JP2013149433A - Electrode member, all-solid-state battery and manufacturing method of electrode member - Google Patents

Electrode member, all-solid-state battery and manufacturing method of electrode member Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an electrode member which can be used in an all-solid-state battery, for example, and in which the interface resistance of an electrode active material and a solid electrolyte material is reduced.SOLUTION: The electrode member has an electrode active material containing at least an Melement (Mis a tetravalent element belonging to a group 3-15), and a solid electrolyte material containing at least Li and an Melement (Mis a tetravalent element belonging to a group 3-15 and different from the Melement). In a region where the electrode active material and the solid electrolyte material come into contact, an A element (A is a tetravalent element belonging to a group 3-15 and different from the Melement and the Melement) is solid-dissolving in a site of the Melement of the electrode active material, and a site of the Melement of the solid electrolyte material.

Description

本発明は例えば全固体電池に用いられる界面抵抗を低減した電極部材に関する。   The present invention relates to an electrode member with reduced interface resistance used for, for example, an all solid state battery.

近年におけるパソコン、ビデオカメラおよび携帯電話等の情報関連機器や通信機器等の急速な普及に伴い、その電源として利用される電池の開発が重要視されている。また、自動車産業界等においても、電気自動車用あるいはハイブリッド自動車用の高出力かつ高容量の電池の開発が進められている。現在、種々の電池の中でも、エネルギー密度が高いという観点から、リチウム電池が注目を浴びている。   With the rapid spread of information-related equipment and communication equipment such as personal computers, video cameras, and mobile phones in recent years, development of batteries that are used as power sources has been regarded as important. Also in the automobile industry and the like, development of high-power and high-capacity batteries for electric vehicles or hybrid vehicles is being promoted. Currently, lithium batteries are attracting attention among various batteries from the viewpoint of high energy density.

現在市販されているリチウム電池は、可燃性の有機溶媒を含む電解液が使用されているため、短絡時の温度上昇を抑える安全装置の取り付けや短絡防止のための構造・材料面での改善が必要となる。これに対し、電解液を固体電解質層に変えて、電池を全固体化した全固体リチウム電池は、電池内に可燃性の有機溶媒を用いないので、安全装置の簡素化が図れ、製造コストや生産性に優れると考えられている。   Since lithium batteries currently on the market use an electrolyte containing a flammable organic solvent, it is possible to install safety devices that suppress the temperature rise during short circuits and to improve the structure and materials to prevent short circuits. Necessary. On the other hand, an all-solid lithium battery in which the electrolyte is changed to a solid electrolyte layer to make the battery all solid does not use a flammable organic solvent in the battery. It is considered to be excellent in productivity.

全固体リチウム電池は、通常、正極活物質を含有する正極活物質層と、負極活物質を含有する負極活物質層と、正極活物質層及び負極活物質層の間に形成された固体電解質層とを有する。例えば、特許文献1においては、正極層、LAGPを含む固体電解質層、および負極層を積層して焼成することで得られる積層構造体を有する電池が開示されている。上記積層構造体を有することで、電解質部の厚みが薄く、電解質部の抵抗の低減、電池内部抵抗の低減を図ったものであり、さらに生産性を向上させることができる。また、特許文献2には、nV級の正極材料と(n+1)V級の正極材料とを混合してなる正極を備えるリチウム電池が開示されており、5V級の正極材料としてLiNi0.5Mn1.5が開示されている。 An all-solid lithium battery generally includes a positive electrode active material layer containing a positive electrode active material, a negative electrode active material layer containing a negative electrode active material, and a solid electrolyte layer formed between the positive electrode active material layer and the negative electrode active material layer And have. For example, Patent Document 1 discloses a battery having a laminated structure obtained by laminating and baking a positive electrode layer, a solid electrolyte layer containing LAGP, and a negative electrode layer. By having the laminated structure, the thickness of the electrolyte part is thin, the resistance of the electrolyte part is reduced, and the internal resistance of the battery is reduced, and the productivity can be further improved. Patent Document 2 discloses a lithium battery including a positive electrode formed by mixing an nV-class positive electrode material and an (n + 1) V-class positive electrode material, and LiNi 0.5 Mn as a 5V-class positive electrode material. 1.5 O 4 is disclosed.

特許文献3には、特定の組成を含有する原ガラスを、溶融成形後、熱処理工程を経て得た結晶相を析出させることで得られるリチウムイオン伝導性ガラスセラミックスとして、Li1+XAl(Ge2−YTi2−X(POが開示されている。また、特許文献4には、Li金属に対して4.5V以上の平均放電電位を有する正極活物質と、電解液を含む二次電池であって、該電解液が、高誘電率溶媒と、ジメチルカーボネートまたはエチルメチルカーボネートの少なくとも一種の溶媒と、を含む電池が開示されており、上記正極活物質としてLiNi0.5Mn1.35Ti0.15が開示されている。さらに、特許文献5では、結晶性または非晶質のリチウムイオン伝導性固体電解質および結晶性の電解質分解抑制剤を含む一次粒子を含有する固体粉末を表面に有する正極活物質を含有する正極層と、負極層と、上記固体粉末を表面に有する正極活物質に接触するように配置された有機電解質とを有するリチウム電池が開示されており、一例として固体電解質にLAGP、分解抑制剤にTiOを用いたリチウム電池が記載されている。 Patent Document 3 discloses Li 1 + X Al X (Ge 2) as a lithium ion conductive glass ceramic obtained by precipitating a crystal phase obtained by subjecting an original glass containing a specific composition to a heat treatment step after melt molding. -Y Ti Y) 2-X ( PO 4) 3 are disclosed. Patent Document 4 discloses a secondary battery including a positive electrode active material having an average discharge potential of 4.5 V or higher with respect to Li metal and an electrolytic solution, and the electrolytic solution includes a high dielectric constant solvent, A battery including at least one solvent of dimethyl carbonate or ethyl methyl carbonate is disclosed, and LiNi 0.5 Mn 1.35 Ti 0.15 O 4 is disclosed as the positive electrode active material. Further, in Patent Document 5, a positive electrode layer containing a positive electrode active material having on its surface solid powder containing primary particles containing a crystalline or amorphous lithium ion conductive solid electrolyte and a crystalline electrolyte decomposition inhibitor; A lithium battery having a negative electrode layer and an organic electrolyte disposed so as to be in contact with the positive electrode active material having the solid powder on the surface is disclosed. As an example, LAGP is used as a solid electrolyte, and TiO 2 is used as a decomposition inhibitor. The lithium battery used is described.

特開2010−225390号公報JP 2010-225390 A 特開2001−043859号公報JP 2001-043859 A 特開平11−157872号公報Japanese Patent Laid-Open No. 11-157872 特開2004−014270号公報JP 2004-014270 A 特開2008−226463号公報JP 2008-226463 A

従来の全固体電池では、電極活物質および固体電解質材料の界面抵抗が大きいという問題点がある。本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、例えば全固体電池に用いることができ、電極活物質および固体電解質材料の界面抵抗を低減した電極部材を提供することを主目的とする。   The conventional all solid state battery has a problem that the interface resistance between the electrode active material and the solid electrolyte material is large. The present invention has been made in view of the above problems, and has as its main object to provide an electrode member that can be used for, for example, an all-solid battery and has reduced interface resistance between the electrode active material and the solid electrolyte material. .

上記目的を達成するために、本発明においては、少なくともM元素(Mは第3族〜第15族に属する4価の元素である。)を含有する電極活物質と、少なくともLiおよびM元素(Mは上記Mと異なる元素であり、かつ、第3族〜第15族に属する4価の元素である。)を含有する固体電解質材料と、を有する電極部材であって、上記電極活物質および上記固体電解質材料が接する領域において、上記電極活物質の上記M元素のサイト、および上記固体電解質材料の上記M元素のサイトに、A元素(Aは上記M元素および上記M元素とは異なる元素であり、第3族〜第15族に属する4価の元素である。)が固溶していることを特徴とする電極部材を提供する。 In order to achieve the above object, in the present invention, an electrode active material containing at least M 1 element (M 1 is a tetravalent element belonging to Group 3 to Group 15), and at least Li and M A solid electrolyte material containing two elements (M 2 is an element different from M 1 and a tetravalent element belonging to Group 3 to Group 15), in the electrode active material and a region in which the solid electrolyte material is in contact with the site of the M 1 element of the electrode active material, and the M 2 element site of the solid electrolyte material, a element (a is the M 1 element and the a element other than M 2 elements, group 3 to group is a tetravalent element belonging to group 15.) to provide an electrode member, characterized in that in solid solution.

本発明によれば、電極活物質および固体電解質材料が接する領域において、上記電極活物質の上記M元素のサイト、および上記固体電解質材料の上記M元素のサイトに、A元素が固溶していることで、電極活物質と固体電解質材料との界面抵抗を低減した電極部材とすることができる。 According to the present invention, in the region where the electrode active material and the solid electrolyte material are in contact with each other, the element A is dissolved in the M 1 element site of the electrode active material and the M 2 element site of the solid electrolyte material. Therefore, an electrode member with reduced interface resistance between the electrode active material and the solid electrolyte material can be obtained.

上記発明においては、上記A元素のイオン半径をRとし、上記M元素のイオン半径をRM1とし、上記M元素のイオン半径をRM2とした場合、(R−RM1)の絶対値をRで除した値、および(R−RM2)の絶対値をRで除した値が20%以下であることが好ましい。上記電極活物質の上記M元素のサイト、および上記固体電解質材料の上記M元素のサイトに、上記A元素が固溶しやすくなり、本発明の効果がより発揮されるからである。 In the above invention, the ionic radius of the A element and R A, the ion radius of the M 1 element and R M1, the ion radius of the M 2 element case of the R M2, the (R A -R M1) A value obtained by dividing the absolute value by R A and a value obtained by dividing the absolute value of (R A −R M2 ) by R A are preferably 20% or less. This is because the A element is easily dissolved in the M 1 element site of the electrode active material and the M 2 element site of the solid electrolyte material, and the effects of the present invention are further exhibited.

上記発明においては、上記電極活物質および上記固体電解質の界面に、上記A元素を含有する修飾材を有することが好ましい。界面抵抗をより低減することができるからである。   In the said invention, it is preferable to have the modifier containing the said A element in the interface of the said electrode active material and the said solid electrolyte. This is because the interface resistance can be further reduced.

上記発明においては、上述した電極部材が、粒子状であることが好ましい。   In the said invention, it is preferable that the electrode member mentioned above is a particulate form.

上記発明においては、上述した電極部材が、上記電極活物質および上記固体電解質材料を含有する電極活物質層であることが好ましい。   In the said invention, it is preferable that the electrode member mentioned above is an electrode active material layer containing the said electrode active material and the said solid electrolyte material.

上記発明においては、上述した電極部材が、電極活物質層および固体電解質層から構成され、上記電極活物質層が上記電極活物質を含有し、上記固体電解質層が上記固体電解質材料を含有することが好ましい。   In the above invention, the electrode member described above is composed of an electrode active material layer and a solid electrolyte layer, the electrode active material layer contains the electrode active material, and the solid electrolyte layer contains the solid electrolyte material. Is preferred.

本発明においては、正極活物質を含有する正極活物質層と、負極活物質を含有する負極活物質層と、上記正極活物質層および上記負極活物質層の間に形成される固体電解質層と、を有する全固体電池であって、上述した電極部材を用いることを特徴とする全固体電池を提供する。   In the present invention, a positive electrode active material layer containing a positive electrode active material, a negative electrode active material layer containing a negative electrode active material, a solid electrolyte layer formed between the positive electrode active material layer and the negative electrode active material layer, An all-solid-state battery comprising the electrode member described above is provided.

本発明によれば、上述した電極部材を用いることから、電極活物質および固体電解質材料の界面抵抗を低減した全固体電池とすることができる。   According to this invention, since the electrode member mentioned above is used, it can be set as the all-solid-state battery which reduced the interface resistance of an electrode active material and a solid electrolyte material.

また、本発明においては、少なくともM元素(Mは第3族〜第15族に属する4価の元素である。)を含有する電極活物質と、少なくともLiおよびM元素(Mは上記Mと異なる元素であり、かつ、第3族〜第15族に属する4価の元素である。)を含有する固体電解質材料と、を有する電極部材の製造方法であって、上記電極活物質および上記固体電解質材料の界面に、A元素(Aは上記M元素および上記M元素とは異なる元素であり、第3族〜第15族に属する4価の元素である。)を含有する修飾材を有する前駆部材を準備する準備工程と、上記前駆部材を熱処理し、上記電極活物質の上記M元素のサイト、および上記固体電解質材料の上記M元素のサイトに、上記A元素を固溶させる熱処理工程と、を有することを特徴とする電極部材の製造方法を提供する。 In the present invention, an electrode active material containing at least M 1 element (M 1 is a tetravalent element belonging to Group 3 to Group 15), and at least Li and M 2 elements (M 2 is A solid electrolyte material containing an element different from M 1 and a tetravalent element belonging to Group 3 to Group 15. the interface between the material and the solid electrolyte material, a element (a is an element other than the M 1 element and the M 2 element and a tetravalent element belonging to group 3 to group 15 group.) containing a preparation step of preparing a precursor member having a modified material that, in the precursor member heat-treated, the site of the M 1 element of the electrode active material and the M 2 element site of the solid electrolyte material, the element a A heat treatment step for solid solution To provide a manufacturing method of an electrode member, characterized in that.

本発明によれば、上記前駆部材を熱処理することで、上記電極活物質および上記固体電解質材料が接する領域において、上記修飾材に含有される上記A元素を、上記電極活物質の上記M元素のサイト、および上記固体電解質材料の上記M元素のサイトに固溶させることができる。そのため、電極活物質および固体電解質材料の界面抵抗を低減した電極部材を得ることができる。 According to the present invention, by heat-treating the precursor member, in the region where the electrode active material and the solid electrolyte material are in contact with each other, the element A contained in the modifier is changed to the element M 1 of the electrode active material. And the M 2 element site of the solid electrolyte material. Therefore, an electrode member with reduced interface resistance between the electrode active material and the solid electrolyte material can be obtained.

上記発明においては、上記修飾材が、酸化物であることが好ましい。電極活物質および固体電解質材料の界面抵抗をより低減することが可能な電極部材とすることができるからである。   In the said invention, it is preferable that the said modifier is an oxide. It is because it can be set as the electrode member which can reduce the interface resistance of an electrode active material and a solid electrolyte material more.

上記発明においては、上記修飾材が、TiOであることが好ましい。比誘電率が高く、より界面抵抗を低減することが可能な電極部材とすることができるからである。 In the above invention, the modified material is preferably a TiO 2. This is because the electrode member has a high relative dielectric constant and can further reduce the interface resistance.

本発明においては、電極活物質および固体電解質材料の界面抵抗を低減した電極部材を得ることができるという効果を奏する。   In this invention, there exists an effect that the electrode member which reduced the interface resistance of an electrode active material and a solid electrolyte material can be obtained.

本発明の電極部材における電極活物質および固体電解質材料が接する領域の一例を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows an example of the area | region where the electrode active material and solid electrolyte material in the electrode member of this invention contact. 従来の電極部材における電極活物質および固体電解質材料が接する領域の一例を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows an example of the area | region where the electrode active material and solid electrolyte material in the conventional electrode member contact. 本発明の電極部材の一例を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows an example of the electrode member of this invention. 本発明の全固体電池の一例を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows an example of the all-solid-state battery of this invention. 実施例1で得られた電極部材のXRD測定結果である。2 is an XRD measurement result of an electrode member obtained in Example 1. FIG. 比較例1で得られた評価用電池のXRD測定結果である。4 is an XRD measurement result of an evaluation battery obtained in Comparative Example 1. 実施例2〜実施例6、および比較例1で得られた評価用電池のピーク電流値を示すグラフである。4 is a graph showing peak current values of evaluation batteries obtained in Examples 2 to 6 and Comparative Example 1. FIG.

以下、本発明の電極部材、全固体電池および電極部材の製造方法について、詳細に説明する。   Hereinafter, the electrode member, the all-solid battery, and the method for producing the electrode member of the present invention will be described in detail.

A.電極部材
本発明の電極部材は、少なくともM元素(Mは第3族〜第15族に属する4価の元素である。)を含有する電極活物質と、少なくともLiおよびM元素(Mは上記Mと異なる元素であり、かつ、第3族〜第15族に属する4価の元素である。)を含有する固体電解質材料と、を有する電極部材であって、上記電極活物質および上記固体電解質材料が接する領域において、上記電極活物質の上記M元素のサイト、および上記固体電解質材料の上記M元素のサイトに、A元素(Aは上記M元素および上記M元素とは異なる元素であり、第3族〜第15族に属する4価の元素である。)が固溶していることを特徴とするものである。
A. Electrode Member The electrode member of the present invention includes an electrode active material containing at least M 1 element (M 1 is a tetravalent element belonging to Group 3 to Group 15), and at least Li and M 2 elements (M 2 is an element different from M 1 and is a tetravalent element belonging to Group 3 to Group 15.), and an electrode member having the electrode active material And in the region where the solid electrolyte material is in contact with the M 1 element site of the electrode active material and the M 2 element site of the solid electrolyte material, the A element (A is the M 1 element and the M 2 element). Is a tetravalent element belonging to Group 3 to Group 15), and is a solid solution.

本発明によれば、電極活物質および固体電解質材料が接する領域において、上記電極活物質の上記M元素のサイト、および上記固体電解質材料の上記M元素のサイトに、A元素が固溶していることで、電極活物質と固体電解質材料との界面抵抗を低減した電極部材とすることができる。また、上述したように、上記M元素のサイトおよび上記M元素のサイトにA元素が固溶している、すなわち、上記A元素を含有する修飾材が、電極活物質および固体電解質材料に相互拡散することで、電極活物質、修飾材、および固体電解質材料の界面において優れた密着性を発揮することができる。 According to the present invention, in the region where the electrode active material and the solid electrolyte material are in contact with each other, the element A is dissolved in the M 1 element site of the electrode active material and the M 2 element site of the solid electrolyte material. Therefore, an electrode member with reduced interface resistance between the electrode active material and the solid electrolyte material can be obtained. Further, as described above, the A element is dissolved in the M 1 element site and the M 2 element site, that is, the modifier containing the A element is used as the electrode active material and the solid electrolyte material. By interdiffusion, excellent adhesion can be exhibited at the interface between the electrode active material, the modifier, and the solid electrolyte material.

図1は、本発明の電極部材の一例を示す概略断面図である。図1(a)に示すように、本発明の電極部材10は、電極活物質1および固体電解質材料2を有するものであり、図示はしないが、電極活物質1および固体電解質材料2が接する領域4では、電極活物質1のM元素のサイト、および固体電解質材料のM元素のサイトに、上述したA元素が固溶している。また、電極活物質1および固体電解質材料2の界面に、上述したA元素を含有する酸化物3を有していても良い。さらに、図1(b)は、図1(a)における電極活物質1および固体電解質材料2が接する領域4を表す模式図である。図1(b)に示すように、電極活物質1(例えばLiNi0.5(Mn−Ti)1.5)および固体電解質材料2(例えばLi1.5Al0.5(Ge−Ti)1.5(PO)が接する領域4では、電極活物質に含有されるM元素(Mn)のサイト、および固体電解質材料に含有されるM元素(Ge)のサイトに、A元素(Ti)が固溶している。 FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing an example of an electrode member of the present invention. As shown in FIG. 1A, an electrode member 10 of the present invention has an electrode active material 1 and a solid electrolyte material 2, and although not shown, a region where the electrode active material 1 and the solid electrolyte material 2 are in contact with each other. in 4, M 1 element site of the electrode active material 1, and M 2 element site of the solid electrolyte material, the above-mentioned element a is a solid solution. Moreover, you may have the oxide 3 containing the A element mentioned above in the interface of the electrode active material 1 and the solid electrolyte material 2. FIG. Further, FIG. 1B is a schematic diagram showing a region 4 in which the electrode active material 1 and the solid electrolyte material 2 in FIG. As shown in FIG. 1B, the electrode active material 1 (for example, LiNi 0.5 (Mn—Ti) 1.5 O 4 ) and the solid electrolyte material 2 (for example, Li 1.5 Al 0.5 (Ge—Ti). In the region 4 where 1.5 (PO 4 ) 3 ) is in contact with the M 1 element (Mn) site contained in the electrode active material and the M 2 element (Ge) site contained in the solid electrolyte material, Element A (Ti) is dissolved.

従来の電極部材は、図2に示すように、電極活物質(例えばLiNi0.5Mn1.5)および固体電解質材料(例えばLi3.5Si0.50.5)が接する領域において、充放電反応に寄与する反応生成物(例えばLiPO)である中間層を形成することで電極活物質および固体電解質材料の界面抵抗の低減を目指した。しかしながら、中間層が形成されることにより界面が増加する(中間層が抵抗相となる)ことで、界面抵抗が大きくなるという問題があり、さらに電極活物質の分解物(例えばLiNi0.18Mn1.82)等のいわゆる異相が形成されるため、電極活物質および固体電解質材料の間に界面がさらに増える結果、界面抵抗がより大きくなってしまう。 As shown in FIG. 2, the conventional electrode member includes an electrode active material (for example, LiNi 0.5 Mn 1.5 O 4 ) and a solid electrolyte material (for example, Li 3.5 Si 0.5 P 0.5 O 4 ). In the region where the electrode contacts, an intermediate layer, which is a reaction product (for example, Li 3 PO 4 ) that contributes to the charge / discharge reaction, was formed to reduce the interface resistance between the electrode active material and the solid electrolyte material. However, by the interface is increased by the intermediate layer is formed (the intermediate layer becomes resistance phase), there is a problem that the interfacial resistance is increased, further degradation of the electrode active material (e.g., LiNi 0.18 Mn Since a so-called heterogeneous phase such as 1.82 O 4 ) is formed, the interface between the electrode active material and the solid electrolyte material further increases, resulting in a higher interface resistance.

これに対して、本発明では、上記電極活物質の上記M元素のサイト、および上記固体電解質材料の上記M元素のサイトに、A元素が固溶しているため、電極活物質および固体電解質材料が接する領域において、上述したような中間層や異相等の抵抗相が形成されず、電極活物質および固体電解質材料の界面抵抗を低減することができる。なお、上記電極活物質の上記M元素のサイト、および上記固体電解質材料の上記M元素のサイトに、A元素が固溶していることは、例えばX線回折(XRD)測定結果から電極活物質および固体電解質材料の格子定数を求めることにより確認できるものである。 In contrast, in the present invention, the site of the M 1 element of the electrode active material, and the M 2 element site of the solid electrolyte material, since the element A is a solid solution, the electrode active material and a solid In the region where the electrolyte material is in contact, a resistance phase such as an intermediate layer or a different phase as described above is not formed, and the interface resistance between the electrode active material and the solid electrolyte material can be reduced. The fact that the A element is dissolved in the M 1 element site of the electrode active material and the M 2 element site of the solid electrolyte material is, for example, from the X-ray diffraction (XRD) measurement result of the electrode. This can be confirmed by determining the lattice constants of the active material and the solid electrolyte material.

ここで、本発明における電極活物質および固体電解質材料が接する領域とは、上記A元素が固溶可能な領域であり、電極活物質および固体電解質材料の界面と、上記界面近傍とを含むものである。上記領域としては、電極活物質および固体電解質材料の種類や、上記熱処理条件(温度、時間等)により適宜設定されるものであるが、電極活物質および固体電解質材料の界面から、電極活物質の厚さ方向に、1nm〜2000nm程度の領域、および、電極活物質および固体電解質材料の界面から、固体電解質材料の厚さ方向に、1nm〜2000nm程度の領域を含むものである。
以下、本発明の電極部材について、構成ごとに説明する。
Here, the region where the electrode active material and the solid electrolyte material are in contact with each other is a region where the element A can be dissolved, and includes the interface between the electrode active material and the solid electrolyte material and the vicinity of the interface. The region is appropriately set according to the types of the electrode active material and the solid electrolyte material, and the heat treatment conditions (temperature, time, etc.), but from the interface between the electrode active material and the solid electrolyte material, A region of about 1 nm to 2000 nm in the thickness direction and a region of about 1 nm to 2000 nm in the thickness direction of the solid electrolyte material from the interface between the electrode active material and the solid electrolyte material are included.
Hereinafter, the electrode member of the present invention will be described for each configuration.

1.電極活物質
本発明の電極部材に用いられる電極活物質は、少なくともM元素(Mは第3族〜第15族に属する4価の元素である。)を含有するものであり、固体電解質材料と接する領域において、上記M元素のサイトに、A元素(Aは上記M元素および上記M元素とは異なる元素であり、第3族〜第15族に属する4価の元素である。)が固溶しているものである。このような電極活物質としては、正極活物質であっても良く、負極活物質であっても良いが、中でも正極活物質であることが好ましい。
1. Electrode Active Material The electrode active material used for the electrode member of the present invention contains at least M 1 element (M 1 is a tetravalent element belonging to Group 3 to Group 15), and is a solid electrolyte. In the region in contact with the material, at the site of the M 1 element, the A element (A is an element different from the M 1 element and the M 2 element, and is a tetravalent element belonging to Group 3 to Group 15. .) Is a solid solution. Such an electrode active material may be a positive electrode active material or a negative electrode active material, but among them, a positive electrode active material is preferable.

上記M元素としては、第3族〜第15族に属する4価の元素であれば特に限定されるものではないが、遷移金属元素を好適に用いることができる。このようなM元素としては、例えばMn、V、Zr、Si、Ge、Sn等を挙げることができ、中でもMn、Snを好適に用いることができ、さらにMnを特に好適に用いることができる。 The M 1 element is not particularly limited as long as it is a tetravalent element belonging to Group 3 to Group 15, but a transition metal element can be suitably used. Such M 1 element, for example Mn, V, Zr, Si, Ge, can be mentioned Sn, and among them Mn, Sn can be suitably used, can be used more particularly preferably the Mn .

本発明に用いられる電極活物質の一例としては、4価のMnを含有する電極活物質(以下、Mn(IV)含有電極活物質と称して説明する場合がある。)が挙げられ、このようなMn(IV)含有電極活物質としては、例えば、スピネル型構造のMn(IV)含有電極活物質を挙げることができる。上記スピネル型構造のMn(IV)含有電極活物質の典型的な一例としては、LiMnが挙げられる。なお、LiMnにおけるMn元素は、3価および4価であるMn元素が混合された状態である。 As an example of the electrode active material used in the present invention, an electrode active material containing tetravalent Mn (hereinafter, may be referred to as an Mn (IV) -containing electrode active material) is mentioned. Examples of the Mn (IV) -containing electrode active material include a Mn (IV) -containing electrode active material having a spinel structure. A typical example of the Mn (IV) -containing electrode active material having the spinel structure is LiMn 2 O 4 . Note that the Mn element in LiMn 2 O 4 is a mixed state of trivalent and tetravalent Mn elements.

上記スピネル型構造のMn(IV)含有電極活物質としては、Mnの一部が他の元素に置換されているものであっても良い。このような元素としては、Ni、Co、Ti、Zrからなる群から選択される少なくとも一種であり、中でもNi、Co、Tiからなる群から選択される一種であることが好ましく、Niであることが特に好ましい。スピネル型構造のMn(IV)含有電極活物質を上述した他の元素で置換する場合、MnおよびMnを置換する元素の合計に対するMnの割合は、50%以上であることが好ましく、中でも60%以上であることがより好ましい。具体的には、Mnを置換する元素がNiである場合、MnおよびNiの合計に対するMnの割合は50%以上であれば特に限定されるものではないが、75%であることが特に好ましい。高電位(例えば5V級)で作動可能な電極部材とすることができるからである。   As the Mn (IV) -containing electrode active material having the spinel structure, a part of Mn may be substituted with another element. Such an element is at least one selected from the group consisting of Ni, Co, Ti, and Zr, and is preferably one selected from the group consisting of Ni, Co, and Ti, and is preferably Ni. Is particularly preferred. When substituting the Mn (IV) -containing electrode active material having a spinel structure with the above-mentioned other elements, the ratio of Mn to the total of Mn and the elements substituting Mn is preferably 50% or more, and in particular, 60% More preferably. Specifically, when the element replacing Mn is Ni, the ratio of Mn to the total of Mn and Ni is not particularly limited as long as it is 50% or more, but 75% is particularly preferable. This is because the electrode member can be operated at a high potential (for example, 5V class).

このような電極活物質に含有されるMnのうち一部が他の元素に置換されているスピネル型のMn(IV)含有電極活物質としては、例えば、LiNi0.5Mn1.5、LiCr0.05Ni0.5Mn1.45、LiCo0.1Ni0.5Mn1.4等を挙げることができる。 As a spinel type Mn (IV) -containing electrode active material in which a part of Mn contained in such an electrode active material is substituted with another element, for example, LiNi 0.5 Mn 1.5 O 4 , LiCr 0.05 Ni 0.5 Mn 1.45 O 4 , LiCo 0.1 Ni 0.5 Mn 1.4 O 4 and the like.

また本発明に用いられるスピネル型構造以外のMn(IV)含有電極活物質の例としては、LiNi0.33Co0.33Mn0.33、LiMnO−LiNi0.5Mn0.5の固溶体等を挙げることができる。 Examples of Mn (IV) -containing electrode active materials other than the spinel structure used in the present invention include LiNi 0.33 Co 0.33 Mn 0.33 O 2 and Li 2 MnO 3 —LiNi 0.5 Mn 0. .5 O 2 solid solution.

本発明における電極活物質は、固体電解質材料と接する領域において、上述したM元素のサイトに、A元素が固溶しているものである。このようなA元素としては、上記M元素と異なる元素であり、第3族〜第15族に属する4価の元素であれば特に限定されるものではなく、例えばTi、Si、Zr、Ge等を挙げることができる。 The electrode active material in the present invention, in a region in contact with solid electrolyte material to the site of the above-mentioned M 1 element, in which element A is a solid solution. Such an element A, an element different between the M 1 element, but the present invention is not particularly limited as long as it is a tetravalent element belonging to Group 3 to Group 15 Group, for example Ti, Si, Zr, Ge Etc.

また本発明の電極活物質に含有されるM元素およびA元素は、上述したような4価の元素であり、互いに異なる元素であれば特に限定されるものではないが、上述したA元素のイオン半径をRとし、M元素のイオン半径をRM1とした場合、(R−RM1)の絶対値をRで除した値が20%以下となることが好ましく、中でも、15%以下となるものがより好ましく、10%以下となるものが特に好ましい。上記(R−RM1)の絶対値をRで除した値が上記範囲より大きい場合、上述したA元素が電極活物質および固体電解質材料が接する領域において、M元素のサイトに固溶しにくくなる可能性があるからである。このようなM元素およびA元素としては、上述した値が特定の範囲内であれば特に限定されないが、本発明の電極部材の効果をより高める観点から、好適な組み合わせとなるように選択されることが好ましい。具体的には、M元素がMnである場合、A元素はTi、Si、Zr、Geであることが好ましく、中でもTiであることがより好ましい。 The M 1 element and element A contained in the electrode active material of the present invention is a tetravalent element such as described above, but are not particularly limited as long as it is mutually different elements, the above-mentioned element A the ionic radius and R a, if the ionic radius of M 1 element was R M1, preferably made of a (R a -R M1) of a value obtained by dividing the absolute value R a of 20% or less, among others, 15 % Or less is more preferable, and 10% or less is particularly preferable. When the value obtained by dividing the absolute value of (R A -R M1 ) by R A is larger than the above range, the above-described A element is dissolved in the M 1 element site in the region where the electrode active material and the solid electrolyte material are in contact with each other. It is because it may become difficult to do. Such M 1 element and the element A, above value is not particularly limited as long as it is within a specific range, in order to further improve the effect of the electrode member of the present invention is chosen to be a preferred combination It is preferable. Specifically, when M 1 element is Mn, A element Ti, Si, Zr, is preferably Ge, and more preferably among them Ti.

電極活物質の形状としては、本発明の電極部材の形状に応じて適宜選択することができ、例えば真球状、楕円球状等の粒子状、薄膜状等を挙げることができる。   The shape of the electrode active material can be appropriately selected according to the shape of the electrode member of the present invention, and examples thereof include particles such as true spheres and ellipsoids, and thin film shapes.

2.固体電解質材料
次に、本発明の電極部材に用いられる固体電解質材料について説明する。固体電解質材料は、LiおよびM元素(Mは上記Mとは異なる元素であり、かつ、第3族〜第15族に属する4価の元素である。)を含有するものであり、上記電極活物質と接する領域において、上記M元素のサイトに、上述したA元素が固溶しているものであれば特に限定されるものではない。このような固体電解質材料としては、例えば酸化物固体電解質材料、および硫化物固体電解質材料を用いることができる。また、本発明に用いられる固体電解質材料は、電極部材の効果向上の観点から、上述した電極活物質と好適な組み合わせとなるように選択されることが好ましい。電極活物質および固体電解質材料の好適な組み合わせとしては、例えば、酸化物電極活物質と酸化物固体電解質材料との組み合わせ、および酸化物電極活物質と硫化物固体電解質材料との組み合わせを挙げることができる。
2. Next, the solid electrolyte material used for the electrode member of the present invention will be described. The solid electrolyte material contains Li and M 2 element (M 2 is an element different from M 1 and is a tetravalent element belonging to Group 3 to Group 15). The region in contact with the electrode active material is not particularly limited as long as the element A described above is dissolved in the M 2 element site. As such a solid electrolyte material, for example, an oxide solid electrolyte material and a sulfide solid electrolyte material can be used. Moreover, it is preferable that the solid electrolyte material used for this invention is selected so that it may become a suitable combination with the electrode active material mentioned above from a viewpoint of the effect improvement of an electrode member. Suitable combinations of the electrode active material and the solid electrolyte material include, for example, a combination of an oxide electrode active material and an oxide solid electrolyte material, and a combination of an oxide electrode active material and a sulfide solid electrolyte material. it can.

上記M元素は、上記Mとは異なる元素であり、かつ、第3族〜第15族に属する4価の元素であれば特に限定されるものではなく、例えばGe、Ti、Si、Zr、Sn等を挙げることができ、中でもGe、Tiを好適に用いることができる。 The M 2 element is not particularly limited as long as it is a tetravalent element that is different from M 1 and belongs to Group 3 to Group 15. For example, Ge, Ti, Si, Zr Sn and the like can be mentioned. Among these, Ge and Ti can be preferably used.

本発明に用いられる固体電解質材料の一例としては、4価のGeを含有する固体電解質材料(以下、Ge(IV)含有固体電解質材料と称して説明する場合がある。)を挙げることができる。このようなGe(IV)含有固体電解質材料としては、例えば一般式Li1+xAlGe2−x(PO(0≦x≦2)で表されるNASICON型化合物等の酸化物固体電解質材料を挙げることができる。 As an example of the solid electrolyte material used in the present invention, a solid electrolyte material containing tetravalent Ge (hereinafter sometimes referred to as a Ge (IV) -containing solid electrolyte material) may be mentioned. Examples of such a Ge (IV) -containing solid electrolyte material include oxide solid electrolytes such as NASICON compounds represented by the general formula Li 1 + x Al x Ge 2-x (PO 4 ) 3 (0 ≦ x ≦ 2). Materials can be mentioned.

上記一般式Li1+xAlGe2−x(PO(0≦x≦2)で表されるNASICON型化合物において、xの範囲は0以上であれば良く、中でも、0より大きいことが好ましく、0.3以上であることがより好ましい。一方、xの範囲は、2以下であれば良く、中でも、1.7以下であることが好ましく、1以下であることがより好ましい。中でも、本発明においては、上記Ge(IV)含有固体電解質材料が、Li1.5Al0.5Ge1.5(POであることが好ましい。 In the NASICON type compound represented by the general formula Li 1 + x Al x Ge 2-x (PO 4 ) 3 (0 ≦ x ≦ 2), the range of x may be 0 or more, and in particular, it may be larger than 0. Preferably, it is 0.3 or more. On the other hand, the range of x may be 2 or less, and is preferably 1.7 or less, and more preferably 1 or less. Above all, in the present invention, the Ge (IV) containing a solid electrolyte material, Li 1.5 Al 0.5 Ge 1.5 ( PO 4) is preferably 3.

また上記Ge(IV)含有固体電解質材料としては、例えば、LiS−GeS、LiS−P−Ge(ただし、m、nは正の数。)等の硫化物固体電解質材料を用いることもできる。なお、上記「LiS−GeS」の記載は、LiSおよびGeSを含む原料組成物を用いてなる硫化物固体電解質材料を意味し、他の記載についても同様である。 Examples of the Ge (IV) containing a solid electrolyte material, for example, Li 2 S-GeS 2, Li 2 S-P 2 S 5 -Ge m S n ( however, m, n is a positive number.) Sulfide such as A solid electrolyte material can also be used. The description of “Li 2 S—GeS 2 ” means a sulfide solid electrolyte material using a raw material composition containing Li 2 S and GeS 2 , and the same applies to other descriptions.

本発明に用いられる固体電解質材料の他の例としては、4価のTiを含有する固体電解質材料(以下、Ti(IV)含有固体電解質材料と称して説明する場合がある。)を挙げることができる。このようなTi(IV)含有固体電解質材料としては、例えば一般式Li1+xAlTi2−x(PO(0≦x≦2)で表されるNASICON型化合物、Li0.33La0.56TiO等を挙げることができる。 Another example of the solid electrolyte material used in the present invention is a solid electrolyte material containing tetravalent Ti (hereinafter sometimes referred to as a Ti (IV) -containing solid electrolyte material). it can. As such a Ti (IV) -containing solid electrolyte material, for example, a NASICON compound represented by the general formula Li 1 + x Al x Ti 2-x (PO 4 ) 3 (0 ≦ x ≦ 2), Li 0.33 La 0.56 TiO 3 etc. can be mentioned.

上記一般式Li1+xAlTi2−x(PO(0≦x≦2)で表されるNASICON型化合物において、xの範囲は、0以上であれば良く、中でも、0より大きいことが好ましく、0.3以上であることがより好ましい。一方、xの範囲は、2以下であれば良く、中でも、1.7以下であることが好ましく、1以下であることがより好ましい。中でも、本発明においては、上記Ti(IV)含有固体電解質材料が、Li1.3Al0.3Ti1.7(POであることが好ましい。 In the NASICON type compound represented by the general formula Li 1 + x Al x Ti 2-x (PO 4 ) 3 (0 ≦ x ≦ 2), the range of x may be 0 or more, and in particular, it must be greater than 0. Is more preferable and 0.3 or more is more preferable. On the other hand, the range of x may be 2 or less, and is preferably 1.7 or less, and more preferably 1 or less. Above all, in the present invention, the Ti (IV) containing a solid electrolyte material, Li 1.3 Al 0.3 Ti 1.7 ( PO 4) is preferably 3.

また上記Ti(IV)含有固体電解質材料としては、例えば、LiS−TiS等の硫化物固体電解質材料を用いることもできる。 Examples of the Ti (IV) containing a solid electrolyte material, for example, can also be used sulfide-based solid electrolyte material, such as Li 2 S-TiS 2.

本発明に用いられる固体電解質材料の他の例としては、4価のSiを含有する固体電解質材料(以下、Si(IV)含有固体電解質材料と称して説明する場合がある。)を挙げることができる。このようなSi(IV)含有固体電解質材料としては、例えば酸化物固体電解質材料を用いることができ、具体的にはLiSi0.50.5等を挙げることができる。 Another example of the solid electrolyte material used in the present invention is a solid electrolyte material containing tetravalent Si (hereinafter sometimes referred to as a Si (IV) -containing solid electrolyte material). it can. As such a Si (IV) -containing solid electrolyte material, for example, an oxide solid electrolyte material can be used, and specifically, Li 3 Si 0.5 P 0.5 O 4 and the like can be mentioned.

また上記Si(IV)含有固体電解質材料としては、例えば硫化物固体電解質材料を用いることができ、具体的には、LiS−SiS、LiS−SiS−LiI、LiS−SiS−LiBr、LiS−SiS−LiCl、LiS−SiS−B−LiI、LiS−SiS−P−LiI、LiS−SiS−LiPO、LiS−SiS−LiMO(ただし、x、yは正の数。Mは、P、Si、Ge、B、Al、Ga、Inのいずれか。)等を挙げることができる。 Examples of the Si (IV) containing a solid electrolyte material, for example, can be used sulfide-based solid electrolyte material, specifically, Li 2 S-SiS 2, Li 2 S-SiS 2 -LiI, Li 2 S- SiS 2 -LiBr, Li 2 S- SiS 2 -LiCl, Li 2 S-SiS 2 -B 2 S 3 -LiI, Li 2 S-SiS 2 -P 2 S 5 -LiI, Li 2 S-SiS 2 -Li 3 PO 4 , Li 2 S—SiS 2 —Li x MO y (where x and y are positive numbers, and M is any one of P, Si, Ge, B, Al, Ga, and In). be able to.

上記M元素は、上述した電極活物質に含有されるM元素と異なる元素であるが、本発明の電極部材の効果をより高める観点から、M元素と好適な組み合わせとなるように選択されることが好ましい。具体的には、上述したM元素がMnである場合、上記M元素はGeまたはTiであることが好ましく、中でもGeであることがより好ましい。 The M 2 element, chosen such is a different element as M 1 element contained in the electrode active material described above, from the viewpoint of enhancing the effect of the electrode member of the present invention, a suitable combination and M 1 element It is preferred that Specifically, when the above-mentioned M 1 element is Mn, preferably the M 2 element is Ge or Ti, more preferably among them Ge.

本発明における固体電解質材料は、上述した電極活物質と接する領域において、M元素のサイトに、A元素が固溶しているものである。このようなA元素としては、上記M元素および上記M元素と異なる元素であり、第3族〜第15族に属する4価の元素であれば特に限定されるものではなく、上記「1.電極活物質」に記載したものと同様のものを挙げることができる。 In the solid electrolyte material according to the present invention, the element A is dissolved in the M 2 element site in the region in contact with the above-described electrode active material. Such an element A, an element different between the M 1 element and the M 2 element, but the present invention is not particularly limited as long as it is a tetravalent element belonging to Group 3 to Group 15 Group The "1 The same thing as what was described in ". Electrode active material" can be mentioned.

また本発明の電極活物質に含有されるM元素およびA元素は、上述したように、4価の元素であり、互いに異なる元素であれば特に限定されるものではないが、上述したA元素のイオン半径をRとし、M元素のイオン半径をRM2とした場合、(R−RM2)の絶対値をRで除した値が20%以下となることが好ましく、中でも、15%以下となるものがより好ましく、10%以下となるものが特に好ましい。上記(R−RM2)の絶対値をRで除した値が上記範囲より大きい場合、上述したA元素が電極活物質および固体電解質材料が接する領域において、M元素のサイトに固溶しにくくなる可能性があるからである。このようなM元素およびA元素としては、上述した値が特定の範囲内であれば特に限定されないが、本発明の電極部材の効果をより高める観点から、好適な組み合わせとなるように選択されることが好ましい。具体的には、M元素がGeである場合、A元素はTi、Si、Zrであることが好ましく、中でもTiであることがより好ましい。 The M 2 element and element A contained in the electrode active material of the present invention, as described above, is a tetravalent element, but is not particularly limited as long as it is mutually different elements, above element A the ionic radius and R a, if the ion radius of M 2 element was R M2, preferably made of a (R a -R M2) of a value obtained by dividing the absolute value R a of 20% or less, among others, What becomes 15% or less is more preferable, and what becomes 10% or less is especially preferable. When the value obtained by dividing the absolute value of (R A -R M2 ) by R A is larger than the above range, the above-described A element is dissolved in the M 2 element site in the region where the electrode active material and the solid electrolyte material are in contact with each other. It is because it may become difficult to do. The M 2 element and the A element are not particularly limited as long as the above-described values are within a specific range, but are selected to be a suitable combination from the viewpoint of further enhancing the effect of the electrode member of the present invention. It is preferable. Specifically, if M 2 element is Ge, A element Ti, Si, is preferably Zr, and more preferably among them Ti.

固体電解質材料の形状としては、本発明の電極部材の形状に応じて適宜選択されるものであり、例えば、真球状、楕円球状等の粒子状、薄膜状等を挙げることができる。   The shape of the solid electrolyte material is appropriately selected according to the shape of the electrode member of the present invention, and examples thereof include particles such as true spheres and ellipsoids, and thin film shapes.

3.電極部材
本発明の電極部材は、上記電極活物質および上記固体電解質材料を有するものであれば特に限定されるものではないが、上記電極活物質および上記固体電解質材料の界面に、上記電極活物質および上記固体電解質材料に固溶しているA元素を含有する修飾材を有することが好ましい。
3. Electrode Member The electrode member of the present invention is not particularly limited as long as it has the electrode active material and the solid electrolyte material, but the electrode active material is present at the interface between the electrode active material and the solid electrolyte material. It is preferable to have a modifier containing an element A that is dissolved in the solid electrolyte material.

上記修飾材としては、上述したA元素を含有するものであり、中でも上述した固体電解質材料よりも高い比誘電率を有するものであることが好ましい。このような修飾材を上記界面に有することで、電極活物質および固体電解質材料の界面抵抗をより低減することができるからである。なお、比誘電率の測定方法としては、例えば、JIS C 2565に記載の方法(空洞共振器法等)や、上記JIS C 2565に記載の方法を試料挿入孔閉鎖形として改良した方法(試料挿入孔閉鎖形の摂動方式空洞共振器法)等を挙げることができる。具体的には、空洞共振器内に試料を挿入し、試料挿入前後の共振周波数の変化を測定することにより誘電率を算出することができる。また、上記修飾材の比誘電率(A)に対する固体電解質材料の比誘電率(B)の比率(B/A)は、本発明の効果を得ることができれば特に限定されるものではなく、例えば、0.001〜1の範囲内であることが好ましく、0.005〜0.5の範囲内であることがより好ましく、0.01〜0.1の範囲内であることが特に好ましい。   The modifying material contains the element A described above, and preferably has a higher dielectric constant than the above-described solid electrolyte material. This is because by having such a modifier at the interface, the interface resistance between the electrode active material and the solid electrolyte material can be further reduced. As a method for measuring the relative dielectric constant, for example, a method described in JIS C 2565 (such as a cavity resonator method) or a method obtained by improving the method described in JIS C 2565 as a closed sample insertion hole (sample insertion) Hole closed perturbation type cavity resonator method). Specifically, the dielectric constant can be calculated by inserting a sample into the cavity resonator and measuring the change in the resonance frequency before and after inserting the sample. Further, the ratio (B / A) of the relative dielectric constant (B) of the solid electrolyte material to the relative dielectric constant (A) of the modifier is not particularly limited as long as the effect of the present invention can be obtained. , Preferably in the range of 0.001-1, more preferably in the range of 0.005-0.5, and particularly preferably in the range of 0.01-0.1.

上記修飾材を含有することで、電極活物質および固体電解質材料における界面抵抗を低減できるメカニズムとしては、次のように考えられる。すなわち、電極活物質および固体電解質材料の界面に、比誘電率が比較的高い修飾材が配置されることで、例えば全固体電池に用いられる場合、充放電時に界面にかかる極めて大きな電場を緩和することができ、界面の固体電解質材料側でのキャリア欠乏層(例えばリチウム欠乏層)の形成を抑制することができると考えられる。一般的に電極活物質と固体電解質材料との界面では、両者の電位差によって大きな局所電場が引き起こされて固体電解質材料側にキャリア欠乏層(例えばリチウム欠乏層、厚さ:数nm〜数μm)が形成されると考えられる。このようなキャリア欠乏層では、材料中の金属濃度が最適組成からずれているためにイオン伝導性が低くなり、その結果、界面抵抗が増加すると考えられる。このようなキャリア欠乏層は、電極活物質と固体電解質材料との電位差が大きいほど顕著に生じることから、例えば正極活物質の平均作動電圧が高い場合、より顕著になると考えられる。   A mechanism that can reduce the interfacial resistance in the electrode active material and the solid electrolyte material by containing the modifier is considered as follows. That is, a modifier having a relatively high dielectric constant is disposed at the interface between the electrode active material and the solid electrolyte material, so that, for example, when used in an all-solid battery, an extremely large electric field applied to the interface during charge / discharge is reduced. It is considered that the formation of a carrier-deficient layer (for example, a lithium-deficient layer) on the solid electrolyte material side of the interface can be suppressed. In general, at the interface between the electrode active material and the solid electrolyte material, a large local electric field is caused by the potential difference between the two, and a carrier-deficient layer (for example, a lithium-deficient layer, thickness: several nm to several μm) is formed on the solid electrolyte material side. It is thought that it is formed. In such a carrier-deficient layer, the metal concentration in the material is deviated from the optimum composition, so that the ionic conductivity is lowered, and as a result, the interface resistance is considered to increase. Such a carrier-deficient layer is more conspicuous as the potential difference between the electrode active material and the solid electrolyte material is larger. For example, it is considered that the carrier-deficient layer becomes more prominent when the average operating voltage of the positive electrode active material is high.

一方で、電極活物質および固体電解質材料の界面に、例えば比誘電率が固体電解質材料より高い修飾材が配置されると、電極活物質および固体電解質材料の電位差により生じる大きな局所電場が緩和される。そのため、キャリア欠乏層でのイオン移動度の低下が抑制される結果、界面抵抗が小さくなると考えられる。また誘電体の比誘電率が高いほど、界面でのイオンの移動をよりスムーズにすることができると考えられる。そのため、固体電解質材料の比誘電率より高い比誘電率を有する修飾材を電極活物質および固体電解質材料の界面に配置することで、電極活物質および固体電解質材料の界面抵抗を十分に低減できると考えられる。   On the other hand, when a modifier having a relative dielectric constant higher than that of the solid electrolyte material is disposed at the interface between the electrode active material and the solid electrolyte material, a large local electric field generated by the potential difference between the electrode active material and the solid electrolyte material is relaxed. . Therefore, it is considered that the interfacial resistance is reduced as a result of suppressing the decrease in ion mobility in the carrier-deficient layer. In addition, it is considered that the higher the relative permittivity of the dielectric, the smoother the movement of ions at the interface. Therefore, if the modifier having a relative dielectric constant higher than that of the solid electrolyte material is disposed at the interface between the electrode active material and the solid electrolyte material, the interface resistance between the electrode active material and the solid electrolyte material can be sufficiently reduced. Conceivable.

上記修飾材としては、例えば酸化物、硫化物、窒化物等を挙げることができる。このような修飾材として用いられる酸化物としては、Liを含有するものであっても良く、Liを含有しないものであっても良いが、Liを含有するものであることが好ましい。Liイオン伝導性を有するからである。上記修飾材がLiを含有する場合、例えば、チタン酸リチウム(LTO)、LiSiO等を挙げることができ、上記酸化物がLiを含有しない場合、例えば、TiO、SiO、ZrO、SnO等を挙げることができる。また、修飾材の他の例としては、Si等の窒化物を用いることができる。 Examples of the modifier include oxides, sulfides, and nitrides. The oxide used as such a modifier may include Li or may not include Li, but preferably includes Li. It is because it has Li ion conductivity. When the modifier contains Li, for example, lithium titanate (LTO), Li 4 SiO 4 and the like can be mentioned. When the oxide does not contain Li, for example, TiO 2 , SiO 2 , ZrO 2 , SnO 2 and the like. In addition, as another example of the modifier, a nitride such as Si 3 N 4 can be used.

上記修飾材は、上述したM元素およびM元素と異なるA元素が含有されるものであり、本発明の効果をより高める観点から、M元素およびM元素と好適な組み合わせとなるように選択されることが好ましい。例えば、上述したM元素がMnであり、M元素がGeである場合、修飾材に含有されるA元素はTiを好適に選択することができる。また、上記M元素、M元素およびA元素の好適な組み合わせを有する本発明の電極部材の構成の一例としては、電極活物質/修飾材/固体電解質材料がLiNi0.5Mn1.5/TiO/Li1.5Al0.5Ge1.5(POとなる構成を挙げることができる。 The modified material, which differs from A elements as described above M 1 element and M 2 element is contained, so that from the viewpoint of enhancing the effect of the present invention, a suitable combination and M 1 element and M 2 element Is preferably selected. For example, the above-mentioned M 1 element is Mn, if M 2 element is Ge, A element contained in the modified material can be selected suitably and Ti. In addition, as an example of the configuration of the electrode member of the present invention having a suitable combination of the M 1 element, the M 2 element, and the A element, an electrode active material / modifier / solid electrolyte material is LiNi 0.5 Mn 1.5 O 4 / TiO 2 / Li 1.5 Al 0.5 Ge 1.5 (PO 4) may be mentioned 3 become configured.

上記修飾材は、電極活物質および固体電解質材料の界面に配置されるものであり、本発明の電極部材の形状に応じて適宜決定される。また、上記修飾材の形状としては、電極部材の形状等に応じて適宜選択されるものであり、例えば真球状、楕円球状等の粒子状、薄膜状等を挙げることができる。上記修飾材が粒子状である場合、上記修飾材の平均粒径としては、上記界面抵抗を低減させることができる程度であれば特に限定されない。なお、上記平均粒径の測定方法としては、流動分布計を用いてD50を測定する方法等が挙げられる。 The modifier is disposed at the interface between the electrode active material and the solid electrolyte material, and is appropriately determined according to the shape of the electrode member of the present invention. Further, the shape of the modifier is appropriately selected according to the shape of the electrode member and the like, and examples thereof include particles such as a true sphere and an ellipsoid, and a thin film. When the modifying material is in the form of particles, the average particle size of the modifying material is not particularly limited as long as the interface resistance can be reduced. In this connection, the measurement method of the average particle diameter, and a method of measuring the D 50 with a flow distribution analyzer.

また上記修飾材が本発明の電極部材に含有される量は、上記電極活物質および上記固体電解質材料の界面における抵抗を低減できれば特に限定されるものではなく、使用される電極活物質および固体電解質材料の種類等に応じて適宜決定されるものである。   The amount of the modifying material contained in the electrode member of the present invention is not particularly limited as long as the resistance at the interface between the electrode active material and the solid electrolyte material can be reduced. The electrode active material and the solid electrolyte used are not limited. It is appropriately determined according to the type of material.

本発明の電極部材は、少なくとも上述した電極活物質および固体電解質材料を有するものであれば特に限定されるものではないが、例えば焼結体であることが好ましい。緻密な電極部材とすることができるからである。また、本発明の電極部材は形状に基づいて以下のように大別することができる。   The electrode member of the present invention is not particularly limited as long as it has at least the electrode active material and the solid electrolyte material described above, but is preferably a sintered body, for example. It is because it can be set as a precise | minute electrode member. Moreover, the electrode member of this invention can be divided roughly as follows based on a shape.

(1)第1形状
第1形状の電極部材は、粒子状であることを特徴とするものである。より具体的には、第1形状の電極部材は電極活物質の表面に固体電解質材料が被覆する粒子(複合化粒子)状であることを特徴とするものである。図3(a)は、第1形状の電極部材の一例を示すものであり、図3(a)に示すように、電極部材10は粒子状であり、電極活物質1および固体電解質材料2を有する。また電極部材10は、電極活物質1および固体電解質材料2の界面に、修飾材3を有していても良い。
(1) First shape The first shape electrode member is in the form of particles. More specifically, the first shape electrode member is in the form of particles (composite particles) in which the surface of the electrode active material is coated with a solid electrolyte material. FIG. 3A shows an example of the first-shaped electrode member. As shown in FIG. 3A, the electrode member 10 is in the form of particles, and the electrode active material 1 and the solid electrolyte material 2 are separated from each other. Have. The electrode member 10 may have a modifier 3 at the interface between the electrode active material 1 and the solid electrolyte material 2.

第1形状の電極部材としては、電極活物質の表面の少なくとも一部が固体電解質材料によって被覆されていれば良く、その被覆率は例えば、25%以上であることが好ましく、
50%以上であることがより好ましい。
As the first shape electrode member, it suffices that at least a part of the surface of the electrode active material is covered with a solid electrolyte material, and the coverage is preferably, for example, 25% or more,
More preferably, it is 50% or more.

第1形状の電極部材は、粒子状であり、その平均粒径(D50)が、例えば0.1μm〜50μmの範囲内であることが好ましい。なお、上記平均粒径は、例えば粒度分布計により決定できる。 The first-shaped electrode member is in the form of particles, and the average particle diameter (D 50 ) thereof is preferably in the range of 0.1 μm to 50 μm, for example. In addition, the said average particle diameter can be determined with a particle size distribution meter, for example.

第1形状の電極部材は、上述した修飾材を含有していても良い。上記修飾材は、電極活物質および固体電解質材料の界面に配置されるものであれば特に限定されるものではない。   The first-shaped electrode member may contain the modifying material described above. The modifier is not particularly limited as long as it is disposed at the interface between the electrode active material and the solid electrolyte material.

第1形状の電極部材は、通常、全固体電池に用いられるものであり、全固体電池については、後述する「B.全固体電池」で詳細に説明する。また、第1形状の電極部材の製造方法としては、上述した形状の電極部材を得ることができれば特に限定されるものではなく、例えば、後述する「C.電極部材の製造方法」に記載する方法を用いることができる。   The first shape electrode member is normally used for an all-solid battery, and the all-solid battery will be described in detail in “B. All-solid battery” described later. Further, the method for producing the first shape electrode member is not particularly limited as long as the electrode member having the above-described shape can be obtained. For example, the method described in “C. Method for producing electrode member” described later. Can be used.

(2)第2形状
第2形状の電極部材は、電極活物質および固体電解質材料を含有する電極活物質層である。図3(b)は、第2形状の電極部材の一例を示すものであり、例えば電極部材10は、後述する全固体電池20における正極活物質層11であり、正極活物質層11は電極活物質1および固体電解質材料2を含有するものである。また電解質材料1および固体電解質材料2の界面に、修飾材3を有していても良い。なお、全固体電池20の各構成については、後述する図4と同様とすることができる。
(2) Second Shape The second shape electrode member is an electrode active material layer containing an electrode active material and a solid electrolyte material. FIG. 3B shows an example of a second-shaped electrode member. For example, the electrode member 10 is a positive electrode active material layer 11 in an all-solid battery 20 described later, and the positive electrode active material layer 11 is an electrode active material. The substance 1 and the solid electrolyte material 2 are contained. Further, the modifier 3 may be provided at the interface between the electrolyte material 1 and the solid electrolyte material 2. In addition, about each structure of the all-solid-state battery 20, it can be made the same as that of FIG. 4 mentioned later.

このような第2形状の電極部材は、少なくとも電極活物質および固体電解質材料を含有するものであり、第2形状の電極部材における電極活物質の含有量は、例えば10重量%〜99重量%の範囲内であることが好ましく、20重量%〜90重量%の範囲内であることがより好ましい。また上記電極活物質は、固体電解質材料と接しているものであれば特に限定されるものではないが、固体電解質材料を担持していることが好ましい。   Such a second shape electrode member contains at least an electrode active material and a solid electrolyte material, and the content of the electrode active material in the second shape electrode member is, for example, 10 wt% to 99 wt%. It is preferably within the range, and more preferably within the range of 20% by weight to 90% by weight. The electrode active material is not particularly limited as long as it is in contact with the solid electrolyte material, but it is preferable to carry the solid electrolyte material.

また第2形状の電極部材における固体電解質材料の含有量は、一般的な全固体電池の電極層と同様のものとすることができ、例えば、1重量%〜90重量%の範囲内であることが好ましく、10重量%〜80重量%の範囲内であることがより好ましい。また固体電解質材料が粒子状である場合、その平均粒径が、例えば50nm〜5μmの範囲内であることが好ましく、100nm〜3μmの範囲内であることがより好ましい。   In addition, the content of the solid electrolyte material in the second shape electrode member can be the same as that of the electrode layer of a general all solid state battery, for example, within the range of 1 wt% to 90 wt%. Is preferable, and it is more preferable that it is in the range of 10 wt% to 80 wt%. When the solid electrolyte material is in the form of particles, the average particle size is preferably in the range of 50 nm to 5 μm, for example, and more preferably in the range of 100 nm to 3 μm.

第2形状の電極部材は、上述した電極活物質、固体電解質材料以外に、必要に応じて導電化材を含有しても良い。導電化材としては、例えばアセチレンブラック、ケッチェンブラック、カーボンファイバー等を挙げることができる。また、第2形状の電極部材は、さらに結着剤を含有していても良い。このような結着剤としては、例えばポリビニリデンフロライド(PVDF)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)等のフッ素含有結着剤等を用いることができる。   The electrode member of the second shape may contain a conductive material as necessary in addition to the electrode active material and the solid electrolyte material described above. Examples of the conductive material include acetylene black, ketjen black, and carbon fiber. Further, the second shape electrode member may further contain a binder. As such a binder, for example, a fluorine-containing binder such as polyvinylidene fluoride (PVDF) or polytetrafluoroethylene (PTFE) can be used.

第2形状の電極部材は、上述した修飾材を有していても良い。修飾材の配置される位置としては、電極活物質および固体電解質材料の界面であれば特に限定されるものではない。また、この場合、修飾材が、電極活物質および固体電解質材料の少なくとも一方に担持されていても良い。   The second-shaped electrode member may have the modifying material described above. The position where the modifier is arranged is not particularly limited as long as it is an interface between the electrode active material and the solid electrolyte material. In this case, the modifier may be supported on at least one of the electrode active material and the solid electrolyte material.

第2形状の電極部材の厚さは、例えば使用される全固体電池の種類によって異なるものであり、例えば0.1μm〜1000μmの範囲内であることが好ましい。また、第2形状の電極部材の製造方法としては、例えば一般的な全固体電池の電極活物質層の形成方法を用いることができる。具体的には、「C.電極部材の製造方法」に記載した方法を挙げることができる。   The thickness of the second-shaped electrode member varies depending on, for example, the type of all-solid battery used, and is preferably in the range of 0.1 μm to 1000 μm, for example. Moreover, as a manufacturing method of a 2nd-shaped electrode member, the formation method of the electrode active material layer of a general all-solid-state battery can be used, for example. Specifically, the method described in “C. Electrode member manufacturing method” can be given.

(3)第3形状
第3形状の電極部材は、電極活物質層および固体電解質層から構成され、上記電極活物質層が上述した電極活物質を含有し、上記固体電解質層が上述した固体電解質材料を含有することを特徴とするものである。図3(c)は、第3形状の電極部材の一例を示すものであり、図3(c)に示すように、電極部材10は、全固体電池20における正極活物質層11および固体電解質層13から構成されるものである。また、正極活物質層11および固体電解質層13の界面においては、電極活物質(正極活物質)1および固体電解質材料2が接している。また電極活物質1および固体電解質材料2の界面に、修飾材3を有していても良い。なお、全固体電池20の各構成については、後述する図4と同様とすることができる。
(3) Third Shape The third shape electrode member is composed of an electrode active material layer and a solid electrolyte layer, the electrode active material layer contains the electrode active material described above, and the solid electrolyte layer described above. It is characterized by containing a material. FIG. 3C shows an example of a third shape electrode member. As shown in FIG. 3C, the electrode member 10 includes the positive electrode active material layer 11 and the solid electrolyte layer in the all-solid battery 20. 13. Further, at the interface between the positive electrode active material layer 11 and the solid electrolyte layer 13, the electrode active material (positive electrode active material) 1 and the solid electrolyte material 2 are in contact with each other. Further, the modifier 3 may be provided at the interface between the electrode active material 1 and the solid electrolyte material 2. In addition, about each structure of the all-solid-state battery 20, it can be made the same as that of FIG. 4 mentioned later.

第3形状の電極部材における電極活物質層は、少なくとも上述した電極活物質を含有しているものであり、電極活物質層内における電極活物質の含有量は、上記第2形状の電極部材と同様とすることができる。また、第3形状における電極部材の電極活物質層は、上記電極活物質以外に、必要に応じて導電助剤、結着剤の少なくとも一方を含有していても良い。導電助剤および結着剤は、上記第2形状の電極部材と同様のものを用いることができる。なお、第3形状の電極部材の電極活物質層のその他の事項については、上記第2形状の電極部材と同様とすることができる。   The electrode active material layer in the third shape electrode member contains at least the electrode active material described above, and the content of the electrode active material in the electrode active material layer is the same as that of the second shape electrode member. The same can be said. In addition, the electrode active material layer of the electrode member in the third shape may contain at least one of a conductive additive and a binder as necessary, in addition to the electrode active material. As the conductive auxiliary agent and the binder, the same electrode members as those of the second shape can be used. In addition, it can be the same as that of the said 2nd shape electrode member about the other matter of the electrode active material layer of a 3rd shape electrode member.

また第3形状の電極部材における固体電解質層は、少なくとも上述した固体電解質材料を含有するものであれば特に限定されるものではなく、例えば上述した固体電解質材料のみから構成されることが好ましい。第3形状の電極部材における固体電解質層の厚さとしては、固体電解質材料の種類や、使用される全固体電池の構成によって異なるものであるが、例えば0.1μm〜1000μmの範囲内であることが好ましく、0.1μm〜300μmの範囲内であることがより好ましい。   Further, the solid electrolyte layer in the third shape electrode member is not particularly limited as long as it contains at least the above-described solid electrolyte material. For example, the solid electrolyte layer is preferably composed of only the above-described solid electrolyte material. The thickness of the solid electrolyte layer in the third-shaped electrode member varies depending on the type of the solid electrolyte material and the configuration of the all-solid battery used, but is within the range of, for example, 0.1 μm to 1000 μm. Is preferable, and it is more preferable to be within a range of 0.1 μm to 300 μm.

第3形状の電極部材は、上述した修飾材を有していても良い。修飾材が配置される位置としては、上述した電極活物質層および固体電解質層の界面が挙げられ、例えば平面視上での、修飾材による電極活物質層の表面被覆率が1%〜95%の範囲内であることが好ましく、5%〜70%の範囲内であることがより好ましく、10%〜50%の範囲内であることが特に好ましい。なお、上記表面被覆率は、走査型電子顕微鏡(SEM)によって得られる画像から算出できる値である。   The electrode member of the third shape may have the modifying material described above. Examples of the position where the modifier is disposed include the above-described interface between the electrode active material layer and the solid electrolyte layer. For example, the surface coverage of the electrode active material layer by the modifier in a plan view is 1% to 95%. Preferably, it is in the range of 5% to 70%, more preferably in the range of 10% to 50%. The surface coverage is a value that can be calculated from an image obtained by a scanning electron microscope (SEM).

第3形状の電極部材の製造方法としては、上述した形状の電極部材を得ることができる方法であれば特に限定されるものではなく、例えば「C.電極部材の製造方法」に記載する方法を用いることができる。   The method for producing the third shape electrode member is not particularly limited as long as it is a method capable of obtaining the electrode member having the shape described above. For example, the method described in “C. Method for producing electrode member” is used. Can be used.

B.全固体電池
次に、本発明の全固体電池について説明する。本発明の全固体電池は、正極活物質を含有する正極活物質層と、負極活物質を含有する負極活物質層と、上記正極活物質層および上記負極活物質層の間に形成される固体電解質層と、を有する全固体電池であって、上述した電極部材を用いることを特徴とするものである。
B. Next, the all solid state battery of the present invention will be described. The all solid state battery of the present invention includes a positive electrode active material layer containing a positive electrode active material, a negative electrode active material layer containing a negative electrode active material, and a solid formed between the positive electrode active material layer and the negative electrode active material layer. An all-solid-state battery having an electrolyte layer, wherein the electrode member described above is used.

本発明の全固体電池は、用いる電極部材の形状によって3つの態様に大別できる。
以下、本発明の全固体電池について、各実施態様に分けて説明する。
The all solid state battery of the present invention can be roughly divided into three modes depending on the shape of the electrode member used.
Hereinafter, the all solid state battery of the present invention will be described separately for each embodiment.

1.第一実施態様
本発明の全固体電池の第一実施態様について説明する。本発明の第一実施態様は、正極活物質を含有する正極活物質層と、負極活物質を含有する負極活物質層と、上記正極活物質層および上記負極活物質層の間に形成される固体電解質層と、を有する全固体電池であって、上述した電極部材を用いており、上記電極部材が粒子状であることを特徴とするものである。
1. First Embodiment A first embodiment of the all solid state battery of the present invention will be described. A first embodiment of the present invention is formed between a positive electrode active material layer containing a positive electrode active material, a negative electrode active material layer containing a negative electrode active material, and the positive electrode active material layer and the negative electrode active material layer. An all-solid battery having a solid electrolyte layer, wherein the electrode member described above is used, and the electrode member is particulate.

図4は、本実施態様の全固体電池の一例を示す概略断面図である。図4に示すように、全固体電池20は、正極活物質層11と、負極活物質層12と、正極活物質層11および負極活物質層12の間に形成された固体電解質層13と、正極活物質層11の集電を行う正極集電体14と、負極活物質層12の集電を行う負極集電体15と、を有する。また、全固体電池は、正極活物質層11および負極活物質層12の少なくとも一方に粒子状の電極部材10(図3(a)参照)を有する。   FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing an example of the all solid state battery of the present embodiment. As shown in FIG. 4, the all-solid battery 20 includes a positive electrode active material layer 11, a negative electrode active material layer 12, a solid electrolyte layer 13 formed between the positive electrode active material layer 11 and the negative electrode active material layer 12, A positive electrode current collector 14 that collects current from the positive electrode active material layer 11 and a negative electrode current collector 15 that collects current from the negative electrode active material layer 12 are included. The all solid state battery has a particulate electrode member 10 (see FIG. 3A) on at least one of the positive electrode active material layer 11 and the negative electrode active material layer 12.

本実施態様によれば、上述した電極部材を用いることから、電極活物質および固体電解質材料の界面における界面抵抗を低減可能な全固体電池とすることができる。また、上述した電極部材では、上記修飾材が電極活物質および固体電解質材料に相互拡散することで、電極活物質、修飾材、および固体電解質材料の界面において優れた密着性を発揮することから、サイクル特性に優れた全固体電池とすることができる。   According to this embodiment, since the electrode member described above is used, an all-solid battery capable of reducing the interface resistance at the interface between the electrode active material and the solid electrolyte material can be obtained. Moreover, in the electrode member mentioned above, since the modifying material interdiffuses in the electrode active material and the solid electrolyte material, it exhibits excellent adhesion at the interface of the electrode active material, the modifying material, and the solid electrolyte material. It can be set as the all-solid-state battery excellent in cycling characteristics.

(1)正極活物質層
本実施態様における正極活物質層は、少なくとも正極活物質を含有する層であれば特に限定されるものではなく、例えば上述した粒子状である電極部材を含有していることが好ましい。
(1) Positive electrode active material layer The positive electrode active material layer in this embodiment is not particularly limited as long as it is a layer containing at least a positive electrode active material. For example, the positive electrode active material layer contains the above-described particulate electrode member. It is preferable.

また、本実施態様における正極活物質層は、必要に応じて導電助剤および結着剤の少なくとも一つを含有していても良い。なお、導電助剤および結着剤は、「A.電極部材」の項に記載したものを用いることができる。   Moreover, the positive electrode active material layer in this embodiment may contain at least one of a conductive additive and a binder as necessary. In addition, what was described in the term of "A. Electrode member" can be used for a conductive support agent and a binder.

正極活物質層の厚さは、目的とする全固体電池の種類によって異なるものであるが、例えば、0.1μm〜1000μmの範囲内であることが好ましい。また、正極活物質層の形成方法としては、目的とする正極活物質層を形成できる方法であれば特に限定されない。   The thickness of the positive electrode active material layer varies depending on the type of the all-solid battery intended, but is preferably in the range of 0.1 μm to 1000 μm, for example. Further, the method for forming the positive electrode active material layer is not particularly limited as long as it can form the target positive electrode active material layer.

(2)固体電解質層
本実施態様の固体電解質層は、正極活物質層および負極活物質層の間に形成され、少なくとも固体電解質材料を含有するものである。固体電解質層に含有される固体電解質材料としては、例えば、上述した電極部材に用いられる固体電解質材料と同様のものであっても良く、異なるものであっても良い。
(2) Solid electrolyte layer The solid electrolyte layer of this embodiment is formed between the positive electrode active material layer and the negative electrode active material layer, and contains at least a solid electrolyte material. The solid electrolyte material contained in the solid electrolyte layer may be the same as or different from the solid electrolyte material used for the electrode member described above, for example.

また、固体電解質材料の形状としては、例えば、真球状、楕円球状等の粒子状、薄膜状等を挙げることができる。また、固体電解質材料が粒子状である場合、その平均粒径は、例えば、50nm〜5μmの範囲内であることが好ましく、100nm〜3μmの範囲内であることがより好ましい。   In addition, examples of the shape of the solid electrolyte material include particles such as a true sphere and an ellipsoid, and a thin film. Moreover, when a solid electrolyte material is a particulate form, it is preferable that the average particle diameter exists in the range of 50 nm-5 micrometers, for example, and it is more preferable that it exists in the range of 100 nm-3 micrometers.

固体電解質層は、上述した固体電解質材料のみから構成されることが好ましいが、必要に応じて、さらに結着剤を含有していても良い。固体電解質層に用いられる結着剤としては、上述した正極活物質層における場合と同様である。固体電解質層の厚さとしては、固体電解質材料の種類および全固体電池の構成によって大きく異なるものであるが、例えば、0.1μm〜1000μmの範囲内であることが好ましく、0.1μm〜300μmの範囲内であることがより好ましい。固体電解質層の形成方法としては、目的とする固体電解質層を形成できる方法であれば特に限定されない。   The solid electrolyte layer is preferably composed of only the solid electrolyte material described above, but may further contain a binder as necessary. The binder used for the solid electrolyte layer is the same as in the positive electrode active material layer described above. The thickness of the solid electrolyte layer varies greatly depending on the type of the solid electrolyte material and the configuration of the all-solid battery, but is preferably in the range of 0.1 μm to 1000 μm, for example, 0.1 μm to 300 μm. More preferably within the range. The method for forming the solid electrolyte layer is not particularly limited as long as it is a method capable of forming the target solid electrolyte layer.

(3)負極活物質層
本実施態様における負極活物質層は、少なくとも負極活物質を含有する層であり、必要に応じて、固体電解質材料、導電助剤および結着材の少なくとも一つを含有していても良い。本実施態様の全固体電池における負極活物質としては、伝導イオンであるLiイオンを吸蔵・放出可能なものであれば特に限定されるものではなく、例えば、カーボン活物質および金属活物質等を挙げることができる。カーボン活物質としては、例えば、黒鉛、メソカーボンマイクロビーズ(MCMB)、高配向性グラファイト(HOPG)、ハードカーボン、ソフトカーボン等を挙げることができる。一方、金属活物質としては、例えば、Li合金、Sn−Co−C等の合金材料、In、Al、SiおよびSn等を挙げることができる。また、その他の負極活物質の例としては、LiTiO等の酸化物系材料を挙げることができる。
(3) Negative electrode active material layer The negative electrode active material layer in this embodiment is a layer containing at least a negative electrode active material, and contains at least one of a solid electrolyte material, a conductive additive, and a binder as necessary. You may do it. The negative electrode active material in the all solid state battery of this embodiment is not particularly limited as long as it can occlude / release Li ions, which are conductive ions, and examples thereof include a carbon active material and a metal active material. be able to. Examples of the carbon active material include graphite, mesocarbon microbeads (MCMB), highly oriented graphite (HOPG), hard carbon, and soft carbon. On the other hand, examples of the metal active material include alloy materials such as Li alloy and Sn—Co—C, In, Al, Si, and Sn. In addition, examples of other negative electrode active materials include oxide materials such as Li 4 TiO 5 .

なお、負極活物質層に用いられる固体電解質材料および導電化剤については、それぞれ上述した正極活物質層および固体電解質層における場合と同様である。また負極活物質層の厚さは、例えば、0.1μm〜1000μmの範囲内である。負極活物質層の形成方法としては、目的とする負極活物質層を形成できる方法であれば特に限定されない。   Note that the solid electrolyte material and the conductive agent used in the negative electrode active material layer are the same as those in the positive electrode active material layer and the solid electrolyte layer described above, respectively. The thickness of the negative electrode active material layer is, for example, in the range of 0.1 μm to 1000 μm. The method for forming the negative electrode active material layer is not particularly limited as long as it can form the target negative electrode active material layer.

(4)その他の構成
本実施態様の全固体電池は、上述した正極活物質層、固体電解質層、および負極活物質層を少なくとも有するものである。さらに通常は、正極活物質層の集電を行う正極集電体、および負極活物質層の集電を行う負極集電体を有する。正極集電体の材料としては、例えば、金、SUS、アルミニウム、ニッケル、鉄、チタン、およびカーボン等を挙げることができる。一方、負極集電体の材料としては、例えば、金、SUS、銅、ニッケル、およびカーボン等を挙げることができる。また、正極集電体および負極集電体の厚さや形状等については、全固体電池の用途等に応じて適宜選択することが好ましい。また、本実施態様に用いられる電池ケースには、一般的な全固体電池に使用される電池ケースを用いることができ、例えば、SUS製電池ケース等を挙げることができる。また、本実施態様の全固体電池は、発電要素を絶縁リングの内部に形成したものであっても良い。
(4) Other Configurations The all solid state battery of this embodiment has at least the positive electrode active material layer, the solid electrolyte layer, and the negative electrode active material layer described above. Furthermore, it usually has a positive electrode current collector for collecting current of the positive electrode active material layer and a negative electrode current collector for collecting current of the negative electrode active material layer. Examples of the material for the positive electrode current collector include gold, SUS, aluminum, nickel, iron, titanium, and carbon. On the other hand, examples of the material for the negative electrode current collector include gold, SUS, copper, nickel, and carbon. In addition, the thickness and shape of the positive electrode current collector and the negative electrode current collector are preferably appropriately selected according to the use of the all solid state battery. Moreover, the battery case used for a general all-solid battery can be used for the battery case used for this embodiment, For example, the battery case made from SUS etc. can be mentioned. Moreover, the all-solid-state battery of this embodiment may have a power generating element formed inside an insulating ring.

(5)全固体電池
本実施態様の全固体電池の種類としては、例えば一次電池であっても良く、二次電池であっても良いが、二次電池であることが好ましい。繰り返し充放電でき、例えば車載用電池として有用だからである。本実施態様の全固体電池の形状としては、例えば、コイン型、ラミネート型、円筒型、および角型等を挙げることができる。また、本実施態様の全固体電池の製造方法は、上述した全固体電池を得ることができる方法であれば特に限定されるものではなく、一般的な全固体電池の製造方法と同様の方法を用いることができる。
(5) All-solid-state battery As a kind of all-solid-state battery of this embodiment, although a primary battery may be sufficient, for example, a secondary battery may be sufficient, it is preferable that it is a secondary battery. This is because it can be repeatedly charged and discharged and is useful, for example, as an in-vehicle battery. Examples of the shape of the all solid state battery of this embodiment include a coin type, a laminate type, a cylindrical type, and a square type. Moreover, the manufacturing method of the all-solid-state battery of this embodiment will not be specifically limited if it is a method which can obtain the all-solid-state battery mentioned above, The method similar to the manufacturing method of a general all-solid-state battery is used. Can be used.

2.第二実施態様
本発明の全固体電池の第二実施態様について説明する。第二実施態様は、正極活物質を含有する正極活物質層と、負極活物質を含有する負極活物質層と、上記正極活物質層および上記負極活物質層の間に形成される固体電解質層と、を有する全固体電池であって、上述した電極部材を用いており、上記電極部材が電極活物質および固体電解質材料を含有する電極活物質層であることを特徴とするものである。
2. Second Embodiment A second embodiment of the all solid state battery of the present invention will be described. The second embodiment includes a positive electrode active material layer containing a positive electrode active material, a negative electrode active material layer containing a negative electrode active material, and a solid electrolyte layer formed between the positive electrode active material layer and the negative electrode active material layer The electrode member described above is used, and the electrode member is an electrode active material layer containing an electrode active material and a solid electrolyte material.

本実施態様の全固体電池は、図3(b)に示すように、正極活物質層11と、負極活物質層12と、正極活物質層11および負極活物質層12の間に形成された固体電解質層13と、正極活物質層11の集電を行う正極集電体14と、負極活物質層12の集電を行う負極集電体15と、を有しており、例えば正極活物質層11が電極部材10である。また、電極部材10は、電極活物質1および固体電解質材料2を含有するものである。   The all solid state battery of this embodiment is formed between the positive electrode active material layer 11, the negative electrode active material layer 12, the positive electrode active material layer 11 and the negative electrode active material layer 12, as shown in FIG. It has a solid electrolyte layer 13, a positive electrode current collector 14 that collects current from the positive electrode active material layer 11, and a negative electrode current collector 15 that collects current from the negative electrode active material layer 12. The layer 11 is the electrode member 10. The electrode member 10 contains the electrode active material 1 and the solid electrolyte material 2.

本実施態様によれば、上述した電極部材を用いることから、電極活物質および固体電解質材料の界面における界面抵抗を低減可能な全固体電池とすることができる。また、上述した電極部材では、上記修飾材が電極活物質および固体電解質材料に相互拡散することで、電極活物質、修飾材、および固体電解質材料の界面において優れた密着性を発揮することから、サイクル特性に優れた全固体電池とすることができる。   According to this embodiment, since the electrode member described above is used, an all-solid battery capable of reducing the interface resistance at the interface between the electrode active material and the solid electrolyte material can be obtained. Moreover, in the electrode member mentioned above, since the modifying material interdiffuses in the electrode active material and the solid electrolyte material, it exhibits excellent adhesion at the interface of the electrode active material, the modifying material, and the solid electrolyte material. It can be set as the all-solid-state battery excellent in cycling characteristics.

本実施態様においては、上述した電極部材(第2形状の電極部材)を含有するものであれば特に限定されるものではなく、上記電極部材を正極活物質層として用いても良く、負極活物質層として用いても良いが、正極活物質層として用いることが好ましい。本発明の効果をより発揮することができるからである。なお、本実施態様の全固体電池におけるその他の事項は、上記「1.第一実施態様」と同様であるため、ここでの記載は省略する。   In the present embodiment, there is no particular limitation as long as it contains the above-described electrode member (second-shaped electrode member), and the electrode member may be used as a positive electrode active material layer. Although it may be used as a layer, it is preferably used as a positive electrode active material layer. It is because the effect of the present invention can be exhibited more. In addition, since the other matter in the all-solid-state battery of this embodiment is the same as that of the above-mentioned “1. First embodiment”, description here is omitted.

3.第三実施態様
本発明の全固体電池の第三実施態様について説明する。第三実施態様は、正極活物質を含有する正極活物質層と、負極活物質を含有する負極活物質層と、上記正極活物質層および上記負極活物質層の間に形成される固体電解質層と、を有する全固体電池であって、上述した電極部材を用いており、上記電極部材が、電極活物質層および固体電解質層から構成され、上記電極活物質層が電極活物質を含有し、上記固体電解質層が固体電解質材料を含有することを特徴とするものである。
3. Third Embodiment A third embodiment of the all solid state battery of the present invention will be described. A third embodiment includes a positive electrode active material layer containing a positive electrode active material, a negative electrode active material layer containing a negative electrode active material, and a solid electrolyte layer formed between the positive electrode active material layer and the negative electrode active material layer And using the electrode member described above, the electrode member is composed of an electrode active material layer and a solid electrolyte layer, the electrode active material layer contains an electrode active material, The solid electrolyte layer contains a solid electrolyte material.

本実施態様の全固体電池は、図3(c)に示すように、正極活物質層11と、負極活物質層12と、正極活物質層11および負極活物質層12の間に形成された固体電解質層13と、正極活物質層11の集電を行う正極集電体14と、負極活物質層12の集電を行う負極集電体15と、を有しており、例えば正極活物質層11および固体電解質層13が電極部材10を構成するものである。また、電極部材10における正極活物質層11は、正極活物質(電極活物質)1を含有し、固体電解質層13は固体電解質材料2を含有するものである。   The all solid state battery of this embodiment was formed between the positive electrode active material layer 11, the negative electrode active material layer 12, the positive electrode active material layer 11 and the negative electrode active material layer 12, as shown in FIG. It has a solid electrolyte layer 13, a positive electrode current collector 14 that collects current from the positive electrode active material layer 11, and a negative electrode current collector 15 that collects current from the negative electrode active material layer 12. The layer 11 and the solid electrolyte layer 13 constitute the electrode member 10. The positive electrode active material layer 11 in the electrode member 10 contains a positive electrode active material (electrode active material) 1, and the solid electrolyte layer 13 contains a solid electrolyte material 2.

本実施態様によれば、上述した電極部材を用いることから、電極活物質および固体電解質材料の界面における界面抵抗を低減可能な全固体電池とすることができる。また、上述した電極部材では、上記修飾材が電極活物質および固体電解質材料に相互拡散することで、電極活物質、修飾材、および固体電解質材料の界面において優れた密着性を発揮することから、サイクル特性に優れた全固体電池とすることができる。   According to this embodiment, since the electrode member described above is used, an all-solid battery capable of reducing the interface resistance at the interface between the electrode active material and the solid electrolyte material can be obtained. Moreover, in the electrode member mentioned above, since the modifying material interdiffuses in the electrode active material and the solid electrolyte material, it exhibits excellent adhesion at the interface of the electrode active material, the modifying material, and the solid electrolyte material. It can be set as the all-solid-state battery excellent in cycling characteristics.

本実施態様においては、少なくとも上述した電極部材(第3形状の電極部材)を用いるものであれば特に限定されるものではなく、上記電極部材における電極活物質層が正極活物質層であっても良く、負極活物質層であっても良いが、正極活物質層であることが好ましい。本発明の効果をより発揮することができるからである。   In the present embodiment, there is no particular limitation as long as at least the electrode member (third shape electrode member) described above is used, and even if the electrode active material layer in the electrode member is a positive electrode active material layer. Although it may be a negative electrode active material layer, a positive electrode active material layer is preferable. It is because the effect of the present invention can be exhibited more.

本実施態様の全固体電池のその他の構成については、上記「1.第一実施態様」の項に記載したものと同様であるため、ここでの記載は省略する。   Other configurations of the all-solid-state battery according to this embodiment are the same as those described in the section “1. First embodiment”, and thus the description thereof is omitted here.

C.電極部材の製造方法
次に、本発明の電極部材の製造方法について説明する。本発明の電極部材の製造方法は、少なくともM元素(Mは第3族〜第15族に属する4価の元素である。)を含有する電極活物質と、少なくともLiおよびM元素(Mは上記Mと異なる元素であり、かつ、第3族〜第15族に属する4価の元素である。)を含有する固体電解質材料と、を有する電極部材の製造方法であって、上記電極活物質および上記固体電解質材料の界面に、A元素(Aは上記M元素および上記M元素とは異なる元素であり、第3族〜第15族に属する4価の元素である。)を含有する修飾材を有する前駆部材を準備する準備工程と、上記前駆部材を熱処理し、上記電極活物質の上記M元素のサイト、および上記固体電解質材料の上記M元素のサイトに、上記A元素を固溶させる熱処理工程と、を有することを特徴とするものである。
C. Next, the manufacturing method of the electrode member of this invention is demonstrated. The electrode member manufacturing method of the present invention includes an electrode active material containing at least M 1 element (M 1 is a tetravalent element belonging to Group 3 to Group 15), and at least Li and M 2 elements ( M 2 is a different element from M 1 and is a tetravalent element belonging to Group 3 to Group 15.), and a solid electrolyte material. the interface of the electrode active material and the solid electrolyte material, the element a (a is an element different from the above M 1 element and the M 2 element and a tetravalent element belonging to group 3 to group 15 group. ) a preparation step of preparing a precursor member having a modified material containing, in the precursor member heat-treated, the site of the M 1 element of the electrode active material and the M 2 element site of the solid electrolyte material, A heat treatment step for dissolving the element A, It is characterized in that it has.

本発明によれば、上記電極活物質、上記固体電解質材料、および上記修飾材を有する前駆部材を熱処理することにより、上記修飾材中に含有されるA元素が、上記電極活物質の上記M元素のサイト、および上記固体電解質材料の上記M元素のサイトに固溶している電極部材を得ることができる。
以下、本発明の電極部材の製造方法について、工程ごとに説明する。
According to the present invention, by heat-treating the electrode active material, the solid electrolyte material, and the precursor member having the modifying material, the element A contained in the modifying material becomes the M 1 of the electrode active material. it can be obtained an element sites, and the solid electrolyte electrode member which is a solid solution in the site of the M 2 element materials.
Hereinafter, the manufacturing method of the electrode member of this invention is demonstrated for every process.

1.準備工程
まず、本発明における準備工程について説明する。本発明における準備工程は、少なくともM元素(Mは第3族〜第15族に属する4価の元素である。)を含有する電極活物質と、少なくともLiおよびM元素(Mは上記Mと異なる元素であり、かつ、第3族〜第15族に属する4価の元素である。)を含有する固体電解質材料と、を有する電極部材の製造方法であって、上記電極活物質および上記固体電解質材料の界面に、A元素(Aは上記M元素および上記M元素とは異なるであり、第3族〜第15族に属する4価の元素である。)を含有する修飾材を有する前駆部材を準備する工程である。
1. Preparation Step First, the preparation step in the present invention will be described. In the preparation step in the present invention, an electrode active material containing at least M 1 element (M 1 is a tetravalent element belonging to Group 3 to Group 15), and at least Li and M 2 elements (M 2 is A solid electrolyte material containing an element different from M 1 and a tetravalent element belonging to Group 3 to Group 15. the interface between the material and the solid electrolyte material, a element (a is different from the above M 1 element and the M 2 element, a group 3 to group is a tetravalent element belonging to group 15.) containing It is a step of preparing a precursor member having a modifier.

上記修飾材は、少なくともA元素(AはM元素およびM元素とは異なる元素であり、かつ、第3族〜第15族に属する4価の元素である。)を含有するものであれば特に限定されるものではなく、例えば、上記「A.電極部材」の項に記載したものと同様とすることができる。 The modified material is at least A element (the A is element other than M 1 element and M 2 element, and is. A tetravalent element belonging to Group 3 to Group 15 Group) long as it contains the For example, it may be the same as that described in the above section “A. Electrode member”.

本発明によって得られる電極部材が、例えば粒子状(第1形状の電極部材)である場合、前駆部材における固体電解質材料の配合量は、電極活物質100重量部に対して、1重量部〜20重量部の範囲内であることが好ましく、1重量部〜15重量部の範囲内であることがより好ましく、1重量部〜10重量部の範囲内であることが特に好ましい。   When the electrode member obtained by the present invention is, for example, in the form of particles (first shape electrode member), the amount of the solid electrolyte material in the precursor member is 1 to 20 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the electrode active material. It is preferably in the range of parts by weight, more preferably in the range of 1 to 15 parts by weight, and particularly preferably in the range of 1 to 10 parts by weight.

また、本発明によって得られる電極部材が粒子状(第1形状の電極部材)である場合、前駆部材における修飾材の配合量は、後述する熱処理工程において上記電極活物質の上記M元素のサイト、および上記固体電解質材料の上記M元素のサイトに固溶可能な程度であれば特に限定されるものではないが、具体的には、電極活物質100重量部に対して、0.01重量部〜10重量部の範囲内であることが好ましく、0.05重量部〜7重量部の範囲内であることがより好ましく、0.05重量部〜5重量部の範囲内であることが特に好ましい。前駆部材における修飾材の配合量を上記範囲内に設定することで、電極活物質および固体電解質材料が接する領域において、上記電極活物質の上記M元素のサイト、および上記固体電解質材料の上記M元素のサイトに、修飾材に含有されるA元素が十分に固溶している電極部材を得ることができるからである。 Also, when the electrode member obtained by the present invention is a particulate (the first shape of the electrode member), the amount of the modified material in the precursor member, site of the M 1 element of the electrode active material in the heat treatment step described later , And the solid electrolyte material is not particularly limited as long as it can be dissolved in the M 2 element site, and specifically, 0.01 weight with respect to 100 parts by weight of the electrode active material. Is preferably in the range of 10 to 10 parts by weight, more preferably in the range of 0.05 to 7 parts by weight, and particularly preferably in the range of 0.05 to 5 parts by weight. preferable. By setting the blending amount of the modifier in the precursor member within the above range, the M 1 element site of the electrode active material and the M of the solid electrolyte material in the region where the electrode active material and the solid electrolyte material are in contact with each other. This is because it is possible to obtain an electrode member in which the element A contained in the modifier is sufficiently dissolved in the two- element site.

2.熱処理工程
次に、本発明における熱処理工程について説明する。本発明における熱処理工程は、上述した前駆部材を熱処理し、上記電極活物質の上記M元素のサイト、および上記固体電解質材料の上記M元素のサイトに、上記A元素を固溶させる工程である。
2. Next, the heat treatment process in the present invention will be described. The heat treatment step in the present invention is a step in which the above-described precursor member is heat-treated, and the A element is dissolved in the M 1 element site of the electrode active material and the M 2 element site of the solid electrolyte material. is there.

本工程によれば、修飾材に含有されるA元素が上記電極活物質の上記M元素のサイト、および上記固体電解質材料の上記M元素のサイトに、固溶している電極部材が得られる。 According to this step, an electrode member in which the A element contained in the modifier is dissolved in the M 1 element site of the electrode active material and the M 2 element site of the solid electrolyte material is obtained. It is done.

本工程における熱処理方法としては、上記A元素が電極活物質および固体電解質材料に固溶する方法であれば特に限定されるものではない。本工程における加熱雰囲気としては、特に限定されず、例えば大気雰囲気、酸素雰囲気、Ar雰囲気、窒素雰囲気等を挙げることができる。また、本工程における加熱温度としては、使用する電極活物質、固体電解質材料および修飾材の種類等に応じて適宜設定することができるが、例えば550℃以上1100℃以下であることが好ましく、550℃以上900℃以下であることがより好ましい。加熱温度が上記範囲より低すぎる場合、熱処理が不十分となる可能性があり、また一方、加熱温度が上記範囲より高すぎる場合、例えば固体電解質材料に含有されるリチウムが揮発することにより、固体電解質材料の組成が変化してしまう可能性があるからである。   The heat treatment method in this step is not particularly limited as long as the element A is a method of dissolving in the electrode active material and the solid electrolyte material. The heating atmosphere in this step is not particularly limited, and examples thereof include an air atmosphere, an oxygen atmosphere, an Ar atmosphere, and a nitrogen atmosphere. In addition, the heating temperature in this step can be appropriately set according to the type of electrode active material, solid electrolyte material, and modifier used, and is preferably 550 ° C. or higher and 1100 ° C. or lower, for example. It is more preferable that the temperature is not lower than 900 ° C and not higher than 900 ° C. When the heating temperature is too lower than the above range, the heat treatment may be insufficient. On the other hand, when the heating temperature is too high than the above range, for example, lithium contained in the solid electrolyte material volatilizes, so that This is because the composition of the electrolyte material may change.

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は、例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。   The present invention is not limited to the above embodiment. The above-described embodiment is an exemplification, and the present invention has substantially the same configuration as the technical idea described in the claims of the present invention, and any device that exhibits the same function and effect is the present invention. It is included in the technical scope of the invention.

以下に実施例および比較例を示して、本発明をさらに具体的に説明する。   The present invention will be described more specifically with reference to the following examples and comparative examples.

[実施例1]
(電極部材の作製)
電極活物質としてLiNi0.5Mn1.5(日亜化学工業社製、LNMO)0.8gを用意し、修飾材としてTiO(ホソカワミクロン社製)0.1gを用意し、固体電解質材料としてLi1.5Al0.5Ge1.5(PO(ホソカワミクロン社製、LAGP)0.1gを用意し、混合して前駆部材を得た。得られた電極部材を大気中で、600℃、2時間の条件で焼成し、電極部材を得た。
[Example 1]
(Production of electrode member)
Prepare 0.8 g of LiNi 0.5 Mn 1.5 O 4 (manufactured by Nichia Corporation, LNMO) as an electrode active material, 0.1 g of TiO 2 (manufactured by Hosokawa Micron) as a modifier, and prepare a solid electrolyte As a material, 0.1 g of Li 1.5 Al 0.5 Ge 1.5 (PO 4 ) 3 (manufactured by Hosokawa Micron Corporation, LAGP) was prepared and mixed to obtain a precursor member. The obtained electrode member was baked in the atmosphere at 600 ° C. for 2 hours to obtain an electrode member.

[評価1]
実施例1で得られた電極部材についてX線回折(XRD)測定を行った。その結果を図5に示す。図5に示されるように、LiNi0.5(Mn−Ti)1.5およびLi1.5Al0.5(Ge−Ti)1.5(POのピークが確認された。また、TiOのピークも確認された。
[Evaluation 1]
X-ray diffraction (XRD) measurement was performed on the electrode member obtained in Example 1. The result is shown in FIG. As shown in FIG. 5, the peaks of LiNi 0.5 (Mn—Ti) 1.5 O 4 and Li 1.5 Al 0.5 (Ge—Ti) 1.5 (PO 4 ) 3 were confirmed. . A TiO 2 peak was also confirmed.

[実施例2]
(前駆部材の調製)
電極活物質としてLiNi0.5Mn1.5(日亜化学工業社製、LNMO)を用意し、修飾材としてTiO(ホソカワミクロン社製)を用意した。LNMOの表面に、粒子複合化装置(ノビルタ、ホソカワミクロン社製)を用いて、TiOをコーティングした。その後、さらに固体電解質材料としてLi1.5Al0.5Ge1.5(PO(ホソカワミクロン社製、LAGP)をコーティングし、前駆部材(焼成前の複合化粒子)を得た。LNMO、TiOおよびLAGPの重量比は、LNMO:TiO:LAGP=100:0.1:5であった。
[Example 2]
(Preparation of precursor member)
LiNi 0.5 Mn 1.5 O 4 (manufactured by Nichia Corporation, LNMO) was prepared as an electrode active material, and TiO 2 (manufactured by Hosokawa Micron Corporation) was prepared as a modifier. The surface of LNMO was coated with TiO 2 using a particle composite apparatus (Nobilta, manufactured by Hosokawa Micron). Thereafter, Li 1.5 Al 0.5 Ge 1.5 (PO 4 ) 3 (LAGP manufactured by Hosokawa Micron Corporation) was further coated as a solid electrolyte material to obtain a precursor member (composited particles before firing). The weight ratio of LNMO, TiO 2 and LAGP was LNMO: TiO 2 : LAGP = 100: 0.1: 5.

(評価用電池の作製)
得られた前駆部材とLAGP(ホソカワミクロン社製)とを、重量比が前駆部材:LAGP=100:30となるように秤量し、乳鉢で混合して正極合剤を得た。次に、負極活物質としてNb(三井金属社製)を用意し、NbおよびLAGPを重量比がNb:LAGP=100:30となるように秤量し、乳鉢で混合して負極合剤を得た。さらに、非晶質のLAGP(ホソカワミクロン社製)と、結晶性のLAGP(高純度化学社製)とを用意して、LAGP(非晶質)およびLAGP(結晶)を、重量比がLAGP(非晶質):LAGP(結晶)=60:40となるように秤量し、乳鉢で混合して固体電解質合剤を得た。
(Production of evaluation battery)
The obtained precursor member and LAGP (manufactured by Hosokawa Micron) were weighed so that the weight ratio was precursor member: LAGP = 100: 30, and mixed in a mortar to obtain a positive electrode mixture. Next, Nb 2 O 5 (manufactured by Mitsui Kinzoku Co., Ltd.) is prepared as a negative electrode active material, and Nb 2 O 5 and LAGP are weighed so that the weight ratio is Nb 2 O 5 : LAGP = 100: 30, The mixture was mixed to obtain a negative electrode mixture. Furthermore, amorphous LAGP (manufactured by Hosokawa Micron Corporation) and crystalline LAGP (manufactured by High-Purity Chemical Co., Ltd.) are prepared, and LAGP (amorphous) and LAGP (crystal) are mixed at a weight ratio of LAGP (non- Crystalline): LAGP (crystal) = 60: 40 and weighed in a mortar to obtain a solid electrolyte mixture.

上記正極合剤0.01gから構成される正極活物質層と、上記固体電解質合剤0.3gから構成される固体電解質層と、上記負極合剤0.01gから構成される負極活物質層とを有する積層体を形成した。その後、積層体に5MPaの圧力でプレスして圧粉体を形成した。次に、上記圧粉体に、196MPaの圧力で静水圧プレスを行った。その後、600℃、2時間の条件で焼成し、焼結体を得た。この焼結体の表面にAuを蒸着して集電体を形成し、評価用電池を得た。   A positive electrode active material layer composed of 0.01 g of the positive electrode mixture, a solid electrolyte layer composed of 0.3 g of the solid electrolyte mixture, and a negative electrode active material layer composed of 0.01 g of the negative electrode mixture; The laminated body which has was formed. Thereafter, the laminate was pressed at a pressure of 5 MPa to form a green compact. Next, the green compact was subjected to isostatic pressing at a pressure of 196 MPa. Then, it baked on 600 degreeC and the conditions for 2 hours, and obtained the sintered compact. Au was vapor-deposited on the surface of the sintered body to form a current collector, and an evaluation battery was obtained.

[実施例3]
上記電極部材におけるLNMO、TiOおよびLAGPの重量比を、LNMO:TiO:LAGP=100:0.5:5としたこと以外は、実施例2と同様にして評価用電池を得た。
[Example 3]
An evaluation battery was obtained in the same manner as in Example 2 except that the weight ratio of LNMO, TiO 2 and LAGP in the electrode member was LNMO: TiO 2 : LAGP = 100: 0.5: 5.

[実施例4]
上記電極部材におけるLNMO、TiOおよびLAGPの重量比を、LNMO:TiO:LAGP=100:1:5としたこと以外は、実施例2と同様にして評価用電池を得た。
[Example 4]
An evaluation battery was obtained in the same manner as in Example 2 except that the weight ratio of LNMO, TiO 2 and LAGP in the electrode member was LNMO: TiO 2 : LAGP = 100: 1: 5.

[実施例5]
上記電極部材におけるLNMO、TiOおよびLAGPの重量比を、LNMO:TiO:LAGP=100:2:5としたこと以外は、実施例2と同様にして評価用電池を得た。
[Example 5]
An evaluation battery was obtained in the same manner as in Example 2 except that the weight ratio of LNMO, TiO 2 and LAGP in the electrode member was LNMO: TiO 2 : LAGP = 100: 2: 5.

[実施例6]
上記電極部材におけるLNMO、TiOおよびLAGPの重量比を、LNMO:TiO:LAGP=100:3:5としたこと以外は、実施例2と同様にして評価用電池を得た。
[Example 6]
An evaluation battery was obtained in the same manner as in Example 2 except that the weight ratio of LNMO, TiO 2 and LAGP in the electrode member was LNMO: TiO 2 : LAGP = 100: 3: 5.

[比較例1]
修飾材であるTiOを用いないこと以外は、実施例2と同様にして評価用電池を得た。
[Comparative Example 1]
A battery for evaluation was obtained in the same manner as in Example 2 except that TiO 2 as a modifying material was not used.

[評価2]
(粉末X線回折(XRD)測定)
実施例2〜実施例6および比較例1で得られた評価用電池の正極活物質層について、それぞれ粉末XRD測定を行い、LNMOおよびLAGPの格子定数を求めた。その結果を表1に示す。
[Evaluation 2]
(Powder X-ray diffraction (XRD) measurement)
With respect to the positive electrode active material layers of the batteries for evaluation obtained in Examples 2 to 6 and Comparative Example 1, powder XRD measurement was performed, and lattice constants of LNMO and LAGP were obtained. The results are shown in Table 1.

Figure 2013149433
Figure 2013149433

実施例2〜実施例6では、電極活物質であるLNMOおよび固体電解質材料であるLAGPの格子定数が、修飾材であるTiOの添加量の増加に伴って、線形的に変化することが確認できた。これより、修飾材TiOに含有されるTiがLNMOおよびLAGPに固溶していることが示唆された。なお、図6は、比較例1についてのXRD測定結果であり、LiNi0.5Mn1.5およびLi1.5Al0.5Ge1.5(PO以外のピークが確認された。これらのピークから抵抗相が形成されていると考えられる。 In Example 2 to Example 6, it was confirmed that the lattice constants of LNMO, which is an electrode active material, and LAGP, which is a solid electrolyte material, change linearly with an increase in the addition amount of TiO 2 which is a modifier. did it. From this, it was suggested that Ti contained in the modifier TiO 2 was dissolved in LNMO and LAGP. Incidentally, FIG. 6 is an XRD measurement results for Comparative Example 1, LiNi 0.5 Mn 1.5 O 4 and Li 1.5 Al 0.5 Ge 1.5 (PO 4) 3 other peak is confirmed It was done. It is considered that a resistance phase is formed from these peaks.

[評価3]
(サイクリックボルタンメトリー(CV)測定)
実施例2〜実施例6および、比較例1で作製した評価用電池を用いて、0.1mV/secの挿引速度、0V〜4Vの電圧走査範囲で、サイクリックボルタンメトリー測定し、ピーク電流値を求めた。その結果を図7に示す。
[Evaluation 3]
(Cyclic voltammetry (CV) measurement)
Using the evaluation batteries prepared in Examples 2 to 6 and Comparative Example 1, cyclic voltammetry measurement was performed with an insertion speed of 0.1 mV / sec and a voltage scanning range of 0 V to 4 V, and the peak current value Asked. The result is shown in FIG.

図7に示されるように、実施例4で得られた評価用電池が最も高いピーク電流値を示した。これより、修飾材であるTiOの添加によりピーク電流値が増加した理由としては、電極活物質であるLNMOのMnサイト、および固体電解質材料であるLAGPのGeサイトに、TiOに含有されるTi元素が固溶しているため抵抗層の形成が抑制され、界面抵抗が低減されたためと考えられる。したがって、電極活物質のM元素サイト、および固体電解質材料のM元素サイトに、修飾材に含有されるA元素が固溶することで、界面抵抗を低減できることが確認された。 As shown in FIG. 7, the evaluation battery obtained in Example 4 showed the highest peak current value. Than this, the reason why the peak current value is increased by addition of TiO 2 is a modified material, Mn site of an electrode active material LNMO, and LAGP Ge sites is a solid electrolyte material is contained in TiO 2 This is probably because the formation of the resistance layer was suppressed because the Ti element was dissolved, and the interface resistance was reduced. Thus, M 1 element site of the electrode active material, and the M 2 element site of the solid electrolyte material, A element contained in the modified material by solid solution, can be reduced interfacial resistance was confirmed.

1 … 電極活物質
2 … 固体電解質材料
3 … 修飾材
4 … 電極活物質および固体電解質材料が接する領域
10 … 電極部材
11 … 正極活物質層
12 … 負極活物質層
13 … 固体電解質層
14 … 正極集電体
15 … 負極集電体
20 … 全固体電池
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Electrode active material 2 ... Solid electrolyte material 3 ... Modifier 4 ... Area | region where an electrode active material and solid electrolyte material contact | connect 10 ... Electrode member 11 ... Positive electrode active material layer 12 ... Negative electrode active material layer 13 ... Solid electrolyte layer 14 ... Positive electrode Current collector 15 ... Negative electrode current collector 20 ... All-solid-state battery

Claims (10)

少なくともM元素(Mは第3族〜第15族に属する4価の元素である。)を含有する電極活物質と、少なくともLiおよびM元素(Mは前記Mと異なる元素であり、かつ、第3族〜第15族に属する4価の元素である。)を含有する固体電解質材料と、を有する電極部材であって、
前記電極活物質および前記固体電解質材料が接する領域において、前記電極活物質の前記M元素のサイト、および前記固体電解質材料の前記M元素のサイトに、A元素(Aは前記M元素および前記M元素とは異なる元素であり、第3族〜第15族に属する4価の元素である。)が固溶していることを特徴とする電極部材。
(The M 1 is a tetravalent element belonging to Group 3 to Group 15 Group.) At least M 1 element and the electrode active material containing, at least Li and M 2 element (M 2 with different elements as the M 1 And a solid electrolyte material containing a tetravalent element belonging to Group 3 to Group 15),
In the electrode active material and the solid region electrolyte material is in contact, wherein M 1 element site of the electrode active material, and the M 2 element site of the solid electrolyte material, A element (A is the M 1 element and wherein an element other than M 2 element is a tetravalent element belonging to group 3 to group 15 group.) electrode member, characterized in that a solid solution is.
前記A元素のイオン半径をRとし、前記M元素のイオン半径をRM1とし、前記M元素のイオン半径をRM2とした場合、
(R−RM1)の絶対値をRで除した値、および(R−RM2)の絶対値をRで除した値が20%以下であることを特徴とする請求項1に記載の電極部材。
If the ion radius of the element A and R A, the ion radius of the M 1 element and R M1, the ionic radius of the M 2 element and a R M2,
2. The value obtained by dividing the absolute value of (R A −R M1 ) by R A and the value obtained by dividing the absolute value of (R A −R M2 ) by R A are 20% or less. An electrode member according to 1.
前記電極活物質および前記固体電解質材料の界面に、前記A元素を含有する修飾材を有することを特徴とする請求項1または請求項2に記載の電極部材。   3. The electrode member according to claim 1, further comprising a modifier containing the element A at an interface between the electrode active material and the solid electrolyte material. 粒子状であることを特徴とする請求項1から請求項3までのいずれかの請求項に記載の電極部材。   The electrode member according to any one of claims 1 to 3, wherein the electrode member is in the form of particles. 前記電極活物質および前記固体電解質材料を含有する電極活物質層であることを特徴とする請求項1から請求項3までのいずれかの請求項に記載の電極部材。   The electrode member according to any one of claims 1 to 3, wherein the electrode member is an electrode active material layer containing the electrode active material and the solid electrolyte material. 電極活物質層および固体電解質層から構成され、
前記電極活物質層が前記電極活物質を含有し、
前記固体電解質層が前記固体電解質材料を含有することを特徴とする請求項1から請求項3までのいずれかの請求項に記載の電極部材。
Consists of an electrode active material layer and a solid electrolyte layer,
The electrode active material layer contains the electrode active material;
The electrode member according to any one of claims 1 to 3, wherein the solid electrolyte layer contains the solid electrolyte material.
正極活物質を含有する正極活物質層と、負極活物質を含有する負極活物質層と、前記正極活物質層および前記負極活物質層の間に形成される固体電解質層と、を有する全固体電池であって、
請求項1から請求項6までのいずれかの請求項に記載の電極部材を用いることを特徴とする全固体電池。
An all solid having a positive electrode active material layer containing a positive electrode active material, a negative electrode active material layer containing a negative electrode active material, and a solid electrolyte layer formed between the positive electrode active material layer and the negative electrode active material layer A battery,
An all-solid-state battery using the electrode member according to any one of claims 1 to 6.
少なくともM元素(Mは第3族〜第15族に属する4価の元素である。)を含有する電極活物質と、少なくともLiおよびM元素(Mは前記Mと異なる元素であり、かつ、第3族〜第15族に属する4価の元素である。)を含有する固体電解質材料と、を有する電極部材の製造方法であって、
前記電極活物質および前記固体電解質材料の界面に、A元素(Aは前記M元素および前記M元素とは異なる元素であり、第3族〜第15族に属する4価の元素である。)を含有する修飾材を有する前駆部材を準備する準備工程と、
前記前駆部材を熱処理し、前記電極活物質の前記M元素のサイト、および前記固体電解質材料の前記M元素のサイトに、前記A元素を固溶させる熱処理工程と、
を有することを特徴とする電極部材の製造方法。
(The M 1 is a tetravalent element belonging to Group 3 to Group 15 Group.) At least M 1 element and the electrode active material containing, at least Li and M 2 element (M 2 with different elements as the M 1 And a solid electrolyte material containing a tetravalent element belonging to Group 3 to Group 15.),
The interface between the electrode active material and the solid electrolyte material, A element (A is an element other than the M 1 element and the M 2 element is a tetravalent element belonging to Group 3 to Group 15 Group. And a preparatory step of preparing a precursor member having a modifier containing
The precursor member heat-treated, the site of the M 1 element of the electrode active material, and the M 2 element site of the solid electrolyte material, and a heat treatment step of solid solution of the element A,
A method for producing an electrode member, comprising:
前記修飾材が、酸化物であることを特徴とする請求項8に記載の電極部材の製造方法。   The method for manufacturing an electrode member according to claim 8, wherein the modifier is an oxide. 前記修飾材が、TiOであることを特徴とする請求項8または請求項9に記載の電極部材の製造方法。 The method for manufacturing an electrode member according to claim 8 or 9, wherein the modifying material is TiO 2 .
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