JP2013069415A - Negative electrode mixture and all-solid lithium-ion battery using the same - Google Patents

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陽太 前川
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博道 小鹿
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a negative electrode mixture which is capable of suppressing a voltage abnormality during charging with at least 0.4 C when used for an all-solid lithium-ion battery.SOLUTION: The negative electrode mixture for a lithium-ion battery contains an Si powder doped with a dopant into a P-type, and an inorganic solid electrolyte powder.

Description

本発明は、負極合材及びそれを用いた全固体リチウムイオン電池に関する。   The present invention relates to a negative electrode mixture and an all solid lithium ion battery using the same.

現行のリチウムイオン電池には、電解質として有機系電解液が主に用いられている。有機系電解液は高いイオン伝導度を示すものの、電解液が液体でかつ可燃性であることから、電池として用いた場合に、漏洩、発火等の危険性が懸念されている。この問題を解決する次世代リチウムイオン電池として、より安全性の高い固体電解質を使用した全固体リチウムイオン電池が期待されている。   In the current lithium ion battery, an organic electrolyte is mainly used as an electrolyte. Although organic electrolytes exhibit high ionic conductivity, the electrolytes are liquid and flammable, so there are concerns about risks such as leakage and ignition when used as batteries. As a next-generation lithium ion battery that solves this problem, an all-solid-state lithium ion battery that uses a safer solid electrolyte is expected.

全固体リチウムイオン電池として、イオウ元素、リチウム元素及びリン元素を主成分として含有する硫化物系固体電解質を用い、負極活物質に金属又は合金を使用し、正極活物質にLiMO(M=Ni,Co等)を使用した電池が開示されている(特許文献1)。
特許文献1に記載の通り、負極活物質に金属又は合金を使用することで電池を高容量化することができるものの、ハイレート充電時、例えば0.4Cでの充電時に電圧が安定していなかった。全固体リチウムイオン電池のさらなる安定化が求められていた。
As an all-solid-state lithium ion battery, a sulfide-based solid electrolyte containing sulfur, lithium and phosphorus as main components is used, a metal or an alloy is used for the negative electrode active material, and LiMO 2 (M = Ni) is used for the positive electrode active material. , Co, etc.) is disclosed (Patent Document 1).
As described in Patent Document 1, although the capacity of the battery can be increased by using a metal or alloy as the negative electrode active material, the voltage was not stable during high-rate charging, for example, charging at 0.4C. . There has been a demand for further stabilization of all-solid-state lithium ion batteries.

特開2010−003679号公報JP 2010-003679 A

本発明の目的は、リチウムイオン電池に使用した場合に少なくとも0.4Cでの充電時の電圧異常を抑制できる負極合材を提供することである。
本発明の目的は、少なくとも0.4Cでの充電時の電圧異常を抑制できるリチウムイオン電池を提供することである。
An object of the present invention is to provide a negative electrode mixture capable of suppressing voltage abnormality during charging at least at 0.4 C when used in a lithium ion battery.
The objective of this invention is providing the lithium ion battery which can suppress the voltage abnormality at the time of charge by at least 0.4C.

本発明者らは鋭意研究した結果、負極活物質に金属や合金を用いた全固体リチウムイオン電池では、充電時に電圧が単調に増加せずに電圧降下と上昇を繰返し、不安定になる現象(以下、電圧異常という場合がある)が生じやすく、ドーパントをP型ドープしたSi粉末及び無機固体電解質粉末を含む負極合材を用いることで電圧異常を抑制できることを見出した。   As a result of intensive research, the present inventors have found that in an all-solid-state lithium ion battery using a metal or alloy as a negative electrode active material, the voltage does not increase monotonously during charging, and the phenomenon of unstable voltage ( In the following, it was found that voltage abnormality is likely to occur), and voltage abnormality can be suppressed by using a negative electrode mixture containing Si powder doped with P-type dopant and inorganic solid electrolyte powder.

本発明によれば、以下の負極合材等が提供される。
1.ドーパントによりP型にドープされているSi粉末、及び無機固体電解質粉末を含むリチウムイオン電池用負極合材。
2.前記ドーパントがB,Al,Ga及びInから選択される1以上を含む1に記載の負極合材。
3.前記Si粉末の平均粒径が20μm以下である1又は2に記載の負極合材。
4.前記Si粉末を141MPaで加圧した圧粉体の電子伝導度が10−4S/cm以上である1〜3いずれかに記載の負極合材。
5.前記無機固体電解質粉末が硫化物系固体電解質粉末である1〜4のいずれかに記載の負極合材。
6.前記Si粉末と前記無機固体電解質粉末の重量比が95:5〜30:70である1〜5のいずれかに記載の負極合材。
7.1〜6のいずれかに記載の負極合材を含む負極層。
8.1〜6のいずれかに記載の負極合材を用いて製造される負極層。
9.7又は8に記載の負極層、固体電解質層、及び正極層を含む全固体リチウムイオン電池。
10.ドーパントによりP型にドープされているSi粉末を含む負極層、固体電解質層、及び正極層を含む全固体リチウムイオン電池。
According to the present invention, the following negative electrode mixture and the like are provided.
1. A negative electrode mixture for a lithium ion battery, comprising Si powder doped in a P-type with a dopant and an inorganic solid electrolyte powder.
2. 2. The negative electrode composite material according to 1, wherein the dopant contains one or more selected from B, Al, Ga, and In.
3. 3. The negative electrode composite material according to 1 or 2, wherein the Si powder has an average particle size of 20 μm or less.
4). The negative electrode composite material according to any one of 1 to 3, wherein an electronic conductivity of the green compact obtained by pressing the Si powder at 141 MPa is 10 −4 S / cm or more.
5. The negative electrode composite material according to any one of 1 to 4, wherein the inorganic solid electrolyte powder is a sulfide-based solid electrolyte powder.
6). The negative electrode mixture according to any one of 1 to 5, wherein a weight ratio of the Si powder to the inorganic solid electrolyte powder is 95: 5 to 30:70.
A negative electrode layer comprising the negative electrode mixture according to any one of 7.1 to 6.
The negative electrode layer manufactured using the negative electrode compound material in any one of 8.1-6.
An all-solid-state lithium ion battery including the negative electrode layer according to 9.7 or 8, a solid electrolyte layer, and a positive electrode layer.
10. An all-solid-state lithium ion battery including a negative electrode layer containing Si powder doped in a P-type with a dopant, a solid electrolyte layer, and a positive electrode layer.

本発明によれば、全固体リチウムイオン電池に使用した場合に少なくとも0.4Cでの充電時の電圧異常を抑制できる負極合材が提供できる。
本発明によれば、少なくとも0.4Cでの充電時の電圧異常を抑制できる全固体リチウムイオン電池が提供できる。
ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, when using for an all-solid-state lithium ion battery, the negative electrode compound material which can suppress the voltage abnormality at the time of charge by at least 0.4C can be provided.
According to the present invention, it is possible to provide an all-solid-state lithium ion battery capable of suppressing voltage abnormality during charging at at least 0.4C.

P型ドープSi粉末の圧粉体の電子伝導度を測定する方法を示す図である。It is a figure which shows the method of measuring the electronic conductivity of the green compact of P type dope Si powder. 実施例1のハーフセルについて、0.5mA/cmで、定電流(CC)でLiイオン挿入を行った際の、ハーフセルの電位−容量曲線を示す図である。It is a figure which shows the potential-capacitance curve of a half cell at the time of performing Li ion insertion by 0.5 mA / cm < 2 > by constant current (CC) about the half cell of Example 1. FIG.

本発明の負極合材は、ドーパントによりP型にドープされているSi粉末(以下、単にP型ドープSi粉末という場合がある)、及び無機固体電解質粉末を含む。
Si粒子をドーパントでP型ドープすることにより、Si粒子へのLiイオン挿入時において、Si表面へのLi金属の析出を抑制することができ、これにより全固体リチウムイオン電池の充電時における電圧異常を抑制することができる。
The negative electrode mixture of the present invention includes Si powder (hereinafter sometimes simply referred to as P-type doped Si powder) doped with P-type by a dopant, and inorganic solid electrolyte powder.
By doping the Si particles with a dopant P-type, it is possible to suppress the precipitation of Li metal on the Si surface when Li ions are inserted into the Si particles, thereby causing voltage abnormalities during charging of the all-solid-state lithium ion battery. Can be suppressed.

尚、上記の充電時の電圧異常の発生メカニズムは次のように考えられる。
負極活物質としてSi粒子を使用した場合に、充電時にはSi粒子へのLi挿入反応が生じる。充電レートを高くすると、Si粒子へのLi挿入反応サイトに電流が集中し、Liの一部がSi粒子内部に挿入されず、Si粒子表面にLi金属が析出する場合がある。Li金属の析出が進行すると、電解質を伝い正極までLi金属が伸長するため、一時的に短絡して、電圧降下が生じる。この後、正極近傍のLi金属が瞬時にイオン化するため、再び電圧上昇が生じる。この電圧降下と上昇が繰り返されることにより、充電時の電圧が不安定な挙動を示すようになる。このように、Si粒子表面へのLi金属の析出が電圧異常の原因になっていると考えられる。
この充電時の電圧異常は、液体の電解質を使用したリチウムイオン電池では、Si粒子と電解質との接触面積が十分に確保されていることから、あまり考慮されない現象であり、反応サイトの少ない固体電解質使用時に発生し易い現象であると考えられる。
In addition, the generation mechanism of the voltage abnormality at the time of charging is considered as follows.
When Si particles are used as the negative electrode active material, a Li insertion reaction into the Si particles occurs during charging. When the charge rate is increased, current concentrates at the Li insertion reaction site into the Si particles, and a part of Li is not inserted into the Si particles, and Li metal may be deposited on the surface of the Si particles. As the deposition of Li metal proceeds, Li metal extends through the electrolyte to the positive electrode, causing a short circuit and a voltage drop. Thereafter, the Li metal in the vicinity of the positive electrode is instantly ionized, so that the voltage rises again. By repeating this voltage drop and rise, the voltage at the time of charging becomes unstable. Thus, it is considered that the deposition of Li metal on the surface of the Si particles causes the voltage abnormality.
This voltage abnormality at the time of charging is a phenomenon that is not considered much because the contact area between the Si particles and the electrolyte is sufficiently secured in a lithium ion battery using a liquid electrolyte, and is a solid electrolyte with few reaction sites. It is considered that this phenomenon is likely to occur during use.

以下、本発明の負極合材の各部材について説明する。
[P型ドープSi粉末]
本発明では、Si粒子がP型にドープされることによって、Si粒子の電子伝導度が高くなり、Si粒子と無機固体電解質の界面に存在する、Li挿入の反応サイトがより機能するようになり、充電時にはSi粒子にLiがスムーズに挿入されるようになる。これにより、Si粒子表面にLi金属が析出しにくくなり、電圧異常が生じにくくなると考えられる。
また、Li原子は陽イオン化しやすく、P型にドープしたSi粒子中のB、Al原子等のドーパント原子は、陰イオン化しているため、Si粒子へのLiイオン挿入時に、陽イオン化しやすいLi原子とドーパント原子の間で引力が生じる。この引力によってLiイオンがSi粒子内に挿入され易くなり、Si粒子表面にLi金属が析出しにくくなるため、電圧異常が生じにくくなると考えられる。
一方、ドーパントをN型にドープしたSi粒子を用いると、P、Sb等のドーパント原子は陽イオン化しているため、Si粒子へのLi挿入時に、陽イオン化しやすいLi原子とドーパント原子の間で斥力が生じる。この斥力よってLiイオンがSi粒子内に挿入されにくくなり、Si粒子表面にLi金属が析出し易くなるため、電圧異常が生じ易くなることが予想される。
Hereinafter, each member of the negative electrode mixture of the present invention will be described.
[P-type doped Si powder]
In the present invention, when the Si particles are doped into P-type, the electronic conductivity of the Si particles is increased, and the Li insertion reaction site existing at the interface between the Si particles and the inorganic solid electrolyte becomes more functional. During charging, Li is smoothly inserted into the Si particles. Thereby, it is considered that Li metal hardly deposits on the surface of the Si particles, and voltage abnormality hardly occurs.
In addition, Li atoms are easily cationized, and dopant atoms such as B and Al atoms in P-doped Si particles are anionized. Therefore, Li ions are easily cationized when Li ions are inserted into Si particles. An attractive force is generated between the atom and the dopant atom. This attractive force makes it easier for Li ions to be inserted into the Si particles and makes it difficult for Li metal to precipitate on the surface of the Si particles.
On the other hand, when Si particles doped with N-type dopants are used, dopant atoms such as P and Sb are cationized. Therefore, when Li is inserted into Si particles, between Li atoms and dopant atoms that are easily cationized. Repulsive force is generated. This repulsive force makes it difficult for Li ions to be inserted into the Si particles, and Li metal is likely to be deposited on the surface of the Si particles, so that voltage abnormality is likely to occur.

P型半導体は、正の電荷を持つ正孔が移動することで電流が生じ、正孔が多数キャリアとなる半導体であり、4価元素であるSiの真性半導体に、例えば微量の3価元素を不純物として添加することで調製することができる。
従って、Si粒子のドーパントは、好ましくは3価元素の形態を有する、B、Al、Ga及びInから選択される1以上の元素であり、より好ましくはB及びAlから選択される1以上の元素である。
A P-type semiconductor is a semiconductor in which current is generated by the movement of positively charged holes and the holes become majority carriers. For example, a small amount of a trivalent element is added to an intrinsic semiconductor of Si, which is a tetravalent element. It can be prepared by adding as an impurity.
Accordingly, the dopant of the Si particles is preferably one or more elements selected from B, Al, Ga and In, more preferably one or more elements selected from B and Al, having a trivalent element form. It is.

P型ドープSi粉末のドーパントの添加量は、1cmのSi粉末に対し、1×1017〜1×1020個のドーパント原子がドープされていることが好ましい。 It is preferable that the dopant amount of the P-type doped Si powder is doped with 1 × 10 17 to 1 × 10 20 dopant atoms with respect to 1 cm 3 of Si powder.

P型ドープSi粉末の平均粒径は、好ましくは20μm以下1nm以上であり、より好ましくは10μm以下10nm以上であり、さらに好ましくは5μm以下50nm以上である。
ウェハー板としたP型ドープSi粉末及び平均粒径20μm以下のP型ドープSi粉末の場合、無機固体電解質粒子とSi粒子の接触がより良好に保たれ、反応サイトが増加することで、Si粒子表面にLi金属の析出が生じにくくなり、これにより電圧異常がより生じにくくなる。一方、平均粒径が1nm以上のP型ドープSi粉末であれば、平均粒径が1nm未満のP型ドープSi粉末に比べて製造コストが低くなる。
The average particle size of the P-type doped Si powder is preferably 20 μm or less and 1 nm or more, more preferably 10 μm or less and 10 nm or more, and further preferably 5 μm or less and 50 nm or more.
In the case of the P-type doped Si powder used as the wafer plate and the P-type doped Si powder having an average particle size of 20 μm or less, the contact between the inorganic solid electrolyte particles and the Si particles is better maintained, and the number of reaction sites increases. Li metal is less likely to be deposited on the surface, which makes voltage abnormality less likely to occur. On the other hand, if the P-type doped Si powder has an average particle size of 1 nm or more, the production cost is lower than that of the P-type doped Si powder having an average particle size of less than 1 nm.

P型ドープSi粉末の平均粒径は、レーザー回折式粒度分布測定法により測定する。レーザー回折式粒度分布測定方法は、組成物を乾燥せずに粒度分布を測定することができ、組成物中の粒子群にレーザーを照射して、その散乱光を解析することで粒度分布を測定することができる。
また、平均粒径の表現法としては、メディアン径(50%径、D50)で表す。メディアン径は、粒度分布を粒子数累積の分布で表し、累積粒子数が総数の50%となる時の粒径をD50として表したものである。
The average particle diameter of the P-type doped Si powder is measured by a laser diffraction particle size distribution measuring method. The laser diffraction particle size distribution measurement method can measure the particle size distribution without drying the composition, and the particle size distribution is measured by irradiating a particle group in the composition with laser and analyzing the scattered light. can do.
As the expression method of average particle size, expressed by the median diameter (50% diameter, D 50). Median diameter represents the particle size distribution in the distribution of the number of particles accumulated, in which the particle size when the cumulative number particle is 50% of the total number expressed as D 50.

上記の平均粒径を有するP型ドープSi粉末は、P型ドープSiのウェハー、塊又は粗粒子を、乳鉢、ボールミル、ビーズミル、ジェットミル、遊星ボールミル、振動ボールミル、サンドミル、カッターミル等を用いて粉砕し、得られた粉砕物を篩い分けすることにより容易に得ることができる。
尚、粉砕は湿式粉砕又は乾式粉砕のどちらで実施してもよく、また実施手段も上記に制限されることはない。
P-type doped Si powder having the above average particle diameter is obtained by using a mortar, ball mill, bead mill, jet mill, planetary ball mill, vibrating ball mill, sand mill, cutter mill, etc. It can obtain easily by grind | pulverizing and sieving the obtained ground material.
The pulverization may be performed by either wet pulverization or dry pulverization, and the implementation means is not limited to the above.

P型ドープSi粉末は、好ましくはP型ドープSi粉末の圧粉体の電子伝導度が10−4S/cm以上であり、より好ましくは10−3S/cm以上であり、さらに好ましくは10−2S/cm以上である。
圧粉体の電子伝導度が10−4S/cm未満であるP型ドープSi粉末では、Si粒子内部にLiイオンが吸蔵されにくく、Si粒子表面に金属Liの析出が発生し、付随して電圧異常が発生しやすくなるおそれがある。
The P-type doped Si powder preferably has a green compact of P-type doped Si powder having an electron conductivity of 10 −4 S / cm or more, more preferably 10 −3 S / cm or more, and even more preferably 10 -2 S / cm or more.
In the P-type doped Si powder whose green powder has an electron conductivity of less than 10 −4 S / cm, Li ions are hard to be occluded inside the Si particles, and deposition of metallic Li occurs on the surface of the Si particles. There is a risk of abnormal voltage.

P型ドープSi粉末の圧粉体の電子伝導度は、図1に示す方法により測定できる。
まず、セラミックス製の円筒容器10にP型ドープSi粉末20を入れ、円筒容器10の上部及び下部から加圧手段30及び32により圧力をかけつつ、2端子法によりSi粒子の圧粉体の抵抗を測定する。この際、P型ドープSi粉末の圧粉体の抵抗値が一定になるまで加圧し、このときの圧粉体の厚みも測定する。
尚、圧粉体の抵抗と厚みは、141MPaで加圧しながら測定する。
The electronic conductivity of the green compact of the P-type doped Si powder can be measured by the method shown in FIG.
First, the P-type doped Si powder 20 is put in a ceramic cylindrical container 10, and the resistance of the Si powder compact is measured by the two-terminal method while applying pressure from the upper and lower parts of the cylindrical container 10 by the pressurizing means 30 and 32. Measure. At this time, pressurization is performed until the resistance value of the green compact of the P-type doped Si powder becomes constant, and the thickness of the green compact at this time is also measured.
The resistance and thickness of the green compact are measured while pressing at 141 MPa.

上記の方法により得られた圧粉体の抵抗と厚みの値を、下記式に当てはめることで、P型ドープSi粉末の圧粉体の電子伝導度を求めることができる:
σ=L/(R・S)
σ:電子伝導度[S/cm]
L:圧粉体の厚み[cm]
R:抵抗値[Ω]
S:円筒容器の断面積[cm
By applying the resistance and thickness values of the green compact obtained by the above method to the following equation, the electronic conductivity of the green compact of the P-type doped Si powder can be obtained:
σ = L / (R · S)
σ: electron conductivity [S / cm]
L: Green compact thickness [cm]
R: Resistance value [Ω]
S: Cross-sectional area of cylindrical container [cm 2 ]

P型ドープSi粉末は、例えば市販のP型ドープSiウェハーを粉砕等することにより製造できる。
尚、ドーパントのドーピング方法は、特開平10−199524号公報等に開示される公知の方法で実施でき、例えばCZ法(チョクラルスキ法、又は引き上げ法)、FZ法(フローティングゾーン法)、合金法、拡散法、イオン注入法、エピタキシャル法等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。
The P-type doped Si powder can be produced, for example, by pulverizing a commercially available P-type doped Si wafer.
The dopant doping method can be carried out by a known method disclosed in JP-A-10-199524, for example, CZ method (Czochralski method or pulling method), FZ method (floating zone method), alloy method, Examples include, but are not limited to, diffusion methods, ion implantation methods, and epitaxial methods.

[無機固体電解質粉末]
無機固体電解質粉末の平均粒径は、好ましくは10nm〜50μmであり、より好ましくは30nm〜20μmである。
上記の平均粒径を有する無機固体電解質粉末は、例えば上記よりも大きい平均粒径を有する無機固体電解質のウェハー、塊又は粗粒子を、乳鉢、ボールミル、ビーズミル、ジェットミル、遊星ボールミル、振動ボールミル、サンドミル、カッターミル等を用いて粉砕し、得られた粉砕物を篩い分けすることにより容易に得ることができる。上記の平均粒径を有する無機固体電解質粉末をそのまま用いることもできる。
[Inorganic solid electrolyte powder]
The average particle size of the inorganic solid electrolyte powder is preferably 10 nm to 50 μm, more preferably 30 nm to 20 μm.
The inorganic solid electrolyte powder having the above average particle diameter is, for example, an inorganic solid electrolyte wafer, lump or coarse particle having an average particle diameter larger than the above, mortar, ball mill, bead mill, jet mill, planetary ball mill, vibration ball mill, It can obtain easily by grind | pulverizing using a sand mill, a cutter mill, etc., and sieving the obtained ground material. The inorganic solid electrolyte powder having the above average particle diameter can be used as it is.

上記の無機固体電解質粉末の平均粒径は、体積基準平均粒径(Mean Volume Diameter)であり、レーザー回折式粒度分布測定方法により測定する。
本発明では、無機固体電解質粉末の平均粒径は、乾燥した無機固体電解質粉末の平均粒径を測定する。
The average particle diameter of the inorganic solid electrolyte powder is a volume-based average particle diameter (Mean Volume Diameter), and is measured by a laser diffraction particle size distribution measurement method.
In the present invention, the average particle size of the inorganic solid electrolyte powder is determined by measuring the average particle size of the dried inorganic solid electrolyte powder.

平均粒径を測定するレーザー回折式粒度分布測定装置が、Malvern Instruments Ltd社製マスターサイザー2000である場合、具体的な測定手順は以下の通りである。
まず、装置の分散槽に脱水処理されたトルエン(和光純薬製、製品名:特級)110mlを入れ、さらに分散剤として脱水処理されたターシャリーブチルアルコール(和光純薬製、特級)を6%添加する。この混合物を十分混合した後、「乾燥した固体電解質粉末」を添加して粒子径を測定する。乾燥した固体電解質粉末の添加量は、マスターサイザー2000で規定されている操作画面で、粒子濃度に対応するレーザー散乱強度が規定の範囲内(10〜20%)に収まるように加減して加える。この範囲を超えると多重散乱が発生し、正確な粒子径分布を求めることができなくなるおそれがある。また、この範囲より少ないとSN比が悪くなり、正確な測定ができないおそれがある。マスターサイザー2000では、乾燥した固体電解質粉末の添加量に基き、レーザー散乱強度が表示されるので、上記レーザー散乱強度に入る添加量を見つけるとよい。
乾燥した固体電解質粉末の添加量は、イオン伝導性物質の種類等により最適量は異なるが、概ね0.01g〜0.05g程度である。
When the laser diffraction type particle size distribution measuring device for measuring the average particle size is Master Sizer 2000 manufactured by Malvern Instruments Ltd, the specific measurement procedure is as follows.
First, 110 ml of dehydrated toluene (Wako Pure Chemicals, product name: special grade) was placed in the dispersion tank of the apparatus, and 6% of dehydrated tertiary butyl alcohol (Wako Pure Chemicals, special grade) was added as a dispersant. Added. After sufficiently mixing this mixture, “dry solid electrolyte powder” is added and the particle size is measured. The amount of the dried solid electrolyte powder added is adjusted so that the laser scattering intensity corresponding to the particle concentration falls within the specified range (10 to 20%) on the operation screen specified by the master sizer 2000. If this range is exceeded, multiple scattering may occur, and an accurate particle size distribution may not be obtained. On the other hand, when the amount is less than this range, the SN ratio is deteriorated, and there is a possibility that accurate measurement cannot be performed. In Master Sizer 2000, the laser scattering intensity is displayed based on the added amount of the dried solid electrolyte powder.
The amount of the dried solid electrolyte powder added is generally about 0.01 g to 0.05 g, although the optimum amount varies depending on the type of the ion conductive substance.

無機固体電解質粉末を構成する無機固体電解質粒子としては、例えば(1)酸化物系固体電解質又は(2)硫化物系固体電解質からなる粒子が挙げられる。   Examples of the inorganic solid electrolyte particles constituting the inorganic solid electrolyte powder include particles made of (1) an oxide solid electrolyte or (2) a sulfide solid electrolyte.

(1)酸化物系固体電解質
酸化物系固体電解質としては、LiN、LISICON類;Thio−LISICON類;NASICON型構造を有するLiTi12、さらにこれらを結晶化させた電解質;La0.55Li0.35TiO等のペロブスカイト構造を有する結晶等を用いることができる。
(1) Oxide-based solid electrolytes As oxide-based solid electrolytes, LiN, LISICONs; Thio-LISICONs; LiTi 2 P 3 O 12 having a NASICON type structure, and an electrolyte obtained by crystallizing them; La 0. A crystal having a perovskite structure such as 55 Li 0.35 TiO 3 can be used.

(2)硫化物系固体電解質
硫化物系固体電解質は、例えば下記式(1)で示される組成を満たすリチウムイオン伝導性無機固体電解質である。
Li (1)
(式中、Mは、B、Zn、Si、Cu、Ga及びGeから選択される元素を示す。a〜dは各元素の組成比を示し、a:b:c:dは1〜12:0〜0.2:1:2〜9を満たす。)
(2) Sulfide-based solid electrolyte The sulfide-based solid electrolyte is a lithium ion conductive inorganic solid electrolyte that satisfies the composition represented by the following formula (1), for example.
Li a Mb P c S d (1)
(In the formula, M represents an element selected from B, Zn, Si, Cu, Ga and Ge. Ad represents the composition ratio of each element, and a: b: c: d represents 1 to 12: 0-0.2: 1: 2-9 are satisfied.)

式(1)において、Li、M、P及びSの組成比は、好ましくはbが0であり、より好ましくはb=0で且つa、c及びdの比(a:c:d)がa:c:d=1〜9:1:3〜7であり、さらに好ましくはb=0で且つa:c:d=1.5〜4:1:3.25〜4.5である。
各元素の組成比は、下記するように、硫化物系固体電解質を製造する際の原料化合物の配合量を調整することにより制御できる。
In the formula (1), the composition ratio of Li, M, P and S is preferably such that b is 0, more preferably b = 0 and the ratio of a, c and d (a: c: d) is a. : C: d = 1-9: 1: 3-7, more preferably b = 0 and a: c: d = 1.5-4: 1: 3.25-4.5.
The composition ratio of each element can be controlled by adjusting the blending amount of the raw material compound when producing the sulfide-based solid electrolyte as described below.

硫化物系固体電解質は、非結晶(ガラス)であっても結晶化(ガラスセラミックス化)していてもよく、一部のみが結晶化していてもよい。
ここで、結晶化させるとガラスよりもイオン伝導度が高くなる場合があり、その場合には結晶化させることが好ましい。
The sulfide-based solid electrolyte may be amorphous (glass) or crystallized (glass ceramic), or only a part may be crystallized.
Here, when crystallized, the ion conductivity may be higher than that of glass. In that case, it is preferable to crystallize.

結晶化硫化物系固体電解質の結晶構造は、好ましくは特開2002−109955に開示されているLiPS構造、Li構造、LiPS構造、LiSiS構造、LiSiS構造、又は特開2005−228570及びWO2007/066539に開示されているLi11構造であり、最も好ましくはLi11構造である。
結晶化硫化物固体電解質の結晶化部分は、これら結晶構造のいずれか1つを有すればよく、複数の結晶構造を有していてもよい。これら結晶構造を有する結晶化硫化物固体電解質は、非晶質の硫化物固体電解質よりも高いイオン伝導度を示すことができる。
尚、例えばLi11構造は、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。
The crystal structure of the crystallized sulfide-based solid electrolyte is preferably Li 7 PS 6 structure, Li 4 P 2 S 6 structure, Li 3 PS 4 structure, Li 4 SiS 4 structure disclosed in JP-A-2002-109955, Li 2 SiS 3 structure, or Li 7 P 3 S 11 structure disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2005-228570 and WO 2007/066539, and most preferably Li 7 P 3 S 11 structure.
The crystallized portion of the crystallized sulfide solid electrolyte only needs to have any one of these crystal structures, and may have a plurality of crystal structures. Crystallized sulfide solid electrolytes having these crystal structures can exhibit higher ionic conductivity than amorphous sulfide solid electrolytes.
For example, the Li 7 P 3 S 11 structure has 2θ = 17.8 ± 0.3 deg, 18.2 ± 0.3 deg, 19.8 ± 0. 0 in X-ray diffraction (CuKα: λ = 1.54184). It has diffraction peaks at 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.

結晶化硫化物系固体電解質の結晶化度(非晶体よりイオン伝導度が高い結晶構造の結晶化度)は、好ましくは50%以上であり、より好ましくは60%以上である。
結晶化硫化物系固体電解質の結晶化度が50%未満の場合、結晶化によりイオン伝導度を高くするという効果が少なくなるおそれがある。
The degree of crystallinity of the crystallized sulfide-based solid electrolyte (the degree of crystallinity of the crystal structure having higher ionic conductivity than that of the amorphous body) is preferably 50% or more, more preferably 60% or more.
When the crystallinity of the crystallized sulfide-based solid electrolyte is less than 50%, the effect of increasing the ionic conductivity by crystallization may be reduced.

結晶化度は、NMRスペクトル装置を用いることにより測定できる。具体的には、結晶化硫化物系固体電解質の固体31P−NMRスペクトルを測定し、得られたスペクトルについて、70−120ppmに観測される共鳴線を、非線形最少二乗法を用いたガウス曲線に分離し、各曲線の面積比を求めることにより測定できる。 The degree of crystallinity can be measured by using an NMR spectrum apparatus. Specifically, the solid 31 P-NMR spectrum of the crystallized sulfide-based solid electrolyte is measured, and the resonance line observed at 70-120 ppm is converted into a Gaussian curve using a nonlinear least square method. It can measure by isolate | separating and calculating | requiring the area ratio of each curve.

硫化物系固体電解質の製造に用いる原料としては、LiS(硫化リチウム)、P(三硫化二リン)、P(五硫化二リン)、SiS(硫化珪素)、LiSiO(オルト珪酸リチウム)、Al(硫化アルミニウム)、単体リン(P)、単体硫黄(S)、シリコン(Si)、GeS(硫化ゲルマニウム)、B(三硫化二砒素)、LiPO(燐酸リチウム)、LiGeO(ゲルマン酸リチウム)、LiBO(メタホウ酸リチウム)、LiAlO(リチウムアルミネート)等を用いることができ、LiS(硫化リチウム)及びP(五硫化二リン)を用いると好ましい。 As raw materials used for the production of the sulfide-based solid electrolyte, Li 2 S (lithium sulfide), P 2 S 3 (phosphorus trisulfide), P 2 S 5 (phosphorus pentasulfide), SiS 2 (silicon sulfide), Li 4 SiO 4 (lithium orthosilicate), Al 2 S 3 (aluminum sulfide), simple phosphorus (P), simple sulfur (S), silicon (Si), GeS 2 (germanium sulfide), B 2 S 3 (trisulfide) Diarsenic), Li 3 PO 4 (lithium phosphate), Li 4 GeO 4 (lithium germanate), LiBO 2 (lithium metaborate), LiAlO 3 (lithium aluminate), etc. can be used, and Li 2 S (sulfurized) Lithium) and P 2 S 5 (phosphorus pentasulfide) are preferably used.

硫化物系固体電解質の原料にLiS(硫化リチウム)及びP(五硫化二リン)を用いた場合の、硫化物系固体電解質の製造方法を説明する。
原料である硫化リチウムは、特に制限なく工業的に入手可能なものが使用でき、例えば、特開平7−330312号公報、特開平9−283156号公報、特開2010−163356号公報、特開2011−084438号公報に開示の方法に製造できる硫化リチウムを使用できる。
尚、上記特開2010−163356号公報では、炭化水素系有機溶媒中で水酸化リチウムと硫化水素とを70℃〜300℃で反応させて、水硫化リチウムを生成し、次いでこの反応液を脱硫化水素化することにより硫化リチウムを合成する。また、上記特開2011−084438号公報では、水溶媒中で水酸化リチウムと硫化水素とを10℃〜100℃で反応させて、水硫化リチウムを生成し、次いでこの反応液を脱硫化水素化することにより硫化リチウムを合成する。
A method for producing a sulfide-based solid electrolyte in the case where Li 2 S (lithium sulfide) and P 2 S 5 (diphosphorus pentasulfide) are used as raw materials for the sulfide-based solid electrolyte will be described.
As the raw material lithium sulfide, those commercially available without particular limitation can be used. For example, JP-A-7-330312, JP-A-9-283156, JP-A 2010-163356, JP-A-2011. Lithium sulfide that can be produced by the method disclosed in Japanese Patent No. 084438 can be used.
In JP 2010-163356 A, lithium hydroxide and hydrogen sulfide are reacted at 70 ° C. to 300 ° C. in a hydrocarbon-based organic solvent to produce lithium hydrosulfide, and this reaction solution is then desulfurized. Lithium sulfide is synthesized by hydrogenation. Moreover, in the said Unexamined-Japanese-Patent No. 2011-084438, lithium hydroxide and hydrogen sulfide are made to react at 10 to 100 degreeC in a water solvent, lithium lithium sulfide is produced | generated, and this reaction liquid is then dehydrosulfurized. To synthesize lithium sulfide.

硫化リチウムは、好ましくは硫黄酸化物のリチウム塩の総含有量が0.15質量%以下であり、より好ましくは硫黄酸化物のリチウム塩の総含有量が0.1質量%以下である。また、硫化リチウムは、好ましくはN−メチルアミノ酪酸リチウムの含有量が0.15質量%以下であり、より好ましくはN−メチルアミノ酪酸リチウムの含有量が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、溶融急冷法やメカニカルミリング法で得られる固体電解質を、ガラス状電解質(完全非晶質)とすることができる。一方、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、最初から結晶化物となるおそれがあり、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、高イオン伝導度の硫化物系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イオン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硫化リチウムを用いることにより、高イオン伝導性電解質が得られる。
Lithium sulfide preferably has a total content of lithium salt of sulfur oxide of 0.15% by mass or less, more preferably a total content of lithium salt of sulfur oxide of 0.1% by mass or less. The lithium sulfide preferably has a lithium N-methylaminobutyrate content of 0.15% by mass or less, and more preferably a lithium N-methylaminobutyrate content of 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 mechanical milling method can be made into a glassy electrolyte (fully amorphous). On the other hand, if the total content of the lithium salt of sulfur oxide exceeds 0.15% by mass, the obtained electrolyte may become a crystallized product from the beginning, and the ionic conductivity of this crystallized product is low. Further, even if this crystallized product is subjected to a heat treatment, the crystallized product is not changed, and there is a possibility that a sulfide-based solid electrolyte having high ion conductivity cannot be obtained.
In addition, 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 ion battery.
By using lithium sulfide with reduced impurities in this way, a high ion conductive electrolyte can be obtained.

特開平7−330312号及び特開平9−283156号に記載の硫化リチウムの製造方法では、得られる硫化リチウムは硫黄酸化物のリチウム塩等を含むため、精製することが好ましい。一方、特開2010−163356号に記載の硫化リチウムの製造方法では、得られる硫化リチウムは、硫黄酸化物のリチウム塩等の含有量が非常に少ないため、精製せずにそのまま用いることができる。
硫化リチウムを精製する場合、好ましい精製法としては、例えば、国際公開WO2005/40039号に開示の精製法等が挙げられ、得られた硫化リチウムを有機溶媒を用いて100℃以上の温度で洗浄することにより精製する。
In the method for producing lithium sulfide described in JP-A-7-330312 and JP-A-9-283156, the obtained lithium sulfide contains a lithium salt of sulfur oxide and the like, and thus it is preferably purified. On the other hand, in the method for producing lithium sulfide described in JP 2010-163356 A, the obtained lithium sulfide can be used as it is without purification because it contains a very small amount of lithium oxide lithium salt or the like.
In the case of purifying lithium sulfide, a preferable purification method includes, for example, a purification method disclosed in International Publication WO2005 / 40039, and the obtained lithium sulfide is washed at a temperature of 100 ° C. or higher using an organic solvent. To be purified.

硫化物系固体電解質の原料に用いるP(五硫化二リン)は、工業的に製造され、販売されている五硫化二リンであれば、特に限定なく使用することができる。 P 2 S 5 (phosphorus pentasulfide) used as a raw material for the sulfide-based solid electrolyte can be used without particular limitation as long as it is industrially produced and sold diphosphorus pentasulfide.

硫化物系固体電解質(硫化物系ガラス固体電解質)は、硫化リチウムと五硫化二リンの混合物を、溶融急冷法、メカニカルミリング法(MM法)、有機溶媒中で原料を反応させるスラリー法等によって反応させることにより製造することができる。
硫化リチウムと五硫化二リンの混合比(モル比)は、通常LiS:P=50:50〜80:20であり、好ましくはLiS:P=60:40〜75:25であり、特に好ましくはLiS:P=68:32〜74:26(モル比)である。
Sulfide-based solid electrolytes (sulfide-based glass solid electrolytes) are prepared by melting and quenching a mixture of lithium sulfide and phosphorous pentasulfide, a mechanical milling method (MM method), a slurry method in which raw materials are reacted in an organic solvent, etc. It can be produced by reacting.
The mixing ratio (molar ratio) of lithium sulfide and phosphorous pentasulfide is usually Li 2 S: P 2 S 5 = 50: 50 to 80:20, preferably Li 2 S: P 2 S 5 = 60: 40. 75: a 25, particularly preferably Li 2 S: P 2 S 5 = 68: 32~74: a 26 (molar ratio).

硫化物系ガラス固体電解質を溶融急冷法によって製造する場合、例えば特開平6−279049号公報又はWO2005/119706に開示の溶融急冷法を実施するとよい。
具体的には、PとLiSを所定量乳鉢にて混合してペレット状とし、当該ペレットをカーボンコートした石英管中に入れ真空封入する。その後、所定の反応温度で反応させ、氷中に投入し急冷することにより、硫化物系ガラス固体電解質が得られる。
反応温度は、好ましくは400℃〜1000℃であり、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℃以下であり、好ましくは0℃以下であり、その冷却速度は、通常1〜10000K/sec程度であり、好ましくは10〜10000K/secである。
In the case of producing a sulfide-based glass solid electrolyte by a melt quenching method, for example, the melt quenching method disclosed in JP-A-6-279049 or WO2005 / 119706 may be carried out.
Specifically, P 2 S 5 and Li 2 S are mixed in a predetermined amount in a mortar to form a pellet, and the pellet is placed in a carbon-coated quartz tube and vacuum-sealed. Then, it is made to react at a predetermined reaction temperature, put into ice and rapidly cooled to obtain a sulfide-based glass solid electrolyte.
The reaction temperature 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 less, preferably 0 ° C. or less, and the cooling rate is usually about 1 to 10,000 K / sec, preferably 10 to 10,000 K / sec.

硫化物系ガラス固体電解質をメカニカルミリング法によって製造する場合、例えば特開平11−134937号公報、特開2004−348972号公報又は特開2004−348973号公報に開示のメカニカルミリング法を実施するとよい。
具体的には、PとLiSを所定量乳鉢にて混合し、例えば各種ボールミル等を使用して、混合物を所定時間反応させることにより、硫化物系ガラス固体電解質が得られる。
MM法では、室温で反応を行うことができ、室温でガラス固体電解質を製造できるため、原料の熱分解が起らず、仕込み組成のガラス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、ガラス固体電解質の製造と同時に、ガラス固体電解質を微粉末化できるという利点もある。
尚、MM法は室温に限定されず、特開2010−30889号公報に開示されているように、メカニカルミリング処理の際のミル内の温度を調整してもよい。メカニカルミリングの際に原料が60℃以上160℃以下になるようにすることが好ましい。
In the case of producing a sulfide-based glass solid electrolyte by a mechanical milling method, for example, the mechanical milling method disclosed in JP-A-11-134937, JP-A-2004-348972, or JP-A-2004-348993 may be performed.
Specifically, a predetermined amount of P 2 S 5 and Li 2 S are mixed in a mortar, and the mixture is reacted for a predetermined time using, for example, various ball mills, etc., thereby obtaining a sulfide-based glass solid electrolyte.
In the MM method, the reaction can be performed at room temperature, and the glass solid electrolyte can be produced at room temperature. Therefore, there is an advantage that the raw material is not thermally decomposed and a glass solid electrolyte having a charged composition can be obtained. Further, the MM method has an advantage that the glass solid electrolyte can be made into fine powder simultaneously with the production of the glass solid electrolyte.
Note that the MM method is not limited to room temperature, and as disclosed in JP 2010-30889 A, the temperature in the mill during the mechanical milling process may be adjusted. It is preferable that the raw material be 60 ° C. or higher and 160 ° C. or lower during mechanical milling.

MM法では、回転ボールミル、転動ボールミル、振動ボールミル、遊星ボールミル等種々の形式を用いることができ、特開2010−90003号公報に記載されているように、ボールミルのボールは異なる径のボールを混合して使用してもよい。
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。
上記の他、特開2009−110920号公報及び特開2009−211950号公報に開示されているように、PとLiSの混合物に有機溶媒を添加してスラリー状にし、このスラリーをメカニカルミリング処理してもよい。
In the MM method, various types such as a rotating ball mill, a rolling ball mill, a vibrating ball mill, and a planetary ball mill can be used. As described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2010-90003, balls of different diameters are used for balls of a ball mill. You may mix and use.
As conditions for the MM method, for example, when a planetary ball mill is used, the rotational speed is set to several tens to several hundreds of revolutions / minute, and the treatment may be performed for 0.5 hours to 100 hours.
In addition to the above, as disclosed in JP2009-110920A and JP2009-2111950A, an organic solvent is added to a mixture of P 2 S 5 and Li 2 S to form a slurry, and this slurry May be mechanically milled.

硫化物系ガラス固体電解質をスラリー法によって製造する場合、例えばWO2004/093099又はWO2009/047977に開示のスラリー法を実施するとよい。
具体的には、所定量のP粒子とLiS粒子を有機溶媒中で所定時間反応させることにより、硫化物系ガラス固体電解質が得られる。また、得られた固体電解質を含むスラリーをさらにビーズミル等で粉砕することで、より微細な硫化物系ガラス固体電解質が得られる。
反応温度は、好ましくは20℃以上80℃以下であり、より好ましくは20℃以上60℃以下である。また、反応時間は、好ましくは1時間以上16時間以下であり、より好ましくは2時間以上14時間以下である。
When the sulfide-based glass solid electrolyte is produced by a slurry method, for example, the slurry method disclosed in WO2004 / 093099 or WO2009 / 047977 may be carried out.
Specifically, a sulfide-based glass solid electrolyte is obtained by reacting a predetermined amount of P 2 S 5 particles and Li 2 S particles in an organic solvent for a predetermined time. Moreover, a finer sulfide-based glass solid electrolyte can be obtained by further pulverizing the obtained slurry containing the solid electrolyte with a bead mill or the like.
The reaction temperature is preferably 20 ° C. or higher and 80 ° C. or lower, more preferably 20 ° C. or higher and 60 ° C. or lower. The reaction time is preferably 1 hour or longer and 16 hours or shorter, more preferably 2 hours or longer and 14 hours or shorter.

スラリー法を実施する場合に、原料である硫化リチウムと五硫化二りんに有機溶媒を添加して、溶液状又はスラリー状とすることが好ましく、有機溶媒1リットルに対して原料(合計量)を、通常0.001kg以上1kg以下添加し、好ましくは0.005kg以上0.5kg以下添加し、特に好ましくは0.01kg以上〜0.3kg添加する。   When carrying out the slurry method, it is preferable to add an organic solvent to the raw materials lithium sulfide and diphosphorus pentasulfide to form a solution or slurry, and the raw materials (total amount) per liter of the organic solvent. Usually, 0.001 kg or more and 1 kg or less are added, preferably 0.005 kg or more and 0.5 kg or less are added, and particularly preferably 0.01 kg or more and 0.3 kg or more are added.

添加する有機溶媒は、特に制限されないが、好ましくは非プロトン性有機溶媒であり、例えば非プロトン性有機溶媒(例えば、炭化水素系有機溶媒)、非プロトン性極性有機化合物(例えば、アミド化合物、ラクタム化合物、尿素化合物、有機イオウ化合物、環式有機リン化合物等)を、単独溶媒として又はこれらの混合溶媒として使用できる。   The organic solvent to be added is not particularly limited, but is preferably an aprotic organic solvent, such as an aprotic organic solvent (for example, a hydrocarbon organic solvent), an aprotic polar organic compound (for example, an amide compound, a lactam). Compounds, urea compounds, organic sulfur compounds, cyclic organophosphorus compounds, etc.) can be used as a single solvent or as a mixed solvent thereof.

上記炭化水素系有機溶媒としては、飽和炭化水素溶媒、不飽和炭化水素溶媒又は芳香族炭化水素溶媒が使用できる。
飽和炭化水素溶媒としては、ヘキサン、ペンタン、2−エチルヘキサン、ヘプタン、デカン、シクロヘキサン等が挙げられ;不飽和炭化水素溶媒としては、ヘキセン、ヘプテン、シクロヘキセン等が挙げられ、芳香族炭化水素溶媒としては、トルエン、キシレン、デカリン、1,2,3,4−テトラヒドロナフタレン等が挙げられる。これら炭化水素系有機溶媒のうち、特にトルエン、キシレンが好ましい。
As the hydrocarbon organic solvent, a saturated hydrocarbon solvent, an unsaturated hydrocarbon solvent, or an aromatic hydrocarbon solvent can be used.
Examples of the saturated hydrocarbon solvent include hexane, pentane, 2-ethylhexane, heptane, decane, and cyclohexane; examples of the unsaturated hydrocarbon solvent include hexene, heptene, cyclohexene, and the like. Include toluene, xylene, decalin, 1,2,3,4-tetrahydronaphthalene and the like. Of these hydrocarbon organic solvents, toluene and xylene are particularly preferable.

スラリー法に炭化水素系有機溶媒を用いる場合は、炭化水素系有機溶媒は、あらかじめ脱水されていることが好ましく、具体的には、水分含有量が100重量ppm以下の炭化水素系有機溶媒が好ましく、水分含有量が30重量ppm以下の炭化水素系有機溶媒であることが特に好ましい。
尚、必要に応じて炭化水素系有機溶媒に他の溶媒を添加してもよい。添加可能な他の溶媒は、具体的には、アセトン、メチルエチルケトン等のケトン類;テトラヒドロフラン等のエーテル類;エタノール、ブタノール等のアルコール類;酢酸エチル等のエステル類;ジクロロメタン、クロロベンゼン等のハロゲン化炭化水素等が挙げられる。
When a hydrocarbon organic solvent is used in the slurry method, the hydrocarbon organic solvent is preferably dehydrated in advance, and specifically, a hydrocarbon organic solvent having a moisture content of 100 ppm by weight or less is preferable. A hydrocarbon organic solvent having a water content of 30 ppm by weight or less is particularly preferable.
In addition, you may add another solvent to a hydrocarbon type organic solvent as needed. Specific examples of other solvents that can be added include ketones such as acetone and methyl ethyl ketone; ethers such as tetrahydrofuran; alcohols such as ethanol and butanol; esters such as ethyl acetate; halogenated carbonization such as dichloromethane and chlorobenzene. Hydrogen etc. are mentioned.

スラリー法を実施する際に、特開2010−140893号公報に開示の、反応を進行させるため、原料を含むスラリーをビーズミルと反応容器との間で循環させながら反応させてもよく、WO2009/047977に開示の、効率的に反応を進行させるため、原料の硫化リチウムを予め粉砕しておいてもよく、特開2011−136899号公報に開示の、原料の硫化リチウムの比表面積を大きくするため、溶解パラメーターが9.0以上の極性溶媒(例えば、メタノール、ジエチルカーネート、アセトニトリル)に所定時間浸漬してもよい。   In carrying out the slurry method, the reaction disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2010-140893 may be performed by circulating the slurry containing the raw material between the bead mill and the reaction vessel. The raw material lithium sulfide may be pulverized in advance in order to advance the reaction efficiently as disclosed in JP-A-2011-136899, in order to increase the specific surface area of the raw material lithium sulfide, You may immerse in a polar solvent (for example, methanol, diethylcarnate, acetonitrile) whose solubility parameter is 9.0 or more for a predetermined time.

硫化物系ガラス固体電解質を、溶融急冷法、メカニカルミリング法又はスラリー法で製造する場合を説明したが、これら方法を実施する際の温度条件、処理時間、仕込み料等の製造条件は上記に限定されず、使用設備等に合わせて適宜調整することができる。   The case where the sulfide-based glass solid electrolyte is produced by the melt quenching method, the mechanical milling method, or the slurry method has been described, but the production conditions such as temperature conditions, processing time, and charge when carrying out these methods are limited to the above. However, it can be adjusted appropriately according to the equipment used.

硫化物系ガラス固体電解質を所定の温度で熱処理することで、硫化物系結晶化ガラス固体電解質(硫化物系ガラスセラミックス固体電解質)を製造することができる。
硫化物系固体電解質(ガラスセラミックス)の製造方法は、例えば特開2005−228570号公報、WO2007/066539、特開2002−109955号公報に開示されている。
尚、硫化物系ガラスセラミックス固体電解質の製造方法を以下記載するが、硫化物系ガラスセラミックス固体電解質の製造に用いる硫化物系ガラス固体電解質は、原料にLiS(硫化リチウム)及びP(五硫化二リン)を用いて得られる硫化物系ガラス固体電解質に限定されない。
A sulfide-based crystallized glass solid electrolyte (sulfide-based glass ceramic solid electrolyte) can be produced by heat-treating the sulfide-based glass solid electrolyte at a predetermined temperature.
A method for producing a sulfide-based solid electrolyte (glass ceramic) is disclosed in, for example, JP-A-2005-228570, WO2007 / 065539, and JP-A-2002-109955.
Although described below a method of manufacturing a sulfide-based glass ceramic solid electrolyte, a sulfide-based glass solid electrolyte used in the preparation of the sulfide-based glass ceramic solid electrolyte material in Li 2 S (lithium sulfide) and P 2 S It is not limited to the sulfide type glass solid electrolyte obtained using 5 (diphosphorus pentasulfide).

Li11構造の硫化物系ガラスセラミックス固体電解質を製造する場合の熱処理温度は、好ましくは180℃以上330℃以下であり、より好ましくは200℃以上320℃以下であり、特に好ましくは210℃以上310℃以下である。
熱処理温度が180℃未満の場合、結晶化度の高い結晶化ガラスが得られにくい場合があり、熱処理温度が330℃超の場合、結晶化度の低い結晶化ガラスが生じるおそれがある。
The heat treatment temperature for producing a sulfide-based glass ceramic solid electrolyte having a Li 7 P 3 S 11 structure is preferably 180 ° C. or higher and 330 ° C. or lower, more preferably 200 ° C. or higher and 320 ° C. or lower, and particularly preferably It is 210 degreeC or more and 310 degrees C or less.
When the heat treatment temperature is less than 180 ° C., it may be difficult to obtain a crystallized glass with a high degree of crystallinity, and when the heat treatment temperature exceeds 330 ° C., there is a possibility that a crystallized glass with a low degree of crystallinity will be produced.

Li11構造の硫化物系ガラスセラミックス固体電解質を製造する場合の熱処理時間は、熱処理温度が180℃以上210℃以下の温度の場合は、好ましくは3時間以上240時間以下であり、特に好ましくは4時間以上230時間以下である。また、熱処理温度が210℃超330℃以下の温度の場合は、好ましくは0.1時間以上240時間以下であり、より好ましくは0.2時間以上235時間以下であり、さらに好ましくは0.3時間以上230時間以下である。
熱処理時間が0.1時間未満の場合、結晶化度の高い結晶化ガラスが得られにくい場合があり、熱処理時間が240時間超の場合、結晶化度の低い結晶化ガラスが生じるおそれがある。
The heat treatment time for producing a sulfide-based glass ceramic solid electrolyte having a Li 7 P 3 S 11 structure is preferably 3 hours or more and 240 hours or less when the heat treatment temperature is 180 ° C. or more and 210 ° C. or less, Especially preferably, it is 4 hours or more and 230 hours or less. In the case where the heat treatment temperature is higher than 210 ° C. and 330 ° C. or lower, it is preferably 0.1 hours or longer and 240 hours or shorter, more preferably 0.2 hours or longer and 235 hours or shorter, and even more preferably 0.3 hours or shorter. It is more than time and less than 230 hours.
When the heat treatment time is less than 0.1 hour, it may be difficult to obtain a crystallized glass with a high degree of crystallinity, and when the heat treatment time is over 240 hours, a crystallized glass with a low degree of crystallinity may be generated.

LiPS構造、Li構造、LiPS構造及び/又はLiSiS構造を有する硫化物系ガラスセラミックス固体電解質を製造する場合の加熱条件は、公知の加熱条件でよく、例えば特開2002−109955号公報に開示の加熱条件が適用できる。
尚、上記のLiSiS構造を有する硫化物系ガラスセラミックス固体電解質は、例えばSiSとLiSから生成することが考えられる。
The heating conditions for producing a sulfide-based glass ceramic solid electrolyte having a Li 7 PS 6 structure, a Li 4 P 2 S 6 structure, a Li 3 PS 4 structure and / or a Li 4 SiS 4 structure are known heating conditions. For example, the heating conditions disclosed in JP-A-2002-109955 can be applied.
Incidentally, sulfide-based glass ceramic solid electrolyte having the above-mentioned Li 4 SiS 4 structure, it is conceivable to produce, for example, from SiS 2 and Li 2 S.

Li11構造の硫化物系ガラスセラミックス固体電解質、及びLiPS構造、Li構造、LiPS構造及び/又はLiSiS構造を有する硫化物系ガラスセラミックス固体電解質のいずれを製造する場合であっても、加熱処理は、好ましくは露点−40℃以下の環境下で実施し、より好ましくは露点−60℃以下の環境下で実施する。
加熱時の圧力は、常圧であってもよく、減圧下であってもよい。また、加熱雰囲気は、空気であってもよく、不活性雰囲気下であってもよい。
上記に加えて、加熱処理を特開2010−186744号公報に開示の溶媒中で実施してもよい。
A sulfide-based glass-ceramic solid electrolyte having a Li 7 P 3 S 11 structure, and a sulfide-based glass having a Li 7 PS 6 structure, a Li 4 P 2 S 6 structure, a Li 3 PS 4 structure, and / or a Li 4 SiS 4 structure. Whichever ceramic solid electrolyte is manufactured, the heat treatment is preferably performed in an environment having a dew point of −40 ° C. or lower, more preferably in an environment having a dew point of −60 ° C. or lower.
The pressure at the time of heating may be a normal pressure or a reduced pressure. The heating atmosphere may be air or an inert atmosphere.
In addition to the above, the heat treatment may be performed in a solvent disclosed in JP 2010-186744 A.

[負極合材]
本発明の負極合材が含むP型ドープSi粉末及び無機固体電解質粉末の混合比(質量比)は、好ましくはP型ドープSi粉末:無機固体電解質粉末=95:5〜30:70であり、特に好ましくはP型ドープSi粉末:無機固体電解質粉末=85:15〜40:60である。
無機固体電解質粉末に対するP型ドープSi粉末の割合が、95mass%以下の場合、負極合材内のリチウムイオン伝導パスがより多くなって反応サイトが増加し、より充放電容量が増加する。一方、無機固体電解質粉末に対するP型ドープSi粉末の割合が、30mass%以上の場合、負極合材中の負極量がより多くなり、充放電容量がより増加する。
[Negative electrode mixture]
The mixing ratio (mass ratio) of the P-type doped Si powder and the inorganic solid electrolyte powder contained in the negative electrode mixture of the present invention is preferably P-type doped Si powder: inorganic solid electrolyte powder = 95: 5 to 30:70, Particularly preferred is P-type doped Si powder: inorganic solid electrolyte powder = 85: 15-40: 60.
When the ratio of the P-type doped Si powder to the inorganic solid electrolyte powder is 95 mass% or less, the lithium ion conduction path in the negative electrode mixture is increased, the reaction sites are increased, and the charge / discharge capacity is further increased. On the other hand, when the ratio of the P-type doped Si powder to the inorganic solid electrolyte powder is 30 mass% or more, the amount of the negative electrode in the negative electrode mixture is increased, and the charge / discharge capacity is further increased.

負極合材中のP型ドープSi粉末と無機固体電解質粉末の平均粒径の比は、例えばP型ドープSi粉末の平均粒径:無機固体電解質粉末の平均粒径が10000:1〜1:10000である。   The ratio of the average particle size of the P-type doped Si powder and the inorganic solid electrolyte powder in the negative electrode mixture is, for example, the average particle size of the P-type doped Si powder: The average particle size of the inorganic solid electrolyte powder is 10,000: 1 to 1: 10000. It is.

負極合材は、P型ドープSi粉末と無機固体電解質粉末並びに必要応じて導電助剤等を混合することにより製造することができる。
P型ドープSi粉末と無機固体電解質粉末並びに導電助剤等を混合する手段としては、例えば、乳鉢、ボールミル、ビーズミル、ジェットミル、遊星ボールミル、振動ボールミル、サンドミル、カッターミルを用いた乾式混合によって好適に実施でき、その他、有機溶媒中に原料を分散させた後に、乳鉢、ボールミル、ビーズミル、遊星ボールミル、振動ボールミル、サンドミル、フィルミックスを用いた湿式混合を行い、溶媒を除去することでも好適に実施できる。
尚、混合手段は上記に何ら限定されるものでは無い。
The negative electrode mixture can be produced by mixing a P-type doped Si powder, an inorganic solid electrolyte powder, and a conductive additive as necessary.
As a means for mixing the P-type doped Si powder, the inorganic solid electrolyte powder, the conductive auxiliary agent, etc., for example, suitable by dry mixing using a mortar, ball mill, bead mill, jet mill, planetary ball mill, vibration ball mill, sand mill, cutter mill In addition, after the raw materials are dispersed in an organic solvent, wet mixing using a mortar, ball mill, bead mill, planetary ball mill, vibration ball mill, sand mill, fill mix, and removal of the solvent is also preferably performed. it can.
The mixing means is not limited to the above.

[負極層]
本発明の負極合材は、全固体リチウムイオン電池の負極層の材料として好適に用いることができ、本発明の負極合材を含む負極層を備える全固体リチウムイオン電池は、少なくとも0.4Cでの充電時の電圧異常を抑制できる。
本発明の負極層は、本発明の負極合材を含めばよく、さらに導電助剤及び/又は結着剤を含んでもよい。
[Negative electrode layer]
The negative electrode mixture of the present invention can be suitably used as a material for the negative electrode layer of an all-solid lithium ion battery. An all-solid lithium ion battery comprising a negative electrode layer containing the negative electrode mixture of the present invention is at least 0.4 C. Voltage abnormality during charging can be suppressed.
The negative electrode layer of the present invention may contain the negative electrode mixture of the present invention, and may further contain a conductive additive and / or a binder.

導電助剤は、導電性を有していればよく、その電子伝導度は、好ましくは1×10S/cm以上であり、より好ましくは1×10S/cm以上である。
導電助剤としては、炭素材料及びこれらの混合物が挙げられる。
尚、炭素材料としては炭素単体、炭素単体以外の炭素材料あり、具体例としては、ケッチェンブラック、アセチレンブラック、デンカブラック、サーマルブラック、チャンネルブラック等のカーボンブラック;黒鉛、炭素繊維、活性炭等が挙げられ、これらは単独でも2種以上でも併用可能である。なかでも、電子伝導性が高いアセチレンブラック、デンカブラック、ケッチェンブラックが好適である。
The conductive auxiliary agent only needs to have conductivity, and its electronic conductivity is preferably 1 × 10 3 S / cm or more, more preferably 1 × 10 5 S / cm or more.
Examples of the conductive aid include carbon materials and mixtures thereof.
Carbon materials include carbon and carbon materials other than carbon. Specific examples include carbon black such as ketjen black, acetylene black, denka black, thermal black, channel black; graphite, carbon fiber, activated carbon, etc. These may be used alone or in combination of two or more. Among these, acetylene black, denka black, and ketjen black having high electron conductivity are preferable.

結着材は、電池の成型性及び電池内の粒子の接合性を向上させることでき、これにより充放電容量を向上させることができる。
結着剤としては、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、フッ素ゴム等の含フッ素樹脂;ポリプロピレン、ポリエチレン等の熱可塑性樹脂;エチレン−プロピレン−ジエンマー(EPDM)、スルホン化EPDM、天然ブチルゴム(NBR)等を単独で、あるいは2種以上の混合物として用いることができる。また、水系バインダーであるセルロース系やスチレンブタジエンゴム(SBR)の水分散体等を用いることもできる。
The binder can improve battery moldability and bondability of particles in the battery, thereby improving charge / discharge capacity.
Examples of the binder include fluorine-containing resins such as polytetrafluoroethylene (PTFE), polyvinylidene fluoride (PVDF), and fluorine rubber; thermoplastic resins such as polypropylene and polyethylene; ethylene-propylene-dienemer (EPDM) and sulfonated EPDM. Natural butyl rubber (NBR) or the like can be used alone or as a mixture of two or more. In addition, an aqueous dispersion of cellulose or styrene butadiene rubber (SBR), which is an aqueous binder, can also be used.

[本発明の第1の全固体リチウムイオン電池]
本発明の第1の全固体リチウムイオン電池は、本発明の負極層、固体電解質層、及び正極層を有する電池である。
本発明の第1の全固体リチウムイオン電池は、負極層、固体電解質層及び正極層がこの順に積層した積層体であればよく、さらに集電体を有してもよい。
以下、本発明の第1の全固体リチウムイオン電池を構成する各層について説明する。
[First All Solid Lithium Ion Battery of the Present Invention]
The 1st all-solid-state lithium ion battery of this invention is a battery which has the negative electrode layer of this invention, a solid electrolyte layer, and a positive electrode layer.
The 1st all-solid-state lithium ion battery of this invention should just be a laminated body on which the negative electrode layer, the solid electrolyte layer, and the positive electrode layer were laminated | stacked in this order, and may also have a collector.
Hereinafter, each layer which comprises the 1st all-solid-state lithium ion battery of this invention is demonstrated.

(1)集電体
集電体は、公知の集電体を用いることができる。
集電体は、例えばAu、Pt、Al、Cu等のように硫化物系固体電解質と反応する金属からなる層を、さらにAu等で被覆した層である。
(1) Current collector A known current collector can be used as the current collector.
The current collector is a layer in which a layer made of a metal that reacts with a sulfide-based solid electrolyte, such as Au, Pt, Al, or Cu, is further coated with Au or the like.

(2)固体電解質層
固体電解質層は、固体電解質を含む。
固体電解質層は、結着剤等を含んでいてもよく、当該結着剤は上記した通りである。
固体電解質層を構成する固体電解質は、無機固体電解質とポリマー系固体電解質を挙げることができる。無機固体電解質については、上記した通りであるが、負極合材に含まれる固体電解質と固体電解質層に含まれる固体電解質は同一であっても異なっていてもよい。すなわち本発明の負極合材が含む無機固体電解質粒子に限定されず、無機固体電解質シート又はポリマー系固体電解質でもよい。
ポリマー系固体電解質としては、例えば、特開2010−262860号公報に開示のフッ素樹脂、ポリエチレンオキサイド、ポリアクリロニトリル、ポリアクリレート、これらの誘導体、これらの共重合体等のポリマー電解質として用いられる材料が挙げられる。
上記フッ素樹脂としては、例えば、フッ化ビニリデン(VdF)、ヘキサフルオロプロピレン(HFP)、テトラフルオロエチレン(TFE)、これらの誘導体等を構成単位として含む樹脂が挙げられ、具体的には、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)、ポリヘキサフルオロプロピレン(PHFP)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)等のホモポリマー、VdFとHFPとの共重合体(以下、この共重合体を「P(VdF−HFP)」と示す場合がある。)等の2元共重合体や3元共重合体等が挙げられる。
(2) Solid electrolyte layer The solid electrolyte layer contains a solid electrolyte.
The solid electrolyte layer may contain a binder or the like, and the binder is as described above.
Examples of the solid electrolyte constituting the solid electrolyte layer include an inorganic solid electrolyte and a polymer solid electrolyte. The inorganic solid electrolyte is as described above, but the solid electrolyte contained in the negative electrode mixture and the solid electrolyte contained in the solid electrolyte layer may be the same or different. That is, it is not limited to the inorganic solid electrolyte particles contained in the negative electrode mixture of the present invention, and may be an inorganic solid electrolyte sheet or a polymer solid electrolyte.
Examples of the polymer solid electrolyte include materials used as polymer electrolytes such as fluororesin, polyethylene oxide, polyacrylonitrile, polyacrylate, derivatives thereof, and copolymers thereof disclosed in JP2010-262860A. It is done.
Examples of the fluororesin include resins containing as constituent units vinylidene fluoride (VdF), hexafluoropropylene (HFP), tetrafluoroethylene (TFE), derivatives thereof, and the like. Homopolymers such as vinylidene (PVdF), polyhexafluoropropylene (PHFP), polytetrafluoroethylene (PTFE), and copolymers of VdF and HFP (hereinafter this copolymer is referred to as “P (VdF-HFP)”. Binary copolymers, ternary copolymers, etc. may be mentioned.

上述したように固体電解質層の原料である固体電解質の形状は、粒子状、シート状のいずれでもよい。
固体電解質粒子であれば、固体電解質層を形成する際に、例えば硫化物系固体電解質を含むスラリーを塗布することにより形成でき、簡便に形成することができる。また、固体電解質粒子であれば、静電法を用いて電解質層を製造することもできる。
As described above, the shape of the solid electrolyte that is a raw material of the solid electrolyte layer may be either a particle shape or a sheet shape.
If it is a solid electrolyte particle, when forming a solid electrolyte layer, it can form by apply | coating the slurry containing a sulfide type solid electrolyte, for example, and can form simply. Moreover, if it is a solid electrolyte particle, an electrolyte layer can also be manufactured using an electrostatic method.

固体電解質層を固体電解質粉末で形成する場合、固体電解質層の固体電解質粒子は、好ましくは互いに融着している。融着とは、固体電解質粒子の一部が溶解し、溶解した部分が他の個体電解質粒子と一体化することを意味する。
また、固体電解質層は、固体電解質の板状体であってもよく、当該板状体固体電解質層は、固体電解質粒子の一部又は全部が溶解し、互いに結合して板状体になっている場合を含む。
When the solid electrolyte layer is formed of a solid electrolyte powder, the solid electrolyte particles of the solid electrolyte layer are preferably fused together. The fusion means that a part of the solid electrolyte particles is dissolved and the dissolved part is integrated with other solid electrolyte particles.
Further, the solid electrolyte layer may be a solid electrolyte plate, and the plate solid electrolyte layer is formed by dissolving a part or all of the solid electrolyte particles and bonding them together to form a plate. Including the case.

(3)正極層
正極層は、正極活物質及び固体電解質からなる正極合材により形成される。正極層は、さらに導電助剤及び/又は結着材を含んでもよい。
正極層が含む固体電解質は、固体電解質層の固体電解質と同様のものが使用でき、正極層の導電助剤及び結着材は、本発明の負極層の導電助剤及び結着材と同様のものが使用できる。
(3) Positive electrode layer The positive electrode layer is formed of a positive electrode mixture composed of a positive electrode active material and a solid electrolyte. The positive electrode layer may further contain a conductive additive and / or a binder.
The solid electrolyte contained in the positive electrode layer can be the same as the solid electrolyte of the solid electrolyte layer, and the conductive auxiliary agent and binder of the positive electrode layer are the same as the conductive auxiliary agent and binder of the negative electrode layer of the present invention. Things can be used.

正極活物質は、リチウムイオンの挿入脱離が可能な物質であり、電池分野において正極活部失しつとして公知のものが使用できる。
正極活物質の具体例としては、V、LiCoO、LiNiO、LiMnO、LiMn、Li(NiCoMn)O(ここで、0<a<1、0<b<1、0<c<1、a+b+c=1)、LiNi1−YCo、LiCo1−YMn、LiNi1−YMn(ここで、0≦Y<1)、Li(NiCoMn)O(0<a<2、0<b<2、0<c<2、a+b+c=2)、LiMn2−ZNi、LiMn2−ZCoZO(ここで、0<Z<2)、LiCoPO、LiFePO、LiCoO、LiNiO2、LiMn、LiFePO、LiCoPO、LiMn1/3Ni1/3Co1/3、LiMn1.5Ni0.5(Xは0.1〜0.9);硫化チタン(TiS)、硫化モリブデン(MoS)、硫化鉄(FeS、FeS)、硫化銅(CuS)、硫化ニッケル(Ni)等の硫化物系正極活物質(好ましくはTiS);酸化ビスマス(Bi)、鉛酸ビスマス(BiPb)、酸化銅(CuO)、酸化バナジウム(V13)、コバルト酸リチウム(LiCoO)、ニッケル酸リチウム(LiNiO)、マンガン酸リチウム(LiMnO)等の酸化物系正極活物質(好ましくはコバルト酸リチウム)等が挙げられる。
これら正極活物質は1種単独で、又は2種以上の混合物として使用できる。
The positive electrode active material is a material capable of inserting and desorbing lithium ions, and those known as a positive electrode active part in the battery field can be used.
Specific examples of the positive electrode active material include V 2 O 5 , LiCoO 2 , LiNiO 2 , LiMnO 2 , LiMn 2 O 4 , Li (Ni a Co b Mn c ) O 2 (where 0 <a <1,0 <B <1, 0 <c <1, a + b + c = 1), LiNi 1-Y Co Y 2 O 2 , LiCo 1-Y Mn Y 2 O 2 , LiNi 1-Y Mn Y 2 O 2 (where 0 ≦ Y < 1), Li (Ni a Co b Mn c) O 4 (0 <a <2,0 <b <2,0 <c <2, a + b + c = 2), LiMn 2-Z Ni Z O 4, LiMn 2- Z CoZO 4 (where 0 <Z <2), LiCoPO 4 , LiFePO 4 , Li x CoO 2 , Li x NiO 2 , Li x Mn 2 O 4 , Li x FePO 4 , Li x CoPO 4 , Li x Mn 1 / 3 Ni 1/3 Co 1/3 O 2 , Li x Mn 1.5 Ni 0.5 O 2 (X is 0.1 to 0.9); titanium sulfide (TiS 2 ), molybdenum sulfide (MoS 2 ), iron sulfide (FeS, FeS 2 ), sulfide copper (CuS), nickel sulfide (Ni 3 S 2) sulfide positive electrode active material such (preferably TiS 2); bismuth oxide (Bi 2 O 3), lead-acid bismuth (Bi 2 Pb 2 O 5) , oxide Oxide-based positive electrode active materials (preferably cobalt acid) such as copper (CuO), vanadium oxide (V 6 O 13 ), lithium cobaltate (LiCoO 2 ), lithium nickelate (LiNiO 2 ), lithium manganate (LiMnO 2 ) Lithium) and the like.
These positive electrode active materials can be used singly or as a mixture of two or more.

上記の他、セレン化ニオブ(NbSe)、以下に示す有機ジスルフィド化合物、以下に示すカーボンスルフィド化合物、硫黄、金属インジウム等を正極活物質として使用できる。

Figure 2013069415
Figure 2013069415
(式(A)〜(C)において、Xはそれぞれ置換基であり、n及びmはそれぞれ独立に1〜2の整数であり、p及びqはそれぞれ独立に1〜4の整数である。
式(D)において、Zはそれぞれ−S−又は−NH−であり、nは繰返数2〜300の整数である。)
Figure 2013069415
(式中、n、mは、それぞれ1以上の整数である。) In addition to the above, niobium selenide (NbSe 3 ), organic disulfide compounds shown below, carbon sulfide compounds shown below, sulfur, indium metal, and the like can be used as the positive electrode active material.
Figure 2013069415
Figure 2013069415
(In Formulas (A) to (C), X is a substituent, n and m are each independently an integer of 1 to 2, and p and q are each independently an integer of 1 to 4.
In formula (D), Z is -S- or -NH-, respectively, and n is an integer of 2 to 300 repetitions. )
Figure 2013069415
(In the formula, n and m are each an integer of 1 or more.)

(4)負極層
第1の全固体リチウムイオン電池の負極層は、本発明の負極合材を含む負極層である。
第1の全固体リチウムイオン電池の負極層は、本発明の負極合材を用いて製造することができる。第1の全固体リチウムイオン電池の負極層は、本発明の負極合材からなる負極層であってもよい。
(4) Negative electrode layer The negative electrode layer of a 1st all-solid-state lithium ion battery is a negative electrode layer containing the negative electrode compound material of this invention.
The negative electrode layer of the first all-solid-state lithium ion battery can be manufactured using the negative electrode mixture of the present invention. The negative electrode layer of the first all solid lithium ion battery may be a negative electrode layer made of the negative electrode mixture of the present invention.

[本発明の第2の全固体リチウムイオン電池]
本発明の第2の全固体リチウム電池は、P型ドープSi粉末を含む負極層、固体電解質層、及び正極層を有する電池である。
本発明の第2の全固体リチウム電池は、本発明の第1の全固体リチウムイオン電池と比較して、負極層がP型ドープSi粉末を含む負極層である点を除き同じである。従って、同一の構成については、上記と同様であるため、記載を省略する。
第2の全固体リチウムイオン電池の負極層は、P型ドープSi粉末を含む負極層である。負極層は、P型ドープSi粉末を含めばよく、例えば固体電解質を含む場合は、固体電解質層の固体電解質と同様のものを含むことができ、無機固体電解質粉末に限定されさない。また、第2の全固体リチウムイオン電池の負極層がP型ドープSi粉末のみからなる場合には、負極層に占める活物質の割合が最大となることから、容量が大きくなる。
[Second All Solid Lithium Ion Battery of the Present Invention]
The second all solid lithium battery of the present invention is a battery having a negative electrode layer containing a P-type doped Si powder, a solid electrolyte layer, and a positive electrode layer.
The second all solid lithium battery of the present invention is the same as the first all solid lithium ion battery of the present invention except that the negative electrode layer is a negative electrode layer containing P-type doped Si powder. Accordingly, since the same configuration is the same as described above, the description is omitted.
The negative electrode layer of the second all solid lithium ion battery is a negative electrode layer containing P-type doped Si powder. The negative electrode layer may include P-type doped Si powder. For example, when it includes a solid electrolyte, the negative electrode layer can include the same solid electrolyte as the solid electrolyte layer, and is not limited to the inorganic solid electrolyte powder. Further, when the negative electrode layer of the second all-solid-state lithium ion battery is composed of only P-type doped Si powder, the ratio of the active material in the negative electrode layer is maximized, so that the capacity is increased.

本発明の第1の全固体リチウムイオン電池及び第2の全固体リチウムイオン電池(以下、これらをまとめて本発明の全固体リチウムイオン電池という場合がある)の各層の厚みは正極層の厚さは、好ましくは0.01mm以上10mm以下であり、固体電解質層の厚さは、好ましくは0.001mm以上1mm以下であり、負極層の厚さは、好ましくは0.01mm以上10mm以下である。
本発明の全固体リチウムイオン電池が集電体を含む場合は、当該集電体の厚さは特に限定されないが例えば5nm〜10mmであり、好ましくは30nm〜2mmである。
本発明の全固体リチウムイオン電池は、公知の方法により製造することができ、例えば、塗布法、静電法(静電スプレー法、静電スクリーン法等)により製造することができる。
The thickness of each layer of the first all solid lithium ion battery and the second all solid lithium ion battery of the present invention (hereinafter, these may be collectively referred to as the all solid lithium ion battery of the present invention) is the thickness of the positive electrode layer. Is preferably 0.01 mm or more and 10 mm or less, the thickness of the solid electrolyte layer is preferably 0.001 mm or more and 1 mm or less, and the thickness of the negative electrode layer is preferably 0.01 mm or more and 10 mm or less.
When the all-solid-state lithium ion battery of this invention contains a collector, the thickness of the said collector is although it does not specifically limit, For example, they are 5 nm-10 mm, Preferably they are 30 nm-2 mm.
The all solid lithium ion battery of the present invention can be manufactured by a known method, for example, by a coating method or an electrostatic method (an electrostatic spray method, an electrostatic screen method, etc.).

実施例1
[全固体リチウム電池部材の調製]
(1)固体電解質の調製
国際公開WO2005/40039号に開示の方法に従い製造した高純度LiSを0.6508g(0.01417mol)、及びP(アルドリッチ製)を1.3492g(0.00607mol)をよく混合し、混合粉末をアルミナ製ポットに投入し完全密閉した。このポットを遊星型ボールミル機に取り付けた。はじめに、出発原料を十分に混合するために数分間低速回転(85rpm)でミリングを行った。その後、徐々に回転数を上げ370rpmとし、20時間メカニカルミリングを行った。メカニカルミリングによって得られた粉末についてX線測定を実施したところ、粉末がガラス化していることを確認した。次に、このガラス化粉末を300℃で2時間熱処理することで無機固体電解質粉末を得た。
得られた無機固体電解質粉末のイオン伝導度を交流インピーダンス法(測定周波数100Hz〜15MHz)により測定したところ、室温で1.0×10−3S/cmであった。
Example 1
[Preparation of all solid lithium battery components]
(1) Preparation of solid electrolyte 0.6508 g (0.01417 mol) of high purity Li 2 S produced according to the method disclosed in International Publication WO 2005/40039 and 1.3492 g (0) of P 2 S 5 (manufactured by Aldrich) .0060mol) was mixed well, and the mixed powder was put into an alumina pot and completely sealed. This pot was attached to a planetary ball mill. First, milling was performed at a low speed (85 rpm) for several minutes in order to sufficiently mix the starting materials. Thereafter, the rotational speed was gradually increased to 370 rpm, and mechanical milling was performed for 20 hours. When X-ray measurement was performed on the powder obtained by mechanical milling, it was confirmed that the powder was vitrified. Next, this vitrified powder was heat-treated at 300 ° C. for 2 hours to obtain an inorganic solid electrolyte powder.
When the ionic conductivity of the obtained inorganic solid electrolyte powder was measured by the alternating current impedance method (measurement frequency: 100 Hz to 15 MHz), it was 1.0 × 10 −3 S / cm at room temperature.

(2)P型ドープSi粉末の調製
B(ホウ素原子)をSi粉末1cm当り35×1017個ドープしたP型半導体Siウェハー(SUMCO製、4”P(100)0−0.02)をナノジェットマイザー(アイシンナノテクノロジー製NJ−50)で粉砕することによりP型ドープSi粉末を得た。
得られたP型Si粉末の平均粒子径をレーザー回折式粒度分布測定装置(CILAS製、1064型)で測定したところ、D50径で4.2μmであった。
(2) Preparation of P-type doped Si powder A P-type semiconductor Si wafer (made by SUMCO, 4 ″ P (100) 0-0.02) doped with 35 × 10 17 B (boron atoms) per 1 cm 3 of Si powder. P-type doped Si powder was obtained by pulverizing with a nanojet mizer (NJ-50 manufactured by Aisin Nanotechnology).
When the average particle diameter of the obtained P-type Si powder was measured with a laser diffraction particle size distribution analyzer (manufactured by CILAS, type 1064), the D 50 diameter was 4.2 μm.

得られたP型ドープSi粉末の圧粉体の電子伝導度は3.0×10−1S/cmであった。
尚、Si粉末の圧粉体の電子伝導度は、図1に示す手順により測定した。得られたP型ドープSi粒子の粉体50mgをセラミックス製の円筒容器10(直径6mm、高さ3cm)に入れ、円筒容器10の長手方向の上部及び下部の加圧手段30及び32によって141MPaでSi粒子粉体を加圧して、圧粉体とした。この圧粉体を2端子法により抵抗を測定し、圧粉体の厚みも測定して、下記式(1)を用いて電子伝導度を算出した。
σ=L/(R・S) (1)
σ:電子伝導度[S/cm]
L:圧粉体の厚み[cm]
R:抵抗値[Ω]
S:円筒容器の断面積[cm
The electronic conductivity of the green compact of the obtained P-type doped Si powder was 3.0 × 10 −1 S / cm.
The electronic conductivity of the Si powder compact was measured by the procedure shown in FIG. 50 mg of the obtained powder of P-type doped Si particles was placed in a ceramic cylindrical container 10 (diameter 6 mm, height 3 cm), and the upper and lower pressurizing means 30 and 32 in the longitudinal direction of the cylindrical container 10 at 141 MPa. The Si particle powder was pressed into a green compact. The resistance of this green compact was measured by the two-terminal method, the thickness of the green compact was also measured, and the electron conductivity was calculated using the following formula (1).
σ = L / (R · S) (1)
σ: electron conductivity [S / cm]
L: Green compact thickness [cm]
R: Resistance value [Ω]
S: Cross-sectional area of cylindrical container [cm 2 ]

(3)負極合材の調製
上記(2)で調製したホウ素原子P型ドープ半導体Si粉末(負極活物質)、及び上記(1)で調製した無機固体電解質粉末を質量比70:30で混合して、負極合材を調製した。
(3) Preparation of negative electrode mixture The boron atom P-type doped semiconductor Si powder (negative electrode active material) prepared in (2) above and the inorganic solid electrolyte powder prepared in (1) above were mixed at a mass ratio of 70:30. Thus, a negative electrode mixture was prepared.

(4)正極合材の調製
硫黄(Aldrich、純度99.998%)0.500gと炭素(ライオン、ケッチェンブラック(KB)EC600JD)0.214gを乳鉢で混合した後、硫黄炭素の混合物を密閉性のステンレス容器に入れた。この容器を電気炉にて加熱処理し、硫黄炭素複合体を調製した。当該加熱処理は、室温から10℃/分にて150℃まで昇温し、150℃で6時間保持した後、300℃まで10℃/分でさらに昇温し、2.75時間保持し、その後自然冷却することで実施した。
得られた硫黄炭素複合体と(1)で調製した固体電解質粉末を、質量比50:50で混合し、この混合物を遊星型ボールミル(フリッチュ製:型番P−7)でアルゴン中、室温(25℃)にて、回転速度を370rpmで5時間メカニカルミリング処理することで正極合材とした。
(4) Preparation of positive electrode mixture After mixing 0.500 g of sulfur (Aldrich, purity 99.998%) and 0.214 g of carbon (Lion, Ketjen Black (KB) EC600JD) in a mortar, the mixture of sulfur carbon was sealed In a stainless steel container. This container was heat-treated in an electric furnace to prepare a sulfur carbon composite. In the heat treatment, the temperature was raised from room temperature to 150 ° C. at 10 ° C./min, held at 150 ° C. for 6 hours, further heated to 300 ° C. at 10 ° C./min, held for 2.75 hours, and then It was carried out by natural cooling.
The obtained sulfur carbon composite and the solid electrolyte powder prepared in (1) were mixed at a mass ratio of 50:50, and this mixture was mixed with a planetary ball mill (manufactured by Fritsch: model number P-7) in argon at room temperature (25 C.), a positive electrode mixture was obtained by mechanical milling at 370 rpm for 5 hours.

[全固体リチウムイオン電池の作製及び評価]
(1)で調製した無機固体電解質粉末60mgを直径10mmのセラミック製の円筒に投入し、加圧成型して電解質層(電解質シート)とし、さらに(4)で調製した正極合材を6.9mg投入し加圧成型して正極層とした。正極層とは反対側から(3)で調製した負極合材を4.3mg投入しさらに加圧成型して負極層とした。リチウム源として、リチウム箔(本庄金属製)2.1mgを負極層側に貼合し加圧成型することで、四層構造のリチウムイオン電池を作製した。
[Production and evaluation of all-solid-state lithium-ion batteries]
60 mg of the inorganic solid electrolyte powder prepared in (1) is put into a ceramic cylinder having a diameter of 10 mm, pressed to form an electrolyte layer (electrolyte sheet), and 6.9 mg of the positive electrode mixture prepared in (4). The positive electrode layer was formed by injection and pressure molding. 4.3 mg of the negative electrode mixture prepared in (3) was added from the side opposite to the positive electrode layer, and further pressure-molded to form a negative electrode layer. As a lithium source, 2.1 mg of lithium foil (made by Honjo Metal Co., Ltd.) was bonded to the negative electrode layer side and subjected to pressure molding to produce a lithium ion battery having a four-layer structure.

作製したリチウムイオン電池を充放電レート0.1Cで電圧が0.6Vになるまで放電した後、0.1Cで電圧が2.65Vになるまで定電流(CC)充電し、その電圧で電流が0.01Cとなるまで定電圧(CV)充電した。充電後、0.1Cで電圧が0.6Vになるまで放電した。
0.1Cであった充電レートを、次のサイクル以降は、充電レートを0.2、0.3、0.4、0.5Cと少しずつ上げていき、どのレートまで電圧が不安定になる挙動(電圧異常)に耐性があるかを評価した。電圧異常に耐性を有する限界の充電レートを表1に示す。
The prepared lithium ion battery was discharged at a charge / discharge rate of 0.1 C until the voltage reached 0.6 V, and then charged at a constant current (CC) at 0.1 C until the voltage reached 2.65 V. The battery was charged at a constant voltage (CV) until it reached 0.01C. After charging, the battery was discharged at 0.1 C until the voltage reached 0.6V.
After the next cycle, the charging rate that was 0.1 C is gradually increased to 0.2, 0.3, 0.4, and 0.5 C, and to what rate the voltage becomes unstable. It was evaluated whether the behavior (voltage abnormality) was resistant. Table 1 shows the limit charge rates that are resistant to voltage anomalies.

[負極合材を用いたハーフセルの作製及び評価]
(1)で調製した無機固体電解質粉末60mgを直径10mmのセラミック製の円筒に投入し、加圧成型して電解質層(電解質シート)とし、さらに(3)で調製した負極合材を4.3mg投入し加圧成型することで作用極とした。作用極の反対側から、参照極及び対極として、LiIn合金箔を貼合し加圧成型して、三層構造のハーフセルを作製した。
尚、LiIn合金は原子数比Li/Inが0.8以下であれば、Li脱挿入の反応電位が一定(0.62Vvs.Li/Li)に保たれるため、参照極として使用することが可能となる。
[Production and Evaluation of Half Cell Using Negative Electrode Compound]
60 mg of the inorganic solid electrolyte powder prepared in (1) is put into a ceramic cylinder having a diameter of 10 mm, pressed to form an electrolyte layer (electrolyte sheet), and 4.3 mg of the negative electrode mixture prepared in (3). The working electrode was formed by charging and pressure molding. From the opposite side of the working electrode, a LiIn alloy foil was bonded and pressure-molded as a reference electrode and a counter electrode, and a half cell having a three-layer structure was produced.
When the atomic ratio Li / In is 0.8 or less, the LiIn alloy can be used as a reference electrode because the Li desorption reaction potential is kept constant (0.62 V vs. Li / Li + ). Is possible.

作製したハーフセルを0.5mA/cmで、0.01Vvs.Li/Liまで定電流(CC)でLi挿入を行い、その電圧で電流が63.7・A/cmとなるまで定電圧(CV)でLi挿入を行った。その後、0.5mA/cmで、1.52Vvs.Li/Liまで定電流(CC)でLi脱離を行い、さらに0.5mA/cmで、定電流(CC)でLi挿入を行って、Li析出が生じる電位を評価した。結果を表1に示す。 The prepared half cell was 0.5 mA / cm 2 and 0.01 Vvs. Li insertion was performed at a constant current (CC) up to Li / Li + , and Li insertion was performed at a constant voltage (CV) until the current reached 63.7 · A / cm 2 at that voltage. Thereafter, at 0.5 mA / cm 2 , 1.52 Vvs. Li was desorbed at a constant current (CC) to Li / Li + , and Li was inserted at a constant current (CC) at 0.5 mA / cm 2 to evaluate the potential at which Li precipitation occurred. The results are shown in Table 1.

図2は、実施例1のハーフセルについて、0.5mA/cmで、定電流(CC)でLi挿入を行った際の、ハーフセルの電位−容量曲線を示す図である。図2に示すのように、−0.75Vvs.LiIn/Li(−0.13Vvs.Li/Li)で、電位上昇が生じ、反応電位が不安定となる挙動が生じている。この挙動はLi析出反応が生じていることを示す。 FIG. 2 is a diagram showing a potential-capacitance curve of the half cell when Li is inserted with a constant current (CC) at 0.5 mA / cm 2 for the half cell of Example 1. FIG. As shown in FIG. 2, -0.75 Vvs. In LiIn / Li + (-0.13Vvs.Li/Li +) , the potential rise occurs, the reaction potential is occurring behavior becomes unstable. This behavior indicates that a Li precipitation reaction has occurred.

比較例1
(2)で調製したP型ドープSi粉末の代わりにSi単体粉末(高純度化学研究所製,99.9%,D50径:4.5μm)を使用した他は実施例1と同様にしてリチウムイオン電池及びハーフセルを製造し、評価した。結果を表1に示す。
尚、Si単体粉末の圧粉体の電子伝導度は4.5×10−4S/cmである。
Comparative Example 1
Si simple substance powder in place of the P-type doped Si powder prepared in (2) (manufactured by Kojundo Chemical Laboratory Co., Ltd., 99.9%, D 50 diameter: 4.5 [mu] m) other using in the same manner as in Example 1 Lithium ion batteries and half cells were manufactured and evaluated. The results are shown in Table 1.
In addition, the electronic conductivity of the green compact of the Si simple powder is 4.5 × 10 −4 S / cm.

比較例2
(2)で調製したP型ドープSi粉末の代わりにN型ドープSi粉末を使用した他は実施例1と同様にしてリチウムイオン電池及びハーフセルを製造し、評価した。結果を表1に示す。
上記N型ドープSi粉末は、Sb(アンチモン原子)をSi粉末1cm辺り15×1017個ドープしたN型半導体Siウェハー(SUMCO製,4”N(100)0−0.02)をナノジェットマイザー(アイシンナノテクノロジー製NJ−50)で粉砕することにより調製した。N型ドープSi粉末の平均粒子径をレーザー回折式粒度分布測定装置(CILAS製、1064型)で測定したところ、D50径は4.2μmであった。また、N型半導体Si粒子の圧粉体の電子伝導度は1.8×10−1S/cmであった。
Comparative Example 2
A lithium ion battery and a half cell were produced and evaluated in the same manner as in Example 1 except that N-type doped Si powder was used instead of the P-type doped Si powder prepared in (2). The results are shown in Table 1.
The N-type doped Si powder is a nanojet of an N-type semiconductor Si wafer doped with 15 × 10 17 Sb (antimony atoms) per 3 cm 3 Si powder (manufactured by SUMCO, 4 ″ N (100) 0-0.02). The average particle size of the N-type doped Si powder was measured with a laser diffraction particle size distribution measuring device (CILAS, type 1064), and the D 50 size was obtained. The electron conductivity of the green compact of the N-type semiconductor Si particles was 1.8 × 10 −1 S / cm.

Figure 2013069415
Figure 2013069415

表1が示すように、実施例1では0.5Cと比較的高いレートで充電した場合でも電圧異常が抑制されているのに対し、比較例1及び2では、それぞれ0.3C及び0.1Cと低レート域でしか電圧異常耐性を有さない。
また、表1が示すように実施例1ではLi析出が生じる電位は−0.12Vvs.Li/LiとLi析出電位領域になってもある程度Li析出が抑制され、Si内にLiが挿入されているのに対し、比較例1では−0.10Vvs.Li/Li、比較例2では−0.04Vvs.Li/LiとLi析出電位近傍でLi析出が発生している。このようにSi単体と比較し、N型ドーピングを行ったSi材料はかえって電圧異常が発生し易くなるが、P型ドーピングを行ったSiはSi単体と比較してSi表面の電気化学的なLiの析出に耐性を有し、電圧異常に対しても耐性を有している。
As shown in Table 1, in Example 1, the voltage abnormality was suppressed even when charged at a relatively high rate of 0.5 C, whereas in Comparative Examples 1 and 2, 0.3 C and 0.1 C, respectively. And it has voltage abnormality resistance only in the low rate region.
Further, as shown in Table 1, in Example 1, the potential at which Li deposition occurs was −0.12 Vvs. Li precipitation is suppressed to some extent even in the Li / Li + and Li precipitation potential regions, and Li is inserted into Si, whereas in Comparative Example 1, −0.10 Vvs. Li / Li + , -0.04 Vvs. Li precipitation occurs near Li / Li + and the Li precipitation potential. In this way, the Si material with N-type doping is more susceptible to voltage abnormality than Si alone, but Si with P-type doping has an electrochemical Li surface on the Si surface compared to Si alone. Resistant to precipitation of the metal, and also resistant to voltage abnormalities.

本発明の負極合材は、全固体リチウムイオン電池の負極層に使用でき、本発明の全固体リチウムイオン電池は、携帯情報端末、携帯電子機器、家庭用小型電力貯蔵装置、モーターを電力源とする自動二輪車、電気自動車、ハイブリッド電気自動車等の電池として用いることができる。   The negative electrode mixture of the present invention can be used for a negative electrode layer of an all-solid-state lithium ion battery. The all-solid-state lithium ion battery of the present invention uses a portable information terminal, a portable electronic device, a small electric power storage device for home use, and a motor as a power source. It can be used as a battery for motorcycles, electric vehicles, hybrid electric vehicles and the like.

10 円筒容器
20 Si粉末
30,32 圧縮手段
10 Cylindrical container 20 Si powder 30, 32 Compression means

Claims (10)

ドーパントによりP型にドープされているSi粉末、及び無機固体電解質粉末を含むリチウムイオン電池用負極合材。   A negative electrode mixture for a lithium ion battery, comprising Si powder doped in a P-type with a dopant and an inorganic solid electrolyte powder. 前記ドーパントがB,Al,Ga及びInから選択される1以上を含む請求項1に記載の負極合材。   The negative electrode composite material according to claim 1, wherein the dopant includes one or more selected from B, Al, Ga, and In. 前記Si粉末の平均粒径が20μm以下である請求項1又は2に記載の負極合材。   The negative electrode composite material according to claim 1 or 2, wherein an average particle diameter of the Si powder is 20 µm or less. 前記Si粉末を141MPaで加圧した圧粉体の電子伝導度が10−4S/cm以上である請求項1〜3いずれかに記載の負極合材。 The negative electrode composite material according to any one of claims 1 to 3, wherein an electronic conductivity of the green compact obtained by pressing the Si powder at 141 MPa is 10-4 S / cm or more. 前記無機固体電解質粉末が硫化物系固体電解質粉末である請求項1〜4のいずれかに記載の負極合材。   The negative electrode composite material according to claim 1, wherein the inorganic solid electrolyte powder is a sulfide-based solid electrolyte powder. 前記Si粉末と前記無機固体電解質粉末の重量比が95:5〜30:70である請求項1〜5のいずれかに記載の負極合材。   The negative electrode composite material according to claim 1, wherein a weight ratio of the Si powder to the inorganic solid electrolyte powder is 95: 5 to 30:70. 請求項1〜6のいずれかに記載の負極合材を含む負極層。   A negative electrode layer comprising the negative electrode mixture according to claim 1. 請求項1〜6のいずれかに記載の負極合材を用いて製造される負極層。   The negative electrode layer manufactured using the negative electrode compound material in any one of Claims 1-6. 請求項7又は8に記載の負極層、固体電解質層、及び正極層を含む全固体リチウムイオン電池。   An all-solid-state lithium ion battery comprising the negative electrode layer according to claim 7, a solid electrolyte layer, and a positive electrode layer. ドーパントによりP型にドープされているSi粉末を含む負極層、固体電解質層、及び正極層を含む全固体リチウムイオン電池。   An all-solid-state lithium ion battery including a negative electrode layer containing Si powder doped in a P-type with a dopant, a solid electrolyte layer, and a positive electrode layer.
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Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014022319A (en) * 2012-07-23 2014-02-03 Toyota Industries Corp NEGATIVE ELECTRODE ACTIVE MATERIAL FOR SECONDARY BATTERY, METHOD FOR PRODUCING THE SAME, NEGATIVE ELECTRODE FOR SECONDARY BATTERY, SECONDARY BATTERY, AND Si-OXIDE SOLID ELECTROLYTE COMPLEX
WO2014203575A1 (en) * 2013-06-21 2014-12-24 ナガセケムテックス株式会社 Positive electrode mixture and all-solid-state lithium sulfur cell
JP2015072781A (en) * 2013-10-02 2015-04-16 ナガセケムテックス株式会社 Positive electrode mixture, and all-solid type lithium sulfur battery
JP2016537291A (en) * 2013-09-13 2016-12-01 エヌディーエスユー リサーチ ファウンデーション Synthesis of Si-based nanomaterials using liquid silane
US10283758B2 (en) 2013-10-16 2019-05-07 Nagase Chemtex Corporation Positive-electrode mixture, manufacturing method therefor, and all-solid-state lithium-sulfur battery
JP2021525438A (en) * 2018-09-27 2021-09-24 エルジー・ケム・リミテッド Negative electrode for all-solid-state battery and its manufacturing method

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014022319A (en) * 2012-07-23 2014-02-03 Toyota Industries Corp NEGATIVE ELECTRODE ACTIVE MATERIAL FOR SECONDARY BATTERY, METHOD FOR PRODUCING THE SAME, NEGATIVE ELECTRODE FOR SECONDARY BATTERY, SECONDARY BATTERY, AND Si-OXIDE SOLID ELECTROLYTE COMPLEX
WO2014203575A1 (en) * 2013-06-21 2014-12-24 ナガセケムテックス株式会社 Positive electrode mixture and all-solid-state lithium sulfur cell
CN105308774A (en) * 2013-06-21 2016-02-03 长濑化成株式会社 Positive electrode mixture and all-solid-state lithium sulfur cell
US9865873B2 (en) 2013-06-21 2018-01-09 Nagase Chemtex Corporation Positive electrode mixture and all-solid-state lithium sulfur cell
TWI614935B (en) * 2013-06-21 2018-02-11 Nagase Chemtex Corp Positive electrode and all solid lithium-sulfur battery
JP2016537291A (en) * 2013-09-13 2016-12-01 エヌディーエスユー リサーチ ファウンデーション Synthesis of Si-based nanomaterials using liquid silane
JP2015072781A (en) * 2013-10-02 2015-04-16 ナガセケムテックス株式会社 Positive electrode mixture, and all-solid type lithium sulfur battery
US10283758B2 (en) 2013-10-16 2019-05-07 Nagase Chemtex Corporation Positive-electrode mixture, manufacturing method therefor, and all-solid-state lithium-sulfur battery
JP2021525438A (en) * 2018-09-27 2021-09-24 エルジー・ケム・リミテッド Negative electrode for all-solid-state battery and its manufacturing method
JP7237092B2 (en) 2018-09-27 2023-03-10 エルジー エナジー ソリューション リミテッド Negative electrode for all-solid-state battery and manufacturing method thereof

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