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JP2002042863A - Thin-film solid-state lithium-ion secondary battery - Google Patents

Thin-film solid-state lithium-ion secondary battery

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Publication number
JP2002042863A
JP2002042863A JP2000229342A JP2000229342A JP2002042863A JP 2002042863 A JP2002042863 A JP 2002042863A JP 2000229342 A JP2000229342 A JP 2000229342A JP 2000229342 A JP2000229342 A JP 2000229342A JP 2002042863 A JP2002042863 A JP 2002042863A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
secondary battery
ion secondary
thin
film
cell
Prior art date
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Application number
JP2000229342A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP3531866B2 (en
Inventor
Mamoru Baba
守 馬場
Naoaki Kumagai
直昭 熊谷
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Japan Science and Technology Agency
Original Assignee
Japan Science and Technology Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Japan Science and Technology Corp filed Critical Japan Science and Technology Corp
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Publication of JP2002042863A publication Critical patent/JP2002042863A/en
Priority to JP2003071320A priority patent/JP4437890B2/en
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    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10FINORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
    • H10F77/00Constructional details of devices covered by this subclass
    • H10F77/90Energy storage means directly associated or integrated with photovoltaic cells, e.g. capacitors integrated with photovoltaic cells
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/547Monocrystalline silicon PV cells
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

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  • Secondary Cells (AREA)
  • Photovoltaic Devices (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
  • Sealing Battery Cases Or Jackets (AREA)
  • Connection Of Batteries Or Terminals (AREA)
  • Hybrid Cells (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 軽量化された高い容量の実用的な全固体の積
層型薄膜固体二次電池および太陽電池との複合型の薄膜
固体二次電池の開発。 【構成】 薄膜固体リチウムイオン二次電池セルを2層
以上積層したことを特徴とする積層型薄膜固体リチウム
イオン二次電池。単一の導電性層を共通電極膜として上
層セルと下層セルとの間に介在させて積層する。また
は、上層セルと下層セルのそれぞれの電極膜の間に絶縁
膜を介在させて積層する。または、上層セルと下層セル
のそれぞれの基板を介在させて積層する。さらに、透明
基板上に形成されたシリコン太陽電池に絶縁層を介して
薄膜固体リチウムイオン二次電池セルが積層されて複合
されているか、基板上に形成された薄膜固体リチウムイ
オ二次電池セルに絶縁層を介してシリコン太陽電池が積
層されて複合されている太陽電池複合型薄膜固体リチウ
ムイオン二次電池または薄膜固体リチウムイオン二次電
池セルとシリコン太陽電池が一つの基板上または分離し
た基板上に別々に形成されて複合されている太陽電池複
合型薄膜固体リチウムイオン二次電池。
[PROBLEMS] To develop a lightweight, high-capacity, practical, all-solid-state laminated thin-film solid-state secondary battery and a composite thin-film solid-state secondary battery with a solar cell. The present invention provides a laminated thin-film solid lithium ion secondary battery comprising two or more thin-film solid lithium ion secondary battery cells. A single conductive layer is laminated as a common electrode film between the upper cell and the lower cell. Alternatively, lamination is performed with an insulating film interposed between the respective electrode films of the upper cell and the lower cell. Alternatively, the layers are stacked with the respective substrates of the upper cell and the lower cell interposed therebetween. Furthermore, a thin-film solid lithium-ion secondary battery cell is laminated on a silicon solar cell formed on a transparent substrate via an insulating layer, and the thin-film solid lithium-ion secondary battery cell formed on the substrate is combined. A solar cell composite thin-film solid lithium-ion secondary battery or a thin-film solid lithium-ion secondary battery cell and a silicon solar cell on a single substrate or on a separated substrate in which silicon solar cells are stacked and combined via an insulating layer Solar cell composite thin-film solid lithium-ion secondary battery formed separately and composited with a solar cell.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、薄膜固体二次電池
セルを2層以上積層した積層型薄膜固体リチウムイオン
二次電池および薄膜固体二次電池セルとシリコン太陽電
池とを積層などにより複合した複合型薄膜固体リチウム
イオン二次電池に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a laminated thin-film solid-state lithium-ion secondary battery in which two or more thin-film solid-state secondary battery cells are laminated, and a composite of a thin-film solid-state secondary battery cell and a silicon solar battery by lamination. The present invention relates to a composite thin film solid lithium ion secondary battery.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、リチウムイオン二次電池の正極材
料としては、リチウムイオンの吸蔵・放出が可能なLi
CoO2 ,LiNiO2 ,LiMn2 2 ,LiMnO
2 ,LiM1x M2y z (M1,M2は遷移金属であ
り、x,y,zは任意の実数)などで表されるリチウム
遷移金属化合物が使用されている。
2. Description of the Related Art Conventionally, as a positive electrode material of a lithium ion secondary battery, Li capable of inserting and extracting lithium ions has
CoO 2 , LiNiO 2 , LiMn 2 O 2 , LiMnO
2, LiM1 x M2 y O z (M1, M2 is a transition metal, x, y, z are arbitrary real number) lithium transition metal compound is used represented by like.

【0003】また、負極材料としては、リチウムイオン
の吸蔵・放出が可能な黒鉛、コークス、高分子焼成体な
どの炭素材料、金属リチウム、リチウムと他の金属との
合金、TiO2 ,Nb2 5 ,SnO2 ,Fe2 3
SiO2 などの金属酸化物、金属硫化物などが使用され
る。
Examples of the negative electrode material include graphite capable of absorbing and releasing lithium ions, carbon materials such as coke and polymer fired bodies, metallic lithium, alloys of lithium and other metals, TiO 2 and Nb 2 O. 5 , SnO 2 , Fe 2 O 3 ,
Metal oxides such as SiO 2 and metal sulfides are used.

【0004】また、固体電解質としては、ポリエチレン
オキシド、ポリプロピレンオキシド、ポリエチレンオキ
シド誘導体などの高分子材料中にLiPF6 ,LiCl
4などのリチウム塩からなる溶質を含有させたもの
や、この溶質を有機溶媒に溶解させた非水電解液を含浸
させたゲル状のものや、Li2 S、Li3 PO4 −Nな
どの無機固体電解質が知られている。
As a solid electrolyte, a polymer material such as polyethylene oxide, polypropylene oxide, or polyethylene oxide derivative contains LiPF 6 , LiCl
A material containing a solute composed of a lithium salt such as O 4, a gel-like material impregnated with a non-aqueous electrolyte in which the solute is dissolved in an organic solvent, Li 2 S, Li 3 PO 4 —N, etc. Are known.

【0005】最近、固体リチウム二次電池やリチウム金
属を用いない二次電池の研究に大きな関心が持たれ、報
告されている。このようなロッキングチェアタイプの二
次電池を半導体基板を支持基板とした薄膜電極と固体電
解液のみで構成することが知られている(特開平10−
284130号公報)。
[0005] Recently, there has been a great deal of interest in studies of solid lithium secondary batteries and secondary batteries that do not use lithium metal, which have been reported. It is known that such a rocking chair type secondary battery is composed of only a thin film electrode using a semiconductor substrate as a support substrate and a solid electrolyte (Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-1998).
284130).

【0006】また、このようなロッキングチェアタイプ
の固体電解質二次電池と太陽電池とを向かい合わせて組
み合わせてなる太陽電池一体型二次電池において、複数
の薄膜太陽電池素子を直列接続して太陽電池モジュール
と同一基板上に多数直列接続した固体薄膜二次電池が並
列接続され、外部に端子を露出して一体に封止された住
宅屋上設置などに適する光電変換装置(特開平8−33
0616公報)や導電面を有する太陽電池の背向電極を
二次電池における正極または負極の外装体として共通利
用して電池厚みを薄くした時計用などに適する二次電池
が知られている(特開平11−74002号公報)。
In a solar cell integrated type secondary battery in which such a rocking chair type solid electrolyte secondary battery and a solar cell are combined face to face, a plurality of thin film solar cell elements are connected in series to form a solar cell. A photoelectric conversion device suitable for installation on a house roof or the like, in which a large number of solid-state thin-film rechargeable batteries connected in series on the same substrate as the module are connected in parallel, and the terminals are exposed to the outside and integrally sealed.
No. 0616) and a secondary battery suitable for watches and the like, in which the thickness of the battery is reduced by using the back-facing electrode of a solar cell having a conductive surface in common as the outer package of the positive electrode or the negative electrode of the secondary battery. JP-A-11-74002).

【0007】本発明者は、先に、負極にアルカリ金属ま
たはアルカリ金属合金を用い、電解質に固体電解質を用
いた二次電池において、金属基板またはシリコン基板上
に正極活物質として5酸化ニオブ膜の高配向性薄膜また
は5酸化ニオブ膜を予めリチウム化した高配向性薄膜を
用いることにより電池を薄型化および小型化でき、しか
も、充放電容量が増大し、優れた充放電特性を示すこと
を見出した(特開平7−142054号公報)。また、
予め、リチウムを含ませたV2 5 ,Nb2 5 ,WO
3 ,またはMoO3 を負極活物質とすることによって、
電池の薄型化、軽量化が可能になるとともに、充放電特
性に優れることを見出した(特開平8−241707号
公報)。
The inventor of the present invention has previously made the negative electrode an alkali metal or the like.
Or an alkali metal alloy and a solid electrolyte
Rechargeable battery on a metal or silicon substrate
In addition, a highly oriented thin film of niobium pentoxide film as a cathode active material or
Is a highly oriented thin film obtained by preliminarily lithiating a niobium pentoxide film.
By using it, the battery can be made thinner and smaller,
Also increase the charge / discharge capacity and show excellent charge / discharge characteristics
(Japanese Unexamined Patent Publication (Kokai) No. 7-142054). Also,
V containing lithium in advanceTwoOFive, NbTwoO Five, WO
Three, Or MoOThreeBy using as a negative electrode active material,
It is possible to make batteries thinner and lighter,
(JP-A-8-241707)
Gazette).

【0008】さらに、正極および負極の両方にV2 5
を用いた全固体リチウムイオン二次電池を開発し、報告
した(Electrochemical and Solid-State Letters,2(7)3
20-322,1999)。この二次電池は、開放端子電圧3.5〜
3.6V、10μAh/cm 2で1.0Vまで放電した
とき、約6μAh/cm2 の放電容量を有する。また、
350サイクル以上および0.079V/月の比較的良
好なサイクル特性と自己放電性能を示した。
Furthermore, V is applied to both the positive and negative electrodes.TwoOFive
Developed and reported an all-solid lithium-ion secondary battery using
(Electrochemical and Solid-State Letters, 2 (7) 3
20-322, 1999). This secondary battery has an open terminal voltage of 3.5 to
3.6 V, 10 μAh / cm TwoAnd discharged to 1.0V
When about 6μAh / cmTwoWith a discharge capacity of Also,
Relatively good over 350 cycles and 0.079V / month
It showed good cycle characteristics and self-discharge performance.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】コンパクトで、高い信
頼性を有し、それゆえに、種々の形態の携帯電子機器に
広範に使用されるさらに軽量化された薄膜固体二次電池
や、充電操作を不要とするメンテナンスフリーで高い容
量の実用的な全固体の薄膜固体二次電池の開発が課題と
なっている。
SUMMARY OF THE INVENTION A compact and highly reliable thin-film solid-state secondary battery widely used in various forms of portable electronic devices, and a light-weight thin-film solid-state secondary battery. The development of a maintenance-free, high-capacity practical all-solid-state thin-film solid-state secondary battery that is unnecessary is an issue.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】本発明者は、正極および
負極にV2 5 を用いた全固体リチウムイオン二次電池
の優れた特性に着目し、これを発展させて、積層型全固
体リチウムイオン二次電池を開発するとともに、全固体
リチウムイオン二次電池とシリコン太陽電池の複合化に
よるメンテナンスフリーで高い容量の実用的な全固体の
太陽電池複合型薄膜固体リチウムイオン二次電池の開発
に成功した。
The present inventors have focused on the excellent characteristics of an all solid lithium ion secondary battery using V 2 O 5 for the positive electrode and the negative electrode, In addition to developing lithium-ion secondary batteries, develop a maintenance-free, high-capacity practical all-solid-state solar cell composite thin-film solid-state lithium-ion secondary battery by combining all-solid-state lithium-ion secondary batteries and silicon solar cells succeeded in.

【0011】すなわち、本発明は、薄膜固体リチウムイ
オン二次電池セルを2層以上積層したことを特徴とする
積層型薄膜固体リチウムイオン二次電池である。
That is, the present invention is a stacked thin-film solid-state lithium-ion secondary battery characterized in that two or more thin-film solid-state lithium-ion secondary battery cells are stacked.

【0012】また、本発明は、薄膜固体リチウムイオン
二次電池セルが単一の導電性層を共通電極膜として上層
セルと下層セルとの間に介在させて積層され、最下層の
薄膜固体リチウムイオン二次電池セルは基板表面に形成
された電極膜上に形成され、最上層の薄膜固体リチウム
イオン二次電池セルは表面に形成された電極膜を有して
いることを特徴とする上記の積層型薄膜固体リチウムイ
オン二次電池である。
Further, the present invention provides a thin-film solid lithium ion secondary battery cell in which a single conductive layer is laminated as a common electrode film between an upper cell and a lower cell, and The ion secondary battery cell is formed on an electrode film formed on a substrate surface, and the uppermost thin-film solid lithium ion secondary battery cell has an electrode film formed on the surface. It is a laminated thin film solid lithium ion secondary battery.

【0013】また、本発明は、共通電極膜が絶縁層によ
って挟まれていることを特徴とする上記の積層型薄膜固
体リチウムイオン二次電池である。
Further, the present invention is the above-mentioned laminated thin-film solid lithium ion secondary battery, wherein the common electrode film is sandwiched between insulating layers.

【0014】また、本発明は、薄膜固体リチウムイオン
二次電池セルが上層セルと下層セルのそれぞれの電極膜
の間に絶縁膜を介在させて積層され、最下層の薄膜固体
リチウムイオン二次電池セルは基板表面に形成された電
極膜上に形成され、最上層の薄膜固体リチウムイオン二
次電池セルは表面に形成された電極膜を有していること
を特徴とする上記の積層型薄膜固体リチウムイオン二次
電池である。
Further, according to the present invention, a thin-film solid lithium ion secondary battery cell is laminated with an insulating film interposed between the respective electrode films of the upper cell and the lower cell, and the lowermost thin film solid lithium ion secondary battery is provided. The cell is formed on an electrode film formed on the substrate surface, and the thin film solid lithium ion secondary battery cell of the uppermost layer has an electrode film formed on the surface. It is a lithium ion secondary battery.

【0015】また、本発明は、薄膜固体リチウムイオン
二次電池セルが上層セルと下層セルのそれぞれの基板を
介在させて積層され、それぞれの薄膜固体リチウムイオ
ン二次電池セルは基板表面に形成された電極膜上に形成
され、かつ表面に形成された電極膜を有していることを
特徴とする上記の積層型薄膜固体リチウムイオン二次電
池である。
Further, according to the present invention, a thin-film solid lithium ion secondary battery cell is laminated with an upper cell and a lower cell interposed therebetween, and each thin-film solid lithium ion secondary battery cell is formed on the substrate surface. The laminated thin-film solid lithium-ion secondary battery described above, further comprising an electrode film formed on the electrode film and formed on the surface.

【0016】また、本発明は、正極活物質と負極活物質
の組み合わせがLixMn2 4 (1≦x≦2)/V2
5 ,V2 5 /Lix 2 5 (0≦x≦4),Li
CoO2 /V2 5 LiNiO2 /V2 5 のいずれ
かであり、固体電解質が式Li3 PO4-y y (ただ
し、0<y<0.5)で示される窒素を含有するリン酸
リチウム塩であることを特徴とする上記の積層型薄膜固
体リチウムイオン二次電池である。
Further, according to the present invention, the combination of the positive electrode active material and the negative electrode active material is Li x Mn 2 O 4 (1 ≦ x ≦ 2) / V 2
O 5 , V 2 O 5 / Li x V 2 O 5 (0 ≦ x ≦ 4), Li
CoO 2 / V 2 O 5 , LiNiO 2 / V 2 O 5 , and the solid electrolyte is a nitrogen-containing lithium phosphate salt represented by the formula Li 3 PO 4-y N y (where 0 <y <0.5). The stacked thin-film solid lithium ion secondary battery described above.

【0017】また、本発明は、少なくとも一つの電極膜
の材料はバナジウム金属であることを特徴とする上記の
薄膜固体リチウムイオン二次電池である。
The present invention also provides the above-mentioned thin-film solid lithium ion secondary battery, wherein the material of at least one electrode film is vanadium metal.

【0018】また、本発明は、Liイオンをウエット法
またはドライ法によってV2 5 に挿入したLix2
5 (0≦x≦4)を負極活物質として使用することを
特徴とする上記の薄膜固体リチウムイオン二次電池であ
る。
The present invention also relates to Li x V 2 in which Li ions are inserted into V 2 O 5 by a wet method or a dry method.
The thin-film solid lithium ion secondary battery according to the above, wherein O 5 (0 ≦ x ≦ 4) is used as the negative electrode active material.

【0019】さらに、本発明は、透明基板上に形成され
たシリコン太陽電池に絶縁層を介して薄膜固体リチウム
イオン二次電池セルが積層されて複合されているか、基
板上に形成された薄膜固体リチウムイオン二次電池セル
に絶縁層を介してシリコン太陽電池が積層されて複合さ
れていることを特徴とする太陽電池複合型薄膜固体リチ
ウムイオン二次電池である。
Further, the present invention relates to a thin-film solid-state lithium ion secondary battery cell laminated on a silicon solar cell formed on a transparent substrate via an insulating layer, or a thin-film solid-state solid-state battery formed on a substrate. A solar cell composite type thin film solid lithium ion secondary battery characterized in that a silicon solar cell is laminated and combined with a lithium ion secondary battery cell via an insulating layer.

【0020】さらに、本発明は、薄膜固体リチウムイオ
ン二次電池セルとシリコン太陽電池が一つの基板上また
は分離した基板上に別々に形成されて複合されているこ
とを特徴とする太陽電池複合型薄膜固体リチウムイオン
二次電池である。
Further, the present invention provides a solar cell composite type wherein a thin-film solid lithium ion secondary battery cell and a silicon solar cell are separately formed on one substrate or separated substrates and then combined. It is a thin-film solid lithium ion secondary battery.

【0021】また、本発明は、薄膜固体リチウムイオン
二次電池セルは上記の積層型薄膜固体リチウムイオン二
次電池であることを特徴とする上記の太陽電池複合型薄
膜固体リチウムイオン二次電池である。
According to the present invention, there is further provided a solar cell composite-type thin film solid lithium ion secondary battery wherein the thin film solid lithium ion secondary battery cell is the above-mentioned laminated thin film solid lithium ion secondary battery. is there.

【0022】また、本発明は、薄膜固体リチウムイオン
二次電池セル層の大気に露出する表面が窒化珪素系膜で
絶縁被覆されていることを特徴とする上記の積層型薄膜
固体リチウムイオン二次電池または太陽電池複合型薄膜
固体リチウムイオン二次電池である。
The present invention also provides the above-mentioned laminated thin-film solid lithium ion secondary battery, wherein the surface of the thin-film solid lithium ion secondary battery cell layer exposed to the air is insulated and coated with a silicon nitride film. It is a battery or a solar cell composite thin film solid lithium ion secondary battery.

【0023】上記の従来の技術で記述した直列接続太陽
電池では、そもそも太陽電池の場合は、動作原理上積層
はできないので、同一基板上に敷き並べて直列配線した
ものや、二次電池を直列接続した例でも、同一基板に敷
き並べて直列配線している。これらは、固体薄膜二次電
池を実際に動作させていないことから積層という発想に
至っていない。
In the series-connected solar cells described in the above-mentioned prior art, since solar cells cannot be laminated in the first place because of the operating principle, they are laid out on the same substrate and arranged in series, or secondary cells are connected in series. Also in this example, they are laid out and wired in series on the same substrate. These have not led to the idea of lamination since the solid-state thin film secondary battery was not actually operated.

【0024】本発明は、単一の導電性層を共通電極膜と
して介在させて積層させることによって、薄膜固体二次
電池セルの積層化を実現し、これにより実用的な太陽電
池複合型薄膜固体リチウムイオン二次電池を得ることが
できた。このように、単一の導電性層を共通電極膜とし
て使用することによって、製作工程の簡略化も実現でき
る。
The present invention realizes lamination of a thin-film solid state secondary battery cell by laminating a single conductive layer as a common electrode film, thereby realizing a practical solar cell composite type thin-film solid state. A lithium ion secondary battery was obtained. As described above, by using a single conductive layer as the common electrode film, the manufacturing process can be simplified.

【0025】さらに、この積層型リチウムイオン二次電
池および積層型リチウムイオン二次電池を太陽電池と複
合化したリチウムイオン二次電池は、絶縁性保護膜とし
ての窒化ケイ素の適用および積層した薄膜セルに対する
リチウム挿入技術を確立することではじめて実用化が可
能となった。絶縁性保護膜としては、電子伝導およびイ
オン伝導の両方に対する電気伝導性および耐酸化性、耐
還元性雰囲気、および耐水性などの保護特性を持った膜
であればよいが、このような膜としてSiO2膜は不良
であり、これに対して窒化ケイ素膜が良好な特性を発揮
することを見出した。
Further, the laminated lithium ion secondary battery and the lithium ion secondary battery in which the laminated lithium ion secondary battery is combined with a solar cell are formed by applying silicon nitride as an insulating protective film and laminating a thin film cell. For the first time, commercialization was possible by establishing a lithium insertion technology. The insulating protective film may be any film having a protective property such as electrical conductivity and oxidation resistance, reduction resistance atmosphere, and water resistance for both electron conduction and ion conduction. It has been found that the SiO 2 film is defective, whereas the silicon nitride film exhibits good characteristics.

【0026】本発明における薄膜固体二次電池セルは、
正極活物質と負極活物質の組み合わせがLixMn2
4 (1≦x≦2)/V2 5 ,V2 5 /Lix 2
5 ,LiCoO2 /V2 5 LiNiO2 /V2 5
のいずれかとすることが好ましい。また、固体電解質と
しては、式Li3 PO4-y y で示される窒素を含有す
るリン酸リチウム塩が好ましい。Li3 PO4-y y
用いると、窒素添加により特にイオン伝導性を増加させ
ることができる。
The thin-film solid secondary battery cell according to the present invention comprises:
The combination of the positive electrode active material and the negative electrode active material is Li x Mn 2 O
4 (1 ≦ x ≦ 2) / V 2 O 5 , V 2 O 5 / Li x V 2 O
5 , LiCoO 2 / V 2 O 5 , LiNiO 2 / V 2 O 5
It is preferable to use any one of the following. As the solid electrolyte, a lithium phosphate salt containing nitrogen represented by the formula Li 3 PO 4-y N y is preferable. With Li 3 PO 4-y N y , in particular it can increase the ionic conductivity by addition of nitrogen.

【0027】全て酸化物および窒化物からなる薄膜固体
リチウムイオン二次電池は空気との相性がよく安定であ
る。V2 5 /Li3 PO4-y y /Lix 2
5 は、正負極材が同種類であるため製作プロセスが簡略
であるなどの利点を有する。ただし、水分には弱いが、
窒化珪素系膜は、Liイオンの離脱などから保護する保
護絶縁膜として最適である。
A thin-film solid lithium ion secondary battery composed entirely of oxides and nitrides has good compatibility with air and is stable. V 2 O 5 / Li 3 PO 4-y N y / Li x V 2 O
5 has the advantage that the production process is simple because the positive and negative electrode materials are of the same type. However, it is weak to moisture,
A silicon nitride-based film is most suitable as a protective insulating film for protecting Li ions from being released.

【0028】本発明に用いる薄膜固体二次電池セルは、
(1)素子の構造が固体であることから、固体(電子)
素子などに特有の高い信頼性と長寿命が期待できるこ
と、(2)薄膜であるため積層化が可能で、超小型軽量
化を実現できること、(3)金属リチウムを使用しない
リチウムイオンセルであることから安全性が高いこと、
(4)リチウムが電気化学的に最も卑なる金属であるた
め、高いエネルギー密度をもつこと、(5)二次電池で
あるため、繰り返しの使用が可能で、原理的には同一材
料を長期間使用でき、省資源に寄与できるものである。
The thin-film solid secondary battery cell used in the present invention comprises:
(1) Since the element structure is a solid, a solid (electron)
High reliability and long life can be expected, which are peculiar to devices, etc. (2) Ultra-small and light weight that can be laminated because it is a thin film. (3) Lithium ion cell that does not use lithium metal. High safety from
(4) Since lithium is the most electrochemically lowest metal, it has a high energy density. (5) Since it is a secondary battery, it can be used repeatedly. In principle, the same material can be used for a long time. It can be used and contributes to resource saving.

【0029】薄膜固体リチウムイオン二次電池と太陽電
池の実効面積は大きく異なり、積層型薄膜リチウムイオ
ン二次電池を実現してはじめて太陽電池複合型リチウム
イオン二次電池の特徴・メリットが発現し、逆に太陽電
池複合型リチウムイオン二次電池を実用的なものとする
には、積層型リチウムイオン二次電池が不可欠というこ
とになる。
The effective areas of the thin-film solid lithium ion secondary battery and the solar cell are significantly different, and the characteristics and merits of the solar cell combined lithium-ion secondary battery are realized only after the realization of the laminated thin-film lithium-ion secondary battery. Conversely, a stacked lithium ion secondary battery is indispensable to make the solar cell composite lithium ion secondary battery practical.

【0030】太陽電池で充電可能な薄膜固体二次電池の
実効面積は、太陽電池充電ユニットの面積のみで決ま
る。すなわち、薄膜固体二次電池を積層することによ
り、すべて太陽電池の面積内でその下層に収まる。
The effective area of a thin-film solid state secondary battery that can be charged by a solar cell is determined only by the area of the solar cell charging unit. That is, by stacking the thin-film solid state secondary batteries, they are all contained in the lower layer within the area of the solar cell.

【0031】本発明の積層型リチウムイオン二次電池を
太陽電池と複合化したリチウムイオン二次電池は、充電
制御回路の簡略化を図ることができ、初期の大電流高速
充電過程と後段での小電流低速充電過程や充電終了電位
のオートコントロールかつオートストップ機能などに優
れた利点を有する。
The lithium-ion secondary battery obtained by combining the stacked lithium-ion secondary battery of the present invention with a solar cell can simplify the charge control circuit, and can perform the initial high-current high-speed charging process and the subsequent stage. It has excellent advantages such as small current low-speed charging process, automatic control of charging end potential and automatic stop function.

【0032】[0032]

【発明の実施の形態】図1、図2は、本発明の積層型薄
膜固体リチウムイオン二次電池を2層セルの場合につい
て示す実施の形態である。図1は、直列結線型を示し、
図2は並列結線型を示す。単一のセル10は、正極活物
質1、固体電解質2、負極活物質3からなる。このセル
10は、基板4の表面上に層状に形成された電極膜5上
に積層されている。セル10と同じ構造のセル20がセ
ル10の上に積層されている。セル10とセル20との
間には、層状に形成された共通電極膜6が介在してい
る。最上層のセル20の表面には層状に形成された電極
膜7を有している。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS FIGS. 1 and 2 show an embodiment in which a laminated thin-film solid lithium ion secondary battery of the present invention is a two-layer cell. FIG. 1 shows a series connection type,
FIG. 2 shows a parallel connection type. A single cell 10 includes a positive electrode active material 1, a solid electrolyte 2, and a negative electrode active material 3. The cell 10 is stacked on the electrode film 5 formed in a layer on the surface of the substrate 4. A cell 20 having the same structure as the cell 10 is stacked on the cell 10. The common electrode film 6 formed in a layer is interposed between the cell 10 and the cell 20. The surface of the uppermost cell 20 has the electrode film 7 formed in a layer shape.

【0033】図1では、基板4の表面上の電極膜5に正
極端子8を、上層のセル20の表面上の電極膜7に負極
端子9を設けている。また、図2では、基板4の表面上
の電極膜5に正極端子8を、上層のセル20の表面上の
電極膜7に正極端子8を設け、共通電極膜6に負極端子
9を設けている。並列型2層セルの場合は、図2に示す
ように、上層セル20を下層セル10と反転した反転積
層型が可能であり、この場合は、一般の多層セルにおけ
る絶縁層を必要としないので製作工程が簡略化される。
In FIG. 1, the positive electrode terminal 8 is provided on the electrode film 5 on the surface of the substrate 4, and the negative electrode terminal 9 is provided on the electrode film 7 on the surface of the upper cell 20. In FIG. 2, the positive electrode terminal 8 is provided on the electrode film 5 on the surface of the substrate 4, the positive electrode terminal 8 is provided on the electrode film 7 on the surface of the upper cell 20, and the negative electrode terminal 9 is provided on the common electrode film 6. I have. In the case of a parallel type two-layer cell, as shown in FIG. 2, an inverted stacked type in which the upper cell 20 is inverted with respect to the lower cell 10 is possible. In this case, since an insulating layer in a general multilayer cell is not required, The manufacturing process is simplified.

【0034】電極膜5、電極膜6、電極膜7の材料は、
通常電極材料として用いられるMo,Ni,Cr,A
l,Cu,Auなどの導電性材料であればよいが、バナ
ジウム金属Vがより好ましい。これは、正極活物質およ
び/または負極活物質としてV 2 5を使用する場合
に、二次電池製作工程においてVとV2 5 膜を成膜す
る際に、同一のバナジウム金属ターゲットを用いてスパ
ッタガスを純粋Arとすれば、V金属膜が成膜され、ま
た、Ar−O混合ガスとすれば、V2 5 膜が成膜され
るので、二次電池製作工程が簡略化される利点があるこ
とと、VとV2 5膜との界面特性が物理的・電気的に
も好ましい。
The materials of the electrode films 5, 6, and 7 are as follows.
Mo, Ni, Cr, A usually used as an electrode material
Any conductive material such as 1, Cu, Au or the like may be used.
Indium metal V is more preferred. This is based on the cathode active material and
And / or V as an anode active material TwoOFiveWhen to use
In the secondary battery fabrication process, V and VTwoOFiveForm a film
When using the same vanadium metal target
If the sputtering gas is pure Ar, a V metal film is formed,
If an Ar-O mixed gas is used, VTwoOFiveThe film is deposited
Therefore, there is an advantage that the manufacturing process of the secondary battery is simplified.
And V and VTwoOFivePhysical and electrical characteristics of the interface with the film
Is also preferred.

【0035】基板は、Si基板、ガラス基板などの硬い
基板から可撓性のある金属薄板、プラスチック薄板、ま
たはポリエチレンフイルム基板など多様で広範囲のもの
を使用できる。
As the substrate, a wide variety of substrates can be used, such as a hard substrate such as a Si substrate or a glass substrate, a flexible metal thin plate, a plastic thin plate, or a polyethylene film substrate.

【0036】図3は、本発明の積層型薄膜固体リチウム
イオン二次電池を多層積層化したセルの場合について示
す実施の形態である。図3(a1)は、共通電極型多層
積層セル(直列結線)セルを示す。また、(a2)は、
共通電極型多層積層セル(反転積層型並列結線/同直並
列結線)を示す。いずれも、外部結線により接続するも
のであり、多層積層のための絶縁層を用いていない。な
お、図3(a2)の場合、単位セル10、20、・・・
で示される部分に単位セルの代わりに図3(a1)の多
層直列セルを用いれば、反転積層型直並列セルとなる。
最上層のn層には絶縁性保護膜11を設ける。
FIG. 3 is an embodiment showing a case where a multilayer thin-film solid-state lithium-ion secondary battery of the present invention is a multilayered cell. FIG. 3 (a1) shows a common electrode type multilayer laminated cell (series connection) cell. (A2)
1 shows a common electrode type multilayer stacked cell (inverted stacked type parallel connection / same series parallel connection). In each case, connection is made by external connection, and no insulating layer is used for multi-layer stacking. In the case of FIG. 3A2, the unit cells 10, 20,.
If the multilayer series cell of FIG. 3 (a1) is used instead of the unit cell in the portion indicated by, the cell becomes an inverted stacked series-parallel cell.
An insulating protective film 11 is provided on the uppermost n layer.

【0037】図3(b)の絶縁層型多層積層セルは、図
3(a1)、(a2)の製作工程に加えて、各セル間に
層間絶縁層12を設ける工程を付加したもので、最も一
般的な形態であり、外部結線で直列と並列または直並列
(共存)を選択することもできるし、予め、所定の直列
/並列/直並列に結線しておくこともできる。図3
(c)の分離・独立型多段積層セル(直列結線/並列結
線/直並列結線)は、大量生産を想定したもので、基板
4として長尺の基層ポリマーフイルムに巻取式の単層セ
ル10を製作した後に定尺に切断して多段に重ねたもの
である。必要ならば、接着剤で固定化(積層化)も可能
である。
The insulating layer type multilayer cell shown in FIG. 3B is obtained by adding a step of providing an interlayer insulating layer 12 between the cells in addition to the manufacturing steps shown in FIGS. 3A1 and 3A2. This is the most general form, and it is possible to select serial and parallel or serial / parallel (coexistence) by external connection, or to connect in advance in a predetermined series / parallel / serial / parallel. FIG.
The separation / independent multi-stage stacked cell (series connection / parallel connection / serial / parallel connection) of (c) is intended for mass production, and the substrate 4 is a single-layer cell 10 of a roll-up type on a long base polymer film. Is manufactured and then cut to a fixed size and stacked in multiple stages. If necessary, it can be fixed (laminated) with an adhesive.

【0038】図3(b)で示された外部結線型絶縁層型
多層積層セルを充電時には並列接続して、単一充電器ユ
ニットの太陽電池で充電し、二次電池動作時には直列ま
たは直並列接続し直して使用することができる。詳しく
は後述する。
The external connection type insulating layer type multilayer laminated cell shown in FIG. 3 (b) is connected in parallel at the time of charging, and is charged by a solar cell of a single charger unit, and is operated in series or series-parallel at the time of operation of a secondary battery. It can be reconnected and used. Details will be described later.

【0039】図4、図5は、図1に示す直列型2層積層
型薄膜固体リチウムイオン二次電池および図2に示す並
列型2層積層型薄膜固体リチウムイオン二次電池のそれ
ぞれの充放電曲線を示す。図4では、単層セルの約2倍
の高電圧で動作することが分かる。図5では、単層セル
の2倍の電流(電流密度は、いずれも、2.0[μA/
cm2 ]で同じ)で動作することが分かる。
FIGS. 4 and 5 show charge / discharge of the series-type two-layer laminated thin-film solid lithium ion secondary battery shown in FIG. 1 and the parallel-type two-layer laminated thin-film solid lithium ion secondary battery shown in FIG. 2, respectively. The curve is shown. In FIG. 4, it can be seen that the device operates at a high voltage which is about twice that of the single-layer cell. In FIG. 5, the current (current density is 2.0 [μA /
cm 2 ]).

【0040】図6は、絶縁保護膜の特性を調べるため
に、基板上に形成した単層の薄膜固体リチウムイオン二
次電池の全体を絶縁性保護膜18で被覆した態様を示
す。基板4の表面上に形成した薄膜固体リチウムイオン
二次電池10を正極5、負極7、端子8、端子9ととも
に全体を絶縁性保護膜18で被覆する。絶縁性保護膜
は、大気や日常生活上触れる各種のガス雰囲気、そして
水分からもセルを守る特性を保持しなければならない。
また同時に、Li+イオンを不可逆的に取り込んで電池
動作の劣化につながることのない特性を有する必要があ
る。
FIG. 6 shows an embodiment in which a single-layer thin-film solid lithium ion secondary battery formed on a substrate is covered with an insulating protective film 18 in order to examine the characteristics of the insulating protective film. The whole of the thin-film solid lithium ion secondary battery 10 formed on the surface of the substrate 4 together with the positive electrode 5, the negative electrode 7, the terminal 8, and the terminal 9 is covered with the insulating protective film 18. The insulating protective film must maintain the property of protecting the cell from the atmosphere, various gas atmospheres that are encountered in daily life, and moisture.
At the same time, it is necessary to have such characteristics that Li + ions are not irreversibly taken in and battery operation is not deteriorated.

【0041】本発明に用いる薄膜固体二次電池セルの保
護膜としては、特にSi3 4 やSiN等の窒化ケイ素
系材料が適する。Si3 4 やSiNなどの窒化珪素膜
の成膜は、他の膜と同様RF交流スパッタ法により行う
ことができる。膜厚は、約500〜1500Å、好まし
くは1000Å程度である。
As the protective film of the thin-film solid secondary battery cell used in the present invention, a silicon nitride-based material such as Si 3 N 4 or SiN is particularly suitable. The formation of a silicon nitride film such as Si 3 N 4 or SiN can be performed by the RF alternating current sputtering method like other films. The film thickness is about 500-1500 °, preferably about 1000 °.

【0042】 図7(a)は、保護膜成膜前の充放電特性
を示す。図7(b)は、Si3 4 保護膜成膜後の充放
電特性を示す。図7(c)は、SiO2 保護膜成膜後の
充放電特性を示す。成膜前の充放電特性(a)は、
(b)のSi3 4 保護膜成膜後では、その特性が保持
されているのに対して、(c)のSiO2 膜の成膜後の
場合は、電池容量及び繰り返し特性の両面で特性が大幅
に劣化している。SiO 2 の場合、Si−LSIで実証
済みのように、電子的には優れた絶縁物であるが、イオ
ンに対しては不十分であることが判明した。
[0042] FIG. 7A shows the charge / discharge characteristics before forming the protective film.
Is shown. FIG. 7 (b)ThreeN FourCharge / discharge after forming protective film
It shows the electrical characteristics. FIG. 7 (c)TwoAfter forming the protective film
It shows charge and discharge characteristics. The charge / discharge characteristics (a) before film formation are as follows:
(B) SiThreeNFourAfter forming the protective film, its characteristics are maintained
In contrast, (c) SiOTwoAfter film formation
If the battery capacity and repetition characteristics are both large,
Has deteriorated. SiO TwoIn the case of, demonstrated with Si-LSI
As already mentioned, it is an excellent insulator electronically,
Turned out to be insufficient.

【0043】次に、本発明の積層型リチウムイオン二次
電池に用いられる好適な正極活物質について説明する。
正極活物質がLiMn2 4 電池の場合は、正極活物質
自体が構成原子としてLiイオンを持っており、その一
部分は注入、注出が可能であるが、V2 5 を正極活物
質とするV2 5 /Lix 2 5 電池の場合は、最初
にLi+ イオンをV2 5に挿入する(Li化)必要が
ある。負極のV2 5は、Li+ イオンが注入されると
電位が下がり、その結果正極V2 5 と負極のLix
2 5 との間で電位差が生じて、以後このLi+ イオン
をやり取りすることにより充放電が行われる。このタイ
プの二次電池をロッキングチェア型という。
Next, a preferred cathode active material used in the laminated lithium ion secondary battery of the present invention will be described.
If the positive electrode active material is LiMn 2 O 4 battery, the positive electrode active material itself has a Li ion as a constituent atom, a portion thereof infusion, although it is possible to dispense, the V 2 O 5 cathode active material In the case of a V 2 O 5 / Li x V 2 O 5 battery, it is necessary to first insert Li + ions into V 2 O 5 (to make Li). 2 O 5 is the negative electrode V, the potential decreases when Li + ions are implanted, the resulting positive electrode V 2 O 5 and a negative electrode Li x V
A potential difference is generated with 2 O 5, and charge and discharge are performed by exchanging the Li + ions thereafter. This type of secondary battery is called a rocking chair type.

【0044】最初にLi+ イオンをV2 5に挿入する
(Li化)方法としては、(1)ウエット型、(2)ド
ライ型、(3)スパッタ法がある。(3)スパッタ法
は、V 2 5 膜の形成時に2元のスパッタ用ターゲット
からV2 5 とLi含有酸化物を同時にスパッタする共
スパッタによりLiをドープする。
First, Li+Ion to VTwoOFiveInsert into
(Li conversion) methods include (1) wet type, (2)
Lie type, (3) sputtering method. (3) Sputter method
Is V TwoOFiveBinary sputtering target during film formation
To VTwoOFiveAnd Li-containing oxides are simultaneously sputtered.
Li is doped by sputtering.

【0045】図8は、ウエット法を用いてV2 5にL
+ イオンを挿入する実施形態の電気化学的手法を説明
する部分断面図である。作製途中または完成後のリチウ
ムイオン二次電池セル10を液体電解液(1モルのLi
ClO4 をプロピレンカーボネート溶液に溶かしたも
の)の中で、負極予定のV2 5 3を正極、Li金属電
極を負極(図示せず)として放電させることによりLi
+ イオンをV2 5 に挿入する方法である。この場合、
正極予定のV2 5は開放にしておく。
FIG. 8 shows that L is applied to V 2 O 5 using the wet method.
FIG. 4 is a partial cross-sectional view illustrating an electrochemical technique of an embodiment in which i + ions are inserted. The lithium ion secondary battery cell 10 during or after fabrication is replaced with a liquid electrolyte (1 mol Li
ClO 4 among those dissolved in propylene carbonate solution), Li by discharging the V 2 O 5 3 of the negative electrode will cathode, a Li metal electrode as a negative electrode (not shown)
In this method, + ions are inserted into V 2 O 5 . in this case,
V 2 O 5, which is a positive electrode, is left open.

【0046】ウエット法には3通りあり、図8(a)
は、ダイレクト型を示し、最上層部の負極(V)膜を付
ける前に行う方法であるが、Lix 2 5 −V界面が
一度溶液にさらされるという欠点がある。
There are three types of wet methods, as shown in FIG.
Shows a direct type, which is a method performed before the negative electrode (V) film on the uppermost layer is applied, but has a disadvantage that the Li x V 2 O 5 -V interface is once exposed to a solution.

【0047】図8(b)は、エッジ型を示し、固体電解
質薄膜セル10を完成させた後、一回り小さな負の電極
膜7(例えば、金属V)で覆われていないV2 5 膜3
の周辺(エッジ部)からLi+ イオンが挿入され、それ
が電極膜7で覆われた背面に横方向拡散で回り込むこと
によってLi挿入を行う方法であり、Lix 2 5
V界面が溶液にさらされない反面、Li+ イオンの横方
向拡散が十分起こり得る小面積セルの場合は有効であ
る。
FIG. 8B shows an edge-type V 2 O 5 film which is not covered with a slightly smaller negative electrode film 7 (for example, metal V) after the solid electrolyte thin film cell 10 is completed. 3
Li + ions are inserted from the periphery (edge portion) of the substrate, and the Li + ions are wrapped around the back surface covered with the electrode film 7 by lateral diffusion to perform Li insertion, and Li x V 2 O 5
Although the V interface is not exposed to the solution, it is effective in the case of a small area cell in which the lateral diffusion of Li + ions can sufficiently occur.

【0048】図8(c)は、メッシュ型を示し、(b)
エッジ型の欠点を解決するもので、負の電極膜7をメッ
シュ状の電極膜とするものである。この方法により大面
積セルでも、十分なLi挿入を実現できる。
FIG. 8C shows a mesh type, and FIG.
In order to solve the disadvantage of the edge type, the negative electrode film 7 is a mesh-like electrode film. By this method, sufficient Li insertion can be realized even in a large area cell.

【0049】図9に示すドライ法は、Siリソグラフィ
ー分野で用いられているイオン打ち込み(イオン・イン
プランテーション)を利用するもので、図9(a)のダ
イレクト型またはマスク型は、真空中の打ち込み装置の
中で上層のV2 5 膜3に直接またはマスクを介してL
+ イオンを注入する。
The dry method shown in FIG. 9 utilizes ion implantation (ion implantation) used in the field of Si lithography. The direct type or mask type shown in FIG. In the apparatus, L is directly applied to the upper layer V 2 O 5 film 3 or through a mask.
Implant i + ions.

【0050】その際、Li+ イオンの侵入深さが下部の
固体電解質2まで貫通しないで、V 2 5 膜3内に収ま
るように、加速電圧を調整する必要があること、また、
たとえV2 5 膜3内に収まっても、Li+ イオンのも
つエネルギーが大きすぎるとV2 5 結晶内で結合を作
って安定化して動けなくなってしまい、電池動作に寄与
できない。そのため、Li+ イオンの打ち込み加速電圧
を低い電圧にする必要がある。一般に、加速電圧が低下
するとイオン電流も低くなってしまい。打ち込み時間が
長くなる傾向がある。
At this time, Li+Ion penetration depth is lower
Without penetrating to the solid electrolyte 2, V TwoOFiveFit in membrane 3
It is necessary to adjust the accelerating voltage so that
Even if VTwoOFiveEven if it fits in the film 3, Li+Ion's
If the energy is too large, VTwoOFiveCreate bonds in the crystal
Stabilizes and becomes unable to move, contributing to battery operation
Can not. Therefore, Li+Ion implantation acceleration voltage
Must be set to a low voltage. Generally, acceleration voltage decreases
Then, the ion current becomes low. Driving time
Tends to be longer.

【0051】図9(b)のインダイレクト型(バッファ
型)は、負の電極膜7(例えば、金属V)の薄膜を通し
て下層のV2 5 膜3にLi+ イオンを打ち込むため、
Li + イオンはV2 5 膜3内で適当に減速され(バッ
ファ)V2 5 膜3内に入った時にはエネルギーの低い
可動なLi+ イオンになっており電池動作に好都合であ
る。
The indirect type (buffer) shown in FIG.
Type) passes through a thin film of the negative electrode film 7 (for example, metal V).
The lower VTwoOFiveLi for film 3+To implant ions,
Li +Ion is VTwoOFiveIt is decelerated appropriately in the membrane 3 (batch
Fa) VTwoOFiveLow energy when entering the membrane 3
Movable Li+Ion, which is convenient for battery operation.
You.

【0052】図10は、ウエット法によるLiイオン挿
入時の負極および正極電位の変化をモニターした結果を
示している。負極予定V2 5 の電位が約3Vから0電
位に変化し、一方正極予定V2 5 の電位は約3Vで変
わらないことが確認された。
FIG. 10 shows the results of monitoring changes in the negative electrode and positive electrode potentials during the insertion of Li ions by the wet method. It was confirmed that the potential of the planned negative electrode V 2 O 5 changed from about 3 V to 0 potential, while the potential of the planned positive electrode V 2 O 5 did not change at about 3 V.

【0053】図11は、ウエット法を用いてV2 5
Liイオンを挿入して作製した本発明の薄膜固体リチウ
ムイオン二次電池の充放電特性を示すものであり、良好
な充放電特性が得られることが分かる。
FIG. 11 shows the charge / discharge characteristics of the thin-film solid lithium ion secondary battery of the present invention prepared by inserting Li ions into V 2 O 5 using the wet method. Is obtained.

【0054】図12は、本発明の太陽電池複合型薄膜固
体リチウムイオン二次電池の3つのタイプを示す。図1
2(a)は、二次電池−オン−太陽電池型であり、透明
基板14の表面上に形成されたSi太陽電池15に絶縁
層16を介して薄膜固体二次電池セル10が積層され、
窒化珪素膜11で絶縁保護被覆されてなるものである。
図12(b)は、太陽電池−オン−二次電池型であり、
基板4の表面上に形成された薄膜固体二次電池セル10
に絶縁層16を介してSi太陽電池15が積層され、透
明保護膜17で被覆されてなるものである。
FIG. 12 shows three types of solar cell composite type thin film solid lithium ion secondary batteries of the present invention. Figure 1
2 (a) is a secondary battery-on-solar battery type, in which a thin-film solid secondary battery cell 10 is laminated via an insulating layer 16 on a Si solar battery 15 formed on the surface of a transparent substrate 14,
It is formed by insulating protection coating with a silicon nitride film 11.
FIG. 12B shows a solar cell-on-secondary cell type,
Thin-film solid secondary battery cell 10 formed on the surface of substrate 4
A solar cell 15 is laminated via an insulating layer 16 and is covered with a transparent protective film 17.

【0055】図12(c)は、コプラナ型または分離独
立型を一つの図で示しているものであり、薄膜固体二次
電池セル10とSi太陽電池15が一つの基板、または
分離した基板4または透明基板14上に別々に形成され
てなり、薄膜固体二次電池セル10は窒化珪素膜11で
絶縁保護被覆されてなり、Si太陽電池15は、基板
4、14が透明か不透明かに応じて窒化珪素膜11また
は透明保護膜17で被覆されてなるものである。
FIG. 12 (c) shows the coplanar type or the separated independent type in one figure, in which the thin-film solid state secondary battery cell 10 and the Si solar cell 15 are one substrate or the separated substrate 4 Alternatively, the thin-film solid-state secondary battery cells 10 are separately formed on a transparent substrate 14, and are insulated and coated with a silicon nitride film 11, and the Si solar cell 15 is formed according to whether the substrates 4 and 14 are transparent or opaque. And is covered with a silicon nitride film 11 or a transparent protective film 17.

【0056】図12(a)、(b)、(c)において
は、薄膜固体二次電池セルとして単位セル10のみを図
示しているが、薄膜固体二次電池セルを多層積層セルと
することによって太陽電池セルと薄膜固体二次電池セル
の両者の実効セル面積を小さくすることができる。この
場合は、単位セル10に代えて、図3(a1)で示す共
通電極型多層積層セル(直列結線)、図3(a2)で示
す共通電極型多層積層セル(反転積層型並列結線/同直
並列結線)、および図3(b)で示す絶縁層型多層積層
セル(直列/並列/直並列結線)のいずれかの積層型薄
膜固体二次電池セルを用いる。
In FIGS. 12A, 12B and 12C, only the unit cell 10 is shown as a thin-film solid-state secondary battery cell. Thereby, the effective cell area of both the solar battery cell and the thin-film solid secondary battery cell can be reduced. In this case, in place of the unit cell 10, the common electrode type multilayer laminated cell (series connection) shown in FIG. 3A1 and the common electrode type multilayer laminated cell shown in FIG. One of the stacked thin-film solid-state secondary battery cells of the serial-parallel connection) and the insulating-layer-type multilayer stacked cell (series / parallel / series-parallel connection) shown in FIG. 3B is used.

【0057】Si太陽電池の起電力は、市販のユニット
セル(単一セル)で約0.65Vであり、また光電流
は、通常の天井灯(蛍光灯)で約70μA/cm2 、手
元蛍光灯スタンドで約100μA/cm2 である。戸外
の太陽光の下ではもっと強度もスペクトル的にも有効で
光電流も大きい。
The electromotive force of a Si solar cell is about 0.65 V for a commercially available unit cell (single cell), the photocurrent is about 70 μA / cm 2 for a normal ceiling light (fluorescent lamp), It is about 100 μA / cm 2 for a lamp stand. Under outdoor sunlight, the intensity and spectrum are more effective and the photocurrent is larger.

【0058】固体電解質薄膜リチウムイオン二次電池を
太陽電池で充電するには、2V充電ならば3個、4V充
電ならば6個の太陽電池セルを直列にしたもの(以下
「太陽電池充電器ユニット」という)を用いる必要があ
る。太陽電池の場合は、たとえ、直列接続でも個々の単
一セルは平面に敷き広げて並べる必要がある。なぜな
ら、どのセルも光を必要とするからである。すなわち、
1枚の薄膜固体二次電池セルを充電するのに、複数枚の
太陽電池セルを必要とする。
In order to charge a solid electrolyte thin film lithium ion secondary battery with a solar cell, three solar cells for 2 V charging and six solar cells for 4 V charging are connected in series (hereinafter referred to as a “solar battery charger unit”). ")) Must be used. In the case of a solar cell, even if connected in series, individual single cells need to be laid out and arranged on a plane. This is because every cell needs light. That is,
A plurality of solar cells are required to charge one thin-film solid state secondary battery cell.

【0059】図13および図14は、それぞれLiMn
24/Li3 PO4-y y /V25固体電解質電池(実
効面積100mm2 を6個の直列セルからなる太陽電
池充電器ユニットで充電したときの太陽電池の有効面積
をパラメーターとした充電特性および放電特性を示すグ
ラフである。図において、太陽電池単一セル面積および
太陽電池充電器ユニットの有効面積は、それぞれ、
(1)は100mm2 、600mm2 、(2)は50m
2 、300mm2 、(3)は17mm2 ,100mm
2 である。
FIGS. 13 and 14 show LiMn, respectively.
2 O 4 / Li 3 PO 4-y N y / V 2 O 5 solid electrolyte battery (effective area 100 mm 2 ) 7 is a graph showing charging characteristics and discharging characteristics using the effective area of a solar cell as a parameter when charging is performed by a solar cell charger unit including six series cells. In the figure, the solar cell single cell area and the effective area of the solar cell charger unit are respectively:
(1) is 100 mm 2 , 600 mm 2 , (2) is 50 m
m 2 , 300 mm 2 , (3) is 17 mm 2 , 100 mm
2

【0060】図13(a)は、充電時間と充電電流の関
係を示すグラフ、図13(b)は、充電時間と端子電圧
の関係を示すグラフである。充電終了時間は、図13
(a)の充電電流×充電時間の積分面積、すなわち充電
量が一定になるように決められた。また、図14(a)
のように、放電電流を5μA/cm2に一定としたとき
の放電時間と端子電圧の関係を図14(b)に示す。端
子電圧が1.2Vに到達した時点を放電終了とした。
FIG. 13A is a graph showing the relationship between the charging time and the charging current, and FIG. 13B is a graph showing the relationship between the charging time and the terminal voltage. The charging end time is shown in FIG.
The integral area of (charging current) × (charging time) in (a), that is, the charging amount was determined to be constant. FIG. 14 (a)
FIG. 14B shows the relationship between the discharge time and the terminal voltage when the discharge current is fixed at 5 μA / cm 2 as shown in FIG. The discharge was terminated when the terminal voltage reached 1.2 V.

【0061】図13(a)(充電電流)の場合、室内灯
のもとで太陽電池セルの面積を100→50→17mm
2と減少させたとき、実施例では、全充電量(充電電流
の積分値)を一定にそろえてあるので充電時間の増加を
示している。この例では、(3)の場合、すなわち太陽
電池充電ユニットの面積と二次電池の面積は同程度であ
るが、約40分の充電時間を要する。しかし、(1)、
(2)、(3)のいずれの場合でも、当然ながら、図1
4にみられるように、終了電圧を1.2Vにしたとき、
5μA/cm2の放電電流で約30分(0.5hr)の
放電時間が得られ、これはこの二次電池が2.5μA/
cm2の放電容量(または電池容量)を持っていること
を示している。
In the case of FIG. 13A (charging current), the area of the solar cell was changed from 100 → 50 → 17 mm under an indoor lamp.
When the value is decreased to 2 , the embodiment shows an increase in the charging time because the total charge amount (integrated value of the charging current) is kept constant. In this example, in the case of (3), that is, the area of the solar battery charging unit and the area of the secondary battery are almost the same, but a charging time of about 40 minutes is required. However, (1),
In either case of (2) or (3), FIG.
As seen in Fig. 4, when the end voltage is set to 1.2V,
At a discharge current of 5 μA / cm 2 , a discharge time of about 30 minutes (0.5 hr) is obtained, which indicates that the secondary battery has a discharge current of 2.5 μA / cm 2.
It has a discharge capacity (or battery capacity) of cm 2 .

【0062】したがって、例えば、同一面積の二次電池
セルを10枚並列に積層したとき、充電時間は10倍の
約400分(6.7hr)かかるが、太陽電池充電ユニ
ットと同じ面積(〜100mm2)で10倍の電池容量
(この例では 25μAh)の二次電池パックを充電でき
ることを示す。もちろん、照射強度を増せば、より短時
間の高速充電が可能である。このように、充電量を一定
にしたとき(図13(a))、(1)、(2)および
(3)のいずれの場合も、約30分のほぼ等しい放電時
間を与え、予想された良好な再現性を示した。
Therefore, for example, when ten secondary battery cells of the same area are stacked in parallel, the charging time is ten times as long as about 400 minutes (6.7 hr), but the same area (up to 100 mm) as the solar battery charging unit. 2 ) 10 times the battery capacity (in this example, 25 μAh) indicates that the secondary battery pack can be charged. Of course, if the irradiation intensity is increased, shorter-time high-speed charging is possible. Thus, when the charge amount was kept constant (FIG. 13 (a)), in each of the cases (1), (2) and (3), a discharge time approximately equal to about 30 minutes was given, which was expected. Good reproducibility was shown.

【0063】照射(充電)条件が(1)の場合、太陽電
池の単一セルは固体リチウムイオン二次電池セルのほぼ
同面積であるが、充電器ユニットとしては6個直列であ
るから、600mm2 であり、固体リチウムイオン二次
電池セルの約6倍の実効面積を必要とする。
When the irradiation (charge) condition is (1), the single cell of the solar cell has substantially the same area as the solid lithium ion secondary battery cell. 2 , which requires about six times the effective area of the solid lithium ion secondary battery cell.

【0064】一方、条件が(3)の場合は、太陽電池の
単一セルは固体リチウムイオン二次電池セルの1/6で
あるが、充電器ユニットとしての占有面積が固体リチウ
ムイオン二次電池セルのそれと同程度になる。即ち、お
およそ、固体リチウムイオン二次電池セルと充電用太陽
電池(充電器ユニット)の面積が等しいのが現状であ
る。さらなる固体電解質電池の特性改善は期待できる
が、太陽電池の特性改善は飽和している。
On the other hand, when the condition is (3), the single cell of the solar cell is 1/6 of the solid lithium ion secondary battery cell, but the area occupied by the charger unit is as small as It is comparable to that of the cell. That is, at present, the solid lithium ion secondary battery cell and the charging solar cell (charger unit) have approximately the same area. Further improvement in the characteristics of the solid electrolyte battery can be expected, but the improvement in the characteristics of the solar cell is saturated.

【0065】以上の実施例で明らかになったように、条
件(3)の場合でも約40分の比較的高速な充電が可能
であった。充電時間を延長するなり、あるいは、照射光
強度を増加すれば、一個の充電器ユニットで複数個の固
体リチウムイオン二次電池セルを一度に充電することが
可能であり、このとき複数個の固体リチウムイオン二次
電池セルを並列積層すれば、固体リチウムイオン二次電
池セルの実効面積を増すことなく、電池容量を積層枚数
分増加させることができる。すなわち、積層化してはじ
めて太陽電池との複合化による太陽電池による充電のメ
リットが得られる。
As has been clarified in the above embodiment, a relatively high-speed charging of about 40 minutes was possible even in the case of the condition (3). If the charging time is extended or the irradiation light intensity is increased, it is possible to charge a plurality of solid-state lithium ion secondary battery cells at once with one charger unit. If the lithium ion secondary battery cells are stacked in parallel, the battery capacity can be increased by the number of stacked layers without increasing the effective area of the solid lithium ion secondary battery cells. That is, the merits of charging by the solar cell by combining with the solar cell can be obtained only after the lamination.

【0066】図15は、太陽電池複合型固体リチウムイ
オン二次電池の回路構成例を示す。本発明の太陽電池複
合型固体リチウムイオン二次電池30の回路は、ダイオ
ードDと抵抗R(必要ならばスイッチの挿入可)の極め
てシンプルな構成でよい。図15は、ダイオードDと抵
抗Rは、個別素子(ディスクリート素子)の外付けの例
を示しているが、ダイオードと抵抗を薄膜で作製した全
薄膜型太陽電池複合型固体リチウムイオン二次電池とす
ることもできる。
FIG. 15 shows an example of a circuit configuration of a solar cell composite type solid lithium ion secondary battery. The circuit of the solar cell combined solid lithium ion secondary battery 30 of the present invention may have a very simple configuration of a diode D and a resistor R (a switch can be inserted if necessary). FIG. 15 shows an example in which a diode D and a resistor R are externally provided as individual elements (discrete elements). You can also.

【0067】図16(a)は、太陽電池複合型固体リチ
ウムイオン二次電池の充放電電圧を示し、図16(b)
は、充放電電流を示す。測定は、屋内の天井の蛍光灯の
照明のもとで行い、放電特性は市販のディジタルストッ
プウオッチを負荷に使用した。二次電池の端子電圧の低
下に伴って、負荷電流が減少している。
FIG. 16 (a) shows the charge / discharge voltage of the solar cell composite type solid lithium ion secondary battery, and FIG.
Indicates charge / discharge current. The measurement was performed under fluorescent lamp illumination on the indoor ceiling, and the discharge characteristics were measured using a commercially available digital stopwatch as a load. As the terminal voltage of the secondary battery decreases, the load current decreases.

【0068】図17は、図16(a)に示す1充電サイ
クルを拡大したもので、この例では、充電電流が最初は
約12μAで、その後は急激に減少し、最終的には、約
1μAに落ち着く。それに伴って、二次電池の充電端子
電圧も最初は急速に上昇し、その後2.5V付近からは
緩やかに増加している。二次電池の代わりに抵抗負荷を
用いれば、当然ながら一定の照射強度のもとでは一定の
光電流が流れ、抵抗の両端の電圧も一定となる。すなわ
ち、薄膜リチウムイオン二次電池とSi太陽電池を組み
合わせた結果、その充電曲線が極めて理想的なカーブを
描くことが新たに判明した。
FIG. 17 is an enlarged view of one charging cycle shown in FIG. 16 (a). In this example, the charging current is about 12 μA at first, then decreases rapidly, and finally reaches about 1 μA. Calm down. Along with this, the charging terminal voltage of the secondary battery also increases rapidly at first, and then gradually increases from around 2.5V. If a resistive load is used instead of the secondary battery, a constant photocurrent flows under a constant irradiation intensity, and the voltage across the resistor also becomes constant. That is, as a result of combining the thin-film lithium-ion secondary battery and the Si solar battery, it has been newly found that the charging curve draws an extremely ideal curve.

【0069】図18は、太陽電池複合型固体リチウムイ
オン二次電池の充電特性の光強度依存性を示すもので、
室内蛍光による光強度を減光フイルター(%表示)を通
してSi太陽電池に照射したものである。本実施形態の
場合は、光強度が50〜15%の範囲で変化しても、平
衡充電端子電圧が3.1〜3.4Vの範囲に収まってい
る。
FIG. 18 shows the light intensity dependency of the charging characteristics of the solar cell composite type solid lithium ion secondary battery.
The light intensity of the room fluorescent light was applied to a Si solar cell through a dimming filter (indicated by%). In the case of the present embodiment, even if the light intensity changes in the range of 50 to 15%, the balanced charging terminal voltage falls in the range of 3.1 to 3.4 V.

【0070】このデータは、予め、Si太陽電池の出力
電圧を、リチウムイオン二次電池の充電終了電圧(満充
電)に設計して製作しておけば、満充電をチェックする
必要なく自動的に終了(セルフストップ機能)すること
を意味している。
If the output voltage of the Si solar cell is designed and manufactured in advance to the charge end voltage (full charge) of the lithium ion secondary battery, this data is automatically obtained without checking the full charge. It means to end (self stop function).

【0071】現在市販のリチウムイオン二次電池の充電
に際しては、電解質に液体や高分子を用いているため、
過充電による分解や圧力上昇などの異常防止対策が必要
であり、そのために、最初は、低電圧による高速充電、
後半(満充電に近付いたら)は、低電流による低速充電
で過充電をオーバーしないように特別な充電制御電子回
路を用いている。
At the time of charging a commercially available lithium ion secondary battery, a liquid or a polymer is used as an electrolyte.
It is necessary to take measures to prevent abnormalities such as decomposition and pressure rise due to overcharging.
In the second half (when nearing full charge), a special charge control electronic circuit is used so that overcharge is not exceeded by low-speed charge with low current.

【0072】以上、図17、図18に示す2つのデータ
から、本発明の複合型リチウムイオン二次電池の充電に
際しては、定電圧・定電流充電回路およびその切り替え
や満充電チェック機能を必要としない極めてシンプルな
充電回路でよいことが分かる。暗時の二次電池から太陽
電池への逆方向電流を阻止するためのダイオードと異常
に高い光電流(高照射時)と、負荷短絡による大電流が
二次電池に流れるのを抑制するための抵抗のみがあれば
よい。
As described above, based on the two data shown in FIGS. 17 and 18, when charging the composite lithium ion secondary battery of the present invention, a constant voltage / constant current charging circuit and its switching and full charge checking functions are required. It turns out that a very simple charging circuit is not required. A diode for preventing reverse current from the secondary battery to the solar cell in the dark and an extraordinarily high photocurrent (during high irradiation) and for suppressing a large current due to a load short circuit from flowing to the secondary battery All that is needed is the resistance.

【0073】[0073]

【発明の効果】本発明の積層型固体電解質薄膜リチウム
イオン二次電池は、直列または並列接続で素子を積層化
しているので、大電圧または大電流電源として電気自動
車など、大電力機器への応用が可能である。また、積層
型固体電解質薄膜リチウムイオン二次電池と太陽電池と
を複合化した全固体電解質薄膜ソーラー二次電池として
は、商用電源からのエネルギー供給(充電)を必要とし
ないため、ゼロエネルギー電源かつメンテナンス(充電
など)フリーの半永久電源の性格をもつこと、充電制御
用電子回路が極めてシンプルであること、などの優れた
特性を有する。
The stacked solid electrolyte thin film lithium ion secondary battery of the present invention has elements stacked in a series or parallel connection, so that it can be used as a large voltage or large current power supply for high power devices such as electric vehicles. Is possible. In addition, as an all-solid-electrolyte thin-film solar secondary battery in which a laminated solid-electrolyte thin-film lithium-ion secondary battery and a solar cell are combined, energy supply (charging) from a commercial power supply is not required. It has the characteristics of a semi-permanent power supply free of maintenance (charging, etc.) and an extremely simple charge control electronic circuit.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】図1は、本発明の積層型薄膜固体リチウムイオ
ン二次電池の一実施形態である直列型2層積層セルの部
分断面図である。
FIG. 1 is a partial cross-sectional view of a series-type two-layer laminated cell that is an embodiment of the laminated thin-film solid lithium ion secondary battery of the present invention.

【図2】図2は、本発明の積層型薄膜固体リチウムイオ
ン二次電池の一実施形態である並列型2層積層セルの部
分断面図である。
FIG. 2 is a partial cross-sectional view of a parallel two-layer laminated cell which is one embodiment of the laminated thin-film solid lithium ion secondary battery of the present invention.

【図3】図3は、本発明の積層型薄膜固体リチウムイオ
ン二次電池の一実施形態である多層積層セルの共通電極
型(a1),(a2)、絶縁層型(b)、分離型(独立
型)(c)の部分断面図である。
FIGS. 3A and 3B are common electrode types (a1) and (a2), an insulating layer type (b), and a separation type of a multilayer stacked cell as an embodiment of the stacked thin-film solid lithium ion secondary battery of the present invention. It is a fragmentary sectional view of (standalone type) (c).

【図4】図4は、図1に示す直列型2層積層型薄膜固体
リチウムイオン二次電池の充放電曲線を示すグラフであ
る。
FIG. 4 is a graph showing a charge / discharge curve of the series-type two-layer laminated thin-film solid lithium ion secondary battery shown in FIG.

【図5】図5は、図2に示す並列型2層積層型薄膜固体
リチウムイオン二次電池の充放電曲線を示すグラフであ
る。
FIG. 5 is a graph showing a charge / discharge curve of the parallel type two-layer stacked type thin film solid lithium ion secondary battery shown in FIG.

【図6】図6は、絶縁性保護膜を被覆した薄膜固体リチ
ウムイオン二次電池の実施形態を示す部分断面図であ
る。
FIG. 6 is a partial cross-sectional view showing an embodiment of a thin-film solid lithium ion secondary battery covered with an insulating protective film.

【図7】図7は、薄膜固体リチウムイオン二次電池につ
いて、保護膜成膜前の充放電特性(a)、Si3 4
護膜成膜後の充放電特性(b)、SiO2 保護膜成膜後
の充放電特性(c)を示すグラフである。
FIG. 7 is a graph showing charge / discharge characteristics before forming a protective film (a), charge / discharge characteristics after forming a Si 3 N 4 protective film (b), and protection of SiO 2 for a thin-film solid lithium ion secondary battery. 4 is a graph showing charge / discharge characteristics (c) after film formation.

【図8】図8は、ウエット法を用いてV2 5 にLi+
イオンを挿入する実施形態の電気化学的手法を説明する
部分断面図である。
FIG. 8 shows that Li + is added to V 2 O 5 using a wet method.
FIG. 3 is a partial cross-sectional view illustrating an electrochemical method of an embodiment in which ions are inserted.

【図9】図9は、ドライ法を用いてV2 5 にLiイオ
ンを挿入する実施形態のダイレクト型またはマスク型
(a)とインダイレクト(バッファ)型(b)を説明す
る部分断面図である。
FIG. 9 is a partial cross-sectional view illustrating a direct type or mask type (a) and an indirect (buffer) type (b) of an embodiment in which Li ions are inserted into V 2 O 5 using a dry method. It is.

【図10】図10は、ウエット法を用いてV2 5 にL
iイオン挿入するときの負極および正極電位の変化を示
すグラフである。
FIG. 10 is a graph showing the relationship between L and V 2 O 5 using a wet method;
It is a graph which shows the change of the negative electrode and positive electrode potential at the time of i ion insertion.

【図11】図11は、ウエット法を用いてV2 5 にL
iイオンを挿入して作製した本発明の薄膜固体リチウム
イオン二次電池の充放電特性を示すグラフである。
FIG. 11 is a graph showing the relationship between L and V 2 O 5 using a wet method;
4 is a graph showing charge / discharge characteristics of a thin-film solid lithium ion secondary battery of the present invention prepared by inserting i-ions.

【図12】図12は、本発明の太陽電池複合型薄膜固体
リチウムイオン二次電池の一実施形態を示し、基板に形
成されたSi太陽電池に薄膜固体二次電池セルを積層し
たもの(a)、基板上に形成された薄膜固体二次電池セ
ルにSi太陽電池を積層したもの(b)、基板上にSi
太陽電池と薄膜固体二次電池セルを別々に形成したコプ
ラナ型または分離独立型(c)を示す部分断面図であ
る。
FIG. 12 shows an embodiment of a solar cell composite-type thin film solid lithium ion secondary battery of the present invention, in which a thin film solid secondary battery cell is laminated on a Si solar cell formed on a substrate (a). ), A thin-film solid-state secondary battery cell formed on a substrate, on which a Si solar cell is laminated (b);
FIG. 6 is a partial cross-sectional view showing a coplanar type or a separate independent type (c) in which a solar cell and a thin-film solid secondary battery cell are separately formed.

【図13】図13は、LiMn24/Li3 PO4-y
y /V25固体電解質電池を6個の太陽電池セルからな
る直列太陽電池充電器ユニットで充電したときの太陽電
池の有効面積をパラメーターとした充電特性を示すもの
であり、図13(a)は、充電時間と充電電流の関係を
示すグラフ、図13(b)は、充電時間と端子電圧の関
係を示すグラフである。
FIG. 13 shows LiMn 2 O 4 / Li 3 PO 4-yN
FIG. 13 (a) shows the charging characteristics with the effective area of the solar cell as a parameter when the y / V 2 O 5 solid electrolyte battery is charged by a series solar cell charger unit composed of six solar cells. ) Is a graph showing the relationship between the charging time and the charging current, and FIG. 13B is a graph showing the relationship between the charging time and the terminal voltage.

【図14】図14は、LiMn24/Li3 PO4-y
y /V25固体電解質電池を6個の太陽電池セルからな
る直列太陽電池充電器ユニットで充電したときの太陽電
池の有効面積をパラメーターとした放電特性を示すもの
であり、図14(a)は、放電時間と充電電流の関係を
示すグラフ、図14(b)は、放電時間と端子電圧の関
係を示すグラフである。
FIG. 14 shows LiMn 2 O 4 / Li 3 PO 4-yN
FIG. 14 (a) shows a discharge characteristic using the effective area of a solar cell as a parameter when the y / V 2 O 5 solid electrolyte battery is charged by a series solar cell charger unit including six solar cells. ) Is a graph showing the relationship between the discharge time and the charging current, and FIG. 14B is a graph showing the relationship between the discharge time and the terminal voltage.

【図15】図15は、本発明の太陽電池複合型固体リチ
ウムイオン二次電池の制御回路を示す回路図である。
FIG. 15 is a circuit diagram showing a control circuit of the solar cell combined type solid lithium ion secondary battery of the present invention.

【図16】図16は、本発明の太陽電池複合型固体リチ
ウムイオン二次電池の充放電電圧(a)と充放電電流
(b)を示すグラフである。
FIG. 16 is a graph showing a charge / discharge voltage (a) and a charge / discharge current (b) of the solar cell combined type solid lithium ion secondary battery of the present invention.

【図17】図17は、図16(a)に示す充放電電圧の
1充電サイクルを拡大したグラフである。
FIG. 17 is an enlarged graph of one charge cycle of the charge / discharge voltage shown in FIG. 16 (a).

【図18】図18は、本発明の太陽電池複合型固体リチ
ウムイオン二次電池の充電特性の光強度依存性を示すグ
ラフである。
FIG. 18 is a graph showing the light intensity dependence of the charging characteristics of the combined solar battery solid-state lithium ion secondary battery of the present invention.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) H01M 4/02 H01M 4/48 5H050 4/48 4/58 4/58 10/36 A 10/36 10/46 10/46 H01L 31/04 K Fターム(参考) 5F051 JA07 JA17 5H011 AA00 AA02 AA04 AA05 AA06 AA07 AA09 AA13 AA17 CC05 DD21 5H022 AA09 AA19 CC25 EE01 EE03 EE04 EE07 KK04 KK10 5H029 AJ00 AJ01 AJ12 AJ14 AJ15 AK02 AK03 AL02 AL03 AM12 BJ04 BJ06 BJ12 DJ01 DJ02 DJ04 DJ05 DJ11 EJ01 EJ03 EJ06 EJ12 HJ02 HJ12 5H030 AA09 AA10 AS00 AS08 BB07 DD01 DD09 DD20 DD30 5H050 AA00 AA01 AA15 AA18 AA19 AA20 BA15 CA02 CA08 CA09 CB02 CB03 DA13 DA19 DA20 EA01 FA02 FA18 HA02 HA12──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI Theme coat ゛ (Reference) H01M 4/02 H01M 4/48 5H050 4/48 4/58 4/58 10/36 A 10/36 10 / 46 10/46 H01L 31/04 K F term (reference) 5F051 JA07 JA17 5H011 AA00 AA02 AA04 AA05 AA06 AA07 AA09 AA13 AA17 CC05 DD21 5H022 AA09 AA19 CC25 EE01 EE03 EE04 EE07 KK04 A15 A02 A02 A02 BJ04 BJ06 BJ12 DJ01 DJ02 DJ04 DJ05 DJ11 EJ01 EJ03 EJ06 EJ12 HJ02 HJ12 5H030 AA09 AA10 AS00 AS08 BB07 DD01 DD09 DD20 DD30 5H050 AA00 AA01 AA15 AA18 AA19 AA20 BA15 CA02 CA08 CA09 CB02 FA01 DA02

Claims (12)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 薄膜固体リチウムイオン二次電池セルを
2層以上積層したことを特徴とする積層型薄膜固体リチ
ウムイオン二次電池。
1. A stacked thin-film solid lithium ion secondary battery comprising two or more thin-film solid lithium ion secondary battery cells stacked.
【請求項2】 薄膜固体リチウムイオン二次電池セルが
単一の導電性層を共通電極膜として上層セルと下層セル
との間に介在させて積層され、最下層の薄膜固体リチウ
ムイオン二次電池セルは基板表面に形成された電極膜上
に形成され、最上層の薄膜固体リチウムイオン二次電池
セルは表面に形成された電極膜を有していることを特徴
とする請求項1記載の積層型薄膜固体リチウムイオン二
次電池。
2. A thin-film solid-state lithium-ion secondary battery in which a single conductive layer is interposed between an upper-layer cell and a lower-layer cell with a single conductive layer serving as a common electrode film. 2. The lamination according to claim 1, wherein the cell is formed on an electrode film formed on the substrate surface, and the uppermost thin film solid lithium ion secondary battery cell has the electrode film formed on the surface. Type thin film solid lithium ion secondary battery.
【請求項3】 共通電極膜が絶縁層によって挟まれてい
ることを特徴とする請求項2記載の積層型薄膜固体リチ
ウムイオン二次電池。
3. The laminated thin-film solid lithium ion secondary battery according to claim 2, wherein the common electrode film is sandwiched between insulating layers.
【請求項4】 薄膜固体リチウムイオン二次電池セルが
上層セルと下層セルのそれぞれの電極膜の間に絶縁膜を
介在させて積層され、最下層の薄膜固体リチウムイオン
二次電池セルは基板表面に形成された電極膜上に形成さ
れ、最上層の薄膜固体リチウムイオン二次電池セルは表
面に形成された電極膜を有していることを特徴とする請
求項1記載の積層型薄膜固体リチウムイオン二次電池。
4. A thin-film solid lithium-ion secondary battery cell is stacked with an insulating film interposed between respective electrode films of an upper cell and a lower cell, and the lowermost thin-film solid lithium-ion secondary battery cell is mounted on a substrate surface. 2. The laminated thin-film solid lithium ion according to claim 1, wherein the thin-film solid lithium ion secondary battery cell formed on the electrode film formed on the uppermost layer has an electrode film formed on the surface. Ion secondary battery.
【請求項5】 薄膜固体リチウムイオン二次電池セルが
上層セルと下層セルのそれぞれの基板を介在させて積層
され、それぞれの薄膜固体リチウムイオン二次電池セル
は基板表面に形成された電極膜上に形成され、かつ表面
に形成された電極膜を有していることを特徴とする請求
項1記載の積層型薄膜固体リチウムイオン二次電池。
5. A thin-film solid lithium-ion secondary battery cell is stacked with an upper cell and a lower cell interposed therebetween, and each thin-film solid lithium-ion secondary battery cell is formed on an electrode film formed on the substrate surface. 2. The laminated thin-film solid lithium-ion secondary battery according to claim 1, further comprising an electrode film formed on the surface of the battery.
【請求項6】 正極活物質と負極活物質の組み合わせが
LixMn2 4 (1≦x≦2)/V2 5 ,V2 5
/Lix 2 5 (0≦x≦4),LiCoO 2 /V2
5 LiNiO2 /V2 5 のいずれかであり、固体
電解質が式Li 3 PO4-y y (ただし、0<y<0.
5)で示される窒素を含有するリン酸リチウム塩である
ことを特徴とする請求項1乃至5のいずれかに記載の積
層型薄膜固体リチウムイオン二次電池。
6. The combination of a positive electrode active material and a negative electrode active material
LixMnTwoOFour(1 ≦ x ≦ 2) / VTwoOFive, VTwoOFive
/ LixVTwoOFive(0 ≦ x ≦ 4), LiCoO Two/ VTwo
OFive, LiNiOTwo/ VTwoOFiveIs either a solid
The electrolyte is of the formula Li ThreePO4-yNy(However, 0 <y <0.
It is a lithium phosphate salt containing nitrogen represented by 5)
The product according to any one of claims 1 to 5, wherein
Layered thin film solid lithium ion secondary battery.
【請求項7】 少なくとも一つの電極膜の材料はバナジ
ウム金属であることを特徴とする請求項1乃至6のいず
れかに記載の薄膜固体リチウムイオン二次電池。
7. The thin-film solid lithium ion secondary battery according to claim 1, wherein a material of at least one electrode film is vanadium metal.
【請求項8】 Liイオンをウエット法またはドライ法
によってV2 5 に挿入したLix2 5 (0≦x≦
4)を負極活物質として使用することを特徴とする請求
項1乃至7のいずれかに記載の薄膜固体リチウムイオン
二次電池。
8. Li x V 2 O 5 wherein Li ions are inserted into V 2 O 5 by a wet method or a dry method (0 ≦ x ≦
8. The thin-film solid lithium ion secondary battery according to claim 1, wherein 4) is used as a negative electrode active material.
【請求項9】 透明基板上に形成されたシリコン太陽電
池に絶縁層を介して薄膜固体リチウムイオン二次電池セ
ルが積層されて複合されているか、基板上に形成された
薄膜固体リチウムイオン二次電池セルに絶縁層を介して
シリコン太陽電池が積層されて複合されていることを特
徴とする太陽電池複合型薄膜固体リチウムイオン二次電
池。
9. A thin-film solid lithium-ion secondary battery cell laminated on a silicon solar cell formed on a transparent substrate via an insulating layer, or a thin-film solid lithium-ion secondary battery cell formed on a substrate. A solar cell composite type thin film solid lithium ion secondary battery, wherein a silicon solar cell is laminated on a battery cell via an insulating layer and composited.
【請求項10】 薄膜固体リチウムイオン二次電池セル
とシリコン太陽電池が一つの基板上または分離した基板
上に別々に形成されて複合されていることを特徴とする
太陽電池複合型薄膜固体リチウムイオン二次電池。
10. A solar cell composite type thin film solid lithium ion, wherein a thin film solid lithium ion secondary battery cell and a silicon solar cell are separately formed on one substrate or a separated substrate and are combined. Rechargeable battery.
【請求項11】 薄膜固体リチウムイオン二次電池セル
は請求項1乃至8のいずれかに記載の積層型薄膜固体リ
チウムイオン二次電池であることを特徴とする請求項9
または10記載の太陽電池複合型薄膜固体リチウムイオ
ン二次電池。
11. A thin-film solid lithium ion secondary battery according to claim 1, wherein the thin-film solid lithium ion secondary battery cell is a laminated thin-film solid lithium ion secondary battery.
Or a solar cell composite type thin film solid lithium ion secondary battery according to item 10.
【請求項12】 薄膜固体リチウムイオン二次電池セル
層の大気に露出する表面が窒化珪素系膜で絶縁被覆され
ていることを特徴とする請求項1乃至11のいずれかに
記載の積層型薄膜固体リチウムイオン二次電池または太
陽電池複合型薄膜固体リチウムイオン二次電池。
12. The laminated thin film according to claim 1, wherein a surface of the thin film solid lithium ion secondary battery cell layer exposed to the air is insulated and coated with a silicon nitride-based film. A solid lithium ion secondary battery or a solar cell composite thin film solid lithium ion secondary battery.
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