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公開番号2025103171
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-07-09
出願番号2023220341
出願日2023-12-27
発明の名称リチウム二次電池
出願人日産自動車株式会社
代理人IBC一番町弁理士法人
主分類H01M 4/134 20100101AFI20250702BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】負極中間層を備えたリチウム析出型のリチウム二次電池において、急速充電特性と放電容量との両方を向上させうる手段を提供する。
【解決手段】正極活物質を含有する正極活物質層を有する正極と、負極集電体を有し、充電時にリチウム金属が析出する負極と、前記正極および前記負極の間に介在し、固体電解質を含有する固体電解質層と、前記負極集電体と前記固体電解質層との間に介在し、リチウム反応性材料を含有する負極中間層と、を有する発電要素を備え、前記リチウム反応性材料は2種類以上の炭素材料を含有し、前記負極中間層に含まれる炭素材料のラマンスペクトルにおけるGバンドの強度に対するDバンドの強度の比で表されるR値が、前記発電要素の積層方向に沿って前記固体電解質層の側から前記負極集電体の側に向かって、漸増している、リチウム二次電池である。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
正極活物質を含有する正極活物質層を有する正極と、
負極集電体を有し、充電時にリチウム金属が析出する負極と、
前記正極および前記負極の間に介在し、固体電解質を含有する固体電解質層と、
前記負極集電体と前記固体電解質層との間に介在し、リチウム反応性材料を含有する負極中間層と、
を有する発電要素を備え、
前記リチウム反応性材料は２種類以上の炭素材料を含有し、
前記負極中間層に含まれる炭素材料のラマンスペクトルにおけるＧバンドの強度に対するＤバンドの強度の比で表されるＲ値が、前記発電要素の積層方向に沿って前記固体電解質層の側から前記負極集電体の側に向かって、漸増している、リチウム二次電池。
続きを表示（約 530 文字）【請求項２】
前記負極中間層は、異なる炭素材料を含有する複数の層から構成され、前記複数の層に含まれる炭素材料のＲ値は、前記発電要素の積層方向に沿って前記固体電解質層から遠ざかるにつれて順に大きくなる、請求項１に記載のリチウム二次電池。
【請求項３】
前記複数の層のうち、前記固体電解質層に最も近い層に含まれる炭素材料のＲ値が１．０以下であり、前記固体電解質層から最も遠い層に含まれる炭素材料のＲ値が１．０５以上である、請求項２に記載のリチウム二次電池。
【請求項４】
前記複数の層のうち、前記固体電解質層に最も近い層における炭素材料のＲ値が０．９以下である、請求項３に記載のリチウム二次電池。
【請求項５】
前記複数の層のうち、前記固体電解質から最も遠い層に含まれる炭素材料のＲ値が１．２５以上である、請求項４に記載のリチウム二次電池。
【請求項６】
前記複数の層のうち、前記固体電解質層に最も近い層の厚さが、前記固体電解質から最も遠い層の厚さよりも小さい、請求項２に記載のリチウム二次電池。
【請求項７】
前記負極中間層は、２層から構成される、請求項２に記載のリチウム二次電池。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、リチウム二次電池に関する。
続きを表示（約 1,500 文字）【背景技術】
【０００２】
近年、電解質に酸化物系や硫化物系の固体電解質を用いた全固体リチウム二次電池に関する研究開発が盛んに行われている。固体電解質は、固体中でイオン伝導が可能なイオン伝導体を主体として構成される材料である。このため、全固体リチウム二次電池においては、従来の液系リチウム二次電池のように可燃性の有機電解液に起因する各種問題が原理的に発生しない。また一般に、高電位・大容量の正極材料、大容量の負極材料を用いると電池の出力密度およびエネルギー密度の大幅な向上が図れる。
【０００３】
全固体リチウム二次電池の１種として、充電過程において負極集電体上にリチウム金属を析出させる、いわゆるリチウム析出型のものが知られている。リチウム析出型の全固体リチウム二次電池は、エネルギー密度や出力特性に優れる反面、リチウム金属層からのデンドライトにより短絡が生じやすいという問題を有している。デンドライトの成長を抑制する手段として、固体電解質層と負極集電体との間に、リチウムと合金または化合物を形成する負極活物質層（負極中間層）を設ける技術が提案されている（例えば、特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
特開２０２０－１９１２０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、本発明者の検討によれば、上記文献に記載されたリチウム二次電池において、急速充電特性と放電容量との両方の性能を同時に向上させることは困難であることが判明した。
【０００６】
そこで本発明は、負極中間層を備えたリチウム析出型のリチウム二次電池において、急速充電特性と放電容量との両方を向上させうる手段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】
本発明者は、上記課題を解決すべく鋭意検討を行った。その結果、負極中間層を備えたリチウム析出型のリチウム二次電池において、発電要素の積層方向に沿って、負極中間層の固体電解質層の側の領域に結晶性の高い炭素材料を含有させ、負極集電体側の領域に結晶性の低い炭素材料を含ませることで、上記課題が解決されうることを見出し、本発明を完成させるに至った。
【０００８】
すなわち本発明の一形態は、正極活物質を含有する正極活物質層を有する正極と、負極集電体を有し、充電時にリチウム金属が析出する負極と、前記正極および前記負極の間に介在し、固体電解質を含有する固体電解質層と、前記負極集電体と前記固体電解質層との間に介在し、リチウム反応性材料を含有する負極中間層と、を有する発電要素を備え、前記リチウム反応性材料は２種類以上の炭素材料を含有し、前記負極中間層に含まれる炭素材料のラマンスペクトルにおけるＧバンドの強度に対するＤバンドの強度の比で表されるＲ値が、前記発電要素の積層方向に沿って前記固体電解質層の側から前記負極集電体の側に向かって、漸増している、リチウム二次電池である。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、負極中間層を備えたリチウム析出型のリチウム二次電池において、急速充電特性と放電容量との両方が向上しうる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
図１は、本発明の一実施形態である積層型（内部並列接続タイプ）の全固体リチウム二次電池（積層型二次電池）の全体構造を模式的に表した断面図である。
【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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