JP6120577B2 - Electrochemical equipment - Google Patents

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Description

本発明は、電気化学装置に関する。また、電気化学セルの劣化を回復させる機能を有する装置に関する。 The present invention relates to an electrochemical device. The present invention also relates to an apparatus having a function of recovering deterioration of an electrochemical cell.

なお、本明細書中において電気化学装置とは、バッテリー、導電層、抵抗、容量素子などを利用することで機能しうる装置全般をいう。 Note that in this specification, an electrochemical device refers to any device that can function by utilizing a battery, a conductive layer, a resistor, a capacitor, or the like.

バッテリーの一つであるリチウムイオン二次電池は、携帯電話の電源や、住宅用蓄電システムに用いられる定置型電源、太陽電池などの発電施設用の蓄電設備、などの様々な用途に用いられており、リチウムイオン二次電池に求められる特性として、高エネルギー密度化、サイクル特性の向上及び様々な動作環境での安全性、長期信頼性の向上などがある。 Lithium ion secondary batteries, one of the batteries, are used in a variety of applications such as mobile phone power supplies, stationary power supplies used in residential power storage systems, and power storage facilities for power generation facilities such as solar cells. The characteristics required for lithium ion secondary batteries include high energy density, improved cycle characteristics, safety in various operating environments, and improved long-term reliability.

また、リチウムイオン二次電池は、少なくとも正極、負極、及び電解液を有している(特許文献1)。 Moreover, the lithium ion secondary battery has at least a positive electrode, a negative electrode, and an electrolytic solution (Patent Document 1).

特開2012−9418号公報JP2012-9418A

リチウムイオン二次電池などのバッテリーは、充電、または放電を繰り返すことによって劣化し、容量が徐々に低下してしまう。そして、最終的にはバッテリーの電圧がそのバッテリーが内蔵されている電子機器の使用可能領域外となり、バッテリーとして機能しなくなってしまうという問題がある。 A battery such as a lithium ion secondary battery deteriorates by repeated charging or discharging, and the capacity gradually decreases. Finally, there is a problem that the voltage of the battery falls outside the usable area of the electronic device in which the battery is built, and the battery does not function.

そこで、バッテリーの劣化を防止、または劣化を回復させるとともに、バッテリーの充放電性能を最大限に引き出し、バッテリーの充放電性能を長時間維持することを課題の一つとする。 Therefore, it is an object to prevent or restore the deterioration of the battery, to maximize the charge / discharge performance of the battery, and to maintain the charge / discharge performance of the battery for a long time.

また、バッテリーは、事前に一つ一つの寿命を予想することが困難である電気化学セルである。 A battery is an electrochemical cell in which it is difficult to predict each life in advance.

バッテリーの製造時には問題なく充放電でき、良品として出荷しても、その後、何らかの原因により、急にバッテリーとして機能しなくなってしまう不良品がある。このように、バッテリーが急に機能しなくなってしまうことを防止し、一つ一つのバッテリーの長期信頼性を確保し、且つ、長期信頼性の向上を実現することも課題の一つとする。また、この課題を解決することでメンテナンスフリーのバッテリーを実現することも課題の一つとする。特に定置型電源、または蓄電設備においてはメンテナンスに莫大な費用と手間がかかることが課題である。 Even when a battery is manufactured, it can be charged and discharged without problems, and even if shipped as a non-defective product, there is a defective product that suddenly stops functioning as a battery for some reason. Thus, another problem is to prevent the battery from suddenly failing, to ensure the long-term reliability of each battery, and to improve the long-term reliability. Another problem is to realize a maintenance-free battery by solving this problem. In particular, in a stationary power source or a power storage facility, a problem is that enormous costs and labor are required for maintenance.

また、バッテリーの製造時には問題なく充放電でき、良品として出荷しても、その後、何らかの原因により、発熱し、膨張、発火、または爆発する不良品もある。そこで、バッテリーの安全性を確保することも課題の一つとする。 Further, even when a battery is manufactured, it can be charged and discharged without any problem. Even if shipped as a non-defective product, there is a defective product that will generate heat, expand, ignite, or explode for some reason. Therefore, securing the safety of the battery is also an issue.

また、バッテリーの急速充放電を可能とし、高いエネルギー容量を得ることも課題の一つとする。 Another object is to enable quick charge / discharge of the battery and to obtain a high energy capacity.

また、効率よくバッテリーの小型化を実現することも課題の一つとする。 Another object is to efficiently reduce the size of the battery.

本発明者は、電極表面に生成される反応生成物(アカとも呼ぶ)が、リチウムイオン二次電池などのバッテリーにおいて発生する様々な異常や劣化に関与していることに着目した。そして、その反応生成物に電気的な刺激、具体的には、反応生成物が形成される電流とは逆方向の電流が流れるような信号、例えば電圧を加えて除去するという画期的な概念を見いだした。 The inventor has paid attention to the fact that a reaction product (also called red) generated on the electrode surface is involved in various abnormalities and deterioration that occur in a battery such as a lithium ion secondary battery. Then, a groundbreaking concept that an electrical stimulus is applied to the reaction product, specifically, a signal that causes a current in a direction opposite to the current that forms the reaction product to flow, such as a voltage, is removed. I found.

本発明により、原理的には劣化のないバッテリーを実現できる。 According to the present invention, a battery without deterioration can be realized in principle.

反応生成物が形成される電流とは逆方向の電流が流れるような信号(逆パルスの電圧ともいう)とは、一過性の電圧、或いは連続的であってもその印加される電圧が瞬間だけの信号を指している。パルス電圧の周期、パルス電圧のパルス幅については適宜設定すればよい。 A signal (also referred to as a reverse pulse voltage) in which a current in the direction opposite to the current that forms the reaction product flows is a transient voltage, or the applied voltage is instantaneous even if it is continuous. Just pointing to the signal. What is necessary is just to set suitably about the period of a pulse voltage, and the pulse width of a pulse voltage.

ここで電気化学セルの一例として、リチウムイオン電池の動作原理と劣化のメカニズムについて説明する。 Here, as an example of an electrochemical cell, an operation principle and a deterioration mechanism of a lithium ion battery will be described.

1.リチウムイオン電池の充電挙動
リチウムイオン電池は充電にともない、次の化学反応式の通り、正極活物質から電解液中にLiイオンが脱離反応し、電解液中から負極活物質に挿入反応する。正極の反応量と負極の反応量は等しいため、電解液中のLiイオンの濃度は全体としては変化しない。
1. Charging behavior of lithium-ion batteries Lithium-ion batteries are charged, Li + ions are desorbed from the positive electrode active material into the electrolyte, and inserted into the negative electrode active material according to the following chemical reaction formula. . Since the reaction amount of the positive electrode and the reaction amount of the negative electrode are equal, the concentration of Li + ions in the electrolyte does not change as a whole.

2.正極電位と負極電位
本明細書では、Li金属が電解液中で電気化学平衡となる電位を0V(vs. Li/Li)と表記する。
2. Positive electrode potential and negative electrode potential In this specification, a potential at which Li metal is in an electrochemical equilibrium in an electrolytic solution is expressed as 0 V (vs. Li / Li + ).

正極活物質として用いられるリチウム化合物の電気化学平衡電位は、Li金属を基準として表すことができる。例えば、リン酸鉄リチウム(LiFePO)の電気化学平衡電位は、約3.45V(vs. Li/Li)である。また、負極活物質の黒鉛の電気化学平衡電位は、約0.2V(vs. Li/Li)である。 The electrochemical equilibrium potential of the lithium compound used as the positive electrode active material can be expressed based on Li metal. For example, the electrochemical equilibrium potential of lithium iron phosphate (LiFePO 4 ) is about 3.45 V (vs. Li / Li + ). The electrochemical equilibrium potential of graphite as the negative electrode active material is about 0.2 V (vs. Li / Li + ).

よって、リン酸鉄リチウム(LiFePO)を正極活物質に、黒鉛を負極活物質に用いるリチウムイオン電池の電圧(電気化学セルの起電力)は、両者の電位差3.2Vとなる。このように、負極の電気化学平衡電位がLi金属並に低いことが、リチウムイオン電池の特徴である高いセル電圧を発現する要因になっている。 Therefore, the voltage (electromotive force of the electrochemical cell) of the lithium ion battery using lithium iron phosphate (LiFePO 4 ) as the positive electrode active material and graphite as the negative electrode active material becomes a potential difference of 3.2 V between them. In this way, the electrochemical equilibrium potential of the negative electrode is as low as Li metal, which is a factor for developing a high cell voltage, which is a characteristic of lithium ion batteries.

3.リチウムイオン電池の劣化
リチウムイオン電池の劣化は、大きく3つのモードがある。具体的には、「抵抗増加モード」、「出力低下モード」および「反応量減少モード」に分類できる。なお、これらのモードは同時に発生する場合もある。
3. Deterioration of Lithium Ion Battery There are three major modes of deterioration of a lithium ion battery. Specifically, it can be classified into “resistance increase mode”, “output decrease mode”, and “reaction amount decrease mode”. Note that these modes may occur simultaneously.

《3−1.抵抗増加モード》
抵抗増加モードは、充電中のセル電圧が当該電池の本来の容量が満たされる前に所定の電圧(終止電圧ともいう)に到達し、充電が終了してしまうモードである。また、充電または放電の速度(充電レート、放電レートともいう)を下げると本来の容量を発揮できる。
<< 3-1. Resistance increase mode
The resistance increasing mode is a mode in which charging ends when the cell voltage being charged reaches a predetermined voltage (also referred to as end voltage) before the original capacity of the battery is satisfied. Further, when the speed of charging or discharging (also referred to as charging rate or discharging rate) is lowered, the original capacity can be exhibited.

抵抗増加モードは、充放電中の電池の内部抵抗が変化することにより発生し得る。抵抗増加モードは、電極が不安定な状態である場合や、電極が水分を多く含む場合などにおいて発生し得る。 The resistance increasing mode can be generated when the internal resistance of the battery being charged / discharged changes. The resistance increasing mode can occur when the electrode is unstable or when the electrode contains a lot of moisture.

《3−2.出力低下モード》
出力低下モードは、容量が減少するモードである。なお、充放電の電圧は大きく変化せず、充放電レートを下げると容量が増加する。
<< 3-2. Output reduction mode
The output reduction mode is a mode in which the capacity decreases. The charge / discharge voltage does not change greatly, and the capacity increases when the charge / discharge rate is lowered.

出力低下モードは、例えば、Liイオンの供給が阻害され、充放電レートより少ない場合に発生し得る。 The power reduction mode can occur, for example, when the supply of Li + ions is hindered and less than the charge / discharge rate.

《3−3.反応量減少モード》
反応量減少モードは、容量が減少するモードである。なお、充放電レートを下げても容量が増加しない点が出力低下モードと異なる。
<< 3-3. Reaction amount reduction mode
The reaction amount reduction mode is a mode in which the volume decreases. Note that the capacity does not increase even when the charge / discharge rate is lowered, which is different from the output reduction mode.

反応量減少モードは、正極および/または負極に含まれるLiの量や正極活物質および/または負極活物質の量が減少する場合に発生しやすい。 The reaction amount reduction mode is likely to occur when the amount of Li contained in the positive electrode and / or the negative electrode or the amount of the positive electrode active material and / or the negative electrode active material decreases.

リチウムイオン電池の活量が減少するモードには、負極に含まれるLiの量が減少する場合や、負極にLiを含む物質が析出し、析出したLiを含む物質が剥落してしまう場合や、負極活物質が負極から剥落してしまう場合などが含まれる。 In the mode in which the activity of the lithium ion battery decreases, when the amount of Li contained in the negative electrode decreases, when the substance containing Li is deposited on the negative electrode, and the substance containing the precipitated Li peels off, The case where the negative electrode active material is peeled off from the negative electrode is included.

負極に含まれるLiの量は、例えばLiを負極に挿入する際に消費されるべき電荷が電解液の分解に消費されてしまうと減少する。 The amount of Li contained in the negative electrode decreases when, for example, the charge that should be consumed when Li is inserted into the negative electrode is consumed in the decomposition of the electrolytic solution.

また、例えば負極にLiを含む物質が析出し、析出したLiを含む物質が剥落してしまうと、負極に含まれるLiの量は減少する。 For example, when a substance containing Li is deposited on the negative electrode and the deposited substance containing Li is peeled off, the amount of Li contained in the negative electrode is reduced.

負極活物質の量は、例えば負極活物質同士または集電体との接合強度が不足して負極から剥落してしまうと、減少する。 The amount of the negative electrode active material decreases when, for example, the bonding strength between the negative electrode active materials or the current collector is insufficient and the negative electrode is peeled off from the negative electrode.

4.電極表面に生成される反応生成物(アカ)
前述の通り、Li金属並に低い負極電位が、リチウムイオン電池の高いセル電圧を実現する要因になっている。
4). Reaction product (red) generated on the electrode surface
As described above, the negative electrode potential as low as Li metal is a factor for realizing a high cell voltage of the lithium ion battery.

一方、黒鉛のように負極電位がLi金属並に低いと、電解液の安定使用範囲を超えてしまう。これにより、Liを負極に挿入する際に消費されるべき電荷が、負極の表面において電解液を還元分解する反応に消費されてしまう場合がある。なお、電解液の分解生成物は、負極の表面に被膜(SEI:Solid Electrolyte Interface)を形成する。 On the other hand, when the negative electrode potential is as low as Li metal like graphite, the stable use range of the electrolytic solution is exceeded. Thereby, the electric charge which should be consumed when inserting Li in a negative electrode may be consumed by the reaction which carries out reductive decomposition of electrolyte solution in the surface of a negative electrode. The decomposition product of the electrolytic solution forms a film (SEI: Solid Electrolyte Interface) on the surface of the negative electrode.

《4−1.負極の表面修飾》
電解液に添加剤を添加すると、良質なSEIを負極の表面に形成できる。良質なSEIは、電解液の還元分解を抑制することができる。例えば、エチレンカーボネート(EC)を用いた電解液ではSEIが形成される。また、ビニレンカーボネート(VC)等が添加剤として用いられる場合もある。
<< 4-1. Negative electrode surface modification >>
When an additive is added to the electrolytic solution, good quality SEI can be formed on the surface of the negative electrode. Good quality SEI can suppress reductive decomposition of the electrolyte. For example, SEI is formed in an electrolytic solution using ethylene carbonate (EC). In addition, vinylene carbonate (VC) or the like may be used as an additive.

しかし、添加剤が長期的な使用に伴い枯渇してしまう問題や、添加剤の量が多すぎると、電気抵抗が増加してしまう問題が生じる場合がある。 However, there may be a problem that the additive is depleted with long-term use or a problem that the electrical resistance increases if the amount of the additive is too large.

《4−2.負極の電気化学平衡電位の高電位化》
電気化学平衡電位が高い材料を負極活物質に用いることにより、電解液の還元反応を抑制できる。例えば、電気化学平衡電位が1.56Vのチタン酸リチウム(LTO)を負極活物質に用いて電解液の分解を抑制すると、高い信頼性が得られる。
<< 4-2. Increasing the electrochemical equilibrium potential of the negative electrode >>
By using a material having a high electrochemical equilibrium potential for the negative electrode active material, the reduction reaction of the electrolytic solution can be suppressed. For example, when lithium titanate (LTO) having an electrochemical equilibrium potential of 1.56 V is used as the negative electrode active material, the decomposition of the electrolytic solution is suppressed, and high reliability is obtained.

しかし、電気化学平衡電位が高い材料を負極活物質に用いると、セル電圧は1.5乃至2.5V程度に低下する。 However, when a material having a high electrochemical equilibrium potential is used for the negative electrode active material, the cell voltage decreases to about 1.5 to 2.5V.

《4−3.電解液の耐還元性の向上》
還元反応によって分解され難い電解液を用いることにより、電解液の安定使用範囲を拡げることができる。これにより、Liを負極に挿入する際に消費されるべき電荷が、電解液の還元分解に消費されてしまう現象を抑制できる。
<< 4-3. Improved reduction resistance of electrolyte
By using an electrolytic solution that is not easily decomposed by the reduction reaction, the stable use range of the electrolytic solution can be expanded. Thereby, the electric charge which should be consumed when inserting Li in a negative electrode can be suppressed by the reductive decomposition of electrolyte solution.

《4−4.Liを含む物質の析出・溶出現象の安定化》
Liを含む物質が突起状、デンドライト状、ウィスカー状に成長し、析出する現象が発生する場合がある。このように析出したLiを含む物質が剥落すると、負極に含まれるLiの量は減少する。
<< 4-4. Stabilization of precipitation and elution phenomena of Li-containing substances >>
There is a case in which a substance containing Li grows in a protrusion shape, a dendrite shape, or a whisker shape and precipitates. When the substance containing Li thus deposited peels off, the amount of Li contained in the negative electrode decreases.

5.反応生成物(アカ)の生成と除去のメカニズム
電極表面にアカが形成されるメカニズムと、そのアカを除去するメカニズムを、図1乃至図4を用いて説明する。
5). Mechanism for generating and removing reaction products (red) A mechanism for forming red on the electrode surface and a mechanism for removing the red are described with reference to FIGS.

図1は、本発明の一態様の電気化学装置の構成を説明する模式図である。 FIG. 1 is a schematic diagram illustrating a configuration of an electrochemical device of one embodiment of the present invention.

図2乃至図4は、電気化学セルの一方の電極と電解液の近傍を説明する模式図である。 2 to 4 are schematic views for explaining the vicinity of one electrode of the electrochemical cell and the electrolytic solution.

具体的には、図2乃至図4は、正極、負極、及び電解液を有しているバッテリーの負極の表面に異常成長して形成された反応生成物の様子を順次示した断面模式図である。 Specifically, FIGS. 2 to 4 are schematic cross-sectional views sequentially showing reaction products formed by abnormal growth on the surface of the negative electrode of a battery having a positive electrode, a negative electrode, and an electrolyte. is there.

なお、図2乃至図4に示す電極は、図1(A)に示す第1の電極21に対応する。同様に、電解液は図1(A)に示す電解液23に対応している。 Note that the electrodes illustrated in FIGS. 2 to 4 correspond to the first electrode 21 illustrated in FIG. Similarly, the electrolytic solution corresponds to the electrolytic solution 23 shown in FIG.

図2は、反応生成物が電極表面に点在するように付着する場合を説明する図である。 FIG. 2 is a diagram for explaining a case where the reaction product adheres so as to be scattered on the electrode surface.

図3は、反応生成物が電極表面全体に付着する場合を説明する図である。 FIG. 3 is a diagram illustrating a case where the reaction product adheres to the entire electrode surface.

図4は、反応生成物が電極の露出した部分に付着する場合を説明する図である。 FIG. 4 is a diagram for explaining the case where the reaction product adheres to the exposed part of the electrode.

なお、アカとは、電極表面に生成された反応生成物(分解反応生成物層、所謂SEI)、劣化物、析出物などを含む)、例えばデンドライト、ウィスカーなどを指している。劣化物とは構成要素(電極または電解液など)の一部が変質し、劣化した物質を指している。また、析出物とは、液状の物質から結晶または固体状成分が分離してでてくる物質であり、形状としては膜状や、粒状や、髭状などになり得る。また、デンドライトとは、複数に枝分かれした樹枝状の結晶である。また、ウィスカーとは結晶表面からその外側に向けて髭状に成長した結晶である。 Note that red refers to reaction products (including decomposition reaction product layers, so-called SEI), deteriorated products, precipitates, and the like, such as dendrites and whiskers, generated on the electrode surface. A deteriorated substance refers to a substance that has deteriorated due to a change in a part of a component (such as an electrode or an electrolyte). Further, the precipitate is a substance that is obtained by separating a crystal or solid component from a liquid substance, and can be in the form of a film, a granule, a bowl, or the like. Dendrites are dendritic crystals that are branched into a plurality of branches. A whisker is a crystal that grows in a bowl shape from the crystal surface toward the outside.

負極と正極(図2に図示せず)の間に期間T1の間、電流を流して、電極101上に点在するように反応生成物102aが付着した段階の様子を示している。なお、電極101は正極であっても負極であってもよい。ここでは、電極101を負極とする場合を例に説明するが特にこれに限定されない。電極101を正極とする場合においても、同様の効果が得られる。 A state is shown in which a current is passed between a negative electrode and a positive electrode (not shown in FIG. 2) during a period T1, and the reaction product 102a adheres so as to be scattered on the electrode 101. Note that the electrode 101 may be a positive electrode or a negative electrode. Here, a case where the electrode 101 is a negative electrode will be described as an example, but the present invention is not particularly limited thereto. The same effect can be obtained when the electrode 101 is used as the positive electrode.

図2(B)は、負極と正極の間に期間T2(T2はT1より長い)の間、電流を流した段階の様子を示している。付着した箇所から異常成長するとともに表面全面にも反応生成物102bが付着している。 FIG. 2B shows a state in which a current is passed between the negative electrode and the positive electrode for a period T2 (T2 is longer than T1). The reaction product 102b is adhered to the entire surface as well as abnormally growing from the adhered portion.

図2(C)は、期間T2よりも長い期間T3の間、電流を流した段階の様子を示している。図2(C)の反応生成物102cの突起部は、図2(B)に示した反応生成物102bの突起部よりも垂直方向に長く成長している。また、図2(B)に示した反応生成物102bの突起部の太さd1よりも図2(C)の反応生成物102cの突起部の太さd2は、同じ、または、さらに太く成長する。 FIG. 2C illustrates a state in which current is supplied for a period T3 longer than the period T2. The protrusions of the reaction product 102c in FIG. 2C grow longer in the vertical direction than the protrusions of the reaction product 102b shown in FIG. Further, the thickness d2 of the protrusion of the reaction product 102c in FIG. 2C grows the same or thicker than the thickness d1 of the protrusion of the reaction product 102b shown in FIG. 2B. .

電流を流す時間が経過するに従って、アカが電極表面全体に均一についていくのではない。まず、アカがつき始めると、そのアカがつき始めるところがさらに助長され、多く付着し、大きな塊状に成長する。アカが多く付着した領域は活性であり、他の領域よりも成長が速い。例えば、アカが多く付着した領域に電流が集中すると、その付近の成長が他の領域より進行する。従って、アカが多く付着した領域と、アカが少なく付着した領域とで凹凸が形成され、図2(C)に示すように、時間が経過すればするほどその凹凸が大きくなる。最終的には、この大きな凹凸がバッテリーにとって大きな劣化の発生の原因となる。 The red does not follow the entire surface of the electrode uniformly as time passes through. First of all, when red begins to attach, the place where the red begins begins to be further encouraged, adheres a lot, and grows into a large lump. The area where a lot of red is attached is active and grows faster than the other areas. For example, when the current concentrates on a region where a lot of reds are attached, the growth in the vicinity of the region proceeds more than the other regions. Therefore, unevenness is formed in the region where a lot of reds are attached and the region where little reds are attached, and as shown in FIG. 2C, the unevenness increases as time passes. Ultimately, this large unevenness causes a large deterioration for the battery.

図2(C)の状態の後、反応生成物が形成される電流方向とは逆方向に流れるような信号、ここでは逆パルスの電圧を加えることで反応生成物を除去する。図2(D)に逆パルスの電圧を加えた直後の様子を示しており、図2(D)中の矢印方向に示すように反応生成物102dの成長点であった部位から溶け出すまたは除去される。 After the state of FIG. 2C, a reaction product is removed by applying a signal that flows in a direction opposite to the current direction in which the reaction product is formed, in this case, a reverse pulse voltage. FIG. 2 (D) shows a state immediately after applying a reverse pulse voltage, and as shown in the direction of the arrow in FIG. 2 (D), the reaction product 102d is dissolved or removed from the site. Is done.

アカが不均一に付着して凹凸が形成された状態でアカが形成される電流方向とは逆方向に電流が流れるパルス電圧を印加すると、突起部に電流が集中し、アカが除去される。アカが除去されるとは、電極表面においてアカが多く付着した領域のアカを再び溶かしてアカの大きな部分を小さくし、好ましくは電極表面にアカがつく前の状態に戻すことである。 When a pulse voltage in which a current flows in a direction opposite to the direction in which the red is formed in a state where the red is unevenly attached and unevenness is formed, the current concentrates on the protrusion and the red is removed. The removal of red is to dissolve again the red in the region where a large amount of red is attached on the electrode surface to reduce the large portion of the red, and preferably to return to the state before the red on the electrode surface.

なお、電極表面にアカがつく前の状態に戻らなくともアカが大きくなることを抑止して小さいまま、または安定な状態に維持、或いは、アカの大きさや厚みを縮小することでも十分な効果を得ることができる。 In addition, even if it does not return to the state before the surface of the electrode is attached to the electrode surface, it is possible to suppress the increase of the image and keep it small or stable, or to reduce the size and thickness of the image. Can be obtained.

なお、電極表面にアカがつく前の状態に戻らなくともアカが成長する現象を抑止して、その大きさを縮小或いは維持することでも十分な効果を得ることができる。 A sufficient effect can also be obtained by suppressing the phenomenon of growth of the red and reducing or maintaining the size without returning to the state before the red on the electrode surface.

図2(E)には、除去される途中の段階を示しており、反応生成物102dの成長点から溶け出して小さくなった反応生成物102eを図示している。 FIG. 2 (E) shows a stage in the middle of removal, and shows a reaction product 102e that has melted away from the growth point of the reaction product 102d and has become smaller.

そして、反応生成物が形成される電流方向とは逆方向に流れるような信号、例えば逆パルスの電圧を印加することを1回または複数回行うことで、理想的には、図2(F)に示すように電極表面に反応生成物がつく前の初期状態にすることができる。 Then, by applying a signal that flows in a direction opposite to the current direction in which the reaction product is formed, for example, a reverse pulse voltage, is performed one or more times, ideally, FIG. As shown in Fig. 2, the initial state before the reaction product is deposited on the electrode surface can be obtained.

また、本発明の一態様は、図2を用いて説明した上記のメカニズムに限定されない。例えば、図3を用いて説明する下記のメカニズムの場合もある。 One embodiment of the present invention is not limited to the above-described mechanism described with reference to FIGS. For example, there is a case of the following mechanism described with reference to FIG.

図3は、図2とは反応生成物の発生過程が一部異なるメカニズムを示している。具体的には、反応生成物が電極表面全体に付着し、且つ、部分的に異常成長する様子を示している。 FIG. 3 shows a mechanism in which the reaction product generation process is partially different from that in FIG. Specifically, the reaction product adheres to the entire electrode surface and partially abnormally grows.

図3(A)、図3(B)、及び図3(C)は、電極201、代表的には負極の表面に異常成長して形成された反応生成物202a、202b、202cの様子を順次示した断面模式図である。 3A, 3B, and 3C sequentially show the reaction products 202a, 202b, and 202c formed by abnormal growth on the surface of the electrode 201, typically the negative electrode. It is the shown cross-sectional schematic diagram.

図3(A)は、負極と正極(ここでは図示しない)の間に期間T1の間、電流を流して、負極である電極201表面全体に付着し、且つ、部分的に異常成長している反応生成物202aが付着した段階の様子を示している。このような反応生成物202aが付着する電極201としては、例えばグラファイト、グラファイトと酸化グラフェンの組み合わせ、酸化チタンなどが挙げられる。 In FIG. 3A, a current is passed between the negative electrode and the positive electrode (not shown here) for a period T1, and it adheres to the entire surface of the electrode 201, which is the negative electrode, and partially grows abnormally. The state of the stage where the reaction product 202a adhered is shown. Examples of the electrode 201 to which the reaction product 202a adheres include graphite, a combination of graphite and graphene oxide, and titanium oxide.

また、図3(B)は負極と正極の間に期間T2(T2はT1より長い)の間、電流を流して成長した反応生成物202bの様子を示している。また、図3(C)は、期間T2よりも長い期間T3の間、電流を流して成長した反応生成物202cの様子を示している。 FIG. 3B shows a state of the reaction product 202b grown by flowing a current between the negative electrode and the positive electrode during a period T2 (T2 is longer than T1). FIG. 3C shows a state of the reaction product 202c grown by flowing a current during a period T3 longer than the period T2.

図3(C)の状態の後、反応生成物が形成される電流方向とは逆方向に電流が流れるような信号を加えることで反応生成物を溶去する。図3(D)に反応生成物が形成される電流方向とは逆方向に電流が流れるような信号、例えば逆パルスの電圧を加えた直後の様子を示しており、図3(D)中の矢印方向に示すように反応生成物202dの成長点であった部位から溶け出すまたは除去される。 After the state of FIG. 3 (C), the reaction product is melted by applying a signal that causes a current to flow in the direction opposite to the direction of current in which the reaction product is formed. FIG. 3 (D) shows a state immediately after applying a signal in which a current flows in a direction opposite to the current direction in which the reaction product is formed, for example, a reverse pulse voltage. As indicated by the direction of the arrow, the reaction product 202d is dissolved or removed from the site where it was the growth point.

図3(E)には、溶去される途中の段階を示しており、反応生成物202dの成長点から溶け出して小さくなった反応生成物202eを図示している。 FIG. 3E shows a stage in the middle of being melted, and shows the reaction product 202e that has melted down from the growth point of the reaction product 202d and has become smaller.

このように、形成される反応生成物の発生過程およびそのメカニズムに関係なく、本発明を適用することができ、反応生成物が形成される電流方向とは逆方向に電流が流れるような信号、例えば逆パルスの電圧を印加することを1回または複数回行うことで、理想的には、図3(F)に示すように電極表面に反応生成物がつく前の初期状態にすることができる。 In this way, the present invention can be applied regardless of the generation process of the reaction product formed and its mechanism, and a signal in which a current flows in a direction opposite to the direction of the current in which the reaction product is formed, For example, by applying the reverse pulse voltage once or a plurality of times, ideally, the initial state before the reaction product is deposited on the electrode surface can be obtained as shown in FIG. .

また、本発明の一態様は、図2および図3を用いて説明した上記のメカニズムに限定されない。例えば、図4を用いて説明する下記のメカニズムの場合もある。 One embodiment of the present invention is not limited to the above-described mechanism described with reference to FIGS. For example, there may be the following mechanism described with reference to FIG.

また、図4は、図2および図3と異なり、電極表面に保護膜が形成されている例であり、保護膜で覆われていない領域に反応生成物が付着し、異常成長する様子を示している。 FIG. 4 is an example in which a protective film is formed on the electrode surface, unlike FIG. 2 and FIG. 3, and shows how the reaction product adheres to an area not covered with the protective film and abnormally grows. ing.

図4(A)、図4(B)、及び図4(C)は、電極301、代表的には負極の表面において、保護膜304に覆われていない領域に異常成長して形成された反応生成物302a、302b、302cの様子を順次示した断面模式図である。保護膜304としては酸化シリコン膜、酸化ニオブ膜、酸化アルミニウム膜から選ばれる1層または積層を用いる。 4A, 4B, and 4C show reactions formed by abnormal growth on the surface of the electrode 301, typically the negative electrode, in a region not covered with the protective film 304. FIG. It is the cross-sectional schematic diagram which showed sequentially the mode of the products 302a, 302b, and 302c. As the protective film 304, one layer or a stack selected from a silicon oxide film, a niobium oxide film, and an aluminum oxide film is used.

図4(A)は、負極と正極(ここでは図示しない)の間に期間T1の間、電流を流して、負極である電極301の露出部分に異常成長している反応生成物302aが付着した段階の様子を示している。 In FIG. 4A, a current is passed between the negative electrode and the positive electrode (not shown here) for a period T1, and the abnormally grown reaction product 302a adheres to the exposed portion of the electrode 301 that is the negative electrode. The state of the stage is shown.

また、図4(B)は負極と正極の間に期間T2(T2はT1より長い)の間、電流を流して成長した反応生成物302bの様子を示している。また、図4(C)は、期間T2よりも長い期間T3の間、電流を流して成長した反応生成物302cの様子を示している。 FIG. 4B shows a state of the reaction product 302b grown by flowing a current between the negative electrode and the positive electrode during a period T2 (T2 is longer than T1). FIG. 4C shows a state of the reaction product 302c grown by flowing a current for a period T3 longer than the period T2.

図4(C)の状態の後、反応生成物が形成される電流方向とは逆方向に電流が流れるような信号、例えば逆パルスの電圧を加えることで反応生成物を溶去する。図4(D)に反応生成物が形成される電流方向とは逆方向に電流が流れるような信号を加えた直後の様子を示しており、図4(D)中の矢印方向に示すように反応生成物302dの成長点から溶け出す。 After the state of FIG. 4 (C), the reaction product is melted by applying a signal such as a reverse pulse voltage in which a current flows in a direction opposite to the direction of the current in which the reaction product is formed. FIG. 4D shows a state immediately after applying a signal that causes a current to flow in a direction opposite to the current direction in which the reaction product is formed. As shown in the arrow direction in FIG. It melts out from the growth point of the reaction product 302d.

図4(E)には、溶去される途中の段階を示しており、反応生成物302dの成長点から溶け出して小さくなった反応生成物302eを図示している。 FIG. 4E shows a stage in the middle of being melted, and shows a reaction product 302e that has melted down from the growth point of the reaction product 302d and has become smaller.

<本発明の一態様>
上述したアカの形成するメカニズムと、そのアカを除去するメカニズムを利用することが本発明の技術思想である。
<One Embodiment of the Present Invention>
It is the technical idea of the present invention to use the mechanism for forming red and the mechanism for removing the red.

本発明の一態様は、第1の電極と、第2の電極と、第1の電極と第2の電極の間に電解液と、を有する電気化学装置である。そして、第1の電極と第2の電極の間に順方向の電圧を印加する手段と、第1の電極と第2の電極の間に第1の電極の表面に生成した反応生成物を除去するように、逆パルスの電圧を印加する手段と、を備える。 One embodiment of the present invention is an electrochemical device including a first electrode, a second electrode, and an electrolytic solution between the first electrode and the second electrode. Then, means for applying a forward voltage between the first electrode and the second electrode, and a reaction product generated on the surface of the first electrode between the first electrode and the second electrode are removed. Means for applying a reverse pulse voltage.

これにより、第1の電極表面の少なくとも一点から成長した反応生成物に逆パルスの電圧を加えることができる。その結果、反応生成物の成長点から反応生成物を除去することができる。または、反応生成物の成長速度を抑制し、安定な状態を維持できる。 Thereby, a reverse pulse voltage can be applied to the reaction product grown from at least one point on the surface of the first electrode. As a result, the reaction product can be removed from the growth point of the reaction product. Alternatively, the growth rate of the reaction product can be suppressed and a stable state can be maintained.

なお、これらのメカニズムを利用することで、極めて新規な原理に基づく新規な電気化学装置を実現できる。 By using these mechanisms, a novel electrochemical device based on a very novel principle can be realized.

本発明の一態様は、第1の電極と、第2の電極と、第1の電極と第2の電極の間に電解液と、を有する電気化学装置である。そして、第1の電極と第2の電極の間に順方向の電圧を印加する手段と、第1の電極と第2の電極の間に第1の電極の表面に生成した反応生成物を除去するように、電圧の−100%以上+100%未満の逆パルスの電圧を印加する手段と、を有する。 One embodiment of the present invention is an electrochemical device including a first electrode, a second electrode, and an electrolytic solution between the first electrode and the second electrode. Then, means for applying a forward voltage between the first electrode and the second electrode, and a reaction product generated on the surface of the first electrode between the first electrode and the second electrode are removed. And a means for applying a reverse pulse voltage of −100% or more and less than + 100% of the voltage.

また、本発明の一態様は、第1の電極と、第2の電極と、第1の電極と第2の電極の間に電解液と、を有する電気化学装置である。そして、第1の電極と第2の電極の間に順方向の電圧を印加する手段と、第1の電極と第2の電極の間に第1の電極の表面に生成した反応生成物を除去するように、電圧の−100%以上+100%未満の逆パルスの電圧を、順方向の電圧を印加する期間よりも短い期間中印加する手段と、を有する。 Another embodiment of the present invention is an electrochemical device including a first electrode, a second electrode, and an electrolytic solution between the first electrode and the second electrode. Then, means for applying a forward voltage between the first electrode and the second electrode, and a reaction product generated on the surface of the first electrode between the first electrode and the second electrode are removed. As described above, there is provided means for applying a reverse pulse voltage of −100% or more and less than + 100% of the voltage during a period shorter than the period of applying the forward voltage.

これにより、電気化学セルが備える第1の電極表面の少なくとも一点から成長した反応生成物に逆パルスの電圧を加えることができる。その結果、反応生成物がおおきく成長する前に、成長点から反応生成物を除去することができる。 Thereby, a reverse pulse voltage can be applied to the reaction product grown from at least one point on the surface of the first electrode provided in the electrochemical cell. As a result, the reaction product can be removed from the growth point before the reaction product grows greatly.

また、本発明の一態様は、第1の電極と、第2の電極と、第1の電極と第2の電極の間に電解液と、を有する電気化学装置である。そして、第1の電極と第2の電極の間に順方向の電圧を印加する手段と、第1の電極と第2の電極の間に第1の電極の表面に生成した反応生成物を除去するように、電圧の−100%以上+100%未満の逆パルスの電圧を印加する手段と、を備え、順方向の電圧と逆パルスの電圧を、交互に繰り返して印加する。 Another embodiment of the present invention is an electrochemical device including a first electrode, a second electrode, and an electrolytic solution between the first electrode and the second electrode. Then, means for applying a forward voltage between the first electrode and the second electrode, and a reaction product generated on the surface of the first electrode between the first electrode and the second electrode are removed. And means for applying a reverse pulse voltage of −100% or more and less than + 100% of the voltage, and the forward voltage and the reverse pulse voltage are alternately and repeatedly applied.

これにより、第1の電極表面の少なくとも一点に反応生成物が成長する順方向の電圧と、反応生成物を除去する逆パルスの電圧を、交互に繰り返し加えることができる。その結果、反応生成物の成長点から反応生成物を除去することができる。また、電気化学セルの劣化を防ぎつつ、本来の容量まで充電することができる。 Thereby, a forward voltage at which a reaction product grows at at least one point on the surface of the first electrode and a reverse pulse voltage for removing the reaction product can be alternately applied repeatedly. As a result, the reaction product can be removed from the growth point of the reaction product. Moreover, it can charge to the original capacity | capacitance, preventing deterioration of an electrochemical cell.

また、本発明の一態様は、第1の電極と、第2の電極と、第1の電極と第2の電極の間に電解液と、を有する電気化学装置である。そして、第1の電極と第2の電極の間に順方向の電圧を印加する手段と、第1の電極と第2の電極の間に少なくとも放電電流が流れて第1の電極の表面に生成した反応生成物を除去するように、電圧の−100%以上+100%未満、電圧を印加する期間の1/100以上1/3未満であって且つ0.1秒以上30秒未満の逆パルスの電圧を印加する手段と、を有する。 Another embodiment of the present invention is an electrochemical device including a first electrode, a second electrode, and an electrolytic solution between the first electrode and the second electrode. And a means for applying a forward voltage between the first electrode and the second electrode, and at least a discharge current flows between the first electrode and the second electrode, and is generated on the surface of the first electrode. In order to remove the reaction product, a reverse pulse of −100% to less than + 100% of the voltage, 1/100 to less than 1/3 of the voltage application period, and 0.1 to 30 seconds Means for applying a voltage.

また、本発明の一態様は、第1の電極と、第1の電極を部分的に覆う保護膜と、第2の電極と、第1の電極と第2の電極の間に電解液と、を有する。そして、第1の電極と第2の電極の間に順方向の電圧を印加する手段と、第1の電極と第2の電極の間に第1の電極の保護膜で覆われていない表面に生成した反応生成物を除去するように、電圧の−100%以上+100%未満の逆パルスの電圧を印加する手段と、を有する。 One embodiment of the present invention includes a first electrode, a protective film that partially covers the first electrode, a second electrode, an electrolyte solution between the first electrode and the second electrode, Have And means for applying a forward voltage between the first electrode and the second electrode, and a surface not covered with the protective film of the first electrode between the first electrode and the second electrode. Means for applying a reverse pulse voltage of -100% to less than + 100% of the voltage so as to remove the generated reaction product.

これにより、反応生成物の成長が抑制された部分を第1の電極の表面に形成できる。その結果、反応生成物の成長が抑制され、効率よく反応生成物の除去できる。 Thereby, the part by which the growth of the reaction product was suppressed can be formed on the surface of the first electrode. As a result, the growth of the reaction product is suppressed and the reaction product can be efficiently removed.

また、本発明の一態様は、前記第1の電極は負極であり、前記第2の電極は正極である、上記の電気化学装置である。これにより、負極の表面で生成する反応生成物を除去することができる。 Another embodiment of the present invention is the above electrochemical device in which the first electrode is a negative electrode and the second electrode is a positive electrode. Thereby, the reaction product produced | generated on the surface of a negative electrode is removable.

また、本発明の一態様は、前記第1の電極は正極であり、前記第2の電極は負極である、上記の電気化学装置である。これにより、正極の表面で生成する反応生成物を除去することができる。また、負極の表面等で生成し、電解液中を浮遊して付着または堆積した反応生成物を、正極の表面から除去することができる。 One embodiment of the present invention is the above electrochemical device in which the first electrode is a positive electrode and the second electrode is a negative electrode. Thereby, the reaction product produced | generated on the surface of a positive electrode is removable. In addition, reaction products that are generated on the surface of the negative electrode or the like and are attached or deposited while floating in the electrolyte can be removed from the surface of the positive electrode.

また、本発明の一態様は、充電可能なバッテリーを備える上記の電気化学装置である。 Another embodiment of the present invention is the above electrochemical device including a rechargeable battery.

電極表面に形成されるアカ(反応生成物)に対して、アカの形成時とは逆方向の電流が流れるようなパルス電圧を印加することで除去し、電極の劣化をなくすことができる。従来は電極表面に形成されるアカの問題を解決できなかった。本発明により、原理的には劣化のないバッテリーを実現できるため、そのバッテリーを搭載した装置の長時間の使用が可能となる。 The red color (reaction product) formed on the surface of the electrode can be removed by applying a pulse voltage that causes a current in the opposite direction to that during the red color formation, thereby eliminating the deterioration of the electrode. Conventionally, the problem of redness formed on the electrode surface could not be solved. According to the present invention, since a battery without deterioration can be realized in principle, a device equipped with the battery can be used for a long time.

また、アカの形成するメカニズムと、そのアカを除去するメカニズムを利用する本発明の技術思想を用いれば、電気化学装置に部分的に劣化する箇所があっても、劣化した箇所から劣化を修復し、初期状態に戻すことができる。 In addition, if the mechanism of the present invention that uses the mechanism of red formation and the mechanism of removing the red is used, even if there is a part of the electrochemical device that deteriorates partially, the deterioration is repaired from the deteriorated part. , Can return to the initial state.

実施の形態に係る電気化学装置の構成を説明する図。FIG. 6 illustrates a structure of an electrochemical device according to an embodiment. 実施の形態に係る電気化学装置に係る反応生成物の発生挙動を説明する電極表面近傍の断面図。Sectional drawing of the electrode surface vicinity explaining the generation | occurrence | production behavior of the reaction product which concerns on the electrochemical apparatus which concerns on embodiment. 実施の形態に係る電気化学装置の反応生成物の発生挙動を説明する電極表面近傍の断面図。Sectional drawing of the electrode surface vicinity explaining the generation | occurrence | production behavior of the reaction product of the electrochemical apparatus which concerns on embodiment. 実施の形態に係る電気化学装置の反応生成物の発生挙動を説明する電極表面近傍の断面図。Sectional drawing of the electrode surface vicinity explaining the generation | occurrence | production behavior of the reaction product of the electrochemical apparatus which concerns on embodiment. 実施の形態に係る電気化学装置の電極の構成を説明する図。FIG. 6 illustrates a structure of an electrode of an electrochemical device according to an embodiment. 実施の形態に係る電気化学装置にリチウムが析出する挙動を説明する電極表面近傍の断面図。Sectional drawing of the electrode surface vicinity explaining the behavior which lithium precipitates in the electrochemical apparatus which concerns on embodiment. 実施の形態に係る電気化学装置にリチウムが析出する挙動を説明する電極表面近傍の断面図。Sectional drawing of the electrode surface vicinity explaining the behavior which lithium precipitates in the electrochemical apparatus which concerns on embodiment. 実施の形態に係る蓄電装置を説明する図。FIG. 6 illustrates a power storage device according to an embodiment. 実施の形態に係る蓄電装置を説明する図。FIG. 6 illustrates a power storage device according to an embodiment. 実施の形態に係る蓄電装置を説明する図。FIG. 6 illustrates a power storage device according to an embodiment. 実施の形態に係る電気機器を説明する図。FIG. 6 illustrates an electric device according to an embodiment. 実施の形態に係る電気機器を説明する図。10A and 10B each illustrate an electrical device according to an embodiment. 実施の形態に係る家庭内エネルギー管理システムを説明する図。The figure explaining the domestic energy management system which concerns on embodiment.

実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。但し、本発明は以下の説明に限定されず、本発明の趣旨及びその範囲から逸脱することなくその形態及び詳細を様々に変更し得ることは当業者であれば容易に理解される。従って、本発明は以下に示す実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。なお、以下に説明する発明の構成において、同一部分又は同様な機能を有する部分には同一の符号を異なる図面間で共通して用い、その繰り返しの説明は省略する。 Embodiments will be described in detail with reference to the drawings. However, the present invention is not limited to the following description, and it is easily understood by those skilled in the art that modes and details can be variously changed without departing from the spirit and scope of the present invention. Therefore, the present invention should not be construed as being limited to the description of the embodiments below. Note that in structures of the invention described below, the same portions or portions having similar functions are denoted by the same reference numerals in different drawings, and description thereof is not repeated.

(実施の形態1)
本実施の形態では、本発明の一態様の電気化学装置の構成について、図1を参照しながら説明する。
(Embodiment 1)
In this embodiment, the structure of the electrochemical device of one embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.

図1(A)は本発明の一態様の電気化学装置10の構成を説明する断面模式図であり、図1(B)は、電気化学セル20の第1の電極21と第2の電極22に印加する信号の電圧についての波形を説明する図である。 1A is a schematic cross-sectional view illustrating a structure of an electrochemical device 10 of one embodiment of the present invention. FIG. 1B illustrates a first electrode 21 and a second electrode 22 of an electrochemical cell 20. It is a figure explaining the waveform about the voltage of the signal applied to.

本実施の形態で例示して説明する電気化学装置は、電気化学セル20を有する。また、制御部30を有する。 The electrochemical device illustrated and described in the present embodiment includes an electrochemical cell 20. Moreover, it has the control part 30. FIG.

電気化学セルは、第1の電極21と、第2の電極22と、第1の電極21と第2の電極22の間にセパレータ14を有し、また第1の電極21と第2の電極22間は電解液23で満たされている。 The electrochemical cell has a first electrode 21, a second electrode 22, a separator 14 between the first electrode 21 and the second electrode 22, and the first electrode 21 and the second electrode The space 22 is filled with the electrolytic solution 23.

制御部30は、第1の電極21と第2の電極22の間に順方向の電圧を印加する手段を備える。また、第1の電極21と第2の電極22の間に第1の電極21の表面に生成した反応生成物を除去するように、反応生成物を生成した順方向の電圧の−100%以上+100%未満の逆パルスの電圧を、順方向の電圧を印加する期間よりも短い期間中印加する手段を備える。 The control unit 30 includes means for applying a forward voltage between the first electrode 21 and the second electrode 22. Further, -100% or more of the forward voltage that generated the reaction product is removed so as to remove the reaction product generated on the surface of the first electrode 21 between the first electrode 21 and the second electrode 22. Means are provided for applying a reverse pulse voltage of less than + 100% for a period shorter than the period for applying the forward voltage.

電気化学セル20の第1の電極21と第2の電極22に印加する信号の電圧についての波形を図1(B)に示す。期間P1において、反応生成物が、第1の電極21の表面の少なくとも一点から生成してしまう。しかし、期間P2において、逆パルスの電圧を第1の電極21に、順方向の電圧を印加する期間より短い期間中印加する(期間P1>期間P2)。 A waveform of the voltage of a signal applied to the first electrode 21 and the second electrode 22 of the electrochemical cell 20 is shown in FIG. In the period P1, the reaction product is generated from at least one point on the surface of the first electrode 21. However, in the period P2, the reverse pulse voltage is applied to the first electrode 21 for a period shorter than the period in which the forward voltage is applied (period P1> period P2).

これにより、電気化学セルが備える第1の電極表面の少なくとも一点から成長した反応生成物に逆パルスの電圧を加えることができる。その結果、反応生成物がおおきく成長する前に、成長点から反応生成物を除去することができる。また、反応生成物が第1の電極の表面に接した状態で長期間放置され、強い力で第1の電極の表面に固着してしまう現象を防ぐことができる。 Thereby, a reverse pulse voltage can be applied to the reaction product grown from at least one point on the surface of the first electrode provided in the electrochemical cell. As a result, the reaction product can be removed from the growth point before the reaction product grows greatly. Further, it is possible to prevent a phenomenon in which the reaction product is left for a long time in contact with the surface of the first electrode and is fixed to the surface of the first electrode with a strong force.

また、制御部30は、第1の電極21と第2の電極22の間に反応生成物を生成する電圧と、反応生成物を生成した電圧の−100%以上+100%未満の逆パルスの電圧を交互に繰り返して印加する電気化学装置である。 Further, the control unit 30 generates a reaction product between the first electrode 21 and the second electrode 22, and a reverse pulse voltage that is −100% or more and less than + 100% of the voltage that generates the reaction product. Is an electrochemical device that alternately and repeatedly applies.

これにより、第1の電極表面の少なくとも一点に反応生成物が成長する順方向の電圧と、反応生成物を除去する逆パルスの電圧を、交互に繰り返し加えることができる。その結果、反応生成物の成長点から反応生成物を除去することができる。また、電気化学セルの劣化を防ぎつつ、本来の容量まで充電することができる。 Thereby, a forward voltage at which a reaction product grows at at least one point on the surface of the first electrode and a reverse pulse voltage for removing the reaction product can be alternately applied repeatedly. As a result, the reaction product can be removed from the growth point of the reaction product. Moreover, it can charge to the original capacity | capacitance, preventing deterioration of an electrochemical cell.

また、第1の電極21と第2の電極22の間に少なくとも放電電流が流れて第1の電極21の表面に生成した反応生成物を除去するように、反応生成物を生成する電圧の−100%以上+100%未満の逆パルスの電圧を印加する手段を備える。そして、この逆パルスの電圧は、反応生成物を生成する電圧を印加する期間の1/100以上1/3未満であって且つ0.1秒以上30秒未満であることを特徴とする。 Further, a voltage for generating a reaction product is such that at least a discharge current flows between the first electrode 21 and the second electrode 22 and the reaction product generated on the surface of the first electrode 21 is removed. Means for applying a reverse pulse voltage of 100% or more and less than 100% are provided. And the voltage of this reverse pulse is 1/100 or more and less than 1/3 of the period which applies the voltage which produces | generates a reaction product, It is characterized by being 0.1 second or more and less than 30 second.

その結果、反応生成物の成長が抑制され、効率よく反応生成物の除去できる。 As a result, the growth of the reaction product is suppressed and the reaction product can be efficiently removed.

本実施の形態で例示して説明する電気化学セル20は、電極に接して活物質層が形成され、第1の電極の活物質層と第2の電極の活物質層の間にセパレータ14を有する。 In the electrochemical cell 20 illustrated and described in this embodiment, an active material layer is formed in contact with an electrode, and a separator 14 is provided between the active material layer of the first electrode and the active material layer of the second electrode. Have.

電気化学セル20としては、例えばリチウムイオン二次電池、鉛蓄電池、リチウムイオンポリマー二次電池、ニッケル水素蓄電池、ニッケルカドミウム蓄電池、ニッケル鉄蓄電池、ニッケル・亜鉛蓄電池、酸化銀・亜鉛蓄電池等の二次電池、レドックス・フロー電池、亜鉛・塩素電池、亜鉛臭素電池等の液循環型の二次電池、アルミニウム・空気電池、空気亜鉛電池、空気・鉄電池等のメカニカルチャージ型の二次電池、ナトリウム・硫黄電池、リチウム・硫化鉄電池等の高温動作型の二次電池などを用いることができる。なお、これらに限定されず、例えばリチウムイオンキャパシタなどを用いて電気化学セル20を構成してもよい。 Examples of the electrochemical cell 20 include secondary batteries such as lithium ion secondary batteries, lead acid batteries, lithium ion polymer secondary batteries, nickel metal hydride batteries, nickel cadmium batteries, nickel iron batteries, nickel / zinc batteries, silver oxide / zinc batteries. Battery, redox flow battery, liquid circulation type secondary battery such as zinc / chlorine battery, zinc bromine battery, etc., aluminum / air battery, air zinc battery, mechanical charge type secondary battery such as air / iron battery, sodium / High-temperature secondary batteries such as sulfur batteries and lithium / iron sulfide batteries can be used. In addition, it is not limited to these, For example, you may comprise the electrochemical cell 20 using a lithium ion capacitor etc.

《1.電極の構成》
第1の電極と第2の電極には、さまざまな構成を適用できる。本実施の形態では、電極が集電体と活物質層を含む構成を説明する。なお、活物質層が活物質、結着剤および導電助剤を含む構成を図5に示す。
<< 1. Electrode configuration >>
Various configurations can be applied to the first electrode and the second electrode. In this embodiment, a structure in which an electrode includes a current collector and an active material layer will be described. Note that FIG. 5 illustrates a structure in which the active material layer includes an active material, a binder, and a conductive additive.

電極の一例として、集電体412とこれに接するように設けられた活物質層414を備える蓄電池用の電極410の構成を図5(A)に示す。 As an example of the electrode, FIG. 5A illustrates a structure of a storage battery electrode 410 including a current collector 412 and an active material layer 414 provided in contact with the current collector 412.

図5(A)において、活物質層414は集電体412の一方の面にのみ形成されているが、活物質層414は集電体412の両面に設けられていてもよい。また、活物質層414は集電体412の表面全域に形成する必要はなく、外部端子と接続するための領域等、非塗布領域を適宜設けることができる。 In FIG. 5A, the active material layer 414 is formed only on one surface of the current collector 412, but the active material layer 414 may be provided on both surfaces of the current collector 412. Further, the active material layer 414 is not necessarily formed over the entire surface of the current collector 412, and a non-coated region such as a region for connecting to an external terminal can be provided as appropriate.

活物質層の詳細を、図5(B)を用いて説明する。図5(B)は、活物質層414の拡大縦断面図である。活物質層414は、粒状の活物質422と、導電助剤としてのグラフェン424と、結着剤(バインダともいう。図示せず)と、を含む。導電助剤にグラフェンを用いると蓄電池の放電容量を増加させることができる。この効果については、導電助剤についての説明において詳細にする。 Details of the active material layer will be described with reference to FIG. FIG. 5B is an enlarged vertical cross-sectional view of the active material layer 414. The active material layer 414 includes a granular active material 422, graphene 424 as a conductive additive, and a binder (also referred to as a binder, not shown). When graphene is used as the conductive additive, the discharge capacity of the storage battery can be increased. This effect will be described in detail in the description of the conductive additive.

《1.1 集電体》
集電体412には、ステンレス、金、白金、亜鉛、鉄、ニッケル、銅、アルミニウム、チタン、タンタル等の金属、及びこれらの合金など、導電性の高い材料を用いることができる。また、シリコン、チタン、ネオジム、スカンジウム、モリブデンなどの耐熱性を向上させる元素が添加されたアルミニウム合金を用いることができる。また、シリコンと反応してシリサイドを形成する金属元素で形成してもよい。シリコンと反応してシリサイドを形成する金属元素としては、ジルコニウム、チタン、ハフニウム、バナジウム、ニオブ、タンタル、クロム、モリブデン、タングステン、コバルト、ニッケル等がある。集電体412は、箔状、板状(シート状)、網状、円柱状、コイル状、パンチングメタル状、エキスパンドメタル状等の形状を適宜用いることができる。集電体412は、厚みが10μm以上30μm以下のものを用いるとよい。
<< 1.1 Current collector >>
The current collector 412 can be formed using a highly conductive material such as a metal such as stainless steel, gold, platinum, zinc, iron, nickel, copper, aluminum, titanium, or tantalum, or an alloy thereof. Alternatively, an aluminum alloy to which an element that improves heat resistance, such as silicon, titanium, neodymium, scandium, or molybdenum, is added can be used. Alternatively, a metal element that forms silicide by reacting with silicon may be used. Examples of metal elements that react with silicon to form silicide include zirconium, titanium, hafnium, vanadium, niobium, tantalum, chromium, molybdenum, tungsten, cobalt, nickel, and the like. The current collector 412 can have a foil shape, a plate shape (sheet shape), a net shape, a columnar shape, a coil shape, a punching metal shape, an expanded metal shape, or the like as appropriate. The current collector 412 may have a thickness of 10 μm to 30 μm.

《1.2 活物質層》
活物質層414は、少なくとも活物質を有する。また、活物質層414は、活物質の他、活物質の密着性を高めるための結着剤(バインダともいう)、または/および活物質層414の導電性を高めるための導電助剤等を有してもよい。
<< 1.2 Active material layer >>
The active material layer 414 includes at least an active material. The active material layer 414 includes, in addition to the active material, a binder (also referred to as a binder) for increasing the adhesion of the active material, and / or a conductive auxiliary agent for increasing the conductivity of the active material layer 414. You may have.

《1.2.1 正極活物質》
電極410を正極402として蓄電池に用いる場合には、活物質層414に含まれる活物質(以下、正極活物質という。)として、キャリアイオンの挿入及び脱離が可能な材料を用いることができる。
<< 1.2.1 Cathode Active Material >>
In the case where the electrode 410 is used as a positive electrode 402 for a storage battery, a material that can insert and desorb carrier ions can be used as an active material included in the active material layer 414 (hereinafter referred to as a positive electrode active material).

リチウムイオンをキャリアイオンとして用いる場合は、例えば、オリビン型の結晶構造、層状岩塩型の結晶構造、またはスピネル型の結晶構造を有するリチウム含有複合酸化物等がある。正極活物質として、例えばLiFeO、LiCoO、LiNiO、LiMn、V、Cr、MnO等の化合物を用いることができる。 When lithium ions are used as carrier ions, for example, there are lithium-containing composite oxides having an olivine type crystal structure, a layered rock salt type crystal structure, or a spinel type crystal structure. As the positive electrode active material may be, for example, LiFeO 2, LiCoO 2, LiNiO 2 , LiMn 2 O 4, V 2 O 5, Cr 2 O 5, compounds such as MnO 2.

オリビン型構造のリチウム含有複合酸化物(一般式LiMPO(Mは、Fe(II)、Mn(II)、Co(II)、Ni(II)の一以上))の代表例としては、LiFePO、LiNiPO、LiCoPO、LiMnPO、LiFeNiPO、LiFeCoPO、LiFeMnPO、LiNiCoPO、LiNiMnPO(a+bは1以下、0<a<1、0<b<1)、LiFeNiCoPO、LiFeNiMnPO、LiNiCoMnPO(c+d+eは1以下、0<c<1、0<d<1、0<e<1)、LiFeNiCoMnPO(f+g+h+iは1以下、0<f<1、0<g<1、0<h<1、0<i<1)等がある。 As a representative example of a lithium-containing composite oxide having an olivine structure (general formula LiMPO 4 (M is one or more of Fe (II), Mn (II), Co (II), Ni (II))), LiFePO 4 , LiNiPO 4, LiCoPO 4, LiMnPO 4, LiFe a Ni b PO 4, LiFe a Co b PO 4, LiFe a Mn b PO 4, LiNi a Co b PO 4, LiNi a Mn b PO 4 (a + b is 1 or less, 0 <a <1,0 <b < 1), LiFe c Ni d Co e PO 4, LiFe c Ni d Mn e PO 4, LiNi c Co d Mn e PO 4 (c + d + e ≦ 1, 0 <c <1 , 0 <d <1,0 <e <1), LiFe f Ni g Co h Mn i PO 4 (f + g + h + i is 1 or less, 0 <f <1,0 <g <1,0 <h < , There is a 0 <i <1) and the like.

特に、LiFePOは、安全性、安定性、高容量密度、高発生電位、初期酸化(充電)時に引き抜けるリチウムの存在等、正極活物質に求められる事項をバランスよく満たしているため、好ましい。 In particular, LiFePO 4 is preferable because it satisfies the requirements for the positive electrode active material in a well-balanced manner, such as safety, stability, high capacity density, high generation potential, and the presence of lithium extracted during initial oxidation (charging).

層状岩塩型の結晶構造を有するリチウム含有複合酸化物としては、例えば、コバルト酸リチウム(LiCoO)、LiNiO、LiMnO、LiMnO、LiNi0.8Co0.2等のNiCo系(一般式は、LiNiCo1−x(0<x<1))、LiNi0.5Mn0.5等のNiMn系(一般式は、LiNiMn1−x(0<x<1))、LiNi1/3Mn1/3Co1/3等のNiMnCo系(NMCともいう。一般式は、LiNiMnCo1−x−y(x>0、y>0、x+y<1))がある。さらに、Li(Ni0.8Co0.15Al0.05)O、LiMnO−LiMO(M=Co、Ni、Mn)等がある。 Examples of the lithium-containing composite oxide having a layered rock salt type crystal structure include NiCo such as lithium cobaltate (LiCoO 2 ), LiNiO 2 , LiMnO 2 , Li 2 MnO 3 , and LiNi 0.8 Co 0.2 O 2. NiMn systems such as LiNi x Co 1-x O 2 (0 <x <1) and LiNi 0.5 Mn 0.5 O 2 (general formula is LiNi x Mn 1-x O 2 (0 <x <1)) , also referred to as a LiNi 1/3 Mn 1/3 Co 1/3 O 2, etc. NiMnCo system (NMC. general formula, LiNi x Mn y Co 1- x-y O 2 (x > 0, y> 0, x + y <1)). Furthermore, there is Li (Ni 0.8 Co 0.15 Al 0.05 ) O 2, Li 2 MnO 3 -LiMO 2 (M = Co, Ni, Mn) or the like.

特に、LiCoOは、容量が大きい、LiNiOに比べて大気中で安定である、LiNiOに比べて熱的に安定である等の利点があるため、好ましい。 Particularly, LiCoO 2 has a large capacity, is stable in the atmosphere as compared to LiNiO 2, because of the advantages such a thermally stable than LiNiO 2, preferred.

スピネル型の結晶構造を有するリチウム含有複合酸化物としては、例えば、LiMn、Li1+xMn2−x、Li(MnAl)、LiMn1.5Ni0.5等がある。 Examples of the lithium-containing composite oxide having a spinel crystal structure include LiMn 2 O 4 , Li 1 + x Mn 2−x O 4 , Li (MnAl) 2 O 4 , LiMn 1.5 Ni 0.5 O 4, and the like. There is.

LiMn等のマンガンを含むスピネル型の結晶構造を有するリチウム含有複合酸化物に、少量のニッケル酸リチウム(LiNiOやLiNi1−xMO(M=Co、Al等))を混合すると、マンガンの溶出を抑制する、電解液の分解を抑制する等の利点があり好ましい。 When a small amount of lithium nickelate (LiNiO 2 or LiNi 1-x MO 2 (M = Co, Al, etc.)) is mixed with a lithium-containing composite oxide having a spinel-type crystal structure containing manganese such as LiMn 2 O 4 There are advantages such as suppression of elution of manganese, suppression of decomposition of the electrolyte, and the like.

また、正極活物質として、一般式Li(2−j)MSiO(Mは、Fe(II)、Mn(II)、Co(II)、Ni(II)の一以上、0≦j≦2)等のリチウム含有複合酸化物を用いることができる。一般式Li(2−j)MSiOの代表例としては、Li(2−j)FeSiO、Li(2−j)NiSiO、Li(2−j)CoSiO、Li(2−j)MnSiO、Li(2−j)FeNiSiO、Li(2−j)FeCoSiO、Li(2−j)FeMnSiO、Li(2−j)NiCoSiO、Li(2−j)NiMnSiO(k+lは1以下、0<k<1、0<l<1)、Li(2−j)FeNiCoSiO、Li(2−j)FeNiMnSiO、Li(2−j)NiCoMnSiO(m+n+qは1以下、0<m<1、0<n<1、0<q<1)、Li(2−j)FeNiCoMnSiO(r+s+t+uは1以下、0<r<1、0<s<1、0<t<1、0<u<1)等のリチウム化合物を材料として用いることができる。 Further, as a positive electrode active material, a general formula Li (2-j) MSiO 4 (M is one or more of Fe (II), Mn (II), Co (II), Ni (II), 0 ≦ j ≦ 2) Lithium-containing composite oxides such as these can be used. Representative examples of the general formula Li (2-j) MSiO 4 include Li (2-j) FeSiO 4 , Li (2-j) NiSiO 4 , Li (2-j) CoSiO 4 , Li (2-j) MnSiO 4 , Li (2-j) Fe a Ni b SiO 4 , Li (2-j) Fe a Co b SiO 4 , Li (2-j) Fe k Mn l SiO 4 , Li (2-j) Ni k Co l SiO 4, Li (2- j) Ni k Mn l SiO 4 (k + l is 1 or less, 0 <k <1,0 <l <1), Li (2-j) Fe m Ni n Co q SiO 4, Li (2-j) Fe m Ni n Mn q SiO 4, Li (2-j) Ni m Co n Mn q SiO 4 (m + n + q is 1 or less, 0 <m <1,0 <n <1,0 <q <1), Li (2- j) Fe r Ni s Co t Mn u SiO 4 (r + s + t + u ≦ 1, 0 <r <1,0 <s <1,0 <t <1,0 <u <1) can be used a lithium compound such as a material.

また、正極活物質として、A(XO(A=Li、Na、Mg、M=Fe、Mn、Ti、V、Nb、Al、X=S、P、Mo、W、As、Si)の一般式で表されるナシコン型化合物を用いることができる。ナシコン型化合物としては、Fe(MnO、Fe(SO、LiFe(PO等がある。また、正極活物質として、LiMPOF、LiMP、LiMO(M=Fe、Mn)の一般式で表される化合物、NaF、FeF等のペロブスカイト型フッ化物、TiS、MoS等の金属カルコゲナイド(硫化物、セレン化物、テルル化物)、LiMVO等の逆スピネル型の結晶構造を有するリチウム含有複合酸化物、バナジウム酸化物系(V、V13、LiV等)、マンガン酸化物系、有機硫黄系等の材料を用いることができる。 Also, as the positive electrode active material, A x M 2 (XO 4 ) 3 (A = Li, Na, Mg, M = Fe, Mn, Ti, V, Nb, Al, X = S, P, Mo, W, As , Si), a NASICON compound represented by the general formula can be used. Examples of NASICON type compounds include Fe 2 (MnO 4 ) 3 , Fe 2 (SO 4 ) 3 , and Li 3 Fe 2 (PO 4 ) 3 . Further, as a positive electrode active material, a compound represented by a general formula of Li 2 MPO 4 F, Li 2 MP 2 O 7 , Li 5 MO 4 (M = Fe, Mn), a perovskite type fluoride such as NaF 3 , FeF 3, etc. products, TiS 2, MoS metal chalcogenide such as 2 (sulfides, selenides, tellurides), lithium-containing composite oxide having an inverse spinel crystal structure such LiMVO 4, vanadium oxide (V 2 O 5, V 6 O 13 , LiV 3 O 8 or the like), manganese oxide-based materials, organic sulfur-based materials, or the like can be used.

なお、キャリアイオンが、リチウムイオン以外のアルカリ金属イオン、アルカリ土類金属イオン、ベリリウムイオン、またはマグネシウムイオンの場合、正極活物質として、上記リチウム化合物及びリチウム含有複合酸化物において、リチウムの代わりに、アルカリ金属(例えば、ナトリウムやカリウム等)、アルカリ土類金属(例えば、カルシウム、ストロンチウム、バリウム等)、ベリリウム、またはマグネシウムを用いてもよい。 When the carrier ion is an alkali metal ion other than lithium ion, alkaline earth metal ion, beryllium ion, or magnesium ion, as the positive electrode active material, in the lithium compound and lithium-containing composite oxide, instead of lithium, Alkali metals (for example, sodium and potassium), alkaline earth metals (for example, calcium, strontium, barium, etc.), beryllium, or magnesium may be used.

《1.2.2 負極活物質》
電極410を蓄電池400の負極404として用いる場合には、活物質層414に含まれる活物質(以下、負極活物質という。)として、例えば、リチウムの溶解・析出、又はリチウムイオンの挿入・脱離が可能な材料を用いることができ、リチウム金属、炭素系材料、合金系材料等を用いることができる。
<< 1.2.2 Negative electrode active material >>
When the electrode 410 is used as the negative electrode 404 of the storage battery 400, as an active material (hereinafter referred to as a negative electrode active material) included in the active material layer 414, for example, lithium dissolution / precipitation, or lithium ion insertion / extraction Can be used, and lithium metal, a carbon-based material, an alloy-based material, or the like can be used.

リチウム金属は、酸化還元電位が低く(標準水素電極に対して−3.045V)、重量及び体積当たりの比容量が大きい(それぞれ3860mAh/g、2062mAh/cm)ため、好ましい。 Lithium metal is preferable because it has a low redox potential (−3.045 V with respect to the standard hydrogen electrode) and a large specific capacity per weight and volume (3860 mAh / g and 2062 mAh / cm 3 , respectively).

炭素系材料としては、黒鉛、易黒鉛化性炭素(ソフトカーボン)、難黒鉛化性炭素(ハードカーボン)、カーボンナノチューブ、グラフェン、カーボンブラック等がある。 Examples of the carbon-based material include graphite, graphitizable carbon (soft carbon), non-graphitizable carbon (hard carbon), carbon nanotube, graphene, and carbon black.

黒鉛としては、メソカーボンマイクロビーズ(MCMB)、コークス系人造黒鉛、ピッチ系人造黒鉛等の人造黒鉛や、球状化天然黒鉛等の天然黒鉛がある。 Examples of graphite include artificial graphite such as mesocarbon microbeads (MCMB), coke-based artificial graphite, and pitch-based artificial graphite, and natural graphite such as spheroidized natural graphite.

黒鉛はリチウムイオンが黒鉛に挿入したとき(リチウム−黒鉛層間化合物の生成時)にリチウム金属と同程度に卑な電位を示す(0.1〜0.3V vs.Li/Li)。これにより、リチウムイオン電池は高い作動電圧を示すことができる。さらに、黒鉛は、単位体積当たりの容量が比較的高い、体積膨張が小さい、安価である、リチウム金属に比べて安全性が高い等の利点を有するため、好ましい。 Graphite exhibits a potential as low as that of lithium metal (0.1 to 0.3 V vs. Li + / Li) when lithium ions are inserted into the graphite (when the lithium-graphite intercalation compound is formed). Thereby, the lithium ion battery can show a high operating voltage. Further, graphite is preferable because it has advantages such as relatively high capacity per unit volume, small volume expansion, low cost, and high safety compared to lithium metal.

負極活物質として、リチウム金属との合金化・脱合金化反応により充放電反応を行うことが可能な合金系材料も用いることができる。例えば、Al、Si、Ge、Sn、Pb、Sb、Bi、Ag、Au、Zn、Cd、In、Ga等のうち少なくとも一つを含む材料がある。このような元素は炭素に対して容量が大きく、特にシリコンは理論容量が4200mAh/gと飛躍的に高い。このため、負極活物質にシリコンを用いることが好ましい。このような元素を用いた合金系材料としては、例えば、SiO、MgSi、MgGe、SnO、SnO、MgSn、SnS、VSn、FeSn、CoSn、NiSn、CuSn、AgSn、AgSb、NiMnSb、CeSb、LaSn、LaCoSn、CoSb、InSb、SbSn等がある。 As the negative electrode active material, an alloy-based material capable of performing a charge / discharge reaction by an alloying / dealloying reaction with lithium metal can also be used. For example, there is a material containing at least one of Al, Si, Ge, Sn, Pb, Sb, Bi, Ag, Au, Zn, Cd, In, and Ga. Such an element has a large capacity with respect to carbon. In particular, silicon has a theoretical capacity of 4200 mAh / g. For this reason, it is preferable to use silicon for the negative electrode active material. Examples of alloy materials using such elements include SiO, Mg 2 Si, Mg 2 Ge, SnO, SnO 2 , Mg 2 Sn, SnS 2 , V 2 Sn 3 , FeSn 2 , CoSn 2 , and Ni 3. Examples include Sn 2 , Cu 6 Sn 5 , Ag 3 Sn, Ag 3 Sb, Ni 2 MnSb, CeSb 3 , LaSn 3 , La 3 Co 2 Sn 7 , CoSb 3 , InSb, and SbSn.

また、負極活物質として、二酸化チタン(TiO)、リチウムチタン酸化物(LiTi12)、リチウム−黒鉛層間化合物、(Li)、五酸化ニオブ(Nb)、酸化タングステン(WO)、酸化モリブデン(MoO)等の酸化物を用いることができる。 Further, as the negative electrode active material, titanium dioxide (TiO 2 ), lithium titanium oxide (Li 4 Ti 5 O 12 ), lithium-graphite intercalation compound, (Li x C 6 ), niobium pentoxide (Nb 2 O 5 ), Oxides such as tungsten oxide (WO 2 ) and molybdenum oxide (MoO 2 ) can be used.

また、負極活物質として、リチウムと遷移金属の複窒化物である、LiN型構造をもつLi3−xN(M=Co、Ni、Cu)を用いることができる。例えば、Li2.6Co0.4は大きな充放電容量(900mAh/g、1890mAh/cm)を示し好ましい。 Further, as the anode active material, a double nitride of lithium and a transition metal, Li 3 with N-type structure Li 3-x M x N ( M = Co, Ni, Cu) can be used. For example, Li 2.6 Co 0.4 N 3 shows a large charge / discharge capacity (900 mAh / g, 1890 mAh / cm 3 ) and is preferable.

リチウムと遷移金属の複窒化物を用いると、負極活物質中にリチウムイオンを含むため、正極活物質としてリチウムイオンを含まないV、Cr等の材料と組み合わせることができ好ましい。なお、正極活物質にリチウムイオンを含む材料を用いる場合でも、あらかじめリチウムイオンを脱離させることでリチウムと遷移金属の複窒化物を用いることができる。 When lithium and transition metal double nitride is used, since the negative electrode active material contains lithium ions, it can be combined with materials such as V 2 O 5 and Cr 3 O 8 that do not contain lithium ions as the positive electrode active material. . Even when a material containing lithium ions is used for the positive electrode active material, lithium and transition metal double nitrides can be used by desorbing lithium ions in advance.

また、コンバージョン反応が生じる材料を負極活物質として用いることもできる。例えば、酸化コバルト(CoO)、酸化ニッケル(NiO)、酸化鉄(FeO)等の、リチウムと合金化反応を行わない遷移金属酸化物を負極活物質に用いてもよい。コンバージョン反応が生じる材料としては、さらに、Fe、CuO、CuO、RuO、Cr等の酸化物、CoS0.89、NiS、CuS等の硫化物、Zn、CuN、Ge等の窒化物、NiP、FeP、CoP等のリン化物、FeF、BiF等のフッ化物でも起こる。なお、上記フッ化物の電位は高いため、正極活物質として用いてもよい。 A material that causes a conversion reaction can also be used as the negative electrode active material. For example, a transition metal oxide that does not undergo an alloying reaction with lithium, such as cobalt oxide (CoO), nickel oxide (NiO), or iron oxide (FeO), may be used as the negative electrode active material. As a material causing the conversion reaction, oxides such as Fe 2 O 3 , CuO, Cu 2 O, RuO 2 and Cr 2 O 3 , sulfides such as CoS 0.89 , NiS and CuS, Zn 3 N 2 are further included. This also occurs in nitrides such as Cu 3 N and Ge 3 N 4 , phosphides such as NiP 2 , FeP 2 and CoP 3 , and fluorides such as FeF 3 and BiF 3 . Note that since the potential of the fluoride is high, it may be used as a positive electrode active material.

《1.3 結着剤》
結着剤(バインダ)として、代表的なポリフッ化ビニリデン(PVDF)の他、ポリイミド、ポリテトラフルオロエチレン、ポリビニルクロライド、エチレンプロピレンジエンポリマー、スチレン−ブタジエンゴム、アクリロニトリル−ブタジエンゴム、フッ素ゴム、ポリ酢酸ビニル、ポリメチルメタクリレート、ポリエチレン、ニトロセルロース等を用いることができる。
<1.3 Binder>
As a binder, in addition to typical polyvinylidene fluoride (PVDF), polyimide, polytetrafluoroethylene, polyvinyl chloride, ethylene propylene diene polymer, styrene-butadiene rubber, acrylonitrile-butadiene rubber, fluorine rubber, polyacetic acid Vinyl, polymethyl methacrylate, polyethylene, nitrocellulose and the like can be used.

《1.4 導電助剤》
導電助剤としては、導電助剤としては比表面積が大きい材料が望ましく、アセチレンブラック(AB)等を用いることができる。また、カーボンナノチューブ、グラフェン、フラーレンといった炭素材料を用いることもできる。
<< 1.4 Conductive aid >>
As the conductive aid, a material having a large specific surface area is desirable as the conductive aid, and acetylene black (AB) or the like can be used. A carbon material such as carbon nanotube, graphene, or fullerene can also be used.

グラフェンは薄片状であり、高い導電性を有するという優れた電気特性、及び柔軟性並びに機械的強度という優れた物理特性を有する。そのため、グラフェンを、導電助剤として用いることにより、活物質同士の接触点や、接触面積を増大させることができる。 Graphene is flaky and has excellent electrical properties such as high electrical conductivity, and excellent physical properties such as flexibility and mechanical strength. Therefore, by using graphene as a conductive additive, the contact point and the contact area between the active materials can be increased.

なお、本明細書において、グラフェンは、単層のグラフェン、又は2層以上100層以下の多層グラフェンを含む。単層グラフェンとは、π結合を有する1原子層の炭素分子のシートのことをいう。また、酸化グラフェンとは、上記グラフェンが酸化された化合物のことをいう。なお、酸化グラフェンを還元してグラフェンを形成する場合、酸化グラフェンに含まれる酸素は全て還元されずに、一部の酸素はグラフェンに残存する。グラフェンに酸素が含まれる場合、全体の2atomic%以上20atomic%以下、好ましくは3atomic%以上15atomic%以下である。 Note that in this specification, graphene includes single-layer graphene or multilayer graphene of two to 100 layers. Single-layer graphene refers to a sheet of one atomic layer of carbon molecules having a π bond. The graphene oxide refers to a compound obtained by oxidizing the graphene. Note that in the case of reducing graphene oxide to form graphene, all oxygen contained in the graphene oxide is not reduced, and some oxygen remains in the graphene. When oxygen is contained in the graphene, the total content is 2 atomic% or more and 20 atomic% or less, preferably 3 atomic% or more and 15 atomic% or less.

ここで、酸化グラフェンを還元した得られたグラフェンが多層グラフェンである場合、グラフェンの層間距離は0.34nmより大きく0.5nm以下、好ましくは0.38nm以上0.42nm以下、さらに好ましくは0.39nm以上0.41nm以下である。通常のグラファイトは、単層グラフェンの層間距離が0.34nmであり、酸化グラフェンを還元したグラフェンの方が、その層間距離が長いため、多層グラフェンの層間におけるキャリアイオンの移動が容易となる。 Here, in the case where graphene obtained by reducing graphene oxide is multilayer graphene, the interlayer distance of graphene is greater than 0.34 nm and less than or equal to 0.5 nm, preferably greater than or equal to 0.38 nm and less than or equal to 0.42 nm, and more preferably less than 0.8. It is 39 nm or more and 0.41 nm or less. In normal graphite, the interlayer distance of single-layer graphene is 0.34 nm, and the graphene obtained by reducing graphene oxide has a longer interlayer distance, so that carrier ions can easily move between the layers of multilayer graphene.

また、導電助剤としては、上述した炭素材料の代わりに、例えば、銅、ニッケル、アルミニウム、銀、金などの金属粉末や金属繊維、導電性セラミックス材料等を用いることができる。 In addition, as the conductive aid, for example, metal powder such as copper, nickel, aluminum, silver, gold, metal fiber, conductive ceramic material, or the like can be used instead of the above-described carbon material.

ここで、導電助剤として、グラフェンを用いた場合の活物質層について、図5(C)を用いて説明する。 Here, an active material layer in the case where graphene is used as a conductive additive will be described with reference to FIG.

図5(C)は、活物質層414の拡大縦断面図である。活物質層414は、粒状の活物質422と、導電助剤としてのグラフェン424と、結着剤(バインダともいう。図示せず)と、を含む。 FIG. 5C is an enlarged vertical cross-sectional view of the active material layer 414. The active material layer 414 includes a granular active material 422, graphene 424 as a conductive additive, and a binder (also referred to as a binder, not shown).

活物質層414の縦断面においては、活物質層414の内部において概略均一にシート状のグラフェン424が分散する。図4(C)においてはグラフェン424を模式的に太線で表しているが、実際には炭素分子の単層又は多層の厚みを有する薄膜である。複数のグラフェン424は、複数の粒状の活物質422を包むように、覆うように、あるいは複数の粒状の活物質422の表面上に張り付くように形成されているため、互いに面接触している。また、グラフェン424どうしも互いに面接触することで、複数のグラフェン424により三次元的な電子伝導のネットワークを形成している。 In the longitudinal section of the active material layer 414, the sheet-like graphene 424 is dispersed substantially uniformly inside the active material layer 414. In FIG. 4C, the graphene 424 is schematically represented by a thick line, but is actually a thin film having a thickness of a single layer or multiple layers of carbon molecules. The plurality of graphenes 424 are in contact with each other because they are formed so as to cover or cover the plurality of granular active materials 422 or to stick on the surfaces of the plurality of granular active materials 422. In addition, the graphenes 424 are in surface contact with each other, so that a plurality of graphenes 424 form a three-dimensional electron conduction network.

これは、グラフェン424の原料として、極性溶媒中での分散性が極めて高い酸化グラフェンを用いるためである。均一に分散した酸化グラフェンを含有する分散媒から溶媒を揮発除去し、酸化グラフェンを還元してグラフェンとするため、活物質層414に残留するグラフェン424は部分的に重なり合い、互いに面接触する程度に分散していることで電子伝導の経路を形成している。 This is because graphene oxide having extremely high dispersibility in a polar solvent is used as a raw material for the graphene 424. The solvent is volatilized and removed from the dispersion medium containing uniformly dispersed graphene oxide, and the graphene oxide is reduced to form graphene. Therefore, the graphene 424 remaining in the active material layer 414 partially overlaps and is in surface contact with each other. By being dispersed, an electron conduction path is formed.

従って、活物質と点接触するアセチレンブラック等の従来の粒状の導電助剤と異なり、グラフェン424は接触抵抗の低い面接触を可能とするものであるから、導電助剤の量を増加させることなく、粒状の活物質422とグラフェン424との電子伝導性を向上させるができる。よって、活物質層414における活物質422の比率を増加させることができる。これにより、蓄電池の放電容量を増加させることができる。 Therefore, unlike conventional granular conductive aids such as acetylene black that are in point contact with the active material, graphene 424 enables surface contact with a low contact resistance, and thus without increasing the amount of conductive aid. In addition, electronic conductivity between the granular active material 422 and the graphene 424 can be improved. Therefore, the ratio of the active material 422 in the active material layer 414 can be increased. Thereby, the discharge capacity of the storage battery can be increased.

《2.電解液》
電解液406としては、電解質として、キャリアイオンを移送することが可能であり、且つキャリアイオンが安定に存在する材料を用いる。電解質の代表例としては、LiPF、LiClO、LiAsF、LiBF、LiCFSO、Li(CFSON、Li(CSON等のリチウム塩がある。これらの電解質は、一種を単独で用いてもよく、二種以上を任意の組み合わせ及び比率で用いてもよい。また、分解反応生成物層(SEI)をより安定にするため、電解液にビニレンカーボネート(VC)を少量(1wt%)添加して電解液の分解をより少なくしてもよい。
<< 2. Electrolyte >>
As the electrolytic solution 406, a material that can transport carrier ions and stably contains carrier ions is used as an electrolyte. Representative examples of the electrolyte include lithium salts such as LiPF 6 , LiClO 4 , LiAsF 6 , LiBF 4 , LiCF 3 SO 3 , Li (CF 3 SO 2 ) 2 N, and Li (C 2 F 5 SO 2 ) 2 N. is there. These electrolytes may be used individually by 1 type, and may use 2 or more types by arbitrary combinations and a ratio. Moreover, in order to make the decomposition reaction product layer (SEI) more stable, a small amount (1 wt%) of vinylene carbonate (VC) may be added to the electrolytic solution to further reduce the decomposition of the electrolytic solution.

なお、キャリアイオンが、リチウムイオン以外のアルカリ金属イオン、アルカリ土類金属イオン、ベリリウムイオン、またはマグネシウムイオンの場合、電解質として、上記リチウム塩において、リチウムの代わりに、アルカリ金属(例えば、ナトリウムやカリウム等)、アルカリ土類金属(例えば、カルシウム、ストロンチウム、バリウム等)、ベリリウム、またはマグネシウムを用いてもよい。 When the carrier ion is an alkali metal ion other than lithium ion, alkaline earth metal ion, beryllium ion, or magnesium ion, an alkali metal (for example, sodium or potassium) is used instead of lithium in the lithium salt as an electrolyte. Etc.), alkaline earth metals (eg, calcium, strontium, barium, etc.), beryllium, or magnesium may be used.

また、電解液の溶媒としては、キャリアイオンの移送が可能な材料を用いる。電解液の溶媒としては、非プロトン性有機溶媒が好ましい。非プロトン性有機溶媒の代表例としては、エチレンカーボネート(EC)、プロピレンカーボネート、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート(DEC)、γーブチロラクトン、アセトニトリル、ジメトキシエタン、テトラヒドロフラン等があり、これらの一つまたは複数を用いることができる。また、電解液の溶媒としてゲル化される高分子材料を用いることで、漏液性を含めた安全性が高まる。また、蓄電池の薄型化及び軽量化が可能である。ゲル化される高分子材料の代表例としては、シリコーンゲル、アクリルゲル、アクリロニトリルゲル、ポリエチレンオキサイド、ポリプロピレンオキサイド、フッ素系ポリマー等がある。また、電解液の溶媒として、難燃性及び難揮発性であるイオン液体(常温溶融塩)を一つまたは複数用いることで、蓄電池の内部短絡や、過充電等によって内部温度が上昇しても、蓄電池の破裂や発火などを防ぐことができる。 In addition, as a solvent for the electrolytic solution, a material capable of transferring carrier ions is used. As a solvent for the electrolytic solution, an aprotic organic solvent is preferable. Representative examples of aprotic organic solvents include ethylene carbonate (EC), propylene carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate (DEC), γ-butyrolactone, acetonitrile, dimethoxyethane, tetrahydrofuran, etc. Can be used. Moreover, the safety | security including a liquid-leakage property increases by using the polymeric material gelatinized as a solvent of electrolyte solution. Further, the storage battery can be made thinner and lighter. Typical examples of the polymer material to be gelated include silicone gel, acrylic gel, acrylonitrile gel, polyethylene oxide, polypropylene oxide, and fluorine-based polymer. In addition, by using one or more ionic liquids (room temperature molten salts) that are flame retardant and volatile as an electrolyte solvent, even if the internal temperature rises due to internal short circuit or overcharge of the storage battery, etc. This can prevent the battery from bursting or igniting.

また、電解液の代わりに、硫化物系や酸化物系等の無機物材料を有する固体電解質や、PEO(ポリエチレンオキシド)系等の高分子材料を有する固体電解質を用いることができる。固体電解質を用いる場合には、セパレータやスペーサの設置が不要となる。また、電池全体を固体化できるため、漏液のおそれがなくなり安全性が飛躍的に向上する。 In place of the electrolytic solution, a solid electrolyte having an inorganic material such as sulfide or oxide, or a solid electrolyte having a polymer material such as PEO (polyethylene oxide) can be used. When a solid electrolyte is used, it is not necessary to install a separator or a spacer. Further, since the entire battery can be solidified, there is no risk of leakage and the safety is greatly improved.

《3.セパレータ》
セパレータ408は、セルロース(紙)、または空孔が設けられたポリプロピレン、ポリエチレン等の絶縁体を用いることができる。
<< 3. Separator >>
As the separator 408, cellulose (paper) or an insulator such as polypropylene or polyethylene provided with pores can be used.

なお、本実施の形態は、本明細書で示す他の実施の形態と適宜組み合わせることができる。 Note that this embodiment can be combined with any of the other embodiments described in this specification as appropriate.

(実施の形態2)
本実施の形態では、反応生成物がリチウムの析出物である例について以下に説明する。
(Embodiment 2)
In this embodiment, an example in which the reaction product is a lithium precipitate will be described below.

図6(A)に示すように、リチウムイオン二次電池の充電では、キャリアイオンであるリチウムイオンが正極800における正極集電体801上の正極活物質802から脱離し、負極803における負極集電体804上の負極活物質805に移動する。即ち、充電時の電流方向が図6(A)中の矢印820である。そしてリチウムイオンは、負極活物質に挿入され、リチウムイオンが挿入された負極活物質821となる(図6(B)参照)。 As shown in FIG. 6A, in charging of the lithium ion secondary battery, lithium ions as carrier ions are desorbed from the positive electrode active material 802 on the positive electrode current collector 801 in the positive electrode 800, and the negative electrode current collection in the negative electrode 803 is performed. It moves to the negative electrode active material 805 on the body 804. That is, the current direction during charging is an arrow 820 in FIG. Then, lithium ions are inserted into the negative electrode active material to be the negative electrode active material 821 in which lithium ions are inserted (see FIG. 6B).

リン酸鉄リチウムを正極として用い、黒鉛(グラファイト)を負極として用いる場合、充電にともないLiイオンがLiFePOから放出されて黒鉛の層間に挿入される。また、Liイオンが放電に伴い黒鉛の層間から放出されてFePOと反応する。 When lithium iron phosphate is used as the positive electrode and graphite (graphite) is used as the negative electrode, Li + ions are released from LiFePO 4 and inserted between the graphite layers as the battery is charged. Further, Li + ions are released from the graphite layer with discharge and react with FePO 4 .

しかし、負極の許容できる電流値を超えている場合には、図6(C)に示すように、負極活物質805の表面にリチウム806が析出した異常状態となる。図6(C)では、模式的に表面にリチウム806が均一に形成されている図を示しているが、実際は不均一に析出する。 However, when it exceeds the allowable current value of the negative electrode, an abnormal state in which lithium 806 is deposited on the surface of the negative electrode active material 805 is obtained as shown in FIG. FIG. 6C schematically shows a diagram in which lithium 806 is uniformly formed on the surface, but in actuality, it is deposited unevenly.

負極活物質805の表面にリチウムが析出した場合、図7(A)に示すように、リチウム806は不均一に析出する。このため、図7(B)に示すように、リチウムの析出はデンドライト808になりやすい。形成されたデンドライトは、正極と負極とを短絡させるおそれがあり、その場合には蓄電装置を発火させる等の危険性を有する。また、析出したリチウムが剥離した場合、剥離したリチウム807の分だけリチウムを損失することになるため、電池の容量が低下する。 When lithium is deposited on the surface of the negative electrode active material 805, lithium 806 is deposited nonuniformly as shown in FIG. For this reason, as shown in FIG. 7B, precipitation of lithium tends to be dendrite 808. The formed dendrite may cause a short circuit between the positive electrode and the negative electrode, and in that case, there is a risk of igniting the power storage device. Further, when the deposited lithium peels, the lithium is lost by the amount of the peeled lithium 807, so that the capacity of the battery is reduced.

図6(C)または、図7(A)、図7(B)に示す状態となっても、充電の電流方向とは逆方向の電流が流れるような信号として逆パルスの電圧を印加すると析出したリチウム806やデンドライト808を溶去することができ、正常な状態に戻すことができる。 Even in the state shown in FIG. 6C, FIG. 7A, or FIG. 7B, when a reverse pulse voltage is applied as a signal in which a current in a direction opposite to the current direction of charging flows, deposition occurs. The lithium 806 and the dendrite 808 that have been removed can be melted and returned to a normal state.

また、上記式で示すように、負極と正極でのリチウムの脱離反応とリチウムの挿入反応とが全て同じであれば理想的である。具体的には、負極の体積容量を1とした場合に正極の体積容量が1(100%)であると理想的である。しかし、一般には容量比が100%に近ければ近いほど容量減少や異常な挙動が生じやすいため、正極の体積容量に対して負極の体積容量を大きく設けている。 Also, as shown by the above formula, it is ideal if the lithium elimination reaction and the lithium insertion reaction at the negative electrode and the positive electrode are all the same. Specifically, when the volume capacity of the negative electrode is 1, it is ideal that the volume capacity of the positive electrode is 1 (100%). However, in general, the closer the capacity ratio is to 100%, the easier the capacity reduction and abnormal behavior occur, so the volume capacity of the negative electrode is set larger than the volume capacity of the positive electrode.

なお、図6において、一つの黒鉛のサイズは9μm以上30μmであり、黒鉛の層は50μm以上100μmの厚さである。また、一つのリン酸鉄リチウムのサイズは50nm以上200nm以下であり、リン酸鉄リチウムの層は60μm以上110μm以下である。 In FIG. 6, the size of one graphite is 9 μm or more and 30 μm, and the graphite layer has a thickness of 50 μm or more and 100 μm. The size of one lithium iron phosphate is 50 nm or more and 200 nm or less, and the layer of lithium iron phosphate is 60 μm or more and 110 μm or less.

充電の電流方向とは逆方向の電流が流れるような信号として逆パルスの電圧を印加すると、容量比が60%、さらには85%と、100%に近づけても容量減少や異常な挙動を生じなくすることができる。このことは、リチウム析出に伴う異常な挙動が抑えられているといえる。また、容量比を100%に近づけることが可能となるため、セル体積あたりの容量を大きく改善させることができる。即ち、充電中に充電の電流方向とは逆方向の電流が流れるような信号を印加することによって、バッテリーの劣化を防止、または劣化を回復させて信頼性を向上させることに加えて、バッテリーの小型化を図ることもできる。また、バッテリーの急速充放電も可能となる。 When a reverse pulse voltage is applied as a signal that causes a current in the direction opposite to the charge current to flow, the capacity ratio is 60%, or even 85%, causing capacity reduction or abnormal behavior even when approaching 100%. Can be eliminated. This can be said that the abnormal behavior accompanying lithium deposition is suppressed. Further, since the capacity ratio can be close to 100%, the capacity per cell volume can be greatly improved. That is, by applying a signal that causes a current in the direction opposite to the charging current direction to flow during charging, in addition to preventing or recovering the deterioration of the battery, the reliability of the battery is improved. Miniaturization can also be achieved. In addition, the battery can be rapidly charged and discharged.

また、本実施の形態は、他の実施の形態と自由に組み合わせることができる。 Further, this embodiment can be freely combined with any of the other embodiments.

(実施の形態3)
次に、非水系二次電池の構造について、図8及び図9を用いて説明する。
(Embodiment 3)
Next, the structure of the nonaqueous secondary battery will be described with reference to FIGS.

図8(A)は、コイン型(単層偏平型)のリチウムイオン二次電池の外観図であり、部分的にその断面構造を併せて示した図である。 FIG. 8A is an external view of a coin-type (single-layer flat type) lithium ion secondary battery, and is a diagram partially showing a cross-sectional structure thereof.

コイン型の二次電池950は、正極端子を兼ねた正極缶951と負極端子を兼ねた負極缶952とが、ポリプロピレン等で形成されたガスケット953で絶縁シールされている。正極954は、正極集電体955と、これと接するように設けられた正極活物質層956により形成される。また、負極957は、負極集電体958と、これに接するように設けられた負極活物質層959により形成される。正極活物質層956と負極活物質層959との間には、セパレータ960と、電解液(図示せず)とを有する。 In the coin-type secondary battery 950, a positive electrode can 951 that also functions as a positive electrode terminal and a negative electrode can 952 that also functions as a negative electrode terminal are insulated and sealed with a gasket 953 formed of polypropylene or the like. The positive electrode 954 is formed by a positive electrode current collector 955 and a positive electrode active material layer 956 provided so as to be in contact therewith. The negative electrode 957 is formed of a negative electrode current collector 958 and a negative electrode active material layer 959 provided so as to be in contact therewith. A separator 960 and an electrolytic solution (not shown) are provided between the positive electrode active material layer 956 and the negative electrode active material layer 959.

負極957は負極集電体958上に負極活物質層959を有し、正極954は正極集電体955上に正極活物質層956を有する。 The negative electrode 957 includes a negative electrode active material layer 959 over a negative electrode current collector 958, and the positive electrode 954 includes a positive electrode active material layer 956 over a positive electrode current collector 955.

正極954、負極957、セパレータ960、電解液には、それぞれ上述した部材を用いることができる。 For the positive electrode 954, the negative electrode 957, the separator 960, and the electrolytic solution, the above-described members can be used.

正極缶951、負極缶952には、耐腐食性のあるニッケル、アルミニウム、チタン等の金属、又はこれらの合金やこれらと他の金属との合金(例えば、ステンレス鋼等)を用いることができる。特に、二次電池の充放電によって生じる電解液による腐食を防ぐため、ニッケル等を腐食性金属にめっきすることが好ましい。正極缶951は正極954と、負極缶952は負極957とそれぞれ電気的に接続する。 For the positive electrode can 951 and the negative electrode can 952, a metal such as nickel, aluminum, or titanium having corrosion resistance, or an alloy thereof or an alloy of these with another metal (for example, stainless steel) can be used. In particular, nickel or the like is preferably plated on a corrosive metal in order to prevent corrosion due to the electrolytic solution caused by charging and discharging of the secondary battery. The positive electrode can 951 and the negative electrode can 952 are electrically connected to the positive electrode 954 and the negative electrode 957, respectively.

これら負極957、正極954及びセパレータ960を電解液に含浸させ、図8(A)に示すように、正極缶951を下にして正極954、セパレータ960、負極957、負極缶952をこの順で積層し、正極缶951と負極缶952とをガスケット953を介して圧着してコイン型の二次電池950を製造する。 The negative electrode 957, the positive electrode 954, and the separator 960 are impregnated with an electrolytic solution, and the positive electrode 954, the separator 960, the negative electrode 957, and the negative electrode can 952 are stacked in this order with the positive electrode can 951 facing down, as shown in FIG. Then, the positive electrode can 951 and the negative electrode can 952 are pressure-bonded via a gasket 953 to manufacture a coin-type secondary battery 950.

次に、ラミネート型の二次電池の一例について、図8(B)を参照して説明する。図8(B)では、説明の便宜上、部分的にその内部構造を露出して記載している。 Next, an example of a laminate-type secondary battery is described with reference to FIG. In FIG. 8B, for convenience of explanation, the internal structure is partially exposed.

図8(B)に示すラミネート型の二次電池970は、正極集電体971及び正極活物質層972を有する正極973と、負極集電体974及び負極活物質層975を有する負極976と、セパレータ977と、電解液(図示せず)と、外装体978と、を有する。外装体978内に設けられた正極973と負極976との間にセパレータ977が設置されている。また、外装体978内は、電解液で満たされている。なお、図8(B)においては、正極973、負極976、セパレータ977をそれぞれ一枚ずつ用いているが、これらを交互に積層した積層型の二次電池としてもよい。 A laminated secondary battery 970 illustrated in FIG. 8B includes a positive electrode 973 including a positive electrode current collector 971 and a positive electrode active material layer 972, a negative electrode 976 including a negative electrode current collector 974 and a negative electrode active material layer 975, A separator 977, an electrolytic solution (not shown), and an exterior body 978 are included. A separator 977 is provided between a positive electrode 973 and a negative electrode 976 provided in the exterior body 978. The exterior body 978 is filled with an electrolytic solution. Note that in FIG. 8B, one each of the positive electrode 973, the negative electrode 976, and the separator 977 are used; however, a stacked secondary battery in which these are alternately stacked may be used.

正極、負極、セパレータ、電解液(電解質及び溶媒)には、それぞれ上述した部材を用いることができる。 The above-described members can be used for the positive electrode, the negative electrode, the separator, and the electrolyte solution (electrolyte and solvent), respectively.

図8(B)に示すラミネート型の二次電池970において、正極集電体971及び負極集電体974は、外部との電気的接触を得る端子(タブ)の役割も兼ねている。そのため、正極集電体971及び負極集電体974の一部は、外装体978から外側に露出するように配置される。 In the laminate-type secondary battery 970 illustrated in FIG. 8B, the positive electrode current collector 971 and the negative electrode current collector 974 also serve as terminals (tabs) for obtaining electrical contact with the outside. Therefore, part of the positive electrode current collector 971 and the negative electrode current collector 974 is disposed so as to be exposed to the outside from the exterior body 978.

ラミネート型の二次電池970において、外装体978には、例えばポリエチレン、ポリプロピレン、ポリカーボネート、アイオノマー、ポリアミド等の材料からなる内面の上に、アルミニウム、ステンレス、銅、ニッケル等の可撓性に優れた金属薄膜を設け、さらに該金属薄膜上に外装体の外面としてポリアミド系樹脂、ポリエステル系樹脂等の絶縁性合成樹脂膜を設けた三層構造のラミネートフィルムを用いることができる。このような三層構造とすることで、電解液や気体の透過を遮断するとともに、絶縁性を確保し、併せて耐電解液性を有する。 In the laminate-type secondary battery 970, the exterior body 978 is excellent in flexibility such as aluminum, stainless steel, copper, nickel on the inner surface made of a material such as polyethylene, polypropylene, polycarbonate, ionomer, and polyamide. A laminate film having a three-layer structure in which a metal thin film is provided and an insulating synthetic resin film such as a polyamide resin or a polyester resin is provided on the metal thin film as an outer surface of the outer package can be used. By setting it as such a three-layer structure, while permeating | transmitting electrolyte solution and gas, the insulation is ensured and it has electrolyte solution resistance collectively.

次に、円筒型の二次電池の一例について、図9を参照して説明する。円筒型の二次電池980は図9(A)に示すように、上面に正極キャップ(電池蓋)981を有し、側面及び底面に電池缶(外装缶)982を有している。これら正極キャップと電池缶(外装缶)982とは、ガスケット(絶縁パッキン)990によって絶縁されている。 Next, an example of a cylindrical secondary battery will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 9A, the cylindrical secondary battery 980 has a positive electrode cap (battery cover) 981 on the top surface and a battery can (outer can) 982 on the side surface and the bottom surface. These positive electrode cap and battery can (outer can) 982 are insulated by a gasket (insulating packing) 990.

図9(B)は、円筒型の二次電池の断面を模式的に示した図である。中空円柱状の電池缶982の内側には、帯状の正極984と負極986とがセパレータ985を間に挟んで捲回された電池素子が設けられている。図示しないが、電池素子はセンターピンを中心に捲回されている。電池缶982は、一端が閉じられ、他端が開いている。 FIG. 9B is a diagram schematically illustrating a cross section of a cylindrical secondary battery. Inside the hollow cylindrical battery can 982, a battery element in which a strip-like positive electrode 984 and a negative electrode 986 are wound with a separator 985 interposed therebetween is provided. Although not shown, the battery element is wound around a center pin. The battery can 982 has one end closed and the other end open.

正極984、負極986、セパレータ985には、上述した部材を用いることができる。 The above-described members can be used for the positive electrode 984, the negative electrode 986, and the separator 985.

電池缶982には、耐腐食性のあるステンレス鋼やニッケル、アルミニウム、チタン等の金属、又はこれらの合金やこれらと他の金属との合金を用いることができる。特に、二次電池の充放電によって生じる電解液による腐食を防ぐため、ニッケル等を腐食性金属にめっきすることが好ましい。電池缶982の内側において、正極、負極及びセパレータが捲回された電池素子は、対向する一対の絶縁板988、989により挟まれている。 For the battery can 982, a corrosion-resistant stainless steel, a metal such as nickel, aluminum, or titanium, an alloy thereof, or an alloy of these with another metal can be used. In particular, nickel or the like is preferably plated on a corrosive metal in order to prevent corrosion due to the electrolytic solution caused by charging and discharging of the secondary battery. Inside the battery can 982, the battery element in which the positive electrode, the negative electrode, and the separator are wound is sandwiched between a pair of insulating plates 988 and 989 facing each other.

また、電池素子が設けられた電池缶982の内部は、電解液(図示せず)が注入されている。電解液には、上述した電解質及び溶媒を用いることができる。 In addition, an electrolytic solution (not shown) is injected into the inside of the battery can 982 provided with the battery element. The electrolyte and the solvent described above can be used for the electrolytic solution.

円筒型の二次電池に用いる正極984及び負極986は捲回するため、集電体の両面に活物質層を形成する。正極984には正極端子(正極集電リード)983が接続され、負極986には負極端子(負極集電リード)987が接続される。正極端子983及び負極端子987は、ともにアルミニウムなどの金属材料を用いることができる。正極端子983は安全弁機構992に、負極端子987は電池缶982の底にそれぞれ抵抗溶接される。安全弁機構992は、PTC(Positive Temperature Coefficient)素子を介して正極キャップ981と電気的に接続されている。安全弁機構992は電池の内圧の上昇が所定の閾値を超えた場合に、正極キャップ981と正極984との電気的な接続を切断するものである。また、PTC素子991は温度が上昇した場合に抵抗が増大する熱感抵抗素子であり、抵抗の増大により電流量を制限して異常発熱を防止するものである。PTC素子には、チタン酸バリウム(BaTiO)系半導体セラミックス等を用いることができる。 Since the positive electrode 984 and the negative electrode 986 used for the cylindrical secondary battery are wound, active material layers are formed on both surfaces of the current collector. A positive electrode terminal (positive electrode current collecting lead) 983 is connected to the positive electrode 984, and a negative electrode terminal (negative electrode current collecting lead) 987 is connected to the negative electrode 986. Both the positive electrode terminal 983 and the negative electrode terminal 987 can be formed using a metal material such as aluminum. The positive terminal 983 is resistance-welded to the safety valve mechanism 992, and the negative terminal 987 is resistance-welded to the bottom of the battery can 982. The safety valve mechanism 992 is electrically connected to the positive electrode cap 981 via a PTC (Positive Temperature Coefficient) element. The safety valve mechanism 992 disconnects the electrical connection between the positive electrode cap 981 and the positive electrode 984 when the increase in the internal pressure of the battery exceeds a predetermined threshold value. The PTC element 991 is a heat-sensitive resistance element whose resistance increases when the temperature rises, and limits the amount of current by increasing the resistance to prevent abnormal heat generation. For the PTC element, barium titanate (BaTiO 3 ) -based semiconductor ceramics or the like can be used.

次に、角型の二次電池の一例について、図8(C)を参照して説明する。図8(C)に示す捲回体933は、負極994と、正極995と、セパレータ996と、を有する。捲回体933は、セパレータ996を挟んで負極994と、正極995とが重なり合って積層され、該積層シートを捲回したものである。この捲回体933を角型の封止缶などで覆うことにより角型の二次電池が形成される。なお、負極994、正極995及びセパレータ996からなる積層の積層数は、必要な容量と素子体積に応じて適宜設計すればよい。 Next, an example of a square secondary battery will be described with reference to FIG. A wound body 933 illustrated in FIG. 8C includes a negative electrode 994, a positive electrode 995, and a separator 996. The wound body 933 is obtained by winding the laminated sheet by stacking the negative electrode 994 and the positive electrode 995 with the separator 996 interposed therebetween. A rectangular secondary battery is formed by covering the wound body 933 with a rectangular sealing can or the like. Note that the number of stacked layers including the negative electrode 994, the positive electrode 995, and the separator 996 may be appropriately designed according to the required capacity and element volume.

円筒型の二次電池と同様に、負極994は端子997及び端子998の一方を介して負極タブ(図示せず)に接続され、正極995は端子997及び端子998の他方を介して正極タブ(図示せず)に接続される。その他、安全弁機構等の周辺構造は、円筒型の二次電池に準ずる。 Similarly to the cylindrical secondary battery, the negative electrode 994 is connected to a negative electrode tab (not shown) via one of a terminal 997 and a terminal 998, and the positive electrode 995 is connected to a positive electrode tab (not shown) via the other of the terminal 997 and the terminal 998. (Not shown). In addition, the peripheral structure such as the safety valve mechanism conforms to the cylindrical secondary battery.

以上のように二次電池として、コイン型、ラミネート型、円筒型及び角型の二次電池を示したが、その他様々な形状の二次電池を用いることができる。また、正極と負極とセパレータとが複数積層された構造や、正極と負極とセパレータとが捲回された構造であってもよい。 As described above, coin-type, laminate-type, cylindrical-type, and square-type secondary batteries are shown as the secondary battery, but secondary batteries having various other shapes can be used. Alternatively, a structure in which a plurality of positive electrodes, negative electrodes, and separators are stacked, or a structure in which positive electrodes, negative electrodes, and separators are wound may be employed.

次に、蓄電装置の一例であるリチウムイオンキャパシタについて説明する。 Next, a lithium ion capacitor which is an example of a power storage device will be described.

リチウムイオンキャパシタは、電気二重層キャパシタ(EDLC。Electric Double Layer Capacitorの略)の正極に、炭素材料を用いたリチウムイオン二次電池の負極を組み合わせたハイブリッドキャパシタであり、正極と負極の蓄電原理が異なる非対称キャパシタである。正極が電気二重層を形成し物理的作用により充放電を行うのに対して、負極はリチウムの化学的作用により充放電を行う。この負極活物質である炭素材料等に予めリチウムを吸蔵させた負極を用いることで、従来の負極に活性炭を用いた電気二重層キャパシタに比べ、エネルギー密度を飛躍的に向上させている。 A lithium ion capacitor is a hybrid capacitor in which the negative electrode of a lithium ion secondary battery using a carbon material is combined with the positive electrode of an electric double layer capacitor (EDLC, an abbreviation of Electric Double Layer Capacitor). Different asymmetric capacitors. The positive electrode forms an electric double layer and is charged and discharged by physical action, whereas the negative electrode is charged and discharged by lithium chemical action. By using a negative electrode in which lithium is previously occluded in the carbon material or the like as the negative electrode active material, the energy density is drastically improved as compared with a conventional electric double layer capacitor using activated carbon for the negative electrode.

リチウムイオンキャパシタは、リチウムイオン二次電池の正極活物質層に代えて、リチウムイオン及びアニオンの少なくとも一つを可逆的に担持することができる材料を用いればよい。このような材料として、例えば活性炭、導電性高分子、ポリアセン系有機半導体(PAS。PolyAcenic Semiconductorの略)等が挙げられる。 The lithium ion capacitor may be made of a material that can reversibly carry at least one of lithium ions and anions instead of the positive electrode active material layer of the lithium ion secondary battery. Examples of such a material include activated carbon, a conductive polymer, and a polyacene-based organic semiconductor (PAS, which is an abbreviation for PolyAcetic Semiconductor).

リチウムイオンキャパシタは、充放電の効率が高く、急速充放電が可能であり、繰り返し利用による寿命も長い。 Lithium ion capacitors have high charge / discharge efficiency, can be rapidly charged / discharged, and have a long life due to repeated use.

このようなリチウムイオンキャパシタを、本発明の一態様に係る蓄電装置に用いることができる。これにより不可逆容量の発生を抑制し、サイクル特性を向上させた蓄電装置を作製することができる。 Such a lithium ion capacitor can be used for the power storage device according to one embodiment of the present invention. Accordingly, it is possible to manufacture a power storage device in which generation of irreversible capacity is suppressed and cycle characteristics are improved.

図10(A)及び(B)に示す蓄電装置6600は、電池缶6604の内部に上述した捲回体6601を収納したものである。捲回体6601は、端子6602及び端子6603を有し、電池缶6604の内部で電解液に含浸される。端子6603は電池缶6604に接し、端子6602は、絶縁材などを用いることにより電池缶6604から絶縁する構成としてもよい。電池缶6604は、例えばアルミニウムなどの金属材料や樹脂材料を用いることができる。 A power storage device 6600 illustrated in FIGS. 10A and 10B includes the above-described wound body 6601 stored in a battery can 6604. The wound body 6601 has a terminal 6602 and a terminal 6603, and is impregnated with an electrolytic solution inside the battery can 6604. The terminal 6603 may be in contact with the battery can 6604, and the terminal 6602 may be insulated from the battery can 6604 by using an insulating material or the like. For the battery can 6604, for example, a metal material such as aluminum or a resin material can be used.

本実施の形態は、他の実施の形態と自由に組み合わせることができる。具体的には、本実施の形態で得られる蓄電装置に反応生成物が形成される電流方向とは逆方向に電流が流れるような信号(逆パルスの電圧)を加えることで反応生成物を溶去することでバッテリーの劣化を防止、または劣化を回復させるとともに、バッテリーの充放電性能を最大限に引き出し、バッテリーの充放電性能を長時間維持する。また、本実施の形態で得られる蓄電装置に反応生成物が形成される電流方向とは逆方向に電流が流れるような信号(逆パルスの電圧)を加えることでバッテリーの製造時には問題なく充放電でき、良品として出荷しても、その後、何らかの原因により、急にバッテリーとして機能しなくなってしまう不良品をなくすことができる。 This embodiment can be freely combined with any of the other embodiments. Specifically, the reaction product is dissolved by applying a signal (reverse pulse voltage) that causes a current to flow in a direction opposite to the direction in which the reaction product is formed in the power storage device obtained in this embodiment. By removing the battery, the deterioration of the battery is prevented or recovered, and the charging / discharging performance of the battery is maximized to maintain the charging / discharging performance of the battery for a long time. In addition, charging and discharging can be performed without any problem during battery production by applying a signal (reverse pulse voltage) that causes a current to flow in the direction opposite to the direction in which the reaction product is formed in the power storage device obtained in this embodiment. Even if shipped as a non-defective product, it is possible to eliminate defective products that suddenly stop functioning as a battery for some reason.

(実施の形態4)
本発明の一態様に係る蓄電装置は、様々な電気機器の電源として用いることができる。また、本実施の形態で得られる蓄電装置に反応生成物が形成される電流方向とは逆方向に電流が流れるような信号(逆パルスの電圧)を加えることでメンテナンスフリーのバッテリーを実現することもできる。
(Embodiment 4)
The power storage device according to one embodiment of the present invention can be used as a power source for various electric appliances. In addition, a maintenance-free battery can be realized by applying a signal (reverse pulse voltage) that causes a current to flow in a direction opposite to the direction in which the reaction product is formed in the power storage device obtained in this embodiment. You can also.

ここで電気機器とは、電気の力によって作用する部分を含む工業製品をいう。電気機器は、家電等の民生用に限られず、業務用、産業用、軍事用等、種々の用途のものを広くこの範疇とする。本発明の一態様に係る蓄電装置を用いた電気機器としては、例えば、テレビやモニタ等の表示装置、照明装置、デスクトップ型やノート型等のパーソナルコンピュータ、ワードプロセッサ、DVD(Digital Versatile Disc)などの記録媒体に記憶された静止画又は動画を再生する画像再生装置、CD(Compact Disc)プレーヤやデジタルオーディオプレーヤ等の携帯型又は据置型の音響再生機器、携帯型又は据置型のラジオ受信機、テープレコーダやICレコーダ(ボイスレコーダ)等の録音再生機器、ヘッドホンステレオ、ステレオ、リモートコントローラ、置き時計や壁掛け時計等の時計、コードレス電話子機、トランシーバ、携帯無線機、携帯電話機、自動車電話、携帯型又は据置型のゲーム機、歩数計、電卓、携帯情報端末、電子手帳、電子書籍、電子翻訳機、マイクロフォン等の音声入力機器、スチルカメラやビデオカメラ等の写真機、玩具、電気シェーバ、電動歯ブラシ、電子レンジ等の高周波加熱装置、電気炊飯器、電気洗濯機、電気掃除機、温水器、扇風機、毛髪乾燥機、加湿器や除湿器やエアコンディショナ等の空気調和設備、食器洗い器、食器乾燥器、衣類乾燥器、布団乾燥器、電気冷蔵庫、電気冷凍庫、電気冷凍冷蔵庫、DNA保存用冷凍庫、懐中電灯、電動工具、煙感知器、補聴器、心臓ペースメーカ、携帯型X線撮影装置、放射線測定器、電気マッサージ器や透析装置等の健康機器や医療機器などが挙げられる。さらに、誘導灯、信号機、ガスメータや水道メータ等の計量器、ベルトコンベア、エレベータ、エスカレータ、自動販売機、自動券売機、現金自動支払機(CD。Cash Dispenserの略)や現金自動預金支払機(ATM。AutoMated Teller Machineの略)、デジタルサイネージ(電子看板)、産業用ロボット、無線用中継局、携帯電話の基地局、電力貯蔵システム、電力の平準化やスマートグリッドのための蓄電装置等の産業機器が挙げられる。 Here, the electric device refers to an industrial product including a portion that acts by an electric force. Electric appliances are not limited to consumer use such as home appliances, but are widely used in various categories such as business use, industrial use, and military use. Examples of electric appliances using the power storage device according to one embodiment of the present invention include display devices such as a television and a monitor, lighting devices, desktop computers, laptop computers, and other personal computers, word processors, DVDs (Digital Versatile Discs), and the like. Image reproducing device for reproducing still images or moving images stored in a recording medium, portable or stationary sound reproducing device such as CD (Compact Disc) player and digital audio player, portable or stationary radio receiver, tape Recording / playback equipment such as recorders and IC recorders (voice recorders), headphone stereos, stereos, remote controllers, clocks such as table clocks and wall clocks, cordless telephone handsets, transceivers, portable radios, mobile phones, car phones, portable or Stationary game console, High-frequency heating such as meters, calculators, personal digital assistants, electronic notebooks, electronic books, electronic translators, microphones and other voice input devices, still cameras and video cameras, video cameras, toys, electric shavers, electric toothbrushes, microwave ovens, etc. Equipment, electric rice cooker, electric washing machine, electric vacuum cleaner, water heater, electric fan, hair dryer, air conditioning equipment such as humidifier, dehumidifier and air conditioner, dishwasher, dish dryer, clothes dryer, futon Dryer, electric refrigerator, electric freezer, electric refrigerator-freezer, DNA storage freezer, flashlight, electric tool, smoke detector, hearing aid, cardiac pacemaker, portable X-ray imaging device, radiation measuring device, electric massager and dialysis device Such as health equipment and medical equipment. Furthermore, weighers such as guide lights, traffic lights, gas meters and water meters, belt conveyors, elevators, escalators, vending machines, automatic ticket vending machines, cash dispensers (CDs), cash dispensers ( ATM (abbreviation of AutoMated Teller Machine), digital signage (electronic signage), industrial robots, wireless relay stations, mobile phone base stations, power storage systems, power storage systems for power leveling and smart grid, etc. Equipment.

なお、上記電気機器は、消費電力のほぼ全てを賄うための主電源として、本発明の一態様に係る蓄電装置を用いることができる。また、上記電気機器は、主電源や商用電源からの電力の供給が停止した場合に、電気機器への電力の供給を行うことができる無停電電源として、本発明の一態様に係る蓄電装置を用いることができる。あるいは上記電気機器は、主電源や商用電源からの電気機器への電力の供給と並行して、電気機器への電力の供給を行うための補助電源として、本発明の一態様に係る蓄電装置を用いることができる。補助電源として、本発明の一態様に係る蓄電装置を用いる場合、本実施の形態で得られる蓄電装置に反応生成物が形成される電流方向とは逆方向に電流が流れるような信号(逆パルスの電圧)を加えることでメンテナンスフリーを実現することができ、定置型電源、または蓄電設備におけるメンテナンス費用や手間を省くことができる。定置型電源、または蓄電設備におけるメンテナンス費用は莫大であり、本実施の形態で得られる蓄電装置に反応生成物が形成される電流方向とは逆方向に電流が流れるような信号を加えることで大幅に維持費用を抑えることができる顕著な効果が得られる。 Note that the above electrical appliance can use the power storage device according to one embodiment of the present invention as a main power source for supplying almost all of the power consumption. In addition, the electrical device includes the power storage device according to one embodiment of the present invention as an uninterruptible power source that can supply power to the electrical device when the supply of power from the main power source or the commercial power source is stopped. Can be used. Alternatively, the electrical device includes the power storage device according to one embodiment of the present invention as an auxiliary power source for supplying power to the electrical device in parallel with the supply of power to the electrical device from the main power source or the commercial power source. Can be used. When the power storage device according to one embodiment of the present invention is used as an auxiliary power supply, a signal (reverse pulse) in which a current flows in a direction opposite to a current direction in which a reaction product is formed in the power storage device obtained in this embodiment Can be maintenance-free, and maintenance costs and labor for a stationary power source or a power storage facility can be saved. Maintenance costs for stationary power supplies or power storage facilities are enormous, and can be greatly increased by adding a signal that causes a current to flow in the direction opposite to the direction in which the reaction product is formed in the power storage device obtained in this embodiment. A significant effect can be obtained that can reduce the maintenance cost.

電気機器の一例として携帯情報端末の例について、図11を用いて説明する。 An example of a portable information terminal will be described with reference to FIGS.

図11(A)は、携帯情報端末8040の正面及び側面を示した斜視図である。携帯情報端末8040は、一例として、移動電話、電子メール、文章閲覧及び作成、音楽再生、インターネット通信、コンピュータゲーム等の種々のアプリケーションの実行が可能である。携帯情報端末8040は、筐体8041の正面に表示部8042、カメラ8045、マイクロフォン8046、スピーカ8047を有し、筐体8041の左側面には操作用のボタン8043、底面には接続端子8048を有する。 FIG. 11A is a perspective view illustrating a front surface and a side surface of the portable information terminal 8040. For example, the portable information terminal 8040 can execute various applications such as a mobile phone, electronic mail, text browsing and creation, music playback, Internet communication, and computer games. A portable information terminal 8040 includes a display portion 8042, a camera 8045, a microphone 8046, and a speaker 8047 on the front surface of the housing 8041, an operation button 8043 on the left side surface of the housing 8041, and a connection terminal 8048 on the bottom surface. .

表示部8042には、表示モジュール又は表示パネルが用いられる。表示モジュール又は表示パネルとして、有機発光素子(OLED)に代表される発光素子を各画素に備えた発光装置、液晶表示装置、電気泳動方式や電子粉流体方式等により表示を行う電子ペーパ、DMD(Digital Micromirror Device)、PDP(Plasma Display Panel)、FED(Field Emission Display)、PDP(Plasma Display Panel)、SED(Surface Conduction Electron−emitter Display)、LED(Light Emitting Diode)ディスプレイ、カーボンナノチューブディスプレイ、ナノ結晶ディスプレイ、量子ドットディスプレイ等が用いることができる。 A display module or a display panel is used for the display portion 8042. As a display module or a display panel, a light-emitting device, a liquid crystal display device, an electronic paper that performs display by an electrophoresis method, an electro-powder fluid method, or the like, a DMD (light emitting device represented by an organic light-emitting device (OLED)). Digital Micromirror Device), PDP (Plasma Display Panel), FED (Field Emission Display), PDP (Plasma Display Panel), SED (Surface Conduit Display), SED (Surface Conduit Display), SED (Surface Conduit Display), PED (Plasma Display Panel), PED (Plasma Display Panel) A display, a quantum dot display, or the like can be used.

図11(A)に示す携帯情報端末8040は、筐体8041に表示部8042を一つ設けた例であるが、これに限らず、表示部8042を携帯情報端末8040の背面に設けてもよいし、折り畳み型の携帯情報端末として、二以上の表示部を設けてもよい。 A portable information terminal 8040 illustrated in FIG. 11A is an example in which one display portion 8042 is provided in a housing 8041. However, the present invention is not limited to this, and the display portion 8042 may be provided on the back surface of the portable information terminal 8040. In addition, two or more display units may be provided as a foldable portable information terminal.

また、表示部8042には、指やスタイラス等の指示手段により情報の入力が可能なタッチパネルが入力手段として設けられている。これにより、表示部8042に表示されたアイコン8044を指示手段により簡単に操作することができる。また、タッチパネルの配置により携帯情報端末8040にキーボードを配置する領域が不要となるため、広い領域に表示部を配置することができる。また、指やスタイラスで情報の入力が可能となることから、ユーザフレンドリなインターフェースを実現することができる。タッチパネルとしては、抵抗膜方式、静電容量方式、赤外線方式、電磁誘導方式、表面弾性波方式等、種々の方式を採用することができるが、表示部8042は湾曲するものであるため、特に抵抗膜方式、静電容量方式を用いることが好ましい。また、このようなタッチパネルは、上述の表示モジュール又は表示パネルと一体として組み合わされた、いわゆるインセル方式のものであってもよい。 Further, the display portion 8042 is provided with a touch panel capable of inputting information by an instruction unit such as a finger or a stylus as an input unit. Accordingly, the icon 8044 displayed on the display unit 8042 can be easily operated by the instruction unit. In addition, since the area for arranging the keyboard on the portable information terminal 8040 is not necessary due to the arrangement of the touch panel, the display portion can be arranged in a wide area. In addition, since information can be input with a finger or a stylus, a user-friendly interface can be realized. As the touch panel, various methods such as a resistive film method, a capacitance method, an infrared method, an electromagnetic induction method, a surface acoustic wave method, and the like can be used. However, since the display portion 8042 is curved, it is particularly resistant. It is preferable to use a film system or a capacitance system. Further, such a touch panel may be a so-called in-cell type combined with the above-described display module or display panel.

また、タッチパネルは、イメージセンサとして機能させることができるものであってもよい。この場合、例えば、表示部8042に掌や指で触れ、掌紋、指紋等を撮像することで、本人認証を行うことができる。また、表示部8042に近赤外光を発光するバックライト又は近赤外光を発光するセンシング用光源を用いれば、指静脈、掌静脈などを撮像することもできる。 In addition, the touch panel may function as an image sensor. In this case, for example, personal authentication can be performed by touching the display unit 8042 with a palm or a finger and imaging a palm print, fingerprint, or the like. In addition, when a backlight that emits near-infrared light or a sensing light source that emits near-infrared light is used for the display portion 8042, finger veins, palm veins, and the like can be imaged.

また、表示部8042にタッチパネルを設けずにキーボードを設けてもよく、さらにタッチパネルとキーボードの双方を設けてもよい。 Further, a keyboard may be provided without providing the touch panel in the display portion 8042, and both the touch panel and the keyboard may be provided.

操作用のボタン8043には、用途に応じて様々な機能を持たせることができる。例えば、ボタン8043をホームボタンとし、ボタン8043を押すことで表示部8042にホーム画面を表示する構成としてもよい。また、ボタン8043を所定の時間押し続けることで、携帯情報端末8040の主電源をオフするようにしてもよい。また、スリープモードの状態に移行している場合、ボタン8043を押すことで、スリープモード状態から復帰させるようにしてもよい。その他、押し続ける期間や、他のボタンと同時に押す等により、種々の機能を起動させるスイッチとして用いることができる。 The operation button 8043 can have various functions depending on applications. For example, the button 8043 may be a home button, and the home screen may be displayed on the display unit 8042 by pressing the button 8043. Alternatively, the main power source of the portable information terminal 8040 may be turned off by continuously pressing the button 8043 for a predetermined time. Further, when the state is shifted to the sleep mode, the user may be caused to return from the sleep mode by pressing a button 8043. In addition, it can be used as a switch that activates various functions when the button is kept pressed or when it is pressed simultaneously with other buttons.

また、ボタン8043を音量調整ボタンやミュートボタンとし、音出力のためのスピーカ8047の音量の調整等を行う機能を持たせてもよい。スピーカ8047からは、オペレーティングシステム(OS)の起動音等特定の処理時に設定した音、音楽再生アプリケーションソフトからの音楽等各種アプリケーションにおいて実行される音ファイルによる音、電子メールの着信音等様々な音を出力する。なお、図示しないが、音出力をスピーカ8047とともに、あるいはスピーカ8047に替えてヘッドフォン、イヤフォン、ヘッドセット等の装置に音を出力するためのコネクタを設けてもよい。 Further, the button 8043 may be a volume adjustment button or a mute button, and may have a function of adjusting the volume of the speaker 8047 for sound output. From the speaker 8047, various sounds such as a sound set by a specific process such as an operating system (OS) startup sound, a sound by a sound file executed in various applications such as music from a music reproduction application software, an e-mail ringtone, etc. Is output. Although not shown, a connector for outputting sound to a device such as a headphone, an earphone, or a headset may be provided together with the speaker 8047 or instead of the speaker 8047.

このようにボタン8043には、種々の機能を与えることができる。図11(A)では、左側面にボタン8043を2つ設けた携帯情報端末8040を図示しているが、勿論、ボタン8043の数や配置位置等はこれに限定されず、適宜設計することができる。 As described above, the button 8043 can be provided with various functions. In FIG. 11A, a portable information terminal 8040 provided with two buttons 8043 on the left side is illustrated, but of course, the number and arrangement positions of the buttons 8043 are not limited thereto, and can be designed as appropriate. it can.

マイクロフォン8046は、音声入力や録音に用いることができる。また、カメラ8045により取得した画像を表示部8042に表示させることができる。 The microphone 8046 can be used for voice input and recording. In addition, an image acquired by the camera 8045 can be displayed on the display portion 8042.

携帯情報端末8040の操作には、上述した表示部8042に設けられたタッチパネルやボタン8043の他、カメラ8045や携帯情報端末8040に内蔵されたセンサ等を用いて使用者の動作(ジェスチャー)を認識させて操作を行うこともできる(ジェスチャー入力という)。あるいは、マイクロフォン8046を用いて、使用者の音声を認識させて操作を行うこともできる(音声入力という)。このように、人間の自然な振る舞いにより電気機器に入力を行うNUI(Natural User Interface)技術を実装することで、携帯情報端末8040の操作性をさらに向上させることができる。 For the operation of the portable information terminal 8040, in addition to the touch panel and the button 8043 provided in the display unit 8042 described above, the user's action (gesture) is recognized using a camera 8045, a sensor built in the portable information terminal 8040, or the like. It can also be operated (called gesture input). Alternatively, an operation can be performed by recognizing a user's voice using the microphone 8046 (referred to as voice input). As described above, the operability of the portable information terminal 8040 can be further improved by implementing the NUI (Natural User Interface) technology for inputting to the electric device by natural human behavior.

接続端子8048は、外部機器との通信や電力供給のための信号又は電力の入力端子である。例えば、携帯情報端末8040に外部メモリドライブするために、接続端子8048を用いることができる。外部メモリドライブとして、例えば外付けHDD(ハードディスクドライブ)やフラッシュメモリドライブ、DVD(Digital Versatile Disk)やDVD−R(DVD−Recordable)、DVD−RW(DVD−ReWritable)、CD(Compact Disc)、CD−R(Compact Disc Recordable)、CD−RW(Compact Disc ReWritable)、MO(Magnet Optical Disc)、FDD(Floppy Disk Drive)、又は他の不揮発性のソリッドステートドライブ(Solid State Drive:SSD)デバイスなどの記録メディアドライブが挙げられる。また、携帯情報端末8040は表示部8042上にタッチパネルを有しているが、これに替えて筐体8041上にキーボードを設けてもよく、またキーボードを外付けしてもよい。 The connection terminal 8048 is a signal or power input terminal for communication with an external device and power supply. For example, the connection terminal 8048 can be used to drive an external memory to the portable information terminal 8040. As an external memory drive, for example, an external HDD (hard disk drive), flash memory drive, DVD (Digital Versatile Disk), DVD-R (DVD-Recordable), DVD-RW (DVD-ReWriteable), CD (Compact Disc), CD -R (Compact Disc Recordable), CD-RW (Compact Disc Rewriteable), MO (Magnet Optical Disc), FDD (Floppy Disk Drive), or other non-volatile solid-state drive (SolidSdStStD) Recording media drive. Further, although the portable information terminal 8040 has a touch panel on the display portion 8042, a keyboard may be provided on the housing 8041 instead, or a keyboard may be externally attached.

図11(A)では、底面に接続端子8048を1つ設けた携帯情報端末8040を図示しているが、接続端子8048の数や配置位置等はこれに限定されず、適宜設計することができる。 FIG. 11A illustrates a portable information terminal 8040 provided with one connection terminal 8048 on the bottom surface; however, the number and arrangement positions of the connection terminals 8048 are not limited thereto, and can be designed as appropriate. .

図11(B)は、携帯情報端末8040の背面及び側面を示した斜視図である。携帯情報端末8040は、筐体8041の表面に太陽電池8049とカメラ8050を有し、また、充放電制御回路8051、蓄電装置8052、DCDCコンバータ8053等を有する。なお、図11(B)では充放電制御回路8051の一例として蓄電装置8052、DCDCコンバータ8053を有する構成について示しており、蓄電装置8052には、上記実施の形態で説明した本発明の一態様に係る蓄電装置を用いる。 FIG. 11B is a perspective view illustrating a back surface and a side surface of the portable information terminal 8040. A portable information terminal 8040 includes a solar cell 8049 and a camera 8050 on a surface of a housing 8041, and includes a charge / discharge control circuit 8051, a power storage device 8052, a DCDC converter 8053, and the like. Note that FIG. 11B illustrates a structure including the power storage device 8052 and the DCDC converter 8053 as an example of the charge and discharge control circuit 8051. The power storage device 8052 includes one embodiment of the present invention described in the above embodiment. Such a power storage device is used.

携帯情報端末8040の背面に装着された太陽電池8049によって、電力を表示部、タッチパネル、又は映像信号処理部等に供給することができる。なお、太陽電池8049は、筐体8041の片面又は両面に設けることができる。携帯情報端末8040に太陽電池8049を搭載させることで、屋外などの電力の供給手段がない場所においても、携帯情報端末8040の蓄電装置8052の充電を行うことができる。 Power can be supplied to a display portion, a touch panel, a video signal processing portion, or the like by a solar cell 8049 mounted on the back surface of the portable information terminal 8040. Note that the solar cell 8049 can be provided on one or both surfaces of the housing 8041. By mounting the solar battery 8049 on the portable information terminal 8040, the power storage device 8052 of the portable information terminal 8040 can be charged even in places where there is no power supply means such as outdoors.

また、太陽電池8049としては、単結晶シリコン、多結晶シリコン、微結晶シリコン、非晶質シリコン又はこれらの積層からなるシリコン系の太陽電池や、InGaAs系、GaAs系、CIS系、CuZnSnS、CdTe−CdS系の太陽電池、有機色素を用いた色素増感太陽電池、導電性ポリマーやフラーレン等を用いた有機薄膜太陽電池、pin構造におけるi層中にシリコン等による量子ドット構造を形成した量子ドット型太陽電池等を用いることができる。 As the solar cell 8049, a silicon-based solar cell made of single crystal silicon, polycrystalline silicon, microcrystalline silicon, amorphous silicon, or a laminate thereof, InGaAs-based, GaAs-based, CIS-based, Cu 2 ZnSnS 4 is used. , CdTe-CdS solar cells, dye-sensitized solar cells using organic dyes, organic thin-film solar cells using conductive polymers, fullerenes, etc., and quantum dot structures made of silicon or the like in the i layer of the pin structure A quantum dot solar cell or the like can be used.

ここで、図11(B)に示す充放電制御回路8051の構成、及び動作についての一例を、図11(C)に示すブロック図を用いて説明する。 Here, an example of a structure and operation of the charge / discharge control circuit 8051 illustrated in FIG. 11B is described with reference to a block diagram in FIG.

図11(C)には、太陽電池8049、蓄電装置8052、DCDCコンバータ8053、コンバータ8057、スイッチ8054、スイッチ8055、スイッチ8056、表示部8042について示しており、蓄電装置8052、DCDCコンバータ8053、コンバータ8057、スイッチ8054、スイッチ8055、スイッチ8056が、図11(B)に示す充放電制御回路8051に対応する箇所となる。 FIG. 11C illustrates the solar battery 8049, the power storage device 8052, the DCDC converter 8053, the converter 8057, the switch 8054, the switch 8055, the switch 8056, and the display portion 8042. The power storage device 8052, the DCDC converter 8053, and the converter 8057 are shown. The switch 8054, the switch 8055, and the switch 8056 are portions corresponding to the charge / discharge control circuit 8051 illustrated in FIG.

外光により太陽電池8049で発電した電力は、蓄電装置8052を充電するために必要な電圧とするために、DCDCコンバータ8053で昇圧又は降圧される。そして、表示部8042の動作に太陽電池8049からの電力が用いられる際には、スイッチ8054をオンにし、コンバータ8057で表示部8042に必要な電圧に昇圧又は降圧する。また、表示部8042での表示を行わない際には、スイッチ8054をオフにし、スイッチ8055をオンにして蓄電装置8052の充電を行う。 The power generated by the solar battery 8049 by external light is boosted or lowered by the DCDC converter 8053 in order to obtain a voltage necessary for charging the power storage device 8052. When power from the solar cell 8049 is used for the operation of the display portion 8042, the switch 8054 is turned on, and the converter 8057 boosts or lowers the voltage to a voltage necessary for the display portion 8042. When display on the display portion 8042 is not performed, the switch 8054 is turned off and the switch 8055 is turned on to charge the power storage device 8052.

なお、発電手段の一例として太陽電池8049を示したが、これに限定されず、圧電素子(ピエゾ素子)や熱電変換素子(ペルティエ素子)などの他の発電手段を用いて蓄電装置8052の充電を行ってもよい。また、携帯情報端末8040の蓄電装置8052への充電方法はこれに限られず、例えば上述した接続端子8048と電源とを接続して充電を行ってもよい。また、無線で電力を送受信して充電する非接触電力伝送モジュールを用いてもよく、以上の充電方法を組み合わせてもよい。 Note that although the solar battery 8049 is shown as an example of the power generation means, the invention is not limited thereto, and the power storage device 8052 is charged using another power generation means such as a piezoelectric element (piezo element) or a thermoelectric conversion element (Peltier element). You may go. Further, the method for charging the power storage device 8052 of the portable information terminal 8040 is not limited to this, and charging may be performed by connecting, for example, the connection terminal 8048 described above and a power source. Moreover, you may use the non-contact electric power transmission module which transmits / receives electric power wirelessly, and may combine the above charging method.

ここで、蓄電装置8052の充電状態(SOC。State Of Chargeの略)が、表示部8042の左上(破線枠内)に表示される。これにより、使用者は、蓄電装置8052の充電状態を把握することができ、これに応じて携帯情報端末8040を節電モードと選択することもできる。使用者が省電力モードを選択する場合には、例えば上述したボタン8043やアイコン8044を操作し、携帯情報端末8040に搭載される表示モジュール又は表示パネルや、CPU等の演算装置、メモリ等の構成部品を省電力モードに切り換えることができる。具体的には、これらの構成部品のそれぞれにおいて、任意の機能の使用頻度を低減し、停止させる。省電力モードでは、また、充電状態に応じて設定によって自動的に省電力モードに切り替わる構成とすることもできる。また、携帯情報端末8040に光センサ等の検出手段を設け、携帯情報端末8040の使用時における外光の光量を検出して表示輝度を最適化することで、蓄電装置8052の電力の消費を抑えることができる。 Here, the state of charge of the power storage device 8052 (SOC, an abbreviation for “State of Charge”) is displayed on the upper left of the display unit 8042 (in the broken line frame). Thereby, the user can grasp the state of charge of the power storage device 8052 and can select the portable information terminal 8040 as the power saving mode in accordance with this. When the user selects the power saving mode, for example, the above-described button 8043 or icon 8044 is operated to configure a display module or display panel mounted on the portable information terminal 8040, an arithmetic device such as a CPU, a memory, or the like. The part can be switched to the power saving mode. Specifically, in each of these components, the use frequency of an arbitrary function is reduced and stopped. In the power saving mode, it is also possible to adopt a configuration that automatically switches to the power saving mode by setting according to the state of charge. Further, the portable information terminal 8040 is provided with detection means such as an optical sensor, and the amount of external light when the portable information terminal 8040 is used is detected to optimize display luminance, thereby suppressing power consumption of the power storage device 8052. be able to.

また、太陽電池8049等による充電時には、図11(B)に示すように、表示部8042の左上(破線枠内)にそれを示す画像等の表示を行ってもよい。 Further, at the time of charging with the solar battery 8049 or the like, as shown in FIG. 11B, an image or the like indicating it may be displayed on the upper left of the display portion 8042 (in a broken line frame).

また、本発明の一態様に係る蓄電装置を具備していれば、図11に示した電気機器に限定されないことは言うまでもない。 Needless to say, the electronic device illustrated in FIG. 11 is not limited as long as the power storage device according to one embodiment of the present invention is included.

さらに、電気機器の一例として蓄電システムの例について、図12を用いて説明する。ここでは一例として家庭用の蓄電システムについて説明するが、これに限られず、業務用として又はその他の用途で用いることができる。 Further, an example of a power storage system as an example of electric devices will be described with reference to FIGS. Here, a household power storage system will be described as an example, but the present invention is not limited to this, and the power storage system can be used for business purposes or for other purposes.

図12(A)に示すように、蓄電システム8100は、系統電源8103と電気的に接続するためのプラグ8101を有する。また、蓄電システム8100は、家庭内に設けられた分電盤8104と電気的に接続する。 As shown in FIG. 12A, the power storage system 8100 includes a plug 8101 for electrically connecting to the system power supply 8103. In addition, the power storage system 8100 is electrically connected to a distribution board 8104 provided in the home.

また、蓄電システム8100は、動作状態等を示すための表示パネル等8102などを有していてもよい。表示パネルはタッチスクリーンを有していてもよい。また、表示パネルの他、主電源のオンオフを行うためのスイッチや蓄電システムの操作を行うためのスイッチ等を有していてもよい。 The power storage system 8100 may include a display panel 8102 and the like for indicating an operation state and the like. The display panel may have a touch screen. In addition to the display panel, a switch for turning on and off the main power supply, a switch for operating the power storage system, and the like may be provided.

なお、図示しないが、蓄電システム8100を操作するために、蓄電システム8100とは別に、例えば室内の壁に操作スイッチを設けてもよい。あるいは、蓄電システム8100と家庭内に設けられたパーソナルコンピュータ、サーバ等と接続し、間接的に蓄電システム8100を操作してもよい。さらに、スマートフォン等の情報端末機やインターネット等を用いて蓄電システム8100を遠隔操作してもよい。これらの場合、蓄電システム8100とその他の機器とは有線により又は無線により通信を行う機構を、蓄電システム8100に設ければよい。 Although not illustrated, in order to operate the power storage system 8100, for example, an operation switch may be provided on an indoor wall separately from the power storage system 8100. Alternatively, the power storage system 8100 may be indirectly operated by connecting the power storage system 8100 to a personal computer, server, or the like provided in the home. Furthermore, the power storage system 8100 may be remotely operated using an information terminal such as a smartphone or the Internet. In these cases, the power storage system 8100 may be provided with a mechanism for performing wired or wireless communication between the power storage system 8100 and other devices.

図12(B)は、蓄電システム8100の内部を模式的に示した図である。蓄電システム8100は、複数の蓄電装置群8106とBMU(Battery Management Unit)とPCS(Power Conditioning System)とを有する。 FIG. 12B is a diagram schematically illustrating the inside of the power storage system 8100. The power storage system 8100 includes a plurality of power storage device groups 8106, a BMU (Battery Management Unit), and a PCS (Power Conditioning System).

蓄電装置群8106は、上述した蓄電装置8105を複数並べて接続したものである。系統電源8103からの電力を、蓄電装置群8106に蓄電することができる。複数の蓄電装置群8106のそれぞれは、BMU8107と電気的に接続されている。 The power storage device group 8106 is formed by connecting a plurality of the power storage devices 8105 described above. Power from the system power supply 8103 can be stored in the power storage device group 8106. Each of the plurality of power storage device groups 8106 is electrically connected to the BMU 8107.

BMU8107は、蓄電装置群8106が有する複数の蓄電装置8105の状態を監視及び制御し、また蓄電装置8105を保護することができる機能を有する。具体的には、BMU8107は、蓄電装置群8106が有する複数の蓄電装置8105のセル電圧、セル温度データ収集、過充電及び過放電の監視、過電流の監視、セルバランサ制御、電池劣化状態の管理、電池残量((充電率)State Of Charge:SOC)の算出演算、駆動用蓄電装置の冷却ファンの制御、又は故障検出の制御等を行う。なお、これらの機能の一部又は全部は上述のように、蓄電装置8105内に含めてもよく、あるいは蓄電装置群ごとに当該機能を付与してもよい。また、BMU8107はPCS8108と電気的に接続する。 The BMU 8107 has a function of monitoring and controlling the states of the plurality of power storage devices 8105 included in the power storage device group 8106 and protecting the power storage devices 8105. Specifically, the BMU 8107 collects the cell voltage, cell temperature data, overcharge and overdischarge monitoring, overcurrent monitoring, cell balancer control, and battery deterioration state management of the plurality of power storage devices 8105 included in the power storage device group 8106. Calculation calculation of the remaining battery level ((charge rate) State of Charge: SOC), control of the cooling fan of the drive power storage device, or control of failure detection, and the like are performed. Note that part or all of these functions may be included in the power storage device 8105 as described above, or may be given to each power storage device group. Further, the BMU 8107 is electrically connected to the PCS 8108.

ここで、BMU8107を構成する電子回路には、上述した酸化物半導体を有するトランジスタを用いた電子回路を有するとよい。この場合、BMU8107の消費電力を大幅に低減することが可能となる。 Here, the electronic circuit included in the BMU 8107 preferably includes an electronic circuit including the above-described transistor including an oxide semiconductor. In this case, the power consumption of the BMU 8107 can be significantly reduced.

PCS8108は、交流(AC)電源である系統電源8103と電気的に接続され、直流−交流変換を行う。例えば、PCS8108は、インバータや、系統電源8103の異常を検出して動作を停止する系統連系保護装置などを有する。蓄電システム8100の充電時には、例えば系統電源8103の交流の電力を直流に変換してBMU8107へ送電し、蓄電システム8100の放電時には、蓄電装置群8106に蓄えられた電力を屋内などの負荷に交流に変換して供給する。なお、蓄電システム8100から負荷への電力の供給は、図12(A)に示すように分電盤8104を介してもよく、あるいは蓄電システム8100と負荷とを有線又は無線により直接行ってもよい。 The PCS 8108 is electrically connected to a system power supply 8103 that is an alternating current (AC) power supply, and performs DC-AC conversion. For example, the PCS 8108 includes an inverter, a system interconnection protection device that detects an abnormality in the system power supply 8103, and stops operation. When the power storage system 8100 is charged, for example, AC power from the system power supply 8103 is converted into direct current and transmitted to the BMU 8107. When the power storage system 8100 is discharged, the power stored in the power storage device group 8106 is exchanged into a load such as indoors. Convert and supply. Note that power supply from the power storage system 8100 to the load may be performed via the distribution board 8104 as illustrated in FIG. 12A, or the power storage system 8100 and the load may be directly performed by wire or wirelessly. .

なお、蓄電システム8100への充電は上述する系統電源8103からに限らず、例えば屋外に設置した太陽発電システムから電力を供給してもよい。 Note that charging to the power storage system 8100 is not limited to the above-described system power supply 8103, and for example, power may be supplied from a solar power generation system installed outdoors.

図13(A)に、複数の家電機器、制御装置、及びバッテリー等を住宅内で接続したHEMS(家庭内エネルギー管理システム。Home Energy Management Systemの略)の例を示す。このようなシステムによって、家全体の電力消費量を容易に把握することが可能になる。また、複数の家電機器の運転を遠隔操作することができる。また、センサや制御装置を用いて家電機器を自動制御する場合には、電力の節約にも貢献することができる。 FIG. 13A shows an example of a HEMS (home energy management system; abbreviation of Home Energy Management System) in which a plurality of home appliances, a control device, a battery, and the like are connected in a house. Such a system makes it possible to easily grasp the power consumption of the entire house. In addition, the operation of a plurality of home appliances can be remotely controlled. In addition, when the home appliance is automatically controlled using a sensor or a control device, it can also contribute to power saving.

蓄電装置8000は、管理装置8004及びバッテリー8005を備える。 The power storage device 8000 includes a management device 8004 and a battery 8005.

蓄電装置8000は、住宅に設置された分電盤8003と引込み線8002を介して電力系統8001に接続される。分電盤8003は、引込み線8002から供給される商用電力である交流電力を、複数の家電機器のそれぞれに供給するものである。管理装置8004は分電盤8003と接続されるとともに、複数の家電機器や蓄電装置8000、太陽光発電システム8006等と接続される。 Power storage device 8000 is connected to power system 8001 through distribution board 8003 and service line 8002 installed in the house. Distribution board 8003 supplies AC power, which is commercial power supplied from lead-in line 8002, to each of a plurality of home appliances. The management device 8004 is connected to a distribution board 8003 and is connected to a plurality of home appliances, a power storage device 8000, a solar power generation system 8006, and the like.

管理装置8004は、分電盤8003と複数の家電機器とを繋ぎネットワークを構成するものであり、ネットワークに接続された複数の家電機器を制御、管理する装置である。するものである。 The management device 8004 connects the distribution board 8003 and a plurality of home appliances to form a network, and is a device that controls and manages a plurality of home appliances connected to the network. To do.

また、管理装置8004は、インターネット8011に接続され、インターネット8011を経由して、管理サーバ8013と接続することができる。管理サーバ8013は、使用者の電力の使用状況を受信してデータベースを構築することができ、当該データベースに基づき、種々のサービスを使用者に提供することができる。また、管理サーバ8013は、例えば時間帯に応じた電力の料金情報を使用者に随時提供することができ、当該情報に基づいて、管理装置8004は住宅内における最適な使用形態を設定することもできる。 The management apparatus 8004 is connected to the Internet 8011 and can be connected to the management server 8013 via the Internet 8011. The management server 8013 can receive the usage status of the user's power and construct a database, and can provide various services to the user based on the database. In addition, the management server 8013 can provide, for example, power charge information according to the time zone to the user as needed, and based on the information, the management device 8004 can set an optimal usage pattern in the house. it can.

複数の家電機器は、例えば、図13(A)に示す表示装置8007、照明装置8008、空気調和設備8009、電気冷蔵庫8010であるが、勿論これに限られず、上述した電気機器等住宅内に設置可能なあらゆる電気機器を指す。 The plurality of home appliances are, for example, the display device 8007, the lighting device 8008, the air-conditioning equipment 8009, and the electric refrigerator 8010 illustrated in FIG. 13A, but are not limited thereto, and are installed in a house such as the above-described electric device. Refers to all possible electrical equipment.

例えば、表示装置8007は、表示部に液晶表示装置、有機EL(Electro Luminescence)素子等の発光素子を各画素に備えた発光装置、電気泳動表示装置、DMD(Digital Micromirror Device)、PDP(Plasma Display Panel)、FED(Field Emission Display)等の半導体表示装置が組み込まれ、TV放送受信用の他、パーソナルコンピュータ用、広告表示用等、情報表示用表示装置として機能するものが含まれる。 For example, the display device 8007 includes a liquid crystal display device, a light emitting device including a light emitting element such as an organic EL (Electro Luminescence) element in each pixel, an electrophoretic display device, a DMD (Digital Micromirror Device), and a PDP (Plasma Display). Semiconductor display devices such as Panel and FED (Field Emission Display) are incorporated, and those that function as display devices for information display such as personal computer and advertisement display are included in addition to TV broadcast reception.

また、照明装置8008は、電力を利用して人工的に光を得る人工光源を含むものであり、人工光源としては、白熱電球、蛍光灯等の放電ランプ、LED(Light Emitting Diode)や有機EL素子等の発光素子を用いることができる。図13(A)に示す照明装置8008は天井に設置されたものであるが、この他、壁面、床、窓等に設けられた据付け型であってもよく、卓上型であってもよい。 The lighting device 8008 includes an artificial light source that artificially obtains light by using electric power. Examples of the artificial light source include discharge lamps such as incandescent bulbs and fluorescent lamps, LEDs (Light Emitting Diodes), and organic ELs. A light-emitting element such as an element can be used. Although the lighting device 8008 illustrated in FIG. 13A is installed on the ceiling, it may be a stationary type provided on a wall surface, a floor, a window, or the like, or a desktop type.

また、空気調和設備8009は、温度、湿度、空気清浄度等の室内環境の調整を行う機能を有する。図13(A)では、一例としてエアコンディショナを示す。エアコンディショナは、圧縮機や蒸発器を一体とした室内機と、凝縮器を内蔵した室外機(図示せず)を備えるものや、これらを一体としたもの等で構成される。 The air conditioning facility 8009 has a function of adjusting the indoor environment such as temperature, humidity, and air cleanliness. In FIG. 13A, an air conditioner is shown as an example. The air conditioner includes an indoor unit in which a compressor and an evaporator are integrated, an outdoor unit (not shown) with a built-in condenser, and an unit in which these are integrated.

また、電気冷蔵庫8010は、食料品等を低温で保管するための電気機器であり、0℃以下で凍らせる目的の冷凍庫を含む。圧縮器により圧縮したパイプ内の冷媒が気化する際に熱を奪うことにより、庫内を冷却するものである。 The electric refrigerator 8010 is an electric device for storing food and the like at a low temperature, and includes a freezer for freezing at 0 ° C. or lower. When the refrigerant in the pipe compressed by the compressor is vaporized, the interior is cooled by removing heat.

これら複数の家電機器は、それぞれにバッテリーを有していてもよく、またバッテリーを有さずに、バッテリー8005の電力や商用電源からの電力を利用してもよい。家電機器が蓄電装置を内部に有する場合には、停電等により商用電源から電力の供給が受けられない場合であっても、蓄電装置8000を無停電電源として用いることで、当該家電機器の利用が可能となる。 Each of the plurality of home appliances may have a battery, or may use the power of the battery 8005 or the power from a commercial power source without the battery. When the home appliance has a power storage device inside, even if power supply cannot be received from a commercial power source due to a power failure or the like, the use of the power storage device 8000 as an uninterruptible power supply makes it possible to use the home appliance. It becomes possible.

以上のような家電機器のそれぞれの電源供給端子の近傍に、電流センサ等の電力検出手段を設けることができる。電力検出手段により検出した情報を管理装置8004に送信することによって、使用者が家全体の電力使用量を把握することができる他、該情報に基づいて、管理装置8004が複数の家電機器への電力の配分を設定し、住宅内において効率的なあるいは経済的な電力の使用を行うことができる。 Power detection means such as a current sensor can be provided in the vicinity of each power supply terminal of the home appliance as described above. By transmitting the information detected by the power detection means to the management device 8004, the user can grasp the power consumption of the entire house, and based on the information, the management device 8004 can send information to a plurality of home appliances. The distribution of electric power can be set and efficient or economical use of electric power can be performed in the house.

また、商用電源の供給元が供給可能な総電力量のうち、電気料金の安価な時間帯や電力使用率が低い時間帯において、商用電源から蓄電装置8000に充電することができる。また、太陽光発電システム8006によって、バッテリー8005に充電することができる。なお、充電する対象は、蓄電装置8000のバッテリー8005に限られず、家電機器など他の装置に内蔵されているバッテリー置であってもよい。 In addition, the power storage device 8000 can be charged from the commercial power source in a time zone where the electricity bill is inexpensive or a time when the power usage rate is low, out of the total amount of power that can be supplied by the commercial power source. In addition, the battery 8005 can be charged by the solar power generation system 8006. Note that an object to be charged is not limited to the battery 8005 of the power storage device 8000, but may be a battery unit built in another device such as a home appliance.

このようにして、バッテリー8005など種々の電源から得た電力を管理装置8004が効率的に配分して使用することで、住宅内において効率的なあるいは経済的な電力の使用を行うことができる。 In this manner, the management apparatus 8004 efficiently distributes and uses power obtained from various power sources such as the battery 8005, so that efficient or economical use of power can be performed in the house.

また、住宅などの建物には、図13(B)に示すように、基礎部8202によって、床下空間部8206が仕切られている。また、屋内は、内壁8207によって仕切られている。 In addition, in a building such as a house, an underfloor space 8206 is partitioned by a base portion 8202 as shown in FIG. The indoor space is partitioned by an inner wall 8207.

仕切られた空間部106に防火および防水のための対策をして、蓄電装置8000を収納するための空間として利用する。基礎部102によって仕切られた床下空間部8206が複数ある場合には、各床下空間部8206に、蓄電装置8000を収納することができる。蓄電装置8000の管理装置8004は、配線8211によって、分電盤8003に接続されている。 The partitioned space portion 106 is used as a space for storing the power storage device 8000 by taking measures for fire prevention and waterproofing. When there are a plurality of underfloor space portions 8206 partitioned by the base portion 102, the power storage device 8000 can be stored in each underfloor space portion 8206. A management device 8004 of the power storage device 8000 is connected to a distribution board 8003 by a wiring 8211.

また、本発明の一態様の蓄電装置8000は、反応生成物が形成される電流方向とは逆方向に電流が流れるような信号(逆パルスの電圧)を加えることができるため、発熱やショートなどの不具合の発生が抑制されて安全性が高い。また、メンテナンスフリーのバッテリーを実現することもできる。これにより、蓄電装置8000を図13(B)に示すように住宅の居室以外の空間、具体的には床下に設置して収納することができ、住居スペースを損なうことがない。 Further, the power storage device 8000 of one embodiment of the present invention can apply a signal (reverse pulse voltage) that causes a current to flow in a direction opposite to a direction in which a reaction product is formed. Occurrence of defects is suppressed and safety is high. A maintenance-free battery can also be realized. Accordingly, the power storage device 8000 can be installed and stored in a space other than the residential room, specifically, under the floor as shown in FIG. 13B, and the residential space is not impaired.

本実施の形態は、他の実施の形態と自由に組み合わせることができる。 This embodiment can be freely combined with any of the other embodiments.

10 電気化学装置
14 セパレータ
20 電気化学セル
21 電極
22 電極
23 電解液
30 制御部
101 電極
102 基礎部
102a 反応生成物
102b 反応生成物
102c 反応生成物
102d 反応生成物
102e 反応生成物
106 空間部
201 電極
202a 反応生成物
202b 反応生成物
202c 反応生成物
202d 反応生成物
202e 反応生成物
301 電極
302a 反応生成物
302b 反応生成物
302c 反応生成物
302d 反応生成物
302e 反応生成物
304 保護膜
400 蓄電池
402 正極
404 負極
406 電解液
408 セパレータ
410 電極
412 集電体
414 活物質層
422 活物質
424 グラフェン
800 正極
801 正極集電体
802 正極活物質
803 負極
804 負極集電体
805 負極活物質
806 リチウム
807 リチウム
808 デンドライト
820 矢印
821 負極活物質
933 捲回体
950 二次電池
951 正極缶
952 負極缶
953 ガスケット
954 正極
955 正極集電体
956 正極活物質層
957 負極
958 負極集電体
959 負極活物質層
960 セパレータ
970 二次電池
971 正極集電体
972 正極活物質層
973 正極
974 負極集電体
975 負極活物質層
976 負極
977 セパレータ
978 外装体
980 二次電池
981 正極キャップ
982 電池缶
983 正極端子
984 正極
985 セパレータ
986 負極
987 負極端子
988 絶縁板
989 絶縁板
991 PTC素子
992 安全弁機構
994 負極
995 正極
996 セパレータ
997 端子
998 端子
6600 蓄電装置
6601 捲回体
6602 端子
6603 端子
6604 電池缶
8000 蓄電装置
8001 電力系統
8002 線
8003 分電盤
8004 管理装置
8005 バッテリー
8006 太陽光発電システム
8007 表示装置
8008 照明装置
8009 空気調和設備
8010 電気冷蔵庫
8011 インターネット
8013 管理サーバ
8040 携帯情報端末
8041 筐体
8042 表示部
8043 ボタン
8044 アイコン
8045 カメラ
8046 マイクロフォン
8047 スピーカ
8048 接続端子
8049 太陽電池
8050 カメラ
8051 充放電制御回路
8052 蓄電装置
8053 DCDCコンバータ
8054 スイッチ
8055 スイッチ
8056 スイッチ
8057 コンバータ
8100 蓄電システム
8101 プラグ
8102 表示パネル等
8103 系統電源
8104 分電盤
8105 蓄電装置
8106 蓄電装置群
8107 BMU
8108 PCS
8202 基礎部
8206 床下空間部
8207 内壁
8211 配線
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Electrochemical apparatus 14 Separator 20 Electrochemical cell 21 Electrode 22 Electrode 30 Electrolytic solution 30 Control part 101 Electrode 102 Base part 102a Reaction product 102b Reaction product 102c Reaction product 102d Reaction product 102e Reaction product 106 Space part 201 Electrode 202a Reaction product 202b Reaction product 202c Reaction product 202d Reaction product 202e Reaction product 301 Electrode 302a Reaction product 302b Reaction product 302c Reaction product 302d Reaction product 302e Reaction product 304 Protective film 400 Storage battery 402 Positive electrode 404 Negative electrode 406 Electrolyte 408 Separator 410 Electrode 412 Current collector 414 Active material layer 422 Active material 424 Graphene 800 Positive electrode 801 Positive electrode current collector 802 Positive electrode active material 803 Negative electrode 804 Negative electrode current collector 805 Negative electrode active material 806 807 Lithium 808 Dendrite 820 Arrow 821 Negative electrode active material 933 Winding body 950 Secondary battery 951 Positive electrode can 952 Negative electrode can 953 Gasket 954 Positive electrode 955 Positive electrode current collector 956 Positive electrode active material layer 957 Negative electrode 958 Negative electrode current collector 959 Negative electrode active material Layer 960 Separator 970 Secondary battery 971 Positive electrode current collector 972 Positive electrode active material layer 973 Positive electrode 974 Negative electrode current collector 975 Negative electrode active material layer 976 Negative electrode 977 Separator 978 Exterior body 980 Secondary battery 981 Positive electrode cap 982 Battery can 983 Positive electrode terminal 984 Positive electrode 985 Separator 986 Negative electrode 987 Negative electrode terminal 988 Insulating plate 989 Insulating plate 991 PTC element 992 Safety valve mechanism 994 Negative electrode 995 Positive electrode 996 Separator 997 Terminal 998 Terminal 6600 Power storage device 6601 Winding body 6602 Terminal 6603 Terminal 604 Battery can 8000 Power storage device 8001 Power system 8002 Line 8003 Distribution panel 8004 Management device 8005 Battery 8006 Solar power generation system 8007 Display device 8008 Lighting device 8009 Air conditioning facility 8010 Electric refrigerator 8011 Internet 8013 Management server 8040 Portable information terminal 8041 Case 8042 Display unit 8043 Button 8044 Icon 8045 Camera 8046 Microphone 8047 Speaker 8048 Connection terminal 8049 Solar battery 8050 Camera 8051 Charge / discharge control circuit 8052 Power storage device 8053 DCDC converter 8054 Switch 8055 Switch 8056 Switch 8057 Converter 8100 Power storage system 8101 Plug 8102 Display panel etc. 8103 System power supply 8104 Distribution board 8105 Device 8106 power storage device group 8107 BMU
8108 PCS
8202 Foundation part 8206 Underfloor space part 8207 Inner wall 8211 Wiring

Claims (6)

第1の電極と、
前記第1の電極を部分的に覆う保護膜と、
第2の電極と、
前記第1の電極と前記第2の電極の間に電解液と、
前記第1の電極と前記第2の電極の間に順方向の電圧を印加する手段と、
前記第1の電極と前記第2の電極の間に前記第1の電極の前記保護膜で覆われていない表面に生成した反応生成物を除去するように、前記電圧の−100%以上+100%未満の逆パルスの電圧を、前記順方向の電圧を印加する期間よりも短い期間中印加する手段と、を有し、
前記保護膜は、酸化シリコン膜、酸化ニオブ膜、酸化アルミニウム膜から選ばれた一層又は積層である電気化学装置。
A first electrode;
A protective film partially covering the first electrode;
A second electrode;
An electrolyte between the first electrode and the second electrode;
Means for applying a forward voltage between the first electrode and the second electrode;
Between the first electrode and the second electrode, so as to remove the reaction products produced on the said protective layer not covered with the surface of the first electrode, or -100% of the voltage +100 the reverse pulse voltage of less than%, have a, means for applying during a period shorter than the period of applying the forward voltage,
The electrochemical device , wherein the protective film is a single layer or a laminate selected from a silicon oxide film, a niobium oxide film, and an aluminum oxide film .
第1の電極と、
前記第1の電極を部分的に覆う保護膜と、
第2の電極と、
前記第1の電極と前記第2の電極の間に電解液と、
前記第1の電極と前記第2の電極の間に順方向の電圧を印加する手段と、
前記第1の電極と前記第2の電極の間に前記第1の電極の前記保護膜で覆われていない表面に生成した反応生成物を除去するように、前記電圧の−100%以上+100%未満の逆パルスの電圧を印加する手段と、を有し、
前記順方向の電圧と前記逆パルスの電圧を、交互に繰り返して印加し、
前記保護膜は、酸化シリコン膜、酸化ニオブ膜、酸化アルミニウム膜から選ばれた一層又は積層である電気化学装置。
A first electrode;
A protective film partially covering the first electrode;
A second electrode;
An electrolyte between the first electrode and the second electrode;
Means for applying a forward voltage between the first electrode and the second electrode;
Between the first electrode and the second electrode, so as to remove the reaction products produced on the said protective layer not covered with the surface of the first electrode, or -100% of the voltage +100 Applying a reverse pulse voltage of less than%,
The forward voltage and the reverse pulse voltage are alternately applied repeatedly ,
The electrochemical device , wherein the protective film is a single layer or a laminate selected from a silicon oxide film, a niobium oxide film, and an aluminum oxide film .
第1の電極と、
前記第1の電極を部分的に覆う保護膜と、
第2の電極と、
前記第1の電極と前記第2の電極の間に電解液と、
前記第1の電極と前記第2の電極の間に順方向の電圧を印加する手段と、
前記第1の電極と前記第2の電極の間に少なくとも放電電流が流れて前記第1の電極の前記保護膜で覆われていない表面に生成した反応生成物を除去するように、前記電圧の−100%以上+100%未満、前記電圧を印加する期間の1/100以上1/3未満、0.1秒以上30秒未満の逆パルスの電圧を印加する手段と、を有し、
前記保護膜は、酸化シリコン膜、酸化ニオブ膜、酸化アルミニウム膜から選ばれた一層又は積層である電気化学装置。
A first electrode;
A protective film partially covering the first electrode;
A second electrode;
An electrolyte between the first electrode and the second electrode;
Means for applying a forward voltage between the first electrode and the second electrode;
Wherein between the first electrode and the second electrode, so as to remove at least the reaction product discharge current generated in the first of the not covered by the protective film surface of the electrode to flow, the voltage -100% to + less than 100% of 1/100 or more and less than 1/3 of the period for applying the voltage, have a, and means for applying a reverse pulse voltage less than 0.1 seconds 30 seconds,
The electrochemical device , wherein the protective film is a single layer or a laminate selected from a silicon oxide film, a niobium oxide film, and an aluminum oxide film .
第1の電極と、
前記第1の電極を部分的に覆う保護膜と、
第2の電極と、
前記第1の電極と前記第2の電極の間に電解液と、
前記第1の電極と前記第2の電極の間に順方向の電圧を印加する手段と、
前記第1の電極と前記第2の電極の間に前記第1の電極の前記保護膜で覆われていない表面に生成した反応生成物を除去するように、前記電圧の−100%以上+100%未満の逆パルスの電圧を印加する手段と、を有し、
前記保護膜は、酸化シリコン膜、酸化ニオブ膜、酸化アルミニウム膜から選ばれた一層又は積層である電気化学装置。
A first electrode;
A protective film partially covering the first electrode;
A second electrode;
An electrolyte between the first electrode and the second electrode;
Means for applying a forward voltage between the first electrode and the second electrode;
Between the first electrode and the second electrode, so as to remove the reaction products produced on the said protective layer not covered with the surface of the first electrode, or -100% of the voltage +100 and means for applying a voltage of reverse pulse of less than% have a,
The electrochemical device , wherein the protective film is a single layer or a laminate selected from a silicon oxide film, a niobium oxide film, and an aluminum oxide film .
請求項1乃至請求項4のいずれか一において、
前記第1の電極は負極であり、前記第2の電極は正極である電気化学装置。
In any one of Claims 1 thru | or 4,
It said first electrode is a negative electrode, the second electrode is the positive electrode der Ru electric chemical apparatus.
請求項1乃至請求項4のいずれか一において、
前記第1の電極は正極であり、前記第2の電極は負極である電気化学装置。
In any one of Claims 1 thru | or 4,
Wherein the first electrode is a positive electrode, the second electrode is the negative electrode der Ru electric chemical apparatus.
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