JP2013125697A - Lithium particle-containing composition, electrode and battery - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method by which lithium can be introduced into a battery with good handleability.SOLUTION: A composition includes: at least one of an active material and an electrode composite material; and a lithium particle.

Description

本発明は、リチウム粒子を含む組成物、電極及び電池に関する。   The present invention relates to a composition containing lithium particles, an electrode, and a battery.

近年、携帯電話・PDA・ノートパソコン等の高機能化に伴い、長時間使用が可能であり、且つ小型・軽量で、安全性の高い二次電池が強く要望されている。これらの機器には、エネルギー密度及び出力密度等に優れることから、リチウムイオン二次電池が使用されている。
リチウムイオン二次電池は、可燃性の有機溶媒を使用したものが多く、過充電時や乱用時に液漏れや発火の危険性がある。そのため、電池の高エネルギー密度化に伴い、安全性の確保が重要な課題とされてきた。
In recent years, there has been a strong demand for a secondary battery that can be used for a long time, is small in size and light in weight, and has a high level of safety, as mobile phones, PDAs, notebook personal computers, and the like become more sophisticated. In these devices, lithium ion secondary batteries are used because they are excellent in energy density, power density, and the like.
Many lithium ion secondary batteries use flammable organic solvents, and there is a risk of liquid leakage or ignition during overcharge or abuse. Therefore, ensuring the safety has been an important issue as the energy density of batteries increases.

このような課題を解決する電池として、有機電解液に比べて化学的に安定でかつ漏液や発火の問題のない無機固体電解質を電解質として用いた全固体リチウムイオン電池の研究開発が鋭意行われている(例えば、特許文献1参照。)。   Research and development of all-solid-state lithium ion batteries using inorganic solid electrolytes as electrolytes that are chemically stable and have no leakage or ignition problems compared to organic electrolytes have been conducted as batteries that solve these problems. (For example, refer to Patent Document 1).

ところで、一般にリチウムイオン電池は、正極層、固体電解質及び負極を主な構成部材として有し、これらを積層した構造を有する。正極層に使用される正極活物質としては、リチウムを含んでいない活物質と、リチウムを含有した活物質が研究されている。
リチウムを含まない活物資としては、硫黄、金属硫化物(TiS、MoS、FeS、FeS、CuS、Ni等)、MnO、V等が挙げられる。
By the way, in general, a lithium ion battery has a positive electrode layer, a solid electrolyte, and a negative electrode as main components, and has a structure in which these are laminated. As positive electrode active materials used for the positive electrode layer, active materials not containing lithium and active materials containing lithium have been studied.
Examples of the active material not containing lithium include sulfur, metal sulfides (TiS 2 , MoS 2 , FeS, FeS 2 , CuS, Ni 3 S 2, etc.), MnO 2 , V 2 O 5, and the like.

リチウムを含有した活物資としては、LiS、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−ZCo(ここで、0<Z<2)、LiCoPO、LiFePOが挙げられる。
尚、負極活物質としては、炭素、ケイ素、スズ等が挙げられる。
As the active material containing lithium, Li 2 S, 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 Examples include Co Z O 4 (where 0 <Z <2), LiCoPO 4 , and LiFePO 4 .
Examples of the negative electrode active material include carbon, silicon, and tin.

正極活物質として、リチウムを含まない活物質、例えば、硫黄を使用する場合、硫黄と導電助剤と固体電解質とを混合して正極合材を作製するが、この正極合材には、充放電反応に寄与するリチウムが含まれていない。そのため、リチウム源を電気化学系内に導入する必要がある。リチウム源を導入する方法として、薄いリチウム箔を負極合材層や正極合材層に貼付することがなされている。   When using an active material that does not contain lithium as the positive electrode active material, for example, sulfur, a positive electrode mixture is prepared by mixing sulfur, a conductive additive, and a solid electrolyte. Lithium that contributes to the reaction is not included. Therefore, it is necessary to introduce a lithium source into the electrochemical system. As a method for introducing a lithium source, a thin lithium foil is applied to a negative electrode mixture layer or a positive electrode mixture layer.

しかしながら、リチウム箔は柔らかいため、正極合材層や負極合材層全体に均等に貼り付けるのが非常に困難である。そのため、皺の発生や貼り付け面への空気進入等が生じる。また、ハンドリング性が非常に悪く、合材層との密着性も安定しないという問題があった。
また、リチウムイオン電池の高容量化に伴い、電池内で必要となるリチウム量は多くなるが、リチウム箔は厚くなると、さらにハンドリング性が悪くなる。そのため、特に固体電解質を含む電極の合材にリチウム箔を貼付する場合、さらに密着性が悪くなるという問題があった。
However, since the lithium foil is soft, it is very difficult to apply it evenly over the positive electrode mixture layer and the negative electrode mixture layer. Therefore, generation | occurrence | production of the wrinkles, the air approach to a sticking surface, etc. arise. Moreover, there was a problem that handling property was very poor and adhesion with the composite layer was not stable.
Further, as the capacity of the lithium ion battery increases, the amount of lithium required in the battery increases. However, when the lithium foil becomes thicker, the handling property becomes worse. For this reason, there is a problem that the adhesion is further deteriorated, particularly when a lithium foil is applied to an electrode mixture containing a solid electrolyte.

一方、LiSやLiCoO等、リチウムを含む材料を正極活物質として使用する場合、負極活物質として、例えば、黒鉛やハードカーボン等の炭素材料、シリコン、スズ等が用いられる。これら材料は、初期放電時に不可逆容量を有する。このため、あらかじめ不可逆容量分のリチウムを電気化学系内に導入しておく方法(以下、「プレドープ」という。)が検討されている。
リチウムのプレドープの方法の一つとして、リチウム箔を貼り付ける方法が挙げられるが、固体電解質を含む合材へのリチウム箔の貼付は上述したとおり困難である。
On the other hand, when a material containing lithium such as Li 2 S or LiCoO 2 is used as the positive electrode active material, for example, a carbon material such as graphite or hard carbon, silicon, tin, or the like is used as the negative electrode active material. These materials have irreversible capacity during initial discharge. For this reason, a method (hereinafter referred to as “pre-dope”) in which lithium for an irreversible capacity is introduced into the electrochemical system in advance has been studied.
One method of lithium pre-doping is a method of attaching a lithium foil, but it is difficult to attach a lithium foil to a composite material containing a solid electrolyte as described above.

また、電池の製造において、構成部材を圧密化するための加圧工程が必要であるが、リチウム箔を使用した場合、リチウム箔が延伸するため、貼付面での層間剥離、圧力分散による圧密ムラ、電極エッジ部でのリチウム金属の回り込みと電極間短絡等の問題があった。この問題は、リチウム箔の膜厚が厚くなるに伴い顕著となる。   In addition, in the manufacture of batteries, a pressing step for consolidating the constituent members is necessary. However, when lithium foil is used, the lithium foil is stretched. There were problems such as wrapping of lithium metal at the electrode edge and short-circuiting between the electrodes. This problem becomes conspicuous as the thickness of the lithium foil increases.

特開2002−109955号公報JP 2002-109955 A

本発明の目的は、電池セルを製造するときにハンドリング性良くリチウムを導入することができる方法を提供することである。   An object of the present invention is to provide a method capable of introducing lithium with good handleability when manufacturing battery cells.

本発明によれば、以下の組成物等が提供される。
1.活物質及び電極複合材料の少なくとも一方と、リチウム粒子と、を含む組成物。
2.活物質及び電極複合材料の少なくとも一方と、リチウム粒子と、を含む電極。
3.上記1に記載の組成物を原料とする電極。
4.上記2又は3に記載の電極を含む電池。
5.リチウム粒子を含む層と、正極層と負極層と電解質層を備える電池。
According to the present invention, the following compositions and the like are provided.
1. A composition comprising at least one of an active material and an electrode composite material, and lithium particles.
2. An electrode comprising at least one of an active material and an electrode composite material, and lithium particles.
3. An electrode using the composition according to 1 above as a raw material.
4). A battery comprising the electrode according to 2 or 3 above.
5. A battery comprising a layer containing lithium particles, a positive electrode layer, a negative electrode layer, and an electrolyte layer.

本発明により、ハンドリング性良くリチウムを電池に導入することが可能になる。   According to the present invention, lithium can be introduced into a battery with good handling properties.

本発明の組成物は、活物質及び電極複合材料の少なくとも一方と、リチウム粒子とを含む。
(1)リチウム粒子(粉末)
本願においてリチウム粒子とは、金属リチウムが微細に粉砕された粉末を意味する。リチウム粉末の形状は特に制限されず、球状、棒状、針状、板状、柱状、不定形状、燐片状、紡錘状等任意の構造をとりうる。
リチウム粒子の平均粒子径については、特に制限はないが、好ましくは0.1〜200μmであり、より好ましくは1〜50μmである。平均粒子径が1μm以上であれば、取り扱いが容易であるため好ましい。一方、平均粒子径が200μm以下であれば、電極の面内分散状態が良好になるという点で好ましい。
尚、リチウム粒子の平均粒子径は、レーザ回折式粒度分布測定(レーザ回折散乱法)により測定された値である。
The composition of the present invention includes at least one of an active material and an electrode composite material, and lithium particles.
(1) Lithium particles (powder)
In the present application, the lithium particles mean a powder in which metallic lithium is finely pulverized. The shape of the lithium powder is not particularly limited, and may take any structure such as a spherical shape, a rod shape, a needle shape, a plate shape, a column shape, an indefinite shape, a flake shape, and a spindle shape.
Although there is no restriction | limiting in particular about the average particle diameter of lithium particle, Preferably it is 0.1-200 micrometers, More preferably, it is 1-50 micrometers. An average particle size of 1 μm or more is preferable because it is easy to handle. On the other hand, an average particle size of 200 μm or less is preferable in that the in-plane dispersion state of the electrode becomes good.
The average particle diameter of the lithium particles is a value measured by laser diffraction particle size distribution measurement (laser diffraction scattering method).

リチウム粒子は、初回充放電時において生じる電極の不可逆容量を補う機能(プレドープ)や、正極にリチウムを添加する機能を有する。
リチウム粒子は、リチウム金属の単体であってもよいし、表面を安定化処理した粒子であってもよい。例えば、表面の安定化は、リチウム金属粒子の表面に皮膜を形成する方法がある。尚、皮膜を有するリチウム粒子の場合、リチウム粒子の平均粒子径は、安定化処理前(芯部)のリチウム粒子のみの平均粒子径を用いるものとする。
The lithium particles have a function (pre-doping) to compensate for the irreversible capacity of the electrode generated at the first charge / discharge, and a function of adding lithium to the positive electrode.
The lithium particles may be a single lithium metal or may be particles whose surface is stabilized. For example, surface stabilization includes a method of forming a film on the surface of lithium metal particles. In the case of lithium particles having a coating, the average particle size of only lithium particles before stabilization (core) is used as the average particle size of lithium particles.

リチウム粒子の安定化処理としては、金属リチウム粉末の表面に環境安定性の良い物質、例えば、NBR(ニトリルブタジエンゴム)、SBR(スチレンブタジエンゴム)等の有機ゴム、EVA(エチレンビニルアルコール共重合樹脂)、PVDF(ポリフッ化ビニリデン)、PEO(ポリエーテル)等の有機樹脂や、LiCO、LiO等の金属炭酸塩や金属酸化物等の無機化合物等で被覆(コーティング)することが挙げられる。 Examples of the lithium particle stabilization treatment include materials having good environmental stability on the surface of the lithium metal powder, for example, organic rubber such as NBR (nitrile butadiene rubber) and SBR (styrene butadiene rubber), EVA (ethylene vinyl alcohol copolymer resin). ), Organic resin such as PVDF (polyvinylidene fluoride) and PEO (polyether), metal carbonates such as Li 2 CO 3 and Li 2 O, and inorganic compounds such as metal oxides. Can be mentioned.

安定化処理したリチウム粉末としては、FMC社製のLctroMaxPowder(SLMP)、アルドリッチ社製のリチウムパウダー(♯590584)、China Energy Lithium Co., Ltd.社製の不動態化リチウム粉末等がある。これらは、1種単独で用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。   Examples of the stabilized lithium powder include LctroMax Powder (SLMP) manufactured by FMC, lithium powder (# 5905884) manufactured by Aldrich, and China Energy Lithium Co. , Ltd., Ltd. There are passivated lithium powders manufactured by the company. These may be used individually by 1 type and may use 2 or more types together.

リチウム粒子を安定化処理することで、大気中やキシレン等の溶媒中でも安定化し、また、露点マイナス40℃程度のドライルームにおいてもリチウムの変質を防止できる。従って、反応性の高い金属リチウムが大気中や分散媒中の水分、又は溶媒と反応したり、失活することがない点で優れている。また、リチウム金属粒子の表面に絶縁性の皮膜が存在する場合は、リチウムと負極活物質が直接電気的に接触することを抑制できる。これにより、プレドープ時に、リチウムと負極活物質との間の過度な反応が抑制されるため、この反応により生じる発熱量を低減できる。その結果、バインダー等を融解させることがないため、負極の内部抵抗の上昇をさせることなく、不可逆容量分のリチウムを電池に補うことができる。   By stabilizing the lithium particles, the lithium particles can be stabilized in the air or in a solvent such as xylene, and the deterioration of lithium can be prevented even in a dry room having a dew point of about −40 ° C. Therefore, it is excellent in that highly reactive metallic lithium does not react with water or a solvent in the atmosphere or the dispersion medium or deactivate. Moreover, when an insulating film exists on the surface of the lithium metal particles, it is possible to suppress the direct contact between lithium and the negative electrode active material. Thereby, since the excessive reaction between lithium and a negative electrode active material is suppressed at the time of pre dope, the emitted-heat amount which arises by this reaction can be reduced. As a result, since the binder and the like are not melted, lithium for the irreversible capacity can be supplemented to the battery without increasing the internal resistance of the negative electrode.

(2)活物質
活物質には、正極活物質と負極活物質がある。
正極活物質としては、リチウムイオンの挿入脱離が可能な物質、電池分野において正極活物質として公知のものが使用できる。
例えば、V、LiCoO、LiNiO、LiMnO、LiMn、Li(NiCoMn)O(0<a<1、0<b<1、0<c<1、a+b+c=1)、LiNi1−YCo、LiCo1−YMn、LiNi1−YMn(0≦Y<1)、Li(NiCoMn)O(0<a<2、0<b<2、0<c<2、a+b+c=2)、LiMn2−ZNi、LiMn2−ZCo(0<Z<2)、LiCoPO、LiFePO、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)、LiCoO、LiNiO,LiMn、LiFePO、LiCoPO、LiMn1/3Ni1/3Co1/3、LiMn1.5Ni0.5等の酸化物が挙げられる。
(2) Active material The active material includes a positive electrode active material and a negative electrode active material.
As the positive electrode active material, a material capable of inserting and desorbing lithium ions, and a material known as a positive electrode active material in the battery field can be used.
For example, V 2 O 5 , LiCoO 2 , LiNiO 2 , LiMnO 2 , LiMn 2 O 4 , Li (Ni a Co b Mn c ) O 2 (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 (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 Co Z O 4 (0 <Z <2), LiCoPO 4 , LiFePO 4 , bismuth oxide (Bi 2 O 3 ), bismuth leadate (Bi 2 Pb 2 O 5 ), copper oxide (CuO), vanadium oxide (V 6 O 13 ), Li x CoO 2 , Li x NiO 2 , Li x Mn 2 O 4 , Li x Examples thereof include oxides such as FePO 4 , Li x CoPO 4 , Li x Mn 1/3 Ni 1/3 Co 1/3 O 2 , and Li x Mn 1.5 Ni 0.5 O 2 .

上記以外の正極活物質としては、例えば、硫化物系では、単体硫黄(S)、硫化チタン(TiS)、硫化モリブデン(MoS)、硫化鉄(FeS、FeS)、硫化銅(CuS)及び硫化ニッケル(Ni)、硫化リチウム(LiS)、セレン化ニオブ(NbSe)、有機ジスルフィド化合物、カーボンスルフィド化合物、硫黄、金属インジウム等が使用できる。好ましくは、高い理論容量を有するS、LiSである。 Examples of positive electrode active materials other than those described above include, for example, elemental sulfur (S), titanium sulfide (TiS 2 ), molybdenum sulfide (MoS 2 ), iron sulfide (FeS, FeS 2 ), and copper sulfide (CuS) in the sulfide system. Nickel sulfide (Ni 3 S 2 ), lithium sulfide (Li 2 S), niobium selenide (NbSe 3 ), organic disulfide compounds, carbon sulfide compounds, sulfur, metal indium, and the like can be used. S and Li 2 S having a high theoretical capacity are preferable.

有機ジスルフィド化合物及びカーボンスルフィド化合物を以下に例示する。

Figure 2013125697
Organic disulfide compounds and carbon sulfide compounds are exemplified below.
Figure 2013125697

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。
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 2013125697
Figure 2013125697

負極活物質としては、リチウムイオンの挿入脱離が可能な物質、電池分野において負極活物質として公知のものが使用できる。   As the negative electrode active material, a material capable of inserting and desorbing lithium ions, and a material known as a negative electrode active material in the battery field can be used.

例えば、炭素材料、具体的には、人造黒鉛、黒鉛炭素繊維、樹脂焼成炭素、熱分解気相成長炭素、コークス、メソカーボンマイクロビーズ(MCMB)、フルフリルアルコール樹脂焼成炭素、ポリアセン、ピッチ系炭素繊維、気相成長炭素繊維、天然黒鉛及び難黒鉛化性炭素等が挙げられる。また、これらを2種含む混合物でもよい。好ましくは、人造黒鉛である。
また、金属インジウム、金属アルミ、金属ケイ素等の金属自体や他の元素、化合物と組合わせた合金を、負極材として用いることができる。なかでも、高い理論容量を有するケイ素、スズが好ましい。
For example, carbon materials, specifically artificial graphite, graphite carbon fiber, resin-fired carbon, pyrolytic vapor-grown carbon, coke, mesocarbon microbeads (MCMB), furfuryl alcohol resin-fired carbon, polyacene, pitch-based carbon Examples thereof include fibers, vapor-grown carbon fibers, natural graphite, and non-graphitizable carbon. Moreover, the mixture containing these 2 types may be sufficient. Preferably, it is artificial graphite.
Also, an alloy in combination with a metal itself such as metal indium, metal aluminum, or metal silicon, or another element or compound can be used as the negative electrode material. Of these, silicon and tin having a high theoretical capacity are preferable.

(3)電極複合材料
電極複合材料は、活物質と他の物質を複合化させたものである。
他の物質は、イオン伝導性物質でもよく、導電物質でもよい。また、他の物質は、イオン伝導性物質と導電物質の両方でもよい。
複合材料としては、例えば、活物質と導電性物質を複合化したもの、活物質、導電性物質及びイオン伝導性物質を複合化したものを挙げることができる。
(3) Electrode composite material The electrode composite material is a composite of an active material and another substance.
The other substance may be an ion conductive substance or a conductive substance. Further, the other substance may be both an ion conductive substance and a conductive substance.
Examples of the composite material include a composite of an active material and a conductive material, and a composite of an active material, a conductive material, and an ion conductive material.

複合化としては、例えば、活物質を導電性物質の表面に蒸着させたもの、活物質を溶解させて導電性物質に表面と接触させてから固体化させたもの、活物質を導電性物質の存在下で合成して導電性物質と一体化させたもの、活物質と導電性物質をメカニカルミリング処理等の力学的な作用により一体化させたものが挙げられる。   For example, the active material is deposited on the surface of the conductive material, the active material is dissolved and the conductive material is brought into contact with the surface and solidified, and the active material is made of the conductive material. Examples include those synthesized in the presence and integrated with a conductive material, and those obtained by integrating an active material and a conductive material by a mechanical action such as mechanical milling.

活物質としては、上述した正極活物質及び負極活物質が使用できる。
導電性物質としては、電気伝導率が1.0×10S/m以上の物質が使用できる。好ましくは1.0×10S/m以上の物質であり、より好ましくは1.0×10S/m以上の物質である。
As the active material, the above-described positive electrode active material and negative electrode active material can be used.
As the conductive substance, a substance having an electric conductivity of 1.0 × 10 3 S / m or more can be used. The substance is preferably 1.0 × 10 4 S / m or more, and more preferably 1.0 × 10 5 S / m or more.

導電性物質は、細孔を有することが好ましい。細孔を有することにより、例えば、硫黄や硫黄系化合物を細孔内に含めることができ、硫黄等と導電性物質の接触面積を増やすことができると共に、硫黄等の比表面積を大きくすることができる。   The conductive substance preferably has pores. By having pores, for example, sulfur and sulfur-based compounds can be included in the pores, and the contact area between sulfur and the conductive material can be increased, and the specific surface area of sulfur and the like can be increased. it can.

導電性物質としては、炭素、金属粉末、金属化合物等が挙げられ、好ましくは炭素が挙げられる。本発明の電極材料が導電性物質として炭素を含む場合、炭素は、導電度が高く、且つ軽いために、質量当りのエネルギー密度が高い電池を得ることができる。   Examples of the conductive substance include carbon, metal powder, metal compound, and the like, and preferably carbon. When the electrode material of the present invention contains carbon as a conductive substance, since carbon has high conductivity and is light, a battery having a high energy density per mass can be obtained.

導電性物質の形状は特に限定されず、例えば、粒子状導電性物質、板状導電性物質、棒状導電性物質等が挙げられる。
板状導電性物質としては、グラフェン等が挙げられる。棒状導電性物質としては、カーボンナノチューブ等が挙げられる。粒子状導電性物質としては、表面積が大きく、細孔容量が大きく、かつ電子伝導性が高いケッチェンブラックや活性炭が挙げられる。
The shape of the conductive material is not particularly limited, and examples thereof include a particulate conductive material, a plate-shaped conductive material, and a rod-shaped conductive material.
Examples of the plate-like conductive material include graphene. Examples of the rod-like conductive substance include carbon nanotubes. Examples of the particulate conductive material include ketjen black and activated carbon having a large surface area, a large pore volume, and a high electron conductivity.

導電性物質は、細孔を有する多孔質炭素であることがより好ましい。
多孔質炭素としては、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、活性炭等の炭素が挙げられる。これらは単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
More preferably, the conductive material is porous carbon having pores.
Examples of porous carbon include carbon black such as ketjen black, acetylene black, denka black, thermal black, and channel black; carbon such as graphite, carbon fiber, and activated carbon. These may be used alone or in combination of two or more.

導電性物質は、好ましくは細孔を有する。導電性物質が細孔を有することで、例えば、硫黄及び/又は硫黄原子を含む化合物と複合化することができ、電極材料の電子伝導性を高めることができる。
導電性物質の細孔容量は0.5cc/g以上4.0cc/g以下であることが好ましく、より好ましくは0.6cc/g以上3.95cc/g以下であり、特に好ましくは0.75cc/g以上3.9cc/g以下である。細孔容量が0.5cc/g未満の場合、導電性物質内部の硫黄系化合物含有量が少なくなるおそれがあり、電気容量が高いリチウムイオン電池を得ることが困難になるおそれがある。一方、導電性物質の細孔容量が4.0cc/g超の場合、硫黄系化合物と複合化しても電子伝導性が十分に確保できないおそれがある。
The conductive material preferably has pores. When the conductive substance has pores, for example, it can be combined with a compound containing sulfur and / or a sulfur atom, and the electron conductivity of the electrode material can be increased.
The pore volume of the conductive material is preferably 0.5 cc / g or more and 4.0 cc / g or less, more preferably 0.6 cc / g or more and 3.95 cc / g or less, particularly preferably 0.75 cc. / G to 3.9 cc / g. When the pore capacity is less than 0.5 cc / g, the content of the sulfur compound inside the conductive material may be reduced, and it may be difficult to obtain a lithium ion battery having a high electric capacity. On the other hand, when the pore volume of the conductive substance is more than 4.0 cc / g, there is a possibility that sufficient electron conductivity cannot be ensured even if it is combined with a sulfur compound.

また、導電性物質の平均細孔直径は100nm以下であることが好ましく、より好ましくは1nm以上100nm以下であり、さらに好ましくは1nm以上18nm以下であり、特に好ましくは2nm以上17nm以下である。平均細孔直径が1nm未満の場合、細孔内に硫黄系化合物を含浸させることが困難となるおそれがある。一方、導電性物質の平均細孔直径が100nm超である場合、細孔内に含浸した硫黄系化合物が活物質として十分に機能しないおそれがある。   The average pore diameter of the conductive substance is preferably 100 nm or less, more preferably 1 nm or more and 100 nm or less, still more preferably 1 nm or more and 18 nm or less, and particularly preferably 2 nm or more and 17 nm or less. When the average pore diameter is less than 1 nm, it may be difficult to impregnate the pores with a sulfur compound. On the other hand, when the average pore diameter of the conductive material is more than 100 nm, the sulfur compound impregnated in the pores may not function sufficiently as an active material.

導電性物質の粒径は、1nm以上500μm以下が好ましく、5nm以上250μm以下がより好ましく、さらに好ましくは、10nm以上200μm以下である。   The particle size of the conductive substance is preferably 1 nm to 500 μm, more preferably 5 nm to 250 μm, and still more preferably 10 nm to 200 μm.

本発明の組成物には、上述したリチウム粒子と、活物質及び/又は複合材料の他に、固体電解質を含むことが好ましい。これにより、本組成物を用いて製造する電池のエネルギー密度を高くすることができる。
固体電解質としては、ポリマー系固体電解質、酸化物系固体電解質又は硫化物系固体電解質が挙げられる。本発明では、酸化物系固体電解質又は硫化物系固体電解質が好ましく、より好ましくは硫化物系固体電解質である。尚、本発明の組成物には、複数の固体電解質を用いてもよい。
The composition of the present invention preferably contains a solid electrolyte in addition to the above-described lithium particles and the active material and / or composite material. Thereby, the energy density of the battery manufactured using this composition can be made high.
Examples of the solid electrolyte include a polymer solid electrolyte, an oxide solid electrolyte, and a sulfide solid electrolyte. In the present invention, an oxide solid electrolyte or a sulfide solid electrolyte is preferable, and a sulfide solid electrolyte is more preferable. In the composition of the present invention, a plurality of solid electrolytes may be used.

ポリマー系固体電解質としては、特に制限はなく、特開2010−262860に開示されているように、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、ポリアクリレートやこれらの誘導体、共重合体等の、ポリマー電解質として用いられる材料が使用できる。   The polymer-based solid electrolyte is not particularly limited, and as disclosed in JP 2010-262860, as a polymer electrolyte such as a fluororesin, polyethylene oxide, polyacrylonitrile, polyacrylate, derivatives thereof, and copolymers thereof. The material used can be used.

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)や、これらの誘導体等を構成単位として含むものが挙げられる。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)等のホモポリマーや、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。   As a fluororesin, what contains vinylidene fluoride (VdF), hexafluoropropylene (HFP), tetrafluoroethylene (TFE), these derivatives, etc. as a structural unit is mentioned, for example. Specifically, a homopolymer such as polyvinylidene fluoride (PVdF), polyhexafluoropropylene (PHFP), polytetrafluoroethylene (PTFE), or a copolymer of VdF and HFP (hereinafter, this copolymer is referred to as “ P (VdF-HFP) ”may be used, and binary copolymers and ternary copolymers.

酸化物系固体電解質には、LiN、LISICON類、Thio−LISICON類、La0.55Li0.35TiO等のペロブスカイト構造を有する結晶や、NASICON型構造を有するLiTi12、さらにこれら結晶化させた電解質等を用いることができる。 Examples of the oxide-based solid electrolyte include crystals having a perovskite structure such as LiN, LISICON, Thio-LISICON, La 0.55 Li 0.35 TiO 3 , LiTi 2 P 3 O 12 having a NASICON type structure, These crystallized electrolytes can be used.

硫化物系固体電解質としては、下記式(1)に示す組成を有するものが好ましい
Li…(1)
The sulfide-based solid electrolyte, the following equation (1) is preferably one having a composition shown in Li a M b P c S d ... (1)

式(1)において、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。
In the formula (1), M represents an element selected from B, Zn, Si, Cu, Ga, and Ge.
a to d indicate the composition ratio of each element, and a: b: c: d satisfies 1 to 12: 0 to 0.2: 1: 2 to 9.

好ましくは、bは0であり、より好ましくは、a、c及びdの比(a:c:d)がa:c:d=1〜9:1:3〜7、さらに好ましくは、a:c:d=1.5〜4:1:3.25〜4.5である。
各元素の組成比は、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。
Preferably, b is 0, more preferably the ratio of a, c and d (a: c: d) is a: c: d = 1 to 9: 1: 3-7, more preferably 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.

硫化物系固体電解質は、非結晶(ガラス化)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。
結晶構造として、例えば、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、特開2005−228570やWO2007/066539に開示されているLi11構造が好ましい。
The sulfide-based solid electrolyte may be amorphous (vitrified), crystallized (glass ceramics), or only partially crystallized. Here, when crystallized, the ion conductivity may be higher than that of glass. In that case, it is preferable to crystallize.
As the crystal structure, for example, Li 7 PS 6 structure, Li 4 P 2 S 6 structure, Li 3 PS 4 structure, Li 4 SiS 4 structure, Li 2 SiS 3 structure, disclosed in JP 2002-109955 A, JP The Li 7 P 3 S 11 structure disclosed in 2005-228570 and WO 2007/065539 is preferred.

ここで、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。
上記結晶構造であれば、非晶体よりイオン伝導度が高くなるからである。
Here, 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.
This is because the above-described crystal structure has higher ionic conductivity than the amorphous body.

尚、硫化物系固体電解質の結晶化された部分は、1つの結晶構造のみからなっていてもよく、複数の結晶構造を有していてもよい。結晶構造としては、イオン伝導度が高いため、Li11が最も好ましい。 Note that the crystallized portion of the sulfide-based solid electrolyte may be composed of only one crystal structure or may have a plurality of crystal structures. As the crystal structure, Li 7 P 3 S 11 is most preferable because of its high ionic conductivity.

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、50%以上が好ましく、より好ましくは、60%以上である。
硫化物系固体電解質の結晶化度が50%未満の場合は、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ためである。
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、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 of the 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, and more preferably 60% or more.
This is because when the crystallinity of the sulfide-based solid electrolyte is less than 50%, the effect of increasing the ionic conductivity by crystallization is reduced.
The degree of crystallinity can be measured by using an NMR spectrum apparatus. Specifically, a solid 31 P-NMR spectrum of a sulfide-based solid electrolyte was measured, and the resonance line observed at 70-120 ppm was separated into a Gaussian curve using a nonlinear least square method. It can be measured by determining the area ratio of each curve.

硫化物系固体電解質の製造方法について、硫化物系固体電解質の原料には、LiS(硫化リチウム)、P(三硫化二リン)(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)、単体の硫黄(S)、シリコン(Si)、GeS(硫化ゲルマニウム)、B(三硫化二砒素)、LiPO(リン酸リチウム)、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る。 About the manufacturing method of sulfide solid electrolyte, the raw material of sulfide solid electrolyte includes 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 (diarsenic trisulfide), Li 3 PO 4 (lithium phosphate), Li 4 GeO 4 (lithium germanate), LiBO 2 (lithium metaborate), LiAlO 3 (lithium aluminate) or the like is used. be able to.

好ましい硫化物系固体電解質の原料は、LiS及びPである。
以下、硫化物系固体電解質の原料として、LiS及びPを用いた硫化物系固体電解質について説明する。
Preferred raw materials for sulfide-based solid electrolytes are Li 2 S and P 2 S 5 .
Hereinafter, a sulfide-based solid electrolyte using Li 2 S and P 2 S 5 as a raw material for the sulfide-based solid electrolyte will be described.

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るが、高純度のものが好ましい。硫化リチウムは、例えば、特開平7−330312号、特開平9−283156号、特開2010−163356、特願2009−238952に記載の方法により製造することができる。   As lithium sulfide, those commercially available without particular limitation can be used, but those having high purity are preferred. Lithium sulfide can be produced, for example, by the methods described in JP-A-7-330312, JP-A-9-283156, JP-A 2010-163356, and Japanese Patent Application No. 2009-233892.

具体的に、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できる(特開2010−163356)。
また、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できる(特願2009−238952)。
Specifically, lithium hydroxide and hydrogen sulfide are reacted at 70 ° C. to 300 ° C. in a hydrocarbon-based organic solvent to produce lithium hydrosulfide, and then the reaction solution is dehydrosulfurized to form lithium sulfide. Can be synthesized (Japanese Patent Laid-Open No. 2010-163356).
In addition, lithium hydroxide and hydrogen sulfide are reacted at 10 ° C. to 100 ° C. in an aqueous solvent to produce lithium hydrosulfide, and then the reaction liquid is dehydrosulfurized to synthesize lithium sulfide (special feature). Application 2009-238952).

硫化リチウムは、硫黄酸化物のリチウム塩の総含有量が0.15質量%以下であることが好ましく、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%以下であることが好ましく、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、溶融急冷法やメカニカルミリング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。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る。   The lithium sulfide preferably has a total lithium oxide lithium salt content of 0.15% by mass or less, more preferably 0.1% by mass or less, and a lithium N-methylaminobutyrate content. The content is preferably 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 mechanical milling method becomes a glassy electrolyte (fully amorphous). On the other hand, when 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.

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と、高イオン伝導性電解質が得られる。   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. When lithium sulfide with reduced impurities is used, a high ion conductive electrolyte can be obtained.

上述した特開平7−330312号及び特開平9−283156号に基づいて硫化リチウムを製造した場合、硫化リチウムが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に記載の硫化リチウムの製法で製造した硫化リチウムは、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、精製せずに用いても良い。
好ましい精製法としては、例えば、国際公開WO2005/40039号に記載された精製法等が挙げられる。具体的には、上記のようにして得られた硫化リチウムを、有機溶媒を用い、100℃以上の温度で洗浄する。
When lithium sulfide is produced based on the above-mentioned JP-A-7-330312 and JP-A-9-283156, it is preferable to purify the lithium sulfide because it contains a lithium salt of a sulfur oxide.
On the other hand, lithium sulfide produced by the method for producing lithium sulfide described in JP-A-2010-163356 may be used without purification because it contains a very small amount of sulfur oxide lithium salt or the like.
As a preferable purification method, for example, a purification method described in International Publication No. WO2005 / 40039 and the like can be mentioned. Specifically, the lithium sulfide obtained as described above is washed at a temperature of 100 ° C. or higher using an organic solvent.

五硫化二リンは、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。   As long as diphosphorus pentasulfide is manufactured and sold industrially, it can be used without particular limitation.

硫化リチウムと五硫化二リンの割合(モル比)は、通常50:50〜90:10、好ましくは65:35〜78:22である。特に好ましくは、LiS:P=67:33〜77:23(モル比)である。 The ratio (molar ratio) of lithium sulfide to diphosphorus pentasulfide is usually 50:50 to 90:10, preferably 65:35 to 78:22. Particularly preferably, Li 2 S: P 2 S 5 = 67: 33~77: is 23 (molar ratio).

硫化物系ガラス固体電解質の製造方法としては、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がある。   As a method for producing a sulfide-based glass solid electrolyte, there are a melt quenching method, a mechanical milling method (MM method), a slurry method in which raw materials are reacted in an organic solvent, and the like.

(a)溶融急冷法
溶融急冷法は、例えば、特開平6−279049、WO2005/119706に記載されている。具体的には、PとLiS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、硫化物系ガラス固体電解質が得られる。
(A) Melting and quenching method The melting and quenching method is described, for example, in JP-A-6-279049 and WO2005 / 119706. Specifically, 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, a sulfide-based glass solid electrolyte is obtained by putting it in ice and rapidly cooling it.

反応温度は、好ましくは400℃〜1000℃、より好ましくは、800℃〜900℃である。
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。
The reaction temperature is preferably 400 ° C to 1000 ° C, more preferably 800 ° C to 900 ° C.
The reaction time is preferably 0.1 hour to 12 hours, more preferably 1 to 12 hours.

上記反応物の急冷温度は、通常10℃以下、好ましくは0℃以下であり、その冷却速度は、通常1〜10000K/sec程度、好ましくは10〜10000K/secである。   The quenching temperature of the reactant 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.

(b)メカニカルミリング法(MM法)
MM法は、例えば、特開平11−134937、特開2004−348972、特開2004−348973に記載されている。
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。
上記原料を用いたMM法は、室温で反応を行うことができる。そのため、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。
(B) Mechanical milling method (MM method)
The MM method is described in, for example, JP-A-11-134937, JP-A-2004-348972, and JP-A-2004-348993.
Specifically, a predetermined amount of P 2 S 5 and Li 2 S are mixed in a mortar and reacted for a predetermined time using, for example, various ball mills to obtain a sulfide-based glass solid electrolyte.
The MM method using the above raw materials can be reacted at room temperature. Therefore, there is an advantage that a glass solid electrolyte having a charged composition can be obtained without thermal decomposition of the raw material.
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.

MM法は回転ボールミル、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る。
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。
また、特開2010−90003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。
また、特開2009−110920や特開2009−211950に記載されているように、原料に有機溶媒を添加してスラリー状にし、このスラリーをMM処理してもよい。
また、特開2010−30889に記載のようにMM処理の際のミル内の温度を調整してもよい。
MM処理時の原料温度が60℃以上160℃以下になるようにすることが好ましい。
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 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.
Further, as described in JP 2010-90003 A, balls of a ball mill may be used by mixing balls having different diameters.
Further, as described in JP2009-110920A or JP2009-2111950, an organic solvent may be added to the raw material to form a slurry, and this slurry may be subjected to MM treatment.
Further, as described in JP 2010-30889 A, the temperature in the mill during MM processing may be adjusted.
It is preferable that the raw material temperature during MM treatment be 60 ° C. or higher and 160 ° C. or lower.

(c)スラリー法
スラリー法は、WO2004/093099、WO2009/047977に記載されている。
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。
ここで、特開2010−140893に記載されているように、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い。
また、WO2009/047977に記載されているように、原料の硫化リチウムを予め粉砕しておくと効率的に反応を進行させることができる。
また、特願2010−270191に記載されているように、原料の硫化リチウムの比表面積を大きくするために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。
(C) Slurry method The slurry method is described in WO2004 / 093099 and WO2009 / 047977.
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.
Here, as described in JP-A-2010-140893, in order to advance the reaction, the slurry containing the raw material may be reacted while being circulated between the bead mill and the reaction vessel.
Further, as described in WO2009 / 047977, when the raw material lithium sulfide is pulverized in advance, the reaction can proceed efficiently.
Further, as described in Japanese Patent Application No. 2010-270191, in order to increase the specific surface area of the raw material lithium sulfide, it is predetermined in a polar solvent (for example, methanol, diethyl carnate, acetonitrile) having a solubility parameter of 9.0 or more. You may soak for hours.

反応温度は、好ましくは20℃以上80℃以下、より好ましくは、20℃以上60℃以下である。
反応時間は、好ましくは1時間以上16時間以下、より好ましくは、2時間以上14時間以下である。
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.

原料である硫化リチウムと五硫化二リンが、有機溶媒の添加により溶液又はスラリー状になる程度であることが好ましい。通常、有機溶媒1リットルに対する原料(合計量)の添加量は0.001kg以上1kg以下程度となる。好ましくは0.005kg以上0.5kg以下、特に好ましくは0.01kg以上0.3kg以下である。   It is preferable that the raw materials lithium sulfide and phosphorous pentasulfide be in a solution or slurry form by the addition of an organic solvent. Usually, the amount of the raw material (total amount) added to 1 liter of the organic solvent is about 0.001 kg or more and 1 kg or less. Preferably they are 0.005 kg or more and 0.5 kg or less, Most preferably, they are 0.01 kg or more and 0.3 kg or less.

有機溶媒としては特に制限はないが、非プロトン性有機溶媒が特に好ましい。
非プロトン性有機溶媒としては、非プロトンの非極性有機溶媒(例えば、炭化水素系有機溶媒)、非プロトン性の極性有機化合物(たとえば、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、混合溶媒として、好適に使用することができる。
The organic solvent is not particularly limited, but an aprotic organic solvent is particularly preferable.
Examples of the aprotic organic solvent include aprotic apolar organic solvents (for example, hydrocarbon-based organic solvents), aprotic polar organic compounds (for example, amide compounds, lactam compounds, urea compounds, organic sulfur compounds, cyclic compounds) An organic phosphorus compound or the like) can be suitably used as a single solvent or a mixed solvent.

炭化水素系有機溶媒としては、溶媒である炭化水素系溶媒としては、飽和炭化水素、不飽和炭化水素又は芳香族炭化水素が使用できる。
飽和炭化水素としては、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る。
不飽和炭化水素しては、ヘキセン、ヘプテン、シクロヘキセン等が挙げられる。
芳香族炭化水素としては、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。
これらのうち、特にトルエン、キシレンが好ましい。
As the hydrocarbon-based organic solvent, saturated hydrocarbons, unsaturated hydrocarbons, or aromatic hydrocarbons can be used as the hydrocarbon-based solvent that is the solvent.
Examples of the saturated hydrocarbon include hexane, pentane, 2-ethylhexane, heptane, decane, and cyclohexane.
Examples of the unsaturated hydrocarbon include hexene, heptene, cyclohexene and the like.
Aromatic hydrocarbons include toluene, xylene, decalin, 1,2,3,4-tetrahydronaphthalene and the like.
Of these, toluene and xylene are particularly preferable.

炭化水素系溶媒は、あらかじめ脱水されていることが好ましい。具体的には、水分含有量として100重量ppm以下が好ましく、特に30重量ppm以下であることが好ましい。   The hydrocarbon solvent is preferably dehydrated in advance. Specifically, the water content is preferably 100 ppm by weight or less, and particularly preferably 30 ppm by weight or less.

尚、必要に応じて炭化水素系溶媒に他の溶媒を添加してもよい。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等、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。   In addition, you may add another solvent to a hydrocarbon type solvent as needed. Specific examples include ketones such as acetone and methyl ethyl ketone, ethers such as tetrahydrofuran, alcohols such as ethanol and butanol, esters such as ethyl acetate, and halogenated hydrocarbons such as dichloromethane and chlorobenzene.

上記溶融急冷法、MM法及びスラリー法の温度条件、処理時間、仕込み料等の製造条件は、使用設備等に合わせて適宜調整することができる。   Manufacturing conditions such as temperature conditions, processing time, and charge for the melt quenching method, MM method and slurry method can be appropriately adjusted according to the equipment used.

硫化物系固体電解質(ガラスセラミックス)の製造方法は、特開2005−228570、WO2007/066539、特開2002−109955に開示されている。
具体的には、上記で得られた硫化物系固体電解質(ガラス)を所定の温度で熱処理し、硫化物系結晶化ガラス(ガラスセラミックス)を生成させる。
また、加熱は、露点−40℃以下の環境下で行うことが好ましく、より好ましくは露点−60℃以下の環境下で行うことが好ましい。
また、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、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。
さらに特開2010−186744に記載されているように溶媒中で加熱してもよい。
A method for producing a sulfide-based solid electrolyte (glass ceramics) is disclosed in JP-A-2005-228570, WO2007 / 065539, and JP-A-2002-109955.
Specifically, the sulfide-based solid electrolyte (glass) obtained above is heat-treated at a predetermined temperature to generate sulfide-based crystallized glass (glass ceramics).
The heating is preferably performed in an environment having a dew point of −40 ° C. or less, and more preferably in an environment having a dew point of −60 ° C. or less.
Moreover, the pressure at the time of a heating may be a normal pressure, and may be under pressure reduction.
The atmosphere may be air or an inert atmosphere.
Furthermore, you may heat in a solvent as it describes in Unexamined-Japanese-Patent No. 2010-186744.

Li11構造のガラスセラミックスを生成させる熱処理温度は、好ましくは180℃以上330℃以下、より好ましくは、200℃以上320℃以下、特に好ましくは、210℃以上310℃以下である。180℃より低いと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、330℃より高いと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 the glass ceramic having the 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 210 ° C. or higher and 310 ° C. or lower. When the temperature is lower than 180 ° C., it may be difficult to obtain a crystallized glass having a high degree of crystallinity.

熱処理時間は、180℃以上210℃以下の温度の場合は、3時間以上240時間以下が好ましく、特に4時間以上230時間以下が好ましい。また、210℃より高く330℃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。   In the case of a temperature of 180 ° C. or higher and 210 ° C. or lower, the heat treatment time is preferably 3 hours or longer and 240 hours or shorter, and particularly preferably 4 hours or longer and 230 hours or shorter. When the temperature is higher than 210 ° C. and lower than or equal to 330 ° 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. .

熱処理時間が0.1時間より短いと、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、240時間より長いと、結晶化度の低い結晶化ガラスが生じるおそれがある。   When the heat treatment time is shorter than 0.1 hour, it may be difficult to obtain a crystallized glass with a high degree of crystallinity, and when it is longer than 240 hours, a crystallized glass with a low degree of crystallinity may be generated.

LiPS結晶構造、Li結晶構造、LiPS結晶構造、LiSiS結晶構造及びLiSiS結晶構造の製造は、公知の方法でよい。
例えば、特開2002−109955に開示されている方法により上記結晶構造を有する結晶化ガラスを製造することができる。
The production of Li 7 PS 6 crystal structure, Li 4 P 2 S 6 crystal structure, Li 3 PS 4 crystal structure, Li 4 SiS 4 crystal structure and Li 2 SiS 3 crystal structure may be performed by a known method.
For example, crystallized glass having the above crystal structure can be produced by a method disclosed in JP-A No. 2002-109955.

固体電解質の形状は特に制限はなく、粒子状であってもシート状であってもよい。   The shape of the solid electrolyte is not particularly limited, and may be a particle shape or a sheet shape.

粒子状である場合、固体電解質の平均粒径は、0.01〜100μmの範囲であることが好ましい。より好ましくは、0.05〜50μmである。
尚、固体電解質粒子の平均粒径とは、体積基準平均粒径(MeanVolumeDiameterという。)である。本発明の固体電解質粒子の測定方法は、レーザー回折式粒度分布測定方法により行うことが好ましい。
ここで、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。
本発明では、乾燥した固体電解質粒子を用いて該イオン伝導性物質の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MalvernInstrumentsLtd社製マスターサイザー2000である場合の測定例は以下の通りである。
When it is particulate, the average particle size of the solid electrolyte is preferably in the range of 0.01 to 100 μm. More preferably, it is 0.05-50 micrometers.
Note that the average particle diameter of the solid electrolyte particles is a volume-based average particle diameter (referred to as Mean Volume Diameter). The method for measuring solid electrolyte particles of the present invention is preferably performed by a laser diffraction particle size distribution measuring method.
Here, the laser diffraction particle size distribution measurement method can measure the particle size distribution without drying the composition. The particle size distribution is obtained by irradiating a particle group in the composition with laser and analyzing the scattered light. Can be measured.
In the present invention, the average particle diameter of the ion conductive material is measured using dried solid electrolyte particles.
A measurement example when the laser diffraction type particle size distribution measuring device is a master sizer 2000 manufactured by Malvern Instruments Ltd. is as follows.

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。
上記混合物を十分混合した後、「乾燥した固体電解質粒子」を添加して粒子径を測定する。「乾燥した固体電解質粒子」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粒子」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粒子」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。
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 the above mixture, “dry solid electrolyte particles” are added and the particle size is measured. The amount of “dry solid electrolyte particles” 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 Mastersizer 2000. Add. 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 Mastersizer 2000, the laser scattering intensity is displayed based on the added amount of “dried solid electrolyte particles”. Therefore, it is preferable to find the added amount that falls within the laser scattering intensity.
The optimum amount of the “dried solid electrolyte particles” is about 0.01 g to 0.05 g, although the optimum amount varies depending on the type of the ion conductive substance.

本発明の組成物には、必要に応じて導電助剤、バインダー、溶媒等を配合してもよい。
導電助剤としては、デンカブラックやケッチェンブラック等のカーボンブラック系や、導電性酸化物粒子、銀粒子、導電ポリマー等が挙げられる。
You may mix | blend a conductive support agent, a binder, a solvent, etc. with the composition of this invention as needed.
Examples of the conductive assistant include carbon blacks such as Denka black and Ketjen black, conductive oxide particles, silver particles, and conductive polymers.

バインダーとしては、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、或いはポリプロピレン、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、又は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。
バインダーを使用することにより、集電体や電解質層との密着性が向上する。
Examples of binders include polytetrafluoroethylene (PTFE), polyvinylidene fluoride (PVDF), fluorine-containing resins such as fluorine rubber, thermoplastic resins such as polypropylene and polyethylene, ethylene-propylene-dienemer (EPDM), 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.
By using the binder, the adhesion to the current collector and the electrolyte layer is improved.

溶媒としては、固体電解質に悪影響を与えないものであれば、特に制限は無く、例えばn−ヘキサン、シクロヘキサン、n−ヘプタン、オクタン、ゴム揮発油等の脂肪族炭化水素溶剤;ミネラルスピリット、高沸点石油溶剤(インキオイル)、トルエン、キシレン、トリメチルベンゼン、ソルベントナフサ、テトラリン、ジペンテン等の芳香族炭化水素溶剤;ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、エチルメチルカーボネート等の鎖状炭酸エステル系溶剤;プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、ブチレンカーボネート、ビニレンカーボンート、ビニルエチレンカーボネート等の環状炭酸エステル系溶剤;テトラヒドロフラン、テトラヒドロピラン、2−メチルテトラヒドロフラン、1,4−ジオキサン、1,3−ジオキソラン等の環状エーテル系溶剤;1,2−ジメトキシエタン、1,2−ジエトキシエタン等の鎖状エーテル系溶剤;メチルアセテート、エチルアセテート、メチルジフルオロアセテート、エチルトリフルオロアセテート、メチルプロピネート、エチルプロピネート、メチルホルメート、エチルホルメート等のエステル系溶剤;γーブチロラクトン、γーバレロラクトン等のラクトン系溶剤;トリメチルフホスフェート、トリエチルホスフェート、トリオクチルホスフェート等のリン酸エステル系溶剤;N−メチル−2−ピロリドン、N,N−ジメチルホルムアミド、1、3−ジメチル−2−イミダゾリジノン、N,N−ジメチルアセテート等のアミド系溶剤;スルホラン、ジメチルスルホキシド、1,3−プロパンサルトン、1,4−ブタンサルトン、エチレンスルフィト等の硫黄系溶剤;アセトニトリル、イソブチロニトリル、プロピオニトリル、ベンゾニトリル等のニトリル系溶剤;エチレングリコール、プロピレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、ジプロピレングリコール等のグリコール系溶剤;エチレングリコールモノブチルエーテル(ブチルセルソルブ)、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノエチルエーテル、プロピレングリコールモノブチルエーテル、ジエチレングリコールモノブチルエーテル(ブチルカルビトール)等のグリコールエーテル系溶剤;エチレングリコールモノブチルエーテルアセテート(ブチルセロソルブアセテート)、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノエチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールモノブチルエーテルアセテート(ブチルカルビトールアセテート)等のグリコールエーテルエステル系溶剤、フルオロベンゼン、トリフルオロベンゼン、フロリナート等のフッ素系溶剤等が挙げられる。
溶媒を使用することにより、塗布により電極層を形成することができる。
The solvent is not particularly limited as long as it does not adversely affect the solid electrolyte. For example, aliphatic hydrocarbon solvents such as n-hexane, cyclohexane, n-heptane, octane, and rubber volatile oil; mineral spirit, high boiling point Aromatic hydrocarbon solvents such as petroleum solvent (ink oil), toluene, xylene, trimethylbenzene, solvent naphtha, tetralin and dipentene; chain carbonate solvents such as dimethyl carbonate, diethyl carbonate and ethyl methyl carbonate; propylene carbonate, ethylene Cyclic carbonate solvents such as carbonate, butylene carbonate, vinylene carbonate, vinyl ethylene carbonate; tetrahydrofuran, tetrahydropyran, 2-methyltetrahydrofuran, 1,4-dioxane, 1,3-dioxane Cyclic ether solvents such as orchid; chain ether solvents such as 1,2-dimethoxyethane and 1,2-diethoxyethane; methyl acetate, ethyl acetate, methyl difluoroacetate, ethyl trifluoroacetate, methyl propionate, ethyl Ester solvents such as propinate, methyl formate and ethyl formate; Lactone solvents such as γ-butyrolactone and γ-valerolactone; Phosphate ester solvents such as trimethyl phosphate, triethyl phosphate and trioctyl phosphate; N-methyl- Amido solvents such as 2-pyrrolidone, N, N-dimethylformamide, 1,3-dimethyl-2-imidazolidinone, N, N-dimethylacetate; sulfolane, dimethyl sulfoxide, 1,3-propane sultone, 1, 4-butansa Sulfur solvents such as tons and ethylene sulfites; Nitrile solvents such as acetonitrile, isobutyronitrile, propionitrile and benzonitrile; Glycol solvents such as ethylene glycol, propylene glycol, diethylene glycol, triethylene glycol and dipropylene glycol Glycol glycol solvents such as ethylene glycol monobutyl ether (butyl cellosolve), propylene glycol monomethyl ether, propylene glycol monoethyl ether, propylene glycol monobutyl ether, diethylene glycol monobutyl ether (butyl carbitol); ethylene glycol monobutyl ether acetate (butyl cellosolve acetate) ), Propylene glycol monomethyl ether acetate, propylene Glycol monoethyl ether acetate, diethylene glycol monobutyl ether acetate (butyl carbitol acetate) glycol ether ester such as solvents, fluorobenzene, trifluoromethyl benzene, fluorine-based solvents such as Fluorinert.
By using a solvent, an electrode layer can be formed by coating.

尚、本発明の組成物は、上述したリチウム粒子と、活物質及び/又は複合材料、及び任意に固体電解質、導電助剤、バインダー及び溶媒から選択される1つ以上から実質的になっていてもよく、また、これらの成分のみからなっていてもよい。「実質的になる」とは、上記組成物が、主にリチウム粒子と、活物質及び/又は複合材料、及び任意に固体電解質、導電助剤、バインダー及び溶媒からなることであり、これらの成分の他に公知の添加剤を含み得ることである。   The composition of the present invention substantially consists of the above-described lithium particles, an active material and / or a composite material, and optionally one or more selected from a solid electrolyte, a conductive additive, a binder and a solvent. Moreover, it may consist only of these components. “Substantially” means that the composition mainly comprises lithium particles, an active material and / or composite material, and optionally a solid electrolyte, a conductive aid, a binder, and a solvent. In addition to known additives.

本発明の組成物において、リチウム粒子と溶媒を除く組成物全体に占める活物質と電極複合材料の配合量の合計は、20質量%〜100質量%である。好ましくは、30質量%〜90質量%であり、特に好ましくは40質量%〜85質量%である。
活物質と電極複合材料が少ないと、活物質の性能を十分に発揮できない場合がある。一方、多すぎると、電池としてのエネルギー密度が低下する場合がある。
In the composition of the present invention, the total amount of the active material and the electrode composite material in the entire composition excluding lithium particles and the solvent is 20% by mass to 100% by mass. Preferably, they are 30 mass%-90 mass%, Most preferably, they are 40 mass%-85 mass%.
If there are few active materials and electrode composite materials, the performance of the active materials may not be fully exhibited. On the other hand, when too much, the energy density as a battery may fall.

リチウム粒子の配合量は、合材(電極層)に含まれる活物質の量[g]と理論容量[Ah・g−1]により定まる。ここで、リチウム粒子自体を活物質として機能させることを目的として配合するのではない。
例えば、正極と負極の両方にリチウム供給源でない活物質を用いて全固体電池を製造する場合には、{(正極に含まれる活物質の理論容量)×(正極に含まれる活物質の量)}と{(負極に含まれる活物質の理論容量)×(負極に含まれる活物質の量)}のうち、少ない方の値をリチウム粒子の理論容量で割った値がリチウム粒子の配合量として理想となる。
しかし、活物質の理論容量の全てを使用しない場合には、利用する活物質の容量をリチウム粒子の理論容量で割った量であってもよい。尚、下記するようにリチウム粒子の配合量の上限は、リチウム粒子の全てのリチウムが活物質に吸蔵されることがないので、下記のリチウム粒子の配合量の上限が好ましい。
・リチウム粒子の配合量
{(正極に含まれる活物質の理論容量)×(正極に含まれる活物質の量)}と{(負極に含まれる活物質の理論容量)×(負極に含まれる活物質の量)}のうち、少ない方の値をリチウム粒子の理論容量で割った値(以下、「X1」という。)の5倍以下
X1は、より好ましくは3倍以下、更に好ましくは、1.5倍以下である。
X1の下限は、特に制限されないが、例えば、0.01倍以上、0.02倍以上、0.03倍以上、0.1倍、0.2倍を挙げることができる。
The compounding amount of the lithium particles is determined by the amount [g] of the active material contained in the composite material (electrode layer) and the theoretical capacity [Ah · g −1 ]. Here, the lithium particles themselves are not blended for the purpose of functioning as an active material.
For example, when manufacturing an all-solid battery using an active material that is not a lithium supply source for both the positive electrode and the negative electrode, {(theoretical capacity of the active material contained in the positive electrode) × (amount of active material contained in the positive electrode) } And {(theoretical capacity of the active material contained in the negative electrode) × (the amount of active material contained in the negative electrode)} is a value obtained by dividing the smaller value by the theoretical capacity of the lithium particles as the blending amount of the lithium particles Be ideal.
However, when the entire theoretical capacity of the active material is not used, it may be an amount obtained by dividing the capacity of the active material to be used by the theoretical capacity of the lithium particles. As will be described below, the upper limit of the amount of lithium particles is preferably the following upper limit of the amount of lithium particles because all lithium in the lithium particles is not occluded by the active material.
・ Lithium particle blending amount {(theoretical capacity of active material contained in positive electrode) × (amount of active material contained in positive electrode)} and {(theoretical capacity of active material contained in negative electrode) × (active capacity contained in negative electrode) (The amount of the substance)} is less than 5 times the value obtained by dividing the smaller value by the theoretical capacity of the lithium particles (hereinafter referred to as “X1”). X1 is more preferably 3 times or less, and even more preferably 1 .5 times or less.
The lower limit of X1 is not particularly limited, and examples thereof include 0.01 times or more, 0.02 times or more, 0.03 times or more, 0.1 times, and 0.2 times.

リチウム粒子の配合量の上限は、特に制限はなく、組成物の用途に合わせて調整することができる。
例えば、正極にリチウムを含まない活物質を使用したリチウムイオン電池の場合、リチウム粒子の配合量は、対極となる負極容量の5倍以下、好ましくは3倍以下、さらに好ましくは1.5倍以下、最も好ましくは1.2倍以下の容量に相当する量である。
尚、負極容量は下記式で得られる。
負極容量=「負極に含まれる負極活物質の理論容量[Ah・g−1]」×「負極に含まれる負極活物質の重量(g)」
例えば、負極の容量がX2だとすると、リチウム粒子の配合量は、X2/リチウム粒子の理論容量となる。
リチウム粒子の理論容量は2000〜3863mAh/gであり、好ましくは2500〜3800mAh/gである。
リチウム粒子の理論容量が高いということは、リチウム粒子に含まれるリチウム金属の含有量が多いということである。
配合するリチウム粒子の量を減らすという観点からは、リチウム粒子の理論容量が高いほうが良い。
一方、上記したように、リチウム粒子の安定化を図るためには、リチウム粒子の理論容量が「リチウム金属の理論容量」より少し低い方がよい。例えば、リチウム金属粒子の表面に皮膜を形成する場合には、この皮膜の理論容量は、0またはリチウム金属の理論容量より低いため、上記したように「リチウム金属の理論容量」より少し低くなる。
本発明の組成物からなる層は、リチウムイオン電池の正極側及び負極側のどちらに形成してもよい。
There is no restriction | limiting in particular in the upper limit of the compounding quantity of lithium particle, It can adjust according to the use of a composition.
For example, in the case of a lithium ion battery that uses an active material that does not contain lithium for the positive electrode, the blending amount of the lithium particles is not more than 5 times, preferably not more than 3 times, more preferably not more than 1.5 times the negative electrode capacity as the counter electrode Most preferably, the amount corresponds to a capacity of 1.2 times or less.
The negative electrode capacity is obtained by the following formula.
Negative electrode capacity = “theoretical capacity of negative electrode active material contained in negative electrode [Ah · g −1 ]” × “weight of negative electrode active material contained in negative electrode (g)”
For example, assuming that the capacity of the negative electrode is X2, the blending amount of lithium particles is the theoretical capacity of X2 / lithium particles.
The theoretical capacity of the lithium particles is 2000 to 3863 mAh / g, preferably 2500 to 3800 mAh / g.
The high theoretical capacity of the lithium particles means that the content of lithium metal contained in the lithium particles is large.
From the viewpoint of reducing the amount of lithium particles to be blended, it is better that the theoretical capacity of the lithium particles is higher.
On the other hand, as described above, in order to stabilize the lithium particles, it is better that the theoretical capacity of the lithium particles is slightly lower than the “theoretical capacity of lithium metal”. For example, when a film is formed on the surface of lithium metal particles, the theoretical capacity of the film is 0 or lower than the theoretical capacity of lithium metal, and thus is slightly lower than the “theoretical capacity of lithium metal” as described above.
The layer made of the composition of the present invention may be formed on either the positive electrode side or the negative electrode side of the lithium ion battery.

正極にリチウムを含む活物質を使用したリチウムイオン電池の場合、リチウム粒子の配合量は、対極となる負極の初期不可逆容量の10倍以下、好ましくは5倍以下、さらに好ましくは1.5倍以下の容量に相当する量である。初期不可逆容量はリチウム粒子を含まない電池を作製することで測定可能である。
尚、本発明の組成物からなる層は、リチウムイオン電池の正極側及び負極側のどちらに形成してもよい。
In the case of a lithium ion battery using an active material containing lithium for the positive electrode, the amount of lithium particles is 10 times or less, preferably 5 times or less, more preferably 1.5 times or less the initial irreversible capacity of the negative electrode as the counter electrode. Is equivalent to the capacity of. The initial irreversible capacity can be measured by preparing a battery that does not contain lithium particles.
The layer made of the composition of the present invention may be formed on either the positive electrode side or the negative electrode side of the lithium ion battery.

リチウム粒子と溶媒を除く組成物全体に占める、他の含有物質の配合量は、0質量%〜80質量%である。好ましくは、0.1質量%〜60質量%であり、特に好ましくは0.5質量%〜55質量%である。
尚、他の含有物質は、上述した固体電解質やバインダー等を意味する。
固体電解質の配合量は、リチウム粒子と溶媒を除く組成物全体に対して0質量%〜80質量%が好ましく、さらに好ましくは、10質量%〜70質量%であり、特に好ましくは15質量%〜60質量%である。
溶媒の使用量は、溶媒を除く組成物全体を100質量部とした場合、20質量部〜90質量部が好ましく、特に、30質量部〜80質量部が好ましい。
The compounding quantity of the other containing material which occupies for the whole composition except a lithium particle and a solvent is 0 mass%-80 mass%. Preferably, they are 0.1 mass%-60 mass%, Most preferably, they are 0.5 mass%-55 mass%.
The other contained substances mean the above-described solid electrolyte and binder.
The blending amount of the solid electrolyte is preferably 0% by weight to 80% by weight, more preferably 10% by weight to 70% by weight, and particularly preferably 15% by weight to the total composition excluding lithium particles and the solvent. 60% by mass.
The amount of the solvent used is preferably 20 parts by mass to 90 parts by mass, particularly preferably 30 parts by mass to 80 parts by mass, when the entire composition excluding the solvent is 100 parts by mass.

本発明の組成物は、リチウムイオン電池にリチウムを導入する材料として好適に使用できる。また、各種電池の電極の材料にも使用できる。   The composition of the present invention can be suitably used as a material for introducing lithium into a lithium ion battery. It can also be used as a material for various battery electrodes.

次に、本発明の電極について説明する。
本発明の電極は、リチウム粒子と、活物質及び複合材料の少なくとも一方を含む。リチウム粒子、活物質及び複合材料に関しては、上述した本発明の組成物で使用するものと同じである。
本発明の電極からリチウム粒子を除いた成分全体に占める、活物質と電極複合材料の配合量は、20質量%〜100質量%である。好ましくは、30質量%〜90質量%であり、特に好ましくは40質量%〜85質量%である。活物質と電極複合材料が少ないと、活物質の性能を十分に発揮させることができないおそれがある。一方、多すぎると、電池としてのエネルギー密度が低下してしまう。
Next, the electrode of the present invention will be described.
The electrode of the present invention includes lithium particles and at least one of an active material and a composite material. The lithium particles, the active material, and the composite material are the same as those used in the above-described composition of the present invention.
The blending amount of the active material and the electrode composite material in the entire component excluding lithium particles from the electrode of the present invention is 20% by mass to 100% by mass. Preferably, they are 30 mass%-90 mass%, Most preferably, they are 40 mass%-85 mass%. When there are few active materials and electrode composite materials, there exists a possibility that the performance of an active material cannot fully be exhibited. On the other hand, when too much, the energy density as a battery will fall.

本発明の電極には、上述したリチウム粒子と、活物質及び/又は複合材料の他に、固体電解質やバインダー等を含んでいてもよい。
本発明の電極からリチウム粒子を除いた成分全体に占める、固体電解質の配合量は、0質量%〜80質量%である。好ましくは、10質量%〜70質量%であり、特に好ましくは15質量%〜60質量%である。
The electrode of the present invention may contain a solid electrolyte, a binder, and the like in addition to the above-described lithium particles and the active material and / or composite material.
The compounding quantity of the solid electrolyte which occupies for the whole component except lithium particles from the electrode of this invention is 0 mass%-80 mass%. Preferably, they are 10 mass%-70 mass%, Most preferably, they are 15 mass%-60 mass%.

本発明の電極からリチウム粒子を除いた成分全体に占める、バインダーの配合量は、0質量%〜20質量%である。好ましくは、0.5質量%〜15質量%であり、特に好ましくは1質量%〜10質量%である。   The compounding quantity of the binder which occupies for the whole component except lithium particles from the electrode of this invention is 0 mass%-20 mass%. Preferably, they are 0.5 mass%-15 mass%, Most preferably, they are 1 mass%-10 mass%.

本発明の電極には、理論容量が2000〜3863mAh/gとなる量のリチウム粒子を含むことが好ましく、特に、2500〜3800mAh/g相当のリチウム粒子を含むことが好ましい。
より具体的に、正極活物質にリチウムを含まない活物質を使用する場合のリチウム粒子の配合量は、対極となる負極容量の5倍以下、好ましくは3倍以下、さらに好ましくは1.5倍以下、最も好ましくは1.2倍以下の容量に相当する量である。
正極活物質にリチウムを含む活物質を使用する場合のリチウム粒子の配合量は、対極となる負極の初期不可逆容量の10倍以下、好ましくは5倍以下、さらに好ましくは1.5倍以下の容量に相当する量である。初期不可逆容量はリチウム粒子を含まない電池を作製することで測定可能である。
The electrode of the present invention preferably contains lithium particles in an amount such that the theoretical capacity is 2000 to 3863 mAh / g, and particularly preferably contains lithium particles corresponding to 2500 to 3800 mAh / g.
More specifically, when the active material not containing lithium is used as the positive electrode active material, the amount of lithium particles is 5 times or less, preferably 3 times or less, more preferably 1.5 times the negative electrode capacity as the counter electrode. Hereinafter, the amount is most preferably an amount corresponding to a capacity of 1.2 times or less.
When the active material containing lithium is used as the positive electrode active material, the amount of lithium particles is 10 times or less, preferably 5 times or less, more preferably 1.5 times or less the initial irreversible capacity of the negative electrode as the counter electrode. Is equivalent to The initial irreversible capacity can be measured by preparing a battery that does not contain lithium particles.

本発明の電極は、例えば、上述した本発明の組成物を使用することにより製造することができる。   The electrode of this invention can be manufactured by using the composition of this invention mentioned above, for example.

本発明の電池は、上述した本発明の組成物から得られる層又は本発明の電極を有していればよく、他の構成部材については、本技術分野において公知のものが使用できる。
例えば、本発明の電極を使用したリチウムイオン電池の場合、集電体、正極層、固体電解質層及び負極層を備える電池が例示できる。正極層及び負極層の少なくとも一方が本発明の電極であればよい。
正極層としては、正極活物質を含む電極を使用する。負極層としては、負極活物質を含む電極を使用する。正極層及び負極層の一方には、リチウム粒子を含まない公知の電極を使用してもよい。
The battery of this invention should just have the layer obtained from the composition of this invention mentioned above, or the electrode of this invention, and can use a well-known thing in this technical field about another structural member.
For example, in the case of a lithium ion battery using the electrode of the present invention, a battery including a current collector, a positive electrode layer, a solid electrolyte layer, and a negative electrode layer can be exemplified. At least one of the positive electrode layer and the negative electrode layer may be the electrode of the present invention.
As the positive electrode layer, an electrode containing a positive electrode active material is used. As the negative electrode layer, an electrode containing a negative electrode active material is used. A known electrode that does not contain lithium particles may be used for one of the positive electrode layer and the negative electrode layer.

集電体としては、公知の集電体を用いることができる。例えば、Au、Pt、Al、Tiや、Cu等のように硫化物系固体電解質と反応するものをAu等で被覆した層が使用できる。
固体電解質層としては、上述した本発明の組成物で使用する固体電解質、例えば、ポリマー系固体電解質、酸化物系固体電解質又は硫化物系固体電解質が使用できる。
固体電解質層は、バインダーを含んでいてもよく、また、複数種の固体電解質を使用してもよい。
A known current collector can be used as the current collector. For example, a layer coated with Au or the like that reacts with a sulfide-based solid electrolyte such as Au, Pt, Al, Ti, or Cu can be used.
As the solid electrolyte layer, a solid electrolyte used in the above-described composition of the present invention, for example, a polymer-based solid electrolyte, an oxide-based solid electrolyte, or a sulfide-based solid electrolyte can be used.
The solid electrolyte layer may contain a binder, and a plurality of types of solid electrolytes may be used.

リチウム粒子を含む層、即ち、本発明の組成物を使用して形成した層を電極以外の部材として有するリチウムイオン電池の場合、リチウム粒子を含む層は電気化学系内に金属リチウムを導入するために形成される。具体的に、リチウム粒子を含む層は正極層の正極活物質がリチウムを含まない場合にリチウムを導入する目的や、プレドープを目的に使用される。
集電体、正極層、固体電解質層及び負極層については、上述したとおり、公知の材料を使用できる。
In the case of a lithium ion battery having a layer containing lithium particles, that is, a layer formed using the composition of the present invention as a member other than an electrode, the layer containing lithium particles introduces metallic lithium into the electrochemical system. Formed. Specifically, the layer containing lithium particles is used for the purpose of introducing lithium when the positive electrode active material of the positive electrode layer does not contain lithium, or for the purpose of pre-doping.
For the current collector, the positive electrode layer, the solid electrolyte layer, and the negative electrode layer, as described above, known materials can be used.

以下、リチウム粒子を含む層を有するリチウムイオン電池の層構成の例を示す。尚、例示した構成には、集電体等、必要に応じて公知の層を追加できる。
・リチウム粒子を含む層を1層形成したリチウムイオン電池の層構成例
1. 正極層/リチウム粒子を含む層/電解質層/負極層
2. 正極層/電解質層/リチウム粒子を含む層/負極層
3. リチウム粒子を含む層/正極層/電解質層/負極層
4. 正極層/電解質層/負極層/リチウム粒子を含む層
Hereinafter, an example of a layer configuration of a lithium ion battery having a layer containing lithium particles will be described. Note that a known layer such as a current collector can be added to the exemplified configuration as necessary.
Layer configuration example of lithium ion battery in which one layer containing lithium particles is formed 1. Positive electrode layer / layer containing lithium particles / electrolyte layer / negative electrode layer 2. positive electrode layer / electrolyte layer / layer containing lithium particles / negative electrode layer 3. Layer containing lithium particles / positive electrode layer / electrolyte layer / negative electrode layer Positive electrode layer / electrolyte layer / negative electrode layer / layer containing lithium particles

リチウム粒子を含む層は複数形成してもよい。以下に、リチウム粒子を含む層を2層形成した構成の例を示す。
・リチウム粒子を含む層を2層形成したリチウムイオン電池の層構成例
5. リチウム粒子を含む層/正極層/リチウム粒子を含む層/電解質層/負極層
6. リチウム粒子を含む層/正極層/電解質層/リチウム粒子を含む層/負極層
7. 正極層/リチウム粒子を含む層/電解質層/負極層/リチウム粒子を含む層
8. 正極層/電解質層/リチウム粒子を含む層/負極層/リチウム粒子を含む層
A plurality of layers containing lithium particles may be formed. An example of a configuration in which two layers containing lithium particles are formed is shown below.
Layer configuration example of lithium ion battery in which two layers containing lithium particles are formed 5. Layer containing lithium particles / positive electrode layer / layer containing lithium particles / electrolyte layer / negative electrode layer 6. Layer containing lithium particles / positive electrode layer / electrolyte layer / layer containing lithium particles / negative electrode layer 7. Positive electrode layer / layer containing lithium particles / electrolyte layer / negative electrode layer / layer containing lithium particles Positive electrode layer / electrolyte layer / layer containing lithium particles / negative electrode layer / layer containing lithium particles

尚、正極層又は負極層には、本発明の電極(リチウム粒子を含む電極)を使用してもよい。また、各層の製造方法は、公知であり、特に制限されない。例えば、電極は電極合材スラリーを塗布乾燥して製造できる。   In addition, you may use the electrode (electrode containing lithium particle) of this invention for a positive electrode layer or a negative electrode layer. Moreover, the manufacturing method of each layer is well-known, and it does not restrict | limit in particular. For example, the electrode can be manufactured by applying and drying an electrode mixture slurry.

[固体電解質の製造]
製造例1
(1)硫化リチウム(LiS)の製造
硫化リチウムは、特開平7−330312号公報の第1の態様(2工程法)の方法に従って製造した。具体的に、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3リットル/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)で昇温し、反応した硫化水素の一部を脱硫化水素化した。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。脱硫化水素反応が終了後(約80分)反応を終了し、硫化リチウムを得た。
[Production of solid electrolyte]
Production Example 1
(1) Production of lithium sulfide (Li 2 S) Lithium sulfide was produced according to the method of the first aspect (two-step method) of JP-A-7-330312. Specifically, N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) 3326.4 g (33.6 mol) and lithium hydroxide 287.4 g (12 mol) were charged into a 10-liter autoclave equipped with a stirring blade at 300 rpm, 130 The temperature was raised to ° C. After the temperature rise, hydrogen sulfide was blown into the liquid for 2 hours at a supply rate of 3 liters / minute.
Subsequently, the temperature of the reaction solution was raised under a nitrogen stream (200 cc / min), and a part of the reacted hydrogen sulfide was dehydrosulfurized. 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 increased, but when the temperature reached 180 ° C., the temperature increase was stopped and the temperature was kept constant. After the dehydrosulfurization reaction was completed (about 80 minutes), the reaction was completed to obtain lithium sulfide.

(2)硫化リチウムの精製
上記(1)で得られた500mLのスラリー反応溶液(NMP−硫化リチウムスラリー)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)で硫化リチウムを常圧下で3時間乾燥し、精製硫化リチウムを得た。
得られた精製硫化リチウムの不純物含有量をイオンクロマトグラフ法により測定したところ、亜硫酸リチウム(LiSO)、硫酸リチウム(LiSO)及びチオ硫酸リチウム(Li)の各硫黄酸化物の総含有量が0.13質量%であり、N−メチルアミノ酪酸リチウム(LMAB)の含有量は0.07質量%であった。
(2) Purification of lithium sulfide After decanting NMP in the 500 mL slurry reaction solution (NMP-lithium sulfide slurry) obtained in (1) 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, lithium sulfide was dried under normal pressure at 230 ° C. (temperature higher than the boiling point of NMP) for 3 hours to obtain purified lithium sulfide.
When the impurity content of the obtained purified lithium sulfide was measured by an ion chromatography method, lithium sulfite (Li 2 SO 3 ), lithium sulfate (Li 2 SO 4 ), and lithium thiosulfate (Li 2 S 2 O 3 ) The total content of each sulfur oxide was 0.13% by mass, and the content of lithium N-methylaminobutyrate (LMAB) was 0.07% by mass.

(3)LiS:P[モル比]=70:30である固体電解質の製造
上記で製造したLiSとP(アルドリッチ製)をモル比で70:30となるように混合し、得られた混合物約1gを直径10mmのアルミナ製ボール10個と共に45mLのアルミナ製容器に入れ密閉した。
密閉したアルミナ容器を、遊星型ボールミル(フリッチュ社製:型番P−7)にて、窒素中、室温(25℃)にて、回転速度を370rpmとし、20時間メカニカルミリング処理することで、白黄色の粉末であるリチウム・リン系硫化物ガラス固体電解質を得た。さらに、解砕処理を行い、粗粒子をふるいで除去した。このときの回収率は83%であった。
得られた固体電解質ガラス粒子のガラス転移温度をDSC(示差走査熱量測定)により測定したところ、220℃であった。また、固体電解質ガラス粒子のX線回折測定(CuKα:λ=1.5418Å)を行った結果、原料LiSのピークは観測されず、固体電解質ガラスに起因するハローパターンであった。
(3) Production of solid electrolyte with Li 2 S: P 2 S 5 [molar ratio] = 70: 30 The molar ratio of Li 2 S produced above and P 2 S 5 (manufactured by Aldrich) is 70:30. About 1 g of the obtained mixture was put in a 45 mL alumina container together with 10 alumina balls having a diameter of 10 mm and sealed.
The sealed alumina container is subjected to mechanical milling treatment for 20 hours with a planetary ball mill (manufactured by Fritsch: Model No. P-7) in nitrogen at room temperature (25 ° C.) at a rotation speed of 370 rpm. As a result, a lithium / phosphorous sulfide glass solid electrolyte was obtained. Furthermore, the crushing process was performed and the coarse particle was removed by sieving. The recovery rate at this time was 83%.
It was 220 degreeC when the glass transition temperature of the obtained solid electrolyte glass particle was measured by DSC (differential scanning calorimetry). Further, as a result of X-ray diffraction measurement (CuKα: λ = 1.54184) of the solid electrolyte glass particles, the peak of the raw material Li 2 S was not observed, and it was a halo pattern resulting from the solid electrolyte glass.

得られた固体電解質ガラス粒子をグローブボックス内Ar雰囲気下でSUS製チューブに密閉し、300℃、2時間の加熱処理を施し、LiS:P[モル比]=70:30である電解質ガラスセラミックス(硫化物系固体電解質:平均粒径14.52μm)を得た。このガラスセラミックス粒子のX線回折測定では、2θ=17.8、18.2、19.8、21.8、23.8、25.9、29.5、30.0degにピークが観測された。
このガラスセラミックス粒子のイオン伝導度は、1.3×10−3S/cmであった。イオン伝導度は交流インピーダンス法により測定した結果から、算出した。
The obtained solid electrolyte glass particles were sealed in a SUS tube under an Ar atmosphere in a glove box, subjected to heat treatment at 300 ° C. for 2 hours, and Li 2 S: P 2 S 5 [molar ratio] = 70: 30. An electrolyte glass ceramic (sulfide-based solid electrolyte: average particle size of 14.52 μm) was obtained. In the X-ray diffraction measurement of the glass ceramic particles, peaks were observed at 2θ = 17.8, 18.2, 19.8, 21.8, 23.8, 25.9, 29.5, 30.0 deg. .
The ionic conductivity of the glass ceramic particles was 1.3 × 10 −3 S / cm. The ionic conductivity was calculated from the result measured by the AC impedance method.

製造例2
製造例1(2)で製造したLiSとP(アルドリッチ製)をモル比で75:25となるように混合し、300℃で2時間の加熱処理を実施しなかった他は製造例1と同様にして、固体電解質ガラス粒子を製造した。(平均粒径15μm)。
尚、固体電解質ガラス粒子の回収率は82%であり、X線回折測定(CuKα:λ=1.5418Å)では、原料LiSのピークは観測されず、固体電解質ガラスに起因するハローパターンであった。また、得られたガラス粒子のイオン伝導度は、0.3×10−3S/cmであった。
Production Example 2
Except that Li 2 S and P 2 S 5 (manufactured by Aldrich) manufactured in Production Example 1 (2) were mixed at a molar ratio of 75:25, and heat treatment was not performed at 300 ° C. for 2 hours. In the same manner as in Production Example 1, solid electrolyte glass particles were produced. (Average particle size 15 μm).
Note that the recovery rate of the solid electrolyte glass particles is 82%, and the peak of the raw material Li 2 S is not observed in the X-ray diffraction measurement (CuKα: λ = 1.5418 、), and the halo pattern is attributed to the solid electrolyte glass. there were. Moreover, the ionic conductivity of the obtained glass particle was 0.3 * 10 < -3 > S / cm.

製造例3
製造例1(2)で製造したLiSとP(アルドリッチ製)をモル比で80:20となるように混合し、300℃で2時間の加熱処理を実施しなかった他は製造例1と同様にして、固体電解質ガラス粒子を製造した(平均粒径35μm)。
尚、固体電解質ガラス粒子の回収率は87%であり、X線回折測定(CuKα:λ=1.5418Å)では、原料LiSのピークは観測されず、固体電解質ガラスに起因するハローパターンであった。また、得られたガラス粒子のイオン伝導度は、1.7×10−4S/cmであった。
Production Example 3
Except that Li 2 S and P 2 S 5 (manufactured by Aldrich) manufactured in Production Example 1 (2) were mixed at a molar ratio of 80:20, and heat treatment was not performed at 300 ° C. for 2 hours. In the same manner as in Production Example 1, solid electrolyte glass particles were produced (average particle size of 35 μm).
Note that the recovery rate of the solid electrolyte glass particles was 87%, and in the X-ray diffraction measurement (CuKα: λ = 1.5418 回 折), the peak of the raw material Li 2 S was not observed, and the halo pattern originated from the solid electrolyte glass there were. Moreover, the ionic conductivity of the obtained glass particles was 1.7 × 10 −4 S / cm.

実施例1
(1)硫黄と多孔質炭素の複合体の製造
硫黄(アルドリッチ製、純度99.998%)0.700gと多孔質炭素(ケッチェンブラック(KB)EC600JD、ライオン社製)0.300gを乳鉢で混合した後、混合物を密閉性のステンレス容器に入れ、電気炉にて加熱処理した。加熱条件は室温から10℃/分にて150℃まで昇温し、150℃で6時間保持した後、300℃まで10℃/分で昇温し、2.75時間保持、その後自然冷却し、複合体を得た。
Example 1
(1) Manufacture of a composite of sulfur and porous carbon 0.700 g of sulfur (manufactured by Aldrich, purity 99.998%) and 0.300 g of porous carbon (Ketjen Black (KB) EC600JD, manufactured by Lion Corporation) in a mortar After mixing, the mixture was placed in an airtight stainless steel container and heat-treated in an electric furnace. The heating conditions were from room temperature to 150 ° C. at 10 ° C./minute, held at 150 ° C. for 6 hours, then heated to 300 ° C. at 10 ° C./minute, held for 2.75 hours, then naturally cooled, A complex was obtained.

(2)リチウム粒子を含む正極材料(組成物)の作製
上記(1)で製造した複合体0.5gと、製造例1で製造した硫化物系固体電解質粉末0.5gをミルポットに入れ、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とし、10時間メカニカルミリング処理した。
処理後、ミルポットから混合物0.5gを取り出し、リチウム粒子0.152gと乳鉢で混合することで正極材料を得た。
(2) Production of positive electrode material (composition) containing lithium particles 0.5 g of the composite produced in (1) above and 0.5 g of the sulfide-based solid electrolyte powder produced in Production Example 1 are placed in a mill pot, A mechanical ball milling process was performed for 10 hours at room temperature (25 ° C.) with argon in a mold ball mill (Fritchch: Model No. P-7) at room temperature (25 ° C.).
After the treatment, 0.5 g of the mixture was taken out from the mill pot, and mixed with 0.152 g of lithium particles in a mortar to obtain a positive electrode material.

(3)負極材料の作製
Si粉末(高純度化学研究所製,99.9%,D50径:4.5μm)0.700gと製造例1で製造した硫化物系固体電解質粉末0.300gを混合し、負極材料を得た。
(3) Production of negative electrode material 0.700 g of Si powder (manufactured by High Purity Chemical Laboratory, 99.9%, D 50 diameter: 4.5 μm) and 0.300 g of the sulfide-based solid electrolyte powder produced in Production Example 1 A negative electrode material was obtained by mixing.

(4)リチウムイオン電池の製造
製造例1で製造した硫化物系固体電解質60mg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、固体電解質層を形成した。
その後、上記(2)で作製した正極材料を円筒に9.0mg投入し再び加圧成型し、固体電解質層と正極の積層体を形成した。
固体電解質層の、正極が形成されていない面側に、上記(3)で作製した負極材料を円筒に4.3mg投入して再び加圧成型し、正極、固体電解質層及び負極の三層構造を有するリチウムイオン電池を作製した。
(4) Production of Lithium Ion Battery 60 mg of the sulfide-based solid electrolyte produced in Production Example 1 was put into a plastic cylinder having a diameter of 10 mm, and pressure-molded to form a solid electrolyte layer.
Thereafter, 9.0 mg of the positive electrode material produced in the above (2) was put into a cylinder and again pressure-molded to form a laminate of a solid electrolyte layer and a positive electrode.
On the surface side of the solid electrolyte layer where the positive electrode is not formed, 4.3 mg of the negative electrode material prepared in (3) above is charged into a cylinder and is again pressure-molded to form a three-layer structure of the positive electrode, the solid electrolyte layer, and the negative electrode A lithium ion battery having

実施例2
(1)正極材料の作製
実施例1(2)において、メカニカルミリング処理後にリチウム粒子と混合しなかった他は、同様にして正極材料を得た。
Example 2
(1) Production of positive electrode material A positive electrode material was obtained in the same manner as in Example 1 (2) except that it was not mixed with lithium particles after mechanical milling.

(2)リチウム粒子を含む負極材料(組成物)の作製
Si粉末(高純度化学研究所製,99.9%,D50径:4.5μm)0.700gと製造例1で製造した硫化物系固体電解質粉末0.300gとリチウム粒子0.304gを乳鉢で混合することで負極材料を得た。
(2) Production of negative electrode material (composition) containing lithium particles Si powder (manufactured by High Purity Chemical Laboratory, 99.9%, D 50 diameter: 4.5 μm) 0.700 g and sulfide produced in Production Example 1 A negative electrode material was obtained by mixing 0.300 g of the solid electrolyte powder and 0.304 g of lithium particles in a mortar.

(3)リチウムイオン電池の製造
上記(1)で作製した正極材料6.9mg、及び上記(2)で作製した負極材料を6.4mg使用した他は、実施例1(4)と同様にしてリチウムイオン電池を作製した。
(3) Manufacture of lithium ion battery Except having used 6.9 mg of positive electrode materials produced by said (1), and 6.4 mg of negative electrode materials produced by said (2), it carried out similarly to Example 1 (4). A lithium ion battery was produced.

実施例3
(1)正極材料の作製
製造例1(2)で得られた硫化リチウム1.0gとデンカブラック(DB、電気化学工業製)0.300gと製造例1で製造した硫化物系固体電解質1.0gをミルポットに入れ、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とし、10時間メカニカルミリング処理して正極材料を作製した。
Example 3
(1) Preparation of positive electrode material 1.0 g of lithium sulfide obtained in Production Example 1 (2), 0.300 g of Denka Black (DB, manufactured by Denki Kagaku Kogyo), and sulfide-based solid electrolyte produced in Production Example 1 0 g was put in a mill pot, and a positive electrode material was produced by a mechanical milling treatment for 10 hours at a rotation speed of 370 rpm at room temperature (25 ° C.) in argon using a planetary ball mill (manufactured by Fritsch: Model No. P-7).

(2)リチウム粒子を含む負極材料(組成物)の作製
Si粉末(高純度化学研究所製,99.9%,D50径:4.5μm)0.700gと製造例1(Li7P3S11)で製造した硫化物系固体電解質粉末0.300gとリチウム粒子0.122gを混合し、負極材料を得た。
(2) Production of negative electrode material (composition) containing lithium particles Manufactured with 0.700 g of Si powder (manufactured by High Purity Chemical Laboratory, 99.9%, D 50 diameter: 4.5 μm) and Production Example 1 (Li7P3S11) The sulfide solid electrolyte powder 0.300 g and lithium particles 0.122 g were mixed to obtain a negative electrode material.

(3)リチウムイオン電池の製造
上記(1)で作製した正極材料7.9mg、及び上記(2)で作製した負極材料を4.8mg使用した他は、実施例1(4)と同様にしてリチウムイオン電池を作製した。
(3) Manufacture of lithium ion battery Except having used 7.9 mg of positive electrode materials produced by said (1), and 4.8 mg of negative electrode materials produced by said (2), it carried out similarly to Example 1 (4). A lithium ion battery was produced.

実施例4
(1)リチウム粒子を含む正極材料(組成物)の作製
製造例1(2)で得られた硫化リチウム1.0gとデンカブラック(DB、電気化学工業製)0.300gと製造例1で製造した硫化物系固体電解質1.0gをミルポットに入れ、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とし、10時間メカニカルミリング処理した。
その後、ミルポットから混合物1.15gを取り出し、リチウム粒子0.061gと乳鉢で混合することで正極材料を得た。
Example 4
(1) Production of positive electrode material (composition) containing lithium particles Manufactured in Production Example 1 with 1.0 g of lithium sulfide obtained in Production Example 1 (2) and 0.300 g of Denka Black (DB, manufactured by Denki Kagaku Kogyo) 1.0 g of the sulfide-based solid electrolyte was put into a mill pot and subjected to mechanical milling for 10 hours at a rotation speed of 370 rpm at room temperature (25 ° C.) in argon with a planetary ball mill (manufactured by Fritsch: Model No. P-7). .
Thereafter, 1.15 g of the mixture was taken out from the mill pot and mixed with 0.061 g of lithium particles in a mortar to obtain a positive electrode material.

(2)負極材料の作製
Si粉末(高純度化学研究所製,99.9%,D50径:4.5μm)0.700gと製造例1で製造した硫化物系固体電解質粉末0.300gとを混合し、負極材料を得た。
(2) Production of negative electrode material 0.700 g of Si powder (manufactured by High-Purity Chemical Laboratory, 99.9%, D 50 diameter: 4.5 μm) and 0.300 g of the sulfide-based solid electrolyte powder produced in Production Example 1 Were mixed to obtain a negative electrode material.

(3)リチウムイオン電池の製造
上記(1)で作製した正極材料8.4mg、及び上記(2)で作製した負極材料を4.3mg使用した他は、実施例1(4)と同様にしてリチウムイオン電池を作製した。
(3) Manufacture of lithium ion battery Except having used 8.4 mg of positive electrode materials produced by said (1), and 4.3 mg of negative electrode materials produced by said (2), it carried out similarly to Example 1 (4). A lithium ion battery was produced.

実施例5
(1)リチウム粒子を含む正極材料(組成物)の作製
LiNi0.80Co0.15Al0.05粒子70mgと製造例1で製造した硫化物系固体電解質粉末30mgと、リチウム粒子1.098mgとを乳鉢で混合し正極材料を作製した。
Example 5
(1) Production of positive electrode material (composition) containing lithium particles 70 mg of LiNi 0.80 Co 0.15 Al 0.05 O 2 particles, 30 mg of the sulfide solid electrolyte powder produced in Production Example 1, and lithium particles 1 0.098 mg was mixed with a mortar to prepare a positive electrode material.

(2)負極材料の作製
黒鉛60mgと製造例1で製造した硫化物系固体電解質粉末40mgを乳鉢で混合し負極材料を作製した。
(2) Production of negative electrode material 60 mg of graphite and 40 mg of the sulfide-based solid electrolyte powder produced in Production Example 1 were mixed in a mortar to produce a negative electrode material.

(3)リチウムイオン電池の製造
上記(1)で作製した正極材料14.432mg、及び上記(2)で作製した負極材料を12.1mg使用した他は、実施例1(4)と同様にしてリチウムイオン電池を作製した。
(3) Manufacture of lithium ion battery Except having used 14.432 mg of positive electrode materials produced by said (1), and 12.1 mg of negative electrode materials produced by said (2), it carried out similarly to Example 1 (4). A lithium ion battery was produced.

実施例6
(1)正極材料の作製
LiNi0.80Co0.15Al0.05粒子70mgと製造例1で製造した硫化物系固体電解質粉末30mgとを乳鉢で混合し正極材料を作製した。
Example 6
(1) Production of positive electrode material 70 mg of LiNi 0.80 Co 0.15 Al 0.05 O 2 particles and 30 mg of the sulfide-based solid electrolyte powder produced in Production Example 1 were mixed in a mortar to produce a positive electrode material.

(2)リチウム粒子を含む負極材料の作製
黒鉛60mgと製造例1で製造した硫化物系固体電解質粉末40mgとリチウム粒子1.098mgとを乳鉢で混合し負極材料を作製した。
(2) Production of negative electrode material containing lithium particles 60 mg of graphite, 40 mg of the sulfide solid electrolyte powder produced in Production Example 1 and 1.098 mg of lithium particles were mixed in a mortar to produce a negative electrode material.

(3)リチウムイオン電池の製造
上記(1)で作製した正極材料14.3mg、及び上記(2)で作製した負極材料を12.232mg使用した他は、実施例1(4)と同様にしてリチウムイオン電池を作製した。
(3) Manufacture of lithium ion battery Except having used 14.3 mg of positive electrode materials produced by said (1), and 12.232 mg of negative electrode materials produced by said (2), it carried out similarly to Example 1 (4). A lithium ion battery was produced.

実施例7
正極材料及び負極材料の作製において、製造例1で製造した硫化物系固体電解質(ガラスセラミックス)粉末に代えて製造例2で製造した硫化物系固体電解質粉末を用いた他は、実施例1と同様にリチウムイオン電池を作製した。
Example 7
Except for using the sulfide solid electrolyte powder produced in Production Example 2 instead of the sulfide solid electrolyte (glass ceramic) powder produced in Production Example 1, in the production of the positive electrode material and the negative electrode material, Similarly, a lithium ion battery was produced.

実施例8
正極材料及び負極材料の作製において、製造例1で製造した硫化物系固体電解質粉末に代えて製造例2で製造した硫化物系固体電解質粉末を用いた他は、実施例2と同様にリチウムイオン電池を作製した。
Example 8
In the production of the positive electrode material and the negative electrode material, lithium ions were obtained in the same manner as in Example 2 except that the sulfide solid electrolyte powder produced in Production Example 2 was used instead of the sulfide solid electrolyte powder produced in Production Example 1. A battery was produced.

実施例9
正極材料及び負極材料の作製において、製造例1で製造した硫化物系固体電解質粉末に代えて製造例2で製造した硫化物系固体電解質粉末を用いた他は、実施例3と同様にリチウムイオン電池を作製した。
Example 9
In the production of the positive electrode material and the negative electrode material, lithium ions were obtained in the same manner as in Example 3 except that the sulfide solid electrolyte powder produced in Production Example 2 was used instead of the sulfide solid electrolyte powder produced in Production Example 1. A battery was produced.

実施例10
正極材料及び負極材料の作製において、製造例1で製造した硫化物系固体電解質粉末に代えて製造例2で製造した硫化物系固体電解質粉末を用いた他は、実施例4と同様にリチウムイオン電池を作製した。
Example 10
In the production of the positive electrode material and the negative electrode material, lithium ions were obtained in the same manner as in Example 4 except that the sulfide solid electrolyte powder produced in Production Example 2 was used instead of the sulfide solid electrolyte powder produced in Production Example 1. A battery was produced.

実施例11
正極材料及び負極材料の作製において、製造例1で製造した硫化物系固体電解質粉末に代えて製造例2で製造した硫化物系固体電解質粉末を用いた他は、実施例5と同様にリチウムイオン電池を作製した。
Example 11
In the production of the positive electrode material and the negative electrode material, lithium ion was used in the same manner as in Example 5 except that the sulfide solid electrolyte powder produced in Production Example 2 was used instead of the sulfide solid electrolyte powder produced in Production Example 1. A battery was produced.

実施例12
正極材料及び負極材料の作製において、製造例1で製造した硫化物系固体電解質粉末に代えて製造例2で製造した硫化物系固体電解質粉末を用いた他は、実施例6と同様にリチウムイオン電池を作製した。
Example 12
In the production of the positive electrode material and the negative electrode material, lithium ions were obtained in the same manner as in Example 6 except that the sulfide solid electrolyte powder produced in Production Example 2 was used instead of the sulfide solid electrolyte powder produced in Production Example 1. A battery was produced.

実施例13
正極材料及び負極材料の作製において、製造例1で製造した硫化物系固体電解質(ガラスセラミックス)粉末に代えて製造例3で製造した硫化物系固体電解質粉末を用いた他は、実施例1と同様にリチウムイオン電池を作製した。
Example 13
In the production of the positive electrode material and the negative electrode material, Example 1 was used except that the sulfide-based solid electrolyte powder produced in Production Example 3 was used instead of the sulfide-based solid electrolyte (glass ceramics) powder produced in Production Example 1. Similarly, a lithium ion battery was produced.

実施例14
正極材料及び負極材料の作製において、製造例1で製造した硫化物系固体電解質粉末に代えて製造例3で製造した硫化物系固体電解質粉末を用いた他は、実施例2と同様にリチウムイオン電池を作製した。
Example 14
In the production of the positive electrode material and the negative electrode material, lithium ions were obtained in the same manner as in Example 2 except that the sulfide solid electrolyte powder produced in Production Example 3 was used instead of the sulfide solid electrolyte powder produced in Production Example 1. A battery was produced.

実施例15
正極材料及び負極材料の作製において、製造例1で製造した硫化物系固体電解質粉末に代えて製造例3で製造した硫化物系固体電解質粉末を用いた他は、実施例3と同様にリチウムイオン電池を作製した。
Example 15
In the production of the positive electrode material and the negative electrode material, lithium ions were obtained in the same manner as in Example 3 except that the sulfide solid electrolyte powder produced in Production Example 3 was used instead of the sulfide solid electrolyte powder produced in Production Example 1. A battery was produced.

実施例16
正極材料及び負極材料の作製において、製造例1で製造した硫化物系固体電解質粉末に代えて製造例3で製造した硫化物系固体電解質粉末を用いた他は、実施例4と同様にリチウムイオン電池を作製した。
Example 16
In the production of the positive electrode material and the negative electrode material, lithium ions were obtained in the same manner as in Example 4 except that the sulfide solid electrolyte powder produced in Production Example 3 was used instead of the sulfide solid electrolyte powder produced in Production Example 1. A battery was produced.

実施例17
正極材料及び負極材料の作製において、製造例1で製造した硫化物系固体電解質粉末に代えて製造例3で製造した硫化物系固体電解質粉末を用いた他は、実施例5と同様にリチウムイオン電池を作製した。
Example 17
In the production of the positive electrode material and the negative electrode material, lithium ions were obtained in the same manner as in Example 5 except that the sulfide solid electrolyte powder produced in Production Example 3 was used instead of the sulfide solid electrolyte powder produced in Production Example 1. A battery was produced.

実施例18
正極材料及び負極材料の作製において、製造例1で製造した硫化物系固体電解質粉末に代えて製造例3で製造した硫化物系固体電解質粉末を用いた他は、実施例6と同様にリチウムイオン電池を作製した。
Example 18
In the production of the positive electrode material and the negative electrode material, lithium ion was used in the same manner as in Example 6 except that the sulfide solid electrolyte powder produced in Production Example 3 was used instead of the sulfide solid electrolyte powder produced in Production Example 1. A battery was produced.

実施例1〜18で作製したリチウムイオン電池について、充放電の電流密度0.500mA/cm、充放電温度25℃で定電流充放電試験を行った。
尚、実施例1〜2、7〜8、13〜14については充放電電位範囲を0.6−2.65Vとし、実施例3〜4、9〜10、15〜16については充放電電位範囲を0.5−3.3Vとし、実施例5〜6、11〜12、17〜18については充放電電位範囲を2.5−4.2Vとした。
About the lithium ion battery produced in Examples 1-18, the constant current charging / discharging test was done with the current density of 0.500 mA / cm < 2 > of charging / discharging, and the charging / discharging temperature of 25 degreeC.
For Examples 1-2, 7-8, and 13-14, the charge / discharge potential range was 0.6-2.65 V, and for Examples 3-4, 9-10, 15-16, the charge / discharge potential range. The charge / discharge potential range was set to 2.5-4.2V for Examples 5-6, 11-12, and 17-18.

初期放電容量の結果を表1に示す。尚、放電容量は、いずれも正極活物質1g換算の容量で示した。
製造例1及び2の固体電解質を用いた場合、それぞれの活物質の理論容量近くまで放電が可能であった。また、製造例3の固体電解質でも作動が確認された。
The results of the initial discharge capacity are shown in Table 1. In addition, all discharge capacity was shown by the capacity | capacitance of 1 g of positive electrode active materials.
When the solid electrolytes of Production Examples 1 and 2 were used, it was possible to discharge to near the theoretical capacity of each active material. Further, the operation was confirmed also in the solid electrolyte of Production Example 3.

Figure 2013125697
Figure 2013125697

[電極複合材料の製造]
製造例4
以下の複合体(A−1)〜(A−4)を製造した。
(A−1)硫黄/炭素/固体電解質の複合体
硫黄粉末70重量部、ケッチェンブラック粉末(EC600JD、ライオン社製)30重量部をプレミキシングした後、実施例1(1)と同条件にて加熱処理を行い硫黄/炭素複合体を得た。
次に、この硫黄/炭素複合体50重量部、製造例1で作製した硫化物系固体電解質粉末50重量部を直径10mmのジルコニアボールと混ぜ合わせ、遊星型ボールミル(伊藤製作所社製LP−4)で、220rpm、10時間メカニカルミリング処理を行い、硫黄/炭素/固体電解質複合体を得た。
[Manufacture of electrode composite materials]
Production Example 4
The following composites (A-1) to (A-4) were produced.
(A-1) Sulfur / carbon / solid electrolyte composite After premixing 70 parts by weight of sulfur powder and 30 parts by weight of ketjen black powder (EC600JD, manufactured by Lion Corporation), the same conditions as in Example 1 (1) were obtained. Then, a heat treatment was performed to obtain a sulfur / carbon composite.
Next, 50 parts by weight of this sulfur / carbon composite and 50 parts by weight of the sulfide-based solid electrolyte powder produced in Production Example 1 were mixed with a zirconia ball having a diameter of 10 mm, and a planetary ball mill (LP-4 manufactured by ITO Corporation) was mixed. Then, mechanical milling treatment was performed at 220 rpm for 10 hours to obtain a sulfur / carbon / solid electrolyte composite.

(A−2)硫黄/炭素/固体電解質の複合体の製造
固体電解質粉末を製造例2で作製した固体電解質(75:25)に変更した他は、(A−1)と同様にして硫黄/炭素/固体電解質複合体を得た。
(A-2) Production of Sulfur / Carbon / Solid Electrolyte Complex Sulfur / carbon was produced in the same manner as (A-1) except that the solid electrolyte powder was changed to the solid electrolyte (75:25) produced in Production Example 2. A carbon / solid electrolyte composite was obtained.

(A−3)LiS/炭素/固体電解質の複合体
製造例1(2)で作製した硫化リチウム100重量部、デンカブラック(電気化学工業製)30重量部、製造例1で作製した硫化物系固体電解質100重量部を、直径10mmのジルコニアボールと混ぜ合わせ、遊星型ボールミル(伊藤製作所社製LP−4)で、220rpm、20時間メカニカルミリング処理を行い、硫化リチウム/炭素/固体電解質複合体を得た。
(A-3) Li 2 S / carbon / solid electrolyte composite 100 parts by weight of lithium sulfide prepared in Production Example 1 (2), 30 parts by weight of Denka Black (manufactured by Denki Kagaku Kogyo), sulfide produced in Production Example 1 100 parts by weight of a physical solid electrolyte is mixed with zirconia balls having a diameter of 10 mm, and subjected to mechanical milling treatment at 220 rpm for 20 hours with a planetary ball mill (LP-4 manufactured by Ito Seisakusho Co., Ltd.) to obtain a lithium sulfide / carbon / solid electrolyte composite. Got the body.

(A−4)LiS/炭素/固体電解質の複合体
固体電解質粉末を製造例2で作製した固体電解質(75:25)に変更した他は、(A−3)と同様にして硫化リチウム/炭素/固体電解質複合体を得た。
(A-4) Li 2 S / carbon / solid electrolyte composite Lithium sulfide in the same manner as (A-3) except that the solid electrolyte powder was changed to the solid electrolyte (75:25) prepared in Production Example 2. A carbon / solid electrolyte composite was obtained.

[電極複合材料を含有する正極合材スラリーの製造]
製造例5
以下の正極合材スラリー(B−1)〜(B−4)を製造した。
(B−1)硫黄系正極合材スラリー
製造例4で作製した複合体(A−1)100重量部、PVDF−HFP(20)樹脂溶液(イソブチロニトリル溶媒に「Kynar2500−20(アルケマ製)」を5wt%溶解)106重量部を、T.K.フィルミクス56−50型(プライミクス社製)を用いて、周速30m/sで30秒間分散処理を行い、正極合材スラリーを製造した。
[Production of positive electrode mixture slurry containing electrode composite material]
Production Example 5
The following positive electrode mixture slurries (B-1) to (B-4) were produced.
(B-1) Sulfur-based positive electrode mixture slurry 100 parts by weight of the composite (A-1) produced in Production Example 4, PVDF-HFP (20) resin solution (in isobutyronitrile solvent, “Kynar 2500-20 (manufactured by Arkema) ) "5 wt% dissolved) 106 parts by weight of T.P. K. Using a film mix type 56-50 (manufactured by Primix), a dispersion treatment was performed at a peripheral speed of 30 m / s for 30 seconds to produce a positive electrode mixture slurry.

(B−2)硫黄系正極合材スラリー
複合体(A−1)を複合体(A−2)に変更した他は、複合体(B−1)と同様してスラリーを製造した。
(B-2) Sulfur-based positive electrode mixture slurry A slurry was produced in the same manner as the composite (B-1) except that the composite (A-1) was changed to the composite (A-2).

(B−3)LiS系正極合材スラリー
複合体(A−1)を複合体(A−3)に変更した他は、複合体(B−1)と同様してスラリーを製造した。
(B-3) Li 2 S-based positive electrode mixture slurry A slurry was produced in the same manner as the composite (B-1) except that the composite (A-1) was changed to the composite (A-3).

(B−4)LiS系正極合材スラリー
複合体(A−1)を複合体(A−4)に変更した他は、複合体(B−1)と同様してスラリーを製造した。
(B-4) Li 2 S-based positive electrode composite slurry A slurry was produced in the same manner as the composite (B-1) except that the composite (A-1) was changed to the composite (A-4).

実施例19
リチウム粒子含有硫黄系正極合材スラリー(B−5)の製造
複合体(A−1)100重量部、リチウム粉末30.4重量部、PVDF−HFP(20)樹脂溶液(イソブチロニトリル溶媒に「Kynar2500−20」を5wt%溶解)106重量部を、T.K.フィルミクス56−50型(プライミクス社製)を用いて、周速30m/sで60秒間分散処理を行い、正極合材スラリーを製造した。
Example 19
Production of lithium particle-containing sulfur-based positive electrode mixture slurry (B-5) 100 parts by weight of composite (A-1), 30.4 parts by weight of lithium powder, PVDF-HFP (20) resin solution (in isobutyronitrile solvent) “Kynar 2500-20” was dissolved in 5 wt%). K. Dispersion treatment was performed for 60 seconds at a peripheral speed of 30 m / s using a film mix type 56-50 (manufactured by Primix) to produce a positive electrode mixture slurry.

実施例20
リチウム粒子含有LiS系正極合材スラリー(B−6)の製造
複合体(A−1)を複合体(A−3)に変更した他は、複合体(B−5)と同様してスラリーを製造した。
Example 20
Production of lithium particle-containing Li 2 S-based positive electrode mixture slurry (B-6) Except for changing composite (A-1) to composite (A-3), the same as composite (B-5) A slurry was produced.

[負極合材スラリーの製造]
製造例6
以下のシリコン系負極合材スラリー(C−1)を製造した。
Si粉末70重量部、製造例1で作製した硫化物系固体電解質粉末30重量部、PVDF−HFP(15)樹脂溶液(イソブチロニトリル溶媒に「Kynar2751−00(アルケマ製)」を3wt%溶解)100重量部を混合し、遊星型ボールミルを用いて、220rpm、2時間分散処理して負極合材スラリーを製造した。
[Production of negative electrode mixture slurry]
Production Example 6
The following silicon-based negative electrode mixture slurry (C-1) was produced.
70 parts by weight of Si powder, 30 parts by weight of the sulfide-based solid electrolyte powder prepared in Production Example 1, and 3 wt% of PVDF-HFP (15) resin solution (“Kynar 2751-00 (manufactured by Arkema)” in isobutyronitrile solvent) ) 100 parts by weight was mixed, and the mixture was dispersed at 220 rpm for 2 hours using a planetary ball mill to produce a negative electrode mixture slurry.

実施例21
リチウム粒子含有シリコン系負極合材スラリー(C−2)の製造
負極合材スラリー(C−1)100重量部、リチウム粉末12.9重量部、イソブチロニトリル溶媒10重量部を混合し、T.K.フィルミクス56−50型(プライミクス社製)を用いて、周速20m/sで10秒間分散処理して負極合材スラリーを製造した。
Example 21
Production of lithium particle-containing silicon-based negative electrode mixture slurry (C-2) 100 parts by weight of negative electrode mixture slurry (C-1), 12.9 parts by weight of lithium powder, and 10 parts by weight of isobutyronitrile solvent were mixed. . K. Using a film mix type 56-50 (manufactured by PRIMIX Co., Ltd.), a dispersion treatment was performed at a peripheral speed of 20 m / s for 10 seconds to produce a negative electrode mixture slurry.

実施例22
リチウム粒子含有シリコン系負極合材スラリー(C−3)の製造
負極合材スラリー(C−1)100重量部、リチウム粉末5.2重量部、イソブチロニトリル溶媒5重量部を混合し、T.K.フィルミクス56−50型(プライミクス社製)を用いて、周速20m/sで10秒間分散処理して負極合材スラリーを製造した。
Example 22
Production of lithium particle-containing silicon-based negative electrode mixture slurry (C-3) 100 parts by weight of negative electrode mixture slurry (C-1), 5.2 parts by weight of lithium powder, and 5 parts by weight of isobutyronitrile solvent were mixed. . K. Using a film mix type 56-50 (manufactured by PRIMIX Co., Ltd.), a dispersion treatment was performed at a peripheral speed of 20 m / s for 10 seconds to produce a negative electrode mixture slurry.

[固体電解質スラリーの製造]
製造例7
固体電解質スラリー(D−1)を製造した。具体的に、遊星ボールミル容器に製造例1で作製した硫化物系固体電解質を40質量部、トルエンを60質量部投入し、直径10mmのジルコニアボールを入れて、200rpmで2時間分散処理を行い、固体電解質スラリーとした。
[Production of solid electrolyte slurry]
Production Example 7
A solid electrolyte slurry (D-1) was produced. Specifically, 40 parts by mass of the sulfide-based solid electrolyte prepared in Production Example 1 and 60 parts by mass of toluene are put into a planetary ball mill container, and a zirconia ball having a diameter of 10 mm is placed therein, and dispersion treatment is performed at 200 rpm for 2 hours. A solid electrolyte slurry was obtained.

[アルミ集電体の作製の製造]
製造例8
アンダーコート層付きアルミ集電体(E−1)を作製した。具体的に、ドクターブレード(塗布幅:150mm、塗布厚:50μm)を用いて、アルミ箔(幅:200mm、厚み:30μm)に導電性塗料(日本黒鉛社製、商品名:バニーハイトUCC−2)を塗布し、150℃、2時間、減圧乾燥して、厚み5μmのアンダーコート層を形成した。
[Manufacture and manufacture of aluminum current collector]
Production Example 8
An aluminum current collector (E-1) with an undercoat layer was produced. Specifically, using a doctor blade (application width: 150 mm, application thickness: 50 μm), an aluminum foil (width: 200 mm, thickness: 30 μm) and conductive paint (trade name: Bunny Height UCC-2, manufactured by Nippon Graphite Co., Ltd.) And dried under reduced pressure at 150 ° C. for 2 hours to form an undercoat layer having a thickness of 5 μm.

[電極シートの作製]
(正極合材シートの作製)
製造例9
ドクターブレード(塗布幅:50mm、塗布厚:250μm)を用いて、アンダーコート層付きアルミ集電体(E−1)に、正極合材スラリー(B−1)を塗布後、100℃で6時間減圧乾燥し、正極合材シートを得た。正極合材の目付け量は、9.7mg/cmであった。ここで、目付け量とは単位面積当たりの正極合材を構成する材料全ての量を表す。
[Production of electrode sheet]
(Preparation of positive electrode mixture sheet)
Production Example 9
Using a doctor blade (application width: 50 mm, application thickness: 250 μm), the positive electrode mixture slurry (B-1) was applied to the aluminum collector (E-1) with an undercoat layer, and then at 100 ° C. for 6 hours. It dried under reduced pressure and the positive mix sheet was obtained. The basis weight of the positive electrode mixture was 9.7 mg / cm 2 . Here, the weight per unit area represents the amount of all materials constituting the positive electrode mixture per unit area.

製造例10、11
正極合材スラリーをそれぞれ(B−2)又は(B−3)に変更した以外は、製造例9と同様の方法を用いて正極合材シートを作製した。それぞれの正極合材の目付け量は、9.7g/cm、11.1g/cmであった。
Production Examples 10 and 11
A positive electrode mixture sheet was produced in the same manner as in Production Example 9 except that the positive electrode mixture slurry was changed to (B-2) or (B-3), respectively. The basis weight of each positive electrode mixture was 9.7 g / cm 2 and 11.1 g / cm 2 .

実施例23
正極合材スラリーを(B−5)に変更した以外は、製造例9と同様の方法を用いて正極合材シートを作製した。正極合材の目付け量は、12.6mg/cmであった。
Example 23
A positive electrode mixture sheet was produced in the same manner as in Production Example 9 except that the positive electrode mixture slurry was changed to (B-5). The basis weight of the positive electrode mixture was 12.6 mg / cm 2 .

(負極合材シートの作製)
製造例12
ドクターブレード(塗布幅:50mm、塗布厚:250μm)を用いて、アンダーコート層付きアルミ集電体(E−1)に、負極合材スラリー(C−1)を塗布後、100℃で6時間減圧乾燥し、負極合材シートを得た。負極合材の目付け量は、6.0g/cmであった。
(Preparation of negative electrode composite sheet)
Production Example 12
Using a doctor blade (application width: 50 mm, application thickness: 250 μm), the negative electrode mixture slurry (C-1) was applied to the aluminum current collector (E-1) with an undercoat layer, and then at 100 ° C. for 6 hours. It dried under reduced pressure and the negative electrode compound material sheet was obtained. The basis weight of the negative electrode mixture was 6.0 g / cm 2 .

実施例24、25
負極合材スラリーをそれぞれ(C−2)又は(C−3)に変更した以外は、製造例12と同様の方法を用いて負極合材シートを作製した。それぞれの負極合材の目付け量は、9.0g/cm、6.7g/cmであった。
Examples 24 and 25
A negative electrode mixture sheet was produced in the same manner as in Production Example 12 except that the negative electrode mixture slurry was changed to (C-2) or (C-3), respectively. The basis weight of each negative electrode mixture was 9.0 g / cm 2 and 6.7 g / cm 2 .

[リチウムイオン二次電池の製造]
実施例26
実施例24で作製した負極合材シートの上に、20×20mmの開口部を設けたPETシート(厚み:200μm)を載せ、硫化物系固体電解質スラリー(D−1)を流し込んで、スキージヘラでならし、風乾した。その後、PETシートを除去し、100℃で2時間減圧乾燥後、負極層及び固体電解質層からなる二層シートを作製した。
この二層シート、及び製造例9で作製した正極合材シートを、それぞれ20×20mmの大きさに切り出し後、電解質層を挟み込むようにして貼り合せ、油圧プレス機を用いて、500MPaの圧力で一体成形した。その後、各集電体に電極タブを取り付け、アルミラミネートフィルムで封止し、電池セルを形成した。得られた電池では、内部短絡が無かった。
[Manufacture of lithium ion secondary batteries]
Example 26
A PET sheet (thickness: 200 μm) provided with an opening of 20 × 20 mm was placed on the negative electrode composite sheet prepared in Example 24, and the sulfide-based solid electrolyte slurry (D-1) was poured into the squeegee spatula. Conditioned and air dried. Thereafter, the PET sheet was removed, and after drying under reduced pressure at 100 ° C. for 2 hours, a two-layer sheet comprising a negative electrode layer and a solid electrolyte layer was produced.
The two-layer sheet and the positive electrode mixture sheet produced in Production Example 9 were each cut out to a size of 20 × 20 mm, and then bonded together so as to sandwich the electrolyte layer. Using a hydraulic press, the pressure was 500 MPa. Integrally molded. Thereafter, an electrode tab was attached to each current collector and sealed with an aluminum laminate film to form a battery cell. In the obtained battery, there was no internal short circuit.

実施例27
正極合材シートを実施例23の電極シートに、負極合材シートを製造例12に記載の電極シートに変更した以外は、実施例26と同様の方法で電池セルを作製した。
Example 27
A battery cell was produced in the same manner as in Example 26 except that the positive electrode mixture sheet was changed to the electrode sheet of Example 23 and the negative electrode mixture sheet was changed to the electrode sheet described in Production Example 12.

実施例28
正極合材シートを製造例10に記載の電極シートに、負極合材シートを実施例24に記載の電極シートに変更した以外は、実施例26と同様の方法で電池セルを作製した。
Example 28
A battery cell was produced in the same manner as in Example 26 except that the positive electrode mixture sheet was changed to the electrode sheet described in Production Example 10 and the negative electrode mixture sheet was changed to the electrode sheet described in Example 24.

実施例29
正極合材シートを製造例11に記載の電極シートに、負極合材シートを実施例25に記載の電極シートに変更した以外は、実施例26と同様の方法で電池セルを作製した。
Example 29
A battery cell was produced in the same manner as in Example 26 except that the positive electrode mixture sheet was changed to the electrode sheet described in Production Example 11 and the negative electrode mixture sheet was changed to the electrode sheet described in Example 25.

比較例1
集電体の裏側から電極にリチウムをドープさせるために多孔質集電体として銅パンチングシート(開口孔:500μm、開口率:30%、厚み:30μm)を用いた。ドクターブレード(塗布幅:50mm、塗布厚:250μm)を用いて、前述のパンチングシート上に、負極合材スラリー(C−1)を塗布後、100℃で6時間減圧乾燥し、負極合材シートを得た。負極合材の目付け量は、6.8g/cmであった。
さらに、20×20mmの開口部を設けたPETシート(厚み:200μm)を負極合材層側に載せ、硫化物系固体電解質スラリー(D−1)を流し込んで、スキージヘラでならし、風乾後した。その後、PETシートを除去し、100℃で2時間減圧乾燥後、負極層及び固体電解質層からなる二層シートを作製した。
上述の二層シート、製造例9で作製した正極合材シートを、それぞれ20×20mmの大きさに切り出し後、電解質層を挟み込むようにして貼り合せた後、油圧プレス機を用いて、500MPaの圧力で一体成形した。
次に、リチウム箔を負極合材層とは反対側のパンチングシートに貼り、プレス機により10MPaで貼り合せた。しかしながら、リチウム箔が剥離したため、電池セルを形成できなかった。
Comparative Example 1
A copper punching sheet (opening hole: 500 μm, opening ratio: 30%, thickness: 30 μm) was used as a porous current collector to dope lithium into the electrode from the back side of the current collector. Using a doctor blade (application width: 50 mm, application thickness: 250 μm), the negative electrode mixture slurry (C-1) was applied on the punching sheet described above, and then dried under reduced pressure at 100 ° C. for 6 hours to obtain a negative electrode mixture sheet. Got. The basis weight of the negative electrode mixture was 6.8 g / cm 2 .
Furthermore, a PET sheet (thickness: 200 μm) provided with an opening of 20 × 20 mm was placed on the negative electrode mixture layer side, and a sulfide-based solid electrolyte slurry (D-1) was poured in, smoothed with a squeegee spatula, and air-dried. . Thereafter, the PET sheet was removed, and after drying under reduced pressure at 100 ° C. for 2 hours, a two-layer sheet comprising a negative electrode layer and a solid electrolyte layer was produced.
The above-mentioned two-layer sheet and the positive electrode mixture sheet produced in Production Example 9 were cut out to a size of 20 × 20 mm, and bonded together so as to sandwich the electrolyte layer. Then, using a hydraulic press, 500 MPa Integrally molded with pressure.
Next, the lithium foil was pasted on the punching sheet on the side opposite to the negative electrode composite material layer, and pasted at 10 MPa with a press. However, since the lithium foil was peeled off, a battery cell could not be formed.

比較例2
リチウム貼り合せ時のプレス圧力を300MPaに変更した以外は、比較例1と同様の方法により電池セルの形成を試みた。しかしながら、短絡が生じたため、電池セルを形成できなかった。
Comparative Example 2
A battery cell was tried to be formed by the same method as in Comparative Example 1 except that the press pressure during lithium bonding was changed to 300 MPa. However, since a short circuit occurred, a battery cell could not be formed.

本発明の組成物は、各種電池、特に、リチウムイオン電池の材料に好適である。具体的には、正極、負極、及びその周辺にリチウムを導入する材料として使用できる。   The composition of the present invention is suitable for materials for various batteries, particularly lithium ion batteries. Specifically, it can be used as a material for introducing lithium into the positive electrode, the negative electrode, and the periphery thereof.

Claims (5)

活物質及び電極複合材料の少なくとも一方と、
リチウム粒子と、
を含む組成物。
At least one of an active material and an electrode composite material;
Lithium particles,
A composition comprising
活物質及び電極複合材料の少なくとも一方と、
リチウム粒子と、
を含む電極。
At least one of an active material and an electrode composite material;
Lithium particles,
Including electrodes.
請求項1に記載の組成物を原料とする電極。   An electrode using the composition according to claim 1 as a raw material. 請求項2又は3に記載の電極を含む電池。   A battery comprising the electrode according to claim 2. リチウム粒子を含む層と、正極層と負極層と電解質層を備える電池。   A battery comprising a layer containing lithium particles, a positive electrode layer, a negative electrode layer, and an electrolyte layer.
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