JP2018045779A - All-solid lithium ion secondary battery - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an all-solid lithium ion secondary battery which has a high volume energy density, and which can absorb a volume change of a negative electrode active material layer when a charge-and-discharge cycle is repeated.SOLUTION: An all-solid lithium ion secondary battery 10 comprises a negative electrode current collector layer 1, a negative electrode active material layer 2, a solid electrolyte layer 3, a positive electrode active material layer 4 and a positive electrode current collector layer 5 in this order. In the all-solid lithium ion secondary battery 10, the negative electrode active material layer 2 comprises an alloy material including at least one kind selected from silicon and tin. As to the solid electrolyte layer 3, a packing rate is 85% or less, which is calculated from the following mathematical expression: Packing rate (%)=[{Weight (g) of the solid electrolyte layer÷True specific gravity (g/cm) of the solid electrolyte layer}÷{Apparent volume (cm) of the solid electrolyte layer}]×100. The negative electrode current collector layer 1 is 7.0% or more in elongation according to a tensile test. The positive electrode current collector layer 5 is 4.0% or more in elongation according to a tensile test.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は全固体リチウムイオン二次電池に関する。   The present invention relates to an all solid lithium ion secondary battery.

近年、種々の産業界で高性能の電池が求められている。例えば、自動車業界においては、電気自動車又はハイブリッド自動車用の高出力かつ高容量の電池の開発が進められている。特に、電池中の電解液を固体電解質に置換した全固体電池が注目されている。全固体電池は、電解液が用いられていないことから、電解液を用いる二次電池とは異なり、過充電に起因する電解液の分解等が生じない。全固体電池は、更に、高いサイクル耐久性及び高いエネルギー密度を有することを特徴とする。   In recent years, high-performance batteries have been demanded in various industries. For example, in the automobile industry, development of a high-output and high-capacity battery for an electric vehicle or a hybrid vehicle is underway. In particular, an all-solid battery in which the electrolyte in the battery is replaced with a solid electrolyte has attracted attention. Since the electrolyte solution is not used in the all solid state battery, unlike the secondary battery using the electrolyte solution, the decomposition of the electrolyte solution due to overcharge does not occur. The all solid state battery is further characterized by having high cycle durability and high energy density.

全固体リチウムイオン二次電池において、負極活物質として、例えば、ケイ素、スズ等を含む合金系材料;又は黒鉛等の炭素材料が用いられている。   In an all-solid-state lithium ion secondary battery, as a negative electrode active material, for example, an alloy-based material containing silicon, tin or the like; or a carbon material such as graphite is used.

これらの負極活物質のうち、ケイ素、スズ等を含む合金系材料は、リチウムとの合金化によってリチウムイオンの吸蔵及び放出が可能な材料であり、理論放電容量も大きいことから、全固体リチウムイオン二次電池の高容量化には有効な材料である。   Among these negative electrode active materials, alloy materials containing silicon, tin, and the like are materials that can occlude and release lithium ions by alloying with lithium and have a large theoretical discharge capacity. It is an effective material for increasing the capacity of secondary batteries.

これら合金系の負極活物質を用いる全固体リチウムイオン二次電池は、製造当初は所望の優れた電池性能を示す。しかし、充放電サイクルを繰り返すと、電池性能の急激な低下、電池形状の変形等が起こることがある。その原因の1つとして、充放電サイクルに伴うリチウムイオンの吸蔵及び放出による負極活物質の体積変化が関係すると考えられている。   All-solid lithium ion secondary batteries using these alloy-based negative electrode active materials exhibit desired excellent battery performance at the beginning of manufacture. However, when the charge / discharge cycle is repeated, the battery performance may be drastically reduced, the battery shape may be deformed, and the like. One of the causes is considered to be related to the volume change of the negative electrode active material due to insertion and extraction of lithium ions accompanying the charge / discharge cycle.

この点、特許文献1には、
正極、負極、ポリマー層およびリチウムイオン透過性絶縁層を含み、
前記正極は、リチウムを吸蔵および放出可能な正極活物質を含有する正極活物質層および正極集電体を含み、
前記負極は、気相法により形成されかつ合金系負極活物質を含有する負極活物質層および負極集電体を含み、
前記ポリマー層は前記負極活物質層の表面に形成され、第1ポリマーと第1無機酸化物粒子とを含有し、ならびに
前記リチウムイオン透過性絶縁層は、前記正極と前記負極との間に介在するように配置されるリチウムイオン二次電池
が開示されている。
In this regard, Patent Document 1 discloses that
Including a positive electrode, a negative electrode, a polymer layer and a lithium ion permeable insulating layer;
The positive electrode includes a positive electrode active material layer containing a positive electrode active material capable of inserting and extracting lithium and a positive electrode current collector,
The negative electrode includes a negative electrode active material layer formed by a vapor phase method and containing an alloy-based negative electrode active material and a negative electrode current collector,
The polymer layer is formed on a surface of the negative electrode active material layer, contains a first polymer and first inorganic oxide particles, and the lithium ion permeable insulating layer is interposed between the positive electrode and the negative electrode A lithium ion secondary battery arranged in such a manner is disclosed.

上記特許文献1においては、負極活物質層とリチウムイオン透過性絶縁層(セパレータ)との間にポリマー層を存在させることによって負極活物質層の体積膨張を吸収して、電池の変形を抑制している。   In Patent Document 1, the polymer layer is present between the negative electrode active material layer and the lithium ion permeable insulating layer (separator) to absorb the volume expansion of the negative electrode active material layer and suppress deformation of the battery. ing.

特開2010−250968号公報JP 2010-250968 A

しかしながら、上記特許文献1の技術によると、充放電サイクルに伴う負極活物質の体積膨張を吸収することはできるものの、充放電に寄与しないポリマーを用いているため、得られる電池の体積エネルギー密度は十分ではないことを、本発明者らは見出した。   However, according to the technique of Patent Document 1, although the volume expansion of the negative electrode active material associated with the charge / discharge cycle can be absorbed, a polymer that does not contribute to charge / discharge is used, so the volume energy density of the obtained battery is The inventors have found that this is not sufficient.

従って本発明の目的は、負極活物質層の体積膨張を吸収することができるとともに、高い体積エネルギー密度を有する全固体リチウムイオン二次電池を提供することである。   Accordingly, an object of the present invention is to provide an all solid lithium ion secondary battery that can absorb the volume expansion of the negative electrode active material layer and has a high volumetric energy density.

本発明の上記目的は、下記の全固体リチウムイオン二次電池によって達成される。   The above object of the present invention is achieved by the following all solid lithium ion secondary battery.

負極集電体層、負極活物質層、固体電解質層、正極活物質層、及び正極集電体層をこの順に備える全固体リチウムイオン二次電池であって、
負極活物質層が、ケイ素及びスズから選択される少なくとも1種を含む合金系材料を含有し、
固体電解質層について、下記数式(1)によって算出される充填率が85%以下であり、
充填率(%)=[{固体電解質層の重量(g)÷固体電解質層の真比重(g/cm)}÷{固体電解質層の見かけの体積(cm)}]×100 (1)
負極集電体層の引張試験における伸び率が7.0%以上であり、かつ、
正極集電体層の引張試験における伸び率が4.0%以上である、
ことを特徴とする、全固体リチウムイオン二次電池。
An all-solid lithium ion secondary battery comprising a negative electrode current collector layer, a negative electrode active material layer, a solid electrolyte layer, a positive electrode active material layer, and a positive electrode current collector layer in this order,
The negative electrode active material layer contains an alloy material containing at least one selected from silicon and tin,
For the solid electrolyte layer, the filling rate calculated by the following formula (1) is 85% or less,
Filling rate (%) = [{weight of solid electrolyte layer (g) ÷ true specific gravity of solid electrolyte layer (g / cm 3 )} ÷ {apparent volume of solid electrolyte layer (cm 3 )}] × 100 (1)
The elongation in the tensile test of the negative electrode current collector layer is 7.0% or more, and
The elongation percentage in the tensile test of the positive electrode current collector layer is 4.0% or more,
An all-solid-state lithium ion secondary battery.

本発明の全固体リチウムイオン二次電池は、充放電サイクルを繰り返したときの負極活物質層の体積変化を効果的に吸収することができるとともに、高い体積エネルギー密度を有する。   The all-solid-state lithium ion secondary battery of the present invention can absorb the volume change of the negative electrode active material layer when the charge / discharge cycle is repeated, and has a high volume energy density.

図1は、本発明の効果を説明するための概念図である。FIG. 1 is a conceptual diagram for explaining the effect of the present invention. 図2は、実施例及び比較例で評価した、全固体リチウムイオン二次電池の厚み変化率と固体電解質層の充填率との関係を示したグラフである。FIG. 2 is a graph showing the relationship between the rate of change in thickness of the all-solid-state lithium ion secondary battery and the filling rate of the solid electrolyte layer evaluated in Examples and Comparative Examples. 図3は、実施例及び比較例で評価した、全固体リチウムイオン二次電池の厚み変化率と負極集電体層(銅箔)の伸び率との関係を示したグラフである。FIG. 3 is a graph showing the relationship between the rate of change in thickness of the all-solid-state lithium ion secondary battery and the elongation rate of the negative electrode current collector layer (copper foil) evaluated in Examples and Comparative Examples. 図4は、実施例及び比較例で評価した、全固体リチウムイオン二次電池の厚み変化率と正極集電体層(アルミニウム箔)の伸び率との関係を示したグラフである。FIG. 4 is a graph showing the relationship between the rate of change in thickness of the all-solid-state lithium ion secondary battery and the rate of elongation of the positive electrode current collector layer (aluminum foil) evaluated in Examples and Comparative Examples.

以下、本発明の全固体リチウムイオン二次電池の好ましい実施形態(本実施形態)について、詳説する。   Hereinafter, a preferred embodiment (this embodiment) of the all solid lithium ion secondary battery of the present invention will be described in detail.

<全固体リチウムイオン二次電池>
本実施形態の全固体リチウムイオン二次電池は、
負極集電体層、負極活物質層、固体電解質層、正極活物質層、及び正極集電体層をこの順に備える全固体リチウムイオン二次電池であって、
負極活物質層が、ケイ素及びスズから選択される少なくとも1種を含む合金系材料を含有し、
固体電解質層について、下記数式(1)によって算出される充填率が85%以下であり、
充填率(%)=[{固体電解質層の重量(g)÷固体電解質層の真比重(g/cm)}÷{固体電解質層の見かけの体積(cm)}]×100 (1)
負極集電体層の引張試験における伸び率が7.0%以上であり、かつ、
正極集電体層の引張試験における伸び率が4.0%以上である、
ことを特徴とする。
<All-solid lithium ion secondary battery>
The all-solid-state lithium ion secondary battery of this embodiment is
An all-solid lithium ion secondary battery comprising a negative electrode current collector layer, a negative electrode active material layer, a solid electrolyte layer, a positive electrode active material layer, and a positive electrode current collector layer in this order,
The negative electrode active material layer contains an alloy material containing at least one selected from silicon and tin,
For the solid electrolyte layer, the filling rate calculated by the following formula (1) is 85% or less,
Filling rate (%) = [{weight of solid electrolyte layer (g) ÷ true specific gravity of solid electrolyte layer (g / cm 3 )} ÷ {apparent volume of solid electrolyte layer (cm 3 )}] × 100 (1)
The elongation in the tensile test of the negative electrode current collector layer is 7.0% or more, and
The elongation percentage in the tensile test of the positive electrode current collector layer is 4.0% or more,
It is characterized by that.

本実施形態の全固体リチウムイオン二次電池は、固体電解質層の充填率が85%以下であることにより、該固体電解質層は有意の体積の空隙を有することが担保される。充放電サイクルの繰り返しに伴って負極活物質層が膨張した場合には、この空隙がつぶれることにより、負極活物質層の体積変化を吸収することができる。   In the all solid lithium ion secondary battery of the present embodiment, the solid electrolyte layer has a filling rate of 85% or less, so that the solid electrolyte layer has a significant volume of voids. When the negative electrode active material layer expands as the charge / discharge cycle is repeated, the voids are crushed so that the volume change of the negative electrode active material layer can be absorbed.

更に、本実施形態において、伸び率が7.0%以上である負極集電体層及び伸び率が4.0%以上である正極集電体層を使用することにより、集電体層の柔軟性が十分に高いことが担保される。これらの柔らかい集電体層は、充放電サイクルの繰り返しに起因する負極活物質層の膨張及び変形、並びにこれに伴う電池構造の変形に追随することができ、該電池の破損を抑制することができる。   Furthermore, in this embodiment, the flexibility of the current collector layer can be obtained by using a negative electrode current collector layer having an elongation rate of 7.0% or more and a positive electrode current collector layer having an elongation rate of 4.0% or more. Is guaranteed to be sufficiently high. These soft current collector layers can follow the expansion and deformation of the negative electrode active material layer due to repeated charge / discharge cycles, and the accompanying deformation of the battery structure, and can suppress damage to the battery. it can.

図1に、本実施形態の全固体リチウムイオン二次電池の効果を概念的に示した。   In FIG. 1, the effect of the all-solid-state lithium ion secondary battery of this embodiment was shown notionally.

図1の全固体リチウムイオン二次電池10は、負極集電体層1と、負極活物質層2と、固体電解質層3と、正極活物質層4と、正極集電体層5と、がこの順に積層されて成る。   The all solid lithium ion secondary battery 10 in FIG. 1 includes a negative electrode current collector layer 1, a negative electrode active material layer 2, a solid electrolyte layer 3, a positive electrode active material layer 4, and a positive electrode current collector layer 5. They are stacked in this order.

図1の全固体リチウムイオン二次電池10において、サイクル前(a)の負極活物質層2の厚みは設計どおりの所定値である。しかし、充放電サイクルを多数回繰り返した後(b)には、負極活物質層2が厚み方向tに膨張する。   In the all solid lithium ion secondary battery 10 of FIG. 1, the thickness of the negative electrode active material layer 2 before the cycle (a) is a predetermined value as designed. However, after repeating the charge / discharge cycle many times (b), the negative electrode active material layer 2 expands in the thickness direction t.

しかしながら、充填率が比較的低い固体電解質層3中の空隙がつぶれることによって、負極活物質層2の膨張及び変形を吸収することができ、更に柔軟性を有する負極集電体層1及び正極集電体層5は、それぞれ、電池構造の変形に追随することができるから、全固体リチウムイオン二次電池10全体の厚みの増加を抑制することができるのである。   However, since the voids in the solid electrolyte layer 3 having a relatively low filling rate are crushed, the expansion and deformation of the negative electrode active material layer 2 can be absorbed, and the flexible negative electrode current collector layer 1 and positive electrode current collector can be further absorbed. Since each of the electric conductor layers 5 can follow the deformation of the battery structure, an increase in the thickness of the entire solid lithium ion secondary battery 10 can be suppressed.

本実施形態の全固体リチウムイオン二次電池は、
負極集電体層、負極活物質層、固体電解質層、正極活物質層、及び正極集電体層をこの順に備える単位電池であってもよいし、
上記の単位電池の複数が積層された積層電池であってもよい。
The all-solid-state lithium ion secondary battery of this embodiment is
The unit battery may include a negative electrode current collector layer, a negative electrode active material layer, a solid electrolyte layer, a positive electrode active material layer, and a positive electrode current collector layer in this order,
A stacked battery in which a plurality of the unit batteries are stacked may be used.

本実施形態の全固体リチウムイオン二次電池が積層電池である場合、該積層電池は、複数の単位電池を有する構造であってよい。単位電池は、負極集電体層、負極活物質層、固体電解質層、正極活物質層、及び正極集電体層が、この順で積層された積層体である。積層電池において、隣接する単位電池は、負極集電体層若しくは正極集電体層又はこれらの双方を共有する構成であってよい。即ち、積層電池は、例えば、負極集電体層、負極活物質層、固体電解質層、正極活物質層、正極集電体層、正極活物質層、固体電解質層、負極活物質層、及び負極集電体層の積層順で、正極活物質層を共有する2つの単位電池を有していてもよい。該積層電池は、ラミネート、缶等の外装体内に収納されていてもよい。   When the all solid lithium ion secondary battery of the present embodiment is a laminated battery, the laminated battery may have a structure having a plurality of unit batteries. The unit battery is a laminate in which a negative electrode current collector layer, a negative electrode active material layer, a solid electrolyte layer, a positive electrode active material layer, and a positive electrode current collector layer are laminated in this order. In the laminated battery, adjacent unit batteries may be configured to share the negative electrode current collector layer, the positive electrode current collector layer, or both. That is, the laminated battery includes, for example, a negative electrode current collector layer, a negative electrode active material layer, a solid electrolyte layer, a positive electrode active material layer, a positive electrode current collector layer, a positive electrode active material layer, a solid electrolyte layer, a negative electrode active material layer, and a negative electrode You may have two unit batteries which share a positive electrode active material layer in the lamination | stacking order of a collector layer. The laminated battery may be housed in an exterior body such as a laminate or a can.

[固体電解質層]
本実施形態における固体電解質層は、下記数式(1)によって算出される充填率が85%以下である。
充填率(%)=[{固体電解質層の重量(g)÷固体電解質層の真比重(g/cm)}÷{固体電解質層の見かけの体積(cm)}]×100 (1)
[Solid electrolyte layer]
The solid electrolyte layer in this embodiment has a filling rate calculated by the following mathematical formula (1) of 85% or less.
Filling rate (%) = [{weight of solid electrolyte layer (g) ÷ true specific gravity of solid electrolyte layer (g / cm 3 )} ÷ {apparent volume of solid electrolyte layer (cm 3 )}] × 100 (1)

上記数式(1)中、固体電解質層の見かけの体積は、該固体電解質層の面積に厚みを乗じて求めることができる。固体電解質層の厚みは、全固体リチウムイオン二次電池の厚みから、負極集電体層、負極活物質層、正極活物質層、及び正極集電体層の厚みを減じることにより、算出することができる。   In the above formula (1), the apparent volume of the solid electrolyte layer can be obtained by multiplying the area of the solid electrolyte layer by the thickness. The thickness of the solid electrolyte layer is calculated by subtracting the thickness of the negative electrode current collector layer, the negative electrode active material layer, the positive electrode active material layer, and the positive electrode current collector layer from the thickness of the all solid lithium ion secondary battery. Can do.

固体電解質層の充填率は、好ましくは、83%以下、80%以下、又は75%以下であってよい。   The filling rate of the solid electrolyte layer may preferably be 83% or less, 80% or less, or 75% or less.

一方で、固体電解質層の機械的強度を維持し、電池における電解質層としての機能を発揮させるためには、固体電解質層の充填率は、30%以上、40%以上、50%以上、又は60%以上とすることが好ましい。   On the other hand, in order to maintain the mechanical strength of the solid electrolyte layer and exhibit the function as the electrolyte layer in the battery, the filling rate of the solid electrolyte layer is 30% or more, 40% or more, 50% or more, or 60 % Or more is preferable.

固体電解質層の充填率は、該固体電解質層を成形するとき、及び全固体リチウムイオン二次電池を成形するとき(後述)のうちの少なくとも一方におけるプレス圧を調整することにより、所望の値に調整することができる。   The filling rate of the solid electrolyte layer is adjusted to a desired value by adjusting the pressing pressure in at least one of the molding of the solid electrolyte layer and the molding of the all-solid lithium ion secondary battery (described later). Can be adjusted.

固体電解質層の厚みは、例えば、1μm以上、5μm以上、又は10μm以上であってよく、100μm以下、50μm以下、又は30μm以下であってよい。   The thickness of the solid electrolyte layer may be, for example, 1 μm or more, 5 μm or more, or 10 μm or more, and may be 100 μm or less, 50 μm or less, or 30 μm or less.

固体電解質層は、例えば硫化物を含有することが好ましい。固体電解質層に含有される硫化物としては、例えば、LiS、P等を挙げることができ、これらのうちから選択される1種以上を使用することが好ましい。 The solid electrolyte layer preferably contains a sulfide, for example. Examples of the sulfide contained in the solid electrolyte layer include Li 2 S, P 2 S 5 and the like, and it is preferable to use one or more selected from these.

[負極集電体層]
本実施形態の全固体リチウムイオン二次電池における負極集電体層は、引張試験における伸び率が7.0%以上である。この伸び率とは、負極集電体層の試料について引張試験を行ったときの破断伸びの、引張前の前の試料長さ(標線間距離)に対する割合を百分率で表した値である。
[Negative electrode current collector layer]
The negative electrode current collector layer in the all solid lithium ion secondary battery of the present embodiment has an elongation percentage of 7.0% or more in a tensile test. This elongation rate is a value that represents the percentage of the elongation at break when the tensile test is performed on the sample of the negative electrode current collector layer with respect to the sample length (distance between marked lines) before the tension, in percentage.

具体的には、IPC−TM−650に準拠して測定した引張試験のデータを用いて、下記数式(2)によって求められる。
伸び率(%)=破断伸び(mm)÷標線間距離(mm)×100 (2)
Specifically, it is calculated | required by following Numerical formula (2) using the data of the tensile test measured based on IPC-TM-650.
Elongation rate (%) = Elongation at break (mm) ÷ Distance between marked lines (mm) × 100 (2)

負極集電体層の伸び率は、上述の趣旨から7.0%以上であることを要し、好ましくは7.2%以上、又は7.5%以上とすることができる。   The elongation rate of the negative electrode current collector layer needs to be 7.0% or more, preferably 7.2% or more, or 7.5% or more from the above-mentioned purpose.

負極集電体層の伸び率は、例えば、熱処理によって調整することができる。   The elongation percentage of the negative electrode current collector layer can be adjusted by, for example, heat treatment.

負極集電体層を構成する材料としては、例えば、ステンレス(SUS)、銅(Cu)、ニッケル(Ni)、鉄(Fe)、チタン(Ti)、コバルト(Co)、亜鉛(Zn)等から成る金属箔、特に銅箔を使用することができる。   Examples of the material constituting the negative electrode current collector layer include stainless steel (SUS), copper (Cu), nickel (Ni), iron (Fe), titanium (Ti), cobalt (Co), and zinc (Zn). Metal foils, in particular copper foils, can be used.

負極集電体層の厚みは、1μm以上、5μ以上、又は10μm以上とすることができ、100μm以下、50μm以下、又は35μm以下とすることができる。負極集電体層の厚みは、具体的には例えば15μmとすることができるが、これに限定されない。   The thickness of the negative electrode current collector layer can be 1 μm or more, 5 μm or more, or 10 μm or more, and can be 100 μm or less, 50 μm or less, or 35 μm or less. Specifically, the thickness of the negative electrode current collector layer can be, for example, 15 μm, but is not limited thereto.

[正極集電体層]
本実施形態の全固体リチウムイオン二次電池における正極集電体層は、引張試験における伸び率が4.0%以上であり、4.5%以上又は4.8以上としてよい。この伸び率についての定義は、負極集電体層における伸び率の場合と同様である。
[Positive electrode current collector layer]
The positive electrode current collector layer in the all solid lithium ion secondary battery of the present embodiment has an elongation percentage of 4.0% or more in the tensile test, and may be 4.5% or more or 4.8 or more. The definition of the elongation rate is the same as that of the elongation rate in the negative electrode current collector layer.

正極集電体層の伸び率は、例えば、熱処理によって調整することができる。   The elongation percentage of the positive electrode current collector layer can be adjusted by, for example, heat treatment.

正極集電体層を構成する材料としては、例えば、ステンレス(SUS)、ニッケル(Ni)、クロム(Cr)、金(Au)、白金(Pt)、アルミニウム(Al)、鉄(Fe)、チタン(Ti)、亜鉛(Zn)等から成る金属箔、特にアルミニウム箔を使用することができる。   Examples of the material constituting the positive electrode current collector layer include stainless steel (SUS), nickel (Ni), chromium (Cr), gold (Au), platinum (Pt), aluminum (Al), iron (Fe), and titanium. A metal foil made of (Ti), zinc (Zn) or the like, particularly an aluminum foil can be used.

正極集電体層の厚みは、1μm以上、5μ以上、又は8μm以上とすることができ、100μm以下、50μm以下、又は20μm以下とすることができる。正極集電体層の厚みは、具体的には例えば15μmとすることができるが、これに限定されない。   The thickness of the positive electrode current collector layer can be 1 μm or more, 5 μm or more, or 8 μm or more, and can be 100 μm or less, 50 μm or less, or 20 μm or less. Specifically, the thickness of the positive electrode current collector layer can be, for example, 15 μm, but is not limited thereto.

[負極活物質層]
本実施形態の全固体リチウムイオン二次電池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ことができ、固体電解質を更に含有することが好ましく、所望により、導電材、バインダー等を更に含有してもよい。
[Negative electrode active material layer]
The negative electrode active material layer in the all solid lithium ion secondary battery of the present embodiment can contain at least a negative electrode active material, preferably further contains a solid electrolyte, and further contains a conductive material, a binder and the like as desired. May be.

本実施形態の全固体リチウムイオン二次電池における負極活物質層は、負極活物質として、ケイ素及びスズから選択される少なくとも1種を含む合金系材料を含有する。この合金系材料は、充電時にリチウムと合金化してリチウムを吸蔵し、かつ放電時にリチウムを放出する。   The negative electrode active material layer in the all solid lithium ion secondary battery of the present embodiment contains an alloy-based material containing at least one selected from silicon and tin as the negative electrode active material. This alloy-based material is alloyed with lithium during charging and occludes lithium, and releases lithium during discharging.

ケイ素を含む合金系材料は、公知のものであってよく、例えば、ケイ素、ケイ素酸化物、ケイ素炭化物、ケイ素窒化物、ケイ素含有合金等、及びこれらの固溶体等が挙げられる。これらに含有されるケイ素原子の一部が1種又は2種以上の元素で置換されていてもよい。   The alloy-based material containing silicon may be a known material, and examples thereof include silicon, silicon oxide, silicon carbide, silicon nitride, silicon-containing alloy, and solid solutions thereof. Some of the silicon atoms contained in these may be substituted with one or more elements.

ケイ素酸化物としては、例えば、組成式:SiO(0.05<a<1.95)で表される酸化ケイ素が挙げられる。ケイ素炭化物としては、例えば、組成式:SiC(0<b<1)で表される炭化ケイ素が挙げられる。ケイ素窒化物としては、例えば、組成式:SiN(0<c<4/3)で表される窒化ケイ素が挙げられる。ケイ素含有合金としては、例えば、ケイ素とケイ素以外の元素との合金が挙げられる。ケイ素以外の元素としては、例えば、Fe、Co、Sb、Bi、Pb、Ni、Cu、Zn、Ge、In、Sn、Ti等が挙げられる。ケイ素以外の元素は1種を単独で又は2種以上を組み合わせて使用できる。 Examples of the silicon oxide include silicon oxide represented by the composition formula: SiO a (0.05 <a <1.95). Examples of silicon carbide include silicon carbide represented by the composition formula: SiC b (0 <b <1). Examples of the silicon nitride include silicon nitride represented by a composition formula: SiN c (0 <c <4/3). Examples of the silicon-containing alloy include alloys of silicon and elements other than silicon. Examples of elements other than silicon include Fe, Co, Sb, Bi, Pb, Ni, Cu, Zn, Ge, In, Sn, and Ti. Elements other than silicon can be used alone or in combination of two or more.

スズを含有する合金系材料としては、例えば、スズ、スズ酸化物、スズ窒化物、スズ含有合金等、及びこれらの固溶体等が挙げられる。これらに含有されるスズ原子の一部が1種又は2種以上の元素で置換されていてもよい。   Examples of the alloy-based material containing tin include tin, tin oxide, tin nitride, tin-containing alloy, and solid solutions thereof. Some of the tin atoms contained in these may be substituted with one or more elements.

スズ酸化物としては、組成式:SnO(0<d<2)で表される酸化スズ、二酸化スズ(SnO)等が挙げられる。スズ含有合金としては、Ni−Sn合金、Mg−Sn合金、Fe−Sn合金、Cu−Sn合金、Ti−Sn合金等が挙げられる。スズ化合物としては、SnSiO、NiSn、MgSn等が挙げられる。 Examples of the tin oxide include tin oxide represented by the composition formula: SnO d (0 <d <2), tin dioxide (SnO 2 ), and the like. Examples of the tin-containing alloy include a Ni—Sn alloy, a Mg—Sn alloy, a Fe—Sn alloy, a Cu—Sn alloy, and a Ti—Sn alloy. Examples of the tin compound include SnSiO 3 , Ni 2 Sn 4 , and Mg 2 Sn.

スズを含有する合金系材料の中では、スズ酸化物、スズ含有合金、スズ化合物等が好ましい。   Among alloy materials containing tin, tin oxide, tin-containing alloy, tin compound and the like are preferable.

上記の合金系材料の中でも、ケイ素、ケイ素酸化物、スズ、スズ酸化物等が好ましく、 ケイ素、ケイ素酸化物等が特に好ましい。合金系材料は1種を単独で又は2種以上を組み合わせて使用できる。   Among the above alloy materials, silicon, silicon oxide, tin, tin oxide and the like are preferable, and silicon, silicon oxide and the like are particularly preferable. An alloy type material can be used individually by 1 type or in combination of 2 or more types.

負極活物質層における固体電解質としては、固体電解質層に含有される硫化物として上記に例示したものと同種の材料を用いることができる。   As the solid electrolyte in the negative electrode active material layer, the same type of materials as those exemplified above as the sulfide contained in the solid electrolyte layer can be used.

負極活物質層における導電材としては、例えば、アセチレンブラック等の公知の導電性カーボン等を好ましく使用することができる。負極活物質層におけるバインダーとしては、例えば、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)に代表されるフッ素原子含有樹脂等を好ましく使用することができる。   As the conductive material in the negative electrode active material layer, for example, known conductive carbon such as acetylene black can be preferably used. As the binder in the negative electrode active material layer, for example, a fluorine atom-containing resin typified by polyvinylidene fluoride (PVDF) can be preferably used.

負極活物質層の厚みは、特に限定されるものではない。例えば、5μm以上500μm以下の範囲を例示することができる。   The thickness of the negative electrode active material layer is not particularly limited. For example, the range of 5 micrometers or more and 500 micrometers or less can be illustrated.

[正極活物質層]
本実施形態の全固体リチウムイオン二次電池における正極活物質層は、少なくとも正極活物質を含有することができ、固体電解質を更に含有することが好ましく、所望により、導電材、バインダー等を更に含有してもよい。
[Positive electrode active material layer]
The positive electrode active material layer in the all solid lithium ion secondary battery of the present embodiment can contain at least a positive electrode active material, preferably further contains a solid electrolyte, and further contains a conductive material, a binder, and the like as desired. May be.

本実施形態の全固体リチウムイオン二次電池における正極活物質層に含有される正極活物質は、公知のものであってよく、例えば、ニッケル酸リチウム、ニッケルコバルトアルミニウム酸リチウム、ニッケルコバルトマンガン酸リチウム等を例示することができ、これらのうちから選択される1種以上を使用することが好ましい。   The positive electrode active material contained in the positive electrode active material layer in the all-solid-state lithium ion secondary battery of the present embodiment may be a known material, for example, lithium nickelate, lithium nickel cobalt aluminum oxide, nickel cobalt lithium manganate. Etc., and it is preferable to use one or more selected from these.

正極活物質層における固体電解質としては、固体電解質層に含有される硫化物として上記に例示したものと同種の材料を用いることができる。   As the solid electrolyte in the positive electrode active material layer, the same type of materials as those exemplified above as the sulfide contained in the solid electrolyte layer can be used.

正極活物質層における導電材としては、例えば、導電性カーボン、これ以外の炭素材料、金属材料等を使用することができる。   As the conductive material in the positive electrode active material layer, for example, conductive carbon, other carbon materials, metal materials, and the like can be used.

正極活物質層におけるバインダーとしては、例えば、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)に代表されるフッ素原子含有樹脂等を好ましく使用することができる。   As the binder in the positive electrode active material layer, for example, a fluorine atom-containing resin typified by polyvinylidene fluoride (PVDF) can be preferably used.

正極活物質層の厚みは、特に限定されるものではない。例えば、5μm以上500μm以下の範囲を例示することができる。   The thickness of the positive electrode active material layer is not particularly limited. For example, the range of 5 micrometers or more and 500 micrometers or less can be illustrated.

<全固体リチウムイオン二次電池の製造>
本実施形態の全固体リチウムイオン二次電池は、上記のような構成を持つ限り、どのような方法によって製造されたものであってもよい。しかしながら例えば、以下の製造方法を例示することができる。
<Manufacture of all-solid-state lithium ion secondary batteries>
The all-solid-state lithium ion secondary battery of the present embodiment may be manufactured by any method as long as it has the above configuration. However, for example, the following production methods can be exemplified.

負極集電体層、負極活物質層、固体電解質層、正極活物質層、及び正極集電体層を、それぞれ準備すること(工程1)、
上記の負極集電体層、負極活物質層、固体電解質層、正極活物質層、及び正極集電体層を積層して積層体を得ること(工程2)、並びに
上記の積層体をプレスすること(工程3)
を含む、全固体リチウムイオン二次電池の製造方法。
Preparing a negative electrode current collector layer, a negative electrode active material layer, a solid electrolyte layer, a positive electrode active material layer, and a positive electrode current collector layer, respectively (step 1);
A negative electrode current collector layer, a negative electrode active material layer, a solid electrolyte layer, a positive electrode active material layer, and a positive electrode current collector layer are laminated to obtain a laminate (step 2), and the laminate is pressed. (Step 3)
A method for producing an all-solid-state lithium ion secondary battery.

[工程1]
本実施形態の全固体リチウムイオン二次電池の製造方法の工程1においては、負極集電体層、負極活物質層、固体電解質層、正極活物質層、及び正極集電体層を、それぞれ準備する。上記負極活物質層は、ケイ素及びスズから選択される少なくとも1種を含む合金系材料を含有する。
[Step 1]
In Step 1 of the method for producing an all solid lithium ion secondary battery of the present embodiment, a negative electrode current collector layer, a negative electrode active material layer, a solid electrolyte layer, a positive electrode active material layer, and a positive electrode current collector layer are respectively prepared. To do. The negative electrode active material layer contains an alloy material containing at least one selected from silicon and tin.

負極集電体層及び正極集電体層は、それぞれ例えば、各集電体層を構成する材料として上記した金属箔に、適当な熱処理を施して、該箔の引張試験における伸び率を本実施形態所定の値に調整することにより、準備することができる。   Each of the negative electrode current collector layer and the positive electrode current collector layer is subjected, for example, to the above-described metal foil as a material constituting each current collector layer, subjected to appropriate heat treatment, and subjected to the elongation rate in the tensile test of the foil. It can be prepared by adjusting the shape to a predetermined value.

負極活物質層及び正極活物質層は、それぞれ例えば、各活物質層に含有されるものとして上記した材料又はその混合物を、例えばプレスして成形することにより、得ることができる。プレス圧は、典型的には、2.0ton/cm(196MPa)程度とすることができるが、これに限られない。プレス圧は、例えば、0.5ton/cm(49MPa)以上、1.0ton/cm(98MPa)以上、又は1.5ton/cm(147MPa)以上とすることができ、また、3.5ton/cm(343MPa)以下、3.0ton/cm(294MPa)以上、又は2.5ton/cm(245MPa)以下とすることができる。 The negative electrode active material layer and the positive electrode active material layer can be obtained, for example, by pressing and molding the above-described materials or mixtures thereof as contained in each active material layer. The pressing pressure can be typically about 2.0 ton / cm 2 (196 MPa), but is not limited thereto. Pressing pressure, for example, 0.5ton / cm 2 (49MPa) above, 1.0ton / cm 2 (98MPa) above, or 1.5 ton / cm 2 can be a (147 MPa) or more,, 3.5 ton / Cm 2 (343 MPa) or less, 3.0 ton / cm 2 (294 MPa) or more, or 2.5 ton / cm 2 (245 MPa) or less.

固体電解質層は、これに含有されるものとして上記した硫化物を、例えばプレスして成形することにより、得ることができる。プレス圧は、典型的には、0.1ton/cm(9.8MPa)程度であるが、これに限られない。プレス圧は、例えば、0.01ton/cm(0.98MPa)以上又は0.05ton/cm(4.9MPa)以上とすることができ、1.0ton/cm(98MPa)以下又は0.5ton/cm(49MPa)以下とすることができる。このプレス圧は、固体電解質層についての所望の充填率、所望の厚み等を考慮して、当業者により適宜に設定されてよい。 The solid electrolyte layer can be obtained by, for example, pressing and molding the sulfide described above as contained therein. The pressing pressure is typically about 0.1 ton / cm 2 (9.8 MPa), but is not limited thereto. Pressing pressure, for example, be a 0.01ton / cm 2 (0.98MPa) above or 0.05ton / cm 2 (4.9MPa) or more, 1.0ton / cm 2 (98MPa) less or 0. 5 ton / cm 2 (49 MPa) or less. This press pressure may be appropriately set by those skilled in the art in consideration of a desired filling rate, a desired thickness, and the like for the solid electrolyte layer.

[工程2]
本実施形態の全固体リチウムイオン二次電池の製造方法の工程2においては、上記工程1で準備した負極集電体層、負極活物質層、固体電解質層、正極活物質層、及び正極集電体層を積層して積層体を得る。
[Step 2]
In step 2 of the method for producing an all solid lithium ion secondary battery of the present embodiment, the negative electrode current collector layer, the negative electrode active material layer, the solid electrolyte layer, the positive electrode active material layer, and the positive electrode current collector prepared in step 1 above. A body layer is laminated to obtain a laminate.

この工程2では、得られる全固体リチウムイオン二次電池における所望の層構成に応じて、上記の各層を所定の順に積層して、積層体を得る。   In this step 2, according to the desired layer configuration in the obtained all-solid-state lithium ion secondary battery, the above layers are stacked in a predetermined order to obtain a stacked body.

[工程3]
そして工程3において、上記の積層体をプレスすることにより、本実施形態の全固体リチウムイオン二次電池を得ることができる。
[Step 3]
And in the process 3, the all-solid-state lithium ion secondary battery of this embodiment can be obtained by pressing said laminated body.

この場合のプレス圧は、典型的には例えば10MPa程度とすることができるが、これに限られない。例えば、1MPa以上、3MPa以上、又は5MPa以上とすることができ、50MPa以下、30MPa以下、又は20MPa以下とすることができる。   The pressing pressure in this case can typically be about 10 MPa, for example, but is not limited thereto. For example, it can be 1 MPa or more, 3 MPa or more, or 5 MPa or more, and can be 50 MPa or less, 30 MPa or less, or 20 MPa or less.

<全固体リチウムイオン二次電池の使用>
本実施形態の全固体リチウムイオン二次電池の使用に際しては、所定の圧力により拘束したうえで用いてよい。
<Use of all-solid lithium ion secondary battery>
When using the all-solid-state lithium ion secondary battery of the present embodiment, it may be used after being restricted by a predetermined pressure.

<実施例1>
1.固体電解質の調製
LiS(日本化学工業社製)0.7656g及びP(アルドリッチ製)1.2344gをそれぞれ秤量し、メノウ乳鉢中で5分間混合し、混合物を得た。この混合物にヘプタン4gを加え、遊星型ボールミルを用いて40時間メカニカルミリングした後,25℃アルゴン雰囲気中で3時間静置して乾燥させることにより、固体電解質を得た。
<Example 1>
1. Preparation of Solid Electrolyte Li 2 S (manufactured by Nippon Chemical Industry Co., Ltd.) 0.7656 g and P 2 S 5 (manufactured by Aldrich) 1.2344 g were weighed and mixed in an agate mortar for 5 minutes to obtain a mixture. 4 g of heptane was added to this mixture, mechanical milling was performed using a planetary ball mill for 40 hours, and then the mixture was allowed to stand in an argon atmosphere at 25 ° C. for 3 hours to dry to obtain a solid electrolyte.

2.負極合剤の調製
負極活物質としてのシリコン粉末2.18mg、VGCF(登録商標、昭和電工社製、導電性カーボン)0.14mg、及び上記1で得た固体電解質2.18mgの混合物を、負極合剤として用いた。
2. Preparation of negative electrode mixture A mixture of 2.18 mg of silicon powder as a negative electrode active material, 0.14 mg of VGCF (registered trademark, manufactured by Showa Denko KK, conductive carbon) and 2.18 mg of the solid electrolyte obtained in the above 1 Used as a mixture.

3.負極活物質層の製造
上記2で得た負極合剤3.7mgを2.0ton/cm(196MPa)の圧力でプレスすることにより、負極活物質層を得た。
3. Production of negative electrode active material layer 3.7 mg of the negative electrode mixture obtained in 2 above was pressed at a pressure of 2.0 ton / cm 2 (196 MPa) to obtain a negative electrode active material layer.

4.正極合剤の調製
正極活物質としては、LiNbOによる表面処理を施したニッケルコバルトマンガン酸リチウム(LiNi3/5Co1/5Mn1/5)を用いた。この正極活物質12.03mg、VGCF(登録商標)0.51mg、及び上記1で得た固体電解質5.03mgの混合物を、正極合剤とした。
4). Preparation of Positive Electrode Mixture As the positive electrode active material, lithium nickel cobalt manganate (LiNi 3/5 Co 1/5 Mn 1/5 O 2 ) subjected to surface treatment with LiNbO 3 was used. A mixture of 12.03 mg of this positive electrode active material, 0.51 mg of VGCF (registered trademark), and 5.03 mg of the solid electrolyte obtained in the above 1 was used as a positive electrode mixture.

5.正極活物質層の製造
上記4で得た正極合剤12.3mgを2.0ton/cm(196MPa)の圧力でプレスすることにより、正極活物質層を得た。
5. Production of positive electrode active material layer A positive electrode active material layer was obtained by pressing 12.3 mg of the positive electrode mixture obtained in 4 above at a pressure of 2.0 ton / cm 2 (196 MPa).

6.固体電解質層の製造
面積1cmのセラミック製の型の上に上記1で得た固体電解質18mgを配置し、圧力0.1ton/cm(9.8MPa)にてプレスして層状に成形した後に、型から剥離することにより、充填率85%の固体電解質層を製造した。
6). Production of Solid Electrolyte Layer After placing 18 mg of the solid electrolyte obtained in 1 above on a ceramic mold having an area of 1 cm 2 and pressing it at a pressure of 0.1 ton / cm 2 (9.8 MPa) to form a layer. The solid electrolyte layer having a filling rate of 85% was manufactured by peeling from the mold.

7.負極集電体層の製造
負極集電体層は、市販の銅箔(伸び率:2.2%)に熱処理を施すことにより、伸び率を7.0%に調整して得たものである。
7). Manufacture of negative electrode current collector layer The negative electrode current collector layer was obtained by heat treating a commercially available copper foil (elongation rate: 2.2%) to adjust the elongation rate to 7.0%. .

8.正極集電体層の製造
正極集電体層は、市販のアルミニウム箔(伸び率:2.5%)に熱処理を施すことにより、伸び率を5.4%に調整して得たものである。
8). Production of positive electrode current collector layer The positive electrode current collector layer was obtained by heat treating a commercially available aluminum foil (elongation rate: 2.5%) to adjust the elongation rate to 5.4%. .

9.電池の製造
上記7で得た負極集電体層、上記3で得た負極活物質層、上記6で得た固体電解質層、上記5で得た正極活物質層、及び上記8で得た正極集電体層をこの順に積層し、10MPaの圧力でプレスすることにより、全固体リチウムイオン二次電池を製造した。
9. Production of Battery Negative electrode current collector layer obtained in 7 above, negative electrode active material layer obtained in 3 above, solid electrolyte layer obtained in 6 above, positive electrode active material layer obtained in 5 above, and positive electrode obtained in 8 above The current collector layers were stacked in this order, and pressed at a pressure of 10 MPa to produce an all solid lithium ion secondary battery.

6.各種評価の測定方法
(1)固体電解質層の充填率
固体電解質層の充填率は、下記数式(1)
充填率(%)=[{固体電解質層に含まれる固体電解質の重量(g)÷固体電解質の真比重(g/cm)}÷{固体電解質層の見かけの体積(cm)}]×100 (1)
により算出した。
6). Measurement methods for various evaluations (1) Filling rate of solid electrolyte layer The filling rate of the solid electrolyte layer is expressed by the following formula (1).
Filling rate (%) = [{weight of solid electrolyte contained in solid electrolyte layer (g) ÷ true specific gravity of solid electrolyte (g / cm 3 )} ÷ {apparent volume of solid electrolyte layer (cm 3 )}] × 100 (1)
Calculated by

上記数式(1)中、固体電解質層の見かけの体積は、セラミック製の型の面積(1cm)に該固体電解質層の厚みを乗じて計算により得た。固体電解質層の厚みは、全固体リチウムイオン二次電池の厚みの実測値から、予め測定しておいた銅箔、負極活物質層、正極活物質層、及びアルミニウム箔の厚みを減じることにより、算出した。 In the above mathematical formula (1), the apparent volume of the solid electrolyte layer was obtained by multiplying the ceramic mold area (1 cm 2 ) by the thickness of the solid electrolyte layer. The thickness of the solid electrolyte layer is obtained by reducing the thickness of the copper foil, the negative electrode active material layer, the positive electrode active material layer, and the aluminum foil, which have been measured in advance, from the measured value of the thickness of the all solid lithium ion secondary battery. Calculated.

(2)負極集電体層の伸び率
負極集電体層の伸び率は、国際業界標準IPC−TM−650規格に準拠して引張試験を行い、得られた結果から下記数式(2)により算出した。
伸び率(%)=破断伸び(mm)÷標線間距離(mm)×100 (2)
(2) Elongation rate of the negative electrode current collector layer The elongation rate of the negative electrode current collector layer was determined by performing a tensile test in accordance with the international industry standard IPC-TM-650 standard. Calculated.
Elongation rate (%) = Elongation at break (mm) ÷ Distance between marked lines (mm) × 100 (2)

(3)正極集電体層の伸び率
正極集電体層を長さ:80mm×幅:8mmのサイズにカットして試験片とし、島津社製オートグラフを用いて、つかみ間距離:90mm、引張速度:50mm/分の条件にて引張試験を行い、得られた結果から上記数式(2)により算出した。
(3) Elongation rate of positive electrode current collector layer The positive electrode current collector layer was cut into a size of length: 80 mm × width: 8 mm to obtain a test piece, and using a Shimadzu autograph, the distance between grips: 90 mm, Tensile speed: A tensile test was performed under the condition of 50 mm / min, and the above result was calculated from the above formula (2).

(4)全固体リチウムイオン二次電池の厚み変化率
得られた全固体リチウムイオン二次電池について、初期厚み及び充放電サイクル後の厚みをそれぞれ以下のように測定し、下記数式(3)によって算出した値を、厚み変化率とした。充放電サイクルは、電池を20MPaの圧力にて拘束した状態で行った。
(4) Thickness change rate of all-solid-state lithium ion secondary battery About the obtained all-solid-state lithium ion secondary battery, the initial thickness and the thickness after a charging / discharging cycle are measured as follows, respectively and following Formula (3) The calculated value was defined as the thickness change rate. The charge / discharge cycle was performed in a state where the battery was restrained at a pressure of 20 MPa.

厚み変化率(%)=(充放電サイクル後の厚み−初期厚み)÷初期厚み×100 (3)
初期厚み:得られた全固体リチウムイオン二次電池を、0.5mAにて4.4Vまで定電流定電圧充電した後、0.5mAにて2.5Vまで定電流定電圧放電して、初期充放電を行った。この初期充放電後の電池の厚みを測定し、初期厚みとした。
充放電サイクル後の厚み:上記初期充放電後の全固体リチウムイオン二次電池につき、3mAにて4.2Vまで定電流充電した後、3mAにて3.0Vまで定電流放電するサイクルを1サイクルとして、該サイクルを1,500回繰り返した。次いで、初期充放電と同じ条件で1サイクルの充放電を行った後の放電状態における電池の厚みを測定し、充放電サイクル後の厚みとした。
Thickness change rate (%) = (Thickness after charge / discharge cycle−Initial thickness) ÷ Initial thickness × 100 (3)
Initial thickness: The obtained all-solid lithium ion secondary battery was charged at a constant current and a constant voltage up to 4.4 V at 0.5 mA, and then discharged at a constant current and a constant voltage up to 2.5 V at 0.5 mA. Charging / discharging was performed. The thickness of the battery after this initial charge / discharge was measured and used as the initial thickness.
Thickness after charge / discharge cycle: One cycle of constant-current charge to 3.0 V at 3 mA after constant current charge to 4.2 V at 3 mA for the all-solid lithium ion secondary battery after the initial charge / discharge. The cycle was repeated 1,500 times. Next, the thickness of the battery in the discharge state after performing one cycle of charge / discharge under the same conditions as the initial charge / discharge was determined as the thickness after the charge / discharge cycle.

<実施例2〜12及び比較例1〜3>
固体電解質の充填率、並びに負極集電体層及び正極集電体層の伸び率を、それぞれ、表1に記載のとおりとした他は実施例1と同様にして、全固体リチウムイオン二次電池を製造し、充放電サイクル後の電池の厚みの変化率を測定した。
<Examples 2-12 and Comparative Examples 1-3>
The all-solid-state lithium ion secondary battery in the same manner as in Example 1 except that the filling rate of the solid electrolyte and the elongation rates of the negative electrode current collector layer and the positive electrode current collector layer were as shown in Table 1, respectively. The change rate of the thickness of the battery after the charge / discharge cycle was measured.

固体電解質の充填率は、上記「6.固体電解質層の製造」におけるプレス圧を変化させることにより、所定の値となるように調整した。負極集電体層及び正極集電体層の伸び率は、それぞれ、熱処理条件を変更することにより調整した。   The filling rate of the solid electrolyte was adjusted to be a predetermined value by changing the press pressure in the above-mentioned “6. Production of solid electrolyte layer”. The elongation rates of the negative electrode current collector layer and the positive electrode current collector layer were each adjusted by changing the heat treatment conditions.

上記の結果を表1〜3及び図1〜3に示した。   The results are shown in Tables 1 to 3 and FIGS.

Figure 2018045779
Figure 2018045779

上記表1及び図2は、負極集電体層及び正極集電体層の伸び率が一定の条件下で、固体電解質層の充填率を変量したときの、充放電サイクル後の全固体リチウムイオン二次電池の厚み変化率を調べた結果である。これらの結果から、固体電解質層の充填率が90%である比較例1の場合には充放電サイクル後の電池の厚み変化率が大きいのに対して、該充填率が85%以下である実施例1〜6の場合には、厚み変化率が低く抑えられることが確認された。   Table 1 and FIG. 2 show that all solid lithium ions after the charge / discharge cycle when the filling rate of the solid electrolyte layer is varied under the condition that the elongation rate of the negative electrode current collector layer and the positive electrode current collector layer is constant. It is the result of investigating the thickness change rate of a secondary battery. From these results, in the case of Comparative Example 1 in which the filling rate of the solid electrolyte layer is 90%, the rate of change in thickness of the battery after the charge / discharge cycle is large, whereas the filling rate is 85% or less. In Examples 1 to 6, it was confirmed that the rate of change in thickness was kept low.

Figure 2018045779
Figure 2018045779

上記表2及び図3は、固体電解質層の充填率及び正極集電体層の伸び率が一定の条件下で、負極集電体層の伸び率を変量したときの、充放電サイクル後の全固体リチウムイオン二次電池の厚み変化率を調べた結果である。これらの結果から、負極集電体層の伸び率が5.0%である比較例2の場合には充放電サイクル後の電池の厚み変化率が大きいのに対して、該伸び率が7.0%以上である実施例2、7、及び8の場合には、厚み変化率が低く抑えられることが確認された。   Table 2 and FIG. 3 show the results after charging / discharging cycles when the filling rate of the solid electrolyte layer and the elongation rate of the positive electrode current collector layer were constant and the elongation rate of the negative electrode current collector layer was varied. It is the result of investigating the thickness change rate of a solid lithium ion secondary battery. From these results, in Comparative Example 2 in which the elongation rate of the negative electrode current collector layer was 5.0%, the rate of change in thickness of the battery after the charge / discharge cycle was large, whereas the elongation rate was 7. In the case of Examples 2, 7, and 8 which were 0% or more, it was confirmed that the rate of change in thickness was kept low.

Figure 2018045779
Figure 2018045779

上記表3及び図4は、固体電解質層の充填率を81%(比較例3、並びに実施例10、2、11、及び12)又は85%(実施例9)とし、負極集電体層の伸び率が一定の条件下で、正極集電体層の伸び率を変量したときの、充放電サイクル後の全固体リチウムイオン二次電池の厚み変化率を調べた結果である。これらの結果から、正極集電体層の伸び率が3.5%である比較例3の場合には充放電サイクル後の電池の厚み変化率が大きいのに対して、該伸び率が4.0%以下である実施例2及び9〜12の場合には、厚み変化率が低く抑えられることが確認された。   Table 3 and FIG. 4 show that the filling rate of the solid electrolyte layer was 81% (Comparative Example 3 and Examples 10, 2, 11, and 12) or 85% (Example 9), and the negative electrode current collector layer It is the result of investigating the thickness change rate of the all-solid-state lithium ion secondary battery after a charge / discharge cycle when the elongation rate of the positive electrode current collector layer is varied under a constant elongation rate. From these results, in Comparative Example 3 in which the elongation rate of the positive electrode current collector layer was 3.5%, the rate of change in thickness of the battery after the charge / discharge cycle was large, whereas the elongation rate was 4. In the case of Examples 2 and 9 to 12 which are 0% or less, it was confirmed that the rate of change in thickness was kept low.

1 負極集電体層
2 負極活物質層
3 固体電解質層
4 正極活物質層
5 正極集電体層
10 全固体リチウムイオン二次電池
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Negative electrode collector layer 2 Negative electrode active material layer 3 Solid electrolyte layer 4 Positive electrode active material layer 5 Positive electrode collector layer 10 All-solid-state lithium ion secondary battery

Claims (1)

負極集電体層、負極活物質層、固体電解質層、正極活物質層、及び正極集電体層をこの順に備える全固体リチウムイオン二次電池であって、
前記負極活物質層が、ケイ素及びスズから選択される少なくとも1種を含む合金系材料を含有し、
前記固体電解質層について、下記数式によって算出される充填率が85%以下であり、
充填率(%)=[{固体電解質層の重量(g)÷固体電解質層の真比重(g/cm)}÷{固体電解質層の見かけの体積(cm)}]×100
前記負極集電体層の引張試験における伸び率が7.0%以上であり、かつ、
前記正極集電体層の引張試験における伸び率が4.0%以上である
ことを特徴とする、全固体リチウムイオン二次電池。
An all-solid lithium ion secondary battery comprising a negative electrode current collector layer, a negative electrode active material layer, a solid electrolyte layer, a positive electrode active material layer, and a positive electrode current collector layer in this order,
The negative electrode active material layer contains an alloy-based material containing at least one selected from silicon and tin,
For the solid electrolyte layer, the filling rate calculated by the following mathematical formula is 85% or less,
Filling rate (%) = [{weight of solid electrolyte layer (g) ÷ true specific gravity of solid electrolyte layer (g / cm 3 )} ÷ {apparent volume of solid electrolyte layer (cm 3 )}] × 100
The elongation percentage in the tensile test of the negative electrode current collector layer is 7.0% or more, and
An all-solid-state lithium ion secondary battery, wherein an elongation percentage in a tensile test of the positive electrode current collector layer is 4.0% or more.
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