JP3507926B2 - Solid-state battery - Google Patents
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Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は正極と負極との間にイオ
ン導電性の固体電解質を設けた固体型電池に関する。さ
らに詳しくは、本発明は、固体電解質として、正極側と
負極側にそれぞれ電位窓が異なる少なくとも2層の固体
電解質を設け、固体電解質の分解を抑制し、内部抵抗を
低減させた固体型電池に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a solid type battery having an ion conductive solid electrolyte provided between a positive electrode and a negative electrode. More specifically, the present invention relates to a solid-state battery in which, as a solid electrolyte, at least two layers of solid electrolytes having different potential windows are provided on the positive electrode side and the negative electrode side, respectively, to suppress decomposition of the solid electrolyte and reduce internal resistance. .
【0002】[0002]
【従来の技術】負極にリチウム、ナトリウム、アルミニ
ウム等の軽金属を用いた小型電池は高電圧を発生するこ
とができ、高エネルギー密度を有するので、民生用電子
機器の電源として広く用いられており、最近ではこれら
の電池の二次電池化の研究開発が盛んに行われている。
また、このような電池は大別すると、正極と負極との間
に電解液を介在させた電解液型電池と固体電解質を介在
させた固体型電池とに分けることができるが、このうち
後者の固体型電池は、電池内の内容物の漏液のおそれが
なく、電池の安全性や信頼性を向上させられる点、及び
電池の薄型化、積層化が可能となる点から注目されてい
る。2. Description of the Related Art A small battery using a light metal such as lithium, sodium or aluminum for its negative electrode can generate a high voltage and has a high energy density, and is widely used as a power source for consumer electronic devices. Recently, research and development of making these batteries into secondary batteries have been actively conducted.
Further, such a battery can be roughly classified into an electrolyte solution type battery in which an electrolyte solution is interposed between a positive electrode and a negative electrode and a solid type battery in which a solid electrolyte is interposed. Solid-state batteries have attracted attention because there is no risk of leakage of the contents inside the batteries, the safety and reliability of the batteries can be improved, and the batteries can be made thinner and stacked.
【0003】この固体型電池に使用される固体電解質
は、無機材料からなるものと有機材料からなるものとの
2種に大別することができる。このうち無機材料からな
る固体電解質は比較的イオン導電性は高いが、結晶体で
あるために機械的強度が乏しく、可撓性を有する膜に加
工することが困難である。これに対して、有機高分子か
らなる高分子固体電解質は、可撓性を有する薄膜に成膜
することが可能であり、また成形した薄膜には高分子固
有の可撓性により優れた機械的性質を付与することが可
能である。そのため高分子固体電解質は、薄型の高エネ
ルギー密度電池の固体電解質材料として特に有望視され
ており、その研究開発が行われている。そしてこれまで
に、このような高分子固体電解質としては、ポリエーテ
ル構造を有するポリエチレンオキシドとLi塩やNa塩
等のアルカリ金属塩との複合体等が知られている。The solid electrolyte used in this solid-state battery can be roughly classified into two types, that is, an inorganic material and an organic material. Among them, the solid electrolyte made of an inorganic material has a relatively high ionic conductivity, but since it is a crystalline body, it has poor mechanical strength and is difficult to be processed into a flexible film. On the other hand, a polymer solid electrolyte made of an organic polymer can be formed into a thin film having flexibility, and the formed thin film has excellent mechanical properties due to its inherent flexibility. It is possible to add properties. Therefore, the polymer solid electrolyte is regarded as a particularly promising solid electrolyte material for thin high energy density batteries, and its research and development is being conducted. As such a solid polymer electrolyte, a composite of polyethylene oxide having a polyether structure and an alkali metal salt such as Li salt or Na salt has been known so far.
【0004】[0004]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
固体電解質は、いずれも電極との反応により酸化分解又
は還元分解が起こりやすく、内部抵抗が増大するなど電
池性能の低下が問題となっている。However, all of the conventional solid electrolytes are prone to oxidative decomposition or reductive decomposition due to the reaction with the electrode, which causes a problem of deterioration of battery performance such as increase of internal resistance.
【0005】さらに、固体型電池を二次電池として構成
した場合には、充電時に過電圧を含めた高い電圧を両極
間に印加することとなるので、固体電解質の分解が一層
促進されるという問題があった。例えば、負極にリチウ
ム金属、リチウム合金又はリチウムもしくはリチウムイ
オンをドープ、脱ドープできる炭素質材料を用い、正極
にLiCoO2等のリチウム含有複合酸化物を用いた二
次電池では、充電時の印加電圧は4V以上にもなること
がある。Further, when the solid-state battery is configured as a secondary battery, a high voltage including an overvoltage is applied between both electrodes at the time of charging, so that the decomposition of the solid electrolyte is further promoted. there were. For example, in a secondary battery using a lithium metal, a lithium alloy, or a carbonaceous material that can be doped or dedoped with lithium or lithium ions for the negative electrode and a lithium-containing composite oxide such as LiCoO 2 for the positive electrode, the applied voltage during charging May exceed 4V.
【0006】また、過電圧は充電速度を速めるほど大き
くなる。したがって、近年の電池容量の増大の要請と充
電時間の短縮の要請に伴い、充電速度を速めることへの
要請が強くなるにしたがって、過電圧に対して電気的に
安定な固体電解質材料を開発することが一層強く望まれ
るようになっていた。Also, the overvoltage increases as the charging speed increases. Therefore, with the recent demand for increasing the battery capacity and shortening the charging time, as the demand for increasing the charging speed becomes stronger, it is necessary to develop a solid electrolyte material that is electrically stable against overvoltage. Was being strongly desired.
【0007】ところで、電解質の電気化学的安定性は、
一般に電位窓という概念を指標として評価される。ここ
で、固体電解質の電位窓は、サイクリックボルタモグラ
ムにおいて不可逆な電流が観測されない電位範囲と定義
される。By the way, the electrochemical stability of the electrolyte is
Generally, the concept of the potential window is evaluated as an index. Here, the potential window of the solid electrolyte is defined as a potential range in which an irreversible current is not observed in the cyclic voltammogram.
【0008】しかしながら実際上、不可逆な電流と可逆
な電流とを区別することは難しく、また電流の絶対値が
小さいことから電位窓を厳密に定義することは困難であ
る。例えば、LiClO4とポリエチレンオキシドとの
複合体からなる固体電解質の電位窓は、Li電極基準で
0〜4.2Vとされているが(M.Armand,Solid StateIo
nics, 9&10,749(1983))、実際にはこの固体電解質を
Li金属(0V VS Li/Li+)と接触させると分解
反応が進行し、電極と固体電解質との界面に抵抗皮膜が
形成される(T.Ichino,B.D.Cahan,D.A.Scherson,J.Elec
trochem.Soc.,138(11) ,159(1991)、Z.Takehara,Z.Ogum
i,Y.Uchimoto,E.Endo, Y.Kanamori,J.Electrochem.So
c.,138(6),1574(1991) )。これらのことから、電位窓
の範囲内でもそのしきい値付近では固体電解質の分解反
応が進行することがわかる。However, in practice, it is difficult to distinguish between an irreversible current and a reversible current, and since the absolute value of the current is small, it is difficult to precisely define the potential window. For example, the potential window of a solid electrolyte composed of a complex of LiClO 4 and polyethylene oxide is set to 0 to 4.2 V based on the Li electrode (M. Armand, Solid State Io).
nics, 9 & 10 , 749 (1983)), actually, when this solid electrolyte is brought into contact with Li metal (0 V VS Li / Li + ), the decomposition reaction proceeds and a resistance film is formed at the interface between the electrode and the solid electrolyte. (T.Ichino, BDCahan, DAScherson, J.Elec
trochem.Soc., 138 (11) , 159 (1991), Z.Takehara, Z.Ogum
i, Y.Uchimoto, E.Endo, Y.Kanamori, J.Electrochem.So
c., 138 (6) , 1574 (1991)). From these, it is understood that the decomposition reaction of the solid electrolyte proceeds near the threshold value even within the range of the potential window.
【0009】また、図3は、非水電解液型のリチウムイ
オン二次電池(正極:リチウム・コバルト複合酸化物、
負極:ピッチコークス)の充放電過程における正極と負
極との一般的な電位変化を表したものであるが、各電極
内の抵抗を無視すると、固体型二次電池の電極−固体電
解質の界面の電位も同様に変化していると考えられる。
したがって、このことからも固体電解質が充放電過程に
おいて酸化分解、還元分解を起こさないためには、図2
(a)に示したように固体電解質の電位窓が両極の電位
範囲を包含することが必要であり、さらに過電圧も考慮
すると、固体電解質の僅かな分解も防止するためには、
同図(b)に示したように、より広い電位窓を有するこ
とが望まれることがわかる。FIG. 3 shows a non-aqueous electrolyte type lithium ion secondary battery (positive electrode: lithium-cobalt composite oxide,
(Negative electrode: pitch coke) represents a general potential change between the positive electrode and the negative electrode during the charging / discharging process. If the resistance in each electrode is ignored, the solid-state secondary battery electrode-solid electrolyte interface It is considered that the electric potential is changing as well.
Therefore, also from this fact, in order to prevent the solid electrolyte from undergoing oxidative decomposition and reductive decomposition in the charging / discharging process, FIG.
As shown in (a), the potential window of the solid electrolyte needs to include the potential range of both electrodes. Further, in consideration of overvoltage, in order to prevent a slight decomposition of the solid electrolyte,
As shown in FIG. 6B, it is found that it is desired to have a wider potential window.
【0010】しかしながら、このような広い電位窓を有
する固体電解質を単一の材料として得ることは困難であ
る。However, it is difficult to obtain a solid electrolyte having such a wide potential window as a single material.
【0011】本発明はこのような従来技術の課題を解決
しようとするものであり、過電圧も含めた広い電位範囲
において電極との反応による分解が防止され、安定的に
高いイオン導電性を発揮する固体電解質を用いて固体型
電池を構成できるようにすることを目的とする。The present invention is intended to solve the problems of the prior art as described above, and the decomposition due to the reaction with the electrode is prevented in a wide potential range including the overvoltage, and stable high ionic conductivity is exhibited. An object of the present invention is to make it possible to construct a solid-state battery using a solid electrolyte.
【0012】[0012]
【課題を解決するための手段】本発明者らは、固体電解
質として、正極側と負極側にそれぞれ電位窓が異なる少
なくとも2層の固体電解質を設けることにより、固体電
解質の分解を抑制し、内部抵抗を低減させられることを
見出し、本発明を完成させるに至った。The present inventors suppress the decomposition of the solid electrolyte by providing at least two layers of solid electrolyte having different potential windows on the positive electrode side and the negative electrode side, respectively, as the solid electrolyte. The inventors have found that the resistance can be reduced and have completed the present invention.
【0013】 即ち、本発明は、正極、負極及び両極間
に設けられた固体電解質からなる固体型電池において、
固体電解質が少なくとも正極に接する第1の固体電解質
と負極に接する第2の固体電解質との積層体からなり、
該第1の固体電解質は第2の固体電解質に対して電位窓
が貴な方向に広く、第2の固体電解質は第1の固体電解
質に対して電位窓が卑な方向に広く、正極と負極で充放
電に関与するイオンがリチウムイオンであることを特徴
とする固体型電池を提供する。また、本発明は、正極・
負極及び両極間に設けられた固体電解質からなる固体型
電池において、固体電解質が少なくとも正極に接する第
1の固体電解質と負極に接する第2の固体電解質の積層
体からなり、該第1の固体電解質は第2の固体電解質に
対して電位窓が貴な方向に広く、第2の固体電解質は第
1の固体電解質に対して電位窓が卑な方向に広く、該第
1の固体電解質がエステル系高分子固体電解質である
か、該第2の固体電解質がエーテル系高分子固体電解質
であるか、又は該第1の固体電解質がエステル系高分子
固体電解質であり且つ第2の固体電解質がエーテル系高
分子固体電解質であることを特徴とする固体型電池を提
供する。That is, the present invention provides a solid-state battery including a positive electrode, a negative electrode, and a solid electrolyte provided between both electrodes,
The solid electrolyte is composed of at least a first solid electrolyte in contact with the positive electrode and a second solid electrolyte in contact with the negative electrode, and
The first solid electrolyte has a wide potential window in the noble direction with respect to the second solid electrolyte, and the second solid electrolyte has a wide potential window in the base direction with respect to the first solid electrolyte. The solid-state battery is characterized in that the ions involved in charging and discharging are lithium ions . Further, the present invention is a positive electrode
A solid-state battery comprising a negative electrode and a solid electrolyte provided between both electrodes, wherein the solid electrolyte comprises a laminate of at least a first solid electrolyte in contact with the positive electrode and a second solid electrolyte in contact with the negative electrode, the first solid electrolyte Has a wide potential window in the noble direction with respect to the second solid electrolyte, the second solid electrolyte has a wide potential window in the base direction with respect to the first solid electrolyte, and the first solid electrolyte is ester-based. A polymer solid electrolyte, the second solid electrolyte is an ether polymer solid electrolyte, or the first solid electrolyte is an ester polymer solid electrolyte and the second solid electrolyte is an ether polymer Provided is a solid-state battery characterized by being a polymer solid electrolyte.
【0014】以下、本発明を詳細に説明する。The present invention will be described in detail below.
【0015】本発明の固体型電池は、両極間に介在させ
る固体電解質として、電位窓の異なる少なくとも2つの
固体電解質の積層体を使用する。例えば、図1に示すよ
うに、正極に接する第1の固体電解質1としては、貴な
電位方向の電位窓が広く、耐酸化性に優れたものを使用
し、一方、負極に接する第2の固体電解質2としては、
卑な方向の電位窓が広く、耐還元性に優れたものを使用
する。このように異なる電位窓を有する固体電解質の積
層体を使用することにより、その積層体全体としての電
位窓(複合電位窓)を、単一の材料では得られない広い
範囲とすることができる。したがって、両極の電位範囲
だけでなく、過電圧を含めた広範な電位範囲において、
固体電解質が電極界面で分解することを防止することが
可能となる。The solid-state battery of the present invention uses, as a solid electrolyte interposed between both electrodes, a laminate of at least two solid electrolytes having different potential windows. For example, as shown in FIG. 1, as the first solid electrolyte 1 in contact with the positive electrode, one having a wide potential window in the noble potential direction and excellent in oxidation resistance is used, while the second solid electrolyte 1 in contact with the negative electrode is used. As the solid electrolyte 2,
Use a wide potential window in the base direction and excellent reduction resistance. By using a solid electrolyte laminate having different potential windows in this way, the potential window (composite potential window) of the entire laminate can be set to a wide range that cannot be obtained with a single material. Therefore, not only in the potential range of both poles, but in a wide potential range including overvoltage,
It is possible to prevent the solid electrolyte from decomposing at the electrode interface.
【0016】図1には、正極に接する第1の固体電解質
1として、その電位窓の卑な方向の限界値が負極の電位
範囲に重なっており、第1の固体電解質1の電位窓と第
2の固体電解質2の電位窓とが重なっている例を示した
が、本発明で使用する固体電解質の積層体はこの例に限
られない。正極に接する第1の固体電解質の電位窓及び
負極に接する第2の固体電解質の電位窓は、それぞれ正
極、負極の電位範囲を包含していればよく、好ましくは
より広い電位範囲を有していればよい。また、第1の固
体電解質1の電位窓と第2の固体電解質2の電位窓とは
図1に示したように深く重なっていなくてもよく、接し
ていればよい。In FIG. 1, as the first solid electrolyte 1 in contact with the positive electrode, the limit value of the potential window in the base direction overlaps with the potential range of the negative electrode. Although the example in which the potential window of the solid electrolyte 2 of No. 2 overlaps is shown, the laminated body of the solid electrolyte used in the present invention is not limited to this example. The potential window of the first solid electrolyte in contact with the positive electrode and the potential window of the second solid electrolyte in contact with the negative electrode may include the potential ranges of the positive electrode and the negative electrode, respectively, and preferably have a wider potential range. Just do it. Further, the potential window of the first solid electrolyte 1 and the potential window of the second solid electrolyte 2 do not have to be deeply overlapped as shown in FIG. 1 and may be in contact with each other.
【0017】また、図1には、本発明で使用する固体電
解質として、正極に接する第1の固体電解質1と負極に
接する第2の固体電解質2との二層を積層した例を示し
たが、本発明で使用する固体電解質としては、正極に接
する第1の固体電解質の電位窓が負極に接する第2の固
体電解質の電位窓に対して貴な方向に広く、かつ負極に
接する第2の固体電解質の電位窓が正極に接する第1の
固体電解質の電位窓に対して卑な方向に広い限り、さら
に両層の間に他の層を設けることができる。FIG. 1 shows an example in which two layers of a first solid electrolyte 1 in contact with the positive electrode and a second solid electrolyte 2 in contact with the negative electrode are laminated as the solid electrolyte used in the present invention. As the solid electrolyte used in the present invention, the potential window of the first solid electrolyte in contact with the positive electrode is wider in the noble direction than the potential window of the second solid electrolyte in contact with the negative electrode, and the second solid electrolyte is in contact with the negative electrode. As long as the potential window of the solid electrolyte is wider in the base direction than the potential window of the first solid electrolyte in contact with the positive electrode, another layer can be further provided between both layers.
【0018】このように固体電解質の積層体を構成する
個々の固体電解質の材質は、無機材料から構成しても有
機材料から構成してもよく、積層体としては無機材料と
有機材料とを積層したものも使用することができるが、
薄膜への成膜性、可撓性等の機械的特性等の点から有機
材料を使用することが好ましい。As described above, the material of the individual solid electrolytes constituting the laminated body of solid electrolytes may be composed of an inorganic material or an organic material. As the laminated body, an inorganic material and an organic material are laminated. You can also use the
It is preferable to use an organic material from the viewpoint of film forming property on a thin film, mechanical properties such as flexibility, and the like.
【0019】有機材料のうち、正極に接する第1の固体
電解質あるいは負極に接する第2の固体電解質として好
ましい固体電解質は、当該電池の種類や、正極あるいは
負極の構成材料等によって適宜定めることができるが、
例えば、リチウム電池を構成する場合、正極に接する第
1の固体電解質として好ましい固体電解質としては、ポ
リ−β−プロピオラクトン、ポリエチレンサクシネート
等のエステル系高分子と金属塩との複合体をあげること
ができる。また、負極に接する第2の固体電解質として
好ましい固体電解質としては、ポリエチレンオキサイ
ド、ポリプロピレンオキサイド等のエーテル系高分子と
金属塩との複合体をあげることができる。Among the organic materials, the preferred solid electrolyte as the first solid electrolyte in contact with the positive electrode or the second solid electrolyte in contact with the negative electrode can be appropriately determined depending on the type of the battery, the constituent material of the positive electrode or the negative electrode, and the like. But,
For example, in the case of forming a lithium battery, examples of a preferred solid electrolyte as the first solid electrolyte in contact with the positive electrode include a complex of an ester polymer such as poly-β-propiolactone and polyethylene succinate, and a metal salt. be able to. Further, as a solid electrolyte preferable as the second solid electrolyte in contact with the negative electrode, a complex of an ether polymer such as polyethylene oxide and polypropylene oxide and a metal salt can be cited.
【0020】また、固体電解質を有機材料から形成する
場合に、高分子と共に使用する金属塩としては、第1の
固体電解質及び第2の固体電解質のいずれにおいても、
従来の高分子固体電解質に用いられているものを使用す
ることができる。例えば、LiBr、LiCl、Li
I、LiSCN、LiBF4、LiAsF6、LiCl
O4、CH3COOLi、CF3COOLi、LiCF
3SO3、LiPF6、LiN(CF3SO2)2、L
iC(CF3SO2)3等のリチウム塩を使用すること
ができる。また、これらリチウム塩のアニオンと、リチ
ウム以外のアルカリ金属、例えばカリウム、ナトリウム
などとの塩を使用することもできる。また、金属塩とし
ては単独種を使用してもよく複数種の塩を同時に使用し
てもよい。When the solid electrolyte is formed of an organic material, the metal salt used with the polymer may be either the first solid electrolyte or the second solid electrolyte.
What was used for the conventional polymer solid electrolyte can be used. For example, LiBr, LiCl, Li
I, LiSCN, LiBF 4 , LiAsF 6 , LiCl
O 4 , CH 3 COOLi, CF 3 COOLi, LiCF
3 SO 3 , LiPF 6 , LiN (CF 3 SO 2 ) 2 , L
Lithium salts such as iC (CF 3 SO 2 ) 3 can be used. It is also possible to use salts of these lithium salt anions with alkali metals other than lithium, such as potassium and sodium. As the metal salt, a single type may be used, or a plurality of types of salts may be used at the same time.
【0021】第1の固体電解質及び第2の固体電解質の
双方を有機高分子と金属塩の複合体から構成する場合
に、これらの積層体の製造方法としては、例えば、第1
の固体電解質及び第2の固体電解質をそれぞれ正極ある
いは負極上にキャスト法等により別個に成膜し、次いで
両者を重ね合わせ、加熱し、双方の高分子鎖を熱拡散さ
せればよい。When both the first solid electrolyte and the second solid electrolyte are composed of a composite of an organic polymer and a metal salt, the method for producing the laminate is, for example, the first
The solid electrolyte and the second solid electrolyte may be separately formed on the positive electrode or the negative electrode by a casting method or the like, and then both may be superposed and heated to thermally diffuse both polymer chains.
【0022】なお、第1の固体電解質及び第2の固体電
解質の積層体は、通常、正極と負極の間に薄膜として設
けられることとなるが、その膜厚としては、従来の単一
材料からなる高分子固体電解質と同様にすることができ
る。即ち、電池の内部抵抗を小さくする点からは高分子
固体電解質の膜厚は薄い方が好ましいが、薄くしすぎる
と固体型電池の作製時、又は電極に体積変化が生じる電
池の充放電反応時に、正極と負極とが接触する内部短絡
が生じやすくなるので、第1の固体電解質及び第2の固
体電解質の積層体の厚さは、通常20〜200μmとす
ることが好ましい。The laminated body of the first solid electrolyte and the second solid electrolyte is usually provided as a thin film between the positive electrode and the negative electrode. The same can be applied to the solid polymer electrolyte. That is, from the viewpoint of reducing the internal resistance of the battery, it is preferable that the thickness of the polymer solid electrolyte is thin, but if it is too thin, during the production of a solid battery, or during the charge / discharge reaction of the battery in which the volume change of the electrode occurs Since the internal short circuit in which the positive electrode and the negative electrode contact each other is likely to occur, the thickness of the laminated body of the first solid electrolyte and the second solid electrolyte is usually preferably 20 to 200 μm.
【0023】本発明の固体型電池は、固体電解質として
以上のような積層体を用いることを特徴としており、そ
れ以外の電池要素については特に制限はない。また、一
次電池、二次電池のいずれにも構成することができる。The solid-state battery of the present invention is characterized by using the above laminated body as a solid electrolyte, and there is no particular limitation on the other battery elements. Further, it can be configured as either a primary battery or a secondary battery.
【0024】例えば、本発明の固体型電池をリチウム一
次電池として構成する場合、正極には、正極活物質とし
てTiS2、MnO2、黒鉛、FeS2等を使用するこ
とができる。また、本発明の固体型電池をリチウム二次
電池として構成する場合には、正極活物質として、Ti
S2、MoS2、NbSe2、V2O5等のリチウムを
含有しない金属硫化物あるいは酸化物や、LixMO2
(式中、Mは一種以上の遷移金属を表し、通常0.05
≦x≦1.10である)を主体とするリチウム複合酸化
物等を使用することができる。このリチウム複合酸化物
を構成する遷移金属Mとしては、Co、Ni、Mn等が
好ましい。このようなリチウム複合酸化物の具体例とし
ては、LiCoO2、LiNiO2、LixNiyCo
1−yO2(式中、x、yは電池の充放電状態によって
異なり、通常0<x<1、0.7<y<1.02であ
る)、LiMn2O4等をあげることができる。これら
リチウム複合酸化物は、高電圧を発生でき、エネルギー
密度的に優れた正極活物質となる。For example, when the solid-state battery of the present invention is constructed as a lithium primary battery, TiS 2 , MnO 2 , graphite, FeS 2 or the like can be used as the positive electrode active material in the positive electrode. Further, when the solid-state battery of the present invention is configured as a lithium secondary battery, Ti is used as the positive electrode active material.
Lithium-free metal sulfides or oxides such as S 2 , MoS 2 , NbSe 2 , V 2 O 5 , and Li x MO 2
(In the formula, M represents one or more transition metals, and is usually 0.05
It is possible to use a lithium composite oxide mainly composed of ≦ x ≦ 1.10). As the transition metal M constituting the lithium composite oxide, Co, Ni, Mn and the like are preferable. Specific examples of such a lithium composite oxide include LiCoO 2 , LiNiO 2 , and Li x Ni y Co.
(Wherein, x, y vary according to charge and discharge state of the battery, usually a 0 <x <1,0.7 <y < 1.02) 1-y O 2, and the like LiMn 2 O 4, etc. it can. These lithium composite oxides can generate a high voltage and become a positive electrode active material excellent in energy density.
【0025】正極には、これらの正極活物質の複数種を
混合して使用してもよい。また、以上のような正極活物
質を使用して正極を形成するに際しては、公知の導電剤
や結着剤等を添加することができる。また、第1の固体
電解質として高分子固体電解質を使用する場合には、正
極の結着剤としてその高分子固体電解質を使用すること
できる。これにより、電極表面から深部に至るまでイオ
ンが容易に到達するようになり、電池の内部抵抗が低下
するので好ましい。For the positive electrode, plural kinds of these positive electrode active materials may be mixed and used. Further, when forming a positive electrode using the positive electrode active material as described above, a known conductive agent, binder or the like can be added. When a polymer solid electrolyte is used as the first solid electrolyte, the polymer solid electrolyte can be used as a binder for the positive electrode. This allows ions to easily reach from the electrode surface to the deep part, and the internal resistance of the battery is lowered, which is preferable.
【0026】一方、本発明の固体型電池をリチウム一次
電池あるいは二次電池として構成する場合の負極の構成
材料としては、リチウム金属、リチウム合金又はリチウ
ムもしくはリチウムイオンをドープ、脱ドープできる炭
素質材料を使用することができる。このうちリチウムも
しくはリチウムイオンをドープ、脱ドープできる材料と
しては、例えば、熱分解炭素類、コークス類(ピッチコ
ークス、ニードルコークス、石油コークス等)、グラフ
ァイト類、ガラス状炭素類、有機高分子化合物焼成体
(フェノール樹脂、フラン樹脂等を適当な温度で焼成し
炭素化したもの)、炭素繊維、活性炭等の炭素質材料、
あるいはポリアセチレン、ポリピロール等のポリマー等
を使用することができる。また、リチウム合金として
は、リチウム−アルミニウム合金等を使用することがで
きる。On the other hand, as the constituent material of the negative electrode when the solid-state battery of the present invention is constituted as a lithium primary battery or a secondary battery, a lithium metal, a lithium alloy, or a carbonaceous material capable of being doped or dedoped with lithium or lithium ions. Can be used. Of these, materials that can be doped or dedoped with lithium or lithium ions include, for example, pyrolytic carbons, cokes (pitch coke, needle coke, petroleum coke, etc.), graphites, glassy carbons, organic polymer compound firing. Carbonaceous materials such as body (phenolic resin, furan resin, etc., fired at an appropriate temperature to carbonize), carbon fiber, activated carbon, etc.
Alternatively, polymers such as polyacetylene and polypyrrole can be used. As the lithium alloy, lithium-aluminum alloy or the like can be used.
【0027】このような炭素材料から負極を形成するに
際しては、公知の結着剤等を添加することができる。ま
た、第2の固体電解質として高分子固体電解質を使用す
る場合には、負極の結着剤としてその高分子固体電解質
を使用することができる。これにより、電極表面から深
部に至るまでイオンが容易に到達するようになり、電池
の内部抵抗が低下するので好ましい。When forming the negative electrode from such a carbon material, a known binder or the like can be added. When a polymer solid electrolyte is used as the second solid electrolyte, the polymer solid electrolyte can be used as a binder for the negative electrode. This allows ions to easily reach from the electrode surface to the deep part, and the internal resistance of the battery is lowered, which is preferable.
【0028】この他、本発明の固体型電池の負極には、
リチウム以外の軽金属や軽金属化合物を使用することが
できるが、そのような軽金属としては、例えば、ナトリ
ウム、カリウム、セシウム、アルミニウム等をあげるこ
とができる。In addition, the negative electrode of the solid-state battery of the present invention includes
Light metals other than lithium and light metal compounds can be used, and examples of such light metals include sodium, potassium, cesium, and aluminum.
【0029】以上のような正極及び負極を用いて本発明
の固体型電池を組む方法としては、例えば、まず、正極
活物質と導電剤と結着剤とを含む混合物を、アルミニウ
ム箔からなる集電体に塗布し、乾燥させて正極を形成し
ておく。一方、第1の固体電解質を形成する有機高分子
と金属塩とを所定の比率でキャスト溶媒に溶解させてキ
ャスト溶液を形成しておく。そして、そのキャスト溶液
を正極上に直接塗布し、脱溶媒して第1の固体電解質膜
を成膜する。同様に、負極上に第2の固体電解質膜を成
膜する。次いで、第1の固体電解質膜と第2の固体電解
質膜とが合わさるように両者を重ね合わせ、加熱して第
1の固体電解質膜と第2の固体電解質膜とを接合する。
その後、これを所定の外装材の中に密封し、電池とす
る。As a method of assembling the solid-state battery of the present invention using the positive electrode and the negative electrode as described above, for example, first, a mixture containing a positive electrode active material, a conductive agent, and a binder is collected from an aluminum foil. It is applied to an electric body and dried to form a positive electrode. On the other hand, the organic polymer forming the first solid electrolyte and the metal salt are dissolved in a casting solvent at a predetermined ratio to form a casting solution. Then, the cast solution is directly applied onto the positive electrode and desolvated to form a first solid electrolyte membrane. Similarly, a second solid electrolyte membrane is formed on the negative electrode. Then, the first solid electrolyte membrane and the second solid electrolyte membrane are superposed on each other and heated to bond the first solid electrolyte membrane and the second solid electrolyte membrane.
Then, this is sealed in a predetermined exterior material to obtain a battery.
【0030】本発明の電池は、電池形状については特に
限定されることはない。円筒型、角型、コイン型、ボタ
ン型等の種々の形状にすることができる。The battery shape of the battery of the present invention is not particularly limited. Various shapes such as a cylindrical shape, a square shape, a coin shape, and a button shape can be used.
【0031】[0031]
【作用】本発明の固体型電池は、正極と負極との間に介
在する固体電解質が、正極に接する第1の固体電解質と
負極に接する第2の固体電解質との少なくとも2層の積
層体となっており、その第1の固体電解質は第2の固体
電解質に対して電位窓が貴な方向に広く、第2の固体電
解質は第1の固体電解質に対して電位窓が卑な方向に広
くなっているので、第1の固体電解質には、正極の電位
範囲を過電圧で変動する範囲も含めて十分に包含する電
位窓をもたせることが可能となり、第2の固体電解質に
も同様に、負極の電位範囲を過電圧で変動する範囲も含
めて十分に包含する電位窓をもたせることが可能とな
る。したがって、正極側及び負極側のいずれにおいても
電極界面での固体電解質の分解を防止することが可能と
なり、それにより電池の内部抵抗を低減させることが可
能となる。In the solid-state battery of the present invention, the solid electrolyte interposed between the positive electrode and the negative electrode is a laminate of at least two layers of a first solid electrolyte in contact with the positive electrode and a second solid electrolyte in contact with the negative electrode. The potential window of the first solid electrolyte is wider in the noble direction than that of the second solid electrolyte, and the second solid electrolyte is wider in the noble direction of the potential window of the first solid electrolyte. Therefore, the first solid electrolyte can be provided with a potential window that sufficiently covers the potential range of the positive electrode, including the range that fluctuates due to overvoltage, and the second solid electrolyte also similarly has the negative electrode. It is possible to provide a potential window that sufficiently covers the potential range of (3) including the range that varies due to overvoltage. Therefore, it is possible to prevent decomposition of the solid electrolyte at the electrode interface on both the positive electrode side and the negative electrode side, thereby reducing the internal resistance of the battery.
【0032】この場合、第1の固体電解質と第2の固体
電解質は別個の固体電解質から形成されるので、正極及
び負極に接触させるのに適した電位窓を有する固体電解
質を単一の固体電解質材料から構成する場合に比して、
正極に接触させるのに適した電位窓を有する固体電解質
と負極に接触させるのに適した電位窓を有する固体電解
質とをそれぞれ容易に選択することが可能となる。In this case, since the first solid electrolyte and the second solid electrolyte are formed from separate solid electrolytes, the solid electrolyte having a potential window suitable for contacting the positive electrode and the negative electrode is made into a single solid electrolyte. Compared with the case where it is composed of materials,
It is possible to easily select a solid electrolyte having a potential window suitable for making contact with the positive electrode and a solid electrolyte having a potential window suitable for making contact with the negative electrode.
【0033】[0033]
【実施例】以下、本発明を実施例に基づいて具体的に説
明する。なお、以下の実施例で用いた固体電解質は、1
0%LiClO4/ポリエチレンオキシド、10%Li
ClO4/ポリプロピレンオキシド又は10%LiCl
O4/ポリ−β−プロピオラクトンであり、これらの電
位窓は、サイクリックボルタンメトリーにより求めた結
果、それぞれLi/Li+基準で、0.2〜4.0V、
0.4〜4.0V、1.0〜5.0Vであった。EXAMPLES The present invention will be specifically described below based on examples. The solid electrolyte used in the following examples is 1
0% LiClO 4 / polyethylene oxide, 10% Li
ClO 4 / polypropylene oxide or 10% LiCl
O 4 / poly-β-propiolactone, and the potential windows of these were 0.2 to 4.0 V on the basis of Li / Li + standard, respectively, as determined by cyclic voltammetry.
It was 0.4-4.0V and 1.0-5.0V.
【0034】実施例1[リチウム一次電池の作製]
図4の断面構造を有するリチウム一次電池を次のように
作製した。Example 1 [Production of Lithium Primary Battery] A lithium primary battery having a cross-sectional structure shown in FIG. 4 was produced as follows.
【0035】まず、正極3を作製するにあたり、市販の
TiS2を正極活物質として91重量部、導電剤として
黒鉛6重量部、結着剤としてポリフッ化ビニリデン3重
量部を混合し、さらにN−メチル−2−ピロリドンで混
練し、ペースト状とした。そしてこのペーストを1×1
cmのアルミニウム板の片面に塗布(厚さ50μm)
し、板状の正極3を得た。First, in producing the positive electrode 3, 91 parts by weight of commercially available TiS 2 as a positive electrode active material, 6 parts by weight of graphite as a conductive agent, and 3 parts by weight of polyvinylidene fluoride as a binder were mixed, and N- was added. It was kneaded with methyl-2-pyrrolidone to form a paste. And 1x1 of this paste
cm aluminum plate coated on one side (thickness 50 μm)
Then, a plate-shaped positive electrode 3 was obtained.
【0036】次に、分子量100000程度のポリ−β
−プロピオラクトン90重量部と過塩素酸リチウム10
重量部とをジメチルホルムアミド中で混合してペースト
状とし、これを正極3の上に約50μmの厚さで塗布す
ることにより正極3の上に第1の固体電解質1を成膜し
た。Next, poly-β having a molecular weight of about 100,000
-90 parts by weight of propiolactone and 10 parts of lithium perchlorate
The first solid electrolyte 1 was deposited on the positive electrode 3 by coating the positive electrode 3 in a thickness of about 50 μm by mixing 1 part by weight with dimethylformamide to form a paste.
【0037】一方、厚さ1mm、大きさ1×1cmのリ
チウムフォイルを負極4とし、この負極4上に次のよう
にして第2の固体電解質2を成膜した。まず、分子量1
00000程度のポリエチレンオキシド90重量部と過
塩素酸リチウム10重量部とをジメチルホルムアミド中
で混合してペースト状とし、これを負極4の上に約50
μmの厚さで塗布することにより負極4上に第2の固体
電解質2を成膜した。On the other hand, a lithium foil having a thickness of 1 mm and a size of 1 × 1 cm was used as the negative electrode 4, and the second solid electrolyte 2 was formed on the negative electrode 4 as follows. First, molecular weight 1
90 parts by weight of polyethylene oxide of about 00000 and 10 parts by weight of lithium perchlorate are mixed in dimethylformamide to form a paste, and about 50 parts of this is placed on the negative electrode 4.
The second solid electrolyte 2 was formed into a film on the negative electrode 4 by applying it in a thickness of μm.
【0038】その後、正極3上に成膜した第1の固体電
解質1と、負極4上に成膜した第2の固体電解質2とを
はり合わせ、60℃で24時間保持し、界面の高分子鎖
を熱拡散させることにより両者を接合し、全固体型一次
電池を作製した。After that, the first solid electrolyte 1 formed on the positive electrode 3 and the second solid electrolyte 2 formed on the negative electrode 4 were laminated and held at 60 ° C. for 24 hours to obtain a polymer at the interface. The chains were joined by thermal diffusion of the chains to produce an all-solid-state primary battery.
【0039】実施例2、比較例1及び比較例2
第1の固体電解質及び第2の固体電解質を形成するにあ
たり、表1の高分子を使用する以外は実施例1を繰り返
し、全固体型一次電池を作製した。なお、表1には、第
1の固体電解質と第2の固体電解質とを合わせた積層体
の電位窓(複合電位窓)の範囲も示した。Example 2, Comparative Example 1 and Comparative Example 2 In forming the first solid electrolyte and the second solid electrolyte, Example 1 was repeated except that the polymer shown in Table 1 was used. A battery was made. In addition, Table 1 also shows the range of the potential window (composite potential window) of the laminated body in which the first solid electrolyte and the second solid electrolyte are combined.
【0040】[0040]
【表1】
第1の固体電解質 第2の固体電解質 複合電位窓 インヒ゜ータ゛ンス
の高分子 の高分子 (V vs.Li/Li+ ) (ohm)
実施例1 ホ゜リ-β-フ゜ロヒ゜オラクトン ホ゜リエチレンオキシト゛ 0.2〜5.0 1000
実施例2 ホ゜リ-β-フ゜ロヒ゜オラクトン ホ゜リフ゜ロヒ゜レンオキシト゛ 0.4〜5.0 1300
比較例1 ホ゜リフ゜ロヒ゜レンオキシト゛ ホ゜リフ゜ロヒ゜レンオキシト゛ 0.4〜4.0 1400
比較例2 ホ゜リ-β-フ゜ロヒ゜オラクトン ホ゜リ-β-フ゜ロヒ゜オラクトン 1.0〜5.0 2900
評価
実施例1、2及び比較例1、2の全固体型一次電池につ
いて、セルインピーダンス及び放電特性を次のように測
定した。[Table 1] First Solid Electrolyte Second Solid Electrolyte Complex Potential Window Polymer of Impedance Polymer (V vs. Li / Li + ) (ohm) Example 1 Poly-β-fluoroiolactone Polyethylene oxide 0.2-5.0 1000 Example 2 Poly-β-fluoro-iolactone 0.4-5.0 1300 Comparative Example 1 Poly-propylene oxide O-poly 0.4-4.0 1400 Comparative example 2 Poly-β-fluoro-iolactone 1.0-5.0 1-5.0 Cell impedance and discharge characteristics of the all-solid-state primary batteries of Evaluation Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 and 2 were measured as follows.
【0041】( i)セルインピーダンス
作製直後の各電池について、固体電解質の分解の程度を
検討するために交流インピーダンス法によりセルインピ
ーダンスを測定した。この結果を表1に示す。この結果
から、実施例の電池では作製直後のセルインピーダンス
が比較例の電池に比して低く抑えられていることがわか
る。(I) The cell impedance of each battery immediately after preparation was measured by the AC impedance method in order to examine the degree of decomposition of the solid electrolyte. The results are shown in Table 1. From these results, it can be seen that the cell impedance of the battery of the example immediately after fabrication is suppressed lower than that of the battery of the comparative example.
【0042】セルインピーダンス測定後、各電池を解体
し、目視観察したところ、全ての電池において固体電解
質が白濁していることが認められたが、白濁の程度は、
実施例1、2の電池は比較例1、2の電池に比して極め
て小さかった。After measuring the cell impedance, each battery was disassembled and visually observed, and it was found that the solid electrolyte was clouded in all the batteries, but the degree of cloudiness was
The batteries of Examples 1 and 2 were extremely smaller than the batteries of Comparative Examples 1 and 2.
【0043】このような白濁は、電極と接した固体電解
質の分解によると考えられる。したがって、実施例の電
池において固体電解質の白濁の程度が小さかったのは、
その電位窓が電極の電位に対して十分に広かったため、
分解反応がほとんど進行しなかったためと考えられる。It is considered that such white turbidity is caused by the decomposition of the solid electrolyte in contact with the electrode. Therefore, the degree of white turbidity of the solid electrolyte in the battery of the example was small,
Because the potential window was wide enough for the electrode potential,
This is probably because the decomposition reaction hardly proceeded.
【0044】(ii)放電特性
各電池について、30μAの定電流放電を電池電圧が1
Vになるまで行い、それぞれの放電容量と電池電圧との
関係を求めた。この結果を図5に示す。(Ii) Discharge characteristics For each battery, a constant current discharge of 30 μA was applied and the battery voltage was 1
It carried out until it became V, and calculated | required the relationship between each discharge capacity and battery voltage. The result is shown in FIG.
【0045】図5から、実施例1、2の電池は比較例
1、2の電池よりも放電容量が大きいことがわかる。ま
た、放電容量の大きさの順序は、表1に示した電位窓の
広さの順序と一致しており、また、上記セルインピーダ
ンスの小ささの順序とも一致している。したがって、こ
のことからも、固体電解質が電極と接触することによる
固体電解質の分解が電池の内部抵抗を増大させ、放電容
量の減少を引き起こしていること、よって、本発明のよ
うに電極に接触させる固体電解質の電位窓を電極の電位
に比して十分に広くとることにより、電池の内部抵抗を
低減させ、放電容量を増加させられることがわかる。From FIG. 5, it can be seen that the batteries of Examples 1 and 2 have a larger discharge capacity than the batteries of Comparative Examples 1 and 2. Further, the order of magnitude of the discharge capacity matches the order of the width of the potential window shown in Table 1, and also the order of the small cell impedance. Therefore, also from this fact, the decomposition of the solid electrolyte due to the contact of the solid electrolyte with the electrode increases the internal resistance of the battery and causes the decrease of the discharge capacity, and thus the electrode is contacted as in the present invention. It can be seen that the internal resistance of the battery can be reduced and the discharge capacity can be increased by making the potential window of the solid electrolyte sufficiently wider than the potential of the electrode.
【0046】実施例3[リチウム二次電池の作製]
まず、正極を次のようにして作製した。市販の炭酸リチ
ウムと炭酸コバルトとを組成比Li/Co=1:1とな
るように混合し、空気中900℃で5時間焼成し、リチ
ウム・コバルト複合酸化物を得た。得られたリチウム・
コバルト複合酸化物を正極活物質として91重量部、導
電剤として黒鉛6重量部、結着剤としてポリフッ化ビニ
リデン3重量部を混合し、さらにN−メチル−2−ピロ
リドンで混練してペースト状した。そしてこれを1×1
cmのアルミニウム板の片面に塗布(厚さ50μm)
し、板状の正極を得た。Example 3 [Preparation of lithium secondary battery] First, a positive electrode was prepared as follows. Commercially available lithium carbonate and cobalt carbonate were mixed so that the composition ratio was Li / Co = 1: 1, and the mixture was baked in air at 900 ° C. for 5 hours to obtain a lithium-cobalt composite oxide. Lithium obtained
91 parts by weight of cobalt composite oxide as a positive electrode active material, 6 parts by weight of graphite as a conductive agent, and 3 parts by weight of polyvinylidene fluoride as a binder were mixed and further kneaded with N-methyl-2-pyrrolidone to form a paste. . And this 1 × 1
cm aluminum plate coated on one side (thickness 50 μm)
Then, a plate-shaped positive electrode was obtained.
【0047】次に、分子量100000程度のポリ−β
−プロピオラクトン90重量部と過塩素酸リチウム10
重量部とをジメチルホルムアミド中で混合してペースト
状とし、これを上記の正極の上に約50μmの厚さで塗
布することにより正極上に第1の固体電解質を成膜し
た。Next, poly-β having a molecular weight of about 100,000 is used.
-90 parts by weight of propiolactone and 10 parts of lithium perchlorate
Part by weight was mixed with dimethylformamide to form a paste, which was applied to the above positive electrode to a thickness of about 50 μm to form a first solid electrolyte film on the positive electrode.
【0048】一方、負極を次のようにして作製した。粉
砕したピッチコース90重量部と、結着剤としてポリフ
ッ化ビニリデン10重量部とを混合し、さらにN−メチ
ル−2−ピロリドンで混練してペースト状した。そして
これを1×1cmの銅板の片面に塗布(厚さ50μm)
し、板状の負極を得た。On the other hand, a negative electrode was prepared as follows. 90 parts by weight of crushed pitch course and 10 parts by weight of polyvinylidene fluoride as a binder were mixed and further kneaded with N-methyl-2-pyrrolidone to form a paste. Then, apply this to one side of a 1 × 1 cm copper plate (thickness 50 μm)
Then, a plate-shaped negative electrode was obtained.
【0049】次いで、分子量100000程度のポリエ
チレンオキシド90重量部と過塩素酸リチウム10重量
部とをジメチルホルムアミド中で混合してペースト状と
し、これを負極の上に約50μmの厚さで塗布すること
により負極上に第2の固体電解質を成膜した。Next, 90 parts by weight of polyethylene oxide having a molecular weight of about 100,000 and 10 parts by weight of lithium perchlorate are mixed in dimethylformamide to form a paste, which is applied on the negative electrode to a thickness of about 50 μm. Thus, a second solid electrolyte was formed on the negative electrode.
【0050】その後、正極上に成膜した第1の固体電解
質1と、負極上に成膜した第2の固体電解質2とをはり
合わせ、60℃で24時間保持し、界面の高分子鎖を熱
拡散させることにより両者を接合し、全固体型二次電池
を作製した。Thereafter, the first solid electrolyte 1 formed on the positive electrode and the second solid electrolyte 2 formed on the negative electrode were laminated and held at 60 ° C. for 24 hours to remove the polymer chains at the interface. Both were joined by thermal diffusion, and the all-solid-state secondary battery was produced.
【0051】実施例4、比較例3及び比較例4
第1の固体電解質及び第2の固体電解質を形成するにあ
たり、表2の高分子を使用する以外は実施例3を繰り返
し、全固体型二次電池を作製した。Example 4, Comparative Example 3 and Comparative Example 4 In forming the first solid electrolyte and the second solid electrolyte, Example 3 was repeated except that the polymers shown in Table 2 were used. A secondary battery was produced.
【0052】[0052]
【表2】
第1の固体 第2の固体 充電容量 放電容量 インヒ゜ータ゛ンス
電解質の高分子 電解質の高分子 (mAh) (mAh) (ohm)
実施例3 ホ゜リ-β-フ゜ロヒ゜オラクトン ホ゜リエチレンオキシト゛ 1.05 0.90 1000
実施例4 ホ゜リ-β-フ゜ロヒ゜オラクトン ホ゜リフ゜ロヒ゜レンオキシト゛ 1.10 0.80 1100
比較例3 ホ゜リフ゜ロヒ゜レンオキシト゛ ホ゜リフ゜ロヒ゜レンオキシト゛ 1.30 0.50 5000
比較例4 ホ゜リ-β-フ゜ロヒ゜オラクトン ホ゜リ-β-フ゜ロヒ゜オラクトン 1.60 0.30 6000
評価
実施例3、4及び比較例3、4の全固体型二次電池につ
いて、充放電特性(充電容量と放電容量)を以下のよう
に測定し、さらにセルインピーダンスを実施例1と同様
にして測定した。これらの結果を表2に示す。[Table 2] First solid Second solid Charge capacity Discharge capacity Impedance Electrolyte polymer Electrolyte polymer (mAh) (mAh) (ohm) Example 3 Poly-β-Propylolactone Polyethylene oxide 1.05 0.90 1000 Example 4 Poly- β-Propolyoline lactone 1.10 0.80 1100 Comparative Example 3 Polyproloxylene Oxide Polypropylene Oxido 1.30 0.50 5000 Comparative Example 4 Poly-β-Proploolactone 1.60 0.30 6000 The charge / discharge characteristics (charge capacity and discharge capacity) of the all-solid-state secondary batteries of Evaluation Examples 3 and 4 and Comparative Examples 3 and 4 were measured as follows, and the cell impedance was the same as in Example 1. It was measured. The results are shown in Table 2.
【0053】充放電特性の測定方法:作製直後の電池は
放電状態であるため、まず、各電池について、30μA
の定電流充電及びそれに引き続く定電圧充電により4.
2Vまで充電し、次いで30μAの定電流放電を電池電
圧が2.5Vになるまで行い、この場合の充電容量及び
放電容量を求めた。Method for measuring charge / discharge characteristics: Since the batteries immediately after fabrication were in a discharged state, first, 30 μA was measured for each battery.
3. By constant current charging and subsequent constant voltage charging.
The battery was charged to 2V and then discharged at a constant current of 30 μA until the battery voltage reached 2.5V, and the charge capacity and discharge capacity in this case were determined.
【0054】表2から、実施例3、4の電池は、比較例
3、4の電池よりも小さな充電容量で大きな放電容量を
示したことがわかる。また、セルインピーダンスについ
ても、実施例3、4の電池は比較例3、4の電池よりも
小さく優れた電池特性を有していることがわかる。From Table 2, it can be seen that the batteries of Examples 3 and 4 exhibited a large discharge capacity with a smaller charge capacity than the batteries of Comparative Examples 3 and 4. Also, regarding the cell impedance, the batteries of Examples 3 and 4 are smaller than the batteries of Comparative Examples 3 and 4 and have excellent battery characteristics.
【0055】さらに、充放電特性とセルインピーダンス
を測定した後、各電池を解体し、目視観察したところ、
比較例3、4の電池では固体電解質が白濁しているのが
認められたが、実施例3、4には固体電解質の変色は認
められなかった。Further, after measuring the charge / discharge characteristics and cell impedance, each battery was disassembled and visually observed.
In the batteries of Comparative Examples 3 and 4, the solid electrolyte was observed to be cloudy, but in Examples 3 and 4, discoloration of the solid electrolyte was not observed.
【0056】これらのことから、比較例3、4の電池で
は、充電電流の一部が固体電解質の分解反応に費やさ
れ、それにより電極界面に皮膜が形成され、内部抵抗が
増加し、放電容量も低下したが、実施例3、4の電池で
は電極界面における固体電解質の分解反応がほとんど進
行せず、それ故に内部抵抗が低く、放電容量も大きかっ
たと考えられる。From the above, in the batteries of Comparative Examples 3 and 4, a part of the charging current was spent on the decomposition reaction of the solid electrolyte, whereby a film was formed at the electrode interface, the internal resistance increased, and the discharge Although the capacity also decreased, it is considered that in the batteries of Examples 3 and 4, the decomposition reaction of the solid electrolyte at the electrode interface hardly proceeded, and therefore the internal resistance was low and the discharge capacity was large.
【0057】[0057]
【発明の効果】本発明によれば、過電圧も含めた広い電
位範囲において、固体電解質の電極界面における分解が
大きく防止され、内部抵抗が小さく、放電容量の極めて
大きい良好な電池特性を有する固体型電池を得ることが
できる。According to the present invention, in a wide potential range including overvoltage, decomposition of the solid electrolyte at the electrode interface is largely prevented, the internal resistance is small, and the discharge capacity is extremely large. You can get a battery.
【図1】本発明の固体型電池における、第1の固体電解
質及び第2の固体電解質の電位窓と電極の電位範囲との
関係図である。FIG. 1 is a diagram showing a relationship between a potential window of a first solid electrolyte and a second solid electrolyte and a potential range of electrodes in a solid-state battery of the present invention.
【図2】従来の固体型電池における固体電解質の電位窓
と電極の電位範囲との関係図である。FIG. 2 is a relationship diagram between a potential window of a solid electrolyte and a potential range of electrodes in a conventional solid-state battery.
【図3】リチウムイオン二次電池の充放電過程における
電極の電位変化を示した図である。FIG. 3 is a diagram showing a potential change of an electrode during a charge / discharge process of a lithium ion secondary battery.
【図4】実施例の電池の電極と固体電解質の積層体の断
面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view of a laminate of an electrode and a solid electrolyte of a battery of an example.
【図5】実施例及び比較例の電池の放電容量と電池電圧
との関係図である。FIG. 5 is a relationship diagram between the discharge capacity and the battery voltage of the batteries of Examples and Comparative Examples.
1 第1の固体電解質 2 第2の固体電解質 3 正極 4 負極 1 First solid electrolyte 2 Second solid electrolyte 3 positive electrode 4 Negative electrode
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平4−115472(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01M 6/18 H01M 10/40 Continuation of front page (56) Reference JP-A-4-115472 (JP, A) (58) Fields investigated (Int.Cl. 7 , DB name) H01M 6/18 H01M 10/40
Claims (9)
電解質からなる固体型電池において、固体電解質が少な
くとも正極に接する第1の固体電解質と負極に接する第
2の固体電解質との積層体からなり、該第1の固体電解
質は第2の固体電解質に対して電位窓が貴な方向に広
く、第2の固体電解質は第1の固体電解質に対して電位
窓が卑な方向に広く、正極と負極で充放電に関与するイ
オンがリチウムイオンであることを特徴とする固体型電
池。1. A solid-state battery comprising a positive electrode, a negative electrode, and a solid electrolyte provided between both electrodes, wherein a solid electrolyte is a laminate of at least a first solid electrolyte in contact with the positive electrode and a second solid electrolyte in contact with the negative electrode. The first solid electrolyte has a wide potential window in the noble direction relative to the second solid electrolyte, and the second solid electrolyte has a wide potential window in the noble direction relative to the first solid electrolyte. A solid-state battery characterized in that the ions involved in charging and discharging in the negative electrode are lithium ions .
リチウムもしくはリチウムイオンをドープ、脱ドープで
きる炭素質材料を含んでなる、一次電池である請求項1
記載の固体型電池。2. The primary battery, wherein the negative electrode comprises a lithium metal, a lithium alloy, or a carbonaceous material that can be doped or dedoped with lithium or lithium ions.
The solid-state battery described.
リチウムもしくはリチウムイオンをドープ、脱ドープで
きる炭素質材料を含んでなる、二次電池である請求項1
記載の固体型電池。3. The secondary battery, wherein the negative electrode comprises a lithium metal, a lithium alloy, or a carbonaceous material that can be doped or dedoped with lithium or lithium ions.
The solid-state battery described.
電解質からなる固体型電池において、固体電解質が少な
くとも正極に接する第1の固体電解質と負極に接する第
2の固体電解質の積層体からなり、該第1の固体電解質
は第2の固体電解質に対して電位窓が貴な方向に広く、
第2の固体電解質は第1の固体電解質に対して電位窓が
卑な方向に広く、該第1の固体電解質がエステル系高分
子固体電解質であることを特徴とする固体型電池。4. A solid-state battery comprising a positive electrode, a negative electrode, and a solid electrolyte provided between both electrodes, wherein the solid electrolyte comprises a laminate of at least a first solid electrolyte in contact with the positive electrode and a second solid electrolyte in contact with the negative electrode. , The first solid electrolyte has a wider potential window in the noble direction than the second solid electrolyte,
A solid-state battery, wherein the second solid electrolyte has a wider potential window in the base direction than the first solid electrolyte, and the first solid electrolyte is an ester-based polymer solid electrolyte.
高分子固体電解質がポリ−β−プロピオラクトンを含有
する請求項4記載の固体型電池。5. The solid-state battery according to claim 4, wherein the ester-based polymer solid electrolyte forming the first solid electrolyte contains poly-β-propiolactone.
電解質からなる固体型電池において、固体電解質が少な
くとも正極に接する第1の固体電解質と負極に接する第
2の固体電解質の積層体からなり、該第1の固体電解質
は第2の固体電解質に対して電位窓が貴な方向に広く、
第2の固体電解質は第1の固体電解質に対して電位窓が
卑な方向に広く、該第2の固体電解質がエーテル系高分
子固体電解質であることを特徴とする固体型電池。6. A solid-state battery comprising a positive electrode, a negative electrode, and a solid electrolyte provided between both electrodes, wherein the solid electrolyte comprises a laminate of at least a first solid electrolyte in contact with the positive electrode and a second solid electrolyte in contact with the negative electrode. , The first solid electrolyte has a wider potential window in the noble direction than the second solid electrolyte,
A solid-state battery, wherein the second solid electrolyte has a wider potential window in the base direction than the first solid electrolyte, and the second solid electrolyte is an ether polymer solid electrolyte.
高分子固体電解質が、ポリエチレンオキサイドを含有す
る請求項6記載の固体型電池。7. The solid-state battery according to claim 6 , wherein the ether polymer solid electrolyte forming the second solid electrolyte contains polyethylene oxide.
電解質からなる固体型電池において、固体電解質が少な
くとも正極に接する第1の固体電解質と負極に接する第
2の固体電解質の積層体からなり、該第1の固体電解質
は第2の固体電解質に対して電位窓が貴な方向に広く、
第2の固体電解質は第1の固体電解質に対して電位窓が
卑な方向に広く、該第1の固体電解質がエステル系高分
子固体電解質であり、第2の固体電解質がエーテル系高
分子固体電解質であることを特徴とする固体型電池。8. A solid-state battery comprising a positive electrode, a negative electrode, and a solid electrolyte provided between both electrodes, wherein the solid electrolyte comprises a laminate of at least a first solid electrolyte in contact with the positive electrode and a second solid electrolyte in contact with the negative electrode. , The first solid electrolyte has a wider potential window in the noble direction than the second solid electrolyte,
The second solid electrolyte has a wider potential window in the base direction than the first solid electrolyte, the first solid electrolyte is an ester-based polymer solid electrolyte, and the second solid electrolyte is an ether-based polymer solid. A solid-state battery characterized by being an electrolyte.
高分子固体電解質がポリ−β−プロピオラクトンを含有
し、第2の固体電解質を形成するエーテル系高分子固体
電解質がポリエチレンオキサイドを含有する請求項8記
載の固体型電池。9. The ester-based polymer solid electrolyte forming the first solid electrolyte contains poly-β-propiolactone, and the ether-based polymer solid electrolyte forming the second solid electrolyte contains polyethylene oxide. The solid-state battery according to claim 8 .
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