が向上し、抵抗値が低減された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】
【０００８】
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。
【０００９】
〈態様１〉
負極集電体層、金属層、負極活物質層、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、
上記負極活物質層が、リチウム金属、及びリチウム金属中に分散している金属粒子を含み、
上記金属粒子が、リチウムと合金を形成する金属元素を含み、
上記金属粒子の面積比率が、満充電状態における上記負極活物質層の断面を観察したときに、１×１０
－５
％～５０％である、
リチウム金属二次電池。
〈態様２〉
上記金属層が、上記金属粒子を構成している金属元素を含む、態様１に記載のリチウム金属二次電池。
〈態様３〉
上記金属元素が、ナトリウム、マグネシウム、アルミニウム、ケイ素、カルシウム、亜鉛、ガリウム、ゲルマニウム、ストロンチウム、ロジウム、パラジウム、バリウム、銀、鉛、スズ、イリジウム、金、白金、及びビスマスから選択される少なくとも１種を含む、態様１又は２に記載のリチウム金属二次電池。
〈態様４〉
上記金属層の膜厚が、５ｎｍ～３０００ｎｍである、態様１～３のいずれか一項に記載のリチウム金属二次電池。
〈態様５〉
下記工程を含む、態様１～４のいずれか一項に記載のリチウム金属二次電池の製造方法：
上記負極集電体層上に上記金属層を形成し、次いで上記金属層の表面に金属粒子を含むスラリーを塗布することによって、予備負極積層体を得ること、
上記予備負極積層体、電解質層、リチウムを保持している正極活物質層、正極集電体層をこの順で積層し、予備リチウム金属二次電池を得ること、
上記予備リチウム金属二次電池に充電操作を行うことによって、上記正極活物質層から移動してきたリチウムを上記金属層の表面に析出させて、上記負極活物質層を形成し、それによって上記リチウム金属二次電池を得ること。
【発明の効果】
【００１０】
本開示によると、リチウム金属二次電池の容量維持率が向上し、抵抗値が低減される。
【図面の簡単な説明】
（【００１１】以降は省略されています）

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