JP7631864B2 - All-solid-state lithium secondary battery system - Google Patents
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Description
本発明は、全固体リチウム二次電池システムに関する。 The present invention relates to an all-solid-state lithium secondary battery system.
近年、地球温暖化に対処するため、二酸化炭素量の低減が切に望まれている。自動車業界では、電気自動車(EV)やハイブリッド電気自動車(HEV)の導入による二酸化炭素排出量の低減に期待が集まっており、これらの実用化の鍵を握るモータ駆動用二次電池などの非水電解質二次電池の開発が盛んに行われている。 In recent years, there has been a strong desire to reduce carbon dioxide emissions in order to combat global warming. In the automotive industry, there is hope that the introduction of electric vehicles (EVs) and hybrid electric vehicles (HEVs) will help reduce carbon dioxide emissions, and there has been active development of non-aqueous electrolyte secondary batteries, such as motor drive secondary batteries, which hold the key to putting these into practical use.
モータ駆動用二次電池としては、携帯電話やノートパソコン等に使用される民生用リチウム二次電池と比較して極めて高い出力特性、および高いエネルギーを有することが求められている。したがって、現実的な全ての電池の中で最も高い理論エネルギーを有するリチウム二次電池が注目を集めており、現在急速に開発が進められている。 Secondary batteries for driving motors are required to have extremely high output characteristics and high energy compared to consumer lithium secondary batteries used in mobile phones, laptops, etc. Therefore, lithium secondary batteries, which have the highest theoretical energy of all practical batteries, are attracting attention and are currently being developed at a rapid pace.
ここで、現在一般に普及しているリチウム二次電池は、電解質に可燃性の有機電解液を用いている。このような液系リチウム二次電池では、液漏れ、短絡、過充電などに対する安全対策が他の電池よりも厳しく求められる。 The lithium secondary batteries currently in widespread use use a flammable organic electrolyte as the electrolyte. These liquid-based lithium secondary batteries require stricter safety measures against leakage, short circuits, overcharging, etc. than other batteries.
そこで近年、電解質に酸化物系や硫化物系の固体電解質を用いた全固体リチウム二次電池に関する研究開発が盛んに行われている。固体電解質は、固体中でイオン伝導が可能なイオン伝導体を主体として構成される材料である。このため、全固体リチウム二次電池においては、従来の液系リチウム二次電池のように可燃性の有機電解液に起因する各種問題が原理的に発生しない。また一般に、高電位・大容量の正極材料、大容量の負極材料を用いると電池の出力密度およびエネルギー密度の大幅な向上が図れる。例えば、硫黄単体(S8)は、1670mAh/g程度と極めて大きい理論容量を有し、低コストで資源が豊富であるという利点を備えている。 In recent years, research and development of all-solid-state lithium secondary batteries using oxide-based or sulfide-based solid electrolytes has been actively conducted. A solid electrolyte is a material mainly composed of an ion conductor capable of ion conduction in a solid. Therefore, in principle, all-solid-state lithium secondary batteries do not cause various problems caused by flammable organic electrolytes as in conventional liquid-based lithium secondary batteries. In addition, in general, the use of a high-potential, large-capacity positive electrode material and a large-capacity negative electrode material can significantly improve the output density and energy density of a battery. For example, elemental sulfur (S 8 ) has an extremely large theoretical capacity of about 1670 mAh/g, and has the advantages of being low cost and abundant in resources.
一般に、二次電池の劣化を防ぐという観点からは、二次電池が満充電状態からさらに充電されるいわゆる「過充電」の発生を防止することが好ましい。このような過充電に対する安定性を向上させるための技術として、特許文献1には、液系のリチウム硫黄電池に用いられる電解液として、少なくとも2つの非プロトン性溶媒中に電解質塩を含むものを用いるとともに、当該電解液が共晶濃度にあるかまたは当該共晶濃度の±30%以内の濃度となるように構成する技術が開示されている。 In general, from the viewpoint of preventing deterioration of secondary batteries, it is preferable to prevent the occurrence of so-called "overcharging," in which a secondary battery is further charged from a fully charged state. As a technique for improving stability against such overcharging, Patent Document 1 discloses a technique in which an electrolyte used in a liquid-based lithium-sulfur battery contains an electrolyte salt in at least two aprotic solvents, and the electrolyte is configured to have a eutectic concentration or a concentration within ±30% of the eutectic concentration.
上述したような「過充電」の状態は、電解質層が固体電解質を含む全固体リチウム二次電池においても生じうる。ただし、特許文献1に開示された技術は、電解液を用いる液系のリチウム硫黄電池を対象とするものであるため、全固体リチウム二次電池にそのまま適用することはできない。また、本発明者らの検討によれば、正極活物質層が固体電解質を含む全固体リチウム二次電池において過充電が発生すると、正極活物質層に含まれる固体電解質の酸化分解が生じ、正極活物質と固体電解質とが共存する反応界面が減少し、電池のエネルギー密度が低下することが判明した。 The above-mentioned "overcharge" state can also occur in all-solid-state lithium secondary batteries whose electrolyte layer contains a solid electrolyte. However, the technology disclosed in Patent Document 1 is intended for liquid-based lithium-sulfur batteries that use an electrolyte solution, and therefore cannot be directly applied to all-solid-state lithium secondary batteries. In addition, according to the inventors' studies, it has been found that when overcharge occurs in an all-solid-state lithium secondary battery whose positive electrode active material layer contains a solid electrolyte, oxidative decomposition of the solid electrolyte contained in the positive electrode active material layer occurs, the reaction interface where the positive electrode active material and the solid electrolyte coexist is reduced, and the energy density of the battery is reduced.
そこで本発明は、硫黄を含む正極活物質および固体電解質を正極に含む全固体リチウム二次電池において、過充電の進行に起因するエネルギー密度の低下を抑制しうる手段を提供することを目的とする。 The present invention aims to provide a means for suppressing the decrease in energy density caused by the progression of overcharging in an all-solid-state lithium secondary battery that contains a sulfur-containing positive electrode active material and a solid electrolyte in the positive electrode.
本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意検討を行った。その結果、硫黄を含む正極活物質および固体電解質を正極に含む全固体リチウム二次電池において、所定の酸化還元電位を有するリチウム含有化合物を正極活物質層に含ませておき、電池の充電処理を行う際に前記リチウム含有化合物からのリチウムイオンの脱離反応に対応する反応電流が発生したか否かを判定し、前記反応電流が発生したと判定されたときに充電処理を停止することにより、上記課題が解決されうることを見出し、本発明を完成させるに至った。 The present inventors conducted extensive research to solve the above problems. As a result, they discovered that the above problems can be solved by incorporating a lithium-containing compound having a predetermined oxidation-reduction potential in the positive electrode active material layer in an all-solid-state lithium secondary battery that includes a sulfur-containing positive electrode active material and a solid electrolyte in the positive electrode, determining whether or not a reaction current corresponding to a desorption reaction of lithium ions from the lithium-containing compound occurs during charging of the battery, and stopping the charging process when it is determined that the reaction current has occurred, thereby completing the present invention.
本発明の一形態に係るリチウム二次電池システムは、硫黄を含む正極活物質と、固体電解質と、3.1~4.3[V vs.Li+/Li]の酸化還元電位を有するリチウム含有化合物と、を含有する正極活物質層を含む正極と、リチウムを含む負極活物質を含有する負極活物質層を含む負極と、前記正極活物質層と前記負極活物質層との間に介在する固体電解質層とを有する発電要素を備えた全固体リチウム二次電池を含む。そして、当該システムは、前記全固体リチウム二次電池の充電処理を行う際に、前記リチウム含有化合物からのリチウムイオンの脱離反応に対応する反応電流が発生したか否かを判定し、前記反応電流が発生したと判定されたときに、前記充電処理を停止する制御を行う制御部をさらに含む点に特徴がある。 The lithium secondary battery system according to one embodiment of the present invention includes an all-solid-state lithium secondary battery having a power generating element including a positive electrode including a positive electrode active material layer containing a sulfur-containing positive electrode active material, a solid electrolyte, and a lithium-containing compound having an oxidation-reduction potential of 3.1 to 4.3 [V vs. Li+/Li], a negative electrode including a negative electrode active material layer containing a negative electrode active material containing lithium, and a solid electrolyte layer interposed between the positive electrode active material layer and the negative electrode active material layer. The system is characterized in that it further includes a control unit that determines whether or not a reaction current corresponding to a desorption reaction of lithium ions from the lithium-containing compound has occurred during charging of the all-solid-state lithium secondary battery, and controls to stop the charging process when it is determined that the reaction current has occurred.
本発明によれば、硫黄を含む正極活物質および固体電解質を正極に含む全固体リチウム二次電池において、過充電の進行に起因するエネルギー密度の低下を抑制することができる。 According to the present invention, in an all-solid-state lithium secondary battery that includes a positive electrode active material containing sulfur and a solid electrolyte in the positive electrode, it is possible to suppress the decrease in energy density caused by the progression of overcharging.
以下、図面を参照しながら、上述した本発明の実施形態を説明するが、本発明の技術的範囲は特許請求の範囲の記載に基づいて定められるべきであり、以下の形態のみに制限されない。なお、図面の寸法比率は、説明の都合上誇張されており、実際の比率とは異なる場合がある。以下では、二次電池の一形態である、非双極型(内部並列接続型)の全固体リチウム二次電池を例に挙げて本発明を説明する。上述したように、全固体リチウム二次電池を構成する固体電解質は、固体中でイオン伝導が可能なイオン伝導体を主体として構成される材料である。このため、全固体リチウム二次電池においては、従来の液系リチウム二次電池のように可燃性の有機電解液に起因する各種問題が原理的に発生しないという利点がある。また一般に、高電位・大容量の正極材料、大容量の負極材料を用いると電池の出力密度およびエネルギー密度の大幅な向上が図れるという利点もある。 The above-mentioned embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings, but the technical scope of the present invention should be determined based on the claims and is not limited to the following embodiments. The dimensional ratios in the drawings are exaggerated for the convenience of explanation and may differ from the actual ratios. The present invention will be described below using a non-bipolar (internal parallel connection) all-solid-state lithium secondary battery, which is one form of secondary battery. As described above, the solid electrolyte constituting the all-solid-state lithium secondary battery is a material mainly composed of an ion conductor capable of ion conduction in a solid. For this reason, the all-solid-state lithium secondary battery has the advantage that, in principle, various problems caused by flammable organic electrolytes do not occur as in conventional liquid-based lithium secondary batteries. In addition, in general, the use of a high-potential, large-capacity positive electrode material and a large-capacity negative electrode material has the advantage that the output density and energy density of the battery can be significantly improved.
[二次電池システム]
図1は、本発明の一実施形態に係る全固体リチウム二次電池システムの構成を説明するためのブロック図である。
[Secondary battery system]
FIG. 1 is a block diagram for explaining the configuration of an all-solid-state lithium secondary battery system according to one embodiment of the present invention.
この全固体リチウム二次電池システム(以下、「二次電池システム1」とも称する)は、全固体リチウム二次電池(以下、「二次電池2」とも称する)を備える。そして、二次電池2のセル電圧(端子間電圧)を測定する電圧センサー3、二次電池2における電力の出入りを調整する電圧電流調整部4、二次電池2の充放電電流を測定する電流センサー5、二次電池2の充放電を制御する制御部6を備える。また、電圧電流調整部4は外部電源7に接続されていて充電時には電力の供給を受ける一方、放電時には電圧電流調整部4を介して外部負荷(図示せず)へ電力を供給する(詳細は後述する)。 This all-solid-state lithium secondary battery system (hereinafter also referred to as "secondary battery system 1") includes an all-solid-state lithium secondary battery (hereinafter also referred to as "secondary battery 2"). It also includes a voltage sensor 3 that measures the cell voltage (terminal voltage) of the secondary battery 2, a voltage and current adjustment unit 4 that adjusts the input and output of power to and from the secondary battery 2, a current sensor 5 that measures the charge and discharge current of the secondary battery 2, and a control unit 6 that controls the charge and discharge of the secondary battery 2. The voltage and current adjustment unit 4 is also connected to an external power source 7 and receives power during charging, while supplying power to an external load (not shown) via the voltage and current adjustment unit 4 during discharging (details will be described later).
以下、各部の詳細を説明する。 The details of each part are explained below.
二次電池2は、硫黄を含む正極活物質と、固体電解質と、3.1~4.3[V vs.Li+/Li]の酸化還元電位を有するリチウム含有化合物と、を含有する正極活物質層を含む正極(以下、単に「硫黄含有正極」とも称する)と、リチウムを含む負極活物質を含有する負極活物質層を含む負極と、前記正極活物質層と前記負極活物質層との間に介在する固体電解質層とを有する発電要素を備える。なお、全固体リチウム二次電池の詳細については後述するが、硫化リチウム(Li2S)を正極活物質として含有するリチウム二次電池の充電時におけるサイクリックボルタモグラムを図2に示す。図2に示すサイクリックボルタモグラムによれば、硫黄含有正極を充電する際に硫化リチウム(Li2S)からのリチウムイオンの脱離反応(Li2S→S+2Li)が進行して反応電流が流れる電位(硫黄の反応電位)の範囲は約1.5~3.1[V vs.Li+/Li]であることがわかる。 The secondary battery 2 includes a positive electrode (hereinafter, also simply referred to as a "sulfur-containing positive electrode") including a positive electrode active material layer containing a sulfur-containing positive electrode active material, a solid electrolyte, and a lithium-containing compound having an oxidation-reduction potential of 3.1 to 4.3 [V vs. Li+/Li], a negative electrode including a negative electrode active material layer containing a lithium-containing negative electrode active material, and a solid electrolyte layer interposed between the positive electrode active material layer and the negative electrode active material layer. Details of the all-solid-state lithium secondary battery will be described later, but FIG. 2 shows a cyclic voltammogram during charging of a lithium secondary battery containing lithium sulfide (Li 2 S) as a positive electrode active material. According to the cyclic voltammogram shown in FIG. 2, when the sulfur-containing positive electrode is charged, the range of the potential (sulfur reaction potential) at which the desorption reaction of lithium ions from lithium sulfide (Li 2 S) (Li 2 S → S + 2Li) proceeds and the reaction current flows is about 1.5 to 3.1 [V vs. Li+/Li].
ここで、上述した硫黄の反応電位を超えて硫黄含有正極の電位が上昇して(過充電の発生)、約4.0[V]前後にまで到達すると、正極活物質層に含まれる固体電解質が酸化されて分解する反応が生じる。例えば固体電解質が硫化リンを含むものである場合に、PS4 3-イオンが酸化されてPS4 4-が生じる反応が進行する場合がある。このような酸化分解反応が生じた固体電解質においては、充放電時におけるリチウムイオン伝導性が大幅に低下する。その結果、正極活物質および固体電解質(さらには導電助剤)が共存する反応界面が減少し、リチウム二次電池のエネルギー密度が大きく低下してしまう。 Here, when the potential of the sulfur-containing positive electrode rises beyond the above-mentioned reaction potential of sulfur (occurrence of overcharging) and reaches about 4.0 [V], a reaction occurs in which the solid electrolyte contained in the positive electrode active material layer is oxidized and decomposed. For example, when the solid electrolyte contains phosphorus sulfide, a reaction may occur in which PS 4 3- ions are oxidized to generate PS 4 4- . In the solid electrolyte in which such an oxidative decomposition reaction occurs, the lithium ion conductivity during charging and discharging is significantly reduced. As a result, the reaction interface where the positive electrode active material and the solid electrolyte (and further the conductive assistant) coexist is reduced, and the energy density of the lithium secondary battery is significantly reduced.
これに対し、本形態に係る全固体リチウム二次電池システムにおいては、正極を構成する正極活物質層に、3.1~4.3[V vs.Li+/Li]の酸化還元電位を有するリチウム含有化合物が含まれている。これにより、硫黄含有正極の電位が固体電解質の酸化分解が進行する電位に到達する前に、上述したような過充電の発生を検知することが可能となる。例えば、図2に示す実施形態では、約3.5[V vs.Li+/Li]の酸化還元電位を有するリン酸鉄リチウム(LiFePO4)が、上記リチウム含有化合物として正極活物質層に含有されている。ここで、このような構成を有する硫黄含有正極を備えた全固体リチウム二次電池の充電時に過充電が発生した場合を考える。過充電の発生により硫黄の反応電位を超えて硫黄含有正極の電位が上昇し、正極の電位がリン酸鉄リチウムの酸化還元電位に到達すると、リチウム含有化合物(リン酸鉄リチウム)からのリチウムイオンの脱離反応が進行する。本形態に係るリチウム二次電池システムにおいては、このようなリチウム含有化合物からのリチウムイオンの脱離反応に対応する反応電流の発生を検知したときに、充電処理を停止する制御を実施するのである。これにより、正極活物質層に含まれる固体電解質の酸化分解反応の進行を防止することができ、正極活物質および固体電解質(さらには導電助剤)が共存する反応界面の減少を抑制できる。その結果、全固体リチウム二次電池のエネルギー密度の低下を防止することが可能となる。 In contrast, in the all-solid-state lithium secondary battery system according to the present embodiment, the positive electrode active material layer constituting the positive electrode contains a lithium-containing compound having an oxidation-reduction potential of 3.1 to 4.3 [V vs. Li+/Li]. This makes it possible to detect the occurrence of overcharging as described above before the potential of the sulfur-containing positive electrode reaches a potential at which oxidative decomposition of the solid electrolyte proceeds. For example, in the embodiment shown in FIG. 2, lithium iron phosphate (LiFePO 4 ) having an oxidation-reduction potential of about 3.5 [V vs. Li+/Li] is contained in the positive electrode active material layer as the lithium-containing compound. Here, consider the case where overcharging occurs during charging of an all-solid-state lithium secondary battery equipped with a sulfur-containing positive electrode having such a configuration. When the potential of the sulfur-containing positive electrode rises beyond the reaction potential of sulfur due to the occurrence of overcharging and the potential of the positive electrode reaches the oxidation-reduction potential of lithium iron phosphate, the desorption reaction of lithium ions from the lithium-containing compound (lithium iron phosphate) proceeds. In the lithium secondary battery system according to the present embodiment, when the generation of a reaction current corresponding to the desorption reaction of lithium ions from the lithium-containing compound is detected, the charging process is stopped. This makes it possible to prevent the progress of the oxidative decomposition reaction of the solid electrolyte contained in the positive electrode active material layer, and to suppress the reduction of the reaction interface where the positive electrode active material and the solid electrolyte (and further the conductive additive) coexist. As a result, it becomes possible to prevent the reduction of the energy density of the all-solid-state lithium secondary battery.
電圧センサー3は、例えば電圧計でよく、二次電池2の正極と負極との電位差として定義される二次電池2のセル電圧(端子間電圧)を測定する。なお、セル電圧Vは正極の平衡電位と負極の平衡電位との電位差として算出される。電圧センサー3の取り付け位置は特に制限されず、二次電池2に接続される回路内において正極と負極との間のセル電圧を測定することができる位置であればよい。 The voltage sensor 3 may be, for example, a voltmeter, and measures the cell voltage (terminal voltage) of the secondary battery 2, which is defined as the potential difference between the positive and negative electrodes of the secondary battery 2. The cell voltage V is calculated as the potential difference between the equilibrium potential of the positive electrode and the equilibrium potential of the negative electrode. There are no particular limitations on the installation position of the voltage sensor 3, and it may be any position within the circuit connected to the secondary battery 2 where the cell voltage between the positive and negative electrodes can be measured.
電圧電流調整部4は、二次電池2の充電時には、制御部6からの指令に基づいて外部電源7からの電力の電圧および電流を調整し、前記電力を二次電池2へ供給する。また、二次電池2の放電時には、電圧電流調整部4は、二次電池2から放電された電気を外部負荷(図示せず)へ放出する。 When charging the secondary battery 2, the voltage and current adjustment unit 4 adjusts the voltage and current of the power from the external power source 7 based on commands from the control unit 6, and supplies the power to the secondary battery 2. When discharging the secondary battery 2, the voltage and current adjustment unit 4 releases the electricity discharged from the secondary battery 2 to an external load (not shown).
ここで、外部電源7は、電気自動車等の充電に使用される、いわゆる電源グリッドなどと称される電気自動車用の電源であり、直流が出力されている。このような電気自動車用の電源は、商用電力(交流電流)を二次電池2の充電のために必要な直流電流に変換して提供している。また、外部電源7には電力回生機能が備えられており、二次電池2からの放電があった場合は、直流を交流に変換して商用電源へ回生することができる。なお、このような外部電源7を構成する装置としては、電力回生機能の付いた周知の電源を使用すればよいため、ここでは詳細な説明は省略する(電力回生機能の付いた電源としては、例えば、特開平7-222369号公報、特開平10-080067号公報などがある)。 Here, the external power source 7 is a power source for electric vehicles, also known as a power grid, used for charging electric vehicles and the like, and outputs direct current. Such power sources for electric vehicles convert commercial power (alternating current) into the direct current required for charging the secondary battery 2 and provide it. The external power source 7 also has a power regeneration function, and when the secondary battery 2 is discharged, the direct current can be converted into alternating current and regenerated to the commercial power source. Note that a well-known power source with a power regeneration function can be used as the device that constitutes such an external power source 7, so a detailed description will be omitted here (examples of power sources with a power regeneration function include those disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-222369 and Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-080067).
外部電源7が商用電源などの外部電源装置に接続されていない場合、例えば外部に設置された他の二次電池などを電源として二次電池2を充電するときには、二次電池2から放電した電力を他の二次電池へ蓄電させることが好ましい。これによりエネルギーの無駄を少なくすることができる。 When the external power source 7 is not connected to an external power source device such as a commercial power source, for example when charging the secondary battery 2 using another externally installed secondary battery as a power source, it is preferable to store the power discharged from the secondary battery 2 in the other secondary battery. This can reduce energy waste.
電流センサー5は、例えば電流計である。電流センサー5は、二次電池2の充電時には電圧電流調整部4から二次電池2へ供給される電力の電流値を測定し、放電時には二次電池2から電圧電流調整部4へ供給される電力の電流値を測定する。電流センサー5の取り付け位置は特に制限されず、電圧電流調整部4から二次電池2に電力を供給する回路内に配置されて、充放電時の電流値を測定することができる位置であればよい。 The current sensor 5 is, for example, an ammeter. The current sensor 5 measures the current value of the power supplied from the voltage/current adjustment unit 4 to the secondary battery 2 when the secondary battery 2 is being charged, and measures the current value of the power supplied from the secondary battery 2 to the voltage/current adjustment unit 4 when the secondary battery 2 is being discharged. There are no particular limitations on the installation position of the current sensor 5, and it may be located in a circuit that supplies power from the voltage/current adjustment unit 4 to the secondary battery 2 so that it can measure the current value during charging and discharging.
制御部6は、例えば、CPU61や記憶部62などを含んでいる、いわゆるコンピューターである。制御部6は、後述する手順に従って、二次電池2に充電処理を行う際に当該充電処理の条件を制御する。このような制御部6としては、電気自動車においては、例えばECU(Electronic Control Unit)などを用いるようにしてもよい。 The control unit 6 is a so-called computer that includes, for example, a CPU 61 and a memory unit 62. The control unit 6 controls the conditions of the charging process when the charging process is performed on the secondary battery 2, according to a procedure described below. In an electric vehicle, for example, an ECU (Electronic Control Unit) or the like may be used as such a control unit 6.
ここで、記憶部62は、CPU61がワーキングエリアとして使用するRAMのほかに、不揮発性メモリーを搭載している。不揮発性メモリーには、本実施形態における二次電池2の充放電処理の条件の制御を行うためのプログラムを記憶している。 Here, the storage unit 62 is equipped with a non-volatile memory in addition to the RAM used by the CPU 61 as a working area. The non-volatile memory stores a program for controlling the conditions for the charging and discharging process of the secondary battery 2 in this embodiment.
また、記憶部62は、二次電池2の充電電流Iの積算値と、二次電池2の充電状態(SOC;State of Charge)との関係を示すマップを記憶している。さらに、記憶部62は、本実施形態に係る制御を実行するSOCの範囲を規定する、SOCの下限のしきい値(SOC1)およびSOCの上限のしきい値(SOC2)を記憶している。すなわち、本実施形態に係る制御は、二次電池2のSOCがSOC1以上SOC2未満であるときに行われる。SOCの下限のしきい値(SOC1)は、ある程度充電処理が進行したときのSOCであればよく、過充電が発生しうるセル電圧を考慮して設定される。SOC1は、例えば90%である。また、SOCの上限のしきい値(SOC2)は、ほぼ満充電に達したとみなされうるSOCである。SOC2は、例えば100%である。これらのしきい値を設定した場合、本実施形態に係る制御は、SOCが90%以上100%未満のときに実行される。そして、記憶部62は、本実施形態に係る制御において上述したリチウム含有化合物からのリチウムイオンの脱離反応に対応する反応電流が発生したことの指標として、単位時間当たりのセル電圧の増加量ΔVの上限のしきい値(ΔV1)を記憶している。本実施形態に係る制御においては、単位時間当たりのセル電圧の増加量ΔVがΔV1以下となったときに上記反応電流が発生したと判定し、充電処理を停止する制御を行う。 The storage unit 62 also stores a map showing the relationship between the integrated value of the charging current I of the secondary battery 2 and the state of charge (SOC; State of Charge) of the secondary battery 2. The storage unit 62 also stores a lower limit threshold value (SOC 1 ) and an upper limit threshold value (SOC 2 ) of the SOC that define the range of the SOC for which the control according to this embodiment is executed. That is, the control according to this embodiment is executed when the SOC of the secondary battery 2 is equal to or greater than SOC 1 and less than SOC 2. The lower limit threshold value (SOC 1 ) of the SOC may be any SOC when the charging process has progressed to a certain extent, and is set in consideration of the cell voltage at which overcharging may occur. The SOC 1 is, for example, 90%. The upper limit threshold value (SOC 2 ) of the SOC is an SOC that may be considered to have reached almost full charge. The SOC 2 is, for example, 100%. When these threshold values are set, the control according to this embodiment is executed when the SOC is equal to or greater than 90% and less than 100%. The storage unit 62 stores an upper threshold value (ΔV 1 ) of the increase amount ΔV of the cell voltage per unit time as an index of the occurrence of a reaction current corresponding to the desorption reaction of lithium ions from the lithium-containing compound in the control according to this embodiment. In the control according to this embodiment, when the increase amount ΔV of the cell voltage per unit time becomes equal to or less than ΔV 1 , it is determined that the reaction current has occurred, and control is performed to stop the charging process.
[充電処理]
このように構成された二次電池システム1における充電処理の手順を説明する。
[Charging process]
The procedure of the charging process in the secondary battery system 1 configured as above will be described.
この充電処理は、二次電池システム1が外部電源7に接続されて、二次電池2に対して充電電力が供給可能な状態において行われる。また、本実施形態における充電処理の制御は、二次電池2の電圧が所定電圧となるまで行う定電流(CC)充電方式である。ただし、充電処理の形態はこれに制限されず、定電流(CC)充電方式で充電を行い、二次電池2の電圧が所定電圧となった後には定電圧(CV)充電方式で行う、定電流・定電圧(CC-CV)充電方式を用いてもよい。 This charging process is performed when the secondary battery system 1 is connected to an external power source 7 and is in a state in which charging power can be supplied to the secondary battery 2. In addition, the charging process in this embodiment is controlled by a constant current (CC) charging method that is performed until the voltage of the secondary battery 2 reaches a predetermined voltage. However, the form of the charging process is not limited to this, and a constant current/constant voltage (CC-CV) charging method may also be used, in which charging is performed by a constant current (CC) charging method and then a constant voltage (CV) charging method is used after the voltage of the secondary battery 2 reaches the predetermined voltage.
本実施形態における充電処理は、正極活物質層に含まれるリチウム含有化合物からのリチウムイオンの脱離反応に対応する反応電流が発生したか否かを判定しつつ行われる。具体的には、電圧センサー3によって所定時間毎に測定される二次電池2のセル電圧の値に基づいて、当該セル電圧の単位時間当たりの増加量(ΔV)が所定のしきい値(ΔV1)以下であるか否かを指標として、前記セル電圧の単位時間当たりの増加量(ΔV)が前記しきい値(ΔV1)以下であるときに前記反応電流が発生したと判定される。そして、前記反応電流が発生したと判定されると、本実施形態における充電処理は停止される。なお、特に断りのない限り、この充電処理の制御は制御部6によって行われる。以下、図3を参照してこの充電処理の手順を説明する。図3は、二次電池システム1における充電処理の手順を示すフローチャートである。 The charging process in this embodiment is performed while judging whether or not a reaction current corresponding to a desorption reaction of lithium ions from a lithium-containing compound contained in a positive electrode active material layer is generated. Specifically, based on the value of the cell voltage of the secondary battery 2 measured at predetermined time intervals by the voltage sensor 3, it is determined that the reaction current is generated when the increase (ΔV) per unit time of the cell voltage is equal to or less than a predetermined threshold value (ΔV 1 ), using as an index whether or not the increase (ΔV) per unit time of the cell voltage is equal to or less than the threshold value (ΔV 1 ). Then, when it is determined that the reaction current is generated, the charging process in this embodiment is stopped. Unless otherwise specified, the control of this charging process is performed by the control unit 6. Hereinafter, the procedure of this charging process will be described with reference to FIG. 3. FIG. 3 is a flowchart showing the procedure of the charging process in the secondary battery system 1.
まず、制御部6は、二次電池2の充電処理を行う制御を開始する(ステップS101)。具体的には、外部電源7から電圧電流調整部4へ電力を導入して、充電処理を開始する(本実施形態では、定電流(CC)充電を開始する)。 First, the control unit 6 starts control for performing charging processing of the secondary battery 2 (step S101). Specifically, power is introduced from the external power source 7 to the voltage/current adjustment unit 4 to start the charging processing (in this embodiment, constant current (CC) charging is started).
続いて、制御部6は、電流センサー5から充電電流Iを取得し、電圧センサー3から電池電圧Vを取得する(ステップS102)。そして、本実施形態において、制御部6は、電流センサー5から取得した充電電流Iの積算値に基づいて、二次電池2の充電状態(SOC)の値を算出する(ステップS103)。その後、制御部6は、ステップS103で算出した二次電池2のSOCの値が、予め設定され記憶部に記憶された、本実施形態に係る制御を実行するSOC範囲の下限のしきい値(SOC1)以上であるか否かを判定する(ステップS104)。ここで、SOCの値がSOC1以上ではないと判定されれば(S104:NO)、制御部6は、ステップS102からの制御を繰り返す。一方、SOCの値がSOC1以上であると判定されれば(S104:YES)、制御部6は、ステップS103で算出した二次電池2のSOCの値が、予め設定され記憶部に記憶された、本実施形態に係る制御を実行するSOC範囲の上限のしきい値(SOC2)以上であるか否かを判定する(ステップS105)。ここで、SOCの値がSOC2以上であると判定されれば(S105:YES)、制御部6は、二次電池2の充電処理を停止し(ステップS106)、本制御を終了する。一方、SOCの値がSOC2以上ではないと判定されれば(S105:NO)、制御部6は、ステップS102で取得したセル電圧Vについて、単位時間当たりの増加量ΔVを演算する(ステップS107)。具体的には、ある時点t1において取得されたセル電圧V1と、当該時点から一定時間(例えば、10秒)経過後の時点t2に取得されたセル電圧V2とから、1秒間当たりのセル電圧の増加量ΔV=(V2-V1)/(t2-t1)を演算する。次いで、制御部6は、このようにして演算された単位時間当たりのセル電圧の増加量ΔVが、予め設定され記憶部に記憶された、単位時間当たりのセル電圧の増加量ΔVの上限のしきい値(ΔV1)以下であるか否かを判定する(ステップS108)。ここで、ΔVの値がΔV1以下ではないと判定されれば(S108:NO)、制御部6は、ステップS102からの制御を繰り返す。一方、ΔVの値がΔV1以下であると判定されれば(S108:YES)、制御部6は、二次電池2の充電処理を停止し(ステップS106)、本制御を終了する。 Next, the control unit 6 obtains the charging current I from the current sensor 5 and the battery voltage V from the voltage sensor 3 (step S102). In this embodiment, the control unit 6 calculates the state of charge (SOC) value of the secondary battery 2 based on the integrated value of the charging current I obtained from the current sensor 5 (step S103). After that, the control unit 6 determines whether the SOC value of the secondary battery 2 calculated in step S103 is equal to or greater than the lower limit threshold value (SOC 1 ) of the SOC range for executing the control according to this embodiment, which is preset and stored in the storage unit (step S104). Here, if it is determined that the SOC value is not equal to or greater than SOC 1 (S104: NO), the control unit 6 repeats the control from step S102. On the other hand, if it is determined that the SOC value is equal to or greater than SOC 1 (S104: YES), the control unit 6 determines whether or not the SOC value of the secondary battery 2 calculated in step S103 is equal to or greater than the upper limit threshold value (SOC 2 ) of the SOC range for executing the control according to the present embodiment, which is preset and stored in the storage unit (step S105). If it is determined that the SOC value is equal to or greater than SOC 2 (S105: YES), the control unit 6 stops the charging process of the secondary battery 2 (step S106) and ends this control. On the other hand, if it is determined that the SOC value is not equal to or greater than SOC 2 (S105: NO), the control unit 6 calculates the increase amount ΔV per unit time for the cell voltage V acquired in step S102 (step S107). Specifically, the control unit 6 calculates the cell voltage increase amount ΔV per second = (V 2 -V 1 )/(t 2 -t 1 ) from the cell voltage V 1 acquired at a certain time t 1 and the cell voltage V 2 acquired at a time t 2 after a certain time (for example, 10 seconds) has elapsed from the time t 1. Next, the control unit 6 judges whether the cell voltage increase amount ΔV per unit time calculated in this manner is equal to or less than the upper limit threshold value (ΔV 1 ) of the cell voltage increase amount ΔV per unit time, which is set in advance and stored in the storage unit (step S108). If it is determined that the value of ΔV is not equal to or less than ΔV 1 (S108: NO), the control unit 6 repeats the control from step S102. On the other hand, if it is determined that the value of ΔV is equal to or less than ΔV 1 (S108: YES), the control unit 6 stops the charging process of the secondary battery 2 (step S106) and ends this control.
上述したような制御を実施することにより、硫黄含有正極の電位が固体電解質の酸化分解が進行する電位に到達する前に、リチウム含有化合物からのリチウムイオンの脱離反応に対応する反応電流の発生を指標として、過充電の発生を検知することが可能となる。そして、過充電の発生が検知されたときに充電処理を停止する制御を実施することにより、正極活物質層に含まれる固体電解質の酸化分解反応の進行を防止することができ、正極活物質および固体電解質(さらには導電助剤)が共存する反応界面の減少を抑制できる。その結果、全固体リチウム二次電池のエネルギー密度の低下を防止することが可能となる。 By implementing the above-mentioned control, it becomes possible to detect the occurrence of overcharging, using the occurrence of a reaction current corresponding to the desorption reaction of lithium ions from the lithium-containing compound as an indicator, before the potential of the sulfur-containing positive electrode reaches the potential at which oxidative decomposition of the solid electrolyte proceeds. Then, by implementing control to stop the charging process when the occurrence of overcharging is detected, it is possible to prevent the progression of the oxidative decomposition reaction of the solid electrolyte contained in the positive electrode active material layer, and to suppress the reduction of the reaction interface where the positive electrode active material and the solid electrolyte (and further the conductive additive) coexist. As a result, it becomes possible to prevent a decrease in the energy density of the all-solid-state lithium secondary battery.
以上、本発明に係る制御について詳細に説明したが、図面を参照しつつ説明した実施形態はあくまでも一例に過ぎず、特許請求の範囲に記載された発明の技術的思想の範囲内において適宜改変して本発明を実施してもよい。例えば、上述した実施形態において、リチウム含有化合物からのリチウムイオンの脱離反応に対応する反応電流が発生したか否かの判定は、単位時間当たりのセル電圧の増加量ΔVの値に基づいて行われている。具体的に、制御部6は、リチウム含有化合物からのリチウムイオンの脱離反応に対応する反応電流が発生したか否かの判定にあたって、ΔVを演算し、これが所定のしきい値ΔV1以下であるか否かに基づいて、上記反応電流が発生したか否かを判定している。ただし、上記反応電流が発生したか否かの判定の方法は、このような形態のみに限定されない。例えば、ΔVの増加率を微分係数として連続的に測定可能である場合には、そのように測定されたΔVの増加率が所定値以下であるか否かに基づいて上記反応電流の発生の有無を判定してもよい。 Although the control according to the present invention has been described in detail above, the embodiment described with reference to the drawings is merely an example, and the present invention may be practiced by appropriately modifying it within the scope of the technical idea of the invention described in the claims. For example, in the above-mentioned embodiment, the determination of whether or not a reaction current corresponding to the desorption reaction of lithium ions from a lithium-containing compound has occurred is performed based on the value of the increase amount ΔV of the cell voltage per unit time. Specifically, in determining whether or not a reaction current corresponding to the desorption reaction of lithium ions from a lithium-containing compound has occurred, the control unit 6 calculates ΔV, and determines whether or not the reaction current has occurred based on whether or not the calculated value is equal to or less than a predetermined threshold value ΔV 1. However, the method of determining whether or not the reaction current has occurred is not limited to this form. For example, when the increase rate of ΔV can be continuously measured as a differential coefficient, the occurrence or absence of the reaction current may be determined based on whether or not the increase rate of ΔV measured in this way is equal to or less than a predetermined value.
また、上述した実施形態において、ΔVの値に基づく制御を実行する必要があるか否かの判定は、二次電池2の充電状態(SOC)の値に基づいて行われている。具体的に、制御部6は、ΔVの値に基づく制御を実行する必要があるか否かの判定にあたって、充電電流Iの積算値に基づいて二次電池2のSOCを算出し、これがSOC1以上SOC2未満の範囲内の値であるか否かに基づいて、ΔVの値に基づく制御を実行する必要があるか否かを判定している。このように、上記判定を二次電池2の充電状態(SOC)の値に基づいて行うことで、過電圧の影響を排除することができ、精密な制御が可能となるという利点がある。ただし、ΔVの値に基づく制御を実行する必要があるか否かの判定の方法は、このような形態のみに限定されない。例えば、二次電池2の正極と負極との電位差として定義されるセル電圧Vの値に基づいて、上記の判定を行う方法が挙げられる。このような方法によれば、電圧センサー3によって検出されるセル電圧Vの値を利用することが可能であるため、簡便な手法によって制御が可能であるという利点がある。 In the above-described embodiment, the determination as to whether or not control based on the value of ΔV needs to be performed is performed based on the value of the state of charge (SOC) of the secondary battery 2. Specifically, when determining whether or not control based on the value of ΔV needs to be performed, the control unit 6 calculates the SOC of the secondary battery 2 based on the integrated value of the charging current I, and determines whether or not control based on the value of ΔV needs to be performed based on whether or not the SOC is within a range of SOC 1 or more and less than SOC 2. In this way, by performing the above determination based on the value of the state of charge (SOC) of the secondary battery 2, there is an advantage that the influence of overvoltage can be eliminated and precise control is possible. However, the method of determining whether or not control based on the value of ΔV needs to be performed is not limited to this form. For example, there is a method of performing the above determination based on the value of the cell voltage V defined as the potential difference between the positive electrode and the negative electrode of the secondary battery 2. According to such a method, since it is possible to utilize the value of the cell voltage V detected by the voltage sensor 3, there is an advantage that control can be performed by a simple method.
なお、本発明の他の形態によれば、上述した全固体リチウム二次電池を制御する、全固体リチウム二次電池の制御方法が提供される。全固体リチウム二次電池を制御する全固体リチウム二次電池の制御方法は、前記全固体リチウム二次電池の充電処理を行う際に、前記リチウム含有化合物からのリチウムイオンの脱離反応に対応する反応電流が発生したか否かを判定することと、前記反応電流が発生したと判定されたときに、前記充電処理を停止することとを含むものである。 According to another aspect of the present invention, there is provided a method for controlling the above-mentioned all-solid-state lithium secondary battery. The method for controlling the all-solid-state lithium secondary battery includes determining whether or not a reaction current corresponding to a desorption reaction of lithium ions from the lithium-containing compound has occurred when performing a charging process for the all-solid-state lithium secondary battery, and stopping the charging process when it is determined that the reaction current has occurred.
また、本発明のさらに他の形態によれば、上述した全固体リチウム二次電池を制御する、全固体リチウム二次電池の制御装置が提供される。全固体リチウム二次電池を制御する全固体リチウム二次電池の制御装置は、前記全固体リチウム二次電池の充電処理を行う際に、前記リチウム含有化合物からのリチウムイオンの脱離反応に対応する反応電流が発生したか否かを判定し、前記反応電流が発生したと判定されたときに、前記充電処理を停止する制御を行う制御部(上述した制御部6がこれに相当する)を含むものである。 According to yet another aspect of the present invention, there is provided a control device for an all-solid-state lithium secondary battery that controls the above-mentioned all-solid-state lithium secondary battery. The control device for an all-solid-state lithium secondary battery that controls the all-solid-state lithium secondary battery includes a control unit (corresponding to the above-mentioned control unit 6) that determines whether or not a reaction current corresponding to a desorption reaction of lithium ions from the lithium-containing compound has occurred during a charging process for the all-solid-state lithium secondary battery, and controls to stop the charging process when it is determined that the reaction current has occurred.
以下、上述した実施形態に係る全固体リチウム二次電池の構成要素について説明する。 The components of the all-solid-state lithium secondary battery according to the above-mentioned embodiment are described below.
図4は、本発明の一実施形態に係る全固体リチウム二次電池の外観を表した斜視図である。図5は、図4に示す5-5線に沿う断面図である。積層型とすることで、電池をコンパクトにかつ高容量化することができる。なお、本明細書においては、図4および図5に示す扁平積層型の双極型でない全固体リチウム二次電池(以下、単に「積層型電池」とも称する)を例に挙げて詳細に説明する。ただし、本形態に係る全固体リチウム二次電池の内部における電気的な接続形態(電極構造)で見た場合、非双極型(内部並列接続タイプ)電池および双極型(内部直列接続タイプ)電池のいずれにも適用しうるものである。 Figure 4 is a perspective view showing the appearance of an all-solid-state lithium secondary battery according to one embodiment of the present invention. Figure 5 is a cross-sectional view taken along line 5-5 in Figure 4. By adopting a laminated structure, the battery can be made compact and have a high capacity. In this specification, the flat laminated non-bipolar all-solid-state lithium secondary battery shown in Figures 4 and 5 (hereinafter also simply referred to as a "laminated battery") will be described in detail as an example. However, when viewed from the perspective of the internal electrical connection form (electrode structure) of the all-solid-state lithium secondary battery according to this embodiment, it can be applied to both non-bipolar (internal parallel connection type) batteries and bipolar (internal series connection type) batteries.
図4に示すように、積層型電池10aは、長方形状の扁平な形状を有しており、その両側部からは電力を取り出すための負極集電板25、正極集電板27が引き出されている。発電要素21は、積層型電池10aの電池外装材(ラミネートフィルム29)によって包まれ、その周囲は熱融着されており、発電要素21は、負極集電板25および正極集電板27を外部に引き出した状態で密封されている。 As shown in FIG. 4, the stacked battery 10a has a flat rectangular shape, and a negative electrode current collector 25 and a positive electrode current collector 27 for extracting power are pulled out from both sides. The power generating element 21 is wrapped in the battery exterior material (laminate film 29) of the stacked battery 10a, and its periphery is heat-sealed, and the power generating element 21 is sealed with the negative electrode current collector 25 and the positive electrode current collector 27 pulled out to the outside.
また、図4に示す集電板(25、27)の取り出しに関しても、特に制限されるものではない。負極集電板25と正極集電板27とを同じ辺から引き出すようにしてもよいし、負極集電板25と正極集電板27をそれぞれ複数に分けて、各辺から取り出しようにしてもよいなど、図4に示すものに制限されるものではない。また、巻回型のリチウムイオン電池では、タブに変えて、例えば、円筒缶(金属缶)を利用して端子を形成すればよい。 In addition, there is no particular restriction on the removal of the current collectors (25, 27) shown in FIG. 4. The negative current collector 25 and the positive current collector 27 may be pulled out from the same side, or the negative current collector 25 and the positive current collector 27 may each be divided into multiple pieces and removed from each side, and are not limited to what is shown in FIG. 4. In addition, in a wound type lithium ion battery, the terminals may be formed using, for example, a cylindrical can (metal can) instead of tabs.
図5に示すように、本実施形態の積層型電池10aは、実際に充放電反応が進行する扁平略矩形の発電要素21が、電池外装材であるラミネートフィルム29の内部に封止された構造を有する。ここで、発電要素21は、正極と、固体電解質層17と、負極とを積層した構成を有している。正極は、正極集電体11”の両面に正極活物質を含有する正極活物質層15が配置された構造を有する。負極は、負極集電体11’の両面に負極活物質を含有する負極活物質層13が配置された構造を有する。具体的には、1つの正極活物質層15とこれに隣接する負極活物質層13とが、固体電解質層17を介して対向するようにして、正極、固体電解質層および負極がこの順に積層されている。これにより、隣接する正極、固体電解質層および負極は、1つの単電池層19を構成する。したがって、図1に示す積層型電池10aは、単電池層19が複数積層されることで、電気的に並列接続されてなる構成を有するともいえる。 As shown in Fig. 5, the stacked battery 10a of this embodiment has a structure in which a flat, approximately rectangular power generating element 21, where the charge and discharge reactions actually proceed, is sealed inside a laminate film 29, which is the battery exterior material. Here, the power generating element 21 has a structure in which a positive electrode, a solid electrolyte layer 17, and a negative electrode are stacked. The positive electrode has a structure in which a positive electrode active material layer 15 containing a positive electrode active material is disposed on both sides of a positive electrode collector 11". The negative electrode has a structure in which a negative electrode active material layer 13 containing a negative electrode active material is disposed on both sides of a negative electrode collector 11'. Specifically, the positive electrode, solid electrolyte layer, and negative electrode are stacked in this order so that one positive electrode active material layer 15 and the adjacent negative electrode active material layer 13 face each other through a solid electrolyte layer 17. As a result, the adjacent positive electrode, solid electrolyte layer, and negative electrode form one single cell layer 19. Therefore, the stacked battery 10a shown in FIG. 1 can be said to have a structure in which a plurality of single cell layers 19 are stacked and electrically connected in parallel.
負極集電体11’および正極集電体11”は、各電極(正極および負極)と導通される負極集電板(タブ)25および正極集電板(タブ)27がそれぞれ取り付けられ、電池外装材であるラミネートフィルム29の端部に挟まれるようにしてラミネートフィルム29の外部に導出される構造を有している。正極集電板27および負極集電板25はそれぞれ、必要に応じて正極リードおよび負極リード(図示せず)を介して、各電極の正極集電体11”および負極集電体11’に超音波溶接や抵抗溶接などにより取り付けられていてもよい。 The negative electrode collector 11' and the positive electrode collector 11" are respectively attached with a negative electrode collector plate (tab) 25 and a positive electrode collector plate (tab) 27 that are electrically connected to each electrode (positive electrode and negative electrode), and are structured so as to be sandwiched between the ends of the laminate film 29, which is the battery exterior material, and are led out of the laminate film 29. The positive electrode collector plate 27 and the negative electrode collector plate 25 may be attached to the positive electrode collector 11" and the negative electrode collector 11' of each electrode by ultrasonic welding, resistance welding, or the like, respectively, via a positive electrode lead and a negative electrode lead (not shown) as necessary.
以下、本形態に係る全固体リチウム二次電池の主要な構成部材について説明する。 The main components of the all-solid-state lithium secondary battery according to this embodiment are described below.
[集電体]
集電体は、電極活物質層からの電子の移動を媒介する機能を有する。集電体を構成する材料に特に制限はない。集電体の構成材料としては、例えば、金属や、導電性を有する樹脂が採用されうる。
[Current collector]
The current collector has a function of mediating the movement of electrons from the electrode active material layer. There are no particular limitations on the material constituting the current collector. For example, metals and conductive resins can be used as the material constituting the current collector.
なお、集電体は、単独の材料からなる単層構造であってもよいし、あるいは、これらの材料からなる層を適宜組み合わせた積層構造であっても構わない。集電体の軽量化の観点からは、少なくとも導電性を有する樹脂からなる導電性樹脂層を含むことが好ましい。また、単電池層間のリチウムイオンの移動を遮断する観点からは、集電体の一部に金属層を設けてもよい。さらに、後述する負極活物質層や正極活物質層がそれ自体で導電性を有し集電機能を発揮できるのであれば、これらの電極活物質層とは別の部材としての集電体を用いなくともよい。このような形態においては、後述する負極活物質層がそのまま負極を構成し、後述する正極活物質層がそのまま正極を構成することとなる。 The current collector may be a single layer structure made of a single material, or may be a laminate structure made of an appropriate combination of layers made of these materials. From the viewpoint of reducing the weight of the current collector, it is preferable that the current collector contains at least a conductive resin layer made of a resin having conductivity. In addition, from the viewpoint of blocking the movement of lithium ions between the single cell layers, a metal layer may be provided on a part of the current collector. Furthermore, if the negative electrode active material layer and the positive electrode active material layer described later are conductive and can perform a current collecting function by themselves, it is not necessary to use a current collector as a member separate from these electrode active material layers. In such a form, the negative electrode active material layer described later constitutes the negative electrode as it is, and the positive electrode active material layer described later constitutes the positive electrode as it is.
[負極(負極活物質層)]
本形態に係る二次電池において、負極活物質層13は、リチウムを含む負極活物質を含む。このような負極活物質は、充電時には正極から脱離したリチウムイオンを吸蔵し、放電時にはリチウムイオンを放出する。リチウムを含む負極活物質の種類としては、特に制限されないが、金属リチウムのほか、リチウム含有合金が挙げられる。リチウム含有合金としては、例えば、Liと、In、Al、SiおよびSnの少なくとも1種との合金が挙げられる。場合によっては、2種以上の負極活物質が併用されてもよい。
[Negative electrode (negative electrode active material layer)]
In the secondary battery according to this embodiment, the negative electrode active material layer 13 includes a negative electrode active material containing lithium. Such a negative electrode active material absorbs lithium ions desorbed from the positive electrode during charging, and releases lithium ions during discharging. The type of the negative electrode active material containing lithium is not particularly limited, and may include metallic lithium as well as lithium-containing alloys. Examples of the lithium-containing alloy include alloys of Li and at least one of In, Al, Si, and Sn. In some cases, two or more types of negative electrode active materials may be used in combination.
負極活物質層における負極活物質の含有量は、特に限定されるものではないが、例えば、40~99質量%の範囲内であることが好ましく、50~90質量%の範囲内であることがより好ましい。 The content of the negative electrode active material in the negative electrode active material layer is not particularly limited, but is preferably within the range of 40 to 99 mass %, and more preferably within the range of 50 to 90 mass %.
負極活物質層は、固体電解質をさらに含むことが好ましい。負極活物質層が固体電解質を含むことにより、負極活物質層のイオン伝導性を向上させることができる。固体電解質としては、例えば、硫化物固体電解質や酸化物固体電解質が挙げられるが、イオン伝導性に優れるという観点からは、硫化物固体電解質であることが好ましい。 It is preferable that the negative electrode active material layer further contains a solid electrolyte. By containing the solid electrolyte in the negative electrode active material layer, the ionic conductivity of the negative electrode active material layer can be improved. Examples of the solid electrolyte include sulfide solid electrolytes and oxide solid electrolytes, but from the viewpoint of excellent ionic conductivity, a sulfide solid electrolyte is preferable.
硫化物固体電解質としては、例えば、LiI-Li2S-SiS2、LiI-Li2S-P2O5、LiI-Li3PO4-P2S5、Li2S-P2S5、LiI-Li3PS4、LiI-LiBr-Li3PS4、Li3PS4、Li2S-P2S5、Li2S-P2S5-LiI、Li2S-P2S5-Li2O、Li2S-P2S5-Li2O-LiI、Li2S-SiS2、Li2S-SiS2-LiI、Li2S-SiS2-LiBr、Li2S-SiS2-LiCl、Li2S-SiS2-B2S3-LiI、Li2S-SiS2-P2S5-LiI、Li2S-B2S3、Li2S-P2S5-ZmSn(ただし、m、nは正の数であり、Zは、Ge、Zn、Gaのいずれかである)、Li2S-GeS2、Li2S-SiS2-Li3PO4、Li2S-SiS2-LixMOy(ただし、x、yは正の数であり、Mは、P、Si、Ge、B、Al、Ga、Inのいずれかである)等が挙げられる。なお、「Li2S-P2S5」の記載は、Li2SおよびP2S5を含む原料組成物を用いてなる硫化物固体電解質を意味し、他の記載についても同様である。 Examples of the sulfide solid electrolyte include LiI-Li 2 S-SiS 2 , LiI-Li 2 SP 2 O 5 , LiI-Li 3 PO 4 -P 2 S 5 , Li 2 S-P 2 S 5 , LiI-Li 3 PS 4 , LiI-LiBr-Li 3 PS 4 , Li 3 PS 4 , Li 2 SP 2 S 5 , Li 2 SP 2 S 5 -LiI, Li 2 SP 2 S 5 -Li 2 O, Li 2 SP 2 S 5 -Li 2 O-LiI, Li 2 S-SiS 2 , Li 2 S-SiS 2 -LiI, Li 2 S-SiS 2 -LiBr, Li 2 S-SiS 2 -LiCl, Li 2 S-SiS 2 -B 2 S 3 -LiI, Li 2 S-SiS 2 -P 2 S 5 -LiI, Li 2 S-B 2 S 3 , Li 2 S-P 2 S 5 -Z m S n (where m and n are positive numbers, and Z is Ge, Zn, or Ga), Li 2 S-GeS 2 , Li 2 S-SiS 2 -Li 3 PO 4 , Li 2 S-SiS 2 -Li x MO y (wherein x and y are positive numbers, and M is any one of P, Si, Ge, B, Al, Ga, and In). Note that the description "Li 2 S-P 2 S 5 " means a sulfide solid electrolyte obtained by using a raw material composition containing Li 2 S and P 2 S 5 , and the same applies to other descriptions.
硫化物固体電解質は、例えば、Li3PS4骨格を有していてもよく、Li4P2S7骨格を有していてもよく、Li4P2S6骨格を有していてもよい。Li3PS4骨格を有する硫化物固体電解質としては、例えば、LiI-Li3PS4、LiI-LiBr-Li3PS4、Li3PS4が挙げられる。また、Li4P2S7骨格を有する硫化物固体電解質としては、例えば、LPSと称されるLi-P-S系固体電解質(例えば、Li7P3S11)が挙げられる。また、硫化物固体電解質として、例えば、Li(4-x)Ge(1-x)PxS4(xは、0<x<1を満たす)で表されるLGPS等を用いてもよい。なかでも、活物質層に含まれる硫化物固体電解質は、P元素を含む硫化物固体電解質であることが好ましく、硫化物固体電解質は、Li2S-P2S5を主成分とする材料であることがより好ましい。さらに、硫化物固体電解質は、ハロゲン(F、Cl、Br、I)を含有していてもよい。好ましい一実施形態において、硫化物固体電解質はLi6PS5X(ここで、XはCl、BrもしくはIであり、好ましくはClである)を含む。 The sulfide solid electrolyte may have, for example, a Li 3 PS 4 skeleton, a Li 4 P 2 S 7 skeleton, or a Li 4 P 2 S 6 skeleton. Examples of sulfide solid electrolytes having a Li 3 PS 4 skeleton include LiI-Li 3 PS 4 , LiI-LiBr-Li 3 PS 4 , and Li 3 PS 4 . Examples of sulfide solid electrolytes having a Li 4 P 2 S 7 skeleton include Li-P-S solid electrolytes called LPS (for example, Li 7 P 3 S 11 ). Examples of sulfide solid electrolytes include LGPS represented by Li (4-x) Ge (1-x) P x S 4 (x satisfies 0<x<1). In particular, the sulfide solid electrolyte contained in the active material layer is preferably a sulfide solid electrolyte containing P element, and more preferably a material containing Li 2 S-P 2 S 5 as a main component. Furthermore, the sulfide solid electrolyte may contain a halogen (F, Cl, Br, I). In a preferred embodiment, the sulfide solid electrolyte contains Li 6 PS 5 X (wherein X is Cl, Br or I, preferably Cl).
また、硫化物固体電解質がLi2S-P2S5系である場合、Li2SおよびP2S5の割合は、モル比で、Li2S:P2S5=50:50~100:0の範囲内であることが好ましく、なかでもLi2S:P2S5=70:30~80:20であることが好ましい。 Furthermore, when the sulfide solid electrolyte is a Li 2 S-P 2 S 5 system, the ratio of Li 2 S and P 2 S 5 , in terms of molar ratio, is preferably within the range of Li 2 S:P 2 S 5 =50:50 to 100:0, and in particular, Li 2 S:P 2 S 5 =70:30 to 80:20.
また、硫化物固体電解質は、硫化物ガラスであってもよく、結晶化硫化物ガラスであってもよく、固相法により得られる結晶質材料であってもよい。なお、硫化物ガラスは、例えば原料組成物に対してメカニカルミリング(ボールミル等)を行うことにより得ることができる。また、結晶化硫化物ガラスは、例えば硫化物ガラスを結晶化温度以上の温度で熱処理を行うことにより得ることができる。また、硫化物固体電解質の常温(25℃)におけるイオン伝導度(例えば、Liイオン伝導度)は、例えば、1×10-5S/cm以上であることが好ましく、1×10-4S/cm以上であることがより好ましい。なお、固体電解質のイオン伝導度の値は、交流インピーダンス法により測定することができる。 The sulfide solid electrolyte may be sulfide glass, crystallized sulfide glass, or a crystalline material obtained by a solid phase method. The sulfide glass can be obtained, for example, by performing mechanical milling (ball mill, etc.) on the raw material composition. The crystallized sulfide glass can be obtained, for example, by heat treating the sulfide glass at a temperature equal to or higher than the crystallization temperature. The ion conductivity (for example, Li ion conductivity) of the sulfide solid electrolyte at room temperature (25° C.) is preferably, for example, 1×10 −5 S/cm or more, and more preferably 1×10 −4 S/cm or more. The value of the ion conductivity of the solid electrolyte can be measured by an AC impedance method.
酸化物固体電解質としては、例えば、NASICON型構造を有する化合物等が挙げられる。NASICON型構造を有する化合物の一例としては、一般式Li1+xAlxGe2-x(PO4)3(0≦x≦2)で表される化合物(LAGP)、一般式Li1+xAlxTi2-x(PO4)3(0≦x≦2)で表される化合物(LATP)等が挙げられる。また、酸化物固体電解質の他の例としては、LiLaTiO(例えば、Li0.34La0.51TiO3)、LiPON(例えば、Li2.9PO3.3N0.46)、LiLaZrO(例えば、Li7La3Zr2O12)等が挙げられる。 Examples of oxide solid electrolytes include compounds having a NASICON structure. Examples of compounds having a NASICON structure include compounds (LAGP) represented by the general formula Li 1+x Al x Ge 2-x (PO 4 ) 3 (0≦x≦2), and compounds (LATP) represented by the general formula Li 1+x Al x Ti 2-x (PO 4 ) 3 (0≦x≦2). Other examples of oxide solid electrolytes include LiLaTiO (e.g., Li 0.34 La 0.51 TiO 3 ), LiPON (e.g., Li 2.9 PO 3.3 N 0.46 ), and LiLaZrO (e.g., Li 7 La 3 Zr 2 O 12 ).
固体電解質の形状としては、例えば、真球状、楕円球状等の粒子形状、薄膜形状等が挙げられる。固体電解質が粒子形状である場合、その平均粒径(D50)は、特に限定されないが、40μm以下であることが好ましく、20μm以下であることがより好ましく、10μm以下であることがさらに好ましい。一方、平均粒径(D50)は、0.01μm以上であることが好ましく、0.1μm以上であることがより好ましい。 The shape of the solid electrolyte may be, for example, a particulate shape such as a true sphere or an oval sphere, a thin film shape, etc. When the solid electrolyte is particulate, its average particle size ( D50 ) is not particularly limited, but is preferably 40 μm or less, more preferably 20 μm or less, and even more preferably 10 μm or less. On the other hand, the average particle size ( D50 ) is preferably 0.01 μm or more, and more preferably 0.1 μm or more.
負極活物質層における固体電解質の含有量は、例えば、1~60質量%の範囲内であることが好ましく、10~50質量%の範囲内であることがより好ましい。 The content of the solid electrolyte in the negative electrode active material layer is, for example, preferably in the range of 1 to 60 mass %, and more preferably in the range of 10 to 50 mass %.
負極活物質層は、上述した負極活物質および固体電解質に加えて、導電助剤およびバインダの少なくとも1つをさらに含有していてもよい。 The negative electrode active material layer may further contain at least one of a conductive additive and a binder in addition to the above-mentioned negative electrode active material and solid electrolyte.
負極活物質層の厚さは、目的とする二次電池の構成によっても異なるが、例えば、0.1~1000μmの範囲内であることが好ましい。 The thickness of the negative electrode active material layer varies depending on the configuration of the intended secondary battery, but is preferably within the range of 0.1 to 1000 μm, for example.
[固体電解質層]
本形態に係る二次電池において、固体電解質層は、上述した正極活物質層と負極活物質層との間に介在し、固体電解質を必須に含有する層である。
[Solid electrolyte layer]
In the secondary battery according to this embodiment, the solid electrolyte layer is interposed between the above-mentioned positive electrode active material layer and negative electrode active material layer, and is a layer that essentially contains a solid electrolyte.
固体電解質層に含有される固体電解質の具体的な形態について特に制限はなく、負極活物質層の欄において例示した固体電解質およびその好ましい形態が同様に採用されうる。場合によっては、上述した固体電解質以外の固体電解質が併用されてもよい。ただし、固体電解質の全量100質量%に占める硫化物固体電解質の含有量の割合は、好ましくは50質量%以上であり、より好ましくは70質量%以上であり、さらに好ましくは80質量%以上であり、いっそう好ましくは90質量%以上であり、特に好ましくは95質量%以上であり、最も好ましくは100質量%である。 There are no particular limitations on the specific form of the solid electrolyte contained in the solid electrolyte layer, and the solid electrolytes and their preferred forms exemplified in the section on the negative electrode active material layer can be used in the same manner. In some cases, a solid electrolyte other than the above-mentioned solid electrolyte may be used in combination. However, the content of the sulfide solid electrolyte in the total amount of the solid electrolyte (100% by mass) is preferably 50% by mass or more, more preferably 70% by mass or more, even more preferably 80% by mass or more, even more preferably 90% by mass or more, particularly preferably 95% by mass or more, and most preferably 100% by mass.
固体電解質層は、上述した固体電解質に加えて、バインダをさらに含有していてもよい。 The solid electrolyte layer may further contain a binder in addition to the solid electrolyte described above.
固体電解質層の厚みは、目的とするリチウムイオン二次電池の構成によっても異なるが、電池の体積エネルギー密度を向上させうるという観点からは、好ましくは600μm以下であり、より好ましくは500μm以下であり、さらに好ましくは400μm以下である。一方、固体電解質層の厚みの下限値について特に制限はないが、好ましくは10μm以上であり、より好ましくは50μm以上であり、さらに好ましくは100μm以上である。 The thickness of the solid electrolyte layer varies depending on the configuration of the intended lithium ion secondary battery, but from the viewpoint of improving the volumetric energy density of the battery, it is preferably 600 μm or less, more preferably 500 μm or less, and even more preferably 400 μm or less. On the other hand, there is no particular limit on the lower limit of the thickness of the solid electrolyte layer, but it is preferably 10 μm or more, more preferably 50 μm or more, and even more preferably 100 μm or more.
[正極活物質層]
本形態に係る二次電池において、正極活物質層は、硫黄を含む正極活物質を含む。硫黄を含む正極活物質の種類としては、特に制限されないが、硫黄単体(S)のほか、有機硫黄化合物または無機硫黄化合物の粒子または薄膜が挙げられ、硫黄の酸化還元反応を利用して、充電時にリチウムイオンを放出し、放電時にリチウムイオンを吸蔵することができる物質であればよい。有機硫黄化合物としては、ジスルフィド化合物、国際公開第2010/044437号パンフレットに記載の化合物に代表される硫黄変性ポリアクリロニトリル、硫黄変性ポリイソプレン、ルベアン酸(ジチオオキサミド)、ポリ硫化カーボン等が挙げられる。なかでも、ジスルフィド化合物および硫黄変性ポリアクリロニトリル、およびルベアン酸が好ましく、特に好ましくは硫黄変性ポリアクリロニトリルである。ジスルフィド化合物としては、ジチオビウレア誘導体、チオウレア基、チオイソシアネート、またはチオアミド基を有するものがより好ましい。ここで、硫黄変性ポリアクリロニトリルとは、硫黄粉末とポリアクリロニトリルとを混合し、不活性ガス下もしくは減圧下で加熱することによって得られる、硫黄原子を含む変性されたポリアクリロニトリルである。その推定構造は、例えばChem. Mater. 2011,23,5024-5028に示されているように、ポリアクリロニトリルが閉環して多環状になるとともに、Sの少なくとも一部はCと結合している構造である。この文献に記載されている化合物はラマンスペクトルにおいて、1330cm-1と1560cm-1付近に強いピークシグナルがあり、さらに、307cm-1、379cm-1、472cm-1、929cm-1付近にピークが存在する。一方、無機硫黄化合物は安定性に優れることから好ましく、具体的には、硫黄単体(S)、Li2S、TiS2、TiS3、TiS4、NiS、NiS2、CuS、FeS2、MoS2、MoS3等が挙げられる。なかでも、S、Li2S、S-カーボンコンポジット、TiS2、TiS3、TiS4、FeS2およびMoS2が好ましく、硫黄単体(S)、Li2S、TiS2およびFeS2がより好ましく、高容量であるという観点からは硫黄単体(S)またはLi2Sが特に好ましい。なお、硫黄単体(S)としては、S8構造を有するα硫黄、β硫黄、またはγ硫黄が用いられうる。これらの硫黄単体(S)は、放電時においてはリチウムイオンを吸蔵してリチウムの(多)硫化物の形態で正極活物質層中に存在する。
[Positive electrode active material layer]
In the secondary battery according to this embodiment, the positive electrode active material layer includes a positive electrode active material containing sulfur. The type of the positive electrode active material containing sulfur is not particularly limited, but may include, in addition to sulfur element (S), particles or thin films of organic sulfur compounds or inorganic sulfur compounds, and may be any material that can release lithium ions during charging and absorb lithium ions during discharging by utilizing the oxidation-reduction reaction of sulfur. Examples of the organic sulfur compound include disulfide compounds, sulfur-modified polyacrylonitrile, sulfur-modified polyisoprene, rubeanic acid (dithiooxamide), polycarbonate sulfide, and the like, which are typified by compounds described in the pamphlet of International Publication No. 2010/044437. Among them, disulfide compounds, sulfur-modified polyacrylonitrile, and rubeanic acid are preferred, and sulfur-modified polyacrylonitrile is particularly preferred. As the disulfide compound, those having a dithiobiurea derivative, a thiourea group, a thioisocyanate, or a thioamide group are more preferred. Here, the sulfur-modified polyacrylonitrile is a modified polyacrylonitrile containing sulfur atoms, obtained by mixing sulfur powder and polyacrylonitrile and heating under an inert gas or under reduced pressure. Its estimated structure is a structure in which polyacrylonitrile is ring-closed to form a polycyclic ring, and at least a part of S is bonded to C, as shown in, for example, Chem. Mater. 2011, 23, 5024-5028. The compound described in this document has strong peak signals near 1330 cm -1 and 1560 cm -1 in the Raman spectrum, and further has peaks near 307 cm -1 , 379 cm -1 , 472 cm -1 , and 929 cm -1 . On the other hand, inorganic sulfur compounds are preferred because of their excellent stability, and specifically, sulfur element (S), Li 2 S, TiS 2 , TiS 3 , TiS 4 , NiS, NiS 2 , CuS, FeS 2 , MoS 2 , MoS 3 and the like can be mentioned. Among them, S, Li 2 S, S-carbon composite, TiS 2 , TiS 3 , TiS 4 , FeS 2 and MoS 2 are preferred, sulfur element (S), Li 2 S, TiS 2 and FeS 2 are more preferred, and from the viewpoint of high capacity, sulfur element (S) or Li 2 S is particularly preferred. In addition, as the sulfur element (S), α sulfur, β sulfur, or γ sulfur having an S 8 structure can be used. During discharge, these elemental sulfur (S) absorbs lithium ions and exists in the positive electrode active material layer in the form of lithium (poly)sulfides.
場合によっては、2種以上の正極活物質が併用されてもよい。なお、上記以外の正極活物質が用いられてもよいことは勿論である。ただし、正極活物質の全量100質量%に占める硫黄を含む正極活物質の含有量の割合は、好ましくは50質量%以上であり、より好ましくは70質量%以上であり、さらに好ましくは80質量%以上であり、いっそう好ましくは90質量%以上であり、特に好ましくは95質量%以上であり、最も好ましくは100質量%である。 In some cases, two or more types of positive electrode active materials may be used in combination. Of course, positive electrode active materials other than those mentioned above may also be used. However, the content of the positive electrode active material containing sulfur in the total amount of the positive electrode active material (100% by mass) is preferably 50% by mass or more, more preferably 70% by mass or more, even more preferably 80% by mass or more, even more preferably 90% by mass or more, particularly preferably 95% by mass or more, and most preferably 100% by mass.
正極活物質層における正極活物質の含有量は、特に限定されるものではないが、例えば、35~99質量%の範囲内であることが好ましく、40~90質量%の範囲内であることがより好ましい。 The content of the positive electrode active material in the positive electrode active material layer is not particularly limited, but is preferably within the range of 35 to 99 mass%, and more preferably within the range of 40 to 90 mass%.
また、正極活物質層は、固体電解質を必須に含み、当該固体電解質は硫化物固体電解質を含むことが好ましい。硫化物固体電解質などの固体電解質の具体的な形態および好ましい形態については、上述した負極活物質層の欄において説明したものが同様に採用されうる。さらに、正極活物質層は、導電助剤および/またはバインダをさらに含んでもよい。 The positive electrode active material layer essentially contains a solid electrolyte, and the solid electrolyte preferably contains a sulfide solid electrolyte. The specific and preferred forms of the solid electrolyte, such as the sulfide solid electrolyte, may be the same as those described in the negative electrode active material layer section above. Furthermore, the positive electrode active material layer may further contain a conductive assistant and/or a binder.
本形態に係る全固体リチウム二次電池において、正極活物質層は、3.1~4.3[V vs.Li+/Li]の酸化還元電位を有するリチウム含有化合物をも必須に含む。このようなリチウム含有化合物としては特に制限はなく、リチウムを含有し、上述した酸化還元電位を有する化合物であればよい。リチウム含有化合物の一例としては、リチウム含有遷移金属酸化物またはリチウム含有ポリアニオン化合物が挙げられる。これらの材料は、正極活物質層内において安定に存在することができ、正極活物質による充放電反応に悪影響を及ぼすことなく過充電の発生の検知に寄与しうるため、好ましい。リチウム含有遷移金属酸化物としては、例えば、リチウムマンガン酸化物(LiMn2O4)、リチウムコバルト酸化物(LiCoO2)、リチウムコバルトニッケルマンガン酸化物(Li(Co,Ni,Mn)O2)、リチウムニッケル酸化物(LiNiO2)、リチウムチタン酸化物(Li4Ti5O12)などが挙げられる。また、リチウム含有ポリアニオン化合物としては、例えば、リン酸鉄リチウム(LiFePO4)、ケイ酸鉄リチウム(Li2FeSiO4)などが挙げられる。なかでも、リチウムマンガン酸化物、リチウムコバルトニッケルマンガン酸化物、リン酸鉄リチウムまたはケイ酸鉄リチウムが好ましく、リン酸鉄リチウムまたはケイ酸鉄リチウムがより好ましく、リン酸鉄リチウムが特に好ましい。 In the all-solid-state lithium secondary battery according to the present embodiment, the positive electrode active material layer also contains a lithium-containing compound having an oxidation-reduction potential of 3.1 to 4.3 [V vs. Li+/Li]. There is no particular limitation on such a lithium-containing compound, and it is sufficient that it contains lithium and has the above-mentioned oxidation-reduction potential. An example of the lithium-containing compound is a lithium-containing transition metal oxide or a lithium-containing polyanion compound. These materials are preferable because they can exist stably in the positive electrode active material layer and can contribute to the detection of the occurrence of overcharging without adversely affecting the charge-discharge reaction by the positive electrode active material. Examples of the lithium-containing transition metal oxide include lithium manganese oxide (LiMn 2 O 4 ), lithium cobalt oxide (LiCoO 2 ), lithium cobalt nickel manganese oxide (Li(Co,Ni,Mn)O 2 ), lithium nickel oxide (LiNiO 2 ), and lithium titanium oxide (Li 4 Ti 5 O 12 ). Examples of lithium-containing polyanion compounds include lithium iron phosphate ( LiFePO4 ), lithium iron silicate ( Li2FeSiO4 ), etc. Among these, lithium manganese oxide, lithium cobalt nickel manganese oxide, lithium iron phosphate, and lithium iron silicate are preferred, lithium iron phosphate and lithium iron silicate are more preferred, and lithium iron phosphate is particularly preferred.
正極活物質層における上記所定のリチウム含有化合物の含有量は、特に限定されるものではないが、例えば、上記所定のリチウム含有化合物以外の成分の合計100質量%に対して0.01~20質量%の範囲内であることが好ましく、硫黄を含む正極活物質の含有量が低下することによるエネルギー密度の低下を抑制するという観点からは、上記所定のリチウム含有化合物以外の成分の合計100質量%に対して0.01~2質量%の範囲内であることがより好ましい。 The content of the specified lithium-containing compound in the positive electrode active material layer is not particularly limited, but is preferably within the range of 0.01 to 20 mass% relative to 100 mass% of the total of the components other than the specified lithium-containing compound, and from the viewpoint of suppressing a decrease in energy density due to a decrease in the content of the sulfur-containing positive electrode active material, it is more preferably within the range of 0.01 to 2 mass% relative to 100 mass% of the total of the components other than the specified lithium-containing compound.
[正極集電板および負極集電板]
集電板(25、27)を構成する材料は、特に制限されず、二次電池用の集電板として従来用いられている公知の高導電性材料が用いられうる。集電板の構成材料としては、例えば、アルミニウム、銅、チタン、ニッケル、ステンレス鋼(SUS)、これらの合金等の金属材料が好ましい。軽量、耐食性、高導電性の観点から、より好ましくはアルミニウム、銅であり、特に好ましくはアルミニウムである。なお、正極集電板27と負極集電板25とでは、同一の材料が用いられてもよいし、異なる材料が用いられてもよい。
[Positive and negative current collector plates]
The material constituting the current collector plate (25, 27) is not particularly limited, and a known highly conductive material conventionally used as a current collector plate for a secondary battery can be used. As the material constituting the current collector plate, for example, a metal material such as aluminum, copper, titanium, nickel, stainless steel (SUS), and alloys thereof is preferable. From the viewpoint of light weight, corrosion resistance, and high conductivity, aluminum and copper are more preferable, and aluminum is particularly preferable. In addition, the same material may be used for the positive electrode current collector plate 27 and the negative electrode current collector plate 25, or different materials may be used.
[正極リードおよび負極リード]
また、図示は省略するが、集電体(11”、11’)と集電板(27、25)との間を正極リードや負極リードを介して電気的に接続してもよい。正極および負極リードの構成材料としては、公知のリチウムイオン二次電池において用いられる材料が同様に採用されうる。なお、外装から取り出された部分は、周辺機器や配線などに接触して漏電したりして製品(例えば、自動車部品、特に電子機器等)に影響を与えないように、耐熱絶縁性の熱収縮チューブなどにより被覆することが好ましい。
[Positive and negative electrode leads]
Although not shown in the figures, the current collectors (11", 11') and the current collecting plates (27, 25) may be electrically connected via positive and negative electrode leads. As the constituent materials of the positive and negative electrode leads, materials used in known lithium ion secondary batteries may be similarly adopted. Note that the portion removed from the exterior is preferably covered with a heat-resistant insulating heat-shrinkable tube or the like so as to prevent contact with peripheral devices or wiring, causing electric leakage and affecting products (e.g., automobile parts, particularly electronic devices, etc.).
[電池外装材]
電池外装材としては、公知の金属缶ケースを用いることができるほか、図4および図5に示すように発電要素を覆うことができる、アルミニウムを含むラミネートフィルム29を用いた袋状のケースが用いられうる。
[Battery exterior material]
As the battery exterior material, a known metal can case can be used, or a bag-shaped case using an aluminum-containing laminate film 29 capable of covering the power generating element as shown in Figs. 4 and 5 can be used.
以上、全固体リチウム二次電池の一実施形態を説明したが、本発明は上述した実施形態において説明した構成のみに限定されることはなく、特許請求の範囲の記載に基づいて適宜変更することが可能である。 Although one embodiment of an all-solid-state lithium secondary battery has been described above, the present invention is not limited to the configuration described in the above embodiment, and can be modified as appropriate based on the claims.
例えば、本形態に係る全固体リチウム二次電池において、固体電解質層は、従来公知の液体電解質(電解液)をさらに含有していてもよい。固体電解質層に含まれうる液体電解質(電解液)の量について特に制限はないが、固体電解質により形成された固体電解質層の形状が保持され、液体電解質(電解液)の液漏れが生じない程度の量であることが好ましい。 For example, in the all-solid-state lithium secondary battery according to this embodiment, the solid electrolyte layer may further contain a conventionally known liquid electrolyte (electrolytic solution). There is no particular limit to the amount of liquid electrolyte (electrolytic solution) that may be contained in the solid electrolyte layer, but it is preferable that the amount is such that the shape of the solid electrolyte layer formed by the solid electrolyte is maintained and leakage of the liquid electrolyte (electrolytic solution) does not occur.
[組電池]
組電池は、電池を複数個接続して構成した物である。詳しくは少なくとも2つ以上用いて、直列化あるいは並列化あるいはその両方で構成されるものである。直列、並列化することで容量および電圧を自由に調節することが可能になる。
[Battery pack]
A battery pack is a device that consists of multiple batteries connected together. More specifically, it is a device that uses at least two batteries and is connected in series or parallel or both. By connecting them in series or parallel, it is possible to freely adjust the capacity and voltage.
電池が複数、直列にまたは並列に接続して装脱着可能な小型の組電池を形成することもできる。そして、この装脱着可能な小型の組電池をさらに複数、直列にまたは並列に接続して、高体積エネルギー密度、高体積出力密度が求められる車両駆動用電源や補助電源に適した大容量、大出力を持つ組電池(電池モジュール、電池パックなど)を形成することもできる。何個の電池を接続して組電池を作製するか、また、何段の小型組電池を積層して大容量の組電池を作製するかは、搭載される車両(電気自動車)の電池容量や出力に応じて決めればよい。 A small, removable battery pack can be formed by connecting multiple batteries in series or in parallel. Then, multiple such small, removable battery packs can be connected in series or in parallel to form a large-capacity, high-output battery pack (battery module, battery pack, etc.) suitable for vehicle drive power sources and auxiliary power sources that require high volumetric energy density and high volumetric output density. How many batteries are connected to form a battery pack, and how many stages of small battery packs are stacked to form a large-capacity battery pack, can be determined based on the battery capacity and output of the vehicle (electric vehicle) in which it is to be installed.
[車両]
電池またはこれらを複数個組み合わせてなる組電池を車両に搭載することができる。本発明では、長期信頼性に優れた高寿命の電池を構成できることから、こうした電池を搭載するとEV走行距離の長いプラグインハイブリッド電気自動車や、一充電走行距離の長い電気自動車を構成できる。電池またはこれらを複数個組み合わせてなる組電池を、例えば、自動車ならばハイブリッド車、燃料電池車、電気自動車(いずれも四輪車(乗用車、トラック、バスなどの商用車、軽自動車など)のほか、二輪車(バイク)や三輪車を含む)に用いることにより高寿命で信頼性の高い自動車となるからである。ただし、用途が自動車に限定されるわけではなく、例えば、他の車両、例えば、電車などの移動体の各種電源であっても適用は可能であるし、無停電電源装置などの載置用電源として利用することも可能である。
[vehicle]
A battery or a battery pack formed by combining a plurality of batteries can be mounted on a vehicle. In the present invention, a battery with excellent long-term reliability and long life can be configured, so that a plug-in hybrid electric vehicle with a long EV driving distance or an electric vehicle with a long driving distance per charge can be configured by mounting such a battery. For example, a battery or a battery pack formed by combining a plurality of batteries can be used in a hybrid vehicle, a fuel cell vehicle, or an electric vehicle (including four-wheeled vehicles (commercial vehicles such as passenger cars, trucks, and buses, and light vehicles, etc.), as well as two-wheeled vehicles (motorcycles) and three-wheeled vehicles) to make the vehicle long-life and highly reliable. However, the use is not limited to automobiles, and the battery pack can be applied to various power sources of other vehicles, such as moving bodies such as trains, and can also be used as a mounted power source for an uninterruptible power supply device, for example.
以下、実施例により本発明をさらに詳細に説明する。ただし、本発明の技術的範囲が以下の実施例のみに制限されるわけではない。なお、以下において、グローブボックス内で用いた器具および装置等は、事前に十分に乾燥処理を行った。 The present invention will be described in more detail below with reference to examples. However, the technical scope of the present invention is not limited to the following examples. In the following, the tools and equipment used in the glove box were thoroughly dried beforehand.
《全固体リチウム二次電池の作製例》
<比較例1>
(正極合剤の調製)
まず、正極活物質としての硫黄単体(S)、導電助剤としての多孔質カーボン(関西熱化学株式会社製、活性炭、MSC-30)、および硫化物固体電解質(Ampcera社製、Li6PS5Cl)を、50:10:40の質量比となるように秤量し、グローブボックス内で内容積150mLのジルコニア製ボールミルポットに合計量が0.5gとなるように入れた。次いで、上記ポットにジルコニアボールを入れ、ポットの蓋を閉めて密閉し、遊星ボールミル装置を用いて280ppmにて12時間、粉砕混合し、その後に160ppmにて1時間混合して、得られた硫黄複合体を正極合剤とした。
<Example of all-solid-state lithium secondary battery production>
<Comparative Example 1>
(Preparation of Positive Electrode Mixture)
First, sulfur element (S) as a positive electrode active material, porous carbon as a conductive assistant (Kansai Thermochemical Co., Ltd., activated carbon, MSC-30), and sulfide solid electrolyte (Ampcera, Li 6 PS 5 Cl) were weighed to a mass ratio of 50:10:40, and placed in a zirconia ball mill pot with an internal volume of 150 mL in a glove box so that the total amount was 0.5 g. Next, zirconia balls were placed in the pot, the pot was closed and sealed, and the mixture was ground and mixed at 280 ppm for 12 hours using a planetary ball mill device, and then mixed at 160 ppm for 1 hour, and the resulting sulfur complex was used as a positive electrode mixture.
(試験用セルの作製)
上記と同様の硫化物固体電解質を100mg秤量し、φ10mmのステンレス製のピンを差し込んだマコール管へ入れ、上部のピンを差し込んだ後、油圧プレス機を用いて100MPaの圧力でプレスすることにより、固体電解質層を作製した。
(Preparation of test cell)
100 mg of the same sulfide solid electrolyte as above was weighed out and placed in a Macol tube into which a stainless steel pin having a diameter of 10 mm had been inserted. After the upper pin was inserted, the tube was pressed at a pressure of 100 MPa using a hydraulic press to produce a solid electrolyte layer.
次いで、上記で調製した正極合剤を7mg秤量し、上部のピンを取り外して、上記で作製した固体電解質層上にこの正極合剤を添加した。再び上部のピンを差し込んだ後、油圧プレス機を用いて300MPaの圧力でプレスすることにより、固体電解質層に正極活物質層を圧着した。 Next, 7 mg of the positive electrode mixture prepared above was weighed out, the upper pin was removed, and the positive electrode mixture was added onto the solid electrolyte layer prepared above. After inserting the upper pin again, the positive electrode active material layer was pressed onto the solid electrolyte layer at a pressure of 300 MPa using a hydraulic press.
一方、インジウム箔とリチウム箔とを貼り合わせ、正極活物質層とは反対側の固体電解質層の表面に、インジウム箔側が固体電解質層に向くように配置し、再び上部のピンを差し込んだ後、油圧プレス機を用いて100MPaの圧力でプレスすることにより、固体電解質層にIn-Li箔を圧着した。 Meanwhile, the indium foil and lithium foil were attached together and placed on the surface of the solid electrolyte layer opposite the positive electrode active material layer, with the indium foil facing the solid electrolyte layer. The upper pin was then inserted again, and the In-Li foil was pressed against the solid electrolyte layer using a hydraulic press at a pressure of 100 MPa.
このようにして得られた発電要素を拘束部材を用いて100MPaの圧力で拘束することにより、本比較例の試験用セルを作製した。 The power generating element thus obtained was restrained at a pressure of 100 MPa using a restraining member to produce a test cell for this comparative example.
<実施例1>
正極合剤の作製において、硫黄単体(S)、多孔質カーボン、および硫化物固体電解質の合計100質量%に対して0.01質量%の量のリン酸鉄リチウム(LiFePO4)を添加したこと以外は、上述した比較例1と同様の手法により、本実施例の試験用セルを作製した。
Example 1
The test cell of this example was prepared in the same manner as in Comparative Example 1 described above, except that in preparing the positive electrode mixture, 0.01 mass % of lithium iron phosphate (LiFePO 4 ) was added relative to the total mass 100% of the elemental sulfur (S), porous carbon, and sulfide solid electrolyte.
<実施例2>
リン酸鉄リチウムの添加量を、硫黄単体(S)、多孔質カーボン、および硫化物固体電解質の合計100質量%に対して0.05質量%に変更したこと以外は、上述した実施例1と同様の手法により、本実施例の試験用セルを作製した。
Example 2
A test cell of this example was produced in the same manner as in Example 1 described above, except that the amount of lithium iron phosphate added was changed to 0.05 mass % relative to 100 mass % in total of the sulfur element (S), the porous carbon, and the sulfide solid electrolyte.
<実施例3>
リン酸鉄リチウムの添加量を、硫黄単体(S)、多孔質カーボン、および硫化物固体電解質の合計100質量%に対して0.1質量%に変更したこと以外は、上述した実施例1と同様の手法により、本実施例の試験用セルを作製した。
Example 3
A test cell of this example was produced in the same manner as in Example 1 described above, except that the amount of lithium iron phosphate added was changed to 0.1 mass % relative to 100 mass % in total of the sulfur element (S), the porous carbon, and the sulfide solid electrolyte.
<実施例4>
リン酸鉄リチウムの添加量を、硫黄単体(S)、多孔質カーボン、および硫化物固体電解質の合計100質量%に対して0.2質量%に変更したこと以外は、上述した実施例1と同様の手法により、本実施例の試験用セルを作製した。
Example 4
A test cell of this example was produced in the same manner as in Example 1 described above, except that the amount of lithium iron phosphate added was changed to 0.2 mass % relative to 100 mass % in total of the sulfur element (S), the porous carbon, and the sulfide solid electrolyte.
<実施例5>
リン酸鉄リチウムの添加量を、硫黄単体(S)、多孔質カーボン、および硫化物固体電解質の合計100質量%に対して0.5質量%に変更したこと以外は、上述した実施例1と同様の手法により、本実施例の試験用セルを作製した。
Example 5
A test cell of this example was produced in the same manner as in Example 1 described above, except that the amount of lithium iron phosphate added was changed to 0.5 mass % relative to 100 mass % in total of the sulfur element (S), the porous carbon, and the sulfide solid electrolyte.
<実施例6>
リン酸鉄リチウムの添加量を、硫黄単体(S)、多孔質カーボン、および硫化物固体電解質の合計100質量%に対して1質量%に変更したこと以外は、上述した実施例1と同様の手法により、本実施例の試験用セルを作製した。
Example 6
A test cell of this example was produced in the same manner as in Example 1 described above, except that the amount of lithium iron phosphate added was changed to 1 mass % relative to 100 mass % in total of the sulfur element (S), the porous carbon, and the sulfide solid electrolyte.
<実施例7>
リン酸鉄リチウムの添加量を、硫黄単体(S)、多孔質カーボン、および硫化物固体電解質の合計100質量%に対して2質量%に変更したこと以外は、上述した実施例1と同様の手法により、本実施例の試験用セルを作製した。
Example 7
A test cell of this example was produced in the same manner as in Example 1 described above, except that the amount of lithium iron phosphate added was changed to 2 mass % relative to 100 mass % in total of the sulfur element (S), the porous carbon, and the sulfide solid electrolyte.
<実施例8>
リン酸鉄リチウムの添加量を、硫黄単体(S)、多孔質カーボン、および硫化物固体電解質の合計100質量%に対して5質量%に変更したこと以外は、上述した実施例1と同様の手法により、本実施例の試験用セルを作製した。
Example 8
A test cell of this example was produced in the same manner as in Example 1 described above, except that the amount of lithium iron phosphate added was changed to 5 mass % relative to 100 mass % in total of the sulfur element (S), the porous carbon, and the sulfide solid electrolyte.
<実施例9>
リン酸鉄リチウムの添加量を、硫黄単体(S)、多孔質カーボン、および硫化物固体電解質の合計100質量%に対して10質量%に変更したこと以外は、上述した実施例1と同様の手法により、本実施例の試験用セルを作製した。
<Example 9>
A test cell of this example was produced in the same manner as in Example 1 described above, except that the amount of lithium iron phosphate added was changed to 10 mass % relative to 100 mass % in total of the sulfur element (S), the porous carbon, and the sulfide solid electrolyte.
<実施例10>
リン酸鉄リチウムの添加量を、硫黄単体(S)、多孔質カーボン、および硫化物固体電解質の合計100質量%に対して15質量%に変更したこと以外は、上述した実施例1と同様の手法により、本実施例の試験用セルを作製した。
Example 10
A test cell of this example was produced in the same manner as in Example 1 described above, except that the amount of lithium iron phosphate added was changed to 15 mass % relative to 100 mass % in total of the sulfur element (S), the porous carbon, and the sulfide solid electrolyte.
《全固体リチウム二次電池の評価例》
以下の手法により、上記で作製した試験用セルを評価した。なお、試験用セルの評価は、電池充放電装置(北斗電工株式会社製、HJ1020mSD8)を用いて行い、この際、記録レンジは1point/10mV、1point/1secとした。
<Evaluation example of all-solid-state lithium secondary battery>
The test cells prepared above were evaluated by the following method. The test cells were evaluated using a battery charge/discharge device (HJ1020mSD8, manufactured by Hokuto Denko Corporation) with a recording range of 1 point/10 mV and 1 point/1 sec.
(電池容量の確認)
定電流・定電圧(CCCV)モードで充電処理を行い、定電流(CC)モードで放電処理を行って、電池容量を確認し、エネルギー密度を算出した。この際、電圧範囲は1.1~2.5Vとし、充放電時の電流レートは0.05Cとし、充電時のカットオフ電流は0.01Cとした。このようにして算出されたエネルギー密度を、比較例1の値を100%とした場合の相対値として下記の表1に示す。
(Checking battery capacity)
The battery was charged in constant current/constant voltage (CCCV) mode and discharged in constant current (CC) mode to confirm the battery capacity and calculate the energy density. At this time, the voltage range was 1.1 to 2.5 V, the current rate during charging and discharging was 0.05 C, and the cutoff current during charging was 0.01 C. The energy density thus calculated is shown in Table 1 below as a relative value when the value of Comparative Example 1 is taken as 100%.
(過充電試験)
充電レートを0.05Cに設定し、カットオフ電圧を3.6Vとして、充電処理を行った。この際、1秒毎にセル電圧を記録した。そして、硫黄の反応電位を超えるセル電圧の領域において、10秒間の電圧上昇幅が1mV/秒(つまり、10秒間で10mV)以下となったときに、リン酸鉄リチウムからのリチウムイオンの脱離反応が進行したと判断して、充電処理を停止した。このようなリン酸鉄リチウムの反応を検知できたか否かを下記の表1に示す。なお、検知が可能であった場合を「〇」、検知できなかった場合を「×」で示す。
(Overcharge test)
The charging rate was set to 0.05C, and the cutoff voltage was set to 3.6V, and charging was performed. At this time, the cell voltage was recorded every second. Then, in the region of the cell voltage exceeding the reaction potential of sulfur, when the voltage increase rate for 10 seconds became 1 mV/second (i.e., 10 mV in 10 seconds) or less, it was determined that the desorption reaction of lithium ions from lithium iron phosphate had progressed, and the charging process was stopped. Table 1 below shows whether or not such a reaction of lithium iron phosphate was detected. The cases where detection was possible are indicated by "◯", and the cases where detection was not possible are indicated by "×".
表1に示す結果から、正極活物質層にリチウム含有化合物であるリン酸鉄リチウムを含ませることにより、過充電領域のセル電圧を検知することが可能となり、過充電が進行する前に充電処理を停止することが可能であることがわかる。これに対し、正極活物質層にリン酸鉄リチウムを添加していない比較例1では、このような過充電を検知することができなかった。したがって、比較例1の試験用セルにおいてそのまま過充電が進行すれば正極活物質層に含まれる固体電解質の酸化分解反応が進行し、全固体リチウム二次電池のエネルギー密度は低下する。なお、正極活物質である硫黄単体の組成比が小さくなると電池のエネルギー密度は低下することから、リチウム含有化合物(リン酸鉄リチウム)の添加量は少ないほど好ましく、特に正極合剤に対する添加量が2質量%以下であれば、エネルギー密度の相対値を95%以上に維持することが可能であることもわかる。 From the results shown in Table 1, it can be seen that by adding lithium iron phosphate, which is a lithium-containing compound, to the positive electrode active material layer, it is possible to detect the cell voltage in the overcharge region and to stop the charging process before overcharge progresses. In contrast, in Comparative Example 1, in which lithium iron phosphate is not added to the positive electrode active material layer, such overcharge could not be detected. Therefore, if overcharge continues in the test cell of Comparative Example 1, the oxidative decomposition reaction of the solid electrolyte contained in the positive electrode active material layer will progress, and the energy density of the all-solid-state lithium secondary battery will decrease. In addition, since the energy density of the battery decreases as the composition ratio of elemental sulfur, which is the positive electrode active material, decreases, it is preferable to add a smaller amount of lithium-containing compound (lithium iron phosphate), and it can also be seen that if the amount added to the positive electrode mixture is 2 mass% or less, the relative value of the energy density can be maintained at 95% or more.
1 全固体リチウム二次電池システム、
2 全固体リチウム二次電池、
3 電圧センサー、
4 電圧電流調整部、
5 電流センサー、
6 制御部、
7 外部電源、
10a 積層型電池、
11’ 負極集電体、
11” 正極集電体、
13 負極活物質層、
15 正極活物質層、
17 固体電解質層、
19 単電池層、
21 発電要素、
25 負極集電板、
27 正極集電板、
29 ラミネートフィルム、
61 CPU、
62 記憶部。
1. An all-solid-state lithium secondary battery system;
2 All-solid-state lithium secondary battery,
3 voltage sensors,
4 voltage and current adjusting unit,
5 current sensor,
6 control unit,
7 external power source,
10a stacked battery,
11' negative electrode current collector,
11" positive electrode current collector,
13 negative electrode active material layer,
15 positive electrode active material layer,
17 solid electrolyte layer,
19 cell layer,
21 power generating element,
25 negative electrode current collector,
27 positive electrode current collector,
29 Laminate film,
61 CPU,
62 memory unit.
Claims (8)
リチウムを含む負極活物質を含有する負極活物質層を含む負極と、
前記正極活物質層と前記負極活物質層との間に介在する、硫化物固体電解質または酸化物固体電解質を含む固体電解質層と、
を有する発電要素を備えた全固体リチウム二次電池と、
前記全固体リチウム二次電池の充電処理を行う際に、前記リチウム含有化合物からのリチウムイオンの脱離反応に対応する反応電流が発生したか否かを判定し、前記反応電流が発生したと判定されたときに、前記充電処理を停止する制御を行う制御部と、
を含む、全固体リチウム二次電池システム。 A positive electrode including a positive electrode active material layer containing a sulfur-containing positive electrode active material, a sulfide solid electrolyte or an oxide solid electrolyte , and a lithium-containing compound having an oxidation-reduction potential of 3.1 to 4.3 [V vs. Li+/Li];
a negative electrode including a negative electrode active material layer containing a negative electrode active material including lithium;
a solid electrolyte layer interposed between the positive electrode active material layer and the negative electrode active material layer , the solid electrolyte layer including a sulfide solid electrolyte or an oxide solid electrolyte ;
An all-solid-state lithium secondary battery having a power generating element having the
a control unit that determines whether or not a reaction current corresponding to a desorption reaction of lithium ions from the lithium-containing compound has occurred when a charging process of the all-solid-state lithium secondary battery is performed, and performs control to stop the charging process when it is determined that the reaction current has occurred;
An all-solid-state lithium secondary battery system comprising:
前記正極活物質層と前記負極活物質層との間に介在する、硫化物固体電解質または酸化物固体電解質を含む固体電解質層と、
を有する発電要素を備えた全固体リチウム二次電池の制御方法であって、
前記全固体リチウム二次電池の充電処理を行う際に、前記リチウム含有化合物からのリチウムイオンの脱離反応に対応する反応電流が発生したか否かを判定することと、
前記反応電流が発生したと判定されたときに、前記充電処理を停止することと、
を含む、全固体リチウム二次電池の制御方法。 A positive electrode including a positive electrode active material layer containing a sulfur-containing positive electrode active material, a sulfide solid electrolyte or an oxide solid electrolyte , and a lithium-containing compound having an oxidation-reduction potential of 3.1 to 4.3 [V vs. Li+/Li]; a negative electrode including a negative electrode active material layer containing a lithium-containing negative electrode active material;
a solid electrolyte layer interposed between the positive electrode active material layer and the negative electrode active material layer , the solid electrolyte layer including a sulfide solid electrolyte or an oxide solid electrolyte ;
A method for controlling an all-solid-state lithium secondary battery having a power generating element having
determining whether or not a reaction current corresponding to a desorption reaction of lithium ions from the lithium-containing compound is generated when a charging process of the all-solid-state lithium secondary battery is performed;
Stopping the charging process when it is determined that the reaction current is generated;
A method for controlling an all-solid-state lithium secondary battery, comprising:
リチウムを含む負極活物質を含有する負極活物質層を含む負極と、
前記正極活物質層と前記負極活物質層との間に介在する、硫化物固体電解質または酸化物固体電解質を含む固体電解質層と、
を有する発電要素を備えた全固体リチウム二次電池の制御装置であって、
前記全固体リチウム二次電池の充電処理を行う際に、前記リチウム含有化合物からのリチウムイオンの脱離反応に対応する反応電流が発生したか否かを判定し、前記反応電流が発生したと判定されたときに、前記充電処理を停止する制御を行う制御部を含む、全固体リチウム二次電池の制御装置。 A positive electrode including a positive electrode active material layer containing a sulfur-containing positive electrode active material, a sulfide solid electrolyte or an oxide solid electrolyte , and a lithium-containing compound having an oxidation-reduction potential of 3.1 to 4.3 [V vs. Li+/Li];
a negative electrode including a negative electrode active material layer containing a negative electrode active material including lithium;
a solid electrolyte layer interposed between the positive electrode active material layer and the negative electrode active material layer , the solid electrolyte layer including a sulfide solid electrolyte or an oxide solid electrolyte ;
A control device for an all-solid-state lithium secondary battery including a power generating element having
a control unit that determines whether or not a reaction current corresponding to a desorption reaction of lithium ions from the lithium-containing compound has occurred when a charging process of the all-solid-state lithium secondary battery is performed, and performs control to stop the charging process when it is determined that the reaction current has occurred.
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