JP3531866B2 - Thin-film solid lithium ion secondary battery - Google Patents

Thin-film solid lithium ion secondary battery

Info

Publication number
JP3531866B2
JP3531866B2 JP2000229342A JP2000229342A JP3531866B2 JP 3531866 B2 JP3531866 B2 JP 3531866B2 JP 2000229342 A JP2000229342 A JP 2000229342A JP 2000229342 A JP2000229342 A JP 2000229342A JP 3531866 B2 JP3531866 B2 JP 3531866B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
secondary battery
film
ion secondary
cell
solid
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2000229342A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2002042863A (en
Inventor
守 馬場
直昭 熊谷
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Japan Science and Technology Agency
Original Assignee
Japan Science and Technology Agency
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Japan Science and Technology Agency filed Critical Japan Science and Technology Agency
Priority to JP2000229342A priority Critical patent/JP3531866B2/en
Publication of JP2002042863A publication Critical patent/JP2002042863A/en
Priority to JP2003071320A priority patent/JP4437890B2/en
Application granted granted Critical
Publication of JP3531866B2 publication Critical patent/JP3531866B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/04Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
    • H01L31/053Energy storage means directly associated or integrated with the PV cell, e.g. a capacitor integrated with a PV cell
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/547Monocrystalline silicon PV cells
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
  • Photovoltaic Devices (AREA)
  • Connection Of Batteries Or Terminals (AREA)
  • Sealing Battery Cases Or Jackets (AREA)
  • Hybrid Cells (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、薄膜固体二次電池
セルを2層以上積層した積層型薄膜固体リチウムイオン
二次電池および薄膜固体二次電池セルとシリコン太陽電
池とを積層などにより複合した複合型薄膜固体リチウム
イオン二次電池に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a laminated thin-film solid lithium ion secondary battery in which two or more thin-film solid secondary battery cells are laminated, and a thin-film solid secondary battery cell and a silicon solar battery are laminated to form a composite. The present invention relates to a composite type thin film solid lithium ion secondary battery.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、リチウムイオン二次電池の正極材
料としては、リチウムイオンの吸蔵・放出が可能なLi
CoO2 ,LiNiO2 ,LiMn2 2 ,LiMnO
2 ,LiM1x M2yz (M1,M2は遷移金属であ
り、x,y,zは任意の実数)などで表されるリチウム
遷移金属化合物が使用されている。
2. Description of the Related Art Conventionally, as a positive electrode material of a lithium ion secondary battery, Li capable of inserting and extracting lithium ions has been used.
CoO 2 , LiNiO 2 , LiMn 2 O 2 , LiMnO
2 , a lithium transition metal compound represented by LiM1 x M2 y O z (M1 and M2 are transition metals, and x, y, and z are arbitrary real numbers) is used.

【0003】また、負極材料としては、リチウムイオン
の吸蔵・放出が可能な黒鉛、コークス、高分子焼成体な
どの炭素材料、金属リチウム、リチウムと他の金属との
合金、TiO2 ,Nb25 ,SnO2 ,Fe23
SiO2 などの金属酸化物、金属硫化物などが使用され
る。
Further, as the negative electrode material, graphite capable of inserting and extracting lithium ions, carbon material such as coke, polymer burned material, metallic lithium, alloy of lithium and other metal, TiO 2 , Nb 2 O. 5 , SnO 2 , Fe 2 O 3 ,
A metal oxide such as SiO 2 or a metal sulfide is used.

【0004】また、固体電解質としては、ポリエチレン
オキシド、ポリプロピレンオキシド、ポリエチレンオキ
シド誘導体などの高分子材料中にLiPF6 ,LiCl
4などのリチウム塩からなる溶質を含有させたもの
や、この溶質を有機溶媒に溶解させた非水電解液を含浸
させたゲル状のものや、Li2 S、Li3 PO4 −Nな
どの無機固体電解質が知られている。
As the solid electrolyte, LiPF 6 , LiCl in a polymer material such as polyethylene oxide, polypropylene oxide or polyethylene oxide derivative is used.
One containing a solute composed of a lithium salt such as O 4 , gel-like one impregnated with a non-aqueous electrolytic solution obtained by dissolving this solute in an organic solvent, Li 2 S, Li 3 PO 4 -N, etc. Inorganic solid electrolytes are known.

【0005】最近、固体リチウム二次電池やリチウム金
属を用いない二次電池の研究に大きな関心が持たれ、報
告されている。このようなロッキングチェアタイプの二
次電池を半導体基板を支持基板とした薄膜電極と固体電
解液のみで構成することが知られている(特開平10−
284130号公報)。
Recently, there has been great interest in and reported research on solid lithium secondary batteries and secondary batteries that do not use lithium metal. It is known that such a rocking chair type secondary battery is composed only of a thin film electrode having a semiconductor substrate as a support substrate and a solid electrolyte (Japanese Patent Laid-Open No. 10-
No. 284130).

【0006】また、このようなロッキングチェアタイプ
の固体電解質二次電池と太陽電池とを向かい合わせて組
み合わせてなる太陽電池一体型二次電池において、複数
の薄膜太陽電池素子を直列接続して太陽電池モジュール
と同一基板上に多数直列接続した固体薄膜二次電池が並
列接続され、外部に端子を露出して一体に封止された住
宅屋上設置などに適する光電変換装置(特開平8−33
0616公報)や導電面を有する太陽電池の背向電極を
二次電池における正極または負極の外装体として共通利
用して電池厚みを薄くした時計用などに適する二次電池
が知られている(特開平11−74002号公報)。
Further, in such a secondary battery integrated with a solar cell in which a rocking chair type solid electrolyte secondary battery and a solar cell are combined facing each other, a plurality of thin film solar cell elements are connected in series to form a solar cell. A photoelectric conversion device suitable for installation on a rooftop of a house, in which a large number of solid thin film secondary batteries connected in series on the same substrate as the module are connected in parallel and the terminals are exposed to the outside and integrally sealed (Japanese Patent Laid-Open No. 8-33.
No. 0616 gazette) or a back electrode of a solar cell having a conductive surface is commonly used as an outer casing of a positive electrode or a negative electrode in a secondary battery, and a secondary battery suitable for a watch or the like having a thin battery thickness is known (special feature). Kaihei 11-74002).

【0007】本発明者は、先に、負極にアルカリ金属ま
たはアルカリ金属合金を用い、電解質に固体電解質を用
いた二次電池において、金属基板またはシリコン基板上
に正極活物質として5酸化ニオブ膜の高配向性薄膜また
は5酸化ニオブ膜を予めリチウム化した高配向性薄膜を
用いることにより電池を薄型化および小型化でき、しか
も、充放電容量が増大し、優れた充放電特性を示すこと
を見出した(特開平7−142054号公報)。また、
予め、リチウムを含ませたV25 ,Nb25 ,WO
3 ,またはMoO3 を負極活物質とすることによって、
電池の薄型化、軽量化が可能になるとともに、充放電特
性に優れることを見出した(特開平8−241707号
公報)。
The inventor of the present invention firstly prepared a niobium pentoxide film as a positive electrode active material on a metal substrate or a silicon substrate in a secondary battery using an alkali metal or an alkali metal alloy for the negative electrode and a solid electrolyte for the electrolyte. It has been found that by using a highly oriented thin film or a highly oriented thin film in which a niobium pentoxide film has been lithiated in advance, the battery can be made thinner and downsized, and the charge / discharge capacity is increased, and excellent charge / discharge characteristics are exhibited. (Japanese Patent Laid-Open No. 7-142054). Also,
V 2 O 5 , Nb 2 O 5 , WO containing lithium in advance
By using 3 , or MoO 3 as the negative electrode active material,
It has been found that the battery can be made thinner and lighter, and the charge and discharge characteristics are excellent (JP-A-8-241707).

【0008】さらに、正極および負極の両方にV2 O5
を用いた全固体リチウムイオン二次電池を開発し、報告
した(Electrochemical and Solid-State Letters,2(7)3
20-322,1999)。この二次電池は、開放端子電圧3.5〜
3.6V、10μAh/cm2で1.0Vまで放電した
とき、約6μAh/cm2 の放電容量を有する。また、
350サイクル以上および0.079V/月の比較的良
好なサイクル特性と自己放電性能を示した。
Furthermore, V2O5 is used for both the positive and negative electrodes.
We have developed and reported an all-solid-state lithium-ion secondary battery using (Electrochemical and Solid-State Letters, 2 (7) 3
20-322, 1999). This secondary battery has an open terminal voltage of 3.5-
It has a discharge capacity of about 6 μAh / cm 2 when discharged to 1.0 V at 3.6 V and 10 μAh / cm 2 . Also,
It showed relatively good cycle characteristics of 350 cycles or more and 0.079 V / month and self-discharge performance.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】コンパクトで、高い信
頼性を有し、それゆえに、種々の形態の携帯電子機器に
広範に使用されるさらに軽量化された薄膜固体二次電池
や、充電操作を不要とするメンテナンスフリーで高い容
量の実用的な全固体の薄膜固体二次電池の開発が課題と
なっている。
It is compact, has high reliability, and therefore can be used for a lighter weight thin film solid state secondary battery which is widely used in various types of portable electronic devices and a charging operation. The development of a practical, all-solid-state, thin-film solid state secondary battery that is maintenance-free and has a high capacity is an issue.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】本発明者は、正極および
負極にV25 を用いた全固体リチウムイオン二次電池
の優れた特性に着目し、これを発展させて、積層型全固
体リチウムイオン二次電池を開発するとともに、全固体
リチウムイオン二次電池とシリコン太陽電池の複合化に
よるメンテナンスフリーで高い容量の実用的な全固体の
太陽電池複合型薄膜固体リチウムイオン二次電池の開発
に成功した。
Means for Solving the Problems The present inventor has paid attention to the excellent characteristics of an all-solid-state lithium-ion secondary battery using V 2 O 5 for a positive electrode and a negative electrode, and has developed this to develop a laminated all-solid-state battery. In addition to developing a lithium-ion secondary battery, a maintenance-free, high-capacity practical all-solid-state solar cell composite thin-film solid lithium-ion secondary battery by combining an all-solid-state lithium-ion secondary battery and a silicon solar cell succeeded in.

【0011】すなわち、本発明は、(1)薄膜固体リ
チウムイオン二次電池セルを2層以上積層した二次電池
において、正極活物質と負極活物質の組み合わせが、L
x Mn 2 4 (1≦x≦2)/V 2 5 ,V 2 5
Li x 2 5 (0≦x≦4),LiCoO 2 /V 2
5 、 LiNiO 2 /V 2 5 のいずれかであり、固体電
解質が、式Li 3 PO 4-y y (ただし、0<y<0.
5)で示される窒素を含有するリン酸リチウム塩であ
り、少なくとも一つの電極膜の材料はバナジウム金属で
あり、上層セルを下層セルと反転した反転積層型に積層
し、単一の導電性層を、隣接する上層セルと下層セルと
の共通電極膜として正負いずれか一方の極性となるよう
に該上層セルと下層セルとの間に介在させ、該共通電極
膜に端子を設けたことを特徴とする積層型薄膜固体リ
チウムイオン二次電池である。
That is, according to the present invention, (1) in a secondary battery in which two or more layers of thin-film all- solid-state lithium-ion secondary battery cells are stacked, the combination of the positive electrode active material and the negative electrode active material is L
i x Mn 2 O 4 (1 ≦ x ≦ 2) / V 2 O 5 , V 2 O 5 /
Li x V 2 O 5 (0 ≦ x ≦ 4), LiCoO 2 / V 2 O
5, is either LiNiO 2 / V 2 O 5, solids collector
The resolution is expressed by the formula Li 3 PO 4-y N y (where 0 <y <0.
5) Nitrogen-containing lithium phosphate represented by 5)
The material of at least one electrode film is vanadium metal.
Yes, the upper layer cell is laminated in an inverted layered type in which the lower layer cell is inverted, and a single conductive layer is used as a common electrode film of the adjacent upper layer cell and lower layer cell so that the upper layer is either positive or negative. A laminated thin-film all- solid-state lithium ion secondary battery, characterized in that a terminal is provided on the common electrode film by interposing it between a cell and a lower layer cell.

【0012】また、本発明は、(2)上記(1)の二次
電池において、最下層の薄膜固体リチウムイオン二次電
池セルは基板表面に形成された電極膜上に形成され、
最上層の薄膜固体リチウムイオン二次電池セルは表面に
形成された電極膜を有し、共通電極膜と反対の極性を
有する電極膜Aに設けた端子と電極膜Bに設けた端子と
を結線し、直列、並列、または直並列結線型積層電池と
したことを特徴とする積層型薄膜固体リチウムイオン二
次電池である。
The present invention also provides (2) the secondary of (1) above.
In the battery, the lowermost thin film solid lithium ion secondary battery cell is formed on the electrode film A formed on the surface of the substrate,
The thin film solid-state lithium ion secondary battery cell of the uppermost layer has an electrode film B formed on the surface, and has a polarity opposite to that of the common electrode film.
A terminal provided on the electrode film A and a terminal provided on the electrode film B
To connect in series, parallel, or series-parallel connection type laminated battery
This is a laminated thin film solid lithium ion secondary battery characterized by the above.

【0013】また、本発明は、(3)上記(1)の二次
電池において、複数の共通電極膜が交互に異なる極性と
なるようにセルが積層されており、最下層の薄膜固体リ
チウムイオン二次電池セルは基板表面に形成された電極
膜A上に形成され、最上層の薄膜固体リチウムイオン二
次電池セルは表面に形成された電極膜Bを有し、共通電
極膜と反対の極性を有する電極膜Aに設けた端子と電極
膜Bに設けた端子とを結線し、並列結線型積層電池とし
たことを特徴とする積層型薄膜固体リチウムイオン二次
電池である。
The present invention also provides (3) the secondary of (1) above.
In a battery, multiple common electrode films with different polarities
Cells are stacked so that
The lithium ion secondary battery cell is an electrode formed on the substrate surface
A thin film solid lithium ion layer formed on the film A and serving as the uppermost layer.
The secondary battery cell has an electrode film B formed on the surface,
Terminals and electrodes provided on the electrode film A having a polarity opposite to that of the polar film
A terminal provided on the membrane B is connected to form a parallel connection type laminated battery.
It is a laminated thin film solid lithium ion secondary battery characterized by the above.

【0014】また、本発明は、(4)上層セルと下層セ
ルの共通電極膜となるそれぞれの電極膜の間に絶縁膜を
各セル間の層間絶縁層として介在させて積層されている
ことを特徴とする上記(2)又は(3)の積層型薄膜固
体リチウムイオン二次電池である。
Further, according to the present invention, (4) an insulating film is provided between respective electrode films which are common electrode films of the upper layer cell and the lower layer cell.
The laminated thin film solid lithium ion secondary battery according to the above (2) or (3) is characterized in that the cells are laminated as an interlayer insulating layer between the cells .

【0015】また、本発明は、(5)薄膜固体リチウム
イオン二次電池セル層の大気に露出する表面が窒化珪素
系膜で絶縁被覆されていることを特徴とする上記(1)
乃至(4)のいずれかの薄膜固体リチウムイオン二次電
池である。
The present invention also provides (5) thin film solid lithium
The surface of the ion secondary battery cell layer exposed to the atmosphere is silicon nitride.
(1) characterized in that it is insulation-coated with a system film
To (4) the thin film solid lithium ion secondary battery
It is a pond.

【0016】[0016]

【0017】[0017]

【0018】また、本発明は、()Liイオンをウエ
ット法またはドライ法によってV25 に挿入したLix
25 (0≦x≦4)を負極活物質として使用するこ
とを特徴とする上記(1)乃至()のいずれかの薄膜
固体リチウムイオン二次電池である。
The present invention also provides Li x in which ( 6 ) Li ions are inserted into V 2 O 5 by a wet method or a dry method.
V 2 O 5 (0 ≦ x ≦ 4) is used as a negative electrode active material. The thin film solid lithium ion secondary battery according to any one of the above (1) to ( 5 ).

【0019】さらに、本発明は、透明基板上に形成され
たシリコン太陽電池に絶縁層を介して薄膜固体リチウム
イオン二次電池セルが積層されて複合されているか、基
板上に形成された薄膜固体リチウムイオン二次電池セル
に絶縁層を介してシリコン太陽電池が積層されて複合さ
れていることを特徴とする太陽電池複合型薄膜固体リチ
ウムイオン二次電池である。
Further, according to the present invention, a thin film solid lithium ion secondary battery cell is laminated and compounded on a silicon solar battery formed on a transparent substrate with an insulating layer interposed therebetween, or a thin film solid formed on the substrate is used. A thin film solid-state lithium-ion secondary battery of the solar cell composite type, wherein a silicon solar battery is laminated on a lithium-ion secondary battery cell via an insulating layer to be composited.

【0020】さらに、本発明は、薄膜固体リチウムイオ
ン二次電池セルとシリコン太陽電池が一つの基板上また
は分離した基板上に別々に形成されて複合されているこ
とを特徴とする太陽電池複合型薄膜固体リチウムイオン
二次電池である。
Further, according to the present invention, a thin film solid lithium ion secondary battery cell and a silicon solar battery are separately formed on one substrate or on separate substrates and are combined to form a composite solar battery. It is a thin film solid lithium ion secondary battery.

【0021】また、本発明は、薄膜固体リチウムイオン
二次電池セルは上記の積層型薄膜固体リチウムイオン二
次電池であることを特徴とする上記の太陽電池複合型薄
膜固体リチウムイオン二次電池である。
Further, the present invention is the above-mentioned solar cell composite thin film solid lithium ion secondary battery, wherein the thin film solid lithium ion secondary battery cell is the above-mentioned laminated thin film solid lithium ion secondary battery. is there.

【0022】また、本発明は、薄膜固体リチウムイオン
二次電池セル層の大気に露出する表面が窒化珪素系膜で
絶縁被覆されていることを特徴とする上記の積層型薄膜
固体リチウムイオン二次電池または太陽電池複合型薄膜
固体リチウムイオン二次電池である。
Further, according to the present invention, the surface of the thin film solid lithium ion secondary battery cell layer exposed to the atmosphere is insulation-coated with a silicon nitride based film. It is a battery or a solar cell composite type thin film solid lithium ion secondary battery.

【0023】上記の従来の技術で記述した直列接続太陽
電池では、そもそも太陽電池の場合は、動作原理上積層
はできないので、同一基板上に敷き並べて直列配線した
ものや、二次電池を直列接続した例でも、同一基板に敷
き並べて直列配線している。これらは、固体薄膜二次電
池を実際に動作させていないことから積層という発想に
至っていない。
In the case of solar cells, the series-connected solar cells described in the above-mentioned prior art cannot be stacked in the first place because of the operating principle. Therefore, they are laid on the same substrate and connected in series, or secondary batteries are connected in series. In the above example also, they are laid side by side on the same substrate and wired in series. These do not lead to the idea of stacking because the solid thin film secondary battery is not actually operated.

【0024】本発明は、単一の導電性層を隣接する上層
セルと下層セルとの共通電極膜として正負いずれか一方
の極性となるように該上層セルと下層セルとの間に介在
させて積層させることによって、薄膜固体二次電池セル
の積層化を実現し、これにより実用的な太陽電池複合型
薄膜固体リチウムイオン二次電池を得ることができた。
このように、単一の導電性層を隣接する上層セルと下層
セルとの共通電極膜として使用することによって、製作
工程の簡略化も実現できる。
The present invention provides a single conductive layer with an adjacent top layer.
Either positive or negative as a common electrode film for the cell and the lower cell
By interposing between the upper layer cell and the lower layer cell so as to have the polarities described above and stacking them, thin film solid state secondary battery cells can be stacked, and thus a practical solar cell composite type thin film solid lithium ion A secondary battery could be obtained.
Thus, the upper cell and a lower layer adjacent the single conductive layer
By using it as a common electrode film with the cell , the manufacturing process can be simplified.

【0025】さらに、この積層型リチウムイオン二次電
池および積層型リチウムイオン二次電池を太陽電池と複
合化したリチウムイオン二次電池は、絶縁性保護膜とし
ての窒化ケイ素の適用および積層した薄膜セルに対する
リチウム挿入技術を確立することではじめて実用化が可
能となった。絶縁性保護膜としては、電子伝導およびイ
オン伝導の両方に対する電気伝導性および耐酸化性、耐
還元性雰囲気、および耐水性などの保護特性を持った膜
であればよいが、このような膜としてSiO2膜は不良
であり、これに対して窒化ケイ素膜が良好な特性を発揮
することを見出した。
Further, the laminated lithium-ion secondary battery and the lithium-ion secondary battery in which the laminated lithium-ion secondary battery is combined with a solar cell are manufactured by applying silicon nitride as an insulating protective film and laminated thin film cells. It was possible to commercialize it for the first time by establishing a lithium insertion technology. The insulating protective film may be a film having protective properties such as electric conductivity and oxidation resistance for both electron conduction and ionic conduction, a reduction resistant atmosphere, and water resistance. It was found that the SiO 2 film is defective, whereas the silicon nitride film exhibits good characteristics.

【0026】本発明における薄膜固体二次電池セルは、
正極活物質と負極活物質の組み合わせがLixMn2 4
(1≦x≦2)/V25 ,V25 /Lix25
,LiCoO2 /V25、 LiNiO2 /V25
のいずれかとすることが好ましい。また、固体電解質と
しては、式Li3 PO4-yy で示される窒素を含有す
るリン酸リチウム塩が好ましい。Li3 PO4-yy
用いると、窒素添加により特にイオン伝導性を増加させ
ることができる。
The thin film solid state secondary battery cell of the present invention comprises:
The combination of the positive electrode active material and the negative electrode active material is Li x Mn 2 O 4
(1 ≦ x ≦ 2) / V 2 O 5, V 2 O 5 / Li x V 2 O 5
, LiCoO 2 / V 2 O 5 , LiNiO 2 / V 2 O 5
It is preferable that either of Further, as the solid electrolyte, a nitrogen-containing lithium phosphate salt represented by the formula Li 3 PO 4-y N y is preferable. When Li 3 PO 4-y N y is used, the ionic conductivity can be particularly increased by adding nitrogen.

【0027】全て酸化物および窒化物からなる薄膜固体
リチウムイオン二次電池は空気との相性がよく安定であ
る。V25 /Li3 PO4-yy /Lix25
は、正負極材が同種類であるため製作プロセスが簡略で
あるなどの利点を有する。ただし、水分には弱いが、窒
化珪素系膜は、Liイオンの離脱などから保護する保護
絶縁膜として最適である。
The thin film solid lithium ion secondary battery consisting of all oxides and nitrides has good compatibility with air and is stable. V 2 O 5 / Li 3 PO 4-y N y / Li x V 2 O 5
Has advantages such as a simple manufacturing process because the positive and negative electrode materials are the same. However, although weak against moisture, the silicon nitride-based film is most suitable as a protective insulating film that protects Li ions from being desorbed.

【0028】本発明に用いる薄膜固体二次電池セルは、
(1)素子の構造が固体であることから、固体(電子)
素子などに特有の高い信頼性と長寿命が期待できるこ
と、(2)薄膜であるため積層化が可能で、超小型軽量
化を実現できること、(3)金属リチウムを使用しない
リチウムイオンセルであることから安全性が高いこと、
(4)リチウムが電気化学的に最も卑なる金属であるた
め、高いエネルギー密度をもつこと、(5)二次電池で
あるため、繰り返しの使用が可能で、原理的には同一材
料を長期間使用でき、省資源に寄与できるものである。
The thin film solid state secondary battery cell used in the present invention is
(1) Solid (electron) because the element structure is solid
High reliability and long life peculiar to the element, etc. can be expected, (2) Since it is a thin film, it is possible to stack and realize ultra-compact and lightweight, (3) It is a lithium ion cell that does not use metallic lithium To be highly safe,
(4) Since lithium is the most electrochemically base metal, it has a high energy density. (5) Since it is a secondary battery, it can be used repeatedly, and in principle, the same material can be used for a long time. It can be used and can contribute to resource saving.

【0029】薄膜固体リチウムイオン二次電池と太陽電
池の実効面積は大きく異なり、積層型薄膜リチウムイオ
ン二次電池を実現してはじめて太陽電池複合型リチウム
イオン二次電池の特徴・メリットが発現し、逆に太陽電
池複合型リチウムイオン二次電池を実用的なものとする
には、積層型リチウムイオン二次電池が不可欠というこ
とになる。
The effective areas of the thin film solid lithium ion secondary battery and the solar cell are greatly different, and the features and merits of the solar cell composite lithium ion secondary battery are realized only when the laminated thin film lithium ion secondary battery is realized. On the contrary, the laminated lithium ion secondary battery is indispensable for making the solar cell composite type lithium ion secondary battery practical.

【0030】太陽電池で充電可能な薄膜固体二次電池の
実効面積は、太陽電池充電ユニットの面積のみで決ま
る。すなわち、薄膜固体二次電池を積層することによ
り、すべて太陽電池の面積内でその下層に収まる。
The effective area of the thin film solid secondary battery that can be charged by the solar cell is determined only by the area of the solar cell charging unit. That is, by stacking the thin film solid state secondary batteries, all of them are contained in the lower layer within the area of the solar cell.

【0031】本発明の積層型リチウムイオン二次電池を
太陽電池と複合化したリチウムイオン二次電池は、充電
制御回路の簡略化を図ることができ、初期の大電流高速
充電過程と後段での小電流低速充電過程や充電終了電位
のオートコントロールかつオートストップ機能などに優
れた利点を有する。
The lithium-ion secondary battery in which the laminated lithium-ion secondary battery of the present invention is combined with a solar cell can simplify the charge control circuit, and can be used in the initial high-current high-speed charging process and in the latter stage. It has excellent advantages such as small current low speed charging process, automatic control of charging end potential and automatic stop function.

【0032】[0032]

【発明の実施の形態】図1は、本発明の積層型薄膜固体
リチウムイオン二次電池を2層セルの場合について示す
実施の形態である。図1は、並列結線型を示す。単一の
セル10は、正極活物質1、固体電解質2、負極活物質
3からなる。このセル10は、基板4の表面上に層状に
形成された電極膜5上に積層されている。セル10と
同じ構造のセル20がセル10の上に積層されている。
セル10とセル20との間には、層状に形成されたセル
10とセル20との共通電極膜6が介在している。最上
層のセル20の表面には層状に形成された電極膜7を
有している。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS FIG . 1 is an embodiment showing a laminated thin film solid lithium ion secondary battery of the present invention in the case of a two-layer cell. FIG. 1 shows a parallel connection type. The single cell 10 includes a positive electrode active material 1, a solid electrolyte 2, and a negative electrode active material 3. The cell 10 is laminated on the electrode film A 5 formed in layers on the surface of the substrate 4. A cell 20 having the same structure as the cell 10 is stacked on the cell 10.
Between the cell 10 and the cell 20, which is formed in a layer cell
The common electrode film 6 of 10 and the cell 20 is interposed. The uppermost cell 20 has an electrode film B 7 formed in layers on the surface.

【0033】図1では、基板4の表面上の電極膜5に
正極端子8を、上層のセル20の表面上の電極膜7に
正極端子8を設け、共通電極膜6に負極端子9を設けて
いる。並列型2層セルの場合は、図に示すように、上
層セル20を下層セル10と反転した反転積層型が可能
であり、この場合は、一般の多層セルにおける絶縁層を
必要としないので製作工程が簡略化される。
In FIG. 1, the positive electrode terminal 8 is provided on the electrode film A 5 on the surface of the substrate 4, the positive electrode terminal 8 is provided on the electrode film B 7 on the surface of the upper cell 20, and the negative electrode terminal 9 is provided on the common electrode film 6. Is provided. In the case of the parallel type two-layer cell, as shown in FIG. 1, it is possible to use an inversion stacking type in which the upper layer cell 20 and the lower layer cell 10 are inverted. In this case, an insulating layer in a general multi-layer cell is not necessary. The manufacturing process is simplified.

【0034】電極膜5、共通電極膜6、電極膜7の
材料は、通常電極材料として用いられるMo,Ni,C
r,Al,Cu,Auなどの導電性材料であればよい
が、バナジウム金属Vがより好ましい。これは、正極活
物質および/または負極活物質としてV25を使用す
る場合に、二次電池製作工程においてVとV2 5 膜を
成膜する際に、同一のバナジウム金属ターゲットを用い
てスパッタガスを純粋Arとすれば、V金属膜が成膜さ
れ、また、Ar−O混合ガスとすれば、V25膜が成
膜されるので、二次電池製作工程が簡略化される利点が
あることと、VとV2 5膜との界面特性が物理的・電
気的にも好ましい。
The materials of the electrode film A 5, the common electrode film 6 and the electrode film B 7 are Mo, Ni and C which are usually used as electrode materials.
Any conductive material such as r, Al, Cu, Au may be used, but vanadium metal V is more preferable. This is because when V 2 O 5 is used as the positive electrode active material and / or the negative electrode active material, the same vanadium metal target is used when forming the V and V 2 O 5 films in the secondary battery manufacturing process. When the sputtering gas is pure Ar, a V metal film is formed, and when the Ar—O mixed gas is used, a V 2 O 5 film is formed, so that the manufacturing process of the secondary battery is simplified. And the interface characteristics between the V and V 2 O 5 films are physically and electrically preferable.

【0035】基板は、Si基板、ガラス基板などの硬い
基板から可撓性のある金属薄板、プラスチック薄板、ま
たはポリエチレンフイルム基板など多様で広範囲のもの
を使用できる。
A wide variety of substrates can be used, such as a hard substrate such as a Si substrate or a glass substrate, a flexible metal thin plate, a plastic thin plate, or a polyethylene film substrate.

【0036】図は、本発明の積層型薄膜固体リチウム
イオン二次電池を多層積層化したセルの場合について示
す実施の形態である。図は、共通電極型多層積層セル
(反転積層型並列結線/同直並列結線)を示す。外部結
線により接続するものであり、多層積層のための絶縁層
を用いていない。
FIG. 2 shows an embodiment of a cell in which the laminated thin film solid lithium ion secondary battery of the present invention is laminated in multiple layers. FIG. 2 shows a common electrode type multilayer laminated cell (inverted laminated type parallel connection / same series parallel connection). They are connected by an external connection and do not use an insulating layer for multilayer stacking.

【0037】図の絶縁層型多層積層セルは、図2に示
す多層積層化したセルの製作工程に加えて、各セル間に
層間絶縁層12を設ける工程を付加したもので、最も一
般的な形態であり、外部結線で直列と並列または直並列
(共存)を選択することもできるし、予め、所定の直列
/並列/直並列に結線しておくこともできる。
The insulating layer multilayer laminated cell of Figure 3, shown in Figure 2
In addition to the manufacturing process of the multi-layered cells, the process of providing the interlayer insulating layer 12 between the cells is added, which is the most general form, and is connected in series and parallel or series-parallel with external connection (coexistence). Can be selected, or can be connected in advance in a predetermined series / parallel / serial parallel.

【0038】図で示された外部結線型絶縁層型多層積
層セルを充電時には並列接続して、単一充電器ユニット
の太陽電池で充電し、二次電池動作時には直列または直
並列接続し直して使用することができる。詳しくは後述
する。
The external connection type insulation layer type multi-layer laminated cells shown in FIG. 3 are connected in parallel at the time of charging to be charged by the solar battery of a single charger unit, and reconnected in series or series-parallel at the time of operation of the secondary battery. Can be used. Details will be described later.

【0039】図4は、図1に示す並列型2層積層型薄膜
固体リチウムイオン二次電池のそれぞれの充放電曲線を
示す。単層セルの2倍の電流(電流密度は、いずれも、
2.0[μA/cm2 ]で同じ)で動作することが分か
る。
FIG . 4 shows charge / discharge curves of the parallel type two-layer laminated thin film solid lithium ion secondary battery shown in FIG. Double the current of a single layer cell (current density is
It can be seen that it operates at 2.0 [μA / cm 2 ].

【0040】図は、絶縁保護膜の特性を調べるため
に、基板上に形成した単層の薄膜固体リチウムイオン二
次電池の全体を絶縁性保護膜18で被覆した態様を示
す。基板4の表面上に形成した薄膜固体リチウムイオン
二次電池10を正極5、負極7、端子8、端子9ととも
に全体を絶縁性保護膜18で被覆する。絶縁性保護膜
は、大気や日常生活上触れる各種のガス雰囲気、そして
水分からもセルを守る特性を保持しなければならない。
また同時に、Li+イオンを不可逆的に取り込んで電池
動作の劣化につながることのない特性を有する必要があ
る。
FIG. 5 shows a mode in which the whole single-layer thin film solid lithium ion secondary battery formed on a substrate is covered with an insulating protective film 18 in order to investigate the characteristics of the insulating protective film. The thin-film solid lithium ion secondary battery 10 formed on the surface of the substrate 4 is covered with an insulating protective film 18 together with the positive electrode 5, the negative electrode 7, the terminal 8 and the terminal 9. The insulating protective film must retain the property of protecting the cell from the atmosphere, various gas atmospheres that are touched in daily life, and moisture.
At the same time, it is necessary to have a characteristic that does not lead to deterioration of battery operation by irreversibly taking in Li + ions.

【0041】本発明に用いる薄膜固体二次電池セルの保
護膜としては、特にSi34 やSiN等の窒化ケイ素
系材料が適する。Si34 やSiNなどの窒化珪素膜
の成膜は、他の膜と同様RF交流スパッタ法により行う
ことができる。膜厚は、約500〜1500Å、好まし
くは1000Å程度である。
Silicon nitride materials such as Si 3 N 4 and SiN are particularly suitable for the protective film of the thin film solid secondary battery cell used in the present invention. The silicon nitride film such as Si 3 N 4 or SiN can be formed by the RF AC sputtering method like other films. The film thickness is about 500 to 1500Å, preferably about 1000Å.

【0042】図(a)は、保護膜成膜前の充放電特性
を示す。図(b)は、Si34保護膜成膜後の充放
電特性を示す。図(c)は、SiO2 保護膜成膜後の
充放電特性を示す。成膜前の充放電特性(a)は、
(b)のSi34 保護膜成膜後では、その特性が保持
されているのに対して、(c)のSiO2 膜の成膜後の
場合は、電池容量及び繰り返し特性の両面で特性が大幅
に劣化している。SiO2の場合、Si−LSIで実証
済みのように、電子的には優れた絶縁物であるが、イオ
ンに対しては不十分であることが判明した。
[0042] Figure 6 (a) shows a charge-discharge characteristic before the protective film deposition. 6 (b) shows the charge-discharge characteristics after Si 3 N 4 protective film deposition. Figure 6 (c) shows a charge-discharge characteristics after SiO 2 protective film deposition. The charge / discharge characteristics (a) before film formation are
The characteristics are retained after the formation of the Si 3 N 4 protective film in (b), whereas the characteristics are retained after the formation of the SiO 2 film in (c) in terms of both battery capacity and repetitive characteristics. The characteristics are significantly degraded. In the case of SiO 2 , it has been proved that it is an excellent insulator electronically, but is insufficient for ions, as has been proved by Si-LSI.

【0043】次に、本発明の積層型リチウムイオン二次
電池に用いられる好適な正極活物質について説明する。
正極活物質がLiMn24 電池の場合は、正極活物質
自体が構成原子としてLiイオンを持っており、その一
部分は注入、注出が可能であるが、V25 を正極活物
質とするV25 /Lix2 5 電池の場合は、最初
にLi+ イオンをV25に挿入する(Li化)必要が
ある。負極のV2 5は、Li+ イオンが注入されると
電位が下がり、その結果正極V25 と負極のLix
25 との間で電位差が生じて、以後このLi+ イオン
をやり取りすることにより充放電が行われる。このタイ
プの二次電池をロッキングチェア型という。
Next, a suitable positive electrode active material used in the laminated lithium ion secondary battery of the present invention will be described.
When the positive electrode active material is a LiMn 2 O 4 battery, the positive electrode active material itself has Li ions as constituent atoms, and a part of it can be injected and poured out, but V 2 O 5 is used as the positive electrode active material. In the case of the V 2 O 5 / Li x V 2 O 5 battery to be used, it is necessary to first insert Li + ions into V 2 O 5 (to make Li). 2 O 5 is the negative electrode V, the potential decreases when Li + ions are implanted, the resulting positive electrode V 2 O 5 and a negative electrode Li x V
A potential difference is generated between 2 O 5 and the Li + ions are exchanged thereafter, so that charge and discharge are performed. This type of secondary battery is called a rocking chair type.

【0044】最初にLi+ イオンをV25に挿入する
(Li化)方法としては、(1)ウエット型、(2)ド
ライ型、(3)スパッタ法がある。(3)スパッタ法
は、V2 O5 膜の形成時に2元のスパッタ用ターゲット
からV25 とLi含有酸化物を同時にスパッタする共
スパッタによりLiをドープする。
As a method of first inserting Li + ions into V 2 O 5 (converting to Li), there are (1) wet type, (2) dry type, and (3) sputtering method. (3) In the sputtering method, Li is doped by co-sputtering in which V 2 O 5 and a Li-containing oxide are simultaneously sputtered from a binary sputtering target when the V 2 O 5 film is formed.

【0045】図は、ウエット法を用いてV25にL
+ イオンを挿入する実施形態の電気化学的手法を説明
する部分断面図である。作製途中または完成後のリチウ
ムイオン二次電池セル10を液体電解液(1モルのLi
ClO4 をプロピレンカーボネート溶液に溶かしたも
の)の中で、負極予定のV25 3を正極、Li金属電
極を負極(図示せず)として放電させることによりLi
+ イオンをV25 に挿入する方法である。この場合、
正極予定のV25は開放にしておく。
FIG. 7 shows that L was added to V 2 O 5 using the wet method.
It is a fragmentary sectional view explaining the electrochemical method of the embodiment which inserts i <+> ion. The lithium-ion secondary battery cell 10 during or after fabrication is treated with a liquid electrolyte (1 mol of Li
In a solution obtained by dissolving ClO 4 in a propylene carbonate solution), V 2 O 5 3 to be a negative electrode is used as a positive electrode and a Li metal electrode is used as a negative electrode (not shown) to discharge Li.
This is a method of inserting + ions into V 2 O 5 . in this case,
V 2 O 5, which is the positive electrode, is left open.

【0046】ウエット法には3通りあり、図(a)
は、ダイレクト型を示し、最上層部の負極(V)膜を付
ける前に行う方法であるが、Lix25 −V界面が
一度溶液にさらされるという欠点がある。
[0046] There are three in the wet method, as shown in FIG. 7 (a)
Represents a direct type, is a method carried out before attaching the negative electrode (V) film of the uppermost layer portion has the disadvantage that Li x V 2 O 5 -V interface is exposed once the solution.

【0047】図(b)は、エッジ型を示し、固体電解
質薄膜セル10を完成させた後、一回り小さな負の電極
膜7(例えば、金属V)で覆われていないV25 膜3
の周辺(エッジ部)からLi+ イオンが挿入され、それ
が電極膜7で覆われた背面に横方向拡散で回り込むこと
によってLi挿入を行う方法であり、Lix25
V界面が溶液にさらされない反面、Li+ イオンの横方
向拡散が十分起こり得る小面積セルの場合は有効であ
る。
[0047] FIG. 7 (b) shows an edge type, after completing a solid electrolyte thin film cell 10, small negative electrode film 7 (e.g., a metal V) slightly V 2 O 5 film not covered by Three
Is a method in which Li + ions are inserted from the periphery (edge portion) of the electrode and are circulated to the back surface covered with the electrode film 7 by lateral diffusion, so that Li x V 2 O 5
While the V interface is not exposed to the solution, it is effective in the case of a small area cell in which lateral diffusion of Li + ions can sufficiently occur.

【0048】図7(c)は、メッシュ型を示し、(b)
エッジ型の欠点を解決するもので、負の電極膜7をメッ
シュ状の電極膜とするものである。この方法により大面
積セルでも、十分なLi挿入を実現できる。
FIG. 7C shows a mesh type, and FIG.
This is to solve the defect of the edge type, in which the negative electrode film 7 is a mesh-shaped electrode film. By this method, sufficient Li insertion can be realized even in a large area cell.

【0049】図に示すドライ法は、Siリソグラフィ
ー分野で用いられているイオン打ち込み(イオン・イン
プランテーション)を利用するもので、図(a)のダ
イレクト型またはマスク型は、真空中の打ち込み装置の
中で上層のV25 膜3に直接またはマスクを介してL
+ イオンを注入する。
The drying method shown in Figure 8, utilizes ion implantation is used in Si lithography art (ion implantation), a direct-type or mask-type in FIG. 8 (a), implanted in vacuum In the device, the V 2 O 5 film 3 in the upper layer is directly connected to the V 2 O 5 film 3 or through a mask.
Implant i + ions.

【0050】その際、Li+ イオンの侵入深さが下部の
固体電解質2まで貫通しないで、V25 膜3内に収ま
るように、加速電圧を調整する必要があること、また、
たとえV25 膜3内に収まっても、Li+ イオンのも
つエネルギーが大きすぎるとV25 結晶内で結合を作
って安定化して動けなくなってしまい、電池動作に寄与
できない。そのため、Li+ イオンの打ち込み加速電圧
を低い電圧にする必要がある。一般に、加速電圧が低下
するとイオン電流も低くなってしまい。打ち込み時間が
長くなる傾向がある。
At this time, it is necessary to adjust the accelerating voltage so that the penetration depth of Li + ions does not penetrate into the lower solid electrolyte 2 and falls within the V 2 O 5 film 3.
Even if it is contained in the V 2 O 5 film 3, if the energy of Li + ions is too large, it forms a bond in the V 2 O 5 crystal to stabilize and become immovable, which cannot contribute to the battery operation. Therefore, it is necessary to set the Li + ion implantation acceleration voltage to a low voltage. Generally, when the accelerating voltage decreases, the ion current also decreases. The implantation time tends to be long.

【0051】図(b)のインダイレクト型(バッファ
型)は、負の電極膜7(例えば、金属V)の薄膜を通し
て下層のV25 膜3にLi+ イオンを打ち込むため、
Li+ イオンはV25 膜3内で適当に減速され(バッ
ファ)V25 膜3内に入った時にはエネルギーの低い
可動なLi+ イオンになっており電池動作に好都合であ
る。
In the indirect type (buffer type) of FIG. 8B , Li + ions are implanted into the lower V 2 O 5 film 3 through the thin film of the negative electrode film 7 (for example, metal V).
Li + ions are advantageous to the battery operation are lower movable Li + ion energy when entering the the appropriately decelerated in the V 2 O 5 film 3 (buffer) V 2 O 5 film 3.

【0052】図は、ウエット法によるLiイオン挿入
時の負極および正極電位の変化をモニターした結果を示
している。負極予定V25 の電位が約3Vから0電位
に変化し、一方正極予定V25 の電位は約3Vで変わ
らないことが確認された。
FIG. 9 shows the results of monitoring changes in the negative electrode and positive electrode potentials when Li ions were inserted by the wet method. It was confirmed that the potential of V 2 O 5 expected to be the negative electrode was changed from about 3V to 0 potential, while the potential of V 2 O 5 expected to be the positive electrode was not changed at about 3V.

【0053】図10は、ウエット法を用いてV25
Liイオンを挿入して作製した本発明の薄膜固体リチウ
ムイオン二次電池の充放電特性を示すものであり、良好
な充放電特性が得られることが分かる。
FIG. 10 shows the charge / discharge characteristics of the thin film solid lithium ion secondary battery of the present invention produced by inserting Li ions into V 2 O 5 by the wet method. Good charge / discharge characteristics are shown in FIG. It turns out that

【0054】図11は、本発明の太陽電池複合型薄膜固
体リチウムイオン二次電池の3つのタイプを示す。図
(a)は、二次電池−オン−太陽電池型であり、透明
基板14の表面上に形成されたSi太陽電池15に絶縁
層16を介して薄膜固体二次電池セル10が積層され、
窒化珪素膜11で絶縁保護被覆されてなるものである。
11(b)は、太陽電池−オン−二次電池型であり、
基板4の表面上に形成された薄膜固体二次電池セル10
に絶縁層16を介してSi太陽電池15が積層され、透
明保護膜17で被覆されてなるものである。
FIG. 11 shows three types of the solar cell composite type thin film solid lithium ion secondary battery of the present invention. Figure 1
1 (a) is a secondary battery-on-solar battery type, in which a thin film solid secondary battery cell 10 is laminated on a Si solar battery 15 formed on the surface of a transparent substrate 14 via an insulating layer 16.
The silicon nitride film 11 is insulation-coated.
FIG. 11 (b), solar cells - a secondary battery type, - one
Thin film solid secondary battery cell 10 formed on the surface of substrate 4
The Si solar cell 15 is laminated on the insulating layer 16 and covered with the transparent protective film 17.

【0055】図11(c)は、コプラナ型または分離独
立型を一つの図で示しているものであり、薄膜固体二次
電池セル10とSi太陽電池15が一つの基板、または
分離した基板4または透明基板14上に別々に形成され
てなり、薄膜固体二次電池セル10は窒化珪素膜11で
絶縁保護被覆されてなり、Si太陽電池15は、基板
4、14が透明か不透明かに応じて窒化珪素膜11また
は透明保護膜17で被覆されてなるものである。
FIG. 11 (c) shows a coplanar type or a separate independent type in one diagram, in which the thin film solid state secondary battery cell 10 and the Si solar cell 15 are one substrate or a separated substrate 4. Alternatively, the thin-film solid state secondary battery cells 10 are separately formed on the transparent substrate 14, and are covered with the silicon nitride film 11 for insulation protection. The Si solar cell 15 is made according to whether the substrates 4 and 14 are transparent or opaque. And is covered with the silicon nitride film 11 or the transparent protective film 17.

【0056】図11(a)、(b)、(c)において
は、薄膜固体二次電池セルとして単位セル10のみを図
示しているが、薄膜固体二次電池セルを多層積層セルと
することによって太陽電池セルと薄膜固体二次電池セル
の両者の実効セル面積を小さくすることができる。この
場合は、単位セル10に代えて、図で示す共通電極型
多層積層セル(反転積層型並列結線/同直並列結線)、
および図で示す絶縁層型多層積層セル(直列/並列/
直並列結線)のいずれかの積層型薄膜固体二次電池セル
を用いる。
11 (a), (b), and (c), only the unit cell 10 is shown as a thin film solid state secondary battery cell, but the thin film solid state secondary battery cell should be a multi-layer laminated cell. Thus, the effective cell areas of both the solar battery cell and the thin film solid secondary battery cell can be reduced. In this case, instead of the unit cell 10, the common electrode multilayer stack cell (inverted stacked parallel connection / the series-parallel connection) shown in FIG. 2,
And the insulating layer type multi-layer laminated cell shown in FIG. 3 (series / parallel /
One of the stacked thin film solid state secondary battery cells (serial / parallel connection) is used.

【0057】Si太陽電池の起電力は、市販のユニット
セル(単一セル)で約0.65Vであり、また光電流
は、通常の天井灯(蛍光灯)で約70μA/cm2 、手
元蛍光灯スタンドで約100μA/cm2 である。戸外
の太陽光の下ではもっと強度もスペクトル的にも有効で
光電流も大きい。
The electromotive force of a Si solar cell is about 0.65 V in a commercially available unit cell (single cell), and the photocurrent is about 70 μA / cm 2 in a normal ceiling lamp (fluorescent lamp). It is about 100 μA / cm 2 at the lamp stand. Under outdoor sunlight, it is more effective in terms of intensity and spectrum, and has a large photocurrent.

【0058】固体電解質薄膜リチウムイオン二次電池を
太陽電池で充電するには、2V充電ならば3個、4V充
電ならば6個の太陽電池セルを直列にしたもの(以下
「太陽電池充電器ユニット」という)を用いる必要があ
る。太陽電池の場合は、たとえ、直列接続でも個々の単
一セルは平面に敷き広げて並べる必要がある。なぜな
ら、どのセルも光を必要とするからである。すなわち、
1枚の薄膜固体二次電池セルを充電するのに、複数枚の
太陽電池セルを必要とする。
To charge a solid electrolyte thin film lithium ion secondary battery with a solar cell, three solar cells are connected in series for 2V charging and six for 4V charging (hereinafter referred to as "solar battery charger unit"). ")) Must be used. In the case of solar cells, even if they are connected in series, individual single cells need to be laid out in a plane and arranged. This is because every cell needs light. That is,
It takes a plurality of solar cells to charge one thin film solid state secondary battery cell.

【0059】図12および図13は、それぞれLiMn
24/Li3 PO4-yy /V25固体電解質電池(実
効面積100mm2)を6個の直列セルからなる太陽電
池充電器ユニットで充電したときの太陽電池の有効面積
をパラメーターとした充電特性および放電特性を示すグ
ラフである。図において、太陽電池単一セル面積および
太陽電池充電器ユニットの有効面積は、それぞれ、
(1)は100mm2 、600mm2 、(2)は50m
2 、300mm2 、(3)は17mm2 ,100mm
2 である。
12 and 13 show LiMn.
2 O 4 / Li 3 PO 4-y N y / V 2 O 5 solid electrolyte battery (effective area 100 mm 2 ) is the effective area of the solar cell when it is charged by the solar battery charger unit consisting of 6 series cells. 6 is a graph showing charge characteristics and discharge characteristics as parameters. In the figure, the solar cell single cell area and the solar cell charger unit effective area are
(1) is 100 mm 2 , 600 mm 2 , (2) is 50 m
m 2 , 300 mm 2 , (3) is 17 mm 2 , 100 mm
Is 2 .

【0060】図12(a)は、充電時間と充電電流の関
係を示すグラフ、図12(b)は、充電時間と端子電圧
の関係を示すグラフである。充電終了時間は、図12
(a)の充電電流×充電時間の積分面積、すなわち充電
量が一定になるように決められた。また、図13(a)
のように、放電電流を5μA/cm2に一定としたとき
の放電時間と端子電圧の関係を図13(b)に示す。端
子電圧が1.2Vに到達した時点を放電終了とした。
Figure12(A) shows the relationship between charging time and charging current.
Graph showing the engagement,12(B) is charging time and terminal voltage
It is a graph which shows the relationship of. The charging end time is12
(A) charging current x charging time integrated area, that is, charging
It was decided that the amount would be constant. Also, the figureThirteen(A)
Discharge current of 5μA / cm2When fixed to
Figure shows the relationship between the discharge time and the terminal voltageThirteenIt shows in (b). end
The discharge was terminated when the child voltage reached 1.2V.

【0061】図12(a)(充電電流)の場合、室内灯
のもとで太陽電池セルの面積を100→50→17mm
2と減少させたとき、実施例では、全充電量(充電電流
の積分値)を一定にそろえてあるので充電時間の増加を
示している。この例では、(3)の場合、すなわち太陽
電池充電ユニットの面積と二次電池の面積は同程度であ
るが、約40分の充電時間を要する。しかし、(1)、
(2)、(3)のいずれの場合でも、当然ながら、図
にみられるように、終了電圧を1.2Vにしたとき、
5μA/cm2の放電電流で約30分(0.5hr)の
放電時間が得られ、これはこの二次電池が2.5μA/
cm2の放電容量(または電池容量)を持っていること
を示している。
In the case of FIG. 12 (a) (charging current), the area of the solar cell is 100 → 50 → 17 mm under the room light.
When the value is decreased to 2 , in the embodiment, the total charging amount (the integrated value of the charging current) is kept constant, so that the charging time is increased. In this example, in the case of (3), that is, the area of the solar cell charging unit and the area of the secondary battery are about the same, but a charging time of about 40 minutes is required. However, (1),
(2), in any case of (3), of course, Figure 1
As seen in 3 , when the end voltage is 1.2V,
With a discharge current of 5 μA / cm 2 , a discharge time of about 30 minutes (0.5 hr) was obtained, which is 2.5 μA / cm 2 for this secondary battery.
It shows that it has a discharge capacity (or battery capacity) of cm 2 .

【0062】したがって、例えば、同一面積の二次電池
セルを10枚並列に積層したとき、充電時間は10倍の
約400分(6.7hr)かかるが、太陽電池充電ユニ
ットと同じ面積(〜100mm2)で10倍の電池容量
(この例では 25μAh)の二次電池パックを充電でき
ることを示す。もちろん、照射強度を増せば、より短時
間の高速充電が可能である。このように、充電量を一定
にしたとき(図12(a))、(1)、(2)および
(3)のいずれの場合も、約30分のほぼ等しい放電時
間を与え、予想された良好な再現性を示した。
Therefore, for example, when 10 rechargeable battery cells having the same area are stacked in parallel, the charging time is ten times as long as about 400 minutes (6.7 hours), but the same area as the solar battery charging unit (up to 100 mm). 2 ) shows that a secondary battery pack having 10 times the battery capacity (25 μAh in this example) can be charged. Of course, if the irradiation intensity is increased, high speed charging can be performed in a shorter time. As described above, when the charge amount was kept constant (FIG. 12 (a)), in each of the cases (1), (2) and (3), the discharge time was about 30 minutes, which was expected. It showed good reproducibility.

【0063】照射(充電)条件が(1)の場合、太陽電
池の単一セルは固体リチウムイオン二次電池セルのほぼ
同面積であるが、充電器ユニットとしては6個直列であ
るから、600mm2 であり、固体リチウムイオン二次
電池セルの約6倍の実効面積を必要とする。
When the irradiation (charging) condition is (1), the single cell of the solar cell has almost the same area as the solid lithium-ion secondary battery cell, but since there are 6 charger units in series, 600 mm 2 , which requires an effective area of about 6 times that of a solid lithium ion secondary battery cell.

【0064】一方、条件が(3)の場合は、太陽電池の
単一セルは固体リチウムイオン二次電池セルの1/6で
あるが、充電器ユニットとしての占有面積が固体リチウ
ムイオン二次電池セルのそれと同程度になる。即ち、お
およそ、固体リチウムイオン二次電池セルと充電用太陽
電池(充電器ユニット)の面積が等しいのが現状であ
る。さらなる固体電解質電池の特性改善は期待できる
が、太陽電池の特性改善は飽和している。
On the other hand, in the case of the condition (3), the single cell of the solar battery is 1/6 of the solid lithium ion secondary battery cell, but the occupied area as the charger unit is the solid lithium ion secondary battery. It will be similar to that of the cell. That is, at present, the areas of the solid lithium ion secondary battery cell and the charging solar battery (charger unit) are approximately the same. Although further improvement of the characteristics of the solid electrolyte battery can be expected, the improvement of the characteristics of the solar cell is saturated.

【0065】以上の実施例で明らかになったように、条
件(3)の場合でも約40分の比較的高速な充電が可能
であった。充電時間を延長するなり、あるいは、照射光
強度を増加すれば、一個の充電器ユニットで複数個の固
体リチウムイオン二次電池セルを一度に充電することが
可能であり、このとき複数個の固体リチウムイオン二次
電池セルを並列積層すれば、固体リチウムイオン二次電
池セルの実効面積を増すことなく、電池容量を積層枚数
分増加させることができる。すなわち、積層化してはじ
めて太陽電池との複合化による太陽電池による充電のメ
リットが得られる。
As has been made clear in the above embodiment, it was possible to charge the battery at a relatively high speed for about 40 minutes even under the condition (3). If the charging time is extended or the irradiation light intensity is increased, it is possible to charge a plurality of solid-state lithium-ion secondary battery cells at one time with one charger unit. By stacking the lithium-ion secondary battery cells in parallel, the battery capacity can be increased by the number of stacked batteries without increasing the effective area of the solid lithium-ion secondary battery cells. That is, it is possible to obtain the merit of charging by the solar cell by forming a composite with the solar cell only after stacking.

【0066】図14は、太陽電池複合型固体リチウムイ
オン二次電池の回路構成例を示す。本発明の太陽電池複
合型固体リチウムイオン二次電池30の回路は、ダイオ
ードDと抵抗R(必要ならばスイッチの挿入可)の極め
てシンプルな構成でよい。図14は、ダイオードDと抵
抗Rは、個別素子(ディスクリート素子)の外付けの例
を示しているが、ダイオードと抵抗を薄膜で作製した全
薄膜型太陽電池複合型固体リチウムイオン二次電池とす
ることもできる。
FIG. 14 shows a circuit configuration example of a solar cell composite type solid lithium ion secondary battery. The circuit of the solar cell composite type solid lithium ion secondary battery 30 of the present invention may have an extremely simple configuration of a diode D and a resistor R (a switch can be inserted if necessary). FIG. 14 shows an example in which the diode D and the resistor R are externally attached to individual elements (discrete elements). However, an all-thin film solar cell composite solid lithium ion secondary battery in which the diode and the resistor are made of thin films is used. You can also do it.

【0067】図15(a)は、太陽電池複合型固体リチ
ウムイオン二次電池の充放電電圧を示し、図15(b)
は、充放電電流を示す。測定は、屋内の天井の蛍光灯の
照明のもとで行い、放電特性は市販のディジタルストッ
プウオッチを負荷に使用した。二次電池の端子電圧の低
下に伴って、負荷電流が減少している。
[0067] Figure 15 (a) shows the charge and discharge voltage of the solar cell composite solid-state lithium-ion secondary battery, and FIG. 15 (b)
Indicates the charge / discharge current. The measurement was performed under the lighting of a fluorescent lamp on the indoor ceiling, and the discharge characteristics used a commercially available digital stopwatch as a load. The load current decreases as the terminal voltage of the secondary battery decreases.

【0068】図16は、図15(a)に示す1充電サイ
クルを拡大したもので、この例では、充電電流が最初は
約12μAで、その後は急激に減少し、最終的には、約
1μAに落ち着く。それに伴って、二次電池の充電端子
電圧も最初は急速に上昇し、その後2.5V付近からは
緩やかに増加している。二次電池の代わりに抵抗負荷を
用いれば、当然ながら一定の照射強度のもとでは一定の
光電流が流れ、抵抗の両端の電圧も一定となる。すなわ
ち、薄膜リチウムイオン二次電池とSi太陽電池を組み
合わせた結果、その充電曲線が極めて理想的なカーブを
描くことが新たに判明した。
FIG. 16 is an enlarged view of one charging cycle shown in FIG. 15 (a). In this example, the charging current is about 12 μA at the beginning and then drastically decreases, and finally about 1 μA. Calm down. Along with this, the charging terminal voltage of the secondary battery also rises rapidly at first and then gradually increases from around 2.5V. If a resistance load is used instead of the secondary battery, a constant photocurrent flows under a constant irradiation intensity, and the voltage across the resistance also becomes constant. That is, as a result of combining the thin film lithium-ion secondary battery and the Si solar cell, it was newly found that the charging curve thereof draws an extremely ideal curve.

【0069】図17は、太陽電池複合型固体リチウムイ
オン二次電池の充電特性の光強度依存性を示すもので、
室内蛍光による光強度を減光フイルター(%表示)を通
してSi太陽電池に照射したものである。本実施形態の
場合は、光強度が50〜15%の範囲で変化しても、平
衡充電端子電圧が3.1〜3.4Vの範囲に収まってい
る。
FIG. 17 shows the light intensity dependence of the charging characteristics of the solar cell composite type solid lithium ion secondary battery.
The Si solar cell was irradiated with light intensity due to room fluorescence through a dimming filter (shown in%). In the case of the present embodiment, even if the light intensity changes in the range of 50 to 15%, the balanced charging terminal voltage is within the range of 3.1 to 3.4V.

【0070】このデータは、予め、Si太陽電池の出力
電圧を、リチウムイオン二次電池の充電終了電圧(満充
電)に設計して製作しておけば、満充電をチェックする
必要なく自動的に終了(セルフストップ機能)すること
を意味している。
This data is obtained by designing the output voltage of the Si solar cell to the charging end voltage (full charge) of the lithium ion secondary battery in advance and automatically producing it without the need to check full charge. It means to end (self-stop function).

【0071】現在市販のリチウムイオン二次電池の充電
に際しては、電解質に液体や高分子を用いているため、
過充電による分解や圧力上昇などの異常防止対策が必要
であり、そのために、最初は、低電圧による高速充電、
後半(満充電に近付いたら)は、低電流による低速充電
で過充電をオーバーしないように特別な充電制御電子回
路を用いている。
At the time of charging a commercially available lithium-ion secondary battery, since a liquid or polymer is used as the electrolyte,
It is necessary to take measures to prevent abnormalities such as disassembly and pressure rise due to overcharging.
The second half (on approaching full charge) uses special charge control electronics to prevent overcharging due to slow charging due to low current.

【0072】以上、図16、図17に示す2つのデータ
から、本発明の複合型リチウムイオン二次電池の充電に
際しては、定電圧・定電流充電回路およびその切り替え
や満充電チェック機能を必要としない極めてシンプルな
充電回路でよいことが分かる。暗時の二次電池から太陽
電池への逆方向電流を阻止するためのダイオードと異常
に高い光電流(高照射時)と、負荷短絡による大電流が
二次電池に流れるのを抑制するための抵抗のみがあれば
よい。
As described above, from the two data shown in FIGS. 16 and 17 , constant voltage / constant current charging circuit and its switching and full charge check function are required for charging the composite type lithium ion secondary battery of the present invention. It turns out that an extremely simple charging circuit does not suffice. A diode to block the reverse current from the secondary battery to the solar cell in the dark and an abnormally high photocurrent (during high irradiation), and to prevent a large current from flowing into the secondary battery due to a load short circuit. All you need is resistance.

【0073】[0073]

【発明の効果】本発明の積層型固体電解質薄膜リチウム
イオン二次電池は、直列または並列接続で素子を積層化
しているので、大電圧または大電流電源として電気自動
車など、大電力機器への応用が可能である。また、積層
型固体電解質薄膜リチウムイオン二次電池と太陽電池と
を複合化した全固体電解質薄膜ソーラー二次電池として
は、商用電源からのエネルギー供給(充電)を必要とし
ないため、ゼロエネルギー電源かつメンテナンス(充電
など)フリーの半永久電源の性格をもつこと、充電制御
用電子回路が極めてシンプルであること、などの優れた
特性を有する。
INDUSTRIAL APPLICABILITY Since the laminated solid electrolyte thin film lithium ion secondary battery of the present invention has elements laminated in series or in parallel, it can be used as a large voltage or large current power source in large power equipment such as electric vehicles. Is possible. Further, as an all-solid-state electrolyte thin-film solar secondary battery in which a laminated solid electrolyte thin-film lithium-ion secondary battery and a solar cell are combined, energy supply (charging) from a commercial power source is not required, so It has excellent characteristics such as maintenance-free semi-permanent power source characteristics and extremely simple charge control electronic circuit.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】図1は、本発明の積層型薄膜固体リチウムイオ
ン二次電池の一実施形態である並列型2層積層セルの部
分断面図である。
FIG. 1 is a partial cross-sectional view of a parallel- type two-layer laminated cell which is an embodiment of the laminated thin-film solid lithium ion secondary battery of the present invention.

【図2】図2は、本発明の積層型薄膜固体リチウムイオ
ン二次電池の一実施形態である多層積層セルの共通電極
の部分断面図である。
FIG. 2 is a common electrode of a multilayer laminated cell which is an embodiment of a laminated thin film solid lithium ion secondary battery of the present invention.
It is a fragmentary sectional view of a type | mold .

【図3】図3は、本発明の積層型薄膜固体リチウムイオ
ン二次電池の一実施形態である多層積層セルの絶縁層型
の部分断面図である。
FIG. 3 is a partial cross-sectional view of an insulating layer type of a multilayer laminated cell which is an embodiment of the laminated thin film solid lithium ion secondary battery of the present invention.

【図4】図4は、図1に示す並列型2層積層型薄膜固体
リチウムイオン二次電池の充放電曲線を示すグラフであ
る。
FIG. 4 is a graph showing a charge / discharge curve of the parallel type two-layer laminated thin film solid lithium ion secondary battery shown in FIG. 1.

【図5】図は、絶縁性保護膜を被覆した薄膜固体リチ
ウムイオン二次電池の実施形態を示す部分断面図であ
る。
FIG. 5 is a partial cross-sectional view showing an embodiment of a thin-film solid lithium ion secondary battery coated with an insulating protective film.

【図6】図は、薄膜固体リチウムイオン二次電池につ
いて、保護膜成膜前の充放電特性(a)、Si34保護
膜成膜後の充放電特性(b)、SiO2保護膜成膜後の
充放電特性(c)を示すグラフである。
FIG. 6 shows a thin-film solid lithium-ion secondary battery with charge / discharge characteristics (a) before forming a protective film, charge / discharge characteristics (b) after forming a Si 3 N 4 protective film, and SiO 2 protection. It is a graph which shows the charging / discharging characteristic (c) after film-forming.

【図7】図は、ウエット法を用いてV25にLi+
オンを挿入する実施形態の電気化学的手法を説明する部
分断面図である。
FIG. 7 is a partial cross-sectional view illustrating an electrochemical method of an embodiment in which Li + ions are inserted into V 2 O 5 by using a wet method.

【図8】図は、ドライ法を用いてV25にLiイオン
を挿入する実施形態のダイレクト型またはマスク型
(a)とインダイレクト(バッファ)型(b)を説明す
る部分断面図である。
FIG. 8 is a partial cross-sectional view illustrating a direct type or a mask type (a) and an indirect (buffer) type (b) of an embodiment in which Li ions are inserted into V 2 O 5 by using a dry method. Is.

【図9】図は、ウエット法を用いてV25にLiイオ
ン挿入するときの負極および正極電位の変化を示すグラ
フである。
FIG. 9 is a graph showing changes in the negative electrode and positive electrode potentials when Li ions are inserted into V 2 O 5 using the wet method.

【図10】図10は、ウエット法を用いてV25にLi
イオンを挿入して作製した本発明の薄膜固体リチウムイ
オン二次電池の充放電特性を示すグラフである。
FIG. 10 is, Li a V 2 O 5 using a wet method
It is a graph which shows the charging / discharging characteristic of the thin film solid lithium ion secondary battery of this invention produced by inserting ions.

【図11】図11は、本発明の太陽電池複合型薄膜固体
リチウムイオン二次電池の一実施形態を示し、基板に形
成されたSi太陽電池に薄膜固体二次電池セルを積層し
たもの(a)、基板上に形成された薄膜固体二次電池セ
ルにSi太陽電池を積層したもの(b)、基板上にSi
太陽電池と薄膜固体二次電池セルを別々に形成したコプ
ラナ型または分離独立型(c)を示す部分断面図であ
る。
FIG. 11 shows an embodiment of a solar cell composite-type thin film solid lithium ion secondary battery of the present invention, in which a thin film solid secondary battery cell is laminated on a Si solar battery formed on a substrate (a). ), A thin-film solid secondary battery cell formed on a substrate and a Si solar cell laminated on the substrate (b), Si on the substrate
It is a partial cross-sectional view showing a coplanar type or a separate independent type (c) in which a solar cell and a thin film solid state secondary battery cell are separately formed.

【図12】図12は、LiMn24/Li3PO4-yy
/V25固体電解質電池を6個の太陽電池セルからなる
直列太陽電池充電器ユニットで充電したときの太陽電池
の有効面積をパラメーターとした充電特性を示すもので
あり、図12(a)は、充電時間と充電電流の関係を示
すグラフ、図12(b)は、充電時間と端子電圧の関係
を示すグラフである。
FIG. 12 shows LiMn 2 O 4 / Li 3 PO 4-y N y.
/ V 2 O 5 and shows the charging characteristics and parameters of the effective area of the solar cell when the charge solid electrolyte batteries in series solar battery charger unit of six solar cells, FIG. 12 (a) is a graph showing the relationship between charging time and the charging current, Fig. 12 (b) is a graph showing the relationship between the charge time and the terminal voltage.

【図13】図13は、LiMn24/Li3PO4-yy
/V25固体電解質電池を6個の太陽電池セルからなる
直列太陽電池充電器ユニットで充電したときの太陽電池
の有効面積をパラメーターとした放電特性を示すもので
あり、図13(a)は、放電時間と充電電流の関係を示
すグラフ、図13(b)は、放電時間と端子電圧の関係
を示すグラフである。
FIG. 13 shows LiMn 2 O 4 / Li 3 PO 4-y N y.
/ V 2 O 5 and shows the discharge characteristics of the effective area of the solar cell as a parameter of the solid electrolyte batteries in series solar battery charger unit of six solar cells when charging, Fig. 13 (a) is a graph showing the relationship between the discharge time and the charging current, Fig. 13 (b) is a graph showing the relationship between the discharge time and the terminal voltage.

【図14】図14は、本発明の太陽電池複合型固体リチ
ウムイオン二次電池の制御回路を示す回路図である。
FIG. 14 is a circuit diagram showing a control circuit of the solar cell composite type solid lithium ion secondary battery of the present invention.

【図15】図15は、本発明の太陽電池複合型固体リチ
ウムイオン二次電池の充放電電圧(a)と充放電電流
(b)を示すグラフである。
FIG. 15 is a graph showing charge / discharge voltage (a) and charge / discharge current (b) of the solar cell composite type solid lithium ion secondary battery of the present invention.

【図16】図16は、図15(a)に示す充放電電圧の
1充電サイクルを拡大したグラフである。
16 is an enlarged graph of one charging cycle of the charging / discharging voltage shown in FIG. 15 (a).

【図17】図17は、本発明の太陽電池複合型固体リチ
ウムイオン二次電池の充電特性の光強度依存性を示すグ
ラフである。
FIG. 17 is a graph showing the light intensity dependence of the charging characteristics of the solar cell composite type solid lithium ion secondary battery of the present invention.

【符号の説明】1 正極活物質 2 固体電解質 3 負極活物質 4、14 基板 5 電極膜A 6 共通電極膜 7 電極膜B 8 端子 9 端子 10、20 薄膜固体リチウムイオン二次電池セル 11 窒化珪素膜 12 層間絶縁層 15 Si太陽電池 16 絶縁層 17 透明保護膜 [Description of Reference Signs ] 1 positive electrode active material 2 solid electrolyte 3 negative electrode active material 4, 14 substrate 5 electrode film A 6 common electrode film 7 electrode film B 8 terminal 9 terminal 10, 20 thin film solid lithium ion secondary battery cell 11 silicon nitride Film 12 Interlayer insulating layer 15 Si solar cell 16 Insulating layer 17 Transparent protective film

フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI H01M 4/02 H01M 4/02 C D 4/48 4/48 4/58 4/58 (56)参考文献 特開 平11−260417(JP,A) 特開 平11−111301(JP,A) 特開 平10−208752(JP,A) 特開 平9−102302(JP,A) 特開 平11−260406(JP,A) 特開 昭58−126678(JP,A) 特開 昭60−72169(JP,A) 特開 平8−241707(JP,A) 特開 平7−122298(JP,A) 特開 平3−155051(JP,A) 特開 平7−312208(JP,A) 特開2002−8726(JP,A) 特開 平1−169973(JP,A) 特開 平1−209673(JP,A) 特開 昭58−216476(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01M 10/36 - 10/40 H01M 2/02 - 2/08 H01M 2/20 - 2/34 H01M 4/02 - 4/04 H01M 4/38 - 4/62 Continuation of front page (51) Int.Cl. 7 Identification code FI H01M 4/02 H01M 4/02 CD 4/48 4/48 4/58 4/58 (56) Reference JP-A-11-260417 (JP , A) JP-A-11-111301 (JP, A) JP-A-10-208752 (JP, A) JP-A-9-102302 (JP, A) JP-A-11-260406 (JP, A) JP-A 58-126678 (JP, A) JP 60-72169 (JP, A) JP 8-241707 (JP, A) JP 7-122298 (JP, A) JP 3-155051 (JP, A) A) JP 7-312208 (JP, A) JP 2002-8726 (JP, A) JP 1-169973 (JP, A) JP 1-209673 (JP, A) JP 58- 216476 (JP, A) (58) Fields investigated (Int.Cl. 7 , DB name) H01M 10/36-10/40 H01M 2/02-2/08 H01M 2/20-2/34 H01M 4/02 -4/04 H01M 4/38-4/62

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 薄膜固体リチウムイオン二次電池セル
を2層以上積層した二次電池において、正極活物質と負
極活物質の組み合わせが、Li x Mn 2 4 (1≦x≦
2)/V 2 5 ,V 2 5 /Li x 2 5 (0≦x≦
4),LiCoO 2 /V 2 5 、 LiNiO 2 /V 2
5 のいずれかであり、固体電解質が、式Li 3 PO 4-y
y (ただし、0<y<0.5)で示される窒素を含有
するリン酸リチウム塩であり、少なくとも一つの電極膜
の材料はバナジウム金属であり、上層セルを下層セルと
反転した反転積層型に積層し、単一の導電性層を、隣接
する上層セルと下層セルとの共通電極膜として正負いず
れか一方の極性となるように該上層セルと下層セルとの
間に介在させ、該共通電極膜に端子を設けたことを特徴
とする積層型薄膜固体リチウムイオン二次電池。
1. A secondary battery comprising two or more layers of thin-film all- solid-state lithium-ion secondary battery cells laminated in a positive electrode active material and a negative electrode active material.
The combination of the polar active materials is Li x Mn 2 O 4 (1 ≦ x ≦
2) / V 2 O 5 , V 2 O 5 / Li x V 2 O 5 (0 ≦ x ≦
4), LiCoO 2 / V 2 O 5 , LiNiO 2 / V 2 O
5 and the solid electrolyte has the formula Li 3 PO 4-y
Containing nitrogen represented by N y (where 0 <y <0.5)
At least one electrode film of lithium phosphate
The material of is a vanadium metal, and the upper layer cell is laminated in an inverted layered type in which the lower layer cell is inverted, and a single conductive layer is used as a common electrode film of the adjacent upper layer cell and lower layer cell. The thin film all- solid-state lithium-ion secondary battery of the laminated type characterized in that a terminal is provided on the common electrode film by interposing it between the upper layer cell and the lower layer cell.
【請求項2】 請求項1記載の二次電池において、最下
層の薄膜固体リチウムイオン二次電池セルは基板表面に
形成された電極膜A上に形成され、最上層の薄膜固体リ
チウムイオン二次電池セルは表面に形成された電極膜B
を有し、共通電極膜と反対の極性を有する電極膜Aに設
けた端子と電極膜Bに設けた端子とを結線し、並列結線
型積層電池としたことを特徴とする積層型薄膜固体リ
チウムイオン二次電池。
2. The secondary battery according to claim 1, wherein the lowermost thin film solid lithium ion secondary battery cell is formed on the electrode film A formed on the surface of the substrate, and the uppermost thin film solid lithium ion secondary battery is formed. The battery cell has an electrode film B formed on the surface.
The a, common electrode film and then connecting the terminals arranged on the terminal electrode films B formed in the electrode film A of opposite polarity, the stacked thin film all solid, characterized in that a parallel connection type laminated battery Lithium-ion secondary battery.
【請求項3】 請求項1記載の二次電池において、複数
の共通電極膜が交互に異なる極性となるようにセルが積
層されており、最下層の薄膜固体リチウムイオン二次電
池セルは基板表面に形成された電極膜A上に形成され、
最上層の薄膜固体リチウムイオン二次電池セルは表面に
形成された電極膜Bを有し、共通電極膜と反対の極性を
有する電極膜Aに設けた端子と電極膜Bに設けた端子と
を結線し、直列、並列、または直並列結線型積層電池と
したことを特徴とする積層型薄膜固体リチウムイオン
二次電池。
3. The secondary battery according to claim 1, wherein the cells are stacked so that a plurality of common electrode films have different polarities alternately, and the thin film solid lithium ion secondary battery cell at the bottom layer is a substrate surface. Formed on the electrode film A formed on
The thin-film solid lithium ion secondary battery cell of the uppermost layer has an electrode film B formed on the surface, and has a terminal provided on the electrode film A having a polarity opposite to that of the common electrode film and a terminal provided on the electrode film B. A laminated thin-film all- solid-state lithium-ion secondary battery, which is a connected, series, parallel, or series-parallel connected type laminated battery.
【請求項4】 上層セルと下層セルの共通電極膜となる
それぞれの電極膜の間に絶縁膜を各セル間の層間絶縁層
として介在させて積層されていることを特徴とする請求
項2または3記載の積層型薄膜固体リチウムイオン二
次電池。
4. An insulating film is interposed as an inter-layer insulating layer between the respective cells, which is a common electrode film of the upper cell and the lower cell, and is laminated. 3. The laminated thin-film all- solid-state lithium-ion secondary battery described in 3.
【請求項5】 薄膜固体リチウムイオン二次電池セル層
の大気に露出する表面が窒化珪素系膜で絶縁被覆されて
いることを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載
の積層型薄膜固体リチウムイオン二次電池。
5. The laminated thin film according to claim 1, wherein the surface of the thin film solid lithium-ion secondary battery cell layer exposed to the atmosphere is insulation-coated with a silicon nitride based film. All- solid-state lithium-ion secondary battery.
【請求項6】 Liイオンをウエット法またはドライ法
によってV25 に挿入したLix25 (0≦x≦
4)を負極活物質として使用することを特徴とする請求
項1乃至5のいずれかに記載の薄膜固体リチウムイオ
ン二次電池。
6. Li x V 2 O 5 (0 ≦ x ≦ where Li ions are inserted into V 2 O 5 by a wet method or a dry method.
4. The thin film all- solid-state lithium ion secondary battery according to claim 1, wherein 4) is used as a negative electrode active material.
JP2000229342A 2000-07-28 2000-07-28 Thin-film solid lithium ion secondary battery Expired - Fee Related JP3531866B2 (en)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2000229342A JP3531866B2 (en) 2000-07-28 2000-07-28 Thin-film solid lithium ion secondary battery
JP2003071320A JP4437890B2 (en) 2000-07-28 2003-03-17 Solar cell composite thin film solid lithium ion secondary battery

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2000229342A JP3531866B2 (en) 2000-07-28 2000-07-28 Thin-film solid lithium ion secondary battery
JP2003071320A JP4437890B2 (en) 2000-07-28 2003-03-17 Solar cell composite thin film solid lithium ion secondary battery

Related Child Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2003071320A Division JP4437890B2 (en) 2000-07-28 2003-03-17 Solar cell composite thin film solid lithium ion secondary battery

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2002042863A JP2002042863A (en) 2002-02-08
JP3531866B2 true JP3531866B2 (en) 2004-05-31

Family

ID=59579322

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2000229342A Expired - Fee Related JP3531866B2 (en) 2000-07-28 2000-07-28 Thin-film solid lithium ion secondary battery
JP2003071320A Expired - Fee Related JP4437890B2 (en) 2000-07-28 2003-03-17 Solar cell composite thin film solid lithium ion secondary battery

Family Applications After (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2003071320A Expired - Fee Related JP4437890B2 (en) 2000-07-28 2003-03-17 Solar cell composite thin film solid lithium ion secondary battery

Country Status (1)

Country Link
JP (2) JP3531866B2 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2013183132A1 (en) 2012-06-06 2013-12-12 株式会社日本マイクロニクス Electrode structure of solid type rechargeable battery
CN105190909A (en) * 2013-04-12 2015-12-23 Selmo日本娱乐公司 Photoelectric conversion element, photoelectric conversion element having storage/discharge function, and secondary battery
TWI637589B (en) * 2017-04-28 2018-10-01 上銀光電股份有限公司 Energy storage solar battery module

Families Citing this family (40)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6761744B1 (en) 1999-07-16 2004-07-13 Quallion Llc Lithium thin film lamination technology on electrode to increase battery capacity
US7052804B2 (en) * 2001-12-05 2006-05-30 Wilson Greatbatch Technologies, Inc. Double current collector positive electrode for alkali metal ion electrochemical cells
US8445137B1 (en) 2002-11-27 2013-05-21 Quallion Llc Primary battery having sloped voltage decay
JP2004158222A (en) * 2002-11-01 2004-06-03 Mamoru Baba Multilayer layer built battery
EP1458037A1 (en) * 2003-03-14 2004-09-15 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Solid state battery
JP2005116324A (en) * 2003-10-07 2005-04-28 Kokusai Kiban Zairyo Kenkyusho:Kk Composite battery and electronic equipment containing it
FR2862436B1 (en) * 2003-11-14 2006-02-10 Commissariat Energie Atomique LITHIUM MICRO-BATTERY HAVING A PROTECTIVE ENVELOPE AND METHOD OF MANUFACTURING SUCH A MICRO-BATTERY
JP5217074B2 (en) * 2004-07-23 2013-06-19 ジオマテック株式会社 Thin-film solid lithium ion secondary battery
JPWO2006082846A1 (en) * 2005-02-02 2008-06-26 ジオマテック株式会社 Thin film solid secondary battery
US8883347B2 (en) 2006-05-23 2014-11-11 Namics Corporation All solid state secondary battery
JP4201035B2 (en) 2006-09-05 2008-12-24 セイコーエプソン株式会社 Battery element and electronic device
WO2008100441A2 (en) * 2007-02-09 2008-08-21 Cymbet Corporation Charging systems and methods
JP5122154B2 (en) * 2007-02-13 2013-01-16 ナミックス株式会社 All solid state secondary battery
JP2008293791A (en) * 2007-05-24 2008-12-04 Sumitomo Electric Ind Ltd Solid thin film battery
JPWO2009063805A1 (en) * 2007-11-13 2011-03-31 株式会社村田製作所 Thermoelectric generator with power storage function
JP5205995B2 (en) * 2008-02-01 2013-06-05 株式会社村田製作所 battery
WO2009098996A1 (en) * 2008-02-06 2009-08-13 Zeon Corporation Thin film device, fabrication method for same, and electronic component
JP2009219704A (en) * 2008-03-17 2009-10-01 Omron Healthcare Co Ltd Electronic sphygmomanometer
US8192789B2 (en) * 2008-11-07 2012-06-05 Sakti3, Inc. Method for manufacture and structure of multiple electrochemistries and energy gathering components within a unified structure
JP5209527B2 (en) * 2009-02-09 2013-06-12 ジオマテック株式会社 Thin-film solid secondary battery and method for producing thin-film solid secondary battery
US20120040211A1 (en) * 2009-02-23 2012-02-16 Takashi Murata Glass film for lithium ion battery
JP2010245031A (en) 2009-03-20 2010-10-28 Semiconductor Energy Lab Co Ltd Power storage device, and manufacturing method thereof
JP5400470B2 (en) * 2009-05-15 2014-01-29 株式会社豊田中央研究所 Solar cell
JP2011008976A (en) * 2009-06-23 2011-01-13 Ulvac Japan Ltd Complex thin film battery
JP2011008967A (en) * 2009-06-23 2011-01-13 Idemitsu Kosan Co Ltd Solar battery compound lithium battery module
KR101012203B1 (en) * 2009-09-29 2011-02-08 광주과학기술원 Tandem parallel organic solar cell
US8829329B2 (en) * 2010-08-18 2014-09-09 International Business Machines Corporation Solar cell and battery 3D integration
JP5786028B2 (en) * 2011-09-05 2015-09-30 株式会社日本マイクロニクス Sheet battery evaluation device and evaluation method
US9490658B2 (en) * 2011-12-09 2016-11-08 Nokia Technologies Oy Apparatus and a method of manufacturing an apparatus
KR102297634B1 (en) 2013-04-19 2021-09-02 가부시키가이샤 한도오따이 에네루기 켄큐쇼 Secondary battery and a method for fabricating the same
JP6223725B2 (en) * 2013-06-12 2017-11-01 新光電気工業株式会社 Battery and manufacturing method thereof
JP6590242B2 (en) 2014-05-20 2019-10-16 パナソニックIpマネジメント株式会社 Thin-film all-solid-state battery
DE112015002506B4 (en) * 2014-05-27 2023-05-04 Apple Inc. THIN-FILM BATTERY STRUCTURES WITH INCLINED CELL SIDE WALLS
JP2017204437A (en) * 2016-05-13 2017-11-16 セイコーエプソン株式会社 Lithium ion secondary battery
KR101912297B1 (en) * 2016-12-23 2018-10-26 울산과학기술원 Hybrid self-charging battery and manufacturing method thereof
DE102017111946A1 (en) 2017-05-31 2018-12-06 Epcos Ag Electrical circuit and use of electrical circuit
CN110071323B (en) * 2018-01-20 2020-08-04 中南大学 Photoelectric integrated thin film power supply system and preparation and application thereof
JP7199038B2 (en) * 2018-01-26 2023-01-05 パナソニックIpマネジメント株式会社 Negative electrode material and battery using the same
CN108963026B (en) * 2018-06-21 2020-10-23 中国电子科技集团公司第四十八研究所 Power generation and energy storage integrated battery and manufacturing method thereof
CN113991193B (en) * 2021-10-28 2023-10-03 华北电力大学 Secondary battery and preparation method thereof

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2013183132A1 (en) 2012-06-06 2013-12-12 株式会社日本マイクロニクス Electrode structure of solid type rechargeable battery
US9865908B2 (en) 2012-06-06 2018-01-09 Kabushiki Kaisha Nihon Micronics Electrode structure of solid type secondary battery
CN105190909A (en) * 2013-04-12 2015-12-23 Selmo日本娱乐公司 Photoelectric conversion element, photoelectric conversion element having storage/discharge function, and secondary battery
TWI637589B (en) * 2017-04-28 2018-10-01 上銀光電股份有限公司 Energy storage solar battery module

Also Published As

Publication number Publication date
JP2002042863A (en) 2002-02-08
JP4437890B2 (en) 2010-03-24
JP2004031316A (en) 2004-01-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP3531866B2 (en) Thin-film solid lithium ion secondary battery
US7413582B2 (en) Lithium battery
EP0689260B1 (en) Rechargeable electrochemical cell
CN107706450B (en) Flexible solid-state multilayer laminated flat lithium ion battery assembly and battery packaging method
US20060222955A1 (en) Battery
TWI546997B (en) Lithium ion secondary battery
JP2008210810A (en) Bipolar lithium-ion rechargeable battery
US20130084499A1 (en) Non-aqueous electrolyte secondary battery
CN102668190A (en) Solid electrolyte cell and cathode active material
WO2005018038A2 (en) Rechargeable bipolar high power electrochemical device with reduced monitoring requirement
JP6206449B2 (en) Separator and battery
JPH11283664A (en) Solid-electrolyte battery
US20210050157A1 (en) Hybrid electrode materials for bipolar capacitor-assisted solid-state batteries
JP2007095380A (en) Battery
Julien Solid state batteries
JP2004127743A (en) Thin film battery
JP2001236946A (en) Pole plate for non-aqueous electrolyte secondary battery and non-aqueous electrolyte secondary battery using the same
US20150064506A1 (en) Solid State Battery with Offset Geometry
JP2001068160A (en) Flat nonaqueous electrolyte secondary battery
KR20060124978A (en) Thin film battery and fabrication method thereof
JP2011054438A (en) All-solid lithium secondary battery
JPH0922735A (en) Laminate type polymer electrolyte secondary battery
WO2011064862A1 (en) Solid state battery module
KR101526513B1 (en) Integrated All-in-one Rechargeble Battery with Jelly-Roll Assembly Connected Serially or Parallely
WO2008027050A1 (en) Lithium battery

Legal Events

Date Code Title Description
TRDD Decision of grant or rejection written
A711 Notification of change in applicant

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A712

Effective date: 20031031

RD03 Notification of appointment of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7423

Effective date: 20031210

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20040226

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20040227

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 3531866

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

S111 Request for change of ownership or part of ownership

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313113

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090312

Year of fee payment: 5

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100312

Year of fee payment: 6

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110312

Year of fee payment: 7

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130312

Year of fee payment: 9

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140312

Year of fee payment: 10

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees