JP7542469B2 - Secondary battery, battery pack, and vehicle - Google Patents
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Description
本発明の実施形態は、電極及び二次電池等に関する。 Embodiments of the present invention relate to electrodes and secondary batteries, etc.
近年、高エネルギー密度電池として、リチウムイオン二次電池や非水電解質二次電池などの二次電池の研究開発が盛んに進められている。二次電池は、ハイブリッド自動車や電気自動車といった車両用電源、又は携帯電話基地局の無停電電源用などの電源として期待されている。そのため、二次電池にはエネルギー密度に加え、急速充放電性能や長期信頼性などといった他の性能に優れることも要求されている。 In recent years, research and development of high-energy density secondary batteries, such as lithium-ion secondary batteries and nonaqueous electrolyte secondary batteries, has been actively conducted. Secondary batteries are expected to be used as power sources for vehicles such as hybrid cars and electric cars, or as uninterruptible power sources for mobile phone base stations. Therefore, in addition to energy density, secondary batteries are also required to have other excellent performances, such as rapid charge/discharge performance and long-term reliability.
カーボン系負極を用いた電池は、急速充放電を繰り返すと、電極上に金属リチウムのデンドライト析出が生じ、内部短絡による発熱や発火の虞があった。そこで、炭素質物の代わりに金属複合酸化物を負極に用いた電池が開発された。例えば、Li4Ti5O12を負極に用いた電池は、安定的な急速充放電が可能であり、カーボン系負極を用いた電池と比較して寿命も長い。 When batteries using carbon-based negative electrodes are repeatedly charged and discharged rapidly, lithium metal dendrites are formed on the electrodes, which can cause internal short circuits and lead to heat generation and fire. Therefore, batteries using metal composite oxides instead of carbonaceous materials for the negative electrode have been developed. For example, batteries using Li 4 Ti 5 O 12 for the negative electrode are capable of stable rapid charging and discharging, and have a longer life than batteries using carbon-based negative electrodes.
本発明の実施形態は、容量低下が抑制された二次電池を実現できる電極及び容量低下が抑制された二次電池等を提供することを目的とする。 The present invention aims to provide an electrode that can realize a secondary battery with reduced capacity loss, and a secondary battery with reduced capacity loss, etc.
実施形態によれば、第1電極と第2電極とを具備する二次電池が提供される。第1電極は、第1活物質含有層と、第1固体電解質層とを具備する。第1活物質含有層は、二相共存反応をする第1活物質を含有し、第1方向に沿う一対の第1辺を含む第1主面を有する。第2電極は、第1電極に対する対極を含む。第2電極は、単一固相反応をする第2活物質を含有する第2活物質含有層を具備する。第1固体電解質層は、第1活物質含有層の第1主面上に設けられており、固体電解質を含有する。第1固体電解質層は、上記一対の第1辺の少なくとも一方に沿い、且つ、上記一対の第1辺の間の第1幅FAに対し0.03FA以上0.25FA以下の第1周縁幅FSを有する第1部を含む。第1活物質含有層は、第1固体電解質層が設けられていない第1固体電解質非担持部を含む。 According to the embodiment, a secondary battery including a first electrode and a second electrode is provided. The first electrode includes a first active material-containing layer and a first solid electrolyte layer . The first active material-containing layer contains a first active material that undergoes a two-phase coexistence reaction and has a first main surface including a pair of first sides along a first direction. The second electrode includes a counter electrode for the first electrode. The second electrode includes a second active material-containing layer that contains a second active material that undergoes a single solid-phase reaction. The first solid electrolyte layer is provided on the first main surface of the first active material-containing layer and contains a solid electrolyte. The first solid electrolyte layer includes a first portion along at least one of the pair of first sides and having a first peripheral width F S of 0.03 F A or more and 0.25 F A or less with respect to a first width F A between the pair of first sides. The first active material-containing layer includes a first solid electrolyte non-supporting portion on which the first solid electrolyte layer is not provided.
更に他の実施形態によれば、上記実施形態に係る二次電池を具備する電池パックが提供される。 According to yet another embodiment, a battery pack is provided that includes the secondary battery according to the above embodiment.
また更に他の実施形態によれば、上記実施形態に係る電池パックを具備する車両が提供される。 According to yet another embodiment, a vehicle is provided that includes a battery pack according to the above embodiment.
Li4Ti5O12に代表されるスピネル構造を有するリチウムチタン酸化物では、充放電反応が二相共存反応で進行する。そのため、スピネル構造を有するリチウムチタン酸化物は、多くの他の負極活物質とは異なり、平坦な充放電電位を示す。電位が平坦であるリチウムチタン酸化物を用いた負極では、電位勾配がないため電極内のリチウムイオンの濃度分布が緩和されにくい。従って、二相共存反応をする活物質を用いた負極では、単一固相反応により充放電が進む活物質を用いた電極よりも緩和速度が遅い。その結果、例えば、スピネル型Li4Ti5O12を活物質に用いた負極と、単一固相反応をする固溶体であるリチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物を活物質に用いた正極とを組み合わせた電池では、負極と正極との間でリチウムイオンの濃度分布の緩和速度に差が生じることになる。 In lithium titanium oxides having a spinel structure, such as Li 4 Ti 5 O 12 , the charge and discharge reaction proceeds as a two-phase coexistence reaction. Therefore, unlike many other negative electrode active materials, lithium titanium oxides having a spinel structure show a flat charge and discharge potential. In a negative electrode using lithium titanium oxide with a flat potential, the concentration distribution of lithium ions in the electrode is difficult to relax because there is no potential gradient. Therefore, in a negative electrode using an active material that undergoes a two-phase coexistence reaction, the relaxation rate is slower than that of an electrode using an active material in which charging and discharging proceeds by a single solid-phase reaction. As a result, for example, in a battery that combines a negative electrode using spinel-type Li 4 Ti 5 O 12 as an active material and a positive electrode using lithium nickel cobalt manganese composite oxide, which is a solid solution that undergoes a single solid-phase reaction, a difference occurs in the relaxation rate of the concentration distribution of lithium ions between the negative electrode and the positive electrode.
負極と正極との間にLi(リチウム)濃度分布の緩和速度の差があると、高いレートでの充放電に伴って各々の電極の面内でLi濃度分布にムラが生じる場合がある。急速充放電を繰り返すと、ムラのあるLi濃度分布を解消せずにさらに分布が偏り、Li濃度分布の偏りの進行に伴って電池容量が低下する。 If there is a difference in the rate at which the Li (lithium) concentration distribution relaxes between the negative electrode and the positive electrode, unevenness in the Li concentration distribution may occur within the surface of each electrode as a result of high-rate charging and discharging. Repeated rapid charging and discharging will not eliminate the uneven Li concentration distribution, but will further bias the distribution, and the battery capacity will decrease as the bias in the Li concentration distribution progresses.
二相共存反応をする活物質を用いた正極と単一固相反応をする活物質を用いた負極とを組み合わせた電池においても、同様な現象が起こり得る。例えば、正極活物質として慣用されているLiFePO4に代表されるオリビン構造を有するリン酸鉄リチウムでは、二相共存反応で充放電反応が進行する。例えば、オリビン型LiFePO4を活物質に用いた正極と、固溶体であるニオブチタン酸化物を活物質に用いた負極とを組み合わせた電池では、正極と負極との間のLi濃度分布の緩和速度の差に起因して、急速充放電を繰り返すと電池容量が低下し得る。 A similar phenomenon may occur in a battery that combines a positive electrode using an active material that undergoes a two-phase coexistence reaction with a negative electrode using an active material that undergoes a single solid-phase reaction. For example, in lithium iron phosphate having an olivine structure, represented by LiFePO 4 , which is commonly used as a positive electrode active material, the charge and discharge reaction proceeds by a two-phase coexistence reaction. For example, in a battery that combines a positive electrode using olivine-type LiFePO 4 as an active material and a negative electrode using niobium titanium oxide, which is a solid solution, as an active material, the battery capacity may decrease when rapid charge and discharge are repeated due to the difference in the relaxation rate of the Li concentration distribution between the positive electrode and the negative electrode.
上記容量低下は一時的な電池性能の減少であって、永続的な電池の劣化ではない。急速充放電を繰り返した後、急速ではないレート(例えば、1C/1Cレート)で充放電サイクルを複数回実施することで、電池容量を回復させることができる。利便性を鑑みると、たとえ一時的な現象であっても、電池容量の低下を抑えることが望ましい。以下に説明する実施形態では、上述の一時的な容量低下が抑制される。 The above capacity decrease is a temporary decrease in battery performance, not a permanent deterioration of the battery. After repeated rapid charging and discharging, the battery capacity can be restored by performing multiple charge and discharge cycles at a non-rapid rate (e.g., 1C/1C rate). From the perspective of convenience, it is desirable to suppress the decrease in battery capacity, even if it is a temporary phenomenon. In the embodiment described below, the above-mentioned temporary capacity decrease is suppressed.
以下、実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、以下の説明において、同一又は類似した機能を発揮する構成要素には全ての図面を通じて同一の参照符号を付し、重複する説明は省略する。なお、各図は実施形態の説明とその理解を促すための模式図であり、その形状や寸法、比などは実際の装置と異なる点があるが、これらは以下の説明と公知の技術を参酌して適宜設計変更することができる。 The following describes the embodiments with reference to the drawings. In the following description, components that perform the same or similar functions are given the same reference numerals throughout the drawings, and duplicate descriptions are omitted. Each figure is a schematic diagram to facilitate the explanation and understanding of the embodiments, and the shapes, dimensions, ratios, etc. may differ from the actual device, but these can be appropriately modified in design by taking into account the following explanation and known technology.
[第1の実施形態]
第1の実施形態によれば、電極が提供される。係る電極は、二相共存反応をする活物質を含有する活物質含有層を具備する。ここで、二相共存反応をする活物質を第1活物質と呼び、この第1活物質を含有する活物質含有層を第1活物質含有層と呼ぶことがある。上記活物質含有層(第1活物質含有層)は、第1方向に沿う一対の第1辺を含む主面を有する。ここで、第1活物質含有層の主面を、第1主面と呼ぶことがある。上記主面(第1主面)内の第1領域を含んだ外縁部における、活物質含有層(第1活物質含有層)の主面(第1主面)と交差する厚さ方向へのリチウム拡散係数DtEは、上記主面(第1主面)のうち外縁部を除く中心部における厚さ方向へのリチウム拡散係数DtCより高い。第1領域は、一対の第1辺の少なくとも一方に沿っている。尚且つ、第1領域は、一対の第1辺の間の第1幅FAに対し0.03FA以上0.25FA以下の第1周縁幅FSを有する。
[First embodiment]
According to the first embodiment, an electrode is provided. The electrode includes an active material-containing layer containing an active material that undergoes a two-phase coexistence reaction. Here, the active material that undergoes a two-phase coexistence reaction is sometimes called a first active material, and the active material-containing layer containing this first active material is sometimes called a first active material-containing layer. The active material-containing layer (first active material-containing layer) has a main surface including a pair of first sides along a first direction. Here, the main surface of the first active material-containing layer is sometimes called a first main surface. The lithium diffusion coefficient Dt E in the thickness direction intersecting with the main surface (first main surface) of the active material-containing layer (first active material-containing layer) at the outer edge portion including the first region in the main surface (first main surface) is higher than the lithium diffusion coefficient Dt C in the thickness direction at the center portion of the main surface (first main surface) excluding the outer edge portion . The first region is along at least one of the pair of first sides. Furthermore, the first region has a first peripheral width F S of 0.03F A or more and 0.25F A or less with respect to a first width F A between the pair of first sides.
係る電極の具体的な態様によれば、該電極は、第1活物質含有層の第1主面上に設けられている第1固体電解質層をさらに具備している。第1固体電解質層は、固体電解質を含有する。第1固体電解質層は、上記一対の第1辺の少なくとも一方に沿う第1部を含む。第1部は、一対の第1辺の間の第1幅FAに対し0.03FA以上0.25FA以下の第1周縁幅FSを有する。本態様によれば、上記第1領域は、電極のうち第1固体電解質層の第1部が設けられている部分に対応する。第1活物質含有層は、第1固体電解質層が設けられていない第1固体電解質非担持部を含む。 According to a specific aspect of the electrode, the electrode further comprises a first solid electrolyte layer provided on the first main surface of the first active material-containing layer. The first solid electrolyte layer contains a solid electrolyte. The first solid electrolyte layer includes a first portion along at least one of the pair of first sides. The first portion has a first peripheral width F S of 0.03 F A or more and 0.25 F A or less with respect to a first width F A between the pair of first sides. According to this aspect, the first region corresponds to a portion of the electrode where the first portion of the first solid electrolyte layer is provided. The first active material-containing layer includes a first solid electrolyte-free portion where the first solid electrolyte layer is not provided.
係る電極は、電池用電極であり得る。該電極は、例えば、リチウムイオン電池や非水電解質電池等の二次電池に用いられる電極であり得る。電極は、その態様によって、二次電池の負極又は正極であり得る。なお、係る電極を含んだ二次電池は、当該電池に対する対極を含み得る。両者を区別する目的で、第1の実施形態に係る電極を第1電極とよび、対極を第2電極と呼ぶことがある。 The electrode may be a battery electrode. The electrode may be an electrode used in a secondary battery, such as a lithium ion battery or a nonaqueous electrolyte battery. The electrode may be a negative electrode or a positive electrode of the secondary battery depending on the form. A secondary battery including the electrode may include a counter electrode for the battery. To distinguish between the two, the electrode according to the first embodiment may be called a first electrode, and the counter electrode may be called a second electrode.
電極(第1電極)は、集電体を含み得る。活物質含有層(第1活物質含有層)は、集電体の片方の主面又は表裏両方の主面に担持され得る。活物質含有層(第1活物質含有層)は、二相共存反応をする活物質(第1活物質)に加え、導電剤及び結着剤をさらに含むことができる。 The electrode (first electrode) may include a current collector. The active material-containing layer (first active material-containing layer) may be supported on one main surface or both main surfaces of the current collector. The active material-containing layer (first active material-containing layer) may further include a conductive agent and a binder in addition to the active material (first active material) that undergoes a two-phase coexistence reaction.
二次電池では、例えば、アルカリ金属イオンを電荷のキャリアイオンとし、正極と負極との間のキャリアイオンの行き来によって充放電が行われ得る。キャリアイオンとしては、例えば、リチウムイオンやナトリウムイオンが挙げられる。二次電池の具体例としては、リチウムイオンが正極と負極との間を行き来することで充放電が行われるリチウムイオン二次電池が挙げられる。典型的には、正極と負極との間をキャリアイオンが行き来する面積を確保するために、電池内で正極と負極は面で向かい合うように配置される。 In a secondary battery, for example, alkali metal ions are used as charge carrier ions, and charging and discharging can be performed by the movement of carrier ions between the positive electrode and the negative electrode. Examples of carrier ions include lithium ions and sodium ions. A specific example of a secondary battery is a lithium ion secondary battery, in which charging and discharging are performed by the movement of lithium ions between the positive electrode and the negative electrode. Typically, the positive electrode and the negative electrode are arranged so that their faces face each other within the battery in order to ensure an area for the movement of carrier ions between the positive electrode and the negative electrode.
二次電池の急速充放電が行われる際、正極及び負極の各々の面に沿った中央部分及び端部付近とで、キャリアイオンの拡散速度に差が生じる場合がある。具体的には、各電極の中央部分にて厚さ方向へのキャリアイオン拡散が速い傾向があり、端に沿った部分では厚さ方向へのキャリアイオン拡散が遅い傾向がある。ここでいう厚さ方向とは即ち、向かい合う面と交差する方向であって、正極から負極へ向かう方向、及び負極から正極へ向かう方向にそれぞれ沿っている。正極及び負極のそれぞれの面内の中央領域と端部領域とで厚さ方向へのキャリアイオンの拡散速度にこのような差があるため、急速充放電のサイクルを繰り返すと各電極の中央部分にてキャリアイオンが多く端部にてキャリアイオンが少ない濃度分布が生じる傾向がある。 When a secondary battery is rapidly charged and discharged, there may be a difference in the diffusion rate of carrier ions between the center and the edge of each surface of the positive and negative electrodes. Specifically, carrier ion diffusion in the thickness direction tends to be fast in the center of each electrode, and carrier ion diffusion in the thickness direction tends to be slow in the edge portions. The thickness direction here means the direction that intersects with the opposing surfaces, and is along the direction from the positive electrode to the negative electrode and the direction from the negative electrode to the positive electrode, respectively. Because there is such a difference in the diffusion rate of carrier ions in the thickness direction between the center and edge regions of each surface of the positive and negative electrodes, repeated rapid charge and discharge cycles tend to result in a concentration distribution in which there are more carrier ions in the center of each electrode and fewer carrier ions at the edges.
正極と負極との間で活物質によるキャリアイオンの濃度分布の緩和速度が異なると、緩和速度の差に起因して正極と負極との間で上述の急速充放電による濃度分布のムラの程度にズレが生じる。急速充放電の繰り返しサイクルが進行するにつれて、正極と負極とで濃度分布のズレが大きくなるとともに、電池容量が低下する。 If the rate at which the concentration distribution of carrier ions caused by the active material relaxes differs between the positive and negative electrodes, the difference in the relaxation rates will cause a difference in the degree of unevenness in the concentration distribution caused by the rapid charging and discharging described above between the positive and negative electrodes. As repeated cycles of rapid charging and discharging progress, the difference in the concentration distribution between the positive and negative electrodes increases, and the battery capacity decreases.
実施形態に係る電極(第1電極)では、電極面の端部領域に対応する活物質含有層の主面の第1領域を含む外縁部における厚さ方向へのリチウム拡散係数DtEが、主面のうち外縁部を除いた中心部における厚さ方向へのリチウム拡散係数DtCより高い。ここでいう厚さ方向は、活物質含有層の主面と交差する方向である。このように電極面内の中央領域よりも端部領域での厚さ方向へのキャリアイオンの拡散速度が速いことで、急速充放電による電極面内のキャリアイオンの濃度分布のムラを少なくすることができる。従って、濃度分布の緩和速度が異なる正極及び負極を用いた二次電池における両電極間の濃度分布のズレを低減し、ひいては急速充放電を繰り返した際に生じ得る一時的な容量低下を抑制することができる。 In the electrode (first electrode) according to the embodiment, the lithium diffusion coefficient DtE in the thickness direction at the outer edge including the first region of the main surface of the active material-containing layer corresponding to the end region of the electrode surface is higher than the lithium diffusion coefficient DtC in the thickness direction at the center of the main surface excluding the outer edge. The thickness direction here is the direction intersecting the main surface of the active material-containing layer. In this way, the diffusion rate of carrier ions in the thickness direction in the end region is faster than that in the central region of the electrode surface, so that the unevenness of the concentration distribution of carrier ions in the electrode surface due to rapid charging and discharging can be reduced. Therefore, the deviation of the concentration distribution between the two electrodes in a secondary battery using a positive electrode and a negative electrode with different relaxation rates of the concentration distribution can be reduced, and thus the temporary capacity decrease that may occur when rapid charging and discharging is repeated can be suppressed.
第1電極が含む第1活物質含有層は、二相共存反応をする第1活物質を含有する。第1活物質含有層は、第1主面を有する。第1主面は、例えば、帯形状又は矩形形状を有し得る。第1主面は、第1方向に沿う一対の第1辺を含む。 The first active material-containing layer of the first electrode contains a first active material that undergoes a two-phase coexistence reaction. The first active material-containing layer has a first main surface. The first main surface may have, for example, a band shape or a rectangular shape. The first main surface includes a pair of first sides that are aligned along a first direction.
電極の厚さ方向へのリチウム拡散係数DtEが第1主面の中心部におけるリチウム拡散係数DtCより高い外縁部には、一対の第1辺のうち少なくとも一方に沿う第1領域が含まれる。即ち、外縁部は、第1主面のうちの端の部分に該当する。外縁部は、一対の第1辺の一方に沿う1つの第1領域を含むことができ、又は一対の第1辺のそれぞれに沿う一対の第1領域を含むことができる。 The outer edge portion, in which the lithium diffusion coefficient DtE in the thickness direction of the electrode is higher than the lithium diffusion coefficient DtC in the center of the first main surface, includes a first region along at least one of the pair of first sides. That is, the outer edge portion corresponds to an end portion of the first main surface. The outer edge portion may include one first region along one of the pair of first sides, or may include a pair of first regions along each of the pair of first sides.
第1主面内の外縁部が含む第1領域は、一対の第1辺の一方又は両方に沿う第1周縁幅FSを有する領域に該当する。ここで、各第1領域の第1周縁幅FSは、一対の第1辺の間の第1幅FA、即ち第2方向への第1活物質含有層の幅(集電体を除いた電極の幅)に対し0.03FA以上0.25FA以下の範囲内にある。一対の第1領域の間で、第1周縁幅FSは同じであってもよく、異なっていてもよい。 The first region included in the outer edge portion within the first main surface corresponds to a region having a first peripheral width F S along one or both of the pair of first sides. Here, the first peripheral width F S of each first region is in the range of 0.03 F A or more and 0.25 F A or less with respect to the first width F A between the pair of first sides, i.e., the width of the first active material-containing layer in the second direction (the width of the electrode excluding the current collector). The first peripheral width F S between the pair of first regions may be the same or different.
第1主面内の外縁部は、上記第1領域に加え、第2領域をさらに含むことができる。第1主面は第1方向と交差する第2方向に沿う一対の第2辺をさらに含み得るところ、第2領域は、この一対の第2辺の少なくとも一方に沿っている。外縁部は、一対の第2辺の一方に沿う1つの第2領域を含むことができ、又は一対の第2辺のそれぞれに沿う一対の第2領域を含むことができる。 The outer edge portion within the first main surface may further include a second region in addition to the first region. The first main surface may further include a pair of second sides along a second direction intersecting the first direction, and the second region is along at least one of the pair of second sides. The outer edge portion may include one second region along one of the pair of second sides, or may include a pair of second regions along each of the pair of second sides.
各第2領域は、一対の第2辺の間の第2幅SA、即ち第1方向への第1活物質含有層の幅(集電体を除いた電極の幅)に対し0.25SA以下の第2周縁幅SSを有する。第2領域の第2周縁幅SSは、0.03SA以上であることが好ましい。一対の第2領域の間で、第2周縁幅SSは同じであってもよく、異なっていてもよい。また、各第2領域の第2周縁幅SSは、第1領域の第1周縁幅FSと同じであってもよく、異なっていてもよい。 Each second region has a second width S A between a pair of second sides, i.e., a second peripheral width S S of 0.25 S A or less relative to the width of the first active material-containing layer in the first direction (the width of the electrode excluding the current collector). The second peripheral width S S of the second region is preferably 0.03 S A or more. The second peripheral width S S between a pair of second regions may be the same or different. Furthermore, the second peripheral width S S of each second region may be the same as or different from the first peripheral width F S of the first region.
外縁部のうち第1領域及び第2領域の何れにおいても、電極の厚さ方向へのリチウム拡散係数(DtE)は、中心部にでの厚さ方向へのリチウム拡散係数DtCより高い。 In both the first and second regions of the outer edge, the lithium diffusion coefficient (Dt E ) in the thickness direction of the electrode is higher than the lithium diffusion coefficient Dt C in the thickness direction at the center.
外縁部が第1領域のみ含む場合は、外縁部は、例えば、第1主面の第1辺に沿った長辺を含む帯形状を有し得る。つまり外縁部は、長辺が一対の第1辺の一方に沿った帯形状の第1領域、又は各々の長辺が両方の第1辺にそれぞれ沿った一対の帯形状の第1領域を含み得る。 When the outer edge portion includes only the first region, the outer edge portion may have, for example, a band shape including a long side along the first side of the first main surface. In other words, the outer edge portion may include a band-shaped first region whose long side is along one of the pair of first sides, or a pair of band-shaped first regions whose long sides are along both first sides.
第2領域を含む電極では、第1領域と第2領域とが重なり得る。例えば、少なくとも1つの第1領域と少なくとも1つの第2領域を含んだ電極では、第1主面のうち1以上の角付近の部分にて第1領域と第2領域が重なり得る。具体的な例として、矩形形状の第1主面を有する第1活物質含有層を含んだ電極において外縁部が1対の第1領域と1対の第2領域を含む場合、第1主面の四角のそれぞれにおいてFS×SSの面積の部分にて第1領域と第2領域が重なった状態にあり得る。この例では、第1領域と第2領域とが組み合わさって、第1主面の外周の内側をなぞる枠形状の外縁部を構成し得る。 In an electrode including a second region, the first region and the second region may overlap. For example, in an electrode including at least one first region and at least one second region, the first region and the second region may overlap at a portion near one or more corners of the first main surface. As a specific example, in an electrode including a first active material-containing layer having a rectangular first main surface, when the outer edge portion includes a pair of first regions and a pair of second regions, the first region and the second region may overlap at each of the four corners of the first main surface in a portion having an area of F S ×S S S. In this example, the first region and the second region may be combined to form a frame-shaped outer edge portion that traces the inside of the periphery of the first main surface.
具体的な態様によれば、第1主面のうち外縁部に当たる部分の上に、第1固体電解質層が設けられている。外縁部を除いた中心部に当たる部分には、第1固体電解質層が設けられない。この部分を、第1固体電解質非担持部と呼ぶ。第1固体電解質層には固体電解質が含まれており、リチウムイオン等のキャリアイオンに対する伝導性を示す。外縁部に第1固体電解質層が含まれていることで、外縁部での厚さ方向へのリチウム拡散係数DtEが、固体電解質の層を含まない中心部(第1固体電解質非担持部)での厚さ方向へのリチウム拡散係数DtCよりも高くなっている。 According to a specific embodiment, a first solid electrolyte layer is provided on a portion of the first main surface that corresponds to the outer edge. The first solid electrolyte layer is not provided on a portion that corresponds to the center except for the outer edge. This portion is called a first solid electrolyte non-supporting portion. The first solid electrolyte layer contains a solid electrolyte and exhibits conductivity to carrier ions such as lithium ions. By including the first solid electrolyte layer in the outer edge, the lithium diffusion coefficient Dt E in the thickness direction at the outer edge is higher than the lithium diffusion coefficient Dt C in the thickness direction at the center (first solid electrolyte non-supporting portion) that does not include a solid electrolyte layer.
第1固体電解質層は、第1主面の第1辺の少なくとも一方に沿う第1部を少なくとも含む。第1固体電解質層の第1部は、第1主面上の第1固体電解質層のうち外縁部の第1領域上に設けられている部分に該当する。従って、第1固体電解質層は、一対の第1辺の一方に沿う1つの第1部を含むことができ、又は一対の第1辺のそれぞれに沿う一対の第1部を含むことができる。また、各第1部は、一対の第1辺の間の第1幅FAに対し0.03FA以上0.25FA以下の第1周縁幅FSを有する。一対の第1部の間で、第1周縁幅FSは同じであってもよく、異なっていてもよい。第1辺間の第1幅FA及び第1部の第1周縁幅FSは、それぞれ同じ方向への幅である。 The first solid electrolyte layer includes at least a first portion along at least one of the first sides of the first main surface. The first portion of the first solid electrolyte layer corresponds to a portion of the first solid electrolyte layer on the first main surface that is provided on a first region of the outer edge portion. Thus, the first solid electrolyte layer can include one first portion along one of the pair of first sides, or can include a pair of first portions along each of the pair of first sides. Each first portion has a first peripheral width F S of 0.03 F A or more and 0.25 F A or less with respect to a first width F A between the pair of first sides. The first peripheral width F S between the pair of first portions may be the same or different. The first width F A between the first sides and the first peripheral width F S of the first portion are widths in the same direction.
第1固体電解質層は、第1主面の第2辺の少なくとも一方に沿う第2部をさらに含み得る。第1固体電解質層の第2部は、第1主面上の第1固体電解質層のうち外縁部の第2領域上に設けられている部分に該当する。従って、第1固体電解質層は、一対の第2辺の一方に沿う1つの第2部を含むことができ、又は一対の第2辺のそれぞれに沿う一対の第2部を含むことができる。また、各第2部は、一対の第2辺の間の第2幅SAに対し0.25SA以下の第2周縁幅SSを有する。第2周縁幅SSが0.03SA以上であることが好ましい。一対の第2部の間で、第2周縁幅SSは同じであってもよく、異なっていてもよい。各第2部の第2周縁幅SSは、第1部の第1周縁幅FSと同じであってもよく、異なっていてもよい。第2辺間の第2幅SA及び第2部の第2周縁幅SSは、それぞれ同じ方向への幅である。 The first solid electrolyte layer may further include a second portion along at least one of the second sides of the first main surface. The second portion of the first solid electrolyte layer corresponds to a portion of the first solid electrolyte layer on the first main surface that is provided on the second region of the outer edge. Thus, the first solid electrolyte layer may include one second portion along one of the pair of second sides, or may include a pair of second portions along each of the pair of second sides. Each second portion has a second peripheral width S S of 0.25 S A or less with respect to the second width S A between the pair of second sides. It is preferable that the second peripheral width S S is 0.03 S A or more. Between the pair of second portions, the second peripheral width S S may be the same or different. The second peripheral width S S of each second portion may be the same as the first peripheral width F S of the first portion, or may be different. The second width S A between the second sides and the second peripheral width S S of the second portion are each widths in the same direction.
集電体の両主面にそれぞれ第1活物質含有層が形成されている電極では、集電体の片方の主面上の第1活物質含有層の第1主面上に設けられた第1固体電解質層の第1部の位置及び幅(第1周縁幅FS)は、集電体の他方の主面上の第1活物質含有層の第1主面上の第1部の位置及び幅(第1周縁幅FS)と一致していることが望ましい。同様に、集電体の片方の主面上の第1活物質含有層の第1主面上に設けられた第1固体電解質層の第2部の位置及び幅(第2周縁幅SS)は、集電体の他方の主面上の第1活物質含有層の第1主面上の第2部の位置及び幅(第2周縁幅SS)と一致していることが望ましい。言い換えると、電極の両面にて、外縁部及び第1固体電解質層のレイアウトが一致することが望ましい。或いは、集電体の両主面にそれぞれ形成されている第1活物質含有層のうち一方の主面上にのみ第1固体電解質層が設けられていてもよい。 In an electrode in which a first active material-containing layer is formed on each of the two main surfaces of a current collector, the position and width (first peripheral width F S ) of the first part of the first solid electrolyte layer provided on the first main surface of the first active material-containing layer on one main surface of the current collector is preferably consistent with the position and width (first peripheral width F S ) of the first part on the first main surface of the first active material-containing layer on the other main surface of the current collector. Similarly, the position and width (second peripheral width S S ) of the second part of the first solid electrolyte layer provided on the first main surface of the first active material-containing layer on one main surface of the current collector is preferably consistent with the position and width (second peripheral width S S ) of the second part on the first main surface of the first active material-containing layer on the other main surface of the current collector. In other words, it is desirable that the layout of the outer edge and the first solid electrolyte layer match on both sides of the electrode. Alternatively, the first solid electrolyte layer may be provided only on one of the first active material-containing layers formed on both main surfaces of the current collector.
例えば、第1固体電解質層が第1部のみ含む場合は、第1固体電解質層は、第1主面の第1辺に沿った長辺を含む帯形状を有し得る。つまり第1固体電解質層は、長辺が一対の第1辺の一方に沿った帯形状の第1部、又は各々の長辺が両方の第1辺にそれぞれ沿った一対の帯形状の第1部を含み得る。また、第2部を含んだ一つの具体例では、第1部と第2部とが組み合わさって、第1主面の外周の内側をなぞるように設置された枠形状の第1固体電解質層が構成され得る。第1活物質含有層の第1主面が長辺及び短辺を含む場合、少なくとも1つの長辺に沿って第1固体電解質層が設けられることが望ましい。 For example, when the first solid electrolyte layer includes only the first portion, the first solid electrolyte layer may have a band shape including a long side along the first side of the first main surface. That is, the first solid electrolyte layer may include a band-shaped first portion whose long side is along one of the pair of first sides, or a pair of band-shaped first portions whose long sides are along both first sides. In one specific example including the second portion, the first and second portions may be combined to form a frame-shaped first solid electrolyte layer that is arranged to trace the inside of the outer periphery of the first main surface. When the first main surface of the first active material-containing layer includes a long side and a short side, it is desirable that the first solid electrolyte layer is provided along at least one of the long sides.
上述したとおり、第1電極の態様には、負極としての態様及び正極としての態様が含まれる。一方では、負極としての態様では、第1活物質を第1負極活物質又は単に負極活物質と呼び、第1活物質含有層を第1負極活物質含有層又は単に負極活物質含有層と呼ぶことがある。他方、正極としての態様では、第1活物質を第1正極活物質又は単に正極活物質と呼ぶことがある。 As described above, the first electrode embodiment includes an embodiment as a negative electrode and an embodiment as a positive electrode. On the one hand, in the embodiment as a negative electrode, the first active material may be called the first negative electrode active material or simply the negative electrode active material, and the first active material-containing layer may be called the first negative electrode active material-containing layer or simply the negative electrode active material-containing layer. On the other hand, in the embodiment as a positive electrode, the first active material may be called the first positive electrode active material or simply the positive electrode active material.
負極の態様に用いることのできる二相共存反応をする第1活物質、つまり第1負極活物質として、スピネル構造を有するリチウムチタン酸化物(例えば、Li4+vTi5O12で表され0≦v≦3である化合物)が挙げられる。このようなリチウムチタン酸化物の一例であるスピネル型Li4Ti5O12は、充電によりリチウムイオンが挿入されるとLi7Ti5O12に変化する。完全に充電されるまでは、Li4Ti5O12とLi7Ti5O12の二相が共存しており、その間は充電電位はほとんど変化せず、電位が一定に保たれる。但し、充電末期には充電電位が急峻に変化する。 As a first active material that undergoes a two-phase coexistence reaction that can be used in the embodiment of the negative electrode, that is, a first negative electrode active material, there is a lithium titanium oxide having a spinel structure (for example, a compound represented by Li 4+v Ti 5 O 12 where 0≦v≦3). When lithium ions are inserted by charging, a spinel type Li 4 Ti 5 O 12 , which is an example of such a lithium titanium oxide, changes to Li 7 Ti 5 O 12. Until the battery is fully charged, the two phases of Li 4 Ti 5 O 12 and Li 7 Ti 5 O 12 coexist, and during that time, the charging potential hardly changes and the potential is kept constant. However, the charging potential changes sharply at the end of charging.
正極の態様に用いることのできる二相共存反応をする第1活物質、つまり第1正極活物質として、オリビン構造を有するリン酸鉄リチウム(例えば、LixFePO4で表され、0<x≦1である化合物)が挙げられる。オリビン型のリン酸鉄リチウムの一例であるLiFePO4では、充電によりリチウムイオンが脱離されるとFePO4が生成する。完全に充電されるまでは、LiFePO4とFePO4の二相が共存しており、その間は充電電位はほとんど変化せず、電位が一定に保たれる。 As a first active material that undergoes a two-phase coexistence reaction that can be used in the embodiment of the positive electrode, that is, a first positive electrode active material, there is lithium iron phosphate having an olivine structure (for example, a compound represented by Li x FePO 4 , where 0<x≦1). In LiFePO 4 , which is an example of lithium iron phosphate of the olivine type, FePO 4 is generated when lithium ions are desorbed by charging. Until it is fully charged, two phases of LiFePO 4 and FePO 4 coexist, and during that time, the charging potential hardly changes and the potential is kept constant.
導電剤は、集電性能を高め、且つ、活物質と集電体との接触抵抗を抑えるために配合される。導電剤の例には、気相成長カーボン繊維(Vapor Grown Carbon Fiber;VGCF)、アセチレンブラックなどのカーボンブラック、黒鉛、カーボンナノチューブ及びカーボンナノファイバーのような炭素質物が含まれる。これらの1つを導電剤として用いてもよく、或いは、2つ以上を組み合わせて導電剤として用いてもよい。また、導電剤を省略することもできる。或いは、導電剤を用いる代わりに、活物質粒子の表面に、炭素コートや電子導電性無機材料コートを施してもよい。また、導電剤を用いると共に活物質表面に炭素や導電性材料を被覆することで、活物質含有層の集電性能を向上させることもできる。 The conductive agent is blended to improve the current collection performance and reduce the contact resistance between the active material and the current collector. Examples of conductive agents include carbonaceous materials such as vapor grown carbon fiber (VGCF), carbon black such as acetylene black, graphite, carbon nanotubes, and carbon nanofibers. One of these may be used as the conductive agent, or two or more may be used in combination as the conductive agent. The conductive agent may also be omitted. Alternatively, instead of using a conductive agent, a carbon coating or an electronically conductive inorganic material coating may be applied to the surface of the active material particles. The current collection performance of the active material-containing layer can also be improved by using a conductive agent and coating the active material surface with carbon or a conductive material.
結着剤は、分散された活物質の間隙を埋め、また、活物質と集電体を結着させるために配合される。結着剤の例には、ポリテトラフルオロエチレン(polytetrafluoro ethylene;PTFE)、ポリフッ化ビニリデン(polyvinylidene fluoride;PVdF)、フッ素系ゴム、スチレンブタジェンゴム(styrene-butadiene rubber;SBR)、ポリアクリル酸化合物、イミド化合物、カルボキシメチルセルロース(carboxymethyl cellulose;CMC)、及びCMCの塩が含まれる。これらの1つを結着剤として用いてもよく、或いは、2つ以上を組み合わせて結着剤として用いてもよい。 The binder is blended to fill the gaps between the dispersed active materials and to bind the active materials and the current collector. Examples of binders include polytetrafluoroethylene (PTFE), polyvinylidene fluoride (PVdF), fluorine-based rubber, styrene-butadiene rubber (SBR), polyacrylic acid compounds, imide compounds, carboxymethyl cellulose (CMC), and salts of CMC. One of these may be used as the binder, or two or more may be used in combination as the binder.
活物質含有層中の活物質、導電剤及び結着剤の配合割合は、電極の用途に応じて適宜変更することができる。 The mixing ratio of the active material, conductive agent, and binder in the active material-containing layer can be changed as appropriate depending on the application of the electrode.
例えば、電極を二次電池の負極として用いる場合は、活物質(負極活物質)、導電剤及び結着剤を、それぞれ、68質量%以上96質量%以下、2質量%以上30質量%以下及び2質量%以上30質量%以下の割合で配合することが好ましい。導電剤の量を2質量%以上とすることにより、活物質含有層の集電性能を向上させることができる。また、結着剤の量を2質量%以上とすることにより、活物質含有層と集電体との結着性が十分となり、優れたサイクル性能を期待できる。一方、導電剤及び結着剤はそれぞれ30質量%以下にすることが高容量化を図る上で好ましい。 For example, when the electrode is used as the negative electrode of a secondary battery, it is preferable to mix the active material (negative electrode active material), conductive agent, and binder in proportions of 68% by mass or more and 96% by mass or less, 2% by mass or more and 30% by mass or less, and 2% by mass or more and 30% by mass or less, respectively. By making the amount of conductive agent 2% by mass or more, the current collection performance of the active material-containing layer can be improved. Also, by making the amount of binder 2% by mass or more, the binding between the active material-containing layer and the current collector becomes sufficient, and excellent cycle performance can be expected. On the other hand, it is preferable to make the conductive agent and binder 30% by mass or less each in order to achieve high capacity.
活物質表面を炭素や導電性材料で被覆する場合、被覆材量は導電剤量に含めたものとみなすことができる。炭素又は導電性材料による被覆量は、0.5質量%以上5質量%以下であることが好ましい。この範囲の被覆量であれば、集電性能と電極密度を高められる。 When the active material surface is coated with carbon or a conductive material, the amount of coating material can be considered to be included in the amount of conductive agent. The amount of carbon or conductive material coated is preferably 0.5% by mass or more and 5% by mass or less. A coating amount within this range can improve current collection performance and electrode density.
例えば、電極を二次電池の正極として用いる場合は、活物質(正極活物質)及び結着剤は、それぞれ、80質量%以上99質量%以下、及び1質量%以上20質量%以下の割合で配合することが好ましい。結着剤の量を1質量%以上にすることにより、十分な電極強度が得られる。また、結着剤は、絶縁体として機能し得る。そのため、結着剤の量を20質量%以下にすると、電極に含まれる絶縁体の量が減るため、内部抵抗を減少できる。 For example, when the electrode is used as the positive electrode of a secondary battery, the active material (positive electrode active material) and binder are preferably mixed in proportions of 80% to 99% by mass and 1% to 20% by mass, respectively. By making the amount of binder 1% by mass or more, sufficient electrode strength can be obtained. In addition, the binder can function as an insulator. Therefore, by making the amount of binder 20% by mass or less, the amount of insulator contained in the electrode is reduced, and the internal resistance can be reduced.
導電剤を加える場合には、活物質(正極活物質)、結着剤及び導電剤は、それぞれ、77質量%以上96質量%以下、1質量%以上20質量%以下、及び3質量%以上15質量%以下の割合で配合することが好ましい。導電剤の量を3質量%以上にすることにより、上述した効果を発揮することができる。また、導電剤の量を15質量%以下にすることにより、電解質と接触する導電剤の割合を低くすることができる。この割合が低いと、高温保存下において、電解質の分解を低減することができる。 When a conductive agent is added, it is preferable to mix the active material (positive electrode active material), binder, and conductive agent in proportions of 77% by mass to 96% by mass, 1% by mass to 20% by mass, and 3% by mass to 15% by mass, respectively. By setting the amount of conductive agent to 3% by mass or more, the above-mentioned effects can be achieved. Furthermore, by setting the amount of conductive agent to 15% by mass or less, the proportion of conductive agent in contact with the electrolyte can be reduced. If this proportion is low, decomposition of the electrolyte can be reduced during high-temperature storage.
集電体は、第1活物質にリチウム(Li)が挿入及び脱離される電位において電気化学的に安定である材料が用いられる。 The current collector is made of a material that is electrochemically stable at the potential at which lithium (Li) is inserted and extracted from the first active material.
例えば、負極としての態様では、集電体(負極集電体)は、銅、ニッケル、ステンレス又はアルミニウム、或いは、Mg、Ti、Zn、Mn、Fe、Cu、及びSiからなる群より選択される1以上の元素を含むアルミニウム合金から作られることが好ましい。集電体の厚さは、5μm以上20μm以下であることが好ましい。このような厚さを有する集電体は、電極の強度と軽量化のバランスをとることができる。 For example, in the case of a negative electrode, the current collector (negative electrode current collector) is preferably made of copper, nickel, stainless steel, or aluminum, or an aluminum alloy containing one or more elements selected from the group consisting of Mg, Ti, Zn, Mn, Fe, Cu, and Si. The thickness of the current collector is preferably 5 μm or more and 20 μm or less. A current collector having such a thickness can balance the strength and weight of the electrode.
例えば、正極としての態様では、集電体(正極集電体)は、アルミニウム箔、又は、Mg、Ti、Zn、Ni、Cr、Mn、Fe、Cu及びSiからなる群より選択される1以上の元素を含むアルミニウム合金箔であることが好ましい。アルミニウム箔又はアルミニウム合金箔の厚さは、5μm以上20μm以下であることが好ましく、15μm以下であることがより好ましい。アルミニウム箔の純度は99質量%以上であることが好ましい。アルミニウム箔又はアルミニウム合金箔に含まれる鉄、銅、ニッケル、及びクロムなどの遷移金属の含有量は、1質量%以下であることが好ましい。 For example, in the case of a positive electrode, the current collector (positive electrode current collector) is preferably an aluminum foil or an aluminum alloy foil containing one or more elements selected from the group consisting of Mg, Ti, Zn, Ni, Cr, Mn, Fe, Cu, and Si. The thickness of the aluminum foil or aluminum alloy foil is preferably 5 μm or more and 20 μm or less, and more preferably 15 μm or less. The purity of the aluminum foil is preferably 99% by mass or more. The content of transition metals such as iron, copper, nickel, and chromium contained in the aluminum foil or aluminum alloy foil is preferably 1% by mass or less.
また、集電体は、その表面に第1活物質含有層が形成されていない部分を含むことができる。この部分は、集電タブとして働くことができる。 The current collector may also include a portion on its surface where the first active material-containing layer is not formed. This portion can function as a current collecting tab.
負極活物質含有層の密度(集電体を含まず)は、1.8g/cm3以上2.8g/cm3以下であることが好ましい。負極活物質含有層の密度がこの範囲内にある負極は、エネルギー密度と液状又はゲル状の電解質の保持性とに優れている。負極活物質含有層の密度は、2.1g/cm3以上2.6g/cm3以下であることがより好ましい。 The density of the negative electrode active material-containing layer (excluding the current collector) is preferably 1.8 g/cm 3 or more and 2.8 g/cm 3 or less. A negative electrode having a density of the negative electrode active material-containing layer within this range has excellent energy density and retention of a liquid or gel electrolyte. The density of the negative electrode active material-containing layer is more preferably 2.1 g/cm 3 or more and 2.6 g/cm 3 or less.
正極活物質の一次粒径は、100nm以上1μm以下であることが好ましい。一次粒径が100nm以上の正極活物質は、工業生産上の取り扱いが容易である。一次粒径が1μm以下の正極活物質は、リチウムイオンの固体内拡散をスムーズに進行させることが可能である。 The primary particle size of the positive electrode active material is preferably 100 nm or more and 1 μm or less. Positive electrode active materials with a primary particle size of 100 nm or more are easy to handle in industrial production. Positive electrode active materials with a primary particle size of 1 μm or less allow lithium ions to diffuse smoothly within the solid.
正極活物質の比表面積は、0.1m2/g以上10m2/g以下であることが好ましい。0.1m2/g以上の比表面積を有する正極活物質は、Liイオンの挿入脱離サイトを十分に確保できる。10m2/g以下の比表面積を有する正極活物質は、工業生産の上で取り扱い易く、かつ良好な充放電サイクル性能を確保できる。 The specific surface area of the positive electrode active material is preferably 0.1 m2 /g or more and 10 m2 /g or less. A positive electrode active material having a specific surface area of 0.1 m2 /g or more can secure sufficient insertion and desorption sites for Li ions. A positive electrode active material having a specific surface area of 10 m2 /g or less is easy to handle in industrial production and can ensure good charge-discharge cycle performance.
第1固体電解質層は、固体電解質を含有する。固体電解質は、例えば、粒子の形態で第1固体電解質層に含有され得る。第1固体電解質層は、固体電解質に加え、後述する無機化合物粒子及び結着剤を更に含み得る。 The first solid electrolyte layer contains a solid electrolyte. The solid electrolyte may be contained in the first solid electrolyte layer, for example, in the form of particles. In addition to the solid electrolyte, the first solid electrolyte layer may further contain inorganic compound particles and a binder, which will be described later.
第1固体電解質層は、固体電解質を、例えば、50質量%以上100質量%以下の割合で含み得る。第1固体電解質層は、好ましくは固体電解質を80質量%以上100質量%以下の割合で含む。 The first solid electrolyte layer may contain, for example, 50% by mass or more and 100% by mass or less of a solid electrolyte. The first solid electrolyte layer preferably contains 80% by mass or more and 100% by mass or less of a solid electrolyte.
第1固体電解質層は、例えば、1μm以上50μm以下の範囲内の厚さを有し得る。第1固体電解質層の厚さが3μm以上20μm以下の範囲内にあることが好ましい。 The first solid electrolyte layer may have a thickness, for example, in the range of 1 μm to 50 μm. It is preferable that the thickness of the first solid electrolyte layer is in the range of 3 μm to 20 μm.
固体電解質としては、例えば、NASICON型骨格を有するLiM2(PO4)3、アモルファス状のLIPON化合物、及びガーネット型構造を有する酸化物などの酸化物を挙げることができる。 Examples of the solid electrolyte include LiM 2 (PO 4 ) 3 having a NASICON structure, amorphous LIPON compounds, and oxides such as oxides having a garnet structure.
NASICON型骨格を有するLiM2(PO4)3の例は、Li1+aAlaGe2-a(PO4)3、Li1+aAlaZr2-a(PO4)3及びLi1+aAlaTi2-a(PO4)3を含む。上記において、添字aは0以上2以下の範囲内にあり、0以上0.5以下の範囲内が好ましい。 Examples of LiM2 ( PO4 ) 3 having a NASICON type framework include Li1 + aAlaGe2 -a ( PO4 ) 3 , Li1 + aAlaZr2 -a ( PO4 ) 3 , and Li1 + aAlaTi2 -a ( PO4 ) 3 , where the subscript a is in the range of 0 to 2, preferably 0 to 0.5.
NASICON型骨格を有するLiM2(PO4)3の具体例としては、Li1+bAlbTi2-b(PO4)3で表され0.1≦b≦0.5であるLATP化合物;Li1+cAldM12-d(PO4)3で表されM1はTi,Ge,Sr,Zr,Sn,及びCaからなる群より選択される1以上であり0≦c≦1及び0≦d≦1である化合物;Li1+aAlaGe2-a(PO4)3で表され0≦a≦2である化合物;及び、Li1+aAlaZr2-a(PO4)3で表され0≦a≦2である化合物;Li1+e+fAleM22-eSifP3-vO12で表されM2はTi及びGeからなる群より選択される1以上であり0<e≦2、0≦f<3である化合物;Li1+2gZr1-gCag(PO4)3で表され0≦g<1である化合物を挙げることができる。 Specific examples of LiM2 ( PO4 ) 3 having a NASICON skeleton include an LATP compound represented by Li1 + bAlbTi2 -b ( PO4 ) 3 , where 0.1≦b≦0.5; a compound represented by Li1+ cAldM12 -d ( PO4 ) 3 , where M1 is one or more selected from the group consisting of Ti, Ge, Sr, Zr, Sn, and Ca, and where 0≦c≦1 and 0≦d≦1; a compound represented by Li1 + aAlaGe2 -a ( PO4 ) 3 , where 0≦a≦2; and a compound represented by Li1 + aAlaZr2 -a ( PO4 ) 3 , where 0≦a≦2; Li1 +e+ fAleM22 - eSifP3 -vO 12 , in which M2 is 1 or more selected from the group consisting of Ti and Ge, and 0<e≦2, 0≦f<3; and a compound represented by Li1 +2gZr1 -gCag ( PO4 ) 3 , in which 0≦g<1.
アモルファス状のLIPON化合物は、例えば、LihPOiNjで表され2.6≦h≦3.5、1.9≦i≦3.8、及び0.1≦j≦1.3である化合物を含む。LIPONの具体例として、Li2.9PO3.3N0.46が挙げられる。 Amorphous LIPON compounds include, for example, compounds represented by Li h PO i N j , where 2.6≦h≦3.5, 1.9≦i≦3.8, and 0.1≦j≦1.3. A specific example of LIPON is Li 2.9 PO 3.3 N 0.46 .
ガーネット型構造を有する酸化物としては、例えば、Li5+mAnLa3-nM32O12で表され、AはCa,Sr及びBaからなる群より選択される1以上であり、M3はNb及びTaからなる群より選ばれる少なくとも1つであり、0≦m<0.8、及び0≦n<2である化合物;Li3M32-mZr2O12で表され、M3はTa及びNbからなる群より選択される1以上であり、0≦m<0.8である化合物;Li7-3mAlmLa3Zr3O12で表され、0≦m<0.8であるLLZ化合物が挙げられる。上記において、添字mは、0≦m≦0.5の範囲内に在ることが好ましい。ガーネット型構造を有する酸化物は、これら化合物のうちの1種からなっていてもよく、これら化合物の2種以上を混合して含んでいてもよい。これらの中でもLi6.25Al0.25La3Zr3O12及びLi7La3Zr2O12(LLZ)はイオン伝導性が高く電気化学的に安定なため、好適に用いることができる。 Examples of oxides having a garnet type structure include compounds represented by Li5 + mAnLa3 - nM32O12 , where A is one or more selected from the group consisting of Ca, Sr, and Ba, M3 is at least one selected from the group consisting of Nb and Ta, and 0≦m<0.8 and 0≦n < 2; compounds represented by Li3M32 - mZr2O12 , where M3 is one or more selected from the group consisting of Ta and Nb, and 0 ≦ m<0.8; and LLZ compounds represented by Li7-3mAlmLa3Zr3O12 , where 0≦m<0.8. In the above, the subscript m is preferably within the range of 0≦m≦0.5. The oxide having a garnet type structure may be composed of one of these compounds, or may contain a mixture of two or more of these compounds. Among these, Li6.25Al0.25La3Zr3O12 and Li7La3Zr2O12 ( LLZ ) are preferably used because they have high ionic conductivity and are electrochemically stable .
参考として、NASICON型骨格を有するLiM2(PO4)3で表される無機化合物の25℃におけるリチウムイオン伝導率は、例えば、1×10-3 S/cm以上1×10-1 S/cm以下の範囲内にある。LIPONの具体例Li2.9PO3.3N0.46の25℃におけるリチウムイオン伝導率は、3×10-6 S/cmである。ガーネット型のLLZの具体例Li7La3Zr2O12の25℃におけるリチウムイオン伝導率は、3×10-4 S/cmである。 For reference, the lithium ion conductivity at 25° C. of an inorganic compound having a NASICON skeleton and represented by LiM2 ( PO4 ) 3 is, for example, in the range of 1× 10-3 S/cm to 1×10-1 S/cm. The lithium ion conductivity at 25° C. of Li2.9PO3.3N0.46, a specific example of LIPON, is 3×10-6 S/cm. The lithium ion conductivity at 25° C. of Li7La3Zr2O12 , a specific example of garnet -type LLZ , is 3× 10-4 S/cm.
固体電解質として高分子型固体電解質粒子を第1固体電解質層に含むこともできる。高分子型固体電解質粒子は、リチウムイオン伝導性を有する有機化合物とリチウム塩とを含む。リチウム塩の例として、過塩素酸リチウム(LiClO4)、六フッ化リン酸リチウム(LiPF6)、四フッ化ホウ酸リチウム(LiBF4)、六フッ化砒素リチウム(LiAsF6)、トリフルオロメタンスルホン酸リチウム(LiCF3SO3)、及びビストリフルオロメチルスルホニルイミドリチウム(LiN(CF3SO2)2)、リチウムビス(フルオロスルホニル)イミド(LiN(SO2F)2;LiFSI)を挙げることができる。これらのうち1つを選択してリチウム塩に用いてもよく、2つ以上を混合してリチウム塩に用いてもよい。高分子型固体電解質粒子は、有機溶媒などの溶媒を更に含んでいてもよい。 The first solid electrolyte layer may contain polymer-type solid electrolyte particles as the solid electrolyte. The polymer-type solid electrolyte particles contain an organic compound having lithium ion conductivity and a lithium salt. Examples of the lithium salt include lithium perchlorate (LiClO 4 ), lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ), lithium tetrafluoroborate (LiBF 4 ), lithium hexafluoroarsenic (LiAsF 6 ), lithium trifluoromethanesulfonate (LiCF 3 SO 3 ), and lithium bistrifluoromethylsulfonylimide (LiN(CF 3 SO 2 ) 2 ), and lithium bis(fluorosulfonyl)imide (LiN(SO 2 F) 2 ; LiFSI). One of these may be selected and used as the lithium salt, or two or more may be mixed and used as the lithium salt. The polymer-type solid electrolyte particles may further contain a solvent such as an organic solvent.
高分子材料の例は、ポリエーテル系、ポリエステル系、ポリアミン系、ポリエチレン系、シリコーン系及びポリスルフィド系を含む。 Examples of polymeric materials include polyethers, polyesters, polyamines, polyethylenes, silicones and polysulfides.
無機化合物粒子としては、例えば、アルミナ、酸化チタン、水酸化チタン、チタン酸バリウム、酸化鉄、酸化ケイ素、水酸化アルミニウム、ギブサイト、ベーマイト、バイヤライト、酸化マグネシウム、シリカ、酸化ジルコニウム、水酸化マグネシウム、シリカ、四ホウ酸リチウム、タンタル酸リチウム、雲母、窒化ケイ素、窒化アルミニウム、及び沸石からなる群より選ばれる少なくとも1つを挙げることができる。 The inorganic compound particles may be, for example, at least one selected from the group consisting of alumina, titanium oxide, titanium hydroxide, barium titanate, iron oxide, silicon oxide, aluminum hydroxide, gibbsite, boehmite, bayerite, magnesium oxide, silica, zirconium oxide, magnesium hydroxide, silica, lithium tetraborate, lithium tantalate, mica, silicon nitride, aluminum nitride, and zeolite.
結着剤としては、例えば、酢酸セルロース、ポリテトラフルオロエチレン(polytetrafluoro ethylene;PTFE)、ポリフッ化ビニリデン(polyvinylidene fluoride;PVdF)、フッ素系ゴム、及びスチレンブタジェンゴム(styrene-butadiene rubber;SBR)、カルボキシメチルセルロース(carboxymethyl cellulose;CMC)、ポリアクリル酸化合物、及びイミド化合物からなる群より選ばれる少なくとも1つを挙げることができる。 The binder may be, for example, at least one selected from the group consisting of cellulose acetate, polytetrafluoroethylene (PTFE), polyvinylidene fluoride (PVdF), fluorine-based rubber, styrene-butadiene rubber (SBR), carboxymethyl cellulose (CMC), polyacrylic acid compounds, and imide compounds.
第1固体電解質層が第1活物質含有層上の第1主面を覆う面積は、第1活物質含有層の厚み、例えば、集電体上に担持されている第1活物質含有層の目付が厚いほど、広い方が望ましい。つまり、第1固体電解質層の第1部の第1周縁幅FS及び第2部の第2周縁幅SSの何れについても、第1活物質含有層の厚さに応じて寸法を調節することが望ましい。 The area of the first solid electrolyte layer covering the first main surface on the first active material-containing layer is desirably larger as the thickness of the first active material-containing layer, for example, the basis weight of the first active material-containing layer supported on the current collector, increases. In other words, it is desirably to adjust the dimensions of both the first peripheral width F S of the first portion and the second peripheral width S S of the second portion of the first solid electrolyte layer in accordance with the thickness of the first active material-containing layer.
次に、第1の実施形態に係る電極(第1電極)について、図面を参照しながらより具体的に説明する。 Next, the electrode (first electrode) according to the first embodiment will be described in more detail with reference to the drawings.
図1は、実施形態に係る電極の一例を概略的に示す平面図である。図2は、図1のII-II’線に沿った概略断面図である。図1及び図2に示す例の電極では、第1活物質含有層の第1主面内の外縁部が第1領域を含むものの第2領域を含まない。即ち、図1及び図2に示す電極は、第1固体電解質層が第1部を含むものの第2部を含まない例である。 Figure 1 is a plan view that shows a schematic example of an electrode according to an embodiment. Figure 2 is a schematic cross-sectional view taken along line II-II' in Figure 1. In the example electrode shown in Figures 1 and 2, the outer edge portion in the first main surface of the first active material-containing layer includes the first region but does not include the second region. In other words, the electrode shown in Figures 1 and 2 is an example in which the first solid electrolyte layer includes the first portion but does not include the second portion.
図1及び図2に図示する例の第1電極3は、第1方向11に沿う1対の長辺と、第1方向11と交差する第2方向12に沿う一対の短辺で規定された帯形状を有する。このような帯形状を有する電極は、例えば、捲回型の電極群の構成に好適である。帯形状は、矩形形状であり得る。第1電極3は、帯形状を有する第1集電体3aとその一方の主面に設けられた帯形状を有する第1活物質含有層3bと、第1活物質含有層3b上に設けられた第1固体電解質層3dを含む。 The first electrode 3 in the example illustrated in FIG. 1 and FIG. 2 has a band shape defined by a pair of long sides along the first direction 11 and a pair of short sides along the second direction 12 intersecting the first direction 11. An electrode having such a band shape is suitable for forming a wound-type electrode group, for example. The band shape may be rectangular. The first electrode 3 includes a first current collector 3a having a band shape, a first active material-containing layer 3b having a band shape provided on one of its main surfaces, and a first solid electrolyte layer 3d provided on the first active material-containing layer 3b.
第1集電体3aは、第1活物質含有層3bが担持されていない部分を含み、当該部分は第1集電タブ3cとして機能する。図示する例では、第1集電タブ3cは、帯形状の長辺に沿っている。 The first current collector 3a includes a portion where the first active material-containing layer 3b is not supported, and this portion functions as the first current collector tab 3c. In the illustrated example, the first current collector tab 3c is aligned along the long side of the band shape.
第1活物質含有層3bの第1主面上には、一対の第1固体電解質層3dが担持されている。各第1固体電解質層3dは、帯形状を有しており、第1活物質含有層3bの第1方向11に沿う一対の第1辺21に長辺が沿うように各々配値されている。 A pair of first solid electrolyte layers 3d are supported on the first main surface of the first active material-containing layer 3b. Each of the first solid electrolyte layers 3d has a band shape and is arranged so that its long sides are aligned with a pair of first sides 21 along the first direction 11 of the first active material-containing layer 3b.
この例では、第1固体電解質層3dは、第1活物質含有層3bの第1主面内の第1領域31の範囲内に設けられている一対の第1部31aを含む。各第1部31aは、各第1辺21にそれぞれ沿って配置されている。各々の第1部31aの第2方向12への第1周縁幅FSは、同じく第2方向12への第1活物質含有層3bの幅であるとともに第1辺21の間の幅である第1幅FAに対し0.03FA以上0.25FA以下の範囲内の値を取る。 In this example, the first solid electrolyte layer 3d includes a pair of first portions 31a provided within a first region 31 in a first main surface of the first active material-containing layer 3b. Each of the first portions 31a is disposed along each of the first sides 21. A first peripheral width F S in the second direction 12 of each of the first portions 31a takes a value in the range of 0.03 F A or more and 0.25 F A or less with respect to a first width F A which is also the width of the first active material-containing layer 3b in the second direction 12 and the width between the first sides 21 .
第1主面の範囲内にて、第1領域31を含めた外縁部を除いた部分が、中心部30に該当する。第1活物質含有層3bは、第1主面内の中心部30に対応し、且つ、第1固体電解質層3dが設けられていない第1固体電解質非担持部30aを含む。 The portion of the first main surface excluding the outer edge portion including the first region 31 corresponds to the central portion 30. The first active material-containing layer 3b corresponds to the central portion 30 in the first main surface, and includes a first solid electrolyte non-supporting portion 30a where the first solid electrolyte layer 3d is not provided.
第1電極3では、中心部30に対応する領域には第1固体電解質層3dが設けられておらず、外縁部(第1領域31)に対応する領域には第1固体電解質層3dが設けられている。それにより、中心部30における厚さ方向へのリチウム拡散係数DtCより、外縁部(第1部31a)における厚さ方向へのリチウム拡散係数DtEの方が高い。ここでいう厚さ方向は、第1主面と交差する方向であって、第1活物質含有層3bと第1固体電解質層3dとの積層方向に沿っている。図2でいうと、厚さ方向は縦方向に該当する。 In the first electrode 3, the first solid electrolyte layer 3d is not provided in the region corresponding to the central portion 30, and the first solid electrolyte layer 3d is provided in the region corresponding to the outer edge portion (first region 31). As a result, the lithium diffusion coefficient DtE in the thickness direction in the outer edge portion (first portion 31a) is higher than the lithium diffusion coefficient DtC in the thickness direction in the central portion 30. The thickness direction here is a direction intersecting the first main surface and is along the stacking direction of the first active material-containing layer 3b and the first solid electrolyte layer 3d. In FIG. 2, the thickness direction corresponds to the vertical direction.
第2方向12に沿った断面を示す図2に図示する例では、第1集電体3aの片面にのみ第1活物質含有層3bが担持されているが、第1集電体3aの表裏両面にて第1活物質含有層3bを担持してもよい。その場合、両面の第1活物質含有層3bの一方又は両方の第1主面上に第1固体電解質層3dを設けてもよい。 In the example illustrated in FIG. 2, which shows a cross section along the second direction 12, the first active material-containing layer 3b is supported only on one side of the first current collector 3a, but the first active material-containing layer 3b may be supported on both the front and back sides of the first current collector 3a. In that case, a first solid electrolyte layer 3d may be provided on one or both first main surfaces of the first active material-containing layers 3b on both sides.
また、上記例では、帯形状の第1主面の両方の長辺、つまり両側の第1辺21に沿って第1固体電解質層3dが各々設けられているが、第1固体電解質層3dは一方の第1辺21にのみ沿って設けてもよい。加えて、第1辺21は、帯形状の長辺の代わりに短辺であってもよい。 In the above example, the first solid electrolyte layer 3d is provided along both long sides of the band-shaped first main surface, i.e., along the first sides 21 on both sides, but the first solid electrolyte layer 3d may be provided along only one of the first sides 21. In addition, the first sides 21 may be the short sides instead of the long sides of the band shape.
図3は、実施形態に係る電極の他の例を概略的に示す平面図である。図4は、図3のIV-IV’線に沿った概略断面図である。図5は、図3のV-V’線に沿った概略断面図である。図3から図5までに示す例の電極では、第1活物質含有層の第1主面内の外縁部が第1領域及び第2領域を含む。即ち、図3から図5までに示す電極は、第1固体電解質層が第1部及び第2部を含む例である。 Figure 3 is a plan view that shows a schematic diagram of another example of an electrode according to an embodiment. Figure 4 is a schematic cross-sectional view taken along line IV-IV' in Figure 3. Figure 5 is a schematic cross-sectional view taken along line V-V' in Figure 3. In the example electrodes shown in Figures 3 to 5, the outer edge portion in the first main surface of the first active material-containing layer includes a first region and a second region. That is, the electrodes shown in Figures 3 to 5 are examples in which the first solid electrolyte layer includes a first portion and a second portion.
図3から図5までに図示する例の第1電極3は、第1方向11に沿う1対の短辺と、第1方向11と交差する第2方向12に沿う一対の長辺で規定された矩形形状を有する。このような矩形形状を有する電極は、例えば、積層型の電極群の構成に好適である。第1電極3は、平板形状の第1集電体3aとその一方の主面に設けられた矩形形状を有する第1活物質含有層3bと、第1活物質含有層3b上に設けられた第1固体電解質層3dを含む。 The first electrode 3 in the example illustrated in Figures 3 to 5 has a rectangular shape defined by a pair of short sides along the first direction 11 and a pair of long sides along the second direction 12 intersecting the first direction 11. An electrode having such a rectangular shape is suitable for forming, for example, a stacked electrode group. The first electrode 3 includes a flat first current collector 3a, a rectangular first active material-containing layer 3b provided on one of its main surfaces, and a first solid electrolyte layer 3d provided on the first active material-containing layer 3b.
第1集電体3aは、第1活物質含有層3bが担持されていない部分を含み、当該部分は第1集電タブ3cとして機能する。図示する例では、第1集電タブ3cは第1電極3の短辺に設けられているが、第1集電タブ3cは、長辺に設けられていてもよい。また、この例では第1集電タブ3cはその他の部分よりも狭い幅を有する狭小部となっているが、第1集電タブ3cの形状はこのような形状に限られない。機械的強度を高くするために第1集電タブ3cの根元に第1活物質含有層3bの一部が設置されているが、この部分の第1活物質含有層3bを省略してもよい。 The first current collector 3a includes a portion where the first active material-containing layer 3b is not supported, and this portion functions as the first current collector tab 3c. In the illustrated example, the first current collector tab 3c is provided on the short side of the first electrode 3, but the first current collector tab 3c may be provided on the long side. In this example, the first current collector tab 3c is a narrow portion having a width narrower than the other portions, but the shape of the first current collector tab 3c is not limited to this shape. In order to increase the mechanical strength, a part of the first active material-containing layer 3b is provided at the base of the first current collector tab 3c, but this part of the first active material-containing layer 3b may be omitted.
この例では、第1固体電解質層3dは、枠形状を有している。第1固体電解質層3dは、第1活物質含有層3bの第1方向11に沿う一対の第1辺21に沿っている一対の第1部31aを含む。第1部31aは、第1活物質含有層3bの第1主面内の第1領域31の範囲内に設けられている。また、第1固体電解質層3dは、第1活物質含有層3bの第2方向12に沿う一対の第2辺22に沿っている一対の第2部32aも含む。第2部32aは、第1活物質含有層3bの第1主面内の第2領域32の範囲内に設けられている。 In this example, the first solid electrolyte layer 3d has a frame shape. The first solid electrolyte layer 3d includes a pair of first portions 31a that are aligned along a pair of first sides 21 that are aligned along the first direction 11 of the first active material-containing layer 3b. The first portions 31a are provided within a range of a first region 31 in a first main surface of the first active material-containing layer 3b. The first solid electrolyte layer 3d also includes a pair of second portions 32a that are aligned along a pair of second sides 22 that are aligned along the second direction 12 of the first active material-containing layer 3b. The second portions 32a are provided within a range of a second region 32 in a first main surface of the first active material-containing layer 3b.
第1固体電解質層3dが含む各第1部31aは、各第1辺21にそれぞれ沿って配置されている。各々の第1部31aの第2方向12への第1周縁幅FSは、同じく第2方向12への第1活物質含有層3bの幅であるとともに第1辺21の間の幅である第1幅FAに対し0.03FA以上0.25FA以下の範囲内の値を取る。 Each first portion 31a included in the first solid electrolyte layer 3d is disposed along each first side 21. A first peripheral width F S in the second direction 12 of each first portion 31a takes a value in the range of 0.03 F A or more and 0.25 F A or less, relative to a first width F A which is also the width of the first active material-containing layer 3b in the second direction 12 and is the width between the first sides 21.
第1固体電解質層3dが含む各第2部32aは、各第2辺22にそれぞれ沿って配置されている。各々の第2部32aの第1方向11への第2周縁幅SSは、同じく第1方向11への第1活物質含有層3bの幅であるとともに第2辺22の間の幅である第2幅SAに対し0.25SA以下の値を取る。第2周縁幅SSは、0.03SA以上0.25SA以下の範囲内の値を取ることが好ましい。 Each second portion 32a included in the first solid electrolyte layer 3d is disposed along each second side 22. The second peripheral width S S in the first direction 11 of each second portion 32a is 0.25 S A or less with respect to the second width S A which is also the width of the first active material containing layer 3b in the first direction 11 and the width between the second sides 22. The second peripheral width S S preferably has a value within a range of 0.03 S A or more and 0.25 S A or less.
第1主面の範囲内にて、第1領域31及び第2領域32を含めた外縁部を除いた部分が、中心部30に該当する。第1活物質含有層3bは、第1主面内の中心部30に対応し、且つ、第1固体電解質層3dが設けられていない第1固体電解質非担持部30aを含む。 The portion of the first main surface excluding the outer edge portion including the first region 31 and the second region 32 corresponds to the central portion 30. The first active material-containing layer 3b corresponds to the central portion 30 in the first main surface, and includes a first solid electrolyte non-supporting portion 30a where the first solid electrolyte layer 3d is not provided.
第1電極3では、中心部30に対応する領域には第1固体電解質層3dが設けられておらず、第1領域31及び第2領域32を含めた外縁部に対応する領域には第1固体電解質層3dが設けられている。それにより、中心部30における厚さ方向へのリチウム拡散係数DtCより、外縁部における厚さ方向へのリチウム拡散係数DtEの方が高い。ここでいう厚さ方向は、第1主面と交差する方向であって、第1活物質含有層3bと第1固体電解質層3dとの積層方向に沿っている。図4及び図5でいうと、厚さ方向は縦方向に該当する。 In the first electrode 3, the first solid electrolyte layer 3d is not provided in the region corresponding to the central portion 30, and the first solid electrolyte layer 3d is provided in the region corresponding to the outer edge portion including the first region 31 and the second region 32. As a result, the lithium diffusion coefficient DtE in the thickness direction in the outer edge portion is higher than the lithium diffusion coefficient DtC in the thickness direction in the central portion 30. The thickness direction here is a direction intersecting the first main surface and aligned with the stacking direction of the first active material-containing layer 3b and the first solid electrolyte layer 3d. In Figs. 4 and 5, the thickness direction corresponds to the vertical direction.
第2方向12に沿った断面を示す図4及び第1方向11に沿った断面を示す図5にて図示する例では、第1集電体3aの表裏両面に第1活物質含有層3bが担持されているが、第1集電体3aの片面にのみ第1活物質含有層3bを担持してもよい。また、両面の第1活物質含有層3bの両方ではなく一方のみに第1固体電解質層3dを設けてもよい。加えて、枠形状の第1固体電解質層3dの代わりに、例えば、一方の第1部31aを省略したU字型又は一方の第2部32aを省略したC字型(“コの字型”)の第1固体電解質層3dを採用することもできる。 In the example illustrated in FIG. 4 showing a cross section along the second direction 12 and FIG. 5 showing a cross section along the first direction 11, the first active material-containing layer 3b is supported on both the front and back sides of the first current collector 3a, but the first active material-containing layer 3b may be supported on only one side of the first current collector 3a. Also, the first solid electrolyte layer 3d may be provided on only one of the first active material-containing layers 3b on both sides instead of both sides. In addition, instead of the frame-shaped first solid electrolyte layer 3d, for example, a U-shaped first solid electrolyte layer 3d in which one first portion 31a is omitted or a C-shaped first solid electrolyte layer 3d in which one second portion 32a is omitted ("U-shaped") may be adopted.
ここでは矩形形状の第1主面の短辺を第1辺21とし長辺を第2辺22として説明したが、第1辺21が長辺で第2辺22が短辺であってもよい。また、第1辺21及び第2辺22は、同一の寸法を有していてもよい。つまり、第1主面が有する矩形形状は、長方形又は正方形であり得る。 Here, the short side of the rectangular first main surface has been described as the first side 21, and the long side as the second side 22, but the first side 21 may be the long side and the second side 22 may be the short side. Also, the first side 21 and the second side 22 may have the same dimensions. In other words, the rectangular shape of the first main surface may be a rectangle or a square.
<製造方法>
係る電極は、例えば次の方法により製造することができる。まず、第1活物質、導電剤及び結着剤を溶媒に懸濁して活物質含有スラリーを調製する。活物質含有スラリーを、集電体の片面又は両面に塗布する。次いで、塗布した活物質含有スラリーを乾燥させて、第1活物質含有層と集電体との積層体を得る。その後、この積層体にプレスを施す。
<Production Method>
Such an electrode can be manufactured, for example, by the following method. First, a first active material, a conductive agent, and a binder are suspended in a solvent to prepare an active material-containing slurry. The active material-containing slurry is applied to one or both sides of a current collector. Next, the applied active material-containing slurry is dried to obtain a laminate of the first active material-containing layer and the current collector. After that, the laminate is pressed.
続いて、第1固体電解質層の材料である固体電解質、並びに任意に無機化合物粒子と結着剤とを水などの適切な溶媒に分散させて固体電解質含有スラリーを調製する。固体電解質含有スラリーを空気ジェットで噴射し、第1活物質含有層の第1主面にて外縁部とする領域上に塗布する。塗布後に、固体電解質含有スラリーを乾燥させることにより、第1活物質含有層上に、第1固体電解質層が形成される。 Next, a solid electrolyte, which is the material of the first solid electrolyte layer, and optionally inorganic compound particles and a binder are dispersed in an appropriate solvent such as water to prepare a solid electrolyte-containing slurry. The solid electrolyte-containing slurry is sprayed by an air jet and applied onto the region to be the outer edge of the first main surface of the first active material-containing layer. After application, the solid electrolyte-containing slurry is dried to form a first solid electrolyte layer on the first active material-containing layer.
このようにして、電極を製造する。 This is how the electrodes are manufactured.
固体電解質含有スラリーの塗布方法は、上記のようなスプレー堆積法のみならず、例えば、グラビア印刷、スロットダイ方式、マイクログラビア印刷、エレクトロスピニング、筆及びブラシなどを使用した塗布、並びにディップコートなどの方法であってもよい。また、活物質含有スラリー及び固体電解質含有スラリーを同時に塗工することが可能な塗工装置を用いることもできる。固体電解質含有スラリーの塗布は、これらの塗布方法の1種類のみによって行ってもよく、複数種類の塗布方法を組み合わせて行ってもよい。 The method of applying the solid electrolyte-containing slurry may be not only the spray deposition method as described above, but also, for example, gravure printing, slot die method, microgravure printing, electrospinning, application using a brush, or dip coating. In addition, a coating device capable of simultaneously applying the active material-containing slurry and the solid electrolyte-containing slurry may be used. The application of the solid electrolyte-containing slurry may be performed by only one of these application methods, or may be performed by combining multiple application methods.
<測定方法>
以下、電極についての測定方法を説明する。具体的には、活物質の確認方法、外縁部におけるリチウム拡散係数DtE及び中心部におけるリチウム拡散係数DtCを求める方法、外縁部の第1領域及び第1固体電解質層の第1部の第1周縁幅FSの測定方法、及び外縁部の第2領域及び第2固体電解質層の第2部の第2周縁幅SSの測定方法を説明する。
<Measurement method>
The measurement methods for the electrodes are described below, specifically, a method for confirming the active material, a method for determining the lithium diffusion coefficient DtE at the outer edge and the lithium diffusion coefficient DtC at the center, a method for measuring the first peripheral width F S of the first region at the outer edge and the first portion of the first solid electrolyte layer, and a method for measuring the second peripheral width S S of the second region at the outer edge and the second portion of the second solid electrolyte layer.
(活物質の確認)
電極に含まれている活物質は、X線回折(X-Ray Diffraction;XRD)測定及び誘導結合プラズマ(Inductively Coupled Plasma:ICP)発光分光法を組合わせることにより、確認することができる。XRD測定により活物質含有層に含まれている材料の結晶構造を確認できる。ICP測定により、活物質含有層中の元素を定量できる。
(Checking the active material)
The active material contained in the electrode can be identified by a combination of X-ray diffraction (XRD) measurement and inductively coupled plasma (ICP) emission spectroscopy. The crystal structure of the material contained in the active material-containing layer can be confirmed by XRD measurement. The elements in the active material-containing layer can be quantified by ICP measurement.
電池の電極に含まれている活物質を試料とする場合、次の方法により前処理を行って、測定試料を準備する。先ず、電池を完全に放電状態(例えば、SOC (State Of Charge)が0%)とする。次いで、不活性雰囲気のグローブボックス、例えば、アルゴン雰囲気下のグローブボックス中で電池を分解し、電極を取り出す。次いで、取り出した電極をエチルメチルカーボネートなどの溶媒を用いて洗浄する。電極を室温環境下で真空乾燥して、測定試料を得る。 When the active material contained in a battery electrode is used as a sample, the following pretreatment method is used to prepare a measurement sample. First, the battery is fully discharged (e.g., SOC (State Of Charge) is 0%). Next, the battery is disassembled in an inert atmosphere glove box, for example, a glove box under an argon atmosphere, and the electrodes are removed. Next, the removed electrodes are washed using a solvent such as ethyl methyl carbonate. The electrodes are vacuum-dried in a room temperature environment to obtain a measurement sample.
次に、得られた測定試料を、ガラスホルダーに直接貼り付けて測定を行う。測定の際には、集電体である金属箔、導電剤、及び結着剤などに由来するピークをXRDを用いて予め測定して把握しておく。もちろん、これらを事前に把握できているのであれば、この操作は省略することができる。 Next, the obtained measurement sample is directly attached to a glass holder and measured. When measuring, the peaks originating from the metal foil current collector, the conductive agent, the binder, etc. are measured in advance using XRD to understand them. Of course, if these are known in advance, this step can be omitted.
集電体のピークと活物質のピークとが重なる場合、集電体から活物質含有層を剥離して測定することが望ましい。これは、ピーク強度を定量的に測定する際、重なったピークを分離するためである。活物質含有層を物理的に剥離しても良いが、溶媒中で超音波をかけると剥離しやすい。集電体から活物質含有層を剥離するのに超音波処理を行った場合、溶媒を揮発させることで、電極体粉末(活物質、導電剤、結着剤を含む)を回収することができる。回収した電極体粉末を、例えばリンデマンガラス製キャピラリ等に充填して測定することで、活物質の粉末X線回折測定を行うことができる。なお、超音波処理を行って回収した電極体粉末は、ICP測定に供することもできる。 When the peak of the current collector and the peak of the active material overlap, it is desirable to peel off the active material-containing layer from the current collector and measure it. This is to separate the overlapping peaks when quantitatively measuring the peak intensity. The active material-containing layer may be physically peeled off, but it is easier to peel off by applying ultrasonic waves in a solvent. When ultrasonic treatment is performed to peel off the active material-containing layer from the current collector, the electrode powder (including the active material, conductive agent, and binder) can be recovered by volatilizing the solvent. The recovered electrode powder can be filled into, for example, a Lindemann glass capillary and measured to perform powder X-ray diffraction measurement of the active material. The electrode powder recovered by ultrasonic treatment can also be used for ICP measurement.
次に、活物質含有層をキャピラリに封入し、回転試料台に載置して測定する。このような方法により、配向性の影響を低減したうえで、活物質のXRDパターンを得ることができる。 Next, the active material-containing layer is enclosed in a capillary and placed on a rotating sample stage for measurement. This method makes it possible to obtain an XRD pattern of the active material while reducing the influence of orientation.
粉末X線回折測定の装置としては、例えばRigaku社製SmartLabを用いる。測定条件は以下の通りとする:
X線源:Cuターゲット
出力:45kV、200mA
ソーラスリット:入射及び受光共に5°
ステップ幅(2θ):0.02deg
スキャン速度:20deg/分
半導体検出器:D/teX Ultra 250
試料板ホルダー:平板ガラス試料板ホルダー(厚さ0.5mm)
測定範囲:5°≦2θ≦90°。
As an apparatus for powder X-ray diffraction measurement, for example, SmartLab manufactured by Rigaku Corporation is used. The measurement conditions are as follows:
X-ray source: Cu target Output: 45 kV, 200 mA
Soller slit: 5° for both incidence and reception
Step width (2θ): 0.02 deg
Scan speed: 20 deg/min Semiconductor detector: D/teX Ultra 250
Sample plate holder: Flat glass sample plate holder (thickness 0.5 mm)
Measurement range: 5°≦2θ≦90°.
その他の装置を使用する場合は、粉末X線回折用標準Si粉末を用いた測定を行って、上記装置によって得られる結果と同等のピーク強度、半値幅及び回折角の測定結果が得られる条件を見つけ、その条件で試料の測定を行う。 When using other equipment, perform measurements using standard Si powder for powder X-ray diffraction to find conditions that give peak intensity, half-width, and diffraction angle results equivalent to those obtained with the above equipment, and then measure the sample under those conditions.
上記粉末X線回折測定の条件は、リートベルト解析に適用できるXRDパターンを取得できる条件とすることが望ましい。リートベルト解析用のデータを収集するには、具体的にはステップ幅が回折ピークの最小半値幅の1/3-1/5となるようにし、最強度反射のピーク位置における強度が5000cps以上となるように適宜、測定時間又はX線強度を調整する。 The conditions for the above powder X-ray diffraction measurement are preferably such that an XRD pattern applicable to Rietveld analysis can be obtained. To collect data for Rietveld analysis, specifically, the step width is set to 1/3-1/5 of the minimum half-width of the diffraction peak, and the measurement time or X-ray intensity is appropriately adjusted so that the intensity at the peak position of the most intense reflection is 5000 cps or more.
電極に含まれている活物質の組成をICP発光分光法により測定するには、先ず、電極から活物質含有層を剥離する。例えば、超音波を照射することにより電極活物質が含まれている部分を剥離することができる。具体例として、例えば、ガラスビーカー中に入れたエチルメチルカーボネートに電極を入れ、超音波洗浄機中で振動させることで、電極集電体から電極活物質を含む活物質含有層を剥離させることができる。 To measure the composition of the active material contained in an electrode by ICP emission spectroscopy, first, the active material-containing layer is peeled off from the electrode. For example, the portion containing the electrode active material can be peeled off by irradiating it with ultrasonic waves. As a specific example, the active material-containing layer containing the electrode active material can be peeled off from the electrode current collector by placing the electrode in ethyl methyl carbonate in a glass beaker and vibrating it in an ultrasonic cleaner.
次に、剥離した部分を大気中で短時間加熱して(例えば、500℃で1時間程度)、結着剤成分やカーボンなど不要な成分を焼失させる。この残渣を酸で溶解することで、活物質を含む液体サンプルを作製できる。このとき、酸としては塩酸、硝酸、硫酸、フッ化水素などを使用できる。この液体サンプルをICP分析に供することで、活物質中の組成を知ることができる。 Next, the peeled off portion is heated in air for a short period of time (for example, at 500°C for about an hour) to burn off unnecessary components such as binder components and carbon. This residue is dissolved in acid to produce a liquid sample containing the active material. The acid that can be used in this case is hydrochloric acid, nitric acid, sulfuric acid, hydrogen fluoride, etc. This liquid sample can be subjected to ICP analysis to determine the composition of the active material.
(リチウム拡散係数DtE、リチウム拡散係数DtC、第1周縁幅FS及び第1周縁幅FSの測定)
外縁部における厚さ方向へのリチウム拡散係数DtE及び中心部における厚さ方向へのリチウム拡散係数DtCは、次のとおり測定することができる。ここで、リチウム拡散係数DtE及びDtCを包括して、リチウム拡散係数Dtという総称で呼ぶ。
(Measurement of lithium diffusion coefficient Dt E , lithium diffusion coefficient Dt C , first peripheral width F S and first peripheral width F S )
The lithium diffusion coefficient DtE in the thickness direction at the outer edge and the lithium diffusion coefficient DtC in the thickness direction at the center can be measured as follows. Here, the lithium diffusion coefficients DtE and DtC are collectively referred to as the lithium diffusion coefficient Dt.
電池に含まれている電極を試料とする場合、次の方法により前処理を行って、測定試料を準備する。 When using electrodes contained in a battery as samples, prepare the measurement sample by pretreating it using the following method.
先ず、電池を完全に放電状態とする。次いで、不活性雰囲気のグローブボックス、例えば、アルゴン雰囲気下のグローブボックス中で電池を分解し、電極を取り出す。ここで、正極及び負極の両電極を取り出す。次いで、取り出した各電極をエチルメチルカーボネートなどの溶媒を用いて洗浄して、室温環境下で真空乾燥する。 First, the battery is fully discharged. Next, the battery is disassembled in an inert atmosphere glove box, for example, a glove box under an argon atmosphere, and the electrodes are removed. Here, both the positive and negative electrodes are removed. Next, each of the removed electrodes is washed with a solvent such as ethyl methyl carbonate and vacuum dried in a room temperature environment.
各々の電極から、φ10mmの円形試料を打ち出し、得られた円形の正負極を用いてコインセルを作製する。コインセルには、セパレータ及び電解質をさらに用いる。セパレータ及び電解質としては、第2の実施形態にて説明するものを用いることができる。ここで、解体した電池に用いられていたセパレータ及び電解質と同等のセパレータ及び電解質を用いることが望ましい。各電極の主面の端部から中心部までの複数箇所から、円形試料を打ち出す。但し、正極と負極との間で、円形試料を打ち出す箇所をなるべく重ねさせる。具体的には、電池内で正極と負極とが向かい合っていた箇所同士から円形試料を打ち出す。コインセルは、両電極にて対応する箇所から打ち出した円形試料同士を用いて作製する。また、正負極を別々に電池から取り出すのではなく、電極群として重なったまま洗浄及び乾燥し、重ねたまま円形に打ち出すことで、コインセル用の電極群を準備してもよい。 A circular sample with a diameter of 10 mm is punched out from each electrode, and a coin cell is made using the obtained circular positive and negative electrodes. A separator and an electrolyte are further used in the coin cell. As the separator and electrolyte, those described in the second embodiment can be used. Here, it is preferable to use the same separator and electrolyte as those used in the disassembled battery. Circular samples are punched out from multiple points from the end to the center of the main surface of each electrode. However, between the positive electrode and the negative electrode, the points from which the circular samples are punched are overlapped as much as possible. Specifically, the circular samples are punched out from the points where the positive electrode and the negative electrode faced each other in the battery. The coin cell is made using the circular samples punched out from the corresponding points on both electrodes. In addition, instead of removing the positive and negative electrodes separately from the battery, the electrode group for the coin cell may be prepared by washing and drying them while overlapping as an electrode group, and punching them into a circle while overlapping.
固体電解質層が設けられている電極については、固体電解質層が在る部分及び固体電解質層がない部分から少なくとも1箇所ずつ円形試料を打ち出す。但し、電極主面の全体に固体電解質層が設けられている電極についてはもちろん、固体電解質層がない部分から試料を打ち出さなくてもよい。 For electrodes with a solid electrolyte layer, at least one circular sample is punched out from the part with the solid electrolyte layer and one from the part without the solid electrolyte layer. However, for electrodes with a solid electrolyte layer over the entire main surface of the electrode, it is not necessary to punch out a sample from the part without the solid electrolyte layer.
次いで、コインセルを半充電状態まで充電する。ここでいう半充電状態とは、例えば、SOC(State Of Charge)が50%の状態を指す。半充電状態のコインセルから負極と正極を含んだ積層体を取り出す。この積層体を洗浄及び室温環境下で真空乾燥して、測定試料を得る。 The coin cell is then charged to a half-charged state. A half-charged state here refers to a state where the SOC (State Of Charge) is 50%, for example. A laminate including a negative electrode and a positive electrode is removed from the half-charged coin cell. This laminate is washed and vacuum-dried at room temperature to obtain a measurement sample.
その後、この測定試料に対して、ソーラトロン社製周波数応答アナライザ1260型を用いて交流インピーダンスの測定を行う。測定周波数範囲は、5Hzから32MHzの範囲とする。測定は、測定試料を大気に暴露することなく乾燥アルゴン雰囲気下に入れ、25℃環境下にて行う。 Then, the AC impedance of this measurement sample is measured using a Solartron Frequency Response Analyzer Model 1260. The measurement frequency range is from 5 Hz to 32 MHz. The measurement is performed in a 25°C environment, with the measurement sample placed in a dry argon atmosphere without being exposed to the air.
リチウム拡散係数Dtは電極厚み方向の抵抗値の逆数で示され、次のとおり算出する。測定された交流インピーダンスに基づいて、複素インピーダンスプロット(Cole-Coleプロット)を作成する。Cole-Coleプロットは、横軸を実数成分として、縦軸に虚数成分をプロットしたものである。以下の式(1)により電極厚み方向の抵抗値を算出する。なお、下記式(1)において、ZはCole-Coleプロットの円弧の直径から算出される抵抗値であり、Sは電極面積(円形の面積)である。 The lithium diffusion coefficient Dt is expressed as the reciprocal of the resistance value in the thickness direction of the electrode, and is calculated as follows. A complex impedance plot (Cole-Cole plot) is created based on the measured AC impedance. The Cole-Cole plot plots the real component on the horizontal axis and the imaginary component on the vertical axis. The resistance value in the thickness direction of the electrode is calculated using the following formula (1). In the following formula (1), Z is the resistance value calculated from the diameter of the arc of the Cole-Cole plot, and S is the electrode area (area of the circle).
Dt = 1 /(Z/S) ・・・(1)。 Dt = 1/(Z/S)...(1).
電極の主面内の複数箇所にて測定したリチウム拡散係数Dtを比較する。電極主面におけるリチウム拡散係数Dtの増減に基づいて、電極主面のうち外縁部に対応する部分と中心部に対応する部分とを判別しても良い。但し、固体電解質層が含まれている場合は、固体電解質層のレイアウトに基づいて、外縁部及び中心部を判別する。対象の電極自体が固体電解質層を有していないものの対極が固体電解質層を有している場合、対極における外縁部及び中心部と重なる部分を、その電極における外縁部及び中心部と見なしてもよい。 The lithium diffusion coefficients Dt measured at multiple locations on the main surface of the electrode are compared. Based on the increase or decrease in the lithium diffusion coefficient Dt on the main surface of the electrode, the portion of the main surface of the electrode that corresponds to the outer edge and the portion that corresponds to the center may be determined. However, if a solid electrolyte layer is included, the outer edge and center are determined based on the layout of the solid electrolyte layer. If the target electrode itself does not have a solid electrolyte layer but the counter electrode does, the portions that overlap with the outer edge and center of the counter electrode may be considered to be the outer edge and center of the electrode.
外縁部と判断した部分に対応する箇所について得られたリチウム拡散係数Dtを、外縁部におけるリチウム拡散係数DtEとする。同様に、中心部と判断した部分に対応する箇所について得られたリチウム拡散係数Dtを、中心部におけるリチウム拡散係数DtCとする。 The lithium diffusion coefficient Dt obtained for the portion corresponding to the portion determined to be the outer edge is defined as the lithium diffusion coefficient Dt E at the outer edge. Similarly, the lithium diffusion coefficient Dt obtained for the portion corresponding to the portion determined to be the center is defined as the lithium diffusion coefficient Dt C at the center.
外縁部の第1領域又は第1固体電解質層の第1部の第1周縁幅FS、及び外縁部の第2領域又は第2固体電解質層の第2部の第2周縁幅SSは、外縁部と判断した部分又は固体電解質層のレイアウトに基づいて寸法測定を行うことで求められる。外縁部における第1領域及び第2領域の設定は、任意に行うことができる。第1固体電解質層における第1部及び第2部の設定は、任意に行うことができる。但し、第1領域を設定せずに第2領域を設定することはない。同様に、第1部を設定せずに第2部を設定することはない。 The first peripheral width F S of the first region of the outer edge or the first part of the first solid electrolyte layer, and the second peripheral width S S of the second region of the outer edge or the second part of the second solid electrolyte layer are determined by performing dimensional measurements based on the layout of the part determined to be the outer edge or the solid electrolyte layer. The first and second regions in the outer edge can be set arbitrarily. The first and second parts in the first solid electrolyte layer can be set arbitrarily. However, the second region is not set without setting the first region. Similarly, the second part is not set without setting the first part.
第1の実施形態に係る電極は、二相共存反応をする活物質を含有する活物質含有層を具備する。この活物質含有層は第1方向に沿う一対の第1辺を含む主面を有し、該主面内の外縁部における厚さ方向へのリチウム拡散係数DtEと、中心部における厚さ方向へのリチウム拡散係数DtCとは、DtE>DtCの関係を満たす。ここでいう厚さ方向は、活物質含有層の主面と交差する。外縁部は、第1辺の少なくとも一方に沿う第1領域を含む。第1領域の第1周縁幅FSは、一対の第1辺の間の第1幅FAに対し0.03FA以上0.25FA以下である。中心部は、主面のうち外縁部を除く部分に対応する。係る電極は、容量低下が抑制された二次電池を提供することができる。 The electrode according to the first embodiment includes an active material-containing layer that contains an active material that undergoes a two-phase coexistence reaction. The active material-containing layer has a main surface that includes a pair of first sides along a first direction, and the lithium diffusion coefficient DtE in the thickness direction at the outer edge of the main surface and the lithium diffusion coefficient DtC in the thickness direction at the center satisfy the relationship DtE > DtC . The thickness direction here intersects with the main surface of the active material-containing layer. The outer edge includes a first region along at least one of the first sides. The first peripheral width F S of the first region is 0.03F A or more and 0.25F A or less with respect to the first width F A between the pair of first sides. The center corresponds to the portion of the main surface excluding the outer edge. Such an electrode can provide a secondary battery in which capacity reduction is suppressed.
[第2の実施形態]
第2の実施形態によると、第1電極と第2電極とを含む二次電池が提供される。第1電極は、第1の実施形態に係る電極を含む。第2電極は、第1電極に対する対極を含む。
Second Embodiment
According to a second embodiment, there is provided a secondary battery including a first electrode and a second electrode, the first electrode including the electrode according to the first embodiment, and the second electrode including a counter electrode for the first electrode.
第1電極は、二次電池の負極又は正極であり得る。つまりこの二次電池は、負極又は正極として、第1の実施形態に係る電極を含む。 The first electrode can be the negative electrode or positive electrode of the secondary battery. In other words, the secondary battery includes the electrode according to the first embodiment as the negative electrode or positive electrode.
第2電極は、第1電極に対する対極に該当する。つまり第2電極は、負極としての第1電極を含む二次電池において、正極として含まれる。そして第2電極は、正極としての第1電極を含む二次電池において、負極として含まれる。 The second electrode corresponds to a counter electrode for the first electrode. In other words, the second electrode is included as a positive electrode in a secondary battery that includes the first electrode as a negative electrode. And the second electrode is included as a negative electrode in a secondary battery that includes the first electrode as a positive electrode.
第2の実施形態に係る二次電池は、第1電極と第2電極との間に配されたセパレータを更に具備することもできる。第1電極、第2電極、及びセパレータは、電極群を構成することができる。電解質は、電極群に保持され得る。電極群における厚さ方向、つまり第1電極と第2電極との積層方向へのリチウム拡散係数Dtは、第1電極の外縁部に対応する部分でのリチウム拡散係数DtEの方が、第1電極の中心部に対応する部分でのリチウム拡散係数DtCより高い。 The secondary battery according to the second embodiment may further include a separator disposed between the first electrode and the second electrode. The first electrode, the second electrode, and the separator may constitute an electrode group. The electrolyte may be held in the electrode group. With regard to the lithium diffusion coefficient Dt in the thickness direction of the electrode group, i.e., in the stacking direction of the first electrode and the second electrode, the lithium diffusion coefficient Dt E in a portion corresponding to the outer edge of the first electrode is higher than the lithium diffusion coefficient Dt C in a portion corresponding to the center of the first electrode.
また、第2の実施形態に係る二次電池は、電極群及び電解質を収容する外装部材を更に具備することができる。 The secondary battery according to the second embodiment may further include an exterior member that contains the electrode group and the electrolyte.
さらに、第2の実施形態に係る二次電池は、第1電極に電気的に接続された第1電極端子及び第2電極に電気的に接続された第2電極端子を更に具備することができる。ここでは、第1電極端子及び第2電極端子について、負極としての第1電極又は負極としての第2電極と電気的に接続される場合は、負極端子と呼ぶ。同様に、第1電極端子及び第2電極端子について、正極としての第1電極又は正極としての第2電極と電気的に接続される場合は、正極端子と呼ぶ。 Furthermore, the secondary battery according to the second embodiment may further include a first electrode terminal electrically connected to the first electrode and a second electrode terminal electrically connected to the second electrode. Here, the first electrode terminal and the second electrode terminal are referred to as negative electrode terminals when they are electrically connected to the first electrode as a negative electrode or the second electrode as a negative electrode. Similarly, the first electrode terminal and the second electrode terminal are referred to as positive electrode terminals when they are electrically connected to the first electrode as a positive electrode or the second electrode as a positive electrode.
第2の実施形態に係る二次電池は、例えばリチウム二次電池であり得る。また、二次電池は、非水電解質を含んだ非水電解質二次電池を含む。 The secondary battery according to the second embodiment may be, for example, a lithium secondary battery. The secondary battery also includes a non-aqueous electrolyte secondary battery that contains a non-aqueous electrolyte.
以下、第1電極、第2電極、電解質、セパレータ、外装部材、負極端子及び正極端子について詳細に説明する。 The first electrode, second electrode, electrolyte, separator, exterior member, negative electrode terminal, and positive electrode terminal are described in detail below.
1)第1電極
第1電極の詳細は、第1の実施形態に係る電極の詳細と重複する。そのため、ここでは説明を省略する。
1) First Electrode The details of the first electrode overlap with the details of the electrode according to the first embodiment, and therefore the description thereof will be omitted here.
2)第2電極
第2電極は、第2活物質含有層を含むことができる。第2活物質含有層は、単一固相反応により充放電反応が進行する固溶体である第2活物質を含有することができる。
2) Second Electrode The second electrode may include a second active material-containing layer. The second active material-containing layer may contain a second active material that is a solid solution in which a charge/discharge reaction proceeds through a single solid-state reaction.
第2電極は、集電体を含み得る。第2活物質含有層は、集電体の片方の主面又は表裏両方の主面に担持され得る。第2活物質含有層は、第2活物質に加え、導電剤及び結着剤をさらに含むことができる。 The second electrode may include a current collector. The second active material-containing layer may be supported on one main surface or both main surfaces of the current collector. The second active material-containing layer may further include a conductive agent and a binder in addition to the second active material.
第2電極は、第2活物質含有層の第2主面上に設けられている第2固体電解質層をさらに含んでもよい。第2固体電解質層は、固体電解質を含有する。第2固体電解質層は、結着剤をさらに含むことができる。第2固体電解質層が含むことのできる各種材料は、第1の実施形態に係る電極にて第1固体電解質層が含むことのできる各種材料(固体電解質、無機化合物、及び結着剤)と同様のものである。第2固体電解質層の組成は、第1固体電解質層の組成と同じであってもよく、異なっていてもよい。 The second electrode may further include a second solid electrolyte layer provided on the second main surface of the second active material-containing layer. The second solid electrolyte layer contains a solid electrolyte. The second solid electrolyte layer may further include a binder. The various materials that the second solid electrolyte layer may contain are similar to the various materials (solid electrolyte, inorganic compound, and binder) that the first solid electrolyte layer may contain in the electrode according to the first embodiment. The composition of the second solid electrolyte layer may be the same as or different from the composition of the first solid electrolyte layer.
第2固体電解質層を含む第2電極では、第2活物質含有層は、第2固体電解質層が設けられていない第2固体電解質非担持部を含むことが望ましい。以下、第2固体電解質非担持部を含む態様の第2電極を説明する。 In the second electrode including the second solid electrolyte layer, it is preferable that the second active material-containing layer includes a second solid electrolyte non-supporting portion where the second solid electrolyte layer is not provided. Below, we will explain the second electrode including the second solid electrolyte non-supporting portion.
第2電極活物質含有層の第2主面は、第3方向に沿う一対の第3辺を含む。第2固体電解質層は、一対の第3辺の少なくとも一方に沿う第3部を含み得る。第2固体電解質層は、一対の第3辺の一方に沿う1つの第3部を含むことができ、又は一対の第3辺のそれぞれに沿う一対の第3部を含むことができる。また、各第3部は、一対の第3辺の間の第3幅TAに対し0.25TA以下の第3周縁幅TSを有し得る。第3周縁幅TSは、0.03TA以上であることが好ましい。一対の第3部の間で、第3周縁幅TSは同じであってもよく、異なっていてもよい。各第3部の第3周縁幅TSは、第1部の第1周縁幅FS及び/又は第2部の第2周縁幅SSと同じであってもよく、異なっていてもよい。第3辺間の第3幅TA及び第3部の第3周縁幅TSは、それぞれ同じ方向への幅である。 The second main surface of the second electrode active material-containing layer includes a pair of third sides along the third direction. The second solid electrolyte layer may include a third portion along at least one of the pair of third sides. The second solid electrolyte layer may include one third portion along one of the pair of third sides, or a pair of third portions along each of the pair of third sides. Each third portion may have a third peripheral width T S of 0.25 T A or less with respect to the third width T A between the pair of third sides. The third peripheral width T S is preferably 0.03 T A or more. Between the pair of third portions, the third peripheral width T S may be the same or different. The third peripheral width T S of each third portion may be the same as the first peripheral width F S of the first portion and/or the second peripheral width S S of the second portion, or may be different. The third width TA between the third sides and the third peripheral width TS of the third portion are each widths in the same direction.
ここでいう第3方向は、上述した第1方向と平行であるとともに第2方向と交差し得る。或いは、第3方向は、第1方向と交差するとともに第2方向と平行であり得る。第3方向と第1方向とが並行であることが好ましい。 The third direction here may be parallel to the first direction and intersect with the second direction. Alternatively, the third direction may intersect with the first direction and be parallel to the second direction. It is preferable that the third direction and the first direction are parallel.
第2固体電解質層は、第4部をさらに含み得る。第2電極活物質含有層の第2主面は、第3方向と交差する第4方向に沿う一対の第4辺をらに含み得るところ、第4部は、この一対の第4辺の少なくとも一方に沿っている。従って、第2固体電解質層は、一対の第4辺の一方に沿う1つの第4部を含むことができ、又は一対の第4辺のそれぞれに沿う一対の第4部を含むことができる。また、各第4部は、一対の第4辺の間の第4幅UAに対し0.25UA以下の第4周縁幅USを有する。第4周縁幅USは、0.03UA以上であることが好ましい。一対の第4部の間で、第4周縁幅USは同じであってもよく、異なっていてもよい。各第4部の第4周縁幅USは、第1部の第1周縁幅FS及び/又は第2部の第2周縁幅SS及び/又は第3部の第3周縁幅TSと同じであってもよく、異なっていてもよい。第4辺間の第4幅UA及び第4部の第4周縁幅USは、それぞれ同じ方向への幅である。 The second solid electrolyte layer may further include a fourth portion. The second main surface of the second electrode active material-containing layer may further include a pair of fourth sides along a fourth direction intersecting with the third direction, and the fourth portion is along at least one of the pair of fourth sides. Thus, the second solid electrolyte layer may include one fourth portion along one of the pair of fourth sides, or may include a pair of fourth portions along each of the pair of fourth sides. In addition, each fourth portion has a fourth peripheral width U S of 0.25 U A or less with respect to the fourth width U A between the pair of fourth sides. The fourth peripheral width U S is preferably 0.03 U A or more. Between the pair of fourth portions, the fourth peripheral width U S may be the same or different. The fourth peripheral width U S of each fourth portion may be the same as or different from the first peripheral width F S of the first portion and/or the second peripheral width S S of the second portion and/or the third peripheral width T S of the third portion. The fourth width U A between the fourth sides and the fourth peripheral width U S of the fourth portion are each widths in the same direction.
第4方向は、第3方向と交差する。第4方向は、第1方向と交差するとともに第2方向と平行であり得る。或いは、第4方向は、第1方向と平行であるとともに第2方向と交差し得る。 The fourth direction intersects the third direction. The fourth direction can intersect the first direction and be parallel to the second direction. Alternatively, the fourth direction can be parallel to the first direction and intersect the second direction.
第2固体電解質層の第3部及び第4部は、第1固体電解質層の第1部及び第2部と同様の構成を有し得る。つまり、第2固体電解質層を有する第2電極は、第1活物質を含有する第1活物質含有層の代わりに第2活物質を含有する第2活物質含有層を備えることを除き第1の実施形態に係る電極(第1電極)と同様の構成を有する。詳細が重複するため、ここでは説明を省略する。 The third and fourth parts of the second solid electrolyte layer may have the same configuration as the first and second parts of the first solid electrolyte layer. In other words, the second electrode having the second solid electrolyte layer has the same configuration as the electrode (first electrode) according to the first embodiment, except that it has a second active material-containing layer containing a second active material instead of the first active material-containing layer containing the first active material. Details are omitted here to avoid duplication.
第2固体電解質層を含まない第2電極は、第2固体電解質層の有無以外については第2固体電解質層を有する第2電極と同様の構成を有する。詳細が重複するため、ここでは説明を省略する。 The second electrode that does not include a second solid electrolyte layer has a similar configuration to the second electrode that includes a second solid electrolyte layer, except for the presence or absence of the second solid electrolyte layer. Details are omitted here to avoid duplication.
第2電極は、第1電極に対する対極として、二次電池に含まれる。一方では、正極としての態様では、第2活物質を第2正極活物質又は単に正極活物質と呼ぶことがある。他方、負極としての態様では、第2活物質を第2負極活物質又は単に負極活物質と呼び、第2活物質含有層を第2負極活物質含有層又は単に負極活物質含有層と呼ぶことがある。 The second electrode is included in the secondary battery as a counter electrode to the first electrode. On the one hand, in the case of a positive electrode, the second active material may be called a second positive electrode active material or simply a positive electrode active material. On the other hand, in the case of a negative electrode, the second active material may be called a second negative electrode active material or simply a negative electrode active material, and the second active material-containing layer may be called a second negative electrode active material-containing layer or simply a negative electrode active material-containing layer.
正極である第2電極に含むことができる単一固相反応をする第2活物質、つまり第2正極活物質の例には、スピネル構造を有するリチウムマンガンニッケル複合酸化物(例えば、LixMn2-wNiwO4で表され0<x≦1及び0<w<2である化合物)及びリチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物(例えば、LixNi1-y-zCoyMnzO2で表され0<x≦1、0<y<1、0<z<1、及びy+z<1である化合物)が含まれる。 Examples of the second active material undergoing a single solid-phase reaction that can be contained in the second electrode, i.e., the second positive electrode active material, include lithium manganese nickel composite oxides having a spinel structure (e.g., a compound represented by Li x Mn 2-w Ni w O 4 where 0<x≦1 and 0<w<2) and lithium nickel cobalt manganese composite oxides (e.g., a compound represented by Li x Ni 1-yz Co y Mn z O 2 where 0<x≦1, 0<y<1, 0<z<1, and y+z<1).
負極である第2電極に含むことができる単一固相反応をする第2活物質、つまり第2負極活物質の例には、単斜晶型ニオブチタン複合酸化物が含まれる。 An example of a second active material undergoing a single solid-phase reaction that can be contained in the second electrode, i.e., the negative electrode active material, includes monoclinic niobium titanium composite oxide.
単斜晶型ニオブチタン複合酸化物の例として、LisTi1-tM4tNb2-uM5uO7+δで表される化合物が挙げられる。ここで、M4は、Zr,Si,及びSnからなる群より選択される少なくとも1つである。M5は、V,Ta,及びBiからなる群より選択される少なくとも1つである。組成式中のそれぞれの添字は、0≦s≦5、0≦t<1、0≦u<2、-0.3≦δ≦0.3である。単斜晶型ニオブチタン複合酸化物の具体例として、LisNb2TiO7(0≦s≦5)が挙げられる。 An example of the monoclinic niobium titanium composite oxide is a compound represented by Li s Ti 1-t M4 t Nb 2-u M5 u O 7+δ . Here, M4 is at least one selected from the group consisting of Zr, Si, and Sn. M5 is at least one selected from the group consisting of V, Ta, and Bi. The subscripts in the composition formula are 0≦s≦5, 0≦t<1, 0≦u<2, and −0.3≦δ≦0.3. A specific example of the monoclinic niobium titanium composite oxide is Li s Nb 2 TiO 7 (0≦s≦5).
単斜晶型ニオブチタン複合酸化物の他の例として、LisTi1-tM6t+uNb2-uO7-δで表される化合物が挙げられる。ここで、M6は、Mg,Fe,Ni,Co,W,Ta,及びMoからなる群より選択される少なくとも1つである。組成式中のそれぞれの添字は、0≦s≦5、0≦t<1、0≦u<2、-0.3≦δ≦0.3である。 Another example of the monoclinic niobium titanium composite oxide is a compound represented by Li s Ti 1-t M6 t+u Nb 2-u O 7-δ , where M6 is at least one selected from the group consisting of Mg, Fe, Ni, Co, W, Ta, and Mo. The subscripts in the composition formula are 0≦s≦5, 0≦t<1, 0≦u<2, and −0.3≦δ≦0.3.
導電剤、結着剤、及び集電体の詳細は、第1の実施形態に係る電極におけるそれと同様である。そのため、ここでは説明を省略する。 The details of the conductive agent, binder, and current collector are the same as those in the electrode according to the first embodiment. Therefore, a description thereof will be omitted here.
第2負極活物質含有層の密度(集電体を含まず)は、1.8g/cm3以上2.8g/cm3以下であることが好ましい。その理由は、第1の実施形態にて説明した第1負極活物質含有層の密度のものと同様である。負極活物質含有層の密度は、2.1g/cm3以上2.6g/cm3以下であることがより好ましい。 The density of the second negative electrode active material-containing layer (excluding the current collector) is preferably 1.8 g/cm 3 or more and 2.8 g/cm 3 or less. The reason is the same as that of the density of the first negative electrode active material-containing layer described in the first embodiment. The density of the negative electrode active material-containing layer is more preferably 2.1 g/cm 3 or more and 2.6 g/cm 3 or less.
第2正極活物質の一次粒径は、100nm以上1μm以下であることが好ましい。第2正極活物質の比表面積は、0.1m2/g以上10m2/g以下であることが好ましい。それらの理由は、第1の実施形態にて説明した第1正極活物質のものと同様である。 The primary particle size of the second positive electrode active material is preferably 100 nm to 1 μm, and the specific surface area of the second positive electrode active material is preferably 0.1 m 2 /g to 10 m 2 /g for the same reasons as those for the first positive electrode active material described in the first embodiment.
第1活物質を用いて第1活物質含有層を形成する代わりに第2活物質を用いて第2活物質含有層を形成することを除き、第1の実施形態に係る電極と同様の方法で第2電極を作製することができる。また、第2電極の作製においては、固体電解質層(第1固体電解質層)の形成、つまり固体電解質含有スラリーの塗布及び乾燥を省略してもよい。固体電解質層を設ける場合は、第1固体電解質層の形成と同様の手順で、第1活物質含有層の上に第1固体電解質層を形成する代わりに、第2活物質含有層の上に第2固体電解質層を形成する。 The second electrode can be produced in the same manner as the electrode according to the first embodiment, except that the second active material-containing layer is formed using the second active material instead of the first active material-containing layer. In addition, in producing the second electrode, the formation of the solid electrolyte layer (first solid electrolyte layer), that is, the application and drying of the solid electrolyte-containing slurry, may be omitted. When providing a solid electrolyte layer, the second solid electrolyte layer is formed on the second active material-containing layer in the same procedure as the formation of the first solid electrolyte layer, instead of forming the first solid electrolyte layer on the first active material-containing layer.
第2電極に対し、第1の実施形態にて説明した各種測定方法、即ち第1電極についての測定方法を、同様に適用できる。例えば、第1電極における第1周縁幅FS及び第2周縁幅SSの測定方法と同様の方法で、第2電極における第3周縁幅TS及び第4周縁幅USを測定することができる。 The various measurement methods described in the first embodiment, i.e., the measurement methods for the first electrode, can be similarly applied to the second electrode. For example, the third peripheral width T S and the fourth peripheral width U S of the second electrode can be measured in the same manner as the measurement method for the first peripheral width F S and the second peripheral width S S of the first electrode.
3)電解質
電解質としては、例えば液状非水電解質又はゲル状非水電解質を用いることができる。液状非水電解質は、溶質としての電解質塩を有機溶媒に溶解することにより調製される。電解質塩の濃度は、0.5 mol/L以上2.5 mol/L以下であることが好ましい。
3) Electrolyte As the electrolyte, for example, a liquid nonaqueous electrolyte or a gel nonaqueous electrolyte can be used. The liquid nonaqueous electrolyte is prepared by dissolving an electrolyte salt as a solute in an organic solvent. The concentration of the electrolyte salt is preferably 0.5 mol/L or more and 2.5 mol/L or less.
電解質塩の例には、過塩素酸リチウム(LiClO4)、六フッ化リン酸リチウム(LiPF6)、四フッ化ホウ酸リチウム(LiBF4)、六フッ化砒素リチウム(LiAsF6)、トリフルオロメタンスルホン酸リチウム(LiCF3SO3)、及びビストリフルオロメチルスルホニルイミドリチウム(LiN(CF3SO2)2)、リチウムビス(フルオロスルホニル)イミド(LiN(SO2F)2;LiFSI)のようなリチウム塩、及び、これらの混合物が含まれる。電解質塩は、高電位でも酸化し難いものであることが好ましく、LiPF6が最も好ましい。 Examples of the electrolyte salt include lithium perchlorate ( LiClO4 ), lithium hexafluorophosphate ( LiPF6 ), lithium tetrafluoroborate ( LiBF4 ), lithium hexafluoroarsenic ( LiAsF6 ), lithium trifluoromethanesulfonate ( LiCF3SO3 ), and lithium salts such as lithium bistrifluoromethylsulfonylimide (LiN(CF3SO2)2), lithium bis(fluorosulfonyl)imide (LiN(SO2F)2 ; LiFSI ) , and mixtures thereof. The electrolyte salt is preferably one that is difficult to oxidize even at high potentials, and LiPF6 is most preferred.
有機溶媒の例には、プロピレンカーボネート(propylene carbonate;PC)、エチレンカーボネート(ethylene carbonate;EC)、ビニレンカーボネート(vinylene carbonate;VC)のような環状カーボネート;ジエチルカーボネート(diethyl carbonate;DEC)、ジメチルカーボネート(dimethyl carbonate;DMC)、メチルエチルカーボネート(methyl ethyl carbonate;MEC)のような鎖状カーボネート;テトラヒドロフラン(tetrahydrofuran;THF)、2メチルテトラヒドロフラン(2-methyl tetrahydrofuran;2MeTHF)、ジオキソラン(dioxolane;DOX)のような環状エーテル;ジメトキシエタン(dimethoxy ethane;DME)、ジエトキシエタン(diethoxy ethane;DEE)のような鎖状エーテル;γ-ブチロラクトン(γ-butyrolactone;GBL)、アセトニトリル(acetonitrile;AN)、及びスルホラン(sulfolane;SL)が含まれる。これらの有機溶媒は、単独で、又は混合溶媒として用いることができる。 Examples of organic solvents include cyclic carbonates such as propylene carbonate (PC), ethylene carbonate (EC), and vinylene carbonate (VC); chain carbonates such as diethyl carbonate (DEC), dimethyl carbonate (DMC), and methyl ethyl carbonate (MEC); cyclic ethers such as tetrahydrofuran (THF), 2-methyl tetrahydrofuran (2MeTHF), and dioxolane (DOX); chain ethers such as dimethoxyethane (DME) and diethoxyethane (DEE); γ-butyrolactone (GBL), acetonitrile (AN), and sulfolane (SL). These organic solvents can be used alone or as a mixed solvent.
ゲル状非水電解質は、液状非水電解質と高分子材料とを複合化することにより調製される。高分子材料の例には、ポリフッ化ビニリデン(polyvinylidene fluoride;PVdF)、ポリアクリロニトリル(polyacrylonitrile;PAN)、ポリエチレンオキサイド(polyethylene oxide;PEO)、又はこれらの混合物が含まれる。 The gelled non-aqueous electrolyte is prepared by combining a liquid non-aqueous electrolyte with a polymeric material. Examples of the polymeric material include polyvinylidene fluoride (PVdF), polyacrylonitrile (PAN), polyethylene oxide (PEO), or a mixture thereof.
或いは、非水電解質としては、液状非水電解質及びゲル状非水電解質の他に、リチウムイオンを含有した常温溶融塩(イオン性融体)、高分子固体電解質、及び無機固体電解質等を用いてもよい。 Alternatively, in addition to liquid nonaqueous electrolytes and gel nonaqueous electrolytes, room temperature molten salts containing lithium ions (ionic melts), polymer solid electrolytes, inorganic solid electrolytes, etc. may be used as the nonaqueous electrolyte.
常温溶融塩(イオン性融体)は、有機物カチオンとアニオンとの組合せからなる有機塩の内、常温(15℃以上25℃以下)で液体として存在し得る化合物を指す。常温溶融塩には、単体で液体として存在する常温溶融塩、電解質塩と混合させることで液体となる常温溶融塩、有機溶媒に溶解させることで液体となる常温溶融塩、又はこれらの混合物が含まれる。一般に、二次電池に用いられる常温溶融塩の融点は、25℃以下である。また、有機物カチオンは、一般に4級アンモニウム骨格を有する。 A room temperature molten salt (ionic melt) refers to a compound that can exist as a liquid at room temperature (15°C or higher and 25°C or lower) among organic salts consisting of a combination of organic cations and anions. Room temperature molten salts include room temperature molten salts that exist as liquid by themselves, room temperature molten salts that become liquid when mixed with an electrolyte salt, room temperature molten salts that become liquid when dissolved in an organic solvent, and mixtures of these. In general, the melting point of room temperature molten salts used in secondary batteries is 25°C or lower. In addition, organic cations generally have a quaternary ammonium skeleton.
高分子固体電解質は、電解質塩を高分子材料に溶解し、固体化することによって調製される。 Polymer solid electrolytes are prepared by dissolving an electrolyte salt in a polymer material and solidifying it.
無機固体電解質は、Liイオン伝導性を有する固体物質である。 An inorganic solid electrolyte is a solid material that has Li ion conductivity.
或いは、非水電解質の代わりに、液状水系電解質又はゲル状水系電解質を電解質として用いることができる。液状水系電解質は、溶質として、例えば、上記電解質塩を水系溶媒に溶解することにより調製される。ゲル状水系電解質は、液状水系電解質と上記高分子材料とを複合化することにより調製される。水系溶媒としては、水を含む溶液を用い得る。水を含む溶液とは、純水であってもよく、水と有機溶媒との混合溶媒であってsもよい。 Alternatively, instead of a non-aqueous electrolyte, a liquid aqueous electrolyte or a gel aqueous electrolyte can be used as the electrolyte. The liquid aqueous electrolyte is prepared by dissolving, for example, the above-mentioned electrolyte salt as a solute in an aqueous solvent. The gel aqueous electrolyte is prepared by compounding the liquid aqueous electrolyte with the above-mentioned polymer material. As the aqueous solvent, a solution containing water can be used. The solution containing water may be pure water or a mixed solvent of water and an organic solvent.
4)セパレータ
セパレータは、例えば、ポリエチレン(polyethylene;PE)、ポリプロピレン(polypropylene;PP)、セルロース、若しくはポリフッ化ビニリデン(polyvinylidene fluoride;PVdF)を含む多孔質フィルム、又は合成樹脂製不織布から形成される。安全性の観点からは、ポリエチレン又はポリプロピレンから形成された多孔質フィルムを用いることが好ましい。これらの多孔質フィルムは、一定温度において溶融し、電流を遮断することが可能なためである。
4) Separator The separator is formed, for example, from a porous film containing polyethylene (PE), polypropylene (PP), cellulose, or polyvinylidene fluoride (PVdF), or a synthetic resin nonwoven fabric. From the viewpoint of safety, it is preferable to use a porous film formed from polyethylene or polypropylene. This is because these porous films melt at a certain temperature and are capable of cutting off electric current.
5)外装部材
外装部材としては、例えば、ラミネートフィルムからなる容器、又は金属製容器を用いることができる。
5) Exterior Member As the exterior member, for example, a container made of a laminate film or a metal container can be used.
ラミネートフィルムの厚さは、例えば、0.5mm以下であり、好ましくは、0.2mm以下である。 The thickness of the laminate film is, for example, 0.5 mm or less, and preferably 0.2 mm or less.
ラミネートフィルムとしては、複数の樹脂層とこれらの樹脂層間に介在した金属層とを含む多層フィルムが用いられる。樹脂層は、例えば、ポリプロピレン(polypropylene;PP)、ポリエチレン(polyethylene;PE)、ナイロン、及びポリエチレンテレフタレート(polyethylene terephthalate;PET)等の高分子材料を含んでいる。金属層は、軽量化のためにアルミニウム箔又はアルミニウム合金箔からなることが好ましい。ラミネートフィルムは、熱融着によりシールを行うことにより、外装部材の形状に成形され得る。 As the laminate film, a multilayer film containing multiple resin layers and metal layers interposed between these resin layers is used. The resin layers contain polymeric materials such as polypropylene (PP), polyethylene (PE), nylon, and polyethylene terephthalate (PET). The metal layers are preferably made of aluminum foil or aluminum alloy foil to reduce weight. The laminate film can be molded into the shape of the exterior member by sealing it by heat fusion.
金属製容器の壁の厚さは、例えば、1mm以下であり、より好ましくは0.5mm以下であり、更に好ましくは、0.2mm以下である。 The thickness of the metal container wall is, for example, 1 mm or less, more preferably 0.5 mm or less, and even more preferably 0.2 mm or less.
金属製容器は、例えば、アルミニウム又はアルミニウム合金等から作られる。アルミニウム合金は、マグネシウム、亜鉛、及びケイ素等の元素を含むことが好ましい。アルミニウム合金は、鉄、銅、ニッケル、及びクロム等の遷移金属を含む場合、その含有量は1質量%以下であることが好ましい。 The metal container is made of, for example, aluminum or an aluminum alloy. The aluminum alloy preferably contains elements such as magnesium, zinc, and silicon. If the aluminum alloy contains transition metals such as iron, copper, nickel, and chromium, the content is preferably 1 mass% or less.
外装部材の形状は、特に限定されない。外装部材の形状は、例えば、扁平型(薄型)、角型、円筒型、コイン型、又はボタン型等であってもよい。外装部材は、電池寸法や電池の用途に応じて適宜選択することができる。 The shape of the exterior member is not particularly limited. The shape of the exterior member may be, for example, flat (thin), rectangular, cylindrical, coin-shaped, or button-shaped. The exterior member can be appropriately selected depending on the battery dimensions and the application of the battery.
6)負極端子
負極端子は、リチウムの酸化還元電位に対し0.8V以上3V以下の電位範囲(vs.Li/Li+)において電気化学的に安定であり、かつ導電性を有する材料から形成することができる。具体的には、負極端子の材料としては、銅、ニッケル、ステンレス若しくはアルミニウム、又は、Mg,Ti,Zn,Mn,Fe,Cu,及びSiからなる群より選択される少なくとも1種の元素を含むアルミニウム合金が挙げられる。負極端子の材料としては、アルミニウム又はアルミニウム合金を用いることが好ましい。負極端子は、負極集電体との接触抵抗を低減するために、負極集電体と同様の材料からなることが好ましい。
6) Negative electrode terminal The negative electrode terminal can be formed from a material that is electrochemically stable in a potential range of 0.8V to 3V (vs. Li/Li + ) relative to the redox potential of lithium and has electrical conductivity. Specifically, the material of the negative electrode terminal can be copper, nickel, stainless steel, or aluminum, or an aluminum alloy containing at least one element selected from the group consisting of Mg, Ti, Zn, Mn, Fe, Cu, and Si. The material of the negative electrode terminal is preferably aluminum or an aluminum alloy. The negative electrode terminal is preferably made of the same material as the negative electrode current collector in order to reduce the contact resistance with the negative electrode current collector.
7)正極端子
正極端子は、リチウムの酸化還元電位に対し3V以上4.5V以下の電位範囲(vs.Li/Li+)において電気的に安定であり、且つ導電性を有する材料から形成することができる。正極端子の材料としては、アルミニウム、或いは、Mg、Ti、Zn、Mn、Fe、Cu及びSiからなる群より選択される少なくとも1種の元素を含むアルミニウム合金が挙げられる。正極端子は、正極集電体との接触抵抗を低減するために、正極集電体と同様の材料から形成されることが好ましい。
7) Positive Electrode Terminal The positive electrode terminal can be formed from a material that is electrically stable in a potential range of 3 V to 4.5 V with respect to the redox potential of lithium (vs. Li/Li + ) and has electrical conductivity. Examples of the material for the positive electrode terminal include aluminum and aluminum alloys containing at least one element selected from the group consisting of Mg, Ti, Zn, Mn, Fe, Cu, and Si. The positive electrode terminal is preferably formed from the same material as the positive electrode collector in order to reduce the contact resistance with the positive electrode collector.
次に、第2の実施形態に係る二次電池について、図面を参照しながらより具体的に説明する。 Next, the secondary battery according to the second embodiment will be described in more detail with reference to the drawings.
図6は、第2の実施形態に係る二次電池の一例を概略的に示す断面図である。図7は、図6に示す二次電池のA部を拡大した断面図である。具体的には、図7は、図6に示す二次電池が含む第1電極の第1辺に沿った断面を示す。 Figure 6 is a cross-sectional view that shows a schematic example of a secondary battery according to the second embodiment. Figure 7 is an enlarged cross-sectional view of part A of the secondary battery shown in Figure 6. Specifically, Figure 7 shows a cross-section along the first side of the first electrode included in the secondary battery shown in Figure 6.
図6及び図7に示す二次電池100は、図6に示す電極群1と、図6及び図7に示す袋状外装部材2と、図示しない電解質とを具備する。電極群1及び電解質は、袋状外装部材2内に収納されている。電解質(図示しない)は、電極群1に保持されている。 The secondary battery 100 shown in Figs. 6 and 7 includes an electrode group 1 shown in Fig. 6, a bag-shaped exterior member 2 shown in Figs. 6 and 7, and an electrolyte (not shown). The electrode group 1 and the electrolyte are housed in the bag-shaped exterior member 2. The electrolyte (not shown) is held in the electrode group 1.
袋状外装部材2は、2つの樹脂層とこれらの間に介在した金属層とを含むラミネートフィルムからなる。 The bag-shaped exterior member 2 is made of a laminate film that includes two resin layers and a metal layer interposed between them.
図6に示すように、電極群1は、扁平状の捲回型電極群である。扁平状で捲回型である電極群1は、図7に示すように、第1電極3と、セパレータ4と、第2電極5とを含む。セパレータ4は、第1電極3と第2電極5との間に介在している。 As shown in FIG. 6, the electrode group 1 is a flat wound electrode group. As shown in FIG. 7, the flat wound electrode group 1 includes a first electrode 3, a separator 4, and a second electrode 5. The separator 4 is interposed between the first electrode 3 and the second electrode 5.
第1電極3は、第1集電体3aと第1活物質含有層3bと第1固体電解質層3dとを含む。第1電極3のうち、捲回型の電極群1の最外殻に位置する部分は、図7に示すように第1集電体3aの内面側のみに第1活物質含有層3bが形成されている。第1電極3におけるその他の部分では、第1集電体3aの両面に第1活物質含有層3bが形成されている。第1固体電解質層3dは、第1集電体3aに対し反対側に第1活物質含有層3b上に形成されている。第1固体電解質層3dは、第1活物質含有層3bとセパレータ4との間に介在している。 The first electrode 3 includes a first current collector 3a, a first active material-containing layer 3b, and a first solid electrolyte layer 3d. In the first electrode 3, the portion located at the outermost shell of the wound electrode group 1 has the first active material-containing layer 3b formed only on the inner surface side of the first current collector 3a as shown in FIG. 7. In the other portion of the first electrode 3, the first active material-containing layer 3b is formed on both sides of the first current collector 3a. The first solid electrolyte layer 3d is formed on the first active material-containing layer 3b on the opposite side to the first current collector 3a. The first solid electrolyte layer 3d is interposed between the first active material-containing layer 3b and the separator 4.
第1電極3のうち、捲回型の電極群1の最外殻に位置する部分は、図1及び図2に例示した第1電極3と同様の構造を有し得る。第1電極3の他の部分は、第1集電体3aの片面だけでなく両面に第1活物質含有層3b及び第1固体電解質層3dが設けられていることを除いて、図1及び図2に例示した第1電極3と同様の構造を有し得る。このように図6及び図7に示す第1電極3が図1及び図2に示す第1電極3に対応するものと見なした場合、図6及び図7は、図1に示す第1方向11に沿った断面であるといえる。また、この場合に、捲回型の電極群1は、第1電極3と、セパレータ4と、第2電極5との積層体を第2方向12に平行な仮想軸を中心に捲回したものといえる。 The part of the first electrode 3 located at the outermost shell of the wound electrode group 1 may have a structure similar to that of the first electrode 3 illustrated in FIG. 1 and FIG. 2. The other parts of the first electrode 3 may have a structure similar to that of the first electrode 3 illustrated in FIG. 1 and FIG. 2, except that the first active material-containing layer 3b and the first solid electrolyte layer 3d are provided on both sides of the first current collector 3a, not just one side. In this way, if the first electrode 3 illustrated in FIG. 6 and FIG. 7 is considered to correspond to the first electrode 3 illustrated in FIG. 1 and FIG. 2, it can be said that FIG. 6 and FIG. 7 are cross sections along the first direction 11 illustrated in FIG. 1. In this case, the wound electrode group 1 can be said to be a laminate of the first electrode 3, the separator 4, and the second electrode 5 wound around a virtual axis parallel to the second direction 12.
第2電極5は、第2集電体5aと、その両面に形成された第2活物質含有層5bとを含んでいる。 The second electrode 5 includes a second current collector 5a and a second active material-containing layer 5b formed on both sides of the second current collector 5a.
図6に示すように、第1電極端子6及び第2電極端子7は、捲回型の電極群1の外周端近傍に位置している。この第1電極端子6は、第1集電体3aの最外殻に位置する部分に接続されている。また、第2電極端子7は、第2集電体5aの最外殻に位置する部分に接続されている。これらの第1電極端子6及び第2電極端子7は、袋状外装部材2の開口部から外部に延出されている。袋状外装部材2の内面には、熱可塑性樹脂層が設置されており、これが熱融着されていることにより、開口部が閉じられている。 As shown in FIG. 6, the first electrode terminal 6 and the second electrode terminal 7 are located near the outer periphery of the wound electrode group 1. The first electrode terminal 6 is connected to a portion located on the outermost shell of the first current collector 3a. The second electrode terminal 7 is connected to a portion located on the outermost shell of the second current collector 5a. The first electrode terminal 6 and the second electrode terminal 7 extend outward from the opening of the bag-shaped exterior member 2. A thermoplastic resin layer is provided on the inner surface of the bag-shaped exterior member 2, and the opening is closed by heat sealing the layer.
第2の実施形態に係る二次電池は、図6及び図7に示す構成の二次電池に限らず、例えば図8及び図9に示す構成の電池であってもよい。 The secondary battery according to the second embodiment is not limited to the secondary battery having the configuration shown in FIGS. 6 and 7, but may be, for example, a battery having the configuration shown in FIGS. 8 and 9.
図8は、第2の実施形態に係る二次電池の他の例を模式的に示す部分切欠斜視図である。図9は、図8に示す二次電池のB部を拡大した断面図である。 Figure 8 is a partially cutaway perspective view showing a schematic diagram of another example of a secondary battery according to the second embodiment. Figure 9 is an enlarged cross-sectional view of part B of the secondary battery shown in Figure 8.
図8及び図9に示す二次電池100は、図8及び図9に示す電極群1と、図8に示す外装部材2と、図示しない電解質とを具備する。電極群1及び電解質は、外装部材2内に収納されている。電解質は、電極群1に保持されている。 The secondary battery 100 shown in Figs. 8 and 9 includes an electrode group 1 shown in Figs. 8 and 9, an exterior member 2 shown in Fig. 8, and an electrolyte (not shown). The electrode group 1 and the electrolyte are housed in the exterior member 2. The electrolyte is held in the electrode group 1.
外装部材2は、2つの樹脂層とこれらの間に介在した金属層とを含むラミネートフィルムからなる。 The exterior member 2 is made of a laminate film that includes two resin layers and a metal layer interposed between them.
電極群1は、図9に示すように、積層型の電極群である。積層型の電極群1は、第1電極3と第2電極5とをその間にセパレータ4を介在させながら交互に積層した構造を有している。 As shown in FIG. 9, the electrode group 1 is a laminated electrode group. The laminated electrode group 1 has a structure in which first electrodes 3 and second electrodes 5 are alternately laminated with a separator 4 interposed therebetween.
電極群1は、複数の第1電極3を含んでいる。複数の第1電極3は、それぞれが、第1集電体3aと、第1集電体3aの両面に担持された第1活物質含有層3bと、各面の第1活物質含有層3bの主面上の縁部分に沿って担持された第1固体電解質層3dとを備えている。第1活物質含有層3bの主面のうち、中心の部分には、第1固体電解質層3dが担持されていない。また、電極群1は、複数の第2電極5を含んでいる。複数の第2電極5は、それぞれが、第2集電体5aと、第2集電体5aの両面に担持された第2活物質含有層5bとを備えている。 The electrode group 1 includes a plurality of first electrodes 3. Each of the plurality of first electrodes 3 includes a first current collector 3a, a first active material-containing layer 3b supported on both sides of the first current collector 3a, and a first solid electrolyte layer 3d supported along the edge portion on the main surface of the first active material-containing layer 3b on each side. The first solid electrolyte layer 3d is not supported on the central portion of the main surface of the first active material-containing layer 3b. The electrode group 1 also includes a plurality of second electrodes 5. Each of the plurality of second electrodes 5 includes a second current collector 5a and a second active material-containing layer 5b supported on both sides of the second current collector 5a.
各第1電極3の第1集電体3aは、その一辺において、いずれの表面にも第1活物質含有層3bが担持されていない部分、即ち、第1集電タブ3cを含む。図9に示すように、第1集電タブ3cは、第2電極5と重なっていない。また、複数の第1集電タブ3cは、帯状の第1電極端子6に電気的に接続されている。帯状の第1電極端子6の先端は、外装部材2の外部に引き出されている。 The first current collector 3a of each first electrode 3 includes a portion on one side where the first active material-containing layer 3b is not supported on any surface, i.e., a first current collector tab 3c. As shown in FIG. 9, the first current collector tab 3c does not overlap with the second electrode 5. In addition, the multiple first current collector tabs 3c are electrically connected to a strip-shaped first electrode terminal 6. The tip of the strip-shaped first electrode terminal 6 is pulled out to the outside of the exterior member 2.
各第1電極3は、図3から図5までに例示した第1電極3であり得る。 Each first electrode 3 may be the first electrode 3 illustrated in Figures 3 to 5.
また、図示しないが、各第2電極5の第2集電体5aは、その一辺において、いずれの表面にも第2活物質含有層5bが担持されていない部分を含む。この部分は、第2集電タブとして働く。第2集電タブは、第1集電タブ3cと同様に、第1電極3と重なっていない。また、第2集電タブは、第1集電タブ3cに対し電極群1の反対側に位置する。第2集電タブは、帯状の第2電極端子7に電気的に接続されている。帯状の第2電極端子7の先端は、第1電極端子6とは反対側に位置し、外装部材2の外部に引き出されている。 Although not shown, the second current collector 5a of each second electrode 5 includes a portion on one side where the second active material-containing layer 5b is not supported on any surface. This portion serves as a second current collector tab. The second current collector tab, like the first current collector tab 3c, does not overlap with the first electrode 3. The second current collector tab is located on the opposite side of the electrode group 1 to the first current collector tab 3c. The second current collector tab is electrically connected to the band-shaped second electrode terminal 7. The tip of the band-shaped second electrode terminal 7 is located on the opposite side to the first electrode terminal 6 and is drawn out to the outside of the exterior member 2.
上記例では、第2電極には第2活物質含有層上に固体電解質層が設けられていない態様の二次電池を例示した。しかし、上述したとおり、第1電極の第1活物質含有層の主面における外縁の部分に設ける第1固体電解質層に加え、第2電極の第2活物質含有層の主面における外縁の部分にも第2固体電解質層を設けることができる。第2固体電解質層を含んだ第2電極の例を示す。 In the above example, a secondary battery in which the second electrode does not have a solid electrolyte layer on the second active material-containing layer was exemplified. However, as described above, in addition to the first solid electrolyte layer provided on the outer edge of the main surface of the first active material-containing layer of the first electrode, a second solid electrolyte layer can also be provided on the outer edge of the main surface of the second active material-containing layer of the second electrode. An example of a second electrode including a second solid electrolyte layer is shown below.
図10は、実施形態に係る二次電池が含み得る第2電極の一例を概略的に示す平面図である。図11は、図10のXI-XI’線に沿った概略断面図である。図10及び図11に示す例の電極では、第2活物質含有層の第2主面内の外縁部が第3領域を含むものの第4領域を含まない。即ち、図10及び図11に示す第2電極は、第2固体電解質層が第3部を含むものの第4部を含まない例である。 Figure 10 is a plan view that shows a schematic example of a second electrode that may be included in a secondary battery according to an embodiment. Figure 11 is a schematic cross-sectional view taken along line XI-XI' in Figure 10. In the example electrode shown in Figures 10 and 11, the outer edge portion in the second main surface of the second active material-containing layer includes the third region but does not include the fourth region. In other words, the second electrode shown in Figures 10 and 11 is an example in which the second solid electrolyte layer includes the third portion but does not include the fourth portion.
図10及び図11に図示する例の第2電極5は、第3方向13に沿う1対の長辺と、第3方向13と交差する第4方向14に沿う一対の短辺で規定された帯形状を有する。このような帯形状を有する第2電極5は、例えば、図6及び図7に示した捲回型の電極群1が含む第2電極5の変形例であり得る。帯形状は、矩形形状であり得る。第2電極5は、帯形状を有する第2集電体5aとその一方の主面に設けられた帯形状を有する第2活物質含有層5bと、第2活物質含有層5b上に設けられた第2固体電解質層5dを含む。 The second electrode 5 of the example illustrated in FIG. 10 and FIG. 11 has a band shape defined by a pair of long sides along the third direction 13 and a pair of short sides along the fourth direction 14 intersecting the third direction 13. The second electrode 5 having such a band shape may be, for example, a modified example of the second electrode 5 included in the wound-type electrode group 1 shown in FIG. 6 and FIG. 7. The band shape may be a rectangular shape. The second electrode 5 includes a second current collector 5a having a band shape, a second active material-containing layer 5b having a band shape provided on one of its main surfaces, and a second solid electrolyte layer 5d provided on the second active material-containing layer 5b.
この例の第2電極5の構成は、二相共存反応をする第1活物質を含有する第1活物質含有層3bの代わりに単一固相反応をする第2活物質を含有する第2活物質含有層5bを含んでいることを除き、図1及び図2に例示した第1電極3の構成と本質的に同等であるため、説明を一部省略する。 The configuration of the second electrode 5 in this example is essentially the same as the configuration of the first electrode 3 illustrated in Figures 1 and 2, except that it includes a second active material-containing layer 5b containing a second active material that undergoes a single solid-phase reaction instead of the first active material-containing layer 3b containing a first active material that undergoes a two-phase coexistence reaction, and therefore a partial description will be omitted.
一対の帯形状を有する第2固体電解質層5dが、第2活物質含有層5bの第3方向13に沿う一対の第3辺23に長辺が沿うように各々配値されている。第2固体電解質層5dは、第2活物質含有層5bの第2主面内の第3領域53の範囲内に設けられている一対の第3部53aを含む。各第3部53aは、各第3辺23にそれぞれ沿って配置されている。各々の第3部53aの第4方向14への第3周縁幅TSは、同じく第4方向14への第2活物質含有層5bの幅であるとともに第3辺23の間の幅である第3幅TAに対し0.25TA以下の値を取る。第3周縁幅TSが0.03TA以上0.25TA以下の範囲内の値を取ることが好ましい。 A pair of band-shaped second solid electrolyte layers 5d are arranged such that their long sides are aligned with a pair of third sides 23 aligned with the third direction 13 of the second active material-containing layer 5b. The second solid electrolyte layer 5d includes a pair of third portions 53a provided within a range of a third region 53 in the second main surface of the second active material-containing layer 5b. Each of the third portions 53a is arranged along each of the third sides 23. The third peripheral width T S of each of the third portions 53a in the fourth direction 14 is 0.25T A or less with respect to the third width T A which is also the width of the second active material-containing layer 5b in the fourth direction 14 and is the width between the third sides 23. It is preferable that the third peripheral width T S is a value in the range of 0.03T A or more and 0.25T A or less.
第2主面の範囲内にて、第3領域53を含めた外縁部を除いた部分が、中心部50に該当する。第2活物質含有層5bは、第2主面内の中心部50に対応し、且つ、第2固体電解質層5dが設けられていない第2固体電解質非担持部50aを含む。 The portion of the second main surface excluding the outer edge portion including the third region 53 corresponds to the central portion 50. The second active material-containing layer 5b corresponds to the central portion 50 in the second main surface, and includes a second solid electrolyte non-supporting portion 50a where the second solid electrolyte layer 5d is not provided.
このように外縁部(第3領域53)に対応する領域に第2固体電解質層5dが設けられている第2電極5では、中心部50における厚さ方向へのリチウム拡散係数DtCより、外縁部(第3部53a)における厚さ方向へのリチウム拡散係数DtEの方が高い。ここでいう厚さ方向は、第2主面と交差する方向であって、第2活物質含有層5bと第2固体電解質層5dとの積層方向に沿っている。図11でいうと、厚さ方向は縦方向に対応する。 In the second electrode 5 in which the second solid electrolyte layer 5d is provided in the region corresponding to the outer edge portion (third region 53), the lithium diffusion coefficient DtE in the thickness direction at the outer edge portion (third portion 53a) is higher than the lithium diffusion coefficient DtC in the thickness direction at the central portion 50. The thickness direction here is a direction intersecting the second main surface and aligned with the stacking direction of the second active material-containing layer 5b and the second solid electrolyte layer 5d. In FIG. 11, the thickness direction corresponds to the vertical direction.
図12は、実施形態に係る二次電池が含み得る第2電極の他の例を概略的に示す平面図である。図13は、図12のXIII-XIII’線に沿った概略断面図である。図14は、図12のXIV-XIV’線に沿った概略断面図である。 Figure 12 is a plan view that shows a schematic diagram of another example of a second electrode that may be included in a secondary battery according to an embodiment. Figure 13 is a schematic cross-sectional view taken along line XIII-XIII' in Figure 12. Figure 14 is a schematic cross-sectional view taken along line XIV-XIV' in Figure 12.
図12から14までに図示する例の第2電極5は、第3方向13に沿う1対の短辺と、第3方向13と交差する第4方向14に沿う一対の長辺で規定された矩形形状を有する。このような矩形形状を有する電極は、例えば、図8及び図9に示した積層型の電極群1が含む第2電極5の変形例であり得る。第2電極5は、平板形状の第2集電体5aとその一方の主面に設けられた矩形形状を有する第2活物質含有層5bと、第2活物質含有層5b上に設けられた第2固体電解質層5dを含む。 The second electrode 5 in the example illustrated in Figures 12 to 14 has a rectangular shape defined by a pair of short sides along the third direction 13 and a pair of long sides along the fourth direction 14 intersecting the third direction 13. An electrode having such a rectangular shape may be, for example, a modified example of the second electrode 5 included in the stacked electrode group 1 shown in Figures 8 and 9. The second electrode 5 includes a flat second current collector 5a, a rectangular second active material-containing layer 5b provided on one of its main surfaces, and a second solid electrolyte layer 5d provided on the second active material-containing layer 5b.
この例の第2電極5の構成は、二相共存反応をする第1活物質を含有する第1活物質含有層3bの代わりに単一固相反応をする第2活物質を含有する第2活物質含有層5bを含んでいることを除き、図3から図5までに例示した第1電極3の構成と本質的に同等であるため、説明を一部省略する。 The configuration of the second electrode 5 in this example is essentially the same as the configuration of the first electrode 3 illustrated in Figures 3 to 5, except that it includes a second active material-containing layer 5b containing a second active material that undergoes a single solid-phase reaction instead of a first active material-containing layer 3b containing a first active material that undergoes a two-phase coexistence reaction, and therefore a partial description will be omitted.
枠形状を有する第2固体電解質層5dは、第2活物質含有層5bの第2主面内の第3領域53の範囲内に設けられており、且つ、第3方向13に沿う一対の第3辺23に沿っている一対の第3部53aを含む。また、第1固体電解質層3dの第2部32aは、第2活物質含有層5bの第2主面内の第4領域54の範囲内に設けられており、且つ、第4方向14に沿う一対の第4辺24に沿っている一対の第4部54aも含む。 The frame-shaped second solid electrolyte layer 5d is provided within the range of the third region 53 in the second main surface of the second active material-containing layer 5b, and includes a pair of third portions 53a along a pair of third sides 23 along the third direction 13. The second portion 32a of the first solid electrolyte layer 3d is provided within the range of the fourth region 54 in the second main surface of the second active material-containing layer 5b, and also includes a pair of fourth portions 54a along a pair of fourth sides 24 along the fourth direction 14.
各々の第3部53aの第4方向14への第3周縁幅TSは、同じく第4方向14への第2活物質含有層5bの幅であるとともに第3辺23の間の幅である第3幅TAに対し0.25TA以下の値を取る。第3周縁幅TSが0.03TA以上0.25TA以下の範囲内の値を取ることが好ましい。各々の第4部54aの第3方向13への第4周縁幅USは、同じく第3方向13への第2活物質含有層5bの幅であるとともに第4辺24の間の幅である第4幅UAに対し0.25UA以下の範囲内の値を取る。第4周縁幅USが0.03UA以上0.25UA以下の範囲内の値を取ることが好ましい。 The third peripheral width T S of each third portion 53a in the fourth direction 14 is 0.25T A or less relative to the third width T A , which is also the width of the second active material-containing layer 5b in the fourth direction 14 and the width between the third sides 23. It is preferable that the third peripheral width T S is a value in the range of 0.03T A or more and 0.25T A or less. The fourth peripheral width U S of each fourth portion 54a in the third direction 13 is 0.25U A or less relative to the fourth width U A , which is also the width of the second active material-containing layer 5b in the third direction 13 and the width between the fourth sides 24. It is preferable that the fourth peripheral width U S is a value in the range of 0.03U A or more and 0.25U A or less.
第2主面の範囲内にて、第3領域53及び第4領域54を含めた外縁部を除いた部分が、中心部50に該当する。第2活物質含有層5bは、第2主面内の中心部50に対応し、且つ、第2固体電解質層5dが設けられていない第2固体電解質非担持部50aを含む。 The portion of the second main surface excluding the outer edge portion including the third region 53 and the fourth region 54 corresponds to the central portion 50. The second active material-containing layer 5b corresponds to the central portion 50 in the second main surface, and includes a second solid electrolyte non-supporting portion 50a on which the second solid electrolyte layer 5d is not provided.
このように第3領域53及び第4領域54を含めた外縁部に対応する領域に第2固体電解質層5dが設けられている第2電極5では、中心部50における厚さ方向へのリチウム拡散係数DtCより、外縁部における厚さ方向へのリチウム拡散係数DtEの方が高い。ここでいう厚さ方向は、第2主面と交差する方向であって、第2活物質含有層5bと第2固体電解質層5dとの積層方向に沿っている。図13及び図14でいうと、厚さ方向は縦方向に対応する。 In the second electrode 5 in which the second solid electrolyte layer 5d is provided in the region corresponding to the outer edge including the third region 53 and the fourth region 54, the lithium diffusion coefficient DtE in the thickness direction at the outer edge is higher than the lithium diffusion coefficient DtC in the thickness direction at the central portion 50. The thickness direction here is a direction intersecting the second main surface and aligned with the stacking direction of the second active material-containing layer 5b and the second solid electrolyte layer 5d. In Figs. 13 and 14, the thickness direction corresponds to the vertical direction.
第2の実施形態に係る二次電池は、第1の実施形態に係る電極を含んでいる。そのため、第2の実施形態に係る二次電池では、容量低下が抑制されている。 The secondary battery according to the second embodiment includes the electrode according to the first embodiment. Therefore, the secondary battery according to the second embodiment is prevented from decreasing in capacity.
[第3の実施形態]
第3の実施形態によると、組電池が提供される。第3の実施形態に係る組電池は、第2の実施形態に係る二次電池を複数個具備している。
[Third embodiment]
According to a third embodiment, there is provided a battery pack including a plurality of secondary batteries according to the second embodiment.
第3の実施形態に係る組電池において、各単電池は、電気的に直列若しくは並列に接続して配置してもよく、又は直列接続及び並列接続を組み合わせて配置してもよい。 In the battery pack according to the third embodiment, the individual cells may be electrically connected in series or parallel, or may be arranged in a combination of series and parallel connections.
次に、第3の実施形態に係る組電池の一例について、図面を参照しながら説明する。 Next, an example of a battery pack according to the third embodiment will be described with reference to the drawings.
図15は、第3の実施形態に係る組電池の一例を概略的に示す斜視図である。図15に示す組電池200は、5つの単電池100a~100eと、4つのバスバー201と、正極側リード202と、負極側リード203とを具備している。5つの単電池100a~100eのそれぞれは、第2の実施形態に係る二次電池である。 Figure 15 is a perspective view that shows a schematic example of a battery pack according to the third embodiment. The battery pack 200 shown in Figure 15 includes five cells 100a to 100e, four bus bars 201, a positive electrode lead 202, and a negative electrode lead 203. Each of the five cells 100a to 100e is a secondary battery according to the second embodiment.
バスバー201は、例えば、1つの単電池100aの負極端子206と、隣に位置する単電池100bの正極端子207とを接続している。このようにして、5つの単電池100は、4つのバスバー201により直列に接続されている。すなわち、図15の組電池200は、5直列の組電池である。例を図示しないが、電気的に並列に接続されている複数の単電池を含む組電池では、例えば、複数の負極端子同士がバスバーにより接続されるとともに複数の正極端子同士がバスバーにより接続されることで、複数の単電池が電気的に接続され得る。 The bus bar 201 connects, for example, the negative terminal 206 of one cell 100a to the positive terminal 207 of the adjacent cell 100b. In this way, the five cells 100 are connected in series by the four bus bars 201. That is, the battery pack 200 in FIG. 15 is a five-cell battery pack. Although no example is shown, in a battery pack including a plurality of cells electrically connected in parallel, for example, the plurality of negative terminals are connected to each other by a bus bar and the plurality of positive terminals are connected to each other by a bus bar, so that the plurality of cells are electrically connected.
5つの単電池100a~100eのうち少なくとも1つの電池の正極端子207は、外部接続用の正極側リード202に電気的に接続されている。また、5つの単電池100a~100eうち少なくとも1つの電池の負極端子206は、外部接続用の負極側リード203に電気的に接続されている。 The positive terminal 207 of at least one of the five cells 100a to 100e is electrically connected to the positive lead 202 for external connection. The negative terminal 206 of at least one of the five cells 100a to 100e is electrically connected to the negative lead 203 for external connection.
第3の実施形態に係る組電池は、第2の実施形態に係る二次電池を具備する。従って、係る組電池では容量低下が抑制されている。 The battery pack according to the third embodiment includes the secondary battery according to the second embodiment. Therefore, the capacity reduction is suppressed in the battery pack.
[第4の実施形態]
第4の実施形態によると、電池パックが提供される。この電池パックは、第3の実施形態に係る組電池を具備している。この電池パックは、第3の実施形態に係る組電池の代わりに、単一の第2の実施形態に係る二次電池を具備していてもよい。
[Fourth embodiment]
According to a fourth embodiment, there is provided a battery pack. The battery pack includes the battery assembly according to the third embodiment. The battery pack may include a single secondary battery according to the second embodiment, instead of the battery assembly according to the third embodiment.
第4の実施形態に係る電池パックは、保護回路を更に具備することができる。保護回路は、二次電池の充放電を制御する機能を有する。或いは、電池パックを電源として使用する装置(例えば、電子機器、自動車等)に含まれる回路を、電池パックの保護回路として使用してもよい。 The battery pack according to the fourth embodiment may further include a protection circuit. The protection circuit has a function of controlling charging and discharging of the secondary battery. Alternatively, a circuit included in a device that uses the battery pack as a power source (e.g., electronic equipment, automobiles, etc.) may be used as the protection circuit for the battery pack.
また、第4の実施形態に係る電池パックは、通電用の外部端子を更に具備することもできる。通電用の外部端子は、外部に二次電池からの電流を出力するため、及び/又は二次電池に外部からの電流を入力するためのものである。言い換えれば、電池パックを電源として使用する際、電流が通電用の外部端子を通して外部に供給される。また、電池パックを充電する際、充電電流(自動車などの動力の回生エネルギーを含む)は通電用の外部端子を通して電池パックに供給される。 The battery pack according to the fourth embodiment may further include an external terminal for current flow. The external terminal for current flow is for outputting current from the secondary battery to the outside and/or for inputting current from the outside to the secondary battery. In other words, when the battery pack is used as a power source, current is supplied to the outside through the external terminal for current flow. When the battery pack is charged, a charging current (including regenerative energy from the power of an automobile or the like) is supplied to the battery pack through the external terminal for current flow.
次に、第4の実施形態に係る電池パックの一例について、図面を参照しながら説明する。 Next, an example of a battery pack according to the fourth embodiment will be described with reference to the drawings.
図16は、第4の実施形態に係る電池パックの一例を概略的に示す分解斜視図である。図17は、図16に示す電池パックの電気回路の一例を示すブロック図である。 Figure 16 is an exploded perspective view that shows a schematic example of a battery pack according to the fourth embodiment. Figure 17 is a block diagram showing an example of an electrical circuit of the battery pack shown in Figure 16.
図16及び図17に示す電池パック300は、収容容器301と、蓋302と、保護シート303と、組電池200と、プリント配線基板340と、配線347と、図示しない絶縁板とを備えている。 The battery pack 300 shown in Figures 16 and 17 includes a container 301, a lid 302, a protective sheet 303, a battery pack 200, a printed wiring board 340, wiring 347, and an insulating plate (not shown).
図16に示す収容容器301は、長方形の底面を有する有底角型容器である。収容容器301は、保護シート303と、組電池200と、プリント配線基板340と、配線347とを収容可能に構成されている。蓋302は、矩形型の形状を有する。蓋302は、収容容器301を覆うことにより、上記組電池200等を収容する。収容容器301及び蓋302には、図示していないが、外部機器等へと接続するための開口部又は接続端子等が設けられている。 The storage container 301 shown in FIG. 16 is a bottomed, square container having a rectangular bottom. The storage container 301 is configured to be able to store the protective sheet 303, the battery pack 200, the printed wiring board 340, and the wiring 347. The lid 302 has a rectangular shape. The lid 302 covers the storage container 301 to store the battery pack 200 and the like. Although not shown, the storage container 301 and the lid 302 are provided with openings or connection terminals for connection to external devices and the like.
組電池200は、複数の単電池100と、正極側リード202と、負極側リード203と、粘着テープ204とを備えている。 The battery pack 200 includes a plurality of cells 100, a positive electrode lead 202, a negative electrode lead 203, and an adhesive tape 204.
複数の単電池100の少なくとも1つは、第2の実施形態に係る二次電池である。複数の単電池100の各々は、図17に示すように電気的に直列に接続されている。複数の単電池100は、電気的に並列に接続されていてもよく、直列接続及び並列接続を組み合わせて接続されていてもよい。複数の単電池100を並列接続すると、直列接続した場合と比較して、電池容量が増大する。 At least one of the multiple cells 100 is a secondary battery according to the second embodiment. Each of the multiple cells 100 is electrically connected in series as shown in FIG. 17. The multiple cells 100 may be electrically connected in parallel, or may be connected in a combination of series and parallel connections. When the multiple cells 100 are connected in parallel, the battery capacity is increased compared to when they are connected in series.
粘着テープ204は、複数の単電池100を締結している。粘着テープ204の代わりに、熱収縮テープを用いて複数の単電池100を固定してもよい。この場合、組電池200の両側面に保護シート303を配置し、熱収縮テープを周回させた後、熱収縮テープを熱収縮させて複数の単電池100を結束させる。 The adhesive tape 204 fastens the multiple cells 100 together. Instead of the adhesive tape 204, heat shrink tape may be used to secure the multiple cells 100 together. In this case, protective sheets 303 are placed on both sides of the battery pack 200, the heat shrink tape is wrapped around the battery pack 200, and the heat shrink tape is then thermally shrunk to bind the multiple cells 100 together.
正極側リード202の一端は、組電池200に接続されている。正極側リード202の一端は、1以上の単電池100の正極と電気的に接続されている。負極側リード203の一端は、組電池200に接続されている。負極側リード203の一端は、1以上の単電池100の負極と電気的に接続されている。 One end of the positive electrode lead 202 is connected to the battery pack 200. One end of the positive electrode lead 202 is electrically connected to the positive electrode of one or more single cells 100. One end of the negative electrode lead 203 is connected to the battery pack 200. One end of the negative electrode lead 203 is electrically connected to the negative electrode of one or more single cells 100.
プリント配線基板340は、収容容器301の内側面のうち、一方の短辺方向の面に沿って設置されている。プリント配線基板340は、正極側コネクタ342と、負極側コネクタ343と、サーミスタ345と、保護回路346と、配線342a及び343aと、通電用の外部端子350と、プラス側配線(正側配線)348aと、マイナス側配線(負側配線)348bとを備えている。プリント配線基板340の一方の主面は、組電池200の一側面と向き合っている。プリント配線基板340と組電池200との間には、図示しない絶縁板が介在している。 The printed wiring board 340 is installed along one of the short sides of the inner surface of the container 301. The printed wiring board 340 includes a positive connector 342, a negative connector 343, a thermistor 345, a protection circuit 346, wiring 342a and 343a, an external terminal 350 for supplying electricity, a positive wiring (positive wiring) 348a, and a negative wiring (negative wiring) 348b. One main surface of the printed wiring board 340 faces one side of the battery pack 200. An insulating plate (not shown) is interposed between the printed wiring board 340 and the battery pack 200.
正極側コネクタ342に、正極側リード202の他端202aが電気的に接続されている。負極側コネクタ343に、負極側リード203の他端203aが電気的に接続されている。 The other end 202a of the positive electrode lead 202 is electrically connected to the positive electrode connector 342. The other end 203a of the negative electrode lead 203 is electrically connected to the negative electrode connector 343.
サーミスタ345は、プリント配線基板340の一方の主面に固定されている。サーミスタ345は、単電池100の各々の温度を検出し、その検出信号を保護回路346に送信する。 The thermistor 345 is fixed to one main surface of the printed wiring board 340. The thermistor 345 detects the temperature of each of the cells 100 and transmits the detection signal to the protection circuit 346.
通電用の外部端子350は、プリント配線基板340の他方の主面に固定されている。通電用の外部端子350は、電池パック300の外部に存在する機器と電気的に接続されている。通電用の外部端子350は、正側端子352と負側端子353とを含む。 The external terminals 350 for electrical current flow are fixed to the other main surface of the printed wiring board 340. The external terminals 350 for electrical current flow are electrically connected to a device that is external to the battery pack 300. The external terminals 350 for electrical current flow include a positive terminal 352 and a negative terminal 353.
保護回路346は、プリント配線基板340の他方の主面に固定されている。保護回路346は、プラス側配線348aを介して正側端子352と接続されている。保護回路346は、マイナス側配線348bを介して負側端子353と接続されている。また、保護回路346は、配線342aを介して正極側コネクタ342に電気的に接続されている。保護回路346は、配線343aを介して負極側コネクタ343に電気的に接続されている。更に、保護回路346は、複数の単電池100の各々と配線347を介して電気的に接続されている。 The protection circuit 346 is fixed to the other main surface of the printed wiring board 340. The protection circuit 346 is connected to the positive terminal 352 via the positive wiring 348a. The protection circuit 346 is connected to the negative terminal 353 via the negative wiring 348b. The protection circuit 346 is also electrically connected to the positive connector 342 via the wiring 342a. The protection circuit 346 is electrically connected to the negative connector 343 via the wiring 343a. Furthermore, the protection circuit 346 is electrically connected to each of the multiple single cells 100 via the wiring 347.
保護シート303は、収容容器301の長辺方向の両方の内側面と、組電池200を介してプリント配線基板340と向き合う短辺方向の内側面とに配置されている。保護シート303は、例えば、樹脂又はゴムからなる。 The protective sheet 303 is disposed on both inner surfaces of the long sides of the container 301 and on the inner surface of the short side that faces the printed wiring board 340 via the battery pack 200. The protective sheet 303 is made of, for example, resin or rubber.
保護回路346は、複数の単電池100の充放電を制御する。また、保護回路346は、サーミスタ345から送信される検出信号、又は、個々の単電池100若しくは組電池200から送信される検出信号に基づいて、保護回路346と外部機器への通電用の外部端子350(正側端子352、負側端子353)との電気的な接続を遮断する。 The protection circuit 346 controls the charging and discharging of the multiple single cells 100. In addition, the protection circuit 346 cuts off the electrical connection between the protection circuit 346 and the external terminals 350 (positive terminal 352, negative terminal 353) for supplying electricity to an external device based on a detection signal transmitted from the thermistor 345 or a detection signal transmitted from each single cell 100 or the battery pack 200.
サーミスタ345から送信される検出信号としては、例えば、単電池100の温度が所定の温度以上であることを検出した信号を挙げることができる。個々の単電池100若しくは組電池200から送信される検出信号としては、例えば、単電池100の過充電、過放電及び過電流を検出した信号を挙げることができる。個々の単電池100について過充電等を検出する場合、電池電圧を検出してもよく、正極電位又は負極電位を検出してもよい。後者の場合、参照極として用いるリチウム電極を個々の単電池100に挿入する。 The detection signal transmitted from the thermistor 345 may be, for example, a signal that detects that the temperature of the cell 100 is equal to or higher than a predetermined temperature. The detection signal transmitted from each cell 100 or the battery pack 200 may be, for example, a signal that detects overcharging, overdischarging, or overcurrent of the cell 100. When detecting overcharging or the like for each cell 100, the battery voltage may be detected, or the positive electrode potential or negative electrode potential may be detected. In the latter case, a lithium electrode used as a reference electrode is inserted into each cell 100.
なお、保護回路346としては、電池パック300を電源として使用する装置(例えば、電子機器、自動車等)に含まれる回路を用いてもよい。 The protection circuit 346 may be a circuit included in a device (e.g., electronic device, automobile, etc.) that uses the battery pack 300 as a power source.
また、この電池パック300は、上述したように通電用の外部端子350を備えている。したがって、この電池パック300は、通電用の外部端子350を介して、組電池200からの電流を外部機器に出力するとともに、外部機器からの電流を、組電池200に入力することができる。言い換えると、電池パック300を電源として使用する際には、組電池200からの電流が、通電用の外部端子350を通して外部機器に供給される。また、電池パック300を充電する際には、外部機器からの充電電流が、通電用の外部端子350を通して電池パック300に供給される。この電池パック300を車載用電池として用いた場合、外部機器からの充電電流として、車両の動力の回生エネルギーを用いることができる。 As described above, the battery pack 300 is provided with an external terminal 350 for current flow. Therefore, the battery pack 300 can output current from the assembled battery 200 to an external device and input current from the external device to the assembled battery 200 via the external terminal 350 for current flow. In other words, when the battery pack 300 is used as a power source, the current from the assembled battery 200 is supplied to the external device through the external terminal 350 for current flow. When the battery pack 300 is charged, a charging current from the external device is supplied to the battery pack 300 through the external terminal 350 for current flow. When the battery pack 300 is used as an in-vehicle battery, regenerative energy of the vehicle's power can be used as the charging current from the external device.
なお、電池パック300は、複数の組電池200を備えていてもよい。この場合、複数の組電池200は、直列に接続されてもよく、並列に接続されてもよく、直列接続及び並列接続を組み合わせて接続されてもよい。また、プリント配線基板340及び配線347は省略してもよい。この場合、正極側リード202及び負極側リード203を通電用の外部端子350の正側端子352と負側端子353としてそれぞれ用いてもよい。 The battery pack 300 may include a plurality of assembled batteries 200. In this case, the assembled batteries 200 may be connected in series, in parallel, or in a combination of series and parallel connections. The printed wiring board 340 and the wiring 347 may be omitted. In this case, the positive electrode lead 202 and the negative electrode lead 203 may be used as the positive terminal 352 and the negative terminal 353, respectively, of the external terminal 350 for current supply.
このような電池パックは、例えば大電流を取り出したときにサイクル性能が優れていることが要求される用途に用いられる。この電池パックは、具体的には、例えば、電子機器の電源、定置用電池、各種車両の車載用電池として用いられる。電子機器としては、例えば、デジタルカメラを挙げることができる。この電池パックは、車載用電池として特に好適に用いられる。 Such battery packs are used in applications that require excellent cycle performance, for example, when drawing a large current. Specifically, these battery packs are used, for example, as power sources for electronic devices, stationary batteries, and on-board batteries for various vehicles. Examples of electronic devices include digital cameras. These battery packs are particularly suitable for use as on-board batteries.
第4の実施形態に係る電池パックは、第2の実施形態に係る二次電池又は第3の実施形態に係る組電池を備えている。従って、係る電池パックでは容量低下が抑制されている。 The battery pack according to the fourth embodiment includes the secondary battery according to the second embodiment or the battery pack according to the third embodiment. Therefore, the capacity reduction is suppressed in such a battery pack.
[第5の実施形態]
第5の実施形態によると、車両が提供される。この車両は、第4の実施形態に係る電池パックを搭載している。
[Fifth embodiment]
According to a fifth embodiment, a vehicle is provided. The vehicle is equipped with the battery pack according to the fourth embodiment.
第5の実施形態に係る車両において、電池パックは、例えば、車両の動力の回生エネルギーを回収するものである。車両は、この車両の運動エネルギーを回生エネルギーに変換する機構(Regenerator:再生器)を含んでいてもよい。 In the vehicle according to the fifth embodiment, the battery pack, for example, recovers regenerative energy from the vehicle's motive power. The vehicle may include a mechanism (regenerator) that converts the kinetic energy of the vehicle into regenerative energy.
第5の実施形態に係る車両の例としては、例えば、二輪から四輪までのハイブリッド電気自動車、二輪から四輪までの電気自動車、アシスト自転車、及び鉄道用車両が挙げられる。 Examples of vehicles according to the fifth embodiment include hybrid electric vehicles with two to four wheels, electric vehicles with two to four wheels, power-assisted bicycles, and rail vehicles.
第5の実施形態に係る車両における電池パックの搭載位置は、特には限定されない。例えば、電池パックを自動車に搭載する場合、電池パックは、車両のエンジンルーム、車体後方又は座席の下に搭載することができる。 The mounting position of the battery pack in the vehicle according to the fifth embodiment is not particularly limited. For example, when the battery pack is mounted in an automobile, the battery pack can be mounted in the engine compartment, the rear of the vehicle body, or under the seat of the vehicle.
第5の実施形態に係る車両は、複数の電池パックを搭載してもよい。この場合、それぞれの電池パックが含む電池同士は、電気的に直列に接続されてもよく、電気的に並列に接続されてもよく、又は直列接続及び並列接続を組み合わせて電気的に接続されてもよい。例えば、各電池パックが組電池を含む場合は、組電池同士が電気的に直列に接続されてもよく、又は電気的に並列に接続されてもよく、直列接続及び並列接続を組み合わせて電気的に接続されてもよい。或いは、各電池パックが単一の電池を含む場合は、それぞれの電池同士が電気的に直列に接続されてもよく、電気的に並列に接続されてもよく、又は直列接続及び並列接続を組み合わせて電気的に接続されてもよい。 The vehicle according to the fifth embodiment may be equipped with a plurality of battery packs. In this case, the batteries included in each battery pack may be electrically connected in series, electrically connected in parallel, or electrically connected in a combination of series and parallel connections. For example, when each battery pack includes a battery pack, the battery packs may be electrically connected in series, electrically connected in parallel, or electrically connected in a combination of series and parallel connections. Alternatively, when each battery pack includes a single battery, the batteries may be electrically connected in series, electrically connected in parallel, or electrically connected in a combination of series and parallel connections.
次に、第5の実施形態に係る車両の一例について、図面を参照しながら説明する。 Next, an example of a vehicle according to the fifth embodiment will be described with reference to the drawings.
図18は、第5の実施形態に係る車両の一例を概略的に示す部分透過図である。 Figure 18 is a partially transparent view that shows an example of a vehicle according to the fifth embodiment.
図18に示す車両400は、車両本体40と、第4の実施形態に係る電池パック300とを含んでいる。図18に示す例では、車両400は、四輪の自動車である。 The vehicle 400 shown in FIG. 18 includes a vehicle body 40 and a battery pack 300 according to the fourth embodiment. In the example shown in FIG. 18, the vehicle 400 is a four-wheeled automobile.
この車両400は、複数の電池パック300を搭載してもよい。この場合、電池パック300が含む電池(例えば、単電池又は組電池)は、直列に接続されてもよく、並列に接続されてもよく、直列接続及び並列接続を組み合わせて接続されてもよい。 The vehicle 400 may be equipped with multiple battery packs 300. In this case, the batteries (e.g., single cells or assembled batteries) included in the battery packs 300 may be connected in series, in parallel, or in a combination of series and parallel connections.
図18では、電池パック300が車両本体40の前方に位置するエンジンルーム内に搭載されている例を図示している。上述したとおり、電池パック300は、例えば、車両本体40の後方又は座席の下に搭載してもよい。この電池パック300は、車両400の電源として用いることができる。また、この電池パック300は、車両400の動力の回生エネルギーを回収することができる。 Figure 18 illustrates an example in which the battery pack 300 is mounted in an engine compartment located in front of the vehicle body 40. As described above, the battery pack 300 may be mounted, for example, at the rear of the vehicle body 40 or under a seat. This battery pack 300 can be used as a power source for the vehicle 400. In addition, this battery pack 300 can recover regenerative energy for the power of the vehicle 400.
次に、図19を参照しながら、第5の実施形態に係る車両の実施態様について説明する。 Next, an implementation of a vehicle according to the fifth embodiment will be described with reference to FIG.
図19は、第5の実施形態に係る車両における電気系統に関する制御システムの一例を概略的に示した図である。図19に示す車両400は、電気自動車である。 Figure 19 is a diagram that shows an example of a control system for an electrical system in a vehicle according to the fifth embodiment. The vehicle 400 shown in Figure 19 is an electric vehicle.
図19に示す車両400は、車両本体40と、車両用電源41と、車両用電源41の上位の制御装置である車両ECU(ECU:Electric Control Unit;電気制御装置)42と、外部端子(外部電源に接続するための端子)43と、インバータ44と、駆動モータ45とを備えている。 The vehicle 400 shown in FIG. 19 includes a vehicle body 40, a vehicle power supply 41, a vehicle ECU (Electric Control Unit) 42 which is a higher-level control device for the vehicle power supply 41, an external terminal (terminal for connecting to an external power supply) 43, an inverter 44, and a drive motor 45.
車両400は、車両用電源41を、例えばエンジンルーム、自動車の車体後方又は座席の下に搭載している。なお、図19に示す車両400では、車両用電源41の搭載箇所については概略的に示している。 The vehicle 400 is equipped with a vehicle power source 41, for example, in the engine compartment, at the rear of the vehicle body, or under the seat. Note that in the vehicle 400 shown in FIG. 19, the location where the vehicle power source 41 is installed is shown diagrammatically.
車両用電源41は、複数(例えば3つ)の電池パック300a、300b及び300cと、電池管理装置(BMU:Battery Management Unit)411と、通信バス412とを備えている。 The vehicle power supply 41 includes multiple (e.g., three) battery packs 300a, 300b, and 300c, a battery management unit (BMU) 411, and a communication bus 412.
電池パック300aは、組電池200aと組電池監視装置310a(例えば、VTM:Voltage Temperature Monitoring)とを備えている。電池パック300bは、組電池200bと組電池監視装置310bとを備えている。電池パック300cは、組電池200cと組電池監視装置310cとを備えている。電池パック300a~300cは、前述の電池パック300と同様の電池パックであり、組電池200a~200cは、前述の組電池200と同様の組電池である。組電池200a~200cは、電気的に直列に接続されている。電池パック300a、300b、及び300cは、それぞれ独立して取り外すことが可能であり、別の電池パック300と交換することができる。 Battery pack 300a includes battery pack 200a and battery pack monitoring device 310a (e.g., VTM: Voltage Temperature Monitoring). Battery pack 300b includes battery pack 200b and battery pack monitoring device 310b. Battery pack 300c includes battery pack 200c and battery pack monitoring device 310c. Battery packs 300a to 300c are battery packs similar to battery pack 300 described above, and battery packs 200a to 200c are battery packs similar to battery pack 200 described above. Battery packs 200a to 200c are electrically connected in series. Battery packs 300a, 300b, and 300c can each be removed independently and replaced with another battery pack 300.
組電池200a~200cのそれぞれは、直列に接続された複数の単電池を備えている。複数の単電池の少なくとも1つは、第2の実施形態に係る二次電池である。組電池200a~200cは、それぞれ、正極端子413及び負極端子414を通じて充放電を行う。 Each of the assembled batteries 200a to 200c includes a plurality of unit cells connected in series. At least one of the plurality of unit cells is a secondary battery according to the second embodiment. Each of the assembled batteries 200a to 200c is charged and discharged through a positive terminal 413 and a negative terminal 414.
電池管理装置411は、組電池監視装置310a~310cとの間で通信を行い、車両用電源41に含まれる組電池200a~200cに含まれる単電池100のそれぞれについて電圧及び温度などに関する情報を収集する。これにより、電池管理装置411は、車両用電源41の保全に関する情報を収集する。 The battery management device 411 communicates with the battery pack monitoring devices 310a to 310c and collects information on the voltage, temperature, and the like for each of the cells 100 included in the battery packs 200a to 200c included in the vehicle power supply 41. In this way, the battery management device 411 collects information on the maintenance of the vehicle power supply 41.
電池管理装置411と組電池監視装置310a~310cとは、通信バス412を介して接続されている。通信バス412では、1組の通信線が複数のノード(電池管理装置411と1つ以上の組電池監視装置310a~310cと)で共有されている。通信バス412は、例えばCAN(Control Area Network)規格に基づいて構成された通信バスである。 The battery management unit 411 and the assembled battery monitoring units 310a to 310c are connected via a communication bus 412. In the communication bus 412, a set of communication lines is shared by multiple nodes (the battery management unit 411 and one or more assembled battery monitoring units 310a to 310c). The communication bus 412 is a communication bus configured based on, for example, the CAN (Control Area Network) standard.
組電池監視装置310a~310cは、電池管理装置411からの通信による指令に基づいて、組電池200a~200cを構成する個々の単電池の電圧及び温度を計測する。ただし、温度は1つの組電池につき数箇所だけで測定することができ、全ての単電池の温度を測定しなくてもよい。 The battery pack monitoring devices 310a to 310c measure the voltage and temperature of each of the cells that make up the battery packs 200a to 200c based on commands received through communication from the battery management device 411. However, the temperature can be measured at only a few points per battery pack, and it is not necessary to measure the temperature of all of the cells.
車両用電源41は、正極端子413と負極端子414との間の電気的な接続の有無を切り替える電磁接触器(例えば図19に示すスイッチ装置415)を有することもできる。スイッチ装置415は、組電池200a~200cへの充電が行われるときにオンになるプリチャージスイッチ(図示せず)、及び、組電池200a~200cからの出力が負荷へ供給されるときにオンになるメインスイッチ(図示せず)を含んでいる。プリチャージスイッチ及びメインスイッチのそれぞれは、スイッチ素子の近傍に配置されたコイルに供給される信号によりオン又はオフに切り替わるリレー回路(図示せず)を備えている。スイッチ装置415等の電磁接触器は、電池管理装置411又は車両400全体の動作を制御する車両ECU42からの制御信号に基づいて、制御される。 The vehicle power supply 41 may also have an electromagnetic contactor (e.g., the switch device 415 shown in FIG. 19) that switches between the presence and absence of electrical connection between the positive terminal 413 and the negative terminal 414. The switch device 415 includes a pre-charge switch (not shown) that is turned on when the assembled batteries 200a to 200c are charged, and a main switch (not shown) that is turned on when the output from the assembled batteries 200a to 200c is supplied to a load. Each of the pre-charge switch and the main switch includes a relay circuit (not shown) that is switched on or off by a signal supplied to a coil arranged near the switch element. The electromagnetic contactor such as the switch device 415 is controlled based on a control signal from the battery management device 411 or the vehicle ECU 42 that controls the operation of the entire vehicle 400.
インバータ44は、入力された直流電圧を、モータ駆動用の3相の交流(AC)の高電圧に変換する。インバータ44の3相の出力端子は、駆動モータ45の各3相の入力端子に接続されている。インバータ44は、電池管理装置411又は車両全体の動作を制御するための車両ECU42からの制御信号に基づいて、制御される。インバータ44が制御されることにより、インバータ44からの出力電圧が調整される。 The inverter 44 converts the input DC voltage into a three-phase AC high voltage for driving the motor. The three-phase output terminals of the inverter 44 are connected to the three-phase input terminals of the drive motor 45. The inverter 44 is controlled based on a control signal from the battery management device 411 or the vehicle ECU 42 for controlling the operation of the entire vehicle. By controlling the inverter 44, the output voltage from the inverter 44 is adjusted.
駆動モータ45は、インバータ44から供給される電力により回転する。駆動モータ45の回転によって発生する駆動力は、例えば差動ギアユニットを介して車軸及び駆動輪Wに伝達される。 The drive motor 45 rotates using the power supplied from the inverter 44. The drive force generated by the rotation of the drive motor 45 is transmitted to the axle and drive wheels W, for example, via a differential gear unit.
また、図示はしていないが、車両400は、回生ブレーキ機構(リジェネレータ)を備えている。回生ブレーキ機構は、車両400を制動した際に駆動モータ45を回転させ、運動エネルギーを電気エネルギーとしての回生エネルギーに変換する。回生ブレーキ機構で回収した回生エネルギーは、インバータ44に入力され、直流電流に変換される。変換された直流電流は、車両用電源41に入力される。 Although not shown, the vehicle 400 is also equipped with a regenerative braking mechanism (regenerator). The regenerative braking mechanism rotates the drive motor 45 when the vehicle 400 is braked, and converts kinetic energy into regenerative energy as electrical energy. The regenerative energy recovered by the regenerative braking mechanism is input to the inverter 44 and converted into direct current. The converted direct current is input to the vehicle power source 41.
車両用電源41の負極端子414には、接続ラインL1の一方の端子が接続されている。接続ラインL1の他方の端子は、インバータ44の負極入力端子417に接続されている。接続ラインL1には、負極端子414と負極入力端子417との間に電池管理装置411内の電流検出部(電流検出回路)416が設けられている。 One terminal of the connection line L1 is connected to the negative terminal 414 of the vehicle power supply 41. The other terminal of the connection line L1 is connected to the negative input terminal 417 of the inverter 44. A current detection unit (current detection circuit) 416 in the battery management device 411 is provided on the connection line L1 between the negative terminal 414 and the negative input terminal 417.
車両用電源41の正極端子413には、接続ラインL2の一方の端子が、接続されている。接続ラインL2の他方の端子は、インバータ44の正極入力端子418に接続されている。接続ラインL2には、正極端子413と正極入力端子418との間にスイッチ装置415が設けられている。 One terminal of the connection line L2 is connected to the positive terminal 413 of the vehicle power supply 41. The other terminal of the connection line L2 is connected to the positive input terminal 418 of the inverter 44. A switch device 415 is provided on the connection line L2 between the positive terminal 413 and the positive input terminal 418.
外部端子43は、電池管理装置411に接続されている。外部端子43は、例えば、外部電源に接続することができる。 The external terminal 43 is connected to the battery management device 411. The external terminal 43 can be connected to, for example, an external power source.
車両ECU42は、運転者などの操作入力に応答して電池管理装置411を含む他の管理装置及び制御装置とともに車両用電源41、スイッチ装置415、及びインバータ44等を協調制御する。車両ECU42等の協調制御によって、車両用電源41からの電力の出力及び車両用電源41の充電等が制御され、車両400全体の管理が行われる。電池管理装置411と車両ECU42との間では、通信線により、車両用電源41の残容量など、車両用電源41の保全に関するデータ転送が行われる。 In response to operational inputs from the driver, etc., the vehicle ECU 42 coordinates with other management and control devices, including the battery management device 411, to control the vehicle power supply 41, the switch device 415, the inverter 44, etc. Through coordinated control by the vehicle ECU 42, etc., the output of power from the vehicle power supply 41 and the charging of the vehicle power supply 41 are controlled, and the entire vehicle 400 is managed. Data related to the maintenance of the vehicle power supply 41, such as the remaining capacity of the vehicle power supply 41, is transferred between the battery management device 411 and the vehicle ECU 42 via a communication line.
第5の実施形態に係る車両は、第4の実施形態に係る電池パックを搭載している。電池パックでは容量低下が抑制されているため、信頼性の高い車両を提供することが可能である。 The vehicle according to the fifth embodiment is equipped with the battery pack according to the fourth embodiment. Since the capacity loss is suppressed in the battery pack, it is possible to provide a highly reliable vehicle.
[実施例]
以下に実施例を説明するが、実施形態は、以下に記載される実施例に限定されるものではない。
[Example]
Examples will be described below, but the embodiments are not limited to the examples described below.
(実施例1)
<第1電極の作製>
第1活物質としてスピネル型チタン酸リチウムLi4Ti5O12(LTO)を準備した。導電剤としてカーボンブラック(CB)を準備した。結着剤としてポリフッ化ビニリデン(PVdF)を準備した。これら材料をLTO:CB:PVdF=100:4:2の質量割合で分散溶媒としてのN-メチル-2-ピロリドン(NMP)に加えて混合して活物質含有スラリーを調製した。このスラリーを、厚さ12μmのアルミニウム箔からなる集電体の両面に塗布した。その後、スラリー塗膜を乾燥し、プレスすることにより、第1活物質含有層を形成した。その後、第1活物質含有層の主面の輪郭が長方形となるように切出した。但し、長方形の一辺にて、集電体のうち活物質含有層が形成されていない部分を残すことで、集電タブを形成した。
Example 1
<Preparation of First Electrode>
Spinel-type lithium titanate Li 4 Ti 5 O 12 (LTO) was prepared as the first active material. Carbon black (CB) was prepared as the conductive agent. Polyvinylidene fluoride (PVdF) was prepared as the binder. These materials were added to N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) as a dispersion solvent in a mass ratio of LTO:CB:PVdF=100:4:2 and mixed to prepare an active material-containing slurry. This slurry was applied to both sides of a current collector made of aluminum foil with a thickness of 12 μm. The slurry coating was then dried and pressed to form a first active material-containing layer. The first active material-containing layer was then cut out so that the outline of the main surface of the first active material-containing layer was rectangular. However, a current collecting tab was formed by leaving a portion of the current collector on one side of the rectangle where the active material-containing layer was not formed.
続いて、固体電解質としてLi1.5Al0.5Ti1.5(PO4)3(LATP)を準備した。結着剤としてカルボキシメチルセルロース(CMC)及びスチレンブタジェンゴム(SBR)を準備した。これら材料を、質量比でLATP:CMC:SBR=100:1:1となるように秤量し、分散溶媒としての水と混合して固体電解質含有スラリーを調製した。このスラリーを、スプレー堆積法により両面の第1活物質含有層に塗布し、乾燥させて水を除去することで、第1固体電解質層を形成した。 Next, Li1.5Al0.5Ti1.5 ( PO4 ) 3 (LATP) was prepared as a solid electrolyte. Carboxymethylcellulose (CMC) and styrene butadiene rubber (SBR ) were prepared as binders. These materials were weighed out so that the mass ratio of LATP:CMC:SBR was 100:1:1, and mixed with water as a dispersion solvent to prepare a solid electrolyte-containing slurry. This slurry was applied to the first active material-containing layer on both sides by a spray deposition method, and dried to remove water, thereby forming a first solid electrolyte layer.
ここで、各面の第1活物質含有層の主面上で長方形の4辺に沿って固体電解質含有スラリーを塗布し、枠形状の第1固体電解質層を形成した。各辺にて、第1固体電解質層は、第1活物質含有層の全幅に対し0.1倍の幅で形成した。つまり、長方形の4辺のうち平行な2辺に沿った第1固体電解質層の第1部の第1周縁幅FSがそれら2辺の間の第1幅FAに対し0.1FAであり、残り2辺に沿った第1固体電解質層の第2部の第2周縁幅SSがそれら2辺の間の第2幅SAに対し0.1SAであった。 Here, the solid electrolyte-containing slurry was applied along the four sides of the rectangle on the main surface of the first active material-containing layer on each side to form a frame-shaped first solid electrolyte layer. On each side, the first solid electrolyte layer was formed with a width 0.1 times the total width of the first active material-containing layer. That is, the first peripheral width F S of the first part of the first solid electrolyte layer along two parallel sides of the four sides of the rectangle was 0.1F A with respect to the first width F A between those two sides, and the second peripheral width S S of the second part of the first solid electrolyte layer along the remaining two sides was 0.1S A with respect to the second width S A between those two sides.
こうして、第1活物質含有層及び第1固体電解質層を備えた第1電極を作製した。 In this way, a first electrode having a first active material-containing layer and a first solid electrolyte layer was produced.
<第2電極の作製>
第2活物質としてリチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2(NCM)を準備した。導電剤としてアセチレンブラック(AB)及びカーボンブラック(CB)を準備した。結着剤としてポリフッ化ビニリデン(PVdF)を準備した。これら材料をNCM:AB:CB:PVdF=100:3.33:1.67:1.2の質量割合で分散溶媒としてのN-メチル-2-ピロリドン(NMP)に加えて混合して活物質含有スラリーを調製した。このスラリーを、厚さ12μmのアルミニウム箔からなる集電体の両面に塗布した。その後、スラリー塗膜を乾燥し、プレスすることにより、第2活物質含有層を形成した。その後、第2活物質含有層の主面の輪郭が長方形となるように切出した。但し、長方形の一辺にて、集電体のうち活物質含有層が形成されていない部分を残すことで、集電タブを形成した。
<Preparation of Second Electrode>
A lithium nickel cobalt manganese composite oxide LiNi 0.5 Co 0.2 Mn 0.3 O 2 (NCM) was prepared as the second active material. Acetylene black (AB) and carbon black (CB) were prepared as the conductive agent. Polyvinylidene fluoride (PVdF) was prepared as the binder. These materials were added to N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) as a dispersion solvent in a mass ratio of NCM:AB:CB:PVdF=100:3.33:1.67:1.2 and mixed to prepare an active material-containing slurry. This slurry was applied to both sides of a current collector made of aluminum foil with a thickness of 12 μm. The slurry coating was then dried and pressed to form a second active material-containing layer. The second active material-containing layer was then cut out so that the outline of the main surface was rectangular. However, a current collecting tab was formed by leaving a portion of one side of the rectangle where the active material-containing layer was not formed in the current collector.
こうして、第2活物質含有層を備えた第2電極を作製した。 In this way, a second electrode having a second active material-containing layer was produced.
<電極群の作製>
15μmの厚さを有するセルロースセパレータを準備した。複数の上記第1電極と、セパレータと、複数の上記第2電極とを、“-第1電極-セパレータ-第2電極-セパレータ-第1電極-セパレータ-第2電極-セパレータ-”の順で積層させて、積層型電極群を得た。
<Preparation of electrode group>
A cellulose separator having a thickness of 15 μm was prepared. A plurality of the first electrodes, a separator, and a plurality of the second electrodes were laminated in the order of "-first electrode-separator-second electrode-separator-first electrode-separator-second electrode-separator" to obtain a laminated electrode group.
<液状電解質の調製>
プロピレンカーボネート(PC)及びジエチルカーボネート(DEC)を、PC:DEC=1:2の体積割合で混合して、混合溶媒を得た。混合溶媒に六フッ化リン酸リチウム(LiPF6)を1.0M溶解させて、液状非水電解質を調製した。
<Preparation of Liquid Electrolyte>
A mixed solvent was obtained by mixing propylene carbonate (PC) and diethyl carbonate (DEC) in a volume ratio of PC:DEC = 1:2. A liquid non-aqueous electrolyte was prepared by dissolving 1.0 M of lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ) in the mixed solvent.
<電池の組み立て>
上記電極群を、アルミニウム箔とその両面に形成されたポリプロピレン層とから構成されたラミネートフィルムからなるパックに収納した。その後、電極群が収納されたラミネートフィルムパック内に上記液状非水電解質を注入した。ラミネートフィルムパックをヒートシールにより完全密閉し、電池を作製した。
<Battery assembly>
The electrode group was housed in a pack made of a laminate film composed of an aluminum foil and a polypropylene layer formed on both sides of the aluminum foil. The liquid nonaqueous electrolyte was then injected into the laminate film pack containing the electrode group. The laminate film pack was completely sealed by heat sealing to prepare a battery.
(実施例2)
第1固体電解質層の第1部の第1周縁幅FSを0.25FAに変更するとともに第2部の第2周縁幅SSを0.25SAに変更したことを除き、実施例1と同様の手順で電池を作製した。
Example 2
A battery was fabricated in the same manner as in Example 1, except that the first peripheral width F.sub.S of the first portion of the first solid electrolyte layer was changed to 0.25FA and the second peripheral width S.sub.S of the second portion was changed to 0.25SA .
(実施例3)
下記のとおり第2電極の第2活物質含有層の両側の主面上に第2固体電解質層を形成したことを除き、実施例1と同様の手順で電池を作製した。
Example 3
A battery was fabricated in the same manner as in Example 1, except that second solid electrolyte layers were formed on both main surfaces of the second active material-containing layer of the second electrode as described below.
第1固体電解質層の形成のために調製したものと同様の組成を有する固体電解質含有スラリーを調製した。このスラリーを、スプレー堆積法により両面の第2活物質含有層に塗布し、乾燥させて水を除去することで、第2固体電解質層を形成した。 A solid electrolyte-containing slurry having the same composition as that prepared for forming the first solid electrolyte layer was prepared. This slurry was applied to both sides of the second active material-containing layer by spray deposition, and then dried to remove water, forming a second solid electrolyte layer.
ここで、各面の第2活物質含有層の主面上で長方形の4辺に沿って固体電解質含有スラリーを塗布し、枠形状の第2固体電解質層を形成した。各辺にて、第2固体電解質層は、第2活物質含有層の全幅に対し0.1倍の幅で形成した。つまり、長方形の4辺のうち平行な2辺に沿った第2固体電解質層の第3部の第3周縁幅TSがそれら2辺の間の第3幅TAに対し0.1TAであり、残り2辺に沿った第2固体電解質層の第4部の第4周縁幅USがそれら2辺の間の第4幅UAに対し0.1UAであった。 Here, the solid electrolyte-containing slurry was applied along the four sides of the rectangle on the main surface of the second active material-containing layer on each side to form a frame-shaped second solid electrolyte layer. On each side, the second solid electrolyte layer was formed with a width 0.1 times the total width of the second active material-containing layer. That is, the third peripheral width T S of the third part of the second solid electrolyte layer along two parallel sides of the four sides of the rectangle was 0.1T A with respect to the third width T A between those two sides, and the fourth peripheral width U S of the fourth part of the second solid electrolyte layer along the remaining two sides was 0.1U A with respect to the fourth width U A between those two sides.
(実施例4)
第1電極及び第2電極の作製条件を下記のとおりそれぞれ変更したことを除き、実施例1と同様の手順で電池を作製した。
Example 4
A battery was produced in the same manner as in Example 1, except that the production conditions for the first electrode and the second electrode were changed as follows.
第1電極を作製する際の活物質含有スラリーの組成を次のとおり変更したことを除き、実施例1と同様の手順で第1電極を作製した。第1活物質としてオリビン構造を有するリン酸鉄リチウムLiFePO4(LFP)を準備した。導電剤としてアセチレンブラック(AB)及びカーボンブラック(CB)を準備した。結着剤としてポリフッ化ビニリデン(PVdF)を準備した。これら材料をLFP:AB:CB:PVdF=100:3.33:1.67:1.2の質量割合で分散溶媒としてのN-メチル-2-ピロリドン(NMP)に加えて混合して活物質含有スラリーを調製した。 A first electrode was prepared in the same manner as in Example 1, except that the composition of the active material-containing slurry used to prepare the first electrode was changed as follows. Lithium iron phosphate LiFePO 4 (LFP) having an olivine structure was prepared as the first active material. Acetylene black (AB) and carbon black (CB) were prepared as conductive agents. Polyvinylidene fluoride (PVdF) was prepared as a binder. These materials were added to N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) as a dispersion solvent in a mass ratio of LFP:AB:CB:PVdF=100:3.33:1.67:1.2 and mixed to prepare a slurry containing the active material.
第2電極を作製する際の活物質含有スラリーの組成を次のとおり変更したことを除き、実施例1と同様の手順で第2電極を作製した。第1活物質として単斜晶型ニオブチタン複合酸化物Nb2TiO7(NTO)を準備した。導電剤としてカーボンブラック(CB)を準備した。結着剤としてポリフッ化ビニリデン(PVdF)を準備した。これら材料をNTO:CB:PVdF=100:4:2の質量割合で分散溶媒としてのN-メチル-2-ピロリドン(NMP)に加えて混合して活物質含有スラリーを調製した。 A second electrode was prepared in the same manner as in Example 1, except that the composition of the active material-containing slurry used in preparing the second electrode was changed as follows. Monoclinic niobium titanium composite oxide Nb 2 TiO 7 (NTO) was prepared as the first active material. Carbon black (CB) was prepared as the conductive agent. Polyvinylidene fluoride (PVdF) was prepared as the binder. These materials were added to N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) as a dispersion solvent in a mass ratio of NTO:CB:PVdF = 100:4:2 and mixed to prepare an active material-containing slurry.
(実施例5)
実施例3で形成した第2固体電解質層と同様の第2固体電解質層を第2電極の第2活物質含有層の両面に形成したことを除き、実施例4と同様の手順で電池を作製した。
Example 5
A battery was produced in the same manner as in Example 4, except that a second solid electrolyte layer similar to the second solid electrolyte layer formed in Example 3 was formed on both sides of the second active material-containing layer of the second electrode.
(比較例1)
第1電極を作製する際に、第1固体電解質層の形成を省略したことを除き、実施例1と同様の手順で電池を作製した。
(Comparative Example 1)
A battery was produced in the same manner as in Example 1, except that the formation of the first solid electrolyte layer was omitted when producing the first electrode.
<リチウム拡散係数Dtの測定>
実施例1-5及び比較例1で各々作製した第1電極及び第2電極からφ10mm(直径)の円形試料をそれぞれ打ち出した。また、15μmの厚さを有する円形のセルロースセパレータを準備した。各例について第1電極及び第2電極からそれぞれ打ち出した円形の電極、円形のセパレータ、及び上記液状非水電解質を用いてコインセルを作製した。コインセルは、実施例1-5及び比較例1の各々について、下記のとおり外縁部と見なした部分及び中心部と見なした部分から打ち出した円形電極を用いて作製した。
<Measurement of Lithium Diffusion Coefficient Dt>
A circular sample having a diameter of φ10 mm was punched out from each of the first and second electrodes prepared in Examples 1-5 and Comparative Example 1. A circular cellulose separator having a thickness of 15 μm was also prepared. For each example, a coin cell was prepared using the circular electrode punched out from each of the first and second electrodes, the circular separator, and the liquid nonaqueous electrolyte. For each of Examples 1-5 and Comparative Example 1, the coin cell was prepared using a circular electrode punched out from a portion regarded as the outer edge and a portion regarded as the center, as described below.
実施例1-5の第1電極については、枠形状の第1固体電解質層が形成されている部分を外縁部と見なした。第1固体電解質層の枠形状の内側の固体電解質が設けられていない第1固体電解質非担持部に対応する部分を中心部と見なした。比較例1の第1電極については、実施例1の第1電極にて外縁部及び中心部と見なした部分と対応する部分を、外縁部及び中心部とそれぞれ見なした。各第2電極については、電極群にて第1電極から打ち抜いた円形部分と重なる箇所を打ち抜いた。 For the first electrodes of Examples 1-5, the portion where the frame-shaped first solid electrolyte layer was formed was regarded as the outer edge portion. The portion corresponding to the first solid electrolyte non-supporting portion where no solid electrolyte was provided inside the frame shape of the first solid electrolyte layer was regarded as the center portion. For the first electrode of Comparative Example 1, the portions corresponding to the portions regarded as the outer edge portion and center portion of the first electrode of Example 1 were regarded as the outer edge portion and center portion, respectively. For each second electrode, a portion that overlaps with the circular portion punched out from the first electrode in the electrode group was punched out.
上述した方法に沿って、各コインセルを半充電状態まで充電し、測定試料を準備して、交流インピーダンスを測定し、測定結果から電極厚さ方向へのリチウム拡散係数Dt(DtE及びDtC)を算出した。ここでいう電極厚さ方向とは、集電体と活物質含有層との積層方向と平行な方向を指す。 According to the above-mentioned method, each coin cell was charged to a half-charged state, a measurement sample was prepared, the AC impedance was measured, and the lithium diffusion coefficient Dt (Dt E and Dt C ) in the electrode thickness direction was calculated from the measurement results. The electrode thickness direction here refers to the direction parallel to the stacking direction of the current collector and the active material-containing layer.
下記表1に、実施例1-5及び比較例1にて作製した第1電極及び第2電極の詳細、並びにリチウム拡散係数Dtの測定結果を示す。第1電極及び第2電極の詳細としては、第1活物質、第2活物質、第1固体電解質層の第1部及び第2部のそれぞれの幅、並びに第2固体電解質層の第3部及び第4部のそれぞれの幅を示す。リチウム拡散係数Dtとしては、中心部と見なした部分の厚さ方向へのリチウム拡散係数DtC及び外縁部と見なした部分の厚さ方向へのリチウム拡散係数DtEを示す。 Table 1 below shows details of the first and second electrodes prepared in Examples 1-5 and Comparative Example 1, and the measurement results of the lithium diffusion coefficient Dt. The details of the first and second electrodes show the first active material, the second active material, the widths of the first and second parts of the first solid electrolyte layer, and the widths of the third and fourth parts of the second solid electrolyte layer. The lithium diffusion coefficient Dt shows the lithium diffusion coefficient DtC in the thickness direction of a part considered to be the central part, and the lithium diffusion coefficient DtE in the thickness direction of a part considered to be the outer edge part.
<寿命評価>
実施例1-5及び比較例1で作製した各々の電池について、下記のとおり寿命性能を評価した。
<Life evaluation>
The life performance of each of the batteries prepared in Examples 1 to 5 and Comparative Example 1 was evaluated as follows.
先ず、次のようにして初回放電容量を測定した。25℃の温度環境下、1Cレート(600 mA)の定電流でSOC 100%まで充電した。10分間の休止時間を設けた後、0.2Cレート(120 mA)の定電流でSOC 0%まで放電した。放電の際の容量を測定し、記録した。 First, the initial discharge capacity was measured as follows. The battery was charged to 100% SOC at a constant current of 1C rate (600 mA) in a temperature environment of 25°C. After a 10-minute rest period, the battery was discharged to 0% SOC at a constant current of 0.2C rate (120 mA). The capacity during discharge was measured and recorded.
上記初回充放電を0サイクル目として、その後12000サイクルの充放電を繰り返した。但し、2000サイクル毎に容量確認試験を実施し、その時点での容量維持率を算出した(放電容量維持率 = [各サイクル目の放電容量/初回(0サイクル目)放電容量]×100%)。 The above initial charge/discharge was counted as cycle 0, and 12,000 charge/discharge cycles were then repeated. However, a capacity confirmation test was conducted every 2,000 cycles, and the capacity retention rate at each cycle was calculated (discharge capacity retention rate = [discharge capacity at each cycle/initial (cycle 0) discharge capacity] x 100%).
各サイクル毎の充放電は、次の条件で行った。温度は25℃とし、SOC 27.5%~42.5%の範囲内で充放電を行った。充電は5Cレート(3 A)の定電流で行い、放電は5Cレート(3 A)の定電流で行った。充電及び放電の間に休止時間を設けなかった。 Charging and discharging for each cycle were performed under the following conditions. The temperature was 25°C, and charging and discharging were performed within the range of SOC 27.5% to 42.5%. Charging was performed at a constant current of 5C rate (3A), and discharging was performed at a constant current of 5C rate (3A). There was no rest period between charging and discharging.
2000サイクル毎の容量確認試験は、初回放電容量の測定と同様の条件で行った。つまり、温度は25℃とし、SOC 0%~100%の範囲内で充放電を行った。充電は1Cレート(600 mA)の定電流で行い、放電は0.2Cレート(120 mA)の定電流で行った。充電の後、放電を開始する前に、10分間の休止時間を設けた。 The capacity confirmation test every 2000 cycles was performed under the same conditions as the measurement of the initial discharge capacity. That is, the temperature was 25°C, and charging and discharging were performed within the range of SOC 0% to 100%. Charging was performed at a constant current of 1C rate (600 mA), and discharging was performed at a constant current of 0.2C rate (120 mA). After charging, a rest period of 10 minutes was provided before starting discharging.
下記表2に、寿命性能の評価結果を示す。具体的には、初回放電容量及び2000サイクル毎の放電容量維持率を示す。 The results of the evaluation of life performance are shown in Table 2 below. Specifically, the initial discharge capacity and the discharge capacity retention rate every 2000 cycles are shown.
表2に示すとおり、実施例1-5及び比較例1に係る電池は、何れも同程度の初回放電容量を示した。また、実施例1-5に係る電池では、比較例1に係る電池よりも放電容量の低下が少なかった。実施例1-5に係る電池では、表1に示したとおり少なくとも二相共存反応をする第1活物質を含んだ第1電極にて外縁部に第1固体電解質層が設けられており、それにより中心部の厚さ方向へのリチウム拡散係数DtCよりも外縁部と見なした部分の厚さ方向へのリチウム拡散係数DtEが高かった。実施例1-5と比較例1との間の比較から、電極の中心部よりも外縁部における厚さ方向へのリチウム拡散係数Dtを高くしたことにより急速充放電サイクルの繰り返しに伴う容量低下の抑制が見られた。 As shown in Table 2, the batteries according to Examples 1-5 and Comparative Example 1 all showed the same initial discharge capacity. In addition, the battery according to Examples 1-5 showed less decrease in discharge capacity than the battery according to Comparative Example 1. In the battery according to Examples 1-5, as shown in Table 1, the first solid electrolyte layer was provided at the outer edge of the first electrode containing the first active material that undergoes at least a two-phase coexistence reaction, and thus the lithium diffusion coefficient Dt E in the thickness direction of the portion considered as the outer edge was higher than the lithium diffusion coefficient Dt C in the thickness direction of the center. From the comparison between Examples 1-5 and Comparative Example 1, it was found that the capacity decrease associated with repeated rapid charge and discharge cycles was suppressed by increasing the lithium diffusion coefficient Dt in the thickness direction at the outer edge of the electrode compared to the center.
以上説明した1以上の実施形態及び実施例によれば、電極が提供される。係る電極は、二相共存反応をする活物質を含有し第1方向に沿う一対の第1辺を含む主面を有する活物質含有層を具備する。上記一対の第1辺の少なくとも一方に沿い、且つ、それら第1辺の間の第1幅FAに対し0.03FA以上0.25FA以下の第1周縁幅FSを有する主面内の第1領域を含んだ外縁部における、活物質含有層の厚さ方向へのリチウム拡散係数DtEは、主面のうち外縁部を除く中心部における厚さ方向へのリチウム拡散係数DtCより高い。厚さ方向は、活物質含有層の主面と交差する。係る電極は、容量低下が抑制された二次電池及び電池パック、並びにのこの電池パックを搭載した車両を提供することができる。 According to one or more of the embodiments and examples described above, an electrode is provided. The electrode includes an active material-containing layer that contains an active material that undergoes a two-phase coexistence reaction and has a main surface including a pair of first sides along a first direction. The lithium diffusion coefficient Dt E in the thickness direction of the active material-containing layer at the outer edge portion including the first region in the main surface along at least one of the pair of first sides and having a first peripheral width F S of 0.03 F A or more and 0.25 F A or less with respect to the first width F A between the first sides is higher than the lithium diffusion coefficient Dt C in the thickness direction at the center of the main surface excluding the outer edge portion. The thickness direction intersects with the main surface of the active material-containing layer. Such an electrode can provide a secondary battery and a battery pack with suppressed capacity reduction, and a vehicle equipped with the battery pack.
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
以下に、本願出願の当初の特許請求の範囲に記載された発明を付記する。
[1] 二相共存反応をする活物質を含有し第1方向に沿う一対の第1辺を含む主面を有する活物質含有層を具備し、前記一対の第1辺の少なくとも一方に沿い、且つ、前記一対の第1辺の間の第1幅F
A
に対し0.03F
A
以上0.25F
A
以下の第1周縁幅F
S
を有する前記主面内の第1領域を含んだ外縁部における、前記活物質含有層の前記主面と交差する厚さ方向へのリチウム拡散係数Dt
E
は、前記主面のうち前記外縁部を除く中心部における前記厚さ方向へのリチウム拡散係数Dt
C
より高い、電極。
[2] 前記外縁部は、前記一対の第1辺にそれぞれ沿う一対の前記第1領域を含む、[1]に記載の電極。
[3] 前記主面は前記第1方向と交差する第2方向に沿う一対の第2辺をさらに含み、前記外縁部は前記一対の第2辺の少なくとも一方に沿い、且つ、前記一対の第2辺の間の第2幅S
A
に対し0.25S
A
以下の第2周縁幅S
S
を有する前記主面内の第2領域をさらに含む、[1]又は[2]に記載の電極。
[4] 二相共存反応をする第1活物質を含有し第1方向に沿う一対の第1辺を含む第1主面を有する第1活物質含有層と、
前記第1活物質含有層の前記第1主面上に設けられており固体電解質を含有する第1固体電解質層と
を具備し、
前記第1固体電解質層は、前記一対の第1辺の少なくとも一方に沿い、且つ、前記一対の第1辺の間の第1幅F
A
に対し0.03F
A
以上0.25F
A
以下の第1周縁幅F
S
を有する第1部を含み、前記第1活物質含有層は、前記第1固体電解質層が設けられていない第1固体電解質非担持部を含む、電極。
[5] 前記第1固体電解質層は、前記一対の第1辺にそれぞれ沿う一対の前記第1部を含む、[4]に記載の電極。
[6] 前記第1主面は前記第1方向と交差する第2方向に沿う一対の第2辺をさらに含み、前記第1固体電解質層は前記一対の第2辺の少なくとも一方に沿い、且つ、前記一対の第2辺の間の第2幅S
A
に対し0.25S
A
以下の第2周縁幅S
S
を有する第2部をさらに含む、[4]又は[5]に記載の電極。
[7] 前記第1活物質は、スピネル構造を有するリチウムチタン酸化物を含む、[4]から[6]のいずれか1つに記載の電極。
[8] 前記第1活物質は、オリビン構造を有するリン酸鉄リチウムを含む、[4]から[6]のいずれか1つに記載の電極。
[9] [1]から[8]のいずれか1つに記載の電極を含む第1電極と、
前記第1電極に対する対極を含む第2電極と
を具備する、二次電池。
[10] 前記第2電極は、単一固相反応をする第2活物質を含有する第2活物質含有層を具備する、[9]に記載の二次電池。
[11] [4]から[8]のいずれか1つに記載の電極を含む第1電極と、
単一固相反応をする第2活物質を含有し第3方向に沿う一対の第3辺を含む第2主面を有する第2活物質含有層と前記第2活物質含有層の前記第2主面上に設けられており固体電解質を含有する第2固体電解質層とを備える対極を含む第2電極と
を具備し、
前記第2固体電解質層は、前記一対の第3辺の少なくとも一方に沿い、且つ、前記一対の第3辺の間の第3幅T
A
に対し0.25T
A
以下の第3周縁幅T
S
を有する第3部を含み、前記第2活物質含有層は、前記第2固体電解質層が設けられていない第2固体電解質非担持部を含む、二次電池。
[12] 前記第2主面は前記第3方向と交差する第4方向に沿う一対の第4辺をさらに含み、前記第2固体電解質層は前記一対の第4辺の少なくとも一方に沿い、且つ、前記一対の第4辺の間の第4幅U
A
に対し0.25U
A
以下の第4周縁幅U
S
を有する第4部をさらに含む、[11]に記載の二次電池。
[13] [9]から[12]のいずれか1つに記載の二次電池を具備する、電池パック。
[14] 通電用の外部端子と、
保護回路と
を更に具備する、[13]に記載の電池パック。
[15] 複数の前記二次電池を具備し、
前記二次電池が、直列、並列、又は直列及び並列を組み合わせて電気的に接続されている、[13]又は[14]に記載の電池パック。
[16] [13]から[15]のいずれか1つに記載の電池パックを具備する、車両。
[17] 前記車両の運動エネルギーを回生エネルギーに変換する機構を含む、[16]に記載の車両。
Although some embodiments of the present invention have been described, these embodiments are presented as examples and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, substitutions, and modifications can be made without departing from the spirit of the invention. These embodiments and their modifications are included in the scope and spirit of the invention, and are included in the scope of the invention and its equivalents described in the claims.
The invention as originally claimed in the present application is set forth below.
[1] An electrode comprising an active material-containing layer containing an active material that undergoes a two-phase coexistence reaction and having a main surface including a pair of first sides along a first direction, wherein a lithium diffusion coefficient DtE in a thickness direction intersecting with the main surface of the active material-containing layer in an outer edge portion including a first region within the main surface that is along at least one of the pair of first sides and has a first periphery width F S of 0.03 F A or more and 0.25 F A or less with respect to a first width F A between the pair of first sides is higher than a lithium diffusion coefficient DtC in the thickness direction in a central portion of the main surface excluding the outer edge portion .
[2] The electrode according to [1], wherein the outer edge portion includes a pair of the first regions respectively along the pair of first sides.
[3] The electrode described in [1] or [2], wherein the main surface further includes a pair of second sides along a second direction intersecting the first direction, and the outer edge portion further includes a second region in the main surface that is along at least one of the pair of second sides and has a second peripheral width S S that is 0.25 S A or less with respect to a second width S A between the pair of second sides.
[4] A first active material-containing layer containing a first active material that undergoes a two-phase coexistence reaction and having a first main surface including a pair of first sides along a first direction;
a first solid electrolyte layer provided on the first main surface of the first active material-containing layer and containing a solid electrolyte;
Equipped with
the first solid electrolyte layer includes a first portion that is along at least one of the pair of first sides and has a first periphery width F S that is 0.03 F A or more and 0.25 F A or less with respect to a first width F A between the pair of first sides, and the first active material-containing layer includes a first solid electrolyte-free portion where the first solid electrolyte layer is not provided.
[5] The electrode according to [4], wherein the first solid electrolyte layer includes a pair of the first portions respectively along the pair of first sides.
[6] The electrode described in [4] or [5], wherein the first main surface further includes a pair of second sides extending along a second direction intersecting the first direction, and the first solid electrolyte layer further includes a second portion along at least one of the pair of second sides and having a second peripheral width S S that is 0.25 S A or less with respect to a second width S A between the pair of second sides.
[7] The electrode according to any one of [4] to [6], wherein the first active material contains a lithium titanium oxide having a spinel structure.
[8] The electrode according to any one of [4] to [6], wherein the first active material contains lithium iron phosphate having an olivine structure.
[9] A first electrode comprising the electrode according to any one of [1] to [8];
a second electrode including a counter electrode for the first electrode;
A secondary battery comprising:
[10] The secondary battery according to [9], wherein the second electrode comprises a second active material-containing layer containing a second active material that undergoes a single solid-state reaction.
[11] A first electrode comprising the electrode according to any one of [4] to [8];
a second electrode including a counter electrode including a second active material-containing layer containing a second active material that undergoes a single solid-phase reaction and having a second main surface including a pair of third sides along a third direction, and a second solid electrolyte layer that is provided on the second main surface of the second active material-containing layer and contains a solid electrolyte;
Equipped with
the second solid electrolyte layer includes a third portion that is along at least one of the pair of third sides and has a third periphery width T S that is 0.25T A or less with respect to a third width T A between the pair of third sides, and the second active material-containing layer includes a second solid electrolyte-free portion where the second solid electrolyte layer is not provided.
[12] The secondary battery according to [11], wherein the second main surface further includes a pair of fourth sides along a fourth direction intersecting the third direction, and the second solid electrolyte layer further includes a fourth portion along at least one of the pair of fourth sides and having a fourth peripheral width U S that is 0.25 U A or less with respect to a fourth width U A between the pair of fourth sides.
[13] A battery pack comprising the secondary battery according to any one of [9] to [12].
[14] An external terminal for supplying electricity;
Protection circuit and
The battery pack according to [13], further comprising:
[15] A storage battery comprising a plurality of the secondary batteries,
The battery pack according to [13] or [14], wherein the secondary batteries are electrically connected in series, in parallel, or in a combination of series and parallel.
[16] A vehicle comprising the battery pack according to any one of [13] to [15].
[17] The vehicle according to [16], further comprising a mechanism for converting kinetic energy of the vehicle into regenerative energy.
1…電極群、2…外装部材、3…第1電極、3a…第1集電体、3b…第1活物質含有層、3c…第1集電タブ、3d…第1固体電解質層、4…セパレータ、5…第2電極、5a…第2集電体、5b…第2活物質含有層、5c…第2集電タブ、5d…第2固体電解質層、6…第1電極端子、7…第2電極端子、40…車両本体、41…車両用電源、42…電気制御装置、43…外部端子、44…インバータ、45…駆動モータ、100…二次電池、200…組電池、200a…組電池、200b…組電池、200c…組電池、201…バスバー、202…正極側リード、203…負極側リード、204…粘着テープ、206…負極端子、207…正極端子、300…電池パック、300a…電池パック、300b…電池パック、300c…電池パック、301…収容容器、302…蓋、303…保護シート、310a…組電池監視装置、310b…組電池監視装置、310c…組電池監視装置、340…プリント配線基板、342…正極側コネクタ、342a…配線、343…負極側コネクタ、343a…配線、345…サーミスタ、346…保護回路、347…配線、350…通電用の外部端子、352…正側端子、353…負側端子、348a…プラス側配線、348b…マイナス側配線、400…車両、411…電池管理装置、412…通信バス、413…正極端子、414…負極端子、415…スイッチ装置、416…電流検出部、417…負極入力端子、418…正極入力端子、L1…接続ライン、L2…接続ライン、W…駆動輪。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1... Electrode group, 2... Exterior member, 3... First electrode, 3a... First current collector, 3b... First active material containing layer, 3c... First current collecting tab, 3d... First solid electrolyte layer, 4 ...Separator, 5...Second electrode, 5a...Second current collector, 5b...Second active material containing layer, 5c...Second current collection tab, 5d...Second solid electrolyte layer, 6...First electrode terminal, 7 ...Second electrode terminal, 40...Vehicle main body, 41...Vehicle power supply, 42...Electrical control control device, 43... external terminal, 44... inverter, 45... drive motor, 100... secondary battery, 200... assembled battery, 200a... assembled battery, 200b... assembled battery, 200c... assembled battery, 201... bus bar, 202... positive electrode side lead, 203... negative electrode side lead, 204... adhesive tape, 206... negative electrode terminal, 207... positive electrode terminal, 300... battery pack, 300a... battery pack, 300b... battery pack 300c... battery pack, 301... container, 302... lid, 303... protective sheet, 310a... assembled battery monitoring device, 310b... assembled battery monitoring device, 310c... assembled battery monitoring device, 340... printed wiring board, 342... Positive electrode connector, 342a...wiring, 343...negative electrode connector, 343a...wiring, 345...thermistor, 346...protection circuit, 347...wiring, 350...energizer external terminal for the battery, 352... positive terminal, 353... negative terminal, 348a... positive wiring, 348b... negative wiring, 400... vehicle, 411... battery management device, 412... communication bus, 413... positive terminal, 414 ...negative terminal, 415...switching device, 416...current detection unit, 417...negative input terminal, 418...positive input terminal, L1...connection line, L2...connection line, W...drive wheel.
Claims (12)
前記第1電極に対する対極を含む第2電極と
を具備し、
前記第1電極は、二相共存反応をする第1活物質を含有し第1方向に沿う一対の第1辺を含む第1主面を有する第1活物質含有層と、
前記第1活物質含有層の前記第1主面上に設けられており固体電解質を含有する第1固体電解質層と
を具備し、
前記第2電極は、単一固相反応をする第2活物質を含有する第2活物質含有層を具備し、
前記第1固体電解質層は、前記一対の第1辺の少なくとも一方に沿い、且つ、前記一対の第1辺の間の第1幅FAに対し0.03FA以上0.25FA以下の第1周縁幅FSを有する第1部を含み、前記第1活物質含有層は、前記第1固体電解質層が設けられていない第1固体電解質非担持部を含む、二次電池。 A first electrode;
a second electrode including a counter electrode for the first electrode;
Equipped with
The first electrode includes a first active material- containing layer that contains a first active material that undergoes a two-phase coexistence reaction and has a first main surface that includes a pair of first sides along a first direction;
a first solid electrolyte layer provided on the first main surface of the first active material-containing layer and containing a solid electrolyte;
the second electrode comprises a second active material-containing layer containing a second active material that undergoes a single solid-state reaction;
the first solid electrolyte layer includes a first portion that is along at least one of the pair of first sides and has a first periphery width F S that is 0.03 F A or more and 0.25 F A or less with respect to a first width F A between the pair of first sides, and the first active material-containing layer includes a first solid electrolyte-free portion where the first solid electrolyte layer is not provided.
前記第2電極は前記第2活物質含有層の前記第2主面上に設けられており固体電解質を含有する第2固体電解質層をさらに具備し、
前記第2固体電解質層は、前記一対の第3辺の少なくとも一方に沿い、且つ、前記一対の第3辺の間の第3幅TAに対し0.25TA以下の第3周縁幅TSを有する第3部を含み、前記第2活物質含有層は、前記第2固体電解質層が設けられていない第2固体電解質非担持部を含む、請求項1から5のいずれか1項に記載の二次電池。 the second active material-containing layer has a second main surface including a pair of third sides along a third direction,
the second electrode further includes a second solid electrolyte layer provided on the second main surface of the second active material-containing layer and containing a solid electrolyte;
6. The secondary battery according to claim 1, wherein the second solid electrolyte layer includes a third portion having a third periphery width T S along at least one of the pair of third sides and a third width T A between the pair of third sides that is 0.25T A or less with respect to the third width T A between the pair of third sides, and the second active material-containing layer includes a second solid electrolyte-free portion where the second solid electrolyte layer is not provided.
保護回路と
を更に具備する、請求項8に記載の電池パック。 An external terminal for supplying electricity;
9. The battery pack of claim 8 , further comprising a protection circuit.
前記二次電池が、直列、並列、又は直列及び並列を組み合わせて電気的に接続されている、請求項8又は9に記載の電池パック。 A battery comprising a plurality of the secondary batteries,
The battery pack according to claim 8 or 9 , wherein the secondary batteries are electrically connected in series, in parallel, or in a combination of series and parallel.
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Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010073339A (en) | 2008-09-16 | 2010-04-02 | Panasonic Corp | Nonaqueous electrolyte secondary battery and its electrode |
| JP2014212046A (en) | 2013-04-19 | 2014-11-13 | 本田技研工業株式会社 | Electrode for lithium ion battery and manufacturing method therefor, and lithium ion battery including the same |
| WO2018110688A1 (en) | 2016-12-16 | 2018-06-21 | 日立造船株式会社 | All-solid state secondary cell and production method for same |
| JP2020129519A (en) | 2019-02-12 | 2020-08-27 | トヨタ自動車株式会社 | All-solid battery |
| JP2020161467A (en) | 2019-03-20 | 2020-10-01 | 株式会社東芝 | Electrodes, rechargeable batteries, battery packs, and vehicles |
| JP2020181636A (en) | 2019-04-23 | 2020-11-05 | トヨタ自動車株式会社 | Secondary cell |
-
2021
- 2021-03-19 JP JP2021046107A patent/JP7542469B2/en active Active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010073339A (en) | 2008-09-16 | 2010-04-02 | Panasonic Corp | Nonaqueous electrolyte secondary battery and its electrode |
| JP2014212046A (en) | 2013-04-19 | 2014-11-13 | 本田技研工業株式会社 | Electrode for lithium ion battery and manufacturing method therefor, and lithium ion battery including the same |
| WO2018110688A1 (en) | 2016-12-16 | 2018-06-21 | 日立造船株式会社 | All-solid state secondary cell and production method for same |
| JP2020129519A (en) | 2019-02-12 | 2020-08-27 | トヨタ自動車株式会社 | All-solid battery |
| JP2020161467A (en) | 2019-03-20 | 2020-10-01 | 株式会社東芝 | Electrodes, rechargeable batteries, battery packs, and vehicles |
| JP2020181636A (en) | 2019-04-23 | 2020-11-05 | トヨタ自動車株式会社 | Secondary cell |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
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