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公開番号2025097085
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-06-30
出願番号2023213156
出願日2023-12-18
発明の名称リチウム二次電池、及びリチウム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、リチウム金属及び/又はリチウム合金を負極活物質として用い、容量維持率が向上し、抵抗が低減され、かつ短絡を抑制できるリチウム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、負極活物質層112、保護層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112が、リチウム金属又は第1のリチウム合金を有し、かつ保護層113が、上記第1のリチウム合金とは異なる第2のリチウム合金を含む、リチウム二次電池。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
負極集電体層、負極活物質層、保護層、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、リチウム金属又は第１のリチウム合金を含み、かつ
前記保護層が、前記第１のリチウム合金とは異なる第２のリチウム合金を含む、
リチウム二次電池。
続きを表示（約 730 文字）【請求項２】
前記第２のリチウム合金が、リチウム及び下記から選択される少なくとも１種の金属元素を含有している、請求項１に記載のリチウム二次電池：
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。
【請求項３】
前記保護層の厚みが、５ｎｍ～１０μｍである、請求項１に記載のリチウム二次電池。
【請求項４】
前記保護層が、第３のリチウム合金を更に有し、かつ
前記第３のリチウム合金が、前記第２のリチウム合金とは異なる、請求項１に記載のリチウム二次電池。
【請求項５】
前記第３のリチウム合金が、リチウム及び下記から選択される少なくとも１種の金属元素を含有している、請求項４に記載のリチウム二次電池：
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。
【請求項６】
前記負極活物質層が、前記第１のリチウム合金を有し、かつ
前記第３のリチウム合金が、前記第１のリチウム合金と同じである、請求項４に記載のリチウム二次電池。
【請求項７】
下記工程を含む、請求項１～６のいずれか一項に記載のリチウム二次電池の製造方法：
前記負極集電体層の表面に、前記負極活物質層を形成すること、
前記負極活物質層の表面に、前記第２のリチウム合金を含む保護層を形成すること。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本開示は、リチウム二次電池、及びリチウム二次電池の製造方法に関する。
続きを表示（約 2,000 文字）【背景技術】
【０００２】
リチウム金属及び／又はリチウム合金を負極活物質として用いるリチウム二次電池は、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二次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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
特開２０２３－１０３５１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
リチウム金属及び／又はリチウム合金を負極活物質として用いるリチウム二次電池は、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。また、リチウムデンドライドが形成されることによる短絡の恐れもある。そのため、このようなリチウム二次電池は、容量維持率、抵抗値、及び短絡耐性の観点で改善の余地がある。
【０００６】
そこで本開示は、リチウム金属及び／又はリチウム合金を負極活物質として用い、容量維持率が向上しており、抵抗が低減されており、かつ短絡が抑制されたリチウム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、負極活物質層、保護層、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、リチウム金属又は第１のリチウム合金を有し、かつ
上記保護層が、上記第１のリチウム合金とは異なる第２のリチウム合金を含む、
リチウム二次電池。
〈態様２〉
上記第２のリチウム合金が、リチウム及び下記から選択される少なくとも１種の金属元素を含有している、態様１に記載のリチウム二次電池：
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。
〈態様３〉
上記保護層の厚みが、５ｎｍ～１０μｍである、態様１又は２に記載のリチウム二次電池。
〈態様４〉
上記保護層が、第３のリチウム合金を更に有し、かつ
上記第３のリチウム合金が、上記第２のリチウム合金とは異なる、態様１～３のいずれか一項に記載のリチウム二次電池。
〈態様５〉
上記第３のリチウム合金が、リチウム及び下記から選択される少なくとも１種の金属元素を含有している、態様１～４のいずれか一項に記載のリチウム二次電池：
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。
〈態様６〉
上記負極活物質層が、上記第１のリチウム合金を有し、かつ
上記第３のリチウム合金が、上記第１のリチウム合金と同じである、態様１～５のいずれか一項に記載のリチウム二次電池。
〈態様７〉
下記工程を含む、態様１～６のいずれか一項に記載のリチウム二次電池の製造方法：
上記負極集電体層の表面に、上記負極活物質層を形成すること、
上記負極活物質層の表面に、上記第２のリチウム合金を含む保護層を形成すること。
【発明の効果】
【０００９】
本開示によると、リチウム金属及び／又はリチウム合金を負極活物質として用いるリチウム二次電池の容量維持率が向上し、抵抗が低減され、かつ短絡が抑制される。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
図１は、本開示のリチウム二次電池を説明するための概略図である。
図２は、本開示のリチウム二次電池の製造方法を説明するための概略図である。
【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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