JP6914637B2 - Lithium ion secondary battery - Google Patents

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Description

本発明の一態様は、蓄電装置に関する。または、本発明の一態様は蓄電システムに関する。または、本発明の一態様は蓄電装置の容量回復方法に関する。 One aspect of the present invention relates to a power storage device. Alternatively, one aspect of the present invention relates to a power storage system. Alternatively, one aspect of the present invention relates to a method for recovering the capacity of a power storage device.

なお、本発明の一態様は、上記の技術分野に限定されない。本明細書等で開示する発明の一態様の技術分野は、物、方法、または、製造方法に関するものである。または、本発明の一態様は、プロセス、マシン、マニュファクチャ、または、組成物(コンポジション・オブ・マター)に関するものである。そのため、より具体的に本明細書で開示する本発明の一態様の技術分野としては、半導体装置、表示装置、蓄電装置、記憶装置、それらの駆動方法、または、それらの製造方法、を一例として挙げることができる。 One aspect of the present invention is not limited to the above technical fields. The technical field of one aspect of the invention disclosed in the present specification and the like relates to a product, a method, or a manufacturing method. Alternatively, one aspect of the invention relates to a process, machine, manufacture, or composition of matter. Therefore, as a technical field of one aspect of the present invention disclosed more specifically in the present specification, as an example, a semiconductor device, a display device, a power storage device, a storage device, a driving method thereof, or a manufacturing method thereof. Can be mentioned.

なお、本明細書等において蓄電システムとは、蓄電装置を含む一以上の機器のことをいう。また、半導体装置とは、半導体特性を利用することで機能しうる装置全般を指す。トランジスタなどの半導体素子をはじめ、半導体回路、演算装置、記憶装置は、半導体装置の一態様である。 In addition, in this specification and the like, a power storage system means one or more devices including a power storage device. Further, the semiconductor device refers to all devices that can function by utilizing the semiconductor characteristics. A semiconductor device such as a transistor, a semiconductor circuit, an arithmetic unit, and a storage device are one aspect of the semiconductor device.

近年、携帯電話、スマートフォン、電子書籍(電子ブック)、携帯型ゲーム機等の携帯型電子機器が広く普及している。このため、これらの駆動電源であるリチウムイオン二次電池に代表される蓄電装置が盛んに研究開発されている。また、地球環境の問題や石油資源の問題への関心の高まりからハイブリッド自動車や電気自動車が注目されるなど、様々な用途において蓄電装置の重要性が増している。 In recent years, portable electronic devices such as mobile phones, smartphones, electronic books (electronic books), and portable game machines have become widespread. For this reason, power storage devices represented by lithium ion secondary batteries, which are these drive power sources, are being actively researched and developed. In addition, the importance of power storage devices is increasing in various applications, such as hybrid vehicles and electric vehicles attracting attention due to growing interest in global environmental issues and petroleum resource issues.

蓄電装置の中でも高エネルギー密度を有することで広く普及しているリチウムイオン二次電池は、コバルト酸リチウム(LiCoO)やリン酸鉄リチウム(LiFePO)などの活物質を含む正極と、リチウムイオンの吸蔵・放出が可能な黒鉛等の炭素材料からなる負極と、エチレンカーボネートやジエチルカーボネートなどの有機溶媒に、LiBFやLiPF等のリチウム塩からなる電解質を溶解させた電解液などにより構成される。リチウムイオン二次電池の充放電は、リチウムイオン二次電池中のリチウムイオンが電解液を介して正極−負極間を移動し、正極活物質及び負極活物質にリチウムイオンが挿入脱離することにより行われる。 Lithium-ion secondary batteries, which are widely used because of their high energy density, are positive electrodes containing active materials such as lithium cobalt oxide (LiCoO 2 ) and lithium iron phosphate (LiFePO 4), and lithium ions. It is composed of a negative electrode made of a carbon material such as graphite that can be stored and released, and an electrolytic solution in which an electrolyte made of a lithium salt such as LiBF 4 or LiPF 6 is dissolved in an organic solvent such as ethylene carbonate or diethyl carbonate. NS. Charging and discharging of a lithium ion secondary battery is performed by moving lithium ions in the lithium ion secondary battery between the positive electrode and the negative electrode via an electrolytic solution, and inserting and removing lithium ions into the positive electrode active material and the negative electrode active material. Will be done.

リチウムイオン二次電池は上記のような充放電を繰り返すことで、負極における電解液(有機溶媒)の還元分解が起こる。正極でリチウムイオンが脱離することで生じた電子が該還元分解に消費されることで、正極活物質内のリチウムが欠乏する。すなわち、リチウムイオン二次電池は充放電を繰り返し行うことで容量が低下する。低下した容量を回復させるためには、正極活物質内に欠乏したリチウムイオンを補完する必要がある。 By repeating charging and discharging as described above, the lithium ion secondary battery undergoes reductive decomposition of the electrolytic solution (organic solvent) at the negative electrode. The electrons generated by the desorption of lithium ions at the positive electrode are consumed in the reduction decomposition, so that lithium in the positive electrode active material is deficient. That is, the capacity of the lithium ion secondary battery decreases due to repeated charging and discharging. In order to recover the reduced capacity, it is necessary to supplement the lithium ions deficient in the positive electrode active material.

上記の問題を解決するために、電池内にリチウムイオンを放出できる活物質を有する第3電極を備え、欠乏したリチウムイオンを、正極および第3電極を通電することで補充するリチウムイオン電池の容量回復方法が知られている(特許文献1)。 In order to solve the above problem, the capacity of a lithium ion battery provided with a third electrode having an active material capable of releasing lithium ions in the battery and replenishing the deficient lithium ions by energizing the positive electrode and the third electrode. A recovery method is known (Patent Document 1).

米国公開US2014/0028264号Published in the United States US2014 / 0028264

リチウムイオン電池など二次電池は充放電を可能とする電池であるが、繰り返しの充放電により徐々に容量が低下してしまう。容量が低下してしまうと、初期の装置設計から稼働限界などの条件がずれてきてしまい二次電池を搭載した機器において使用に不便が生じる。 A secondary battery such as a lithium-ion battery is a battery that can be charged and discharged, but its capacity gradually decreases due to repeated charging and discharging. If the capacity decreases, conditions such as operating limits deviate from the initial device design, causing inconvenience in use in devices equipped with secondary batteries.

従来のリチウムイオン電池は、使用する電圧範囲が電解液の電位窓を超えているために、電解液の分解が避けられない。特に負極は電位窓をはるかに超えた電位であるために、電解液の分解量が多く、電池容量を低下させる。 Since the voltage range used in the conventional lithium-ion battery exceeds the potential window of the electrolytic solution, decomposition of the electrolytic solution is unavoidable. In particular, since the negative electrode has a potential far exceeding the potential window, the amount of decomposition of the electrolytic solution is large, which reduces the battery capacity.

本発明は、リチウムイオン電池の容量低下を軽減し、使用期間中の容量を維持させることを課題とする。 An object of the present invention is to reduce a decrease in the capacity of a lithium ion battery and maintain the capacity during a period of use.

また、そのための蓄電装置の新しい構成を提供する。 It also provides a new configuration of a power storage device for that purpose.

リチウムイオン電池の容量減少の要因の一つは、負極における電解液の還元分解にある。充電時に正極はLiを放出し、負極で電解液の還元分解が生じると反応するLi量が低下するために電池の容量が減少する。 One of the factors that reduce the capacity of lithium-ion batteries is the reductive decomposition of the electrolytic solution at the negative electrode. At the time of charging, the positive electrode releases Li, and when the negative electrode undergoes reductive decomposition of the electrolytic solution, the amount of Li that reacts decreases, so that the capacity of the battery decreases.

対して、正極側では電解液の酸化分解が生じる。充電時に正極側で電解液が酸化分解する場合、負極ではLiの挿入か電解液の還元分解が生じる。このとき、電池の容量は増加あるいは変化しない。 On the other hand, oxidative decomposition of the electrolytic solution occurs on the positive electrode side. When the electrolytic solution is oxidatively decomposed on the positive electrode side during charging, Li is inserted or the electrolytic solution is reduced and decomposed on the negative electrode side. At this time, the capacity of the battery does not increase or change.

そこで、正極電極に並列して、正極活物質よりも十分に高い比表面積を持つ活性炭を使用して、活性炭に接する電解液の酸化分解を起こさせる犠牲電極を設ける。これにより、正極上に接する電解液分解を極力少なくしつつ、容量の低下を抑えることができる。 Therefore, in parallel with the positive electrode, activated carbon having a specific surface area sufficiently higher than that of the positive electrode active material is used to provide a sacrificial electrode that causes oxidative decomposition of the electrolytic solution in contact with the activated carbon. As a result, it is possible to suppress the decrease in capacity while minimizing the decomposition of the electrolytic solution in contact with the positive electrode.

もしくは、正極電極の活物質をリチウムイオン電池正極活物質(LFPやLCO)などに活性炭を一定量まぜることにより、活性炭表面で酸化分解を起こさせる。 Alternatively, by mixing a certain amount of activated carbon with the active material of the positive electrode electrode, such as the positive electrode active material of a lithium ion battery (LFP or LCO), oxidative decomposition is caused on the surface of the activated carbon.

本明細書で開示する発明の構成は、正極電極と負極電極と犠牲電極とセパレータと電解液を有し、正極電極は正極電極層を正極集電体上に有し、負極電極は負極電極層を負極集電体上に有し、正極電極層と負極電極層はセパレータを介して対向し、犠牲電極は正極電極と直接、電気的に接続し、犠牲電極は正極電極層と負極電極層と対向しない位置に配置されている蓄電装置である。 The configuration of the invention disclosed herein includes a positive electrode, a negative electrode, a sacrificial electrode, a separator, and an electrolytic solution, the positive electrode has a positive electrode layer on a positive electrode current collector, and the negative electrode has a negative electrode layer. Is on the negative electrode current collector, the positive electrode layer and the negative electrode layer face each other via a separator, the sacrificial electrode is directly and electrically connected to the positive electrode, and the sacrificial electrode is the positive electrode layer and the negative electrode layer. It is a power storage device that is arranged at positions that do not face each other.

上記構成において、正極電極層は正極活物質粒子を有し、犠牲電極は、犠牲電極層を有し、犠牲電極層は、活性炭粒子を有している。上記構成において、活性炭粒子の総表面積(比表面積と重量の積)は、前記正極活物質粒子の総表面積の10倍以上である。活性炭を使用しているのは電解液分解が表面積に比例して生じるという仮定のもと、活物質の総表面積よりも高い活性炭の総表面積となっていれば、活性炭上での分解量のほうが多くなるためである。活物質上での分解も同時に進行するので、活物質の総表面積と活性炭の総表面積の比が小さければ小さいほど(活性炭の重量比が高いほど)効果的である。ただし、活性炭の比率が高いと電池容量が低下する恐れがある。 In the above configuration, the positive electrode layer has positive electrode active material particles, the sacrificial electrode has a sacrificial electrode layer, and the sacrificial electrode layer has activated carbon particles. In the above configuration, the total surface area (product of specific surface area and weight) of the activated carbon particles is 10 times or more the total surface area of the positive electrode active material particles. Activated carbon is used because the total surface area of activated carbon is higher than the total surface area of the active material under the assumption that electrolyte decomposition occurs in proportion to the surface area, the amount of decomposition on activated carbon is larger. This is because there will be more. Since decomposition on the active material also proceeds at the same time, the smaller the ratio between the total surface area of the active material and the total surface area of the activated carbon (the higher the weight ratio of the activated carbon), the more effective it is. However, if the ratio of activated carbon is high, the battery capacity may decrease.

また、上記構成において、活性炭粒子の全重量は、前記正極活物質の全重量の10分の1以下である、蓄電装置である。 Further, in the above configuration, the total weight of the activated carbon particles is 1/10 or less of the total weight of the positive electrode active material, which is a power storage device.

また、他の構成は、正極電極と負極電極とセパレータと電解液を有し、正極電極は正極電極層を正極集電体上に有し、負極電極は負極電極層を負極集電体上に有し、正極電極層と負極電極層はセパレータを介して対向し、正極電極は活物質粒子と活性炭粒子を有し、活性炭粒子の表面積は活物質粒子の表面積よりも高い蓄電装置である。 In addition, another configuration has a positive electrode, a negative electrode, a separator, and an electrolytic solution, the positive electrode has a positive electrode layer on the positive electrode current collector, and the negative electrode has a negative electrode layer on the negative electrode current collector. The positive electrode layer and the negative electrode layer face each other via a separator, the positive electrode has active material particles and activated carbon particles, and the surface area of the active carbon particles is higher than the surface area of the active material particles.

上記各構成において、電解液は第1の溶媒と第2の溶媒を有し、第2の溶媒は第1の溶媒よりも還元電位と酸化電位が低いことも特徴の一つである。 In each of the above configurations, the electrolytic solution has a first solvent and a second solvent, and the second solvent has a lower reduction potential and oxidation potential than the first solvent.

また、上記各構成において、電解液は第1の溶媒と第2の溶媒を有し、第2の溶媒は正極活物の酸化反応電位よりも酸化電位が低いことも特徴の一つである。 Further, in each of the above configurations, the electrolytic solution has a first solvent and a second solvent, and the second solvent is also characterized in that the oxidation potential is lower than the oxidation reaction potential of the positive electrode active material.

また、上記各構成において、第2の溶媒は、還元耐性が高い溶媒であるエーテル、或いは、少なくとも一つのエーテル結合を有する。第2の溶媒は、テトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフラン、テトラヒドロピランのうち一つを含む。 Further, in each of the above configurations, the second solvent has ether, which is a solvent having high reduction resistance, or at least one ether bond. The second solvent contains one of tetrahydrofuran, 2-methyltetrahydrofuran, tetrahydropyran.

また、上記各構成において、第2の溶媒は、酸素に結合する炭素鎖の長さが3以上である。酸素に結合する炭素鎖の長さが3以上とすることでC−O結合周辺の分子量が大きいと言え、分解時にガスが発生することを避けることができる。 Further, in each of the above configurations, the second solvent has a carbon chain having a length of 3 or more bonded to oxygen. By setting the length of the carbon chain bonded to oxygen to 3 or more, it can be said that the molecular weight around the CO bond is large, and it is possible to avoid the generation of gas during decomposition.

また、上記各構成において、第2の溶媒は、環状エーテルであると粘度が低く好ましい。或いは、第2の溶媒は、スルフィドである。スルフィドは分解時にガスが発生しくいため好ましい硫黄を含む溶媒の一つである。 Further, in each of the above configurations, it is preferable that the second solvent is a cyclic ether because of its low viscosity. Alternatively, the second solvent is sulfide. Sulfide is one of the preferable sulfur-containing solvents because gas is unlikely to be generated during decomposition.

また、上記各構成において、犠牲電極は第2の溶媒を含むゲルで覆い、保護することも特徴の一つである。犠牲電極が第2の溶媒を含むゲルで少なくとも一部接して覆うことにより、犠牲電極における第2の溶媒の分解を第1の溶媒の分解を伴わずに行うことができる。保護するため、好ましくは犠牲電極の表面を第2の溶媒を含むゲルで覆うことが好ましい。 Further, in each of the above configurations, one of the features is that the sacrificial electrode is covered with a gel containing a second solvent to protect it. By covering at least a part of the sacrificial electrode with a gel containing the second solvent, the decomposition of the second solvent in the sacrificial electrode can be performed without the decomposition of the first solvent. For protection, it is preferable to cover the surface of the sacrificial electrode with a gel containing a second solvent.

本発明により、リチウムイオン電池の容量低下を軽減し、使用期間中の容量を維持させることができる。 According to the present invention, it is possible to reduce the decrease in the capacity of the lithium ion battery and maintain the capacity during the period of use.

また、蓄電装置の新しい構成を実現する。 In addition, a new configuration of the power storage device will be realized.

本発明の一態様を示す断面図である。It is sectional drawing which shows one aspect of this invention. 本発明の一態様を示す断面図である。It is sectional drawing which shows one aspect of this invention. 蓄電装置の例を説明するための図。The figure for demonstrating the example of the power storage device. 本発明の一態様を示す電子機器の一例である。This is an example of an electronic device showing one aspect of the present invention. 実験サンプルの断面を示す図である。It is a figure which shows the cross section of an experimental sample. 実験結果を示す図である。It is a figure which shows the experimental result. 実験結果を示す図である。It is a figure which shows the experimental result. 実験結果を示す図である。It is a figure which shows the experimental result. 実験結果を示す図である。It is a figure which shows the experimental result. CC充電時における二次電池の等価回路および二次電池電圧と時間の関係及び二次電池の充電電流と時間の関係を示す図である。It is a figure which shows the equivalent circuit of the secondary battery at the time of CC charging, the relationship between the secondary battery voltage and time, and the relationship between the charging current and time of the secondary battery. CCCV充電時における二次電池の等価回路および二次電池電圧と時間の関係及び二次電池の充電電流と時間の関係を示す図である。It is a figure which shows the equivalent circuit of the secondary battery at the time of CCCV charging, the relationship between the secondary battery voltage and time, and the relationship between the charging current and time of the secondary battery. CC放電時における二次電池の二次電池電圧と時間の関係及び二次電池の充電電流と時間の関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the secondary battery voltage and time of a secondary battery at the time of CC discharge, and the relationship between the charge current and time of a secondary battery.

以下では、本発明の実施の形態について図面を用いて詳細に説明する。ただし、本発明は以下の説明に限定されず、その形態およ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。また、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。 Hereinafter, embodiments of the present invention 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 the form and details thereof can be changed in various ways. Further, the present invention is not construed as being limited to the description contents of the embodiments shown below.

(実施の形態1)
図1(A)は、本実施の形態の蓄電装置の一例を示す断面模式図である。
(Embodiment 1)
FIG. 1A is a schematic cross-sectional view showing an example of the power storage device of the present embodiment.

図1(A)において、平板10と封止材11で囲まれた内部は電解液17で充填され、正極12と電気的に接続された電極に犠牲電極層18a、18bが設けられている。正極12上には正極活物質層13、セパレータ14、負極活物質層15、負極16が積層されている。また、犠牲電極層18aと他の電極との短絡防止のため絶縁シート19が犠牲電極層18aと他の電極との間に設けられている。また、絶縁シート19は、セパレータ14と同一の材料を用いてもよい。 In FIG. 1A, the inside surrounded by the flat plate 10 and the sealing material 11 is filled with the electrolytic solution 17, and the sacrificial electrode layers 18a and 18b are provided on the electrodes electrically connected to the positive electrode 12. A positive electrode active material layer 13, a separator 14, a negative electrode active material layer 15, and a negative electrode 16 are laminated on the positive electrode 12. Further, an insulating sheet 19 is provided between the sacrificial electrode layer 18a and the other electrodes in order to prevent a short circuit between the sacrificial electrode layer 18a and the other electrodes. Further, the insulating sheet 19 may use the same material as the separator 14.

正極12と接して電気的に接続されている電極に犠牲電極層18a、18bとして活性炭を設け、電解液17と反応を生じさせることで容量の回復を図る構成となっている。電解液17の分解を率先して行うことにより正極12へのダメージを減らしつつ、電解液17の分解を行う。図1(A)の構成とすることで、正極上に接する電解液分解を極力少なくしつつ、容量の低下を抑えることができる。 Activated carbon is provided as sacrificial electrode layers 18a and 18b on the electrodes electrically connected in contact with the positive electrode 12, and the capacity is restored by causing a reaction with the electrolytic solution 17. By taking the initiative in decomposing the electrolytic solution 17, the electrolytic solution 17 is decomposed while reducing damage to the positive electrode 12. With the configuration shown in FIG. 1A, it is possible to suppress a decrease in capacity while minimizing decomposition of the electrolytic solution in contact with the positive electrode.

犠牲電極層18a、18bとして活性炭を使用しているのは電解液17の分解が表面積に比例して生じるという仮定のもと、活物質の総表面積(比表面積と重量の積)よりも高い活性炭の総表面積となっていれば、活性炭上での分解量のほうが多くなるためである。活物質上での分解も同時に進行するので、活物質の総表面積と活性炭の総表面積の比が小さければ小さいほど(活性炭の重量比が高いほど)効果的である。ただし、活性炭の比率が高いと電池容量が低下してしまう。 The reason why activated carbon is used as the sacrificial electrode layers 18a and 18b is that the activated carbon is higher than the total surface area (product of specific surface area and weight) of the active material on the assumption that the decomposition of the electrolytic solution 17 occurs in proportion to the surface area. This is because the amount of decomposition on activated carbon is larger if the total surface area of the above is reached. Since decomposition on the active material also proceeds at the same time, the smaller the ratio between the total surface area of the active material and the total surface area of the activated carbon (the higher the weight ratio of the activated carbon), the more effective it is. However, if the ratio of activated carbon is high, the battery capacity will decrease.

反応は電解液17と電極で起こるので、図1(A)に示すように正極12とも負極16とも対向しない位置に犠牲電極層を配置することができる。 Since the reaction occurs between the electrolytic solution 17 and the electrode, the sacrificial electrode layer can be arranged at a position not facing the positive electrode 12 and the negative electrode 16 as shown in FIG. 1 (A).

電解液17に添加する溶媒は、正極活物質層13の酸化反応電位よりも高い酸化反応電位を持つ溶媒であれば、蓄電装置をある程度使用して、容量が低下したところで、充電電圧を酸化反応電位よりも高い電圧にして充電することで容量を追加することができる。 If the solvent added to the electrolytic solution 17 is a solvent having an oxidation reaction potential higher than the oxidation reaction potential of the positive electrode active material layer 13, a power storage device is used to some extent, and when the capacity decreases, the charging voltage is oxidized. Capacity can be added by charging at a voltage higher than the potential.

正極活物質層13の酸化反応電位よりも低い酸化反応電位を持つ溶媒の場合、初回充電時に負極へのプリドープ(正極容量以上のリチウムが負極に挿入される)が自動で行われる。 In the case of a solvent having an oxidation reaction potential lower than the oxidation reaction potential of the positive electrode active material layer 13, predoping to the negative electrode (lithium having a positive electrode capacity or more is inserted into the negative electrode) is automatically performed at the time of initial charging.

電解液17を分解させるために、添加剤を加えてもよい。さらに電解液の添加剤としては、ガスが発生することは好ましくないため、ガスが発生しにくく、且つ、酸素と結合する炭素鎖が長いことが好ましく、分解生成物がガス化しにくい硫黄を含む溶媒も好ましい。電解液の添加剤として具体的には、THFなどのエーテル系、環状エーテル、チオエーテル(スルフィド)系などを用いればよい。 Additives may be added to decompose the electrolytic solution 17. Further, as an additive for the electrolytic solution, it is not preferable to generate gas, so it is preferable that gas is not easily generated and the carbon chain that binds to oxygen is long, and a solvent containing sulfur that the decomposition product is hard to gasify. Is also preferable. Specifically, as an additive for the electrolytic solution, an ether type such as THF, a cyclic ether, a thioether (sulfide) type or the like may be used.

また、図1(B)に犠牲電極層18a、18bの設置位置が図1(A)と異なる他の例を示している。正極12において、正極活物質層が形成されている面ではないもう一方の面に犠牲電極層18aが設けられている例を示している。また、図1(B)において正極12に接する正極活物質層13が形成されている面ではないもう一方の面に犠牲電極層18aが設けられている。また、図1(B)に示す蓄電装置は、封止材11で包んだ構成となっている。 Further, FIG. 1B shows another example in which the installation positions of the sacrificial electrode layers 18a and 18b are different from those in FIG. 1A. An example is shown in which the sacrificial electrode layer 18a is provided on the other surface of the positive electrode 12 which is not the surface on which the positive electrode active material layer is formed. Further, in FIG. 1B, the sacrificial electrode layer 18a is provided on the other surface, which is not the surface on which the positive electrode active material layer 13 in contact with the positive electrode 12 is formed. Further, the power storage device shown in FIG. 1B has a configuration of being wrapped with a sealing material 11.

図1(B)に示す蓄電装置においても、正極上に接する電解液の分解を極力少なくしつつ、容量の低下を抑えることができる。 Also in the power storage device shown in FIG. 1B, it is possible to suppress a decrease in capacity while minimizing decomposition of the electrolytic solution in contact with the positive electrode.

(実施の形態2)
図2に図1とは一部異なる蓄電装置の断面模式図を示す。本実施の形態においては犠牲電極層18aをゲルで覆う例を示す。
(Embodiment 2)
FIG. 2 shows a schematic cross-sectional view of the power storage device which is partially different from that of FIG. In this embodiment, an example in which the sacrificial electrode layer 18a is covered with gel is shown.

図2において、平板10と封止材11で囲まれた内部は電解液17で充填され、正極12と電気的に接続された電極に犠牲電極層18bが設けられている。正極12上には正極活物質層13、セパレータ14、負極活物質層15、負極16が積層されている。 In FIG. 2, the inside surrounded by the flat plate 10 and the sealing material 11 is filled with the electrolytic solution 17, and the sacrificial electrode layer 18b is provided on the electrode electrically connected to the positive electrode 12. A positive electrode active material layer 13, a separator 14, a negative electrode active material layer 15, and a negative electrode 16 are laminated on the positive electrode 12.

本実施の形態では、図2に示すように正極12上に正極12と接する犠牲電極19と、犠牲電極19上にゲル18gで覆われた犠牲電極層18bが形成されている。ゲル18gとしては、ゲル化される高分子材料を含み、例えばシリコーンゲル、アクリルゲル、アクリロニトリル系ゲル、ポリエチレンオキサイド系ゲル、ポリプロピレンオキサイド系ゲル、フッ素系ポリマーのゲル等がある。 In the present embodiment, as shown in FIG. 2, a sacrificial electrode 19 in contact with the positive electrode 12 is formed on the positive electrode 12, and a sacrificial electrode layer 18b covered with 18 g of gel is formed on the sacrificial electrode 19. The gel 18 g includes a polymer material to be gelled, and includes, for example, a silicone gel, an acrylic gel, an acrylonitrile gel, a polyethylene oxide gel, a polypropylene oxide gel, a fluorine polymer gel, and the like.

また、ゲル18gは第2の溶媒を含み、犠牲電極層18bが電解液17と接して分解することを防止している。第2の溶媒は、第2の溶媒は溶媒17よりも還元電位と酸化電位が低い。また、第2の溶媒は正極活物の酸化反応電位よりも酸化電位が低いことも特徴の一つである。 Further, the gel 18g contains a second solvent to prevent the sacrificial electrode layer 18b from coming into contact with the electrolytic solution 17 and decomposing. The second solvent has a lower reduction potential and oxidation potential than the solvent 17. Another feature of the second solvent is that the oxidation potential is lower than the oxidation reaction potential of the positive electrode active material.

また、ゲル18gに含まれる第2の溶媒は、還元耐性が高い溶媒であるエーテル、或いは、少なくとも一つのエーテル結合を有する。ゲル18gに含まれる第2の溶媒は、テトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフラン、テトラヒドロピランのうち一つを含む。また、ゲル18gに含まれる第2の溶媒は、酸素に結合する炭素鎖の長さが3以上としてもよい。酸素に結合する炭素鎖の長さが3以上とすることでC−O結合周辺の分子量が大きいと言え、分解時にガスが発生することを避けることができる。また、ゲル18gに含まれる第2の溶媒は、環状エーテルであると粘度が低く好ましい。或いは、ゲル18gに含まれる第2の溶媒は、スルフィドを用いてもよい。スルフィドは分解時にガスが発生しくいため好ましい硫黄を含む溶媒の一つである。 The second solvent contained in 18 g of the gel has ether, which is a solvent having high reduction resistance, or at least one ether bond. The second solvent contained in 18 g of the gel contains one of tetrahydrofuran, 2-methyltetrahydrofuran and tetrahydropyran. Further, the second solvent contained in 18 g of the gel may have a carbon chain having a length of 3 or more bonded to oxygen. By setting the length of the carbon chain bonded to oxygen to 3 or more, it can be said that the molecular weight around the CO bond is large, and it is possible to avoid the generation of gas during decomposition. Further, it is preferable that the second solvent contained in 18 g of the gel is a cyclic ether because of its low viscosity. Alternatively, sulfide may be used as the second solvent contained in 18 g of the gel. Sulfide is one of the preferable sulfur-containing solvents because gas is unlikely to be generated during decomposition.

図2に示す蓄電装置はラミネート型であり、薄型電池の一例を示しているが、捲回型としてもよい。捲回型の蓄電装置の一例として図3に示す。図3(A)に示す捲回体993は、負極994と、正極995と、セパレータ996と、を有する。 The power storage device shown in FIG. 2 is a laminated type, and although an example of a thin battery is shown, it may be a wound type. FIG. 3 shows an example of a winding type power storage device. The wound body 993 shown in FIG. 3A has a negative electrode 994, a positive electrode 995, and a separator 996.

捲回体993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993を角型の封止容器などで覆うことにより角型の蓄電池が作製される。 The wound body 993 is formed by laminating a negative electrode 994 and a positive electrode 995 on top of each other with a separator 996 interposed therebetween, and winding the laminated sheet. A square storage battery is manufactured by covering the winding body 993 with a square sealing container or the like.

なお、負極994、正極995およびセパレータ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。負極994はリード電極997およびリード電極998の一方を介して負極集電体(図示せず)に接続され、正極995はリード電極997およびリード電極998の他方を介して正極集電体(図示せず)に接続される。 The number of layers of the negative electrode 994, the positive electrode 995, and the separator 996 may be appropriately designed according to the required capacity and the element volume. The negative electrode 994 is connected to the negative electrode current collector (not shown) via one of the lead electrode 997 and the lead electrode 998, and the positive electrode 995 is connected to the positive electrode current collector (not shown) via the other of the lead electrode 997 and the lead electrode 998. Is connected to.

図3(B)および図3(C)に示す蓄電池990は、外装体991の内部に上述した捲回体993を収納したものである。正極995の外側には犠牲電極層999が設けられている。犠牲電極層999は、第2の溶媒を含むゲルで覆うことが好ましい。犠牲電極層999を設けることにより、リチウムイオン電池の容量低下を軽減し、使用期間中の容量を維持させることができる。 The storage battery 990 shown in FIGS. 3B and 3C contains the above-mentioned winding body 993 inside the exterior body 991. A sacrificial electrode layer 999 is provided on the outside of the positive electrode 995. The sacrificial electrode layer 999 is preferably covered with a gel containing a second solvent. By providing the sacrificial electrode layer 999, it is possible to reduce the decrease in the capacity of the lithium ion battery and maintain the capacity during the period of use.

捲回体993は、リード電極997およびリード電極998を有し、外装体991、992の内部で電解液に含浸される。外装体991、992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。外装体991、992の材料として樹脂材料を用いれば、外部から力が加わったときに外装体991、992を変形させることができ、可撓性を有する薄型蓄電池を作製することができる。 The wound body 993 has a lead electrode 997 and a lead electrode 998, and is impregnated with an electrolytic solution inside the exterior bodies 991 and 992. For the exterior bodies 991 and 992, a metal material such as aluminum or a resin material can be used. If a resin material is used as the material of the exterior bodies 991 and 992, the exterior bodies 991 and 992 can be deformed when an external force is applied, and a thin storage battery having flexibility can be produced.

なお、本実施の形態は、他の実施の形態と適宜組み合わせることが可能である。 It should be noted that this embodiment can be appropriately combined with other embodiments.

(実施の形態3)
上記実施の形態で得られる犠牲電極層を用いて新規な蓄電装置を実現することができる。
(Embodiment 3)
A new power storage device can be realized by using the sacrificial electrode layer obtained in the above embodiment.

新規な蓄電装置は、例えば、携帯電話などの携帯情報端末、補聴器、撮像装置、掃除機、電動工具、電気シェーバー、照明機器、玩具、医療機器、ロボット、電気自動車(ハイブリッド自動車)などの駆動用電源、住宅を含む建築物の電力貯蔵用電源などに搭載し、使用することができる。 New energy storage devices are, for example, for driving mobile information terminals such as mobile phones, hearing aids, imaging devices, vacuum cleaners, electric tools, electric shavers, lighting devices, toys, medical devices, robots, electric vehicles (hybrid vehicles), etc. It can be installed and used as a power source or a power source for power storage of buildings including houses.

また、様々な部品に電力を供給するだけでなく、新規な蓄電装置は充電することができるため、他の電力源から電力を貯蔵することができ、太陽電池などの発電設備における蓄電装置としても用いることができる。従って、省エネルギーやCO削減に繋がる。 In addition to supplying power to various parts, new power storage devices can be charged, so power can be stored from other power sources, and can also be used as a power storage device in power generation equipment such as solar cells. Can be used. Therefore, it leads to energy saving and CO 2 reduction.

図4(A)は、携帯電話機の一例を示している。携帯電話機7400は、筐体7401に組み込まれた表示部7402の他、操作ボタン7403、外部接続ポート7404、スピーカ7405、マイク7406などを備えている。なお、携帯電話機7400は、蓄電装置7407を有している。 FIG. 4A shows an example of a mobile phone. The mobile phone 7400 includes an operation button 7403, an external connection port 7404, a speaker 7405, a microphone 7406, and the like, in addition to the display unit 7402 incorporated in the housing 7401. The mobile phone 7400 has a power storage device 7407.

図4(B)は、情報処理装置200の外観の一例を説明する投影図である。本実施の形態で説明する情報処理装置200は、演算装置210と入出力装置220と、表示部230と、蓄電装置250とを有する。 FIG. 4B is a projection drawing illustrating an example of the appearance of the information processing apparatus 200. The information processing device 200 described in this embodiment includes an arithmetic unit 210, an input / output device 220, a display unit 230, and a power storage device 250.

情報処理装置200は、通信部を有し、通信部は、ネットワークに情報を供給し、ネットワークから情報を取得する機能を備える。また、通信部290を用いて特定の空間に配信された情報を受信して、受信した情報に基づいて、画像情報を生成してもよい。例えば、学校または大学等の教室で配信される教材を受信して表示して、教科書に用いることができる。または、企業等の会議室で配信される資料を受信して表示することができる。 The information processing device 200 has a communication unit, and the communication unit has a function of supplying information to the network and acquiring information from the network. Further, the communication unit 290 may be used to receive information delivered to a specific space, and image information may be generated based on the received information. For example, it is possible to receive and display teaching materials distributed in a classroom such as a school or a university and use them in a textbook. Alternatively, it is possible to receive and display materials distributed in a conference room of a company or the like.

また、図4(C)に示すようなウェアラブルデバイスに搭載する蓄電池の集電体に対して、本発明の一態様に係る犠牲電極層を設けることにより、リチウムイオン電池の容量低下を軽減し、使用期間中の容量を維持させることができる。 Further, by providing the sacrificial electrode layer according to one aspect of the present invention on the current collector of the storage battery mounted on the wearable device as shown in FIG. 4C, the capacity decrease of the lithium ion battery can be reduced. The capacity can be maintained during the period of use.

例えば、図4(C)に示すような眼鏡型デバイス400に搭載することができる。眼鏡型デバイス400は、フレーム400aと、表示部400bを有する。湾曲を有するフレーム400aのテンプル部に蓄電装置を搭載することで、重量バランスがよく継続使用時間の長い眼鏡型デバイス400とすることができる。 For example, it can be mounted on a spectacle-type device 400 as shown in FIG. 4 (C). The spectacle-type device 400 has a frame 400a and a display unit 400b. By mounting the power storage device on the temple portion of the curved frame 400a, it is possible to obtain a spectacle-type device 400 having a good weight balance and a long continuous use time.

また、ヘッドセット型デバイス401に搭載することができる。ヘッドセット型デバイス401は、少なくともマイク部401aと、フレキシブルパイプ401bと、イヤフォン部401cを有する。フレキシブルパイプ401b内やイヤフォン部401c内に蓄電装置を設けることができる。 Further, it can be mounted on the headset type device 401. The headset-type device 401 has at least a microphone unit 401a, a flexible pipe 401b, and an earphone unit 401c. A power storage device can be provided in the flexible pipe 401b or in the earphone portion 401c.

また、身体に直接取り付け可能なデバイス402に搭載することができる。デバイス402の薄型の筐体402aの中に、蓄電装置402bを設けることができる。 In addition, it can be mounted on a device 402 that can be directly attached to the body. The power storage device 402b can be provided in the thin housing 402a of the device 402.

また、衣服に取り付け可能なデバイス403に搭載することができる。デバイス403の薄型の筐体403aの中に、蓄電装置403bを設けることができる。 It can also be mounted on a device 403 that can be attached to clothing. The power storage device 403b can be provided in the thin housing 403a of the device 403.

また、腕時計型デバイス405に搭載することができる。腕時計型デバイス405は表示部405aおよびベルト部405bを有し、表示部405aまたはベルト部405bに、蓄電装置を設けることができる。 Further, it can be mounted on the wristwatch type device 405. The wristwatch-type device 405 has a display unit 405a and a belt unit 405b, and a power storage device can be provided on the display unit 405a or the belt unit 405b.

表示部405aには、時刻だけでなく、メールや電話の着信等、様々な情報を表示することができる。 On the display unit 405a, not only the time but also various information such as an incoming mail or a telephone call can be displayed.

また、腕時計型デバイス405は、腕に直接巻きつけるタイプのウェアラブルデバイスであるため、使用者の脈拍、血圧等を測定するセンサを搭載してもよい。使用者の運動量および健康に関するデータを蓄積し、健康維持に役立てることができる。 Further, since the wristwatch type device 405 is a wearable device of a type that is directly wrapped around the wrist, a sensor for measuring the pulse, blood pressure, etc. of the user may be mounted. It is possible to accumulate data on the amount of exercise and health of the user and use it to maintain health.

また、ベルト型デバイス406に搭載することができる。ベルト型デバイス406は、ベルト部406aおよびワイヤレス給電受電部406bを有し、ベルト部406aの内部に、蓄電装置を搭載することができる。 It can also be mounted on the belt-type device 406. The belt-type device 406 has a belt portion 406a and a wireless power supply receiving portion 406b, and a power storage device can be mounted inside the belt portion 406a.

蓄電装置を車両に搭載すると、ハイブリッド車(HEV)、電気自動車(EV)、又はプラグインハイブリッド車(PHEV)等の次世代クリーンエネルギー自動車を実現できる。 When the power storage device is mounted on a vehicle, a next-generation clean energy vehicle such as a hybrid electric vehicle (HEV), an electric vehicle (EV), or a plug-in hybrid vehicle (PHEV) can be realized.

なお、本実施の形態は、他の実施の形態と適宜組み合わせることが可能である。 It should be noted that this embodiment can be appropriately combined with other embodiments.

サイクル特性の改善を図るため、以下に示す容量増加の実験を行った。 In order to improve the cycle characteristics, the following capacity increase experiments were conducted.

図5に実験サンプルの断面模式図を示す。 FIG. 5 shows a schematic cross-sectional view of the experimental sample.

本実施例では、正極12上に正極12と接する犠牲電極19と、犠牲電極19上に形成された犠牲電極層18bが形成されている。 In this embodiment, a sacrificial electrode 19 in contact with the positive electrode 12 and a sacrificial electrode layer 18b formed on the sacrificial electrode 19 are formed on the positive electrode 12.

犠牲電極層18bとして活性炭を用いる。容量は電圧に比例し、26.7mAh/g/Vとなる。正極担持量は、高容量負極に対応するため、電極強度を無視して非常に高い担持量で作製している。正極容量に対して、犠牲電極容量は、4.0Vにおいて、全体の2.3%となり、ほとんど容量に寄与しない。 Activated carbon is used as the sacrificial electrode layer 18b. The capacity is proportional to the voltage and becomes 26.7 mAh / g / V. Since the amount of the positive electrode supported corresponds to the high-capacity negative electrode, the amount of the positive electrode supported is very high, ignoring the electrode strength. The sacrificial electrode capacity is 2.3% of the total at 4.0 V with respect to the positive electrode capacity, and hardly contributes to the capacity.

Figure 0006914637
Figure 0006914637

また、比較例として犠牲電極19と、犠牲電極19上に形成された犠牲電極層18bを設けないセル(電極サイズ 正極:20.5cm負極:23.8cm)を作製した。セパレータ14としてPP(ポリプロピレン)を用い、電解液:1.0M LiPF/EC・DEC=3:7とする。 Further, as a comparative example, a sacrificial electrode 19 and a cell (electrode size positive electrode: 20.5 cm 2 negative electrode: 23.8 cm 2 ) formed on the sacrificial electrode 19 without the sacrificial electrode layer 18b were prepared. PP (polypropylene) is used as the separator 14, and the electrolytic solution: 1.0 M LiPF 6 / EC · DEC = 3: 7.

充放電試験は東洋システムの充放電試験機TOSCAT(TOYO2号機)を使用した。測定環境温度は25℃で行った。 For the charge / discharge test, the charge / discharge tester TOSCAT (TOYO No. 2) of Toyo System was used. The measurement environment temperature was 25 ° C.

結果を図6、図7、図8にそれぞれ示す。図6(A)は充放電データであり、図6(B)はサイクル数と容量との関係を示すグラフである。図7は充電後の放電電圧推移であり、図8は充電保持電圧と、容量確認サイクルの放電容量を示す棒グラフである。 The results are shown in FIGS. 6, 7, and 8, respectively. FIG. 6A is charge / discharge data, and FIG. 6B is a graph showing the relationship between the number of cycles and the capacity. FIG. 7 is a transition of the discharge voltage after charging, and FIG. 8 is a bar graph showing the charge holding voltage and the discharge capacity of the capacity confirmation cycle.

CV充電後の放電グラフ(図7)より、CV充電電圧が4.4Vまではプラトーの位置がほぼ変わらずにサイクルを行えている。CV充電電圧4.6Vでは徐々に電圧が低下しており、CV充電電圧4.8Vは途中から充放電が継続できないほどの電圧低下に至っている。容量の増加については、0.5C充電で全体の充電時間を4時間に設定しているが、僅かではあるが容量が増加していることが確認できた。 From the discharge graph after CV charging (FIG. 7), the cycle can be performed with the plateau position almost unchanged until the CV charging voltage is 4.4V. When the CV charging voltage is 4.6V, the voltage gradually decreases, and when the CV charging voltage is 4.8V, the voltage decreases so that charging / discharging cannot be continued from the middle. Regarding the increase in capacity, the total charging time was set to 4 hours with 0.5C charging, but it was confirmed that the capacity increased slightly.

また、犠牲電極を設けた蓄電池の充電サイクル測定を行い、CV充電電圧の違いについて比較を行う実験を以下に示す。表2にサンプルの構成を示す。 In addition, an experiment in which the charge cycle of a storage battery provided with a sacrificial electrode is measured and the difference in CV charging voltage is compared is shown below. Table 2 shows the sample configuration.

Figure 0006914637
Figure 0006914637

また、蓄電池の各サンプルの仕様は、ラミネートセル(電極サイズ 正極:20.5cm負極:23.8cm)、セパレータ:PP(ポリプロピレン)、電解液:1M LiTFSA EC:DEC=1:1+LiPF6 2wt%+VC1wt%とした。 The specifications of each sample of the storage battery are as follows: Laminate cell (electrode size positive electrode: 20.5 cm 2 negative electrode: 23.8 cm 2 ), separator: PP (polypropylene), electrolyte: 1M LiTFSA EC: DEC = 1: 1 + LiPF6 2 wt% It was set to + VC 1 wt%.

充放電試験は東洋システムの充放電試験機TOSCAT(TOYO2号機)を使用した。測定環境温度は60℃で行った。 For the charge / discharge test, the charge / discharge tester TOSCAT (TOYO No. 2) of Toyo System was used. The measurement environment temperature was 60 ° C.

充電サイクル測定の条件は、充放電レート:0.5Cとし、充電終止条件を以下の表3に示す4条件で行った。加えて、犠牲電極を設けていない蓄電池の比較例(ref)も充電サイクル測定を行った。 The charging cycle measurement conditions were a charge / discharge rate of 0.5C, and the charging termination conditions were the four conditions shown in Table 3 below. In addition, a comparative example (ref) of a storage battery not provided with a sacrificial electrode was also subjected to charge cycle measurement.

Figure 0006914637
Figure 0006914637

60℃におけるサイクル測定結果(図9)より、60℃においてはCV充電電圧が4.2Vをすることにより容量維持率がほぼ変わらずにサイクルを行えている。4.0Vでは徐々に容量維持率が低下しており、犠牲電極を用いない条件よりも低下した。また、4.4Vは60℃の条件下においては、途中から充放電が継続できないほどの電圧低下に至っている。本願の構成において、充電電圧を適切に設定することにより、サイクル充放電における容量低下を抑制できることが確認できた。 From the cycle measurement result (FIG. 9) at 60 ° C., the CV charging voltage is 4.2 V at 60 ° C., so that the capacity retention rate is almost unchanged and the cycle can be performed. At 4.0 V, the capacitance retention rate gradually decreased, which was lower than the condition without the sacrificial electrode. Further, at 4.4 V, under the condition of 60 ° C., the voltage drops so that charging / discharging cannot be continued from the middle. In the configuration of the present application, it was confirmed that the capacity decrease during cycle charging / discharging can be suppressed by appropriately setting the charging voltage.

ここで、CC(定電流)充電、CCCV充電およびCC放電について説明する。 Here, CC (constant current) charging, CCCV charging, and CC discharging will be described.

≪CC充電≫CC充電について説明する。CC充電は、充電期間のすべてで一定の電流を二次電池に流し、所定の電圧になったときに充電を停止する充電方法である。二次電池を、図10(A)に示すように内部抵抗Rと二次電池容量Cの等価回路と仮定する。この場合、二次電池電圧Vは、内部抵抗Rにかかる電圧Vと二次電池容量Cにかかる電圧Vの和である。 << CC charging >> CC charging will be described. CC charging is a charging method in which a constant current is passed through a secondary battery during the entire charging period, and charging is stopped when a predetermined voltage is reached. It is assumed that the secondary battery is an equivalent circuit having an internal resistance R and a secondary battery capacity C as shown in FIG. 10 (A). In this case, the secondary battery voltage V B is the sum of the voltage V C applied to the voltage V R and the secondary battery capacity C according to the internal resistance R.

CC充電を行っている間は、図10(A)に示すように、スイッチがオンになり、一定の電流Iが二次電池に流れる。この間、電流Iが一定であるため、V=R×Iのオームの法則により、内部抵抗Rにかかる電圧Vも一定である。一方、二次電池容量Cにかかる電圧Vは、時間の経過とともに上昇する。そのため、二次電池電圧Vは、時間の経過とともに上昇する。 During CC charging, as shown in FIG. 10A, the switch is turned on and a constant current I flows through the secondary battery. During this time, since a current I is constant, the Ohm's law V R = R × I, a voltage V R is also constant according to the internal resistance R. On the other hand, the voltage V C applied to the secondary battery capacity C increases with time. Therefore, the secondary battery voltage V B rises with the passage of time.

そして二次電池電圧Vが所定の電圧、例えば4.1Vになったときに、充電を停止する。CC充電を停止すると、図10(B)に示すように、スイッチがオフになり、電流I=0となる。そのため、内部抵抗Rにかかる電圧Vが0Vとなる。そのため、内部抵抗Rにかかっていた電圧の分、二次電池電圧Vが下降する。 Then, when the secondary battery voltage V B reaches a predetermined voltage, for example, 4.1 V, charging is stopped. When the CC charging is stopped, as shown in FIG. 10B, the switch is turned off and the current I = 0. Therefore, the voltage V R applied to the internal resistance R becomes 0V. Therefore, the secondary battery voltage V B drops by the amount of the voltage applied to the internal resistance R.

CC充電を行っている間と、CC充電を停止してからの、二次電池電圧Vと充電電流の例を図10(C)に示す。CC充電を行っている間は上昇していた二次電池電圧Vが、CC充電を停止してから若干低下する様子が示されている。 FIG. 10 (C) shows an example of the secondary battery voltage V B and the charging current during CC charging and after CC charging is stopped. It is shown that the secondary battery voltage V B , which had been rising during CC charging, decreased slightly after CC charging was stopped.

≪CCCV充電≫次に、CCCV充電について説明する。CCCV充電は、まずCC充電にて所定の電圧まで充電を行い、その後CV(定電圧)充電にて流れる電流が少なくなるまで、具体的には終止電流値になるまで充電を行う充電方法である。 << CCCV charging >> Next, CCCV charging will be described. CCCV charging is a charging method in which first charging is performed to a predetermined voltage by CC charging, and then charging is performed until the current flowing by CV (constant voltage) charging decreases, specifically, until the final current value is reached. ..

CC充電を行っている間は、図11(A)に示すように、定電流電源のスイッチがオン、定電圧電源のスイッチがオフになり、一定の電流Iが二次電池に流れる。この間、電流Iが一定であるため、V=R×Iのオームの法則により、内部抵抗Rにかかる電圧Vも一定である。一方、二次電池容量Cにかかる電圧Vは、時間の経過とともに上昇する。そのため、二次電池電圧Vは、時間の経過とともに上昇する。 During CC charging, as shown in FIG. 11A, the constant current power supply switch is turned on, the constant voltage power supply switch is turned off, and a constant current I flows through the secondary battery. During this time, since a current I is constant, the Ohm's law V R = R × I, a voltage V R is also constant according to the internal resistance R. On the other hand, the voltage V C applied to the secondary battery capacity C increases with time. Therefore, the secondary battery voltage V B rises with the passage of time.

そして二次電池電圧Vが所定の電圧、例えば4.3Vになったときに、CC充電からCV充電に切り替える。CV充電を行っている間は、図11(B)に示すように、定電圧電源のスイッチがオン、定電流電源のスイッチがオフになり、二次電池電圧Vが一定となる。一方、二次電池容量Cの電圧Vは、時間の経過とともに上昇する。V=V+Vであるため、V=R×Iのオームの法則により、二次電池に流れる電流Iを小さくすることにより、内部抵抗Rにかかる電圧Vが、時間の経過とともに小さくなる。内部抵抗Rにかかる電圧Vが小さくなることで、二次電圧Vが一定となる。 Then, when the secondary battery voltage V B reaches a predetermined voltage, for example, 4.3 V, the CC charge is switched to the CV charge. During CV charging, as shown in FIG. 11B, the constant voltage power supply switch is turned on, the constant current power supply switch is turned off, and the secondary battery voltage V B becomes constant. On the other hand, the voltage V C of the battery capacity C increases with time. Because it is V B = V R + V C , by Ohm's law V R = R × I, by reducing the current I flowing through the secondary battery, the voltage V R applied to the internal resistance R is, with the lapse of time It becomes smaller. As the voltage V R applied to the internal resistance R becomes smaller, the secondary voltage V B becomes constant.

そして二次電池に流れる電流Iが所定の電流、例えば0.01C相当の電流となったとき、充電を停止する。CCCV充電を停止すると、図11(C)に示すように、全てのスイッチがオフになり、電流I=0となる。そのため、内部抵抗Rにかかる電圧Vが0Vとなる。しかし、CV充電により内部抵抗Rにかかる電圧Vが十分に小さくなっているため、内部抵抗Rにかかっていた電圧がなくなっても、二次電池電圧Vはほとんど降下しない。 Then, when the current I flowing through the secondary battery reaches a predetermined current, for example, a current equivalent to 0.01 C, charging is stopped. When the CCCV charging is stopped, as shown in FIG. 11C, all the switches are turned off and the current I = 0. Therefore, the voltage V R applied to the internal resistance R becomes 0V. However, since the voltage V R applied to the internal resistance R by CV charging is sufficiently small, even run out of the voltage used to take the internal resistance R, the secondary battery voltage V B is hardly lowered.

CCCV充電を行っている間と、CCCV充電を停止してからの、二次電池電圧Vと充電電流の例を図11(D)に示す。CCCV充電を停止しても、二次電池電圧Vがほとんど降下しない様子が示されている。 FIG. 11 (D) shows an example of the secondary battery voltage V B and the charging current during the CCCV charging and after the CCCV charging is stopped. It is shown that the secondary battery voltage V B hardly drops even when the CCCV charging is stopped.

≪CC放電≫次に、CC放電について説明する。CC放電は、放電期間のすべてで一定の電流を二次電池から流し、二次電池電圧VBが所定の電圧、例えば2.5Vになったときに放電を停止する放電方法である。 << CC discharge >> Next, CC discharge will be described. CC discharge is a discharge method in which a constant current is passed from a secondary battery during the entire discharge period, and the discharge is stopped when the secondary battery voltage VB reaches a predetermined voltage, for example, 2.5 V.

CC放電を行っている間の二次電池電圧Vと放電電流の例を図12に示す。放電が進むに従い、二次電池電圧Vが降下していく様子が示されている。 FIG. 12 shows an example of the secondary battery voltage V B and the discharge current during CC discharge. It is shown that the secondary battery voltage V B drops as the discharge progresses.

次に、放電レート及び充電レートについて説明する。放電レートとは、電池容量に対する放電時の電流の相対的な比率であり、単位Cで表される。定格容量X(Ah)の電池において、1C相当の電流は、X(A)である。2X(A)の電流で放電させた場合は、2Cで放電させたといい、X/5(A)の電流で放電させた場合は、0.2Cで放電させたという。また、充電レートも同様であり、2X(A)の電流で充電させた場合は、2Cで充電させたといい、X/5(A)の電流で充電させた場合は、0.2Cで充電させたという。 Next, the discharge rate and the charge rate will be described. The discharge rate is a relative ratio of the current at the time of discharge to the battery capacity, and is expressed in the unit C. In a battery having a rated capacity of X (Ah), the current corresponding to 1C is X (A). When discharged with a current of 2X (A), it is said to be discharged at 2C, and when discharged with a current of X / 5 (A), it is said to be discharged at 0.2C. The charging rate is also the same. When charged with a current of 2X (A), it is said to be charged with 2C, and when charged with a current of X / 5 (A), it is charged with 0.2C. It is said that

10:平板
11:封止材
12:正極
13:正極活物質層
14:セパレータ
15:負極活物質層
16:負極
17:電解液
18a、18b:犠牲電極層
18g:ゲル
19:犠牲電極
10: Flat plate 11: Encapsulant 12: Positive electrode 13: Positive electrode active material layer 14: Separator 15: Negative electrode active material layer 16: Negative electrode 17: Electrolyte 18a, 18b: Sacrificial electrode layer 18 g: Gel 19: Sacrificial electrode

Claims (3)

正極と正極活物質層とを有する第1の積層体と、
負極と負極活物質層とを有する第2の積層体と、
互いに対向する前記正極活物質層と前記負極活物質層との間のセパレータと、
前記正極活物質層が設けられた前記正極の面とは反対側の前記正極の面に接する犠牲電極と、
前記犠牲電極と接し、且つ活性炭を有する犠牲電極層と、
前記犠牲電極層を覆うゲルと、
を有し、
記犠牲電極層は電解液と接し、且つ前記電解液と反応する、リチウムイオン二次電池。
A first laminate having a positive electrode and a positive electrode active material layer,
A second laminate having a negative electrode and a negative electrode active material layer,
A separator between the positive electrode active material layer and the negative electrode active material layer facing each other,
A sacrificial electrode which contacts the surface of the positive electrode opposite to the surface of the positive electrode active said material layer is provided a positive electrode,
Contact with the sacrificial electrode, a sacrificial electrode layer and having an activated carbon,
The gel covering the sacrificial electrode layer and
Have,
Before SL sacrificial electrode layer is in contact with the electrolyte, and reacts with the electrolyte, a lithium ion secondary battery.
請求項1において、In claim 1,
前記ゲルは、ゲル化された高分子材料を含む、リチウムイオン二次電池。The gel is a lithium ion secondary battery containing a gelled polymer material.
請求項1または請求項2において、In claim 1 or 2,
前記ゲルは、前記電解液に含まれる溶媒よりも酸化電位が低い溶媒を含む、リチウムイオン二次電池。The gel is a lithium ion secondary battery containing a solvent having a lower oxidation potential than the solvent contained in the electrolytic solution.
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