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公開番号2025123995
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-08-25
出願番号2024019822
出願日2024-02-13
発明の名称固体電池用負極層及びそれを備えた固体電池
出願人三井金属鉱業株式会社
代理人弁理士法人翔和国際特許事務所
主分類H01M 4/13 20100101AFI20250818BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】固体電池のサイクル特性を向上させ得る固体電池用負極層を提供すること。
【解決手段】固体電池用負極層は、金属Aと、酸化物Bと、炭素材料と、を含む。金属Aはリチウムと合金を形成し得る金属である。酸化物Bは、金属Aと同種又は異種であって、且つ、周期表の第3周期から5周期までの第2族から第14族より選択される少なくとも1種の元素Bを含む。金属Aが、金、白金、パラジウム及び銀のうちの少なくとも1種を含むことが好適である。元素Bが、マグネシウム及び亜鉛のうちの少なくとも1種を含むことも好適である。
【選択図】なし
特許請求の範囲【請求項１】
リチウムと合金を形成し得る金属Ａと、
前記金属Ａと同種又は異種であって、且つ、周期表の第３周期から５周期までの第２族から第１４族より選択される少なくとも１種の元素Ｂを含む酸化物と、
炭素材料と、を含む、固体電池用負極層。
続きを表示（約 600 文字）【請求項２】
前記金属Ａの質量に対する、前記酸化物の質量の比率が、２５質量％以上４００質量％未満である、請求項１に記載の固体電池用負極層。
【請求項３】
前記金属Ａが、金、白金、パラジウム及び銀のうちの少なくとも１種を含む、請求項１に記載の固体電池用負極層。
【請求項４】
前記元素Ｂが、マグネシウム及び亜鉛のうちの少なくとも１種を含む、請求項１に記載の固体電池用負極層。
【請求項５】
固体電解質を非含有である、請求項１に記載の固体電池用負極層。
【請求項６】
リチウムと合金を形成しない金属Ｃを非含有である、請求項１に記載の固体電池用負極層。
【請求項７】
請求項１ないし６のいずれか一項に記載の負極層と、正極活物質を含む正極層と、両層の間に配置された固体電解質層とを備えた固体電池。
【請求項８】
初回充電前において前記正極層の容量が、前記負極層の容量よりも大きい、請求項７に記載の固体電池。
【請求項９】
前記負極層の容量を超えて充電するように用いられる、請求項７に記載の固体電池。
【請求項１０】
請求項１に記載の負極層と、正極活物質を含む正極層と、両層の間に配置された固体電解質層とを備えた固体電池を、前記負極層の容量を超えて充電する、固体電池の充電方法。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体電池用負極層及びそれを備えた固体電池に関する。
続きを表示（約 1,500 文字）【背景技術】
【０００２】
近年、二酸化炭素の削減による地球温暖化防止に向けた取り組みとして、二次電池が注目されている。二次電池の中でも、リチウムイオン電池は、エネルギー密度が高く、小型化及び軽量化が容易であることから、ノート型パソコン、携帯電話機等の携帯型電子機器などの電源として広く用いられている。また、最近では、電気自動車やハイブリッド電気自動車などに搭載される高出力、高容量のリチウムイオン電池の開発が進められている。
【０００３】
リチウムイオン電池では、負極集電体に金属リチウムを析出させることで、金属状態でリチウムを貯蔵する方式を採用することができる。リチウムイオン電池が固体電解質層を有する場合、すなわち固体電池である場合、金属リチウムの析出を均一にして、電池の容量低下やサイクル特性の低下を防止するためには、負極集電体と固体電解質層との接触を物理的及び化学的に良好にすることが重要である。この観点から、特許文献１及び２には、無定型炭素と、電気化学反応によってリチウムと合金を形成する第１元素とを含有する負極層と、正極層と、これらの層の間に配置された固体電解質層とを備えた固体電池が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
特開２０２２－１２５８９９号公報
特開２０２３－７９１７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の課題は、固体電池用負極層及びそれを備えた固体電池を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、リチウムと合金を形成し得る金属Ａと、
前記金属Ａと同種又は異種であって、且つ、周期表の第３周期から５周期までの第２族から第１４族より選択される少なくとも１種の元素Ｂを含む酸化物と、
炭素材料と、を含む、固体電池用負極層を提供するものである。
【０００７】
また本発明は、前記負極層と、正極活物質を含む正極層と、両層の間に配置された固体電解質層とを備えた固体電池を提供するものである。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、固体電池のサイクル特性を向上させ得る固体電池用負極層、及びそれを用いた固体電池が提供される。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下本発明を、その好ましい実施形態に基づき説明する。本発明は固体電池用の負極層に関するものである。本明細書において固体電池とは、液状物質又はゲル状物質を電解質として一切含まない固体電池の他、例えば５０質量％以下、特に３０質量％以下、とりわけ１０質量％以下の液状物質又はゲル状物質を電解質として含む態様も包含する。本発明の負極層が適用される固体電池は一般に二次電池である。固体電池の形状に特に制限はなく、例えばラミネート型、円筒型及び角型等の形状を採用することができる。
【００１０】
本発明の負極層が適用される固体電池は、充電時に正極から負極へリチウムイオンが移動し、負極においてリチウムイオンが金属リチウムに還元される電極反応が生じる電池であり得る。この種の電池では、リチウムイオンの吸蔵放出が可能な負極活物質を負極に配置することを要しない。そのような類いの電池は当該技術分野において一般にアノードフリー電池と呼称される。本発明の負極層が適用される固体電池はアノードフリー電池であり得る。
（【００１１】以降は省略されています）

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