JP2006120337A - Negative electrode for battery and battery using this - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、リチウムを析出させる析出基板を備えた負極、およびそれを用いた電池に関する。 The present invention relates to a negative electrode including a deposition substrate on which lithium is deposited, and a battery using the same.
近年、パーソナルコンピュータ、携帯電話などのポータブル機器の開発に伴い、その電源としての電池の需要が増大している。上記のような用途に用いられる電池には、常温使用が求められると同時に、高いエネルギー密度と優れたサイクル特性が要望される。 In recent years, with the development of portable devices such as personal computers and mobile phones, the demand for batteries as power sources has increased. A battery used for the above applications is required to be used at room temperature, and at the same time, a high energy density and excellent cycle characteristics are required.
上記要望に対して、リチウムは他の金属より電位が低く活性であり、これを正極と組合せることによって高起電力、高エネルギー密度の電池の形成が期待できる。そこで、従来上記リチウムを活物質とする常温型リチウム電池の開発研究が盛んに進められてきた。中でもリチウム金属(リチウム合金を含む)を負極に用いる構成は、コンパクト化の可能性が高いことから、各種正極活物質およびリチウムイオン導電性の電解質と組合せた多くの電池が開発され、それぞれ実用性を高める研究が進められ、その幾つかは実用化されている。 In response to the above demand, lithium has a lower potential than other metals and is active, and by combining this with a positive electrode, formation of a battery with high electromotive force and high energy density can be expected. Therefore, research and development of a room temperature type lithium battery using the above lithium as an active material has been actively conducted. Among them, the configuration using lithium metal (including lithium alloy) for the negative electrode has a high possibility of downsizing. Therefore, many batteries combined with various positive electrode active materials and lithium ion conductive electrolytes have been developed, and each has practicality. Some studies are underway, and some of them have been put to practical use.
また、これらのリチウム金属を負極として用いた場合の正極材料についてみると、LiCoO2、LiNiO2、LiMn2O4等の化合物あるいは硫黄(S)のような膨大な数の化合物や単体が知られている。また電解質についても有機電解質、ゲルポリマー、固体という形態やその材料にも膨大な数の材料の組み合わせが知られている。 Further, regarding positive electrode materials when these lithium metals are used as negative electrodes, compounds such as LiCoO 2 , LiNiO 2 , LiMn 2 O 4 , or a large number of compounds such as sulfur (S) and simple substances are known. ing. As for the electrolyte, an organic electrolyte, a gel polymer, a solid form, and a combination of a large number of materials are known.
一般にリチウム金属負極は、正極や電解質の形態や種類の多様性に関係なく、いずれの電池系にも組合せることができる、基本的な電池構成部品である。 In general, a lithium metal negative electrode is a basic battery component that can be combined with any battery system regardless of the variety of forms and types of positive electrodes and electrolytes.
ところで、リチウム金属は、いわゆる非水電解質材料に含まれるような微量の水分にも反応するほど水分に対する活性が高く、負極を作製する上で安全上の問題があるばかりでなく、水と反応すると電池反応にも支障がある成分を生成して特性にも影響する。 By the way, lithium metal is so active that it reacts with a very small amount of water contained in a so-called non-aqueous electrolyte material, and not only has a safety problem in producing a negative electrode, but also reacts with water. A component that interferes with the battery reaction is also produced, affecting the characteristics.
そこで、安全性や品質を確保する方法の1つとして、負極を直接金属リチウムで構成しない方法が研究されている。すなわち、銅(Cu)あるいはニッケル(Ni)などの安全な導体金属をリチウム析出用基板に用いて負極を構成し、この析出用基板上にリチウムを析出させるという二次電池の構成が研究されている。 Therefore, as one method for ensuring safety and quality, a method in which the negative electrode is not directly composed of metallic lithium has been studied. That is, the structure of a secondary battery in which a safe conductor metal such as copper (Cu) or nickel (Ni) is used for a lithium deposition substrate to form a negative electrode and lithium is deposited on this deposition substrate has been studied. Yes.
さらに上記構成において、リチウムを析出用基板に析出させる際には、デンドライト状析出物や不均一な析出を抑制する必要がある。その手段として、上記析出基板の表面に、リン酸リチウム(Li3PO4)や窒化リン酸リチウム(LIPON)などのリチウムイオン伝導性無機化合物層(以下、無機化合物層と称す)を形成し、無機化合物層を挟んでリチウムを析出基板上に析出させる構成の負極およびこれを用いた電池の構成が例えば特許文献1に開示されている。
しかし電解質には、一般に、容易に除去できない10ppmレベルの微少な水分が残留しており、上記構成において、Li3PO4、LIPONは、ごく微量であっても、水分に接すると、もともと+5価で存在したリン(P)が低位の酸化度のリンに還元される。その結果、化合物が分解されて、イオン導電性が著しく低下するという現象が生じる。このような場合、無機化合物層が抵抗となり、負極全体のインピーダンスが上昇して、電池特性が低下する。 However, in general, a minute amount of moisture of 10 ppm level that cannot be easily removed remains in the electrolyte. In the above configuration, Li 3 PO 4 and LIPON originally have a +5 valence when in contact with moisture even in a very small amount. Phosphorus (P) present in is reduced to phosphorus with a low degree of oxidation. As a result, a phenomenon occurs in which the compound is decomposed and the ionic conductivity is significantly reduced. In such a case, the inorganic compound layer becomes a resistance, the impedance of the entire negative electrode increases, and the battery characteristics deteriorate.
本発明は、上記無機化合物層の水分に対する安定性とイオン導電性の確保とをはかることによって、電池の特性劣化を抑制することを目的とする。すなわち、上記のような無機化合物層の変質を抑制し、負極全体のインピーダンス増大を抑制して、電池特性劣化抑制機能を高め、優れたサイクル特性の電池用負極およびこれを用いた電池を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to suppress deterioration of battery characteristics by ensuring stability of the inorganic compound layer with respect to moisture and ensuring ionic conductivity. That is, the deterioration of the inorganic compound layer as described above is suppressed, the increase in impedance of the entire negative electrode is suppressed, the battery characteristic deterioration suppressing function is enhanced, and a battery negative electrode having excellent cycle characteristics and a battery using the same are provided. For the purpose.
上記の課題を解決するために、本発明の電池用負極は、リチウム金属を析出させるための析出用導体基板と、この析出用導体基板表面に設けられ、下記の一般式1または一般式2のいずれかで表される無機化合物層を有する。
In order to solve the above problems, a negative electrode for a battery of the present invention is provided on a deposition conductor substrate for depositing lithium metal and the surface of the deposition conductor substrate, and is represented by the following
一般式1:LixPTyOz(ここでTは元素記号Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zr、Nb、Mo、Ru、Ag、Ta、W、PtおよびAuからなる元素群から選択された少なくとも1種の元素であり、かつ2.0≦x≦7.0、0.01≦y≦1.0、3.5≦z≦8.0であり、望ましくは2.0≦x≦3.0、0.01≦y≦0.5、3.5≦z≦4.0、または2.0≦x≦3.0、0.01≦y≦1.0、3.5≦z≦7.0である)
一般式2:LixMOyNz(ここで、Mは元素記号Si、B、Ge、Al、C、GaおよびSからなる元素群から選択された少なくとも1種の元素であり、かつ0.6≦x≦1.0、1.05≦y≦1.99、および0.01≦z≦0.5、または1.6≦x≦2.0、2.05≦y≦2.99、および0.01≦z≦0.5、または1.6≦x≦2.0、3.05≦y≦3.99、および0.01≦z≦0.5、または4.6≦x≦5.0、3.05≦y≦3.99、および0.01≦z≦0.5)
この負極は充電前にはリチウム金属を含まないが、充電後は析出用導体基板と無機化合物層との間にリチウム金属を有する。これらの無機化合物層を構成する材料は、リチウムイオン導電性が高く、かつ耐湿性に優れるため、水分が残留する電解質に接しても、リチウムイオン伝導性の低下が抑制される。結果として長期の充放電サイクルにわたって、優れた電池特性が持続される。
Formula 1: Li x PT y O z ( where T is an element symbols Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zr, Nb, Mo, Ru, Ag, Ta, W, Pt and Au And at least one element selected from the element group consisting of 2.0 ≦ x ≦ 7.0, 0.01 ≦ y ≦ 1.0, and 3.5 ≦ z ≦ 8.0. Is 2.0 ≦ x ≦ 3.0, 0.01 ≦ y ≦ 0.5, 3.5 ≦ z ≦ 4.0, or 2.0 ≦ x ≦ 3.0, 0.01 ≦
General formula 2: Li x MO y N z (where M is at least one element selected from the element group consisting of element symbols Si, B, Ge, Al, C, Ga, and S; 6 ≦ x ≦ 1.0, 1.05 ≦ y ≦ 1.99, and 0.01 ≦ z ≦ 0.5, or 1.6 ≦ x ≦ 2.0, 2.05 ≦ y ≦ 2.99, And 0.01 ≦ z ≦ 0.5, or 1.6 ≦ x ≦ 2.0, 3.05 ≦ y ≦ 3.99, and 0.01 ≦ z ≦ 0.5, or 4.6 ≦ x ≦ 5.0, 3.05 ≦ y ≦ 3.99, and 0.01 ≦ z ≦ 0.5)
The negative electrode does not contain lithium metal before charging, but has lithium metal between the deposition conductor substrate and the inorganic compound layer after charging. Since the materials constituting these inorganic compound layers have high lithium ion conductivity and excellent moisture resistance, a decrease in lithium ion conductivity is suppressed even when in contact with an electrolyte in which moisture remains. As a result, excellent battery characteristics are maintained over a long charge / discharge cycle.
さらに、析出用導体基板を、無機化合物層の反対側から支持する基体を設けることが好ましい。これにより析出用導体基板を蒸着等の乾式薄膜プロセスやめっき等の湿式薄膜プロセスにより薄く構成することができ、負極を軽量化できる。 Furthermore, it is preferable to provide a base that supports the deposition conductor substrate from the opposite side of the inorganic compound layer. As a result, the deposition conductor substrate can be made thin by a dry thin film process such as vapor deposition or a wet thin film process such as plating, and the negative electrode can be reduced in weight.
さらに本発明による電池は、上記の電池用負極を用いた電池である。 Furthermore, the battery according to the present invention is a battery using the battery negative electrode.
本発明によれば、リチウム金属を析出・溶解する負極自体の水分に対する安定性と、そのような負極を用いた電池におけるサイクル特性とを大幅に改善することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the stability with respect to the water | moisture content of the negative electrode itself which deposits and melt | dissolves lithium metal, and the cycling characteristics in the battery using such a negative electrode can be improved significantly.
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお本発明は、本明細書に記載された基本的な特徴に基づく限り、以下の内容に限定されない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. The present invention is not limited to the following contents as long as it is based on the basic features described in this specification.
(実施の形態1)
図1は、本実施の形態1による負極を用いた電池の断面図である。電池は、負極1と、それに対向し放電時にリチウムイオンを還元する正極2と、それらに介在しリチウムイオンを伝導する電解質3とを有する。負極1、正極2は、電解質3とともに、ガスケット4と蓋体5を用いて、ケース6内に収納されている。正極2は正極集電体7と正極活物質を含む活物質層8からなる。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a cross-sectional view of a battery using a negative electrode according to the first embodiment. The battery includes a
負極1は成膜用基体(以下、基体)9、析出用導体基板(以下、基板)10および基板10の表面に形成された無機化合物層11を有する。
The
基体9は、負極1の形状保持体であって、金属板、ガラス、シリカ、アルミナなどの薄板や焼結体などを基体として用いることができる。なお金属板以外では非導電性材料であるため、ケース6との導電性を確保することが必要である。基体9は、負極軽量化の観点から基板10を構成する金属より低密度な材料からなることが好ましい。
The
基板10には、銅、ニッケル、チタン、モリブデン、タンタル、鉄、炭素から選ばれた1種以上の単体、あるいはこれらを1種以上含む合金や鋼、ステンレススチールなどリチウムと反応性の低い金属や合金が好ましい。析出基板がリチウムと反応するものであっても良い。たとえばSi、Snおよびそれらの合金が挙げられる。また基体9に上記金属を箔層の状態で析出させるのが、薄型化する上で好ましい。すなわち、基板10を蒸着等の乾式薄膜プロセスやめっき等の湿式薄膜プロセスにより薄く構成すれば、負極1を軽量化できる。
The
図2は本実施の形態における負極の他の構成を示す概略断面図である。図2では基板10が基体9を兼ねている。すなわち基体9として金属板や金属箔などの導電性材料を用いた場合には、図2に示したように、基体9を省略することができる。
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing another configuration of the negative electrode in the present embodiment. In FIG. 2, the
無機化合物層11は、LixPTyOzからなる。Tは元素記号Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zr、Nb、Mo、Ru、Ag、Ta、W、PtおよびAuからなる元素群から選択された少なくとも1種の元素であり、かつ2.0≦x≦7.0、0.01≦y≦1.0、3.5≦z≦8.0である。望ましくは2.0≦x≦3.0、0.01≦y≦0.5、3.5≦z≦4.0、または2.0≦x≦3.0、0.01≦y≦1.0、3.5≦z≦7.0である。本実施の形態の構成と作用とを説明するに先だって、上記の組成物LixPTyOzは、本発明者らによって発見された導電性と耐湿性に優れた材料であることを付記する。
無機化合物層11の組成物LixPTyOzは、リン酸リチウムの構成元素成分と遷移金属群Tから構成されている。この組成物においては組成物が水分子と接するとき、遷移金属であるT成分がリン原子に優先して還元されることによってリン酸リチウム成分の分解が抑制され、無機化合物層11自体のイオン導電性の低下が抑制される。
The composition Li x PT y O z of the
組成物LixPTyOzにおいて、遷移金属T成分は水分子との反応をリンの還元に優先させるものであって、リン酸リチウムに原子レベルで取込まれても、さらにリン酸リチウムと粒子レベルで混合されていてもよい。 In the composition Li x PT y O z , the transition metal T component gives priority to the reaction with water molecules over the reduction of phosphorus, and even if incorporated in lithium phosphate at the atomic level, It may be mixed at the particle level.
LixPTyOzの組成物が優れたイオン導電性と湿潤環境におけるイオン導電性固体の分解を抑制する機能を十分得るためには、2.0≦x≦7.0、0.01≦y≦1.0、3.5≦z≦8.0であることが望ましい。この組成は、LixPTyOzを形成する際に遷移金属T成分用のターゲットとして遷移金属を用いた場合では2.0≦x≦3.0、0.01≦y≦0.50、3.5≦z≦4.0、遷移金属酸化物を用いた場合は2.0≦x≦3.0、0.01≦y≦1.0、3.51≦z≦7、リチウム遷移金属酸化物を用いた場合では2.0≦x≦7.0、0.01≦y≦1.0、3.5≦z≦8.0となる。 In order for the composition of Li x PT y O z to have an excellent ion conductivity and a sufficient function of suppressing the decomposition of the ion conductive solid in a wet environment, 2.0 ≦ x ≦ 7.0, 0.01 ≦ It is desirable that y ≦ 1.0 and 3.5 ≦ z ≦ 8.0. This composition is 2.0 ≦ x ≦ 3.0, 0.01 ≦ y ≦ 0.50 when a transition metal is used as a target for the transition metal T component when forming Li x PT y O z . 3.5 ≦ z ≦ 4.0, 2.0 ≦ x ≦ 3.0, 0.01 ≦ y ≦ 1.0, 3.51 ≦ z ≦ 7 when a transition metal oxide is used, lithium transition metal When an oxide is used, 2.0 ≦ x ≦ 7.0, 0.01 ≦ y ≦ 1.0, and 3.5 ≦ z ≦ 8.0.
つぎに負極1を形成する各層の形態について述べる。上記各層は図1に示すように基体9、基板10、無機化合物層11を順次積層して形成するのが好ましい。その際、層の形成面積や形状は任意であるが、基板10を無機化合物層11で完全に覆うことが好ましい。負極1の両面がいずれも正極2に対面する電池構成の場合には、正極2が対面する両面に基板10と無機化合物層11を設ける構成が好ましい。無機化合物層11の厚さは任意であるが、湿潤環境に対する保護能力、インピーダンス、物理的強度などを考慮して0.05〜10μmの薄膜とするのが好ましい。
Next, the form of each layer forming the
つぎに無機化合物層11の形成法について述べる。LixPTyOzで示されるイオン伝導性無機化合物を負極1へ適用する際には、リン酸リチウムとT成分として規定されたタングステン、モリブデン、タンタル等の遷移金属あるいはそれらの金属酸化物を蒸発源またはターゲットとし、乾式薄膜プロセスで形成する。すなわち、アルゴンや真空環境で蒸着法や抵抗加熱蒸着法、高周波加熱蒸着法、レーザーアブレーション蒸着法、イオンビーム蒸着法等の各種蒸着法、あるいはスパッタリング法、RFマグネトロンスパッタリング法等、通常の薄膜形成手段を適用して基板10上に薄膜形成するのが好ましい。また、蒸発源あるいはターゲットとして、リン酸リチウムに代わってLi2OとP2O5の混合物を適用してもよい。
Next, a method for forming the
このような無機化合物において、リチウム原子、リン原子および酸素原子の価数は、それぞれ+1価、+5価および−2価となる。遷移金属元素Tは化合物をターゲットとして用いた場合には化合物の状態での価数と同じとなる。一方、遷移金属単体をターゲットとして用いた場合では、遷移金属元素Tはリン酸リチウム中に金属の状態で取り込まれていると考えられるため、0価となる。作成したLixPTyOz中のx、y、及びzを求める方法として、リン原子の割合をまず1とする。次にT成分とリン原子の割合を誘導結合高周波プラズマ分光分析法(ICP分光分析法)などから求めてyを算出する。さらに窒素酸素分析などの手法によりリン原子あるいは遷移金属原子に対する酸素の割合を求めることでzを算出する。なお、窒素酸素分析では例えば、材料中に含まれている酸素・窒素を、高温状態での熱分解である不活性ガス−インパルス加熱融解法により抽出し、酸素をCOガスとして高感度型非分散赤外線検出器にて検出し、窒素をN2ガスとして高感度型熱伝導度検出器にて検出することができる。xは上記価数を用い、全体の価数が0となるものとして求める。 In such an inorganic compound, the valences of a lithium atom, a phosphorus atom, and an oxygen atom are +1, +5, and −2, respectively. The transition metal element T has the same valence in the state of the compound when the compound is used as a target. On the other hand, when a single transition metal is used as a target, the transition metal element T is considered to be incorporated in the lithium phosphate in a metallic state, and thus has zero valence. As a method for obtaining x, y, and z in the prepared Li x PT y O z , the ratio of phosphorus atoms is first set to 1. Next, y is calculated by obtaining the ratio between the T component and the phosphorus atom by inductively coupled high-frequency plasma spectroscopy (ICP spectroscopy) or the like. Furthermore, z is calculated by obtaining the ratio of oxygen to phosphorus atoms or transition metal atoms by a technique such as nitrogen oxygen analysis. In the nitrogen-oxygen analysis, for example, oxygen and nitrogen contained in the material are extracted by an inert gas-impulse heating and melting method, which is thermal decomposition at a high temperature, and oxygen is used as a CO gas for high sensitivity non-dispersion. It can detect with an infrared detector, and can detect with a highly sensitive thermal conductivity detector by using nitrogen as N 2 gas. x is obtained by using the above valence and assuming that the overall valence is zero.
電解質3、ケース6、その他の構成要素には、一般にリチウム金属やリチウム合金を負極に適用して構成される電池に用いられる材料や形状がすべて適用可能である。
For the
正極2の活物質層8の材料にはコバルト酸リチウム、ニッケル酸リチウム、マンガン酸リチウムあるいはこれらの混合あるいは複合化合物等のような、リチウムイオンを電気化学的に吸蔵放出することができる材料を用いる。
For the material of the
電解質3には有機溶媒に溶質を溶解した電解質溶液や、これらを含み高分子で非流動化されたいわゆるポリマー電解質層が適用可能である。少なくとも電解質溶液を用いる場合には正極2と負極1との間にポリエチレン等のセパレータを用い、これに溶液を含浸させるのが好ましい。
As the
電解質3の材料は、活物質層8に含まれる活物質の酸化還元電位等を基に選択される。電解質3に用いるのが好ましい溶質としては、フッ化リチウム、塩化リチウム、臭化リチウム、ヨウ化リチウム、窒化リチウム、リン酸リチウム、珪酸リチウム、硫化リチウム、リン化リチウム等、一般にリチウム電池で使用されている塩類が適用できる。
The material of the
さらに上記塩を溶解させる有機溶媒にはプロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、ジエチルカーボネート、ジメチルカーボネート、メチルエチルカーボネート、1,2−ジメトキシエタン、1,2−ジエトキシエタン、γ−ブチルラクトン、テトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフラン、1,3−ジオキソラン、4−メチル−1,3−ジオキソラン、ジエチルエーテル、スルホラン、アセトニトリル、プロピルニトリル、アニソール、酢酸エステル、プロピオン酸エステルなどの1種またはそれ以上の混合物等、一般にリチウム電池で使用されているような溶媒が適用できる。 Further, organic solvents for dissolving the above salts include propylene carbonate, ethylene carbonate, diethyl carbonate, dimethyl carbonate, methyl ethyl carbonate, 1,2-dimethoxyethane, 1,2-diethoxyethane, γ-butyllactone, tetrahydrofuran, 2- Lithium, generally one or more mixtures such as methyltetrahydrofuran, 1,3-dioxolane, 4-methyl-1,3-dioxolane, diethyl ether, sulfolane, acetonitrile, propylnitrile, anisole, acetate, propionate, etc. Solvents such as those used in batteries can be applied.
上記のように負極1を作製することによって、負極1の耐湿性を高め、これを用いる電池の充放電サイクル特性の劣化を抑制することができる。このような負極1は、リチウム金属またはリチウム合金を負極として用いる全てのリチウム電池に適用可能であり、その保存性や充放電サイクル特性が向上する。
By producing the
図3は図1における負極の充電状態における概略断面図である。電池が充放電されると、図3に示すように、リチウム31が無機化合物層11を介して、直接電解質3に接していない無機化合物層11と基板10との界面上で析出・溶解し、はじめて負極として機能する。すなわち、無機化合物層11は、電解質3に対面し、リチウムイオンを電解質3から隔離された基板10上への移動経路の役割を果たす。この構成において電解質3に水分が含まれていても、無機化合物層11は電解質3の水分の影響を受けることなく、イオンの移動経路の役割を継続することができる。
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of the negative electrode in FIG. 1 in a charged state. When the battery is charged and discharged, as shown in FIG. 3,
以下、具体的な実施例によって本発明の実施の形態における特徴と効果について述べる。 The features and effects of the embodiments of the present invention will be described below with specific examples.
以下のようにしてステンレス(SUS304)からなる基体9上に銅(Cu)からなる基板10を形成し、その上にLixPTyOzの組成物からなる無機化合物層11を形成した。
A
まず基板10の作製について述べる。SUS304からなる基体9上に、スパッタリング装置を用いて、厚さ500nmのCuの層を基板10として形成した。
First, preparation of the
次に無機化合物層11の作製について述べる。サンプル1〜17では、直径4インチのLi3PO4と遷移金属元素Tとして表1に示した遷移金属とをそれぞれターゲットとし用い、5mTorrのアルゴン雰囲気においてLi3PO4に対しては100WのRFパワーを適用し、遷移金属Tに対してはRFパワー25Wの条件を適用して、10分間スパッタリングした。得られた無機化合物層11の厚さは約0.15μmであった。無機化合物層11の組成は、無機化合物層形成時に基体の脇に白金板を設置して作製したサンプルを、誘導結合高周波プラズマ分光分析法(ICP分光分析法)にて測定した。無機化合物層11中の遷移金属元素の割合を調べたところ、組成はLi2.8PT0.2O3.9であった。
Next, preparation of the
サンプル1〜17の特性を従来技術と比較するために、サンプル1の無機化合物層11の代わりに、従来の無機化合物層としてLIPONを形成した比較サンプル1を作製した。LIPONの形成にあたっては、ターゲットにLi3PO4を用い、窒素雰囲気、5mTorr、100WのRFパワーの条件で10分スパッタリングした。得られた無機化合物層の厚さは約0.2μmであった。
In order to compare the characteristics of
つぎに上記のように作製した各種負極1、およびこれを用いた電池におけるサイクル特性を評価するために、下記の手順でLiCoO2複合酸化物を活物質とする正極2を作製し、二次電池を作製した。
Next, in order to evaluate the cycle characteristics of the various
正極2は次のように作製した。まず、正極活物質であるLiCoO2複合酸化物と導電剤であるアセチレンブラックと結着剤であるポリフッ化ビニリデンとを90:5:5の重量比で混合した。これを分散媒であるN−メチルピロリドンに分散させ、正極合剤を作製した。つぎにこの正極合剤をドクターブレード法によりアルミニウム箔よりなる正極集電体7の上に塗布し、加熱乾燥した後にプレスを行い、正極活物質層8を形成した。続いて正極集電体7に正極端子となる蓋体5を取り付けた。
The
電解質3にはエチレンカーボネートとエチルメチルカーボネートを体積比1:1で混合し、これにLiPF6を1mol/L溶解して調製した。この溶液をセパレータとして通常市販されている空孔率約40%、厚さ30μmのポリエチレン製微多孔膜に含浸させて用いた。カールフィッシャー法で電解質3の水分量を測定したところ、12ppmであった。
The
つぎに上記各電池を温度20℃、相対湿度50%の恒温槽に収納し、充放電サイクル試験を行った。その際、設計容量を5時間で放電しきる電流値、すなわち5時間率で電池電圧が4.2Vに達するまで定電流充電したのち、4.2Vの定電圧充電に切換え、電流値が定電流充電値の5%に低下するまで充電した。また放電時には、定電流充電時と同じ電流値で、電池電圧が3Vになるまで定電流放電を行ないその容量を測定した。このようにして初回の放電容量に対するサイクル中の放電容量の比率、すなわち容量維持率の変化を調べ、また必要に応じて100サイクル経過後の容量維持率を比較した。結果を表1に示す。なお、充電後の負極1を分解して調べたところ、無機化合物層11と基板10との界面上にリチウムが析出していることを確認した。
Next, each of the above batteries was housed in a constant temperature bath at a temperature of 20 ° C. and a relative humidity of 50%, and a charge / discharge cycle test was conducted. At that time, the current value that discharges the design capacity in 5 hours, that is, the constant current charge until the battery voltage reaches 4.2 V at a 5-hour rate, then switches to the constant voltage charge of 4.2 V, the current value is the constant current charge The battery was charged until it dropped to 5% of the value. During discharging, constant current discharging was performed until the battery voltage reached 3 V at the same current value as during constant current charging, and the capacity was measured. In this way, the ratio of the discharge capacity during the cycle to the initial discharge capacity, that is, the change in the capacity maintenance ratio was examined, and the capacity maintenance ratio after 100 cycles was compared as necessary. The results are shown in Table 1. In addition, when the
LIPONからなる無機化合物層を用いた比較サンプル1では100サイクル経過後の容量維持率が39.1%であった、これに対してLixPTyOzからなる無機化合物層を形成したサンプル1〜17の電池は、100サイクル経過後でもおおむね55%以上の容量維持率を維持し、優れたサイクル特性を示した。
In
図4にはサンプル1の電池と比較サンプル1の電池との放電容量維持率とサイクル数の関係(サイクル特性)を示した。図から明らかなように、無機化合物層に従来のイオン伝導体としてLIPONを形成した比較サンプル1では、早期に容量維持率が低下した。これに対してT成分にタングステン(W)を選択したサンプル1の電池では、比較サンプル1に対して顕著にサイクル特性が改善された。
FIG. 4 shows the relationship (cycle characteristics) between the discharge capacity retention rate and the cycle number of the battery of
表2に示したサンプル1A〜1Hの作製においては、サンプル1の構成においてスパッタリングRFパワーを変化させて、WとPのモル比率であるW/Pが異なるLixPWyOzの組成物からなる無機化合物層11を形成した。W/Pは組成式におけるyに相当する。他の条件はサンプル1に準じた。またサンプル1A〜1Hの特性を従来技術と比較するために、サンプル1の無機化合物層11の代わりに、Wをターゲットに加えないで作製した、つまり従来の材料LIPONからなる層を形成した比較サンプル2を作製した。LIPON層の形成にあたっては、ターゲットにLi3PO4を用い、5mTorr、100WのRFパワーの条件で10分間スパッタリングした。LIPON層の厚さは0.2μmであった。表2に以上のサンプルの構成を示す。
In the preparation of Samples 1A to 1H shown in Table 2, the sputtering RF power was changed in the configuration of
図5は、異なるW/Pのモル比(すなわちyの値)を持つLixPWyOzを無機化合物層11に形成して構成された負極を用い、実施例1と同様の手法により作製した電池について、実施例1と同様の条件で充放電を行なった結果得られた、100サイクル目の容量維持率とyとの関係を示している。図5から明らかなように、yが0.01以上、0.5以下で100サイクル目の容量維持率は55%以上となり、良好な特性を示した。
FIG. 5 is produced by the same method as in Example 1 using a negative electrode formed by forming Li x PW y O z having different W / P molar ratios (ie, y values) on the
また、金属リチウムとの反応性を見るために、金属リチウムの表面に直接LixPTyOzを形成したものを露点温度が−40℃のドライエアー環境下に2週間放置した。その結果、yが0.6以上では金属リチウム表面に変色が見られた。 Further, in order to see the reactivity with metal lithium, a dew point temperature that was formed directly Li x PT y O z on the surface of the metallic lithium was allowed to stand for 2 weeks under a dry air environment -40 ° C.. As a result, discoloration was observed on the surface of metallic lithium when y was 0.6 or more.
以上の結果からyの好ましい範囲は0.01以上0.5以下である。 From the above results, the preferable range of y is 0.01 or more and 0.5 or less.
無機化合物層11を形成するときに、遷移金属元素Tの単体の代わりに、表3に示される遷移金属酸化物を用いたこと以外、実施例1と同様にして電池を作製した。得られた電池を、それぞれサンプル18〜31とした。また、サンプル18〜31における無機化合物層11の組成を表3に示す。比較として、無機化合物層11がLIPONである電池を実施例1と同様の手法により作製し、これを比較サンプル3とした。この比較サンプル3は、実施例1の比較サンプル1と同じものである。得られた電池を実施例1と同様の条件で評価した結果を表3に示す。
A battery was fabricated in the same manner as in Example 1 except that the transition metal oxide shown in Table 3 was used in place of the transition metal element T alone when forming the
LIPONからなる無機化合物層を用いた比較サンプル3では、100サイクル経過後の放電容量維持率が39.1%であった、これに対してLixPTyOzからなる無機化合物層を形成したサンプル18〜31の電池は、100サイクル経過後でも55%以上の放電容量維持率を示し、優れたサイクル特性を示した。
In
無機化合物層11を形成する場合に、ターゲットとして遷移金属元素Tの単体に代えて、表4に示すようなリチウム遷移金属酸化物を用いたこと以外、実施例1と同様にして、電池を作製した。このようにして得られた電池を、それぞれサンプル32〜40とした。また、サンプル32〜40における無機化合物層11の組成を表4に示す。比較として、無機化合物層11がLIPONからなるサンプルを実施例1と同様の手法により作製し、これを比較サンプル4とした。この比較サンプル4は、実施例1の比較サンプル1と同じものである。得られた電池を実施例1と同様の条件で評価した結果を表4に示す。
When the
LIPONからなる無機化合物層を用いた比較サンプル4では、100サイクル経過後の容量維持率が39.1%であった。これに対してLixPTyOzからなる無機化合物層を形成したサンプル32〜40の電池は、100サイクル経過後でもおおむね55%以上の容量維持率を示し、優れたサイクル特性を示した。 In Comparative Sample 4 using the inorganic compound layer made of LIPON, the capacity retention rate after 100 cycles was 39.1%. On the other hand, the batteries of Samples 32 to 40 in which the inorganic compound layer made of Li x PT y O z was formed exhibited a capacity retention rate of approximately 55% or more even after 100 cycles, and showed excellent cycle characteristics.
無機化合物層11の形成時に、ターゲットとして遷移金属元素Tの単体に代えて、リチウム酸素酸塩であるタングステン酸リチウム(Li2WO4)を用いた。リン原子(P)に対するタングステン(W)のモル比W/P(すなわちyの値)を、表5に示されるように変化させたこと以外、実施例1と同様にして、電池を作製した。このようにして得られた電池を、それぞれ、セル41〜46とした。なお、セル43は、実施例4のセル32と同じものである。比較として、無機化合物層11がLIPONからなるサンプルを実施例1と同様の手法により作製し、これを比較サンプル5とした。この比較サンプル5は、実施例1の比較サンプル1と同じものである。得られた電池を実施例1と同様の条件で評価した結果を表5に示す。
When forming the
また図6には表5の値をプロットしたものを示した。この図からyが0.01から1.0の範囲で100サイクル経過後の容量維持率が55%以上であり、優れたサイクル特性を示した。 FIG. 6 shows a plot of the values in Table 5. From this figure, when y is in the range of 0.01 to 1.0, the capacity retention after 100 cycles is 55% or more, and excellent cycle characteristics are shown.
図5と図6とを比較すると、ターゲットとしてWに代えてLi2WO4を用いた場合、yの値が同じでも容量維持率はターゲットがWの場合よりも低下する。しかしながら、yが0.5よりも大きく、1.0以下の場合でも容量維持率が55%以上となっている。 Comparing FIG. 5 and FIG. 6, when Li 2 WO 4 is used instead of W as a target, the capacity retention rate is lower than that when the target is W even if the value of y is the same. However, even when y is larger than 0.5 and 1.0 or less, the capacity retention rate is 55% or more.
この理由は明らかではないが、別の検討においてy値の大きさによって無機化合物層11と金属リチウムの反応性が変化することがわかっている。すなわち、金属リチウムの表面に直接LixPWyOzを形成し、それを露点温度が−40℃のドライエアー環境下に2週間放置した後、金属リチウムの表面を観察すると、y値が大きい場合に変色が見られる。ターゲットにWを用いた場合、y値が0.5より大きい場合に変色が見られるが、ターゲットにLi2WO4を用いた場合には、y値が1.0よりも大きい場合に変色が見られる。すなわち、y値が0.5より大きく1.0以下の場合でもLixPTyOzと金属リチウムの反応性が低いことがわかる。放電時には負極1においてリチウムイオンが還元されることから、同様の反応が生じているため、このような結果になっているものと推測される。
The reason for this is not clear, but in another study, it has been found that the reactivity between the
以上のように、Pに対するT成分のモル比率であるy値は適正な範囲を有する。そしてT成分をどのようなターゲットから得るかにより、y値に応じてx値、z値の適正範囲はそれぞれ自動的に決まる。これは前述のようにそれぞれの原子の価数が決まっているためである。すなわち、ターゲットが遷移金属である場合は2.0≦x≦3.0、0.01≦y≦0.5、3.5≦z≦4.0であり、ターゲットが遷移金属酸化物である場合は2.0≦x≦3.0、0.01≦y≦1.0、3.5≦z≦7.0であり、ターゲットがリチウム酸素酸塩である場合は2.0≦x≦7.0、0.01≦y≦1.0、3.5≦z≦8.0である。 As described above, the y value that is the molar ratio of the T component to P has an appropriate range. Depending on the target from which the T component is obtained, the appropriate ranges of the x value and the z value are automatically determined according to the y value. This is because the valence of each atom is determined as described above. That is, when the target is a transition metal, 2.0 ≦ x ≦ 3.0, 0.01 ≦ y ≦ 0.5, and 3.5 ≦ z ≦ 4.0, and the target is a transition metal oxide. 2.0 ≦ x ≦ 3.0, 0.01 ≦ y ≦ 1.0, 3.5 ≦ z ≦ 7.0, and 2.0 ≦ x ≦ when the target is a lithium oxyacid salt. 7.0, 0.01 ≦ y ≦ 1.0, and 3.5 ≦ z ≦ 8.0.
(実施の形態2)
本発明の実施の形態2における基本構造を示す概念図は、図1と同様である。本実施の形態による負極1における無機化合物層11はLixMOyNzからなる。Mは元素記号Si、B、Ge、Al、C、GaおよびSからなる元素群から選択された少なくとも1種の元素であり、かつ0.6≦x≦1.0、1.05≦y≦1.99、および0.01≦z≦0.5、または1.6≦x≦2.0、2.05≦y≦2.99、および0.01≦z≦0.5、または1.6≦x≦2.0、3.05≦y≦3.99、および0.01≦z≦0.5、または4.6≦x≦5.0、3.05≦y≦3.99、および0.01≦z≦0.5である。組成物LixMOyNzもまた、本発明者らによって発見された導電性と耐湿性に優れた材料である。
(Embodiment 2)
The conceptual diagram showing the basic structure in the second embodiment of the present invention is the same as FIG. The
LixMOyNzにおける成分元素Mと酸素との結合は、窒化リン酸リチウムにおけるリンと酸素との結合と比べて熱力学的に安定な結合が形成された組成物である。そのために、この組成物は水分子と接しても無機化合物の構造が安定に保たれ、湿潤環境でのイオン導電性の低下が抑制される。さらに無機化合物層11の安定化によって、無機化合物層11と基板10との間に析出するリチウム31の強固な保護が達成される。
The bond between the component element M and oxygen in Li x MO y N z is a composition in which a thermodynamically stable bond is formed in comparison with the bond between phosphorus and oxygen in lithium nitride phosphate. Therefore, even when this composition is in contact with water molecules, the structure of the inorganic compound is kept stable, and the decrease in ionic conductivity in a wet environment is suppressed. Further, by stabilizing the
組成物LixMOyNzにおいて、M成分と酸素との結合は湿潤環境でも窒化リン酸リチウムにおけるリンと酸素との結合と比べてより安定な結合を形成させる役割をする。一方ではLixMOyNzは好ましいイオン導電性を示すことが要求される。 In the composition Li x MO y N z , the bond between the M component and oxygen serves to form a more stable bond than the bond between phosphorus and oxygen in lithium nitride phosphate even in a wet environment. On the other hand, Li x MO y N z is required to exhibit favorable ionic conductivity.
上記の観点から、組成部を構成する元素比の範囲はリチウム酸素酸塩がLiBiO2、LiAlO2またはLiGaO2である場合、すなわち上記の一般式において、MがBi、AlまたはGaである場合、0.6≦x≦1.0、1.05≦y≦1.99、および0.01≦z≦0.5であるのが好ましい。 From the above viewpoint, the range of the element ratio constituting the composition part is when the lithium oxyacid salt is LiBiO 2 , LiAlO 2 or LiGaO 2, that is, in the above general formula, when M is Bi, Al or Ga, It is preferred that 0.6 ≦ x ≦ 1.0, 1.05 ≦ y ≦ 1.99, and 0.01 ≦ z ≦ 0.5.
リチウム酸素酸塩がLi2SiO3、Li2GeO3またはLi2CO3である場合、すなわち上記の一般式において、MがSi、GeまたはCである場合、1.6≦x≦2.0、2.05≦y≦2.99、および0.01≦z≦0.5であるのが好ましい。 When the lithium oxyacid salt is Li 2 SiO 3 , Li 2 GeO 3 or Li 2 CO 3, that is, in the above general formula, when M is Si, Ge or C, 1.6 ≦ x ≦ 2.0 2.05 ≦ y ≦ 2.99 and 0.01 ≦ z ≦ 0.5.
リチウム酸素酸塩がLi2SO4である場合、すなわち上記の一般式において、MがSである場合、1.6≦x≦2.0、3.05≦y≦3.99、および0.01≦z≦0.5であるのが好ましい。 When the lithium oxyacid salt is Li 2 SO 4, that is, in the above general formula, when M is S, 1.6 ≦ x ≦ 2.0, 3.05 ≦ y ≦ 3.99, and It is preferable that 01 ≦ z ≦ 0.5.
リチウム酸素酸塩がLi5AlO4である場合、すなわち上記の一般式において、MがAlである場合、4.6≦x≦5.0、3.05≦y≦3.99、および0.01≦z≦0.5であるのが好ましい。 When the lithium oxyacid salt is Li 5 AlO 4, that is, in the above general formula, when M is Al, 4.6 ≦ x ≦ 5.0, 3.05 ≦ y ≦ 3.99, and It is preferable that 01 ≦ z ≦ 0.5.
xおよびyは原材料に用いるリチウム酸素酸塩の量と種類によって変化させることができ、zは無機化合物層11を形成する場合の窒素の量や圧力によって変化させることができる。イオン導電性の観点からは、とくにzの範囲が重要であって、0.01未満ではイオン導電性に問題が生じ、逆にzが0.5を超えると、骨格構造が破壊されやすくなり、いずれもイオン導電性に支障が生じる。
x and y can be changed according to the amount and type of lithium oxyacid salt used as a raw material, and z can be changed according to the amount and pressure of nitrogen in forming the
LixMOyNzの無機化合物層11を形成するには、ターゲットにリン酸リチウム系の化合物およびLi2SiO3、LiBO2、LiAlO2、Li5AlO4、Li2GeO3、LiGaO2、Li2SO4、Li2CO3などのM元素群を含んだリチウム酸素酸塩を用いるのが好ましい。Nのとり込みには窒素ガスによるスパッタリング法や窒素雰囲気での蒸着法を適用し、酸素原子の一部を窒素原子に置換させるのが好ましい。また上記のリチウム酸素酸塩に代わって、Li2OとSiO2、B2O3、GeO2、Al2O3、Ga2O3などM元素の酸化物あるいはこれらの混合物をターゲットに用いることが可能である。このような無機化合物において、リチウム原子および酸素原子の価数は、それぞれ+1価および−2価となる。また窒素原子は−3価である。M元素は、ターゲットとして用いた化合物における価数と同じである。
In order to form the
作成したLixMOyNz中のx、y、及びzを求める方法として、まずM元素の割合を1する。次にM元素に対する酸素原子および窒素原子の割合を窒素酸素分析(不活性ガス−インパルス加熱融解法)などの手法により、yおよびzを算出する。xは上記価数を用い、全体の価数が0となるものとして求める。 As a method for obtaining x, y, and z in the prepared Li x MO y N z , first, the ratio of M element is set to 1. Next, y and z are calculated by a method such as nitrogen oxygen analysis (inert gas-impulse heating and melting method) for the ratio of oxygen atoms and nitrogen atoms to M element. x is obtained by using the above valence and assuming that the overall valence is zero.
これ以外の、基板10の形成方法や基体9の形態、無機化合物層11の形成方法や厚さ等は、実施の形態1と同様である。
Other than this, the formation method of the
上記のように負極1を作製することによって、負極1の湿潤環境に対する耐久性を高め、これを用いる電池のサイクル特性劣化抑制機能を高めることができる。このような負極1は、すでに述べたように正極活物質、電解質6の形態や材料の組合せに拘わることなく、殆どすべてのリチウム電池系に適用できる。すなわちリチウム金属またはリチウム合金を負極として用いる全てのリチウム電池に適用可能であり、その保存性や充放電サイクル特性が向上する。
By producing the
電池が充放電されると、リチウムが無機化合物層11を介して、直接電解質3に接していない無機化合物層11と基板10との界面上で析出・溶解し、はじめて負極として機能する。すなわち、無機化合物層11は、電解質3に対面し、リチウムイオンを電解質3から隔離された基板10上への移動経路の役割を果たす。この構成において電解質3に水分が含まれていても、無機化合物層11は電解質3の水分の影響を受けることなく、イオンの移動経路の役割を継続することができる。
When the battery is charged and discharged, lithium precipitates and dissolves on the interface between the
以下、具体的な実施例によって本発明による実施の形態の特徴と効果を述べる。 The features and effects of the embodiments of the present invention will be described below with specific examples.
一例として、実施の形態1におけるサンプル1と同様にしてSUS304からなる基体9上にCuからなる基板10を形成し、その上にLixMOyNzの組成物からなる無機化合物層11を形成した。
As an example, the
無機化合物層11の形成には表6に示したリチウム酸素酸塩をそれぞれターゲットとして用い、RFマグネトロンスパッタ法を使用し、窒素ガスを用いてスパッタリングした。スパッタリング条件は、内圧2.7Pa、ガス流量10sccm、高周波照射パワー200W、スパッタ時間20分間とした。得られた無機化合物層11の厚さはおおむね0.15μmであった。
For the formation of the
このようにして得られた負極1を用い、実施例1と同様にして電池を作製した。得られた電池を、それぞれサンプル50〜57とした。それぞれのサンプルの無機化合物層11の組成を表6に示す。比較として、無機化合物層11がLIPONからなる電池を実施例1と同様の手法により作製し、これを比較サンプル6とした。なお、比較サンプル6は実施例1の比較サンプル1と同じものである。得られたサンプルを実施例1と同様の条件で評価した結果を表6に示す。
A battery was produced in the same manner as in Example 1 using the
LIPONからなる無機化合物層11を用いた比較サンプル6では100サイクル経過後の容量維持率が39.1%であった、これに対してLixMOyNzからなる無機化合物層を形成したサンプル50〜57の電池は、100サイクル経過後でも55%以上の容量維持率を示し、優れたサイクル特性を示した。
In the
無機化合物層11の形成に表7に示したリチウム酸素酸塩の混合物(モル比1:1)を用いた以外は実施例6と同様の条件で、表7に示すリチウム酸素酸塩の窒化物からなる無機化合物層11が形成された負極を得た。これ以外は実施例6と同様の条件で電池を作製し、実施例1と同様の条件でサイクル特性を評価した。無機化合物層11の組成と評価結果を表7に示す。
The lithium oxyacid salt nitride shown in Table 7 was used under the same conditions as in Example 6 except that the mixture of the lithium oxyacid salt shown in Table 7 (molar ratio 1: 1) was used to form the
実施例6で示したようにLIPONからなる無機化合物層を用いた比較サンプル6では100サイクル経過後の容量維持率が39.1%であったのに対して、表7に示した組成からなる無機化合物層を形成したサンプル58〜70の電池は、100サイクル経過後でも55%以上の放電容量維持率を示し、優れたサイクル特性を示した。
As shown in Example 6, the
ここでは窒素とケイ素のモル比(N/Si)が異なるLixMOyNzを無機化合物層11として形成して構成された電池について、実施例1と同様の条件で充放電を行ない、100サイクル経過後の容量維持率とN/Siのモル比(すなわちzの値)との関係を評価した。
Here, for a battery configured by forming Li x MO y N z with different molar ratios of nitrogen and silicon (N / Si) as the
表8に示すサンプル50A〜50Hの作製においては、サンプル50の構成において窒素圧力を変化させて無機化合物層11の組成物におけるzの値が異なるLixMOyNzの組成物からなる無機化合物層11を形成した。他の条件は実施例6に準じた。表8には無機化合物層11の組成を示す。また実施例1と同様の手法により評価した結果を図7に示す。
In the production of samples 50A to 50H shown in Table 8, an inorganic compound composed of a Li x MO y N z composition in which the value of z in the composition of the
図7から明らかなように、容量維持率はzに大きく依存し、0.01以上で改善効果が見られた。さらにz値の増大するに伴って、容量維持率も増大し、zが0.3以上0.5以下でもっとも高い値が安定して得られた。しかしzが0.5を超えると急激に容量維持率が低下して、zが0.8では完全に実用性が失われた。上記の結果から、zについては0.3以上0.5以下がもっとも好ましい範囲であると考えられる。 As is apparent from FIG. 7, the capacity retention rate greatly depends on z, and an improvement effect was observed at 0.01 or more. Further, as the z value increased, the capacity retention rate also increased, and the highest value was stably obtained when z was 0.3 or more and 0.5 or less. However, when z exceeded 0.5, the capacity retention rate suddenly decreased, and when z was 0.8, practicality was completely lost. From the above results, it is considered that z is 0.3 to 0.5 in the most preferable range.
以上のように、Siに対するNのモル比率であるz値は適正な範囲を有する。そしてスパッタリングのターゲットにリチウム酸素酸塩を用いた場合、z値に応じてx値、y値の適正範囲はそれぞれ自動的に決まる。これは前述のようにそれぞれの原子の価数が決まっているためである。すなわち、リチウム酸素酸塩がLiBiO2、LiAlO2またはLiGaO2である場合、すなわち上記の一般式において、MがBi、AlまたはGaである場合、0.6≦x≦1.0、1.05≦y≦1.99、および0.01≦z≦0.5である。リチウム酸素酸塩がLi2SiO3、Li2GeO3またはLi2CO3である場合、すなわち上記の一般式において、MがSi、GeまたはCである場合、1.6≦x≦2.0、2.05≦y≦2.99、および0.01≦z≦0.5である。リチウム酸素酸塩がLi2SO4である場合、すなわち上記の一般式において、MがSである場合、1.6≦x≦2.0、3.05≦y≦3.99、および0.01≦z≦0.5である。リチウム酸素酸塩がLi5AlO4である場合、すなわち上記の一般式において、MがAlである場合、4.6≦x≦5.0、3.05≦y≦3.99、および0.01≦z≦0.5である。 As described above, the z value that is the molar ratio of N to Si has an appropriate range. When lithium oxyacid salt is used as the sputtering target, the appropriate ranges of the x value and the y value are automatically determined according to the z value. This is because the valence of each atom is determined as described above. That is, when the lithium oxyacid salt is LiBiO 2 , LiAlO 2 or LiGaO 2, that is, in the above general formula, when M is Bi, Al or Ga, 0.6 ≦ x ≦ 1.0, 1.05 ≦ y ≦ 1.99 and 0.01 ≦ z ≦ 0.5. When the lithium oxyacid salt is Li 2 SiO 3 , Li 2 GeO 3 or Li 2 CO 3, that is, in the above general formula, when M is Si, Ge or C, 1.6 ≦ x ≦ 2.0 2.05 ≦ y ≦ 2.99 and 0.01 ≦ z ≦ 0.5. When the lithium oxyacid salt is Li 2 SO 4, that is, in the above general formula, when M is S, 1.6 ≦ x ≦ 2.0, 3.05 ≦ y ≦ 3.99, and 01 ≦ z ≦ 0.5. When the lithium oxyacid salt is Li 5 AlO 4, that is, in the above general formula, when M is Al, 4.6 ≦ x ≦ 5.0, 3.05 ≦ y ≦ 3.99, and 01 ≦ z ≦ 0.5.
なお、以上の説明では、コイン型電池を例に説明したが、板状の電極と電解質とを重ねて、ラミネートした形状や、帯状の電極を電解質を含むセパレータを介して巻回して構成した円筒形状や断面が長円形状の電池に適用してもよい。 In the above description, a coin-type battery has been described as an example. However, a plate-shaped electrode and an electrolyte are stacked and laminated, or a cylinder formed by winding a strip-shaped electrode through a separator containing an electrolyte. The present invention may be applied to a battery having an oval shape or cross section.
本発明によって、析出用導電基板と無機化合物層を備える負極を構成し、これと正極、電解質層を用いて構成された電池を構成して、サイクル特性に優れたリチウム電池を提供することができる。 According to the present invention, a negative electrode including a conductive substrate for deposition and an inorganic compound layer is configured, and a battery configured using the positive electrode and the electrolyte layer is configured to provide a lithium battery having excellent cycle characteristics. .
1 負極
2 正極
3 電解質
4 ガスケット
5 蓋体
6 ケース
7 正極集電体
8 活物質層
9 成膜用基体
10 析出用導体基板
11 無機化合物層
31 リチウム
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- 2004-10-19 JP JP2004304089A patent/JP2006120337A/en active Pending
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