JP7454336B2 - An all-solid-state lithium-ion secondary battery and its manufacturing method, an all-solid-state lithium-ion secondary battery system using the same, and a charging method for an all-solid-state lithium-ion secondary battery - Google Patents

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Description

本発明は、全固体リチウムイオン二次電池およびその製造方法、並びにこれを用いた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の充電方法に関する。 The present invention relates to an all-solid-state lithium-ion secondary battery, a method for manufacturing the same, an all-solid-state lithium-ion secondary battery system using the same, and a method for charging the 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等の全固体電池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黄単体(S)や硫化物系材料を用いた全固体リチウムイオン二次電池は、その有望な候補である。 Therefore, in recent years, research and development on all-solid-state batteries such as all-solid lithium ion secondary batteries using oxide-based or sulfide-based solid electrolytes as electrolytes has 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 lithium-ion secondary batteries using elemental sulfur (S) or sulfide-based materials as positive 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、その充電の進行に伴って負極電位が低下する。負極電位が低下して0V(vs. Li/Li)を下回ると、負極において金属リチウムが析出してデンドライト(樹枝状)結晶が析出する(この現象を金属リチウムの電析とも称する)。金属リチウムの電析が発生すると、析出したデンドライトが電解質層を貫通することで電池の内部短絡が引き起こされるという問題がある。 By the way, in a lithium ion secondary battery, the negative electrode potential decreases as the charging progresses. When the negative electrode potential decreases below 0 V (vs. Li/Li + ), metallic lithium is precipitated at the negative electrode and dendrite crystals are deposited (this phenomenon is also referred to as metallic lithium electrodeposition). When metal lithium electrodeposition occurs, there is a problem in that the deposited dendrites penetrate the electrolyte layer, causing an internal short circuit in the battery.

このような金属リチウムの電析を防止することを目的として、例えば特許文献1には、全固体リチウムイオン二次電池の固体電解質層を気相法によって形成するとともに、当該固体電解質層のピンホールに、金属リチウムと反応して金属リチウムを不活性化するイオン性液体等の液状物質を存在させる技術が開示されている。特許文献1によれば、このような構成とすることで、固体電解質層のピンホールを通って金属リチウムのデンドライトが成長したとしてもこれを不活性化でき、電池の内部短絡が確実に防止できるとされている。 For the purpose of preventing such electrodeposition of metallic lithium, for example, Patent Document 1 discloses that a solid electrolyte layer of an all-solid-state lithium ion secondary battery is formed by a vapor phase method, and pinholes in the solid electrolyte layer are formed. discloses a technique in which a liquid substance such as an ionic liquid is present which reacts with metallic lithium to inactivate the metallic lithium. According to Patent Document 1, with such a configuration, even if metallic lithium dendrites grow through pinholes in the solid electrolyte layer, they can be inactivated, and internal short circuits in the battery can be reliably prevented. It is said that

特開2009-218005号公報Japanese Patent Application Publication No. 2009-218005

ここで、特許文献1に開示された技術においては、金属リチウムのデンドライトを不活性化するためにイオン性液体等の液状物質を用いている。このため、このようにして構成された電池は、運転温度領域が制限されてしまい、広い温度範囲において作動させることができないという問題がある。 Here, in the technique disclosed in Patent Document 1, a liquid substance such as an ionic liquid is used to inactivate dendrites of metallic lithium. For this reason, the battery configured in this manner has a problem in that the operating temperature range is limited and cannot be operated in a wide temperature range.

そこで本発明は、全固体リチウムイオン二次電池において、広い温度範囲での運転を可能としつつ、金属リチウムのデンドライトの成長を防止しうる手段を提供することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide a means for preventing the growth of dendrites of metallic lithium while enabling operation in a wide temperature range in an all-solid-state lithium ion secondary battery.

本発明の一形態によれば、リチウムイオンを吸蔵放出可能な正極活物質を含有する正極活物質層が正極集電体の表面に配置されてなる正極と、リチウムイオンを吸蔵放出可能な負極活物質を含有する負極活物質層が負極集電体の表面に配置されてなる負極と、前記正極活物質層と前記負極活物質層との間に介在し、固体電解質を含有する固体電解質層とを有する発電要素を備える全固体リチウムイオン二次電池が提供される。当該電池においては、前記固体電解質層が、金属リチウムよりも電極電位の高い固体材料を含む電析成長抑止層を有する点に特徴がある。 According to one embodiment of the present invention, there is provided a positive electrode in which a positive electrode active material layer containing a positive electrode active material capable of intercalating and deintercalating lithium ions is disposed on the surface of a positive electrode current collector, and a negative electrode active material capable of intercalating and deintercalating lithium ions. a negative electrode in which a negative electrode active material layer containing a substance is disposed on the surface of a negative electrode current collector; and a solid electrolyte layer interposed between the positive electrode active material layer and the negative electrode active material layer and containing a solid electrolyte. An all-solid-state lithium ion secondary battery including a power generation element having the following is provided. The battery is characterized in that the solid electrolyte layer has an electrodeposition growth inhibiting layer containing a solid material having a higher electrode potential than metallic lithium.

また、本発明の他の形態によれば、固体電解質材料を圧粉成形して、シート状である第1のサブ固体電解質層を作製することと、前記第1のサブ固体電解質層の少なくとも一方の露出表面に、固体電解質材料および金属リチウムよりも電極電位の高い固体材料を圧粉成形して、シート状である電析成長抑止層を作製することと、前記電析成長抑止層の露出表面に、固体電解質材料を圧粉成形して、シート状である第2のサブ固体電解質層を作製することとを含む、全固体リチウムイオン二次電池用固体電解質層の製造方法もまた、提供される。 According to another aspect of the present invention, a solid electrolyte material is powder-molded to produce a sheet-like first sub-solid electrolyte layer, and at least one of the first sub-solid electrolyte layers. A solid electrolyte material and a solid material having a higher electrode potential than metallic lithium are powder-molded on the exposed surface of the metal lithium to produce a sheet-like electrodeposition growth inhibiting layer, and the exposed surface of the electrodeposition growth inhibiting layer is Also provided is a method for manufacturing a solid electrolyte layer for an all-solid-state lithium ion secondary battery, which includes producing a sheet-like second sub-solid electrolyte layer by compacting a solid electrolyte material. Ru.

本発明によれば、全固体リチウムイオン二次電池において、広い温度範囲での運転を可能としつつ、金属リチウムのデンドライトの成長を防止することができる。 According to the present invention, in an all-solid lithium ion secondary battery, it is possible to prevent the growth of metallic lithium dendrites while enabling operation in a wide temperature range.

図1は、本発明に係る全固体電池の一実施形態である扁平積層型電池の外観を表した斜視図である。FIG. 1 is a perspective view showing the appearance of a flat stacked battery, which is an embodiment of an all-solid-state battery according to the present invention. 図2は、図1に示す2-2線に沿う断面図である。FIG. 2 is a sectional view taken along line 2-2 shown in FIG. 図3は、図1および図2に示す積層型電池の発電要素を構成する単電池層の断面図であるFIG. 3 is a cross-sectional view of a single cell layer that constitutes the power generation element of the stacked battery shown in FIGS. 1 and 2. 図4は、図3に示す実施形態に係る積層型電池の変形例を示す断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view showing a modified example of the laminated battery according to the embodiment shown in FIG. 図5は、図3に示す実施形態に係る固体電解質層17の製造方法を説明するための説明図である。FIG. 5 is an explanatory diagram for explaining a method for manufacturing the solid electrolyte layer 17 according to the embodiment shown in FIG. 図6は、図4に示す実施形態に係る固体電解質層17の製造方法を説明するための説明図である。FIG. 6 is an explanatory diagram for explaining a method of manufacturing the solid electrolyte layer 17 according to the embodiment shown in FIG. 図7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。FIG. 7 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. 図8は、二次電池システムにおける充電処理の手順を示すフローチャートである。FIG. 8 is a flowchart showing the procedure of charging processing in the secondary battery system. 図9は、図8のステップS109のサブルーチンフローチャートである。FIG. 9 is a subroutine flowchart of step S109 in FIG. 図10は、二次電池の等価回路図である。FIG. 10 is an equivalent circuit diagram of a secondary battery. 図11は、図8のステップS111(電析検知時制御)のサブルーチンフローチャートである。FIG. 11 is a subroutine flowchart of step S111 (electrodeposition detection control) in FIG.

《全固体リチウムイオン二次電池》
本発明の一形態は、リチウムイオンを吸蔵放出可能な正極活物質を含有する正極活物質層が正極集電体の表面に配置されてなる正極と、リチウムイオンを吸蔵放出可能な負極活物質を含有する負極活物質層が負極集電体の表面に配置されてなる負極と、前記正極活物質層と前記負極活物質層との間に介在し、固体電解質を含有する固体電解質層とを有する発電要素を備え、前記固体電解質層が、金属リチウムよりも電極電位の高い固体材料を含む電析成長抑止層を有する、全固体リチウムイオン二次電池である。
《All-solid-state lithium ion secondary battery》
One form of the present invention includes a positive electrode in which a positive electrode active material layer containing a positive electrode active material capable of intercalating and deintercalating lithium ions is disposed on the surface of a positive electrode current collector, and a negative electrode active material capable of intercalating and deintercalating lithium ions. a negative electrode including a negative electrode active material layer disposed on the surface of a negative electrode current collector; and a solid electrolyte layer interposed between the positive electrode active material layer and the negative electrode active material layer and containing a solid electrolyte. The present invention is an all-solid-state lithium ion secondary battery including a power generation element, wherein the solid electrolyte layer has an electrodeposition growth inhibiting layer containing a solid material having a higher electrode potential than metallic lithium.

以下、図面を参照しながら、上述した本形態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 embodiment 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 to only the following embodiments. Note that the dimensional ratios in the drawings are exaggerated for convenience of explanation and may differ from the actual ratios.

図1は、本発明に係る全固体電池の一実施形態である扁平積層型電池の外観を表した斜視図である。図2は、図1に示す2-2線に沿う断面図である。積層型とすることで、電池をコンパクトにかつ高容量化することができる。なお、本明細書においては、図1および図2に示す扁平積層型の双極型でないリチウムイオン二次電池(以下、単に「積層型電池」とも称する)を例に挙げて詳細に説明する。ただし、本形態に係る全固体電池の内部における電気的な接続形態(電極構造)で見た場合、非双極型(内部並列接続タイプ)電池および双極型(内部直列接続タイプ)電池のいずれにも適用しうるものである。 FIG. 1 is a perspective view showing the appearance of a flat stacked battery, which is an embodiment of an all-solid-state battery according to the present invention. FIG. 2 is a sectional view taken along line 2-2 shown in FIG. By using a stacked structure, the battery can be made more compact and have a higher capacity. In this specification, a flat stacked non-bipolar lithium ion secondary battery (hereinafter also simply referred to as a "stacked battery") shown in FIGS. 1 and 2 will be described in detail as an example. However, when looking at the internal electrical connection form (electrode structure) of the all-solid-state battery according to this embodiment, both non-bipolar (internal parallel connection type) batteries and bipolar (internal series connection type) batteries It is applicable.

図1に示すように、積層型電池10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集電板25、負極集電板27が引き出されている。発電要素21は、積層型電池10の電池外装材(ラミネートフィルム29)によって包まれ、その周囲は熱融着されており、発電要素21は、正極集電板25および負極集電板27を外部に引き出した状態で密封されている。 As shown in FIG. 1, the stacked battery 10 has a flat rectangular shape, and a positive current collector plate 25 and a negative current collector plate 27 for extracting power are pulled out from both sides of the battery. There is. The power generation element 21 is surrounded by the battery exterior material (laminate film 29) of the stacked battery 10, and its periphery is heat-sealed. It is sealed when pulled out.

なお、本形態に係る全固体電池は、積層型の扁平な形状のものに制限されるものではない。巻回型の全固体電池では、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、その外装材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を含むラミネートフィルムの内部に収容される。当該形態により、軽量化が達成されうる。 Note that the all-solid-state battery according to this embodiment is not limited to a stacked flat battery. A wound type all-solid-state battery may have a cylindrical shape, or may be a cylindrical shape transformed into a rectangular flat shape, etc. There are no particular restrictions. The above-mentioned cylindrical shape is not particularly limited, and a laminate film or a conventional cylindrical can (metal can) may be used for the exterior material. Preferably, the power generation element is housed inside a laminate film containing aluminum. With this form, weight reduction can be achieved.

また、図1に示す集電板(25、27)の取り出しに関しても、特に制限されるものではない。正極集電板25と負極集電板27とを同じ辺から引き出すようにしてもよいし、正極集電板25と負極集電板27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1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。 Moreover, there is no particular restriction on the removal of the current collector plates (25, 27) shown in FIG. The positive electrode current collector plate 25 and the negative electrode current collector plate 27 may be drawn out from the same side, or the positive electrode current collector plate 25 and the negative electrode current collector plate 27 may be divided into a plurality of parts and taken out from each side. However, the present invention is not limited to what is shown in FIG. 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.

図2に示すように、本実施形態の積層型電池10は、実際に充放電反応が進行する扁平略矩形の発電要素21が、電池外装材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。ここで、発電要素21は、正極と、固体電解質層17と、負極とを積層した構成を有している。正極は、正極集電体11の両面に正極活物質を含有する正極活物質層13が配置された構造を有する。負極は、負極集電体12の両面に負極活物質を含有する負極活物質層15が配置された構造を有する。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1に示す積層型電池10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。 As shown in FIG. 2, the stacked battery 10 of this embodiment has a structure in which a flat, 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 material. has. Here, the power generation element 21 has a structure in which a positive electrode, a solid electrolyte layer 17, and a negative electrode are laminated. The positive electrode has a structure in which positive electrode active material layers 13 containing a positive electrode active material are disposed on both sides of a positive electrode current collector 11. The negative electrode has a structure in which negative electrode active material layers 15 containing a negative electrode active material are disposed on both sides of a negative electrode current collector 12. 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 battery 10 shown in FIG. 1 has a configuration in which a plurality of cell layers 19 are stacked and electrically connected in parallel.

図2に示すように、発電要素21の両最外層に位置する最外層正極集電体には、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。 As shown in FIG. 2, 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 are provided on both surfaces. It's okay to be hit. 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.

正極集電体11および負極集電体12は、各電極(正極および負極)と導通される正極集電板(タブ)25および負極集電板(タブ)27がそれぞれ取り付けられ、電池外装材である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、必要に応じて正極リードおよび負極リード(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13に超音波溶接や抵抗溶接などにより取り付けられていてもよい。 The positive electrode current collector 11 and the negative electrode current collector 12 are each attached with a positive electrode current collector plate (tab) 25 and a negative electrode current collector plate (tab) 27 that are electrically connected to each electrode (positive electrode and negative electrode), and are made of battery exterior material. It has a structure in which it is sandwiched between the ends of a certain laminate film 29 and led out to the outside of the laminate film 29 . The positive electrode current collector plate 25 and the negative electrode current collector plate 27 are ultrasonically welded to the positive electrode current collector 11 and the negative electrode current collector 13 of each electrode via a positive electrode lead and a negative electrode lead (not shown), respectively, as necessary. It may be attached by resistance welding or the like.

図3は、図1および図2に示す積層型電池10の発電要素21を構成する単電池層19の断面図である。図3では、単電池層19を構成する正極集電体11と、正極活物質層13と、固体電解質層17と、負極活物質層15と、負極集電体12と、がこの順に積層されている。また、固体電解質層17は、固体電解質材料からなる第1のサブ固体電解質層17aと、気相成長炭素繊維(VGCF)および固体電解質材料からなる電析成長抑止層17bと、固体電解質材料からなる第2のサブ固体電解質層17cと、がこの順に積層されている。 FIG. 3 is a cross-sectional view of the unit cell layer 19 that constitutes the power generation element 21 of the stacked battery 10 shown in FIGS. 1 and 2. FIG. In FIG. 3, the positive electrode current collector 11, the positive electrode active material layer 13, the solid electrolyte layer 17, the negative electrode active material layer 15, and the negative electrode current collector 12 constituting the unit cell layer 19 are laminated in this order. ing. Further, the solid electrolyte layer 17 includes a first sub-solid electrolyte layer 17a made of a solid electrolyte material, an electrodeposition growth suppression layer 17b made of vapor grown carbon fiber (VGCF) and a solid electrolyte material, and a solid electrolyte material. and the second sub-solid electrolyte layer 17c are laminated in this order.

図3に示す実施形態において、例えば積層型電池10の充電時には、負極活物質層15において電析により金属リチウムからなるデンドライトが発生することがある。このデンドライトは正極活物質層13側に向かって成長するが、電析成長抑止層を構成する気相成長炭素繊維(VGCF)と接触すると、それ以上の成長が抑止される。これは、気相成長炭素繊維(VGCF)の電極電位がデンドライトを構成する金属リチウムよりも高いことに起因して、気相成長炭素繊維(VGCF)と接触した金属リチウムが酸化されてリチウムイオンへと変換されるためである。すなわち、図3に示す実施形態においては、金属リチウムよりも電極電位の高い固体材料である気相成長炭素繊維(VGCF)が、デンドライトの成長を抑止する機能を発揮するのである。本形態に係る全固体リチウムイオン二次電池においては、特許文献1に記載の技術のように液体成分を用いていないことから、広い温度範囲での運転を可能としつつ、金属リチウムのデンドライトの成長を防止することができるという利点がある。 In the embodiment shown in FIG. 3, for example, when charging the stacked battery 10, dendrites made of metallic lithium may be generated in the negative electrode active material layer 15 by electrodeposition. This dendrite grows toward the positive electrode active material layer 13 side, but when it comes into contact with the vapor grown carbon fiber (VGCF) constituting the electrodeposition growth inhibiting layer, further growth is inhibited. This is because the electrode potential of the vapor grown carbon fiber (VGCF) is higher than that of the metallic lithium that makes up the dendrite, so the metallic lithium that comes into contact with the vapor grown carbon fiber (VGCF) is oxidized and turns into lithium ions. This is because it is converted to That is, in the embodiment shown in FIG. 3, vapor grown carbon fiber (VGCF), which is a solid material with a higher electrode potential than metal lithium, exhibits the function of suppressing the growth of dendrites. Since the all-solid-state lithium ion secondary battery according to this embodiment does not use a liquid component unlike the technology described in Patent Document 1, it is possible to operate in a wide temperature range while allowing the growth of metallic lithium dendrites. It has the advantage of being able to prevent

以下、本形態に係る全固体電池の主要な構成部材について説明する。 The main constituent members of the all-solid-state battery according to this embodiment 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。負極活物質の種類としては、特に制限されないが、炭素材料、金属酸化物および金属活物質が挙げられる。炭素材料としては、例えば、天然黒鉛、人造黒鉛、メソカーボンマイクロビーズ(MCMB)、高配向性グラファイト(HOPG)、ハードカーボン、ソフトカーボン等が挙げられる。また、金属酸化物としては、例えば、Nb、LiTi12等が挙げられる。さらに、ケイ素系負極活物質やスズ系負極活物質が用いられてもよい。ここで、ケイ素およびスズは第14族元素に属し、非水電解質二次電池の容量を大きく向上させうる負極活物質であることが知られている。これらの単体は単位体積(質量)あたり多数の電荷担体(リチウムイオン等)を吸蔵および放出しうることから、高容量の負極活物質となる。ここで、ケイ素系負極活物質としては、Si単体を用いることが好ましい。また同様に、Si相とケイ素酸化物相との2相に不均化されたSiO(0.3≦x≦1.6)などのケイ素酸化物を用いることも好ましい。この際、xの範囲は0.5≦x≦1.5であることがより好ましく、0.7≦x≦1.2であることがさらに好ましい。さらには、ケイ素を含有する合金(ケイ素含有合金系負極活物質)が用いられてもよい。一方、スズ元素を含む負極活物質(スズ系負極活物質)としては、Sn単体、スズ合金(Cu-Sn合金、Co-Sn合金)、アモルファススズ酸化物、スズケイ素酸化物等が挙げられる。このうち、アモルファススズ酸化物としてはSnB0.40.63.1が例示される。また、スズケイ素酸化物としてはSnSiOが例示される。また、負極活物質として、リチウムを含有する金属を用いてもよい。このような負極活物質は、リチウムを含有する活物質であれば特に限定されず、金属リチウムのほか、リチウム含有合金が挙げられる。リチウム含有合金としては、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。なお、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。本発明は、充放電時の負極活物質の膨張収縮が大きい場合に特に優れた効果を奏するものである。このような観点と、高容量であるという点で、負極活物質は、金属リチウム、ケイ素系負極活物質またはスズ系負極活物質を含むことが好ましく、金属リチウムを含むことが特に好ましい。
[Negative electrode active material layer]
The negative electrode active material layer contains a negative electrode active material. The type of negative electrode active material is not particularly limited, but includes carbon materials, metal oxides, and metal active materials. Examples of carbon materials include natural graphite, artificial graphite, mesocarbon microbeads (MCMB), highly oriented graphite (HOPG), hard carbon, and soft carbon. Furthermore, examples of metal oxides include Nb 2 O 5 and Li 4 Ti 5 O 12 . Furthermore, a silicon-based negative electrode active material or a tin-based negative electrode active material may be used. Here, silicon and tin belong to Group 14 elements, and are known to be negative electrode active materials that can greatly improve the capacity of nonaqueous electrolyte secondary batteries. Since these simple substances can absorb and release a large number of charge carriers (lithium ions, etc.) per unit volume (mass), they become high-capacity negative electrode active materials. Here, it is preferable to use simple Si as the silicon-based negative electrode active material. Similarly, it is also preferable to use a silicon oxide such as SiO x (0.3≦x≦1.6) that is disproportionated into two phases, a Si phase and a silicon oxide phase. At this time, the range of x is more preferably 0.5≦x≦1.5, and even more preferably 0.7≦x≦1.2. Furthermore, an alloy containing silicon (silicon-containing alloy negative electrode active material) may be used. On the other hand, examples of negative electrode active materials containing the tin element (tin-based negative electrode active materials) include Sn alone, tin alloys (Cu--Sn alloys, Co--Sn alloys), amorphous tin oxides, tin-silicon oxides, and the like. Among these, SnB 0.4 P 0.6 O 3.1 is exemplified as the amorphous tin oxide. Moreover, SnSiO 3 is exemplified as the tin silicon oxide. Furthermore, a metal containing lithium may be used as the negative electrode active material. Such a negative electrode active material is not particularly limited as long as it is an active material containing lithium, and examples thereof include metal lithium and lithium-containing alloys. Examples of lithium-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. Note that, of course, negative electrode active materials other than those mentioned above may be used. The present invention exhibits particularly excellent effects when the negative electrode active material expands and contracts significantly during charging and discharging. From this point of view and in terms of high capacity, the negative electrode active material preferably contains metallic lithium, a silicon-based negative electrode active material, or a tin-based negative electrode active material, and particularly preferably contains metallic lithium.

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、硫化物固体電解質であることが好ましい。 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 the solid electrolyte include sulfide solid electrolytes and oxide solid electrolytes, and sulfide solid electrolytes are preferred.

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 , 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, In), etc. . 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、硫黄を含む正極活物質を含むことが好ましい。硫黄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)のほか、有機硫黄化合物または無機硫黄化合物の粒子または薄膜が挙げられ、硫黄の酸化還元反応を利用して、充電時にリチウムイオンを放出し、放電時にリチウムイオンを吸蔵することができる物質であればよい。有機硫黄化合物としては、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。なかでも、ジスルフィド化合物および硫黄変性ポリアクリロニトリル、およびルベアン酸が好ましく、特に好ましくは硫黄変性ポリアクリロニトリルである。ジスルフィド化合物としては、ジチオビウレア誘導体、チオウレア基、チオイソシアネート、またはチオアミド基を有するものがより好ましい。ここで、硫黄変性ポリアクリロニトリルとは、硫黄粉末とポリアクリロニトリルとを混合し、不活性ガス下もしくは減圧下で加熱することによって得られる、硫黄原子を含む変性されたポリアクリロニトリルである。その推定構造は、例えばChem. Mater. 2011,23,5024-5028に示されているように、ポリアクリロニトリルが閉環して多環状になるとともに、Sの少なくとも一部はCと結合している構造である。この文献に記載されている化合物はラマンスペクトルにおいて、1330cm-1と1560cm-1付近に強いピークシグナルがあり、さらに、307cm-1、379cm-1、472cm-1、929cm-1付近にピークが存在する。一方、無機硫黄化合物は安定性に優れることから好ましく、具体的には、硫黄単体(S)、S-カーボンコンポジット、TiS、TiS、TiS、NiS、NiS、CuS、FeS、LiS、MoS、MoS等が挙げられる。なかでも、S、S-カーボンコンポジット、TiS、TiS、TiS、FeSおよびMoSが好ましく、硫黄単体(S)、S-カーボンコンポジット、TiSおよびFeSがより好ましく、硫黄単体(S)が特に好ましい。ここで、S-カーボンコンポジットとは、硫黄粉末と炭素材料とを含み、これらを加熱処理または機械的混合に供することによって複合化した状態のものである。より詳細には、炭素材料の表面や細孔内に硫黄が分布している状態、硫黄と炭素材料がナノレベルで均一に分散し、それらが凝集して粒子となっている状態、細かな硫黄粉末の表面や内部に炭素材料が分布している状態、または、これらの状態が複数組み合わさった状態のものである。
[Cathode active material layer]
The positive electrode active material layer preferably contains a positive electrode active material containing sulfur. The type of positive electrode active material containing sulfur is not particularly limited, but in addition to elemental sulfur (S), particles or thin films of organic sulfur compounds or inorganic sulfur compounds may be used. Any material may be used as long as it can release lithium ions at times and occlude lithium ions during discharge. Examples of the organic sulfur compound include disulfide compounds, sulfur-modified polyacrylonitrile represented by the compound described in International Publication No. 2010/044437 pamphlet, sulfur-modified polyisoprene, rubeanic acid (dithiooxamide), polysulfide carbon, and the like. Among these, disulfide compounds, sulfur-modified polyacrylonitrile, and rubeanic acid are preferred, and sulfur-modified polyacrylonitrile is particularly preferred. As the disulfide compound, those having a dithiobiurea derivative, a thiourea group, a thioisocyanate, or a thioamide group are more preferable. Here, the sulfur-modified polyacrylonitrile is a modified polyacrylonitrile containing sulfur atoms, which is obtained by mixing sulfur powder and polyacrylonitrile and heating the mixture under an inert gas or reduced pressure. The estimated structure can be found, for example, in Chem. Mater. As shown in 2011, 23, 5024-5028, polyacrylonitrile is ring-closed to become polycyclic, and at least a part of S is bonded to C. The compound described in this document has strong peak signals near 1330 cm -1 and 1560 cm -1 in the Raman spectrum, and peaks near 307 cm -1 , 379 cm -1 , 472 cm -1 , and 929 cm -1 do. On the other hand, inorganic sulfur compounds are preferable because of their excellent stability, and specifically, sulfur element (S), S-carbon composite, TiS 2 , TiS 3 , TiS 4 , NiS, NiS 2 , CuS, FeS 2 , Li 2 S, MoS 2 , MoS 3 , and the like. Among these, S, S-carbon composite, TiS 2 , TiS 3 , TiS 4 , FeS 2 and MoS 2 are preferred, elemental sulfur (S), S-carbon composite, TiS 2 and FeS 2 are more preferred, and elemental sulfur (S), S-carbon composite, TiS 2 and FeS 2 are more preferred; S) is particularly preferred. Here, the S-carbon composite includes sulfur powder and a carbon material, and is in a composite state by subjecting them to heat treatment or mechanical mixing. In more detail, sulfur is distributed on the surface and within the pores of carbon materials, sulfur and carbon materials are uniformly dispersed at the nano level, and they aggregate to form particles, fine sulfur This is a state in which carbon material is distributed on the surface or inside of the powder, or a state in which a plurality of these states are combined.

正極活物質層は、硫黄を含む正極活物質に代えて、硫黄を含まない正極活物質を含んでもよい。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。 The positive electrode active material layer may include a sulfur-free positive electrode active material instead of the sulfur-containing positive electrode active material. Examples of sulfur-free positive electrode active materials include layered rock salt active materials such as LiCoO 2 , LiMnO 2 , LiNiO 2 , LiVO 2 , and Li(Ni-Mn-Co)O 2 , LiMn 2 O 4 , LiNi 0. Examples include spinel-type active materials such as 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 .

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。 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。 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.

正極活物質層もまた、負極活物質層と同様に導電助剤および/またはバインダをさらに含んでもよい。 The positive electrode active material layer may also further contain a conductive additive and/or a binder, similar to the negative electrode active material layer.

[固体電解質層]
本形態に係る全固体リチウムイオン二次電池において、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。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。
[Solid electrolyte layer]
In the all-solid lithium ion secondary battery according to this embodiment, the solid electrolyte layer 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. 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.

本形態に係る全固体リチウムイオン二次電池においては、固体電解質層が、金属リチウムよりも電極電位の高い固体材料を含む電析成長抑止層を有する点に特徴がある。 The all-solid-state lithium ion secondary battery according to this embodiment is characterized in that the solid electrolyte layer has an electrodeposition growth inhibiting layer containing a solid material having a higher electrode potential than metallic lithium.

金属リチウムよりも電極電位の高い固体材料について特に制限はなく、金属リチウムよりも高い電極電位を有し、電池の作動温度において固体状態で存在する任意の材料が用いられうる。当該固体材料の例としては、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;黒鉛(グラファイト)や炭素繊維(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)等の炭素材料が挙げられる。また、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が用いられてもよい。さらに、LiTi12(チタン酸リチウム)、LiTiO(メタチタン酸リチウム)、LiCoO、LiMnO、LiNiO、LiVO、Li(Ni-Mn-Co)O等の層状岩塩型酸化物、LiMn、LiNi0.5Mn1.5等のスピネル型酸化物、LiFePO、LiMnPO等のオリビン型酸化物、LiFeSiO、LiMnSiOなどのリチウムを含む金属酸化物(リチウム含有金属酸化物)もまた、上記固体材料として用いられうる。なかでも、後述する電析発生の有無の判定の制御を実施可能とするという観点から、好ましくは導電性を有する材料が用いられ、より好ましくは炭素材料が用いられる。なお、ある材料が「固体材料である」とは、当該材料が電池の作動温度において固体の状態で存在することを意味する。また、ある材料が「金属リチウムよりも電極電位の高い材料である」とは、水素標準電極(HSE)を基準とした標準電極電位の値が、金属リチウムの値(-3.045V)よりも大きいことを意味する。 There are no particular limitations on the solid material having a higher electrode potential than metallic lithium, and any material that has a higher electrode potential than metallic lithium and exists in a solid state at the operating temperature of the battery may be used. Examples of the solid materials include metals such as aluminum, stainless steel (SUS), silver, gold, copper, and titanium; alloys or metal oxides containing these metals; graphite and carbon fiber (specifically is vapor grown carbon fiber (VGCF), polyacrylonitrile carbon fiber, pitch carbon fiber, rayon carbon fiber, activated carbon fiber, etc.), carbon nanotube (CNT), carbon black (specifically, acetylene black, Examples include carbon materials such as Ketjen Black (registered trademark), furnace black, channel black, thermal lamp black, etc.). Alternatively, a ceramic material or a resin material coated with the metal material by plating or the like may be used. Furthermore, layered rock salts such as Li 4 Ti 5 O 12 (lithium titanate), Li 2 TiO 3 (lithium metatitanate), LiCoO 2 , LiMnO 2 , LiNiO 2 , LiVO 2 , and Li(Ni-Mn-Co)O 2 type oxides, spinel type oxides such as LiMn 2 O 4 and LiNi 0.5 Mn 1.5 O 4 , olivine type oxides such as LiFePO 4 and LiMnPO 4 , and lithium oxides such as Li 2 FeSiO 4 and Li 2 MnSiO 4 (lithium-containing metal oxide) can also be used as the solid material. Among these, from the viewpoint of making it possible to control the determination of the presence or absence of electrodeposition, which will be described later, a conductive material is preferably used, and a carbon material is more preferably used. Note that when a certain material is "a solid material", it means that the material exists in a solid state at the operating temperature of the battery. In addition, when a material is said to have a higher electrode potential than metallic lithium, it means that the standard electrode potential value with reference to the hydrogen standard electrode (HSE) is higher than that of metallic lithium (-3.045V). It means big.

固体電解質層に電析成長抑止層が含まれる形態について特に制限はない。例えば、固体電解質層の全体に上記固体材料が分散した状態で含まれることで固体電解質層の全体が電析成長抑止層として構成されていてもよい。ただし、固体材料の使用量を最小限に抑えて製造コストを低減するとともに固体電解質層を構成する固体電解質の含有割合を増加させるという観点からは、電析成長抑止層は、上記固体材料を含まず固体電解質を含む層(本明細書中、「サブ固体電解質層」とも称する)とは別個の層として固体電解質層に含まれていることが好ましい。そのような形態の一例として、図3に示す実施形態のように、一対のサブ固体電解質層によって電析成長抑止層が挟持される形態が挙げられる。 There is no particular restriction on the form in which the solid electrolyte layer includes the electrodeposition growth inhibiting layer. For example, the solid electrolyte layer may include the solid material in a dispersed state throughout the solid electrolyte layer, so that the entire solid electrolyte layer is configured as an electrodeposition growth inhibiting layer. However, from the viewpoint of minimizing the amount of solid material used to reduce manufacturing costs and increasing the content ratio of solid electrolyte constituting the solid electrolyte layer, the electrodeposition growth inhibiting layer should not contain the above-mentioned solid material. It is preferable that the solid electrolyte layer be included in the solid electrolyte layer as a separate layer from the layer containing the solid electrolyte (herein also referred to as "sub-solid electrolyte layer"). An example of such a configuration is a configuration in which an electrodeposition growth suppression layer is sandwiched between a pair of sub-solid electrolyte layers, as in the embodiment shown in FIG.

ここで、図3に示す実施形態において、サブ固体電解質層(17a、17c)は、従来公知の固体電解質層と同様の組成を有しうる。一方、電析成長抑止層17bは、上記固体材料を固体電解質とともに含有することが好ましい。このような構成とすることにより、電池の充放電時における固体電解質層を介した正負極間でのリチウムイオンの授受が、電析成長抑止層の存在によって遮断されることなくスムーズに行われうる。 Here, in the embodiment shown in FIG. 3, the sub solid electrolyte layers (17a, 17c) may have the same composition as a conventionally known solid electrolyte layer. On the other hand, it is preferable that the electrodeposition growth inhibiting layer 17b contains the above solid material together with a solid electrolyte. With such a configuration, lithium ions can be transferred smoothly between the positive and negative electrodes via the solid electrolyte layer during charging and discharging of the battery without being blocked by the presence of the electrodeposition growth inhibiting layer. .

固体電解質層が電析成長抑止層と一対のサブ固体電解質層とから構成される場合の他の好ましい実施形態として、図4に示す実施形態が挙げられる。図4においては、電析成長抑止層17bの外周縁部の少なくとも一部が、負極活物質層15側に突出することによって、負極活物質層15の側に位置する第2のサブ固体電解質層17cの外周を覆うように構成されている。電析による金属リチウムからなるデンドライトの発生は、負極活物質層15の外周縁部において特に起こりやすいことから、図4に示す実施形態によれば、負極活物質層15の外周縁部において発生したデンドライトの成長と、これに起因する内部短絡の発生をより確実に防止できるため、好ましい。 Another preferred embodiment in which the solid electrolyte layer is composed of an electrodeposition growth inhibiting layer and a pair of sub-solid electrolyte layers is the embodiment shown in FIG. 4. In FIG. 4, at least a part of the outer peripheral edge of the electrodeposition growth suppression layer 17b protrudes toward the negative electrode active material layer 15, thereby forming a second sub-solid electrolyte layer located on the negative electrode active material layer 15 side. It is configured to cover the outer periphery of 17c. Since the generation of dendrites made of metallic lithium due to electrodeposition is particularly likely to occur at the outer peripheral edge of the negative electrode active material layer 15, according to the embodiment shown in FIG. This is preferable because the growth of dendrites and the occurrence of internal short circuits caused by this can be more reliably prevented.

電析成長抑止層を構成する固体材料が導電性を有する材料である場合、固体電解質層は、当該固体材料が三次元的に連通した構造体を含むことが好ましい。その様な形態の一例として、図3に示す実施形態のように、電析成長抑止層が導電性繊維を含み、当該導電性繊維が互いに電気的に接触した状態で電析成長抑止層としての構造体を形成している形態が挙げられる。ただし、このような構成のみに限らず、電析成長抑止層を構成する固体材料が、メッシュやエキスパンドメタルなどの形状を有することによって三次元的に連通した構造体を構成していてもよい。上述したいずれの形態においても、上記固体材料が固体電解質とともに電析成長抑止層を構成することで、電池の充放電時における固体電解質層を介した正負極間でのリチウムイオンの授受が電析成長抑止層によって遮断されることを防止することができる。 When the solid material constituting the electrodeposition growth inhibiting layer is a conductive material, the solid electrolyte layer preferably includes a structure in which the solid material is three-dimensionally connected. As an example of such a form, as in the embodiment shown in FIG. 3, the electrodeposition growth inhibiting layer includes conductive fibers, and the conductive fibers are in electrical contact with each other as the electrodeposition growth inhibiting layer. An example is a form in which a structure is formed. However, the present invention is not limited to such a configuration, and the solid material constituting the electrodeposition growth inhibiting layer may have a shape such as a mesh or expanded metal to constitute a three-dimensionally connected structure. In any of the above-mentioned forms, the solid material forms the electrodeposition growth inhibiting layer together with the solid electrolyte, so that the exchange of lithium ions between the positive and negative electrodes via the solid electrolyte layer during charging and discharging of the battery is prevented by electrodeposition. It can be prevented from being blocked by the growth inhibiting layer.

固体電解質層の厚さは、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、電析成長抑止層の厚さも含めて、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。また、本発明の作用効果は固体電解質層の厚さが小さいほど顕著に発現しうる。このため、固体電解質層の厚さは、電析成長抑止層の厚さも含めて、好ましくは0.1~100μmであり、より好ましくは0.1~50μmである。 The thickness of the solid electrolyte layer varies depending on the structure of the intended all-solid-state battery, but for example, it is preferably within the range of 0.1 to 1000 μm, including the thickness of the electrodeposition growth inhibiting layer. More preferably, the thickness is within the range of 1 to 300 μm. Furthermore, the effects of the present invention can be more pronounced as the thickness of the solid electrolyte layer becomes smaller. Therefore, the thickness of the solid electrolyte layer, including the thickness of the electrodeposition growth inhibiting layer, is preferably 0.1 to 100 μm, more preferably 0.1 to 50 μm.

以下、図5を参照して、本発明の一形態に係る全固体電池に用いられる固体電解質層(全固体リチウムイオン二次電池用固体電解質層)の製造方法を説明する。図5は、図3に示す実施形態に係る固体電解質層17の製造方法を説明するための説明図である。 Hereinafter, with reference to FIG. 5, a method for manufacturing a solid electrolyte layer (solid electrolyte layer for an all-solid lithium ion secondary battery) used in an all-solid-state battery according to one embodiment of the present invention will be described. FIG. 5 is an explanatory diagram for explaining a method for manufacturing the solid electrolyte layer 17 according to the embodiment shown in FIG.

図5を参照して、図3に示す実施形態に係る固体電解質層17の製造方法は、概説すれば、固体電解質材料を圧粉成形して、シート状である第1のサブ固体電解質層(正極活物質層側に位置するサブ固体電解質層17a)を作製すること(ステップS11)と、前記第1のサブ固体電解質層(サブ固体電解質層17a)の少なくとも一方の露出表面に、固体電解質材料および金属リチウムよりも電極電位の高い固体材料を圧粉成形して、シート状である電析成長抑止層17bを作製すること(ステップS12)と、前記電析成長抑止層17bの露出表面に、固体電解質材料を圧粉成形して、シート状である第2のサブ固体電解質層(負極活物質層側に位置するサブ固体電解質層17c)を作製すること(ステップS13)と、を有する。このような構成を有する製造方法によれば、簡便な手法により、所望の構成を有する電析成長抑止層を備えた全固体リチウムイオン二次電池用固体電解質層を製造することができる。 Referring to FIG. 5, the method for manufacturing the solid electrolyte layer 17 according to the embodiment shown in FIG. Producing a sub-solid electrolyte layer 17a) located on the positive electrode active material layer side (step S11), and applying a solid electrolyte material to the exposed surface of at least one of the first sub-solid electrolyte layer (sub-solid electrolyte layer 17a). and powder forming a solid material having a higher electrode potential than metallic lithium to produce a sheet-like electrodeposition growth inhibiting layer 17b (step S12), and on the exposed surface of the electrodeposition growth inhibiting layer 17b, The step S13 includes compacting the solid electrolyte material to produce a sheet-like second sub-solid electrolyte layer (sub-solid electrolyte layer 17c located on the negative electrode active material layer side). According to the manufacturing method having such a configuration, a solid electrolyte layer for an all-solid-state lithium ion secondary battery including an electrodeposition growth inhibiting layer having a desired configuration can be manufactured by a simple method.

ここで、ステップS11~S13において用いられる固体電解質材料としては、従来公知のものが同様に採用され、その具体例についても上述したとおりである。また、ステップS12において用いられる「金属リチウムよりも電極電位の高い固体材料」についても、上記で説明したとおりである。本明細書において、「圧粉成形」とは、粉末状の原料を金型の内部に充填した後に加圧成形する成形方法をいうものとする。この際、加圧成形時には、被成形体に対して悪影響を及ぼさない範囲で原料または被成形体を加温してもよい。ただし、好ましくは、原料または被成形体を加温することなく加圧成形が行われる。 Here, as the solid electrolyte material used in steps S11 to S13, conventionally known materials are similarly employed, and specific examples thereof are also as described above. Furthermore, the "solid material having a higher electrode potential than metallic lithium" used in step S12 is also as described above. In this specification, "powder compacting" refers to a molding method in which a powdered raw material is filled into a mold and then pressure-molded. At this time, during pressure molding, the raw material or the object to be formed may be heated within a range that does not adversely affect the object to be formed. However, preferably, pressure molding is performed without heating the raw material or the object to be molded.

上述した図5に示すステップS11~S13によって全固体リチウムイオン二次電池に用いられる固体電解質層17が得られたら、引き続き圧粉成形の操作を実施することによって、固体電解質層17のそれぞれの面に正極活物質層13および負極活物質層15を形成することができる。具体的には、まず、上述したステップS11~S13で得られた固体電解質層17を構成する一方のサブ固体電解質層17aの表面に、正極活物質層を構成する正極合剤を圧粉成形して、シート状である正極活物質層13を作製する(ステップS14)。この際、正極合剤は、正極活物質のほか、固体電解質材料、導電助剤、バインダなどを含みうる。続いて、上述したステップS14で得られた積層体を構成する他方のサブ固体電解質層17cの表面に、負極活物質層を構成する負極合剤を圧粉成形して、シート状である負極活物質層15を作製する(ステップS15)。この際、負極合剤は、負極活物質のほか、固体電解質材料、導電助剤、バインダなどを含みうる。最後に、正極活物質層13の露出表面に正極集電体11を接合し、負極活物質層15の露出表面に負極集電体12を接合する。これにより、図3に示す実施形態に係る単電池層19を製造することができる。 After the solid electrolyte layer 17 used in the all-solid lithium ion secondary battery is obtained through steps S11 to S13 shown in FIG. 5 described above, each surface of the solid electrolyte layer 17 is A positive electrode active material layer 13 and a negative electrode active material layer 15 can be formed thereon. Specifically, first, a positive electrode mixture constituting a positive electrode active material layer is powder-molded on the surface of one sub-solid electrolyte layer 17a constituting the solid electrolyte layer 17 obtained in steps S11 to S13 described above. Then, a sheet-like positive electrode active material layer 13 is produced (step S14). At this time, the positive electrode mixture may include, in addition to the positive electrode active material, a solid electrolyte material, a conductive additive, a binder, and the like. Subsequently, the negative electrode mixture constituting the negative electrode active material layer is powder-molded on the surface of the other sub-solid electrolyte layer 17c constituting the laminate obtained in step S14 described above to form a sheet-like negative electrode active material layer. A material layer 15 is produced (step S15). At this time, the negative electrode mixture may include, in addition to the negative electrode active material, a solid electrolyte material, a conductive additive, a binder, and the like. Finally, the positive electrode current collector 11 is bonded to the exposed surface of the positive electrode active material layer 13, and the negative electrode current collector 12 is bonded to the exposed surface of the negative electrode active material layer 15. Thereby, the unit cell layer 19 according to the embodiment shown in FIG. 3 can be manufactured.

以下、図6を参照して、本発明の一形態に係る全固体電池に用いられる固体電解質層(全固体リチウムイオン二次電池用固体電解質層)の製造方法を説明する。図6は、図4に示す実施形態に係る固体電解質層17の製造方法を説明するための説明図である。 Hereinafter, with reference to FIG. 6, a method for manufacturing a solid electrolyte layer (solid electrolyte layer for an all-solid lithium ion secondary battery) used in an all-solid-state battery according to one embodiment of the present invention will be described. FIG. 6 is an explanatory diagram for explaining a method of manufacturing the solid electrolyte layer 17 according to the embodiment shown in FIG.

図6を参照して、図4に示す実施形態に係る固体電解質層17の製造方法は、概説すれば、固体電解質材料を圧粉成形して、シート状である第1のサブ固体電解質層(正極活物質層側に位置するサブ固体電解質層17a)を作製すること(ステップS21)と、前記第1のサブ固体電解質層(サブ固体電解質層17a)の少なくとも一方の露出表面に、固体電解質材料および金属リチウムよりも電極電位の高い固体材料を圧粉仮成形して、シート状である電析成長抑止層の前駆体17b’を作製すること(ステップS22)と、前記前駆体17b’の外周縁部の少なくとも一部を除く部位を圧粉本成形して、外周縁部の少なくとも一部によって囲まれた凹部を有する電析成長抑止層17bを作製すること(ステップS23)と、前記電析成長抑止層17bの前記凹部に固体電解質材料を圧粉成形して、前記電析成長抑止層17bの外周縁部の少なくとも一部によって外周が覆われた第2のサブ固体電解質層(負極活物質層側に位置するサブ固体電解質層17c)を作製すること(S24)と、を有する。 Referring to FIG. 6, the method for manufacturing the solid electrolyte layer 17 according to the embodiment shown in FIG. Producing a sub-solid electrolyte layer 17a) located on the positive electrode active material layer side (step S21), and applying a solid electrolyte material to the exposed surface of at least one of the first sub-solid electrolyte layer (sub-solid electrolyte layer 17a). and pre-compacting a solid material having a higher electrode potential than metallic lithium to produce a sheet-like precursor 17b' of the electrodeposition growth inhibiting layer (step S22); The electrodeposition growth inhibiting layer 17b having a concave portion surrounded by at least a portion of the outer circumferential edge is formed by compacting a portion excluding at least a portion of the outer circumferential edge (step S23); A solid electrolyte material is compacted into the concave portion of the growth inhibiting layer 17b, and a second sub-solid electrolyte layer (containing negative electrode active material and producing a sub-solid electrolyte layer 17c) located on the layer side (S24).

ここで、ステップS22における「圧粉仮成形」は、ステップS23における「圧粉本成形」に先立って行われる。ステップS22の圧粉仮成形では、ステップS23の圧粉本成形よりも成形圧力を小さく設定する。これにより、ステップS23において圧粉本成形を実施した際に、本成形処理を施された部位における電析成長抑止層17bの厚さを小さくすることができる。このため、電析成長抑止層の前駆体17b’の外周縁部の少なくとも一部を除く部位に対して圧粉本成形の処理を施すことにより、図4および図6に示す形状を有する電析成長抑止層17bを作製することができるのである。 Here, the "preliminary powder compacting" in step S22 is performed prior to the "main compacting" in step S23. In the powder compaction preliminary molding in step S22, the compacting pressure is set lower than that in the powder compaction main molding in step S23. Thereby, when the main compacting process is performed in step S23, the thickness of the electrodeposition growth inhibiting layer 17b can be reduced in the area where the main forming process has been performed. For this reason, by performing powder compaction processing on the region excluding at least a part of the outer peripheral edge of the precursor 17b' of the electrodeposition growth inhibiting layer, the electrodeposition having the shape shown in FIGS. 4 and 6 is formed. Thus, the growth inhibiting layer 17b can be produced.

上述した図6に示すステップS21~S24によって全固体リチウムイオン二次電池に用いられる固体電解質層17が得られたら、上記と同様の手法を用いて各活物質層および各集電体を配置することにより、図4に示す実施形態に係る単電池層19を製造することができる(ステップS25~S26)。 Once the solid electrolyte layer 17 used in the all-solid-state lithium ion secondary battery is obtained through steps S21 to S24 shown in FIG. 6 described above, each active material layer and each current collector are arranged using the same method as above. By doing so, the unit cell layer 19 according to the embodiment shown in FIG. 4 can be manufactured (steps S25 to S26).

[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27と負極集電板25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 27 and the negative electrode current collector plate 25 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、12)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]
Although not shown, the current collectors (11, 12) and the current collector plates (25, 27) may be electrically connected via a positive lead or a negative 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.

[電池外装材]
電池外装材としては、公知の金属缶ケースを用いることができるほか、図1および図2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 material]
As the battery exterior material, 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. 1 and 2 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.

本形態に係る積層型電池は、複数の単電池層が並列に接続された構成を有することにより、高容量でサイクル耐久性に優れるものである。したがって、本形態に係る積層型電池は、EV、HEVの駆動用電源として好適に使用される。 The stacked battery according to this embodiment has a configuration in which a plurality of cell layers are connected in parallel, and thus has high capacity and excellent cycle durability. Therefore, the stacked battery according to this embodiment is suitably used as a power source for driving EVs and HEVs.

以上、全固体電池の一実施形態を説明したが、本発明は上述した実施形態において説明した構成のみに限定されることはなく、特許請求の範囲の記載に基づいて適宜変更することが可能である。 Although one embodiment of the all-solid-state battery has been described above, the present invention is not limited to only the configuration described in the embodiment described above, and can be modified as appropriate based on the description of the claims. be.

例えば、図2~図4に示す実施形態では、複数存在する固体電解質層17のすべてが電析成長抑止層17bを有している。ただし、固体電解質層が複数含まれる電池においては、少なくとも1つの固体電解質層が電析成長抑止層を有していれば、本発明の技術的範囲に含まれる。 For example, in the embodiments shown in FIGS. 2 to 4, all of the plurality of solid electrolyte layers 17 have the electrodeposition growth inhibiting layer 17b. However, in a battery including a plurality of solid electrolyte layers, it is within the technical scope of the present invention as long as at least one solid electrolyte layer has an electrodeposition growth inhibiting layer.

また、図4に示す実施形態においては、固体電解質層17の外周すべてにわたって、固体電解質層17の外周縁部が負極活物質層15側に突出することによって、負極活物質層15の側に位置するサブ固体電解質層17cの外周を覆うように構成されている。このような構成とすることで、負極活物質層15の外周縁部において発生したデンドライトの成長と、これに起因する内部短絡の発生をより確実に防止することが可能である。ただし、本発明においてはこのような構成のみには限定されず、固体電解質層17の外周縁部が負極活物質層15側に突出することにより負極活物質層15の側に位置するサブ固体電解質層17cの外周を覆う部位が、固体電解質層の外周縁部の少なくとも一部に存在していればよい。 In the embodiment shown in FIG. 4, the outer peripheral edge of the solid electrolyte layer 17 protrudes toward the negative electrode active material layer 15 over the entire outer periphery of the solid electrolyte layer 17, so that the outer peripheral edge of the solid electrolyte layer 17 is located on the negative electrode active material layer 15 side. The solid electrolyte layer 17c is configured to cover the outer periphery of the sub-solid electrolyte layer 17c. With such a configuration, it is possible to more reliably prevent the growth of dendrites generated at the outer peripheral edge of the negative electrode active material layer 15 and the occurrence of internal short circuits caused by this. However, the present invention is not limited to such a configuration, and the outer peripheral edge of the solid electrolyte layer 17 protrudes toward the negative electrode active material layer 15 to form a sub-solid electrolyte located on the negative electrode active material layer 15 side. It is sufficient that the portion covering the outer periphery of the layer 17c exists at least in part of the outer periphery of the solid electrolyte layer.

[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、直列にまたは並列に接続して、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(電池モジュール、電池パックなど)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 battery packs in series or in parallel, high-capacity, high-capacity power supplies suitable for vehicle drive power sources and auxiliary power sources that require high volumetric energy density and high volumetric power density can be created. It is also possible to form an assembled battery (battery module, battery pack, etc.) that has 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.

[車両]
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。
[vehicle]
A battery or a battery pack made by combining a plurality of batteries can be mounted on a vehicle. In the present invention, it is possible to configure a long-life battery with excellent long-term reliability, so when such a battery is installed, a plug-in hybrid electric vehicle with a long EV mileage or an electric vehicle with a long mileage per charge can be configured. 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

《全固体リチウムイオン二次電池システム》
本発明のさらに他の形態によれば、上述した全固体リチウムイオン二次電池を備える全固体リチウムイオン二次電池システムもまた、提供される。
《All-solid-state lithium-ion secondary battery system》
According to yet another aspect of the present invention, an all-solid-state lithium-ion secondary battery system including the above-described all-solid-state lithium-ion secondary battery is also provided.

本形態に係る全固体リチウムイオン二次電池システムは、上述した本発明の一形態に係る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の交流インピーダンスを測定するインピーダンス測定部と、前記インピーダンス測定部により測定された交流インピーダンスから算出される負極の容量(電気二重層)成分に基づいて、上記全固体リチウムイオン二次電池の負極活物質層において発生した金属リチウムの電析が前記電析成長抑止層に達したか否かの判定を実施する制御部と、を備えるものである。 The all-solid-state lithium ion secondary battery system according to this embodiment includes the above-described all-solid-state lithium ion secondary battery according to one embodiment of the present invention, and an impedance measuring section that measures AC impedance of the all-solid lithium ion secondary battery. Based on the capacity (electric double layer) component of the negative electrode calculated from the AC impedance measured by the impedance measuring section, the electrodeposition of metallic lithium generated in the negative electrode active material layer of the all-solid-state lithium ion secondary battery is determined. The apparatus further includes a control section that determines whether or not the electrodeposition growth inhibiting layer has been reached.

図7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。 FIG. 7 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.

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の交流インピーダンスを測定するインピーダンス測定部7、二次電池2の充放電を制御する制御部8を備える。また、電圧電流調整部5は外部電源9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9側へ放電する(詳細は後述する)。 This all-solid lithium ion secondary battery system (hereinafter also referred to as "secondary battery system 1") includes an all-solid lithium ion secondary battery (hereinafter also referred to as "secondary battery 2"). 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. A voltage and current adjustment section 5, a current sensor 6 that measures the charging and discharging current of the secondary battery 2, an impedance measuring section 7 that measures the AC impedance of the secondary battery 2, and a control section 8 that controls the charging and discharging of the secondary battery 2. Be prepared. Further, the voltage and current adjustment unit 5 is connected to an external power supply 9 and receives power during charging, while discharging to the external power supply 9 via the voltage and current adjustment unit 5 during discharging (details will be described later).

以下、各部の詳細を説明する。 The details of each part will be explained below.

二次電池2は、上述した本発明の一形態に係る全固体リチウムイオン二次電池であり、固体電解質層が金属リチウムよりも電極電位の高い固体材料を含む電析成長抑止層を有する点に特徴を有するものである。ここで、本形態に係る全固体リチウムイオン二次電池の固体電解質層における電析成長抑止層を構成する上記固体材料は、導電性を有する材料である。また、当該電析成長抑止層は、上記導電性を有する材料からなる固体材料が三次元的に連通した構造体を含むものである。このような構成を有する全固体リチウムイオン二次電池を用いて全固体リチウムイオン二次電池システムを構成することにより、全固体リチウムイオン二次電池の交流インピーダンスから算出される負極の容量(電気二重層)成分に基づいて、上記全固体リチウムイオン二次電池の負極活物質層において発生した金属リチウムの電析が前記電析成長抑止層に達したか否かの判定を実施することができる。 The secondary battery 2 is an all-solid-state lithium ion secondary battery according to one embodiment of the present invention described above, in that the solid electrolyte layer has an electrodeposition growth inhibiting layer containing a solid material having a higher electrode potential than metallic lithium. It has characteristics. Here, the solid material that constitutes the electrodeposition growth inhibiting layer in the solid electrolyte layer of the all-solid-state lithium ion secondary battery according to this embodiment is a material that has electrical conductivity. Further, the electrodeposition growth inhibiting layer includes a structure in which the solid material made of the above-mentioned conductive material is three-dimensionally connected. By constructing an all-solid-state lithium-ion secondary battery system using an all-solid-state lithium-ion secondary battery having such a configuration, the negative electrode capacity (electrical secondary battery) calculated from the AC impedance of the all-solid-state lithium-ion secondary battery can be Based on the multilayer component, it can be determined whether the electrodeposition of metallic lithium generated in the negative electrode active material layer of the all-solid-state lithium ion secondary battery has reached the electrodeposition growth inhibiting layer.

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。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 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、二次電池2の外表面温度を測定することで、二次電池2の温度の目安としている。外表面温度は内部温度を正確に表すことができないまでも、少なくとも二次電池の最外層に近い単電池層の温度とほとんど同じである。 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 determined by measuring the outer surface temperature of the secondary battery 2. Although the outer surface temperature cannot accurately represent the inner temperature, it is at least almost the same as the temperature of the unit cell layer near the outermost layer of the secondary battery.

電圧電流調整部5は、二次電池2の充電時には、制御部8からの指令に基づいて外部電源9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9へ放出する。 When charging the secondary battery 2, the voltage/current adjustment unit 5 adjusts the voltage and current of the power from the external power source 9 based on a command from the control unit 8, 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 9.

ここで、外部電源9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9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9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 9 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 9 is equipped with a power regeneration function, and when the secondary battery 2 discharges, it can convert direct current to alternating current and regenerate it 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 9, 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9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 9 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.

インピーダンス測定部7は、二次電池2の交流インピーダンスを測定するものとして構成されている。したがって、インピーダンス測定部7は、二次電池2の交流インピーダンスを測定できるのであれば、二次電池2の単セルに接続されていてもよいし、複数の単セルが電気的に接続されて必要に応じてケース内にケーシングされた電池モジュールに接続されていてもよいし、複数の電池モジュールが電気的に接続されて必要に応じてさらにケース内にケーシングされた電池パックに接続されていてもよい。このようなインピーダンス測定部7は、一般的な交流インピーダンス測定装置として常套的に使用されているものから任意に選択されうる。例えば、インピーダンス測定部7は、交流インピーダンス法により、電池のインピーダンスを複数の周波数において測定するものでありうる。交流インピーダンス法における測定方法としては特に限定されない。例えば、リサージュ法、交流ブリッジ法などのアナログ方式や、デジタル・フーリエ積分法、ノイズ印加による高速フーリエ変換法などのデジタル方式が適宜採用されうる。インピーダンス測定部7において測定される複数の周波数は、二次電池2の負極の容量(電気二重層)成分の値を算出できる範囲であればよい。例えば、複数の周波数は典型的には1MHz~0.1Hz程度であり、好ましくは1kHz~0.1Hz程度とすることができる。これにより、負極の容量(電気二重層)成分の値を高精度に算出できる。電池に印加する交流信号の振幅などについては特に制限はなく、適宜設定されうる。インピーダンス測定部7によって測定された交流インピーダンスの測定結果は、インピーダンス測定部7の出力として制御部8に送られる。 The impedance measuring section 7 is configured to measure the AC impedance of the secondary battery 2. Therefore, as long as the impedance measurement unit 7 can measure the AC impedance of the secondary battery 2, it may be connected to a single cell of the secondary battery 2, or it may be connected to a plurality of single cells electrically connected to each other. Depending on the situation, the battery module may be connected to a battery module housed in a case, or multiple battery modules may be electrically connected and further connected to a battery pack housed in a case as necessary. good. Such an impedance measuring section 7 can be arbitrarily selected from those commonly used as general AC impedance measuring devices. For example, the impedance measuring section 7 may measure the impedance of the battery at a plurality of frequencies using an AC impedance method. The measurement method in the AC impedance method is not particularly limited. For example, analog methods such as the Lissajous method and the AC bridge method, and digital methods such as the digital Fourier integral method and the fast Fourier transform method using noise application may be appropriately employed. The plurality of frequencies measured by the impedance measurement section 7 may be within a range that allows the value of the capacity (electric double layer) component of the negative electrode of the secondary battery 2 to be calculated. For example, the plurality of frequencies are typically about 1 MHz to 0.1 Hz, preferably about 1 kHz to 0.1 Hz. Thereby, the value of the capacitance (electric double layer) component of the negative electrode can be calculated with high precision. There is no particular restriction on the amplitude of the alternating current signal applied to the battery, and it can be set as appropriate. The AC impedance measurement result measured by the impedance measurement section 7 is sent to the control section 8 as an output of the impedance measurement section 7 .

制御部8は、例えば、CPU81や記憶部82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8は、後述する手順に従って、(好ましくは、二次電池2に充電処理を行う際に)二次電池2の負極活物質層において金属リチウムの電析が発生しているか否かの判定を実施する。また、制御部8は、二次電池2に対して充電処理を行う際にこの判定を実施した際、二次電池2の負極活物質層において金属リチウムの電析が発生していると判定したときには、前記電析が発生しにくくなるように充電処理の条件を変更する(電析検知時制御)。このような制御部8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。 The control unit 8 is a so-called computer that includes, for example, a CPU 81 and a storage unit 82. The control unit 8 determines whether metal lithium is electrodeposited in the negative electrode active material layer of the secondary battery 2 (preferably when charging the secondary battery 2) according to the procedure described below. Implement. Furthermore, when performing this determination when performing charging processing on the secondary battery 2, the control unit 8 determines that metal lithium electrodeposition has occurred in the negative electrode active material layer of the secondary battery 2. Sometimes, the conditions of the charging process are changed so that the electrodeposition is less likely to occur (electrodeposition detection control). As such a control unit 8, in an electric vehicle, for example, an ECU (Electronic Control Unit) or the like may be used.

ここで、記憶部82は、CPU81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電析発生の有無の判定、電析検知時制御などを行うためのプログラムが記憶されている。また、記憶部82は、制御部8が算出した二次電池2の負極の容量(電気二重層)成分の値を経時的に記憶する。 Here, the storage unit 82 includes a nonvolatile memory in addition to a RAM that the CPU 81 uses as a working area. The non-volatile memory stores a program for determining whether or not electrodeposition has occurred, controlling when electrodeposition is detected, etc. in this embodiment. Furthermore, the storage unit 82 stores the value of the capacity (electric double layer) component of the negative electrode of the secondary battery 2 calculated by the control unit 8 over time.

[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9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は定電流充電方式で行い、二次電池2の電圧が所定電圧となった後には定電圧充電方式で行う、定電流・定電圧(CC-CV)充電方式を用いている。 This charging process is performed in a state where the secondary battery system 1 is connected to the external power supply 9 and charging power can be supplied to the secondary battery 2. Furthermore, the charging process in this embodiment is controlled by a constant current charging method until the voltage of the secondary battery 2 reaches a predetermined voltage, and after the voltage of the secondary battery 2 reaches a predetermined voltage, a constant voltage charging method is used. A constant current/constant voltage (CC-CV) charging method is used.

本実施形態における充電処理は、二次電池2に充電処理を行う際に、当該二次電池2の交流インピーダンス(複素インピーダンス)を測定し、この測定結果から算出される負極の容量(電気二重層)成分に基づいて、当該二次電池2の負極活物質層において金属リチウムの電析が発生しているかを判定し、当該電析が発生していると判定されたときには、当該電析が発生しにくくなるように充電処理の条件を変更するものである。なお、特に断りのない限り、この充電処理は制御部8によって行われる。以下、図8を参照してこの充電処理の手順を説明する。図8は、二次電池システム1における充電処理の手順を示すフローチャートである。 In the charging process in this embodiment, when charging the secondary battery 2, the AC impedance (complex impedance) of the secondary battery 2 is measured, and the capacity of the negative electrode (electric double layer ) Based on the components, it is determined whether metal lithium electrodeposition has occurred in the negative electrode active material layer of the secondary battery 2, and when it is determined that the electrodeposition has occurred, the electrodeposition has occurred. The charging process conditions are changed to make it more difficult to charge. Note that this charging process is performed by the control unit 8 unless otherwise specified. The procedure of this charging process will be explained below with reference to FIG. FIG. 8 is a flowchart showing the procedure of charging processing in the secondary battery system 1.

まず、制御部8は、温度センサー4から現在温度を取得し、電圧センサー3から現在電圧を取得する(S101)。 First, the control unit 8 acquires the current temperature from the temperature sensor 4 and the current voltage from the voltage sensor 3 (S101).

続いて、制御部8は、二次電池2の充電処理を行う制御を開始する。具体的には、外部電源8から電圧電流調整部5へ電力を導入して、充電処理を開始する(通常は定電流(CC)充電を開始する)(S102)。また、制御部8は、これと同時に、インピーダンス測定部7を制御して、二次電池2の交流インピーダンスを測定するための交流電流の重畳を開始する(S102)。この際、国際公開第2012/077450号パンフレットの図2に記載されているような内部抵抗測定装置のように、交流ブリッジの原理を利用することで、計測対象ではない経路に重畳電流が回り込むことを防止することが好ましい。このような構成とすることで、二次電池2に接続されている負荷等が交流インピーダンスの測定結果に及ぼす影響を低減することができ、交流インピーダンスを高精度で測定することが可能となる。 Subsequently, the control unit 8 starts controlling the charging process of the secondary battery 2. Specifically, power is introduced from the external power supply 8 to the voltage/current adjustment unit 5 to start the charging process (normally, constant current (CC) charging is started) (S102). At the same time, the control unit 8 controls the impedance measuring unit 7 to start superimposing an alternating current for measuring the alternating current impedance of the secondary battery 2 (S102). At this time, by using the principle of an AC bridge, as in the internal resistance measuring device described in Figure 2 of the International Publication No. 2012/077450 pamphlet, the superimposed current can wrap around the path that is not the measurement target. It is preferable to prevent With such a configuration, it is possible to reduce the influence of the load etc. connected to the secondary battery 2 on the AC impedance measurement results, and it is possible to measure AC impedance with high accuracy.

上述したように、本実施形態における充電処理の制御は、定電流・定電圧(CC-CV)充電方式を用いている。したがって、制御部8は、充電処理を開始した後、電圧センサー3から取得した現在電圧が、定電流(CC)充電から定電圧(CV)充電への切り替えのタイミングを示す指標として予め決定された所定の電圧(しきい電圧)以上であるか否かを判断する(S103)。制御部8は、ここで現在電圧がしきい電圧以上でなければ(S103:NO)、定電流(CC)充電方式にて充電を継続する(S104)。この場合に、制御部8は、後述する本発明に係る制御(二次電池2の負極活物質層において金属リチウムの電析が発生しているか否かの判定)を実施する。 As described above, the charging process in this embodiment is controlled using a constant current/constant voltage (CC-CV) charging method. Therefore, after starting the charging process, the control unit 8 determines that the current voltage acquired from the voltage sensor 3 is determined in advance as an index indicating the timing of switching from constant current (CC) charging to constant voltage (CV) charging. It is determined whether the voltage is equal to or higher than a predetermined voltage (threshold voltage) (S103). If the current voltage is not equal to or higher than the threshold voltage (S103: NO), the control unit 8 continues charging using the constant current (CC) charging method (S104). In this case, the control unit 8 performs control according to the present invention (determining whether metal lithium is electrodeposited in the negative electrode active material layer of the secondary battery 2), which will be described later.

一方、ステップS103において、現在電圧がしきい電圧以上の場合(S103:YES)、制御部8は、定電圧(CV)充電方式にて充電を行う(S105)。この場合に、制御部8は、電流センサー6から取得した現在電流(充電電流)が、定電流(CV)充電の終了のタイミングを示す指標として予め決定された所定の電流(終止電流)以下であるか否かを判断する(S106)。ここで現在電流(充電電流)が終止電流以下の場合(S106:YES)、制御部8は、この処理を終了する。その後、必要に応じて、充電処理も終了する。 On the other hand, in step S103, if the current voltage is equal to or greater than the threshold voltage (S103: YES), the control unit 8 performs charging using the constant voltage (CV) charging method (S105). In this case, the control unit 8 determines whether the current current (charging current) acquired from the current sensor 6 is equal to or less than a predetermined current (end current) that is determined in advance as an indicator of the timing for ending constant current (CV) charging (S106). Here, if the current current (charging current) is equal to or less than the end current (S106: YES), the control unit 8 ends this process. Thereafter, the charging process is also ended as necessary.

一方、ステップS106において、現在電流(充電電流)が終止電流よりも大きい場合(S106:NO)に、制御部8は、やはり後述する本発明に係る制御(二次電池2の負極活物質層において金属リチウムの電析が発生しているか否かの判定)を実施する。 On the other hand, in step S106, if the current current (charging current) is larger than the final current (S106: NO), the control unit 8 also performs control according to the present invention (described later) (in the negative electrode active material layer of the secondary battery 2). (determination of whether or not metal lithium electrodeposition has occurred).

二次電池2の定電流充電を行う場合(S104)、または、二次電池2の定電圧充電を行う場合であって現在電流(充電電流)が終止電流よりも大きい場合(S106:NO)、制御部8は、内蔵するタイマー(図示せず)から取得した充電開始からの経過時間(充電時間)が、予め決定された所定時間(第1しきい時間)以上であるか否かを判断する(S107)。ここで充電時間が第1しきい時間以上でなければ(S107:NO)、制御部8は、充電時間が第1しきい時間以上となるまで、この判断を繰り返し実施する。ここで、充電電流の印加の初期には電流値が安定せず、過渡的な電流値の変化が本発明に係る制御(電析の有無の判定)に影響を及ぼす可能性がある。このステップS107を実施するのは、この影響を排除することで、電析の有無の判定の精度を向上させるためである。なお、第1しきい時間の具体的な値は適宜設定されうるが、例えば数十~数百ミリ秒である。 When performing constant current charging of the secondary battery 2 (S104), or when performing constant voltage charging of the secondary battery 2 and the current current (charging current) is larger than the final current (S106: NO), The control unit 8 determines whether the elapsed time from the start of charging (charging time) obtained from a built-in timer (not shown) is equal to or longer than a predetermined time (first threshold time). (S107). If the charging time is not longer than the first threshold time (S107: NO), the control unit 8 repeatedly makes this determination until the charging time is equal to or longer than the first threshold time. Here, the current value is not stable at the initial stage of application of the charging current, and transient changes in the current value may affect the control (determination of presence or absence of electrodeposition) according to the present invention. The reason for performing step S107 is to improve the accuracy of determining the presence or absence of electrodeposition by eliminating this influence. Note that the specific value of the first threshold time can be set as appropriate, and is, for example, several tens to several hundred milliseconds.

続いて、ステップS107において、充電時間が第1しきい時間以上となったら(S107:YES)、制御部8は、内蔵するタイマー(図示せず)から取得した交流電流の重畳開始からの経過時間(交流電流重畳時間)が、予め決定された所定時間(第2しきい時間)以上であるか否かを判断する(S108)。ここで交流電流重畳時間が第2しきい時間以上でなければ(S108:NO)、制御部8は、交流電流重畳時間が第2しきい時間以上となるまで、この判断を繰り返し実施する。ここで、交流インピーダンスを測定するために重畳される交流電流についても、その印加の初期には電流値が安定せず、やはり過渡的な電流値の変化が本発明に係る制御(電析の有無の判定)に影響を及ぼす可能性がある。このステップS108を実施するのは、この影響を排除することで、電析の有無の判定の精度を向上させるためである。なお、第2しきい時間の具体的な値は適宜設定されうるが、例えば数十~数百ミリ秒である。 Subsequently, in step S107, if the charging time exceeds the first threshold time (S107: YES), the control unit 8 calculates the elapsed time from the start of superimposition of the alternating current obtained from the built-in timer (not shown). It is determined whether (AC current superimposition time) is equal to or longer than a predetermined predetermined time (second threshold time) (S108). If the alternating current superimposition time is not longer than the second threshold time (S108: NO), the control unit 8 repeatedly performs this determination until the alternating current superimposition time becomes equal to or longer than the second threshold time. Here, regarding the alternating current that is superimposed to measure alternating current impedance, the current value is not stable at the initial stage of its application, and transient changes in the current value are caused by the control according to the present invention (with or without electrodeposition). judgment). The reason why this step S108 is performed is to improve the accuracy of determining the presence or absence of electrodeposition by eliminating this influence. Note that the specific value of the second threshold time can be set as appropriate, and is, for example, several tens to several hundred milliseconds.

続いて、ステップS108において、交流電流重畳時間が第2しきい時間以上となったら(S108:YES)、制御部8は、インピーダンス測定部により測定された交流インピーダンスから算出される負極の容量(電気二重層)成分に基づいて、二次電池2の負極活物質層において金属リチウムの電析が発生しているか否かの判定を実施する(S109)。 Subsequently, in step S108, when the alternating current superimposition time becomes equal to or longer than the second threshold time (S108: YES), the control unit 8 calculates the negative electrode capacitance (electrical Based on the component (double layer), it is determined whether metal lithium is electrodeposited in the negative electrode active material layer of the secondary battery 2 (S109).

図9は、図8のステップS109のサブルーチンフローチャートである。 FIG. 9 is a subroutine flowchart of step S109 in FIG.

図9に示すサブルーチンにおいて、制御部8は、まず、インピーダンス測定部7によって測定された交流インピーダンスの測定結果を、インピーダンス測定部7の出力として取得する。この際、制御部8は、低域通過フィルタ(ローパスフィルタ;LPF)などを用いることで、インピーダンス測定部7からの出力における高周波成分に起因するノイズを除去する(S201)。 In the subroutine shown in FIG. 9, the control unit 8 first obtains the measurement result of the AC impedance measured by the impedance measurement unit 7 as an output of the impedance measurement unit 7. At this time, the control unit 8 uses a low-pass filter (LPF) or the like to remove noise caused by high frequency components in the output from the impedance measurement unit 7 (S201).

次いで、ステップS201においてノイズが除去されたインピーダンス測定部7からの出力をもとに、二次電池2の負極の容量(電気二重層)成分(本明細書中、単に「容量成分」という場合には負極の容量(電気二重層)成分を指すものとする)の値を算出する(S202)。負極の容量(電気二重層)成分の値を指標として電析の発生をモニタリングすることで、負極活物質層において特異的に発生しうる電析を高精度に検知することが可能である。また、後述するように、本発明の一形態に係る全固体リチウムイオン二次電池が備える固体電解質層における特徴的な構成である電析成長抑止層(ここでは導電性の固体材料を含み三次元的に連通した構造体を有する)も利用することで、電析の検知精度のよりいっそうの向上が図られる。 Next, based on the output from the impedance measurement unit 7 from which noise has been removed in step S201, the capacity (electric double layer) component (herein simply referred to as "capacity component") of the negative electrode of the secondary battery 2 is determined. is the capacitance (electric double layer) component of the negative electrode) is calculated (S202). By monitoring the occurrence of electrodeposition using the value of the capacitance (electric double layer) component of the negative electrode as an index, it is possible to detect electrodeposition that can specifically occur in the negative electrode active material layer with high accuracy. In addition, as will be described later, an electrodeposition growth inhibiting layer (herein, a three-dimensional layer containing a conductive solid material) is a characteristic structure of the solid electrolyte layer included in an all-solid-state lithium ion secondary battery according to an embodiment of the present invention. By also using a structure (having a structure in which the electrodes are connected to each other), the accuracy of detecting electrodeposition can be further improved.

ここで、二次電池2の等価回路図を図10に示す。図10に示すように、正極(反応抵抗Ract,cおよび容量(電気二重層)成分Cdl,cからなる)と、電解質(抵抗成分Rsepからなる)と、負極(反応抵抗Ract,aおよび容量(電気二重層)成分Cdl,aからなる)と、から構成されている。ここで、二次電池2の負極特性の評価に最も適した周波数(最適周波数)を予め取得しておくことで、等価回路図における正極の影響を無視して、二次電池2の負極特性のみを抽出することが可能である。このため、以下の説明では、負極の反応抵抗(Ract,a)および容量(電気二重層)成分Cdl,a)をそれぞれ単に「Ract」および「Cdl」とも称する。 Here, an equivalent circuit diagram of the secondary battery 2 is shown in FIG. As shown in FIG. 10, a positive electrode (consisting of a reaction resistance R act, c and a capacitance (electric double layer) component C dl, c ), an electrolyte (consisting of a resistance component R sep ), a negative electrode (a reaction resistance R act, a and a capacitance (electric double layer) component C dl,a ). By obtaining in advance the most suitable frequency (optimum frequency) for evaluating the negative electrode characteristics of the secondary battery 2, the influence of the positive electrode on the equivalent circuit diagram can be ignored and only the negative electrode characteristics of the secondary battery 2 can be evaluated. It is possible to extract Therefore, in the following explanation, the reaction resistance (R act,a ) and the capacitance (electric double layer) component C dl,a ) of the negative electrode are also simply referred to as "R act " and "C dl ", respectively.

ここで、インピーダンス測定部7によって重畳される交流電流に基づいて算出される二次電池2の交流インピーダンスZは、以下の実部成分Zreおよび虚部成分Zimからなっている。なお、下記式において、Rmemは電解質部分の抵抗成分である。また、ωは角周波数であり、印加周波数fを用いてω=2πfで表される。 Here, the AC impedance Z of the secondary battery 2 calculated based on the AC current superimposed by the impedance measurement unit 7 is composed of the following real part component Z re and imaginary part component Z im . In addition, in the following formula, R mem is the resistance component of the electrolyte portion. Moreover, ω is an angular frequency, and is expressed as ω=2πf using the applied frequency f.

これらのうち、例えば交流インピーダンスZの虚部成分Zimに着目して変形すると、以下のような等式が導かれる。 Among these, for example, if we focus on the imaginary component Z im of the AC impedance Z and transform it, the following equation is derived.

ここで、ωは印加周波数から算出される既知パラメータであり、Zimは交流インピーダンスの虚部成分として得られる既知成分である。したがって、第1印加周波数(f1)および第2印加周波数(f2)のそれぞれから得られる(1/ω)および(-1/ωZim)の値をそれぞれ横軸(x軸)および縦軸(y軸)にプロットすれば、y=ax+bで表される一次関数を一義的に得ることができる。ここで、当該一次関数の傾き(a)は、(1/(Cdl*(Ract)に相当する値である。また、当該一次関数のy切片(b)は、Cdlに相当する。このため、Cdlの値を二次電池2の負極の容量(電気二重層)成分の値として算出することができるのである。このようにして算出された二次電池2の負極の容量(電気二重層)成分の値は、記憶部82に含まれる第3記憶部によって経時的に記憶される。なお、交流インピーダンスZの実部成分Zreに着目しても、公知の手法を利用することで、Cdlの値を二次電池2の負極の容量(電気二重層)成分として算出することは可能である。 Here, ω is a known parameter calculated from the applied frequency, and Z im is a known component obtained as the imaginary component of AC impedance. Therefore, the values of (1/ω 2 ) and (-1/ωZ im ) obtained from the first applied frequency (f1) and the second applied frequency (f2) are respectively plotted on the horizontal axis (x-axis) and the vertical axis ( y axis), it is possible to uniquely obtain a linear function expressed as y=ax+b. Here, the slope (a) of the linear function is a value equivalent to (1/(C dl * (R act ) 2 ). Also, the y-intercept (b) of the linear function is equivalent to C dl Therefore, the value of C dl can be calculated as the value of the capacity (electric double layer) component of the negative electrode of the secondary battery 2.The capacity of the negative electrode of the secondary battery 2 calculated in this way The value of the (electric double layer) component is stored over time in the third storage section included in the storage section 82. Note that even when focusing on the real component Z re of the AC impedance Z, a known method is used. By doing so, it is possible to calculate the value of C dl as the capacity (electric double layer) component of the negative electrode of the secondary battery 2.

続いて、制御部8は、ステップS202において算出された二次電池2の負極の容量(電気二重層)成分の値について、前回以前の測定によって得られた測定値との比較を行う。具体的には、負極の容量(電気二重層)成分の値の傾き(単位時間あたりの増加率)を算出する(S203)。なお、所定の間隔で算出された負極の容量(電気二重層)成分の値の増加量を算出してもよい。 Subsequently, the control unit 8 compares the value of the capacity (electric double layer) component of the negative electrode of the secondary battery 2 calculated in step S202 with the measured value obtained by the previous measurement. Specifically, the slope (increase rate per unit time) of the value of the capacitance (electric double layer) component of the negative electrode is calculated (S203). Note that the amount of increase in the value of the capacitance (electric double layer) component of the negative electrode calculated at predetermined intervals may be calculated.

そして、制御部8は、上記のようにして算出された、負極の容量(電気二重層)成分の値の傾き(単位時間あたりの増加率)が、予め決定されたしきい値以上であるか否かを判断する(S204)。ステップS203において、所定の間隔で算出された負極の容量(電気二重層)成分の値の増加量を算出した場合には、当該増加量が予め決定されたしきい値以上であるか否かを判断する。このように、負極の容量(電気二重層)成分の値の増加量または増加率について適切なしきい値を設定しておくことで、この時点における金属リチウムの電析の発生を正確に把握することができる。ここで、負極の容量(電気二重層)成分の値(Cdl)は負極の表面積が大きいほど大きい値を示す。そして、負極活物質層から電析によって成長した金属リチウムのデンドライトが電析成長抑止層を構成する導電性の固体材料と接触すると、負極活物質層と電析成長抑止層とが金属リチウムのデンドライトを介して電気的に導通する。このことは、負極の表面積が見かけ上急激に大きくなったものとみなすことができ、交流インピーダンス測定の測定結果に対しては、負極の容量(電気二重層)成分の値の増加として反映される。本発明に係る制御では、この負極の容量(電気二重層)成分の増加を指標として、電析の発生の有無を判定するのである。すなわち、電析成長抑止層は、電析の成長を抑止する機能のみならず、電析の発生を検知するための検知部(センサー)としての機能も兼ね備えているといえる。 Then, the control unit 8 determines whether the slope (increase rate per unit time) of the value of the capacitance (electric double layer) component of the negative electrode calculated as described above is equal to or higher than a predetermined threshold value. It is determined whether or not (S204). In step S203, when the amount of increase in the value of the capacitance (electric double layer) component of the negative electrode calculated at predetermined intervals is calculated, it is determined whether the amount of increase is equal to or greater than a predetermined threshold value. to decide. In this way, by setting an appropriate threshold for the amount or rate of increase in the value of the capacity (electric double layer) component of the negative electrode, it is possible to accurately grasp the occurrence of metal lithium electrodeposition at this point. I can do it. Here, the value (C dl ) of the capacitance (electric double layer) component of the negative electrode increases as the surface area of the negative electrode increases. When the dendrites of metallic lithium grown from the negative electrode active material layer by electrodeposition come into contact with the conductive solid material constituting the electrodeposition growth inhibiting layer, the negative electrode active material layer and the depositing growth inhibiting layer form dendrites of metallic lithium. electrically conductive through. This can be regarded as an apparent sudden increase in the surface area of the negative electrode, and is reflected in the AC impedance measurement results as an increase in the value of the negative electrode's capacitance (electric double layer) component. . In the control according to the present invention, the presence or absence of electrodeposition is determined using this increase in the capacity (electric double layer) component of the negative electrode as an index. That is, it can be said that the electrodeposition growth inhibiting layer not only has the function of inhibiting the growth of electrodeposition, but also has the function of a detection section (sensor) for detecting the occurrence of electrodeposition.

ここで、ステップS204において、二次電池2の負極の容量(電気二重層)成分の値の傾き(単位時間あたりの増加率)がしきい値未満であると判断されれば(S204:NO)、その時点において、二次電池2の負極活物質層では金属リチウムの電析は発生していないと判定される。一方、ステップS204において、二次電池2の負極の容量(電気二重層)成分の値の傾き(単位時間あたりの増加率)がしきい値以上であると判断されれば(S204:YES)、その時点において二次電池2の負極活物質層で金属リチウムの電析が発生したと判定される。 Here, if it is determined in step S204 that the slope (increase rate per unit time) of the value of the capacity (electric double layer) component of the negative electrode of the secondary battery 2 is less than the threshold value (S204: NO) At that point, it is determined that metal lithium is not deposited in the negative electrode active material layer of the secondary battery 2. On the other hand, if it is determined in step S204 that the slope (increase rate per unit time) of the value of the capacity (electric double layer) component of the negative electrode of the secondary battery 2 is equal to or higher than the threshold value (S204: YES), At that point, it is determined that metal lithium electrodeposition has occurred in the negative electrode active material layer of the secondary battery 2 .

図8に示すフローチャートを参照して、ステップS204において電析が発生していないと判定された場合(S110:NO)、制御部8は、ステップS103からの処理を再開する。一方、ステップS204において電析が発生したと判定された場合(S110:YES)、制御部8は、電析検知時制御を実施する(S111)。 Referring to the flowchart shown in FIG. 8, if it is determined in step S204 that electrodeposition has not occurred (S110: NO), the control unit 8 restarts the process from step S103. On the other hand, if it is determined in step S204 that electrodeposition has occurred (S110: YES), the control unit 8 performs electrodeposition detection control (S111).

電析検知時における制御の具体的な形態については特に制限されないが、電析検知時制御は、電析が発生しにくくなるように充電処理の条件を変更する処理であることが好ましい。 Although the specific form of control at the time of electrodeposition detection is not particularly limited, it is preferable that the control at the time of electrodeposition detection is a process of changing the conditions of the charging process so that electrodeposition is less likely to occur.

図11は、図8のステップS111(電析検知時制御)のサブルーチンフローチャートである。 FIG. 11 is a subroutine flowchart of step S111 (electrodeposition detection control) in FIG.

図11に示すサブルーチンにおいて、制御部8は、まず、充電を停止する制御を実施する(ステップS301)。これにより、電析発生後にも同様の条件での充電処理を継続することに起因するデンドライトのさらなる成長と、これによる内部短絡の発生や電池の劣化を防止することができる。この際、必要に応じて、充電が停止したことをユーザーに通知してもよい。次いで、制御部8は、所定の電流値(Cレート)にて所定時間、放電処理を実施する(ステップS302)。この際、必要に応じて、その旨をユーザーに通知してもよい。このような電析検知時制御を実施する場合には、放電処理の条件(電流値(Cレート)および時間)を予め適切に設定しておくことで、その後の充放電処理において金属リチウムの電析に起因する内部短絡等の問題が発生するのを防止することができる。 In the subroutine shown in FIG. 11, the control unit 8 first performs control to stop charging (step S301). This makes it possible to prevent further growth of dendrites caused by continuing the charging process under the same conditions even after the occurrence of electrodeposition, as well as the occurrence of internal short circuits and deterioration of the battery due to this. At this time, the user may be notified that charging has stopped, if necessary. Next, the control unit 8 performs a discharge process at a predetermined current value (C rate) for a predetermined time (step S302). At this time, the user may be notified of this, if necessary. When implementing such control at the time of electrodeposition detection, by setting the conditions for the discharge process (current value (C rate) and time) appropriately in advance, the charge of metallic lithium can be controlled in the subsequent charge/discharge process. This can prevent problems such as internal short circuits caused by analysis.

ステップS302において放電処理を開始したら、制御部8は、上述した充電処理の際の電析発生の有無の判定の制御(ステップS201~S204)と同様にして、インピーダンス測定部により測定された交流インピーダンスから算出される負極の容量(電気二重層)成分に基づいて、二次電池2の負極活物質層において電析により発生していた金属リチウムのデンドライトが溶解したか否かの判定を実施する。 After starting the discharging process in step S302, the control unit 8 controls the AC impedance measured by the impedance measuring unit in the same way as the control for determining whether or not electrodeposition occurs during the charging process described above (steps S201 to S204). Based on the capacity (electric double layer) component of the negative electrode calculated from , it is determined whether or not the metallic lithium dendrites generated by electrodeposition in the negative electrode active material layer of the secondary battery 2 have been dissolved.

具体的には、図11に示すサブルーチンにおいて、制御部8は、まず、インピーダンス測定部7によって測定された交流インピーダンスの測定結果を、インピーダンス測定部7の出力として取得する。この際、制御部8は、低域通過フィルタ(ローパスフィルタ;LPF)などを用いることで、インピーダンス測定部7からの出力における高周波成分に起因するノイズを除去する(S303)。 Specifically, in the subroutine shown in FIG. 11, the control unit 8 first obtains the measurement result of the AC impedance measured by the impedance measurement unit 7 as the output of the impedance measurement unit 7. At this time, the control unit 8 uses a low-pass filter (LPF) or the like to remove noise caused by high frequency components in the output from the impedance measurement unit 7 (S303).

次いで、ステップS303においてノイズが除去されたインピーダンス測定部7からの出力をもとに、二次電池2の負極の容量(電気二重層)成分の値を算出する(S304)。 Next, the value of the capacity (electric double layer) component of the negative electrode of the secondary battery 2 is calculated based on the output from the impedance measuring section 7 from which noise has been removed in step S303 (S304).

続いて、制御部8は、ステップS304において算出された二次電池2の負極の容量(電気二重層)成分の値について、前回以前の測定によって得られた測定値との比較を行う。具体的には、負極の容量(電気二重層)成分の値の傾き(単位時間あたりの低下率)を算出する(S305)。なお、所定の間隔で算出された負極の容量(電気二重層)成分の値の低下量を算出してもよい。 Subsequently, the control unit 8 compares the value of the capacity (electric double layer) component of the negative electrode of the secondary battery 2 calculated in step S304 with the measured value obtained by the previous measurement. Specifically, the slope (decrease rate per unit time) of the value of the capacity (electric double layer) component of the negative electrode is calculated (S305). Note that the amount of decrease in the value of the capacitance (electric double layer) component of the negative electrode calculated at predetermined intervals may be calculated.

そして、制御部8は、上記のようにして算出された、負極の容量(電気二重層)成分の値の傾き(単位時間あたりの低下率)が、予め決定されたしきい値以上であるか否かを判断する(S306)。ステップS305において、所定の間隔で算出された負極の容量(電気二重層)成分の値の低下量を算出した場合には、当該低下量が予め決定されたしきい値以上であるか否かを判断する。このように、負極の容量(電気二重層)成分の値の低下量または低下率について適切なしきい値を設定しておくことで、この時点における金属リチウムのデンドライトの溶解の有無を正確に把握することができる。ここで、上述したように、負極の容量(電気二重層)成分の値(Cdl)は負極の表面積が大きいほど大きい値を示す。そして、電析成長抑止層と接触していた金属リチウムのデンドライトが、上記放電処理によって溶解すると、金属リチウムのデンドライトを介した負極活物質層と電析成長抑止層との電気的な導通が遮断される。このことは、負極の表面積が見かけ上急激に小さくなったものとみなすことができ、交流インピーダンス測定の測定結果に対しては、負極の容量(電気二重層)成分の値の低下として反映される。本制御では、この負極の容量(電気二重層)成分の低下を指標として、金属リチウムのデンドライトの溶解の有無を判定するのである。すなわち、本実施形態において、電析成長抑止層は、さらにデンドライトの溶解を検知するための検知部(センサー)としての機能も兼ね備えているといえる。そして、このデンドライトの溶解を検知することで、二次電池2に対してさらに充電処理を施すことが可能となるため、二次電池2が潜在的に有している容量を十分に利用することが可能となる。 Then, the control unit 8 determines whether the slope (decrease rate per unit time) of the value of the capacitance (electric double layer) component of the negative electrode, calculated as described above, is equal to or higher than a predetermined threshold value. It is determined whether or not (S306). In step S305, when the amount of decrease in the value of the capacitance (electric double layer) component of the negative electrode calculated at predetermined intervals is calculated, it is determined whether the amount of decrease is equal to or greater than a predetermined threshold value. to decide. In this way, by setting an appropriate threshold for the amount or rate of decrease in the value of the capacity (electric double layer) component of the negative electrode, it is possible to accurately determine whether or not metallic lithium dendrites are dissolving at this point. be able to. Here, as described above, the value (C dl ) of the capacitance (electric double layer) component of the negative electrode increases as the surface area of the negative electrode increases. When the metallic lithium dendrites that were in contact with the electrodeposition growth inhibiting layer are dissolved by the above-mentioned discharge treatment, electrical conduction between the negative electrode active material layer and the depositing growth inhibiting layer via the metallic lithium dendrites is interrupted. be done. This can be regarded as an apparent sudden decrease in the surface area of the negative electrode, and is reflected in the AC impedance measurement results as a decrease in the value of the negative electrode's capacitance (electric double layer) component. . In this control, the presence or absence of dissolution of metallic lithium dendrites is determined using the decrease in the capacity (electric double layer) component of the negative electrode as an index. That is, in this embodiment, it can be said that the electrodeposition growth inhibiting layer also has a function as a detection section (sensor) for detecting dissolution of dendrites. By detecting the dissolution of this dendrite, it becomes possible to perform further charging processing on the secondary battery 2, so that the potential capacity of the secondary battery 2 can be fully utilized. becomes possible.

ここで、ステップS306において、二次電池2の負極の容量(電気二重層)成分の値の傾き(単位時間あたりの低下率)がしきい値未満であると判断されれば(S306:NO)、その時点において、金属リチウムのデンドライトの溶解は発生していないと判定される。 Here, if it is determined in step S306 that the slope (decrease rate per unit time) of the value of the capacity (electric double layer) component of the negative electrode of the secondary battery 2 is less than the threshold value (S306: NO) , at that point, it is determined that no dissolution of metallic lithium dendrites has occurred.

一方、ステップS306において、二次電池2の負極の容量(電気二重層)成分の値の傾き(単位時間あたりの低下率)がしきい値以上であると判断されれば(S306:YES)、その時点において金属リチウムのデンドライトの溶解が発生したと判定される。 On the other hand, if it is determined in step S306 that the slope (decrease rate per unit time) of the value of the capacity (electric double layer) component of the negative electrode of the secondary battery 2 is equal to or higher than the threshold value (S306: YES), At that point, it is determined that dissolution of the metallic lithium dendrite has occurred.

図11に示すフローチャートを参照して、ステップS306において金属リチウムのデンドライトの溶解が発生していないと判定された場合、制御部8は、ステップS304からの処理を再開する。一方、ステップS306において電析が発生したと判定された場合、制御部8は、上記充電処理(ステップS102)よりも小さい充電電流またはCレートで充電処理を開始する(S307)。これと併せて、制御部8は、ステップS103からの処理を再開する。このように、前回の充電処理よりも小さい充電電流またはCレートでの充電処理を再開することで、二次電池2の負極活物質層における電析の発生の危険性を低下させた状態で充電処理を継続することが可能となる。 Referring to the flowchart shown in FIG. 11, if it is determined in step S306 that the dissolution of metallic lithium dendrites has not occurred, the control unit 8 restarts the process from step S304. On the other hand, if it is determined in step S306 that electrodeposition has occurred, the control unit 8 starts the charging process (S307) at a charging current or C rate smaller than the charging process (step S102). In conjunction with this, the control unit 8 restarts the process from step S103. In this way, by restarting the charging process at a charging current or C rate lower than the previous charging process, charging can be performed in a state where the risk of electrodeposition occurring in the negative electrode active material layer of the secondary battery 2 is reduced. It becomes possible to continue processing.

以上、電析検知時制御として充電処理の条件を変更する処理を例に挙げて説明したが、このほかにも、制御部8は、電析検知時制御として、二次電池2の温度を低下させたり、二次電池2の積層方向に付与されている拘束圧を上昇させたりしてもよい。 In the above, the process of changing the conditions of the charging process has been described as an example of control at the time of electrodeposition detection. Alternatively, the restraining pressure applied in the stacking direction of the secondary battery 2 may be increased.

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。 The control according to the present invention has been described in detail above, but the embodiment described with reference to the drawings is merely an example, and the present invention may be practiced by making appropriate modifications within the scope of the technical concept of the invention described in the claims.

なお、本発明の他の形態によれば、上述した二次電池2を充電する二次電池の充電方法もまた、提供される。二次電池の充電方法は、二次電池2を充電するための電力を供給可能な充電電源(外部電源9)を用いて前記二次電池に充電処理を行う際に、前記二次電池の交流インピーダンスを測定することと、測定された交流インピーダンスから算出される負極の容量(電気二重層)成分に基づいて、前記二次電池の負極活物質層において金属リチウムの電析が発生しているか否かの判定を実施することと、を含むものである。 In addition, according to another aspect of the present invention, a secondary battery charging method for charging the above-described secondary battery 2 is also provided. A method for charging a secondary battery is that when charging the secondary battery using a charging power source (external power source 9) capable of supplying power for charging the secondary battery 2, an alternating current of the secondary battery is charged. By measuring the impedance and based on the capacity (electric double layer) component of the negative electrode calculated from the measured AC impedance, it is determined whether metal lithium is electrodeposited in the negative electrode active material layer of the secondary battery. This includes the following:

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 インピーダンス測定部、
8 制御部、
9 外部電源、
10 積層型電池、
11 正極集電体、
12 負極集電体、
13 正極活物質層、
15 負極活物質層、
17 固体電解質層、
17a 第1のサブ固体電解質層、
17b 電析成長抑止層、
17c 第2のサブ固体電解質層、
19 単電池層、
21 発電要素、
25 正極集電板、
27 負極集電板、
29 ラミネートフィルム、
81 CPU、
82 記憶部。
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 Impedance measurement section,
8 control unit,
9 External power supply,
10 Stacked battery,
11 positive electrode current collector,
12 negative electrode current collector,
13 positive electrode active material layer,
15 negative electrode active material layer,
17 solid electrolyte layer,
17a first sub-solid electrolyte layer,
17b electrodeposition growth inhibition layer,
17c second sub-solid electrolyte layer,
19 cell layer,
21 Power generation element,
25 positive electrode current collector plate,
27 negative electrode current collector plate,
29 Laminating film,
81 CPU,
82 Memory section.

Claims (18)

リチウムイオンを吸蔵放出可能な正極活物質を含有する正極活物質層が正極集電体の表面に配置されてなる正極と、
リチウムイオンを吸蔵放出可能な負極活物質を含有する負極活物質層が負極集電体の表面に配置されてなる負極と、
前記正極活物質層と前記負極活物質層との間に介在し、固体電解質を含有する固体電解質層と、
を有する発電要素を備え、
前記固体電解質層が、金属リチウムよりも電極電位の高い固体材料を含む電析成長抑止層を、サブ固体電解質層の間に位置するように有する、全固体リチウムイオン二次電池(ただし、複数の気孔を含む多孔性シート状の支持部材が前記固体電解質層内に埋め込まれ、リチウムよりもイオン化傾向が低い金属に由来した金属塩および/またはその金属イオンによって前記支持部材の表面の少なくとも一部がコーティングされているものを除く)。
a positive electrode in which a positive electrode active material layer containing a positive electrode active material capable of intercalating and deintercalating lithium ions is disposed on the surface of a positive electrode current collector;
a negative electrode in which a negative electrode active material layer containing a negative electrode active material capable of intercalating and deintercalating lithium ions is disposed on the surface of a negative electrode current collector;
a solid electrolyte layer interposed between the positive electrode active material layer and the negative electrode active material layer and containing a solid electrolyte;
Equipped with a power generation element having
An all-solid lithium ion secondary battery in which the solid electrolyte layer has an electrodeposition growth inhibiting layer containing a solid material having a higher electrode potential than metal lithium, located between the sub-solid electrolyte layers (however, an all-solid lithium ion secondary battery including A porous sheet-like support member containing pores is embedded in the solid electrolyte layer, and at least a portion of the surface of the support member is covered with a metal salt derived from a metal having a lower ionization tendency than lithium and/or its metal ions. (except those coated).
前記電析成長抑止層が、前記固体材料および前記固体電解質を含有する層である、請求項1に記載の全固体リチウムイオン二次電池。 The all-solid-state lithium ion secondary battery according to claim 1, wherein the electrodeposition growth inhibiting layer is a layer containing the solid material and the solid electrolyte. 前記固体電解質層が、前記電析成長抑止層と、前記電析成長抑止層を挟持する一対のサブ固体電解質層と、から構成されている、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。 The all-solid lithium ion diode according to claim 1 or 2, wherein the solid electrolyte layer is composed of the electrodeposition growth inhibiting layer and a pair of sub-solid electrolyte layers sandwiching the electrodeposition growth inhibiting layer. Next battery. 前記電析成長抑止層の外周縁部の少なくとも一部が、前記負極活物質層側に突出することによって、前記負極活物質層の側に位置する前記サブ固体電解質層の外周を覆うように構成されている、請求項3に記載の全固体リチウムイオン二次電池。 At least a part of the outer periphery of the electrodeposition growth inhibiting layer is configured to protrude toward the negative electrode active material layer to cover the outer periphery of the sub-solid electrolyte layer located on the negative electrode active material layer side. The all-solid-state lithium ion secondary battery according to claim 3, wherein the all-solid-state lithium ion secondary battery is 前記固体材料が導電性を有する材料である、請求項1~4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。 The all-solid lithium ion secondary battery according to claim 1, wherein the solid material is a conductive material. 前記電析成長抑止層は、前記固体材料が三次元的に連通した構造体を含む、請求項5に記載の全固体リチウムイオン二次電池。 The all-solid-state lithium ion secondary battery according to claim 5, wherein the electrodeposition growth inhibiting layer includes a structure in which the solid material is three-dimensionally connected. 請求項6に記載の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の交流インピーダンスを測定するインピーダンス測定部と、
前記インピーダンス測定部により測定された交流インピーダンスから算出される負極の容量(電気二重層)成分に基づいて、前記負極活物質層において金属リチウムの電析が発生しているか否かの判定を実施する制御部と、
を備える、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 according to claim 6,
an impedance measurement unit that measures AC impedance of the all-solid-state lithium ion secondary battery;
Based on the capacity (electric double layer) component of the negative electrode calculated from the AC impedance measured by the impedance measuring section, it is determined whether or not metal lithium is deposited in the negative electrode active material layer. a control unit;
An all-solid-state lithium-ion secondary battery system.
前記制御部は、前記全固体リチウムイオン二次電池に対して充電処理を行う際に前記判定を実施し、
この際、前記制御部は、前記負極活物質層において金属リチウムの電析が発生したと判定したときに、前記電析が発生しにくくなるように前記充電処理の条件を変更する、請求項7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 performs the determination when performing charging processing on the all-solid-state lithium ion secondary battery,
At this time, when the control unit determines that metal lithium electrodeposition has occurred in the negative electrode active material layer, it changes the conditions of the charging process so that the electrodeposition is less likely to occur. The all-solid-state lithium ion secondary battery system described in .
前記制御部は、前記負極活物質層において金属リチウムの電析が発生したと判定したときに、充電を停止する、請求項8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 system according to claim 8, wherein the control unit stops charging when determining that metal lithium electrodeposition has occurred in the negative electrode active material layer. 前記制御部は、前記負極活物質層において金属リチウムの電析が発生したと判定したときに、充電を停止し、その後、前記全固体リチウムイオン二次電池に対して放電処理を行う、請求項9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, when determining that metal lithium electrodeposition has occurred in the negative electrode active material layer, stops charging and then performs a discharging process on the all-solid-state lithium ion secondary battery. 9. The all-solid-state lithium ion secondary battery system according to 9. 前記制御部は、前記放電処理を行う際に、前記インピーダンス測定部により測定された交流インピーダンスから算出される負極の容量(電気二重層)成分に基づいて、前記負極活物質層において電析により発生していた金属リチウムのデンドライトが溶解したか否かの判定を実施する、請求項10に記載の全固体リチウムイオン二次電池システム。 When performing the discharge treatment, the control unit is configured to control the amount of electricity generated by electrodeposition in the negative electrode active material layer based on the capacity (electric double layer) component of the negative electrode calculated from the AC impedance measured by the impedance measurement unit. The all-solid-state lithium ion secondary battery system according to claim 10, wherein a determination is made as to whether or not dendrites of metallic lithium that had been dissolved have been dissolved. 前記制御部は、前記負極活物質層において電析により発生していた金属リチウムのデンドライトが溶解したと判定したときに、放電を停止し、その後、前記全固体リチウムイオン二次電池に対して前記充電処理の際の充電電流よりも小さい充電電流またはCレートでの充電処理を行う、請求項11に記載の全固体リチウムイオン二次電池システム。 When the control unit determines that metallic lithium dendrites generated by electrodeposition in the negative electrode active material layer have been dissolved, the control unit stops discharging, and then controls the all-solid-state lithium ion secondary battery to The all-solid-state lithium ion secondary battery system according to claim 11, wherein the charging process is performed at a charging current or a C rate that is smaller than the charging current during the charging process. リチウムイオンを吸蔵放出可能な正極活物質を含有する正極活物質層が正極集電体の表面に配置されてなる正極と、
リチウムイオンを吸蔵放出可能な負極活物質を含有する負極活物質層が負極集電体の表面に配置されてなる負極と、
前記正極活物質層と前記負極活物質層との間に介在し、固体電解質を含有する固体電解質層と、
を有する発電要素を備え、
前記固体電解質層が、金属リチウムよりも電極電位の高い固体材料を含む電析成長抑止層を、サブ固体電解質層の間に位置するように有し、
前記固体材料が導電性を有する材料であり、
前記電析成長抑止層は、前記固体材料が三次元的に連通した構造体を含む、全固体リチウムイオン二次電池(ただし、複数の気孔を含む多孔性シート状の支持部材が前記固体電解質層内に埋め込まれ、リチウムよりもイオン化傾向が低い金属に由来した金属塩および/またはその金属イオンによって前記支持部材の表面の少なくとも一部がコーティングされているものを除く)の充電方法であって、
前記全固体リチウムイオン二次電池を充電するための電力を供給可能な充電電源を用いて前記全固体リチウムイオン二次電池に充電処理を行う際に、前記全固体リチウムイオン二次電池の交流インピーダンスを測定することと、
測定された交流インピーダンスから算出される負極の容量(電気二重層)成分に基づいて、前記負極活物質層において金属リチウムの電析が発生しているか否かを判定することと、
を含む、全固体リチウムイオン二次電池の充電方法。
a positive electrode in which a positive electrode active material layer containing a positive electrode active material capable of intercalating and deintercalating lithium ions is disposed on the surface of a positive electrode current collector;
a negative electrode in which a negative electrode active material layer containing a negative electrode active material capable of intercalating and deintercalating lithium ions is disposed on the surface of a negative electrode current collector;
a solid electrolyte layer interposed between the positive electrode active material layer and the negative electrode active material layer and containing a solid electrolyte;
Equipped with a power generation element having
The solid electrolyte layer has an electrodeposition growth inhibiting layer containing a solid material having a higher electrode potential than metallic lithium, located between the sub-solid electrolyte layers,
The solid material is a conductive material,
The electrodeposition growth inhibiting layer is an all-solid-state lithium ion secondary battery including a structure in which the solid material is three-dimensionally connected (provided that a porous sheet-like support member containing a plurality of pores is connected to the solid electrolyte layer). lithium, wherein at least a portion of the surface of the support member is coated with a metal salt and/or metal ions thereof derived from a metal embedded in the support member and having a lower ionization tendency than lithium, the method comprising:
When performing charging processing on the all-solid-state lithium-ion secondary battery using a charging power source capable of supplying power for charging the all-solid-state lithium-ion secondary battery, the AC impedance of the all-solid-state lithium-ion secondary battery to measure and
Determining whether or not metal lithium is electrodeposited in the negative electrode active material layer based on the capacity (electric double layer) component of the negative electrode calculated from the measured AC impedance;
A method for charging an all- solid-state lithium-ion secondary battery, including:
固体電解質材料を圧粉成形して、シート状である第1のサブ固体電解質層を作製することと、
前記第1のサブ固体電解質層の少なくとも一方の露出表面に、固体電解質材料および金属リチウムよりも電極電位の高い固体材料を圧粉成形して、シート状である電析成長抑止層を作製することと、
前記電析成長抑止層の露出表面に、固体電解質材料を圧粉成形して、シート状である第2のサブ固体電解質層を作製することと、
を含む、全固体リチウムイオン二次電池用固体電解質層の製造方法。
Powder forming a solid electrolyte material to produce a sheet-like first sub-solid electrolyte layer;
A sheet-like electrodeposition growth inhibiting layer is produced by compacting a solid material having a higher electrode potential than the solid electrolyte material and metallic lithium on the exposed surface of at least one of the first sub-solid electrolyte layers. and,
Pressing a solid electrolyte material onto the exposed surface of the electrodeposition growth inhibiting layer to produce a sheet-like second sub-solid electrolyte layer;
A method for producing a solid electrolyte layer for an all-solid lithium ion secondary battery, comprising:
固体電解質材料を圧粉成形して、シート状である第1のサブ固体電解質層を作製することと、
前記第1のサブ固体電解質層の少なくとも一方の露出表面に、固体電解質材料および金属リチウムよりも電極電位の高い固体材料を圧粉仮成形して、電析成長抑止層の前駆体を作製することと、
前記前駆体の外周縁部の少なくとも一部を除く部位を圧粉本成形して、外周縁部の少なくとも一部によって囲まれた凹部を有する電析成長抑止層を作製することと、
前記電析成長抑止層の前記凹部に固体電解質材料を圧粉成形して、前記電析成長抑止層の外周縁部の少なくとも一部によって外周が覆われた第2のサブ固体電解質層を作製することと、
を含む、全固体リチウムイオン二次電池用固体電解質層の製造方法。
Powder forming a solid electrolyte material to produce a sheet-like first sub-solid electrolyte layer;
Preliminarily compacting a solid material having a higher electrode potential than the solid electrolyte material and metallic lithium on the exposed surface of at least one of the first sub-solid electrolyte layers to produce a precursor for the electrodeposition growth inhibiting layer. and,
A portion of the precursor excluding at least a portion of the outer periphery is subjected to powder compaction to produce an electrodeposition growth inhibiting layer having a recessed portion surrounded by at least a portion of the outer periphery;
A solid electrolyte material is compacted into the recessed portion of the electrodeposition growth suppression layer to produce a second sub-solid electrolyte layer whose outer periphery is covered with at least a portion of the outer peripheral edge of the electrodeposition growth suppression layer. And,
A method for producing a solid electrolyte layer for an all-solid lithium ion secondary battery, comprising:
前記固体材料が導電性を有する材料である、請求項14または15に記載の全固体リチウムイオン二次電池用固体電解質層の製造方法。 The method for manufacturing a solid electrolyte layer for an all-solid-state lithium ion secondary battery according to claim 14 or 15, wherein the solid material is a conductive material. 前記電析成長抑止層は、前記固体材料が三次元的に連通した構造体を含む、請求項16に記載の全固体リチウムイオン二次電池用固体電解質層の製造方法。 17. The method for manufacturing a solid electrolyte layer for an all-solid-state lithium ion secondary battery according to claim 16, wherein the electrodeposition growth inhibiting layer includes a structure in which the solid material is three-dimensionally connected. リチウムイオンを吸蔵放出可能な正極活物質を含有する正極活物質層が正極集電体の表面に配置されてなる正極と、
リチウムイオンを吸蔵放出可能な負極活物質を含有する負極活物質層が負極集電体の表面に配置されてなる負極と、
前記正極活物質層と前記負極活物質層との間に介在し、固体電解質を含有する固体電解質層と、
を有する発電要素を備える全固体リチウムイオン二次電池の製造方法であって、
請求項14~17のいずれか1項に記載の製造方法によって前記固体電解質層を製造することを含む、全固体リチウムイオン二次電池の製造方法。
a positive electrode in which a positive electrode active material layer containing a positive electrode active material capable of intercalating and deintercalating lithium ions is disposed on the surface of a positive electrode current collector;
a negative electrode in which a negative electrode active material layer containing a negative electrode active material capable of intercalating and deintercalating lithium ions is disposed on the surface of a negative electrode current collector;
a solid electrolyte layer interposed between the positive electrode active material layer and the negative electrode active material layer and containing a solid electrolyte;
A method for manufacturing an all-solid-state lithium ion secondary battery comprising a power generation element having the following steps:
A method for manufacturing an all-solid lithium ion secondary battery, comprising manufacturing the solid electrolyte layer by the manufacturing method according to any one of claims 14 to 17.
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