JP6031774B2 - Secondary battery, negative electrode current collector, electronic device and electric vehicle - Google Patents

Secondary battery, negative electrode current collector, electronic device and electric vehicle Download PDF

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Description

本技術は、二次電池、負極集電体、電子機器および電動車両に関する。さらに詳しくは、本技術は、二次電池および負極集電体、並びに、二次電池を用いた電子機器および電動車両に関する。   The present technology relates to a secondary battery, a negative electrode current collector, an electronic device, and an electric vehicle. More specifically, the present technology relates to a secondary battery, a negative electrode current collector, an electronic device using the secondary battery, and an electric vehicle.

リチウムイオン二次電池は、負極集電体としてCuフィルムが用いられている。Cuは、Liが合金化しづらく、Liの拡散、消失が比較的少ない材料である。そのほか、Liと合金化しにくい材料として、Ti、Niなどが知られている。   In a lithium ion secondary battery, a Cu film is used as a negative electrode current collector. Cu is a material in which Li is difficult to alloy and the diffusion and disappearance of Li are relatively small. In addition, Ti, Ni, and the like are known as materials that are difficult to alloy with Li.

しかし、これらの金属材料においても、実際には微小にLiが拡散することも知られている。これが顕著に見られるのはLi−free負極の薄膜電池である。(例えば、非特許文献1参照)このLi−free負極の薄膜電池では、Li金属が負極集電体と固体電解質との間に析出し、これが負極活物質として機能する。放電時には析出したLi金属が全て正極活物質に戻ることで放電容量が得られるが、電池容量はこの析出Liそのものであるため、析出したLiが負極集電体内に拡散して消失すると徐々に電池容量は低下していく。このため、Liが負極集電体内に消失しない集電体構成が必要である。   However, in these metal materials, it is also known that Li is actually diffused minutely. This is noticeable in the thin film battery of the Li-free negative electrode. (For example, refer nonpatent literature 1) In this thin film battery of a Li-free negative electrode, Li metal precipitates between a negative electrode collector and a solid electrolyte, and this functions as a negative electrode active material. The discharge capacity is obtained by returning all Li metal deposited at the time of discharge to the positive electrode active material. However, since the battery capacity is this deposited Li itself, the battery gradually disappears when the deposited Li diffuses into the negative electrode current collector and disappears. Capacity goes down. For this reason, a current collector configuration is required in which Li does not disappear into the negative electrode current collector.

一方、集電体金属の電位とLiの電位との電位差により、Liが金属内に引き寄せられる効果も一般的に知られている。Liが集電体金属内を透過して反対側の面に到達し、集電体金属の両面にLiが覆われて初めて電位のバランスがとれて安定となる。その際に、負極集電体が大気などを通して水分にさらされる場合、Liは徐々に反応し、失われてゆく。このように、LiとLi以外の集電体金属とが接していると、Liは拡散し、消失してしまう。   On the other hand, an effect of attracting Li into the metal due to a potential difference between the potential of the current collector metal and the potential of Li is also generally known. Only when Li passes through the current collector metal and reaches the opposite surface, and Li is covered on both surfaces of the current collector metal, the potential balance becomes stable and stable. At that time, when the negative electrode current collector is exposed to moisture through the atmosphere or the like, Li reacts gradually and is lost. Thus, when Li and current collector metals other than Li are in contact, Li diffuses and disappears.

B. J. Neudecker et al.,“Lithium-Free Thin-Film Battery with In Situ Plated Li Anode”, J. Electrochem. Soc., 147, 517-523 (2000)(Experimental)B. J. Neudecker et al., “Lithium-Free Thin-Film Battery with In Situ Plated Li Anode”, J. Electrochem. Soc., 147, 517-523 (2000) (Experimental)

二次電池では、Liなどの電極反応物質が負極集電体内で拡散することを抑制する集電体構成が求められている。   Secondary batteries are required to have a current collector configuration that suppresses diffusion of an electrode reactant such as Li in the negative electrode current collector.

したがって、本技術の目的は、負極集電体内の電極反応物質の拡散を抑制することができる二次電池、負極集電体、電子機器および電動車両を提供することにある。   Accordingly, an object of the present technology is to provide a secondary battery, a negative electrode current collector, an electronic device, and an electric vehicle that can suppress diffusion of an electrode reactant in the negative electrode current collector.

上述した課題を解決するために、本技術は、正極と、負極集電体を含む負極と、電解質とを備え、負極集電体は、第1の金属材料からなり、導電性を有する第1の負極集電体と、第1の金属材料と同一または異なる第2の金属材料からなり、導電性を有する第2の負極集電体と、第1の負極集電体と第2の負極集電体との間にあって、少なくともリチウムを含み、且つ、リチウムイオンを離脱および吸蔵させることが可能な材料からなるブロック領域とを含み、電極反応物質が、リチウムである二次電池である。 In order to solve the above-described problem, the present technology includes a positive electrode, a negative electrode including a negative electrode current collector, and an electrolyte, and the negative electrode current collector is made of a first metal material and has conductivity. A negative electrode current collector, a second metal material that is the same as or different from the first metal material, and has conductivity, a first negative electrode current collector, and a second negative electrode current collector. be between the collector includes at least lithium, and, viewed contains a block area consisting of material capable of leaving and occluding lithium ions, the electrode reactant is a secondary battery is a lithium.

本技術は、第1の金属材料からなり、導電性を有する第1の負極集電体と、第1の金属材料と同一または異なる第2の金属材料からなり、導電性を有する第2の負極集電体と、第1の負極集電体と第2の負極集電体との間にあって、少なくともリチウムを含み、且つ、リチウムイオンを離脱および吸蔵させることが可能な材料からなるブロック領域とを含み、電極反応物質がリチウムである二次電池用の負極集電体である。 The present technology includes a first negative electrode current collector made of a first metal material and having conductivity, and a second negative electrode made of a second metal material that is the same as or different from the first metal material and has conductivity. A current collector and a block region between the first negative electrode current collector and the second negative electrode current collector, the block region being made of a material containing at least lithium and capable of desorbing and occluding lithium ions; seen including, electrode reactant is a negative electrode current collector for a secondary battery is a lithium.

本技術は、上述の二次電池を用いた電子機器、電動車両である。   The present technology is an electronic device or an electric vehicle using the above-described secondary battery.

本技術では、負極集電体が、電極反応物質の移動を抑止するブロック領域を含む構成を有する。この構成により、負極集電体内の電極反応物質の拡散を抑制することができる。   In the present technology, the negative electrode current collector has a configuration including a block region that suppresses movement of the electrode reactant. With this configuration, diffusion of the electrode reactant in the negative electrode current collector can be suppressed.

本技術によれば、負極集電体内の電極反応物質の拡散を抑制することができる。   According to the present technology, it is possible to suppress the diffusion of the electrode reactant in the negative electrode current collector.

図1Aは本技術の固体電解質二次電池の構成を示す平面図である。図1Bは図1Aの線X−Xに沿った断面を示す断面図である。図1Cは図1Aの線Y−Yに沿った断面を示す断面図である。FIG. 1A is a plan view showing a configuration of a solid electrolyte secondary battery of the present technology. FIG. 1B is a cross-sectional view showing a cross section taken along line XX in FIG. 1A. 1C is a cross-sectional view showing a cross section taken along line YY of FIG. 1A. 図2Aは本技術の固体電解質二次電池の構成を示す平面図である。図2Bは図2Aの線X−Xに沿った断面を示す断面図である。図2Cは図1Aの線Y−Yに沿った断面を示す断面図である。FIG. 2A is a plan view showing the configuration of the solid electrolyte secondary battery of the present technology. 2B is a cross-sectional view showing a cross section taken along line XX of FIG. 2A. 2C is a cross-sectional view showing a cross section taken along line YY of FIG. 1A. 図3は、本技術の二次電池の構成例を示す断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating a configuration example of the secondary battery of the present technology. 図4は、図3に示す巻回電極体の一部を拡大して示す拡大断面図である。FIG. 4 is an enlarged cross-sectional view showing a part of the spirally wound electrode body shown in FIG. 図5は、本技術の電池パックの構成例を示すブロック図である。FIG. 5 is a block diagram illustrating a configuration example of the battery pack of the present technology. 図6は、本技術の二次電池を用いた住宅用の蓄電システムに適用した例を示す概略図である。FIG. 6 is a schematic diagram illustrating an example applied to a residential power storage system using the secondary battery of the present technology. 図7は、本技術が適用されるシリーズハイブリッドシステムを採用するハイブリッド車両の構成の一例を概略的に示す概略図である。FIG. 7 is a schematic diagram schematically illustrating an example of a configuration of a hybrid vehicle that employs a series hybrid system to which the present technology is applied. 図8は、実施例1について、サイクル数に対して利用率をプロットしたグラフである。FIG. 8 is a graph in which the utilization rate is plotted against the number of cycles for Example 1. 図9は、比較例1について、サイクル数に対して利用率をプロットしたグラフである。FIG. 9 is a graph plotting the utilization rate against the number of cycles for Comparative Example 1. 図10は、比較例1の負極集電体の表面を観察したSEM像である。FIG. 10 is an SEM image obtained by observing the surface of the negative electrode current collector of Comparative Example 1. 図11は、比較例1の負極集電体の表面状態を示す写真である。FIG. 11 is a photograph showing the surface state of the negative electrode current collector of Comparative Example 1.

以下、本技術の実施の形態について図面を参照して説明する。なお、説明は、以下の順序で行う。
1.第1の実施の形態(薄膜型の固体電解質二次電池の第1の例)
2.第2の実施の形態(薄膜型の固体電解質二次電池の第2の例)
3.第3の実施の形態(円筒型の非水電解質二次電池の例)
4.第4の実施の形態(電池パック)
5.第5の実施の形態(電子機器や電動車両、蓄電装置など)
6.他の実施の形態(変形例)
Hereinafter, embodiments of the present technology will be described with reference to the drawings. The description will be given in the following order.
1. First embodiment (first example of thin-film solid electrolyte secondary battery)
2. Second embodiment (second example of thin-film solid electrolyte secondary battery)
3. Third Embodiment (Example of Cylindrical Nonaqueous Electrolyte Secondary Battery)
4). Fourth embodiment (battery pack)
5. Fifth embodiment (electronic device, electric vehicle, power storage device, etc.)
6). Other embodiment (modification)

1.第1の実施の形態
本技術の第1の実施の形態による固体電解質二次電池について説明する。図1A〜図1Cは本技術の第1の実施の形態による固体電解質二次電池の構成を示す。図1Aは固体電解質二次電池の平面図である。図1Bは図1Aの線X−Xに沿った断面を示す断面図である。図1Cは図1Aの線Y−Yに沿った断面を示す断面図である。この固体電解質二次電池は、例えば、充電および放電可能な二次電池である。この固体電解質二次電池は、例えば、電極反応における反応物質(以下、電極反応物質と称する)であるリチウムが、充放電に伴い、正極および負極間を移動するリチウム二次電池である。なお、本技術では、充電時に負極においてリチウムが析出するものも含めてリチウム二次電池とする。また、この固体電解質二次電池は、例えば、正極、負極、固体電解質などの電池構成部材が薄膜で構成された薄膜型の固体電解質二次電池である。
1. First Embodiment A solid electrolyte secondary battery according to a first embodiment of the present technology will be described. 1A to 1C show a configuration of a solid electrolyte secondary battery according to a first embodiment of the present technology. FIG. 1A is a plan view of a solid electrolyte secondary battery. FIG. 1B is a cross-sectional view showing a cross section taken along line XX in FIG. 1A. 1C is a cross-sectional view showing a cross section taken along line YY of FIG. 1A. This solid electrolyte secondary battery is, for example, a secondary battery that can be charged and discharged. This solid electrolyte secondary battery is, for example, a lithium secondary battery in which lithium, which is a reactant in an electrode reaction (hereinafter referred to as an electrode reactant), moves between a positive electrode and a negative electrode with charge / discharge. In the present technology, lithium secondary batteries including those in which lithium is deposited at the negative electrode during charging are used. The solid electrolyte secondary battery is a thin film type solid electrolyte secondary battery in which battery constituent members such as a positive electrode, a negative electrode, and a solid electrolyte are formed of a thin film.

図1A〜図1Cに示すように、この固体電解質二次電池は、基材である基板10の上に無機絶縁膜20が形成され、無機絶縁膜20上に、正極側集電体膜30と、正極活物質膜40と、固体電解質膜50と、第1の負極側集電体膜60aと、ブロック層60cと、第2の負極側集電体膜60bとがこの順で積層された積層体を有する。この積層体の全体を覆うように、例えば、紫外線硬化樹脂から構成された全体保護膜80が形成されている。なお、全体保護膜80上に無機絶縁膜20が形成されていてもよい。この固体電解二次電池は、正極側層と負極側層と正極側層および負極側層の間にある固体電解質層とを備えたものである。この固体電解質二次電池では、正極側層は、固体電解質層を境界として固体電解質層より正極側にある。図1A〜図1Cに示す例では、正極側層は、例えば、固体電解質層である固体電解質膜50より正極側にある、正極活物質層である正極活物質膜40と、正極側集電体層である正極側集電体膜30とを含む。この固体電解質二次電池では、負極側層は、固体電解質層を境界として固体電解質層より負極側にある。図1A〜図1Cに示す例では、負極側層は、例えば、固体電解質層である固体電解質膜50より負極側にある負極側集電体層である第1の負極側集電体膜60aとブロック層60cと第2の負極側集電体膜60bとを含む。   As shown in FIG. 1A to FIG. 1C, in this solid electrolyte secondary battery, an inorganic insulating film 20 is formed on a substrate 10 that is a base material, and on the inorganic insulating film 20, a positive current collector film 30 and The positive electrode active material film 40, the solid electrolyte film 50, the first negative electrode side current collector film 60a, the block layer 60c, and the second negative electrode side current collector film 60b are stacked in this order. Have a body. An entire protective film 80 made of, for example, an ultraviolet curable resin is formed so as to cover the entire laminate. Note that the inorganic insulating film 20 may be formed on the entire protective film 80. This solid electrolytic secondary battery includes a positive electrode side layer, a negative electrode side layer, and a solid electrolyte layer between the positive electrode side layer and the negative electrode side layer. In this solid electrolyte secondary battery, the positive electrode side layer is on the positive electrode side of the solid electrolyte layer with the solid electrolyte layer as a boundary. In the example shown in FIGS. 1A to 1C, the positive electrode side layer includes, for example, a positive electrode active material film 40 that is a positive electrode active material layer and a positive electrode side current collector that are on the positive electrode side of the solid electrolyte film 50 that is a solid electrolyte layer. And positive electrode side current collector film 30 as a layer. In this solid electrolyte secondary battery, the negative electrode side layer is on the negative electrode side of the solid electrolyte layer with the solid electrolyte layer as a boundary. In the example shown in FIGS. 1A to 1C, the negative electrode side layer includes, for example, a first negative electrode side current collector film 60 a that is a negative electrode side current collector layer located on the negative electrode side from the solid electrolyte film 50 that is a solid electrolyte layer; It includes a block layer 60c and a second negative electrode current collector film 60b.

(基板)
基板10としては、例えば、ポリカーボネート(PC)樹脂基板、フッ素樹脂基板、ポリエチレンテレフタレート(PET)基板、ポリブチレンテレフタレート(PBT)基板、ポリイミド(PI)基板、ポリアミド(PA)基板、ポリスルホン(PSF)基板、ポリエーテルスルホン(PES)基板、ポリフェニレンスルフィド(PPS)基板、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)基板、ポリエチレンナフタレート(PEN)、シクロオレフィンポリマー(COP)などを使用することができる。この基板の材質は特に限定されるものではないが、吸湿性が低く耐湿性を有する基板がより好ましい。
(substrate)
Examples of the substrate 10 include a polycarbonate (PC) resin substrate, a fluororesin substrate, a polyethylene terephthalate (PET) substrate, a polybutylene terephthalate (PBT) substrate, a polyimide (PI) substrate, a polyamide (PA) substrate, and a polysulfone (PSF) substrate. Polyethersulfone (PES) substrate, polyphenylene sulfide (PPS) substrate, polyetheretherketone (PEEK) substrate, polyethylene naphthalate (PEN), cycloolefin polymer (COP) and the like can be used. The material of this substrate is not particularly limited, but a substrate having low moisture absorption and moisture resistance is more preferable.

(正極側集電体膜30)
正極側集電体膜30を構成する材料としては、Cu、Mg、Ti、Fe、Co、Ni、Zn、Al、Ge、In、Au、Pt、Ag、Pdなど、又は、これらの何れかを含む合金を使用することができる。
(Positive electrode side current collector film 30)
As a material constituting the positive electrode side current collector film 30, Cu, Mg, Ti, Fe, Co, Ni, Zn, Al, Ge, In, Au, Pt, Ag, Pd, or any of these may be used. Including alloys can be used.

(正極活物質膜40)
正極活物質膜40を構成する正極活物質材料は、リチウムイオンを離脱および吸蔵させ易く、正極活物質膜に多くのリチウムイオンを離脱および吸蔵させることが可能な材料であればよい。また、電位が高く、電気化学当量の小さい材料がよい。例えば、Mn、Co、Fe、P、Ni、Si、Crの少なくとも1つとLiとを含む酸化物若しくはリン酸化合物、または硫黄化合物が挙げられる。具体的には、例えば、LiMnO2(マンガン酸リチウム)、LiMn24、Li2Mn24などのリチウム−マンガン酸化物、LiCoO2(コバルト酸リチウム)、LiCo24などのリチウム−コバルト酸化物、LiNiO2(ニッケル酸リチウム)、LiNi24などのリチウム−ニッケル酸化物、LiMnCoO4、Li2MnCoO4などのリチウム−マンガン−コバルト酸化物、Li4Ti512、LiTi24などのリチウム−チタン酸化物、その他、LiFePO4(リン酸鉄リチウム)、硫化チタン(TiS2)、硫化モリブデン(MoS2)、硫化鉄(FeS、FeS2)、硫化銅(CuS)および硫化ニッケル(Ni32)、酸化ビスマス(Bi23)、鉛酸ビスマス(Bi2Pb25)、酸化銅(CuO)、酸化バナジウム(V613)、セレン化ニオブ(NbSe3)などが挙げられる。また、これらを混合して用いることも可能である。成膜性、電池のサイクル安定性や電位を考慮すると、LiCoO2やLiMnO2などのCoまたはMnとLiとを有するリチウム複合酸化物が好ましい。
(Positive electrode active material film 40)
The positive electrode active material constituting the positive electrode active material film 40 may be any material that can easily release and occlude lithium ions and can release and occlude many lithium ions in the positive electrode active material film. A material having a high potential and a small electrochemical equivalent is preferable. For example, an oxide or a phosphoric acid compound containing at least one of Mn, Co, Fe, P, Ni, Si, and Cr and Li, or a sulfur compound can be given. Specifically, for example, lithium manganese oxides such as LiMnO 2 (lithium manganate), LiMn 2 O 4 and Li 2 Mn 2 O 4 , lithium such as LiCoO 2 (lithium cobaltate) and LiCo 2 O 4 Cobalt oxide, lithium-nickel oxide such as LiNiO 2 (lithium nickelate), LiNi 2 O 4 , lithium-manganese-cobalt oxide such as LiMnCoO 4 , Li 2 MnCoO 4 , Li 4 Ti 5 O 12 , LiTi 2 Li-titanium oxide such as O 4 , LiFePO 4 (lithium iron phosphate), titanium sulfide (TiS 2 ), molybdenum sulfide (MoS 2 ), iron sulfide (FeS, FeS 2 ), copper sulfide (CuS) and nickel sulfide (Ni 3 S 2), bismuth oxide (Bi 2 O 3), lead-acid bismuth (Bi 2 Pb 2 O 5) , copper oxide ( uO), vanadium oxide (V 6 O 13), niobium selenide (NbSe 3), and the like. Moreover, it is also possible to mix and use these. In consideration of film formability, battery cycle stability, and potential, a lithium composite oxide having Co or Mn and Li such as LiCoO 2 and LiMnO 2 is preferable.

正極活物質膜40は、アモルファス状態のリチウムリン酸化合物で構成されていてもよい。例えば、正極活物質膜40は、LiとPとNi、Co、Mn、Au、Ag、Pdから選ばれる何れかの元素M1とOとを含有するアモルファス状態のリチウムリン酸化合物で構成される。   The positive electrode active material film 40 may be composed of an amorphous lithium phosphate compound. For example, the positive electrode active material film 40 is composed of an amorphous lithium phosphate compound containing Li, P, and any element M1 and O selected from Ni, Co, Mn, Au, Ag, and Pd.

このリチウムリン酸化合物は、正極活物質として以下の優れた特性を有する。すなわち、対Li+/Liに対して高い電位を有する。電位の平坦性に優れる、すなわち組成変化に伴う電位変動が小さい。リチウムの組成比も大きいので高容量である。高い電気伝導性を有する。結晶質の正極活物質のように充放電の繰り返しによる結晶構造の崩壊などもないので、充放電サイクル特性も優れている。また、アニ−ルレスで形成できるため、プロセスの簡素化、歩留まりの向上、樹脂基板の利用を可能とする。 This lithium phosphate compound has the following excellent characteristics as a positive electrode active material. That is, it has a high potential with respect to the pair Li + / Li. The potential flatness is excellent, that is, the potential fluctuation accompanying the composition change is small. Since the composition ratio of lithium is large, the capacity is high. High electrical conductivity. Since there is no collapse of the crystal structure due to repeated charge / discharge unlike the crystalline positive electrode active material, the charge / discharge cycle characteristics are also excellent. Further, since it can be formed without an anneal, the process can be simplified, the yield can be improved, and the resin substrate can be used.

正極活物質膜40は、例えば、上述したようなリチウムリン酸化合物として、式(1)で表されるリチウムリン酸化合物で構成されていてもよい。   The positive electrode active material film 40 may be composed of, for example, a lithium phosphate compound represented by the formula (1) as the lithium phosphate compound as described above.

式(1)
LixNiyPOz
(式中、xはリチウムの組成比を示す。yはニッケルの組成比を示す。zは酸素の組成比を示す。xは0<x<8.0である。yは2.0≦y≦10である。zは酸素の組成比を示す。zはNi、Pの組成比に応じて酸素が安定に含まれる比となる。)
Formula (1)
Li x Ni y PO z
(Wherein x represents the composition ratio of lithium, y represents the composition ratio of nickel, z represents the composition ratio of oxygen, x is 0 <x <8.0, and y is 2.0 ≦ y. ≦ 10, z represents the composition ratio of oxygen, and z is a ratio in which oxygen is stably contained according to the composition ratio of Ni and P.)

式(1)において、リチウムの組成比xの範囲は、0<x<8であることが好ましい。
リチウムの組成比xの上限は、特に限定されないが、電位が保たれる限界がリチウムの組成比xの上限値となる。確認できた範囲では、リチウムの組成比xは、8未満であることが好ましい。また、リチウムの組成比xの範囲は、1.0≦x<8であることがより好ましい。リチウムの組成比xが、1.0未満であると、インピーダンスが大きく充放電できなくなるからである。
In the formula (1), the range of the lithium composition ratio x is preferably 0 <x <8.
The upper limit of the lithium composition ratio x is not particularly limited, but the limit at which the potential is maintained is the upper limit value of the lithium composition ratio x. In the confirmed range, the composition ratio x of lithium is preferably less than 8. The range of the lithium composition ratio x is more preferably 1.0 ≦ x <8. This is because when the composition ratio x of lithium is less than 1.0, the impedance is large and charging / discharging cannot be performed.

式(1)において、Niの組成比yの範囲は、十分な充放電容量が得られる点から、2.0≦y≦10.0であることが好ましい。例えば、Niの組成比yが2.0未満であると、充放電容量が急激に小さくなってしまう。Niの組成比yの上限は、特に限定されないが、Niの組成比yが4を超えると徐々に充放電容量が低下してしまう。最大容量の半分程度を目安にすると、Niの組成比yは10以下が好ましい。なお、耐久性、イオン伝導度などの側面で利点がある場合は、充放電容量を犠牲にして、10.0を超えた組成比にしてもよい。   In the formula (1), the range of the Ni composition ratio y is preferably 2.0 ≦ y ≦ 10.0 from the viewpoint of obtaining a sufficient charge / discharge capacity. For example, when the composition ratio y of Ni is less than 2.0, the charge / discharge capacity is rapidly reduced. The upper limit of the Ni composition ratio y is not particularly limited, but when the Ni composition ratio y exceeds 4, the charge / discharge capacity gradually decreases. Taking about half of the maximum capacity as a guide, the Ni composition ratio y is preferably 10 or less. If there are advantages in terms of durability, ion conductivity, etc., the composition ratio may exceed 10.0 at the expense of charge / discharge capacity.

式(1)において、酸素の組成比zは、Niの組成比とPの組成比に応じて安定に含まれる比となる。   In the formula (1), the composition ratio z of oxygen is a ratio that is stably included according to the composition ratio of Ni and the composition ratio of P.

正極活物質膜40は、アモルファス状態の式(2)で表されるリチウムリン酸化合物で構成されていてもよい。   The positive electrode active material film 40 may be made of a lithium phosphate compound represented by Formula (2) in an amorphous state.

式(2)
LixCuyPO4
(式中、xはリチウムの組成比を示す。yは銅の組成比を示す。)
Formula (2)
Li x Cu y PO 4
(In the formula, x represents the composition ratio of lithium, and y represents the composition ratio of copper.)

アモルファス状態の式(2)で表されるリチウム複合酸化物は、正極活物質として以下の優れた特性を有する。すなわち、対Li+/Liに対して高い電位を有する。電位の平坦性に優れる、すなわち組成変化に伴う電位変動が小さい。リチウムの組成比も大きいので高容量である。高い電気伝導性を有する。結晶質の正極活物質のように充放電の繰り返しによる結晶構造の崩壊などもないので、充放電サイクル特性も優れている。また、アニ−ルレスで形成できるため、プロセスの簡素化、歩留まりの向上、樹脂基板の利用を可能とする。 The lithium composite oxide represented by the formula (2) in an amorphous state has the following excellent characteristics as a positive electrode active material. That is, it has a high potential with respect to the pair Li + / Li. The potential flatness is excellent, that is, the potential fluctuation accompanying the composition change is small. Since the composition ratio of lithium is large, the capacity is high. High electrical conductivity. Since there is no collapse of the crystal structure due to repeated charge / discharge unlike the crystalline positive electrode active material, the charge / discharge cycle characteristics are also excellent. Further, since it can be formed without an anneal, the process can be simplified, the yield can be improved, and the resin substrate can be used.

式(2)で表されるリチウムリン酸化合物において、リチウムの組成比xの範囲は、例えば、0.5≦x<7.0であり、5<x<7.0であってもよい。   In the lithium phosphate compound represented by the formula (2), the range of the lithium composition ratio x may be, for example, 0.5 ≦ x <7.0 and 5 <x <7.0.

式(2)で表されるリチウムリン酸化合物において、銅の組成比yの範囲は、十分な充放電容量が得られる点から、1.0≦y≦4.0が好ましい。特に銅の組成比yが1.0未満であると、充放電容量が急激に小さくなってしまう。銅の組成比yの上限は、特に限定されないが、組成比yが3を超えると徐々に充放電容量が低下してしまう。最大容量の半分程度を目安とすると4以下が好ましいが、耐久性、イオン伝導度などの側面で利点がある場合は充放電容量を犠牲にして4以上の組成とすることも可能である。また、式(2)で表されるリチウムリン酸化合物において、銅の組成比yの下限は、良好な充放電サイクル特性を得られる点から、2.2≦yであることがより好ましい。   In the lithium phosphate compound represented by the formula (2), the range of the copper composition ratio y is preferably 1.0 ≦ y ≦ 4.0 from the viewpoint of obtaining a sufficient charge / discharge capacity. In particular, when the copper composition ratio y is less than 1.0, the charge / discharge capacity decreases rapidly. The upper limit of the copper composition ratio y is not particularly limited, but when the composition ratio y exceeds 3, the charge / discharge capacity gradually decreases. As a guide, about half of the maximum capacity is 4 or less. However, if there are advantages in terms of durability, ion conductivity, etc., it is possible to make the composition 4 or more at the expense of charge / discharge capacity. In the lithium phosphate compound represented by the formula (2), the lower limit of the copper composition ratio y is more preferably 2.2 ≦ y from the viewpoint of obtaining good charge / discharge cycle characteristics.

正極活物質膜40を構成するリチウムリン酸化合物の組成は、例えば以下のようにして求める。正極活物質膜40の成膜条件と同一の成膜条件で、正極活物質膜40と同様の単層膜を石英ガラス上に成膜する。そして、この単層膜の組成分析をX線光電子分光法(X線光電子分光法(XPS);X-ray photoelectron spectroscopy)により行う。   The composition of the lithium phosphate compound constituting the positive electrode active material film 40 is determined as follows, for example. A single-layer film similar to the positive electrode active material film 40 is formed on quartz glass under the same film formation conditions as the positive electrode active material film 40. And the composition analysis of this single layer film is performed by X-ray photoelectron spectroscopy (X-ray photoelectron spectroscopy (XPS); X-ray photoelectron spectroscopy).

ところで、二次電池において、エネルギー密度の向上には正極活物質の高容量化が不可欠である。例えば、リチウムイオン二次電池などに使用される高容量正極活物質としては、岩塩型層状構造、スピネル型構造に大別される金属複合酸化物(例えば、LixCoO2、LixNiO2、LixMn24など)が挙げられ、これにより高容量化が図られている。 Incidentally, in a secondary battery, it is indispensable to increase the capacity of the positive electrode active material in order to improve the energy density. For example, as a high-capacity positive electrode active material used for a lithium ion secondary battery or the like, a metal composite oxide (for example, Li x CoO 2 , Li x NiO 2 , roughly divided into a rock salt type layered structure and a spinel type structure) Li x Mn 2 O 4 and the like), and thereby, the capacity is increased.

しかし、これらの正極活物質は、結晶構造を有するためサイクル数に伴う構造崩壊が進むこと、また、内部インピーダンスが高いため反応電子数を上げることが難しい。また、スピネル型構造に分類されるLixMn24の場合、活物質内に過剰にLiを含有させると1<X<2では、ヤーンテラーイオン(Mn3+)による体積膨張・収縮が起こることで電位が低下することが知られている。(例えば、J.M. Tarascan, J. Electrochem. Soc, 138,2864 (1991)、T.Ohzuku, J. Electrochem. Soc, 137,769 (1990)参照) However, since these positive electrode active materials have a crystal structure, the structure collapses with the number of cycles, and the internal impedance is high, so it is difficult to increase the number of reaction electrons. In the case of Li x Mn 2 O 4 categorized as a spinel structure, volume expansion / contraction due to yarn teller ions (Mn 3+ ) occurs when 1 <X <2 if excessive Li is contained in the active material. Thus, it is known that the potential decreases. (For example, see JM Tarascan, J. Electrochem. Soc, 138, 2864 (1991), T. Ohzuku, J. Electrochem. Soc, 137, 769 (1990))

これに対して、本技術の正極活物質は、アモルファス状態で充放電駆動が可能であり、Liの挿入脱離による、体積膨張、収縮を緩和でき、構造変化を抑制できる。また、本技術の正極活物質は、例えば、上記の式(1)や式(2)の正極活物質のように、広範囲でLiを含有できるため、高容量化が可能である。例えば、式(1)では、リチウム組成比x=8未満まで含有でき、式(2)では、リチウム組成比x=7未満まで含有できる。   On the other hand, the positive electrode active material of the present technology can be charged and discharged in an amorphous state, can relieve volume expansion and contraction due to insertion and desorption of Li, and can suppress structural changes. Moreover, since the positive electrode active material of this technique can contain Li in a wide range like the positive electrode active material of said Formula (1) and Formula (2), for example, high capacity | capacitance is possible. For example, in Formula (1), it can contain to less than lithium composition ratio x = 8, and in Formula (2), it can contain to less than lithium composition ratio x = 7.

なお、全固体二次電池では、集電体、正極活物質、電解質、負極を堆積する必要があるため、界面抵抗の低減、正極活物質の内部抵抗の低減が不可欠である。界面抵抗は、Liイオンパスの形成が寄与し、Liイオンの拡散が容易なほど低減される。電解質のイオン伝導率の向上が主な解決策であるが、各層の表面均一性、密着性といった界面制御も特性の向上につながる。正極活物質の内部抵抗については、内部インピーダンスを下げなければ、厚膜化ができない。全固体二次電池の場合、膜厚が電池容量に比例することから正極活物質を厚く成膜しなければならない。よって、正極内部のインピーダンスを低減させることが高容量化につながる。本技術の正極活物質は、層状構造を有するLiCoO2よりも内部インピーダンスが低いことがわかっている。 In an all solid state secondary battery, since it is necessary to deposit a current collector, a positive electrode active material, an electrolyte, and a negative electrode, it is essential to reduce interface resistance and internal resistance of the positive electrode active material. The interface resistance is reduced as Li ion path formation contributes and Li ion diffusion is easier. Although the main solution is to improve the ionic conductivity of the electrolyte, interface control such as surface uniformity and adhesion of each layer also leads to improved characteristics. The internal resistance of the positive electrode active material cannot be increased unless the internal impedance is lowered. In the case of an all solid state secondary battery, since the film thickness is proportional to the battery capacity, the positive electrode active material must be formed thick. Therefore, reducing the impedance inside the positive electrode leads to an increase in capacity. It has been found that the positive electrode active material of the present technology has lower internal impedance than LiCoO 2 having a layered structure.

正極活物質膜40は、LiとPとNi、Co、Mn、Au、Ag、Pdから選ばれる何れかの元素M1と、Ni、Co、Mn、Au、Ag、Pd、Cuから選ばれる少なくとも1種の元素M2(ただしM1≠M2である)とOとを含有するアモルファス状態のリチウムリン酸化合物で構成されていてもよい。このようなリチウムリン酸化合物は、例えば、元素M1、元素M2を適切に選択することにより、より特性の優れた正極活物質を得ることができる。例えば、LiとPとNi(元素M1)とCu(元素M2)とOとを含有するアモルファス状態のリチウムリン酸化合物で正極活物質膜40を構成した場合には、充放電サイクル特性をより向上することができる。例えば、LiとPとNi(元素M1)とPd(元素M2)とOとを含有するアモルファス状態のリチウムリン酸化合物で正極活物質膜40を構成した場合には、容量をより向上できると共に充放電サイクル特性をより向上することができる。例えば、LiとPとNi(元素M1)とAu(元素M2)とOとを含有するアモルファス状態のリチウムリン酸化合物で正極活物質膜40を構成した場合には、充放電サイクル特性をより向上することができる。   The positive electrode active material film 40 includes at least one element selected from Li, P, Ni, Co, Mn, Au, Ag, and Pd, and any element M1 selected from Ni, Co, Mn, Au, Ag, Pd, and Cu. It may be composed of an amorphous lithium phosphate compound containing a seed element M2 (where M1 ≠ M2) and O. Such a lithium phosphate compound can obtain a positive electrode active material with more excellent characteristics by, for example, appropriately selecting the element M1 and the element M2. For example, when the positive electrode active material film 40 is composed of an amorphous lithium phosphate compound containing Li, P, Ni (element M1), Cu (element M2), and O, the charge / discharge cycle characteristics are further improved. can do. For example, when the positive electrode active material film 40 is made of an amorphous lithium phosphate compound containing Li, P, Ni (element M1), Pd (element M2), and O, the capacity can be further improved and the charge can be improved. The discharge cycle characteristics can be further improved. For example, when the positive electrode active material film 40 is composed of an amorphous lithium phosphate compound containing Li, P, Ni (element M1), Au (element M2), and O, the charge / discharge cycle characteristics are further improved. can do.

正極活物質膜40は、LiとPとNi、Co、Mn、Au、Ag、Pdから選ばれる何れかの元素M1と、Ni、Co、Mn、Au、Ag、Pd、Cuから選ばれる少なくとも1種の元素M2(ただしM1≠M2である)とB、Mg、Al、Si、Ti、V、Cr、Fe、Zn、Ga、Ge、Nb、Mo、In、Sn、Sb、Te、W、Os、Bi、Gd、Tb、Dy、Hf、Ta、Zrから選ばれる少なくとも1種の添加元素M3とOとを含有するアモルファス状態のリチウムリン酸化合物で構成されていてもよい。   The positive electrode active material film 40 includes at least one element selected from Li, P, Ni, Co, Mn, Au, Ag, and Pd, and any element M1 selected from Ni, Co, Mn, Au, Ag, Pd, and Cu. Seed element M2 (where M1 ≠ M2) and B, Mg, Al, Si, Ti, V, Cr, Fe, Zn, Ga, Ge, Nb, Mo, In, Sn, Sb, Te, W, Os , Bi, Gd, Tb, Dy, Hf, Ta, Zr, and may be composed of an amorphous lithium phosphate compound containing at least one additional element M3 and O selected from Zr.

正極活物質膜40は、LiとPとNi、Co、Mn、Au、Ag、Pd、Cuから選ばれる何れかの元素M1’とB、Mg、Al、Si、Ti、V、Cr、Fe、Zn、Ga、Ge、Nb、Mo、In、Sn、Sb、Te、W、Os、Bi、Gd、Tb、Dy、Hf、Ta、Zrから選ばれる少なくとも1種の添加元素M3とOとを含有するアモルファス状態のリチウムリン酸化合物で構成されていてもよい。   The positive electrode active material film 40 includes any element M1 ′ selected from Li, P, Ni, Co, Mn, Au, Ag, Pd, and Cu, Mg, Al, Si, Ti, V, Cr, Fe, Contains at least one additive element M3 and O selected from Zn, Ga, Ge, Nb, Mo, In, Sn, Sb, Te, W, Os, Bi, Gd, Tb, Dy, Hf, Ta, and Zr It may be composed of an amorphous lithium phosphate compound.

添加元素M3は、これのみをリチウムリン酸化合物に含有させても、そのリチウムリン酸化合物は正極活物質として使用できない。すなわち、正極活物質膜40をLiとPと添加元素M3のみとOとを含有するアモルファス状態のリチウムリン酸化合物で構成した場合には、電池駆動しない。一方、添加元素M3は、元素M1および元素M2(M1≠M2)または元素M1’と共にリチウムリン酸化合物に含有させた場合、そのリチウムリン酸化合物は、正極活物質として使用でき、さらに添加する元素種の選択によっては、正極活物質としての特性を向上できる。すなわち、添加元素M3を元素M1および元素M2(M1≠M2)または元素M1’と共にリチウムリン酸化合物に含有させたもので正極活物質膜40を構成した場合でも、電池駆動に影響を与えない。さらに、添加元素M3を元素M1および元素M2(M1≠M2)または元素M1’と共にリチウムリン酸化合物に含有させたもので正極活物質膜40を構成した場合、添加する元素種の選択によっては、容量やサイクル特性などの向上や内部インピーダンスの低下などの効果がある。   Even if the additive element M3 is contained only in the lithium phosphate compound, the lithium phosphate compound cannot be used as the positive electrode active material. That is, when the positive electrode active material film 40 is composed of an amorphous lithium phosphate compound containing Li, P, only the additive element M3, and O, the battery is not driven. On the other hand, when the additive element M3 is contained in the lithium phosphate compound together with the element M1 and the element M2 (M1 ≠ M2) or the element M1 ′, the lithium phosphate compound can be used as a positive electrode active material, and further added element Depending on the selection of the species, the properties as the positive electrode active material can be improved. That is, even when the positive electrode active material film 40 is formed by adding the additive element M3 to the lithium phosphate compound together with the element M1 and the element M2 (M1 ≠ M2) or the element M1 ', the battery driving is not affected. Further, in the case where the positive electrode active material film 40 is configured by adding the additive element M3 to the lithium phosphate compound together with the element M1 and the element M2 (M1 ≠ M2) or the element M1 ′, depending on the selection of the element type to be added, There are effects such as improvement of capacity and cycle characteristics and reduction of internal impedance.

添加元素M3として好ましいものは、例えば、以下のものが考えられる。すなわち、一般にイオン伝導は、導伝性を含む構造を乱すことでイオンが動きやすくなると考えられている。実際にLi3PO4の固体電解質は、窒素をドープしてLi3PO3.70.3のように一部を置換することでイオン伝導度が上昇することが知られている。一方、結晶材料の場合にはイオンの伝導経路をできるだけ整った構造(結晶)で形成するが、その結晶の内部の材料を一部置換して空孔を生じさせ、イオン伝導を上げる手法がとられている。したがって、固体電解質内部でリチウムが移動しやすい経路を増やすという観点では共通する面があり、結晶材料でイオン伝導度を向上させた材料はアモルファス材料でも有効なことが多く、そのようなイオン伝導度を向上させた材料の添加物(添加元素)は本技術のアモルファス正極活物質(アモルファス状態のリチウムリン酸化化合物)でも同様に有効であることが考えられる。結晶材料でイオン伝導度を向上させた材料であるリチウム酸化物固体電解質材料としては、Li1.3Al0.3Ti1.7(PO43(LATP)の他に、Li0.5La0.5TiO3、Li3.5Zn0.35GeO4など多くの材料が挙げられる。したがって、これらの材料の添加元素であるAl、Ti、La、Zn、Ge、その他Si、V、W、Ga、Ta、Zr、Cr、Pdは、本技術のアモルファス正極活物質でも同様にイオン伝導度などの特性をより改善でき有効であることが考えられる。 Examples of preferable additive element M3 include the following. That is, in general, ion conduction is considered to facilitate movement of ions by disturbing a structure including conductivity. In fact, it is known that the solid electrolyte of Li 3 PO 4 is increased in ionic conductivity by doping nitrogen and partially replacing it like Li 3 PO 3.7 N 0.3 . On the other hand, in the case of a crystal material, the ion conduction path is formed with a structure (crystal) that is as uniform as possible. It has been. Therefore, there is a common aspect in terms of increasing the number of paths through which lithium can easily move inside the solid electrolyte, and materials that have improved ionic conductivity with crystalline materials are often effective even with amorphous materials. It is conceivable that the additive (additive element) of the material with improved sapphire is also effective for the amorphous positive electrode active material (amorphous lithium phosphorylated compound) of the present technology. Lithium oxide solid electrolyte materials, which are crystalline materials with improved ionic conductivity, include Li 0.5 La 0.5 TiO 3 , Li 3.5 Zn, in addition to Li 1.3 Al 0.3 Ti 1.7 (PO 4 ) 3 (LATP). There are many materials such as 0.35 GeO 4 . Therefore, the additive elements of these materials, Al, Ti, La, Zn, Ge, and other Si, V, W, Ga, Ta, Zr, Cr, and Pd, are also ion-conductive in the amorphous positive electrode active material of the present technology. It is possible to improve the characteristics such as degree, and to be effective.

例えば、LiとPとNi(元素M1’)と、AlおよびTiの少なくとも1種(添加元素M3)とOとを含有するアモルファス状態のリチウムリン酸化合物で正極活物質膜40を構成した場合には、内部インピーダンスを低下することができると共に、優れた高レートの放電特性が得られる。内部インピーダンスが低下することにより、高速放電時の電位変化が少なくなり、より高電位の電池を実現できる。さらに、内部インピーダンスが低いことで、放電エネルギーと充電エネルギーとの比(放電エネルギー/充電エネルギー)が1に近づくことにより、エネルギーロスが低下しエネルギー効率が高くなり、かつ、充放電時のジュール熱が低下するために発熱が抑えられる効果が見込まれる。   For example, when the positive electrode active material film 40 is composed of an amorphous lithium phosphate compound containing Li, P, Ni (element M1 ′), at least one of Al and Ti (additive element M3), and O. Can reduce internal impedance and provide excellent high rate discharge characteristics. By reducing the internal impedance, the potential change during high-speed discharge is reduced, and a battery with a higher potential can be realized. Furthermore, since the internal impedance is low, the ratio of discharge energy to charge energy (discharge energy / charge energy) approaches 1, so that energy loss is reduced and energy efficiency is increased, and Joule heat at the time of charge and discharge is also increased. The effect of suppressing heat generation is expected due to the decrease in the temperature.

この正極活物質膜40は、結晶質相が含まれず、完全にアモルファス単相の薄膜である。この正極活物質膜40が、アモルファス単相であることは、透過型電子顕微鏡(TEM;transmission electron microscope)で断面を観察することで確認できる。すなわち、この正極活物質膜40を透過型電子顕微鏡(TEM)で断面を観察すると、そのTEM像において、結晶粒が存在しない状態を確認できる。また、電子線回折像からも確認できる。   The positive electrode active material film 40 does not include a crystalline phase and is a completely amorphous single-phase thin film. It can be confirmed that the positive electrode active material film 40 is an amorphous single phase by observing a cross section with a transmission electron microscope (TEM). That is, when the cross section of the positive electrode active material film 40 is observed with a transmission electron microscope (TEM), a state in which no crystal grains are present can be confirmed in the TEM image. It can also be confirmed from an electron diffraction image.

(固体電解質膜)
固体電解質膜50を構成する材料として、リン酸リチウム(Li3PO4)、リン酸リチウム(Li3PO4)に窒素を添加したLi3PO4-xx(一般に、LiPONと呼ばれている。)、Lix23-yy、Li4SiO4−Li3PO4、Li4SiO4−Li3VO4などを使用することができる。なお、化合物中に使用する添え字のx(x>0)、y(y>0))は、式中の元素の組成比を示す。
(Solid electrolyte membrane)
As a material constituting the solid electrolyte membrane 50, lithium phosphate (Li 3 PO 4 ), Li 3 PO 4-x N x in which nitrogen is added to lithium phosphate (Li 3 PO 4 ) (generally called LiPON) have.), Li x B 2 O 3-y N y, Li 4 SiO 4 -Li 3 PO 4, Li 4 may be used such as SiO 4 -Li 3 VO 4. The subscripts x (x> 0) and y (y> 0)) used in the compound indicate the composition ratio of the elements in the formula.

(リチウム過剰層)
この固体電解質二次電池では、負極活物質層を形成することなく、負極活物質は充電と共に負極側に生じる。負極側に生じるのは、第1の負極側集電体膜60aと固体電解質膜50との間に生じるLi金属および/またはLiが過剰に含まれる層(Li過剰層)である。この過剰に堆積されるLi(Li過剰層)を負極活物質として利用しながら、充放電特性を損なわずに充放電の繰返しに対して高い耐久性を有する。
(Lithium excess layer)
In this solid electrolyte secondary battery, the negative electrode active material is generated on the negative electrode side together with charging without forming the negative electrode active material layer. What is generated on the negative electrode side is a layer (Li excessive layer) that contains Li metal and / or Li excessively generated between the first negative electrode side current collector film 60 a and the solid electrolyte film 50. While using this excessively deposited Li (Li excess layer) as a negative electrode active material, it has high durability against repeated charge and discharge without impairing charge and discharge characteristics.

(負極側集電体膜)
負極側集電体膜60は、例えば、第1の負極側集電体膜60aと、第2の負極側集電体膜60bと、第1の負極側集電体膜60aと第2の負極側集電体膜60bとの間にあるブロック層60cとを含む。
(Negative electrode current collector film)
The negative electrode side current collector film 60 includes, for example, a first negative electrode side current collector film 60a, a second negative electrode side current collector film 60b, a first negative electrode side current collector film 60a, and a second negative electrode. And a blocking layer 60c between the side current collector film 60b.

(第1の負極側集電体膜)
第1の負極側集電体膜60aを構成する材料としては、Cu、Mg、Ti、Fe、Co、Ni、Zn、Al、Ge、In、Au、Pt、Ag、Pdなど、又は、これらの何れかを含む合金を使用することができる。
(First negative electrode side current collector film)
Examples of the material constituting the first negative electrode side current collector film 60a include Cu, Mg, Ti, Fe, Co, Ni, Zn, Al, Ge, In, Au, Pt, Ag, Pd, and the like. Alloys containing either can be used.

(第2の負極側集電体膜)
第2の負極側集電体膜60bを構成する材料としては、Cu、Mg、Ti、Fe、Co、Ni、Zn、Al、Ge、In、Au、Pt、Ag、Pdなど、又は、これらの何れかを含む合金を使用することができる。なお、第1の負極側集電体膜60aを構成する材料と第2の負極側集電体膜60bを構成する材料とは同一であっても、異なっていてもよい。
(Second negative electrode side current collector film)
Examples of the material constituting the second negative electrode side current collector film 60b include Cu, Mg, Ti, Fe, Co, Ni, Zn, Al, Ge, In, Au, Pt, Ag, Pd, or the like. Alloys containing either can be used. In addition, the material which comprises the 1st negative electrode side collector film 60a, and the material which comprises the 2nd negative electrode side collector film 60b may be the same, or may differ.

(ブロック層)
ブロック層60cは、負極側集電体膜60の内部に形成されており、リチウムの移動を抑止するブロック領域である。負極側集電体膜60の内部に、ブロック層60cを形成することで、リチウムが拡散することを抑制できる
(Block layer)
The block layer 60c is a block region that is formed inside the negative electrode current collector film 60 and inhibits lithium migration. By forming the block layer 60c inside the negative electrode current collector film 60, lithium can be prevented from diffusing.

ブロック層60cは、例えば、リチウムイオン伝導体であり、かつ電気伝導性のある材料で構成される。このような材料としては、リチウム二次電池に使用される正極活物質材料が挙げられる。このような正極活物質材料としては、例えば、上述した正極活物質膜40を構成する材料と同一の正極活物質材料などが挙げられる。ブロック層60cは、負極側集電体膜60で覆われているため、大気若しくは電解質にさらされることがないように形成されている。これにより、集電体の導電性は保たれつつ、リチウムの進入に対してリチウム量の保持、あるいは補給が可能となり、リチウム二次電池の充放電繰り返しの耐久性の向上に寄与する。なお、ブロック層60cの材料として、リチウム二次電池に使用される負極活物質材料を用いる場合も、同様に集電体の導電性を保ったままLiを格納することが可能だが、この場合にはLiの格納容量が大きく、初期にLiが含まれていないために拡散したLiが取り込まれるロスが大きくなる。したがって、ブロック60cの材料として、リチウム二次電池に使用される正極活物質材料を用いることが好ましい。   The block layer 60c is made of, for example, a lithium ion conductor and an electrically conductive material. Examples of such a material include a positive electrode active material used for a lithium secondary battery. Examples of such a positive electrode active material include the same positive electrode active material as the material constituting the positive electrode active material film 40 described above. Since the block layer 60c is covered with the negative electrode side current collector film 60, the block layer 60c is formed so as not to be exposed to the atmosphere or an electrolyte. Thereby, while the conductivity of the current collector is maintained, the amount of lithium can be maintained or replenished with respect to the ingress of lithium, which contributes to the improvement of the durability of repeated charging and discharging of the lithium secondary battery. In addition, also when using the negative electrode active material material used for a lithium secondary battery as a material of the block layer 60c, it is possible to store Li, maintaining the electrical conductivity of a collector similarly, but in this case Has a large storage capacity of Li, and since Li is not contained in the initial stage, a loss of taking in diffused Li becomes large. Therefore, it is preferable to use the positive electrode active material used for the lithium secondary battery as the material of the block 60c.

この固体電解質二次電池では、負極側集電体膜60と固体電解質膜50との間に析出するLi金属が、負極活物質として機能する。放電時には、析出したLi金属が全て正極活物質に戻ることで容量が得られるが、電池容量はこの析出したLiそのものであるため、析出したLiが負極集電体膜60内に拡散して消失すると徐々に電池容量が低下してしまう。これに対して、本技術では、負極側集電体膜60の内部に、ブロック層60cを形成することで、リチウムが負極側集電体膜60内に拡散して消失することを抑制し、充放電の繰り返しに伴う電池容量の低下を抑制できる。   In this solid electrolyte secondary battery, Li metal deposited between the negative electrode side current collector film 60 and the solid electrolyte film 50 functions as a negative electrode active material. At the time of discharge, the capacity can be obtained by returning all the deposited Li metal to the positive electrode active material. However, since the battery capacity is the deposited Li itself, the deposited Li diffuses into the negative electrode current collector film 60 and disappears. As a result, the battery capacity gradually decreases. On the other hand, in the present technology, by forming the block layer 60c in the negative electrode side current collector film 60, lithium is prevented from diffusing into the negative electrode side current collector film 60 and disappearing, A decrease in battery capacity due to repeated charge and discharge can be suppressed.

負極側集電体膜60は、例えば、上述の金属材料からなる第1の負極側集電体膜60a上に、ブロック層60cとして正極活物質材料からなる薄膜を、スパッタ法などの薄膜形成方法により形成し、さらにその上に、上述の金属材料からなる第2の負極側集電体膜60bを形成することなどで形成できる。第1の負極側集電体膜60aおよび第2の負極側集電体膜60bの少なくとも何れかの代わりに、金属箔(金属フィルム)を用いてもよい。第1の負極側集電体膜60aと第2の負極側集電体膜60bとの間にブロック層60cが挟まれた構成では、正極活物質材料で構成されるブロック層60cが電気伝導性を有するために、2層に分かれた負極側集電体膜60(第1の負極側集電体膜60aおよび第2の負極側集電体膜60b)の間の電位は同一となると考えられる。すなわち、第1の負極側集電体膜60aおよび第2の負極側集電体膜60bで挟まれたブロック層60cには、一方に電位がかかることがなく、ブロック層60c(すなわち、正極活物質材料内)からリチウムが移動してどちらかの負極側集電体膜で析出することもない。   The negative electrode side current collector film 60 is formed by, for example, forming a thin film made of a positive electrode active material as a block layer 60c on the first negative electrode side current collector film 60a made of the above-described metal material, and by forming a thin film such as a sputtering method. In addition, the second negative electrode side current collector film 60b made of the above-described metal material can be further formed thereon. Instead of at least one of the first negative electrode side current collector film 60a and the second negative electrode side current collector film 60b, a metal foil (metal film) may be used. In the configuration in which the block layer 60c is sandwiched between the first negative electrode side current collector film 60a and the second negative electrode side current collector film 60b, the block layer 60c made of the positive electrode active material is electrically conductive. Therefore, the potential between the negative electrode side current collector film 60 divided into two layers (the first negative electrode side current collector film 60a and the second negative electrode side current collector film 60b) is considered to be the same. . That is, the block layer 60c sandwiched between the first negative electrode side current collector film 60a and the second negative electrode side current collector film 60b has no potential applied to one, and the block layer 60c (that is, the positive electrode active layer) Lithium does not move from the material) and deposit on either negative electrode current collector film.

(無機絶縁膜20)
無機絶縁膜20を構成する材料は、吸湿性が低く耐湿性を有する膜を形成することができる材料であればよい。このような材料として、Si、Cr、Zr、Al、Ta、Ti、Mn、Mg、Znの酸化物又は窒化物又は硫化物の単体、或いは、これらの混合物を使用することができる。より具体的には、Si34、SiO2、Cr23、ZrO2、Al23、TaO2、TiO2、Mn23、MgO、ZnSなど、或いは、これらの混合物を使用する。
(Inorganic insulating film 20)
The material constituting the inorganic insulating film 20 may be any material that can form a film having low moisture absorption and moisture resistance. As such a material, an oxide or nitride or sulfide of Si, Cr, Zr, Al, Ta, Ti, Mn, Mg, Zn, or a mixture thereof can be used. More specifically, Si 3 N 4 , SiO 2 , Cr 2 O 3 , ZrO 2 , Al 2 O 3 , TaO 2 , TiO 2 , Mn 2 O 3 , MgO, ZnS, or a mixture thereof is used. To do.

(固体電解質二次電池の製造方法)
上述した固体電解質二次電池は例えば以下のようにして製造する。まず、基板10上に無機絶縁膜20を形成する。次に、無機絶縁膜20上に、正極側集電体膜30、正極活物質膜40、固体電解質膜50、第1の負極側集電体膜60a、ブロック層60cおよび第2の負極側集電体膜60bを順次形成し、これにより、積層体が形成される。次に、この積層体および無機絶縁膜20の全体を覆うように、例えば、紫外線硬化樹脂からなる全体保護膜80が、基板10の上に形成される。以上の一連の工程によって、本技術の第1の実施の形態による固体電解質二次電池を製造することができる。
(Method for manufacturing solid electrolyte secondary battery)
The above-described solid electrolyte secondary battery is manufactured, for example, as follows. First, the inorganic insulating film 20 is formed on the substrate 10. Next, on the inorganic insulating film 20, the positive electrode side current collector film 30, the positive electrode active material film 40, the solid electrolyte film 50, the first negative electrode side current collector film 60a, the block layer 60c, and the second negative electrode side current collector. The electric conductor film 60b is sequentially formed, whereby a stacked body is formed. Next, an entire protective film 80 made of, for example, an ultraviolet curable resin is formed on the substrate 10 so as to cover the entire laminate and the inorganic insulating film 20. Through the above series of steps, the solid electrolyte secondary battery according to the first embodiment of the present technology can be manufactured.

(薄膜の形成方法)
無機絶縁膜20、正極側集電体膜30、正極活物質膜40、固体電解質膜50、第1の負極側集電体膜60a、ブロック層60c、第2の負極側集電体膜60bの形成方法について説明する。
(Thin film formation method)
The inorganic insulating film 20, the positive electrode side current collector film 30, the positive electrode active material film 40, the solid electrolyte film 50, the first negative electrode side current collector film 60a, the block layer 60c, and the second negative electrode side current collector film 60b. A forming method will be described.

各薄膜は、例えば、PVD(Physical Vapor Deposition:物理気相成長)法あるいはCVD(Chemical Vapor Deposition:化学気相成長)法などの気相法により形成できる。また、電気めっき、無電界めっき、塗布法、ゾル−ゲル法などの液相法により形成できる。また、SPE(固相エピタキシー)法、LB(Langmuir-Blodgett:ラングミュアーブロジェット)法などの固相法により形成することができる。   Each thin film can be formed by a vapor phase method such as a PVD (Physical Vapor Deposition) method or a CVD (Chemical Vapor Deposition) method. Moreover, it can form by liquid phase methods, such as electroplating, electroless plating, the apply | coating method, and a sol-gel method. Further, it can be formed by a solid phase method such as an SPE (solid phase epitaxy) method or an LB (Langmuir-Blodgett) method.

PVD法は、薄膜化する薄膜原料を熱やプラズマなどのエネルギーで一旦蒸発・気化し、基板上に薄膜化する方法である。PVD法としては、例えば、真空蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法、MBE(分子線エキピタシー)法、レーザアブレーション法などが挙げられる。   The PVD method is a method in which a thin film raw material to be thinned is once evaporated and vaporized by energy such as heat or plasma to form a thin film on a substrate. Examples of the PVD method include a vacuum deposition method, a sputtering method, an ion plating method, an MBE (molecular beam epitaxy) method, and a laser ablation method.

CVD法は、ガスとして供給される薄膜の構成材料に対して、熱、光、プラズマなどのエネルギーを加えて原料ガス分子の分解・反応・中間生成物を形成し、基板表面での吸着、反応、離脱を経て薄膜を堆積させる方法である。   In the CVD method, energy such as heat, light, and plasma is applied to the constituent material of a thin film supplied as a gas to form decomposition, reaction, and intermediate products of source gas molecules, and adsorption and reaction on the substrate surface. This is a method of depositing a thin film through separation.

CVD法としては、例えば、熱CVD法、MOCVD(Metal Organic Chemical Chemical Vapor Deposition:有機金属気相成長)法、RFプラズマCVD法、光CVD法、レーザCVD法、LPE(Liquid Phase Epitaxy)法などが挙げられる。   Examples of the CVD method include thermal CVD method, MOCVD (Metal Organic Chemical Chemical Vapor Deposition) method, RF plasma CVD method, photo CVD method, laser CVD method, LPE (Liquid Phase Epitaxy) method and the like. Can be mentioned.

上述の薄膜形成方法によって、所望の構成の薄膜を形成することは当業者にとって容易である。例えば、上述の薄膜形成方法によって、無機絶縁膜20、正極側集電体膜30、正極活物質膜40、固体電解質膜50、第1の負極側集電体膜60a、ブロック層60c、第2の負極側集電体膜60bを形成することは、当業者にとって容易である。すなわち、当業者は、薄膜原料、薄膜形成方法、薄膜形成条件などを適宜選択することによって、所望の構成の無機絶縁膜20、正極側集電体膜30、正極活物質膜40、固体電解質膜50、第1の負極側集電体膜60a、ブロック層60c、第2の負極側集電体膜60bを容易に形成できる。   It is easy for those skilled in the art to form a thin film having a desired configuration by the above-described thin film forming method. For example, the inorganic insulating film 20, the positive electrode side current collector film 30, the positive electrode active material film 40, the solid electrolyte film 50, the first negative electrode side current collector film 60 a, the block layer 60 c, the second thin film forming method are used. It is easy for those skilled in the art to form the negative electrode side current collector film 60b. That is, a person skilled in the art appropriately selects an inorganic insulating film 20, a positive electrode side current collector film 30, a positive electrode active material film 40, a solid electrolyte film having a desired configuration by appropriately selecting a thin film raw material, a thin film forming method, thin film forming conditions, and the like. 50, the 1st negative electrode side collector film 60a, the block layer 60c, and the 2nd negative electrode side collector film 60b can be formed easily.

2.第2の実施の形態
本技術の第2の実施の形態による固体電解質二次電池について説明する。図2A〜図2Cは、本技術の第2の実施の形態による固体電解質二次電池の構成を示す。図2Aは、この固体電解質二次電池の平面図である。図2Bは、図2Aの線X−Xに沿った断面を示す断面図である。図2Cは、図2Aの線Y−Yに沿った断面を示す断面図である。この固体電解質二次電池は、例えば充電および放電可能な二次電池である。この固体電解質二次電池は、例えば、電極反応物質であるリチウムが、充放電に伴い、正極および負極間を移動するリチウム二次電池である。この固体電解質二次電池は、例えば、正極、負極、固体電解質などの電池構成部材が薄膜で構成された薄膜型の固体電解質二次電池である。
2. Second Embodiment A solid electrolyte secondary battery according to a second embodiment of the present technology will be described. 2A to 2C show the configuration of the solid electrolyte secondary battery according to the second embodiment of the present technology. FIG. 2A is a plan view of the solid electrolyte secondary battery. 2B is a cross-sectional view showing a cross-section along the line XX in FIG. 2A. 2C is a cross-sectional view showing a cross section taken along line YY of FIG. 2A. This solid electrolyte secondary battery is a secondary battery that can be charged and discharged, for example. This solid electrolyte secondary battery is, for example, a lithium secondary battery in which lithium, which is an electrode reactant, moves between a positive electrode and a negative electrode with charge / discharge. The solid electrolyte secondary battery is, for example, a thin film type solid electrolyte secondary battery in which battery constituent members such as a positive electrode, a negative electrode, and a solid electrolyte are formed of a thin film.

この固体電解質二次電池は、基材である基板10の上に無機絶縁膜20が形成され、無機絶縁膜20上に、正極側集電体膜30、正極活物質膜40、固体電解質膜50、負極活物質膜70、第1の負極側集電体膜60aとブロック層60cと第2の負極側集電体膜60bとがこの順で積層された積層体を有する。この積層体および無機絶縁膜20の全体を覆うように例えば、紫外線硬化樹脂から構成された全体保護膜80が形成されている。なお、全体保護膜80上に無機絶縁膜20が形成されていてもよい。この固体電解電池は、正極側層と負極側層と、正極側層と負極側層との間にある固体電解質層とを備えたものである。この固体電解質二次電池では、正極側層は、固体電解質層を境界として固体電解質層より正極側にある。図2A〜図2Cに示す例では、正極側層は、例えば、固体電解質層である固体電解質膜50より正極側にある、正極活物質層である正極活物質膜40と、正極側集電体層である正極側集電体膜30とを含む。この固体電解質二次電池では、負極側層は、固体電解質層を境界として固体電解質層より負極側にある。図2A〜図2Cに示す例では、負極側層は、例えば、固体電解質層である固体電解質膜50より負極側にある負極活物質膜70と、負極側集電体層である負極側集電体膜60とを含む。   In this solid electrolyte secondary battery, an inorganic insulating film 20 is formed on a substrate 10 that is a base material, and a positive current collector film 30, a positive electrode active material film 40, and a solid electrolyte film 50 are formed on the inorganic insulating film 20. The negative electrode active material film 70, the first negative electrode side current collector film 60a, the block layer 60c, and the second negative electrode side current collector film 60b are stacked in this order. An overall protective film 80 made of, for example, an ultraviolet curable resin is formed so as to cover the entire laminate and the inorganic insulating film 20. Note that the inorganic insulating film 20 may be formed on the entire protective film 80. This solid electrolytic battery includes a positive electrode side layer, a negative electrode side layer, and a solid electrolyte layer between the positive electrode side layer and the negative electrode side layer. In this solid electrolyte secondary battery, the positive electrode side layer is on the positive electrode side of the solid electrolyte layer with the solid electrolyte layer as a boundary. In the example shown in FIGS. 2A to 2C, the positive electrode side layer includes, for example, a positive electrode active material film 40 that is a positive electrode active material layer and a positive electrode side current collector that are on the positive electrode side of the solid electrolyte film 50 that is a solid electrolyte layer. And positive electrode side current collector film 30 as a layer. In this solid electrolyte secondary battery, the negative electrode side layer is on the negative electrode side of the solid electrolyte layer with the solid electrolyte layer as a boundary. In the example shown in FIGS. 2A to 2C, the negative electrode side layer includes, for example, a negative electrode active material film 70 that is closer to the negative electrode than the solid electrolyte film 50 that is a solid electrolyte layer, and a negative electrode side current collector that is a negative electrode side current collector layer. Body membrane 60.

基板10、無機絶縁膜20、正極側集電体膜30、正極活物質膜40、固体電解質膜50、第1の負極側集電体膜60a、ブロック層60c、第2の負極側集電体膜60bおよび全体保護膜80は、第1の実施の形態と同様であるので詳細な説明を省略する。負極活物質膜70は以下の構成を有する。   Substrate 10, inorganic insulating film 20, positive electrode side current collector film 30, positive electrode active material film 40, solid electrolyte film 50, first negative electrode side current collector film 60a, block layer 60c, second negative electrode side current collector Since the film 60b and the entire protective film 80 are the same as those in the first embodiment, detailed description thereof is omitted. The negative electrode active material film 70 has the following configuration.

(負極活物質膜)
負極活物質膜70を構成する材料は、リチウムイオンを吸蔵および離脱させ易く、負極活物質膜70に多くのリチウムイオンを吸蔵および離脱させることが可能な材料であればよい。このような材料として、Sn、Si、Al、Ge、Sb、Ag、Ga、In、Fe、Co、Ni、Ti、Mn、Ca、Ba、La、Zr、Ce、Cu、Mg、Sr、Cr、Mo、Nb、VおよびZnの少なくとも何れかを含む材料、例えば上述の元素を含む酸化物などを使用することができる。これらの酸化物などの材料は混合して用いることもできる。
(Negative electrode active material film)
The material constituting the negative electrode active material film 70 may be any material as long as it can easily occlude and release lithium ions and can occlude and release many lithium ions in the negative electrode active material film 70. As such materials, Sn, Si, Al, Ge, Sb, Ag, Ga, In, Fe, Co, Ni, Ti, Mn, Ca, Ba, La, Zr, Ce, Cu, Mg, Sr, Cr, A material containing at least one of Mo, Nb, V, and Zn, for example, an oxide containing the above-described element can be used. These materials such as oxides can also be mixed and used.

負極活物質膜70の材料は具体的には、例えば、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)、五酸化ニオブ(Nb25)、五酸化バナジウム(V25)、酸化チタン(TiO2)、酸化インジウム(In23)、酸化亜鉛(ZnO)、酸化スズ(SnO2)、酸化ニッケル(NiO)、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)、Gaが添加された酸化亜鉛(GZO)、Snが添加された酸化スズ(ATO)、F(フッ素)が添加された酸化スズ(FTO)などである。また、これらを混合して用いることもできる。また、負極活物質膜70を構成する材料として、Li金属を用いてもよい。 Specifically, the material of the negative electrode active material film 70 is, for example, a silicon-manganese alloy (Si-Mn), a silicon-cobalt alloy (Si-Co), a silicon-nickel alloy (Si-Ni), or niobium pentoxide (Nb). 2 O 5 ), vanadium pentoxide (V 2 O 5 ), titanium oxide (TiO 2 ), indium oxide (In 2 O 3 ), zinc oxide (ZnO), tin oxide (SnO 2 ), nickel oxide (NiO), Added indium oxide (ITO) to which Sn is added, zinc oxide (AZO) to which Al is added, zinc oxide (GZO) to which Ga is added, tin oxide (ATO) to which Sn is added, and F (fluorine) Tin oxide (FTO) and the like. Moreover, these can also be mixed and used. Further, Li metal may be used as a material constituting the negative electrode active material film 70.

(固体電解質二次電池の製造方法)
上述した固体電解質二次電池は例えば以下のようにして製造する。
(Method for manufacturing solid electrolyte secondary battery)
The above-described solid electrolyte secondary battery is manufactured, for example, as follows.

まず、基板10上に無機絶縁膜20を形成する。次に、無機絶縁膜20上に、正極側集電体膜30、正極活物質膜40、固体電解質膜50、負極活物質膜70、第1の負極側集電体膜60a、ブロック層60c、第2の負極側集電体膜60bを順次形成し、これにより、積層体が形成される。次に、この積層体および無機絶縁膜20の全体を覆うように、例えば、紫外線硬化樹脂からなる全体保護膜80が、基板10の上に形成される。以上の一連の工程によって、本技術の第2の実施の形態による固体電解質二次電池を製造することができる。   First, the inorganic insulating film 20 is formed on the substrate 10. Next, on the inorganic insulating film 20, a positive electrode side current collector film 30, a positive electrode active material film 40, a solid electrolyte film 50, a negative electrode active material film 70, a first negative electrode side current collector film 60a, a block layer 60c, The second negative electrode current collector film 60b is sequentially formed, whereby a stacked body is formed. Next, an entire protective film 80 made of, for example, an ultraviolet curable resin is formed on the substrate 10 so as to cover the entire laminate and the inorganic insulating film 20. Through the above series of steps, the solid electrolyte secondary battery according to the second embodiment of the present technology can be manufactured.

3.第3の実施の形態(円筒型のリチウム二次電池)
(電池の構成)
本技術の第3の実施の形態による非水電解質二次電池について図3および図4を参照しながら説明する。図3は、本技術の第3の実施の形態による非水電解質二次電池の断面構成を示す。図4は、図3に示す巻回電極体100の一部を拡大して示す。この非水電解質二次電池は、例えば、充電および放電可能な非水電解質二次電池である。また、この非水電解質二次電池は、例えば、電極反応物質であるリチウムが、充放電に伴い正極および負極間を移動するリチウム二次電池である。
3. Third embodiment (cylindrical lithium secondary battery)
(Battery configuration)
A nonaqueous electrolyte secondary battery according to a third embodiment of the present technology will be described with reference to FIGS. 3 and 4. FIG. 3 shows a cross-sectional configuration of a nonaqueous electrolyte secondary battery according to the third embodiment of the present technology. FIG. 4 shows an enlarged part of the spirally wound electrode body 100 shown in FIG. This nonaqueous electrolyte secondary battery is, for example, a nonaqueous electrolyte secondary battery that can be charged and discharged. The nonaqueous electrolyte secondary battery is, for example, a lithium secondary battery in which lithium, which is an electrode reactant, moves between the positive electrode and the negative electrode with charge / discharge.

この非水電解質二次電池は、主に、ほぼ中空円柱状の電池缶91の内部に、セパレータ103を介して正極101と負極102とが積層および巻回された巻回電極体100と、一対の絶縁板92、93とが収納されたものである。この円柱状の電池缶91を用いた電池構造は、円筒型と呼ばれている。   This non-aqueous electrolyte secondary battery mainly includes a wound electrode body 100 in which a positive electrode 101 and a negative electrode 102 are laminated and wound via a separator 103 inside a substantially hollow cylindrical battery can 91, and a pair. The insulating plates 92 and 93 are accommodated. The battery structure using the cylindrical battery can 91 is called a cylindrical type.

電池缶91は、例えば、一端部が閉鎖されると共に他端部が開放された中空構造を有していると共に、鉄(Fe)、アルミニウム(Al)またはそれらの合金などにより構成されている。なお、電池缶91が鉄により構成される場合には、例えば、電池缶91の表面にニッケル(Ni)などが鍍金されていてもよい。一対の絶縁板92、93は、巻回電極体100を上下から挟み、その巻回周面に対して垂直に延在するように配置されている。   The battery can 91 has, for example, a hollow structure in which one end is closed and the other end is opened, and is made of iron (Fe), aluminum (Al), or an alloy thereof. When the battery can 91 is made of iron, for example, nickel (Ni) or the like may be plated on the surface of the battery can 91. The pair of insulating plates 92 and 93 are arranged so as to sandwich the wound electrode body 100 from above and below and to extend perpendicularly to the wound peripheral surface.

電池缶91の開放端部には、電池蓋94、安全弁機構95および熱感抵抗素子(Positive Temperature Coefficient:PTC素子)96がガスケット97を介してかしめられており、その電池缶91は、密閉されている。電池蓋94は、例えば、電池缶91と同様の材料により構成されている。安全弁機構95および熱感抵抗素子96は、電池蓋94の内側に設けられている。安全弁機構95は、熱感抵抗素子96を介して電池蓋94と電気的に接続されている。この安全弁機構95では、内部短絡、または外部からの加熱などに起因して内圧が一定以上となった場合に、ディスク板95Aが反転して電池蓋94と巻回電極体100との間の電気的接続を切断するようになっている。熱感抵抗素子96は、温度の上昇に応じて抵抗が増大する(電流を制限する)ことにより、大電流に起因する異常な発熱を防止するものである。ガスケット97は、例えば、絶縁材料により構成されており、その表面には、例えば、アスファルトが塗布されている。   A battery lid 94, a safety valve mechanism 95 and a heat sensitive resistance element (Positive Temperature Coefficient: PTC element) 96 are caulked through a gasket 97 at the open end of the battery can 91, and the battery can 91 is hermetically sealed. ing. The battery lid 94 is made of the same material as the battery can 91, for example. The safety valve mechanism 95 and the thermal resistance element 96 are provided inside the battery lid 94. The safety valve mechanism 95 is electrically connected to the battery lid 94 via the heat sensitive resistance element 96. In the safety valve mechanism 95, when the internal pressure becomes a certain level or more due to an internal short circuit or external heating, the disk plate 95A is reversed and the electric power between the battery lid 94 and the wound electrode body 100 is reversed. Connection is cut off. The heat-sensitive resistance element 96 prevents abnormal heat generation due to a large current by increasing the resistance (limiting the current) as the temperature rises. The gasket 97 is made of, for example, an insulating material, and for example, asphalt is applied to the surface thereof.

巻回電極体100は、セパレータ103を介して正極101と負極102とが積層および巻回されたものである。この巻回電極体100の中心には、センターピン104が挿入されていてもよい。巻回電極体100では、アルミニウムなどにより構成された正極リード105が正極101に接続されていると共に、ニッケルなどにより構成された負極リード106が負極102に接続されている。正極リード105は、安全弁機構95に溶接などされて電池蓋94と電気的に接続されており、負極リード106は、電池缶91に溶接などされて電気的に接続されている。   The wound electrode body 100 is obtained by laminating and winding a positive electrode 101 and a negative electrode 102 with a separator 103 interposed therebetween. A center pin 104 may be inserted in the center of the wound electrode body 100. In the wound electrode body 100, a positive electrode lead 105 made of aluminum or the like is connected to the positive electrode 101, and a negative electrode lead 106 made of nickel or the like is connected to the negative electrode 102. The positive electrode lead 105 is welded to the safety valve mechanism 95 and electrically connected to the battery lid 94, and the negative electrode lead 106 is welded to the battery can 91 and electrically connected thereto.

(正極)
正極101は、例えば、一対の面を有する正極集電体101Aの両面に正極活物質層101Bが設けられたものである。ただし、正極活物質層101Bは、正極集電体101Aの片面だけに設けられていてもよい。
(Positive electrode)
In the positive electrode 101, for example, a positive electrode active material layer 101B is provided on both surfaces of a positive electrode current collector 101A having a pair of surfaces. However, the positive electrode active material layer 101B may be provided only on one surface of the positive electrode current collector 101A.

正極集電体101Aは、例えば、Al、NiまたはSUSなどの金属材料などによって構成されている。   The positive electrode current collector 101A is made of, for example, a metal material such as Al, Ni, or SUS.

正極活物質層101Bは、正極活物質として、リチウムを吸蔵および放出することが可能な正極活物質材料のいずれか1種または2種以上を含んでおり、必要に応じて、結着剤や導電剤などの他の材料を含んでいてもよい。   The positive electrode active material layer 101B contains one or more positive electrode active material materials capable of occluding and releasing lithium as a positive electrode active material, and a binder or a conductive material as necessary. Other materials such as agents may be included.

リチウムを吸蔵および放出することが可能な正極活物質材料は、第1の実施の形態と同様の材料などを用いることができる。   As the positive electrode active material capable of inserting and extracting lithium, the same material as in the first embodiment can be used.

結着剤としては、例えば、スチレンブタジエン系ゴム、フッ素系ゴムまたはエチレンプロピレンジエンなどの合成ゴムや、ポリフッ化ビニリデンなどの高分子材料が挙げられる。これらは単独で用いてもよいし、複数種を混合して用いてもよい。   Examples of the binder include synthetic rubbers such as styrene butadiene rubber, fluorine rubber or ethylene propylene diene, and polymer materials such as polyvinylidene fluoride. These may be used alone or in combination of two or more.

導電剤としては、例えば、黒鉛、カーボンブラックなどの炭素材料が挙げられる。これらは単独で用いてもよいし、複数種を混合して用いてもよい。なお、導電剤は、導電性を有する材料であれば、金属材料または導電性高分子などであってもよい。   Examples of the conductive agent include carbon materials such as graphite and carbon black. These may be used alone or in combination of two or more. Note that the conductive agent may be a metal material or a conductive polymer as long as it is a conductive material.

(負極)
負極102は、例えば、一対の面を有する負極集電体102Aの両面に負極活物質層102Bが設けられたものである。ただし、負極活物質層102Bは、負極集電体102Aの片面だけに設けられていてもよい。
(Negative electrode)
In the negative electrode 102, for example, a negative electrode active material layer 102B is provided on both surfaces of a negative electrode current collector 102A having a pair of surfaces. However, the negative electrode active material layer 102B may be provided only on one surface of the negative electrode current collector 102A.

負極集電体102Aは、第1の負極集電体102aと、第2の負極集電体102bと、第1の負極集電体102aと第2の負極集電体102bとの間にあるブロック層102cとを含む。第1の負極集電体102aおよび第2の負極集電体102bは、例えば、Cu、NiまたはSUSなどの箔状の金属材料によって構成されている。第1の負極集電体102aおよび第2の負極集電体102bの材料は、同一であっても異なっていてもよい。ブロック層102cは、第1の実施の形態のブロック層60cと同様である。   The negative electrode current collector 102A is a block between the first negative electrode current collector 102a, the second negative electrode current collector 102b, and the first negative electrode current collector 102a and the second negative electrode current collector 102b. Layer 102c. The first negative electrode current collector 102a and the second negative electrode current collector 102b are made of a foil-like metal material such as Cu, Ni, or SUS, for example. The materials of the first negative electrode current collector 102a and the second negative electrode current collector 102b may be the same or different. The block layer 102c is the same as the block layer 60c of the first embodiment.

負極活物質層102Bは、負極活物質として、リチウムを吸蔵および放出することが可能な負極材料のいずれか1種または2種以上を含んでおり、必要に応じて、結着剤や導電剤などの他の材料を含んでいてもよい。この負極活物質層102Bでは、例えば、充放電時において意図せずにリチウム金属が析出することを防止するために、負極材料の充電可能な容量は正極101の放電容量よりも大きくなっていることが好ましい。なお、結着剤および導電剤は、それぞれ正極101で説明したものと同様のものを用いることができる。   The negative electrode active material layer 102B includes one or more negative electrode materials capable of inserting and extracting lithium as a negative electrode active material, and a binder, a conductive agent, and the like as necessary. Other materials may be included. In this negative electrode active material layer 102B, for example, the chargeable capacity of the negative electrode material is larger than the discharge capacity of the positive electrode 101 in order to prevent unintentional precipitation of lithium metal during charging and discharging. Is preferred. Note that the same binder and conductive agent as those described for the positive electrode 101 can be used.

リチウムを吸蔵および放出することが可能な負極材料としては、例えば、炭素材料が挙げられる。この炭素材料としては、例えば、難黒鉛化性炭素、易黒鉛化性炭素、MCMB(メソカーボンマイクロビーズ)などの人造黒鉛、天然黒鉛、熱分解炭素類、コークス類、グラファイト類、ガラス状炭素類、有機高分子化合物焼成体、カーボンブラック類、炭素繊維あるいは活性炭が挙げられる。このうち、コークス類には、ピッチコークス、ニードルコークスあるいは石油コークスなどがある。有機高分子化合物焼成体というのは、フェノール樹脂やフラン樹脂などの高分子材料を適当な温度で焼成して炭素化したものをいい、一部には難黒鉛化性炭素または易黒鉛化性炭素に分類されるものもある。   Examples of the negative electrode material capable of inserting and extracting lithium include a carbon material. Examples of the carbon material include non-graphitizable carbon, graphitizable carbon, artificial graphite such as MCMB (mesocarbon microbeads), natural graphite, pyrolytic carbons, cokes, graphites, and glassy carbons. Organic polymer compound fired bodies, carbon blacks, carbon fibers or activated carbon. Among these, examples of coke include pitch coke, needle coke, and petroleum coke. An organic polymer compound fired body refers to a carbonized material obtained by firing a polymer material such as phenol resin or furan resin at an appropriate temperature, and part of it is non-graphitizable carbon or graphitizable carbon. Some are classified as:

上述の炭素材料の他、リチウムを吸蔵および放出することが可能な負極材料としては、例えば、リチウムを吸蔵および放出することが可能であると共に金属元素および半金属元素のうちの少なくとも1種を構成元素として有する材料が挙げられる。高いエネルギー密度が得られるからである。このような負極材料は、金属元素または半金属元素の単体でも合金でも化合物でもよく、それらの1種または2種以上の相を少なくとも一部に有するようなものでもよい。なお、本技術における「合金」には、2種以上の金属元素からなるものに加えて、1種以上の金属元素と1種以上の半金属元素とを含むものも含まれる。また、「合金」は、非金属元素を含んでいてもよい。この組織には、固溶体、共晶(共融混合物)、金属間化合物、またはそれらの2種以上が共存するものがある。   As the negative electrode material capable of inserting and extracting lithium in addition to the carbon material described above, for example, it can store and release lithium and constitute at least one of a metal element and a metalloid element The material which has as an element is mentioned. This is because a high energy density can be obtained. Such a negative electrode material may be a single element, an alloy or a compound of a metal element or a metalloid element, and may have one or two or more phases thereof at least in part. The “alloy” in the present technology includes an alloy containing one or more metal elements and one or more metalloid elements in addition to an alloy composed of two or more metal elements. Further, the “alloy” may contain a nonmetallic element. This structure includes a solid solution, a eutectic (eutectic mixture), an intermetallic compound, or one in which two or more of them coexist.

上記した金属元素または半金属元素としては、例えば、リチウムと合金を形成することが可能な金属元素または半金属元素が挙げられる。具体的には、マグネシウム(Mg)、ホウ素(B)、アルミニウム(Al)、ガリウム(Ga)、インジウム(In)、ケイ素(Si)、ゲルマニウム(Ge)、スズ(Sn)、鉛(Pb)、ビスマス(Bi)、カドミウム(Cd)、銀(Ag)、亜鉛(Zn)、ハフニウム(Hf)、ジルコニウム(Zr)、イットリウム(Y)、パラジウム(Pd)または白金(Pt)などである。中でも、ケイ素およびスズのうちの少なくとも1種が好ましく、ケイ素がより好ましい。リチウムを吸蔵および放出する能力が大きいため、高いエネルギー密度が得られるからである。   Examples of the metal element or metalloid element described above include a metal element or metalloid element capable of forming an alloy with lithium. Specifically, magnesium (Mg), boron (B), aluminum (Al), gallium (Ga), indium (In), silicon (Si), germanium (Ge), tin (Sn), lead (Pb), Examples thereof include bismuth (Bi), cadmium (Cd), silver (Ag), zinc (Zn), hafnium (Hf), zirconium (Zr), yttrium (Y), palladium (Pd), and platinum (Pt). Among these, at least one of silicon and tin is preferable, and silicon is more preferable. This is because a high energy density can be obtained because the ability to occlude and release lithium is large.

ケイ素およびスズのうちの少なくとも1種を有する負極材料としては、例えば、ケイ素の単体、合金または化合物や、スズの単体、合金または化合物や、それらの1種または2種以上の相を少なくとも一部に有する材料が挙げられる。   Examples of the negative electrode material having at least one of silicon and tin include at least a part of a simple substance, an alloy or a compound of silicon, a simple substance, an alloy or a compound of tin, or one or more phases thereof. The material which has in is mentioned.

ケイ素の合金としては、例えば、ケイ素以外の第2の構成元素として、スズ(Sn)、ニッケル(Ni)、銅(Cu)、鉄(Fe)、コバルト(Co)、マンガン(Mn)、亜鉛(Zn)、インジウム(In)、銀(Ag)、チタン(Ti)、ゲルマニウム(Ge)、ビスマス(Bi)、アンチモン(Sb)およびクロム(Cr)からなる群のうちの少なくとも1種を含むものが挙げられる。スズの合金としては、例えば、スズ(Sn)以外の第2の構成元素として、ケイ素(Si)、ニッケル(Ni)、銅(Cu)、鉄(Fe)、コバルト(Co)、マンガン(Mn)、亜鉛(Zn)、インジウム(In)、銀(Ag)、チタン(Ti)、ゲルマニウム(Ge)、ビスマス(Bi)、アンチモン(Sb)およびクロム(Cr)からなる群のうちの少なくとも1種を含むものが挙げられる。   As an alloy of silicon, for example, as a second constituent element other than silicon, tin (Sn), nickel (Ni), copper (Cu), iron (Fe), cobalt (Co), manganese (Mn), zinc ( One containing at least one of the group consisting of Zn), indium (In), silver (Ag), titanium (Ti), germanium (Ge), bismuth (Bi), antimony (Sb) and chromium (Cr) Can be mentioned. Examples of tin alloys include silicon (Si), nickel (Ni), copper (Cu), iron (Fe), cobalt (Co), and manganese (Mn) as second constituent elements other than tin (Sn). , Zinc (Zn), indium (In), silver (Ag), titanium (Ti), germanium (Ge), bismuth (Bi), antimony (Sb) and chromium (Cr). Including.

スズの化合物またはケイ素の化合物としては、例えば、酸素(O)または炭素(C)を含むものが挙げられ、スズ(Sn)またはケイ素(Si)に加えて、上記した第2の構成元素を含んでいてもよい。   Examples of the tin compound or the silicon compound include those containing oxygen (O) or carbon (C), and include the second constituent element described above in addition to tin (Sn) or silicon (Si). You may go out.

特に、ケイ素(Si)およびスズ(Sn)のうちの少なくとも1種を含む負極材料としては、例えば、スズ(Sn)を第1の構成元素とし、そのスズ(Sn)に加えて第2の構成元素と第3の構成元素とを含むものが好ましい。勿論、この負極材料を上記した負極材料と共に用いてもよい。第2の構成元素は、コバルト(Co)、鉄(Fe)、マグネシウム(Mg)、チタン(Ti)、バナジウム(V)、クロム(Cr)、マンガン(Mn)、ニッケル(Ni)、銅(Cu)、亜鉛(Zn)、ガリウム(Ga)、ジルコニウム(Zr)、ニオブ(Nb)、モリブデン(Mo)、銀(Ag)、インジウム(In)、セリウム(Ce)、ハフニウム(Hf)、タンタル(Ta)、タングステン(W)、ビスマス(Bi)およびケイ素(Si)からなる群のうちの少なくとも1種である。第3の構成元素は、ホウ素(B)、炭素(C)、アルミニウム(Al)およびリン(P)からなる群のうちの少なくとも1種である。第2の元素および第3の元素を含むことにより、サイクル特性が向上するからである。   In particular, as a negative electrode material containing at least one of silicon (Si) and tin (Sn), for example, tin (Sn) is used as the first constituent element, and in addition to the tin (Sn), the second configuration What contains an element and a 3rd structural element is preferable. Of course, this negative electrode material may be used together with the negative electrode material described above. The second constituent element is cobalt (Co), iron (Fe), magnesium (Mg), titanium (Ti), vanadium (V), chromium (Cr), manganese (Mn), nickel (Ni), copper (Cu ), Zinc (Zn), gallium (Ga), zirconium (Zr), niobium (Nb), molybdenum (Mo), silver (Ag), indium (In), cerium (Ce), hafnium (Hf), tantalum (Ta) ), Tungsten (W), bismuth (Bi), and silicon (Si). The third constituent element is at least one selected from the group consisting of boron (B), carbon (C), aluminum (Al), and phosphorus (P). This is because the cycle characteristics are improved by including the second element and the third element.

また、リチウムを吸蔵および放出することが可能な負極材料としては、例えば、リチウムを吸蔵および放出することが可能な金属酸化物または高分子化合物なども挙げられる。金属酸化物とは、例えば、チタン酸リチウム、酸化鉄、酸化ルテニウムまたは酸化モリブデンなどであり、高分子化合物とは、例えば、ポリアセチレン、ポリアニリンまたはポリピロールなどである。   Further, examples of the negative electrode material capable of inserting and extracting lithium include metal oxides or polymer compounds capable of inserting and extracting lithium. Examples of the metal oxide include lithium titanate, iron oxide, ruthenium oxide, and molybdenum oxide. Examples of the polymer compound include polyacetylene, polyaniline, and polypyrrole.

なお、リチウムを吸蔵および放出することが可能な負極材料は、上記以外のものであってもよい。また、上記の負極材料は、任意の組み合わせで2種以上混合されてもよい。   The negative electrode material capable of inserting and extracting lithium may be other than the above. Moreover, 2 or more types of said negative electrode materials may be mixed by arbitrary combinations.

負極活物質層102Bは、例えば、気相法、液相法、溶射法、焼成法、または塗布のいずれにより形成してもよく、それらの2以上を組み合わせてもよい。   The negative electrode active material layer 102B may be formed by any of, for example, a gas phase method, a liquid phase method, a thermal spray method, a firing method, or a coating method, or a combination of two or more thereof.

なお、気相法としては、例えば、物理堆積法または化学堆積法、具体的には真空蒸着法、スパッタ法、イオンプレーティング法、レーザーアブレーション法、熱化学気相成長(CVD; Chemical Vapor Deposition)法またはプラズマ化学気相成長法などが挙げられる。液相法としては、電気鍍金または無電解鍍金などの公知の手法を用いることができる。焼成法とは、例えば、粒子状の負極活物質を結着剤などと混合して溶剤に分散させることにより塗布したのち、結着剤などの融点よりも高い温度で熱処理する方法である。焼成法に関しても公知の手法が利用可能であり、例えば、雰囲気焼成法、反応焼成法またはホットプレス焼成法が挙げられる。   In addition, as a vapor phase method, for example, physical deposition method or chemical deposition method, specifically, vacuum deposition method, sputtering method, ion plating method, laser ablation method, thermal chemical vapor deposition (CVD; Chemical Vapor Deposition) Or plasma chemical vapor deposition. As the liquid phase method, a known method such as electroplating or electroless plating can be used. The firing method is, for example, a method in which a particulate negative electrode active material is mixed with a binder and dispersed in a solvent and then heat treated at a temperature higher than the melting point of the binder. A known method can also be used for the firing method, for example, an atmospheric firing method, a reactive firing method, or a hot press firing method.

(セパレータ)
セパレータ103は、正極101と負極102とを隔離し、両極の接触に起因する電流の短絡を防止しながらリチウムイオンを通過させるものである。このセパレータ103は、例えば、ポリテトラフルオロエチレン、ポリプロピレンまたはポリエチレンなどの合成樹脂からなる多孔質膜や、セラミックからなる多孔質膜などによって構成されており、これらの2種以上の多孔質膜が積層されたものであってもよい。このセパレータ103には、液状の電解質である電解液が含浸されている。
(Separator)
The separator 103 separates the positive electrode 101 and the negative electrode 102 and allows lithium ions to pass through while preventing a short circuit of current caused by contact between the two electrodes. The separator 103 is made of, for example, a porous film made of a synthetic resin such as polytetrafluoroethylene, polypropylene, or polyethylene, or a porous film made of ceramic, and these two or more kinds of porous films are laminated. It may be what was done. The separator 103 is impregnated with an electrolytic solution that is a liquid electrolyte.

(電解液)
電解液は、溶媒と、電解質塩とを含む。この電解液は、液状の電解質であり、例えば、非水溶媒に電解質塩が溶解された非水電解液である。
(Electrolyte)
The electrolytic solution includes a solvent and an electrolyte salt. This electrolytic solution is a liquid electrolyte, for example, a nonaqueous electrolytic solution in which an electrolyte salt is dissolved in a nonaqueous solvent.

(溶媒)
溶媒としては、炭酸エチレン、炭酸プロピレン、炭酸ブチレン、炭酸ジメチル、炭酸ジエチル、炭酸エチルメチル、炭酸メチルプロピル、γ−ブチロラクトン、γ−バレロラクトン、1,2−ジメトキシエタン、テトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフラン、テトラヒドロピラン、1,3−ジオキソラン、4−メチル−1,3−ジオキソラン、1,3−ジオキサン、1,4−ジオキサン、酢酸メチル、酢酸エチル、プロピオン酸メチル、プロピオン酸エチル、酪酸メチル、イソ酪酸メチル、トリメチル酢酸メチル、トリメチル酢酸エチル、アセトニトリル、グルタロニトリル、アジポニトリル、メトキシアセトニトリル、3−メトキシプロピオニトリル、N,N−ジメチルホルムアミド、N−メチルピロリジノン、N−メチルオキサゾリジノン、N,N’−ジメチルイミダゾリジノン、ニトロメタン、ニトロエタン、スルホラン、燐酸トリメチル、またはジメチルスルホキシドなどの非水溶媒が挙げられる。
(solvent)
Solvents include ethylene carbonate, propylene carbonate, butylene carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, ethyl methyl carbonate, methyl propyl carbonate, γ-butyrolactone, γ-valerolactone, 1,2-dimethoxyethane, tetrahydrofuran, 2-methyltetrahydrofuran, Tetrahydropyran, 1,3-dioxolane, 4-methyl-1,3-dioxolane, 1,3-dioxane, 1,4-dioxane, methyl acetate, ethyl acetate, methyl propionate, ethyl propionate, methyl butyrate, isobutyric acid Methyl, methyl trimethylacetate, ethyl trimethylacetate, acetonitrile, glutaronitrile, adiponitrile, methoxyacetonitrile, 3-methoxypropionitrile, N, N-dimethylformamide, N-methylpyrrolidinone, N-methyloxazo Non-aqueous solvents such as ridinone, N, N′-dimethylimidazolidinone, nitromethane, nitroethane, sulfolane, trimethyl phosphate, or dimethyl sulfoxide.

例示したこれらの溶媒は、1種で用いてもよく、また2種以上を適宜組み合わせて用いてもよい。これらの他の溶媒の中でも、炭酸エチレン、炭酸プロピレン、炭酸ジメチル、炭酸ジエチルおよび炭酸エチルメチルからなる群のうちの少なくとも1種が好ましい。この場合には、炭酸エチレンまたは炭酸プロピレンなどの高粘度(高誘電率)溶媒(例えば、比誘電率ε≧30)と、炭酸ジメチル、炭酸エチルメチルまたは炭酸ジエチルなどの低粘度溶媒(例えば、粘度≦1mPa・s)との組み合わせがより好ましい。電解質塩の解離性およびイオンの移動度が向上するからである。   These exemplified solvents may be used alone or in combination of two or more. Among these other solvents, at least one selected from the group consisting of ethylene carbonate, propylene carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, and ethyl methyl carbonate is preferable. In this case, a high viscosity (high dielectric constant) solvent such as ethylene carbonate or propylene carbonate (for example, a relative dielectric constant ε ≧ 30) and a low viscosity solvent such as dimethyl carbonate, ethyl methyl carbonate or diethyl carbonate (for example, viscosity) ≦ 1 mPa · s) is more preferable. This is because the dissociation property of the electrolyte salt and the ion mobility are improved.

(電解質塩)
電解質塩としては、例えば、リチウム塩などの軽金属塩のいずれか1種または2種以上を用いることができる。
(Electrolyte salt)
As the electrolyte salt, for example, any one or more of light metal salts such as lithium salt can be used.

リチウム塩としては、例えば、六フッ化リン酸リチウム(LiPF6)、四フッ化ホウ酸リチウム、過塩素酸リチウム、六フッ化ヒ酸リチウム、テトラフェニルホウ酸リチウム(LiB(C654)、メタンスルホン酸リチウム(LiCH3SO3)、トリフルオロメタンスルホン酸リチウム(LiCF3SO3)、テトラクロロアルミン酸リチウム(LiAlCl4)、六フッ化ケイ酸二リチウム(Li2SiF6)、塩化リチウム(LiCl)、または臭化リチウム(LiBr)などが挙げられる。なお、例示したこれらの電解質塩は、適宜組み合わせて用いてもよい。 Examples of the lithium salt include lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ), lithium tetrafluoroborate, lithium perchlorate, lithium hexafluoroarsenate, lithium tetraphenylborate (LiB (C 6 H 5 ) 4 ), lithium methanesulfonate (LiCH 3 SO 3 ), lithium trifluoromethanesulfonate (LiCF 3 SO 3 ), lithium tetrachloroaluminate (LiAlCl 4 ), dilithium hexafluorosilicate (Li 2 SiF 6 ), Examples include lithium chloride (LiCl) and lithium bromide (LiBr). These exemplified electrolyte salts may be used in appropriate combination.

(電池の製造方法)
この非水電解質二次電池は、例えば、以下の製造方法によって製造される。
(Battery manufacturing method)
This nonaqueous electrolyte secondary battery is manufactured by the following manufacturing method, for example.

(正極の製造)
まず、正極101を作製する。最初に、正極活物質材料と、結着剤と、導電剤とを混合して正極合剤としたのち、有機溶剤に分散させてペースト状の正極合剤スラリーとする。続いて、ドクタブレードまたはバーコータなどによって正極集電体101Aの両面に正極合剤スラリーを均一に塗布して乾燥させる。最後に、必要に応じて加熱しながらロールプレス機などによって塗膜を圧縮成型して正極活物質層101Bを形成する。この場合には、圧縮成型を複数回に渡って繰り返してもよい。
(Manufacture of positive electrode)
First, the positive electrode 101 is manufactured. First, a positive electrode active material, a binder, and a conductive agent are mixed to form a positive electrode mixture, and then dispersed in an organic solvent to obtain a paste-like positive electrode mixture slurry. Subsequently, the positive electrode mixture slurry is uniformly applied to both surfaces of the positive electrode current collector 101A by a doctor blade or a bar coater and dried. Finally, the positive electrode active material layer 101B is formed by compression molding the coating film with a roll press or the like while heating as necessary. In this case, compression molding may be repeated a plurality of times.

(負極の製造)
次に、負極102を作製する。最初に、負極材料と、結着剤と、必要に応じて導電剤とを混合して負極合剤としたのち、これを有機溶剤に分散させてペースト状の負極合剤スラリーとする。続いて、ドクタブレードまたはバーコータなどによって負極集電体102Aの両面に負極合剤スラリーを均一に塗布して乾燥させる。最後に、必要に応じて加熱しながらロールプレス機などによって塗膜を圧縮成型して負極活物質層102Bを形成する。
(Manufacture of negative electrode)
Next, the negative electrode 102 is produced. First, a negative electrode material, a binder, and a conductive agent as necessary are mixed to form a negative electrode mixture, which is then dispersed in an organic solvent to obtain a paste-like negative electrode mixture slurry. Subsequently, the negative electrode mixture slurry is uniformly applied to both surfaces of the negative electrode current collector 102A by a doctor blade or a bar coater and dried. Finally, the negative electrode active material layer 102B is formed by compressing and molding the coating film with a roll press or the like while heating as necessary.

(電池の組み立て)
非水電解質二次電池の組み立ては、以下のようにして行う。最初に、正極集電体101Aに正極リード105を溶接などして取り付けると共に、負極集電体102Aに負極リード106を溶接などして取り付ける。続いて、セパレータ103を介して正極101と負極102とを積層および巻回させて巻回電極体100を作製したのち、その巻回中心にセンターピン104を挿入する。続いて、一対の絶縁板92、93で挟みながら巻回電極体100を電池缶91の内部に収納すると共に、正極リード105の先端部を安全弁機構95に溶接し、負極リード106の先端部を電池缶91に溶接する。
(Battery assembly)
The non-aqueous electrolyte secondary battery is assembled as follows. First, the positive electrode lead 105 is attached to the positive electrode current collector 101A by welding or the like, and the negative electrode lead 106 is attached to the negative electrode current collector 102A by welding or the like. Subsequently, the positive electrode 101 and the negative electrode 102 are laminated and wound through the separator 103 to produce the wound electrode body 100, and then the center pin 104 is inserted into the winding center. Subsequently, the spirally wound electrode body 100 is housed in the battery can 91 while being sandwiched between the pair of insulating plates 92 and 93, the tip of the positive electrode lead 105 is welded to the safety valve mechanism 95, and the tip of the negative electrode lead 106 is attached. The battery can 91 is welded.

続いて、上述の電解液を電池缶91の内部に注入してセパレータ103に含浸させる。最後に、電池缶91の開口端部に電池蓋94、安全弁機構95および熱感抵抗素子96をガスケット97を介してかしめることにより固定する。これにより、図3および図4に示す非水電解質二次電池が完成する。   Subsequently, the above-described electrolytic solution is injected into the battery can 91 and impregnated in the separator 103. Finally, the battery lid 94, the safety valve mechanism 95, and the heat sensitive resistance element 96 are fixed to the opening end portion of the battery can 91 by caulking through the gasket 97. Thereby, the nonaqueous electrolyte secondary battery shown in FIGS. 3 and 4 is completed.

4.第4の実施の形態
(電池パックの例)
図5は、本技術の非水電解質二次電池(以下、二次電池と適宜称する)を電池パックに適用した場合の回路構成例を示すブロック図である。電池パックは、組電池301、外装、充電制御スイッチ302aと、放電制御スイッチ303a、を備えるスイッチ部304、電流検出抵抗307、温度検出素子308、制御部310を備えている。
4). Fourth embodiment (example of battery pack)
FIG. 5 is a block diagram illustrating a circuit configuration example when a nonaqueous electrolyte secondary battery of the present technology (hereinafter appropriately referred to as a secondary battery) is applied to a battery pack. The battery pack includes a switch unit 304 including an assembled battery 301, an exterior, a charge control switch 302a, and a discharge control switch 303a, a current detection resistor 307, a temperature detection element 308, and a control unit 310.

また、電池パックは、正極端子321および負極端子322を備え、充電時には正極端子321および負極端子322がそれぞれ充電器の正極端子、負極端子に接続され、充電が行われる。また、電子機器使用時には、正極端子321および負極端子322がそれぞれ電子機器の正極端子、負極端子に接続され、放電が行われる。   In addition, the battery pack includes a positive electrode terminal 321 and a negative electrode terminal 322. During charging, the positive electrode terminal 321 and the negative electrode terminal 322 are connected to the positive electrode terminal and the negative electrode terminal of the charger, respectively, and charging is performed. Further, when the electronic device is used, the positive electrode terminal 321 and the negative electrode terminal 322 are connected to the positive electrode terminal and the negative electrode terminal of the electronic device, respectively, and discharge is performed.

組電池301は、複数の二次電池301aを直列および/または並列に接続してなる。この二次電池301aは本技術の二次電池である。なお、図5では、6つの二次電池301aが、2並列3直列(2P3S)に接続された場合が例として示されているが、その他、n並列m直列(n,mは整数)のように、どのような接続方法でもよい。   The assembled battery 301 is formed by connecting a plurality of secondary batteries 301a in series and / or in parallel. The secondary battery 301a is a secondary battery of the present technology. In addition, in FIG. 5, the case where six secondary batteries 301a are connected in two parallel three series (2P3S) is shown as an example, but in addition, n parallel m series (n and m are integers) Any connection method may be used.

スイッチ部304は、充電制御スイッチ302aおよびダイオード302b、ならびに放電制御スイッチ303aおよびダイオード303bを備え、制御部310によって制御される。ダイオード302bは、正極端子321から組電池301の方向に流れる充電電流に対して逆方向で、負極端子322から組電池301の方向に流れる放電電流に対して順方向の極性を有する。ダイオード303bは、充電電流に対して順方向で、放電電流に対して逆方向の極性を有する。尚、例では+側にスイッチ部を設けているが、−側に設けても良い。   The switch unit 304 includes a charge control switch 302a and a diode 302b, and a discharge control switch 303a and a diode 303b, and is controlled by the control unit 310. The diode 302b has a reverse polarity with respect to the charging current flowing from the positive terminal 321 in the direction of the assembled battery 301 and the forward polarity with respect to the discharging current flowing from the negative terminal 322 in the direction of the assembled battery 301. The diode 303b has a forward polarity with respect to the charging current and a reverse polarity with respect to the discharging current. In the example, the switch portion is provided on the + side, but may be provided on the − side.

充電制御スイッチ302aは、電池電圧が過充電検出電圧となった場合にOFFされて、組電池301の電流経路に充電電流が流れないように充放電制御部によって制御される。充電制御スイッチのOFF後は、ダイオード302bを介することによって放電のみが可能となる。また、充電時に大電流が流れた場合にOFFされて、組電池301の電流経路に流れる充電電流を遮断するように、制御部310によって制御される。   The charge control switch 302 a is turned off when the battery voltage becomes the overcharge detection voltage, and is controlled by the charge / discharge control unit so that the charge current does not flow in the current path of the assembled battery 301. After the charge control switch is turned off, only discharging is possible through the diode 302b. Further, it is turned off when a large current flows during charging, and is controlled by the control unit 310 so that the charging current flowing in the current path of the assembled battery 301 is cut off.

放電制御スイッチ303aは、電池電圧が過放電検出電圧となった場合にOFFされて、組電池301の電流経路に放電電流が流れないように制御部310によって制御される。放電制御スイッチ303aのOFF後は、ダイオード303bを介することによって充電のみが可能となる。また、放電時に大電流が流れた場合にOFFされて、組電池301の電流経路に流れる放電電流を遮断するように、制御部310によって制御される。   The discharge control switch 303a is turned off when the battery voltage becomes the overdischarge detection voltage, and is controlled by the control unit 310 so that the discharge current does not flow through the current path of the assembled battery 301. After the discharge control switch 303a is turned off, only charging is possible via the diode 303b. Further, it is turned off when a large current flows during discharging, and is controlled by the control unit 310 so as to cut off the discharging current flowing in the current path of the assembled battery 301.

温度検出素子308は例えばサーミスタであり、組電池301の近傍に設けられ、301組電池301の温度を測定して測定温度を制御部310に供給する。電圧検出部311は、組電池301およびそれを構成する各二次電池301aの電圧を測定し、この測定電圧をA/D変換して、制御部310に供給する。電流測定部313は、電流検出抵抗307を用いて電流を測定し、この測定電流を制御部310に供給する。   The temperature detection element 308 is, for example, a thermistor, is provided in the vicinity of the assembled battery 301, measures the temperature of the 301 assembled battery 301, and supplies the measured temperature to the control unit 310. The voltage detection unit 311 measures the voltage of the assembled battery 301 and each secondary battery 301a constituting the assembled battery 301, performs A / D conversion on the measured voltage, and supplies the voltage to the control unit 310. The current measurement unit 313 measures the current using the current detection resistor 307 and supplies this measurement current to the control unit 310.

スイッチ制御部314は、電圧検出部311および電流測定部313から入力された電圧および電流を基に、スイッチ部304の充電制御スイッチ302aおよび放電制御スイッチ303aを制御する。スイッチ制御部314は、二次電池301aのいずれかの電圧が過充電検出電圧もしくは過放電検出電圧以下になったとき、また、大電流が急激に流れたときに、スイッチ部304に制御信号を送ることにより、過充電および過放電、過電流充放電を防止する。   The switch control unit 314 controls the charge control switch 302a and the discharge control switch 303a of the switch unit 304 based on the voltage and current input from the voltage detection unit 311 and the current measurement unit 313. The switch control unit 314 sends a control signal to the switch unit 304 when any voltage of the secondary battery 301a falls below the overcharge detection voltage or overdischarge detection voltage, or when a large current flows suddenly. By sending, overcharge, overdischarge, and overcurrent charge / discharge are prevented.

ここで、例えば、二次電池がリチウムイオン二次電池の場合、過充電検出電圧が例えば4.20V±0.05Vと定められ、過放電検出電圧が例えば2.4V±0.1Vと定められる。   Here, for example, when the secondary battery is a lithium ion secondary battery, the overcharge detection voltage is determined to be 4.20 V ± 0.05 V, for example, and the overdischarge detection voltage is determined to be 2.4 V ± 0.1 V, for example. .

充放電スイッチは、例えばMOSFETなどの半導体スイッチを使用できる。この場合MOSFETの寄生ダイオードがダイオード302bおよび303bとして機能する。充放電スイッチとして、Pチャンネル型FETを使用した場合は、スイッチ制御部314は、充電制御スイッチ302aおよび放電制御スイッチ303aのそれぞれのゲートに対して、制御信号DOおよびCOをそれぞれ供給する。充電制御スイッチ302aおよび放電制御スイッチ303aはPチャンネル型である場合、ソース電位より所定値以上低いゲート電位によってONする。すなわち、通常の充電および放電動作では、制御信号COおよびDOをローレベルとし、充電制御スイッチ302aおよび放電制御スイッチ303aをON状態とする。   As the charge / discharge switch, for example, a semiconductor switch such as a MOSFET can be used. In this case, the parasitic diode of the MOSFET functions as the diodes 302b and 303b. When a P-channel FET is used as the charge / discharge switch, the switch control unit 314 supplies control signals DO and CO to the gates of the charge control switch 302a and the discharge control switch 303a, respectively. When the charge control switch 302a and the discharge control switch 303a are P-channel type, they are turned on by a gate potential that is lower than the source potential by a predetermined value or more. That is, in normal charging and discharging operations, the control signals CO and DO are set to the low level, and the charging control switch 302a and the discharging control switch 303a are turned on.

そして、例えば過充電もしくは過放電の際には、制御信号COおよびDOをハイレベルとし、充電制御スイッチ302aおよび放電制御スイッチ303aをOFF状態とする。   For example, during overcharge or overdischarge, the control signals CO and DO are set to a high level, and the charge control switch 302a and the discharge control switch 303a are turned off.

メモリ317は、RAMやROMからなり例えば不揮発性メモリであるEPROM(Erasable Programmable Read Only Memory)などからなる。メモリ317では、制御部310で演算された数値や、製造工程の段階で測定された各二次電池301aの初期状態における電池の内部抵抗値などが予め記憶され、また適宜、書き換えも可能である。(また、二次電池301aの満充電容量を記憶させておくことで、制御部310とともに例えば残容量を算出することができる。   The memory 317 includes a RAM and a ROM, and includes, for example, an EPROM (Erasable Programmable Read Only Memory) that is a nonvolatile memory. In the memory 317, the numerical value calculated by the control unit 310, the internal resistance value of the battery in the initial state of each secondary battery 301a measured in the manufacturing process, and the like are stored in advance, and can be appropriately rewritten. . (Also, by storing the full charge capacity of the secondary battery 301a, for example, the remaining capacity can be calculated together with the control unit 310.

温度検出部318では、温度検出素子308を用いて温度を測定し、異常発熱時に充放電制御を行ったり、残容量の算出における補正を行う。   The temperature detection unit 318 measures the temperature using the temperature detection element 308, performs charge / discharge control during abnormal heat generation, and performs correction in the calculation of the remaining capacity.

5.第5の実施の形態
上述した非水電解質二次電池およびこれを用いた電池パックは、例えば電子機器や電動車両、蓄電装置などの機器に搭載又は電力を供給するために使用することができる。
5. Fifth Embodiment The nonaqueous electrolyte secondary battery and the battery pack using the same described above can be used for mounting or supplying electric power to devices such as electronic devices, electric vehicles, and power storage devices.

電子機器として、例えばノート型パソコン、PDA(携帯情報端末)、携帯電話、コードレスフォン子機、ビデオムービー、デジタルスチルカメラ、電子書籍、電子辞書、音楽プレイヤー、ラジオ、ヘッドホン、ゲーム機、ナビゲーションシステム、メモリーカード、ペースメーカー、補聴器、電動工具、電気シェーバー、冷蔵庫、エアコン、テレビ、ステレオ、温水器、電子レンジ、食器洗い器、洗濯機、乾燥器、照明機器、玩具、医療機器、ロボット、ロードコンディショナー、信号機などが挙げられる。   Examples of electronic devices include notebook computers, PDAs (personal digital assistants), mobile phones, cordless phones, video movies, digital still cameras, electronic books, electronic dictionaries, music players, radios, headphones, game consoles, navigation systems, Memory card, pacemaker, hearing aid, electric tool, electric shaver, refrigerator, air conditioner, TV, stereo, water heater, microwave oven, dishwasher, washing machine, dryer, lighting equipment, toys, medical equipment, robots, road conditioners, traffic lights Etc.

また、電動車両としては鉄道車両、ゴルフカート、電動カート、電気自動車(ハイブリッド自動車を含む)などが挙げられ、これらの駆動用電源又は補助用電源として用いられる。   In addition, examples of the electric vehicle include a railway vehicle, a golf cart, an electric cart, an electric vehicle (including a hybrid vehicle), and the like, and these are used as a driving power source or an auxiliary power source.

蓄電装置としては、住宅をはじめとする建築物用又は発電設備用の電力貯蔵用電源などが挙げられる。   Examples of the power storage device include a power storage power source for buildings such as houses or power generation facilities.

以下では、上述した適用例のうち、上述した本技術の非水電解質二次電池を適用した蓄電装置を用いた蓄電システムの具体例を説明する。   Below, the specific example of the electrical storage system using the electrical storage apparatus to which the nonaqueous electrolyte secondary battery of this technique mentioned above is applied among the application examples mentioned above is demonstrated.

この蓄電システムは、例えば下記の様な構成が挙げられる。第1の蓄電システムは、再生可能エネルギーから発電を行う発電装置によって蓄電装置が充電される蓄電システムである。第2の蓄電システムは、蓄電装置を有し、蓄電装置に接続される電子機器に電力を供給する蓄電システムである。第3の蓄電システムは、蓄電装置から、電力の供給を受ける電子機器である。これらの蓄電システムは、外部の電力供給網と協働して電力の効率的な供給を図るシステムとして実施される。   This power storage system has the following configuration, for example. The first power storage system is a power storage system in which a power storage device is charged by a power generation device that generates power from renewable energy. The second power storage system is a power storage system that includes a power storage device and supplies power to an electronic device connected to the power storage device. The third power storage system is an electronic device that is supplied with power from the power storage device. These power storage systems are implemented as a system for efficiently supplying power in cooperation with an external power supply network.

さらに、第4の蓄電システムは、蓄電装置から電力の供給を受けて車両の駆動力に変換する変換装置と、蓄電装置に関する情報に基いて車両制御に関する情報処理を行なう制御装置とを有する電動車両である。第5の蓄電システムは、他の機器とネットワークを介して信号を送受信する電力情報送受信部とを備え、送受信部が受信した情報に基づき、上述した蓄電装置の充放電制御を行う電力システムである。第6の蓄電システムは、上述した蓄電装置から、電力の供給を受け、または発電装置または電力網から蓄電装置に電力を供給する電力システムである。以下、蓄電システムについて説明する。   Further, the fourth power storage system includes an electric vehicle having a conversion device that receives power supplied from the power storage device and converts the power into a driving force of the vehicle, and a control device that performs information processing related to vehicle control based on information related to the power storage device. It is. The fifth power storage system is a power system that includes a power information transmission / reception unit that transmits / receives signals to / from other devices via a network, and performs charge / discharge control of the power storage device described above based on information received by the transmission / reception unit. . The sixth power storage system is a power system that receives power from the power storage device described above or supplies power from the power generation device or the power network to the power storage device. Hereinafter, the power storage system will be described.

(5−1)応用例としての住宅における蓄電システム
本技術の非水電解質二次電池を用いた蓄電装置を住宅用の蓄電システムに適用した例について、図6を参照して説明する。例えば住宅401用の蓄電システム400においては、火力発電402a、原子力発電402b、水力発電402cなどの集中型電力系統402から電力網409、情報網412、スマートメータ407、パワーハブ408などを介し、電力が蓄電装置403に供給される。これと共に、家庭内発電装置404などの独立電源から電力が蓄電装置403に供給される。蓄電装置403に供給された電力が蓄電される。蓄電装置403を使用して、住宅401で使用する電力が給電される。住宅401に限らずビルに関しても同様の蓄電システムを使用できる。
(5-1) Power Storage System in a House as an Application Example An example in which a power storage device using the nonaqueous electrolyte secondary battery of the present technology is applied to a power storage system for a house will be described with reference to FIG. For example, in a power storage system 400 for a house 401, power is stored from a centralized power system 402 such as a thermal power generation 402a, a nuclear power generation 402b, and a hydroelectric power generation 402c through a power network 409, an information network 412, a smart meter 407, a power hub 408, and the like. Supplied to the device 403. At the same time, power is supplied to the power storage device 403 from an independent power source such as the home power generation device 404. The electric power supplied to the power storage device 403 is stored. Electric power used in the house 401 is supplied using the power storage device 403. The same power storage system can be used not only for the house 401 but also for buildings.

住宅401には、発電装置404、電力消費装置405、蓄電装置403、各装置を制御する制御装置410、スマートメータ407、各種情報を取得するセンサ411が設けられている。各装置は、電力網409および情報網412によって接続されている。発電装置404として、太陽電池、燃料電池などが利用され、発電した電力が電力消費装置405および/または蓄電装置403に供給される。電力消費装置405は、冷蔵庫405a、空調装置405b、テレビジョン受信機405c、風呂405dなどである。さらに、電力消費装置405には、電動車両406が含まれる。電動車両406は、電気自動車406a、ハイブリッドカー406b、電気バイク406cである。   The house 401 is provided with a power generation device 404, a power consumption device 405, a power storage device 403, a control device 410 that controls each device, a smart meter 407, and a sensor 411 that acquires various types of information. Each device is connected by a power network 409 and an information network 412. A solar cell, a fuel cell, or the like is used as the power generation device 404, and the generated power is supplied to the power consumption device 405 and / or the power storage device 403. The power consuming device 405 is a refrigerator 405a, an air conditioner 405b, a television receiver 405c, a bath 405d, and the like. Furthermore, the electric power consumption device 405 includes an electric vehicle 406. The electric vehicle 406 is an electric vehicle 406a, a hybrid car 406b, and an electric motorcycle 406c.

蓄電装置403に対して、本技術の非水電解質二次電池が適用される。本技術の非水電解質二次電池は、例えば上述したリチウムイオン二次電池によって構成されていてもよい。スマートメータ407は、商用電力の使用量を測定し、測定された使用量を、電力会社に送信する機能を備えている。電力網409は、直流給電、交流給電、非接触給電の何れか一つまたは複数を組み合わせても良い。   The nonaqueous electrolyte secondary battery of the present technology is applied to the power storage device 403. The nonaqueous electrolyte secondary battery of the present technology may be configured by, for example, the above-described lithium ion secondary battery. The smart meter 407 has a function of measuring the usage amount of commercial power and transmitting the measured usage amount to an electric power company. The power network 409 may be any one or a combination of DC power supply, AC power supply, and non-contact power supply.

各種のセンサ411は、例えば人感センサ、照度センサ、物体検知センサ、消費電力センサ、振動センサ、接触センサ、温度センサ、赤外線センサなどである。各種のセンサ411により取得された情報は、制御装置410に送信される。センサ411からの情報によって、気象の状態、人の状態などが把握されて電力消費装置405を自動的に制御してエネルギー消費を最小とすることができる。さらに、制御装置410は、住宅401に関する情報をインターネットを介して外部の電力会社などに送信することができる。   The various sensors 411 are, for example, human sensors, illuminance sensors, object detection sensors, power consumption sensors, vibration sensors, contact sensors, temperature sensors, infrared sensors, and the like. Information acquired by various sensors 411 is transmitted to the control device 410. Based on the information from the sensor 411, the weather condition, the condition of the person, and the like can be grasped, and the power consumption device 405 can be automatically controlled to minimize the energy consumption. Furthermore, the control device 410 can transmit information regarding the house 401 to an external power company or the like via the Internet.

パワーハブ408によって、電力線の分岐、直流交流変換などの処理がなされる。制御装置410と接続される情報網412の通信方式としては、UART(Universal Asynchronous Receiver-Transceiver:非同期シリアル通信用送受信回路)などの通信インターフェースを使う方法、Bluetooth、ZigBee、Wi−Fiなどの無線通信規格によるセンサーネットワークを利用する方法がある。Bluetooth方式は、マルチメディア通信に適用され、一対多接続の通信を行うことができる。ZigBeeは、IEEE(Institute of Electrical and Electronics Engineers)802.15.4の物理層を使用するものである。IEEE802.15.4は、PAN(Personal Area Network)またはW(Wireless)PANと呼ばれる短距離無線ネットワーク規格の名称である。   The power hub 408 performs processing such as branching of power lines and DC / AC conversion. The communication method of the information network 412 connected to the control device 410 includes a method using a communication interface such as UART (Universal Asynchronous Receiver-Transceiver), wireless communication such as Bluetooth, ZigBee, and Wi-Fi. There is a method of using a sensor network according to the standard. The Bluetooth method is applied to multimedia communication and can perform one-to-many connection communication. ZigBee uses the physical layer of IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) 802.15.4. IEEE 802.15.4 is the name of a short-range wireless network standard called PAN (Personal Area Network) or W (Wireless) PAN.

制御装置410は、外部のサーバ413と接続されている。このサーバ413は、住宅401、電力会社、サービスプロバイダーの何れかによって管理されていても良い。サーバ413が送受信する情報は、たとえば、消費電力情報、生活パターン情報、電力料金、天気情報、天災情報、電力取引に関する情報である。これらの情報は、家庭内の電力消費装置(たとえばテレビジョン受信機)から送受信しても良いが、家庭外の装置(たとえば、携帯電話機など)から送受信しても良い。これらの情報は、表示機能を持つ機器、たとえば、テレビジョン受信機、携帯電話機、PDA(Personal Digital Assistants)などに、表示されても良い。   The control device 410 is connected to an external server 413. The server 413 may be managed by any one of the house 401, the power company, and the service provider. The information transmitted and received by the server 413 is, for example, information related to power consumption information, life pattern information, power charges, weather information, natural disaster information, and power transactions. These pieces of information may be transmitted / received from a power consuming device (for example, a television receiver) in the home, or may be transmitted / received from a device outside the home (for example, a mobile phone). Such information may be displayed on a device having a display function, such as a television receiver, a mobile phone, or a PDA (Personal Digital Assistants).

各部を制御する制御装置410は、CPU(Central Processing Unit)、RAM(Random Access Memory)、ROM(Read Only Memory)などで構成され、この例では、蓄電装置403に格納されている。制御装置410は、蓄電装置403、家庭内発電装置404、電力消費装置405、各種のセンサ411、サーバ413と情報網412により接続され、例えば、商用電力の使用量と、発電量とを調整する機能を有している。なお、その他にも、電力市場で電力取引を行う機能などを備えていても良い。   A control device 410 that controls each unit includes a CPU (Central Processing Unit), a RAM (Random Access Memory), a ROM (Read Only Memory), and the like, and is stored in the power storage device 403 in this example. The control device 410 is connected to the power storage device 403, the home power generation device 404, the power consumption device 405, various sensors 411, the server 413 and the information network 412, and adjusts, for example, the amount of commercial power used and the amount of power generation. It has a function. In addition, you may provide the function etc. which carry out an electric power transaction in an electric power market.

以上のように、電力が火力402a、原子力402b、水力402cなどの集中型電力系統402のみならず、家庭内発電装置404(太陽光発電、風力発電)の発電電力を蓄電装置403に蓄えることができる。したがって、家庭内発電装置404の発電電力が変動しても、外部に送出する電力量を一定にしたり、または、必要なだけ放電するといった制御を行うことができる。例えば、太陽光発電で得られた電力を蓄電装置403に蓄えると共に、夜間は料金が安い深夜電力を蓄電装置403に蓄え、昼間の料金が高い時間帯に蓄電装置403によって蓄電した電力を放電して利用するといった使い方もできる。   As described above, electric power can be stored not only in the centralized power system 402 such as the thermal power 402a, the nuclear power 402b, and the hydraulic power 402c but also in the power storage device 403 in the power generation device 404 (solar power generation, wind power generation). it can. Therefore, even if the generated power of the home power generation device 404 fluctuates, it is possible to perform control such that the amount of power sent to the outside is constant or discharged as much as necessary. For example, the power obtained by solar power generation is stored in the power storage device 403, and the nighttime power at a low charge is stored in the power storage device 403 at night, and the power stored by the power storage device 403 is discharged during a high daytime charge. You can also use it.

なお、この例では、制御装置410が蓄電装置403内に格納される例を説明したが、スマートメータ407内に格納されても良いし、単独で構成されていても良い。さらに、蓄電システム400は、集合住宅における複数の家庭を対象として用いられてもよいし、複数の戸建て住宅を対象として用いられてもよい。   In this example, the example in which the control device 410 is stored in the power storage device 403 has been described. However, the control device 410 may be stored in the smart meter 407 or may be configured independently. Furthermore, the power storage system 400 may be used for a plurality of homes in an apartment house, or may be used for a plurality of detached houses.

(5−2)応用例としての車両における蓄電システム
本技術を車両用の蓄電システムに適用した例について、図7を参照して説明する。図7に、本技術が適用されるシリーズハイブリッドシステムを採用するハイブリッド車両の構成の一例を概略的に示す。シリーズハイブリッドシステムはエンジンで動かす発電機で発電された電力、あるいはそれをバッテリーに一旦貯めておいた電力を用いて、電力駆動力変換装置で走行する車である。
(5-2) Power Storage System in Vehicle as Application Example An example in which the present technology is applied to a power storage system for a vehicle will be described with reference to FIG. FIG. 7 schematically shows an example of the configuration of a hybrid vehicle that employs a series hybrid system to which the present technology is applied. A series hybrid system is a car that runs on an electric power driving force conversion device using electric power generated by a generator driven by an engine or electric power once stored in a battery.

このハイブリッド車両500には、エンジン501、発電機502、電力駆動力変換装置503、駆動輪504a、駆動輪504b、車輪505a、車輪505b、バッテリー508、車両制御装置509、各種センサ510、充電口511が搭載されている。バッテリー508に対して、上述した本技術の非水電解質二次電池が適用される。   The hybrid vehicle 500 includes an engine 501, a generator 502, a power driving force conversion device 503, driving wheels 504 a, driving wheels 504 b, wheels 505 a, wheels 505 b, a battery 508, a vehicle control device 509, various sensors 510, and a charging port 511. Is installed. The nonaqueous electrolyte secondary battery of the present technology described above is applied to the battery 508.

ハイブリッド車両500は、電力駆動力変換装置503を動力源として走行する。電力駆動力変換装置503の一例は、モータである。バッテリー508の電力によって電力駆動力変換装置503が作動し、この電力駆動力変換装置503の回転力が駆動輪504a、504bに伝達される。なお、必要な個所に直流−交流(DC−AC)あるいは逆変換(AC−DC変換)を用いることによって、電力駆動力変換装置503が交流モータでも直流モータでも適用可能である。各種センサ510は、車両制御装置509を介してエンジン回転数を制御したり、図示しないスロットルバルブの開度(スロットル開度)を制御したりする。各種センサ510には、速度センサ、加速度センサ、エンジン回転数センサなどが含まれる。   The hybrid vehicle 500 travels using the power driving force conversion device 503 as a power source. An example of the power / driving force conversion device 503 is a motor. The electric power / driving force converter 503 is operated by the electric power of the battery 508, and the rotational force of the electric power / driving force converter 503 is transmitted to the driving wheels 504a and 504b. In addition, by using DC-AC (DC-AC) or reverse conversion (AC-DC conversion) at a required place, the power driving force conversion device 503 can be applied to either an AC motor or a DC motor. The various sensors 510 control the engine speed through the vehicle control device 509 and control the opening (throttle opening) of a throttle valve (not shown). Various sensors 510 include a speed sensor, an acceleration sensor, an engine speed sensor, and the like.

エンジン501の回転力は発電機502に伝えられ、その回転力によって発電機502により生成された電力をバッテリー508に蓄積することが可能である。   The rotational force of the engine 501 is transmitted to the generator 502, and the electric power generated by the generator 502 by the rotational force can be stored in the battery 508.

図示しない制動機構によりハイブリッド車両500が減速すると、その減速時の抵抗力が電力駆動力変換装置503に回転力として加わり、この回転力によって電力駆動力変換装置503により生成された回生電力がバッテリー508に蓄積される。   When the hybrid vehicle 500 decelerates by a braking mechanism (not shown), the resistance force at the time of deceleration is applied as a rotational force to the electric power driving force conversion device 503, and the regenerative electric power generated by the electric power driving force conversion device 503 by this rotational force becomes the battery 508. Accumulated in.

バッテリー508は、ハイブリッド車両500の外部の電源に接続されることで、その外部電源から充電口511を入力口として電力供給を受け、受けた電力を蓄積することも可能である。   The battery 508 is connected to an external power source of the hybrid vehicle 500, so that the battery 508 can receive power from the external power source using the charging port 511 as an input port and store the received power.

図示しないが、二次電池に関する情報に基いて車両制御に関する情報処理を行なう情報処理装置を備えていても良い。このような情報処理装置としては、例えば、電池の残量に関する情報に基づき、電池残量表示を行う情報処理装置などがある。   Although not shown, an information processing device that performs information processing related to vehicle control based on information related to the secondary battery may be provided. As such an information processing apparatus, for example, there is an information processing apparatus that displays a remaining battery level based on information on the remaining battery level.

なお、以上は、エンジンで動かす発電機で発電された電力、或いはそれをバッテリーに一旦貯めておいた電力を用いて、モータで走行するシリーズハイブリッド車を例として説明した。しかしながら、エンジンとモータの出力がいずれも駆動源とし、エンジンのみで走行、モータのみで走行、エンジンとモータ走行という3つの方式を適宜切り替えて使用するパラレルハイブリッド車に対しても本技術は有効に適用可能である。さらに、エンジンを用いず駆動モータのみによる駆動で走行する所謂、電動車両に対しても本技術は有効に適用可能である。   In addition, the above demonstrated as an example the series hybrid vehicle which drive | works with a motor using the electric power generated with the generator driven by an engine, or the electric power once stored in the battery. However, the present technology is also effective for a parallel hybrid vehicle in which the engine and motor outputs are both driving sources, and the system is switched between the three modes of driving with only the engine, driving with the motor, and engine and motor. Applicable. Furthermore, the present technology can be effectively applied to a so-called electric vehicle that travels only by a drive motor without using an engine.

以下、実施例により本技術を具体的に説明するが、本技術はこれらの実施例のみに限定されるものではない。   Hereinafter, the present technology will be specifically described by way of examples. However, the present technology is not limited only to these examples.

<実施例1>
図1A〜図1Cに示す構成を有する固体電解質二次電池を作製した。基板10として厚さ1.1mmのポリカーボネート(PC)基板を用いた。基板10上に無機絶縁膜20として、SiNを成膜した。
<Example 1>
A solid electrolyte secondary battery having the configuration shown in FIGS. 1A to 1C was produced. A polycarbonate (PC) substrate having a thickness of 1.1 mm was used as the substrate 10. SiN was deposited on the substrate 10 as the inorganic insulating film 20.

無機絶縁膜20上に金属マスクを配して、所定領域に、正極側集電体膜30、正極活物質膜40、固体電解質膜50、第1の負極側集電体膜60a、ブロック層60c、第2の負極側集電体膜60bの順に成膜し積層体を形成した。具体的には、正極側集電体膜30としてTi膜、正極活物質膜40としてLixNiyPOz膜、固体電解質膜50としてLi3PO4-xx膜、第1の負極側集電体膜60aとしてNi膜、ブロック層60cとしてLixNiyPOz膜、第2の負極側集電体膜60bとしてNi膜を形成した。なお、化合物中に使用する添え字のx(x>0)、y(y>0)、z(z>0)、)は、式中の元素の組成比を示す。 A metal mask is disposed on the inorganic insulating film 20, and the positive electrode side current collector film 30, the positive electrode active material film 40, the solid electrolyte film 50, the first negative electrode side current collector film 60a, and the block layer 60c are disposed in predetermined regions. Then, the second negative electrode side current collector film 60b was formed in this order to form a laminate. Specifically, the positive electrode side current collector film 30 is a Ti film, the positive electrode active material film 40 is a Li x Ni y PO z film, the solid electrolyte film 50 is a Li 3 PO 4-x N x film, and the first negative electrode side collector layer Ni film as 60a, Li x Ni y PO z film as the blocking layer 60c, to form a Ni film as the second negative electrode side current collector film 60b. Note that the subscripts x (x> 0), y (y> 0), and z (z> 0)) used in the compound indicate the composition ratio of the elements in the formula.

無機絶縁膜20および積層体を構成する各薄膜の成膜条件は、以下のようにした。なお、基板10は基板加熱をせずに成膜を行った。   The film forming conditions of the inorganic insulating film 20 and each thin film constituting the laminate were as follows. The substrate 10 was formed without heating the substrate.

(無機絶縁膜20)
無機絶縁膜20の成膜は、下記のスパッタリング装置および成膜条件で行った。
スパッタリング装置(アネルバ社製、C−3103)
ターゲット組成:Si
ターゲットサイズ:Φ6インチ
スパッタリングガス:Ar60sccm、N230sccm、0.11Pa
スパッタリングパワー:1500W(DC)
膜厚:50nm
(Inorganic insulating film 20)
The inorganic insulating film 20 was formed using the following sputtering apparatus and film forming conditions.
Sputtering device (C-3103, manufactured by Anelva)
Target composition: Si
Target size: Φ6 inch Sputtering gas: Ar 60 sccm, N 2 30 sccm, 0.11 Pa
Sputtering power: 1500W (DC)
Film thickness: 50nm

(正極側集電体膜30)
正極側集電体膜30の成膜は、下記のスパッタリング装置および成膜条件で行った。
スパッタリング装置(アルバック社製、SMO−01特型)
ターゲット組成:Ti
ターゲットサイズ:Φ4インチ
スパッタリングガス:Ar70sccm、0.45Pa
スパッタリングパワー:1000W(DC)
膜厚:100nm
(Positive electrode side current collector film 30)
The positive electrode side current collector film 30 was formed using the following sputtering apparatus and film forming conditions.
Sputtering device (ULVAC, SMO-01 special type)
Target composition: Ti
Target size: Φ4 inch sputtering gas: Ar 70 sccm, 0.45 Pa
Sputtering power: 1000 W (DC)
Film thickness: 100nm

(正極活物質膜40)
正極活物質膜の成膜は、下記のスパッタリング装置および成膜条件で行った。
スパッタリング装置(アルバック社製、SMO−01特型)
ターゲット組成:Li3PO4およびNiのコスパッタ
ターゲットサイズ:Φ4インチ
スパッタリングガス:Ar(80%)+O2(20%) 20sccm、0.20Pa
スパッタリングパワー:Li3PO4600W(RF)、Ni150W(DC)
膜厚:400nm
(Positive electrode active material film 40)
The positive electrode active material film was formed using the following sputtering apparatus and film formation conditions.
Sputtering device (ULVAC, SMO-01 special type)
Target composition: Cosputtering target of Li 3 PO 4 and Ni Size: Φ4 inch Sputtering gas: Ar (80%) + O 2 (20%) 20 sccm, 0.20 Pa
Sputtering power: Li 3 PO 4 600 W (RF), Ni 150 W (DC)
Film thickness: 400nm

(固体電解質膜50)
固体電解質膜50の成膜は、下記のスパッタリング装置および成膜条件で行った。
スパッタリング装置(アルバック社製、SMO−01特型)
ターゲット組成:Li3PO4
ターゲットサイズ:Φ4インチ
スパッタリングガス:Ar20sccm+N2 20sccm、0.26Pa
スパッタリングパワー:600W(RF)
膜厚:400nm
(Solid electrolyte membrane 50)
The solid electrolyte membrane 50 was formed using the following sputtering apparatus and film formation conditions.
Sputtering device (ULVAC, SMO-01 special type)
Target composition: Li 3 PO 4
Target size: Φ4 inch sputtering gas: Ar20 sccm + N 2 20 sccm, 0.26 Pa
Sputtering power: 600W (RF)
Film thickness: 400nm

(負極側集電体膜60;(第1の負極側集電体膜60a/ブロック層60c/第2の負極側集電体膜60b) (Negative electrode side current collector film 60; (first negative electrode side current collector film 60a / block layer 60c / second negative electrode side current collector film 60b)

(第1の負極側集電体膜)
第1の負極側集電体膜60aの成膜は、下記のスパッタリング装置および成膜条件で行った。
スパッタリング装置(アルバック社製、SMO−01特型)
ターゲット組成:Ni
ターゲットサイズ:Φ4インチ
スパッタリングガス:Ar70sccm、0.46Pa
スパッタリングパワー:Ni 250W(DC)
膜厚:100nm
(First negative electrode side current collector film)
The first negative electrode current collector film 60a was formed using the following sputtering apparatus and film formation conditions.
Sputtering device (ULVAC, SMO-01 special type)
Target composition: Ni
Target size: Φ4 inch sputtering gas: Ar 70 sccm, 0.46 Pa
Sputtering power: Ni 250W (DC)
Film thickness: 100nm

(ブロック層)
ブロック層60cであるLixNiyPOz膜の成膜は、下記のスパッタリング装置および成膜条件で行った。
スパッタリング装置(アルバック社製、SMO−01特型)
ターゲット組成:Li3PO4およびNiのコスパッタ
ターゲットサイズ:Φ4インチ
スパッタリングガス:Ar(80%)+O2(20%) 20sccm、0.20Pa
スパッタリングパワー:Li3PO4 600W(RF)、Ni 150W(DC)
膜厚:130nm
(Block layer)
The Li x Ni y PO z film as the block layer 60c was formed using the following sputtering apparatus and film formation conditions.
Sputtering device (ULVAC, SMO-01 special type)
Target composition: Cosputtering target of Li 3 PO 4 and Ni Size: Φ4 inch Sputtering gas: Ar (80%) + O 2 (20%) 20 sccm, 0.20 Pa
Sputtering power: Li 3 PO 4 600 W (RF), Ni 150 W (DC)
Film thickness: 130nm

(第2の負極側集電体膜)
第2の負極側集電体膜60bの成膜は、下記のスパッタリング装置および成膜条件で行った。
スパッタリング装置(アルバック社製、SMO−01特型)
ターゲット組成:Ni
ターゲットサイズ:Φ4インチ
スパッタリングガス:Ar 70sccm、0.46Pa
スパッタリングパワー:Ni 250W(DC)
膜厚:100nm
(Second negative electrode side current collector film)
The second negative electrode current collector film 60b was formed using the following sputtering apparatus and film formation conditions.
Sputtering device (ULVAC, SMO-01 special type)
Target composition: Ni
Target size: Φ4 inch sputtering gas: Ar 70 sccm, 0.46 Pa
Sputtering power: Ni 250W (DC)
Film thickness: 100nm

最後に、全体保護膜80を、紫外線硬化樹脂(ソニーケミカル&インフォメーションデバイス製、型番SK3200)を用いて形成し、さらに全体保護膜80上に無機絶縁膜を形成した。以上により、実施例1の薄膜型の固体電解質二次電池を得た。すなわち、下記の膜構成を有する薄膜型の固体電解質二次電池を得た。   Finally, the whole protective film 80 was formed using an ultraviolet curable resin (manufactured by Sony Chemical & Information Device, model number SK3200), and an inorganic insulating film was further formed on the whole protective film 80. Thus, the thin film type solid electrolyte secondary battery of Example 1 was obtained. That is, a thin film type solid electrolyte secondary battery having the following film configuration was obtained.

(薄膜型の固体電解質二次電池の膜構成)
ポリカーボネート基板/SiN(50nm)/Ti(100nm)/LixNiyPOz(400nm)/Li3PO4-xx(400nm)/Ni(100nm)/LixNiyPOz(130nm)/Ni(100nm)/紫外線硬化樹脂(20μm)/SiN(50nm)
(Membrane structure of thin-film solid electrolyte secondary battery)
Polycarbonate substrate / SiN (50 nm) / Ti (100 nm) / Li x Ni y PO z (400 nm) / Li 3 PO 4−x N x (400 nm) / Ni (100 nm) / Li x Ni y PO z (130 nm) / Ni (100 nm) / UV curable resin (20 μm) / SiN (50 nm)

<比較例1>
以下のように第1の負極側集電体膜60a/ブロック層60c/第2の負極側集電体膜60bに代えて、Ni膜1層からなる負極側集電体膜を形成したこと以外は、実施例1と同様にして、比較例1の薄膜型の固体電解質二次電池を得た。
<Comparative Example 1>
In place of the first negative electrode side current collector film 60a / block layer 60c / second negative electrode side current collector film 60b as described below, a negative electrode side current collector film consisting of one Ni film layer was formed. In the same manner as in Example 1, a thin film type solid electrolyte secondary battery of Comparative Example 1 was obtained.

(負極側集電体膜)
負極側集電体膜の成膜は、下記のスパッタリング装置および成膜条件で、2回の成膜により行った。
(1回目の成膜)
スパッタリング装置(アルバック社製、SMO−01特型)
ターゲット組成:Ni
ターゲットサイズ:Φ4インチ
スパッタリングガス:Ar 70sccm、0.46Pa
スパッタリングパワー:Ni 250W(DC)
膜厚:100nm
(2回目の成膜)
スパッタリング装置(アルバック社製、SMO−01特型)
ターゲット組成:Ni
ターゲットサイズ:Φ4インチ
スパッタリングガス:Ar 70sccm、0.46Pa
スパッタリングパワー:Ni 250W(DC)
膜厚:100nm
(Negative electrode current collector film)
The negative electrode side current collector film was formed twice by the following sputtering apparatus and film formation conditions.
(First film formation)
Sputtering device (ULVAC, SMO-01 special type)
Target composition: Ni
Target size: Φ4 inch sputtering gas: Ar 70 sccm, 0.46 Pa
Sputtering power: Ni 250W (DC)
Film thickness: 100nm
(Second film formation)
Sputtering device (ULVAC, SMO-01 special type)
Target composition: Ni
Target size: Φ4 inch sputtering gas: Ar 70 sccm, 0.46 Pa
Sputtering power: Ni 250W (DC)
Film thickness: 100nm

(薄膜型の固体電解質二次電池の膜構成)
なお、比較例1の薄膜型の固体電解質二次電池の膜構成は、以下である。
ポリカーボネート基板/SiN(50nm)/Ti(100nm)/LixNiyPOz(400nm)/Li3PO4-xx(400nm)/Ni(200nm)/紫外線硬化樹脂(20μm)/SiN(50nm)
(Membrane structure of thin-film solid electrolyte secondary battery)
The film configuration of the thin-film solid electrolyte secondary battery of Comparative Example 1 is as follows.
Polycarbonate substrate / SiN (50 nm) / Ti (100 nm) / Li x Ni y PO z (400 nm) / Li 3 PO 4−x N x (400 nm) / Ni (200 nm) / UV curable resin (20 μm) / SiN (50 nm) )

(充放電試験)
実施例1および比較例1について、以下の条件で充放電を繰り返す充放電試験を行った。
充電:充電電流100μA、5.0VでCV、充電停止電流50μA、充電後のOCV待機時間2分、
放電:放電電流100μA、カットオフ電圧2.0V、放電後のOCV待機時間2分
(Charge / discharge test)
About Example 1 and Comparative Example 1, the charging / discharging test which repeats charging / discharging on the following conditions was done.
Charging: charging current 100 μA, CV at 5.0 V, charging stop current 50 μA, OCV standby time after charging 2 minutes,
Discharge: discharge current 100 μA, cut-off voltage 2.0 V, OCV standby time after discharge 2 minutes

図8に、実施例1について、サイクル数に対して、利用率(Utilization)をプロットしたグラフを示す。なお、利用率とは一般的には正極活物質膜から算出した理論容量に対する容量の百分率を指すが、ここではこれと等価な数値として、初期の充放電容量を基準とした容量の百分率とした。図9に、比較例1について、サイクル数に対して、利用率をプロットしたグラフを示す。なお、図8、図9において、線cは充電についてのグラフであり、線dは放電についてのグラフである。   FIG. 8 shows a graph in which the utilization rate (Utilization) is plotted against the number of cycles for Example 1. Note that the utilization rate generally indicates a percentage of capacity with respect to the theoretical capacity calculated from the positive electrode active material film, but here, as an equivalent numerical value, the percentage of capacity based on the initial charge / discharge capacity is used. . FIG. 9 shows a graph in which the utilization rate is plotted against the number of cycles for Comparative Example 1. 8 and 9, a line c is a graph for charging, and a line d is a graph for discharging.

(SEM観察)
実施例1および比較例1について、真空中で1回の充放電後にNi集電体(負極側集電体)表面をSEM(走査型電子顕微鏡;Scanning Electron Microscope)によって観察した。図10に、この比較例1についてのSEM像を示す。
(SEM observation)
For Example 1 and Comparative Example 1, the surface of the Ni current collector (negative electrode side current collector) was observed by SEM (Scanning Electron Microscope) after one charge and discharge in vacuum. In FIG. 10, the SEM image about this comparative example 1 is shown.

実施例1では、負極側集電体に用いたNiは、Liを透過しやすいたことがわかっており、耐久性に問題があることが予想されたが、この予想に反し、図8に示すように、実施例1の充放電試験では、50サイクルの充放電で80%以上の容量が保持されていた。   In Example 1, it was known that Ni used for the negative electrode side current collector easily permeated Li, and it was predicted that there was a problem in durability. Thus, in the charge / discharge test of Example 1, a capacity of 80% or more was maintained after 50 cycles of charge / discharge.

比較例1での充放電試験では、20サイクル程度の充放電により容量が急激に悪化し、40サイクル程度でほぼ電池として機能しなくなった。この結果は、電池として、ショートしているわけではなく、Li量が低下し、電池容量が劣化していることによるものである。   In the charge / discharge test in Comparative Example 1, the capacity rapidly deteriorated due to charge / discharge of about 20 cycles, and the battery almost did not function after about 40 cycles. This result is because the battery is not short-circuited but the amount of Li is reduced and the battery capacity is deteriorated.

図10中の矢印q1〜q4に示すように、Ni集電体(負極側集電体)表面を観察したSEM像では、シミが確認でき、このシミ部分についてXPS測定を行ったところLiが検出された。すなわち、比較例1では、1回の充放電後、Ni集電体上においてLiが拡散していた。一方、実施例1では、1回の充放電後において、比較例1でみられるようなシミが確認できず、1回の充放電後、Ni集電体上においてLiの拡散は確認できなかった。また、図11中の矢印pに示すように、比較例1の電池では、60サイクル後の表面状態は、負極側集電体金属表面が光り散乱している状態であった。一方、実施例1の電池では、同サイクル数で負極側集電体金属の金属光沢が保たれていた。したがって、比較例1の電池と、実施例1の電池との60サイクル後の表面状態の違いは、明確であった。比較例1では、60サイクル後の負極側集電体の表面状態は、Liが集電体に拡散し反応した形跡と考えられる。すなわち、実施例1の構成(負極側集電体膜中にブロック層がある構成)により、Liが負極側集電体膜内で拡散することが、抑制されていることが明らかである。   As shown by arrows q1 to q4 in FIG. 10, in the SEM image obtained by observing the surface of the Ni current collector (negative electrode side current collector), a spot can be confirmed, and when XPS measurement is performed on this spot portion, Li is detected. It was done. That is, in Comparative Example 1, Li was diffused on the Ni current collector after one charge / discharge. On the other hand, in Example 1, after one charge / discharge, the stain as seen in Comparative Example 1 could not be confirmed, and after one charge / discharge, Li diffusion could not be confirmed on the Ni current collector. . Moreover, as shown by the arrow p in FIG. 11, in the battery of Comparative Example 1, the surface state after 60 cycles was a state in which the surface of the negative electrode current collector metal was scattered by light. On the other hand, in the battery of Example 1, the metallic luster of the negative electrode current collector metal was maintained at the same number of cycles. Therefore, the difference in the surface state after 60 cycles between the battery of Comparative Example 1 and the battery of Example 1 was clear. In Comparative Example 1, the surface state of the negative electrode side current collector after 60 cycles is considered to be a trace of Li diffusing and reacting with the current collector. That is, it is clear that Li is suppressed from diffusing in the negative electrode side current collector film by the configuration of Example 1 (a configuration in which the block layer is in the negative electrode side current collector film).

6.他の実施の形態
本技術は、上述した本技術の実施の形態に限定されるものでは無く、本技術の要旨を逸脱しない範囲内で様々な変形や応用が可能である。
6). Other Embodiments The present technology is not limited to the above-described embodiments of the present technology, and various modifications and applications can be made without departing from the gist of the present technology.

例えば、上述の実施の形態および実施例において挙げた構成、方法、工程、形状、材料および数値などはあくまでも例に過ぎず、必要に応じてこれと異なる構成、方法、工程、形状、材料および数値などを用いてもよい。   For example, the configurations, methods, steps, shapes, materials, numerical values, and the like given in the above-described embodiments and examples are merely examples, and different configurations, methods, steps, shapes, materials, and numerical values are necessary as necessary. Etc. may be used.

また、上述の実施の形態および実施例の構成、方法、工程、形状、材料および数値などは、本技術の主旨を逸脱しない限り、互いに組み合わせることが可能である。   In addition, the configurations, methods, processes, shapes, materials, numerical values, and the like of the above-described embodiments and examples can be combined with each other without departing from the gist of the present technology.

例えば、実施の形態および実施例では、電極反応物質としてリチウムを用いる電池について説明したが、ナトリウム(Na)またはカリウム(K)などの他のアルカリ金属、またはマグネシウムまたはカルシウム(Ca)などのアルカリ土類金属、またはアルミニウムなどの他の軽金属を用いる電池についても、本技術を適用することができる。   For example, in the embodiments and examples, a battery using lithium as an electrode reactant has been described, but other alkali metals such as sodium (Na) or potassium (K), or alkaline earth such as magnesium or calcium (Ca). The present technology can also be applied to batteries using other light metals such as similar metals or aluminum.

例えば、固体電解質二次電池の膜構成は、上述したものに限定されるものではない。例えば、第1〜第2の実施の形態において、無機絶縁膜を省略した構成としてもよい。第1の実施の形態において、負極側集電体膜60と固体電解質膜50との間に、保護膜を形成してもよい。この保護膜は、例えば、正極活物質膜40を構成する正極活物質材料と同一の材料で構成されていてもよい。   For example, the membrane configuration of the solid electrolyte secondary battery is not limited to that described above. For example, in the first to second embodiments, the inorganic insulating film may be omitted. In the first embodiment, a protective film may be formed between the negative electrode current collector film 60 and the solid electrolyte film 50. This protective film may be made of, for example, the same material as the positive electrode active material constituting the positive electrode active material film 40.

例えば、上述の実施の形態および実施例では、負極側集電体膜60は、第1の負極側集電体膜60aと第2の負極側集電体膜60bと間にブロック層60cがある構造を有しているが、負極側集電体膜60は、この構成に限定されるものではない。例えば、負極側集電体膜60は、固体電解質膜の側から第1の負極側集電体膜60aとブロック層60cとがこの順で積層された構造を有していてもよい。この場合でも、ブロック層60cにより、負極側集電体膜60内のリチウムの拡散、消失が抑制される。   For example, in the above-described embodiments and examples, the negative electrode side current collector film 60 includes the block layer 60c between the first negative electrode side current collector film 60a and the second negative electrode side current collector film 60b. Although having the structure, the negative electrode side current collector film 60 is not limited to this configuration. For example, the negative electrode side current collector film 60 may have a structure in which a first negative electrode side current collector film 60a and a block layer 60c are laminated in this order from the solid electrolyte film side. Even in this case, diffusion and disappearance of lithium in the negative electrode current collector film 60 are suppressed by the block layer 60c.

また、積層体の複数が順次、積層されて形成され、直列に電気的に接続され、全体保護膜80によって被覆された構成とすることもできる。また、基板の上に、積層体の複数が並置されて形成され、並列または直列に電気的に接続され、全体保護膜80によって被覆された構成とすることもできる。   Alternatively, a plurality of stacked bodies may be sequentially stacked, electrically connected in series, and covered with the entire protective film 80. Further, a plurality of stacked bodies may be formed side by side on the substrate, electrically connected in parallel or in series, and covered with the entire protective film 80.

また、例えば、固体電解質二次電池の構造は、上述の例に限定されるものではない。例えば、基板10に導電性材料を用いて正極側集電体膜30を省略した構造を有する固体電解質二次電池などにも適用が可能である。また、固体電解質二次電池を構成する各部材は薄膜状でなくてもよい。例えば、正極側集電体膜30を、正極集電体材料からなる金属板、金属箔などに代えてもよい。負極側集電体膜60を、負極集電体材料からなる金属板、金属箔などに代えてもよい。   For example, the structure of the solid electrolyte secondary battery is not limited to the above-described example. For example, the present invention can also be applied to a solid electrolyte secondary battery having a structure in which a conductive material is used for the substrate 10 and the positive collector film 30 is omitted. Moreover, each member which comprises a solid electrolyte secondary battery may not be a thin film form. For example, the positive electrode current collector film 30 may be replaced with a metal plate, a metal foil, or the like made of a positive electrode current collector material. The negative electrode side current collector film 60 may be replaced with a metal plate, a metal foil, or the like made of a negative electrode current collector material.

本技術は、以下の構成をとることができる。
[1]
正極と、
負極集電体を含む負極と、
電解質と
を備え、
上記負極集電体は、電極反応物質の移動を抑止するブロック領域を含む二次電池。
[2]
上記電極反応物質は、リチウムである[1]に記載の二次電池。
[3]
上記電解質は、固体電解質である[1]〜[2]の何れかに記載の二次電池。
[4]
上記正極は、正極層であり、
上記負極は、負極層であり、
上記負極集電体は、負極集電体層であり、
上記固体電解質は、固体電解質層である[3]に記載の二次電池。
[5]
上記負極集電体層は、
第1の負極集電体層と、
第2の負極集電体層と、
上記ブロック領域であるブロック層と
を含む[4]に記載の二次電池。
[6]
上記ブロック層は、上記第1の負極集電体層と上記第2の負極集電体層との間にある[5]に記載の二次電池。
[7]
充電により、上記固体電解質層の負極側にリチウム過剰層が形成される[4]〜[6]の何れかに記載の二次電池。
[8]
上記ブロック領域は、電気伝導性およびリチウムイオン伝導性を有する材料を含む[1]〜[7]の何れかに記載の二次電池。
[9]
上記電気伝導性およびリチウムイオン伝導性を有する材料は、正極活物質材料である[8]に記載の二次電池。
[10]
上記第1の負極集電体層と上記第2の負極集電体層とが、同一材料または異なる材料で構成された[5]〜[9]の何れかに記載の二次電池。
[11]
基材をさらに備え、
上記基材上に、上記正極層と上記負極層と上記固体電解質層とを含む積層体が形成された[4]〜[10]の何れかに記載の二次電池。
[12]
上記正極層は、上記正極集電体層と上記正極活物質層とを含み、
上記正極層を構成する各層、上記負極層を構成する各層、および上記固体電解質層の少なくとも何れかの層が、薄膜で形成された[4]〜[11]の何れかに記載の二次電池。
[13]
電極反応物質の移動を抑止するブロック領域を含む負極集電体。
[14]
[1]に記載の二次電池を有し、
上記二次電池から電力の供給を受ける電子機器。
[15]
[1]に記載の二次電池と、
上記二次電池から電力の供給を受けて車両の駆動力に変換する変換装置と、
上記二次電池に関する情報に基づいて車両制御に関する情報処理を行う制御装置と
を有する電動車両。
This technique can take the following composition.
[1]
A positive electrode;
A negative electrode including a negative electrode current collector;
With electrolyte,
The negative electrode current collector is a secondary battery including a block region that suppresses movement of an electrode reactant.
[2]
The secondary battery according to [1], wherein the electrode reactant is lithium.
[3]
The secondary battery according to any one of [1] to [2], wherein the electrolyte is a solid electrolyte.
[4]
The positive electrode is a positive electrode layer,
The negative electrode is a negative electrode layer,
The negative electrode current collector is a negative electrode current collector layer,
The secondary battery according to [3], wherein the solid electrolyte is a solid electrolyte layer.
[5]
The negative electrode current collector layer is
A first negative electrode current collector layer;
A second negative electrode current collector layer;
The secondary battery according to [4], including a block layer that is the block region.
[6]
The secondary battery according to [5], wherein the block layer is between the first negative electrode current collector layer and the second negative electrode current collector layer.
[7]
The secondary battery according to any one of [4] to [6], wherein a lithium excess layer is formed on the negative electrode side of the solid electrolyte layer by charging.
[8]
The said block area | region is a secondary battery in any one of [1]-[7] containing the material which has electrical conductivity and lithium ion conductivity.
[9]
The secondary battery according to [8], wherein the material having electrical conductivity and lithium ion conductivity is a positive electrode active material.
[10]
The secondary battery according to any one of [5] to [9], wherein the first negative electrode current collector layer and the second negative electrode current collector layer are made of the same material or different materials.
[11]
Further comprising a substrate,
The secondary battery according to any one of [4] to [10], wherein a laminate including the positive electrode layer, the negative electrode layer, and the solid electrolyte layer is formed on the base material.
[12]
The positive electrode layer includes the positive electrode current collector layer and the positive electrode active material layer,
The secondary battery according to any one of [4] to [11], wherein each layer constituting the positive electrode layer, each layer constituting the negative electrode layer, and at least one of the solid electrolyte layers is formed as a thin film. .
[13]
A negative electrode current collector including a block region that suppresses movement of an electrode reactant.
[14]
Having the secondary battery according to [1],
An electronic device that receives power from the secondary battery.
[15]
A secondary battery according to [1];
A conversion device that receives supply of electric power from the secondary battery and converts it into driving force of the vehicle;
An electric vehicle having a control device that performs information processing related to vehicle control based on information related to the secondary battery.

10・・・基板、20・・・無機絶縁膜、30・・・正極側集電体膜、40・・・正極活物質膜、50・・・固体電解質膜、60・・・負極側集電体膜、60a・・・第1の負極側集電体膜、60b・・・第2の負極側集電体膜、60c・・・ブロック層、70・・・負極活物質膜、80・・・全体保護膜、91・・・電池缶、92、93・・・絶縁板、94・・・電池蓋、95・・・安全弁機構、95A・・・ディスク板、96・・・熱感抵抗素子、97・・・ガスケット、100・・・巻回電極体、101・・・正極、101A・・・正極集電体、101B・・・正極活物質層、102・・・負極、102A・・・負極集電体、102a・・・第1の負極集電体層、102b・・・第2の負極集電体層、102c・・・ブロッキング層、102B・・・負極活物質層、103・・・セパレータ、104・・・センターピン、105・・・正極リード、106・・・負極リード、301・・・組電池、301a・・・二次電池、302・・・充電制御スイッチ、302a・・・充電制御スイッチ、302b・・・ダイオード、303a・・・放電制御スイッチ、303b・・・ダイオード、304・・・スイッチ部、307・・・電流検出抵抗、308・・・温度検出素子、310・・・制御部、311・・・電圧検出部、313・・・電流測定部、314・・・スイッチ制御部、317・・・メモリ、318・・・温度検出部、321・・・正極端子、322・・・負極端子、400・・・蓄電システム、401・・・住宅、402・・・集中型電力系統、402a・・・火力発電、402b・・・原子力発電、402c・・・水力発電、403・・・蓄電装置、404・・・発電装置、405・・・電力消費装置、405a・・・冷蔵庫、405b・・・空調装置、405c・・・テレビジョン受信機、405d・・・風呂、406・・・電動車両、406a・・・電気自動車、406b・・・ハイブリッドカー、406c・・・電気バイク、407・・・スマートメータ、408・・・パワーハブ、409・・・電力網、410・・・制御装置、411・・・センサ、412・・・情報網、413・・・サーバ、500・・・ハイブリッド車両、501・・・エンジン、502・・・発電機、503・・・電力駆動力変換装置、504a・・・駆動輪、504b・・・駆動輪、505a・・・車輪、505b・・・車輪、508・・・バッテリー、509・・・車両制御装置、510・・・各種センサ、511・・・充電口   DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Board | substrate, 20 ... Inorganic insulating film, 30 ... Positive electrode side collector film, 40 ... Positive electrode active material film | membrane, 50 ... Solid electrolyte membrane, 60 ... Negative electrode side collector Body film, 60a ... first negative electrode side current collector film, 60b ... second negative electrode side current collector film, 60c ... block layer, 70 ... negative electrode active material film, 80 ...・ Overall protective film, 91 ... battery can, 92, 93 ... insulating plate, 94 ... battery cover, 95 ... safety valve mechanism, 95A ... disk plate, 96 ... heat resistance element 97 ... gasket, 100 ... wound electrode body, 101 ... positive electrode, 101A ... positive electrode current collector, 101B ... positive electrode active material layer, 102 ... negative electrode, 102A ... Negative electrode current collector, 102a ... first negative electrode current collector layer, 102b ... second negative electrode current collector layer, 102c ... blocking layer, 02B ... negative electrode active material layer, 103 ... separator, 104 ... center pin, 105 ... positive electrode lead, 106 ... negative electrode lead, 301 ... assembled battery, 301a ... secondary battery , 302 ... Charge control switch, 302a ... Charge control switch, 302b ... Diode, 303a ... Discharge control switch, 303b ... Diode, 304 ... Switch unit, 307 ... Current detection Resistance, 308 ... Temperature detection element, 310 ... Control unit, 311 ... Voltage detection unit, 313 ... Current measurement unit, 314 ... Switch control unit, 317 ... Memory, 318 ... Temperature detection unit, 321... Positive terminal, 322... Negative terminal, 400... Power storage system, 401 .. residence, 402 .. centralized power system, 402a. Electricity, 402b ... Nuclear power generation, 402c ... Hydroelectric power generation, 403 ... Power storage device, 404 ... Power generation device, 405 ... Power consumption device, 405a ... Refrigerator, 405b ... Air conditioning device 405c ... TV receiver, 405d ... bath, 406 ... electric vehicle, 406a ... electric car, 406b ... hybrid car, 406c ... electric bike, 407 ... smart meter 408 ... Power hub, 409 ... Power network, 410 ... Control device, 411 ... Sensor, 412 ... Information network, 413 ... Server, 500 ... Hybrid vehicle, 501 ... Engine, 502 ... Generator, 503 ... Electric power / driving force converter, 504a ... Drive wheel, 504b ... Drive wheel, 505a ... Wheel, 505b ... Wheel, 508 ... Battery, 509 ... Vehicle control device, 510 ... Various sensors, 511 ... Charging port

Claims (12)

正極と、
負極集電体を含む負極と、
電解質と
を備え、
上記負極集電体は、
第1の金属材料からなり、導電性を有する第1の負極集電体と、
上記第1の金属材料と同一または異なる第2の金属材料からなり、導電性を有する第2の負極集電体と、
上記第1の負極集電体と上記第2の負極集電体との間にあって、少なくともリチウムを含み、且つ、リチウムイオンを離脱および吸蔵させることが可能な材料からなるブロック領域とを含み、
電極反応物質が、リチウムである二次電池。
A positive electrode;
A negative electrode including a negative electrode current collector;
With electrolyte,
The negative electrode current collector is
A first negative electrode current collector made of a first metal material and having conductivity;
A second negative electrode current collector made of a second metal material which is the same as or different from the first metal material and has conductivity;
A block region between the first negative electrode current collector and the second negative electrode current collector, including at least lithium and made of a material capable of releasing and occluding lithium ions;
A secondary battery in which the electrode reactant is lithium.
上記電解質は、固体電解質である請求項1に記載の二次電池。   The secondary battery according to claim 1, wherein the electrolyte is a solid electrolyte. 上記正極は、正極層であり、
上記負極は、負極層であり、
上記負極集電体は、負極集電体層であり、
上記第1の負極集電体は、第1の負極集電体層であり、
上記第2の負極集電体は、第2の負極集電体層であり、
上記ブロック領域は、ブロック層であり、
上記固体電解質は、固体電解質層である請求項2に記載の二次電池。
The positive electrode is a positive electrode layer,
The negative electrode is a negative electrode layer,
The negative electrode current collector is a negative electrode current collector layer,
The first negative electrode current collector is a first negative electrode current collector layer,
The second negative electrode current collector is a second negative electrode current collector layer,
The block area is a block layer,
The secondary battery according to claim 2, wherein the solid electrolyte is a solid electrolyte layer.
充電により、上記固体電解質層の負極側にリチウム過剰層が形成される請求項3に記載の二次電池。   The secondary battery according to claim 3, wherein a lithium excess layer is formed on the negative electrode side of the solid electrolyte layer by charging. 上記少なくともリチウムを含み、且つ、リチウムイオンを離脱および吸蔵させることが可能な材料は、正極活物質材料である請求項1〜4の何れか一項に記載の二次電池。   The secondary battery according to any one of claims 1 to 4, wherein the material containing at least lithium and capable of releasing and occluding lithium ions is a positive electrode active material. 上記正極活物質材料は、
LiとPとNi、Co、Mn、Au、Ag、Pdから選ばれる何れかの元素M1と、Ni、Co、Mn、Au、Ag、Pd、Cuから選ばれる少なくとも1種の元素M2(ただしM1≠M2である)とOとを含有するアモルファス状態のリチウムリン酸化合物、
または、
LiとPとNi、Co、Mn、Au、Ag、Pdから選ばれる何れかの元素M1と、Ni、Co、Mn、Au、Ag、Pd、Cuから選ばれる少なくとも1種の元素M2(ただしM1≠M2である)とB、Mg、Al、Si、Ti、V、Cr、Fe、Zn、Ga、Ge、Nb、Mo、In、Sn、Sb、Te、W、Os、Bi、Gd、Tb、Dy、Hf、Ta、Zrから選ばれる少なくとも1種の添加元素M3とOとを含有するアモルファス状態のリチウムリン酸化合物、
または、
LiとPとNi、Co、Mn、Au、Ag、Pd、Cuから選ばれる何れかの元素M1とB、Mg、Al、Si、Ti、V、Cr、Fe、Zn、Ga、Ge、Nb、Mo、In、Sn、Sb、Te、W、Os、Bi、Gd、Tb、Dy、Hf、Ta、Zrから選ばれる少なくとも1種の添加元素M3とOとを含有するアモルファス状態のリチウムリン酸化合物である請求項5に記載の二次電池。
The positive electrode active material is
Any element M1 selected from Li, P and Ni, Co, Mn, Au, Ag, Pd, and at least one element M2 selected from Ni, Co, Mn, Au, Ag, Pd, Cu (provided that M1 ≠ M2, and an amorphous lithium phosphate compound containing O,
Or
Any element M1 selected from Li, P and Ni, Co, Mn, Au, Ag, Pd, and at least one element M2 selected from Ni, Co, Mn, Au, Ag, Pd, Cu (provided that M1 ≠ M2, and B, Mg, Al, Si, Ti, V, Cr, Fe, Zn, Ga, Ge, Nb, Mo, In, Sn, Sb, Te, W, Os, Bi, Gd, Tb, An amorphous lithium phosphate compound containing at least one additive element M3 and O selected from Dy, Hf, Ta, and Zr;
Or
Any element M1 selected from Li, P, Ni, Co, Mn, Au, Ag, Pd, Cu and B, Mg, Al, Si, Ti, V, Cr, Fe, Zn, Ga, Ge, Nb Lithium phosphate in an amorphous state containing at least one additional element M3 and O selected from Mo, In, Sn, Sb, Te, W, Os, Bi, Gd, Tb, Dy, Hf, Ta, and Zr The secondary battery according to claim 5, which is a compound.
上記正極活物質材料は、アモルファス状態の式(1)または式(2)で表されるリチウムリン酸化合物である請求項5に記載の二次電池。
式(1)
LixNiyPOz
(式中、xはリチウムの組成比を示す。yはニッケルの組成比を示す。zは酸素の組成比を示す。xは0<x<8.0である。yは2.0≦y≦10である。zはNi、Pの組成比に応じて酸素が安定に含まれる比となる。)
式(2)
LixCuyPO4
(式中、xはリチウムの組成比を示す。yは銅の組成比を示す。xは0.5≦x<7.0である。yは1.0≦y≦4.0である。)
The secondary battery according to claim 5, wherein the positive electrode active material is a lithium phosphate compound represented by Formula (1) or Formula (2) in an amorphous state.
Formula (1)
Li x Ni y PO z
(Wherein x represents the composition ratio of lithium, y represents the composition ratio of nickel, z represents the composition ratio of oxygen, x is 0 <x <8.0, and y is 2.0 ≦ y. ≦ 10 z is a ratio in which oxygen is stably contained according to the composition ratio of Ni and P.)
Formula (2)
Li x Cu y PO 4
(Wherein x represents the composition ratio of lithium, y represents the composition ratio of copper, x is 0.5 ≦ x <7.0, and y is 1.0 ≦ y ≦ 4.0. )
基材をさらに備え、
上記基材上に、上記正極層と上記負極層と上記固体電解質層とを含む積層体が形成された請求項3に記載の二次電池。
Further comprising a substrate,
The secondary battery according to claim 3, wherein a laminate including the positive electrode layer, the negative electrode layer, and the solid electrolyte layer is formed on the base material.
上記正極層は、正極集電体層と正極活物質層とを含む請求項3に記載の二次電池。   The secondary battery according to claim 3, wherein the positive electrode layer includes a positive electrode current collector layer and a positive electrode active material layer. 第1の金属材料からなり、導電性を有する第1の負極集電体と、
上記第1の金属材料と同一または異なる第2の金属材料からなり、導電性を有する第2の負極集電体と、
上記第1の負極集電体と上記第2の負極集電体との間にあって、少なくともリチウムを含み、且つ、リチウムイオンを離脱および吸蔵させることが可能な材料からなるブロック領域とを含み、
電極反応物質がリチウムである二次電池用の負極集電体。
A first negative electrode current collector made of a first metal material and having conductivity;
A second negative electrode current collector made of a second metal material which is the same as or different from the first metal material and has conductivity;
A block region between the first negative electrode current collector and the second negative electrode current collector, including at least lithium and made of a material capable of releasing and occluding lithium ions;
A negative electrode current collector for a secondary battery, wherein the electrode reactant is lithium.
請求項1〜9の何れか一項に記載の二次電池を有し、
上記二次電池から電力の供給を受ける電子機器。
Having the secondary battery according to any one of claims 1 to 9,
An electronic device that receives power from the secondary battery.
請求項1〜9の何れか一項に記載の二次電池と、
上記二次電池から電力の供給を受けて車両の駆動力に変換する変換装置と、
上記二次電池に関する情報に基づいて車両制御に関する情報処理を行う制御装置と
を有する電動車両。
The secondary battery according to any one of claims 1 to 9,
A conversion device that receives supply of electric power from the secondary battery and converts it into driving force of the vehicle;
An electric vehicle having a control device that performs information processing related to vehicle control based on information related to the secondary battery.
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