JP2009211965A - Lithium ion secondary battery - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、リチウムイオン二次電池に関するものである。 The present invention relates to a lithium ion secondary battery.
近年、携帯電話、携帯用パーソナルコンピュータ等の携帯電子機器の電源としてリチウムイオン二次電池が用いられている。携帯電子機器のより一層の小型化に伴って、リチウムイオン二次電池をさらに小型化して、外部電気回路基板への接続を容易にすることが要求されている。 In recent years, lithium ion secondary batteries have been used as power sources for portable electronic devices such as mobile phones and portable personal computers. With the further miniaturization of portable electronic devices, it is required to further reduce the size of lithium ion secondary batteries and facilitate connection to an external electric circuit board.
このような要求に対応するために、外部電気回路基板に表面実装可能な電池ケースと電池が、たとえば、特開2005−71889号公報(特許文献1)に開示されている。この文献には、電池としてリチウムイオン二次電池が開示されており、その正極活物質にはコバルト酸リチウム(LiCoO2)やマンガン酸リチウム(LiMn2O4)等が使用され、負極活物質にはコークスや炭素繊維等の炭素材料が使用されることが例示されている。
しかしながら、リチウムイオン二次電池を外部電気回路基板に表面実装する際に、誤って正極と負極を逆にして取り付けてしまうことがある。正極と負極を逆にして取り付けてしまうと、装置が正常に動作しなかったり、故障や破損の原因となる。したがって、リチウムイオン二次電池の外表面にマーキング等を施すことによって正極と負極の区別ができるようにしたり、イメージセンサー等を用いて正極と負極を逆に取り付けることがないようにする必要がある。 However, when a lithium ion secondary battery is surface-mounted on an external electric circuit board, the positive electrode and the negative electrode may be installed incorrectly. If the positive electrode and the negative electrode are installed in reverse, the device may not operate normally, or it may cause failure or damage. Therefore, it is necessary to make it possible to distinguish between the positive electrode and the negative electrode by marking the outer surface of the lithium ion secondary battery, or to prevent the positive electrode and the negative electrode from being attached reversely using an image sensor or the like. .
そこで、この発明の目的は、正極と負極という極性を区別して用いる必要がないリチウムイオン二次電池の構成を提供することである。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a configuration of a lithium ion secondary battery in which it is not necessary to distinguish between polarities of positive electrode and negative electrode.
この発明の一つの局面に従ったリチウムイオン二次電池は、第1の電極と第2の電極と電解質とを備えたリチウムイオン二次電池において、第1の電極と第2の電極の活物質の各々がLi2FeS2を含むことを特徴とするものである。 A lithium ion secondary battery according to one aspect of the present invention is a lithium ion secondary battery including a first electrode, a second electrode, and an electrolyte. The active material of the first electrode and the second electrode Each of which contains Li 2 FeS 2 .
この発明の一つの局面に従ったリチウムイオン二次電池では、第1の電極と第2の電極の活物質の材料として同一の材料Li2FeS2を用いているので、充放電時には、第1の電極または第2の電極の一方を正極、第1の電極または第2の電極の他方を負極とすると、正極と負極において以下に示す反応が行われる。 In the lithium ion secondary battery according to one aspect of the present invention, the same material Li 2 FeS 2 is used as the active material of the first electrode and the second electrode. When one of the first electrode and the second electrode is a positive electrode and the other of the first electrode and the second electrode is a negative electrode, the following reactions are carried out at the positive electrode and the negative electrode.
正極では、充電時に以下の反応が行われる。 In the positive electrode, the following reaction is performed during charging.
Li2FeS2 → Li2−xFeS2 + xLi+ + xe−
また、正極では、放電時に以下の反応が行われる。
Li 2 FeS 2 → Li 2-x FeS 2 + xLi + + xe −
In the positive electrode, the following reaction is performed during discharge.
Li2−xFeS2 + xLi+ + xe− → Li2FeS2
負極では、充電時に以下の反応が行われる。
Li 2−x FeS 2 + xLi + + xe − → Li 2 FeS 2
In the negative electrode, the following reaction is performed during charging.
Li2FeS2 + xLi+ + xe− → Li2+xFeS2
また、負極では、放電時に以下の反応が行われる。
Li 2 FeS 2 + xLi + + xe − → Li 2 + x FeS 2
In the negative electrode, the following reaction is performed during discharge.
Li2+xFeS2 → Li2FeS2 + xLi+ + xe−
なお、上記の反応式において、0<x≦2である。
Li 2 + x FeS 2 → Li 2
In the above reaction formula, 0 <x ≦ 2.
本発明の一つの局面に従ったリチウムイオン二次電池では、一種の濃淡電池のように正極と負極において反応が行われるので、第1の電極と第2の電極を正極と負極というように極性を区別して用いる必要がない。このため、第1の電極と第2の電極を逆に取り付けることによる装置の動作異常、故障、破損等の発生を防止することができる。また、第1の電極と第2の電極に対して正極と負極の区別ができるようにリチウムイオン二次電池の外表面にマーキング等を施す必要がない。 In the lithium ion secondary battery according to one aspect of the present invention, since the reaction is performed in the positive electrode and the negative electrode as in a kind of concentration battery, the first electrode and the second electrode are polar as the positive electrode and the negative electrode. Need not be used separately. For this reason, it is possible to prevent the occurrence of abnormal operation, failure, breakage, etc. of the apparatus due to the reverse attachment of the first electrode and the second electrode. Further, it is not necessary to mark the outer surface of the lithium ion secondary battery so that the positive electrode and the negative electrode can be distinguished from the first electrode and the second electrode.
この発明の一つの局面に従ったリチウムイオン二次電池においては、電解質が固体電解質であることが好ましい。電解質が固体電解質であれば、リチウムイオン二次電池は、リフロー炉内の加熱温度に耐えることができるので、リフローはんだ付けによって、外部電気回路基板に実装することができる。 In the lithium ion secondary battery according to one aspect of the present invention, the electrolyte is preferably a solid electrolyte. If the electrolyte is a solid electrolyte, the lithium ion secondary battery can withstand the heating temperature in the reflow furnace and can be mounted on the external electric circuit board by reflow soldering.
この発明のもう一つの局面に従ったリチウムイオン二次電池は、第1の電極と第2の電極と固体電解質とを含むリチウムイオン二次電池素体と、リチウムイオン二次電池素体を収容する収容部材とを備える。リチウムイオン二次電池素体の第1の電極と第2の電極の活物質の各々がLi2FeS2を含む。収容部材は、その上にリチウムイオン二次電池素体が載置される表面を有する絶縁基材と、絶縁基材の表面上に載置されたリチウムイオン二次電池素体を覆うように絶縁基材に接合された蓋部材とを含む。収容部材の内部空間にはリチウムイオン二次電池素体の周りを囲むように絶縁材が配置されている。 A lithium ion secondary battery according to another aspect of the present invention contains a lithium ion secondary battery body including a first electrode, a second electrode, and a solid electrolyte, and a lithium ion secondary battery body A receiving member. Each of the active material of the first electrode and the second electrode of the lithium ion secondary battery element body includes Li 2 FeS 2 . The housing member is insulated so as to cover the insulating base material having a surface on which the lithium ion secondary battery body is placed, and the lithium ion secondary battery body placed on the surface of the insulating base material. A lid member joined to the substrate. An insulating material is disposed in the internal space of the housing member so as to surround the periphery of the lithium ion secondary battery body.
この発明のもう一つの局面に従ったリチウムイオン二次電池においては、第1の電極と第2の電極を逆に取り付けることによる装置の動作異常、故障、破損等の発生を防止することができるだけでなく、収容部材が、液状の電解質ではなく、固体電解質を含む電池素体を収容しているので、リフロー炉内の加熱温度に耐えることが可能である。これにより、この発明のもう一つの局面に従ったリチウムイオン二次電池は、リフローはんだ付けによって基板に表面実装することができる。 In the lithium ion secondary battery according to another aspect of the present invention, it is possible to prevent the occurrence of abnormal operation, failure, breakage, etc. of the device by attaching the first electrode and the second electrode in reverse. In addition, since the housing member houses the battery element body containing the solid electrolyte instead of the liquid electrolyte, it is possible to withstand the heating temperature in the reflow furnace. Thereby, the lithium ion secondary battery according to another aspect of the present invention can be surface-mounted on a substrate by reflow soldering.
ところで、本発明のもう一つの局面に従ったリチウムイオン二次電池では、電池素体は固体のみで構成されているので、充放電時に体積変化する。このとき、充放電時において電池素体の体積変化が繰り返されることに伴って、電極活物質の粒子同士、電極活物質の粒子と電解質材料の粒子のそれぞれの接触状態が変化するので、電池の電圧が不安定になるという問題がある。本発明のもう一つの局面に従ったリチウムイオン二次電池においては、収容部材の内部空間には電池素体の周りを囲むように絶縁材が配置されているので、上記の問題を解消することができる。したがって、本発明のもう一つの局面に従ったリチウムイオン二次電池は電池の充放電時において電圧の安定性を図ることができる。なお、絶縁材が軟性の樹脂などからなり、その外側の収容部材が硬性の材料からなると、電池素体の周りを囲む絶縁材の変形を抑制することができるので、上記の効果をより高めることができる。 By the way, in the lithium ion secondary battery according to another aspect of the present invention, since the battery body is composed of only a solid, the volume changes during charge and discharge. At this time, as the volume change of the battery body is repeated at the time of charging / discharging, the contact state of the electrode active material particles, the electrode active material particles and the electrolyte material particles changes. There is a problem that the voltage becomes unstable. In the lithium ion secondary battery according to another aspect of the present invention, since the insulating material is disposed so as to surround the battery element body in the internal space of the housing member, the above problem is solved. Can do. Therefore, the lithium ion secondary battery according to another aspect of the present invention can achieve voltage stability during charging and discharging of the battery. If the insulating material is made of a soft resin and the outer housing member is made of a hard material, it is possible to suppress deformation of the insulating material surrounding the battery body, thereby further enhancing the above effect. Can do.
以上のようにこの発明の一つの局面に従ったリチウムイオン二次電池によれば、第1の電極と第2の電極を逆に取り付けることによる装置の動作異常、故障、破損等の発生を防止することができる。また、この発明のもう一つの局面に従ったリチウムイオン二次電池によれば、第1の電極と第2の電極を逆に取り付けることによる装置の動作異常、故障、破損等の発生を防止することができるだけでなく、リチウムイオン二次電池をリフローはんだ付けによって基板に表面実装することを可能にし、また電池の充放電時において電圧の安定性を図ることができる。 As described above, according to the lithium ion secondary battery according to one aspect of the present invention, it is possible to prevent the occurrence of abnormal operation, failure, damage, etc. of the apparatus by attaching the first electrode and the second electrode in reverse. can do. In addition, according to the lithium ion secondary battery according to another aspect of the present invention, the occurrence of abnormal operation, failure, breakage, etc. of the device due to the reverse attachment of the first electrode and the second electrode is prevented. In addition, the lithium ion secondary battery can be surface-mounted on the substrate by reflow soldering, and voltage stability can be achieved during charging and discharging of the battery.
以下、この発明の一つの実施の形態を図面に基づいて説明する。 An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.
図1は、この発明の一つの実施の形態としてリチウムイオン二次電池の構成を示す模式的な断面図である。 FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing a configuration of a lithium ion secondary battery as one embodiment of the present invention.
図1に示すように、リチウムイオン二次電池1は、リチウムイオン二次電池素体10と、リチウムイオン二次電池素体10を収容する収容部材20とから構成される。
As shown in FIG. 1, the lithium ion
リチウムイオン二次電池素体10として、たとえば、全固体二次電池は、第1の電極11と第2の電極12の間に挟まれた固体電解質13を備え、第1の電極11の外側表面には導電性接着剤111が付着され、第2の電極12の外側表面には導電性接着剤121が付着されている。第1の電極11と第2の電極12は、正極または負極のいずれとしても動作可能であり、正極活物質または負極活物質のいずれかの電極活物質としてのLi2FeS2と、固体電解質としてのLi2S−P2S5系組成物とを含む。第1の電極11と第2の電極12の間に挟まれた固体電解質13はLi2S−P2S5系組成物である。導電性接着剤111と121は、たとえば、銀(Ag)−エポキシ系の導電性接着剤である。
As the lithium ion
収容部材20は、絶縁基材21と、金属蓋部材22とから構成される。絶縁基材21は、リチウムイオン二次電池素体10を収容する凹部を有する。絶縁基材21の表面としての凹部の底面には、リチウムイオン二次電池素体10が導電性接着剤111を介在して搭載されて固着されている。金属蓋部材22は、絶縁基材21の表面上に搭載されたリチウムイオン二次電池素体10を覆うように、絶縁基材21の凹部の頂面にメタライズ層221、222を介在して接合されている。メタライズ層221、222は、たとえば、タングステン(W)等の金属粉末を主成分とする金属ペーストを印刷塗布して焼成することによって形成される。絶縁基材21は、たとえば、アルミナ等のセラミックスから形成される。金属蓋部材22は、アルミニウム(Al)、銅(Cu)等の金属、または鉄(Fe)−ニッケル(Ni)−コバルト(Co)合金等の合金から形成される。このように、リチウムイオン二次電池素体10が絶縁基材21に強固に固着されているので、充放電時におけるリチウムイオン二次電池素体10の体積変化による特性劣化を抑制することができる。
The
また、この実施の形態では、絶縁基材21は、セラミックスから形成された例を示したが、リフロー炉内での加熱温度に耐えることが可能な合成樹脂等の絶縁材料で形成されてもよい。この場合、熱変形温度が270℃以上の合成樹脂を用いて絶縁基材21を形成するのが好ましい。
Moreover, in this embodiment, although the insulating
収容部材20の内部空間には、リチウムイオン二次電池素体10の周りを取り囲むように絶縁材30が配置されて充填されている。絶縁材30は、たとえば、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂等の材料からなる。
An insulating
絶縁基材21の内部には導体部112、122が配置されている。導体部112、122の形成は以下のようにして行われる。まず、絶縁基材21を構成するセラミックスのグリーンシートに、たとえば、タングステン(W)等の金属粉末を主成分とする金属ペーストを、グリーンシートの表面に印刷塗布して、または、グリーンシートに形成された孔に印刷充填して、導体部となる印刷パターンを形成する。次に、これらの印刷パターンを形成したグリーンシートを積層して焼成することによって、内部に導体部112、122を有する絶縁基材21を作製する。
絶縁基材21の一方側の外表面としての下面には、端子110、120が配置されている。リチウムイオン二次電池素体10の第1の電極11は、導電性接着剤111、導体部112を通じて端子110に接続されている。リチウムイオン二次電池素体10の第2の電極12は、導電性接着剤121、金属ワイヤ123、導体部122を通じて端子120に接続されている。端子110、120の形成は以下のようにして行われる。まず、絶縁基材21を構成するセラミックスのグリーンシートに、タングステン(W)等の金属粉末を主成分とする金属ペーストを印刷塗布して端子となる印刷パターンを形成する。次に、これらの印刷パターンを形成したグリーンシートを焼成することによって、外表面に端子110、120を有する絶縁基材21を作製する。端子110、120の形成は、上記の導体部112、122の形成と同じ工程で行われる。半田との濡れ性を良くするために、端子110、120の表面には、ニッケル(Ni)層と金(Au)層がめっき法等により形成されるのが好ましい。
以上のように構成された発明の一つの実施の形態において、リチウムイオン二次電池素体10では、正極活物質と負極活物質の材料として同一の材料Li2FeS2を用いて、充放電時には正極と負極において一種の濃淡電池のように反応が行われるので、第1の電極と第2の電極を正極と負極というように極性を区別して用いる必要がない。このため、第1の電極と第2の電極を逆に取り付けることによる装置の動作異常、故障、破損等の発生を防止することができる。また、第1の電極と第2の電極に対して正極と負極の区別ができるようにリチウムイオン二次電池素体10の外表面にマーキング等を施す必要がない。
In one embodiment of the invention configured as described above, in the lithium ion
また、この発明のリチウムイオン二次電池1は、収容部材20が、液状の電解質ではなく、固体電解質13を含むリチウムイオン二次電池素体10を収容しているので、リフロー炉内の加熱温度に耐えることが可能である。これにより、このリチウムイオン二次電池1は、リフローはんだ付けによって基板に表面実装することができる。
Further, in the lithium ion
ところで、リチウムイオン二次電池素体10の充放電時に、リチウムイオンが出入りすることによって電極活物質の結晶構造が変化し、体積が変化する。本発明におけるリチウムイオン二次電池素体10は液体成分を含まず固体のみで構成されているので、電極活物質の粒子の体積変化を吸収できず、第1の電極11および第2の電極12の体積が充放電時に変化する。このとき、充放電時においてリチウムイオン二次電池素体10の体積変化が繰り返されることに伴って、電極活物質の粒子同士、電極活物質の粒子と電解質材料の粒子のそれぞれの接触状態が変化するので、電池の電圧が不安定になるという問題がある。本発明のリチウムイオン二次電池1においては、収容部材20の内部空間にはリチウムイオン二次電池素体10の周りを囲むように絶縁材30が配置されているので、上記の問題を解消することができる。したがって、本発明のリチウムイオン二次電池1はリチウムイオン二次電池素体10の充放電時において電圧の安定性を図ることができる。なお、絶縁材30が軟性の樹脂などからなり、その外側の収容部材20が硬性の材料からなると、リチウムイオン二次電池素体10の周りを囲む絶縁材30の変形を抑制することができるので、上記の効果をより高めることができる。
By the way, when the lithium ion
さらにまた、この発明のリチウムイオン二次電池1においては、リチウムイオン二次電池素体10を構成する第1の電極と第2の電極の活物質の各々がLi2FeS2を含み、固体電解質がLi2SとP2S5とを含む。この場合、リチウムイオン二次電池素体10において、固体電解質がLi2SとP2S5とを含むとともに第1の電極と第2の電極の活物質がLi2FeS2を含むと、硫化物からなる第1の電極と第2の電極の活物質は固体電解質との反応性が低い。また、リチウムイオン二次電池素体10に所定の温度で熱処理を施しても、熱処理後に電池の容量等の特性が低下する割合が従来の固体電解質を備えた固体電池に比べて低い。これらにより、本発明のリチウムイオン二次電池素体10においては、従来の固体電池よりも耐熱性を高めることができるので、Pbフリーはんだを用いて相対的に高い加熱温度のリフロー炉内ではんだ付け工程を行っても、電池の容量等の特性の劣化を低く抑えることができる。
Furthermore, in the lithium ion
この発明のリチウムイオン二次電池1においては、絶縁基材21の内部に導体部112、122が配置されており、絶縁基材21の下面には端子110、120が配置されており、リチウムイオン二次電池素体10の第1の電極11と第2の電極12は、それぞれ、導体部112、122を通じて端子110、120に接続されている。
In the lithium ion
このように構成されているので、端子110、120が絶縁基材21の一方側の外表面である下面に配置されているので、端子110、120に接続する配線基板上の箇所に予めペースト状のはんだ材料を供給しておいて、リフローはんだ付け工程を行うことができる。
Since it is configured in this way, the
以下、この発明の実施例について説明する。 Examples of the present invention will be described below.
固体電解質としてLi2S−P2S5系組成物を用いて図1に示すリチウムイオン二次電池素体10を作製した。
A lithium ion
固体電解質は、Li2SとP2S5とをモル比7:3で混合して、内面を炭素で被覆した石英管に上記の混合物を真空封入し、900℃で2時間加熱した後に氷水で急冷することによって作製した。第1の電極と第2の電極の活物質としてのLi2FeS2は、Li2SとFeSとをモル比1:1で混合して、内面を炭素で被覆した石英管に上記の混合物を真空封入し、950℃で5時間加熱することによって作製した。 The solid electrolyte was prepared by mixing Li 2 S and P 2 S 5 in a molar ratio of 7: 3, vacuum-sealing the above mixture in a quartz tube whose inner surface was covered with carbon, heating at 900 ° C. for 2 hours, It was prepared by quenching with Li 2 FeS 2 as the active material of the first electrode and the second electrode is prepared by mixing Li 2 S and FeS at a molar ratio of 1: 1 and mixing the above mixture into a quartz tube whose inner surface is coated with carbon. It was produced by vacuum-sealing and heating at 950 ° C. for 5 hours.
上記で得られた第1の電極と第2の電極の活物質としてのLi2FeS2と固体電解質とを重量比1:1で混合することによって電極材料を作製した。この電極材料は第1の電極11と第2の電極12に共通する材料である。
An electrode material was prepared by mixing Li 2 FeS 2 as an active material of the first electrode and the second electrode obtained above and a solid electrolyte in a weight ratio of 1: 1. This electrode material is a material common to the
以上のようにして得られた電極材料と固体電解質とを、電極材料/固体電解質/電極材料の順に積層して3層構造のペレットを、圧力3000kgf/cm2でプレス成形することによって作製した。このようにして、図1に示されるように、第1の電極11と第2の電極12の間に挟まれた固体電解質13を備えたリチウムイオン二次電池素体10を得た。
The electrode material and the solid electrolyte obtained as described above were laminated in the order of electrode material / solid electrolyte / electrode material, and a three-layered pellet was press-molded at a pressure of 3000 kgf / cm 2 . In this way, as shown in FIG. 1, a lithium ion secondary
一方、図1に示される絶縁基材21を構成するセラミックスのグリーンシートとしてアルミナの成形体に、タングステン(W)の金属粉末を主成分とする金属ペーストを印刷塗布して導体部と端子となる印刷パターンを形成した。次に、これらの印刷パターンを形成したグリーンシートを積層して焼成することによって、内部に導体部112、122を有し、外表面に端子110、120を有する絶縁基材21を作製した。このとき、絶縁基材21の凹部の頂面にはメタライズ層221、222を形成した。半田との濡れ性を良くするために、端子110、120の表面には、ニッケル(Ni)層と金(Au)層をめっき法により形成した。
On the other hand, as a ceramic green sheet constituting the insulating
上記で得られたリチウムイオン二次電池素体10と絶縁基材21とを用いて、図1に示すように、リチウムイオン二次電池素体10の第1の電極11側を下にして、絶縁基材21の凹部の底面上に、導電性接着剤111として銀(Ag)−エポキシ系導電性接着剤を介在させてリチウムイオン二次電池素体10を載置して接着剤を硬化させた。これにより、導体部112と第1の電極11の間で導通するようにリチウムイオン二次電池素体10を絶縁基材21に接合した。
Using the lithium ion
その後、第2の電極12の一部表面を銀(Ag)−エポキシ系導電性接着剤からなる導電性接着剤121で覆った。導電性接着剤121と導体部122とを金属ワイヤ123で接続した。リチウムイオン二次電池素体10の周りを取り囲んで被覆するように絶縁材30としてのエポキシ樹脂を配置した。
Thereafter, a part of the surface of the second electrode 12 was covered with a
次に、絶縁基材21の表面上に搭載されたリチウムイオン二次電池素体10を覆うように、絶縁基材21の凹部の頂面にメタライズ層221、222を介在して金属蓋部材22を配置した。さらに、金属蓋部材22と絶縁基材21とを溶接によって接合した。その後、絶縁材30としてのエポキシ樹脂を硬化させることにより、金属蓋部材22と絶縁材30と絶縁基材21とを一体化させた。このようにして、4mm×4mm角の大きさの小型のリチウムイオン二次電池1を作製した。
Next, the
作製されたリチウムイオン二次電池1に収容されたリチウムイオン二次電池素体10に第1の電極11を正極として用いて16μA/cm2の電流密度で充電した後、放電を行い、第1の電極の活物質の単位重量当たりの放電容量を測定した。充放電は、以下の手順で行った。上記の電流密度で充電を開始した後、電位が急激に変化した時点で充電完了とみなし、充電を停止した。その後、放電に切り替え、電位が0Vになった時点で放電完了とみなし、放電を停止した。この充放電試験は周囲温度が20℃の条件で行った。
The lithium ion
充放電試験の測定結果を図2に示す。図2から、作製されたリチウムイオン二次電池素体10では約100μAhの充放電容量を示すことがわかる。Li2FeS2からなる第1の電極と第2の電極の活物質の各々の質量は0.3mgであったので、単位質量あたりの充放電容量の実測値は、約350mAh/gであった。この実測値は、単位質量あたりの充放電容量の理論値400mAh/gに対して約75%である。
The measurement results of the charge / discharge test are shown in FIG. FIG. 2 shows that the fabricated lithium ion
なお、この測定結果は、第1の電極11を正極、第2の電極12を負極とした場合についてのものであるが、第2の電極12を正極、第1の電極11を負極とした場合でも同様の結果が得られることはいうまでもない。
This measurement result is for the case where the
これに対して、正極活物質と負極活物質の材料としてLi0.5CoO2を用いて、LiCoO2とCoO2との間で充放電反応を行うと、単位質量あたりの充放電容量の理論値は136mAh/gである。また、正極活物質と負極活物質の材料としてLi0.5Mn2O4を用いて、LiMn2O4とMn2O4との間で充放電反応を行うと、単位質量あたりの充放電容量の理論値は74mAh/gである。 On the other hand, when Li 0.5 CoO 2 is used as a material for the positive electrode active material and the negative electrode active material and charge / discharge reaction is performed between LiCoO 2 and CoO 2 , the theory of charge / discharge capacity per unit mass is obtained. The value is 136 mAh / g. In addition, when Li 0.5 Mn 2 O 4 is used as a material for the positive electrode active material and the negative electrode active material and charge / discharge reaction is performed between LiMn 2 O 4 and Mn 2 O 4 , charge / discharge per unit mass is performed. The theoretical value of capacity is 74 mAh / g.
本発明のリチウムイオン二次電池では、単位質量あたりの充放電容量の値は、理論値でも実測値でも、正極活物質と負極活物質の材料としてLi0.5CoO2やLi0.5Mn2O4を用いたリチウムイオン二次電池に比べて相対的に大きな値である。 In the lithium ion secondary battery of the present invention, the charge / discharge capacity value per unit mass is Li 0.5 CoO 2 or Li 0.5 Mn as the material of the positive electrode active material and the negative electrode active material, whether theoretical or measured. This is a relatively large value compared to a lithium ion secondary battery using 2 O 4 .
また、正極活物質と負極活物質の材料としてのLi0.5CoO2やLi0.5Mn2O4は、LiCoO2やLiMn2O4を一方の電極活物質として用い、炭素材料等の他の材料を他方の電極活物質として用いて電池を構成し、目的とする組成になるまで充電することによって得られる。しかし、Li0.5CoO2やLi0.5Mn2O4は金属酸化物等の素原料から合成することは容易ではない。 In addition, Li 0.5 CoO 2 and Li 0.5 Mn 2 O 4 as materials of the positive electrode active material and the negative electrode active material use LiCoO 2 or LiMn 2 O 4 as one electrode active material, A battery is formed using another material as the other electrode active material, and is obtained by charging until a desired composition is obtained. However, it is not easy to synthesize Li 0.5 CoO 2 and Li 0.5 Mn 2 O 4 from raw materials such as metal oxides.
これに対して、本発明のリチウムイオン二次電池の第1の電極と第2の電極の活物質の材料に用いられるLi2FeS2はLi2SとFeSから容易に合成することができる。 On the other hand, Li 2 FeS 2 used for the material of the active material of the first electrode and the second electrode of the lithium ion secondary battery of the present invention can be easily synthesized from Li 2 S and FeS.
さらに、正極活物質と負極活物質の材料としてLi0.5CoO2やLi0.5Mn2O4を用いてリチウムイオン二次電池を構成した場合、容量を上げるために負極に挿入されるLiが過剰になるまで充電すると、結晶構造が変化する。このため、電気抵抗が大きくなるので、電圧が降下する。したがって、理論値以上の容量を得ることは不可能であり、実際には理論値どおりの容量を得ることも困難である。 Further, when a lithium ion secondary battery is configured using Li 0.5 CoO 2 or Li 0.5 Mn 2 O 4 as a material for the positive electrode active material and the negative electrode active material, it is inserted into the negative electrode in order to increase the capacity. If the battery is charged until Li is excessive, the crystal structure changes. For this reason, the electrical resistance increases, and the voltage drops. Therefore, it is impossible to obtain a capacity higher than the theoretical value, and it is difficult to actually obtain a capacity as the theoretical value.
なお、本発明のリチウムイオン二次電池は、負極活物質に炭素材料を用いた従来のリチウムイオン二次電池と比較すると、得られる電圧が低くなるが、メモリーバックアップ用等の相対的に電圧が低くてもよい用途の電源に用いられ得る。 In addition, the lithium ion secondary battery of the present invention has a lower voltage when compared with a conventional lithium ion secondary battery using a carbon material as the negative electrode active material, but the voltage for a memory backup or the like is relatively low. It can be used as a power source for applications that may be low.
今回開示された実施の形態と実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考慮されるべきである。本発明の範囲は以上の実施の形態と実施例ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての修正や変形を含むものであることが意図される。 It should be considered that the embodiments and examples disclosed herein are illustrative and non-restrictive in every respect. The scope of the present invention is shown not by the above embodiments and examples but by the scope of claims, and is intended to include all modifications and variations within the meaning and scope equivalent to the scope of claims. .
1:リチウムイオン二次電池、10:リチウムイオン二次電池素体、11:第1の電極、12:第2の電極、13:固体電解質、20:収容部材、21:絶縁基材、22:金属蓋部材、30:絶縁材、112,122:導体部、110,120:端子。 1: lithium ion secondary battery, 10: lithium ion secondary battery body, 11: first electrode, 12: second electrode, 13: solid electrolyte, 20: housing member, 21: insulating base material, 22: Metal lid member, 30: insulating material, 112, 122: conductor portion, 110, 120: terminal.
Claims (3)
第1の電極と第2の電極の活物質の各々がLi2FeS2を含むことを特徴とする、リチウムイオン二次電池。 In a lithium ion secondary battery comprising a first electrode, a second electrode, and an electrolyte,
Each of the active material of the first electrode and the second electrode is characterized in that it comprises a Li 2 FeS 2, the lithium ion secondary battery.
前記リチウムイオン二次電池素体を収容する収容部材とを備え、
前記リチウムイオン二次電池素体の第1の電極と第2の電極の活物質の各々がLi2FeS2を含み、
前記収容部材は、
その上に前記リチウムイオン二次電池素体が載置される表面を有する絶縁基材と、
前記絶縁基材の表面上に載置された前記リチウムイオン二次電池素体を覆うように前記絶縁基材に接合された蓋部材とを含み、
前記収容部材の内部空間には前記リチウムイオン二次電池素体の周りを囲むように絶縁材が配置されている、リチウムイオン二次電池。 A lithium ion secondary battery element body including a first electrode, a second electrode, and a solid electrolyte; and a housing member that accommodates the lithium ion secondary battery element body,
Each of the active materials of the first electrode and the second electrode of the lithium ion secondary battery element body includes Li 2 FeS 2 ,
The housing member is
An insulating base material having a surface on which the lithium ion secondary battery body is placed;
A lid member joined to the insulating base material so as to cover the lithium ion secondary battery body placed on the surface of the insulating base material,
A lithium ion secondary battery in which an insulating material is disposed in the internal space of the housing member so as to surround the lithium ion secondary battery body.
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