JP2009283344A - Negative electrode mix for lithium battery, negative electrode for lithium battery, lithium battery, device, and manufacturing method of negative electrode mix for lithium battery - Google Patents

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明子 辻
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a negative electrode mix for a lithium battery, having sufficient discharge capacity in a high discharge current density, provide a negative electrode for a lithium battery, a lithium battery, a device, and a manufacturing method of the negative electrode mix for a lithium battery. <P>SOLUTION: The negative electrode mix for a lithium battery is made by mixing carbon material with solid electrolyte, wherein the carbon material has a graphitization degree value R (I<SB>D</SB>/I<SB>G</SB>) obtained from a ratio of a peak height (I<SB>D</SB>)indicating a vibration mode derived from a noncrystalline turbostratic structure in a range around 1360 cm<SP>-1</SP>measured by a raman spectrometric spectrum and a peak height (I<SB>G</SB>)indicating a vibration mode derived from a graphitizatic crystalline structure in a range around 1580 cm<SP>-1</SP>is 0.05-0.30, and a crystallite thickness dimension in a C-axis direction of a (002) face by an X-ray diffraction method is 150-2000 Å. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、リチウム電池用負極合材、この合材を有したリチウム電池用負極、この負極を有したリチウム電池、この電池を有した装置およびリチウム電池用負極合材の製造方法に関する。   The present invention relates to a negative electrode composite material for a lithium battery, a negative electrode for a lithium battery having this composite material, a lithium battery having this negative electrode, a device having this battery, and a method for producing a negative electrode composite material for lithium battery.

近年、ビデオカメラ、携帯電話やポータブルパソコンなどの携帯機器の普及に伴い、二次電池の需要が高まっている。電池の高容量化の観点から、負極活物質として、Al,Si,Sn等のLiと合金を形成する金属系材料を用いることが知られている。しかし、このような金属系材料を単独で非水系リチウム二次電池の負極活物質として用いると、充放電サイクルに伴い充放電容量が著しく低下し、電池のサイクル特性が悪い場合がある。一方、負極活物質として炭素質材料、いわゆるカーボン系材料を使用し、正極活物質としてLiMO(M=Ni,Co等)を使用し、電解液として有機溶媒を使用した非水系リチウム二次電池が知られている(例えば、特許文献1参照)。 In recent years, with the spread of portable devices such as video cameras, mobile phones and portable personal computers, the demand for secondary batteries has increased. From the viewpoint of increasing the capacity of a battery, it is known to use a metal material that forms an alloy with Li, such as Al, Si, Sn, etc., as a negative electrode active material. However, when such a metal-based material is used alone as a negative electrode active material for a non-aqueous lithium secondary battery, the charge / discharge capacity may be significantly reduced with the charge / discharge cycle, and the cycle characteristics of the battery may be poor. On the other hand, a non-aqueous lithium secondary battery using a carbonaceous material as a negative electrode active material, a so-called carbon-based material, using LiMO 2 (M = Ni, Co, etc.) as a positive electrode active material, and using an organic solvent as an electrolytic solution. Is known (see, for example, Patent Document 1).

特許文献1では,リチウム二次電池に用いられる負極材料としては黒鉛に代表される炭素材料が用いられる点が示されている。   Patent Document 1 shows that a carbon material typified by graphite is used as a negative electrode material used in a lithium secondary battery.

特開2003−068361号公報JP 2003-068361 A

しかし、特許文献1に記載のような負極と、例えば、硫化リチウムおよび五硫化リンにて形成された固体電解質とを用いて製造した電池では、高い放電電流密度においては、十分な放電容量が得られない場合がある。   However, a battery manufactured using a negative electrode as described in Patent Document 1 and a solid electrolyte formed of, for example, lithium sulfide and phosphorus pentasulfide has a sufficient discharge capacity at a high discharge current density. It may not be possible.

本発明の目的は、高い放電電流密度において、十分な放電容量を有するリチウム電池用負極合材、リチウム電池用負極、リチウム電池、装置およびリチウム電池用負極合材の製造方法を提供することである。   An object of the present invention is to provide a negative electrode mixture for lithium batteries, a negative electrode for lithium batteries, a lithium battery, a device, and a method for producing a negative electrode mixture for lithium batteries having a sufficient discharge capacity at a high discharge current density. .

本発明のリチウム電池用負極合材は、ラマン分光スペクトルで測定される1350〜1370cm−1の範囲の非結晶質乱層構造に由来する振動モードを示すピークの高さ(I)と1570〜1620cm−1の範囲の黒鉛結晶質構造に由来する振動モードを示すピークの高さ(I)との比から求められる黒鉛化度R値(I/I)が、0.05以上0.30以下であり、かつ、X線回折法による(002)面のC軸方向の結晶子厚み寸法(Lc)が、150Å以上2000Å以下である炭素材料と、この炭素材料と混合された固体電解質と、を混合してなることを特徴とする。 The negative electrode composite material for a lithium battery of the present invention has a peak height (I D ) indicating a vibration mode derived from an amorphous turbostratic structure in the range of 1350 to 1370 cm −1 and 1570 The degree of graphitization R value (I D / I G ) determined from the ratio to the peak height (I G ) indicating the vibration mode derived from the graphite crystalline structure in the range of 1620 cm −1 is 0.05 or more and 0 A carbon material having a crystallite thickness dimension (Lc) in the C-axis direction of the (002) plane of 150 mm or more and 2000 mm or less by X-ray diffraction method, and a solid electrolyte mixed with the carbon material And are mixed.

また、前記固体電解質は、リチウム(Li)、リン(P)、硫黄(S)を含有することが好ましい。   Moreover, it is preferable that the said solid electrolyte contains lithium (Li), phosphorus (P), and sulfur (S).

さらに、前記炭素材料は、結晶子が粉砕されていない状態であり、前記固体電解質は、粒子が粉砕された状態であり、かつ、エネルギー分散型X線分析装置を用いた走査型電子顕微鏡により観察した元素のマッピング画像において式(1)〜(4)を満たした分散度(X/X)および分散度分布((Y/X)/(Y/X))を有することが好ましい。
(1):X=(α1+α+α…+α)/n
(2):Y={(α1+(α+(α…+(α}1/2/n
(3):0.8≦(X/X)≦1.0
(4):((Y/X)/(Y/X))≦1.0
(nはマッピング元素の粒子(例えばリン粒子)の数を示す自然数であり、αn値は、n個目の前記マッピング元素の粒子(例えばリン粒子)の面積であり、βn値はn個目の前記マッピング元素の粒子(例えばリン粒子)の周囲の長さであり、X値は、式(1)に示すn個目の前記マッピング元素の粒子(例えばリン粒子)の面積と前記マッピング元素の粒子(例えばリン粒子)の周囲長さの比の平均値であり、Y値は、式(2)に示すn個目の前記マッピング元素の粒子(例えばリン粒子)の面積とn個目の前記マッピング元素の粒子(例えばリン粒子)の周囲長さの比の二乗平均値であり、X値およびY値は、それぞれ前記炭素材料の結晶子と前記固体電解質の粒子とが粉砕しない状態で混合された場合のX値およびY値である。)
ここで、エネルギー分散型X線分析装置を用いた走査型電子顕微鏡とは、一般的なSEM−EDS(Scanning Electron Microscopy/Energy Dispersive Spectroscopy)装置である。
Further, the carbon material is in a state where crystallites are not pulverized, and the solid electrolyte is in a state where particles are pulverized, and is observed with a scanning electron microscope using an energy dispersive X-ray analyzer. It is preferable to have the dispersity (X / X 0 ) and the dispersity distribution ((Y / X) / (Y 0 / X 0 )) satisfying the expressions (1) to (4) in the mapping image of the obtained element.
(1): X = (α 1 / β 1 + α 2 / β 2 + α 3 / β 3 ... + Α n / β n ) / n
(2): Y = {(α 1 / β 1 ) 2 + (α 2 / β 2 ) 2 + (α 3 / β 3 ) 2 ... + (α n / β n ) 2 } 1/2 / n
(3): 0.8 ≦ (X / X 0 ) ≦ 1.0
(4): ((Y / X) / (Y 0 / X 0 )) ≦ 1.0
(N is a natural number indicating the number of mapping element particles (for example, phosphorus particles), α n value is the area of the n th mapping element particle (for example, phosphorus particles), and β n value is n It is the circumference length of the mapping element particle (for example, phosphorus particle) of the eye, and the X value is the area of the nth mapping element particle (for example, phosphorus particle) and the mapping element shown in Formula (1) The Y value is the average value of the ratio of the perimeter lengths of the particles (for example, phosphorus particles) and the area of the nth mapping element particle (for example, phosphorus particles) shown in Formula (2) This is the mean square value of the ratio of the perimeters of particles of the mapping element (for example, phosphorus particles), and the X 0 value and the Y 0 value are states in which the crystallites of the carbon material and the solid electrolyte particles are not pulverized, respectively. X and Y values when mixed with
Here, the scanning electron microscope using the energy dispersive X-ray analyzer is a general SEM-EDS (Scanning Electron Microscopy / Energy Dispersive Spectroscopy) apparatus.

本発明のリチウム電池用負極は、前記リチウム電池用負極合材を含むことを特徴とする。
本発明の全固体リチウム電池は、前記負極を備えることを特徴とする。
全固体リチウム電池は、高い放電電流密度において、大きな放電容量を有する。
The negative electrode for a lithium battery according to the present invention includes the negative electrode mixture for a lithium battery.
The all-solid-state lithium battery of this invention is equipped with the said negative electrode, It is characterized by the above-mentioned.
All solid lithium batteries have a large discharge capacity at high discharge current densities.

本発明の装置は、前記全固体リチウム電池を備えることを特徴とする。
本発明の負極合材を用いた全固体リチウム電池は、二次電池でも一次電池でも良い。
本発明のリチウム電池を備えた装置は、本発明のリチウム電池を搭載しているものであればよく、各種携帯電子機器に用いられ、特にノート型パソコン、ノート型ワープロ、パームトップ(ポケット)パソコン、携帯電話、PHS、携帯ファックス、携帯プリンター、ヘッドフォンステレオ、ビデオカメラ、携帯テレビ、ポータブルCD、ポータブルMD、電動髭剃り機、電子手張、トランシーバー、電動工具、ラジオ、テープレコーダ、デジタルカメラ、携帯コピー機、携帯ゲーム機等に用いることができる。
また、更に電気自動車、ハイブリッド自動車、自動販売機、電動カート、ロードレベリング用蓄電システム、家庭用蓄電器、分散型電力貯蔵機システム(据置型電化製品に内蔵)、非常時電力供給システム等の電池として用いることができる。
リチウム電池は、例えば、電気自動車に搭載される形態として、電池パックや電池ユニットがある。
本発明のリチウム電池を搭載した装置が電気自動車である場合、リチウム電池は、高い放電密度において十分な放電容量を有しているから、電気自動車は、高出力で長時間走行が可能である。
The apparatus of the present invention includes the all solid lithium battery.
The all solid lithium battery using the negative electrode mixture of the present invention may be a secondary battery or a primary battery.
The apparatus equipped with the lithium battery of the present invention may be any device equipped with the lithium battery of the present invention, and is used in various portable electronic devices, particularly notebook computers, notebook word processors, palmtop (pocket) computers. , Mobile phone, PHS, portable fax, portable printer, headphone stereo, video camera, portable TV, portable CD, portable MD, electric shaver, electronic handrail, transceiver, electric tool, radio, tape recorder, digital camera, mobile phone It can be used for a copy machine, a portable game machine, and the like.
In addition, batteries for electric vehicles, hybrid vehicles, vending machines, electric carts, load leveling power storage systems, household power storage devices, distributed power storage systems (built in stationary electrical products), emergency power supply systems, etc. Can be used.
Lithium batteries include, for example, battery packs and battery units that are mounted on electric vehicles.
When the apparatus equipped with the lithium battery of the present invention is an electric vehicle, the lithium battery has a sufficient discharge capacity at a high discharge density. Therefore, the electric vehicle can run at a high output for a long time.

本発明のリチウム電池用負極合材の製造方法は、ラマン分光スペクトルで測定される1350〜1370cm−1の範囲の非結晶質乱層構造に由来する振動モードを示すピークの高さ(I)と1570〜1620cm−1の範囲の黒鉛結晶質構造に由来する振動モードを示すピークの高さ(I)との比から求められる黒鉛化度R値(I/I)が、0.05以上0.30以下であり、かつ、X線回折法による(002)面のC軸方向の結晶子厚み寸法(Lc)寸法が150Å以上2000Å以下である炭素材料と、固体電解質と、をメカノケミカル処理方法で混合することを特徴とする。 The method for producing a negative electrode composite material for a lithium battery according to the present invention has a peak height (I D ) indicating a vibration mode derived from an amorphous turbostratic structure in the range of 1350 to 1370 cm −1 as measured by Raman spectroscopy. And a graphitization degree R value (I D / I G ) determined from a ratio of a peak height (I G ) indicating a vibration mode derived from a graphite crystalline structure in the range of 1570 to 1620 cm −1 of 0. A carbon material having a crystallite thickness dimension (Lc) in the C-axis direction of the (002) plane of 150 to 2000 mm by a X-ray diffraction method and a solid electrolyte is mechano It is characterized by mixing by a chemical treatment method.

高い放電電流密度において、十分な放電容量を有するリチウム電池用負極合材、リチウム電池用負極、リチウム電池、装置およびリチウム電池用負極合材の製造方法を得ることができる。   In a high discharge current density, a lithium battery negative electrode mixture, a lithium battery negative electrode, a lithium battery, a device, and a method for producing a lithium battery negative electrode mixture having a sufficient discharge capacity can be obtained.

以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。図1は、本実施形態のリチウム電池を示す概略構成図である。   Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing a lithium battery according to the present embodiment.

(電池セルの構成)
図1に示すように、リチウム電池である電池セル201は、正極集電シート240と、正極シート205と、固体電解質シート220と、負極シート206と、負極集電シート250とを順に貼り合わせて、プレスし、一体化したものである。この一体化したものには、電池セル201の外装としてのアルミフィルムなどがラミネートされている。
なお、固体電解質シート220を製造し、固体電解質シート220上に負極合材を積層して負極層を形成し、固体電解質シート220の負極合材が積層された面とは逆の面に正極合材を積層して正極層を形成し、その上で、加圧して電池セル201を製造してもよい。
また、負極集電シート250上に負極合材を積層して負極層を形成し、負極層上に上述の固体電解質を積層して電解質層を形成し、さらに電解質層上に正極合材を積層して正極層を形成し、この正極層上に正極集電シート240を張り合わせ、全体を加圧して電池セル201を製造してもよい。またその逆であってもよく、負極層、電解質層、正極層の順に積層された電池セル201を製造できるのであれば、製造方法は問わない。
(Battery cell configuration)
As shown in FIG. 1, a battery cell 201 that is a lithium battery includes a positive electrode current collector sheet 240, a positive electrode sheet 205, a solid electrolyte sheet 220, a negative electrode sheet 206, and a negative electrode current collector sheet 250 that are bonded in order. , Pressed and integrated. In this integrated body, an aluminum film or the like as an exterior of the battery cell 201 is laminated.
The solid electrolyte sheet 220 is manufactured, the negative electrode mixture is laminated on the solid electrolyte sheet 220 to form a negative electrode layer, and the positive electrode composite is formed on the opposite side of the surface of the solid electrolyte sheet 220 on which the negative electrode mixture is laminated. The battery cells 201 may be manufactured by stacking materials to form a positive electrode layer and then applying pressure.
Also, a negative electrode mixture is laminated on the negative electrode current collector sheet 250 to form a negative electrode layer, the above-mentioned solid electrolyte is laminated on the negative electrode layer to form an electrolyte layer, and a positive electrode mixture is laminated on the electrolyte layer. Then, a positive electrode layer may be formed, and a positive electrode current collector sheet 240 may be laminated on the positive electrode layer, and the whole may be pressurized to manufacture the battery cell 201. Moreover, the reverse may be sufficient and a manufacturing method will not be ask | required if the battery cell 201 laminated | stacked in order of the negative electrode layer, the electrolyte layer, and the positive electrode layer can be manufactured.

(固体電解質シート)
固体電解質シート220を構成するリチウム・リン系硫化物系固体電解質(以下、「固体電解質」と略記する)は、リチウムおよびリン系硫化物ガラス又はリチウム・リン系硫化物ガラスセラミックでもよく、その混合物でもよい。リチウム・リン系硫化物ガラスは、原料を溶融反応させた後、急冷することにより製造できる。また、上記原料をメカニカルミリング(以下、「MM」と略記する)法により処理して得ることができる。
リチウム・リン系硫化物ガラスセラミックは、上記の方法で得られたリチウム・リン系硫化物ガラスをさらに加熱処理することで得られる。
好ましいリチウム・リン系硫化物固体電解質は、硫化リチウム(以下、「Li2S」と略記する)と、五硫化二燐(以下、「P25」と略記する)とを用いて製造することもできるが、Li2S、単体燐及び単体硫黄を用いて製造することもできる。WO2007−066539に記載の方法で製造することがより好ましい。
(Solid electrolyte sheet)
The lithium / phosphorous sulfide solid electrolyte (hereinafter abbreviated as “solid electrolyte”) constituting the solid electrolyte sheet 220 may be lithium and phosphorus sulfide glass or lithium / phosphorous sulfide glass ceramic, and a mixture thereof. But you can. Lithium / phosphorous sulfide glass can be produced by melting and reacting raw materials and then rapidly cooling. The raw material can be obtained by a mechanical milling (hereinafter abbreviated as “MM”) method.
The lithium / phosphorous sulfide glass ceramic can be obtained by further heat-treating the lithium / phosphorous sulfide glass obtained by the above method.
A preferred lithium / phosphorous sulfide solid electrolyte is produced using lithium sulfide (hereinafter abbreviated as “Li 2 S”) and diphosphorus pentasulfide (hereinafter abbreviated as “P 2 S 5 ”). However, it can also be produced using Li 2 S, simple phosphorus and simple sulfur. It is more preferable to produce by the method described in WO2007-066539.

(正極集電シートおよび負極集電シート)
正極集電シート240および負極集電シート250としては、例えば、ステンレス鋼、金、白金、亜鉛、ニッケル、スズ、アルミニウム、モリブデン、ニオブ、タンタル、タングステン、チタンなどの金属、および、これらの合金にて、シート、箔、網状、パンチングメタル状、エキスパンドメタル状などに形成されたものが用いられる。特に、正極集電シート240ではアルミニウム箔、負極集電シート250ではアルミニウム箔やスズ箔が、集電性、加工性、コストの点で好ましい。
(Positive electrode current collector sheet and negative electrode current collector sheet)
Examples of the positive electrode current collector sheet 240 and the negative electrode current collector sheet 250 include metals such as stainless steel, gold, platinum, zinc, nickel, tin, aluminum, molybdenum, niobium, tantalum, tungsten, and titanium, and alloys thereof. In addition, a sheet, foil, net, punched metal, expanded metal or the like is used. In particular, an aluminum foil is preferable for the positive electrode current collector sheet 240, and an aluminum foil or a tin foil is preferable for the negative electrode current collector sheet 250 in terms of current collection, workability, and cost.

(正極シート)
正極シート205は、正極合材を用いて形成される。ここで、正極シート205には、例えば、正極集電シート240に正極合材を積層して形成した正極層も含まれる。正極合材は、正極活物質210と上述の固体電解質とを含有する。
正極活物質210としては、硫化物系では、硫化チタン(TiS2)、硫化モリブデン(MoS2)、硫化鉄(FeS、FeS2)、硫化銅(CuS)及び硫化ニッケル(Ni32)、LNCAO(LiNiCoAl1−x−y)等が使用できる。
また、酸化物系では、酸化ビスマス(Bi23,Bi2Pb25)、酸化銅(CuO)、酸化バナジウム(V613)、コバルト酸リチウム(LiCoO2)、ニッケル酸リチウム(LiNiO2)、マンガン酸リチウム(LiMnO2、LiMn)等が使用できる。好ましくは、コバルト酸リチウムが使用できる。尚、上記の他にはセレン化ニオブ(NbSe3)が使用できる。
(Positive electrode sheet)
The positive electrode sheet 205 is formed using a positive electrode mixture. Here, the positive electrode sheet 205 includes, for example, a positive electrode layer formed by stacking a positive electrode mixture on the positive electrode current collector sheet 240. The positive electrode mixture contains the positive electrode active material 210 and the above-described solid electrolyte.
As the positive electrode active material 210, in the sulfide system, titanium sulfide (TiS 2 ), molybdenum sulfide (MoS 2 ), iron sulfide (FeS, FeS 2 ), copper sulfide (CuS), and nickel sulfide (Ni 3 S 2 ), LNCAO (LiNi x Co y Al 1 -x-y O 2) , or the like can be used.
In the oxide system, bismuth oxide (Bi 2 O 3 , Bi 2 Pb 2 O 5 ), copper oxide (CuO), vanadium oxide (V 6 O 13 ), lithium cobaltate (LiCoO 2 ), lithium nickelate ( LiNiO 2 ), lithium manganate (LiMnO 2 , LiMn 2 O 4 ) and the like can be used. Preferably, lithium cobaltate can be used. In addition to the above, niobium selenide (NbSe 3 ) can be used.

(負極シート)
負極シート206は、負極合材を用いて形成される。ここで、負極シート206には、例えば、負極集電シート250に負極合材を積層して形成した負極層も含まれる。負極合材は、負極活物質230と上述の固体電解質とを含有する。
負極活物質としては、粉末状の炭素材料が好ましく、この炭素材料は、充放電特性、容量等の観点から黒鉛系材料が望ましい。黒鉛系材料としては、天然黒鉛、人造黒鉛などの黒鉛粒子、さらにはタール、ピッチを原料としたメソフェーズピッチ、例えば、メソフェーズ小球体などを熱処理して得られるメソフェーズ系黒鉛質粒子が挙げられる。さらには、これらをアモルファスカーボン等で被覆した複合化炭素材料も含む。炭素材料は、結晶子が粉砕されていない粉末状の黒鉛であり、ラマン分光スペクトルで測定される1350〜1370cm−1の範囲の非結晶質乱層構造に由来する振動モードを示すピークの高さ(I)と1570〜1620cm−1の範囲の黒鉛結晶質構造に由来する振動モードを示すピークの高さ(I)との比から求められる黒鉛化度(以下、「R値」と略記する)(I/I)が、0.05以上0.30以下である。なお、R値は、波長532nmのアルゴンレーザー光を用いた。
R値が0.05未満の場合、黒鉛結晶子の露出エッジ面が十分ではなく、リチウムイオンがスムーズに脱挿入し難くなる場合がある。一方、R値が0.30を超える場合、十分な容量が得られない場合がある。このような観点から、R値は、0.10以上0.25以下であることがより好ましい。
(Negative electrode sheet)
The negative electrode sheet 206 is formed using a negative electrode mixture. Here, the negative electrode sheet 206 also includes, for example, a negative electrode layer formed by laminating a negative electrode mixture on the negative electrode current collector sheet 250. The negative electrode mixture contains the negative electrode active material 230 and the above-described solid electrolyte.
As the negative electrode active material, a powdery carbon material is preferable, and the carbon material is preferably a graphite-based material from the viewpoint of charge / discharge characteristics, capacity, and the like. Examples of the graphite-based material include graphite particles such as natural graphite and artificial graphite, and mesophase-based graphite particles obtained by heat-treating mesophase pitch using tar and pitch as raw materials, for example, mesophase microspheres. Furthermore, the composite carbon material which coat | covered these with amorphous carbon etc. is also included. The carbon material is a powdery graphite in which the crystallites are not pulverized, and the peak height indicating the vibration mode derived from the amorphous turbostratic structure in the range of 1350 to 1370 cm −1 measured by Raman spectroscopy. The degree of graphitization (hereinafter abbreviated as “R value”) determined from the ratio between (I D ) and the peak height (I G ) indicating the vibration mode derived from the graphite crystalline structure in the range of 1570 to 1620 cm −1. (I D / I G ) is 0.05 or more and 0.30 or less. For the R value, argon laser light having a wavelength of 532 nm was used.
When the R value is less than 0.05, the exposed edge surface of the graphite crystallite is not sufficient, and it may be difficult to smoothly remove and insert lithium ions. On the other hand, when the R value exceeds 0.30, a sufficient capacity may not be obtained. From such a viewpoint, the R value is more preferably 0.10 or more and 0.25 or less.

また、炭素材料は、X線回折(XRD:X−ray diffraction)法によるミラー指数(002)面のC軸方向の結晶子の厚み寸法(以下「Lc」と略記する)が150Å以上2000Å以下である。Lc値が150Åより小さいと、黒鉛の積層が発達しておらず十分な容量が得られない場合がある。一方、Lc値が2000Åより大きいと固体電解質との混合状態が不良になる場合がある。このような観点から、Lc値は、470Å以上1800Å以下であることがより好ましい。さらに好ましくは、Lc値は、1500Å以下である。
なお、Lc値は、X線回折測定から得られる(002)面の回折ピークを用いてScherrerの式により算出した。算出式は、Lc=Kλ/βcosθである。Kは形状因子であり、本実施形態では、K=0.9である。λはX線波長であり、本実施形態では、λ=1.5406Åである。βは強度補正をした回折線の半値幅であり、θは回折角2θ/2である。
The carbon material has a crystallite thickness dimension (hereinafter abbreviated as “Lc”) in the C-axis direction of the Miller index (002) plane by an X-ray diffraction (XRD) method of 150 to 2000 mm. is there. If the Lc value is less than 150%, the graphite laminate may not be developed and sufficient capacity may not be obtained. On the other hand, if the Lc value is larger than 2000%, the mixed state with the solid electrolyte may be poor. From such a viewpoint, the Lc value is more preferably 470 to 1800. More preferably, the Lc value is 1500 Å or less.
The Lc value was calculated by the Scherrer equation using the diffraction peak on the (002) plane obtained from the X-ray diffraction measurement. The calculation formula is Lc = Kλ / βcosθ. K is a form factor, and in this embodiment, K = 0.9. λ is an X-ray wavelength, and in this embodiment, λ = 1.5406Å. β is the half-value width of the diffraction line after intensity correction, and θ is the diffraction angle 2θ / 2.

負極合材に用いられる固体電解質は、特に限定されず、有機化合物、無機化合物、あるいは有機・無機両化合物からなる材料を用いることができ、酸化物系、硫化物系、高分子系等、リチウム電池分野で公知のものが使用できる。特に、硫化物系の無機固体電解質は、イオン伝導度が他の無機化合物より高いことが知られており、特開平4−202024等に記載の無機固体電解質を使用できる。具体的には、LiSとSiS、GeS、P、Bの組合せから成る無機固体電解質に、適宜、LiPOやハロゲン、ハロゲン化合物を添加した無機固体電解質を用いることができる。
さらに、リチウムイオン伝導性が高いことから、リチウム(Li)、リン(P)、硫黄(S)を含む硫化物系固体電解質粉末であることが好ましい。固体電解質の粒径は、0.10μm以上100μm以下であることが好ましい。0.10μm未満の場合、固体電解質が飛散する恐れがあり取り扱いが困難になる場合がある。固体電解質が100μmを超えると、例えば炭素粉末などの負極合材との混合状態が不良になる場合がある。また、負極合材に用いられる固体電解質は、粒子が粉砕された状態であり、かつ、エネルギー分散型X線分析装置を用いた走査型電子顕微鏡(以下、「SEM−EDS」と略記する)により観察した元素のマッピング画像において式(1)〜(4)を満たす。ここで、nはマッピング元素の粒子(例えばリン粒子)の数を示す自然数であり、αn値は、n個目のマッピング元素の粒子(例えばリン粒子)の面積であり、βn値はn個目のマッピング元素の粒子(例えばリン粒子)の周囲の長さであり、X値は、式(1)に示すn個目のマッピング元素の粒子(例えばリン粒子)の面積とマッピング元素の粒子(例えばリン粒子)の周囲長さの比の平均値であり、Y値は、式(2)に示すn個目のマッピング元素の粒子(例えばリン粒子)の面積とn個目のマッピング元素の粒子(例えばリン粒子)の周囲長さの比の二乗平均値であり、X値およびY値は、それぞれ炭素材料の結晶子及び固体電解質の粒子が粉砕しない状態に混合された場合のX値およびY値である。
ここで、マッピングした元素の粒子(例えばリン粒子)は、図2に示すように、上記マッピング画像の符号300のようなひとつの塊を粒子の1粒として定義する。
(1):X=(α1+α+α…+α)/n
(2):Y={(α1+(α+(α…+(α}1/2/n
(3):0.8≦(X/X)≦1.0
(4):((Y/X)/(Y/X))≦1.0
The solid electrolyte used for the negative electrode mixture is not particularly limited, and an organic compound, an inorganic compound, or a material composed of both organic and inorganic compounds can be used. Those known in the battery field can be used. In particular, sulfide-based inorganic solid electrolytes are known to have higher ionic conductivity than other inorganic compounds, and inorganic solid electrolytes described in JP-A-4-202024 can be used. Specifically, an inorganic solid electrolyte in which Li 3 PO 4 , a halogen, and a halogen compound are appropriately added to an inorganic solid electrolyte composed of a combination of Li 2 S and SiS 2 , GeS 2 , P 2 S 5 , B 2 S 3. Can be used.
Furthermore, since it has high lithium ion conductivity, a sulfide-based solid electrolyte powder containing lithium (Li), phosphorus (P), and sulfur (S) is preferable. The particle diameter of the solid electrolyte is preferably 0.10 μm or more and 100 μm or less. If the thickness is less than 0.10 μm, the solid electrolyte may be scattered and handling may be difficult. If the solid electrolyte exceeds 100 μm, the mixed state with a negative electrode mixture such as carbon powder may be poor. Further, the solid electrolyte used for the negative electrode mixture is in a state where the particles are pulverized, and by a scanning electron microscope (hereinafter abbreviated as “SEM-EDS”) using an energy dispersive X-ray analyzer. Expressions (1) to (4) are satisfied in the observed element mapping image. Here, n is a natural number indicating the number of mapping element particles (for example, phosphorus particles), α n value is the area of the nth mapping element particle (for example, phosphorus particles), and β n value is n The length of the circumference of the particle (for example, phosphorus particle) of the mapping element, and the X value is the area of the particle (for example, phosphorus particle) of the nth mapping element and the particle of the mapping element shown in Formula (1) It is an average value of the ratio of the perimeters of (for example, phosphorus particles), and the Y value is the area of the n-th mapping element particle (for example, phosphorus particles) shown in Equation (2) and the n-th mapping element. It is a mean square value of the ratio of the perimeter of particles (for example, phosphorus particles), and the X 0 value and the Y 0 value are X values when the crystallites of the carbon material and the particles of the solid electrolyte are mixed without being pulverized, respectively. Value and Y value.
Here, as shown in FIG. 2, the mapped element particle (for example, phosphorus particle) defines a single lump like reference numeral 300 in the mapping image as one particle.
(1): X = (α 1 / β 1 + α 2 / β 2 + α 3 / β 3 ... + Α n / β n ) / n
(2): Y = {(α 1 / β 1 ) 2 + (α 2 / β 2 ) 2 + (α 3 / β 3 ) 2 ... + (α n / β n ) 2 } 1/2 / n
(3): 0.8 ≦ (X / X 0 ) ≦ 1.0
(4): ((Y / X) / (Y 0 / X 0 )) ≦ 1.0

電池セル201の負極シート206に、上述の負極合材を用いることにより、電池セル201は、高い放電電流密度において、大きな放電容量を有する。ここで、高い放電電流密度とは、1mA/cm以上20mA/cm以下である。 By using the above-described negative electrode mixture for the negative electrode sheet 206 of the battery cell 201, the battery cell 201 has a large discharge capacity at a high discharge current density. Here, the high discharge current density is 1 mA / cm 2 or more and 20 mA / cm 2 or less.

(固体電解質の製造方法)
次に、負極シート206の負極合材および固体電解質シート220に用いられる固体電解質の製造方法について説明する。
固体電解質は、Li2SおよびP25を用いて製造することもできるが、Li2S、単体燐及び単体硫黄を用いて製造することもできる。
(Method for producing solid electrolyte)
Next, a method for producing a solid electrolyte used for the negative electrode mixture of the negative electrode sheet 206 and the solid electrolyte sheet 220 will be described.
The solid electrolyte can be produced using Li 2 S and P 2 S 5 , but can also be produced using Li 2 S, simple phosphorus and simple sulfur.

Li2Sは、特に制限なく工業的に入手可能なものが使用できるが、高純度のものが好ましい。好ましくは、Li2Sは、硫黄酸化物のリチウム塩の総含有量が好ましくは0.15質量%以下、より好ましくは0.1質量%以下であり、かつN−メチルアミノ酪酸リチウムの含有量が0.15質量%以下、より好ましくは0.1質量%以下である。硫黄酸化物のリチウム塩の総含有量が0.15質量%以下であると、溶融急冷法やMM法で得られる固体電解質は、ガラス状電解質(完全非晶質)となる。即ち、硫黄酸化物のリチウム塩の総含有量が0.15質量%を越えると、得られる電解質は、最初から結晶化物の恐れがあり、この結晶化物のイオン伝導度は低い。さらに、この結晶化物について熱処理を施しても結晶化物には変化がなく、高イオン伝導度のリチウム・リン系硫化物固体電解質を得ることができないおそれがある。
また、N−メチルアミノ酪酸リチウムの含有量が0.15質量%以下であると、N−メチルアミノ酪酸リチウムの劣化物がリチウム電池のサイクル性能を低下させることがない。
このように不純物が低減されたLi2Sを用いると、高イオン伝導性電解質が得られる。この固体電解質で用いられるLi2Sの製造法としては、少なくとも上記不純物を低減できる方法であれば特に制限はない。例えば、以下の方法で製造されたLi2Sを精製することにより得ることもできる。
As Li 2 S, those commercially available without particular limitation can be used, but those having high purity are preferred. Preferably, Li 2 S has a total lithium oxide lithium salt content of preferably 0.15% by mass or less, more preferably 0.1% by mass or less, and a content of lithium N-methylaminobutyrate. Is 0.15% by mass or less, more preferably 0.1% by mass or less. When the total content of the lithium salt of sulfur oxide is 0.15% by mass or less, the solid electrolyte obtained by the melt quenching method or the MM method becomes a glassy electrolyte (fully amorphous). That is, when the total content of the lithium salt of sulfur oxide exceeds 0.15% by mass, the obtained electrolyte may be a crystallized product from the beginning, and the ionic conductivity of the crystallized product is low. Furthermore, even if this crystallized product is subjected to a heat treatment, the crystallized product is not changed, and there is a possibility that a lithium / phosphorous sulfide solid electrolyte having a high ion conductivity cannot be obtained.
Further, when the content of lithium N-methylaminobutyrate is 0.15% by mass or less, a deteriorated product of lithium N-methylaminobutyrate does not deteriorate the cycle performance of the lithium battery.
By using Li 2 S in which impurities are reduced in this way, a high ion conductive electrolyte can be obtained. The method for producing Li 2 S used in the solid electrolyte is not particularly limited as long as it is a method that can reduce at least the impurities. For example, it can be obtained by purifying Li 2 S produced by the following method.

次に、Li2Sの製造方法例について説明する。
(a)非プロトン性有機溶媒中で水酸化リチウムと硫化水素とを0〜150℃で反応させて水Li2Sを生成し、次いで、この反応液を150〜200℃で脱硫化水素化する方法(特開平7−330312号公報参照)。
(b)非プロトン性有機溶媒中で水酸化リチウムと硫化水素とを150〜200℃で反応させ、直接Li2Sを生成する方法(特開平7−330312号公報参照)。
(c)水酸化リチウムとガス状硫黄源を130〜445℃の温度で反応させる方法(特開平9−283156号公報)。
Next, an example of a method for producing Li 2 S will be described.
(A) Lithium hydroxide and hydrogen sulfide are reacted at 0 to 150 ° C. in an aprotic organic solvent to form water Li 2 S, and then the reaction solution is dehydrosulfurized at 150 to 200 ° C. Method (refer to Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-330312).
(B) A method of directly producing Li 2 S by reacting lithium hydroxide and hydrogen sulfide at 150 to 200 ° C. in an aprotic organic solvent (see JP-A-7-330312).
(C) A method of reacting lithium hydroxide and a gaseous sulfur source at a temperature of 130 to 445 ° C. (Japanese Patent Laid-Open No. 9-283156).

このようにして得られたLi2Sの精製方法としては、特に制限はない。好ましい精製法としては、例えば、国際公開WO2005/40039号等が挙げられる。具体的には、上記のようにして得られたLi2Sを、有機溶媒を用い、100℃以上の温度で洗浄する。洗浄に用いる有機溶媒は、非プロトン性極性溶媒であることが好ましく、さらに、Li2Sの製造に使用する非プロトン性有機溶媒と洗浄に用いる非プロトン性極性有機溶媒とが同一であることがより好ましい。洗浄に好ましく用いられる非プロトン性極性有機溶媒としては、例えば、アミド化合物、ラクタム化合物、尿素化合物、有機硫黄化合物、環式有機リン化合物等の非プロトン性の極性有機化合物が挙げられ、単独溶媒、又は混合溶媒として好適に使用することができる。特に、N−メチル−2−ピロリドン(NMP)は、良好な溶媒に選択される。洗浄に使用する有機溶媒の量は特に限定されず、また、洗浄の回数も特に限定されないが、2回以上であることが好ましい。洗浄は、窒素、アルゴン等の不活性ガス下で行うことが好ましい。
洗浄されたLi2Sを、洗浄に使用した有機溶媒の沸点以上の温度で、窒素等の不活性ガス気流下、常圧又は減圧下で、5分以上、好ましくは約2〜3時間以上乾燥することにより、本発明で用いられるLi2Sを得ることができる。
Such purification method of the obtained Li 2 S in the not particularly limited. Preferable purification methods include, for example, International Publication No. WO2005 / 40039. Specifically, Li 2 S obtained as described above is washed at a temperature of 100 ° C. or higher using an organic solvent. The organic solvent used for washing is preferably an aprotic polar solvent, and the aprotic organic solvent used for the production of Li 2 S and the aprotic polar organic solvent used for washing are preferably the same. More preferred. Examples of the aprotic polar organic solvent preferably used for washing include aprotic polar organic compounds such as amide compounds, lactam compounds, urea compounds, organic sulfur compounds, cyclic organophosphorus compounds, Or it can use suitably as a mixed solvent. In particular, N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) is selected as a good solvent. The amount of the organic solvent used for washing is not particularly limited, and the number of times of washing is not particularly limited, but is preferably 2 or more. Cleaning is preferably performed under an inert gas such as nitrogen or argon.
The washed Li 2 S is dried at a temperature equal to or higher than the boiling point of the organic solvent used for the cleaning, under an inert gas stream such as nitrogen, at normal pressure or reduced pressure for 5 minutes or longer, preferably for about 2 to 3 hours or longer. By doing so, Li 2 S used in the present invention can be obtained.

また、Pは、工業的に製造され、販売されているものであれば、特に限定なく使用することができる。なお、Pに代えて、相当するモル比の単体リン及び単体硫黄を用いることもできる。
そして、単体リン及び単体硫黄は、工業的に生産され、販売されているものであれば、特に限定なく使用することができる。
In addition, P 2 S 5 can be used without particular limitation as long as it is industrially manufactured and sold. In place of P 2 S 5 , simple phosphorus and simple sulfur having a corresponding molar ratio can be used.
The simple phosphorus and simple sulfur can be used without particular limitation as long as they are industrially produced and sold.

上述のP25と上述のLi2Sとを混合して、固体電解質を製造することができる。P25とLi2Sとの混合モル比は、通常50:50〜80:20、好ましくは60:40〜75:25である。特に好ましい混合モル比は、LiS:P=68:32〜74:26である。なお、P25の代わりに、単体燐と単体硫黄との混合物を用いてもよい。 A solid electrolyte can be manufactured by mixing the above-described P 2 S 5 and the above-described Li 2 S. The mixing molar ratio of P 2 S 5 and Li 2 S is usually 50:50 to 80:20, preferably 60:40 to 75:25. A particularly preferable mixing molar ratio is Li 2 S: P 2 S 5 = 68: 32 to 74:26. A mixture of simple phosphorus and simple sulfur may be used instead of P 2 S 5 .

固体電解質の製造方法としては、溶融急冷法やメカニカルミリング法(以下、「MM法」と略記する)がある。
溶融急冷法による場合、PとLiSとを所定量乳鉢にて混合しペレット状にしたものを、カーボンコートした石英管中に入れ真空封入する。所定の反応温度で反応させた後、氷中に投入し急冷することにより、ガラス、つまり非晶質の固体電解質が得られる。この際の反応温度は、好ましくは400℃〜1000℃、より好ましくは、800℃〜900℃である。また、反応時間は、好ましくは0.1時間〜12時間、より好ましくは、1〜12時間である。上記反応物の急冷温度は、通常10℃以下、好ましくは0℃以下である。
As a method for producing a solid electrolyte, there are a melt quenching method and a mechanical milling method (hereinafter abbreviated as “MM method”).
In the case of the melt quenching method, a mixture of P 2 S 5 and Li 2 S in a predetermined amount in a mortar and pelletized is placed in a carbon-coated quartz tube and vacuum sealed. After reacting at a predetermined reaction temperature, glass is charged, that is, an amorphous solid electrolyte is obtained by rapid cooling. The reaction temperature at this time is preferably 400 ° C to 1000 ° C, more preferably 800 ° C to 900 ° C. Moreover, reaction time becomes like this. Preferably it is 0.1 to 12 hours, More preferably, it is 1 to 12 hours. The quenching temperature of the reaction product is usually 10 ° C. or lower, preferably 0 ° C. or lower.

MM法による場合、PとLiSとを所定量乳鉢にて混合し、MM法にて所定時間反応させることにより、非晶質、つまりガラス状の固体電解質が得られる。
およびLiSを用いたMM法は、室温で反応を行うことができる。MM法によれば、室温で固体電解質を製造できるため、原料の熱分解が起らず、仕込み組成の固体電解質を得ることができるという利点がある。また、MM法では、固体電解質の製造と同時に、固体電解質を微粉末化できるという利点もある。MM法は種々の形式を用いることができるが、遊星型ボールミルを使用するのが特に好ましい。遊星型ボールミルは、ポットが自転回転しながら、台盤が公転回転し、非常に高い衝撃エネルギーを効率良く発生させることができる。MM法の回転速度及び回転時間は特に限定されないが、回転速度が速いほど、固体電解質の生成速度は速くなり、回転時間が長いほど固体電解質ヘの原料の転化率は高くなる。
In the case of the MM method, P 2 S 5 and Li 2 S are mixed in a predetermined amount in a mortar and reacted for a predetermined time by the MM method, whereby an amorphous, that is, glassy solid electrolyte is obtained.
In the MM method using P 2 S 5 and Li 2 S, the reaction can be performed at room temperature. According to the MM method, since a solid electrolyte can be produced at room temperature, there is an advantage that a solid electrolyte having a charged composition can be obtained without thermal decomposition of raw materials. Further, the MM method has an advantage that the solid electrolyte can be made into fine powder simultaneously with the production of the solid electrolyte. Although various types of MM methods can be used, it is particularly preferable to use a planetary ball mill. The planetary ball mill can efficiently generate very high impact energy by rotating the platform while the pot rotates. Although the rotation speed and rotation time of the MM method are not particularly limited, the faster the rotation speed, the faster the solid electrolyte production speed, and the longer the rotation time, the higher the conversion rate of the raw material to the solid electrolyte.

MM法の条件としては、例えば、遊星型ボールミル機を使用した場合、回転速度を数十〜数百回転/分とし、0.5時間〜100時間処理すればよい。
以上、溶融急冷法及びMM法による固体電解質の具体例を説明したが、温度条件や処理時間等の製造条件は、使用設備等に合わせて適宜調整することができる。
また、得られた固体電解質を所定の温度で熱処理し、ガラスセラミック状の固体電解質を生成させることもできる。硫化物ガラスセラミック固体電解質を生成させる熱処理温度は、好ましくは190℃以上340℃以下、より好ましくは、195℃以上335℃以下、特に好ましくは、200℃以上330℃以下である。190℃未満の場合、高イオン伝導性の結晶が得られにくい場合があり、340℃を超えると、イオン伝導性の低い結晶が生じる場合がある。熱処理時間は、190℃以上220℃以下の温度の場合は、3時間以上240時間が好ましく、特に4時間以上230時間以下が好ましい。また、220℃より高く340℃以下の温度の場合は、0.1時間以上240時間以下が好ましく、特に0.2時間以上235時間以下が好ましく、さらに、0.3時間以上230時間以下が好ましい。熱処理時間が0.1時間未満の場合、高イオン伝導性の結晶が得られにくい場合があり、240時間を超えると、イオン伝導性の低い結晶が生じる場合がある。
As conditions for the MM method, for example, when a planetary ball mill is used, the rotational speed may be set to several tens to several hundreds of revolutions / minute, and the treatment may be performed for 0.5 hours to 100 hours.
Although specific examples of the solid electrolyte by the melt quenching method and the MM method have been described above, manufacturing conditions such as temperature conditions and processing time can be appropriately adjusted according to the equipment used.
Moreover, the obtained solid electrolyte can be heat-treated at a predetermined temperature to produce a glass-ceramic solid electrolyte. The heat treatment temperature for producing the sulfide glass ceramic solid electrolyte is preferably 190 ° C. or higher and 340 ° C. or lower, more preferably 195 ° C. or higher and 335 ° C. or lower, and particularly preferably 200 ° C. or higher and 330 ° C. or lower. When the temperature is lower than 190 ° C., it may be difficult to obtain a crystal with high ion conductivity. When the temperature exceeds 340 ° C., a crystal with low ion conductivity may be generated. In the case of a temperature of 190 ° C. or higher and 220 ° C. or lower, the heat treatment time is preferably 3 hours or longer and 240 hours, and particularly preferably 4 hours or longer and 230 hours or shorter. In the case of a temperature higher than 220 ° C. and lower than 340 ° C., it is preferably 0.1 hours or longer and 240 hours or shorter, particularly preferably 0.2 hours or longer and 235 hours or shorter, and more preferably 0.3 hours or longer and 230 hours or shorter. . When the heat treatment time is less than 0.1 hour, it may be difficult to obtain a crystal with high ion conductivity. When the heat treatment time exceeds 240 hours, a crystal with low ion conductivity may be generated.

上述のようにして得られた硫化物ガラスセラミック固体電解質は、X線回折(CuKα:λ=1.5418Å)において、2θ=17.8±0.3deg,18.2±0.3deg,19.8±0.3deg,21.8±0.3deg,23.8±0.3deg,25.9±0.3deg,29.5±0.3deg,30.0±0.3degに回折ピークを有することが好ましい。このような結晶構造を有する固体電解質が、極めて高いリチウムイオン伝導性を有する。   The sulfide glass-ceramic solid electrolyte obtained as described above is 2θ = 17.8 ± 0.3 deg, 18.2 ± 0.3 deg, 19.X in X-ray diffraction (CuKα: λ = 1.54184). Has diffraction peaks at 8 ± 0.3 deg, 21.8 ± 0.3 deg, 23.8 ± 0.3 deg, 25.9 ± 0.3 deg, 29.5 ± 0.3 deg, 30.0 ± 0.3 deg It is preferable. A solid electrolyte having such a crystal structure has extremely high lithium ion conductivity.

(リチウム電池用負極合材の製造方法)
次に、リチウム電池用負極合材の製造方法について説明する。
上述の炭素材料と上述の固体電解質とを重量比で(炭素材料):(固体電解質)=30/70〜90/10の割合でメカノケミカル処理により混合し、均一にした負極合材を適当な形状に成型したものを負極として用いる。炭素材料と固体電解質との重量比は、50/50〜80/20の範囲が充放電容量や内部抵抗の点でより好ましい。
(Method for producing negative electrode composite for lithium battery)
Next, the manufacturing method of the negative mix for lithium batteries is demonstrated.
The above-mentioned carbon material and the above-mentioned solid electrolyte are mixed by a mechanochemical treatment at a ratio of (carbon material) :( solid electrolyte) = 30/70 to 90/10 in a weight ratio. The one molded into a shape is used as the negative electrode. The weight ratio between the carbon material and the solid electrolyte is more preferably in the range of 50/50 to 80/20 in terms of charge / discharge capacity and internal resistance.

炭素材料と固体電解質を混合する方法は、メカノケミカル処理が好ましい。メカノケミカル処理とは、圧縮力と剪断力を同時にかける処理を言い、メカノケミカル処理は、例として、加圧ニーダーやニーダー等の混練機、回転ボールミル、振動ミル、遊星ボールミル、ビーズミル、ジェットミルが挙げられるが、遊星ボールミルが好ましい。メカノケミカル処理の条件は特に限定されないが、炭素粉末の結晶子が破壊されないように、かつ固体電解質粉末の粒子が粉砕されるような条件で、ボールの大きさ、回転数は適宜、調製すると良い。この処理によりかかる圧縮力と剪断力は、乳鉢等での混合よりも大きく、材料の混合状態を大きく改善すると考えられる。上記炭素材料と固体電解質に同時にこの処理を施すことにより、炭素材料と電解質との接触界面が比較的簡単に均一になり、容易にイオン伝導パスが形成される。   The method of mixing the carbon material and the solid electrolyte is preferably mechanochemical treatment. Mechanochemical treatment refers to treatment that applies compressive force and shear force at the same time, and examples of mechanochemical treatment include kneaders such as pressure kneaders and kneaders, rotating ball mills, vibration mills, planetary ball mills, bead mills, and jet mills. Among them, a planetary ball mill is preferable. The conditions of the mechanochemical treatment are not particularly limited, but the ball size and the number of rotations may be appropriately adjusted so that the crystallites of the carbon powder are not destroyed and the particles of the solid electrolyte powder are pulverized. . The compressive force and shear force applied by this treatment are larger than those in a mortar or the like, and it is considered that the mixing state of the material is greatly improved. By simultaneously performing this treatment on the carbon material and the solid electrolyte, the contact interface between the carbon material and the electrolyte becomes relatively simple and uniform, and an ion conduction path is easily formed.

実施例および比較例を挙げて本発明をさらに詳しく説明する。なお、本発明はこれらの実施例の記載内容に何ら制限されるものではない。   The present invention will be described in more detail with reference to examples and comparative examples. In addition, this invention is not restrict | limited to the description content of these Examples at all.

まず、実施例1,2および比較例1〜比較例3に用いられる固体電解質の原料となるLi2Sの製造例について説明する。なお、以下に説明するLi2Sの製造、Li2Sの精製、負極合材の製造、固体電解質の製造およびリチウム電池の製造は、全て露点−40℃以下のドライルーム中、または、グローブボックス内で行った。 First, production examples of Li 2 S that is a raw material of the solid electrolyte used in Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 to 3 will be described. The production of Li 2 S to be described below, purification of Li 2 S, producing a negative electrode mixture, production and manufacturing of a lithium battery of the solid electrolyte, in a dry room for all dew point -40 ℃ less, or, glove box Went in.

[Li2Sの製造例]
Li2Sは、特開平7−330312号公報における第1の態様(2工程法)の方法に従って製造した。具体的には、撹拌翼のついた10リットルオートクレーブにN−メチル−2−ピロリドン(NMP)3326.4g(33.6モル)及び水酸化リチウム287.4g(12モル)を仕込み、300rpm、130℃に昇温した。昇温後、液中に硫化水素を3L/分の供給速度で2時間吹き込んだ。続いてこの反応液を窒素気流下(200cc/分)昇温し、反応した水Li2Sを脱硫化水素化しLi2Sを得た。昇温するにつれ、上記硫化水素と水酸化リチウムの反応により副生した水が蒸発を始めたが、この水はコンデンサにより凝縮し系外に抜き出した。水を系外に留去すると共に反応液の温度は上昇するが、180℃に達した時点で昇温を停止し、一定温度に保持した。水Li2Sの脱硫化水素反応が終了後(約80分)に反応を終了し、Li2Sを得た。
[Production example of Li 2 S]
Li 2 S was produced according to the method of the first aspect (two-step method) in JP-A-7-330312. Specifically, 3326.4 g (33.6 mol) of N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) and 287.4 g (12 mol) of lithium hydroxide were charged into a 10 liter autoclave equipped with a stirring blade. The temperature was raised to ° C. After the temperature increase, hydrogen sulfide was blown into the liquid for 2 hours at a supply rate of 3 L / min. Subsequently, the temperature of the reaction solution was raised under a nitrogen stream (200 cc / min), and the reacted water Li 2 S was desulfurized to obtain Li 2 S. As the temperature increased, water produced as a by-product due to the reaction between hydrogen sulfide and lithium hydroxide started to evaporate, but this water was condensed by the condenser and extracted out of the system. While water was distilled out of the system, the temperature of the reaction solution rose, but when the temperature reached 180 ° C., the temperature increase was stopped and the temperature was kept constant. The reaction was completed after the desulfurization reaction of water Li 2 S (about 80 minutes) to obtain Li 2 S.

次に、Li2Sの精製例について説明する。
[Li2Sの精製例]
上述のLi2Sの製造法で得られた500mLのスラリ反応溶液(NMP−Li2Sスラリ)中のNMPをデカンテーションした後、脱水したNMP100mLを加え、105℃で約1時間撹拌した。その温度のままNMPをデカンテーションした。さらにNMP100mLを加え、105℃で約1時間撹拌し、その温度のままNMPをデカンテーションし、同様の操作を合計4回繰り返した。デカンテーション終了後、窒素気流下230℃(NMPの沸点以上の温度)でLi2Sを常圧下で3時間乾燥した。得られたLi2S中の不純物含有量を測定した。尚、亜硫酸リチウム(LiSO)、硫酸リチウム(LiSO)並びにチオ硫酸リチウム(LiS2O)の各硫黄酸化物、及びN−メチルアミノ酪酸リチウム(NMAB)の含有量は、イオンクロマトグラフ法により定量した。その結果、硫黄酸化物の総含有量は0.13質量%であり、NMABは0.07質量%であった。
Next, an example of purification of Li 2 S will be described.
[Example of purification of Li 2 S]
After decanting NMP in the 500 mL slurry reaction solution (NMP-Li 2 S slurry) obtained by the Li 2 S production method described above, 100 mL of dehydrated NMP was added and stirred at 105 ° C. for about 1 hour. NMP was decanted at that temperature. Further, 100 mL of NMP was added, stirred at 105 ° C. for about 1 hour, NMP was decanted at that temperature, and the same operation was repeated a total of 4 times. After completion of the decantation, Li 2 S was dried under normal pressure at 230 ° C. (temperature higher than the boiling point of NMP) under normal pressure for 3 hours. Impurity content in the obtained Li 2 S was measured. Incidentally, lithium sulfite (Li 2 SO 3), the content of each sulfur oxide lithium sulfate (Li 2 SO 4) and lithium thiosulfate (Li 2 S2O 3), and N- methylamino acid lithium (NMAB) is Quantification was performed by ion chromatography. As a result, the total content of sulfur oxides was 0.13% by mass, and NMAB was 0.07% by mass.

次に、精製したLi2Sを含む固体電解質の製造例について説明する。
[固体電解質の製造例]
上記精製例にて精製したLiS(アルドリッチ製)およびP(アルドリッチ製)を出発原料に用いた。LiS 68モル部、P32モル部を添加してなる混合物を約1gと、粒径10mmのアルミナ製ボール10個とを45mLのアルミナ製容器に入れ、遊星型ボールミル(フリッチュ社製:型番P−7)にて、窒素雰囲気下、室温(25℃)にて、回転速度を370rpmとし、20時間MM処理することで、白黄色の粉末である固体電解質を製造した。
得られた粉末について、粉末X線回折測定を行った(CuKα:λ=1.5418Å)。得られたチャートが、非晶質体特有のブロードな形を示していることから、この粉末がガラス化、つまり非晶質化していることが確認できた。
このガラス状の固体電解質粉末を、窒素中にて常温(約25℃)〜250℃までの温度範囲で焼成処理を行い、ガラスセラミック状の硫化物固体電解質を作製した。このときの昇温または降温には、各々約3時間を要した。
Next, a production example of a solid electrolyte containing purified Li 2 S will be described.
[Production example of solid electrolyte]
Li 2 S (manufactured by Aldrich) and P 2 S 5 (manufactured by Aldrich) purified in the above purification example were used as starting materials. About 1 g of a mixture obtained by adding 68 mol parts of Li 2 S and 32 mol parts of P 2 S 5 and 10 alumina balls having a particle diameter of 10 mm are put into a 45 mL alumina container, and a planetary ball mill (Fritsch) is used. The solid electrolyte which is a white yellow powder was manufactured by making MM process for 20 hours with a rotational speed of 370 rpm under nitrogen atmosphere at room temperature (25 degreeC) by a product: Model No. P-7.
Powder X-ray diffraction measurement was performed on the obtained powder (CuKα: λ = 1.5418Å). Since the obtained chart showed a broad shape peculiar to the amorphous body, it was confirmed that the powder was vitrified, that is, amorphous.
This glassy solid electrolyte powder was fired in nitrogen at a temperature range from room temperature (about 25 ° C.) to 250 ° C. to produce a glass ceramic sulfide solid electrolyte. In this case, it took about 3 hours to raise or lower the temperature.

このように作製した硫化物ガラスセラミック固体電解質について、粉末X線回折測定を行った(CuKα:λ=1.5418Å)。得られた硫化物ガラスセラミック固体電解質は、2θ=17.8deg,18.2deg,19.8deg,21.8deg,23.8deg,25.9deg,29.5deg,30.0に回折ピークを有することが確認され、従来から知られている、LiPS、Li、LiPSとは異なる結晶相を有することが確認できた。 The sulfide glass ceramic solid electrolyte thus produced was subjected to powder X-ray diffraction measurement (CuKα: λ = 1.54181.5). The obtained sulfide glass ceramic solid electrolyte has diffraction peaks at 2θ = 17.8 deg, 18.2 deg, 19.8 deg, 21.8 deg, 23.8 deg, 25.9 deg, 29.5 deg, 30.0. It was confirmed that it has a crystal phase different from the conventionally known Li 7 PS 6 , Li 4 P 2 S 6 , and Li 3 PS 4 .

この処理により得られた硫化物ガラスセラミック固体電解質の、室温(25℃)におけるイオン伝導度は、2.0×10−3S/cmであった。なお、イオン伝導度は、焼成処理前のガラス固体電解質粉末を、ペレット状(直径約10mm、厚み約1mm)の成形体に加工し、この成形体について、焼成処理を施しながら測定した。測定は、成形体に電極としてカーボンペーストを塗布したものについて、交流二端子法により行った。 The sulfide glass ceramic solid electrolyte obtained by this treatment had an ionic conductivity at room temperature (25 ° C.) of 2.0 × 10 −3 S / cm. The ionic conductivity was measured while processing the glass solid electrolyte powder before the firing treatment into a pellet-shaped (diameter: about 10 mm, thickness: about 1 mm) shaped body and subjecting the shaped body to firing treatment. The measurement was performed by an alternating current two-terminal method for a molded body in which a carbon paste was applied as an electrode.

(実施例1)
Lc値が1074Å、R値が0.16の炭素材料0.6gと、上述の製造例で製造した硫化物ガラスセラミック固体電解質粉末0.4g(平均粒径30μm)を、直径10mmのアルミナ製ボール10ケとともに、45mLのアルミナ製容器に入れ、遊星型ボールミル(フリッチュ社製:型番P−7)にて、アルゴン雰囲気中、室温(25℃)にて、回転速度を150rpmとし、5分間MM処理することで、負極合材を得た。
正極活物質としてLiNi0.8Co0.15Al0.05を用いた。この正極活物質と上述の固体電解質を重量比で70%:30%の比で乳鉢で混合しこれを正極合材とした。
電解質50mgを直径10mmのプラスティック製の円筒に投入し、加圧成型し、さらに上記で調整した正極合材を20mg投入し再び加圧成型した。正極合材とは反対側から上記8.3mgの負極活物質合材を投入し三層構造とし加圧成型し実施例1のリチウム電池とした。
Example 1
An alumina ball having a diameter of 10 mm and 0.6 g of a carbon material having an Lc value of 1074Å and an R value of 0.16 and 0.4 g of sulfide glass ceramic solid electrolyte powder (average particle size of 30 μm) produced in the above production example. Along with 10 pieces, put them in a 45 mL alumina container and use a planetary ball mill (Fritsch: Model No. P-7) in an argon atmosphere at room temperature (25 ° C.) with a rotational speed of 150 rpm and MM treatment for 5 minutes. Thus, a negative electrode mixture was obtained.
LiNi 0.8 Co 0.15 Al 0.05 O 2 was used as the positive electrode active material. This positive electrode active material and the above-mentioned solid electrolyte were mixed in a mortar at a weight ratio of 70%: 30% to obtain a positive electrode mixture.
50 mg of the electrolyte was put into a plastic cylinder having a diameter of 10 mm, press-molded, and 20 mg of the positive electrode mixture prepared as described above was put in and pressure-molded again. The above-mentioned 8.3 mg of the negative electrode active material mixture was introduced from the side opposite to the positive electrode mixture to form a three-layer structure and subjected to pressure molding to obtain a lithium battery of Example 1.

(実施例2)
実施例1において、Lcが716Å、R値が0.24の炭素材料を用いた以外は実施例1と同様にして、実施例2のリチウム電池を作製した。
(Example 2)
A lithium battery of Example 2 was fabricated in the same manner as in Example 1 except that a carbon material having Lc of 716% and R value of 0.24 was used.

(比較例1)
実施例1において、MM処理していない以外は実施例1と同様にして比較例1のリチウム電池を作製した。
(Comparative Example 1)
In Example 1, a lithium battery of Comparative Example 1 was produced in the same manner as Example 1 except that the MM treatment was not performed.

(比較例2)
実施例1において、Lcが120Å、R値が0.15の炭素材料を用いた以外は実施例1と同様にして、比較例2のリチウム電池を作製した。
(Comparative Example 2)
In Example 1, a lithium battery of Comparative Example 2 was produced in the same manner as in Example 1 except that a carbon material having Lc of 120% and R value of 0.15 was used.

(比較例3)
実施例1において、Lcが567Å、R値が0.04の炭素材料を用いた以外は実施例1と同様にして、比較例3のリチウム電池を作製した。
(Comparative Example 3)
A lithium battery of Comparative Example 3 was produced in the same manner as in Example 1 except that a carbon material having an Lc of 56756 and an R value of 0.04 was used.

(実施例1,2および比較例1〜比較例3にて作製したリチウム電池の評価)
電池の評価は次の通り実施した。1サイクル目に1cmあたり200μAで4.2Vまで充電、500μAで1.5Vまで放電し、2サイクル目に200μAで4.2Vまで充電、1mAで1.5Vまで放電し、さらに、3サイクル目に200μAで4.2Vまで充電、3mAで1.5Vまで放電した。3サイクル目の放電容量を電池性能として、表1に示した。なお、表1において、MM処理を行った場合をAと示し、行わなかった場合をBと示した。
(Evaluation of lithium batteries prepared in Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 to 3)
The battery was evaluated as follows. Charged to 4.2 V at 200 μA per cm 2 in the first cycle, discharged to 1.5 V at 500 μA, charged to 4.2 V at 200 μA in the second cycle, discharged to 1.5 V at 1 mA, and then the third cycle The battery was charged to 4.2 V at 200 μA and discharged to 1.5 V at 3 mA. The discharge capacity at the third cycle is shown in Table 1 as the battery performance. In Table 1, the case where the MM process was performed was indicated as A, and the case where it was not performed was indicated as B.

また、負極合材の製造に用いた炭素材料について、Lc値およびR値はラマン分光測定により求めた。ラマン分光測定は、サーモフィッシャーサイエンティフィック株式会社製のラマン測定装置Almega(商品名)を用いて行い、波長532nmのレーザーを使用した。XRD測定はRigaku社製XRD測定装置を用いて行った。これらのLc値およびR値を表1に示す。   Moreover, Lc value and R value were calculated | required by the Raman spectroscopic measurement about the carbon material used for manufacture of negative electrode compound material. The Raman spectroscopic measurement was performed using a Raman measuring apparatus Almega (trade name) manufactured by Thermo Fisher Scientific Co., Ltd., and a laser having a wavelength of 532 nm was used. XRD measurement was performed using an XRD measurement apparatus manufactured by Rigaku. These Lc and R values are shown in Table 1.

固体電解質について、以下に示す条件(a)〜(c)でSEM−EDS測定を行った。
<SEM−EDSマッピング測定方法>
(a)機種名
本体:JEOL JSM−6480LA
EDS:JEOL JED−2300
(b)EDS測定条件
加速電圧:15kV
電流値:約1.4nA
カウントレート:6000〜7000cps
観測範囲:256×192μm
デュエルタイム:0.1msec
スイープ回数:100回
(c)EDS解析条件
P:1.89〜2.13keV
S:2.18〜2.43keV
About solid electrolyte, SEM-EDS measurement was performed on condition (a)-(c) shown below.
<SEM-EDS mapping measurement method>
(A) Model name Body: JEOL JSM-6480LA
EDS: JEOL JED-2300
(B) EDS measurement conditions Acceleration voltage: 15 kV
Current value: about 1.4nA
Count rate: 6000 to 7000 cps
Observation range: 256 × 192 μm
Duel time: 0.1 msec
Number of sweeps: 100 times (c) EDS analysis conditions P: 1.89 to 2.13 keV
S: 2.18 to 2.43 keV

SEM−EDSマッピング測定を行う際の試料調整条件は、次のように行った。窒素雰囲気下にて,負極合材ペレットにナイフを入れ破断した。そして、カーボンテープにて試料台に固定した後,密閉型の試料ホルダに入れてSEMの予備排気室へ導入した。同室を真空引き後,試料ホルダの蓋を開け,SEM本体へ挿入した。そして、SEM−EDSマッピング測定を行った。得られたリンのマッピング画像を図2に示す。   Sample adjustment conditions for performing SEM-EDS mapping measurement were as follows. Under a nitrogen atmosphere, a knife was put into the negative electrode composite pellet and it was broken. And after fixing to a sample stand with carbon tape, it put into the airtight type sample holder and introduce | transduced into the preliminary | backup exhaust chamber of SEM. After evacuating the chamber, the lid of the sample holder was opened and inserted into the SEM body. And SEM-EDS mapping measurement was performed. The obtained mapping image of phosphorus is shown in FIG.

SEM−EDSマッピング測定にて得られたリンのマッピング画像を用いて、リン元素の最大値の80/255を閾値とし、それ以上の値を示した場所にリンが存在しているとした(二値化)。連続してリンが存在している場所を粒子とし、各粒子の面積と周囲長さを測定した。
また、分散度および分散度分布を以下の定義に従って算出した。
Using the phosphorus mapping image obtained in the SEM-EDS mapping measurement, the maximum value of phosphorus element 80/255 is set as a threshold value, and phosphorus is present at a place where the value is higher (2 Value). The area where phosphorus was continuously present was defined as particles, and the area and perimeter of each particle were measured.
Further, the degree of dispersion and the degree of dispersion were calculated according to the following definitions.

<分散度および分散度分布>
図2に示すように、SEM−EDSにより観察したリンのマッピング画像を用いて、式(1)〜(4)により分散度(X/X)および分散度分布((Y/X)/(Y/X))を定義した。nはリン粒子300の数を示す自然数である。αn値は、n個目のリン粒子300の面積であり、βn値はn個目のリン粒子300の周囲の長さである。X値は、式(1)に示すn個目のリン粒子300の面積とリン粒子300の周囲長さの比の平均値である。Y値は、式(2)に示すn個目のリン粒子300の面積とn個目のリン粒子300の周囲長さの比の二乗平均値である。X値およびY値は、それぞれ炭素材料の結晶子及び固体電解質の粒子が粉砕しない状態に混合された場合のX値およびY値である。ここで、X/Xは、式(3)に示す特定の範囲を有し、かつ、(Y/X)/(Y/X)も、式(4)に示す特定の範囲を有することが好ましい。算出した分散度(X/X)および分散度分布((Y/X)/(Y/X))を表1に示す。
(1):X=(α1+α+α…+α)/n
(2):Y={(α1+(α+(α…+(α}1/2/n
(3):0.8≦X/X≦1.0
(4):(Y/X)/(Y/X)≦1.0
<Dispersity and dispersity distribution>
As shown in FIG. 2, using the phosphorus mapping image observed by SEM-EDS, the dispersity (X / X 0 ) and dispersity distribution ((Y / X) / ( Y 0 / X 0 )) was defined. n is a natural number indicating the number of phosphorus particles 300. The α n value is the area of the n-th phosphorus particle 300, and the β n value is the length around the n-th phosphorus particle 300. The X value is an average value of the ratio of the area of the n-th phosphorus particle 300 and the peripheral length of the phosphorus particle 300 shown in Formula (1). The Y value is a root mean square value of the ratio of the area of the n-th phosphorus particle 300 and the circumference length of the n-th phosphorus particle 300 shown in Expression (2). The X 0 value and the Y 0 value are an X value and a Y value, respectively, when the crystallites of the carbon material and the solid electrolyte particles are mixed without being pulverized. Here, X / X 0 has a specific range shown in Formula (3), and (Y / X) / (Y 0 / X 0 ) also has a specific range shown in Formula (4). It is preferable. The calculated dispersity (X / X 0 ) and dispersity distribution ((Y / X) / (Y 0 / X 0 )) are shown in Table 1.
(1): X = (α 1 / β 1 + α 2 / β 2 + α 3 / β 3 ... + Α n / β n ) / n
(2): Y = {(α 1 / β 1 ) 2 + (α 2 / β 2 ) 2 + (α 3 / β 3 ) 2 ... + (α n / β n ) 2 } 1/2 / n
(3): 0.8 ≦ X / X 0 ≦ 1.0
(4): (Y / X) / (Y 0 / X 0 ) ≦ 1.0

Figure 2009283344
Figure 2009283344

[評価結果]
実施例1と比較例1との比較により、MM処理を行うことによって、分散性が向上し、リチウム電池の放電容量が大きく向上することがわかった。実施例2と、比較例2,3との比較により、R値が0.05以上0.30未満、かつ、Lc値が150Å以上1500Å以下である炭素材料を用いることで、リチウム電池の放電容量が大きく向上することがわかった。
[Evaluation results]
Comparison between Example 1 and Comparative Example 1 revealed that dispersibility was improved and the discharge capacity of the lithium battery was greatly improved by performing MM treatment. As a result of comparison between Example 2 and Comparative Examples 2 and 3, by using a carbon material having an R value of 0.05 or more and less than 0.30 and an Lc value of 150 to 1500, the discharge capacity of the lithium battery Was found to improve significantly.

本発明の負極用合材を有するリチウム電池は、例えば、電気自動車や電子機器となどに利用することができる。   The lithium battery having the negative electrode composite of the present invention can be used for, for example, an electric vehicle or an electronic device.

本実施形態のリチウム電池を示す概略構成図。The schematic block diagram which shows the lithium battery of this embodiment. エネルギー分散型X線分析装置を用いた走査型電子顕微鏡のマッピング測定により得られたマッピング画像。A mapping image obtained by mapping measurement of a scanning electron microscope using an energy dispersive X-ray analyzer.

符号の説明Explanation of symbols

201……リチウム電池としての電池セル
205……正極シート
206……負極シート
210……正極活物質
220……固体電解質シート
230……負極活物質
240……正極集電シート
250……負極集電シート
300……リン粒子
201 …… Battery cell as lithium battery 205 …… Positive electrode sheet 206 …… Negative electrode sheet 210 …… Positive electrode active material 220 …… Solid electrolyte sheet 230 …… Negative electrode active material 240 …… Positive electrode current collector sheet 250 …… Negative electrode current collector Sheet 300 ... Phosphorus particles

Claims (7)

ラマン分光スペクトルで測定される1350〜1370cm−1の範囲の非結晶質乱層構造に由来する振動モードを示すピークの高さ(I)と1570〜1620cm−1の範囲の黒鉛結晶質構造に由来する振動モードを示すピークの高さ(I)との比から求められる黒鉛化度R値(I/I)が、0.05以上0.30以下であり、かつ、X線回折法による(002)面のC軸方向の結晶子厚み寸法(Lc)が、150Å以上2000Å以下である炭素材料と、
固体電解質と、
を混合してなることを特徴とするリチウム電池用負極合材。
The peak height ( ID ) indicating the vibration mode derived from the amorphous turbostratic structure in the range of 1350-1370 cm −1 measured by Raman spectroscopy and the graphite crystalline structure in the range of 1570-1620 cm −1. the height of the peak indicating the vibration mode derived from (I G) and the degree of graphitization R value calculated from the ratio of (I D / I G) is, is 0.05 to 0.30, and, X-rays diffraction A carbon material having a crystallite thickness dimension (Lc) in the C-axis direction of the (002) plane by a method of 150 to 2000 mm,
A solid electrolyte;
A negative electrode composite material for a lithium battery, characterized by being mixed.
前記固体電解質は、リチウム(Li)、リン(P)、硫黄(S)を含有する
ことを特徴とする請求項1に記載のリチウム電池用負極合材。
The negative electrode composite material for a lithium battery according to claim 1, wherein the solid electrolyte contains lithium (Li), phosphorus (P), and sulfur (S).
前記炭素材料は、結晶子が粉砕されていない状態であり、
前記固体電解質は、粒子が粉砕された状態であり、かつ、エネルギー分散型X線分析装置を用いた走査型電子顕微鏡により観察した元素のマッピング画像において式(1)〜(4)を満たした分散度(X/X)および分散度分布((Y/X)/(Y/X))を有する
ことを特徴とするリチウム電池用負極合材。
(1):X=(α1+α+α…+α)/n
(2):Y={(α1+(α+(α…+(α}1/2/n
(3):0.8≦(X/X)≦1.0
(4):((Y/X)/(Y/X))≦1.0
(nは、マッピング元素の粒子の数を示す自然数であり、αn値は、n個目の前記マッピング元素の粒子の面積であり、βn値は、n個目の前記マッピング元素の粒子の周囲の長さであり、X値は、式(1)に示すn個目の前記マッピング元素の粒子の面積とマッピング元素の粒子の周囲長さの比の平均値であり、Y値は、式(2)に示すn個目の前記マッピング元素の粒子の面積とn個目の前記マッピング元素の粒子の周囲長さの比の二乗平均値であり、X値およびY値は、それぞれ前記炭素材料の結晶子と前記固体電解質の粒子とが粉砕しない状態で混合された場合のX値およびY値である。)
The carbon material is in a state where the crystallites are not crushed,
The solid electrolyte is in a state in which particles are pulverized, and a dispersion satisfying the formulas (1) to (4) in an element mapping image observed with a scanning electron microscope using an energy dispersive X-ray analyzer The negative electrode composite material for a lithium battery, having a degree (X / X 0 ) and a dispersity distribution ((Y / X) / (Y 0 / X 0 )).
(1): X = (α 1 / β 1 + α 2 / β 2 + α 3 / β 3 ... + Α n / β n ) / n
(2): Y = {(α 1 / β 1 ) 2 + (α 2 / β 2 ) 2 + (α 3 / β 3 ) 2 ... + (α n / β n ) 2 } 1/2 / n
(3): 0.8 ≦ (X / X 0 ) ≦ 1.0
(4): ((Y / X) / (Y 0 / X 0 )) ≦ 1.0
(N is a natural number indicating the number of mapping element particles, α n value is the area of the n-th mapping element particle, and β n value is the n-th mapping element particle size. The X value is the average value of the ratio of the area of the nth mapping element particle and the peripheral length of the mapping element particle shown in Formula (1), and the Y value is the formula (2) is a mean square value of the ratio of the area of the n-th mapping element particle and the circumference length of the n-th mapping element particle shown in (2), and the X 0 value and the Y 0 value are (The X value and the Y value when the crystallites of the carbon material and the solid electrolyte particles are mixed without being pulverized.)
請求項1〜請求項3のいずれか一項に記載のリチウム電池用負極合材を含む
ことを特徴とするリチウム電池用負極。
The negative electrode mixture for lithium batteries as described in any one of Claims 1-3 is included. The negative electrode for lithium batteries characterized by the above-mentioned.
請求項4に記載の負極を備える
ことを特徴とする全固体リチウム電池。
An all-solid lithium battery comprising the negative electrode according to claim 4.
請求項5に記載の全固体リチウム電池を備える
ことを特徴とする装置。
An apparatus comprising the all-solid-state lithium battery according to claim 5.
ラマン分光スペクトルで測定される1350〜1370cm−1の範囲の非結晶質乱層構造に由来する振動モードを示すピークの高さ(I)と1570〜1620cm−1の範囲の黒鉛結晶質構造に由来する振動モードを示すピークの高さ(I)との比から求められる黒鉛化度R値(I/I)が、0.05以上0.30以下であり、かつ、X線回折法による(002)面のC軸方向の結晶子厚み寸法(Lc)寸法が150Å以上2000Å以下である炭素材料と、固体電解質と、をメカノケミカル処理にて混合する
ことを特徴とするリチウム電池用負極合材の製造方法。
The peak height ( ID ) indicating the vibration mode derived from the amorphous turbostratic structure in the range of 1350-1370 cm −1 measured by Raman spectroscopy and the graphite crystalline structure in the range of 1570-1620 cm −1. the height of the peak indicating the vibration mode derived from (I G) and the degree of graphitization R value calculated from the ratio of (I D / I G) is, is 0.05 to 0.30, and, X-rays diffraction A lithium material characterized by mixing a carbon material having a crystallite thickness dimension (Lc) dimension in the C-axis direction (Lc) of 150 to 2000 mm by a mechanochemical treatment with a mechanochemical treatment. A method for producing a negative electrode composite.
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