JP7344724B2 - All-solid-state lithium-ion secondary battery system and charging device for all-solid-state lithium-ion secondary battery - Google Patents

All-solid-state lithium-ion secondary battery system and charging device for all-solid-state lithium-ion secondary battery Download PDF

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Description

本発明は、全固体リチウムイオン二次電池システム、および全固体リチウムイオン二次電池用充電装置に関する。 The present invention relates to an all-solid-state lithium-ion secondary battery system and a charging device for an all-solid-state lithium-ion secondary battery.

近年、地球温暖化に対処するため、二酸化炭素量の低減が切に望まれている。自動車業界では、電気自動車(EV)やハイブリッド電気自動車(HEV)の導入による二酸化炭素排出量の低減に期待が集まっており、これらの実用化の鍵を握るモータ駆動用二次電池などの非水電解質二次電池の開発が盛んに行われている。 In recent years, in order to combat global warming, it has been strongly desired to reduce the amount of carbon dioxide. In the automobile industry, expectations are high for reducing carbon dioxide emissions through the introduction of electric vehicles (EVs) and hybrid electric vehicles (HEVs), and non-aqueous batteries such as secondary batteries for motor drives hold the key to their practical application. Electrolyte secondary batteries are actively being developed.

モータ駆動用二次電池としては、携帯電話やノートパソコン等に使用される民生用リチウムイオン二次電池と比較して極めて高い出力特性、および高いエネルギーを有することが求められている。したがって、現実的な全ての電池の中で最も高い理論エネルギーを有するリチウムイオン二次電池が注目を集めており、現在急速に開発が進められている。 Secondary batteries for motor drives are required to have extremely high output characteristics and high energy compared to consumer lithium ion secondary batteries used in mobile phones, notebook computers, and the like. Therefore, lithium ion secondary batteries, which have the highest theoretical energy of all practical batteries, are attracting attention and are currently being rapidly developed.

ここで、現在一般に普及しているリチウムイオン二次電池は、電解質に可燃性の有機電解液を用いている。このような液系リチウムイオン二次電池では、液漏れ、短絡、過充電などに対する安全対策が他の電池よりも厳しく求められる。 Here, lithium ion secondary batteries that are currently in widespread use use a flammable organic electrolyte as an electrolyte. Such liquid-based lithium ion secondary batteries require more stringent safety measures against leakage, short circuits, overcharging, etc. than other batteries.

そこで近年、電解質に酸化物系や硫化物系の固体電解質を用いた全固体リチウムイオン二次電池(以下、「全固体電池」とも称する)に関する研究開発が盛んに行われている。固体電解質は、固体中でイオン伝導が可能なイオン伝導体を主体として構成される材料である。このため、全固体リチウムイオン二次電池においては、従来の液系リチウムイオン二次電池のように可燃性の有機電解液に起因する各種問題が原理的に発生しない。また一般に、高電位・大容量の正極材料、大容量の負極材料を用いると電池の出力密度およびエネルギー密度の大幅な向上が図れる。正極活物質として硫化物系材料を用い、負極活物質として金属リチウムやリチウム含有合金を用いた全固体電池は、その有望な候補である。 Therefore, in recent years, research and development on all-solid-state lithium ion secondary batteries (hereinafter also referred to as "all-solid-state batteries") using oxide-based or sulfide-based solid electrolytes have been actively conducted. A solid electrolyte is a material mainly composed of an ion conductor capable of ion conduction in a solid state. Therefore, in principle, all-solid-state lithium ion secondary batteries do not suffer from various problems caused by flammable organic electrolytes, unlike conventional liquid-based lithium ion secondary batteries. Furthermore, in general, the use of high-potential, large-capacity positive electrode materials and large-capacity negative electrode materials can significantly improve the output density and energy density of the battery. All-solid-state batteries that use sulfide-based materials as positive electrode active materials and metallic lithium or lithium-containing alloys as negative electrode active materials are promising candidates.

ところで、リチウムイオン二次電池においては、その充放電サイクルの繰り返しに伴って内部抵抗が上昇する。電池の内部抵抗が上昇すると、大電流が取り出しにくくなるといった問題や、充電に長時間を要するようになるという問題、電池が発熱しやすくなる結果として電池の劣化が進行しやすくなるといった問題がある。このため、リチウムイオン二次電池の内部抵抗の上昇を抑制することは、電池を長寿命化するという観点からも重要なことである。 By the way, in a lithium ion secondary battery, the internal resistance increases as its charge/discharge cycles are repeated. When the internal resistance of a battery increases, there are problems such as it becomes difficult to draw a large current, it takes a long time to charge, and the battery becomes more likely to generate heat, which makes it easier for the battery to deteriorate. . Therefore, suppressing the increase in internal resistance of a lithium ion secondary battery is important from the viewpoint of extending the life of the battery.

全固体電池において、充放電サイクルの進行に伴う内部抵抗の上昇を抑制するための技術として、特許文献1には、充電量が増加するにつれて緩やかに膨張する層状領域と、充電量が増加するにつれて急激に膨張する細孔領域とで構成されるLiイオン挿入サイトを有する負極活物質を用い、通常充電では上記層状領域のみを使用する全固体電池の充電方法が開示されている。特許文献1によれば、上述したような構成とすることで、充電時の負極活物質と固体電解質との接触悪化が抑制される結果、充放電サイクルの進行に伴う内部抵抗の上昇を抑制することができるとされている。 In an all-solid-state battery, as a technique for suppressing an increase in internal resistance as the charge/discharge cycle progresses, Patent Document 1 describes a layered region that slowly expands as the amount of charge increases, and a layered region that expands gradually as the amount of charge increases. A charging method for an all-solid-state battery is disclosed in which a negative electrode active material having a Li ion insertion site consisting of a rapidly expanding pore region is used, and only the layered region is used during normal charging. According to Patent Document 1, the above-described configuration suppresses deterioration of contact between the negative electrode active material and the solid electrolyte during charging, thereby suppressing an increase in internal resistance as the charge/discharge cycle progresses. It is said that it is possible.

特開2016-154104号公報Japanese Patent Application Publication No. 2016-154104

本発明者らは、全固体電池における内部抵抗の上昇の原因を鋭意探索した。その結果、特許文献1において検討されている活物質と固体電解質との接触状態の悪化もさることながら、固体電解質層における微小なクラックの発生や、電極活物質層と固体電解質層との界面が剥離することによるオーミック抵抗の増大が支配的な原因であることを見出した。 The present inventors have diligently searched for the cause of the increase in internal resistance in all-solid-state batteries. As a result, not only the contact state between the active material and the solid electrolyte as discussed in Patent Document 1 deteriorates, but also the occurrence of minute cracks in the solid electrolyte layer and the interface between the electrode active material layer and the solid electrolyte layer. It was found that the dominant cause was an increase in ohmic resistance due to peeling.

これらの支配的な原因に起因して上昇した内部抵抗については、特許文献1において提案されている技術によっては低減(回復)させることはできないという問題がある。また、特許文献1に開示の技術は、充電に用いられているLiイオン挿入サイトが層状領域および細孔領域のいずれに属するものであるかを判別する検出回路を備えていない。そのため、特許文献1に開示された充電方法によっては、内部抵抗の上昇を抑制することが可能であるか否かを判断することも難しいという問題もある。 There is a problem in that the internal resistance that has increased due to these dominant causes cannot be reduced (recovered) by the technique proposed in Patent Document 1. Furthermore, the technique disclosed in Patent Document 1 does not include a detection circuit that determines whether the Li ion insertion site used for charging belongs to a layered region or a pore region. Therefore, depending on the charging method disclosed in Patent Document 1, there is also a problem in that it is difficult to determine whether it is possible to suppress the increase in internal resistance.

本発明の目的は、全固体電池を充電する際に当該電池の内部抵抗の上昇を検知し、上昇した内部抵抗を低減させた上で充電を継続することを可能とする手段を提供することである。 An object of the present invention is to provide a means for detecting an increase in the internal resistance of an all-solid-state battery when charging the battery, and making it possible to continue charging after reducing the increased internal resistance. be.

本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意検討を行った。その結果、全固体リチウムイオン二次電池を充電する際に、当該電池の内部抵抗値を測定し、測定された内部抵抗値またはその初期内部抵抗値に対する上昇率が予め定められたしきい値以上であるときに、定格充電電流よりも大きい加熱用電流で当該電池を充電するように制御することにより、上記課題が解決されうることを見出し、本発明を完成させるに至った。 The present inventors conducted extensive studies to solve the above problems. As a result, when charging an all-solid-state lithium-ion secondary battery, the internal resistance value of the battery is measured, and the measured internal resistance value or its rate of increase relative to the initial internal resistance value exceeds a predetermined threshold. The present inventors have discovered that the above-mentioned problem can be solved by controlling the battery to be charged with a heating current larger than the rated charging current, and have completed the present invention.

本発明の一形態に係る全固体リチウムイオン二次電池システムは、まず、正極活物質を含有する正極活物質層を含む正極と、負極活物質を含有する負極活物質層を含む負極と、前記正極活物質層および前記負極活物質層との間に介在する固体電解質層とを有する発電要素を備えた全固体リチウムイオン二次電池を備える。また、当該システムは、前記全固体リチウムイオン二次電池を充電する充電器と、前記全固体リチウムイオン二次電池の内部抵抗を測定する内部抵抗測定部と、前記充電器を制御する制御部とを備える。そして、当該制御部は、前記充電器が前記全固体リチウムイオン二次電池を充電する際、前記内部抵抗測定部が測定した内部抵抗値またはその初期内部抵抗値に対する上昇率が予め定められたしきい値以上であるときに、定格充電電流よりも大きい加熱用電流で前記全固体リチウムイオン電池を充電するように前記充電器を制御する。 An all-solid-state lithium ion secondary battery system according to an embodiment of the present invention first includes a positive electrode including a positive electrode active material layer containing a positive electrode active material, a negative electrode including a negative electrode active material layer containing a negative electrode active material, and a negative electrode including a negative electrode active material layer containing a negative electrode active material. An all-solid-state lithium ion secondary battery including a power generation element having a positive electrode active material layer and a solid electrolyte layer interposed between the negative electrode active material layer and the negative electrode active material layer is provided. The system also includes a charger that charges the all-solid-state lithium ion secondary battery, an internal resistance measurement unit that measures the internal resistance of the all-solid-state lithium ion secondary battery, and a control unit that controls the charger. Equipped with. The control unit may be configured such that when the charger charges the all-solid-state lithium ion secondary battery, the internal resistance value measured by the internal resistance measuring unit or the rate of increase with respect to the initial internal resistance value is determined in advance. When the threshold value is exceeded, the charger is controlled to charge the all-solid-state lithium ion battery with a heating current that is larger than the rated charging current.

本発明の他の形態に係る全固体リチウムイオン二次電池の充電装置は、前記全固体リチウムイオン二次電池を充電する充電器と、前記全固体リチウムイオン二次電池の内部抵抗を測定する内部抵抗測定部と、前記充電器を制御する制御部とを備える。そして、当該制御部は、前記充電器が前記全固体リチウムイオン二次電池を充電する際、前記内部抵抗測定部が測定した内部抵抗値またはその初期内部抵抗値に対する上昇率が予め定められたしきい値以上であるときに、定格充電電流よりも大きい加熱用電流で前記全固体リチウムイオン電池を充電するように前記充電器を制御する。 An all-solid-state lithium-ion secondary battery charging device according to another aspect of the present invention includes a charger that charges the all-solid-state lithium-ion secondary battery, and an internal battery that measures the internal resistance of the all-solid-state lithium-ion secondary battery. The battery includes a resistance measurement section and a control section that controls the charger. The control unit may be configured such that when the charger charges the all-solid-state lithium ion secondary battery, the internal resistance value measured by the internal resistance measuring unit or the rate of increase with respect to the initial internal resistance value is determined in advance. When the threshold value is exceeded, the charger is controlled to charge the all-solid-state lithium ion battery with a heating current that is larger than the rated charging current.

本発明によれば、全固体電池を充電する際に当該電池の内部抵抗の上昇を検知し、上昇した内部抵抗を低減させた上で充電を継続することが可能となる。その結果、内部抵抗の上昇に起因する種々の問題の発生が防止され、充電時間の短縮や電池の長寿命化に寄与しうる。 According to the present invention, when charging an all-solid-state battery, it is possible to detect an increase in the internal resistance of the battery, reduce the increased internal resistance, and then continue charging. As a result, various problems caused by an increase in internal resistance can be prevented from occurring, which can contribute to shortening charging time and extending the life of the battery.

本発明の一実施形態に係る全固体リチウムイオン二次電池システムの構成を説明するためのブロック図である。1 is a block diagram for explaining the configuration of an all-solid-state lithium ion secondary battery system according to an embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態に係る全固体リチウムイオン二次電池システムを搭載した電気自動車の電気系統のシステム概要図である。1 is a system schematic diagram of an electrical system of an electric vehicle equipped with an all-solid-state lithium ion secondary battery system according to an embodiment of the present invention. 二次電池システム1における急速充電処理の手順を示すフローチャートである。5 is a flowchart showing the procedure of rapid charging processing in the secondary battery system 1. FIG. 温度センサーによる二次電池の測定温度Tから電池温度Tを算出する方法の一例を説明するためのグラフ(縦軸は温度;横軸は算出したい電池温度Tとなる電池内部の位置(温度推定位置)からの距離)である。A graph for explaining an example of a method for calculating battery temperature T from the temperature T m measured by a temperature sensor of a secondary battery (vertical axis is temperature; horizontal axis is position inside the battery where the battery temperature T to be calculated is (temperature estimation) (distance from position). 本発明の一実施形態に係るアイドリングストップ車における電源回路の構成図である。FIG. 1 is a configuration diagram of a power supply circuit in an idling stop vehicle according to an embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態である積層型(内部並列接続タイプ)の全固体リチウムイオン二次電池(積層型二次電池)の全体構造を模式的に表した断面図である。1 is a cross-sectional view schematically showing the overall structure of a stacked (internal parallel connection type) all-solid-state lithium ion secondary battery (stacked secondary battery) that is an embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態に係る双極型(バイポーラ型)の全固体リチウムイオン二次電池(双極型二次電池)を模式的に表した断面図である。1 is a cross-sectional view schematically showing a bipolar all-solid-state lithium ion secondary battery (bipolar secondary battery) according to an embodiment of the present invention. 積層型二次電池の代表的な実施形態である扁平なリチウムイオン二次電池の外観を表した斜視図である。1 is a perspective view showing the appearance of a flat lithium ion secondary battery, which is a typical embodiment of a stacked secondary battery.

以下、図面を参照しながら、上述した本発明の実施形態を説明するが、本発明の技術的範囲は特許請求の範囲の記載に基づいて定められるべきであり、以下の形態のみに制限されない。なお、図面の寸法比率は、説明の都合上誇張されており、実際の比率とは異なる場合がある。 Hereinafter, the embodiments of the present invention described above will be described with reference to the drawings, but the technical scope of the present invention should be determined based on the claims and is not limited only to the following embodiments. Note that the dimensional ratios in the drawings are exaggerated for convenience of explanation and may differ from the actual ratios.

[二次電池システム]
図1は、本発明の一実施形態に係る全固体リチウムイオン二次電池システムの構成を説明するためのブロック図である。図2は、本発明の一実施形態に係る全固体リチウムイオン二次電池システムを搭載した電気自動車の電気系統のシステム概要図である。
[Secondary battery system]
FIG. 1 is a block diagram for explaining the configuration of an all-solid-state lithium ion secondary battery system according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a system schematic diagram of an electrical system of an electric vehicle equipped with an all-solid-state lithium ion secondary battery system according to an embodiment of the present invention.

図1を参照して、この全固体リチウムイオン二次電池システム(以下、「二次電池システム1」とも称する)は、全固体リチウムイオン二次電池(以下、「二次電池2」とも称する)を備える。そして、二次電池2のセル電圧(端子間電圧)を測定する電圧センサー3、二次電池2の外表面温度(環境温度)を測定する温度センサー4、二次電池2へ充電電力を供給する電圧電流調整部5、二次電池2の充放電電流を測定する電流センサー6、二次電池2の充放電を制御する制御部7を備える。また、電圧電流調整部5は外部電源8に接続されていて充電時には電力の供給を受ける一方、放電時には電圧電流調整部5を介して外部電源8側へ放電する(詳細は後述する)。 Referring to FIG. 1, this all-solid-state lithium ion secondary battery system (hereinafter also referred to as "secondary battery system 1") is an all-solid-state lithium-ion secondary battery (hereinafter also referred to as "secondary battery 2"). Equipped with Then, charging power is supplied to the voltage sensor 3 that measures the cell voltage (voltage between terminals) of the secondary battery 2, the temperature sensor 4 that measures the outer surface temperature (environmental temperature) of the secondary battery 2, and the secondary battery 2. It includes a voltage/current adjustment section 5 , a current sensor 6 that measures the charging/discharging current of the secondary battery 2 , and a control section 7 that controls charging/discharging of the secondary battery 2 . Further, the voltage and current adjustment section 5 is connected to an external power supply 8 and receives power during charging, while discharging to the external power supply 8 side via the voltage and current adjustment section 5 during discharging (details will be described later).

図2を参照して、二次電池2は通常、二次電池モジュール(組電池)110の形態でバッテリパック100に格納されている。バッテリパック100にはバッテリマネジメント(電池制御)システム(BMS)120が搭載されている。このBMS120は、電圧センサー3、温度センサー4、電流センサー6などを備えており、バッテリパック100および二次電池2(二次電池モジュール110)の情報を上位の制御部7に送信し、その指示を受信し、バッテリパック100および二次電池2(二次電池モジュール110)を制御する。すなわち、BMS120もまた、本発明における制御部として機能する。バッテリパック100はさらに、二次電池モジュール110の強電回路との接続遮断を制御するためのジャンクションボックス130を備えており、このジャンクションボックス130は制御部7の制御を受けている。 Referring to FIG. 2, secondary battery 2 is normally stored in battery pack 100 in the form of secondary battery module (battery assembly) 110. The battery pack 100 is equipped with a battery management (battery control) system (BMS) 120. This BMS 120 is equipped with a voltage sensor 3, a temperature sensor 4, a current sensor 6, etc., and transmits information about the battery pack 100 and the secondary battery 2 (secondary battery module 110) to the upper control unit 7, and provides instructions therefor. and controls the battery pack 100 and the secondary battery 2 (secondary battery module 110). That is, the BMS 120 also functions as a control unit in the present invention. The battery pack 100 further includes a junction box 130 for controlling disconnection of the secondary battery module 110 from the high-voltage circuit, and this junction box 130 is controlled by the control unit 7.

電気自動車は、DC/DCジャンクションボックス200も備えている。DC/DCジャンクションボックス200には、二次電池2(二次電池モジュール110)からの高電圧を低電圧に変換するためのDC/DCコンバータ210が搭載されている。また、DC/DCジャンクションボックス200は、二次電池2(二次電池モジュール110)の普通充電系統への接続遮断を制御するための普通充電リレー220と、急速充電系統への接続遮断を制御するための急速充電リレー230とをさらに備えている。普通充電リレー220は、車載充電器221を介して普通充電ポート222に接続されており、また、急速充電リレー230は急速充電ポート232と直接接続されている。 The electric vehicle also includes a DC/DC junction box 200. The DC/DC junction box 200 is equipped with a DC/DC converter 210 for converting high voltage from the secondary battery 2 (secondary battery module 110) to low voltage. The DC/DC junction box 200 also includes a normal charging relay 220 for controlling disconnection of the secondary battery 2 (secondary battery module 110) to the normal charging system, and a normal charging relay 220 for controlling disconnection of the secondary battery 2 (secondary battery module 110) to the quick charging system. The device further includes a quick charging relay 230 for the purpose of charging. The normal charging relay 220 is connected to the normal charging port 222 via the on-vehicle charger 221, and the quick charging relay 230 is directly connected to the quick charging port 232.

以下、図1に示す各部の詳細を説明する。 The details of each part shown in FIG. 1 will be explained below.

二次電池2は、通常の全固体リチウムイオン二次電池であり、正極活物質を含有する正極活物質層を含む正極と、負極活物質を含有する負極活物質層を含む負極と、前記正極活物質層および前記負極活物質層との間に介在する固体電解質層と、を有する発電要素を備える。なお、全固体リチウムイオン二次電池の詳細については後述する。 The secondary battery 2 is a normal all-solid-state lithium ion secondary battery, and includes a positive electrode including a positive electrode active material layer containing a positive electrode active material, a negative electrode including a negative electrode active material layer containing a negative electrode active material, and the positive electrode. A power generation element having an active material layer and a solid electrolyte layer interposed between the negative electrode active material layer and the negative electrode active material layer is provided. Note that details of the all-solid-state lithium ion secondary battery will be described later.

電圧センサー3は、例えば電圧計でよく、二次電池2の正極と負極との間のセル電圧(端子間電圧)を測定する。二次電池2に通電していないときに測定されるセル電圧(端子間電圧)は二次電池2の開回路電圧(OCV)である。一方、二次電池2の充放電時に測定されるセル電圧(端子間電圧)は、二次電池2の内部抵抗(R)に起因する電圧降下(ΔV=ΔI×R)のぶんだけこの開回路電圧(OCV)から変化した値となる。すなわち、電圧センサー3は、SOC検出部またはOCV検出部として機能しうる。電圧センサー3の取り付け位置は特に制限されず、二次電池2に接続される回路内において正極と負極との間のセル電圧を測定することができる位置であればよい。 The voltage sensor 3 may be, for example, a voltmeter, and measures the cell voltage (voltage between terminals) between the positive electrode and the negative electrode of the secondary battery 2. The cell voltage (voltage between terminals) measured when the secondary battery 2 is not energized is the open circuit voltage (OCV) of the secondary battery 2. On the other hand, the cell voltage (voltage between terminals) measured during charging and discharging of the secondary battery 2 is equal to the voltage drop (ΔV = ΔI × R) caused by the internal resistance (R) of the secondary battery 2 due to this open circuit. The value is changed from the voltage (OCV). That is, the voltage sensor 3 can function as an SOC detection section or an OCV detection section. The mounting position of the voltage sensor 3 is not particularly limited, and may be any position as long as it can measure the cell voltage between the positive electrode and the negative electrode within the circuit connected to the secondary battery 2.

温度センサー4は、二次電池2の外表面温度(環境温度)を測定する。温度センサー4は、例えば、二次電池2のケース(外装体、筐体)の表面などに取り付けられる。本実施形態では、温度センサー4によって測定された二次電池2の外表面温度から、後述する制御部7が二次電池2の内部における温度を推定することにより、二次電池2の温度を取得する。すなわち、温度センサー4および制御部7は、二次電池2の温度を検出する温度検出部として機能する。 Temperature sensor 4 measures the outer surface temperature (environmental temperature) of secondary battery 2 . The temperature sensor 4 is attached, for example, to the surface of the case (exterior body, housing) of the secondary battery 2. In this embodiment, the temperature of the secondary battery 2 is acquired by the control unit 7, which will be described later, estimating the temperature inside the secondary battery 2 from the outer surface temperature of the secondary battery 2 measured by the temperature sensor 4. do. That is, the temperature sensor 4 and the control section 7 function as a temperature detection section that detects the temperature of the secondary battery 2.

電圧電流調整部5は、二次電池2の充電時には、制御部7からの指令に基づいて外部電源8からの電力の電圧および電流を調整し、前記電力を二次電池2へ供給する。また、二次電池2の放電時には、電圧電流調整部5は、二次電池2から放電された電気を外部電源8側へ放出する。このようにして、電圧電流調整部5、外部電源8および後述する制御部7は、二次電池2を充電する充電器として機能する。 When charging the secondary battery 2, the voltage/current adjustment unit 5 adjusts the voltage and current of the power from the external power supply 8 based on a command from the control unit 7, and supplies the power to the secondary battery 2. Further, when the secondary battery 2 is discharged, the voltage/current adjustment section 5 releases the electricity discharged from the secondary battery 2 to the external power source 8 side. In this way, the voltage/current adjustment section 5, the external power supply 8, and the control section 7, which will be described later, function as a charger that charges the secondary battery 2.

ここで、外部電源8は、電気自動車等の充電に使用される、いわゆる電源グリッドなどと称される電気自動車用の電源であり、直流が出力されている。このような電気自動車用の電源は、商用電力(交流)を二次電池2の充電のために必要な電圧および電流の直流に変換して提供している。また、外部電源8には電力回生機能が備えられており、二次電池2からの放電があった場合は、直流を交流に変換して商用電源へ回生することができる。なお、このような外部電源8を構成する装置としては、電力回生機能の付いた周知の電源を使用すればよいため、ここでは詳細な説明は省略する(電力回生機能の付いた電源としては、例えば、特開平7-222369号公報、特開平10-080067号公報などに開示されているものがある)。 Here, the external power source 8 is a power source for electric vehicles, called a so-called power grid, used for charging electric vehicles, etc., and outputs direct current. Such a power source for an electric vehicle converts commercial power (alternating current) into direct current of the voltage and current necessary for charging the secondary battery 2 and provides it. Further, the external power source 8 is equipped with a power regeneration function, and when the secondary battery 2 is discharged, the direct current can be converted to alternating current and regenerated to the commercial power source. Note that a well-known power supply with a power regeneration function may be used as a device constituting such an external power supply 8, so a detailed explanation will be omitted here (as a power supply with a power regeneration function, For example, there are those disclosed in JP-A-7-222369, JP-A-10-080067, etc.).

外部電源8が商用電源などの外部電源装置に接続されていない場合、例えば外部に設置された他の二次電池などを電源として二次電池2を充電するときには、二次電池2から放電した電力を他の二次電池へ蓄電させることが好ましい。これによりエネルギーの無駄を少なくすることができる。 When the external power source 8 is not connected to an external power supply device such as a commercial power source, for example, when charging the secondary battery 2 using another externally installed secondary battery as a power source, the power discharged from the secondary battery 2 It is preferable to store the battery in another secondary battery. This can reduce energy waste.

電流センサー6は、例えば電流計である。電流センサー6は、二次電池2の充電時には電圧電流調整部5から二次電池2へ供給される電力の電流値を測定し、放電時には二次電池2から電圧電流調整部5へ供給される電力の電流値を測定する。電流センサー6の取り付け位置は特に制限されず、電圧電流調整部5から二次電池2に電力を供給する回路内に配置されて、充放電時の電流値を測定することができる位置であればよい。 The current sensor 6 is, for example, an ammeter. The current sensor 6 measures the current value of the power supplied from the voltage/current adjustment unit 5 to the secondary battery 2 when charging the secondary battery 2, and the current value of the power supplied from the secondary battery 2 to the voltage/current adjustment unit 5 during discharging. Measures the power current value. The mounting position of the current sensor 6 is not particularly limited, and it may be placed in a circuit that supplies power from the voltage/current adjustment unit 5 to the secondary battery 2 and can measure current values during charging and discharging. good.

制御部7は、例えば、CPU71や記憶部72などを含んでいる、いわゆるコンピューターである。制御部7は、後述する手順に従って、二次電池2に充電処理を行う際に充電器を制御して、充電処理の条件などを調節する。このような制御部7としては、電気自動車においては、例えばECU(Electronic Control Unit)などを用いるようにしてもよい。なお、二次電池2が車載される場合、当該二次電池2および制御部7は車両に搭載され、充電器は当該車両の外部に設置されている構成でありうる。また、充電器は車両の外部に設置され、制御部7もまた当該充電器に搭載されている形態であってもよい。 The control unit 7 is a so-called computer that includes, for example, a CPU 71 and a storage unit 72. The control unit 7 controls the charger when performing the charging process on the secondary battery 2 and adjusts the conditions of the charging process, etc., according to the procedure described later. As such a control unit 7, for example, an ECU (Electronic Control Unit) or the like may be used in an electric vehicle. Note that when the secondary battery 2 is mounted on a vehicle, the secondary battery 2 and the control unit 7 may be mounted on the vehicle, and the charger may be installed outside the vehicle. Alternatively, the charger may be installed outside the vehicle, and the control unit 7 may also be mounted on the charger.

ここで、記憶部72は、CPU71がワーキングエリアとして使用するRAMのほかに、不揮発性メモリーを搭載している。不揮発性メモリーには、本実施形態における充電器の制御(充電処理の条件の調節)を行うためのプログラムを記憶している。 Here, the storage unit 72 includes a nonvolatile memory in addition to a RAM that the CPU 71 uses as a working area. The nonvolatile memory stores a program for controlling the charger (adjusting charging processing conditions) in this embodiment.

また、記憶部72は、本実施形態における充電器の制御(充電処理の条件の調節)を行う際に参照される、二次電池2の初期内部抵抗値R、並びに、二次電池2の内部抵抗値Rの初期内部抵抗値Rに対する上昇率R’についてのしきい値(R’)および二次電池2の電池温度Tについてのしきい値(T)を記憶している。さらに、記憶部72は、二次電池2の電池電圧Vと二次電池の充電状態(SOC;State of Charge)との関係を示すマップ(以下、「第1マップ」とも称する)を記憶している。 In addition, the storage unit 72 stores the initial internal resistance value R 1 of the secondary battery 2 and the initial internal resistance value R 1 of the secondary battery 2, which is referred to when controlling the charger (adjusting the charging processing conditions) in this embodiment. A threshold value (R' t ) for the rate of increase R' of the internal resistance value R with respect to the initial internal resistance value R 1 and a threshold value (T t ) for the battery temperature T of the secondary battery 2 are stored. Furthermore, the storage unit 72 stores a map (hereinafter also referred to as "first map") showing the relationship between the battery voltage V of the secondary battery 2 and the state of charge (SOC) of the secondary battery. There is.

[充電処理]
このように構成された二次電池システム1における充電処理の手順を説明する。
[Charging process]
The procedure of charging processing in the secondary battery system 1 configured in this way will be explained.

この充電処理は、二次電池システム1が外部電源8に接続されて、二次電池2に対して充電電力が供給可能な状態において行われる。また、本実施形態における充電処理の制御は、二次電池2の電圧が所定電圧となるまで行う定電流(CC)充電方式である。ただし、充電処理の形態はこれに制限されず、定電流(CC)充電方式で充電を行い、二次電池2の電圧が所定電圧となった後には定電圧(CV)充電方式で行う、定電流・定電圧(CC-CV)充電方式を用いてもよい。 This charging process is performed in a state where the secondary battery system 1 is connected to the external power supply 8 and charging power can be supplied to the secondary battery 2. Further, the charging process in this embodiment is controlled by a constant current (CC) charging method that is performed until the voltage of the secondary battery 2 reaches a predetermined voltage. However, the form of the charging process is not limited to this, and charging is performed using a constant current (CC) charging method, and after the voltage of the secondary battery 2 reaches a predetermined voltage, it is performed using a constant voltage (CV) charging method. A current/constant voltage (CC-CV) charging method may also be used.

本実施形態における制御では、上記充電器が二次電池2を充電する際に(具体的には、二次電池2を定格充電電流で充電する前に、または、二次電池2を定格充電電流で充電している途中に)、前記内部抵抗測定部が測定した内部抵抗値の初期内部抵抗値に対する上昇率が予め定められたしきい値以上であるか否かが判断される。そして、内部抵抗値の初期内部抵抗値に対する上昇率がしきい値以上であるときには、定格充電電流よりも大きい加熱用電流で二次電池2を充電するように上記充電器を制御するものである。なお、特に断りのない限り、この充電処理(充電器の制御)は制御部7によって行われる。以下、図3を参照して、急速充電を実施する場合におけるこの制御の手順を説明する。図3は、二次電池システム1における急速充電処理の手順を示すフローチャートである。 In the control in this embodiment, when the charger charges the secondary battery 2 (specifically, before charging the secondary battery 2 at the rated charging current, or when charging the secondary battery 2 at the rated charging current), (during charging), it is determined whether the rate of increase of the internal resistance value measured by the internal resistance measuring section with respect to the initial internal resistance value is equal to or higher than a predetermined threshold value. Then, when the rate of increase of the internal resistance value with respect to the initial internal resistance value is equal to or higher than the threshold value, the charger is controlled to charge the secondary battery 2 with a heating current larger than the rated charging current. . Note that unless otherwise specified, this charging process (control of the charger) is performed by the control unit 7. Hereinafter, with reference to FIG. 3, the procedure of this control when performing quick charging will be explained. FIG. 3 is a flowchart showing the procedure of quick charging processing in the secondary battery system 1.

まず、制御部7は、急速充電リレー230をONにする(ステップS101)。続いて、制御部は、外部電源8から電圧電流調整部5へ電力を導入して、二次電池2に数秒間程度の充電電流(パルス電流)を印加する(ステップS102)。なお、この際に印加される充電電流(パルス電流)は、二次電池2の内部抵抗値Rを算出する目的で印加されるものである。したがって、長時間にわたって印加される必要はないため、パルス電流でよい。また、充電電流(パルス電流)の値は、内部抵抗値Rの算出が可能な値であれば特に制限はない。 First, the control unit 7 turns on the quick charging relay 230 (step S101). Subsequently, the control unit introduces power from the external power supply 8 to the voltage/current adjustment unit 5 and applies a charging current (pulse current) to the secondary battery 2 for about several seconds (step S102). Note that the charging current (pulse current) applied at this time is applied for the purpose of calculating the internal resistance value R of the secondary battery 2. Therefore, it is not necessary to apply the current for a long time, so a pulse current may be used. Further, the value of the charging current (pulse current) is not particularly limited as long as it is a value that allows calculation of the internal resistance value R.

次いで、制御部7は、電流センサー6から充電電流Iを取得し、電圧センサー3から電池電圧Vを取得する。そして、制御部7は、取得したこれらの値に基づいて、オームの法則から二次電池2の内部抵抗値R(=V/I)を算出するとともに、二次電池2の内部抵抗値Rの初期内部抵抗値Rに対する上昇率R’を算出する(ステップS103)。ここで、上昇率R’は、
R’=(R-R)/R×100
のように表される。
Next, the control unit 7 acquires the charging current I from the current sensor 6 and the battery voltage V from the voltage sensor 3. Then, the control unit 7 calculates the internal resistance value R (=V/I) of the secondary battery 2 from Ohm's law based on these acquired values, and also calculates the internal resistance value R of the secondary battery 2. An increase rate R' with respect to the initial internal resistance value R1 is calculated (step S103). Here, the rate of increase R' is
R'=(R-R 1 )/R 1 ×100
It is expressed as follows.

また、本実施形態において、制御部7は、記憶部82に記憶された「二次電池2の電池電圧Vと二次電池の充電状態(SOC)との関係を示すマップ」(第1マップ)を参照して、電圧センサー3から取得した電池電圧Vに基づき、二次電池2のSOCを算出してこれを取得する(ステップS103)。 In the present embodiment, the control unit 7 also uses a “map showing the relationship between the battery voltage V of the secondary battery 2 and the state of charge (SOC) of the secondary battery” (first map) stored in the storage unit 82. With reference to , the SOC of the secondary battery 2 is calculated and obtained based on the battery voltage V obtained from the voltage sensor 3 (step S103).

さらに、本実施形態において、制御部7は、温度センサー4から取得した測定温度Tから二次電池2の内部の温度(電池温度T)を算出してこれを取得する(ステップS103)。この際、制御部7は、温度センサー4による温度の検出位置と二次電池2の発電要素との間の熱抵抗値(熱伝導度)に基づいて、温度センサー4が検出した二次電池の測定温度Tを補正する。ここで、図4は、温度センサー4による二次電池2の測定温度Tから電池温度Tを算出する方法の一例を説明するためのグラフ(縦軸は温度;横軸は算出したい電池温度Tとなる電池内部の位置(温度推定位置)からの距離)である。図4に示すように、温度推定位置から電池表面までの距離をΔxとし、電池表面から温度センサー4による測定位置(例えば、電池ケースの表面)までの距離をΔxとし、電池表面の両側の温度をそれぞれTs1およびTs2(Ts1>Ts2)とする。そうすると、いずれも既知のパラメータである電池表面および電池ケースの表面におけるそれぞれの熱伝達率hおよびh、電池における熱伝導度λ、電池から測定位置までの熱伝導度λ、並びに測定温度Tおよび外気温度Tを用いて、この系における熱流束Jは、
J=λ(T-Ts1)/Δx
J=h(Ts-Ts
J=λ(Ts-T)/Δx
J=h(T-T
のように表される。これらをTについて解くことで、電池温度Tを算出することができる。このように補正された電池温度Tを用いて以下の制御を行うことで、より精密な制御が可能となる。
Furthermore, in this embodiment, the control unit 7 calculates and obtains the internal temperature of the secondary battery 2 (battery temperature T) from the measured temperature T m obtained from the temperature sensor 4 (step S103). At this time, the control unit 7 controls the temperature of the secondary battery detected by the temperature sensor 4 based on the thermal resistance value (thermal conductivity) between the temperature detection position by the temperature sensor 4 and the power generation element of the secondary battery 2. Correct the measured temperature Tm . Here, FIG. 4 is a graph for explaining an example of a method of calculating the battery temperature T from the temperature T m measured by the temperature sensor 4 of the secondary battery 2 (the vertical axis is temperature; the horizontal axis is the battery temperature T to be calculated). (distance from the position inside the battery (temperature estimation position)). As shown in FIG. 4, the distance from the temperature estimation position to the battery surface is Δx 1 , the distance from the battery surface to the measurement position by temperature sensor 4 (for example, the surface of the battery case) is Δx 2 , and both sides of the battery surface are Let the temperatures of T s1 and T s2 (T s1 >T s2 ), respectively. Then, the heat transfer coefficients h 1 and h 2 on the surface of the battery and the surface of the battery case, which are all known parameters, the thermal conductivity λ c in the battery, the thermal conductivity λ M from the battery to the measurement position, and the measurement Using the temperature T m and the outside temperature T , the heat flux J in this system is:
J=λ c (TT s1 )/Δx 1
J=h 1 (Ts 1 - Ts 2 )
J=λ M (Ts 2 - T )/Δx 2
J=h 2 (T m - T )
It is expressed as follows. By solving these for T, the battery temperature T can be calculated. By performing the following control using the battery temperature T corrected in this way, more precise control becomes possible.

本実施形態において、制御部7は、続いて、上記で算出された内部抵抗値の上昇率R’を、予め定められて記憶部72に記憶されたしきい値R’と比較し、R’がR’以上であるか否かを判断する(ステップS104)。ここで、R’がR’よりも小さい(R’<R’)と判断されれば(S104:NO)、内部抵抗値の上昇率R’に基づく制御を終了して次のステップに進む。これは、二次電池2の内部抵抗値の上昇率R’が(そして、内部抵抗値Rの絶対値も)十分に低いことから、高い内部抵抗値に起因する種々の問題が発生する虞がないとみなしていることを意味する。なお、この場合、制御部7は、外部電源8から電圧電流調整部5へ電力を導入して、二次電池2に定格充電電流を印加して本充電を開始する(ステップS105)。 In the present embodiment, the control unit 7 next compares the rate of increase R' of the internal resistance value calculated above with a threshold value R' t that is predetermined and stored in the storage unit 72, and determines R'. It is determined whether ' is greater than or equal to R' t (step S104). Here, if it is determined that R' is smaller than R' t (R'<R' t ) (S104: NO), the control based on the rate of increase R' of the internal resistance value is ended and the process proceeds to the next step. move on. This is because the rate of increase R' of the internal resistance value of the secondary battery 2 (and the absolute value of the internal resistance value R) is sufficiently low, so there is a risk that various problems may occur due to the high internal resistance value. This means that it is assumed that there is no such thing. In this case, the control unit 7 introduces power from the external power supply 8 to the voltage/current adjustment unit 5, applies the rated charging current to the secondary battery 2, and starts main charging (step S105).

ステップS105において本充電が開始されたら、制御部7は、電圧センサー3から電池電圧Vを取得するとともに、記憶部82に記憶された第1マップを参照して、電圧センサー3から取得した電池電圧Vに基づき、二次電池2のSOCを算出してこれを取得する(ステップS106)。その後、制御部7は、ステップS106において算出された二次電池2のSOCの値が充電処理を終了するのに十分な値として予め設定された目標SOCよりも大きい(SOC>目標SOC)か否かを判断する(ステップS107)。ここで、二次電池2のSOCの値が目標SOCよりも大きい(SOC>目標SOC)と判断されれば(S107:YES)、制御部7は、電圧電流調整部5を制御して、充電処理を終了するとともに、急速充電リレーをOFFにする(ステップS108)。 When main charging is started in step S105, the control unit 7 acquires the battery voltage V from the voltage sensor 3, and also refers to the first map stored in the storage unit 82 to determine the battery voltage V acquired from the voltage sensor 3. Based on V, the SOC of the secondary battery 2 is calculated and obtained (step S106). Thereafter, the control unit 7 determines whether the SOC value of the secondary battery 2 calculated in step S106 is larger than a target SOC (SOC>target SOC) that is preset as a value sufficient to finish the charging process. (Step S107). Here, if it is determined that the SOC value of the secondary battery 2 is larger than the target SOC (SOC>target SOC) (S107: YES), the control unit 7 controls the voltage and current adjustment unit 5 to charge At the same time as finishing the process, the quick charging relay is turned off (step S108).

一方、ステップS107において二次電池2のSOCの値が目標SOCよりも大きい(SOC>目標SOC)と判断されなければ(S107:NO)、制御部7は、ステップS103からの制御を繰り返す。 On the other hand, if it is not determined in step S107 that the SOC value of the secondary battery 2 is larger than the target SOC (SOC>target SOC) (S107: NO), the control unit 7 repeats the control from step S103.

一方、ステップS104において内部抵抗値Rの上昇率R’がしきい値R’以上である(R’≧R’)と判断されれば(S104:YES)、制御部7は、外部電源8から電圧電流調整部5へ電力を導入して、二次電池2に定格充電電流よりも大きい電流(加熱用電流)を印加する(ステップS110)。一般に、二次電池2に電流が印加されるとQ=RI×t(Rは抵抗値、Iは電流値、tは時間)で算出されるジュール熱が発生するが、上記加熱用電流は定格充電電流よりも大きい。このため、加熱用電流の印加時には、定格充電電流による充電時よりも多量のジュール熱が電池内部において発生することになる。これにより、電池の内部温度(電池温度T)は上昇し、電池の内部温度が発電要素を構成するある材料の融点近くまで上昇すると、当該材料は溶融する。本実施形態では、このことを利用して二次電池2の内部抵抗の低減(回復)を図っているのである。具体的には、例えば、二次電池2の主要な構成材料である固体電解質の融点と、正極および負極の活物質の融点とを比較すると、酸化物や硫化物から構成される固体電解質の方が通常はより高い融点を有している。そして、正極活物質として好適に用いられている硫黄(S)の融点は115.2℃であり、負極活物質として好適に用いられている金属リチウム単体(Li)の融点は180.5℃である。したがって、これらのうち最も低い硫黄(S)の融点(115.2℃)付近まで二次電池2の内部温度を上昇させると、正極活物質である硫黄(S)が溶融する。このように正極活物質(硫黄(S))が溶融することで、正極活物質層と固体電解質層との界面に流動性が生じてこれらの層間における接触状態が改善される。その結果、これらの層間におけるオーミック抵抗(界面抵抗)が低減され、ひいては二次電池2の内部抵抗が低減(回復)されるのである。このように内部抵抗が低減(回復)された二次電池2に対して定格充電電流を印加して本充電を実施することで、充電時間を短縮することが可能となるという利点がある。 On the other hand, if it is determined in step S104 that the rate of increase R' of the internal resistance value R is equal to or higher than the threshold value R' t (R'≧R' t ) (S104: YES), the control unit 7 8 to the voltage/current adjustment unit 5 to apply a current (heating current) larger than the rated charging current to the secondary battery 2 (step S110). Generally, when a current is applied to the secondary battery 2, Joule heat calculated as Q = RI 2 × t (R is the resistance value, I is the current value, and t is the time) is generated, but the heating current is Greater than the rated charging current. Therefore, when the heating current is applied, a larger amount of Joule heat is generated inside the battery than when charging with the rated charging current. As a result, the internal temperature of the battery (battery temperature T) rises, and when the internal temperature of the battery rises to near the melting point of a certain material constituting the power generation element, the material melts. In this embodiment, this fact is utilized to reduce (recover) the internal resistance of the secondary battery 2. Specifically, for example, when comparing the melting point of the solid electrolyte, which is the main constituent material of the secondary battery 2, with the melting points of the active materials of the positive and negative electrodes, it is found that the solid electrolyte composed of oxides and sulfides has a higher melting point. usually have a higher melting point. The melting point of sulfur (S), which is suitably used as a positive electrode active material, is 115.2°C, and the melting point of elemental metal lithium (Li), which is suitably used as a negative electrode active material, is 180.5°C. be. Therefore, when the internal temperature of the secondary battery 2 is raised to around the lowest melting point of sulfur (S) (115.2° C.) among these, the sulfur (S) that is the positive electrode active material melts. By melting the positive electrode active material (sulfur (S)) in this manner, fluidity is generated at the interface between the positive electrode active material layer and the solid electrolyte layer, and the contact state between these layers is improved. As a result, the ohmic resistance (interface resistance) between these layers is reduced, and as a result, the internal resistance of the secondary battery 2 is reduced (recovered). By applying the rated charging current to the secondary battery 2 whose internal resistance has been reduced (recovered) in this way and performing the main charging, there is an advantage that the charging time can be shortened.

なお、上述したように、加熱用電流の印加によって、二次電池2の内部温度(電池温度T)を発電要素の構成材料の融点付近まで上昇させるが、この融点を超える値まで上昇させてしまうと、当該材料が融解してしまい発電要素の形状を保持できなくなる。このため、制御部は、ステップS110において加熱用電流の印加を開始したら、温度センサー4から測定温度Tを取得し、上記と同様の手法により電池温度Tを算出してこれを取得する(ステップS111)。そして、制御部7は、このようにして取得した電池温度Tが予め定められて記憶部72に記憶されたしきい温度Tと比較し、TがT以上であるか否かを判断する(ステップS112)この際、しきい温度Tの具体的な値について特に制限はなく、二次電池2の内部抵抗値を低減するのに十分高く、かつ、発電要素の構成材料の融点のうち最も低い値(上記では硫黄(S)の融点である115.2℃)よりも十分低い値であればよい。 As mentioned above, by applying the heating current, the internal temperature of the secondary battery 2 (battery temperature T) is raised to around the melting point of the constituent materials of the power generation element, but it is also raised to a value exceeding this melting point. Then, the material melts and the shape of the power generation element cannot be maintained. Therefore, when the control unit starts applying the heating current in step S110, it acquires the measured temperature Tm from the temperature sensor 4, and calculates and acquires the battery temperature T using the same method as described above (step S110). S111). Then, the control unit 7 compares the battery temperature T obtained in this way with a threshold temperature T t that is predetermined and stored in the storage unit 72 and determines whether T is equal to or higher than T t . (Step S112) At this time, there is no particular restriction on the specific value of the threshold temperature Tt , which is high enough to reduce the internal resistance value of the secondary battery 2 and within the melting point of the constituent materials of the power generation element. It may be a value sufficiently lower than the lowest value (115.2°C, which is the melting point of sulfur (S) in the above example).

ここで、電池温度Tがしきい温度T以上である(T≧T)と判断されれば(S112:YES)、二次電池2の内部抵抗値が十分に低減されたものとみなすことができる。したがって、この場合に制御部7は、電圧電流調整部5を制御して、加熱用電流の印加を停止することにより加熱用電流での充電を停止し(ステップS113)、ステップS102からの制御を繰り返す。このようにしきい温度Tを設定し、二次電池2の電池温度Tが当該しきい温度T以上となったら加熱用電流での充電を停止することにより、加熱用電流の印加後の正極活物質および負極活物質の最高温度がそれぞれの融点以上とならない(それぞれの融点未満となる)ようにすることができる。その結果、活物質成分の融解とそれに伴う発電要素の形状の破壊が防止される。なお、この制御を可能とするため、本実施形態において制御部7は、加熱用電流の大きさおよび/または加熱用電流の印加時間を制御している。 Here, if it is determined that the battery temperature T is equal to or higher than the threshold temperature T t (T≧T t ) (S112: YES), it is assumed that the internal resistance value of the secondary battery 2 has been sufficiently reduced. I can do it. Therefore, in this case, the control unit 7 controls the voltage and current adjustment unit 5 to stop charging with the heating current by stopping the application of the heating current (step S113), and resumes the control from step S102. repeat. By setting the threshold temperature Tt in this way and stopping charging with the heating current when the battery temperature T of the secondary battery 2 reaches or exceeds the threshold temperature Tt , the positive electrode after application of the heating current is It is possible to prevent the maximum temperatures of the active material and the negative electrode active material from exceeding their respective melting points (below their respective melting points). As a result, melting of the active material component and accompanying destruction of the shape of the power generation element are prevented. In order to enable this control, in this embodiment, the control unit 7 controls the magnitude of the heating current and/or the application time of the heating current.

一方、ステップS112において電池温度Tがしきい温度T未満である(T<T)と判断されれば(S112:NO)、制御部7は、ステップS111からの制御を繰り返す。 On the other hand, if it is determined in step S112 that the battery temperature T is less than the threshold temperature T t (T<T t ) (S112: NO), the control unit 7 repeats the control from step S111.

以上、本発明に係る制御について詳細に説明したが、図面を参照しつつ説明した実施形態はあくまでも一例に過ぎず、特許請求の範囲に記載された発明の技術的思想の範囲内において適宜改変して本発明を実施してもよい。例えば、上述した実施形態においては、電池の内部抵抗値の上昇率R’のしきい値R’を設定し、これを基準として加熱用電流の印加の要否を判断した。ただし、上昇率を指標とすることなく、内部抵抗値の絶対値のしきい値Rを設定し、これを基準として電池の内部抵抗値の測定値Rと比較し、加熱用電流の印加の要否を判断してもよい。また、全固体電池における内部抵抗値の上昇における支配的な原因は電極活物質層と固体電解質層との層間の剥離等に起因するオーミック抵抗(界面抵抗)の増加であることについては上述した。ここで、上述したようなオームの法則に基づく内部抵抗値の測定では、測定された内部抵抗値から上記オーミック抵抗(界面抵抗)を分離して制御に利用することはできない。一方、電気化学インピーダンス測定法(EIS)を利用して内部抵抗値を測定し、コール-コールプロットから算出される電解質抵抗成分を内部抵抗値とみなして本発明の制御を実施することにより、支配的な因子である電極活物質層と固体電解質層との層間のオーミック抵抗(界面抵抗)に近似した抵抗値を指標として制御が可能となる。ただし、上述したオームの法則に基づく測定では、車載用二次電池システムなどにおいてはオンボードでの制御が可能となるという利点もある。 Although the control according to the present invention has been described in detail above, the embodiment described with reference to the drawings is merely an example, and modifications may be made as appropriate within the scope of the technical idea of the invention described in the claims. The present invention may also be implemented using the following methods. For example, in the embodiment described above, a threshold value R't of the rate of increase R' in the internal resistance value of the battery is set, and the necessity of applying the heating current is determined based on this threshold value R't. However, without using the rate of increase as an index, a threshold value Rt of the absolute value of the internal resistance value is set, and this is compared with the measured value R of the internal resistance value of the battery, and the heating current is applied. You may decide whether or not it is necessary. Furthermore, as described above, the dominant cause of the increase in internal resistance in all-solid-state batteries is an increase in ohmic resistance (interfacial resistance) due to interlayer separation between the electrode active material layer and the solid electrolyte layer. In measuring the internal resistance value based on Ohm's law as described above, the ohmic resistance (interface resistance) cannot be separated from the measured internal resistance value and used for control. On the other hand, by measuring the internal resistance value using electrochemical impedance measurement (EIS) and performing the control of the present invention by regarding the electrolyte resistance component calculated from the Cole-Cole plot as the internal resistance value, It becomes possible to control using a resistance value that approximates the interlayer ohmic resistance (interfacial resistance) between the electrode active material layer and the solid electrolyte layer, which is a major factor, as an index. However, the above-mentioned measurement based on Ohm's law has the advantage that on-board control is possible in vehicle-mounted secondary battery systems and the like.

また、上述した実施形態では、二次電池2は車両に搭載されており、充電器は当該車両の外部に設置された電源(外部電源8)から供給される電力を用いて二次電池2に加熱用電流を印加する。このような実施形態によれば、充電ごとに二次電池2の健全性(SOH;State of Health)を確認できるとともに、内部抵抗値の上昇率を常にモニタリングすることができ、適切なタイミングで内部抵抗を低減(回復)させることができるという利点がある。 Further, in the embodiment described above, the secondary battery 2 is mounted on the vehicle, and the charger charges the secondary battery 2 using power supplied from a power source (external power source 8) installed outside the vehicle. Apply heating current. According to such an embodiment, it is possible to check the state of health (SOH) of the secondary battery 2 every time it is charged, and it is also possible to constantly monitor the rate of increase in the internal resistance value, so that the internal This has the advantage that resistance can be reduced (recovered).

ただし、二次電池2が車両に搭載されている場合であっても、充電器は、外部電源8ではなく、当該車両に搭載された他の電源から供給される電力を用いて二次電池2に加熱用電流を印加してもよい。例えば、図2に示すような二次電池2が強電バッテリとして用いられる電気自動車においては、弱電バッテリ(いわゆる12Vバッテリ)として搭載される鉛蓄電池や従来の非水電解液リチウムイオン二次電池などを「車両に搭載された他の電源」として用いることができる。このような実施形態によれば、例えば走行中など外部電源8にアクセスできない状況においても、二次電池2の健全性(SOH)の判定を行って内部抵抗の上昇の有無を検知することにより、必要に応じて弱電バッテリから加熱用電流を印加して二次電池2の内部抵抗をオンボードで低減(回復)することが可能となる。 However, even if the secondary battery 2 is installed in the vehicle, the charger uses power supplied from another power source installed in the vehicle, not the external power source 8, to charge the secondary battery 2. A heating current may be applied to. For example, in an electric vehicle in which the secondary battery 2 shown in Fig. 2 is used as a high-voltage battery, a lead-acid battery installed as a low-voltage battery (so-called 12V battery) or a conventional non-aqueous electrolyte lithium ion secondary battery is used. It can be used as "another power source mounted on a vehicle". According to such an embodiment, even in a situation where the external power source 8 cannot be accessed, such as while driving, the health (SOH) of the secondary battery 2 is determined and the presence or absence of an increase in internal resistance is detected. It becomes possible to reduce (recover) the internal resistance of the secondary battery 2 on-board by applying a heating current from the low-voltage battery as necessary.

また、車両に搭載された他の電源から供給される電力を用いて二次電池2に加熱用電流を印加する他の実施形態の一例について、図5を参照しつつ説明する。 Further, an example of another embodiment in which a heating current is applied to the secondary battery 2 using electric power supplied from another power source mounted on the vehicle will be described with reference to FIG. 5.

図5は、本発明の一実施形態に係るアイドリングストップ車における電源回路の構成図である。電源回路300は、スタータモータ(SM)240、および他の電装負荷250に電力を供給する回路であり、メインバッテリ310と、サブバッテリ320と、リレー330と、を備える。なお、電源回路300は、コントローラ(図示せず)にも電力を供給しているものとする。 FIG. 5 is a configuration diagram of a power supply circuit in an idling stop vehicle according to an embodiment of the present invention. Power supply circuit 300 is a circuit that supplies power to starter motor (SM) 240 and other electrical loads 250, and includes a main battery 310, a sub-battery 320, and a relay 330. It is assumed that the power supply circuit 300 also supplies power to a controller (not shown).

メインバッテリ310としては、例えば鉛蓄電池が用いられる。鉛蓄電池の正極には二酸化鉛が用いられ、負極には海綿状の鉛が用いられ、電解液には希硫酸が用いられる。メインバッテリ310は、オルタネータ(ALT)260が発電した回生電力によって充電され、満充電状態での開放電圧は例えば12.7Vである。 As the main battery 310, for example, a lead acid battery is used. Lead acid batteries use lead dioxide for the positive electrode, spongy lead for the negative electrode, and dilute sulfuric acid for the electrolyte. The main battery 310 is charged by regenerative power generated by the alternator (ALT) 260, and the open circuit voltage in a fully charged state is, for example, 12.7V.

サブバッテリ320は、アイドリングストップからエンジン(図示せず)を再始動する際、スタータモータ(SM)240に流れる大電流によって車両の電源電圧が瞬時低下することを防ぐために設けられている。本実施形態においては、このサブバッテリ320として、全固体リチウムイオン二次電池2が用いられている。サブバッテリ320は、オルタネータ(ALT)260が発電した回生電力によって充電され、満充電状態での開放電圧は例えば13.1Vである。 The sub-battery 320 is provided to prevent the power supply voltage of the vehicle from instantaneously dropping due to a large current flowing through the starter motor (SM) 240 when restarting the engine (not shown) from idling stop. In this embodiment, the all-solid-state lithium ion secondary battery 2 is used as the sub-battery 320. The sub-battery 320 is charged by regenerative power generated by the alternator (ALT) 260, and the open circuit voltage in a fully charged state is, for example, 13.1V.

リレー330は、サブバッテリ320を電源回路300に対して接続するか、または電源回路300から遮断するかを切り替える開閉器であり、コントローラ(図示せず)によって制御される。リレー330は、ノーマルオープンのa接点であり、接点を開いているときにサブバッテリ320を電源回路300から遮断し、接点を閉じているときにサブバッテリ320を電源回路300に接続する。具体的には、エンジンが運転状態にある間は、サブバッテリ320を電源回路300に接続し、オルタネータ(ALT)260から供給される電力をサブバッテリ320に充電する。また、アイドリングストップからエンジンを再始動する際にサブバッテリ320を電源回路300に接続し、サブバッテリ320からの電力をスタータモータ(SM)240に供給する。その他、必要に応じてサブバッテリ320を電源回路300に接続したり、遮断したりする。 Relay 330 is a switch that connects sub-battery 320 to power supply circuit 300 or disconnects it from power supply circuit 300, and is controlled by a controller (not shown). Relay 330 is a normally open a contact, which cuts off sub-battery 320 from power supply circuit 300 when the contact is open, and connects sub-battery 320 to power supply circuit 300 when the contact is closed. Specifically, while the engine is in operation, sub-battery 320 is connected to power supply circuit 300, and sub-battery 320 is charged with electric power supplied from alternator (ALT) 260. Furthermore, when restarting the engine from idling stop, the sub-battery 320 is connected to the power supply circuit 300, and power from the sub-battery 320 is supplied to the starter motor (SM) 240. In addition, the sub-battery 320 is connected to or disconnected from the power supply circuit 300 as necessary.

このような実施形態においては、例えば、メインバッテリ310として搭載される鉛蓄電池が「車両に搭載された他の電源」として用いられうる。また、回生電力を発電するオルタネータ(ALT)260もまた、「車両に搭載された他の電源」として用いられうる。これらの実施形態によれば、例えば走行中など外部電源8にアクセスできない状況においても、二次電池2の健全性(SOH)の判定を行って内部抵抗の上昇の有無を検知することにより、必要に応じてメインバッテリ310(鉛蓄電池)またはオルタネータ(ALT)260から加熱用電流を印加してサブバッテリ320としての二次電池2の内部抵抗をオンボードで低減(回復)することが可能となる。 In such an embodiment, for example, a lead acid battery mounted as the main battery 310 may be used as "another power source mounted on the vehicle." Furthermore, the alternator (ALT) 260 that generates regenerative power can also be used as "another power source mounted on the vehicle." According to these embodiments, even in a situation where the external power source 8 cannot be accessed, such as while driving, the health of the secondary battery 2 (SOH) is determined and the presence or absence of an increase in internal resistance is detected. It becomes possible to reduce (recover) the internal resistance of the secondary battery 2 as the sub-battery 320 on-board by applying a heating current from the main battery 310 (lead-acid battery) or alternator (ALT) 260 according to the .

なお、本発明の他の形態によれば、上述した二次電池2を充電するための充電装置(全固体リチウムイオン二次電池用充電装置)が提供される。全固体リチウムイオン二次電池を充電するための充電装置は、全固体リチウムイオン二次電池を充電する充電器と、前記全固体リチウムイオン二次電池の内部抵抗を測定する内部抵抗測定部と、前記充電器が前記全固体リチウムイオン二次電池を充電する際、前記内部抵抗測定部が測定した内部抵抗値またはその初期内部抵抗値に対する上昇率が予め定められたしきい値以上であるときに、定格充電電流よりも大きい加熱用電流で前記全固体リチウムイオン電池を充電するように前記充電器を制御する制御部とを備えるものである。 In addition, according to another embodiment of the present invention, a charging device (charging device for an all-solid lithium ion secondary battery) for charging the secondary battery 2 described above is provided. A charging device for charging an all-solid-state lithium-ion secondary battery includes a charger for charging the all-solid-state lithium-ion secondary battery, an internal resistance measuring section for measuring an internal resistance of the all-solid-state lithium-ion secondary battery, When the charger charges the all-solid-state lithium ion secondary battery, when the internal resistance value measured by the internal resistance measurement unit or the rate of increase with respect to the initial internal resistance value is equal to or higher than a predetermined threshold value. and a control unit that controls the charger to charge the all-solid-state lithium ion battery with a heating current larger than a rated charging current.

また、本発明のさらに他の形態によれば、上述した二次電池2を充電する二次電池の充電方法もまた、提供される。全固体リチウムイオン二次電池の充電方法は、充電器が前記全固体リチウムイオン二次電池を充電する際に、前記全固体リチウムイオン二次電池の内部抵抗値またはその初期内部抵抗値に対する上昇率が予め定められたしきい値以上であるときに、定格充電電流よりも大きい加熱用電流で前記全固体リチウムイオン電池を充電することを含むものである。 According to still another embodiment of the present invention, a secondary battery charging method for charging the above-described secondary battery 2 is also provided. A charging method for an all-solid-state lithium-ion secondary battery includes, when a charger charges the all-solid-state lithium-ion secondary battery, an internal resistance value of the all-solid-state lithium-ion secondary battery or an increase rate relative to its initial internal resistance value. is equal to or higher than a predetermined threshold, charging the all-solid-state lithium ion battery with a heating current larger than the rated charging current.

以下、本実施形態に係る全固体リチウムイオン二次電池システムを構成する全固体リチウムイオン二次電池について説明する。 The all-solid-state lithium-ion secondary battery that constitutes the all-solid-state lithium-ion secondary battery system according to this embodiment will be described below.

図6は、本発明の一実施形態である積層型(内部並列接続タイプ)の全固体リチウムイオン二次電池(以下、単に「積層型二次電池」とも称する)の全体構造を模式的に表した断面図である。図6に示す積層型二次電池10aは、実際に充放電反応が進行する略矩形の発電要素21が、電池外装体であるラミネートフィルム29の内部に封止された構造を有する。 FIG. 6 schematically shows the overall structure of a stacked (internal parallel connection type) all-solid-state lithium ion secondary battery (hereinafter also simply referred to as a "stacked secondary battery"), which is an embodiment of the present invention. FIG. A stacked secondary battery 10a shown in FIG. 6 has a structure in which a substantially rectangular power generation element 21 in which a charging/discharging reaction actually proceeds is sealed inside a laminate film 29 that is a battery exterior body.

図6に示すように、本形態の積層型二次電池10aの発電要素21は、正極集電体11’の両面に正極活物質層13が配置された正極と、固体電解質層17と、負極集電体11’’の両面に負極活物質層15が配置された負極とを積層した構成を有している。具体的には、1つの正極活物質層13とこれに隣接する負極活物質層15とが、固体電解質層17を介して対向するようにして、正極、固体電解質層および負極がこの順に積層されている。これにより、隣接する正極、固体電解質層、および負極は、1つの単電池層19を構成する。したがって、図6に示す積層型二次電池10aは、単電池層19が複数積層されることで、電気的に並列接続されてなる構成を有するともいえる。なお、発電要素21の両最外層に位置する最外層の正極集電体には、いずれも片面のみに正極活物質層13が配置されているが、両面に活物質層が設けられてもよい。すなわち、片面にのみ活物質層を設けた最外層専用の集電体とするのではなく、両面に活物質層がある集電体をそのまま最外層の集電体として用いてもよい。また、図6とは正極および負極の配置を逆にすることで、発電要素21の両最外層に最外層の負極集電体が位置するようにし、該最外層の負極集電体の片面又は両面に負極活物質層が配置されるようにしてもよい。 As shown in FIG. 6, the power generation element 21 of the stacked secondary battery 10a of this embodiment includes a positive electrode in which positive electrode active material layers 13 are arranged on both sides of a positive electrode current collector 11', a solid electrolyte layer 17, and a negative electrode. It has a structure in which a negative electrode with negative electrode active material layers 15 arranged on both sides of a current collector 11'' is laminated. Specifically, one positive electrode active material layer 13 and the adjacent negative electrode active material layer 15 face each other with the solid electrolyte layer 17 in between, and the positive electrode, the solid electrolyte layer, and the negative electrode are stacked in this order. ing. Thereby, the adjacent positive electrode, solid electrolyte layer, and negative electrode constitute one single cell layer 19. Therefore, it can be said that the stacked secondary battery 10a shown in FIG. 6 has a configuration in which a plurality of cell layers 19 are stacked and electrically connected in parallel. Note that the positive electrode active material layer 13 is disposed on only one side of the outermost positive electrode current collectors located on both outermost layers of the power generation element 21, but active material layers may be provided on both sides. . That is, instead of using a current collector exclusively for the outermost layer with an active material layer provided on only one side, a current collector with active material layers on both sides may be used as it is as the outermost layer current collector. In addition, by reversing the arrangement of the positive electrode and negative electrode from FIG. 6, the outermost layer negative electrode current collector is located on both outermost layers of the power generation element 21, and A negative electrode active material layer may be arranged on both sides.

正極集電体11’および負極集電体11’’には、各電極(正極および負極)と導通される正極集電板25および負極集電板27がそれぞれ取り付けられ、ラミネートフィルム29の端部に挟まれるようにしてラミネートフィルム29の外部に導出される構造を有している。正極集電板25および負極集電板27は、それぞれ必要に応じて正極端子リードおよび負極端子リード(図示せず)を介して、各電極の正極集電体11’および負極集電体11’’に超音波溶接や抵抗溶接等により取り付けられていてもよい。 A positive electrode current collector plate 25 and a negative electrode current collector plate 27 that are electrically connected to each electrode (positive electrode and negative electrode) are attached to the positive electrode current collector 11′ and the negative electrode current collector 11″, respectively. It has a structure in which it is led out to the outside of the laminate film 29 so as to be sandwiched between the two. The positive electrode current collector plate 25 and the negative electrode current collector plate 27 are connected to the positive electrode current collector 11' and the negative electrode current collector 11' of each electrode via a positive electrode terminal lead and a negative electrode terminal lead (not shown), respectively, as necessary. ' may be attached by ultrasonic welding, resistance welding, etc.

なお、上記の説明では、積層型(内部並列接続タイプ)の全固体リチウムイオン二次電池を例に挙げて本発明の一形態に係る全固体電池の一実施形態を説明した。しかしながら、本発明が適用可能な全固体電池の種類は特に制限されず、集電体の一方の面に電気的に結合した正極活物質層と、集電体の反対側の面に電気的に結合した負極活物質層とを有する双極型電極を含む、双極型(バイポーラ型)の全固体電池にも適用可能である。 In the above description, an embodiment of an all-solid-state battery according to one aspect of the present invention has been described using a stacked (internal parallel connection type) all-solid-state lithium ion secondary battery as an example. However, the types of all-solid-state batteries to which the present invention is applicable are not particularly limited, and include a positive electrode active material layer electrically bonded to one surface of the current collector and an electrically bonded layer to the opposite surface of the current collector. It is also applicable to a bipolar type all-solid-state battery including a bipolar type electrode having a bonded negative electrode active material layer.

図7は、本発明の一実施形態に係る双極型(バイポーラ型)の全固体リチウムイオン二次電池(以下、単に「双極型二次電池」とも称する)を模式的に表した断面図である。図7に示す双極型二次電池10bは、実際に充放電反応が進行する略矩形の発電要素21が、電池外装体であるラミネートフィルム29の内部に封止された構造を有する。 FIG. 7 is a cross-sectional view schematically showing a bipolar all-solid-state lithium ion secondary battery (hereinafter also simply referred to as a "bipolar secondary battery") according to an embodiment of the present invention. . A bipolar secondary battery 10b shown in FIG. 7 has a structure in which a substantially rectangular power generation element 21 in which charge and discharge reactions actually proceed is sealed inside a laminate film 29 that is a battery exterior body.

図7に示すように、本形態の双極型二次電池10bの発電要素21は、集電体11の一方の面に電気的に結合した正極活物質層13が形成され、集電体11の反対側の面に電気的に結合した負極活物質層15が形成された複数の双極型電極23を有する。各双極型電極23は、固体電解質層17を介して積層されて発電要素21を形成する。なお、固体電解質層17は、固体電解質が層状に成形されてなる構成を有する。この際、一の双極型電極23の正極活物質層13と前記一の双極型電極23に隣接する他の双極型電極23の負極活物質層15とが固体電解質層17を介して向き合うように、各双極型電極23および固体電解質層17が交互に積層されている。すなわち、一の双極型電極23の正極活物質層13と前記一の双極型電極23に隣接する他の双極型電極23の負極活物質層15との間に固体電解質層17が挟まれて配置されている。 As shown in FIG. 7, the power generation element 21 of the bipolar secondary battery 10b of this embodiment has a positive electrode active material layer 13 electrically coupled to one surface of the current collector 11. It has a plurality of bipolar electrodes 23 each having an electrically coupled negative electrode active material layer 15 formed on its opposite surface. Each bipolar electrode 23 is stacked with the solid electrolyte layer 17 in between to form the power generation element 21 . Note that the solid electrolyte layer 17 has a structure in which a solid electrolyte is formed into layers. At this time, the positive electrode active material layer 13 of one bipolar electrode 23 and the negative electrode active material layer 15 of another bipolar electrode 23 adjacent to the one bipolar electrode 23 are arranged to face each other with the solid electrolyte layer 17 in between. , bipolar electrodes 23 and solid electrolyte layers 17 are alternately stacked. That is, the solid electrolyte layer 17 is sandwiched between the positive electrode active material layer 13 of one bipolar electrode 23 and the negative electrode active material layer 15 of another bipolar electrode 23 adjacent to the one bipolar electrode 23. has been done.

隣接する正極活物質層13、固体電解質層17、および負極活物質層15は、一つの単電池層19を構成する。したがって、双極型二次電池10bは、単電池層19が積層されてなる構成を有するともいえる。なお、発電要素21の最外層に位置する正極側の最外層集電体11aには、片面のみに正極活物質層13が形成されている。また、発電要素21の最外層に位置する負極側の最外層集電体11bには、片面のみに負極活物質層15が形成されている。 Adjacent positive electrode active material layer 13 , solid electrolyte layer 17 , and negative electrode active material layer 15 constitute one cell layer 19 . Therefore, it can be said that the bipolar secondary battery 10b has a structure in which the single cell layers 19 are stacked. Note that the positive electrode active material layer 13 is formed only on one side of the outermost layer current collector 11a on the positive electrode side located at the outermost layer of the power generation element 21. Further, the negative electrode active material layer 15 is formed only on one side of the negative electrode side outermost layer current collector 11b located at the outermost layer of the power generation element 21.

さらに、図7に示す双極型二次電池10bでは、正極側の最外層集電体11aに隣接するように正極集電板(正極タブ)25が配置され、これが延長されて電池外装体であるラミネートフィルム29から導出している。一方、負極側の最外層集電体11bに隣接するように負極集電板(負極タブ)27が配置され、同様にこれが延長されてラミネートフィルム29から導出している。 Furthermore, in the bipolar secondary battery 10b shown in FIG. 7, a positive electrode current collector plate (positive electrode tab) 25 is arranged adjacent to the outermost layer current collector 11a on the positive electrode side, and this is extended to form a battery exterior body. It is derived from the laminate film 29. On the other hand, a negative electrode current collector plate (negative electrode tab) 27 is arranged adjacent to the outermost layer current collector 11b on the negative electrode side, and is similarly extended and led out from the laminate film 29.

なお、単電池層19の積層回数は、所望する電圧に応じて調節する。また、双極型二次電池10bでは、電池の厚みを極力薄くしても十分な出力が確保できれば、単電池層19の積層回数を少なくしてもよい。双極型二次電池10bでも、使用する際の外部からの衝撃、環境劣化を防止するために、発電要素21を電池外装体であるラミネートフィルム29に減圧封入し、正極集電板25および負極集電板27をラミネートフィルム29の外部に取り出した構造とするのがよい。 Note that the number of times the cell layer 19 is stacked is adjusted depending on the desired voltage. Furthermore, in the bipolar secondary battery 10b, the number of times the unit cell layers 19 are stacked may be reduced if sufficient output can be ensured even if the thickness of the battery is made as thin as possible. In the bipolar secondary battery 10b, in order to prevent external impact and environmental deterioration during use, the power generating element 21 is sealed under reduced pressure in a laminate film 29, which is the battery exterior, and the positive electrode current collector plate 25 and the negative electrode collector It is preferable to have a structure in which the electric plate 27 is taken out from the laminate film 29.

以下、上述した積層型二次電池10aの主な構成要素について説明する。 The main components of the above-described stacked secondary battery 10a will be explained below.

[集電体]
集電体は、正極活物質層と接する一方の面から、負極活物質層と接する他方の面へと電子の移動を媒介する機能を有する。集電体を構成する材料に特に制限はない。集電体の構成材料としては、例えば、金属や、導電性を有する樹脂が採用されうる。
[Current collector]
The current collector has a function of mediating the movement of electrons from one surface in contact with the positive electrode active material layer to the other surface in contact with the negative electrode active material layer. There is no particular restriction on the material constituting the current collector. As the constituent material of the current collector, for example, metal or conductive resin may be used.

具体的には、金属としては、アルミニウム、ニッケル、鉄、ステンレス、チタン、銅などが挙げられる。これらのほか、ニッケルとアルミニウムとのクラッド材、銅とアルミニウムとのクラッド材などが用いられてもよい。また、金属表面にアルミニウムが被覆されてなる箔であってもよい。なかでも、電子伝導性や電池作動電位、集電体へのスパッタリングによる負極活物質の密着性等の観点からは、アルミニウム、ステンレス、銅、ニッケルが好ましい。 Specifically, examples of the metal include aluminum, nickel, iron, stainless steel, titanium, and copper. In addition to these, a cladding material of nickel and aluminum, a cladding material of copper and aluminum, etc. may be used. Alternatively, it may be a foil whose metal surface is coated with aluminum. Among these, aluminum, stainless steel, copper, and nickel are preferred from the viewpoints of electron conductivity, battery operating potential, adhesion of the negative electrode active material to the current collector by sputtering, and the like.

また、後者の導電性を有する樹脂としては、非導電性高分子材料に必要に応じて導電性フィラーが添加された樹脂が挙げられる。 Furthermore, examples of the latter resin having electrical conductivity include resins in which a conductive filler is added to a non-conductive polymer material as necessary.

非導電性高分子材料としては、例えば、ポリエチレン(PE;高密度ポリエチレン(HDPE)、低密度ポリエチレン(LDPE)など)、ポリプロピレン(PP)、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエーテルニトリル(PEN)、ポリイミド(PI)、ポリアミドイミド(PAI)、ポリアミド(PA)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、スチレン-ブタジエンゴム(SBR)、ポリアクリロニトリル(PAN)、ポリメチルアクリレート(PMA)、ポリメチルメタクリレート(PMMA)、ポリ塩化ビニル(PVC)、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)、またはポリスチレン(PS)などが挙げられる。かような非導電性高分子材料は、優れた耐電位性または耐溶媒性を有しうる。 Examples of non-conductive polymer materials include polyethylene (PE; high-density polyethylene (HDPE), low-density polyethylene (LDPE), etc.), polypropylene (PP), polyethylene terephthalate (PET), polyethernitrile (PEN), polyimide. (PI), polyamideimide (PAI), polyamide (PA), polytetrafluoroethylene (PTFE), styrene-butadiene rubber (SBR), polyacrylonitrile (PAN), polymethyl acrylate (PMA), polymethyl methacrylate (PMMA) , polyvinyl chloride (PVC), polyvinylidene fluoride (PVdF), or polystyrene (PS). Such non-conductive polymeric materials can have excellent potential or solvent resistance.

上記の導電性高分子材料または非導電性高分子材料には、必要に応じて導電性フィラーが添加されうる。特に、集電体の基材となる樹脂が非導電性高分子のみからなる場合は、樹脂に導電性を付与するために必然的に導電性フィラーが必須となる。 A conductive filler may be added to the above-mentioned conductive polymer material or non-conductive polymer material as necessary. In particular, when the resin serving as the base material of the current collector consists only of non-conductive polymers, a conductive filler is inevitably required to impart conductivity to the resin.

導電性フィラーは、導電性を有する物質であれば特に制限なく用いることができる。例えば、導電性、耐電位性、またはリチウムイオン遮断性に優れた材料として、金属および導電性カーボンなどが挙げられる。金属としては、特に制限はないが、Ni、Ti、Al、Cu、Pt、Fe、Cr、Sn、Zn、In、およびSbからなる群から選択される少なくとも1種の金属もしくはこれらの金属を含む合金または金属酸化物を含むことが好ましい。また、導電性カーボンとしては、特に制限はない。好ましくは、アセチレンブラック、バルカン(登録商標)、ブラックパール(登録商標)、カーボンナノファイバー、ケッチェンブラック(登録商標)、カーボンナノチューブ、カーボンナノホーン、カーボンナノバルーン、およびフラーレンからなる群より選択される少なくとも1種を含むものである。 The conductive filler can be used without particular limitation as long as it is a substance that has conductivity. For example, metals, conductive carbon, and the like are examples of materials with excellent conductivity, potential resistance, or lithium ion blocking properties. The metal is not particularly limited, but includes at least one metal selected from the group consisting of Ni, Ti, Al, Cu, Pt, Fe, Cr, Sn, Zn, In, and Sb, or containing these metals. Preferably, it contains an alloy or a metal oxide. Furthermore, there are no particular limitations on the conductive carbon. Preferably, it is selected from the group consisting of acetylene black, Vulcan (registered trademark), Black Pearl (registered trademark), carbon nanofiber, Ketjenblack (registered trademark), carbon nanotube, carbon nanohorn, carbon nanoballoon, and fullerene. It contains at least one kind.

導電性フィラーの添加量は、集電体に十分な導電性を付与できる量であれば特に制限はなく、一般的には、集電体の全質量100質量%に対して5~80質量%である。 The amount of conductive filler added is not particularly limited as long as it can impart sufficient conductivity to the current collector, and is generally 5 to 80% by mass based on 100% by mass of the total mass of the current collector. It is.

なお、集電体は、単独の材料からなる単層構造であってもよいし、あるいは、これらの材料からなる層を適宜組み合わせた積層構造であっても構わない。集電体の軽量化の観点からは、少なくとも導電性を有する樹脂からなる導電性樹脂層を含むことが好ましい。また、単電池層間のリチウムイオンの移動を遮断する観点からは、集電体の一部に金属層を設けてもよい。 Note that the current collector may have a single-layer structure made of a single material, or may have a laminated structure in which layers made of these materials are appropriately combined. From the viewpoint of reducing the weight of the current collector, it is preferable to include at least a conductive resin layer made of a resin having conductivity. Further, from the viewpoint of blocking the movement of lithium ions between the cell layers, a metal layer may be provided on a part of the current collector.

[負極活物質層]
負極活物質層は、負極活物質を含む。負極活物質は、金属リチウム単体(Li)またはリチウム含有合金を含むことが好ましい。これらの負極活物質の種類としては、特に制限されないが、Li含有合金としては、例えば、Liと、In、Al、SiおよびSnの少なくとも1種との合金が挙げられる。場合によっては、2種以上の負極活物質が併用されてもよい。また、上記以外の負極活物質が用いられてもよいことは勿論である。
[Negative electrode active material layer]
The negative electrode active material layer contains a negative electrode active material. The negative electrode active material preferably contains elemental metal lithium (Li) or a lithium-containing alloy. The types of these negative electrode active materials are not particularly limited, but examples of Li-containing alloys include alloys of Li and at least one of In, Al, Si, and Sn. In some cases, two or more types of negative electrode active materials may be used together. Moreover, it goes without saying that negative electrode active materials other than those mentioned above may be used.

負極活物質の形状は、例えば、粒子状(球状、繊維状)、薄膜状等が挙げられる。負極活物質が粒子形状である場合、その平均粒径(D50)は、例えば、1nm~100μmの範囲内であることが好ましく、より好ましくは10nm~50μmの範囲内であり、さらに好ましくは100nm~20μmの範囲内であり、特に好ましくは1~20μmの範囲内である。なお、本明細書において、活物質の平均粒径(D50)の値は、レーザー回折散乱法によって測定することができる。 Examples of the shape of the negative electrode active material include particulate (spherical, fibrous), thin film, and the like. When the negative electrode active material has a particle shape, the average particle size (D 50 ) is, for example, preferably within the range of 1 nm to 100 μm, more preferably within the range of 10 nm to 50 μm, and even more preferably 100 nm. 20 μm, particularly preferably 1 to 20 μm. Note that in this specification, the value of the average particle diameter (D 50 ) of the active material can be measured by a laser diffraction scattering method.

負極活物質層における負極活物質の含有量は、特に限定されるものではないが、例えば、40~99質量%の範囲内であることが好ましく、50~90質量%の範囲内であることがより好ましい。 The content of the negative electrode active material in the negative electrode active material layer is not particularly limited, but for example, it is preferably within the range of 40 to 99% by mass, and preferably within the range of 50 to 90% by mass. More preferred.

負極活物質層は、固体電解質をさらに含むことが好ましい。負極活物質層が固体電解質を含むことにより、負極活物質層のイオン伝導性を向上させることができる。固体電解質としては、例えば、硫化物固体電解質や酸化物固体電解質が挙げられるが、一般的に結晶粒界の影響を受けにくいことから実質的な破壊靱性値が大きく(すなわち、デンドライトに起因する亀裂が進展しにくく)、しかもイオン伝導度が高いという観点からは、硫化物固体電解質を含むことが好ましい。 Preferably, the negative electrode active material layer further includes a solid electrolyte. By including the solid electrolyte in the negative electrode active material layer, the ionic conductivity of the negative electrode active material layer can be improved. Examples of solid electrolytes include sulfide solid electrolytes and oxide solid electrolytes, but they generally have a large effective fracture toughness value because they are not easily affected by grain boundaries (i.e., cracks caused by dendrites It is preferable that the electrolyte contains a sulfide solid electrolyte from the viewpoints of high ionic conductivity (hard to develop) and high ionic conductivity.

硫化物固体電解質としては、例えば、LiI-LiS-SiS、LiI-LiS-P、LiI-LiPO-P、LiS-P、LiI-LiPS、LiI-LiBr-LiPS4、LiPS4、LiS-P、LiS-P-LiI、LiS-P-LiO、LiS-P-LiO-LiI、LiS-SiS、LiS-SiS-LiI、LiS-SiS-LiBr、LiS-SiS-LiCl、LiS-SiS-B-LiI、LiS-SiS-P-LiI、LiS-B、LiS-P-Z(ただし、m、nは正の数であり、Zは、Ge、Zn、Gaのいずれかである)、LiS-GeS、LiS-SiS-LiPO、LiS-SiS-LiMO(ただし、x、yは正の数であり、Mは、P、Si、Ge、B、Al、Ga、Inのいずれかである)等が挙げられる。なお、「LiS-P」の記載は、LiSおよびPを含む原料組成物を用いてなる硫化物固体電解質を意味し、他の記載についても同様である。 Examples of the sulfide solid electrolyte include LiI-Li 2 S-SiS 2 , LiI-Li 2 SP 2 O 5 , LiI-Li 3 PO 4 -P 2 S 5 , Li 2 SP 2 S 5 , LiI-Li 3 PS 4 , LiI-LiBr-Li 3 PS 4, Li 3 PS 4, Li 2 SP 2 S 5 , Li 2 SP 2 S 5 -LiI, Li 2 SP 2 S 5 - Li 2 O, Li 2 S-P 2 S 5 -Li 2 O-LiI, Li 2 S-SiS 2 , Li 2 S-SiS 2 -LiI, Li 2 S-SiS 2 -LiBr, Li 2 S-SiS 2 -LiCl, Li 2 S-SiS 2 -B 2 S 3 -LiI, Li 2 S-SiS 2 -P 2 S 5 -LiI, Li 2 S-B 2 S 3 , Li 2 S-P 2 S 5 -Z m S n (where m and n are positive numbers, and Z is either Ge, Zn, or Ga), Li 2 S-GeS 2 , Li 2 S-SiS 2 -Li 3 PO 4 , Examples include Li 2 S-SiS 2 -Li x MO y (where x and y are positive numbers, and M is any one of P, Si, Ge, B, Al, Ga, and In). . Note that the description “Li 2 SP 2 S 5 ” means a sulfide solid electrolyte made using a raw material composition containing Li 2 S and P 2 S 5 , and the same applies to other descriptions.

硫化物固体電解質は、例えば、LiPS骨格を有していてもよく、Li骨格を有していてもよく、Li骨格を有していてもよい。LiPS骨格を有する硫化物固体電解質としては、例えば、LiI-LiPS、LiI-LiBr-LiPS4、LiPSが挙げられる。また、Li骨格を有する硫化物固体電解質としては、例えば、LPSと称されるLi-P-S系固体電解質(例えば、Li11)が挙げられる。また、硫化物固体電解質として、例えば、Li(4-x)Ge(1-x)(xは、0<x<1を満たす)で表されるLGPS等を用いてもよい。なかでも、硫化物固体電解質は、P元素を含む硫化物固体電解質であることが好ましく、硫化物固体電解質は、LiS-Pを主成分とする材料であることがより好ましい。さらに、硫化物固体電解質は、ハロゲン(F、Cl、Br、I)を含有していてもよい。 The sulfide solid electrolyte may have, for example, a Li 3 PS 4 skeleton, a Li 4 P 2 S 7 skeleton, or a Li 4 P 2 S 6 skeleton. . Examples of the sulfide solid electrolyte having a Li 3 PS 4 skeleton include LiI-Li 3 PS 4 , LiI-LiBr-Li 3 PS 4, and Li 3 PS 4 . Furthermore, examples of the sulfide solid electrolyte having a Li 4 P 2 S 7 skeleton include a Li-P-S solid electrolyte (eg, Li 7 P 3 S 11 ) called LPS. Further, as the sulfide solid electrolyte, for example, LGPS expressed by Li (4-x) Ge (1-x) P x S 4 (x satisfies 0<x<1) or the like may be used. Among these, the sulfide solid electrolyte is preferably a sulfide solid electrolyte containing the element P, and more preferably the sulfide solid electrolyte is a material containing Li 2 SP 2 S 5 as a main component. Furthermore, the sulfide solid electrolyte may contain halogen (F, Cl, Br, I).

また、硫化物固体電解質がLiS-P系である場合、LiSおよびPの割合は、モル比で、LiS:P=50:50~100:0の範囲内であることが好ましく、なかでもLiS:P=70:30~80:20であることが好ましい。 In addition, when the sulfide solid electrolyte is Li 2 S-P 2 S 5 system, the ratio of Li 2 S and P 2 S 5 is a molar ratio of Li 2 S:P 2 S 5 =50:50 to 100. :0, and particularly preferably Li 2 S:P 2 S 5 =70:30 to 80:20.

また、硫化物固体電解質は、硫化物ガラスであってもよく、結晶化硫化物ガラスであってもよく、固相法により得られる結晶質材料であってもよい。なお、硫化物ガラスは、例えば原料組成物に対してメカニカルミリング(ボールミル等)を行うことにより得ることができる。また、結晶化硫化物ガラスは、例えば硫化物ガラスを結晶化温度以上の温度で熱処理を行うことにより得ることができる。また、硫化物固体電解質の常温(25℃)におけるイオン伝導度(例えば、Liイオン伝導度)は、例えば、1×10-5S/cm以上であることが好ましく、1×10-4S/cm以上であることがより好ましい。なお、固体電解質のイオン伝導度の値は、交流インピーダンス法により測定することができる。 Further, the sulfide solid electrolyte may be sulfide glass, crystallized sulfide glass, or a crystalline material obtained by a solid phase method. Note that sulfide glass can be obtained, for example, by performing mechanical milling (ball mill, etc.) on a raw material composition. Further, crystallized sulfide glass can be obtained, for example, by heat-treating sulfide glass at a temperature equal to or higher than the crystallization temperature. Further, the ionic conductivity (for example, Li ion conductivity) of the sulfide solid electrolyte at room temperature (25° C.) is preferably 1×10 −5 S/cm or more, and 1×10 −4 S/cm or more. More preferably, it is at least cm. Note that the ionic conductivity value of the solid electrolyte can be measured by an AC impedance method.

酸化物固体電解質としては、例えば、NASICON型構造を有する化合物等が挙げられる。NASICON型構造を有する化合物の一例としては、一般式Li1+xAlGe2-x(PO(0≦x≦2)で表される化合物(LAGP)、一般式Li1+xAlTi2-x(PO(0≦x≦2)で表される化合物(LATP)等が挙げられる。また、酸化物固体電解質の他の例としては、LiLaTiO(例えば、Li0.34La0.51TiO)、LiPON(例えば、Li2.9PO3.30.46)、LiLaZrO(例えば、LiLaZr12)等が挙げられる。 Examples of the oxide solid electrolyte include compounds having a NASICON type structure. Examples of compounds having a NASICON type structure include a compound represented by the general formula Li 1+x Al x Ge 2-x (PO 4 ) 3 (0≦x≦2) (LAGP), and a general formula Li 1+x Al x Ti 2 -x (PO 4 ) 3 (0≦x≦2) (LATP) and the like. In addition, other examples of oxide solid electrolytes include LiLaTiO (e.g., Li 0.34 La 0.51 TiO 3 ), LiPON (e.g., Li 2.9 PO 3.3 N 0.46 ), LiLaZrO (e.g. , Li 7 La 3 Zr 2 O 12 ), and the like.

固体電解質の形状としては、例えば、真球状、楕円球状等の粒子形状、薄膜形状等が挙げられる。固体電解質が粒子形状である場合、その平均粒径(D50)は、特に限定されないが、40μm以下であることが好ましく、20μm以下であることがより好ましく、10μm以下であることがさらに好ましい。一方、平均粒径(D50)は、0.01μm以上であることが好ましく、0.1μm以上であることがより好ましい。 Examples of the shape of the solid electrolyte include particle shapes such as true spheres and ellipsoids, thin film shapes, and the like. When the solid electrolyte has a particle shape, its average particle diameter (D 50 ) is not particularly limited, but is preferably 40 μm or less, more preferably 20 μm or less, and even more preferably 10 μm or less. On the other hand, the average particle diameter (D 50 ) is preferably 0.01 μm or more, more preferably 0.1 μm or more.

負極活物質層における固体電解質の含有量は、例えば、1~60質量%の範囲内であることが好ましく、10~50質量%の範囲内であることがより好ましい。 The content of the solid electrolyte in the negative electrode active material layer is, for example, preferably in the range of 1 to 60% by mass, more preferably in the range of 10 to 50% by mass.

負極活物質層は、上述した負極活物質および固体電解質に加えて、導電助剤およびバインダの少なくとも1つをさらに含有していてもよい。 In addition to the above-described negative electrode active material and solid electrolyte, the negative electrode active material layer may further contain at least one of a conductive additive and a binder.

導電助剤としては、例えば、アルミニウム、ステンレス(SUS)、銀、金、銅、チタン等の金属、これらの金属を含む合金または金属酸化物;炭素繊維(具体的には、気相成長炭素繊維(VGCF)、ポリアクリロニトリル系炭素繊維、ピッチ系炭素繊維、レーヨン系炭素繊維、活性炭素繊維等)、カーボンナノチューブ(CNT)、カーボンブラック(具体的には、アセチレンブラック、ケッチェンブラック(登録商標)、ファーネスブラック、チャンネルブラック、サーマルランプブラック等)等のカーボンが挙げられるが、これらに限定されない。また、粒子状のセラミック材料や樹脂材料の周りに上記金属材料をめっき等でコーティングしたものも導電助剤として使用できる。これらの導電助剤のなかでも、電気的安定性の観点から、アルミニウム、ステンレス、銀、金、銅、チタン、およびカーボンからなる群より選択される少なくとも1種を含むことが好ましく、アルミニウム、ステンレス、銀、金、およびカーボンからなる群より選択される少なくとも1種を含むことがより好ましく、カーボンを少なくとも1種を含むことがさらに好ましい。これらの導電助剤は、1種のみを単独で使用してもよいし、2種以上を併用しても構わない。 Examples of conductive aids include metals such as aluminum, stainless steel (SUS), silver, gold, copper, and titanium; alloys or metal oxides containing these metals; carbon fibers (specifically, vapor-grown carbon fibers); (VGCF), polyacrylonitrile carbon fiber, pitch carbon fiber, rayon carbon fiber, activated carbon fiber, etc.), carbon nanotubes (CNT), carbon black (specifically, acetylene black, Ketjen black (registered trademark)) , furnace black, channel black, thermal lamp black, etc.), but are not limited to these. Further, a particulate ceramic material or resin material coated with the above metal material by plating or the like can also be used as a conductive aid. Among these conductive additives, from the viewpoint of electrical stability, it is preferable to include at least one selected from the group consisting of aluminum, stainless steel, silver, gold, copper, titanium, and carbon; , silver, gold, and carbon, and more preferably carbon. These conductive aids may be used alone or in combination of two or more.

導電助剤の形状は、粒子状または繊維状であることが好ましい。導電助剤が粒子状である場合、粒子の形状は特に限定されず、粉末状、球状、棒状、針状、板状、柱状、不定形状、燐片状、紡錘状等、いずれの形状であっても構わない。 The shape of the conductive aid is preferably particulate or fibrous. When the conductive additive is in the form of particles, the shape of the particles is not particularly limited, and may be any shape such as powder, sphere, rod, needle, plate, column, irregular shape, flake, spindle, etc. I don't mind.

導電助剤が粒子状である場合の平均粒子径(一次粒子径)は、特に限定されるものではないが、電池の電気特性の観点から、0.01~10μmであることが好ましい。なお、本明細書中において、「導電助剤の粒子径」とは、導電助剤の輪郭線上の任意の2点間の距離のうち、最大の距離Lを意味する。「導電助剤の平均粒子径」の値としては、走査型電子顕微鏡(SEM)や透過型電子顕微鏡(TEM)などの観察手段を用い、数~数十視野中に観察される粒子の粒子径の平均値として算出される値を採用するものとする。 The average particle diameter (primary particle diameter) when the conductive additive is in the form of particles is not particularly limited, but from the viewpoint of the electrical characteristics of the battery, it is preferably 0.01 to 10 μm. In addition, in this specification, "particle diameter of a conductive aid" means the maximum distance L among the distances between arbitrary two points on the outline of a conductive aid. The value of the "average particle diameter of the conductive aid" is the particle diameter of particles observed in several to several dozen fields of view using observation means such as a scanning electron microscope (SEM) or a transmission electron microscope (TEM). The value calculated as the average value shall be adopted.

負極活物質層が導電助剤を含む場合、当該負極活物質層における導電助剤の含有量は特に制限されないが、負極活物質層の合計質量に対して、好ましくは0~10質量%であり、より好ましくは2~8質量%であり、さらに好ましくは4~7質量%である。このような範囲であれば、負極活物質層においてより強固な電子伝導パスを形成することが可能となり、電池特性の向上に有効に寄与することが可能である。 When the negative electrode active material layer contains a conductive additive, the content of the conductive additive in the negative electrode active material layer is not particularly limited, but is preferably 0 to 10% by mass based on the total mass of the negative electrode active material layer. , more preferably 2 to 8% by weight, and still more preferably 4 to 7% by weight. Within this range, it becomes possible to form a stronger electron conduction path in the negative electrode active material layer, and it is possible to effectively contribute to improving battery characteristics.

一方、バインダとしては、特に限定されないが、例えば、以下の材料が挙げられる。 On the other hand, the binder is not particularly limited, but examples include the following materials.

ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンテレフタレート、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)(水素原子が他のハロゲン元素にて置換された化合物を含む)、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリメチルペンテン、ポリブテン、ポリエーテルニトリル、ポリテトラフルオロエチレン、ポリアクリロニトリル、ポリイミド、ポリアミド、エチレン-酢酸ビニル共重合体、ポリ塩化ビニル、スチレン・ブタジエンゴム(SBR)、エチレン・プロピレン・ジエン共重合体、スチレン・ブタジエン・スチレンブロック共重合体およびその水素添加物、スチレン・イソプレン・スチレンブロック共重合体およびその水素添加物などの熱可塑性高分子、テトラフルオロエチレン・ヘキサフルオロプロピレン共重合体(FEP)、テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体(PFA)、エチレン・テトラフルオロエチレン共重合体(ETFE)、ポリクロロトリフルオロエチレン(PCTFE)、エチレン・クロロトリフルオロエチレン共重合体(ECTFE)、ポリフッ化ビニル(PVF)等のフッ素樹脂、ビニリデンフルオライド-ヘキサフルオロプロピレン系フッ素ゴム(VDF-HFP系フッ素ゴム)、ビニリデンフルオライド-ヘキサフルオロプロピレン-テトラフルオロエチレン系フッ素ゴム(VDF-HFP-TFE系フッ素ゴム)、ビニリデンフルオライド-ペンタフルオロプロピレン系フッ素ゴム(VDF-PFP系フッ素ゴム)、ビニリデンフルオライド-ペンタフルオロプロピレン-テトラフルオロエチレン系フッ素ゴム(VDF-PFP-TFE系フッ素ゴム)、ビニリデンフルオライド-パーフルオロメチルビニルエーテル-テトラフルオロエチレン系フッ素ゴム(VDF-PFMVE-TFE系フッ素ゴム)、ビニリデンフルオライド-クロロトリフルオロエチレン系フッ素ゴム(VDF-CTFE系フッ素ゴム)等のビニリデンフルオライド系フッ素ゴム、エポキシ樹脂等が挙げられる。中でも、ポリイミド、スチレン・ブタジエンゴム、カルボキシメチルセルロース、ポリプロピレン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリアクリロニトリル、ポリアミドであることがより好ましい。 Polybutylene terephthalate, polyethylene terephthalate, polyvinylidene fluoride (PVDF) (including compounds in which hydrogen atoms are substituted with other halogen elements), polyethylene, polypropylene, polymethylpentene, polybutene, polyethernitrile, polytetrafluoroethylene, Polyacrylonitrile, polyimide, polyamide, ethylene-vinyl acetate copolymer, polyvinyl chloride, styrene-butadiene rubber (SBR), ethylene-propylene-diene copolymer, styrene-butadiene-styrene block copolymer and hydrogenated products thereof , thermoplastic polymers such as styrene/isoprene/styrene block copolymers and their hydrogenated products, tetrafluoroethylene/hexafluoropropylene copolymers (FEP), tetrafluoroethylene/perfluoroalkyl vinyl ether copolymers (PFA) , fluororesins such as ethylene/tetrafluoroethylene copolymer (ETFE), polychlorotrifluoroethylene (PCTFE), ethylene/chlorotrifluoroethylene copolymer (ECTFE), polyvinyl fluoride (PVF), vinylidene fluoride- Hexafluoropropylene-based fluororubber (VDF-HFP-based fluororubber), vinylidene fluoride-hexafluoropropylene-tetrafluoroethylene-based fluororubber (VDF-HFP-TFE-based fluororubber), vinylidene fluoride-pentafluoropropylene-based fluororubber (VDF-PFP-based fluororubber), vinylidene fluoride-pentafluoropropylene-tetrafluoroethylene-based fluororubber (VDF-PFP-TFE-based fluororubber), vinylidene fluoride-perfluoromethyl vinyl ether-tetrafluoroethylene-based fluororubber ( Examples include vinylidene fluoride-based fluororubbers such as VDF-PFMVE-TFE-based fluororubber), vinylidene fluoride-chlorotrifluoroethylene-based fluororubber (VDF-CTFE-based fluororubber), and epoxy resins. Among these, polyimide, styrene-butadiene rubber, carboxymethyl cellulose, polypropylene, polytetrafluoroethylene, polyacrylonitrile, and polyamide are more preferred.

負極活物質層の厚さは、目的とする全固体電池の構成によっても異なるが、例えば、0.1~1000μmの範囲内であることが好ましい。 The thickness of the negative electrode active material layer varies depending on the structure of the intended all-solid-state battery, but is preferably within the range of 0.1 to 1000 μm, for example.

[正極活物質層]
正極活物質層は、正極活物質を含む。正極活物質の種類としては、特に制限されないが、硫黄単体(S)またはリチウムを含有する硫黄の還元生成物(Li~LiSの各化合物のいずれか)が好ましく用いられる。ここで例えば、硫黄単体(S)は、1670mAh/g程度と極めて大きい理論容量を有し、低コストで資源が豊富であるという利点を備えている。この場合、全固体リチウムイオン二次電池が充電状態で提供される場合には、正極活物質として硫黄単体(S)を含む。また、全固体リチウムイオン二次電池が放電状態で提供される場合には、正極活物質としてリチウムを含有する硫黄の還元生成物(上述したLi~LiSの各化合物のいずれか)を含有する。
[Cathode active material layer]
The positive electrode active material layer contains a positive electrode active material. The type of positive electrode active material is not particularly limited, but elemental sulfur (S 8 ) or a reduction product of sulfur containing lithium (any of the compounds Li 2 S 8 to Li 2 S) is preferably used. For example, elemental sulfur (S 8 ) has an extremely large theoretical capacity of about 1670 mAh/g, and has the advantage of being low cost and abundant in resources. In this case, when the all-solid-state lithium ion secondary battery is provided in a charged state, elemental sulfur (S 8 ) is included as the positive electrode active material. In addition, when an all-solid-state lithium ion secondary battery is provided in a discharged state, a sulfur reduction product containing lithium (any of the above-mentioned Li 2 S 8 to Li 2 S compounds) is used as the positive electrode active material. ).

なお、正極活物質層は、上述した硫黄単体(S)またはリチウムを含有する硫黄の還元生成物(上述したLi~LiSの各化合物のいずれか)以外の正極活物質を含んでもよい。ただし、正極活物質層に含まれる正極活物質に占める硫黄単体またはリチウムを含有する硫黄の還元生成物の割合は、好ましくは50~100質量%であり、より好ましくは80~100質量%であり、さらに好ましくは90~100質量%であり、いっそう好ましくは95~100質量%であり、特に好ましくは98~100質量%であり、最も好ましくは100質量%である。 Note that the positive electrode active material layer contains a positive electrode active material other than the above-mentioned elemental sulfur (S 8 ) or the reduction product of sulfur containing lithium (any of the above-mentioned compounds of Li 2 S 8 to Li 2 S). May include. However, the proportion of the reduction product of elemental sulfur or sulfur containing lithium in the positive electrode active material contained in the positive electrode active material layer is preferably 50 to 100% by mass, more preferably 80 to 100% by mass. , more preferably 90 to 100% by weight, even more preferably 95 to 100% by weight, particularly preferably 98 to 100% by weight, and most preferably 100% by weight.

硫黄単体またはリチウムを含有する硫黄の還元生成物以外の正極活物質としては、例えば、ジスルフィド化合物、国際公開第2010/044437号パンフレットに記載の化合物に代表される硫黄変性ポリアクリロニトリル、硫黄変性ポリイソプレン、ルベアン酸(ジチオオキサミド)、ポリ硫化カーボン等が挙げられる。また、S-カーボンコンポジット、TiS、TiS、TiS、NiS、NiS、CuS、FeS、MoS、MoS等の無機硫黄化合物も用いられうる。さらに、硫黄を含まない正極活物質としては、例えば、LiCoO、LiMnO、LiNiO、LiVO、Li(Ni-Mn-Co)O等の層状岩塩型活物質、LiMn、LiNi0.5Mn1.5等のスピネル型活物質、LiFePO、LiMnPO等のオリビン型活物質、LiFeSiO、LiMnSiO等のSi含有活物質等が挙げられる。また上記以外の酸化物活物質としては、例えば、LiTi12が挙げられる。場合によっては、2種以上の正極活物質が併用されてもよい。なお、上記以外の正極活物質が用いられてもよいことは勿論である。 Examples of positive electrode active materials other than simple sulfur or reduction products of sulfur containing lithium include disulfide compounds, sulfur-modified polyacrylonitrile represented by the compound described in International Publication No. 2010/044437 pamphlet, and sulfur-modified polyisoprene. , rubeanic acid (dithiooxamide), polysulfurized carbon, and the like. Further, inorganic sulfur compounds such as S-carbon composite, TiS 2 , TiS 3 , TiS 4 , NiS, NiS 2 , CuS, FeS 2 , MoS 2 and MoS 3 can also be used. Further, as positive electrode active materials that do not contain sulfur, for example, layered rock salt active materials such as LiCoO 2 , LiMnO 2 , LiNiO 2 , LiVO 2 , Li(Ni-Mn-Co)O 2 , LiMn 2 O 4 , LiNi Examples include spinel-type active materials such as 0.5 Mn 1.5 O 4 , olivine-type active materials such as LiFePO 4 and LiMnPO 4 , and Si-containing active materials such as Li 2 FeSiO 4 and Li 2 MnSiO 4 . Further, examples of oxide active materials other than those mentioned above include Li 4 Ti 5 O 12 . In some cases, two or more types of positive electrode active materials may be used together. Note that, of course, positive electrode active materials other than those mentioned above may be used.

正極活物質の形状は、例えば、粒子状(球状、繊維状)、薄膜状等が挙げられる。正極活物質が粒子形状である場合、その平均粒径(D50)は、例えば、1nm~100μmの範囲内であることが好ましく、より好ましくは10nm~50μmの範囲内であり、さらに好ましくは100nm~20μmの範囲内であり、特に好ましくは1~20μmの範囲内である。なお、本明細書において、活物質の平均粒径(D50)の値は、レーザー回折散乱法によって測定することができる。 Examples of the shape of the positive electrode active material include particulate (spherical, fibrous), thin film, and the like. When the positive electrode active material is in the form of particles, the average particle size (D 50 ) is, for example, preferably within the range of 1 nm to 100 μm, more preferably within the range of 10 nm to 50 μm, and even more preferably 100 nm. 20 μm, particularly preferably 1 to 20 μm. Note that in this specification, the value of the average particle diameter (D 50 ) of the active material can be measured by a laser diffraction scattering method.

正極活物質層における正極活物質の含有量は、特に限定されるものではないが、例えば、40~99質量%の範囲内であることが好ましく、50~90質量%の範囲内であることがより好ましい。なお、正極活物質層もまた、上述した負極活物質層と同様に、必要に応じて、固体電解質、導電助剤、バインダの少なくとも1つをさらに含有していてもよい。これらの材料の具体的な形態については上述したものと同様であるため、ここでは詳細な説明を省略する。 The content of the positive electrode active material in the positive electrode active material layer is not particularly limited, but for example, it is preferably within the range of 40 to 99% by mass, and preferably within the range of 50 to 90% by mass. More preferred. Note that the positive electrode active material layer may also further contain at least one of a solid electrolyte, a conductive aid, and a binder, as necessary, similarly to the negative electrode active material layer described above. Since the specific forms of these materials are the same as those described above, detailed explanations will be omitted here.

[固体電解質層]
本形態に係る双極型二次電池の固体電解質層は、固体電解質を主成分として含有し、上述した正極活物質層と負極活物質層との間に介在する層である。固体電解質層に含有される固体電解質の具体的な形態については上述したものと同様であるため、ここでは詳細な説明を省略する。
[Solid electrolyte layer]
The solid electrolyte layer of the bipolar secondary battery according to this embodiment is a layer that contains a solid electrolyte as a main component and is interposed between the above-described positive electrode active material layer and negative electrode active material layer. Since the specific form of the solid electrolyte contained in the solid electrolyte layer is the same as that described above, detailed explanation will be omitted here.

固体電解質層における固体電解質の含有量は、例えば、10~100質量%の範囲内であることが好ましく、50~100質量%の範囲内であることがより好ましく、90~100質量%の範囲内であることがさらに好ましい。 The content of the solid electrolyte in the solid electrolyte layer is, for example, preferably within the range of 10 to 100% by mass, more preferably within the range of 50 to 100% by mass, and within the range of 90 to 100% by mass. It is more preferable that

固体電解質層は、上述した固体電解質に加えて、バインダをさらに含有していてもよい。固体電解質層に含有されうるバインダの具体的な形態については上述したものと同様であるため、ここでは詳細な説明を省略する。 The solid electrolyte layer may further contain a binder in addition to the solid electrolyte described above. Since the specific form of the binder that can be contained in the solid electrolyte layer is the same as that described above, detailed explanation will be omitted here.

固体電解質層の厚さは、目的とする双極型二次電池の構成によっても異なるが、例えば、0.1~1000μmの範囲内であることが好ましく、0.1~300μmの範囲内であることがより好ましい。 The thickness of the solid electrolyte layer varies depending on the configuration of the intended bipolar secondary battery, but for example, it is preferably within the range of 0.1 to 1000 μm, and preferably within the range of 0.1 to 300 μm. is more preferable.

[正極集電板および負極集電板]
集電板(25、27)を構成する材料は、特に制限されず、二次電池用の集電板として従来用いられている公知の高導電性材料が用いられうる。集電板の構成材料としては、例えば、アルミニウム、銅、チタン、ニッケル、ステンレス鋼(SUS)、これらの合金等の金属材料が好ましい。軽量、耐食性、高導電性の観点から、より好ましくはアルミニウム、銅であり、特に好ましくはアルミニウムである。なお、正極集電板25と負極集電板27とでは、同一の材料が用いられてもよいし、異なる材料が用いられてもよい。
[Positive current collector plate and negative current collector plate]
The material constituting the current collector plates (25, 27) is not particularly limited, and known highly conductive materials conventionally used as current collector plates for secondary batteries may be used. As the constituent material of the current collector plate, for example, metal materials such as aluminum, copper, titanium, nickel, stainless steel (SUS), and alloys thereof are preferable. From the viewpoints of light weight, corrosion resistance, and high conductivity, aluminum and copper are more preferred, and aluminum is particularly preferred. Note that the positive electrode current collector plate 25 and the negative electrode current collector plate 27 may use the same material or different materials.

[正極リードおよび負極リード]
また、図示は省略するが、集電体11と集電板(25、27)との間を正極リードや負極リードを介して電気的に接続してもよい。正極および負極リードの構成材料としては、公知のリチウムイオン二次電池において用いられる材料が同様に採用されうる。なお、外装から取り出された部分は、周辺機器や配線などに接触して漏電したりして製品(例えば、自動車部品、特に電子機器等)に影響を与えないように、耐熱絶縁性の熱収縮チューブなどにより被覆することが好ましい。
[Positive lead and negative lead]
Further, although not shown, the current collector 11 and the current collecting plates (25, 27) may be electrically connected via a positive electrode lead or a negative electrode lead. As constituent materials for the positive electrode and negative electrode leads, materials used in known lithium ion secondary batteries can be similarly employed. In addition, the parts taken out from the exterior are covered with heat-resistant insulating heat-shrinkable material to prevent them from contacting peripheral equipment or wiring and causing electrical leakage, which may affect products (e.g., automobile parts, especially electronic equipment, etc.). Preferably, it is covered with a tube or the like.

[電池外装体]
電池外装体としては、公知の金属缶ケースを用いることができるほか、図6および図7に示すように発電要素を覆うことができる、アルミニウムを含むラミネートフィルム29を用いた袋状のケースが用いられうる。該ラミネートフィルムには、例えば、PP、アルミニウム、ナイロンをこの順に積層してなる3層構造のラミネートフィルム等を用いることができるが、これらに何ら制限されるものではない。高出力化や冷却性能に優れ、EV、HEV用の大型機器用電池に好適に利用することができるという観点から、ラミネートフィルムが望ましい。また、外部から掛かる発電要素への群圧を容易に調整することができることから、外装体はアルミニウムを含むラミネートフィルムがより好ましい。
[Battery exterior body]
As the battery exterior body, a well-known metal can case can be used, or a bag-shaped case using a laminate film 29 containing aluminum that can cover the power generation element as shown in FIGS. 6 and 7 can be used. It can be done. The laminate film may be, for example, a laminate film having a three-layer structure in which PP, aluminum, and nylon are laminated in this order, but is not limited thereto. A laminate film is desirable from the viewpoint that it has high output and excellent cooling performance, and can be suitably used in batteries for large equipment such as EVs and HEVs. Moreover, the exterior body is more preferably a laminate film containing aluminum because the group pressure applied to the power generation element from the outside can be easily adjusted.

図8は、積層型二次電池の代表的な実施形態である扁平なリチウムイオン二次電池の外観を表した斜視図である。 FIG. 8 is a perspective view showing the appearance of a flat lithium ion secondary battery, which is a typical embodiment of a stacked secondary battery.

図8に示すように、扁平な積層型二次電池50では、長方形状の扁平な形状を有しており、その両側部からは電力を取り出すための正極タブ58、負極タブ59が引き出されている。発電要素57は、積層型二次電池50の電池外装体(ラミネートフィルム52)によって包まれ、その周囲は熱融着されており、発電要素57は、正極タブ58および負極タブ59を外部に引き出した状態で密封されている。ここで、発電要素57は、先に説明した図6に示す積層型二次電池10aの発電要素21に相当するものである。 As shown in FIG. 8, the flat stacked secondary battery 50 has a rectangular flat shape, and a positive electrode tab 58 and a negative electrode tab 59 for extracting power are pulled out from both sides of the battery. There is. The power generation element 57 is surrounded by the battery exterior body (laminate film 52) of the laminated secondary battery 50, and the periphery thereof is heat fused, and the power generation element 57 has a positive electrode tab 58 and a negative electrode tab 59 pulled out to the outside. It is sealed in a sealed condition. Here, the power generation element 57 corresponds to the power generation element 21 of the stacked secondary battery 10a shown in FIG. 6 described above.

なお、上記リチウムイオン二次電池は、積層型の扁平な形状のものに制限されるものではない。巻回型のリチウムイオン二次電池では、円筒型形状のものであってもよいし、こうした円筒型形状のものを変形させて、長方形状の扁平な形状にしたようなものであってもよいなど、特に制限されるものではない。上記円筒型の形状のものでは、その外装体に、ラミネートフィルムを用いてもよいし、従来の円筒缶(金属缶)を用いてもよいなど、特に制限されるものではない。好ましくは、発電要素がアルミニウムラミネートフィルムで外装される。当該形態により、軽量化が達成されうる。 Note that the above-mentioned lithium ion secondary battery is not limited to a flat, stacked type battery. A wound type lithium ion secondary battery may have a cylindrical shape, or may be a cylindrical battery that has been deformed into a rectangular flat shape. etc., there are no particular restrictions. The above-mentioned cylindrical shape is not particularly limited, and its exterior body may be made of a laminate film or a conventional cylindrical can (metal can). Preferably, the power generation element is packaged with an aluminum laminate film. With this form, weight reduction can be achieved.

また、図8に示すタブ58、59の取り出しに関しても、特に制限されるものではない。正極タブ58と負極タブ59とを同じ辺から引き出すようにしてもよいし、正極タブ58と負極タブ59をそれぞれ複数に分けて、各辺から取り出しようにしてもよいなど、図8に示すものに制限されるものではない。また、巻回型のリチウムイオン電池では、タブに変えて、例えば、円筒缶(金属缶)を利用して端子を形成すればよい。 Further, there is no particular restriction on taking out the tabs 58 and 59 shown in FIG. 8. The positive electrode tab 58 and the negative electrode tab 59 may be pulled out from the same side, or the positive electrode tab 58 and the negative electrode tab 59 may be divided into a plurality of parts and taken out from each side, as shown in FIG. It is not limited to. Further, in a wound type lithium ion battery, the terminals may be formed using, for example, a cylindrical can (metal can) instead of a tab.

[組電池]
組電池は、電池を複数個接続して構成した物である。詳しくは少なくとも2つ以上用いて、直列化あるいは並列化あるいはその両方で構成されるものである。直列、並列化することで容量および電圧を自由に調節することが可能になる。
[Assembled battery]
A battery pack is made up of multiple batteries connected together. Specifically, it is configured by using at least two or more, serially or parallelly, or both. By connecting them in series or parallel, it becomes possible to freely adjust the capacity and voltage.

電池が複数、直列にまたは並列に接続して装脱着可能な小型の組電池を形成することもできる。そして、この装脱着可能な小型の組電池をさらに複数、直列に又は並列に接続して、高体積エネルギー密度、高体積出力密度が求められる車両駆動用電源や補助電源に適した大容量、大出力を持つ組電池を形成することもできる。何個の電池を接続して組電池を作製するか、また、何段の小型組電池を積層して大容量の組電池を作製するかは、搭載される車両(電気自動車)の電池容量や出力に応じて決めればよい。 A plurality of batteries can be connected in series or in parallel to form a small detachable battery pack. By connecting multiple small, removable batteries in series or in parallel, high-capacity, large-capacity batteries suitable for vehicle drive power sources and auxiliary power sources that require high volumetric energy density and high volumetric output density can be used. It is also possible to form a battery pack with an output. How many batteries to connect to make a battery pack, and how many stages of small battery packs to stack to make a large-capacity battery pack depends on the battery capacity of the vehicle (electric vehicle) in which it will be mounted. You can decide according to the output.

組電池に対して本発明に係る充電方法を実施する際には、例えば組電池を構成する個々の電池(単セル)のそれぞれの内部抵抗値を測定しながら充電処理を実行することができる。このような構成とすることで、個々の電池(単セル)のそれぞれにおける内部抵抗を低減させる制御を別々に実行しながら充電処理を行うことができる。 When carrying out the charging method according to the present invention for an assembled battery, for example, the charging process can be performed while measuring the internal resistance value of each individual battery (single cell) that constitutes the assembled battery. With such a configuration, charging processing can be performed while separately performing control to reduce the internal resistance of each individual battery (single cell).

[車両]
本形態の非水電解質二次電池は、長期使用しても放電容量が維持され、サイクル特性が良好である。さらに、体積エネルギー密度が高い。電気自動車やハイブリッド電気自動車や燃料電池車やハイブリッド燃料電池自動車などの車両用途においては、電気・携帯電子機器用途と比較して、高容量、大型化が求められるとともに、長寿命化が必要となる。したがって、上記非水電解質二次電池は、車両用の電源として、例えば、車両駆動用電源や補助電源に好適に利用することができる。
[vehicle]
The non-aqueous electrolyte secondary battery of this embodiment maintains its discharge capacity even after long-term use, and has good cycle characteristics. Additionally, it has a high volumetric energy density. Vehicle applications such as electric vehicles, hybrid electric vehicles, fuel cell vehicles, and hybrid fuel cell vehicles require higher capacity, larger size, and longer lifespan than electric and portable electronic device applications. . Therefore, the non-aqueous electrolyte secondary battery can be suitably used as a vehicle power source, for example, as a vehicle drive power source or an auxiliary power source.

具体的には、電池またはこれらを複数個組み合わせてなる組電池を車両に搭載することができる。本発明では、長期信頼性および出力特性に優れた高寿命の電池を構成できることから、こうした電池を搭載するとEV走行距離の長いプラグインハイブリッド電気自動車や、一充電走行距離の長い電気自動車を構成できる。電池またはこれらを複数個組み合わせてなる組電池を、例えば、自動車ならばハイブリッド車、燃料電池車、電気自動車(いずれも四輪車(乗用車、トラック、バスなどの商用車、軽自動車など)のほか、二輪車(バイク)や三輪車を含む)に用いることにより高寿命で信頼性の高い自動車となるからである。ただし、用途が自動車に限定されるわけではなく、例えば、他の車両、例えば、電車などの移動体の各種電源であっても適用は可能であるし、無停電電源装置などの載置用電源として利用することも可能である。 Specifically, a battery or a battery pack formed by combining a plurality of batteries can be mounted on the vehicle. According to the present invention, it is possible to configure a long-life battery with excellent long-term reliability and output characteristics, so when such a battery is installed, it is possible to configure a plug-in hybrid electric vehicle with a long EV mileage or an electric vehicle with a long mileage on a single charge. . Batteries or assembled batteries made by combining multiple of these can be used, for example, in the case of automobiles, such as hybrid vehicles, fuel cell vehicles, electric vehicles (all four-wheeled vehicles (passenger cars, commercial vehicles such as trucks, buses, light vehicles, etc.), etc. , two-wheeled vehicles (including motorcycles, and three-wheeled vehicles)) can provide long-life and highly reliable vehicles. However, the application is not limited to automobiles; for example, it can be applied to various power sources for other vehicles, such as trains, and on-board power sources such as uninterruptible power supplies. It is also possible to use it as

[実験例]
本発明の実施可能性を確認することを目的として、定格充電電流よりも大きい電流(加熱用電流)を用いて充電処理を実施することにより、定格充電電流で充電処理を施した場合と比較して、電池の温度上昇に要する時間が短縮されることを確認するシミュレーション実験を行った。
[Experiment example]
For the purpose of confirming the feasibility of implementing the present invention, a charging process was performed using a current (heating current) larger than the rated charging current, and compared with a case where the charging process was performed using the rated charging current. We conducted a simulation experiment to confirm that the time required for the battery to rise in temperature was reduced.

まず、市販の全固体リチウムイオン二次電池(正極活物質:硫黄(S)、負極活物質:金属リチウム(Li))について、初期の内部抵抗値を測定し、それに対して内部抵抗の上昇率を80%と仮定したときの内部抵抗値を算出した。そして、その内部抵抗値が電解質抵抗に相当すると仮定し、通電させる電流値から算出されるジュール熱に相当する熱量を算出した。 First, the initial internal resistance value of a commercially available all-solid-state lithium ion secondary battery (positive electrode active material: sulfur (S), negative electrode active material: metallic lithium (Li)) was measured, and the rate of increase in internal resistance was measured. The internal resistance value was calculated assuming that 80%. Then, assuming that the internal resistance value corresponds to the electrolyte resistance, the amount of heat equivalent to Joule heat calculated from the current value to be supplied was calculated.

一方、上記二次電池の構成材料から求められる当該電池の熱容量と、予め設定した上限温度の値から、当該電池の温度を室温(20℃)から当該上限温度まで上昇させるのに必要な熱量を算出した。そして、上述したジュール熱に相当する熱量がすべて電池の温度上昇に用いられると仮定して、当該電池の温度を室温(20℃)から当該上限温度まで上昇させるのに要する通電時間を、通電させる電流値ごとに算出して比較した。なお、上記電池の発電要素のなかで最も融点が低い材料である金属リチウム(Li)の融点が115.2℃であることに鑑み、上限温度は115℃に設定した。 On the other hand, the amount of heat required to raise the temperature of the battery from room temperature (20°C) to the upper limit temperature can be determined from the heat capacity of the battery determined from the constituent materials of the secondary battery and the preset upper limit temperature. Calculated. Then, assuming that all the heat equivalent to the Joule heat mentioned above is used to raise the temperature of the battery, the current is applied for the time required to raise the temperature of the battery from room temperature (20°C) to the upper limit temperature. Each current value was calculated and compared. Note that the upper limit temperature was set at 115.degree. C. in view of the fact that the melting point of metal lithium (Li), which is a material with the lowest melting point among the power generation elements of the battery, is 115.2.degree.

上記のシミュレーション実験を、普通充電(3kW単相200V)相当の電流値を用いて行った結果を下記の表1に示す。なお、この実験では、充電電流の値を、15A、18Aまたは22.5Aに設定した。 The above simulation experiment was conducted using a current value equivalent to normal charging (3 kW single phase 200 V), and the results are shown in Table 1 below. Note that in this experiment, the value of the charging current was set to 15A, 18A, or 22.5A.

同様にして、上記のシミュレーション実験を、急速充電(50kW)相当の電流値を用いて行った結果を下記の表2に示す。なお、この実験では、充電電流の値を、125A、150Aまたは187.5Aに設定した。 Similarly, the above simulation experiment was conducted using a current value equivalent to quick charging (50 kW), and the results are shown in Table 2 below. Note that in this experiment, the value of the charging current was set to 125A, 150A, or 187.5A.

表1および表2に示す結果からわかるように、充電電流の値を大きくするにつれて、電池の温度を上昇させるのに要する時間が短縮されることがわかる。このことから、本発明に係る二次電池システムまたは二次電池用充電装置における制御では、電池の内部抵抗値の上昇を検知した際に加熱用電流を用いて電池の温度を上昇させ、固体電解質層-電極活物質層界面の材料を溶融させることで、極めて短時間で内部抵抗値の低減(回復)が図られることが期待される。 As can be seen from the results shown in Tables 1 and 2, it can be seen that as the value of the charging current increases, the time required to raise the temperature of the battery becomes shorter. For this reason, in the control of the secondary battery system or secondary battery charging device according to the present invention, when an increase in the internal resistance value of the battery is detected, a heating current is used to increase the temperature of the battery, and the solid electrolyte is By melting the material at the layer-electrode active material layer interface, it is expected that the internal resistance value can be reduced (recovered) in an extremely short time.

1 全固体リチウムイオン二次電池システム、
2 全固体リチウムイオン二次電池、
3 電圧センサー、
4 温度センサー、
5 電圧電流調整部、
6 電流センサー、
7 制御部、
8 外部電源、
10a、50 積層型二次電池、
10b 双極型二次電池、
11 集電体、
11’ 正極集電体、
11’’ 負極集電体、
11a 正極側の最外層集電体、
11b 負極側の最外層集電体、
13 正極活物質層、
15 負極活物質層、
17 電解質層、
19 単電池層、
21、57 発電要素、
23 双極型電極、
25 正極集電板(正極タブ)、
27 負極集電板(負極タブ)、
29、52 ラミネートフィルム、
58 正極タブ、
59 負極タブ、
71 CPU、
72 記憶部、
100 バッテリパック、
110 二次電池モジュール、
120 バッテリマネジメントシステム(BMS)、
130 ジャンクションボックス、
200 DC/DCジャンクションボックス、
210 DC/DCコンバータ、
220 普通充電リレー、
221 車載充電器、
222 普通充電ポート、
230 急速充電リレー、
232 急速充電ポート
240 スタータモータ(SM)、
250 電装負荷、
260 オルタネータ(ALT)、
300 電源回路、
310 メインバッテリ(鉛蓄電池)、
320 サブバッテリ(全固体電池)、
330 リレー。
1 All-solid-state lithium ion secondary battery system,
2 All-solid-state lithium ion secondary battery,
3 voltage sensor,
4 temperature sensor,
5 voltage and current adjustment section,
6 current sensor,
7 control unit,
8 external power supply,
10a, 50 stacked secondary battery,
10b bipolar secondary battery,
11 current collector,
11′ positive electrode current collector,
11'' negative electrode current collector,
11a outermost layer current collector on the positive electrode side,
11b outermost layer current collector on the negative electrode side,
13 positive electrode active material layer,
15 negative electrode active material layer,
17 electrolyte layer,
19 cell layer,
21, 57 Power generation element,
23 Bipolar electrode,
25 Positive electrode current collector plate (positive electrode tab),
27 Negative electrode current collector plate (negative electrode tab),
29, 52 laminate film,
58 Positive electrode tab,
59 negative electrode tab,
71 CPU,
72 Memory section,
100 battery pack,
110 Secondary battery module,
120 Battery Management System (BMS),
130 junction box,
200 DC/DC junction box,
210 DC/DC converter,
220 Normal charging relay,
221 On-board charger,
222 Normal charging port,
230 quick charge relay,
232 Quick charging port 240 Starter motor (SM),
250 Electrical load,
260 Alternator (ALT),
300 power supply circuit,
310 Main battery (lead acid battery),
320 sub battery (all-solid battery),
330 relay.

Claims (7)

硫黄単体(S )またはリチウムを含有する硫黄の還元生成物を含む正極活物質を含有する正極活物質層を含む正極と、
負極活物質を含有する負極活物質層を含む負極と、
前記正極活物質層および前記負極活物質層との間に介在する固体電解質層と、
を有する発電要素を備えた全固体リチウムイオン二次電池と、
前記全固体リチウムイオン二次電池を充電する充電器と、
前記全固体リチウムイオン二次電池の内部抵抗を測定する内部抵抗測定部と、
前記充電器が前記全固体リチウムイオン二次電池を充電する際、前記内部抵抗測定部が測定した内部抵抗値またはその初期内部抵抗値に対する上昇率が予め定められたしきい値以上であるときに、定格充電電流よりも大きい加熱用電流で前記全固体リチウムイオン電池を充電するように前記充電器を制御することにより、前記正極活物質層と前記固体電解質層との界面が剥離することによるオーミック抵抗の増大を抑制する制御部と、
を備え
前記加熱用電流は、前記硫黄単体(S )またはリチウムを含有する硫黄の還元生成物の形状を保持しつつこれを溶融させ、前記固体電解質層との間で流動性が生じる電流である、全固体リチウムイオン二次電池システム。
a positive electrode including a positive electrode active material layer containing a positive electrode active material containing a reduction product of sulfur containing elemental sulfur (S 8 ) or lithium ;
a negative electrode including a negative electrode active material layer containing a negative electrode active material;
a solid electrolyte layer interposed between the positive electrode active material layer and the negative electrode active material layer;
An all-solid-state lithium ion secondary battery equipped with a power generation element having
a charger for charging the all-solid-state lithium ion secondary battery;
an internal resistance measurement unit that measures the internal resistance of the all-solid-state lithium ion secondary battery;
When the charger charges the all-solid-state lithium ion secondary battery, when the internal resistance value measured by the internal resistance measurement unit or the rate of increase with respect to the initial internal resistance value is equal to or higher than a predetermined threshold value. , by controlling the charger to charge the all-solid-state lithium ion battery with a heating current larger than the rated charging current, the interface between the positive electrode active material layer and the solid electrolyte layer is separated, resulting in ohmic a control unit that suppresses an increase in resistance ;
Equipped with
The heating current is a current that melts the elemental sulfur (S 8 ) or the reduction product of sulfur containing lithium while maintaining its shape, and generates fluidity between it and the solid electrolyte layer. , an all-solid-state lithium-ion secondary battery system.
前記加熱用電流で前記全固体リチウムイオン電池が充電された後に、
前記制御部は、前記内部抵抗値または前記上昇率が前記しきい値未満となったら、あるいは、前記全固体リチウムイオン電池の電池温度が予め定められたしきい温度以上となったら、前記加熱用電流での充電を停止し、前記定格充電電流で前記全固体リチウムイオン電池を充電するように前記充電器を制御する、請求項1に記載の全固体リチウムイオン二次電池システム。
After the all-solid-state lithium ion battery is charged with the heating current,
When the internal resistance value or the rate of increase becomes less than the threshold value, or when the battery temperature of the all-solid lithium ion battery becomes equal to or higher than a predetermined threshold temperature, the control unit controls the heating The all-solid-state lithium-ion secondary battery system according to claim 1, wherein the charger is controlled to stop charging with current and charge the all-solid-state lithium-ion battery with the rated charging current.
前記制御部は、前記加熱用電流の印加後の前記正極活物質および前記負極活物質の最高温度がそれぞれの融点未満となるように前記加熱用電流の大きさおよび/または印加時間を制御する、請求項1または2に記載の全固体リチウムイオン二次電池システム。 The control unit controls the magnitude and/or application time of the heating current so that the maximum temperature of the positive electrode active material and the negative electrode active material after application of the heating current is less than their respective melting points. The all-solid-state lithium ion secondary battery system according to claim 1 or 2. 前記全固体リチウムイオン二次電池は車両に搭載されており、前記充電器は前記車両の外部に設置された電源から供給される電力を用いて前記全固体リチウムイオン二次電池に前記加熱用電流を印加する、請求項1~3のいずれか1項に記載の全固体リチウムイオン二次電池システム。 The all-solid-state lithium-ion secondary battery is mounted on a vehicle, and the charger applies the heating current to the all-solid-state lithium-ion secondary battery using electric power supplied from a power source installed outside the vehicle. The all-solid-state lithium ion secondary battery system according to any one of claims 1 to 3, wherein: 前記全固体リチウムイオン二次電池は車両に搭載されており、前記充電器は前記車両に搭載された他の電源から供給される電力を用いて前記全固体リチウムイオン二次電池に前記加熱用電流を印加する、請求項1~3のいずれか1項に記載の全固体リチウムイオン二次電池システム。 The all-solid-state lithium-ion secondary battery is mounted on a vehicle, and the charger supplies the heating current to the all-solid-state lithium-ion secondary battery using power supplied from another power source mounted on the vehicle. The all-solid-state lithium ion secondary battery system according to any one of claims 1 to 3, wherein: 前記正極活物質が硫黄単体またはリチウムを含有する硫黄の還元生成物を含み、前記負極活物質が金属リチウム単体を含有する、請求項1~5のいずれか1項に記載の全固体リチウムイオン二次電池システム。 The all-solid lithium ion diode according to any one of claims 1 to 5, wherein the positive electrode active material contains elemental sulfur or a reduction product of sulfur containing lithium, and the negative electrode active material contains elemental metallic lithium. Next battery system. 硫黄単体(S )またはリチウムを含有する硫黄の還元生成物を含む正極活物質を含有する正極活物質層を含む正極と、
負極活物質を含有する負極活物質層を含む負極と、
前記正極活物質層および前記負極活物質層との間に介在する固体電解質層と、
を有する発電要素を備えた全固体リチウムイオン二次電池を充電するための充電装置であって、
前記全固体リチウムイオン二次電池を充電する充電器と、
前記全固体リチウムイオン二次電池の内部抵抗を測定する内部抵抗測定部と、
前記充電器が前記全固体リチウムイオン二次電池を充電する際、前記内部抵抗測定部が測定した内部抵抗値またはその初期内部抵抗値に対する上昇率が予め定められたしきい値以上であるときに、定格充電電流よりも大きい加熱用電流で前記全固体リチウムイオン電池を充電するように前記充電器を制御することにより、前記正極活物質層と前記固体電解質層との界面が剥離することによるオーミック抵抗の増大を抑制する制御部と、
を備え
前記加熱用電流は、前記硫黄単体(S )またはリチウムを含有する硫黄の還元生成物の形状を保持しつつこれを溶融させ、前記固体電解質層との間で流動性が生じる電流である、全固体リチウムイオン二次電池用充電装置。
a positive electrode including a positive electrode active material layer containing a positive electrode active material containing a reduction product of sulfur containing elemental sulfur (S 8 ) or lithium;
a negative electrode including a negative electrode active material layer containing a negative electrode active material;
a solid electrolyte layer interposed between the positive electrode active material layer and the negative electrode active material layer;
A charging device for charging an all-solid-state lithium ion secondary battery equipped with a power generation element having
a charger for charging the all-solid-state lithium ion secondary battery;
an internal resistance measurement unit that measures the internal resistance of the all-solid-state lithium ion secondary battery;
When the charger charges the all-solid-state lithium ion secondary battery, when the internal resistance value measured by the internal resistance measurement unit or the rate of increase with respect to the initial internal resistance value is equal to or higher than a predetermined threshold value. , by controlling the charger to charge the all-solid-state lithium ion battery with a heating current larger than the rated charging current, the interface between the positive electrode active material layer and the solid electrolyte layer is separated, resulting in ohmic a control unit that suppresses an increase in resistance ;
Equipped with
The heating current is a current that melts the elemental sulfur (S 8 ) or the reduction product of sulfur containing lithium while maintaining its shape, and generates fluidity between it and the solid electrolyte layer. , a charging device for all-solid-state lithium-ion secondary batteries.
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