JP2014146458A - All-solid-state battery and battery system - Google Patents

All-solid-state battery and battery system Download PDF

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達哉 古賀
Masashi Kodama
昌士 児玉
Hideki Yoshida
秀樹 吉田
Yukiko Sano
由紀子 佐野
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Nichia Chemical Industries Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an all-solid-state battery capable of suppressing an increase in battery resistance due to heating charge, and the like.SOLUTION: An all-solid-state battery 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. An active material of a rock salt layered structure containing Li, at least one of Ni, Co and Mn, O and further at least one of Al and Ga is used as the positive electrode active material. At least one of the positive electrode active material layer and the solid electrolyte layer contains an iodine-containing solid electrolyte material.

Description

本発明は、加熱充電による電池の抵抗の増加を抑制することができる全固体電池、およびこれを用いた電池システムに関する。   The present invention relates to an all-solid-state battery capable of suppressing an increase in battery resistance due to heating and charging, and a battery system using the same.

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、その電源として優れた電池(例えばリチウム電池)の開発が重要視されている。また、情報関連機器や通信関連機器以外の分野では、例えば自動車産業界において、電気自動車やハイブリッド自動車に用いられるリチウム電池等の開発が進められている。   With the rapid spread of information-related equipment and communication equipment such as personal computers, video cameras, and mobile phones in recent years, the development of batteries (eg, lithium batteries) that are excellent as power sources has been regarded as important. In fields other than information-related equipment and communication-related equipment, for example, in the automobile industry, development of lithium batteries and the like used for electric cars and hybrid cars is being promoted.

ここで、従来市販されているリチウム電池には、可燃性の有機溶媒を用いた有機電解液(液体電解質)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。これに対して、液体電解質を固体電解質に変更した全固体電池は、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。   Here, since commercially available lithium batteries use an organic electrolyte solution (liquid electrolyte) that uses a flammable organic solvent, it is possible to prevent the installation of safety devices and to prevent short circuits to suppress temperature rise during short circuits. Therefore, it is necessary to improve the structure and material. In contrast, an all-solid-state battery in which the liquid electrolyte is changed to a solid electrolyte does not use a flammable organic solvent in the battery, so the safety device can be simplified, and the manufacturing cost and productivity are considered excellent. Yes.

全固体電池においては、上述した液体電解質よりも伝導度の低い固体電解質を用いることから、高効率短時間充電に対応することが困難であるという問題がある。これに対して、例えば、特許文献1では、高分子固体電解質を有する全固体電池を加熱して、高分子固体電解質の伝導度を高くすることで、充電を急速に行う加熱充電が検討されている。   In the all-solid-state battery, a solid electrolyte having a lower conductivity than the liquid electrolyte described above is used, so that there is a problem that it is difficult to cope with high-efficiency short-time charging. On the other hand, for example, Patent Document 1 discusses heating and charging in which charging is rapidly performed by heating an all-solid battery having a polymer solid electrolyte and increasing the conductivity of the polymer solid electrolyte. Yes.

特開平4−10366号公報Japanese Patent Laid-Open No. 4-10366 特開2011−113792号公報JP 2011-113792 A

ところで、リチウム電池の分野においては、イオン伝導率を良好なものとするために、ヨウ素を含有する固定電解質材料が正極活物質層や固体電解質層に好適に用いられている。
しかしながら、例えばリチウムニッケルマンガンコバルト系複合化合物といった正極活物質と上記ヨウ素を含有する固体電解質材料とを有する全固体電池に加熱充電を適用した場合は、電池の抵抗が増加してしまうという問題がある。
By the way, in the field of a lithium battery, in order to make ion conductivity favorable, the fixed electrolyte material containing an iodine is used suitably for a positive electrode active material layer or a solid electrolyte layer.
However, when heating charging is applied to an all-solid battery having a positive electrode active material such as a lithium nickel manganese cobalt based composite compound and a solid electrolyte material containing iodine, there is a problem that the resistance of the battery increases. .

本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、加熱充電による電池の抵抗の増加を抑制することができる全固体電池、およびこれを有する電池システムを提供することを主目的とする。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and a main object of the present invention is to provide an all-solid-state battery capable of suppressing an increase in battery resistance due to heating and charging, and a battery system having the battery.

上記課題を解決するために、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た固体電解質層とを有し、上記正極活物質として、Liと、Ni、Co、およびMnの少なくとも1つと、Oと、さらにAlおよびGaの少なくとも1つとを含有する岩塩層状構造の活物質を用い、上記正極活物質層および上記固体電解質層の少なくとも一方が、ヨウ素を含有する固体電解質材料を含有することを特徴とする全固体電池を提供する。   In order to solve the above problems, 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, and between the positive electrode active material layer and the negative electrode active material layer And having a solid electrolyte layer formed as a positive electrode active material, Li, at least one of Ni, Co, and Mn, O, and at least one of Al and Ga. There is provided an all solid state battery using an active material, wherein at least one of the positive electrode active material layer and the solid electrolyte layer contains a solid electrolyte material containing iodine.

上記発明においては、上記岩塩層状構造の活物質が、Alを含有することが好ましい。   In the said invention, it is preferable that the active material of the said rock salt layered structure contains Al.

上記発明においては、上記岩塩層造構造の活物質が、一般式LiNi1−x−y−z−wCoMn (0.92≦a≦1.25、0≦x≦1、0≦y≦0.5、0.001≦z≦0.04、0≦w≦0.1、x+y+z+w≦1、MはAlおよびGaの少なくとも1つ、MはMg、Ti、Zr、W及びMoからなる群より選択される少なくとも一種の元素である。)で示される結晶相を有することが好ましい。 In the above invention, the active material of the rock salt bed granulation structure, general formula Li a Ni 1-x-y -z-w Co x Mn y M 1 z M 2 w O 2 (0.92 ≦ a ≦ 1. 25, 0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 0.5, 0.001 ≦ z ≦ 0.04, 0 ≦ w ≦ 0.1, x + y + z + w ≦ 1, M 1 is at least one of Al and Ga, M 2 is preferably at least one element selected from the group consisting of Mg, Ti, Zr, W and Mo.).

本発明においては、上述した全固体電池と、充電時に上記全固体電池を45℃以上に加熱する加熱部と、を有することを特徴とする電池システムを提供する。   The present invention provides a battery system comprising the all solid state battery described above and a heating unit that heats the all solid state battery to 45 ° C. or higher during charging.

本発明によれば、正極活物質としてAlおよびGaの少なくとも1つを含有する岩塩層状構造の活物質を用いることにより、加熱充電による電池の抵抗の増加を抑制することができる全固体電池とすることができる。
また、本発明によれば、上述した全固体電池を有することにより、加熱充電による電池の抵抗の増加を抑制することができる電池システムとすることができる。
According to the present invention, by using an active material having a rock salt layered structure containing at least one of Al and Ga as a positive electrode active material, an all-solid battery that can suppress an increase in battery resistance due to heat charging is obtained. be able to.
Moreover, according to this invention, it can be set as the battery system which can suppress the increase in the resistance of the battery by heat charging by having the all-solid-state battery mentioned above.

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. 本発明の電池システム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 battery system of this invention. 実施例1、実施例2および比較例の正極活物質のAlの含有量(mol%)と、抵抗増加率(%)との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between content (mol%) of Al of the positive electrode active material of Example 1, Example 2, and a comparative example, and resistance increase rate (%). 充電状態保存後の実施例2および比較例の岩塩層状構造の活物質のヨウ素(I)濃度を示す図である。It is a figure which shows the iodine (I) density | concentration of the active material of the rock salt layered structure of Example 2 after a charge condition preservation | save, and a comparative example.

以下、本発明の全固体電池、および電池システムについて説明する。   Hereinafter, the all-solid-state battery and battery system of this invention are demonstrated.

A.全固体電池
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た固体電解質層とを有し、上記正極活物質として、Liと、Ni、Co、およびMnの少なくとも1つと、Oと、さらにAlおよびGaの少なくとも1つとを含有する岩塩層状構造の活物質を用い、上記正極活物質層および上記固体電解質層の少なくとも一方が、ヨウ素を含有する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。
A. All-solid battery The all-solid battery 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. Active material having a layered structure of a rock salt layer and containing, as the positive electrode active material, at least one of Li, Ni, Co, and Mn, O, and at least one of Al and Ga And at least one of the positive electrode active material layer and the solid electrolyte layer contains a solid electrolyte material containing iodine.

図1は、本発明の全固体電池の一例を示す概略断面図である。
図1に例示するように、本発明の全固体電池10は、正極活物質を含有する正極活物質層11と、負極活物質を含有する負極活物質層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とを有するものである。また、本発明の全固体電池10は、正極活物質1として、Liと、Ni、Co、およびMnの少なくとも1つと、Oと、さらにAlおよびGaの少なくとも1つとを含有する岩塩層状構造の活物質を用い、正極活物質層11が、ヨウ素を含有する固体電解質材料2を含有することを特徴とするものである。なお、図1においては、正極活物質層11が、ヨウ素を含有する固体電解質材料2を含有する例について示しているが、これに限定されず、図示はしないが、固体電解質層が、ヨウ素を含有する固体電解質材料を含有していてもよく、正極活物質層および固体電解質層の両方が、ヨウ素を含有する固体電解質材料を含有していてもよい。
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing an example of the all solid state battery of the present invention.
As illustrated in FIG. 1, the all solid state battery 10 of the present invention includes a positive electrode active material layer 11 containing a positive electrode active material, a negative electrode active material layer 12 containing a negative electrode active material, a positive electrode active material layer 11 and a negative electrode. And a solid electrolyte layer 13 formed between the active material layers 12. In addition, the all solid state battery 10 of the present invention has a rock salt layered structure containing, as the positive electrode active material 1, at least one of Li, Ni, Co, and Mn, O, and at least one of Al and Ga. The positive electrode active material layer 11 is made of a substance and contains the solid electrolyte material 2 containing iodine. In addition, in FIG. 1, although the positive electrode active material layer 11 has shown about the example containing the solid electrolyte material 2 containing an iodine, it is not limited to this, Although not shown in figure, a solid electrolyte layer contains iodine. The solid electrolyte material to be contained may be contained, and both the positive electrode active material layer and the solid electrolyte layer may contain the solid electrolyte material containing iodine.

本発明によれば、正極活物質としてAlおよびGaの少なくとも1つを含有する岩塩層状構造の活物質を用いることにより、加熱充電による電池の抵抗の増加を抑制することができる全固体電池とすることができる。   According to the present invention, by using an active material having a rock salt layered structure containing at least one of Al and Ga as a positive electrode active material, an all-solid battery that can suppress an increase in battery resistance due to heat charging is obtained. be able to.

ここで、上述した従来の全固体電池に加熱充電を適用した場合に、電池の抵抗の増加が生じる理由については、以下のように推量される。
すなわち、上述した全固体電池においては、例えばリチウムニッケルマンガンコバルト系複合化合物といった正極活物質とヨウ素を含有する固体電解質材料とが近接して存在している。また、上述した全固体電池を高温環境下においた場合は、上記ヨウ素を含有する固体電解質材料からのヨウ化物イオンの乖離および移動が促進される。また、充電時においては、上記正極活物質は、Liイオンの放出に伴い、Ni、Co、およびMnの価数が変化することにより、そのイオン半径が変化し、結晶構造中における各イオン間の距離が広がるものと推量される。そのため、上述した従来の全固体電池を加熱充電した場合は、ヨウ化物イオンが各イオン間の距離が広がった正極活物質の結晶構造中に侵入しやすくなると推量される。また、結晶構造中にヨウ化物イオンが入った部分ではリチウムイオンの挿入脱離が困難となることから、電池の抵抗が増加すると推量される。
Here, when heating charging is applied to the above-described conventional all-solid-state battery, the reason why the resistance of the battery increases is estimated as follows.
That is, in the above-described all solid state battery, for example, a positive electrode active material such as a lithium nickel manganese cobalt based composite compound and a solid electrolyte material containing iodine are present in close proximity. Moreover, when the above-mentioned all solid state battery is placed in a high temperature environment, the dissociation and movement of iodide ions from the solid electrolyte material containing iodine are promoted. Further, at the time of charging, the positive electrode active material changes its ionic radius due to the change of the valences of Ni, Co, and Mn with the release of Li ions, and between the ions in the crystal structure. It is presumed that the distance will increase. Therefore, when the above-described conventional all-solid battery is heated and charged, it is assumed that iodide ions easily enter the crystal structure of the positive electrode active material in which the distance between each ion is widened. In addition, it is assumed that the resistance of the battery is increased because insertion / extraction of lithium ions becomes difficult at a portion where iodide ions are included in the crystal structure.

一方、本発明の全固体電池において、正極活物質としてAlおよびGaの少なくとも1つを含有する岩塩層状構造の活物質を用いることにより、電池の抵抗の増加を抑制することができる理由については、以下のように推量される。
すなわち、AlおよびGaは、Ni、Co、およびMnの平均価数である3価をとり、イオン半径もNi、Co、およびMnに近いので、活物質の結晶構造中に均一に分布する。
また、AlおよびGaは、Ni、Co、およびMnと異なり、充放電時に酸化還元反応しないため、イオン半径が変化しないことから、各イオン間の距離の変化を抑えることができると推量される。
その結果、正極活物質へのヨウ化物イオンの侵入を抑制して、リチウムイオンの挿入脱離を阻害しないようにすることができるため、電池の抵抗の増加を抑制することができると推量される。
以下、本発明の全固体電池の詳細について説明する。
On the other hand, in the all solid state battery of the present invention, by using an active material having a rock salt layered structure containing at least one of Al and Ga as a positive electrode active material, the reason why the increase in battery resistance can be suppressed is as follows. It is estimated as follows.
That is, Al and Ga have a trivalence that is the average valence of Ni, Co, and Mn, and have an ionic radius close to that of Ni, Co, and Mn, and therefore are uniformly distributed in the crystal structure of the active material.
In addition, unlike Ni, Co, and Mn, Al and Ga do not undergo oxidation-reduction reactions during charge and discharge, and therefore the ionic radius does not change, so it is assumed that changes in the distance between ions can be suppressed.
As a result, it is presumed that an increase in battery resistance can be suppressed because it is possible to suppress the penetration of iodide ions into the positive electrode active material and not to inhibit the insertion / extraction of lithium ions. .
Hereinafter, details of the all solid state battery of the present invention will be described.

1.正極活物質層
本発明に用いられる正極活物質層は、正極活物質を含有するものである。また、正極活物質層においては、少なくとも一部の正極活物質がヨウ素を含有する固体電解質材料と近接して存在する。本発明においては、少なくとも一部の正極活物質がヨウ素を含有する固体電解質材料と接していることがより好ましい。
以下、本発明に用いられる正極活物質層の詳細について説明する。
1. Positive electrode active material layer The positive electrode active material layer used in the present invention contains a positive electrode active material. In the positive electrode active material layer, at least a part of the positive electrode active material is present in the vicinity of the solid electrolyte material containing iodine. In the present invention, it is more preferable that at least a part of the positive electrode active material is in contact with a solid electrolyte material containing iodine.
Hereinafter, the details of the positive electrode active material layer used in the present invention will be described.

(1)正極活物質
(a)岩塩層状構造の活物質
本発明における正極活物質としては、Liと、Ni、Co、およびMnの少なくとも1つと、Oとを含有し、さらにAlおよびGaの少なくとも1つを含有する岩塩層状構造の活物質(以下、単に活物質と称して説明する場合がある。)が用いられる。
ここで、「活物質がさらにAlおよびGaの少なくとも1つを含有する」とは、活物質の岩塩層状構造の内部にAlおよびGaの少なくとも1つを含有することをいう。また、活物質粒子の表面を、Al単体の粒子およびGa単体の粒子の少なくとも一方、またはAl化合物の粒子およびGa化合物の粒子の少なくとも一方が覆うといった構成を指すものではない。
(1) Positive electrode active material (a) Active material having a rock salt layer structure The positive electrode active material in the present invention contains Li, at least one of Ni, Co, and Mn, and O, and further includes at least Al and Ga. An active material having a rock salt layered structure containing one (hereinafter may be simply referred to as an active material) is used.
Here, “the active material further contains at least one of Al and Ga” means that the rock salt layered structure of the active material contains at least one of Al and Ga. Further, it does not indicate a configuration in which the surface of the active material particles is covered with at least one of Al particles and Ga particles, or at least one of Al compound particles and Ga compound particles.

上記活物質としては、Liと、Ni、Co、およびMnの少なくとも1つと、OとAlおよびGaの少なくとも1つとを含有するものであれば特に限定されないが、AlおよびGaの少なくとも1つが結晶構造に組み込まれていることが好ましい。   The active material is not particularly limited as long as it contains Li, at least one of Ni, Co, and Mn, and O, and at least one of Al and Ga. However, at least one of Al and Ga has a crystal structure. It is preferable that it is incorporated in.

また、上記活物質は、AlおよびGaの少なくとも1つを含有するものであれば特に限定されないが、なかでも、活物質の製造のし易さ、原料の入手のし易さの点で、Alを含有することが特に好ましい。   Moreover, the active material is not particularly limited as long as it contains at least one of Al and Ga. Among them, Al is easy to produce an active material and easy to obtain raw materials. It is particularly preferable to contain

また、上記活物質としては、遷移金属の10mol%程度まで、Al、Ga以外の他元素で置換されていてもよい。なお、他元素とは後述する一般式におけるMの元素である。また、遷移元素については後述する。 Moreover, as said active material, you may substitute by elements other than Al and Ga to about 10 mol% of a transition metal. The other elements are M 2 elements in the general formula described later. The transition element will be described later.

具体的に、上記活物質としては、下記の一般式1で示される結晶相を有するものが挙げられる。
LiNi1−x−y−z−wCoMn (一般式1)
(0.92≦a≦1.25、0≦x≦1、0≦y≦0.5、0.001≦z≦0.04、0≦w≦0.1、x+y+z+w≦1、MはAlおよびGaの少なくとも1つ、MはMg、Ti、Zr、W及びMoからなる群より選択される少なくとも一種の元素である。)
Specifically, examples of the active material include those having a crystal phase represented by the following general formula 1.
Li a Ni 1-xyzw Co x Mn y M 1 z M 2 w O 2 (general formula 1)
(0.92 ≦ a ≦ 1.25, 0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 0.5, 0.001 ≦ z ≦ 0.04, 0 ≦ w ≦ 0.1, x + y + z + w ≦ 1, M 1 is At least one of Al and Ga, M 2 is at least one element selected from the group consisting of Mg, Ti, Zr, W and Mo.)

上記一般式1におけるaとしては、例えば0.92≦a≦1.25を満たしていることが好ましく、0.95≦a≦1.20を満たすことがより好ましく、0.98≦a≦1.16を満たすことが特に好ましい。
上記一般式1におけるxとしては、例えば0≦x≦1を満たしていることが好ましい。
上記一般式1におけるyとしては、例えば0≦y≦0.5を満たしていることが好ましい。
上記一般式1におけるzとしては、例えば0.001≦z≦0.04を満たしていることが好ましく、0.0025≦z≦0.03を満たすことがより好ましく、0.004≦z≦0.02を満たすことが特に好ましい。
上記一般式1におけるwとしては、0≦w≦0.1を満たしていることが好ましい。また、上記結晶相は、Mを有していてもよく、Mを有していなくてもよい。上記結晶相がMを有する場合、wとしては、0.001≦w≦0.1を満たすことが好ましく、0.0025≦w≦0.075を満たすことがより好ましく、0.0035≦w≦0.055を満たすことが特に好ましい。
For example, a in the general formula 1 preferably satisfies 0.92 ≦ a ≦ 1.25, more preferably satisfies 0.95 ≦ a ≦ 1.20, and 0.98 ≦ a ≦ 1. .16 is particularly preferred.
For example, x in the general formula 1 preferably satisfies 0 ≦ x ≦ 1.
For example, y in the general formula 1 preferably satisfies 0 ≦ y ≦ 0.5.
For example, z in the general formula 1 preferably satisfies 0.001 ≦ z ≦ 0.04, more preferably satisfies 0.0025 ≦ z ≦ 0.03, and 0.004 ≦ z ≦ 0. 0.02 is particularly preferable.
As w in the general formula 1, it is preferable to satisfy 0 ≦ w ≦ 0.1. Further, the crystalline phase may have a M 2, may not have the M 2. When the crystal phase has M 2 , w preferably satisfies 0.001 ≦ w ≦ 0.1, more preferably satisfies 0.0025 ≦ w ≦ 0.075, and 0.0035 ≦ w It is particularly preferable that ≦ 0.055 is satisfied.

また、上記活物質としては、下記の一般式2で示される結晶相を有するものも挙げられる。
Li(Ni1−α−βCoαMnβ(1−γ―δ) γ δ (一般式2)
(0.92≦b≦1.25、α:β=1:0.9〜0.9:1の範囲内、かつ0.6≦、α+β≦0.7、0.001≦γ≦0.04、0≦δ≦0.1、γ+δ≦1、MはAlおよびGaの少なくとも1つ、MはMg、Ti、Zr、W及びMoからなる群より選択される少なくとも一種の元素である。)
Moreover, as said active material, what has the crystal phase shown by the following general formula 2 is mentioned.
Li b (Ni 1-α- β Co α Mn β) (1-γ-δ) M 1 γ M 2 δ O 2 ( Formula 2)
(0.92 ≦ b ≦ 1.25, α: β = 1: 0.9 to 0.9: 1, 0.6 ≦, α + β ≦ 0.7, 0.001 ≦ γ ≦ 0. 04, 0 ≦ δ ≦ 0.1, γ + δ ≦ 1, M 1 is at least one of Al and Ga, M 2 is at least one element selected from the group consisting of Mg, Ti, Zr, W and Mo .)

上記一般式2におけるβ、γ、δについては、それぞれ例えば上記一般式1におけるa、z、wと同様の数値範囲をとることが好ましい。
また、上記一般式2におけるα、β間の関係としては、例えばα:β=1:0.9〜0.9:1の範囲内、かつ0.6≦、α+β≦0.7であることが好ましい。このような関係であることにより、Ni、Co、Mnのモル比を同等なものとすることができる。
For β, γ, and δ in the above general formula 2, it is preferable to take the same numerical ranges as, for example, a, z, and w in the above general formula 1, respectively.
The relation between α and β in the general formula 2 is, for example, in the range of α: β = 1: 0.9 to 0.9: 1, and 0.6 ≦, α + β ≦ 0.7. Is preferred. With such a relationship, the molar ratio of Ni, Co, and Mn can be made equivalent.

上記活物質に含有されるAlおよびGaの少なくとも1つの含有量としては、岩塩層状構造の活物質を構成することができる程度であれば特に限定されないが、活物質に含有されるAlおよびGaの少なくとも1つ、ならびに遷移元素に対して、0.1mol%以上、なかでも0.2mol%以上、特に0.4mol%以上であることが好ましく、6mol%以下、なかでも4mol%以下、特に2.5mol%以下であることが好ましい。
上記AlおよびGaの少なくとも1つの含有量が少なすぎる場合は、活物質がAlおよびGaの少なくとも1つを含有する場合も、電池の抵抗の増加を抑制することが困難となる可能性があるからであり、上記AlおよびGaの少なくとも1つの含有量が多すぎる場合は、活物質自体を得ることが困難となる可能性があるからである。
なお、遷移元素とは、例えば、活物質がNiを含有する場合はNiをいい、また例えば、活物質がCoを含有する場合はCoをいい、また例えば、活物質がMnを含有する場合はMnをいい、また例えば、活物質がNi、およびCoを含有する場合はNi、およびCoをいい、また例えば、活物質がNi、およびMnを含有する場合はNi、およびMnをいい、また例えば、活物質がNi、Co、およびMnを含有する場合はNi、Co、およびMnをいう。
The content of at least one of Al and Ga contained in the active material is not particularly limited as long as it can form an active material having a rock salt layered structure, but the content of Al and Ga contained in the active material is not limited. It is preferably 0.1 mol% or more, particularly 0.2 mol% or more, particularly 0.4 mol% or more, preferably 6 mol% or less, especially 4 mol% or less, particularly 2. It is preferably 5 mol% or less.
If the content of at least one of Al and Ga is too small, it may be difficult to suppress an increase in battery resistance even when the active material contains at least one of Al and Ga. This is because if the content of at least one of Al and Ga is too large, it may be difficult to obtain the active material itself.
The transition element refers to Ni when the active material contains Ni, for example, Co when the active material contains Co, and when the active material contains Mn, for example. Mn, for example, when the active material contains Ni and Co, Ni and Co, for example, when the active material contains Ni and Mn, Ni and Mn, When the active material contains Ni, Co, and Mn, it means Ni, Co, and Mn.

本発明の活物質の形状としては、特に限定されず、例えば粒子状(粉末状)であってもよく、薄膜状であってもよいが、粒子状であることが好ましい。薄膜のように剥離やクラック等が生じず、耐久性に優れているからである。   The shape of the active material of the present invention is not particularly limited, and may be, for example, particulate (powder) or thin film, but is preferably particulate. This is because peeling and cracking do not occur as in the case of a thin film, and the durability is excellent.

粒子状の活物質の平均粒径は、例えば、100nm以上、なかでも、1μm以上、特に2μm以上であることが好ましい。一方、上記平均粒径は、例えば100μm以下、なかでも20μm以下であることが好ましい。なお、平均粒径は、レーザー回折式の粒度分布計により算出することができる。   The average particle diameter of the particulate active material is, for example, preferably 100 nm or more, especially 1 μm or more, particularly 2 μm or more. On the other hand, the average particle size is, for example, preferably 100 μm or less, more preferably 20 μm or less. The average particle diameter can be calculated with a laser diffraction particle size distribution meter.

また、上記活物質の比表面積は、例えば0.1m/g以上、なかでも、0.3m/g以上であることが好ましい。一方、上記比表面積は、例えば300m/g以下、なかでも100m/g以下であることが好ましい。なお、比表面積は、BET法(気体吸着法)により算出することができる。 The specific surface area of the active material is, for example, preferably 0.1 m 2 / g or more, more preferably 0.3 m 2 / g or more. On the other hand, the specific surface area is, for example, preferably 300 m 2 / g or less, particularly preferably 100 m 2 / g or less. The specific surface area can be calculated by the BET method (gas adsorption method).

上記活物質の形成方法としては、特に限定されず、公知の方法を適宜用いることができる。一例としては、以下の活物質の形成方法が挙げられるがこれに限定されない。
まず、Ni源、Co源、およびMn源の少なくとも1つを酸に溶解させて酸性水溶液を作製する。次に、上記酸性水溶液にアルカリ水溶液を添加することにより、Ni、Co、およびMnの少なくとも1つを含有する水酸化物を沈殿させる。次に、上記水酸化物をLi源とともに焼成することにより、活物質を形成する。上記溶解工程および上記焼成工程の少なくとも一方で、Al源およびGa源の少なくとも1つを用いることによりAlおよびGaの少なくとも1つを含有する岩塩層状構造の活物質を得ることができる。
It does not specifically limit as a formation method of the said active material, A well-known method can be used suitably. As an example, the following active material formation method may be mentioned, but the method is not limited thereto.
First, an acidic aqueous solution is prepared by dissolving at least one of a Ni source, a Co source, and a Mn source in an acid. Next, a hydroxide containing at least one of Ni, Co, and Mn is precipitated by adding an alkaline aqueous solution to the acidic aqueous solution. Next, an active material is formed by baking the said hydroxide with Li source. By using at least one of an Al source and a Ga source in at least one of the melting step and the firing step, an active material having a rock salt layer structure containing at least one of Al and Ga can be obtained.

(b)コート層
本発明に用いられる正極活物質としては、上述した岩塩層状構造の活物質が用いられていれば特に限定されない。
本発明においては、固体電解質材料として硫化物固体電解質材料を含み、上記硫化物固体電解質材料を上記正極活物質と接するように用いる場合は、上記正極活物質としては、上述した活物質に加えて、上記活物質表面上にイオン伝導性酸化物から構成されるコート層をさらに有することが好ましい。上記硫化物固体電解質材料と上述した活物質との接触界面に生じる高抵抗層の形成を抑制することができるからである。
(B) Coat layer The positive electrode active material used in the present invention is not particularly limited as long as the above-described active material having a rock salt layered structure is used.
In the present invention, a sulfide solid electrolyte material is included as a solid electrolyte material, and when the sulfide solid electrolyte material is used so as to be in contact with the positive electrode active material, the positive electrode active material is added to the active material described above. It is preferable to further have a coat layer made of an ion conductive oxide on the surface of the active material. This is because the formation of a high resistance layer generated at the contact interface between the sulfide solid electrolyte material and the active material described above can be suppressed.

本発明におけるコート層は、上記活物質の表面上に形成され、イオン伝導性酸化物から構成される。   The coat layer in the present invention is formed on the surface of the active material and is composed of an ion conductive oxide.

イオン伝導性酸化物の組成は、特に限定されないが、例えば、第1族または第2族の元素と、第3族〜第6族、第13族〜第15族の元素とを含有する酸化物が好ましい。中でも、第1族の元素としてリチウムを含有するLi含有酸化物がより好ましい。また、イオン伝導性酸化物は、第3族〜第6族、第13族〜第15族の元素として、B、Si、Ti、Zr、V、P、Al、Nb、Ta、Cr、Mo、およびWの少なくとも一種の元素を含有することが好ましい。具体的には、LiNbO、LiBO、LiBO、LiCO、LiAlO、LiSiO、LiSiO、LiPO、LiSO、LiTiO、LiTi12、LiTi、LiZrO、LiMoOおよびLiWO等を挙げることができ、中でもLiNbOがより好ましい。 The composition of the ion conductive oxide is not particularly limited. For example, an oxide containing an element of Group 1 or Group 2 and an element of Groups 3 to 6 and Groups 13 to 15 is included. Is preferred. Among these, a Li-containing oxide containing lithium as a Group 1 element is more preferable. In addition, the ion conductive oxides include B, Si, Ti, Zr, V, P, Al, Nb, Ta, Cr, Mo, Group 3 to Group 6, and Group 13 to Group 15 elements. And at least one element selected from W. Specifically, LiNbO 3 , Li 3 BO 3 , LiBO 2 , Li 2 CO 3 , LiAlO 2 , Li 4 SiO 4 , Li 2 SiO 3 , Li 3 PO 4 , Li 2 SO 4 , Li 2 TiO 3 , Li Examples include 4 Ti 5 O 12 , Li 2 Ti 2 O 5 , Li 2 ZrO 3 , Li 2 MoO 4, and Li 2 WO 4. Among them, LiNbO 3 is more preferable.

さらに、イオン伝導性酸化物は、Li含有酸化物の複合化合物であっても良い。このような複合化合物としては、上述したLi含有酸化物の任意の組み合わせを採用することができ、例えば、LiPO−LiSiO、LiBO−LiSiO、LiPO−LiGeO等を挙げることができる。また、イオン伝導性酸化物の他の例としては、LiO−B−P、LiO−SiO、LiO−B、LiO−B−ZnO等の非晶質酸化物、LiI−Al、LiLaTa12、LiLaZr12、LiBAlaTa12等の結晶質酸化物等を挙げることができる。 Further, the ion conductive oxide may be a Li-containing oxide composite compound. As such a composite compound, any combination of the above-described Li-containing oxides can be employed. For example, Li 3 PO 4 —Li 4 SiO 4 , Li 3 BO 3 —Li 4 SiO 4 , Li 3 PO 4 -Li 4 GeO 4, and the like can be given. Other examples of the ion conductive oxide include Li 2 O—B 2 O 3 —P 2 O 5 , Li 2 O—SiO 2 , Li 2 O—B 2 O 3 , Li 2 O—B 2. Crystalline oxidation of amorphous oxides such as O 3 —ZnO, LiI—Al 2 O 3 , Li 5 La 3 Ta 2 O 12 , Li 7 La 3 Zr 2 O 12 , Li 6 BAla 2 Ta 2 O 12 And the like.

イオン伝導性酸化物のイオン伝導度(25℃)は、例えば10−9S/cm〜10−3S/cmであることが好ましい。また、イオン伝導性酸化物の電子伝導度(25℃)は、例えば10−8S/cm〜10−1S/cmであることが好ましい。 The ion conductivity (25 ° C.) of the ion conductive oxide is preferably, for example, 10 −9 S / cm to 10 −3 S / cm. Moreover, it is preferable that the electronic conductivity (25 degreeC) of an ion conductive oxide is 10 < -8 > S / cm-10 < -1 > S / cm, for example.

上記コート層の平均厚みとしては、上記活物質を全固体電池に用いた際に、活物質と、硫化物固体電解質材料との反応を抑制することができる厚みであれば特に限定されるものではなく、例えば、1nm〜500nmの範囲内であることが好ましく、2nm〜100nmの範囲内であることがより好ましい。コート層が厚すぎる場合、イオン伝導性および電子伝導性が低下する可能性があるからであり、また一方、コート層が薄すぎる場合、活物質と硫化物固体電解質材料とが反応する可能性があるからである。なお、コート層の平均厚みは、例えば、透過型電子顕微鏡(TEM)による観察等により測定することができる。   The average thickness of the coating layer is not particularly limited as long as it is a thickness capable of suppressing the reaction between the active material and the sulfide solid electrolyte material when the active material is used in an all-solid battery. For example, it is preferably in the range of 1 nm to 500 nm, and more preferably in the range of 2 nm to 100 nm. This is because if the coat layer is too thick, the ionic conductivity and the electronic conductivity may be reduced. On the other hand, if the coat layer is too thin, the active material and the sulfide solid electrolyte material may react. Because there is. The average thickness of the coat layer can be measured, for example, by observation with a transmission electron microscope (TEM).

コート層の形態としては、活物質の表面に形成されるものであれば特に限定されるものではないが、例えば、活物質の表面を被覆するものであることが好ましい。活物質の表面におけるコート層の被覆率としては、界面抵抗の増加を抑制する目的から高いことが好ましく、具体的には、50%以上であることが好ましく、80%以上であることがより好ましい。また、コート層は、活物質の表面を全て被覆していても良い。なお、コート層の被覆率は、例えば、透過型電子顕微鏡(TEM)、X線光電子分光法(XPS)等を用いて測定することができる。   The form of the coating layer is not particularly limited as long as it is formed on the surface of the active material, but for example, it is preferable to coat the surface of the active material. The coverage of the coat layer on the surface of the active material is preferably high for the purpose of suppressing an increase in interfacial resistance. Specifically, it is preferably 50% or more, more preferably 80% or more. . The coat layer may cover the entire surface of the active material. The coverage of the coating layer can be measured using, for example, a transmission electron microscope (TEM), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), or the like.

本発明に用いられるコート層の形成方法としては特に限定されず、公知の方法を適宜選択して用いることができる。一例としては、以下のコート層の形成方法が挙げられるがこれに限定されない。
まず、コート層形成用原料と、溶媒とを含有するコート層形成用溶液を用い、上記活物質の表面上に前駆体層を形成する。次に、上記前駆体層に熱処理を行い、イオン伝導性酸化物から構成されるコート層を形成する。
The method for forming the coating layer used in the present invention is not particularly limited, and a known method can be appropriately selected and used. As an example, the following coating layer forming method may be mentioned, but the method is not limited thereto.
First, a precursor layer is formed on the surface of the active material using a coating layer forming solution containing a coating layer forming raw material and a solvent. Next, the precursor layer is subjected to a heat treatment to form a coat layer made of an ion conductive oxide.

(2)正極活物質層
本発明に用いられる正極活物質層は、上述した正極活物質を含有するものである。
上記正極活物質層に含有される正極活物質の含有量としては、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。
(2) Positive electrode active material layer The positive electrode active material layer used for this invention contains the positive electrode active material mentioned above.
As content of the positive electrode active material contained in the said positive electrode active material layer, it is preferable to exist in the range of 10 weight%-99 weight%, for example, and it is in the range of 20 weight%-90 weight%. More preferred.

また、本発明においては、上記正極活物質層が固体電解質材料を含有していることが好ましい。正極活物質層のイオン伝導性を向上させることができるからである。本発明においては、固体電解質材料のなかでも、ヨウ素を含有する固体電解質材料であることが好ましい。正極活物質層中にヨウ素を含有する固体電解質材料が含有されていることにより、加熱充電による電池の抵抗の増加をより効果的に抑制することができる。
また、本発明においては、上記ヨウ素を含有する固体電解質材料が硫化物固体電解質材料であることがさらに好ましい。
In the present invention, it is preferable that the positive electrode active material layer contains a solid electrolyte material. This is because the ion conductivity of the positive electrode active material layer can be improved. In the present invention, among solid electrolyte materials, a solid electrolyte material containing iodine is preferable. By containing the solid electrolyte material containing iodine in the positive electrode active material layer, it is possible to more effectively suppress an increase in battery resistance due to heat charging.
In the present invention, the solid electrolyte material containing iodine is more preferably a sulfide solid electrolyte material.

ヨウ素を含有する固体電解質材料としては、例えば、LiI、LiS−P−LiI、LiS−P−LiO−LiI、LiS−SiS−LiI、LiS−SiS−B−LiI、LiS−SiS−P−LiI等を挙げることができる。なお、上記「LiS−P」の記載は、LiSおよびP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。 As the solid electrolyte material containing iodine, for example, LiI, Li 2 S-P 2 S 5 -LiI, Li 2 S-P 2 S 5 -Li 2 O-LiI, Li 2 S-SiS 2 -LiI, Li 2 S-SiS 2 -B 2 S 3 -LiI, mention may be made of Li 2 S-SiS 2 -P 2 S 5 -LiI like. The description of “Li 2 S—P 2 S 5 ” means a sulfide solid electrolyte material using a raw material composition containing Li 2 S and P 2 S 5, and the same applies to other descriptions. is there.

上記硫化物固体電解質材料が、LiIを含有する原料組成物を用いてなるものである場合、LiIの割合は、例えば1mol%〜60mol%の範囲内であることが好ましく、5mol%〜50mol%の範囲内であることがより好ましく、10mol%〜40mol%の範囲内であることがさらに好ましい。また、硫化物固体電解質材料が、LiOを含有する原料組成物を用いてなるものである場合、LiOの割合は、例えば、1mol%〜25mol%の範囲内であることが好ましく、3mol%〜15mol%の範囲内であることがより好ましい。 When the sulfide solid electrolyte material is formed using a raw material composition containing LiI, the proportion of LiI is preferably in the range of, for example, 1 mol% to 60 mol%, for example, 5 mol% to 50 mol%. More preferably, it is in the range, more preferably in the range of 10 mol% to 40 mol%. Also, the sulfide solid electrolyte material, if it is made by using the raw material composition containing Li 2 O, the ratio of Li 2 O is, for example, is preferably in the range of 1 mol% 25 mol%, More preferably, it is in the range of 3 mol% to 15 mol%.

また、硫化物固体電解質材料が、LiSおよびPを含有する原料組成物を用いてなるものである場合、LiSおよびPの合計に対するLiSの割合は、例えば70mol%〜80mol%の範囲内であることが好ましく、72mol%〜78mol%の範囲内であることがより好ましく、74mol%〜76mol%の範囲内であることがさらに好ましい。オルト組成またはその近傍の組成を有する硫化物固体電解質材料とすることができ、化学的安定性の高い硫化物固体電解質材料とすることができるからである。ここで、オルトとは、一般的に、同じ酸化物を水和して得られるオキソ酸の中で、最も水和度の高いものをいう。本発明においては、硫化物で最もLiSが付加している結晶組成をオルト組成という。LiS−P系ではLiPSがオルト組成に該当する。LiS−P系の硫化物固体電解質材料の場合、オルト組成を得るLiSおよびPの割合は、モル基準で、LiS:P=75:25である。なお、上記原料組成物におけるPの代わりに、AlまたはBを用いる場合も、好ましい範囲は同様である。LiS−Al系ではLiAlSがオルト組成に該当し、LiS−B系ではLiBSがオルト組成に該当する。 Also, the sulfide solid electrolyte material, if it is made by using the raw material composition containing Li 2 S and P 2 S 5, the proportion of Li 2 S to the total of Li 2 S and P 2 S 5 is For example, it is preferably in the range of 70 mol% to 80 mol%, more preferably in the range of 72 mol% to 78 mol%, and still more preferably in the range of 74 mol% to 76 mol%. This is because a sulfide solid electrolyte material having an ortho composition or a composition in the vicinity thereof can be obtained, and a sulfide solid electrolyte material having high chemical stability can be obtained. Here, ortho generally refers to one having the highest degree of hydration among oxo acids obtained by hydrating the same oxide. In the present invention, the crystal composition in which Li 2 S is added most in the sulfide is called the ortho composition. In the Li 2 S—P 2 S 5 system, Li 3 PS 4 corresponds to the ortho composition. In the case of a Li 2 S—P 2 S 5 based sulfide solid electrolyte material, the ratio of Li 2 S and P 2 S 5 to obtain the ortho composition is Li 2 S: P 2 S 5 = 75: 25 on a molar basis. It is. Instead of P 2 S 5 in the raw material composition, even when using the Al 2 S 3, or B 2 S 3, a preferred range is the same. In the Li 2 S—Al 2 S 3 system, Li 3 AlS 3 corresponds to the ortho composition, and in the Li 2 S—B 2 S 3 system, Li 3 BS 3 corresponds to the ortho composition.

また、硫化物固体電解質材料が、LiSおよびSiSを含有する原料組成物を用いてなるものである場合、LiSおよびSiSの合計に対するLiSの割合は、例えば60mol%〜72mol%の範囲内であることが好ましく、62mol%〜70mol%の範囲内であることがより好ましく、64mol%〜68mol%の範囲内であることがさらに好ましい。オルト組成またはその近傍の組成を有する硫化物固体電解質材料とすることができ、化学的安定性の高い硫化物固体電解質材料とすることができるからである。LiS−SiS系ではLiSiSがオルト組成に該当する。LiS−SiS系の硫化物固体電解質材料の場合、オルト組成を得るLiSおよびSiSの割合は、モル基準で、LiS:SiS=66.7:33.3である。なお、上記原料組成物におけるSiSの代わりに、GeSを用いる場合も、好ましい範囲は同様である。LiS−GeS系ではLiGeSがオルト組成に該当する。 Also, the sulfide solid electrolyte material, if it is made by using the raw material composition containing Li 2 S and SiS 2, the ratio of Li 2 S to the total of Li 2 S and SiS 2, for example 60 mol% ~ It is preferably within the range of 72 mol%, more preferably within the range of 62 mol% to 70 mol%, and even more preferably within the range of 64 mol% to 68 mol%. This is because a sulfide solid electrolyte material having an ortho composition or a composition in the vicinity thereof can be obtained, and a sulfide solid electrolyte material having high chemical stability can be obtained. In the Li 2 S—SiS 2 system, Li 4 SiS 4 corresponds to the ortho composition. In the case of a Li 2 S—SiS 2 -based sulfide solid electrolyte material, the ratio of Li 2 S and SiS 2 to obtain the ortho composition is Li 2 S: SiS 2 = 66.7: 33.3 on a molar basis. . Instead of SiS 2 in the raw material composition, even when using a GeS 2, the preferred range is the same. In the Li 2 S—GeS 2 system, Li 4 GeS 4 corresponds to the ortho composition.

また、硫化物固体電解質材料は、硫化物ガラスであっても良く、結晶化硫化物ガラスであっても良く、固相法により得られる結晶質材料であっても良い。なお、硫化物ガラスは、例えば原料組成物に対してメカニカルミリング(ボールミル等)を行うことにより得ることができる。また、結晶化硫化物ガラスは、例えば硫化物ガラスを結晶化温度以上の温度で熱処理を行うことにより得ることができる。また、硫化物固体電解質材料の常温におけるLiイオン伝導度は、例えば、1×10−5S/cm以上であることが好ましく、1×10−4S/cm以上であることがより好ましい。 The sulfide solid electrolyte material may be sulfide glass, crystallized sulfide glass, or a crystalline material obtained by a solid phase method. The sulfide glass can be obtained, for example, by performing mechanical milling (ball mill or the like) on the raw material composition. Crystallized sulfide glass can be obtained, for example, by subjecting sulfide glass to a heat treatment at a temperature equal to or higher than the crystallization temperature. Further, the Li ion conductivity at normal temperature of the sulfide solid electrolyte material is, for example, preferably 1 × 10 −5 S / cm or more, and more preferably 1 × 10 −4 S / cm or more.

本発明における硫化物固体電解質材料の形状としては、例えば真球状、楕円球状等の粒子形状、薄膜形状等を挙げることができる。硫化物固体電解質材料が上記粒子形状である場合、その平均粒径(D50)は、特に限定されるものではないが、40μm以下であることが好ましく、20μm以下であることがより好ましく、10μm以下であることがさらに好ましい。正極活物質層内の充填率向上を図りやすくなるからである。一方、上記平均粒径は、0.01μm以上であることが好ましく、0.1μm以上であることがより好ましい。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。 Examples of the shape of the sulfide solid electrolyte material in the present invention include a particle shape such as a true sphere and an oval sphere, and a thin film shape. When the sulfide solid electrolyte material has the above particle shape, the average particle diameter (D 50 ) is not particularly limited, but is preferably 40 μm or less, more preferably 20 μm or less, and more preferably 10 μm. More preferably, it is as follows. This is because it is easy to improve the filling rate in the positive electrode active material layer. On the other hand, the average particle diameter is preferably 0.01 μm or more, and more preferably 0.1 μm or more. In addition, the said average particle diameter can be determined with a particle size distribution meter, for example.

本発明においては、上記正極活物質層が、ヨウ素を含有する固体電解質材料以外の固体電解質材料を含有していてもよい。この場合、固体電解質材料としては、ヨウ素を含有しない硫化物固体電解質材料を好適に用いることができる。
ヨウ素を含有しない硫化物固体電解質材料としては、例えば、LiS−P、LiS−P−LiO、LiS−SiS、LiS−SiS−LiBr、LiS−SiS−LiCl、LiS−B、LiS−P−Z(ただし、m、nは正の数。Zは、Ge、Zn、Gaのいずれか。)、LiS−GeS、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。
In the present invention, the positive electrode active material layer may contain a solid electrolyte material other than the solid electrolyte material containing iodine. In this case, a sulfide solid electrolyte material that does not contain iodine can be suitably used as the solid electrolyte material.
Examples of the sulfide solid electrolyte material containing no iodine include Li 2 S—P 2 S 5 , Li 2 S—P 2 S 5 —Li 2 O, Li 2 S—SiS 2 , Li 2 S—SiS 2 —. LiBr, Li 2 S-SiS 2 -LiCl, Li 2 S-B 2 S 3, Li 2 S-P 2 S 5 -Z m S n ( however, m, n is the number of positive .Z is, Ge, Zn , one of Ga.), Li 2 S- GeS 2, Li 2 S-SiS 2 -Li 3 PO 4, Li 2 S-SiS 2 -Li x MO y ( provided that, x, y number positive .M Can be any of P, Si, Ge, B, Al, Ga, and In.

上記ヨウ素を含有しない硫化物固体電解質材料が、LiX(X=Cl、Br)を含有する原料組成物を用いてなるものである場合、LiXの割合については、上述したLiIの割合と同様とすることができるため、ここでの説明は省略する。また、ヨウ素を含有しない硫化物固体電解質材料について上記以外の点については、ヨウ素を含有する硫化物固体電解質材料と同様とすることができるため、ここでの説明は省略する。   In the case where the sulfide solid electrolyte material not containing iodine is a raw material composition containing LiX (X = Cl, Br), the proportion of LiX is the same as the above-described proportion of LiI. Therefore, the description here is omitted. Moreover, since it is the same as that of the sulfide solid electrolyte material containing iodine about the point other than the above about the sulfide solid electrolyte material which does not contain iodine, description here is abbreviate | omitted.

本発明における正極活物質層は、上述した正極活物質および固体電解質材料の他に、導電化材および結着材の少なくとも一つをさらに含有していても良い。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。結着材としては、例えば、PTFE、PVDF等のフッ素含有結着材を挙げることができる。上記正極活物質層の厚さは、目的とす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い。   The positive electrode active material layer in the present invention may further contain at least one of a conductive material and a binder in addition to the positive electrode active material and the solid electrolyte material described above. Examples of the conductive material include acetylene black, ketjen black, and carbon fiber. Examples of the binder include fluorine-containing binders such as PTFE and PVDF. The thickness of the positive electrode active material layer varies depending on the intended configuration of the all-solid battery, but is preferably in the range of 0.1 μm to 1000 μm, for example.

2.負極活物質層
本発明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、導電化材および結着材の少なくとも一つを含有していても良い。
負極活物質としては、例えば金属活物質およびカーボン活物質を挙げることができる。金属活物質としては、例えばIn、Al、SiおよびSn等を挙げることができる。一方、カーボン活物質としては、例えば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。なお、負極活物質層に用いられる導電化材および結着材については、上述した正極活物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の範囲内であることが好ましい。
2. Negative electrode active material layer The negative electrode active material layer in the present invention is a layer containing at least a negative electrode active material, and may contain at least one of a solid electrolyte material, a conductive material and a binder, if necessary. good.
Examples of the negative electrode active material include a metal active material and a carbon active material. Examples of the metal active material include In, Al, Si, and Sn. On the other hand, examples of the carbon active material include mesocarbon microbeads (MCMB), highly oriented graphite (HOPG), hard carbon, and soft carbon. Note that the conductive material and the binder used in the negative electrode active material layer are the same as those in the positive electrode active material layer described above. Moreover, it is preferable that the thickness of a negative electrode active material layer exists in the range of 0.1 micrometer-1000 micrometers, for example.

3.固体電解質層
次に、本発明における固体電解質層について説明する。本発明における固体電解質層は、正極活物質層および負極活物質層の間に形成される層であり、少なくとも固体電解質材料を含有する層である。上述したように、正極活物質層がヨウ素を含有する固体電解質材料を含有する場合、固体電解質層に含まれる固体電解質材料は、イオン伝導性を有するものであれば特に限定されるものではなく、ヨウ素を含有する固体電解質材料であっても良く、それ以外の固体電解質材料であっても良い。ヨウ素を含有する固体電解質材料以外である場合は、ヨウ素を含有しない硫化物固体電解質材料であることが好ましい。一方、正極活物質層が、ヨウ素を含有する固体電解質材料を含有しない場合、固体電解質層はヨウ素を含有する固体電解質材料を含有する。特に、本発明においては、正極活物質層および固体電解質層の両方が、ヨウ素を含有する固体電解質材料を含有することが好ましい。本発明の効果を十分に発揮することができるからである。また、固体電解質層に用いられるヨウ素を含有する固体電解質材料は、硫化物固体電解質材料であることがより好ましい。
3. Next, the solid electrolyte layer in the present invention will be described. The solid electrolyte layer in the present invention is a layer formed between the positive electrode active material layer and the negative electrode active material layer, and is a layer containing at least a solid electrolyte material. As described above, when the positive electrode active material layer contains a solid electrolyte material containing iodine, the solid electrolyte material contained in the solid electrolyte layer is not particularly limited as long as it has ion conductivity, A solid electrolyte material containing iodine may be used, and other solid electrolyte materials may be used. When it is other than the solid electrolyte material containing iodine, the sulfide solid electrolyte material not containing iodine is preferable. On the other hand, when the positive electrode active material layer does not contain a solid electrolyte material containing iodine, the solid electrolyte layer contains a solid electrolyte material containing iodine. In particular, in the present invention, it is preferable that both the positive electrode active material layer and the solid electrolyte layer contain a solid electrolyte material containing iodine. This is because the effects of the present invention can be sufficiently exhibited. The solid electrolyte material containing iodine used for the solid electrolyte layer is more preferably a sulfide solid electrolyte material.

なお、ヨウ素を含有する固体電解質材料およびヨウ素を含有しない硫化物固体電解質材料については、上記「1.正極活物質層」の項に記載した内容と同様であるため、ここでの説明は省略する。また、ヨウ素を含有する固体電解質材料およびヨウ素を含有しない硫化物固体電解質材料以外の固体電解質材料については、一般的な全固体電池に用いられる固体電解質材料と同様の材料を用いることができる。   The solid electrolyte material containing iodine and the sulfide solid electrolyte material not containing iodine are the same as the contents described in the above section “1. Positive electrode active material layer”, and thus the description thereof is omitted here. . Moreover, about solid electrolyte materials other than the solid electrolyte material containing iodine and the sulfide solid electrolyte material not containing iodine, the same material as the solid electrolyte material used in a general all-solid battery can be used.

固体電解質層における固体電解質材料の含有量は、例えば、10重量%〜100重量%の範囲内であることが好ましく、50重量%〜100重量%の範囲内であることがより好ましい。また、固体電解質層は、PTFE、PVDF等のフッ素含有結着剤等を含有していても良い。固体電解質層の厚さは、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。   The content of the solid electrolyte material in the solid electrolyte layer is, for example, preferably in the range of 10% by weight to 100% by weight, and more preferably in the range of 50% by weight to 100% by weight. The solid electrolyte layer may contain a fluorine-containing binder such as PTFE or PVDF. The thickness of the solid electrolyte layer is preferably in the range of 0.1 μm to 1000 μm, for example, and more preferably in the range of 0.1 μm to 300 μm.

4.その他の構成
本発明の全固体電池は、上述した正極活物質層、負極活物質層および固体電解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、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、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、本発明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、本発明の全固体電池は、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 the present invention has at least the positive electrode active material layer, the negative electrode active material layer, and the solid electrolyte 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 SUS, aluminum, nickel, iron, titanium, and carbon. On the other hand, examples of the material for the negative electrode current collector include 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-state battery can be used for the battery case used for this invention, For example, the battery case made from SUS etc. can be mentioned. Further, the all solid state battery of the present invention may be one in which the power generating element is formed inside the insulating ring.

5.全固体電池
本発明においては、正極活物質として上述したAlおよびGaの少なくとも1つを含有する岩塩層状構造の活物質を用いることにより、加熱充電による電池の抵抗の増加を抑制することができる。上記加熱充電における加熱温度については、特に限定されないが、45℃以上、なかでも60℃以上であることが好ましい。
なお、液系電池で一般的に用いられているLiPFは60℃程度で熱分解するといわれている。本発明の全固体電池は、液系電池に適用できない加熱温度での加熱充電を行うことができる。
上記加熱温度の上限としては、特に限定されないが、安全性の観点から、100℃程度とされる。
5. All-solid-state battery In this invention, the increase in the resistance of the battery by heating charge can be suppressed by using the active material of the rock salt layered structure containing at least one of Al and Ga mentioned above as a positive electrode active material. Although it does not specifically limit about the heating temperature in the said heating charge, It is preferable that it is 45 degreeC or more, especially 60 degreeC or more.
LiPF 6 generally used in liquid batteries is said to thermally decompose at about 60 ° C. The all solid state battery of the present invention can be heated and charged at a heating temperature that cannot be applied to a liquid battery.
The upper limit of the heating temperature is not particularly limited, but is about 100 ° C. from the viewpoint of safety.

本発明の全固体電池は二次電池であり、繰り返し充放電できることから、例えば、車載用電池等として有用である。本発明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。   The all-solid-state battery of the present invention is a secondary battery, and can be repeatedly charged and discharged, so that it is useful, for example, as an in-vehicle battery. Examples of the shape of the all solid state battery of the present invention include a coin type, a laminate type, a cylindrical type, and a square type.

本発明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。全固体電池の製造方法の一例としては、上述した正極活物質層を構成する材料、固体電解質層を形成する材料、および負極活物質層を形成する材料を順次プレスすることにより、発電要素を作製し、この発電要素を電池ケースの内部に収納し、電池ケースをかしめる方法等を挙げることができる。   The method for producing an all-solid battery of the present invention is not particularly limited as long as it is a method capable of obtaining the above-described all-solid battery, and a method similar to a general method for producing an all-solid battery may be used. it can. As an example of an all-solid-state battery manufacturing method, a power generation element is manufactured by sequentially pressing the material forming the positive electrode active material layer, the material forming the solid electrolyte layer, and the material forming the negative electrode active material layer. In addition, a method of storing the power generation element inside the battery case and caulking the battery case can be exemplified.

B.電池システム
本発明の電池システムは、上述した全固体電池と、充電時に上記全固体電池を45℃以上に加熱する加熱部と、を有することを特徴とするものである。
B. Battery System The battery system of the present invention includes the all solid state battery described above and a heating unit that heats the all solid state battery to 45 ° C. or higher during charging.

図2は本発明の電池システムの一例を示す概略断面図である。図2に例示するように、本発明の電池システム100は、全固体電池10と、充電時に全固体電池10を45℃以上に加熱する加熱部20と、を有することを特徴とするものである。   FIG. 2 is a schematic sectional view showing an example of the battery system of the present invention. As illustrated in FIG. 2, the battery system 100 of the present invention includes an all solid state battery 10 and a heating unit 20 that heats the all solid state battery 10 to 45 ° C. or more during charging. .

本発明によれば、上述した全固体電池を有することにより、加熱充電による電池の抵抗の増加を抑制することができる電池システムとすることができる。
以下、本発明の電池システムについて説明する。
According to this invention, it can be set as the battery system which can suppress the increase in the resistance of the battery by heat charging by having the all-solid-state battery mentioned above.
Hereinafter, the battery system of the present invention will be described.

1.全固体電池
本発明に用いられる全固体電池については、上述した「A.全固体電池」の項で説明した内容と同様であるため、ここでの説明は省略する。
1. All-solid-state battery The all-solid-state battery used in the present invention is the same as the content described in the above-mentioned section “A. All-solid-state battery”, and thus the description thereof is omitted here.

2.加熱部
本発明に用いられる加熱部は、充電時に上記全固体電池を45℃以上に加熱するものである。
2. Heating part The heating part used for this invention heats the said all-solid-state battery to 45 degreeC or more at the time of charge.

上記加熱部としては、上記全固体電池を45℃以上に加熱するものであれば特に限定されず、なかでも60℃以上に加熱するものであることが好ましい。また、上記加熱部による加熱温度の上限については、上述した「A.全固体電池」の項で説明した全固体電池の充電時における加熱温度と同様とすることができるため、ここでの説明は省略する。   The heating unit is not particularly limited as long as it heats the all-solid-state battery to 45 ° C. or higher. In particular, the heating unit is preferably heated to 60 ° C. or higher. In addition, the upper limit of the heating temperature by the heating unit can be the same as the heating temperature at the time of charging of the all-solid battery described in the section “A. All-solid-state battery” described above. Omitted.

上記加熱部の構成としては、充電時に全固体電池を45℃以上に加熱することができれば特に限定されず、例えば、全固体電池の充電開始と同時に、全固体電池を加熱するものを挙げることができる。   The configuration of the heating unit is not particularly limited as long as the all solid state battery can be heated to 45 ° C. or more during charging. For example, the heating unit may be one that heats the all solid state battery simultaneously with the start of charging of the all solid state battery. it can.

上記加熱部としては、加熱部と全固体電池とが直接接触して熱を伝える構造であってもよく、また例えば恒温槽等のように、加熱部と全固体電池とが直接接触せず、気体、液体等を介して熱を伝える構造であってもよい。   The heating unit may have a structure in which the heating unit and the all solid state battery are in direct contact with each other to transmit heat, and the heating unit and the all solid state battery are not in direct contact with each other, for example, like a thermostatic bath, A structure for transferring heat via gas, liquid, or the like may be used.

3.その他の構成
本発明に用いられる電池システムは、上述した全固体電池と、加熱部とを有するものであれば特に限定されない。
3. Other Configurations The battery system used in the present invention is not particularly limited as long as it has the above-described all solid state battery and a heating unit.

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。   Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to Examples and Comparative Examples.

[実施例1]
(活物質の作製)
以下の手順により、Li1.14Ni0.331Co0.331Mn0.331Al0.008(Li1.14(Ni1/3Co1/3Mn1/30.992Al0.008)で示される結晶相を有する岩塩層状構造の活物質を合成した。
まず、Ni源、Co源、Mn源およびAl源を硫酸等に溶かして硫酸塩水溶液を作製した。次に、反応場としてpHを調整した浴を準備し、上記硫酸塩水溶液およびアルカリ水溶液を滴下してNi、Co、MnおよびAlを含有する水酸化物を沈殿させた。次に浴からNi、Co、MnおよびAlを含有する水酸化物を取り出し、上記水酸化物をLiCO等のLi源とともに所定の温度で所定の時間焼成することにより、上述の活物質を得ることができた。
[Example 1]
(Production of active material)
According to the following procedure, Li 1.14 Ni 0.331 Co 0.331 Mn 0.331 Al 0.008 O 2 (Li 1.14 (Ni 1/3 Co 1/3 Mn 1/3 ) 0.992 Al An active material having a rock salt layer structure having a crystal phase represented by 0.008 O 2 ) was synthesized.
First, a Ni source, a Co source, a Mn source, and an Al source were dissolved in sulfuric acid or the like to prepare a sulfate aqueous solution. Next, a bath with adjusted pH was prepared as a reaction field, and the sulfate aqueous solution and the alkaline aqueous solution were added dropwise to precipitate a hydroxide containing Ni, Co, Mn and Al. Next, a hydroxide containing Ni, Co, Mn and Al is taken out from the bath, and the hydroxide is fired together with a Li source such as Li 2 CO 3 at a predetermined temperature for a predetermined time, whereby the active material described above is obtained. Could get.

(コート層の作製)
次に、以下の手順により上述の活物質の表面上にLiNbOから構成されるコート層を形成した。
エタノール溶媒に、等モルのLiOC及びNb(OCを溶解させて作製したコート層用組成物を、上述の活物質の表面上に、転動流動コーティング装置(SFP−01、株式会社パウレック製)を用いてスプレーコートした。その後、コーティングされた活物質を、350℃、大気圧下で1時間に亘って熱処理することにより、活物質の表面にLiNbOから構成されるコート層を形成した。
以上の手順を行うことにより正極活物質を得た。
(Preparation of coat layer)
Next, a coating layer composed of LiNbO 3 was formed on the surface of the above active material by the following procedure.
A composition for a coat layer prepared by dissolving equimolar LiOC 2 H 5 and Nb (OC 2 H 5 ) 5 in an ethanol solvent is applied to the surface of the above active material by a rolling fluid coating apparatus (SFP- 01, manufactured by POWREC Co., Ltd.). Thereafter, the coated active material was heat-treated at 350 ° C. under atmospheric pressure for 1 hour to form a coat layer composed of LiNbO 3 on the surface of the active material.
The positive electrode active material was obtained by performing the above procedure.

(固体電解質の作製)
以下の手順により、LiIを含むLiS−P系ガラスセラミック(固体電解質)を作成した。
出発原料として、硫化リチウム(LiS)、五硫化二リン(P)およびヨウ化リチウム(LiI)を用いた。次に、Ar雰囲気下(露点−70℃)のグローブボックス内で、LiSおよびPを、75LiS・25Pのモル比(LiPS、オルト組成)となるように秤量した。次に、LiIが30mol%となるように、LiIを秤量した。この混合物2gを、遊星型ボールミルの容器(45cc、ZrO製)に投入し、脱水ヘプタン(水分量30ppm以下、4g)を投入し、さらにZrOボール(φ=5mm、53g)を投入し、容器を完全に密閉した(Ar雰囲気)。この容器を遊星型ボールミル機(フリッチュ製P7)に取り付け、台盤回転数500rpmで、1時間処理および15分休止のメカニカルミリングを40回行った。その後、得られた試料を、ホットプレート上でヘプタンを除去するように乾燥させ、ガラスである硫化物固体電解質材料を得た。その後、ガラスである硫化物固体電解質材料を、Ar雰囲気中、180℃(結晶化温度以上の温度)、1時間の条件で熱処理し、ガラスセラミックスである硫化物固体電解質材料を得た。得られた硫化物固体電解質材料の組成は、30LiI・70(0.75LiS・0.25P)であった。
なお、上記硫化物固体電解質材料は、室温(25℃)でのイオン伝導率に比べて、45℃での上記イオン伝導率が約2倍、60℃での上記イオン伝導率が約3倍となるといった特性を有するものである。
(Production of solid electrolyte)
By the following procedure created a Li 2 S-P 2 S 5 based glass ceramics (solid electrolyte) containing LiI.
As starting materials, lithium sulfide (Li 2 S), diphosphorus pentasulfide (P 2 S 5 ) and lithium iodide (LiI) were used. Next, in a glove box under an Ar atmosphere (dew point −70 ° C.), Li 2 S and P 2 S 5 have a molar ratio of 75Li 2 S · 25P 2 S 5 (Li 3 PS 4 , ortho composition). Weighed as follows. Next, LiI was weighed so that LiI was 30 mol%. 2 g of this mixture is charged into a planetary ball mill container (45 cc, made of ZrO 2 ), dehydrated heptane (moisture content of 30 ppm or less, 4 g) is charged, and ZrO 2 balls (φ = 5 mm, 53 g) are charged. The container was completely sealed (Ar atmosphere). This container was attached to a planetary ball mill (P7 made by Fritsch), and mechanical milling was performed 40 times with a base plate rotation speed of 500 rpm and a one-hour treatment and a 15-minute pause. Thereafter, the obtained sample was dried on a hot plate so as to remove heptane to obtain a sulfide solid electrolyte material which is glass. Thereafter, the sulfide solid electrolyte material that is glass was heat-treated in an Ar atmosphere at 180 ° C. (temperature equal to or higher than the crystallization temperature) for 1 hour to obtain a sulfide solid electrolyte material that was glass ceramic. The composition of the obtained sulfide solid electrolyte material was 30LiI · 70 (0.75Li 2 S · 0.25P 2 S 5 ).
The sulfide solid electrolyte material has an ionic conductivity at 45 ° C. of about twice as high as that at room temperature (25 ° C.) and an ionic conductivity at 60 ° C. of about 3 times. It has the characteristic that becomes.

(正極合材の作製)
上述の正極活物質を400mgと、VGCF(昭和電工)12mgと、上述の固体電解質134mgと、脱水ヘプタン(関東化学)1gを秤量し、十分に混合した。
上述した混合材料を100℃で加熱してヘプタンを揮発させ、正極合材を得た。
(Preparation of positive electrode mixture)
400 mg of the above positive electrode active material, 12 mg of VGCF (Showa Denko), 134 mg of the above solid electrolyte, and 1 g of dehydrated heptane (Kanto Chemical) were weighed and mixed thoroughly.
The above-mentioned mixed material was heated at 100 ° C. to volatilize heptane to obtain a positive electrode mixture.

(負極合材の作製)
グラファイト(三菱化学)900mgと、上述の固体電解質964mgとを秤量し混合したものを負極合材とした。
(Preparation of negative electrode composite)
A negative electrode mixture was prepared by weighing and mixing 900 mg of graphite (Mitsubishi Chemical) and 964 mg of the above-mentioned solid electrolyte.

(電池特性測定用セルの作製)
1cmの金型に上述の固体電解質を65mg秤量し、100MPaでプレスして固体電解質層を作製し、その片側に正極合材20.5mgを入れ、100MPaでプレスして正極を作製した。
その逆側に負極合材21mgを入れ、400MPaでプレスすることで、負極を作製した。
以上の手順により電池特性測定用セルを得た。
(Preparation of battery characteristics measurement cell)
65 mg of the above-mentioned solid electrolyte was weighed into a 1 cm 2 mold and pressed at 100 MPa to produce a solid electrolyte layer. 20.5 mg of the positive electrode mixture was placed on one side, and pressed at 100 MPa to produce a positive electrode.
A negative electrode was prepared by putting 21 mg of the negative electrode mixture on the opposite side and pressing at 400 MPa.
A battery characteristic measurement cell was obtained by the above procedure.

[実施例2]
実施例1と同様と手順で、Li1.14Ni0.328Co0.328Mn0.328Al0.017(Li1.14(Ni1/3Co1/3Mn1/30.983Al0.017)で示される結晶相を有する岩塩層状構造の活物質を合成した。上記以外は、実施例1と同様に正極活物質を作製し、また、電池特性測定用セルを作製した。
[Example 2]
In the same manner as in Example 1, Li 1.14 Ni 0.328 Co 0.328 Mn 0.328 Al 0.017 O 2 (Li 1.14 (Ni 1/3 Co 1/3 Mn 1/3 ) An active material having a rock salt layered structure having a crystal phase represented by 0.983 Al 0.017 O 2 ) was synthesized. Except for the above, a positive electrode active material was produced in the same manner as in Example 1, and a cell for measuring battery characteristics was produced.

[比較例]
活物質としてAlが添加されていないLi1.14Ni0.333Co0.333Mn0.333(Li1.14Ni1/3Co1/3Mn1/3)で示される結晶相を有する岩塩層状構造の活物質を用いたこと以外は実施例1と同様に正極活物質を作製し、また、電池特性測定用セルを作製した。
[Comparative example]
Li 1.14 Ni 0.333 Co 0.333 Mn 0.333 O 2 (Li 1.14 Ni 1/3 Co 1/3 Mn 1/3 O 2 ) to which Al is not added as an active material A positive electrode active material was prepared in the same manner as in Example 1 except that an active material having a rock salt layered structure having a crystal phase was used, and a battery characteristic measurement cell was prepared.

[評価]
<電池特性の測定>
(コンディショニング)
25℃で以下の電池特性測定用セルのコンディショニングを行った。
実施例1、実施例2および比較例の電池特性測定用セルを0.27mAで定電流−定電圧充電(上限4.3V、カット電流0.027mA)し、15分間休止したのち、0.27mAで定電流−定電圧放電(下限3.0V、カット電流0.027mA)し、その後15分間休止することにより、電池特性測定用セルのコンディショニングを行った。
[Evaluation]
<Measurement of battery characteristics>
(conditioning)
The following cell characteristics measurement cell was conditioned at 25 ° C.
The battery characteristics measurement cells of Example 1, Example 2 and Comparative Example were charged with constant current-constant voltage at 0.27 mA (upper limit 4.3 V, cut current 0.027 mA), and after resting for 15 minutes, 0.27 mA. Was subjected to constant current-constant voltage discharge (lower limit: 3.0 V, cut current: 0.027 mA), and then rested for 15 minutes to condition the cell for measuring battery characteristics.

(充電状態保存による電池直流抵抗の抵抗増加率)
まず、充電状態保存前の電池特性測定セルについて25℃で電池直流抵抗測定を行った。
実施例1、実施例2および比較例の電池特性測定用セルについて0.27mAで定電流−定電圧充電を行った。充電条件としては、電圧の上限を3.6V、カット電流0.027mAとした。充電後1分間休止したのち、8.1mAで定電流放電を5秒間行った。放電前後の電圧差(ΔV)と流した電流値(I)から電池直流抵抗(R=ΔV/I)を計算した。
(Resistivity increase rate of battery DC resistance by storage of charge state)
First, the battery direct current resistance measurement was performed at 25 degreeC about the battery characteristic measurement cell before charge condition preservation | save.
About the battery characteristic measurement cell of Example 1, Example 2, and the comparative example, constant current-constant voltage charge was performed at 0.27 mA. As charging conditions, the upper limit of the voltage was 3.6 V and the cut current was 0.027 mA. After resting for 1 minute after charging, constant current discharge was performed at 8.1 mA for 5 seconds. The battery DC resistance (R = ΔV / I) was calculated from the voltage difference (ΔV) before and after the discharge and the current value (I) that was passed.

次に、60℃で以下の電池特性測定セルの充電状態保存を行った。
実施例1、実施例2および比較例の電池特性測定用セルを0.27mAで200時間、定電流−定電圧充電(上限4.3V)した。次に、15分間休止したのち、0.27mAで定電流放電(下限3.0V)した。
Next, the state of charge of the following battery characteristic measurement cell was stored at 60 ° C.
The cell for measuring battery characteristics of Example 1, Example 2 and Comparative Example was charged with constant current-constant voltage (upper limit 4.3 V) at 0.27 mA for 200 hours. Next, after resting for 15 minutes, constant current discharge (lower limit: 3.0 V) was performed at 0.27 mA.

続いて、充電状態保存の終了後の電池特性測定セルを25℃の恒温槽に移して、上述の充電状態保存前と同様の手順で電池直流抵抗測定を行った。   Then, the battery characteristic measurement cell after completion | finish of charge condition preservation | save was moved to the 25 degreeC thermostat, and battery direct current resistance measurement was performed in the same procedure as the above-mentioned charge state preservation | save.

上記充電状態保存の前後の電池直流抵抗の値から抵抗増加率を得た。結果を表1および図3に示す。図3は、実施例1、実施例2および比較例の正極活物質のAlの含有量(mol%)と、抵抗増加率(%)との関係を示すグラフである。   The rate of increase in resistance was obtained from the value of the DC resistance of the battery before and after storing the state of charge. The results are shown in Table 1 and FIG. FIG. 3 is a graph showing the relationship between the Al content (mol%) of the positive electrode active materials of Example 1, Example 2, and Comparative Example, and the resistance increase rate (%).

Figure 2014146458
Figure 2014146458

(充電状態保存後の断面TEM−EDX分析)
実施例2および比較例の岩塩層状構造の活物質について、充電状態保存後の断面TEM−EDX分析を行なった。
FIB加工およびTEM−EDX分析は、すべて不活性雰囲気下で行なった。結果を図4に示す。図4は、充電状態保存後の実施例2および比較例の岩塩層状構造の活物質のI濃度(atomic%)を示す図である。
(Cross-sectional TEM-EDX analysis after storage of charge state)
About the active material of the rock salt layered structure of Example 2 and a comparative example, the cross-sectional TEM-EDX analysis after charge condition preservation | save was performed.
FIB processing and TEM-EDX analysis were all performed under an inert atmosphere. The results are shown in FIG. FIG. 4 is a diagram showing the I concentration (atomic%) of the active material of the rock salt layered structure of Example 2 and Comparative Example after storage of the charged state.

実施例2より比較例の方が、岩塩層状構造の活物質表面近くでI濃度が高かった。
このように、Alの添加によりヨウ化物イオンの侵入を抑制することができた。
Compared with Example 2, the comparative example had a higher I concentration near the surface of the active material having a rock salt layered structure.
Thus, the addition of Al could suppress the entry of iodide ions.

1 … 正極活物質
2 … ヨウ素を有する固体電解質材料
10 … 全固体電池
11 … 正極活物質層
12 … 負極活物質層
13 … 固体電解質層
20 … 加熱部
100 … 電池システム
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Positive electrode active material 2 ... Solid electrolyte material which has iodine 10 ... All-solid-state battery 11 ... Positive electrode active material layer 12 ... Negative electrode active material layer 13 ... Solid electrolyte layer 20 ... Heating part 100 ... Battery system

Claims (4)

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た固体電解質層とを有し、
前記正極活物質として、Liと、Ni、Co、およびMnの少なくとも1つと、Oと、さらにAlおよびGaの少なくとも1つとを含有する岩塩層状構造の活物質を用い、
前記正極活物質層および前記固体電解質層の少なくとも一方が、ヨウ素を含有する固体電解質材料を含有することを特徴とする全固体電池。
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,
As the positive electrode active material, a rock salt layered active material containing at least one of Li, Ni, Co, and Mn, O, and at least one of Al and Ga is used.
An all-solid battery, wherein at least one of the positive electrode active material layer and the solid electrolyte layer contains a solid electrolyte material containing iodine.
前記岩塩層状構造の活物質が、Alを含有することを特徴とする請求項1に記載の全固体電池。   The all-solid-state battery according to claim 1, wherein the active material having a rock salt layered structure contains Al. 前記岩塩層造構造の活物質が、一般式LiNi1−x−y−z−wCoMn (0.92≦a≦1.25、0≦x≦1、0≦y≦0.5、0.001≦z≦0.04、0≦w≦0.1、x+y+z+w≦1、MはAlおよびGaの少なくとも1つ、MはMg、Ti、Zr、W及びMoからなる群より選択される少なくとも一種の元素である。)で示される結晶相を有することを特徴とする請求項1または請求項2に記載の全固体電池。 Active material of the rock salt layer forming structure, the general formula Li a Ni 1-x-y -z-w Co x Mn y M 1 z M 2 w O 2 (0.92 ≦ a ≦ 1.25,0 ≦ x ≦ 1,0 ≦ y ≦ 0.5,0.001 ≦ z ≦ 0.04,0 ≦ w ≦ 0.1, x + y + z + w ≦ 1, M 1 is at least one of Al and Ga, M 2 is Mg, Ti 3. The all-solid-state battery according to claim 1, wherein the all-solid-state battery has a crystal phase represented by: at least one element selected from the group consisting of Zr, W, and Mo. 請求項1から請求項3までのいずれか1項に記載の全固体電池と、
充電時に前記全固体電池を45℃以上に加熱する加熱部と、
を有することを特徴とする電池システム。
An all solid state battery according to any one of claims 1 to 3,
A heating unit for heating the all solid state battery to 45 ° C. or more during charging;
A battery system comprising:
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