JP2017228453A - All-solid-state battery - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an all-solid-state battery that can be manufactured without requiring high temperature treatment.SOLUTION: The all-solid-state battery includes: a positive electrode active material layer containing positive electrode active material particles and lithium perchlorate; a solid electrolyte layer; and a negative electrode.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本発明は、全固体電池に関する。   The present invention relates to an all solid state battery.

近年、電気エネルギーを蓄積する二次電池は、ハイブリッド車、電気自動車などへの応用で注目されている。また、小さな環境エネルギーから発電を行うエネルギーハーベスト技術が省エネ技術として関心を集めており、発電した電気エネルギーを蓄電し、供給可能な前記二次電池は、様々な応用への可能性が広がるため注目されている。例えば、エネルギーハーベストとの組み合わせによるセンサー等への応用も検討されている。   2. Description of the Related Art In recent years, secondary batteries that store electric energy have attracted attention for application to hybrid vehicles, electric vehicles, and the like. In addition, energy harvesting technology that generates power from small environmental energy is attracting attention as an energy-saving technology, and the secondary battery that can store and supply the generated electrical energy has widespread potential for various applications. Has been. For example, application to a sensor or the like in combination with energy harvesting is also being studied.

これらの応用において、電解質に液体を使用しない全固体電池(例えば、特許文献1参照)は、液体の漏洩の危険がないことから高い関心が集まっている。   In these applications, all-solid-state batteries that do not use liquid as an electrolyte (see, for example, Patent Document 1) are attracting a great deal of attention because there is no risk of liquid leakage.

前記全固体電池の一態様として、正極活物質粒子及び結着材を用いて正極活物質層を構成する態様がある。この態様として、例えば、結着材にホウ酸リチウムを用い、正極活物質粒子にコバルト酸リチウムを用いた全固体電池が報告されている(例えば、非特許文献1参照)。しかし、この報告における正極活物質層の作製には、700℃の熱処理を要する。このような高温で正極活物質層を作製した場合、電池抵抗の増加を引き起こすという問題が生じることがある。   As one aspect of the all solid state battery, there is an aspect in which a positive electrode active material layer is formed using positive electrode active material particles and a binder. As this aspect, for example, an all solid state battery in which lithium borate is used as a binder and lithium cobaltate is used as positive electrode active material particles has been reported (for example, see Non-Patent Document 1). However, the preparation of the positive electrode active material layer in this report requires heat treatment at 700 ° C. When the positive electrode active material layer is produced at such a high temperature, there may be a problem that the battery resistance is increased.

特開2005−38843号公報JP 2005-38843 A

Shingo Ohta et al., Journal of Power Sources, 238, (2013) 53−56Shingo Ohta et al. , Journal of Power Sources, 238, (2013) 53-56.

本発明は、高温処理を要せずに作製できる全固体電池を提供することを目的とする。   An object of this invention is to provide the all-solid-state battery which can be produced without requiring a high temperature process.

一つの態様では、全固体電池は、
正極活物質粒子、及び過塩素酸リチウムを含有する正極活物質層と、
固体電解質層と、
負極とを有する。
In one embodiment, the all-solid battery is
A cathode active material layer containing cathode active material particles and lithium perchlorate;
A solid electrolyte layer;
A negative electrode.

1つの側面として、高温処理を要せずに作製できる全固体電池を提供できる。   As one aspect, an all-solid battery that can be manufactured without requiring high-temperature treatment can be provided.

図1は、全固体電池において異相が形成された状態を説明するための断面模式図である。FIG. 1 is a schematic cross-sectional view for explaining a state in which a different phase is formed in an all-solid battery. 図2は、開示の全固体電池の他の一例の模式図である。FIG. 2 is a schematic diagram of another example of the disclosed all solid state battery. 図3は、実施例1の全固体電池の充放電曲線である。FIG. 3 is a charge / discharge curve of the all-solid-state battery of Example 1. 図4は、実施例2の全固体電池の充放電曲線である。FIG. 4 is a charge / discharge curve of the all-solid-state battery of Example 2.

(全固体電池)
開示の全固体電池は、正極活物質層と、固体電解質層と、負極とを少なくとも有し、更に必要に応じて、その他の部材を有する。
(All-solid battery)
The disclosed all solid state battery includes at least a positive electrode active material layer, a solid electrolyte layer, and a negative electrode, and further includes other members as necessary.

結着材にホウ酸リチウムを用いて正極活物質層を作製する場合、ホウ酸リチウムを溶融させるために700℃程度の高温を要する。そうすると、正極活物質粒子の種類によっては、図1に示すように、高温で処理されることにより、結着材112に囲まれた正極活物質粒子111表面、又は、正極活物質層11と固体電解質層12との界面に異相119が形成される。この異相119は、電池抵抗の増加などの電池性能の低下を生じさせ、場合によっては、電池としての機能を奪う。   When a positive electrode active material layer is formed using lithium borate as a binder, a high temperature of about 700 ° C. is required to melt lithium borate. Then, depending on the type of the positive electrode active material particles, as shown in FIG. 1, the surface of the positive electrode active material particles 111 surrounded by the binder 112 or the positive electrode active material layer 11 and the solid are processed at a high temperature. A heterogeneous phase 119 is formed at the interface with the electrolyte layer 12. This heterogeneous phase 119 causes a decrease in battery performance such as an increase in battery resistance, and in some cases deprives the function as a battery.

そこで、本発明者らは、高温処理を要せずに作製できる全固体電池を提供するために鋭意検討を行った。
その結果、正極活物質層を作製する際の結着材として過塩素酸リチウムを用いることにより、高温処理を要せずに全固体電池を作製できることを見出し、本発明の完成に至った。
高温処理を要しないために、異相の形成を防ぎ、正極活物質粒子の性能、及び固体電解質層の性能が良好に反映された全固体電池を得ることができる。
また、高温処理を要しないため、全固体電池の作製に使用するエネルギーを低減することができる。
Therefore, the present inventors have intensively studied to provide an all solid state battery that can be manufactured without requiring high temperature treatment.
As a result, it was found that by using lithium perchlorate as a binder when producing the positive electrode active material layer, an all-solid battery can be produced without requiring high-temperature treatment, and the present invention has been completed.
Since high temperature treatment is not required, the formation of a heterogeneous phase can be prevented, and an all solid state battery in which the performance of the positive electrode active material particles and the performance of the solid electrolyte layer are well reflected can be obtained.
In addition, since high temperature treatment is not required, energy used for manufacturing an all-solid battery can be reduced.

<正極活物質層>
前記正極活物質層は、正極活物質粒子と、過塩素酸リチウムとを少なくとも含有し、好ましくは、導電材を含有し、更に必要に応じて、その他の成分を含有する。
<Positive electrode active material layer>
The positive electrode active material layer contains at least positive electrode active material particles and lithium perchlorate, preferably contains a conductive material, and further contains other components as necessary.

<<正極活物質粒子>>
前記正極活物質粒子としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、リチウム含有複合酸化物などが挙げられる。前記リチウム含有複合酸化物としては、リチウムと他の金属とを含有する複合酸化物であれば、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、LiCoO、LiNiO、LiCrO、LiVO、LiMMn2-x(Mは、Co、Ni、Fe、Cr及びCuの少なくともいずれかである。0≦x<2)、LiFePO、LiCoPO、LiCoPなどが挙げられる。
これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
<< Positive electrode active material particles >>
There is no restriction | limiting in particular as said positive electrode active material particle, According to the objective, it can select suitably, For example, lithium containing complex oxide etc. are mentioned. The lithium-containing composite oxide is not particularly limited as long as it is a composite oxide containing lithium and another metal, and can be appropriately selected according to the purpose. For example, LiCoO 2 , LiNiO 2 , LiCrO 2 , LiVO 2 , LiM x Mn 2−x O 4 (M is at least one of Co, Ni, Fe, Cr, and Cu, 0 ≦ x <2), LiFePO 4 , LiCoPO 4 , Li 2 CoP 2 O 7 etc. are mentioned.
These may be used individually by 1 type and may use 2 or more types together.

前記リチウム含有複合酸化物としては、コバルト酸リチウム(LiCoO)、ピロリン酸コバルトリチウム(LiCoP)が、LiCoOは実績のある点で好ましく、LiCoPは電位を高めることができる点で好ましい。 Examples of the lithium-containing composite oxide include lithium cobaltate (LiCoO 2 ) and lithium cobalt pyrophosphate (Li 2 CoP 2 O 7 ), LiCoO 2 is preferable in terms of proven results, and Li 2 CoP 2 O 7 has a potential. It is preferable in that it can be increased.

前記正極活物質粒子の平均粒子径としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、0.05μm〜20μmが好ましく、0.1μm〜10μmがより好ましい。
前記平均粒子径は、例えば、任意に50個の粒子を電子顕微鏡観察した際の算術平均値により求めることができる。
There is no restriction | limiting in particular as an average particle diameter of the said positive electrode active material particle, Although it can select suitably according to the objective, 0.05 micrometer-20 micrometers are preferable, and 0.1 micrometer-10 micrometers are more preferable.
The average particle diameter can be obtained, for example, by an arithmetic average value when arbitrarily observing 50 particles with an electron microscope.

<<過塩素酸リチウム>>
前記過塩素酸リチウム(LiClO)は、前記正極活物質層において結着材として機能し、前記正極活物質粒子が前記正極活物質層から脱離することを防止する。
<< Lithium perchlorate >>
The lithium perchlorate (LiClO 4 ) functions as a binder in the positive electrode active material layer, and prevents the positive electrode active material particles from being detached from the positive electrode active material layer.

前記正極活物質層における前記過塩素酸リチウムの含有量としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、前記正極活物質粒子100質量部に対して、15質量部以上50質量部以下が好ましい。前記含有量が、15質量部未満であると、電池抵抗が低下することがあり、50質量部を超えると、相対的に前記正極活物質粒子の含有量が低下する結果、電池容量が小さくなることがある。   There is no restriction | limiting in particular as content of the said lithium perchlorate in the said positive electrode active material layer, Although it can select suitably according to the objective, 15 mass parts or more with respect to 100 mass parts of the said positive electrode active material particles. 50 parts by mass or less is preferable. When the content is less than 15 parts by mass, the battery resistance may be decreased. When the content exceeds 50 parts by mass, the content of the positive electrode active material particles is relatively decreased, resulting in a decrease in battery capacity. Sometimes.

<<導電材>>
前記導電材は、前記正極活物質層における電気伝導性を確保する機能を有する。
前記導電材としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、カーボンブラック、黒鉛などが挙げられる。
前記カーボンブラックとしては、例えば、ケッチェンブラック、アセチレンブラック、ファーネスブラック、サーマルブラック等が挙げられる。
これらの中でも極少量で優れた導電性を示し、少量の添加で優れた導電性が得られる点で、ケッチェンブラックが好ましい。
<< Conductive material >>
The conductive material has a function of ensuring electrical conductivity in the positive electrode active material layer.
There is no restriction | limiting in particular as said electrically conductive material, According to the objective, it can select suitably, For example, carbon black, graphite, etc. are mentioned.
Examples of the carbon black include ketjen black, acetylene black, furnace black, and thermal black.
Among these, ketjen black is preferable in that it exhibits excellent conductivity with a very small amount, and excellent conductivity can be obtained with addition of a small amount.

前記正極活物質層における前記導電材の含有量としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、前記正極活物質粒子及び前記過塩素酸リチウムの合計量100質量部に対して、5質量部以上40質量部以下が好ましく、10質量部以上30質量部以下がより好ましい。   There is no restriction | limiting in particular as content of the said electrically conductive material in the said positive electrode active material layer, Although it can select suitably according to the objective, The total amount of the said positive electrode active material particle and the said lithium perchlorate is 100 mass parts. On the other hand, 5 mass parts or more and 40 mass parts or less are preferable, and 10 mass parts or more and 30 mass parts or less are more preferable.

前記正極活物質層の平均厚みとしては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、1μm〜300μmが好ましく、10μm〜100μmがより好ましい。   There is no restriction | limiting in particular as average thickness of the said positive electrode active material layer, Although it can select suitably according to the objective, 1 micrometer-300 micrometers are preferable, and 10 micrometers-100 micrometers are more preferable.

前記正極活物質層の形成方法としては、例えば、前記正極活物質粒子と、前記過塩素酸リチウムと、溶媒と、好ましくは前記導電材とを含有するペーストを、前記固体電解質層上に塗布し、前記溶媒を除去した後に、熱処理を行う方法が挙げられる。
前記溶媒としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、γ−ブチロラクトン、テルピネオールなどが挙げられる。
前記熱処理としては、低温での加熱でよく、加熱温度としては、100℃〜250℃が好ましく、130℃〜200℃がより好ましい。なお、前記過塩素酸リチウムは、融点が260℃程度であり、前記融点よりも低い温度で熱処理することが好ましい。
200℃以下の熱処理でも、前記過塩素酸リチウムは、結着材として機能する。
As a method for forming the positive electrode active material layer, for example, a paste containing the positive electrode active material particles, the lithium perchlorate, a solvent, and preferably the conductive material is applied onto the solid electrolyte layer. And a method of performing a heat treatment after removing the solvent.
The solvent is not particularly limited and may be appropriately selected depending on the intended purpose. Examples thereof include γ-butyrolactone and terpineol.
The heat treatment may be heating at a low temperature, and the heating temperature is preferably 100 ° C. to 250 ° C., more preferably 130 ° C. to 200 ° C. The lithium perchlorate has a melting point of about 260 ° C. and is preferably heat-treated at a temperature lower than the melting point.
Even in heat treatment at 200 ° C. or lower, the lithium perchlorate functions as a binder.

<固体電解質層>
前記固体電解質層としては、固体電解質で構成される層であれば、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。
<Solid electrolyte layer>
The solid electrolyte layer is not particularly limited as long as it is a layer composed of a solid electrolyte, and can be appropriately selected according to the purpose.

前記固体電解質としては、電池反応を担うキャリアであるリチウムイオンの伝導性を有する固体の電解質であれば、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、酸化物系固体電解質、硫化物系固体電解質などが挙げられる。   The solid electrolyte is not particularly limited as long as it is a solid electrolyte having lithium ion conductivity, which is a carrier responsible for battery reaction, and can be appropriately selected according to the purpose. For example, an oxide-based solid electrolyte And sulfide-based solid electrolytes.

前記酸化物系固体電解質としては、例えば、ペロブスカイト型酸化物、NASICON型酸化物、LISICON型酸化物、ガーネット型酸化物などが挙げられる。   Examples of the oxide solid electrolyte include perovskite oxides, NASICON oxides, LISICON oxides, and garnet oxides.

前記ペロブスカイト型酸化物としては、例えば、LiLa1−aTiO等のように表されるLi−La−Ti系ペロブスカイト型酸化物、LiLa1−bTaO等のように表されるLi−La−Ta系ペロブスカイト型酸化物、LiLa1−cNbO等のように表されるLi−La−Nb系ペロブスカイト型酸化物などが挙げられる(前記式中、0<a<1、0<b<1、0<c<1である。)。 Examples of the perovskite oxide include Li-La-Ti perovskite oxides such as Li a La 1-a TiO 3 and Li b La 1-b TaO 3. that Li-La-Ta-based perovskite type oxide, in Li c La 1-c NbO represented by Li-La-Nb-based perovskite type oxide as such 3 and the like (the above formula, 0 <a < 1, 0 <b <1, 0 <c <1.)

前記NASICON型酸化物としては、例えば、Li1+lAlTi2−l(PO等に代表される結晶を主晶とするLi(前記式中、Xは、B、Al、Ga、In、C、Si、Ge、Sn、Sb及びSeからなる群より選択される少なくとも1種の元素であり、Yは、Ti、Zr、Ge、In、Ga、Sn及びAlからなる群より選択される少なくとも1種の元素であり、0≦l≦1、m、n、o、p及びqは、任意の正数である。)で表される酸化物などが挙げられる。 As the NASICON type oxide, for example, Li 1 + l Al l Ti 2-l (PO 4) in Li m X n Y o P p O q ( Formula to ShuAkira crystals typified by 3, X Is at least one element selected from the group consisting of B, Al, Ga, In, C, Si, Ge, Sn, Sb, and Se, and Y is Ti, Zr, Ge, In, Ga, Sn And at least one element selected from the group consisting of Al, and 0 ≦ l ≦ 1, m, n, o, p, and q are arbitrary positive numbers. Can be mentioned.

前記LISICON型酸化物としては、例えば、LiXO−LiYO(前記式中、Xは、Si、Ge、及びTiから選択される少なくとも1種の元素であり、Yは、P、As及びVから選択される少なくとも1種の元素である。)で表される酸化物などが挙げられる。 Examples of the LISICON-type oxide include Li 4 XO 4 -Li 3 YO 4 (wherein X is at least one element selected from Si, Ge, and Ti, and Y is P, An oxide represented by at least one element selected from As and V).

前記ガーネット型酸化物としては、例えば、ランタンジルコン酸リチウム(LiLaZr12)等に代表されるLi−La−Zr系酸化物などが挙げられる。 Examples of the garnet-type oxide include Li-La-Zr-based oxides typified by lithium lanthanum zirconate (Li 7 La 3 Zr 2 O 12 ).

前記硫化物系固体電解質としては、例えば、LiS−P、LiS−SiS、Li3.250.25Ge0.76、Li4−rGe1−r(式中、0≦r≦1である。)、Li11、LiS−SiS−LiPOなどが挙げられる。前記硫化物系固体電解質は、結晶性硫化物、非晶性硫化物のいずれであってもよい。 Examples of the sulfide-based solid electrolyte include Li 2 S—P 2 S 5 , Li 2 S—SiS 2 , Li 3.25 P 0.25 Ge 0.76 S 4 , and Li 4-r Ge 1-r. P r S 4 (where a 0 ≦ r ≦ 1.), such as Li 7 P 3 S 11, Li 2 S-SiS 2 -Li 3 PO 4 and the like. The sulfide-based solid electrolyte may be either a crystalline sulfide or an amorphous sulfide.

なお、これらの固体電解質は、結晶構造が同等である限り、元素の一部が他の元素に置換されたものでもよく、元素組成比が異なるものでもよい。
また、これらの固体電解質は、一種を単独で用いてよく、複数種を用いてもよい。
In addition, as long as the crystal structure is equivalent, these solid electrolytes may be those in which some of the elements are replaced with other elements, or may have different element composition ratios.
Moreover, these solid electrolytes may be used individually by 1 type, and may use multiple types.

前記固体電解質としては、ランタンジルコン酸リチウムが、Li負極との反応性が無い点で、好ましい。   As the solid electrolyte, lithium lanthanum zirconate is preferable because it has no reactivity with the Li negative electrode.

前記固体電解質層の平均厚みとしては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、100μm〜2,000μmが好ましく、300μm〜1,500μmがより好ましく、500μm〜1,000μmが特に好ましい。   There is no restriction | limiting in particular as average thickness of the said solid electrolyte layer, Although it can select suitably according to the objective, 100 micrometers-2,000 micrometers are preferable, 300 micrometers-1,500 micrometers are more preferable, 500 micrometers-1,000 micrometers are preferable. Particularly preferred.

前記固体電解質層の形成方法としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、粉体を焼成した焼結体が、好ましい前記平均厚みの固体電解質層を容易に作製できる点、及び低コスト化の点で、好ましい。   A method for forming the solid electrolyte layer is not particularly limited and may be appropriately selected depending on the intended purpose. A sintered body obtained by firing a powder can easily produce a solid electrolyte layer having a preferable average thickness. This is preferable in terms of cost and cost reduction.

<負極>
前記負極としては、例えば、負極活物質層を少なくとも有し、更に必要に応じて、負極集電体などのその他の部材を有する。
<Negative electrode>
As said negative electrode, it has at least a negative electrode active material layer, and also has other members, such as a negative electrode collector, as needed.

<<負極活物質層>>
前記負極活物質層としては、負極活物質を含有する層であれば、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。
前記負極活物質層は、前記負極活物質自体であってもよい。
<< Negative electrode active material layer >>
The negative electrode active material layer is not particularly limited as long as it is a layer containing a negative electrode active material, and can be appropriately selected according to the purpose.
The negative electrode active material layer may be the negative electrode active material itself.

前記負極活物質としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、リチウム、リチウムアルミニウム合金、非晶質カーボン、天然黒鉛、人造黒鉛などが挙げられる。   There is no restriction | limiting in particular as said negative electrode active material, According to the objective, it can select suitably, For example, lithium, lithium aluminum alloy, amorphous carbon, natural graphite, artificial graphite etc. are mentioned.

前記負極活物質層の平均厚みとしては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、0.05μm〜3.0μmが好ましく、0.1μm〜2.0μmがより好ましい。   There is no restriction | limiting in particular as average thickness of the said negative electrode active material layer, Although it can select suitably according to the objective, 0.05 micrometer-3.0 micrometers are preferable, and 0.1 micrometer-2.0 micrometers are more preferable.

前記負極活物質層の形成方法としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、前記負極活物質の蒸着源を用いた蒸着法、前記負極活物質を圧縮成形する方法などが挙げられる。   There is no restriction | limiting in particular as a formation method of the said negative electrode active material layer, According to the objective, it can select suitably, For example, the vapor deposition method using the vapor deposition source of the said negative electrode active material, the said negative electrode active material is compression-molded. The method etc. are mentioned.

<<負極集電体>>
前記負極集電体の大きさ、構造としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。
前記負極集電体の材質としては、例えば、ダイス鋼、金、インジウム、ニッケル、銅、ステンレス鋼などが挙げられる。
前記負極集電体の形状としては、例えば、箔状、板状、メッシュ状などが挙げられる。
前記負極集電体の平均厚みとしては、例えば、10μm〜500μmなどが挙げられる。
<< Negative electrode current collector >>
There is no restriction | limiting in particular as a magnitude | size and a structure of the said negative electrode collector, According to the objective, it can select suitably.
Examples of the material of the negative electrode current collector include die steel, gold, indium, nickel, copper, and stainless steel.
Examples of the shape of the negative electrode current collector include a foil shape, a plate shape, and a mesh shape.
Examples of the average thickness of the negative electrode current collector include 10 μm to 500 μm.

<その他の部材>
前記その他の部材としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、正極集電体、電池ケースなどが挙げられる。
<Other members>
There is no restriction | limiting in particular as said other member, According to the objective, it can select suitably, For example, a positive electrode electrical power collector, a battery case, etc. are mentioned.

<<正極集電体>>
前記正極集電体の大きさ、構造としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。
前記正極集電体の材質としては、例えば、ダイス鋼、ステンレス鋼、アルミニウム、アルミニウム合金、チタン合金、銅、ニッケルなどが挙げられる。
前記正極集電体の形状としては、例えば、箔状、板状、メッシュ状などが挙げられる。
前記正極集電体の平均厚みとしては、例えば、10μm〜500μmなどが挙げられる。
<< Positive electrode current collector >>
There is no restriction | limiting in particular as a magnitude | size and a structure of the said positive electrode electrical power collector, According to the objective, it can select suitably.
Examples of the material of the positive electrode current collector include die steel, stainless steel, aluminum, aluminum alloy, titanium alloy, copper, and nickel.
Examples of the shape of the positive electrode current collector include a foil shape, a plate shape, and a mesh shape.
Examples of the average thickness of the positive electrode current collector include 10 μm to 500 μm.

前記正極集電体と、前記正極活物質層とを合わせて、正極と称されることもある。   The positive electrode current collector and the positive electrode active material layer may be collectively referred to as a positive electrode.

<<電池ケース>>
前記電池ケースとしては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、従来の全固体電池で使用可能な公知のラミネートフィルムなどが挙げられる。前記ラミネートフィルムとしては、例えば、樹脂製のラミネートフィルム、樹脂製のラミネートフィルムに金属を蒸着させたフィルムなどが挙げられる。
<< Battery case >>
There is no restriction | limiting in particular as said battery case, According to the objective, it can select suitably, For example, the well-known laminate film etc. which can be used with the conventional all-solid-state battery are mentioned. Examples of the laminate film include a resin laminate film, a film obtained by vapor-depositing a metal on a resin laminate film, and the like.

前記全固体電池の形状としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、円筒型、角型、ボタン型、コイン型、扁平型などが挙げられる。   There is no restriction | limiting in particular as a shape of the said all-solid-state battery, According to the objective, it can select suitably, For example, a cylindrical shape, a square shape, a button shape, a coin shape, a flat type etc. are mentioned.

図2は、開示の全固体電池の一例の断面模式図である。図2の全固体電池においては、負極3上に、固体電解質層2、及び正極活物質層1がこの順で積層されている。正極活物質層1は、正極活物質粒子1A、及び過塩素酸リチウム1Bを含有している。   FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of an example of the disclosed all solid state battery. In the all solid state battery of FIG. 2, the solid electrolyte layer 2 and the positive electrode active material layer 1 are laminated in this order on the negative electrode 3. The positive electrode active material layer 1 contains positive electrode active material particles 1A and lithium perchlorate 1B.

以下、本発明の実施例について説明するが、本発明は下記実施例に何ら限定されるものではない。   Examples of the present invention will be described below, but the present invention is not limited to the following examples.

(実施例1)
コバルト酸リチウム(LiCoO、平均粒子径10μm、セルシード、日本化学工業社製)と過塩素酸リチウム(LiClO、キシダ化学社製)とを質量比(LiCoO:LiClO)で2:1となるよう混合した合材に、導電材としてのケッチェンブラック(ECP600JD、ライオン(株)社製)を、コバルト酸リチウムと過塩素酸リチウムとの合計量に対して20質量%、及び溶媒としてγ−ブチロラクトン適量を加え正極ペーストを作製した。
次に、固体電解質基板〔ランタンジルコン酸リチウム(LiLaZr12)、500μm〕上に、前記正極ペーストを、φ5mm、平均厚み40μmとなるように塗布し、溶媒を乾燥除去後、150℃で1h熱処理を行い、正極活物質層を形成した。
その後、固体電解質基板における正極活物質層と反対面に、蒸着法にてLiを2.0μm形成し、全固体リチウムイオン二次電池を得た。
得られた二次電池について、充放電評価装置(TOSCAT、東洋システム株式会社製)を用いて、充放電評価を行った。結果を図3に示す。問題なく電池としての動作をしていることがわかる。
Example 1
Lithium cobaltate (LiCoO 2 , average particle size 10 μm, cell seed, manufactured by Nippon Chemical Industry Co., Ltd.) and lithium perchlorate (LiClO 4 , manufactured by Kishida Chemical Co., Ltd.) are 2: 1 in mass ratio (LiCoO 2 : LiClO 4 ). Ketjen black (ECP600JD, manufactured by Lion Co., Ltd.) as a conductive material was mixed with the mixed material so as to be 20% by mass with respect to the total amount of lithium cobaltate and lithium perchlorate, and γ as a solvent. -An appropriate amount of butyrolactone was added to prepare a positive electrode paste.
Next, the positive electrode paste was applied to a solid electrolyte substrate [lithium lanthanum zirconate (Li 7 La 3 Zr 2 O 12 ), 500 μm] so as to have a diameter of 5 mm and an average thickness of 40 μm, and the solvent was removed by drying. Heat treatment was performed at 150 ° C. for 1 h to form a positive electrode active material layer.
Thereafter, 2.0 μm of Li was formed on the surface of the solid electrolyte substrate opposite to the positive electrode active material layer by vapor deposition to obtain an all-solid lithium ion secondary battery.
About the obtained secondary battery, charging / discharging evaluation was performed using the charging / discharging evaluation apparatus (TOSCAT, the Toyo System Co., Ltd. make). The results are shown in FIG. It turns out that it is operating as a battery without problems.

(実施例2)
実施例1において、コバルト酸リチウムを、ピロリン酸コバルトリチウム(LiCoP、平均粒子径1μm)に変えた以外は、実施例1と同様にして、全固体リチウムイオン二次電池を得た。
得られた二次電池について、充放電評価装置(TOSCAT、東洋システム株式会社製)を用いて、充放電評価を行った。結果を図4に示す。問題なく電池としての動作をしていることがわかる。
なお、実施例2及び比較例1で用いたピロリン酸コバルトリチウム(LiCoP)は、文献(Hyungsub Kim, et al., Chem. Mater. 2011, 23, 3930−3937)に従って合成した。
(Example 2)
An all solid lithium ion secondary battery was obtained in the same manner as in Example 1 except that lithium cobaltate was changed to lithium cobalt pyrophosphate (Li 2 CoP 2 O 7 , average particle diameter of 1 μm) in Example 1. It was.
About the obtained secondary battery, charging / discharging evaluation was performed using the charging / discharging evaluation apparatus (TOSCAT, the Toyo System Co., Ltd. make). The results are shown in FIG. It turns out that it is operating as a battery without problems.
In addition, lithium cobalt pyrophosphate (Li 2 CoP 2 O 7 ) used in Example 2 and Comparative Example 1 was synthesized according to the literature (Hyungsub Kim, et al., Chem. Mater. 2011, 23, 3930-3937). .

(比較例1)
ピロリン酸コバルトリチウム(LiCoP、平均粒子径1μm)とホウ酸リチウム(LiBO、豊島製作所社製)とを質量比(LiCoP:LiBO)で2:1となるよう混合した合材に、導電材としてのケッチェンブラック(ECP600JD、ライオン(株)社製)を、コバルト酸リチウムと過塩素酸リチウムとの合計量に対して20質量%、及び溶媒としてγ−ブチロラクトン適量を加え正極ペーストを作製した。
次に、固体電解質基板〔ランタンジルコン酸リチウム(LiLaZr12)、500μm〕上に、前記正極ペーストを、φ5mm、平均厚み40μmとなるように塗布し、溶媒を乾燥除去後、700℃で1h熱処理を行い、正極活物質層を形成した。
その後、固体電解質基板における正極活物質層と反対面に、蒸着法にてLiを2.0μm形成し、全固体リチウムイオン二次電池を得た。
得られた二次電池について、充放電評価装置(TOSCAT、東洋システム株式会社製)を用いて、充放電評価を行った。その結果、充放電動作が確認されなかった。
そこで、正極活物質層について、X線回折による分析を行ったところ、LiCoPのピークがなくなり、別の材料(異相)が生成したことを確認した。
(Comparative Example 1)
Lithium cobalt pyrophosphate (Li 2 CoP 2 O 7 , average particle size 1 μm) and lithium borate (Li 3 BO 3 , manufactured by Toshima Seisakusho Co., Ltd.) in a mass ratio (Li 2 CoP 2 O 7 : Li 3 BO 3 ) 20% by mass of ketjen black (ECP600JD, manufactured by Lion Co., Ltd.) as a conductive material with respect to the total amount of lithium cobaltate and lithium perchlorate, Then, an appropriate amount of γ-butyrolactone was added as a solvent to prepare a positive electrode paste.
Next, the positive electrode paste was applied to a solid electrolyte substrate [lithium lanthanum zirconate (Li 7 La 3 Zr 2 O 12 ), 500 μm] so as to have a diameter of 5 mm and an average thickness of 40 μm, and the solvent was removed by drying. Heat treatment was performed at 700 ° C. for 1 h to form a positive electrode active material layer.
Thereafter, 2.0 μm of Li was formed on the surface of the solid electrolyte substrate opposite to the positive electrode active material layer by vapor deposition to obtain an all-solid lithium ion secondary battery.
About the obtained secondary battery, charging / discharging evaluation was performed using the charging / discharging evaluation apparatus (TOSCAT, the Toyo System Co., Ltd. make). As a result, charging / discharging operation was not confirmed.
Therefore, when the positive electrode active material layer was analyzed by X-ray diffraction, it was confirmed that the Li 2 CoP 2 O 7 peak disappeared and another material (heterogeneous phase) was generated.

以上の実施形態に関し、更に以下の付記を開示する。
(付記1)
正極活物質粒子、及び過塩素酸リチウムを含有する正極活物質層と、
固体電解質層と、
負極とを有することを特徴とする全固体電池。
(付記2)
前記正極活物質粒子が、ピロリン酸コバルトリチウムである付記1に記載の全固体電池。
(付記3)
前記正極活物質粒子が、コバルト酸リチウムである付記1に記載の全固体電池。
(付記4)
前記正極活物質層が、更に導電材を含有する付記1から3のいずれかに記載の全固体電池。
(付記5)
前記負極が、リチウムである付記1から4のいずれかに記載の全固体電池。
Regarding the above embodiment, the following additional notes are disclosed.
(Appendix 1)
A cathode active material layer containing cathode active material particles and lithium perchlorate;
A solid electrolyte layer;
An all solid state battery comprising a negative electrode.
(Appendix 2)
The all-solid-state battery according to appendix 1, wherein the positive electrode active material particles are lithium cobalt pyrophosphate.
(Appendix 3)
The all-solid-state battery according to appendix 1, wherein the positive electrode active material particles are lithium cobalt oxide.
(Appendix 4)
The all solid state battery according to any one of appendices 1 to 3, wherein the positive electrode active material layer further contains a conductive material.
(Appendix 5)
The all-solid battery according to any one of supplementary notes 1 to 4, wherein the negative electrode is lithium.

1 正極活物質層
1A 正極活物質粒子
1B 過塩素酸リチウム
2 固体電解質層
3 負極
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Positive electrode active material layer 1A Positive electrode active material particle 1B Lithium perchlorate 2 Solid electrolyte layer 3 Negative electrode

Claims (5)

正極活物質粒子、及び過塩素酸リチウムを含有する正極活物質層と、
固体電解質層と、
負極とを有することを特徴とする全固体電池。
A cathode active material layer containing cathode active material particles and lithium perchlorate;
A solid electrolyte layer;
An all solid state battery comprising a negative electrode.
前記正極活物質粒子が、ピロリン酸コバルトリチウムである請求項1に記載の全固体電池。   The all solid state battery according to claim 1, wherein the positive electrode active material particles are lithium cobalt pyrophosphate. 前記正極活物質粒子が、コバルト酸リチウムである請求項1に記載の全固体電池。   The all-solid-state battery according to claim 1, wherein the positive electrode active material particles are lithium cobalt oxide. 前記正極活物質層が、更に導電材を含有する請求項1から3のいずれかに記載の全固体電池。   The all-solid-state battery in any one of Claim 1 to 3 in which the said positive electrode active material layer contains a electrically conductive material further. 前記負極が、リチウムである請求項1から4のいずれかに記載の全固体電池。   The all-solid-state battery according to claim 1, wherein the negative electrode is lithium.
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