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公開番号2025127649
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-09-02
出願番号2024024465
出願日2024-02-21
発明の名称二次電池用負極
出願人トヨタ自動車株式会社
代理人個人
主分類H01M 4/133 20100101AFI20250826BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】複層構造を有する負極活物質層の全体に亘って電荷担体の移動が円滑に行われることで二次電池の入出力特性を向上させる二次電池用負極を提供すること。
【解決手段】二次電池用負極は、負極集電体と、負極集電体上に形成され、負極活物質を含む負極活物質層と、を有し、負極活物質層は、負極集電体側の第1層と、負極活物質層の表面側の第2層と、を有し、第1層中の負極活物質のアスペクト比をLD1とし、第1層中の負極活物質の垂直度をN1とし、第1層の空隙率をS1とし、第2層中の負極活物質のアスペクト比をLD2とし、第2層中の負極活物質の垂直度をN2とし、第2層の空隙率をS2としたときに、下記式(1)から(3)の関係を満たす。
LD1>LD2・・・式(1)
N1>N2・・・式(2)
S1<S2・・・式(3)
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
負極集電体と、
前記負極集電体上に形成され、負極活物質を含む負極活物質層と、を有し、
前記負極活物質層は、
前記負極集電体側の第１層と、
前記負極活物質層の表面側の第２層と、を有し、
前記前記第１層中の前記負極活物質のアスペクト比をＬＤ１とし、
前記第１層中の前記負極活物質の垂直度をＮ１とし、
前記第１層の空隙率をＳ１とし、
前記第２層中の前記負極活物質のアスペクト比をＬＤ２とし、
前記第２層中の前記負極活物質の垂直度をＮ２とし、
前記第２層の空隙率をＳ２としたときに、
下記式（１）から（３）の関係を満たす二次電池用負極。
ＬＤ１＞ＬＤ２・・・式（１）
Ｎ１＞Ｎ２・・・式（２）
Ｓ１＜Ｓ２・・・式（３）
ここで、前記負極活物質の垂直度は、前記負極集電体の表面に対する傾きθｎが６０°≦θｎ≦９０°である前記負極活物質の数をｍ１とし、前記負極集電体の表面に対する傾きθｎが０°≦θｎ≦３０°である前記負極活物質の数をｍ２としたときのｍ１／ｍ２である。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本開示は二次電池用負極に関する。
続きを表示（約 2,000 文字）【背景技術】
【０００２】
リチウムイオン二次電池、ニッケル水素電池等の二次電池は、近年、パソコンや携帯端末等のいわゆるポータブル電源や車両駆動用電源として用いられている。特に、軽量で高エネルギー密度が得られるリチウムイオン二次電池は、電気自動車、ハイブリッド自動車等の車両の駆動用高出力電源として好ましく用いられている。二次電池は、正極及び負極の間を電荷担体が移動することに伴って繰り返しの充放電が可能な電池である。
【０００３】
この種の二次電池に用いられる典型的な負極は、電荷担体を可逆的に吸蔵及び放出可能な負極活物質等の材料を含む負極合剤を負極集電体に塗布した後、乾燥させ、圧延することで製造される。このようにして製造された負極は、負極活物質を含む負極活物質層が負極集電体上に形成された構成を有する。このような負極の性能を高めるために、複層構造とした負極活物質層の各層に異なる種類の負極活物質を用いる技術が提案されている。
【０００４】
特許文献１には、電極集電体；及び前記電極集電体上に形成された第１負極活物質を含む１次負極活物質層と、前記１次負極活物質層上に形成されており、前記第１負極活物質より相対的に低い圧延密度及び相対的に大きい平均粒子の大きさを有する第２負極活物質を含む２次負極活物質層とを含む多層構造でなるリチウム二次電池用負極及びこれを含むリチウム二次電池が開示されている。
【０００５】
このように、リチウム二次電池用負極が、電極集電体上に負極活物質の圧延密度及び平均粒子の大きさが異なる二種類の負極活物質を含む多層活物質層を含むことにより、圧延工程後も電極表面の空隙率を向上させ、電極内部へのイオン移動性を向上させることができるので、リチウム二次電池の充電特性及び寿命特性を向上させることができることが特許文献１に記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
特表２０１５－５１１３８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、負極集電体上に形成された負極活物質層中の負極活物質の平均粒径が小さいほど、負極活物質層内における電荷担体（例えば、リチウムイオン）の移動経路（以下、イオン移動経路ともいう）の屈曲度が増加し得る。特許文献１に記載の技術では、負極活物質層のうち負極集電体側の層（１次負極活物質層）中の負極活物質（第１負極活物質）が相対的に小さい平均粒径を有するため、負極活物質層のうち負極集電体側の層内のイオン移動経路は屈曲度が増加し得る。そのため、特許文献１に記載の技術では、充放電時に負極活物質層の深部まで電荷担体の移動が円滑に行われず、二次電池の入出力特性が不十分になる虞があるという問題があった。特に、負極活物質層の厚みが大きいほどその厚み方向のイオン移動経路は長くなるため、負極活物質層の厚みが大きい負極ではこのような問題が発生しやすい傾向がある。
【０００８】
本開示は、このような問題を解決するためになされたものであり、複層構造を有する負極活物質層の全体に亘って電荷担体の移動が円滑に行われることで二次電池の入出力特性を向上させる二次電池用負極を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
一実施の形態にかかる二次電池用負極は、負極集電体と、負極集電体上に形成され、負極活物質を含む負極活物質層と、を有し、負極活物質層は、負極集電体側の第１層と、負極活物質層の表面側の第２層と、を有し、第１層中の負極活物質のアスペクト比をＬＤ１とし、第１層中の負極活物質の垂直度をＮ１とし、第１層の空隙率をＳ１とし、第２層中の負極活物質のアスペクト比をＬＤ２とし、第２層中の負極活物質の垂直度をＮ２とし、第２層の空隙率をＳ２としたときに、下記式（１）から（３）の関係を満たす二次電池用負極。
ＬＤ１＞ＬＤ２・・・式（１）
Ｎ１＞Ｎ２・・・式（２）
Ｓ１＜Ｓ２・・・式（３）
ここで、負極活物質の垂直度は、負極集電体の表面に対する傾きθｎが６０°≦θｎ≦９０°である負極活物質の数をｍ１とし、負極集電体の表面に対する傾きθｎが０°≦θｎ≦３０°である負極活物質の数をｍ２としたときのｍ１／ｍ２である。
【発明の効果】
【００１０】
本開示により、複層構造を有する負極活物質層の全体に亘って電荷担体の移動が円滑に行われることで二次電池の入出力特性を向上させる二次電池用負極を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
（【００１１】以降は省略されています）

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