JP2018101466A - Battery and electronic equipment - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電池、および電子機器に関する。 The present invention relates to a battery and an electronic device.
従来、電解質として有機系電解液に代えて、固体電解質を用いた全固体電池が知られていた。例えば、特許文献1には、金属リチウムの負極と硫化物系リチウムイオン伝導性固体電解質との間に、遷移金属を含まないリチウムイオン伝導性固体電解質を介在させた、全固体リチウム電池が提案されている。
Conventionally, an all-solid battery using a solid electrolyte instead of an organic electrolyte as an electrolyte has been known. For example,
しかしながら、特許文献1に記載の全固体リチウム電池では、充放電を繰り返すことにより、負極において金属リチウムの局所的な析出(リチウムの偏析)が起きやすいという課題があった。詳しくは、リチウムイオン伝導性が高い固体電解質では、リチウムイオンが移動しやすい経路が存在し、リチウムイオン伝導性の均質性を向上させることが難しかった。そのため、充放電を繰り返すことによって、上記経路にリチウムイオンの移動が偏りやすく、リチウムの偏析が起きやすくなっていた。リチウムの偏析が起きると、負極と固体電解質との界面などで物理的なストレスが発生し、剥離や破壊などの不具合が起きるおそれがあった。また、充放電の繰り返しを経てリチウムの偏析が発生し、上記界面に凹凸が生じて、充放電効率が低下する場合があった。
However, the all-solid-state lithium battery described in
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態または適用例として実現することが可能である。 SUMMARY An advantage of some aspects of the invention is to solve at least a part of the problems described above, and the invention can be implemented as the following forms or application examples.
[適用例]本適用例に係る電池は、リチウムを含む電極と、電解質層と、電極と電解質層との間に金を含むリチウムイオン伝導層と、を備える。 [Application Example] A battery according to this application example includes an electrode including lithium, an electrolyte layer, and a lithium ion conductive layer including gold between the electrode and the electrolyte layer.
本適用例によれば、充放電を繰り返しても、電極(負極)におけるリチウムの偏析の発生を抑えることができる。詳しくは、リチウムイオン伝導層は、金を含むことから、リチウムイオン伝導性は低下するものの、リチウムイオン伝導層(複合層)を一層挿入することで、伝導性の高いところや低いところが多く存在する、比較的に不均一な状態から、ある伝導性で比較的に均一な状態となる。そのため、電極と電解質層との間に、伝導性を均一化したリチウムイオン伝導層を備えることにより、充放電時にリチウムイオンの移動経路が偏りにくくなり、リチウムの偏析の発生を抑えることができる。したがって、リチウムが偏析することに起因する、電極(負極)および電解質層との界面などでの剥離や破壊の発生が低減されて信頼性が向上するとともに、充放電効率も向上した電池を提供することができる。 According to this application example, even when charging and discharging are repeated, generation of lithium segregation in the electrode (negative electrode) can be suppressed. Specifically, since the lithium ion conductive layer contains gold, the lithium ion conductivity is lowered, but there are many places where the conductivity is high or low by inserting a lithium ion conductive layer (composite layer). From a relatively non-uniform state, it becomes a relatively uniform state with some conductivity. Therefore, by providing a lithium ion conductive layer having uniform conductivity between the electrode and the electrolyte layer, the movement path of lithium ions is less likely to be biased during charging and discharging, and the occurrence of segregation of lithium can be suppressed. Accordingly, it is possible to reduce the occurrence of peeling or destruction at the interface between the electrode (negative electrode) and the electrolyte layer due to the segregation of lithium, thereby improving the reliability and providing a battery with improved charge / discharge efficiency. be able to.
上記適用例に記載の電池において、電解質層は、活物質と、電解質とを含む複合体であることが好ましい。 In the battery described in the above application example, the electrolyte layer is preferably a composite including an active material and an electrolyte.
これによれば、活物質および電解質が、それぞれ層として積層された場合と比べて、活物質と電解質との接触面積が増え、内部抵抗を低減させると共に、リチウムイオン伝導性が向上する。 According to this, compared with the case where the active material and the electrolyte are laminated as layers, the contact area between the active material and the electrolyte is increased, the internal resistance is reduced, and the lithium ion conductivity is improved.
上記適用例に記載の電池において、電解質は、活物質の表面を被覆する、結晶性の第1電解質と、第2電解質と、を含むことが好ましい。 In the battery according to the application example described above, the electrolyte preferably includes a crystalline first electrolyte and a second electrolyte that cover the surface of the active material.
これによれば、電解質層において、結晶性の第1電解質を用いることにより、リチウムイオン伝導性をより向上させることができる。したがって、優れた充放電特性を有する電池を提供することができる。 According to this, lithium ion conductivity can be further improved by using a crystalline first electrolyte in the electrolyte layer. Therefore, a battery having excellent charge / discharge characteristics can be provided.
上記適用例に記載の電池において、第2電解質は、下記式(1)の化合物を含むことが好ましい。
Li2+xC1-xBxO3 ・・・(1)
但し、0.01<x<0.5を満たす。
In the battery according to the application example described above, the second electrolyte preferably includes a compound represented by the following formula (1).
Li 2 + x C 1-x B x O 3 (1)
However, 0.01 <x <0.5 is satisfied.
これによれば、リチウムの偏析によるデンドライトの発生を抑えて、緻密な構造の電解質層が形成される。したがって、リチウムイオン伝導性をさらに向上させることができる。また、例えば、SiO系などの固体電解質と比べて水分の影響を受けにくくなり、長期安定性を向上させることができる。 According to this, generation of dendrites due to lithium segregation is suppressed, and an electrolyte layer having a dense structure is formed. Therefore, lithium ion conductivity can be further improved. In addition, for example, it is less susceptible to moisture than a solid electrolyte such as SiO, and long-term stability can be improved.
上記適用例に記載の電池は、リチウムイオン伝導層と電極との間に、リチウム、金、酸素を含む合金を有することが好ましい。 The battery described in the application example preferably includes an alloy containing lithium, gold, and oxygen between the lithium ion conductive layer and the electrode.
これによれば、リチウム、金、酸素を含む合金によって、リチウムの移動の均質性がさらに向上する。そのため、電極(負極)におけるリチウムの偏析の発生がさらに抑えられ、電極において、リチウムの偏析に由来する凹凸をいっそう生じにくくすることができる。 According to this, the homogeneity of lithium movement is further improved by the alloy containing lithium, gold, and oxygen. Therefore, the occurrence of segregation of lithium in the electrode (negative electrode) can be further suppressed, and unevenness derived from the segregation of lithium can be further prevented from occurring in the electrode.
[適用例]本適用例に係る電子機器は、上記適用例に記載の電池を備える。 [Application Example] An electronic apparatus according to this application example includes the battery described in the above application example.
本適用例によれば、リチウムの偏析の発生が抑えられ、信頼性および充放電効率が向上した電池を、電力供給源として備えた電子機器を提供することができる。 According to this application example, it is possible to provide an electronic device including a battery in which generation of lithium segregation is suppressed and reliability and charge / discharge efficiency are improved as a power supply source.
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。なお、以下の各図においては、各層や各部材を認識可能な程度の大きさにするため、各層や各部材の尺度を実際とは異ならせしめている。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following drawings, the scale of each layer and each member is made different from the actual scale so that each layer and each member can be recognized.
(実施形態1)
<電池>
まず、本実施形態に係る電池について、図1を参照して説明する。本実施形態では、電池としてリチウム電池を例に挙げて説明する。図1は、実施形態1に係る電池としてのリチウム電池の構成を示す概略斜視図である。
(Embodiment 1)
<Battery>
First, the battery according to the present embodiment will be described with reference to FIG. In the present embodiment, a lithium battery will be described as an example of the battery. FIG. 1 is a schematic perspective view showing a configuration of a lithium battery as a battery according to
図1に示すように、本実施形態のリチウム電池100は、リチウムを含む電極としての負極40と、電解質層10と、負極40と電解質層10との間に金を含むリチウムイオン伝導層30と、を備えている。電解質層10は、活物質2bと、電解質3とを含む複合体である。活物質2bと電解質3とは、電解質層10において、正極9を形成している。また、電解質層10は、セパレーター層20を備えている。セパレーター層20は、正極9とリチウムイオン伝導層30との間に設けられている。
As shown in FIG. 1, the
電解質層10の一面10aには、第1集電体41が接して設けられている。すなわち、リチウム電池100は、順に、第1集電体41、正極9、セパレーター層20、リチウムイオン伝導層30、負極40が積層された積層体である。正極9において、セパレーター層20と接する面を、一面9aとする。セパレーター層20において、正極9の一面9aと接する面と対向し、リチウムイオン伝導層30と接する面を、一面20aとする。リチウムイオン伝導層30において、負極40と接する面を、一面30aとする。なお、リチウムイオン伝導層30に対して、負極40を介して第2集電体(図示せず)を適宜設けてもよく、リチウム電池100は、正極9および負極40のうち少なくとも一方と接する集電体を有していればよい。ここで、本明細書において「層」とは、活物質や電解質などの物質が、ある一定の厚みをもって形成されたものを指す。
A first
第1集電体41および第2集電体は、電解質層10および負極40と電気化学反応を生じず、かつ電子伝導性を有している形成材料であれば、いずれも好適に用いることができる。第1集電体41および第2集電体の形成材料としては、例えば、銅(Cu)、マグネシウム(Mg)、チタン(Ti)、鉄(Fe)、コバルト(Co)、ニッケル(Ni)、亜鉛(Zn)、アルミニウム(Al)、ゲルマニウム(Ge)、インジウム(In)、金(Au)、白金(Pt)、銀(Ag)、およびパラジウム(Pd)からなる群から選ばれる1種の金属(金属単体)や、上記の群から選ばれる少なくとも1種の金属元素を含む合金、ITO(Tin-doped Indium Oxide)、ATO(Antimony-doped Tin Oxide)、およびFTO(Fluorine-doped Tin Oxide)などの導電性金属酸化物、窒化チタン(TiN)、窒化ジルコニウム(ZrN)、窒化タンタル(TaN)などの金属窒化物などが挙げられる。
The first
第1集電体41および第2集電体の形態は、電子伝導性を有する上記形成材料の薄膜の他、金属箔、板状、導電体微粉末を粘結剤とともに混練したペーストなど、目的に応じて適当なものが選択可能である。第1集電体41および第2集電体の形成は、電解質層10や負極40などを形成した後であっても、あるいはそれらを形成する前であってもよい。
The forms of the first
負極40が含む負極活物質(形成材料)としては、例えば、五酸化ニオブ(Nb2O5)、五酸化バナジウム(V2O5)、酸化チタン(TiO2)、酸化インジウム(In2O3)、酸化亜鉛(ZnO)、酸化錫(SnO2)、酸化ニッケル(NiO)、錫(Sn)が添加された酸化インジウム(ITO)、Alが添加された酸化亜鉛(AZO)、ガリウム(Ga)が添加された酸化亜鉛(GZO)、アンチモン(Sb)が添加された酸化錫(ATO)、フッ素(F)が添加された酸化錫(FTO)、TiO2のアナターゼ相、Li4Ti5O12、Li2Ti3O7などのリチウム複合酸化物、リチウム(Li)、シリコン(Si)、Sn、シリコン−マンガン合金(Si−Mn)、シリコン−コバルト合金(Si−Co)、シリコン−ニッケル合金(Si−Ni)、In、Auなどの金属および合金、炭素材料、炭素材料の層間にリチウムイオンが挿入された物質などが挙げられる。
Examples of the negative electrode active material (formation material) included in the
負極40の厚さは、およそ50nmから100μm程度が好ましいが、所望の電池容量や材料特性に応じて任意に設計することが可能である。
The thickness of the
リチウム電池100は、例えば、円盤状であって、外形の大きさは直径約10mm、厚さは約150μmである。小型、薄型であることに加え、充放電可能であって大きな出力エネルギーが得られることから、携帯情報端末などの電力供給源(電源)として好適に用いることができる。なお、リチウム電池100の形状は円盤状であることに限定されず、例えば多角形の盤状であってもよい。このような薄型のリチウム電池100は、単体で用いてもよいし、複数のリチウム電池100を積層させて用いてもよい。積層させる場合には、リチウム電池100において、第1集電体41と、第2集電体とは必ずしも必須な構成ではなく、一方の集電体を備える構成であってもよい。
The
次に、リチウム電池100に含まれる電解質層10およびリチウムイオン伝導層30などの構造について、図2を参照して説明する。図2は、リチウム電池の構造を示す概略断面図である。
Next, the structure of the
<電解質層>
上述したように、電解質層10は、正極9とセパレーター層20とを備えている。正極9は活物質2bと、電解質3とを含んでいる。活物質2bは、粒子状であって、複数の活物質2bの粒子が寄せ集まって活物質部2を構成している。
<Electrolyte layer>
As described above, the
[活物質部]
活物質部2は、粒子状の活物質2bの集合体であり、複数の孔を有している。複数の孔は、活物質部2の内部で互いに網目状に連通している。そのため、活物質2b同士の接触が確保されている。電解質3は、活物質部2の複数の孔を埋め、さらに活物質部2全体を覆って設けられている。すなわち、活物質部2と電解質3とが複合化されて、複合体(正極9)が形成されている。そのため、活物質部2が複数の孔を有していない場合や、孔内まで電解質3が設けられていない場合と比べて、活物質2bと電解質3との接触面積が大きくなる。これにより、界面抵抗が低減され、活物質部2と電解質3との界面において良好な電荷移動が可能となる。
[Active material part]
The
本実施形態のリチウム電池100のように、第1集電体41を正極側に使用する場合に、活物質2bの形成材料(正極活物質)としては、通常知られているリチウム複合金属化合物を用いることができる。なお、図2は活物質2bを模式的に示したものであり、実際の粒径や大きさは必ずしも同じではない。
As in the
正極活物質に用いるリチウム複合金属化合物とは、リチウムを含み、かつ全体として2種以上の金属元素を含む酸化物などの化合物であって、オキソ酸イオンの存在が認められないものを指している。 The lithium composite metal compound used for the positive electrode active material refers to a compound that contains lithium and that contains two or more metal elements as a whole, and in which the presence of oxo acid ions is not recognized. .
リチウム複合金属化合物としては、例えば、Liを含み、バナジウム(V)、クロム(Cr)、マンガン(Mn)、Fe、Co、Ni、Cuから選ばれる少なくとも1種の元素を含む複合金属化合物が挙げられる。このような複合金属化合物としては、特に限定されないが、具体的には、LiCoO2、LiNiO2、LiMn2O4、Li2Mn2O3、LiCr0.5Mn0.5O2、LiFePO4、Li2FeP2O7、LiMnPO4、LiFeBO3、Li3V2(PO4)3、Li2CuO2、LiFeF3、Li2FeSiO4、Li2MnSiO4、NMC(Lia(NixMnyCo1-x-y)O2)、NCA(Li(NixCoyAl1-x-y)O2)などが挙げられる。また、本実施形態においては、これらのリチウム複合金属化合物の結晶内の一部原子が、他の遷移金属、典型金属、アルカリ金属、アルカリ希土類、ランタノイド、カルコゲナイド、ハロゲンなどで置換された固溶体もリチウム複合金属化合物に含むものとし、これらの固溶体も正極活物質として用いることができる。
Examples of the lithium composite metal compound include a composite metal compound containing Li and containing at least one element selected from vanadium (V), chromium (Cr), manganese (Mn), Fe, Co, Ni, and Cu. It is done. Such composite metal compound is not particularly limited, specifically, LiCoO 2, LiNiO 2, LiMn 2
活物質部2の形成材料に、活物質2bとしてリチウム複合金属化合物を用いることにより、活物質2bの粒子間で電子の受け渡しが行われ、活物質2bと電解質3との間でリチウムイオンの受け渡しが行われる。これによって、活物質部2(電解質層10)としての機能を良好に発揮することができる。
By using a lithium composite metal compound as the
活物質部2は、嵩密度が50%以上、90%以下であることが好ましく、50%以上、70%以下であることがより好ましい。活物質部2がこのような嵩密度を有することによって、活物質部2の孔内の表面積を広げ、活物質部2と、電解質3との接触面積を大きくしやすくなる。これにより、リチウム電池100において、従来よりも高容量化が容易となる。
The
上記の嵩密度をβ(%)、活物質部2の孔も含めた見かけの体積をv、活物質部2の質量をw、活物質2bの粒子の密度をρとすると、下記数式(x)が成り立つ。これにより嵩密度を求めることができる。
β={w/(v・ρ)}×100 ・・・(x)
When the above bulk density is β (%), the apparent volume including the pores of the
β = {w / (v · ρ)} × 100 (x)
活物質部2の嵩密度を上記の範囲とするためには、活物質2bの平均粒子径(メジアン径)を、0.3μm以上、10μm以下とすることが好ましい。より好ましくは、0.5μm以上、5μm以下である。活物質2bの平均粒子径は、例えば、活物質2bをn−オクチルアルコールに0.1質量%以上、10質量%以下の範囲の濃度となるように分散させ、光散乱式粒度分布測定装置ナノトラックUPA−EX250(日機装社)を用いて、メジアン径を求めることにより測定可能である。
In order to set the bulk density of the
活物質部2の嵩密度は、活物質部2を形成する工程において、増孔材を用いることによっても制御が可能である。
The bulk density of the
活物質部2の抵抗率は、700Ωcm以下であることが好ましい。活物質部2がこのような抵抗率を有することにより、リチウム電池100において、充分な出力を得ることができる。抵抗率は、活物質部2の表面に、電極としての銅箔を付着させ、直流分極測定を行うことにより求めることが可能である。
The resistivity of the
活物質部2では、複数の孔が内部で網目状に連通しているため、活物質部2の固体部分も網目構造を形成している。例えば、正極活物質であるLiCoO2は、結晶の電子伝導性に異方性があることが知られている。そのため、上記の孔が機械加工で形成されたような、特定の方向に孔が延在しているような構成では、結晶における電子伝導性の方向によっては、電子伝導性が低下することがある。これに対して、本実施形態では、活物質部2が網目構造であるため、結晶の電子伝導性またはイオン伝導性の異方性によらず、電気化学的に活性な連続表面を形成することができる。そのため、用いる形成材料の種類によらず、良好な電子伝導を担保することができる。
In the
活物質部2では、活物質2b同士をつなぎ合わせるバインダー(結着剤)や、活物質部2の嵩密度を調節するための造孔材が含まれる量は、可能な限り低減することが好ましい。バインダーや造孔材は活物質部2(電解質層10)の中に残存すると、電気特性に悪影響をおよぼす場合があるため、後工程の加熱を入念に実施して除去する必要がある。具体的には、本実施形態においては、電解質層10を400℃で30分加熱した場合の質量減少率を、5質量%以下としている。上記質量減少率は3質量%以下がより好ましく、さらに好ましくは1質量%以下であり、質量減少が観測されない、または測定誤差範囲内であることがより好ましい。電解質層10がこのような質量減少率を有すると、所定の加熱条件において、蒸発する溶媒や吸着水、燃焼または酸化されて気化する有機物などの量が低減される。これによって、リチウム電池100の電気特性(充放電特性)をさらに向上させることができる。
In the
[電解質]
電解質3は、活物質2b(活物質部2)の表面を被覆する、結晶性の第1電解質3aと、第2電解質3cと、を含んでいる。換言すると、電解質3は、活物質部2の孔内を含む表面に形成された第1電解質3aの被膜3bと、第2電解質3cとを含んでいる。被膜3bは、活物質部2の孔内を含む表面に設けられ、活物質部2(活物質2b)と第2電解質3cとの間に介在している。すなわち、活物質部2の表面には被膜3bが設けられ、活物質部2の孔内も含めた、被膜3bの表面には第2電解質3cが設けられ、電解質3が形成されている。
[Electrolytes]
The
第1電解質3aおよび第2電解質3cの形成材料(固体電解質)としては、例えば、SiO2−P2O5−Li2O、SiO2−P2O5−LiCl、Li2O−LiCl−B2O3、Li3.4V0.6Si0.4O4、Li14ZnGe4O16、Li3.6V0.4Ge0.6O4、Li1.3Ti1.7Al0.3(PO4)3、Li2.88PO3.73N0.14、LiNbO3、Li0.35La0.55TiO3、Li7La3Zr2O12、Li6.75La3Zr1.75Nb0.25O12、Li2S−SiS2、Li2S−SiS2−LiI、Li2S−P2S5、Li2S−SiS2−P2S5、LiPON、LiI、LiI−CaI2、LiI−CaO、LiAlCl4、LiAlF4、LiI−Al2O3、LiF−Al2O3、LiBr−Al2O3、Li2O−TiO2、La2O3−Li2O−TiO2、Li3N、Li3NI2、Li3N−LiI−LiOH、Li3N−LiCl、Li6NBr3、LiSO4、Li4SiO4、Li3PO4−Li4SiO4、Li4GeO4−Li3VO4、Li4SiO4−Li3VO4、Li4GeO4−Zn2GeO2、Li4SiO4−LiMoO4、LiSiO4−Li4ZrO4、LiBH4、Li7-xPS6-xClx、Li10GeP2S12、Li2CO3、Li3BO3、Li2+xC1-xBxO3、Li1+x+yAlx(Ti,Ge)2-xSiyP3-yO12などの酸化物、硫化物、ハロゲン化物、窒化物、水素化物あるいはそれらの部分置換体の結晶質、非結晶質および部分結晶化ガラスなどが挙げられる。また、これらの化合物の一部原子が他の遷移金属、典型金属、アルカリ金属、アルカリ希土類、ランタノイド、カルコゲナイド、ハロゲンなどで置換された固溶体を用いてもよい。 As a material for forming the first electrolyte 3a and the second electrolyte 3c (solid electrolyte), for example, SiO 2 -P 2 O 5 -Li 2 O, SiO 2 -P 2 O 5 -LiCl, Li 2 O-LiCl-B 2 O 3 , Li 3.4 V 0.6 Si 0.4 O 4 , Li 14 ZnGe 4 O 16 , Li 3.6 V 0.4 Ge 0.6 O 4 , Li 1.3 Ti 1.7 Al 0.3 (PO 4 ) 3 , Li 2.88 PO 3.73 N 0.14 , LiNbO 3 Li 0.35 La 0.55 TiO 3 , Li 7 La 3 Zr 2 O 12 , Li 6.75 La 3 Zr 1.75 Nb 0.25 O 12 , Li 2 S—SiS 2 , Li 2 S—SiS 2 —LiI, Li 2 S—P 2 S 5, Li 2 S-SiS 2 -P 2 S 5, LiPON, LiI, LiI-CaI 2, LiI-CaO, LiAlCl 4, LiAlF 4, LiI-Al 2 O 3, LiF-Al 2 O 3, LiBr- Al 2 O 3 , Li 2 O—TiO 2 , La 2 O 3 —Li 2 O—TiO 2 , Li 3 N, Li 3 NI 2 , Li 3 N—LiI—LiOH, Li 3 N—LiCl, Li 6 NBr 3 , LiSO 4 , Li 4 SiO 4 , Li 3 PO 4 -Li 4 SiO 4, Li 4 GeO 4 -Li 3 VO 4, Li 4 SiO 4 -Li 3 VO 4, Li 4 GeO 4 -Zn 2 GeO 2, Li 4 SiO 4 -LiMoO 4, LiSiO 4 -Li 4 ZrO 4 , Li B H 4 , Li 7-x PS 6-x Cl x , Li 10 GeP 2 S 12 , Li 2 CO 3 , Li 3 BO 3 , Li 2 + x C 1-x B x O 3 , Li 1 + x + y Al x (Ti, Ge) 2−x Si y P 3−y O 12 and other oxides, sulfides, halides, nitrides, hydrides, or partially substituted crystals thereof, Examples thereof include amorphous and partially crystallized glass. Further, solid solutions in which some atoms of these compounds are substituted with other transition metals, typical metals, alkali metals, alkali rare earths, lanthanoids, chalcogenides, halogens, or the like may be used.
ここで、第2電解質3cの形成材料(固体電解質)は、上述した固体電解質のうち、下記式(1)の化合物を含むことが好ましい。
Li2+xC1-xBxO3 ・・・(1)
但し、0.01<x<0.5を満たす。
Here, it is preferable that the forming material (solid electrolyte) of the
Li 2 + x C 1-x B x O 3 (1)
However, 0.01 <x <0.5 is satisfied.
式(1)を満たす化合物としては、具体的には、Li2.2C0.8B0.2O3などが挙げられる。上記の形成材料を第2電解質3cに用いることにより、リチウムの偏析によるデンドライトの発生を抑えて、緻密な構造の複合体(正極9)が形成される。これにより、リチウムイオン伝導性をさらに向上させることができる。また、SiO系の固体電解質と比べて水分の影響を受けにくくして、長期安定性を向上させることができる。
Specific examples of the compound satisfying the formula (1) include Li 2.2 C 0.8 B 0.2 O 3 . By using the above-described forming material for the
また、第1電解質3aの形成材料(固体電解質)は、結晶性であることが好ましい。結晶性の固体電解質としては、特に限定されないが、例えば、下記式(2)で表されるランタンおよびジルコニウムを含むリチウム複合金属化合物が挙げられる。
Li7-xLa3(Zr2-x,Mx)O12 ・・・(2)
但し、Mは、Nb(ニオブ)、Sc(スカンジウム)、Ti、V、Y(イットリウム)、Hf(ハフニウム)、Ta(タンタル)、Al、Si、Ga、Ge、Sn、およびSbのうち少なくとも1種を表し、xは0以上、2未満の実数を表す。
Further, the forming material (solid electrolyte) of the
Li 7-x La 3 (Zr 2-x , M x ) O 12 (2)
M is at least one of Nb (niobium), Sc (scandium), Ti, V, Y (yttrium), Hf (hafnium), Ta (tantalum), Al, Si, Ga, Ge, Sn, and Sb. Represents a seed, and x represents a real number of 0 or more and less than 2.
式(2)におけるMとしては、Nb、Ta、Sbのうちの少なくとも1種であることがより好ましい。このような固体電解質としては、例えば、Li6.75La3(Zr1.75,Nb0.25)O12が挙げられる。上記の形成材料を、第1電解質3a(被膜3b)に用いることにより、電解質層10のリチウムイオン伝導性をさらに向上させることができる。
M in Formula (2) is more preferably at least one of Nb, Ta, and Sb. Examples of such a solid electrolyte include Li 6.75 La 3 (Zr 1.75 , Nb 0.25 ) O 12 . The lithium ion conductivity of the
ここで、被膜3b(第1電解質3a)の形成材料として結晶性の固体電解質を用い、活物質部2、被膜3b、第2電解質3cの複合体(正極9)を形成すれば、電解質層10のリチウムイオン伝導性をさらに向上させることができる。
Here, if a crystalline solid electrolyte is used as a material for forming the
電解質3に用いる固体電解質のリチウムイオン伝導性の指標として、イオン伝導率を採用することができる。固体電解質のイオン伝導率とは、それらの固体電解質自身の伝導率としてのバルク伝導率と、固体電解質が結晶質である場合に、結晶の粒子間の伝導率としての粒界伝導率と、それらの総和である総イオン伝導率をいう。また、固体電解質における粒界抵抗の指標は粒界伝導率であり、粒界伝導率が増加すれば、粒界抵抗は低減される。
As an index of lithium ion conductivity of the solid electrolyte used for the
固体電解質の総イオン伝導率は、5.0×10-5S(ジーメンス)/cm以上であることが好ましい。固体電解質がこのような総イオン伝導率を有することにより、活物質部2の表面から離れた位置の電解質3に含まれるリチウムイオンが、活物質部2の表面に到達することが容易になる。これにより、上記リチウムイオンも活物質部2における電池反応に寄与することが可能となり、リチウム電池100をより高容量化することができる。
The total ionic conductivity of the solid electrolyte is preferably 5.0 × 10 −5 S (Siemens) / cm or more. When the solid electrolyte has such total ionic conductivity, it becomes easy for lithium ions contained in the
固体電解質の総イオン伝導率は、固体電解質の粉末から作製した錠剤を用いて測定することができる。具体的には、固体電解質の粉末を624MPaで錠剤型に成形し、大気雰囲気下700℃にて8時間焼結する。次いで、スパッタリング法によって、直径0.5cm、厚さ100nmの白金電極を形成して測定用の錠剤とする。この錠剤を用いた交流インピーダンス法によって総イオン伝導率を求めることが可能である。測定装置としては、例えば、インピーダンスアナライザーSI1260(ソーラトロン社)を用いることができる。 The total ionic conductivity of the solid electrolyte can be measured using a tablet prepared from the solid electrolyte powder. Specifically, the solid electrolyte powder is formed into a tablet shape at 624 MPa and sintered at 700 ° C. for 8 hours in an air atmosphere. Next, a platinum electrode having a diameter of 0.5 cm and a thickness of 100 nm is formed by sputtering to obtain a tablet for measurement. The total ionic conductivity can be obtained by the AC impedance method using this tablet. For example, an impedance analyzer SI1260 (Solartron) can be used as the measuring device.
なお、本実施形態では、電解質3として、第1電解質3aと第2電解質3cとの2種の固体電解質を用い、活物質部2の表面に被膜3bを形成したが、これに限定されない。例えば、活物質部2の表面に第1電解質3aの被膜3bを形成せず、第2電解質3cを単独で用いて電解質3を形成してもよい。
In the present embodiment, two types of solid electrolytes of the
[セパレーター層]
セパレーター層20は、上述したように、正極9とリチウムイオン伝導層30との間に設けられている。セパレーター層20は、第2電解質3cを含み、第1電解質3aおよび活物質2bを含んでいない。活物質2bを含まないセパレーター層20が、正極9と負極40との間に介在することにより、正極9と負極40とが電気的に接続されにくくなり、短絡の発生が抑えられる。セパレーター層20は、リチウムイオン伝導性を有する界面の無いアモルファス状態が好ましい。
[Separator layer]
As described above, the
セパレーター層20の厚さは、0.1μm以上、100μm以下であることが好ましく、より好ましくは、0.2μm以上、10μm以下である。セパレーター層20の厚さを上記範囲とすることによって、セパレーター層20の内部抵抗を低減し、かつ正極9と負極40との間での、短絡の発生を抑制することができる。
The thickness of the
なお、セパレーター層20の一面20a(リチウムイオン伝導層30と接する面)に、必要に応じて各種成形法、加工法を組み合わせて、トレンチ、グレーチング、ピラーなどの凹凸構造を設けてもよい。
In addition, an uneven structure such as a trench, a grating, or a pillar may be provided on one
<リチウムイオン伝導層>
リチウムイオン伝導層30は、上述したように、金を含み、負極40と電解質層10(セパレーター層20)との間に設けられている。金は、固体電解質と比べて、リチウムイオン伝導性が低い一方で、リチウムイオン伝導性の均質性が優れている。そのため、金を含むリチウムイオン伝導層30は、リチウムイオンの伝導(移動)の偏りを緩和する機能を有している。リチウム電池100は、負極40と電解質層10との間にリチウムイオン伝導層30を備えることにより、充放電時にリチウムイオンの移動経路が偏りにくくなる。そのため、充放電を繰り返してもリチウムの偏析の発生を抑えることができる。
<Lithium ion conductive layer>
As described above, the lithium ion
リチウムイオン伝導層30の厚さは、50nm以上、100nm以下である。リチウムイオン伝導層30の厚さが上記の範囲にあることによって、リチウムの偏析の発生を抑えるとともに、リチウムイオン伝導層30における内部抵抗を低減することができる。
The thickness of the lithium ion
リチウムイオン伝導層30と負極40との間、すなわち、リチウムイオン伝導層30が負極40と接する界面(一面30a)には、リチウム、金、酸素を含む合金が生成している。該合金は、リチウムイオン伝導層30と同様に、充放電時にリチウムイオンの移動経路の偏りを緩和させる機能を有している。そのため、リチウムの偏析の発生をさらに抑えることができる。
An alloy containing lithium, gold, and oxygen is generated between the lithium ion
ここで、リチウムイオン伝導層30の形成材料として、金の他に、リチウムと合金を形成する金属を用いてもよい。リチウムと合金を形成する金属としては、リチウムイオン伝導性を有して、リチウムイオン伝導性を著しく損なわず、リチウム電池100の充放電によって副生成物を生じなければ、特に限定されない。また、リチウムと反応して、リチウムイオン伝導性が失われなければ、有機材料を用いてもよい。
Here, as a material for forming the lithium ion
<第1集電体>
電解質層10の一面10aは、上述したように、第1集電体41と接している。一面10aには、活物質部2が露出しているため、活物質部2と、第1集電体41とは接して設けられ、双方は電気的に接続されている。電解質3は、活物質部2の孔内まで設けられて、第1集電体41と接する箇所以外の、活物質部2の表面と接している。このような構成の電解質層10では、第1集電体41と活物質部2との接触面積より、活物質部2と電解質3との接触面積が大きくなる。これによって、活物質部2と電解質3との界面が、電荷移動のボトルネックとなりにくく、そのため、電解質層10として良好な電荷移動を確保しやすく、リチウム電池100において、高容量化や高出力化が可能になる。
<First current collector>
One
<電池の製造方法>
本実施形態のリチウム電池100の製造方法について、図3、図4A、図4B、図4C、図4D、図4E、図4Fを参照して説明する。図3は、リチウム電池の製造方法を示す工程フロー図である。図4Aから図4Fは、リチウム電池の製造方法を示す模式図である。なお、図3に示した工程フローは一例であって、これに限定されるものではない。
<Battery manufacturing method>
A method for manufacturing the
図3に示すように、リチウム電池100の製造方法は、以下に述べる工程S1から工程S10を備えている。
As shown in FIG. 3, the manufacturing method of the
工程S1では、活物質2bを含む多孔質の成形体を形成する。本実施形態では、活物質2bの形成材料として、上述したリチウム複合金属化合物のLiCoO2を用いる。まず、LiCoO2(シグマアルドリッチ社)の粒子に、湿式遠心分離機LC−1000型(Krettek社)を用いてn−ブタノール中で分級操作を行い、平均粒子径が約5μmの活物質2bを得る。活物質2bについて、熱重量・熱量同時測定装置STA8000(パーキンエルマー社)を用いて融点を測定した結果、およそ1130℃であった。
In step S1, a porous molded body including the
次に、成形型81を使用して、活物質2bを圧縮成型する。具体的には、図4Aに示すように、活物質2bを、50MPaの圧力にて成形型81(内径10mmの排気ポート付きダイス)を用いて2分間加圧する。このとき、活物質2bにバインダーや造孔材を混ぜて圧縮成形を行ってもよい。ただし、バインダーや造孔材は、後工程の焼成において熱分解または揮散しやすいものを用いることが好ましい。これにより、LiCoO2(活物質2b)から、円盤状の多孔質の成形体(直径10mm、実効径8mm、厚さ150μm)が得られる。
Next, the
工程S2では、成形体に焼成を施して活物質部2を形成する。図4Bに示すように、活物質2bの成形体を基板82に載置し、900℃にて8時間かけて加熱処理を施して、活物質部2を得る。加熱処理の温度は、例えば850℃以上であって、活物質2bの融点未満の温度が好ましい。この加熱処理によって活物質2bの粒子同士が焼結され、成形体の形状が保持されやすくなる。また、活物質2b同士が接触して結合し、電子の移動経路が形成される。
In step S2, the molded body is fired to form the
これにより、活物質2b同士を焼結させて、一体化した活物質部2が得られる。加熱処理の温度を850℃以上とすることによって、焼結が十分に進行するとともに、活物質2bの結晶内の電子伝導性が確保される。加熱処理の温度を活物質2bの融点未満とすることによって、活物質2bの結晶内のリチウムイオンが過剰に揮発することを抑え、リチウムイオン伝導性が維持される。これにより、電解質層10の電気的な容量を確保することが可能となる。加熱処理の温度は、より好ましくは875℃以上、1000℃以下である。これによって、電解質層10を用いるリチウム電池100において、適切な出力および容量を付与することができる。
Thereby, the
加熱処理の時間は、例えば5分以上、36時間以下とすることが好ましい。より好ましくは、4時間以上、14時間以下である。以上の処理によって、複数の孔を有する活物質部2が得られる。
The heat treatment time is preferably, for example, 5 minutes or longer and 36 hours or shorter. More preferably, it is 4 hours or more and 14 hours or less. The
上記成形体を載置する基板82の形成材料は、特に限定されないが、活物質2b、第1電解質3a、第2電解質3cと反応しにくい材料を用いることが好ましい。
A material for forming the
工程S3では、第1電解質3aの前駆体を含む溶液3bX(以降、単に「前駆体溶液3bX」とも言う。)を調製する。本実施形態では、第1電解質3aとして、Li6.75La3(Zr1.75,Nb0.25)O12(以下、「LLZNb」ともいう。)を用いる。
In step S3, a solution 3bX containing a precursor of the
具体的には、例えば、1.0mol/kg濃度の酢酸リチウムのトルエン/プロピオン酸溶液10.125g、0.4mol/kg濃度の2−エチルヘキサン酸ランタンのトルエン/2−ブトキシエタノール溶液5.250g、0.4mol/kg濃度のジルコニウムアクリレートのプロピオン酸溶液3.719g、および1.0mol/kg濃度のニオブペンタエトキシドの2−ブトキシエタノール溶液0.250gを秤量し、90℃のホットプレートにて30分間加熱混合を行う。その後、室温まで徐冷して、LLZNb前駆体溶液(前駆体溶液3bX)が得られる。 Specifically, for example, a toluene / propionic acid solution of lithium acetate at a concentration of 1.0 mol / kg, 10.125 g, a toluene / 2-butoxyethanol solution of lanthanum 2-ethylhexanoate at a concentration of 0.4 mol / kg, 5.250 g. , 3.719 g of propionic acid solution of zirconium acrylate at a concentration of 0.4 mol / kg and 0.250 g of 2-butoxyethanol solution of niobium pentaethoxide at a concentration of 1.0 mol / kg were weighed on a 90 ° C. hot plate. Mix by heating for 30 minutes. Thereafter, it is gradually cooled to room temperature to obtain an LLZNb precursor solution (precursor solution 3bX).
ここで、LLZNb前駆体溶液では、後工程における加熱や焼成によって、リチウムが揮散して減量する場合がある。そのため、リチウムの減量分を勘案し、上記LLZNbの本来の理論組成に対して、モル比で1.2倍となるように、リチウム源(1mol/kg濃度の酢酸リチウムのトルエン/プロピオン酸溶液)を配合してもよい。 Here, in the LLZNb precursor solution, lithium may be volatilized and reduced by heating or baking in a subsequent process. Therefore, taking into account the reduced amount of lithium, a lithium source (toluene / propionic acid solution of lithium acetate at a concentration of 1 mol / kg) so that the molar ratio is 1.2 times the original theoretical composition of LLZNb. May be blended.
なお、LLZNbのような固体電解質を含む前駆体溶液としては、以下の(a)、(b)、(c)、(d)の少なくとも1種を用いることができる。この中で(b)はゾル・ゲル法を用いて固体電解質を形成する場合の前駆体である。本実施形態では、下記(d)の組成物を用いる。
(a)固体電解質が有する金属原子を、固体電解質の組成式に従った割合で含み、酸化により固体電解質となる塩を有する組成物。
(b)固体電解質が有する金属原子を、固体電解質の組成式に従った割合で含む金属アルコキシド化合物を有する組成物。
(c)固体電解質の微粒子、または固体電解質が有する金属原子を、固体電解質の組成式に従った割合で含む微粒子ゾルを溶剤に分散させた分散液。
(d)固体電解質が有する金属原子を、固体電解質の組成式に従った割合で含み、酸化により固体電解質となる塩と金属アルコキシド化合物とを有する組成物。
In addition, as a precursor solution containing solid electrolyte like LLZNb, at least 1 sort (s) of the following (a), (b), (c), (d) can be used. Among these, (b) is a precursor for forming a solid electrolyte by using a sol-gel method. In the present embodiment, the following composition (d) is used.
(A) A composition containing a metal atom contained in a solid electrolyte in a proportion according to the composition formula of the solid electrolyte and having a salt that becomes a solid electrolyte by oxidation.
(B) The composition which has a metal alkoxide compound which contains the metal atom which a solid electrolyte has in the ratio according to the composition formula of a solid electrolyte.
(C) A dispersion in which fine particles of a solid electrolyte or fine particle sol containing metal atoms of the solid electrolyte in a proportion according to the composition formula of the solid electrolyte are dispersed in a solvent.
(D) A composition comprising a metal atom contained in a solid electrolyte in a proportion according to the composition formula of the solid electrolyte, and a salt that becomes a solid electrolyte by oxidation and a metal alkoxide compound.
工程S4では、前駆体溶液3bXと活物質部2とを接触させて、前駆体溶液3bXを活物質部2の表面へ塗布する。具体的には、図4Cに示すように、基板82上にてディスペンサー83を用い、活物質部2の孔内も含めた表面に、前駆体溶液3bXを塗布する。
In step S4, the precursor solution 3bX and the
前駆体溶液3bXの塗布方法としては、ディスペンサー83による滴下の他に、例えば、浸漬、吹き付け、毛細管現象による浸透、スピンコートなどの手段を用いることが可能であり、これらを組み合わせて実施してもよい。前駆体溶液3bXは流動性を有するため、活物質部2の孔内へも到達しやすくなっている。このとき、前駆体溶液3bXが、活物質部2の孔内を含む表面全体に濡れ広がるよう塗布する。
As a method of applying the precursor solution 3bX, in addition to the dropping by the
工程S5では、活物質部2の孔内を含む表面に、第1電解質3aを析出させて第1電解質3aの被膜3bを形成する。まず、活物質部2に塗布した前駆体溶液3bXを乾燥させる。乾燥の方法としては、加熱、減圧、送風など、通常知られた方法の少なくとも1つを採用することができる。
In step S5, the
次に、前駆体溶液3bXが塗布され乾燥が施された活物質部2を、第1の温度にて加熱する。第1の温度は、500℃以上、900℃以下とすることが好ましい。第1の温度を有機物が除去可能な500℃以上とすることにより、活物質部2(活物質2b)や前駆体溶液3bXに含まれる成分、不純物、混入物としての有機物が、熱分解によって低減される。また、加熱温度の上限を900℃以下とすることにより、固体電解質の変質を抑えて夾雑物の発生が抑制される。第1の温度は、510℃以上、880℃以下がより好ましく、さらに好ましくは520℃以上、860℃以下である。本実施形態において、第1の温度は540℃とする。上記範囲の温度で加熱することで、夾雑物の発生を抑えて、有機物の熱分解を促進することができる。第1の温度での加熱時間は特に限定されないが、例えば、0.5時間以上、24時間以下とすることができる。
Next, the
第1の温度での加熱は、二酸化炭素を含む乾燥空気を、大気圧以上に加圧した条件にて実施する。このとき、二酸化炭素の濃度は200ppm以上とすることが好ましい。より好ましくは300ppm以上であり、さらに好ましくは400ppmである。また、乾燥空気として、含まれる水分の濃度は130ppm以下とすることが好ましい。さらに、上記乾燥空気において、酸素濃度は1000ppm以下とすることが好ましく、より好ましくは130ppm以下である。加熱時の雰囲気を以上の条件とすることにより、LLZNb(第1電解質3a)の析出を促進し、炭酸リチウムなどの夾雑物の生成を抑えることができる。
The heating at the first temperature is performed under the condition where dry air containing carbon dioxide is pressurized to atmospheric pressure or higher. At this time, the concentration of carbon dioxide is preferably 200 ppm or more. More preferably, it is 300 ppm or more, More preferably, it is 400 ppm. Moreover, it is preferable that the density | concentration of the water | moisture content contained as dry air shall be 130 ppm or less. In the dry air, the oxygen concentration is preferably 1000 ppm or less, more preferably 130 ppm or less. By setting the atmosphere during heating to the above-described conditions, precipitation of LLZNb (
工程S4から工程S5の第1の温度での加熱までの操作は、活物質部2および析出したLLZNbを合わせた嵩密度が、約50%となるまで反復して実施する。前駆体溶液3bXの塗布と加熱とを繰り返すことによって、活物質部2の孔内も含めた表面に、LLZNbの緻密な被膜3bを形成することができる。
The operations from the step S4 to the heating at the first temperature in the step S5 are repeatedly performed until the bulk density of the
なお、別途、前駆体溶液3bXに、加圧された乾燥空気中で900℃にて8時間の加熱を施して、LLZNbの固形物を作製し、活物質2bと同様な方法で融点を測定した結果、およそ1100℃であった。
Separately, the precursor solution 3bX was heated at 900 ° C. in pressurized dry air for 8 hours to produce a solid material of LLZNb, and the melting point was measured in the same manner as the
次に、図4Dに示すように、基板82上にて、上述した第1の温度より高い、第2の温度にて加熱を施す。第2の温度は、700℃以上、950℃以下とすることが好ましい。より好ましくは、720℃以上、930℃以下であり、さらに好ましくは740℃以上、910℃以下である。本実施形態において、第2の温度は800℃とする。これにより、活物質部2および被膜3bの焼成が進行して、リチウムイオン伝導性などの電気特性が確保される。
Next, as shown in FIG. 4D, heating is performed on the
第2の温度での加熱は、第1の温度での加熱と同様な雰囲気下で行うことが好ましい。なお、二酸化炭素の分圧は、第2の温度に応じて大気圧下よりも低下する。そのため、第2の温度に対応させて、二酸化炭素の濃度を調整することが好ましい。好ましい二酸化炭素の濃度は、第2の温度が700℃の場合は400ppm以上であり、同じく800℃の場合は300ppm以上であり、同じく900℃の場合は200ppm以上である。 The heating at the second temperature is preferably performed in the same atmosphere as the heating at the first temperature. Note that the partial pressure of carbon dioxide is lower than that under atmospheric pressure in accordance with the second temperature. Therefore, it is preferable to adjust the concentration of carbon dioxide corresponding to the second temperature. A preferable carbon dioxide concentration is 400 ppm or more when the second temperature is 700 ° C., 300 ppm or more when the second temperature is 800 ° C., and 200 ppm or more when the second temperature is 900 ° C.
第2の温度での加熱における、雰囲気の調節によって、第1の温度での加熱と同様に、残存する有機物および発生する夾雑物を低減することができる。さらに、第1の温度での加熱と同様に、乾燥空気中の酸素濃度を調節することが好ましい。好ましい酸素濃度は1000ppm以下であり、より好ましくは130ppm以下である。第2の温度での加熱時間は特に限定されないが、例えば、1時間以上、36時間以下とすることができる。本実施形態において、第2の温度での加熱時間は8時間とする。 By adjusting the atmosphere in the heating at the second temperature, the remaining organic substances and generated impurities can be reduced as in the heating at the first temperature. Furthermore, it is preferable to adjust the oxygen concentration in the dry air as in the case of heating at the first temperature. A preferable oxygen concentration is 1000 ppm or less, and more preferably 130 ppm or less. The heating time at the second temperature is not particularly limited, and can be, for example, 1 hour or more and 36 hours or less. In the present embodiment, the heating time at the second temperature is 8 hours.
工程S6では、粒子状の第2電解質3cを用いて、成形ペレット5を形成する。本実施形態では、第2電解質3cとして、Li2.2C0.8B0.2O3(以下、「LCBO」ともいう。)を用いる。まず、LCBOの粒子(紛体)を作製する。具体的には、例えば、Li2CO3およびLi3BO3を質量混合比4:1で混合して、成形型81を用い、30MPaの圧力にて2分間加圧し錠剤型とする。その後、高温炉に入れ、650℃にて4時間焼成して、LCBOの固形物を作製する。この固形物を、乾式ミルなどを用いて粉砕し、粉末状としてLCBO粒子(第2電解質3cの粒子)を得る。ここで、作製したLCBOの粒子の融点は、活物質2bと同様にして測定した結果、およそ685℃であった。なお、粒子状の第2電解質3cの製造方法は、上述した方法に限定されず、公知の方法を採用することができる。
In step S6, the molded
次に、粒子状の第2電解質3cに圧縮成形を施して、成形ペレット5を形成する。成形型81を使用して、粒子状の第2電解質3cを30MPaの圧力にて2分間加圧する。これにより、粒子状の第2電解質3cから、成形ペレット5が得られる。
Next, compression molding is performed on the particulate
工程S7では、活物質部2と成形ペレット5とを接触させながら加熱して、第2電解質3cを溶融させて冷却することにより、活物質2bと第1電解質3aと第2電解質3cとを含む正極9を形成する。まず、図4Eに示すように、基板82上に載置した活物質部2の上面(天井面)に、成形ペレット5を載せる。成形ペレット5の質量は、被膜3bを形成した活物質部2において、孔内を埋めるに足る質量以上とすることが好ましい。この状態で、成形ペレット5単独、または成形ペレット5、活物質部2、基板82を含む系全体を加熱する。
In step S7, the
このときの加熱温度は、第2電解質3c(LCBO)の融点以上とする。この加熱によって、第2電解質3cが溶融し、融液(液状体)となって、被膜3bが形成された活物質部2の孔内を含む表面に濡れ広がる。これにより、第2電解質3cの融液(液状体)が、活物質部2の孔内まで塗布される。
The heating temperature at this time is set to be equal to or higher than the melting point of the
上記の加熱温度は、第2電解質3cの融点より高く、第1電解質3aの融点より低ければ、上記数値に限定されず、任意に設定することが可能である。本実施形態では、加熱温度を700℃とする。
The heating temperature is not limited to the above numerical value as long as it is higher than the melting point of the
上記の加熱操作は、水分濃度が130ppm以下の乾燥空気の下で行うことが好ましい。このような雰囲気下で行うことにより、夾雑物などの発生を抑えることができる。さらに、上記乾燥空気中の二酸化炭素濃度を400ppm以上とすることが好ましい。二酸化炭素濃度を調節することによって、電解質3(とりわけ、炭素を含む第2電解質3c)の熱分解を抑えることができる。なお、成形ペレット5に代えて、粉末状の第2電解質3cを、活物質部2に載置して、上記操作を行ってもよい。また、成形ペレット5の加熱手段として、レーザーアニールを用いてもよい。
The above heating operation is preferably performed under dry air having a moisture concentration of 130 ppm or less. By performing in such an atmosphere, generation | occurrence | production of impurities etc. can be suppressed. Furthermore, the carbon dioxide concentration in the dry air is preferably 400 ppm or more. By adjusting the carbon dioxide concentration, thermal decomposition of the electrolyte 3 (particularly, the
次に、上記液状体が塗布された活物質部2を冷却する。冷却条件は、放冷(自然放熱)による徐冷方式を用いる。強制的に放熱させる方式を用いる場合は、冷却速度に留意して熱衝撃を抑える必要がある。いずれの方式を用いる場合も、冷却時の雰囲気は、工程S7における加熱操作と同様に、水分濃度が130ppm以下の乾燥空気とすることが好ましい。
Next, the
冷却によって、上記液状体が固化する。このとき、第2電解質3cは、活物質部2の表面に設けられた被膜3b(第1電解質3a)と接触した状態で固化し、第1電解質3aおよび第2電解質3cを含む電解質3が形成される。これにより、活物質部2と、電解質3とが複合化した正極9が形成される。
The liquid is solidified by cooling. At this time, the
ここで、活物質部2に載置する成形ペレット5の質量を調節することによって、活物質部2の成形ペレット5を載置した天井面に、第2電解質3cを含むセパレーター層20を、正極9と同時に形成することができる。また、正極9の一方の面に、スパッタリング法などの公知の方法を用いて、LCBOを含むセパレーター層20を形成してもよい。本実施形態では、スパッタリング法を用いて、アモルファスのLCBOを形成する。このとき、形成するセパレーター層20の厚さは数μm程度とする。これにより、正極9およびセパレーター層20を有する電解質層10が形成される。
Here, by adjusting the mass of the molded
工程S8では、セパレーター層20の一面20aにリチウムイオン伝導層30を形成する。リチウムイオン伝導層30の形成には、スパッタリング法、蒸着法などの公知の方法が採用可能である。本実施形態では、形成材料として金を用い、スパッタリング法によって厚さが50nmとなるようにリチウムイオン伝導層30を成膜する。
In step S <b> 8, the lithium ion
工程S9では、リチウムイオン伝導層30の一面30aに、負極40を形成する。負極40の形成方法は、有機金属化合物の加水分解反応などを伴う、所謂ゾル・ゲル法や、有機金属熱分解法などの溶液プロセスの他、適切な金属化合物とガス雰囲気を用いたCVD(Chemical Vapor Deposition)法、ALD(Atomic Layer Deposition)法、固体電解質粒子のスラリーを使用したグリーンシート法やスクリーン印刷法、エアロゾルデポジション法、適切なターゲットとガス雰囲気を用いたスパッタリング法、PLD(Pulsed Laser Deposition)法、真空蒸着法、めっき、溶射など、を用いることができる。また、負極40の形成材料としては、上述した負極活物質が採用可能である。本実施形態では、真空蒸着法を用いて、厚さが約3μmのリチウム(Li金属)を成膜して負極40とする。
In step S <b> 9, the
工程S10では、電解質層10の一面10aに、電解質層10と接するように、第1集電体41を形成する。まず、図4Fに示すように、電解質層10において、セパレーター層20が形成された面と対向する面を、Ar(アルゴン)などの不活性ガスの雰囲気下で研磨する。このとき、研磨によって、活物質部2を確実に露出させて一面10aを形成する。これによって、活物質2bが第1集電体41と電気的に接続される。なお、上述した工程において、上記対向する面に活物質部2が十分に露出している場合は、研磨を省略して、上記対向する面を一面10aとしてもよい。
In step S <b> 10, the first
研磨の方法は特に限定されない。例えば、研磨には、研磨材としてラッピングフィルムシート#15000(3M社製、砥粒径0.3μm)を用いて、機械的な研磨加工を施して、一面10aを形成する。
The polishing method is not particularly limited. For example, for polishing, a lapping film sheet # 15000 (manufactured by 3M, abrasive grain size: 0.3 μm) is used as an abrasive to perform mechanical polishing to form one
次に、一面10aに第1集電体41を成膜(形成)する。第1集電体41の形成方法としては、適当な接着層を別途設けて接着する方法、PVD(Physical Vapor Deposition)法、CVD法、PLD法、ALD法およびエアロゾルデポジション法、適切なターゲットとガス雰囲気を用いたスパッタリング法、などの気相堆積法、ゾル・ゲル法、有機金属熱分解法およびめっきなどの湿式法など、形成面との反応性や電気回路に望まれる電気伝導性、電気回路設計に応じて、適当な方法を用いることができる。また、第1集電体41の形成材料としては、上述した形成材料を採用できる。本実施形態では、スパッタリング法を用いて、金を成膜して第1集電体41とする。以上の工程を経てリチウム電池100が製造される。
Next, the first
以上に述べたように、上記実施形態に係るリチウム電池100によれば、以下の効果を得ることができる。
As described above, according to the
上記実施形態によれば、リチウム電池100において、充放電を繰り返しても、負極40におけるリチウムの偏析の発生を抑えることができる。詳しくは、リチウムイオン伝導層30は、金を含むことから、リチウムイオン伝導性の均質性が向上する。金は、固体電解質と比べてリチウムイオン伝導性が低い一方で、リチウムイオン伝導性の均質性が優れている。そのため、リチウムイオン伝導層30は、リチウムイオンの伝導(移動)の偏りを緩和する機能を有している。負極40と電解質層10との間にリチウムイオン伝導層30を備えることにより、充放電時にリチウムイオンの移動経路が偏りにくくなり、リチウムの偏析の発生を抑えることができる。したがって、負極40および電解質層10との界面などでの剥離や破壊の発生が低減されて信頼性が向上するとともに、充放電効率も向上したリチウム電池100を提供することができる。
According to the embodiment described above, in the
リチウム電池100は、リチウムイオン伝導層30と負極40との間に、リチウム、金、酸素を含む合金を有することから、該合金によって、負極40におけるリチウムの偏析の発生をさらに抑えることができる。
Since the
活物質2bおよび電解質3が複合体を形成することにより、それぞれが層として積層された場合と比べて、活物質2bと電解質3との接触面積が増え、内部抵抗を低減させると共に、リチウムイオン伝導性が向上する。
By forming a composite of the
第1電解質3aとして結晶性のLLZNbを用いて被膜3bを形成し、第2電解質3cとしてLCBOを用いることから、リチウムイオン伝導性をより向上させることができる。
Since the
次に、上記実施形態のリチウム電池100について実施例と比較例とを示し、上記実施形態の効果をより具体的に説明する。なお、下記の実験における秤量は、分析用天秤ME204T(メトラー・トレド社)を用いて行った。
Next, an example and a comparative example are shown about the
<リチウム電池の製造>
(実施例1)
実施例1のリチウム電池は、上述した実施形態1の製造方法、形成材料を用いて製造した。
<Manufacture of lithium batteries>
Example 1
The lithium battery of Example 1 was manufactured using the manufacturing method and forming material of
(比較例1)
比較例1のリチウム電池は、実施例1のリチウム電池のリチウムイオン伝導層30を形成せずに、省いた。すなわち、比較例1のリチウム電池は、リチウムイオン伝導層30がなく、セパレーター層20の一面20aに接して負極40が形成されている。この他は、実施例1と同様にして比較例1のリチウム電池を製造した。
(Comparative Example 1)
The lithium battery of Comparative Example 1 was omitted without forming the lithium ion
<リチウム電池の評価>
[充放電サイクル試験]
実施例1および比較例1のリチウム電池の評価として、充放電サイクル試験を行い、その結果を図5および図6に示した。図5は、実施例および比較例に係るリチウム電池の評価結果を示す図表である。図6は、リチウム電池の充放電効率を示すグラフである。
<Evaluation of lithium battery>
[Charge / discharge cycle test]
As an evaluation of the lithium batteries of Example 1 and Comparative Example 1, a charge / discharge cycle test was performed, and the results are shown in FIGS. FIG. 5 is a chart showing evaluation results of lithium batteries according to examples and comparative examples. FIG. 6 is a graph showing the charge / discharge efficiency of the lithium battery.
まず、充放電サイクル試験の前に、充電電流を1μAとして30μAhまで充電を行った後、放電電流を1μAとして下限電圧の2.8Vまで放電させた。上記操作を一度行って、リチウムイオンを伝導させた。 First, before the charge / discharge cycle test, the battery was charged to 30 μAh with a charge current of 1 μA, and then discharged to a lower limit voltage of 2.8 V with a discharge current of 1 μA. The above operation was performed once to conduct lithium ions.
次に、充電電流を5μAとして100μAhまで充電を行った後、放電電流を5μAとして下限電圧の2.8Vまで放電させて、放電容量を測定した。上記の充放電の操作を1サイクルとして、5サイクルまで反復して実施した。測定した放電容量値で充放電容量値を除して、充放電効率を算出した。1サイクル、3サイクル、5サイクルにおける充放電効率を図5に示した。また、横軸を充放電のサイクル数、縦軸を充放電効率として、グラフを作成して図6に示した。 Next, the battery was charged to 100 μAh with a charging current of 5 μA, then discharged to a lower limit voltage of 2.8 V with a discharge current of 5 μA, and the discharge capacity was measured. The charging / discharging operation described above was performed as one cycle and repeated up to 5 cycles. The charge / discharge efficiency value was calculated by dividing the charge / discharge capacity value by the measured discharge capacity value. The charge / discharge efficiency in 1 cycle, 3 cycles, and 5 cycles is shown in FIG. In addition, a graph was created with the horizontal axis representing the number of charge / discharge cycles and the vertical axis representing the charge / discharge efficiency, which are shown in FIG.
[断面観察]
実施例1および比較例1のリチウム電池について、上記充放電サイクル試験を行った後、リチウム電池の断面観察を行った。具体的には、FIB−SEM複合装置NX9000(日立ハイテクイノロジーズ社)を用いてFIB(Focused Ion Beam)断面出し加工を施した。その後、同装置を用いて、実施例1については、負極40(Li)とリチウムイオン伝導層30(Au)との界面(負極界面)、セパレーター層20と電解質層10との界面(一面9a)の断面観察を行った。比較例1については、負極40とセパレーター層20との界面(負極界面)、一面9aの断面観察を行った。断面観察の結果を、以下の判定基準に従って評価し、評価結果を図5に示した。
A:負極界面にLi偏析が認められず、負極界面および一面9aに破断が見られない。
B:負極界面にLi偏析が認められるが、負極界面および一面9aに破断が見られない。
C:負極界面にLi偏析が認められ、負極界面または一面9aに破断が見られる。
D:負極界面にLi偏析が認められ、負極界面および一面9aに破断が見られる。
[Section observation]
About the lithium battery of Example 1 and Comparative Example 1, after performing the said charging / discharging cycle test, cross-sectional observation of the lithium battery was performed. Specifically, FIB (Focused Ion Beam) cross-section processing was performed using a FIB-SEM composite apparatus NX9000 (Hitachi High-Tech Inologies). Thereafter, using the same apparatus, for Example 1, the interface between the negative electrode 40 (Li) and the lithium ion conductive layer 30 (Au) (negative electrode interface), the interface between the
A: Li segregation is not observed at the negative electrode interface, and no breakage is observed at the negative electrode interface and one
B: Li segregation is observed at the negative electrode interface, but no breakage is observed on the negative electrode interface and one
C: Li segregation is observed at the negative electrode interface, and fractures are observed on the negative electrode interface or one
D: Li segregation is observed at the negative electrode interface, and fractures are observed at the negative electrode interface and one
<評価結果>
実施例1のリチウム電池は、図5および図6に示した通り、充放電5サイクルでの充放電効率が50%以上確保され、リチウムの偏析および破断が認められなかった。なお。負極界面の断面について、EDX(Energy Dispersive X-ray spectroscopy)による元素分析を行った結果、リチウムイオン伝導層30と負極40との界面に、リチウム、金、酸素の合金の形成が認められた。これにより、セパレーター層20と負極40との間において、リチウムイオン伝導性の均質性がさらに向上し、充放電によるリチウムの偏析の発生が抑えられた。すなわち、実施例1のリチウム電池は、充放電による影響を受けにくく、充放電効率および信頼性が従来よりも向上することが示された。
<Evaluation results>
As shown in FIGS. 5 and 6, the lithium battery of Example 1 has a charge / discharge efficiency of 50% or more in 5 cycles of charge / discharge, and no segregation or breakage of lithium was observed. Note that. The cross section of the negative electrode interface was subjected to elemental analysis by EDX (Energy Dispersive X-ray spectroscopy), and as a result, formation of an alloy of lithium, gold, and oxygen was recognized at the interface between the lithium ion
一方、比較例1では、充放電5サイクルでの充放電効率が30%を大きく下回り、負極界面でのリチウムの偏析、および負極界面や一面9aにおいて破断が見られた。したがって、比較例1のリチウム電池は、実施例1のリチウム電池と比べて、充放電効率および信頼性が劣るものであることが分かった。
On the other hand, in Comparative Example 1, the charge / discharge efficiency in 5 cycles of charge / discharge was significantly lower than 30%, and segregation of lithium at the negative electrode interface and fracture at the negative electrode interface or one
(実施形態2)
<電池>
本実施形態に係る電池としてリチウム電池を例に挙げて説明する。なお、実施形態1と同一の構成部位については、同一の番号を使用し、重複する説明は省略する。
(Embodiment 2)
<Battery>
A lithium battery will be described as an example of the battery according to this embodiment. In addition, about the component same as
本実施形態のリチウム電池は、実施形態1のリチウム電池100において、正極9に代えて、Li1+x+yAlx(Ti,Ge)2-xSiyP3-yO12(以下、「LATP」ともいう。)を正極とする。LATPの正極は、公知の製造方法を用いて形成することができる。この他は、リチウムイオン伝導層30も含めてリチウム電池100と同一の構成とする。
The lithium battery of the present embodiment is different from the
本実施形態によれば、実施形態1と同様に、リチウムの偏析の発生を抑えて、充放電効率および信頼性が向上したリチウム電池を提供することができる。 According to the present embodiment, as in the first embodiment, it is possible to provide a lithium battery in which generation of lithium segregation is suppressed and charge / discharge efficiency and reliability are improved.
(実施形態3)
<電池>
本実施形態に係る電池について、電池としてリチウム電池を例に挙げ、図7を参照して説明する。図7は、実施形態3に係る電池としてのリチウム電池の構造を示す概略断面図である。なお、実施形態1と同一の構成部位については、同一の番号を使用し、重複する説明は省略する。
(Embodiment 3)
<Battery>
The battery according to the present embodiment will be described with reference to FIG. 7 taking a lithium battery as an example of the battery. FIG. 7 is a schematic cross-sectional view showing the structure of a lithium battery as a battery according to
図7に示すように、本実施形態のリチウム電池200は、実施形態1のリチウム電池100の電解質層10を電解質層11に代えた他は、リチウム電池100と同様の構成である。
As shown in FIG. 7, the
電解質層11は、活物質12bと電解質13とを含む複合体としての正極19、第2電解質3cを含むセパレーター層20を有している。正極19においては、粒子状の活物質12bが集合体となって、活物質部12を形成している。活物質12bおよび電解質13としては、それぞれ上述した形成材料を用いることができる。
The
<電池の製造方法>
本実施形態のリチウム電池200の製造方法について、図8、図9A、図9Bを参照して説明する。図8は、リチウム電池の製造方法を示す工程フロー図である。図9Aおよび図9Bは、リチウム電池の製造方法を示す模式図である。なお、図8に示した工程フローは一例であって、これに限定されるものではない。
<Battery manufacturing method>
A method for manufacturing the
図8に示すように、リチウム電池200の製造方法は、以下に述べる工程S11から工程S17を備え、所謂グリーンシート法を採用している。
As shown in FIG. 8, the manufacturing method of the
工程S11では、電解質層11が備える正極19を形成するため、活物質12b、電解質13の形成材料などが含まれるスラリー19Xを作製する。本実施形態では、活物質12bの形成材料としてNMCを用い、電解質13の形成材料としてLi2S−P2S5を用いる。活物質12bおよび電解質13は、スラリー19X中での分散性を向上させるため、粒子状(粉末状)として使用することが好ましい。これらは、粉末状の市販品、または公知の方法で製造した後に粉末状に加工したものが採用できる。スラリー19Xには、分散剤、消泡剤、造孔材などを助剤として添加してもよい。
In step S11, in order to form the
スラリー19Xが含む溶媒としては、活物質12bおよび電解質13との化学反応性を有していなければ、特に限定されない。そのような溶媒としては、例えば、メチルアルコール、エチルアルコール、n−プロピルアルコール、イソプロピルアルコール、n−ブチルアルコール、アリルアルコール、エチレングルコールモノブチルエーテル(2−n−ブトキシエタノール)などのアルコール類、エチレングリコール、プロピレングリコール、ブチレングリコール、ヘキシレングリコール、ペンタンジオール、ヘキサンジオール、ヘプタンジオール、ジプロピレングリコールなどのグリコール類、ジメチルケトン、メチルエチルケトン、メチルプロピルケトン、メチルイソブチルケトンなどのケトン類、ギ酸メチル、ギ酸エチル、酢酸メチル、アセト酢酸メチルなどのエステル類、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、ジエチレングリコールジメチルエーテル、エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、ジプロピレングリコールモノメチルエーテル、1,4−ジオキサン、テトラヒドロフラン(THF)などのエーテル類、ギ酸、酢酸、2−エチル酪酸、プロピオン酸などの有機酸類、トルエン、o−キシレン、p−キシレンなどの芳香族類、ホルムアミド、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジエチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、N−メチルピロリドンなどのアミド類などの有機溶剤が挙げられる。本実施形態では、溶媒として1,4−ジオキサン(関東化学社)を用いる。
The solvent contained in the
ガラス製ビーカーに、1,4−ジオキサン20g、共に粉末状のNMC2gおよびLi2S−P2S51gと、磁石式撹拌子とを入れ、マグネチックスターラーにて撹拌しながら混合する。これにより、1,4−ジオキサン中に、NMCおよびLi2S−P2S5が分散した、スラリー19Xを作製する。
Into a glass beaker, 20 g of 1,4-dioxane, 2 g of powdered NMC and 1 g of Li 2 S—P 2 S 5, and a magnetic stirrer are placed and mixed while stirring with a magnetic stirrer. Thereby,
工程S12では、スラリー19Xからシート状の成形物19Yを形成する。図9Aに示すように、スラリー19Xを、バーコーターなどの塗工機84を用いて基材85上に塗工し、シート状の成形物19Yを形成する。このとき、スラリー19Xの組成は、成形物19Yの所望の厚さや、塗工機84の性能などに対応させて適宜変更が可能である。
In step S12, a sheet-like molded
本実施形態では、塗工機84として全自動フィルムアプリケーター(コーテック社)を用い、ポリエチレンテレフタラート製の基材85上に塗工して、スラリー19Xからシート状の成形物19Yを形成する。成形物19Yの厚さは、約150μmとする。
In the present embodiment, a fully automatic film applicator (Cotec) is used as the
工程S13では、成形物19Yから正極19を形成する。まず、図9Bに示すように、成形物19Yに加熱処理を施す。加熱処理の条件としては、特に限定されないが、例えば、成形物19Yを100℃以上、350℃以下で2時間から8時間加熱して、溶媒などの有機物を除去する。図9Bの状態から、溶媒が揮散、分解されて排除される。その後、電気マッフル炉などを用いて、800℃以上、1000℃以下で4時間から18時間の加熱処理(焼成)を施す。
In step S13, the
この焼成によって、活物質12bは溶融せずに粒子同士が焼結して、電気的に接続された活物質部12が形成される。また、電解質13の粒子は溶融して融液となり、活物質部12の孔内を含む表面に濡れ広がって、活物質部12全体を包含する。この状態から冷却することにより、電解質13、活物質部12が複合化された複合体が形成される。その後、該複合体を、例えば直径10mmの円盤形状に切り出して、正極19とする。
By this firing, the
工程S14では、正極19の一面にセパレーター層20を形成する。セパレーター層20の形成材料、形成方法は、実施形態1と同様とする。なお、以降の工程S15から工程S17は、実施形態1におけるリチウム電池100の製造方法のうち、工程S8から工程S10と同様であるため、説明を省略する。
In step S <b> 14, the
本実施形態によれば、実施形態1と同様に、リチウムの偏析の発生を抑えて、充放電効率および信頼性が向上したリチウム電池200を提供することができる。また、グリーンシート法を採用するため、実施形態1における活物質部2の形成などの工程を省略することが可能であり、リチウム電池200の製造工程を簡略化することができる。
According to the present embodiment, as in the first embodiment, it is possible to provide the
(実施形態4)
<電子機器>
本実施形態に係る電子機器について、図10を参照して説明する。本実施形態では、電子機器として、ウェアラブル機器を例に挙げて説明する。図10は、実施形態4に係る電子機器としてのウェアラブル機器の構成を示す概略図である。
(Embodiment 4)
<Electronic equipment>
An electronic apparatus according to the present embodiment will be described with reference to FIG. In the present embodiment, a wearable device will be described as an example of an electronic device. FIG. 10 is a schematic diagram illustrating a configuration of a wearable device as an electronic device according to the fourth embodiment.
図10に示すように、本実施形態のウェアラブル機器400は、バンド310を用いて、人体の、例えば手首WRに腕時計のように装着され、人体に係る情報を入手する情報機器である。ウェアラブル機器400は、電池305、表示部325、センサー321、処理部330を備えている。電池305には、上記実施形態のリチウム電池を用いている。
As shown in FIG. 10, the
バンド310は、装着時に手首WRに密着するように、ゴムなどの可撓性を備えた樹脂を用いた帯状を成している。バンド310の端部には、手首WRの太さに対応して結合位置を調整可能な結合部(図示せず)が設けられている。
The
センサー321は、バンド310において、装着時に手首WRに触れるよう、バンド310の内面側(手首WR側)に配置されている。センサー321は、手首WRと触れることによって、人体の脈拍や血糖値などに関する情報を入手し、処理部330へ出力する。センサー321としては、例えば光学センサーが用いられる。
The
処理部330は、バンド310に内蔵され、センサー321および表示部325と電気的に接続されている。処理部330としては、例えば集積回路(IC)が用いられる。処理部330は、センサー321からの出力に基づいて、脈拍や血糖値などの演算処理を行って、表示部325に表示データを出力する。
The
表示部325は、処理部330から出力された、脈拍や血糖値などの表示データを表示する。表示部325としては、例えば受光型の液晶表示装置を用いる。表示部325は、ウェアラブル機器400の装着時に、表示データを装着者が読み取れるように、バンド310の外面側(センサー321が配置された内面と対向する側)に配置されている。
The
電池305は、表示部325、センサー321、処理部330へ電力を供給する電力供給源として機能する。電池305は、着脱可能な状態にてバンド310に内蔵されている。
The
以上の構成により、ウェアラブル機器400は、手首WRから装着者の脈拍や血糖値に係る情報を入手し、演算処理などを経て、脈拍や血糖値などの情報として表示することができる。また、ウェアラブル機器400は、リチウムの偏析の発生を抑えた、上記実施形態のリチウム電池を適用しているため、従来よりも信頼性および充放電効率を向上させることができる。さらには、上記実施形態のリチウム電池は、全固体型の二次電池であるため、充電による繰り返しの使用が可能であることに加え、電解液などの漏洩の懸念がないため、長期間かつ安全に使用が可能なウェアラブル機器400を提供することができる。
With the above configuration, the
本実施形態では、ウェアラブル機器400として腕時計型のウェアラブル機器を例示したが、これに限定されるものではない。ウェアラブル機器は、例えば、足首、頭、耳、腰などに装着されるものであってもよい。
In the present embodiment, a wristwatch-type wearable device is illustrated as the
また、電力供給源としての電池305(上記実施形態のリチウム電池)が適用される電子機器は、ウェアラブル機器400に限定されない。その他の電子機器としては、例えば、ヘッドマウントディスプレイなどの頭部装着型ディスプレイ、ヘッドアップディスプレイ、携帯電話機、携帯情報端末、ノート型パソコン、デジタルカメラ、ビデオカメラ、音楽プレイヤー、ワイヤレスヘッドホン、携帯ゲーム機などが挙げられる。これらの電子機器は、例えば、データ通信機能、ゲーム機能、録音再生機能、辞書機能などの他の機能を有していてもよい。
Further, the electronic device to which the battery 305 (the lithium battery of the above embodiment) as a power supply source is applied is not limited to the
また、本実施形態の電子機器は、一般消費者向けの用途に限定されず、産業用途へも適用が可能である。さらに、上記実施形態のリチウム電池が適用される機器は、電子機器に限定されない。例えば、上記実施形態のリチウム電池を、移動体の電力供給源として適用してもよい。移動体としては、具体的には、自動車、バイク、フォークリフト、無人飛行機等の飛行体などが挙げられる。これによれば、信頼性および充放電効率が向上した電池を、電力供給源として備えた移動体を提供することができる。 Moreover, the electronic device of this embodiment is not limited to the use for general consumers, but can also be applied to industrial use. Furthermore, a device to which the lithium battery of the above embodiment is applied is not limited to an electronic device. For example, you may apply the lithium battery of the said embodiment as an electric power supply source of a moving body. Specific examples of the moving body include a flying body such as an automobile, a motorcycle, a forklift, and an unmanned airplane. According to this, the mobile body provided with the battery with improved reliability and charging / discharging efficiency as a power supply source can be provided.
なお、本発明は上述した実施形態に限定されず、上述した実施形態に種々の変更や改良などを加えることが可能である。変形例を以下に述べる。 Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications and improvements can be added to the above-described embodiment. A modification will be described below.
(変形例1)
上記実施形態では、リチウムイオン伝導層30の厚さがおよそ50nmとなるように形成したが、リチウムイオン伝導層30の構成はこれに限定されない。例えば、リチウムイオン伝導層を、厚さが数μmのメッシュ状に形成してもよい。これによれば、初回の充放電後に、リチウムイオン伝導層と負極40との間にリチウム、金、酸素を含む合金が形成される。したがって、負極40における、リチウムの偏析の発生を抑えることができる。
(Modification 1)
In the said embodiment, although formed so that the thickness of the lithium ion
2,12…活物質部、2b,12b…活物質、3,13…電解質、3a…第1電解質、3c…第2電解質、9,19…正極、10,11…電解質層、30…リチウムイオン伝導層、40…リチウムを含む電極としての負極、20…セパレーター層、41…第1集電体、100,200…電池としてのリチウム電池、305…電池、400…電子機器としてのウェアラブル機器。
DESCRIPTION OF
Claims (6)
電解質層と、
前記電極と前記電解質層との間に金を含むリチウムイオン伝導層と、を備えた電池。 An electrode containing lithium;
An electrolyte layer;
A battery comprising a lithium ion conductive layer containing gold between the electrode and the electrolyte layer.
Li2+xC1-xBxO3 ・・・(1)
但し、0.01<x<0.5を満たす。 The battery according to claim 1, wherein the second electrolyte includes a compound represented by the following formula (1).
Li 2 + x C 1-x B x O 3 (1)
However, 0.01 <x <0.5 is satisfied.
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