JP2019121499A - Composite particles for lithium ion battery and method for producing the same - Google Patents

Composite particles for lithium ion battery and method for producing the same Download PDF

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Abstract

To provide composite particles for a lithium ion battery including a solid electrolyte part having a novel structure, and a method for producing the same including a solid electrolyte portion substantially free of LiS and having the novel structure.SOLUTION: Composite particles 1 for a lithium ion battery include: an active material portion 10 containing an active material; and a solid electrolyte portion 20 disposed on a surface of the active material portion 10. The electrolyte portion 20 contains thio-LISICON and made of a covering portion 22 covering the surface of the active material portion 10 and a thin portion 24 extending from the covering portion 22 to an outside thereof.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、リチウムイオン電池の電極を形成する材料として好適なリチウムイオン電池用複合粒子及びその製造方法に関する。   The present invention relates to a composite particle for lithium ion battery suitable as a material for forming an electrode of a lithium ion battery, and a method for producing the same.

近年、高エネルギー密度を実現する電池として、リチウムイオン電池やナトリウムイオン電池、更にはマグネシウム二次電池に代表される多価イオン電池の開発が精力的に進められている。
リチウムイオン電池は、充電時には正極からリチウムがイオンとして脱離して負極へ移動して吸蔵され、放電時には負極から正極へリチウムイオンが挿入されて戻る構造の二次電池である。このリチウムイオン電池は、エネルギー密度が大きく、長寿命である等の特徴を有しているため、従来、パソコン、カメラ等の家電製品や、携帯電話機等の携帯型電子機器又は通信機器、パワーツール等の電動工具等の電源として広く用いられており、最近では、電気自動車(EV)、ハイブリッド電気自動車(HEV)等に搭載される大型電池にも応用されている。
このようなリチウムイオン電池において、可燃性の有機溶剤を含む電解液に代えて固体電解質を用いると、安全装置の簡素化が図られるだけでなく、製造コスト、生産性等に優れることが知られている。また、硫化物からなる固体電解質は、導電率(リチウムイオン伝導度)が高く、電池の高出力化を図る上で有用であるといわれており、この硫化物固体電解質を用いた全固体型のリチウムイオン電池の開発が盛んとなっている。
ところで、液体電解質は、浸透性が高く電極の隅々にまで浸入し、充填されている活物質の夫々とその界面で接するため、負極から正極に至るまで連続的なイオン伝導のパスを容易に形成できる。一方で、固体電解質は、液体電解質に比べて流動性が乏しく、そのままでは電極に浸入しないため、電極内部までイオンを伝導させるために、固体電解質を活物質に混合した組成物を用いて電極が形成されている。
BACKGROUND ART In recent years, development of lithium ion batteries, sodium ion batteries, and further multivalent ion batteries represented by magnesium secondary batteries has been energetically promoted as batteries realizing high energy density.
The lithium ion battery is a secondary battery having a structure in which lithium is desorbed as ions from the positive electrode during charging, moves to the negative electrode, and is occluded, and lithium ions are inserted from the negative electrode to the positive electrode and returned during discharging. Since this lithium ion battery has features such as high energy density and long life, conventionally, household electric appliances such as personal computers and cameras, portable electronic devices such as mobile phones or communication devices, and power tools Are widely used as power sources for electric tools and the like, and recently, they are also applied to large batteries mounted on electric vehicles (EVs), hybrid electric vehicles (HEVs), and the like.
In such lithium ion batteries, it is known that not only simplification of the safety device can be achieved but also excellent in manufacturing cost, productivity, etc. if a solid electrolyte is used instead of the electrolytic solution containing the flammable organic solvent. ing. In addition, it is said that a solid electrolyte composed of sulfide has high conductivity (lithium ion conductivity) and is useful for achieving high output of a battery, and it is an all solid type using this sulfide solid electrolyte Development of lithium ion batteries is in active.
By the way, since the liquid electrolyte has high permeability and penetrates to every corner of the electrode and contacts with each of the filled active materials at its interface, the path of continuous ion conduction from the negative electrode to the positive electrode is facilitated It can be formed. On the other hand, since the solid electrolyte is less fluid than the liquid electrolyte and does not enter the electrode as it is, the electrode is formed using a composition in which the solid electrolyte is mixed with the active material in order to conduct ions to the inside of the electrode. It is formed.

また、活物質と固体電解質とを良好に接触させ、接触面積を増大させるため、固体電解質により活物質を被覆した複合体によりイオン伝導性を向上させる技術が知られている。例えば、特許文献1には、LiS−M(MはP、Si、Ge、B、Al及びGaから選択され、xとyは、Mの種類に応じて、化学量論比を与える数である)で表される固体電解質と、この固体電解質を溶解しうる有機溶媒とを含む全固体リチウム二次電池の固体電解質を含む層の形成用溶液が開示されており、この溶液を正極活物質に塗布、乾燥して得られた複合体は、全固体リチウム二次電池に好適であることが記載されている。更に、特許文献2には、活物質粒子に硫化物系固体電解質を被覆してなる複合活物質粒子と、繊維状の導電材と、複合活物質粒子よりも平均粒径の小さい硫化物系固体電解質粒子と、を含む電極合材が開示されている。そして、この複合活物質粒子は、活物質粒子を酸化物系固体電解質により被覆して複合粒子とした後、得られた複合粒子と、硫化物系固体電解質粒子とを乾式混練することにより作製されている。 In addition, in order to bring the active material and the solid electrolyte into good contact with each other and to increase the contact area, there is known a technique of improving the ion conductivity by a complex in which the active material is coated with the solid electrolyte. For example, in Patent Document 1, Li 2 S-M x S y (M is selected from P, Si, Ge, B, Al and Ga, and x and y are stoichiometric ratios according to the type of M. A solution for forming a layer containing a solid electrolyte of an all-solid lithium secondary battery, comprising: a solid electrolyte represented by the formula: and a organic solvent capable of dissolving the solid electrolyte is disclosed. The composite obtained by applying and drying the positive electrode active material to the positive electrode active material is described as being suitable for all solid lithium secondary batteries. Furthermore, Patent Document 2 discloses a composite active material particle obtained by coating active material particles with a sulfide-based solid electrolyte, a fibrous conductive material, and a sulfide-based solid having an average particle diameter smaller than that of the composite active material particles. An electrode mixture comprising electrolyte particles is disclosed. Then, the composite active material particles are produced by dry-kneading the obtained composite particles and the sulfide-based solid electrolyte particles after the active material particles are coated with the oxide-based solid electrolyte to form composite particles. ing.

特開2014−191899号公報JP, 2014-191899, A 特開2016−207418号公報JP, 2016-207418, A

上記特許文献1の実施例1には、所定割合のLiS及びPをメカニカルミリングしてガラス状固体電解質を作製した後、これをN−メチルホルムアミド(NMF)に溶解させて得られた溶液が記載されている。そして、この溶液を真空乾燥させて得られた析出物には、LiS結晶及びLiPS結晶が含まれることが記載されている。従って、上記ガラス状固体電解質の溶液を正極活物質に塗布、乾燥した場合には、表面にLiS結晶及びLiPS結晶を含む複合体が得られる。LiSは、大気中における安定性が低く、水と容易に反応して、有毒ガスである硫化水素を発生させる等、リチウムイオン電池の製造上、使用上の安全面で改善の余地があった。更に、硫化物系固体電解質を、一旦、溶媒に溶解した後に再析出させると、硫化物系固体電解質の原料物質が析出する等、往々にして、溶解前の硫化物系固体電解質とは異なる組成になってしまうという問題点があった。また、本発明者らの分析によれば、溶解して析出させた上記LiPS結晶のイオン伝導性は、著しく低いことが判明しており、主にγ−LiPSに変化したと考えている。
更に、上記特許文献2には、上記のように、乾式混練による複合粒子を製造する方法が記載されているが、活物質粒子は、通常、表面に凹凸を有するため、機械的な乾式混練では、硫化物系固体電解質の、活物質粒子表面への密着性を十分に確保できないという問題点があった。
In Example 1 of Patent Document 1, after mechanical milling of a predetermined ratio of Li 2 S and P 2 S 5 to prepare a glassy solid electrolyte, it is obtained by dissolving it in N-methyl formamide (NMF). The described solution is described. And it is described that the precipitate obtained by vacuum-drying this solution contains Li 2 S crystals and Li 3 PS 4 crystals. Therefore, applying a solution of the glassy solid electrolyte to positive electrode active material, when dry, complexes containing Li 2 S crystal and Li 3 PS 4 crystal surface. Li 2 S has low stability in the atmosphere, reacts easily with water to generate hydrogen sulfide which is a toxic gas, etc. There is room for improvement in terms of use safety in the manufacture of lithium ion batteries. The Furthermore, once the sulfide-based solid electrolyte is dissolved in a solvent and then reprecipitated, a raw material of the sulfide-based solid electrolyte precipitates, and so on. The composition often differs from the sulfide-based solid electrolyte before dissolution. There was a problem that it would become In addition, according to the analysis of the present inventors, the ion conductivity of the dissolved and precipitated Li 3 PS 4 crystal was found to be extremely low, and was mainly changed to γ-Li 3 PS 4 I believe.
Furthermore, as described above, Patent Document 2 describes a method for producing composite particles by dry kneading, but since active material particles usually have irregularities on the surface, mechanical dry kneading is preferable. There is a problem that the adhesion of the sulfide-based solid electrolyte to the surface of the active material particles can not be sufficiently secured.

本発明の課題は、活物質を含む活物質部と、該活物質部の表面に配設されてなる固体電解質部とを備える複合粒子であって、新規な構造を有する固体電解質部を備えるリチウムイオン電池用複合粒子を提供することである。また、本発明の他の課題は、上記の新規な構造を有し、且つ、実質的にLiSを含まない固体電解質部を備え界面抵抗が抑制されたリチウムイオン電池用複合粒子を製造する方法を提供することである。 An object of the present invention is a composite particle including an active material portion including an active material and a solid electrolyte portion disposed on the surface of the active material portion, wherein the lithium is provided with a solid electrolyte portion having a novel structure. It is providing the composite particle for ion batteries. Another object of the present invention is to produce a composite particle for a lithium ion battery having a solid electrolyte portion substantially free of Li 2 S and having the above-described novel structure and having a suppressed interfacial resistance. It is to provide a method.

本発明者らは、活物質粒子の表面全体に、密着性の高い固体電解質層を形成する方法について、鋭意、検討した結果、新規の構造を有する複合粒子を見い出した。
本発明は、以下に示される。
[1]活物質を含む活物質部と、該活物質部の表面に配設されてなる固体電解質部とを備える複合粒子であって、上記固体電解質部は、チオリシコンを含み、上記活物質部の表面を被覆する被覆部分と、該被覆部分からその外側に延びた薄肉部分とからなることを特徴とするリチウムイオン電池用複合粒子。
[2]上記チオリシコンがβ−LiPSを含む上記[1]に記載のリチウムイオン電池用複合粒子。
[3]上記チオリシコンがLiIを含む上記[1]に記載のリチウムイオン電池用複合粒子。
[4]上記チオリシコンがガラスセラミックスである上記[1]乃至[3]のいずれか一項に記載のリチウムイオン電池用複合粒子。
[5]上記活物質部及び上記固体電解質部の質量割合が、これらの合計を100質量%とした場合に、それぞれ、70〜99質量%及び1〜30質量%である上記[1]乃至[4]のいずれか一項に記載のリチウムイオン電池用複合粒子。
[6]上記活物質が、Li元素を含む複合酸化物からなる正極活物質である上記[1]乃至[5]のいずれか一項に記載のリチウムイオン電池用複合粒子。
[7]上記活物質が、グラファイト、シリコン、チタン酸リチウム、二酸化スズ及び三酸化モリブデンから選ばれた少なくとも1種からなる負極活物質である上記[1]乃至[6]のいずれか一項に記載のリチウムイオン電池用複合粒子。
[8]上記[1]乃至[7]のいずれか一項に記載のリチウムイオン電池用複合粒子を製造する方法であって、
活物質を含む粒子の表面に、第1硫化物が付着している第1複合粒子と、第2硫化物とを含有する原料を用いて、上記第2硫化物を溶解する溶媒の中で、上記第1硫化物及び上記第2硫化物を反応させ、チオリシコンを生成させる工程を備えることを特徴とする、リチウムイオン電池用複合粒子の製造方法。
[9]上記第1硫化物がLiSを含み、上記第2硫化物が下記一般式(1)で表される化合物を含む上記[8]に記載のリチウムイオン電池用複合粒子の製造方法。
a(LiS)−b(P)−c(LiX) (1)
(式中、Xはハロゲン原子であり、aは0以上の数、cは0以上の数、b=a+c、a+c>0である。)
[10]上記溶媒が飽和脂肪酸エステル及びジアルキルカーボネートから選ばれた少なくとも1種を含む上記[8]又は[9]に記載のリチウムイオン電池用複合粒子の製造方法。
[11]上記[1]乃至[7]のいずれか一項に記載のリチウムイオン電池用複合粒子を含むことを特徴とするリチウムイオン電池用電極。
[12]上記[11]に記載のリチウムイオン電池用電極を備えることを特徴とするリチウムイオン電池。
The inventors of the present invention have intensively studied a method of forming a solid electrolyte layer having high adhesiveness over the entire surface of active material particles, and as a result, found composite particles having a novel structure.
The present invention is shown below.
[1] A composite particle including an active material portion containing an active material and a solid electrolyte portion provided on the surface of the active material portion, wherein the solid electrolyte portion contains thiolicicon, and the active material portion A composite particle for a lithium ion battery, comprising: a coated portion for coating the surface of the thin film; and a thin portion extending from the coated portion to the outside thereof.
[2] The composite particle for a lithium ion battery according to the above [1], wherein the thiolysicon contains β-Li 3 PS 4 .
[3] The composite particle for a lithium ion battery according to the above [1], wherein the thiolysicon contains Li 7 P 2 S 8 I.
[4] The composite particle for a lithium ion battery according to any one of the above [1] to [3], wherein the above thiolicicon is a glass ceramic.
[5] The mass ratio of the above-mentioned active material portion and the above-mentioned solid electrolyte portion is 70 to 99 mass% and 1 to 30 mass%, respectively, when the total of these is 100 mass%. 4] The composite particle for lithium ion batteries as described in any one of 4).
[6] The composite particle for lithium ion battery according to any one of the above [1] to [5], wherein the active material is a positive electrode active material comprising a composite oxide containing Li element.
[7] In any one of the above-mentioned [1] to [6], the above-mentioned active material is a negative electrode active material consisting of at least one selected from graphite, silicon, lithium titanate, tin dioxide and molybdenum trioxide Composite particle for lithium ion batteries as described.
[8] A method for producing the composite particle for lithium ion battery according to any one of [1] to [7] above,
Among the solvents for dissolving the second sulfide, using a raw material containing the first composite particle to which the first sulfide is attached and the second sulfide, on the surface of the particle containing the active material, A method of producing composite particles for a lithium ion battery, comprising the steps of: reacting the first sulfide and the second sulfide to form thiolysicon.
[9] The method for producing a composite particle for lithium ion battery according to the above [8], wherein the first sulfide contains Li 2 S, and the second sulfide contains a compound represented by the following general formula (1) .
a (Li 2 S) -b ( P 2 S 5) -c (LiX) (1)
(Wherein, X is a halogen atom, a is a number of 0 or more, c is a number of 0 or more, b = a + c, a + c> 0)
[10] The method for producing a composite particle for lithium ion battery according to the above [8] or [9], wherein the solvent contains at least one selected from saturated fatty acid ester and dialkyl carbonate.
[11] An electrode for a lithium ion battery, comprising the composite particle for a lithium ion battery according to any one of the above [1] to [7].
[12] A lithium ion battery comprising the lithium ion battery electrode according to the above [11].

本発明のリチウムイオン電池用複合粒子は、リチウムイオン電池の電極を形成する材料として好適であり、従来、公知の、活物質及び固体電解質の混合体や、上記特許文献に開示された複合体に比べて、イオン伝導パスが網羅的に且つ連続的に形成され、活物質部と固体電解質部との間のイオン伝導性がより良好なものとなり、界面抵抗が低減された電極を与えることができる。また、固体電解質部は、実質的にLiSを含有しないので、硫化水素が発生しないリチウムイオン電池の製造に好適である。更に、活物質部と固体電解質部との密着性に優れることから、本発明のリチウムイオン電池用複合粒子を含む電極を備えるリチウムイオン電池とした場合、その駆動時において、固体電解質部は、充放電の際の活物質部の体積変化に好適に追従するものと思われる。
本発明のリチウムイオン電池用複合粒子の製造方法によれば、活物質部と固体電解質部との密着性に優れ、チオリシコンを含み、実質的にLiSを含有しない固体電解質部を備えるリチウムイオン電池用複合粒子を効率よく得ることができる。
The composite particle for lithium ion battery of the present invention is suitable as a material for forming an electrode of a lithium ion battery, and it is possible to use a conventionally known mixture of an active material and a solid electrolyte or a composite disclosed in the above patent document In comparison, the ion conduction path is comprehensively and continuously formed, the ion conductivity between the active material portion and the solid electrolyte portion becomes better, and an electrode with reduced interface resistance can be provided. . In addition, since the solid electrolyte portion does not substantially contain Li 2 S, it is suitable for manufacturing a lithium ion battery in which hydrogen sulfide is not generated. Furthermore, since the adhesion between the active material portion and the solid electrolyte portion is excellent, in the case of a lithium ion battery provided with an electrode containing the composite particle for lithium ion batteries of the present invention, the solid electrolyte portion It is thought that it suitably follows the volume change of the active material portion during discharge.
According to the method for producing composite particles for lithium ion batteries of the present invention, lithium ion is provided with a solid electrolyte portion which is excellent in the adhesion between the active material portion and the solid electrolyte portion, contains thiolithicon and does not substantially contain Li 2 S. Composite particles for battery can be efficiently obtained.

本発明のリチウムイオン電池用複合粒子の構造を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the structure of the composite particle for lithium ion batteries of this invention. リチウムイオン電池用電極を備えるリチウムイオン電池の要部断面を示す概略図である。It is the schematic which shows the principal part cross section of a lithium ion battery provided with the electrode for lithium ion batteries. 実施例1で得られたリチウムイオン電池用複合粒子(p1)の走査電子顕微鏡による画像である。It is an image by a scanning electron microscope of composite particles (p1) for lithium ion batteries obtained in Example 1. 実施例1で得られたリチウムイオン電池用複合粒子(p1)の走査電子顕微鏡による他の画像である。It is the other image by the scanning electron microscope of composite particle (p1) for lithium ion batteries obtained in Example 1. FIG. 図4のリチウムイオン電池用複合粒子(p1)のEDS元素分析によるマッピング画像であり、(A)はP元素の分布を、(B)はS元素の分布を示す画像である。It is a mapping image by EDS elemental analysis of composite particle (p1) for lithium ion batteries of FIG. 4, (A) is distribution of P element, (B) is an image which shows distribution of S element. 実施例1で得られたリチウムイオン電池用複合粒子(p1)の表層を示す透過電子顕微鏡による画像であり、「LPS」は、被覆部分を示し、「NMC」は、活物質部を示す。It is the image by the transmission electron microscope which shows the surface layer of composite particle (p1) for lithium ion batteries obtained in Example 1, "LPS" shows a coating | coated part, "NMC" shows an active material part. 図6におけるLPS(被覆部分)の制限視野電子回折像である。It is a limited field electron diffraction image of LPS (cover part) in FIG. 図7をもとに作製されたLPS(被覆部分)のX線回折パターンを示す図である。It is a figure which shows the X-ray-diffraction pattern of LPS (coated part) produced based on FIG. 実施例2で得られたリチウムイオン電池用複合粒子(p2)の走査電子顕微鏡による画像である。It is an image by a scanning electron microscope of composite particles (p2) for lithium ion batteries obtained in Example 2. 図9のリチウムイオン電池用複合粒子(p2)のEDS元素分析によるマッピング画像であり、(A)はP元素の分布を、(B)はS元素の分布を、(C)はI元素の分布を示す画像である。It is a mapping image by EDS elemental analysis of the composite particle (p2) for lithium ion batteries of FIG. 9, (A) is distribution of P element, (B) is distribution of S element, and (C) is distribution of I element. Is an image showing 実施例2で得られたリチウムイオン電池用複合粒子(p2)の表層を示す透過電子顕微鏡による画像であり、「LPSI」は、被覆部分を示し、「NMC」は、活物質部を示す。It is the image by the transmission electron microscope which shows the surface layer of composite particle (p2) for lithium ion batteries obtained in Example 2, "LPSI" shows a coating | coated part, "NMC" shows an active material part. 図11におけるLPSI(被覆部分)の制限視野電子回折像である。It is a limited field electron diffraction image of LPSI (cover part) in FIG. 図12をもとに作製されたLPSI(被覆部分)のX線回折パターンを示す図である。It is a figure which shows the X-ray-diffraction pattern of LPSI (coated part) produced based on FIG. 〔実施例〕で作製した全固体形リチウムイオン電池の構造を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the structure of the all-solid-state lithium ion battery produced by [Example]. 実施例3における全固体形リチウムイオン電池による充放電特性を示すグラフである。FIG. 16 is a graph showing charge and discharge characteristics of the all solid state lithium ion battery in Example 3. FIG. 比較例1における全固体形リチウムイオン電池による充放電特性を示すグラフである。It is a graph which shows the charge / discharge characteristic by the all-solid-state lithium ion battery in Comparative Example 1.

本発明のリチウムイオン電池用複合粒子は、活物質を含む活物質部と、該活物質部の表面に配設されてなる固体電解質部とを備える複合粒子であって、上記固体電解質部は、チオリシコンを含み、上記活物質部の表面を被覆する被覆部分と、該被覆部分からその外側に延びた薄肉部分とからなることを特徴とする。即ち、本発明のリチウムイオン電池用複合粒子は、活物質部の表面に固体電解質を含む被覆部分を備えるだけの粒子ではなく、被覆部分から連続相を形成しつつ、その外側に延びた薄肉部分を備える異形粒子である。   The composite particle for lithium ion batteries according to the present invention is a composite particle including an active material portion containing an active material and a solid electrolyte portion provided on the surface of the active material portion, and the solid electrolyte portion is It is characterized in that it comprises a coated portion which contains thiolicicon and covers the surface of the active material portion, and a thin portion which extends from the coated portion to the outside. That is, the composite particle for lithium ion batteries of the present invention is not a particle only having a coating portion including a solid electrolyte on the surface of the active material portion, but a thin portion extending to the outside while forming a continuous phase from the coating portion It is a modified particle comprising

本発明のリチウムイオン電池用複合粒子は、図1に示される概略断面を有する。即ち、図1のリチウムイオン電池用複合粒子1は、活物質部10と、固体電解質部20とを備え、固体電解質部20は、活物質部10の表面を被覆する被覆部分22と、被覆部分22から外側に延びた薄肉部分24とからなる。被覆部分22は、実質的に、活物質部10の外形(表面の凹凸)を追従するように、表面全体を被覆しており、薄肉部分24は、通常、局所的に形成されている。
リチウムイオン電池で用いられる複合粒子において、イオン伝導性の観点からは、活物質の表面全体にわたって固体電解質が吸着していることが良いとされる。電池容量の観点からは、電極中の活物質充填量が多い方が望ましいため、活物質に吸着する固体電解質は、より少ない方が好ましい。ところが、活物質に吸着する固体電解質が少なくなると、イオン伝導パスが途切れたり、電極形成時のプレス成形によって活物質が割れ易くなってしまう。
ここで、本発明のリチウムイオン電池用複合粒子は、異形粒子であるので、活物質表面全体に形成された被覆部分22にてイオン伝導性の確保と、固体電解質の付着量の低減とを図ることができる上、局所的に形成された薄肉部分24により、プレス成形時の応力を緩和する作用を備えることができる。
The composite particles for lithium ion batteries of the present invention have a schematic cross section shown in FIG. That is, the composite particle 1 for lithium ion battery of FIG. 1 includes the active material portion 10 and the solid electrolyte portion 20, and the solid electrolyte portion 20 includes the coated portion 22 that covers the surface of the active material portion 10; 22 consists of a thin portion 24 extending outwardly from 22; The covering portion 22 substantially covers the entire surface so as to follow the outer shape (surface unevenness) of the active material portion 10, and the thin portion 24 is generally formed locally.
In the composite particles used in the lithium ion battery, it is considered preferable that the solid electrolyte is adsorbed over the entire surface of the active material from the viewpoint of ion conductivity. From the viewpoint of the battery capacity, it is desirable that the amount of the active material loaded in the electrode is large. Therefore, it is preferable that the amount of the solid electrolyte adsorbed to the active material be smaller. However, when the amount of solid electrolyte adsorbed to the active material is reduced, the ion conduction path may be broken, or the active material may be easily broken by press molding at the time of electrode formation.
Here, since the composite particles for lithium ion batteries according to the present invention are irregularly shaped particles, it is intended to secure ion conductivity and reduce the amount of adhesion of solid electrolyte in the covering portion 22 formed on the entire surface of the active material. In addition, the locally formed thin-walled portion 24 can have an action of relieving stress during press molding.

上記活物質部を構成する活物質は、正極活物質及び負極活物質のいずれでもよい。
正極活物質としては、MoO、WO、VO、LiCoO(LiCoO等)、LiMnO(LiMnO、LiMn等)、LiNiO(LiNiO等)、LiVO(LiVO等)、LiMnNiCoO(LiNi1/3Co1/3Mn1/3等)、LiFeP(LiFePO等)、LiMnP(LiMnPO等)、LiNiP(LiNiPO等)、LiCuP(LiCuPO等)等の酸化物(複合酸化物)系材料;(MoS,CuS,TiS,WS)、Li、Li等の硫化物系材料;セレン化物系材料等が挙げられる。これらのうち、Li元素を含む複合酸化物が好ましい。
また、負極活物質としては、グラファイト等の炭素材料;リチウム、インジウム、アルミニウム、シリコン等の金属又はこれらを含む合金;チタン酸リチウム(LiTi12)、Sn(SnO等)、MoO(MoO等)、WO等が挙げられる。これらのうち、グラファイト、シリコン、チタン酸リチウム、二酸化スズ、三酸化モリブデン等が好ましい。
The active material constituting the active material portion may be either a positive electrode active material or a negative electrode active material.
As the positive electrode active material, MoO x , WO x , VO x , Li x CoO y (LiCoO 2 etc.), Li x MnO y (LiMnO 2 , LiMn 2 O 4 etc.), Li x NiO y (LiNiO 2 etc.), Li x VO y (LiVO 2, etc.), Li x Mn y Ni z Co w O (LiNi 1/3 Co 1/3 Mn 1/3 O 2 , etc.), Li x FeP x O y (LiFePO 4 , etc.), Li Oxides (complex oxides) based materials such as x MnP x O y (LiMnPO 4 etc.), Li x NiP x O y (LiNiPO 4 etc.), Li x CuP x O y (LiCuPO 4 etc.); (MoS x , CuS x, TiS x, WS x ), Li x S y, Li x P y S z sulfide-based materials such as; selenide-based materials and the like. Among these, composite oxides containing Li element are preferable.
Also, as the negative electrode active material, carbon materials such as graphite; metals such as lithium, indium, aluminum, silicon or alloys containing these; lithium titanate (Li 4 Ti 5 O 12 ), Sn x O y (SnO 2 etc. And MoO x (MoO 3 and the like), WO x and the like. Among these, graphite, silicon, lithium titanate, tin dioxide, molybdenum trioxide and the like are preferable.

上記活物質部の形状及びサイズは、特に限定されない。上記活物質部は、通常、粒状であり、その表面は平滑であってよいし、凹凸を有するものであってもよい。また、上記活物質部の粒径は、好ましくは0.5〜20μm、より好ましくは3〜10μmである。   The shape and size of the active material portion are not particularly limited. The active material portion is usually granular, and the surface thereof may be smooth or may have asperities. The particle diameter of the active material portion is preferably 0.5 to 20 μm, more preferably 3 to 10 μm.

次に、上記固体電解質部は、活物質部の表面を被覆する被覆部分と、この被覆部分からその外側に延びた薄肉部分とからなり、いずれも、チオリシコンを含む。
上記チオリシコンは、一般式:mLi4−x 1−x −nLiX(式中、M及びMは、P、Ge、Si、Al及びGaから選ばれた原子であり、Xは、ハロゲン原子であり、mは1〜2、nは0〜1である)で表される化合物である。本発明においては、MがP原子である化合物が好ましい。このような化合物としては、β−LiPS、LiI、Li11等が挙げられる。尚、上記チオリシコンの中には、結晶質の化合物もあれば、非晶質の化合物もあり、本発明では、結晶性に関わりなく、リチウムイオン電池用複合粒子の構成材料として好適である。また、上記チオリシコンは、イオン伝導性の観点から、ガラスセラミックスであることが好ましい。
上記固体電解質部に含まれるチオリシコンは、1種のみであってよいし、2種以上であってもよい。
Next, the solid electrolyte portion is composed of a covering portion covering the surface of the active material portion and a thin portion extending from the covering portion to the outer side, both of which contain thiolicon.
The above thiolicicon has a general formula: mLi 4-x M 1 1-x M 2 x S 4- n LiX (wherein, M 1 and M 2 are atoms selected from P, Ge, Si, Al and Ga) And X is a halogen atom, m is 1 to 2 and n is 0 to 1). In the present invention, compounds in which M 1 is a P atom are preferred. Such compounds, β-Li 3 PS 4, Li 7 P 2 S 8 I, such as Li 7 P 3 S 11 and the like. Among the above-mentioned thiolicones, there are crystalline compounds and amorphous compounds, and in the present invention, regardless of the crystallinity, it is suitable as a constituent material of composite particles for lithium ion batteries. Moreover, it is preferable that it is glass ceramics from the viewpoint of ion conductivity.
The thiolicicon contained in the above-mentioned solid electrolyte part may be only one kind, or two or more kinds.

上記固体電解質部を構成する被覆部分22の厚さは、極薄である。上記被覆部分22の厚さは、特に限定されないが、活物質部10のサイズに関わらず、電極中の活物質充填量向上の観点から、下限は、好ましくは50nm、より好ましくは10nmである。   The thickness of the covering portion 22 constituting the solid electrolyte portion is extremely thin. The thickness of the covering portion 22 is not particularly limited, but the lower limit is preferably 50 nm, more preferably 10 nm from the viewpoint of improving the filling amount of the active material in the electrode regardless of the size of the active material portion 10.

また、上記固体電解質部を構成する薄肉部分24は、被覆部分22から外側に延びている部分であり、好ましくは、長さ、幅及び厚さが特に限定されない、板状(平面板状又は曲面板状)を有する(図1参照)。尚、この薄肉部分24は、電極形成時の応力緩和の観点から、上記被覆部分22より厚いことが好ましく、好ましくは10倍以上、より好ましくは20倍以上の厚さである。また、上記薄肉部分24の構造としては、図1に示す以外では、複数の薄肉部分24が凝集する構造とすることができる(図示せず)。
上記薄肉部分24の、上記被覆部分22における基礎部の位置及び数、並びに、上記薄肉部分24の延長方向は、特に限定されない。本発明のリチウムイオン電池用複合粒子は、後述する、他の本発明におけるリチウムイオン電池用複合粒子の製造方法により得られたものであり、薄肉部分の形状及びサイズ、被覆部分における基礎部の位置及び数、並びに、上記薄肉部分の延長方向を制御することはできないため、1の薄肉部分の形状及びサイズと、他の薄肉部分の形状及びサイズとは、通常、異なり、被覆部分における、1の基礎部の位置及び数と、他の基礎部の位置及び数とは、やはり、異なる。
The thin portion 24 constituting the solid electrolyte portion is a portion extending outward from the covering portion 22. Preferably, the length, width and thickness are not particularly limited. Face plate shape) (see FIG. 1). The thin portion 24 is preferably thicker than the covering portion 22 from the viewpoint of stress relaxation at the time of electrode formation, preferably 10 times or more, more preferably 20 times or more. Moreover, as a structure of the said thin part 24, it can be set as the structure to which several thin part 24 condenses except being shown in FIG. 1 (not shown).
The position and number of the base portions of the thin portion 24 in the covering portion 22 and the extending direction of the thin portion 24 are not particularly limited. The composite particles for lithium ion batteries according to the present invention are obtained by the method for producing composite particles for lithium ion batteries according to the other present invention described later, and the shape and size of the thin portion and the position of the base portion in the covering portion Since the shape and size of one thin-walled portion and the shape and size of the other thin-walled portion are usually different, it is not possible to control the number and number and the extension direction of the thin-walled portion. The position and number of foundations and the position and number of other foundations are again different.

本発明のリチウムイオン電池用複合粒子において、活物質部及び固体電解質部の質量割合は、リチウムイオン電池用複合粒子を含む電極とした場合の電池特性の観点から、これらの合計を100質量%とした場合に、それぞれ、好ましくは70〜99質量%及び1〜30質量%、より好ましくは85〜95質量%及び5〜15質量%である。   In the composite particle for lithium ion battery of the present invention, the mass ratio of the active material portion and the solid electrolyte portion is 100% by mass of the total of these in view of battery characteristics in the case of using an electrode including composite particle for lithium ion battery. When it is, it is respectively preferably 70 to 99% by mass and 1 to 30% by mass, more preferably 85 to 95% by mass and 5 to 15% by mass.

本発明のリチウムイオン電池用複合粒子は、リチウムイオン電池用電極の構成材料として好適である。具体的には、図2に示されるリチウムイオン電池30の正極31又は負極33の構成材料として好適である。   The composite particles for lithium ion batteries of the present invention are suitable as constituent materials of electrodes for lithium ion batteries. Specifically, it is suitable as a constituent material of the positive electrode 31 or the negative electrode 33 of the lithium ion battery 30 shown in FIG.

他の本発明は、上記本発明のリチウムイオン電池用複合粒子を製造する方法であって、活物質を含む粒子の表面に、第1硫化物が付着している第1複合粒子と、第2硫化物とを含有する原料を用いて、第2硫化物を溶解する溶媒の中で、第1硫化物及び第2硫化物を反応させ、チオリシコンを生成させる工程(以下、「反応工程」という)を備えることを特徴とする、リチウムイオン電池用複合粒子の製造方法(以下、「本発明の製造方法」という)である。本発明の製造方法は、反応工程により得られた反応液から溶媒を除去する工程を、更に備えることができる。   Another invention of the present invention is a method of producing composite particles for lithium ion batteries according to the invention described above, comprising: first composite particles in which a first sulfide is attached to the surface of particles containing an active material; A step of reacting the first sulfide and the second sulfide in a solvent for dissolving the second sulfide using a raw material containing the sulfide and producing thiolicicon (hereinafter referred to as “reaction step”) A method for producing composite particles for lithium ion batteries (hereinafter referred to as “the production method of the present invention”). The production method of the present invention can further comprise the step of removing the solvent from the reaction solution obtained by the reaction step.

上記反応工程で用いられる第1複合粒子は、活物質を含む粒子(以下、「活物質粒子」という)の表面に、第1硫化物が付着している粒子であり、その構造は、特に限定されない。上記第1複合粒子は、第1硫化物が活物質粒子の表面全体を被覆する構造であることが好ましい。尚、第1硫化物による被覆部の厚さは、特に限定されない。   The first composite particle used in the reaction step is a particle in which the first sulfide is attached to the surface of a particle containing an active material (hereinafter referred to as "active material particle"), and the structure thereof is particularly limited I will not. The first composite particles preferably have a structure in which the first sulfide covers the entire surface of the active material particles. The thickness of the first sulfide coated portion is not particularly limited.

上記第1複合粒子を構成する活物質粒子は、正極活物質及び負極活物質のいずれからなるものでもよい。正極活物質及び負極活物質は、上記例示した通りである。   The active material particles constituting the first composite particles may be made of either a positive electrode active material or a negative electrode active material. The positive electrode active material and the negative electrode active material are as exemplified above.

上記活物質粒子の形状及びサイズは、特に限定されない。上記活物質粒子は、球体、楕円球体、多面体、不定形等の形状を有するものとすることができ、その表面は平滑であってよいし、凹凸を有するものであってもよい。本発明においては、活物質粒子の表面粗さに関係なく、付着した第1硫化物が基点となって、第2硫化物と反応し、活物質粒子の全表面(凹部の内表面を含む)にチオリシコンを含む被覆層を効率よく形成することができる。また、上記活物質粒子の粒径は、好ましくは0.5〜20μm、より好ましくは3〜10μmである。   The shape and size of the active material particles are not particularly limited. The active material particle may have a shape such as a sphere, an ellipsoid, a polyhedron, or an indeterminate shape, and the surface thereof may be smooth or may have asperities. In the present invention, regardless of the surface roughness of the active material particles, the attached first sulfide acts as a base point, reacts with the second sulfide, and the entire surface of the active material particles (including the inner surface of the recess) It is possible to efficiently form a coating layer containing thiolicicon. Moreover, the particle size of the said active material particle becomes like this. Preferably it is 0.5-20 micrometers, More preferably, it is 3-10 micrometers.

上記活物質粒子の表面に付着している第1硫化物は、リチウムイオン電池用複合粒子の構造に依存するが、好ましくはリチウム化合物であり、特に好ましくはLiSである。 The first sulfide attached to the surface of the active material particle depends on the structure of the composite particle for lithium ion battery, but is preferably a lithium compound, particularly preferably Li 2 S.

上記第1複合粒子を構成する活物質粒子と、この活物質粒子に付着している第1硫化物との質量割合は、特に限定されないが、第1硫化物の含有割合は、得られるリチウムイオン電池用複合粒子を含む電極とした場合の電池特性の観点から、活物質粒子を100質量部とした場合に、好ましくは0.25〜10質量部、より好ましくは1〜5質量部である。従って、活物質粒子への第1硫化物の付着部の厚さは、極薄であり、上記第1複合粒子の形状及びサイズは、実質的に、活物質粒子と同等であり、粒径は、好ましくは0.5〜20μm、より好ましくは3〜10μmである。   The mass ratio of the active material particles constituting the first composite particles to the first sulfide attached to the active material particles is not particularly limited, but the content ratio of the first sulfide is the lithium ion obtained. From the viewpoint of battery characteristics in the case of using an electrode containing composite particles for battery, the active material particle is preferably 0.25 to 10 parts by mass, and more preferably 1 to 5 parts by mass, when it is 100 parts by mass. Therefore, the thickness of the attachment portion of the first sulfide to the active material particles is extremely thin, and the shape and size of the first composite particles are substantially equivalent to those of the active material particles, and the particle size is Preferably it is 0.5-20 micrometers, More preferably, it is 3-10 micrometers.

上記第1複合粒子を調製する方法は、特に限定されないが、上記好ましい態様である、第1硫化物が活物質粒子の表面全体を被覆する構造を有する第1複合粒子を調製する方法としては、第1硫化物を有機溶剤に溶解させてなる第1硫化物溶液と、活物質粒子とを混合した後、混合液の中の有機溶剤を除去する方法、第1硫化物を有機溶剤に溶解させてなる第1硫化物溶液を、活物質粒子に噴霧した後、有機溶剤を除去する方法等が挙げられる。   The method of preparing the first composite particle is not particularly limited, but as the method of preparing the first composite particle having a structure in which the first sulfide covers the entire surface of the active material particles, which is the preferred embodiment, A method of removing an organic solvent in a mixed solution after mixing a first sulfide solution obtained by dissolving a first sulfide in an organic solvent and active material particles, dissolving the first sulfide in an organic solvent And the like. There is a method of spraying an active first sulfide solution onto active material particles and then removing an organic solvent.

上記反応工程では、第1複合粒子と、第2硫化物とを含有する原料を用いて、第2硫化物を溶解する溶媒の中で、第1硫化物及び第2硫化物を反応させ、チオリシコンを生成させる。
上記溶媒は、第2硫化物を溶解する化合物からなるが、第1硫化物を溶解せず(不溶又は難溶)生成するチオリシコンを溶解しない(不溶)化合物であることが好ましい。本発明において、溶媒に溶解する硫化物と、同じ溶媒に溶解しない硫化物とを併用することにより、異形粒子である、リチウムイオン電池用複合粒子を効率よく製造することができる。
上記溶媒は、好ましくは、飽和脂肪酸エステル及びジアルキルカーボネートである。飽和脂肪酸エステルは、好ましくは、プロピオン酸エステルであり、このプロピオン酸エステルとしては、プロピオン酸メチル、プロピオン酸エチル、プロピオン酸プロピル、プロピオン酸ブチル等が挙げられる。ジアルキルカーボネートとしては、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、エチルメチルカーボネート等が挙げられる。
In the reaction step, using a raw material containing the first composite particles and the second sulfide, the first sulfide and the second sulfide are reacted in a solvent that dissolves the second sulfide, To generate
The solvent is a compound that dissolves the second sulfide, but is preferably a compound that does not dissolve the thiolicicon that does not dissolve the first sulfide (insoluble or poorly soluble) and does not dissolve (insoluble). In the present invention, composite particles for lithium ion batteries, which are irregularly shaped particles, can be efficiently produced by using a sulfide that dissolves in a solvent and a sulfide that does not dissolve in the same solvent in combination.
The above solvents are preferably saturated fatty acid esters and dialkyl carbonates. The saturated fatty acid ester is preferably a propionate ester, and examples of this propionate ester include methyl propionate, ethyl propionate, propyl propionate, and butyl propionate. Examples of dialkyl carbonates include dimethyl carbonate, diethyl carbonate, ethyl methyl carbonate and the like.

上記第2硫化物は、第1硫化物と反応して、チオリシコンを生成させるものであれば、特に限定されないが、好ましくは、下記一般式(1)で表される化合物である。尚、この化合物は、LiS、P及びLiXのうち、Pを含む複合硫化物であってよいし、Pのみ、又は、Pを含む混合物であってもよい。
a(LiS)−b(P)−c(LiX) (1)
(式中、Xはハロゲン原子であり、aは0以上の数、cは0以上の数、b=a+c、a+c>0である。)
The second sulfide is not particularly limited as long as it reacts with the first sulfide to generate thiolysicon, but is preferably a compound represented by the following general formula (1). The compound may be a complex sulfide containing P 2 S 5 among Li 2 S, P 2 S 5 and LiX, or a mixture containing only P 2 S 5 or P 2 S 5 It may be.
a (Li 2 S) -b ( P 2 S 5) -c (LiX) (1)
(Wherein, X is a halogen atom, a is a number of 0 or more, c is a number of 0 or more, b = a + c, a + c> 0)

上記一般式(1)において、ハロゲン原子Xは、フッ素原子、塩素原子、臭素原子又はヨウ素原子とすることができるが、好ましくはヨウ素原子である。
上記一般式(1)で表される化合物としては、LiS−P(別称Li)、LiLiI等が挙げられる。
In the general formula (1), the halogen atom X can be a fluorine atom, a chlorine atom, a bromine atom or an iodine atom, but is preferably an iodine atom.
Examples of the compound represented by the general formula (1), Li 2 S- P 2 S 5 ( aka Li 2 P 2 S 6), Li 2 P 2 S 6 LiI , and the like.

上記反応工程では、第1複合粒子と、第2硫化物と、溶媒とを含む反応系が用いられるが、上記溶媒において、第1硫化物及び第2硫化物を反応させる限りにおいて、反応系の調製方法は、特に限定されない。好ましい調製方法としては、(1)第1複合粒子と、第2硫化物と、溶媒とを用いる方法、(2)溶媒と接触することにより、この溶媒に溶解する第2硫化物を形成する少なくとも2種の化合物(以下、「第2硫化物形成用化合物」という)及び溶媒を混合して得られた溶液(以下、「第2硫化物溶液」という)と、第1複合粒子とを用いる方法等が挙げられる。   In the above reaction step, a reaction system containing a first composite particle, a second sulfide, and a solvent is used, but as long as the first sulfide and the second sulfide are reacted in the solvent, The preparation method is not particularly limited. As a preferable preparation method, (1) a method using a first composite particle, a second sulfide, and a solvent, and (2) at least a second sulfide which is dissolved in the solvent is formed by contacting with the solvent. Method using a solution obtained by mixing two types of compounds (hereinafter referred to as “compound for forming second sulfide”) and a solvent (hereinafter referred to as “second sulfide solution”), and a first composite particle Etc.

上記方法(2)の場合、各第2硫化物形成用化合物は、上記溶媒の中で反応して第2硫化物溶液を形成する化合物であれば、特に限定されない。尚、各第2硫化物形成用化合物は、それぞれ、単独で上記溶媒に溶解するものであってよいし、溶解しないものであってもよい。
上記第2硫化物形成用化合物としては、LiS、P等が挙げられる。また、上記第2硫化物形成用化合物として、硫黄原子を含まない化合物、例えば、LiX(ハロゲン化リチウム)等を併用することができる。
上記第2硫化物形成用化合物のうち、単独で上記の飽和脂肪酸エステル又はジアルキルカーボネートに溶解する化合物としては、LiX(ハロゲン化リチウム)等が挙げられ、単独で上記の飽和脂肪酸エステル又はジアルキルカーボネート溶媒に溶解しない化合物としては、LiS、P等が挙げられる。尚、LiSは、モル比で1:1となるようPを共存させると、各種溶媒に対する溶解性が向上する。また、後者の第2硫化物形成用化合物のうち、LiX(ハロゲン化リチウム)と併用することで上記溶媒に溶解する化合物としては、P等が挙げられる。
In the case of the above method (2), each second sulfide forming compound is not particularly limited as long as it is a compound which reacts in the above solvent to form a second sulfide solution. Each of the second sulfide-forming compounds may be independently dissolved in the solvent or may not be dissolved.
Examples of the second sulfide forming compound include Li 2 S and P 2 S 5 . Further, as the second sulfide-forming compound, a compound not containing a sulfur atom, for example, LiX (lithium halide) can be used in combination.
Among the compounds for forming the second sulfide, the compounds which are independently soluble in the above-mentioned saturated fatty acid ester or dialkyl carbonate include LiX (lithium halide) and the like, and the above-mentioned saturated fatty acid ester or dialkyl carbonate solvent alone Li 2 S, P 2 S 5 and the like can be mentioned as compounds which do not dissolve in water. When P 2 S 5 coexists with Li 2 S so that the molar ratio is 1: 1, the solubility in various solvents is improved. Further, in the second sulfide compound for forming the latter, as the compound is soluble in the solvent be used in conjunction with LiX (lithium halide) include P 2 S 5 or the like.

上記反応工程で用いられる第1複合粒子及び第2硫化物の使用量は、上記第1複合粒子に含まれる第1硫化物の構成により、適宜、選択されるが、得られるリチウムイオン電池用複合粒子を含む電極とした場合の電池特性の観点から、第1複合粒子に含まれる活物質と、反応工程により形成されるチオシリコン(固体電解質)との質量割合が、両者の合計を100質量%とした場合に、それぞれ、好ましくは70〜99質量%及び1〜30質量%、より好ましくは85〜95質量%及び5〜15質量%となるように、選定される。尚、第1複合粒子及び第2硫化物が、LiSを含む場合、このLiSが消費されるよう、反応モル比を設定することが好ましい。
また、上記溶媒の使用量は、第1複合粒子及び第2硫化物の合計量の固形分濃度が、好ましくは20〜70質量%、より好ましくは30〜50質量%となるように、選定される。
The amount of the first composite particles and the second sulfide used in the above reaction step is appropriately selected depending on the configuration of the first sulfide contained in the first composite particles, but the composite obtained for lithium ion batteries From the viewpoint of battery characteristics in the case of using an electrode containing particles, the mass ratio of the active material contained in the first composite particle and the thiosilicon (solid electrolyte) formed in the reaction step is 100% by mass of the total of both When selected, preferably 70 to 99% by mass and 1 to 30% by mass, more preferably 85 to 95% by mass and 5 to 15% by mass, respectively. When the first composite particles and the second sulfide contain Li 2 S, it is preferable to set the reaction molar ratio so that the Li 2 S is consumed.
The amount of the solvent used is selected so that the solid content concentration of the total amount of the first composite particles and the second sulfide is preferably 20 to 70% by mass, more preferably 30 to 50% by mass. Ru.

上記反応工程では、第1複合粒子を構成する活物質粒子の表面に付着した第1硫化物を基点としてチオリシコンが生成され、活物質粒子の表面に固体電解質部が形成されて、上記本発明のリチウムイオン電池用複合粒子が得られる。この反応工程は、好ましくは、溶媒の中で、第1複合粒子を構成する第1硫化物と、第2硫化物とを接触反応させる工程であり、例えば、第1複合粒子と、第2硫化物と、溶媒とを容器に収容した後、通常、スラリー状のこの混合物を、撹拌翼、撹拌子、ビーズ、ボール、ホモジナイザー等を用いて動的混合する方法を適用することができる。
上記反応工程における反応系の雰囲気は、特に限定されず、窒素ガス、アルゴンガス等の不活性ガス、乾燥空気等からなるものとすることができる。
上記反応工程における反応時間は、接触反応の方法に依存することがあり、特に限定されないが、通常、1時間以上、好ましくは6時間以上である。
尚、使用する第2硫化物又は第2硫化物形成用化合物の組成によっては、第1硫化物の非存在下でチオリシコンが形成されることがあるので、上記第1複合粒子を用いる反応工程において、一部には、活物質粒子の表面に付着した第1硫化物を基点とせずにチオリシコンが遊離しつつ生成されることが考えられるが、接触反応の進行にともなって、最終的に、固体電解質部における薄肉部分の形成に寄与するものと推定している。
In the above reaction step, thiolicicon is generated with the first sulfide attached to the surface of the active material particle constituting the first composite particle as a base point, and a solid electrolyte portion is formed on the surface of the active material particle. Composite particles for lithium ion batteries are obtained. This reaction step is preferably a step of contacting and reacting the first sulfide constituting the first composite particle and the second sulfide in a solvent, for example, the first composite particle and the second sulfide. After the substance and the solvent are contained in a container, a method of dynamically mixing this slurry-like mixture with a stirrer, a stirrer, beads, balls, a homogenizer, etc. can be applied.
The atmosphere of the reaction system in the reaction step is not particularly limited, and may be made of nitrogen gas, an inert gas such as argon gas, dry air or the like.
The reaction time in the reaction step may depend on the method of the catalytic reaction, and is not particularly limited, but is usually 1 hour or more, preferably 6 hours or more.
In addition, depending on the composition of the second sulfide or the compound for forming a second sulfide to be used, thiolicicon may be formed in the absence of the first sulfide, so in the reaction step using the first composite particles. In some cases, it is thought that the thiolicicon is produced while being released without using the first sulfide attached to the surface of the active material particles as a base point, but as the contact reaction proceeds, the solid is finally solid. It is estimated that it contributes to formation of the thin part in an electrolyte part.

上記反応工程により、反応生成物の固形分濃度が好ましくは2〜10質量%、より好ましくは3〜5質量%の分散体(サスペンジョン)を得ることができる。反応生成物は、活物質粒子の表面に、生成したチオリシコンを含む被覆部分及び薄肉部分を有する固体電解質部を備える複合粒子、即ち、上記本発明のリチウムイオン電池用複合粒子である。従って、反応工程の後、得られた反応液から溶媒を除去する溶媒除去工程により、リチウムイオン電池用複合粒子を単離することができる。この溶媒除去工程では、デカンテーション、濾過、蒸発等、従来、公知の方法を適用することができる。
本発明に係る反応工程では、固体電解質部の形成にLiSを原料の1つに用いた場合であっても、反応生成物には、LiSが残存したり、反応後に、別途、析出したりすることがない。即ち、固体電解質を溶媒に溶解させてなる溶液を用いて、活物質粒子の表面に、固体電解質を析出させる手法とは異なり、チオリシコンの態様が維持される。言い換えれば、高伝導の固体電解質部を活物質粒子の表面に吸着させることができる。故に、得られるリチウムイオン電池用複合粒子を用いてリチウムイオン電池等とした場合にLiSを原因として硫化水素が発生することはない。また、LiSやLiS−P(γ相)などのイオン伝導性が極めて低い抵抗相の生成が抑制されたリチウムイオン電池用複合粒子が得られるので、これを用いることにより、イオン伝導性の良好なリチウムイオン電池を構築することができる。
According to the above reaction step, a dispersion (suspension) having a solid content concentration of the reaction product of preferably 2 to 10% by mass, more preferably 3 to 5% by mass can be obtained. The reaction product is a composite particle provided with a solid electrolyte portion having a coated portion and a thin portion formed on the surface of the active material particle, ie, the composite particle for a lithium ion battery of the present invention. Therefore, the composite particle for lithium ion batteries can be isolated by the solvent removal process which removes a solvent from the obtained reaction liquid after a reaction process. In the solvent removal step, conventionally known methods such as decantation, filtration, evaporation and the like can be applied.
In the reaction step according to the present invention, even when Li 2 S is used as one of the raw materials in forming the solid electrolyte part, Li 2 S remains in the reaction product, or after reaction, separately There is no precipitation. That is, unlike the method in which the solid electrolyte is deposited on the surface of the active material particles using a solution obtained by dissolving the solid electrolyte in a solvent, the aspect of the thiolicicon is maintained. In other words, the highly conductive solid electrolyte portion can be adsorbed on the surface of the active material particles. Therefore, when the composite particles for lithium ion battery obtained are used to form a lithium ion battery etc., hydrogen sulfide is not generated due to Li 2 S. In addition, since composite particles for lithium ion batteries in which the formation of a resistive phase with extremely low ion conductivity such as Li 2 S or Li 2 S—P 2 S 5 (γ phase) is suppressed, use thereof And a lithium ion battery having good ion conductivity.

更に他の本発明のリチウムイオン電池用電極は、上記本発明のリチウムイオン電池用複合粒子を含むことを特徴とする。正極の場合、正極活物質からなる活物質部を備えるリチウムイオン電池用複合粒子を含み、負極の場合、負極活物質からなる活物質部を備えるリチウムイオン電池用複合粒子を含む。
本発明のリチウムイオン電池用電極は、バインダー、導電助剤、他の固体電解質等を含むことができる。
上記バインダーとしては、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリヘキサフルオロプロピレン(PHFP)、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)、フッ化ビニリデン・ヘキサフルオロプロピレン共重合体等の含フッ素樹脂;ポリプロピレン、ポリエチレン等のポリオレフィン系樹脂;エチレン・プロピレン・非共役ジエン系ゴム(EPDM等)、スルホン化EPDM、天然ブチルゴム(NBR)等が挙げられる。
上記導電助剤としては、炭素材料(グラフェン等の板状導電性物質;カーボンナノチューブ、炭素繊維等の線状導電性物質;ケッチェンブラック、アセチレンブラック、サーマルブラック、チャンネルブラック等のカーボンブラック、黒鉛等の粒状導電性物質等)、金属、金属化合物等が挙げられる。
Still another electrode for a lithium ion battery of the present invention is characterized by including the composite particles for a lithium ion battery of the present invention. The positive electrode includes composite particles for a lithium ion battery including an active material portion made of a positive electrode active material, and the negative electrode includes composite particles for a lithium ion battery including an active material portion made of a negative electrode active material.
The lithium ion battery electrode of the present invention can contain a binder, a conductive additive, another solid electrolyte, and the like.
Examples of the binder include fluorine-containing resins such as polytetrafluoroethylene (PTFE), polyhexafluoropropylene (PHFP), polyvinylidene fluoride (PVdF) and vinylidene fluoride / hexafluoropropylene copolymer; and polyolefins such as polypropylene and polyethylene And ethylene-propylene-non-conjugated diene-based rubber (EPDM etc.), sulfonated EPDM, natural butyl rubber (NBR) and the like.
Examples of the conductive aid include carbon materials (plate-like conductive substances such as graphene; linear conductive substances such as carbon nanotubes and carbon fibers; carbon blacks such as ketjen black, acetylene black, thermal black and channel black, graphite Particulate conductive substances, etc.), metals, metal compounds and the like.

本発明のリチウムイオン電池用電極は、通常、上記の材料を含む混合物を、従来、公知の方法、例えば、プレス成形に供することにより得られた所定形状の成形体である。   The lithium ion battery electrode of the present invention is usually a molded body of a predetermined shape obtained by subjecting a mixture containing the above-mentioned materials to a conventionally known method such as press molding.

更に他のリチウムイオン電池は、上記本発明のリチウムイオン電池用電極を備えることを特徴とする。本発明のリチウムイオン電池は、図2に示すように、好ましくは、正極活物質からなる活物質部を備えるリチウムイオン電池用複合粒子を含む正極31と、負極活物質からなる活物質部を備えるリチウムイオン電池用複合粒子を含む負極33と、正極31及び負極33の間に配された電解質層35と、正極31の集電を行う正極集電体37と、負極35の集電を行う負極集電体39と、これらの部材を収納する電池ケース(図示せず)とを有するものである。
上記電解質層は、電解液、ゲル電解質、固体電解質等を含むものとすることができる。
上記正極集電体及び上記負極集電体は、いずれも、アルミニウム、ステンレス、ニッケル、鉄、チタン等を含む、箔、板又はメッシュであることが好ましい。
Still another lithium ion battery is characterized by comprising the above-mentioned electrode for lithium ion battery of the present invention. The lithium ion battery of the present invention preferably comprises a positive electrode 31 including composite particles for lithium ion battery comprising an active material portion comprising a positive electrode active material and an active material portion comprising a negative electrode active material, as shown in FIG. A negative electrode 33 containing composite particles for lithium ion battery, an electrolyte layer 35 disposed between the positive electrode 31 and the negative electrode 33, a positive electrode current collector 37 for collecting current from the positive electrode 31, and a negative electrode for collecting current from the negative electrode 35 It has a current collector 39 and a battery case (not shown) for housing these members.
The electrolyte layer may contain an electrolytic solution, a gel electrolyte, a solid electrolyte, and the like.
Each of the positive electrode current collector and the negative electrode current collector is preferably a foil, a plate or a mesh containing aluminum, stainless steel, nickel, iron, titanium or the like.

以下、本発明を実施例によって具体的に説明するが、本発明の主旨を超えない限り、本発明は、かかる実施例に限定されるものではない。   Hereinafter, the present invention will be specifically described by way of examples. However, the present invention is not limited to the examples unless the gist of the present invention is exceeded.

1.リチウムイオン電池用複合粒子の製造及び評価
実施例1
アルゴン雰囲気下において、0.0638gのLiS粉末(ミツワ化学社製「LiS」、純度99%、粒子径53μm)を、5mlのエタノールに投入し、50℃で30分間攪拌し、LiS溶液を得た。
次いで、このLiS溶液と、ニッケルマンガンコバルト酸リチウムLiNi1/3Co1/3Mn1/3からなる粒子の表面にLiNbOが被覆している正極活物質粒子(粒子径3〜10μm、以下、「NMC」という)2.25gとを混合し、50℃で1時間攪拌した。そして、この混合液を170℃で2時間真空乾燥し、エタノールを蒸発させて、上記正極活物質粒子の表面にLiSが吸着されてなるNMC−LiS複合体粒子(第1複合粒子)を得た。
一方、LiS粉末と、P粉末(Aldrich社製「P」、純度99%、粒子径100μm)とを、LiS及びPが等モルとなるように、且つ、PがNMC−LiS複合体粒子に含まれるLiSを含む全LiSに対して1/3のモル比となるように秤量し、これらの粉末を混合した。そして、この混合物を、10mlのプロピオン酸エチルに投入し、超音波処理を1時間行って、LiS−P(第2硫化物)が溶解されてなる溶液を得た。
その後、この溶液と、上記得られたNMC−LiS複合体粒子とを混合し、50℃で6時間攪拌することにより、上記正極活物質粒子の表面に固体電解質が密着形成された複合粒子(p1)の分散体(サスペンジョン)を得た。
次いで、この分散体を170℃で2時間真空乾燥し、プロピオン酸エチルを蒸発させることにより、複合粒子(p1)を単離した。尚、NMC粉末と生成するLiPSとが、質量比90:10となるように原料の仕込み量が設定されている。
1. Production and Evaluation of Composite Particles for Lithium Ion Battery Example 1
In an argon atmosphere, 0.0638 g of Li 2 S powder ("Li 2 S" manufactured by Mitsuwa Chemical Co., Ltd., purity 99%, particle diameter 53 μm) is added to 5 ml of ethanol and stirred at 50 ° C. for 30 minutes. A 2S solution was obtained.
Then, the Li 2 S solution and positive electrode active material particles to the surface of the particle of lithium nickel manganese cobalt oxide LiNi 1/3 Co 1/3 Mn 1/3 O 2 is LiNbO 3 covers (particle size 3 The mixture was mixed with 10 μm, 2.25 g of “NMC” hereinafter, and stirred at 50 ° C. for 1 hour. And this liquid mixture is vacuum-dried at 170 ° C. for 2 hours, ethanol is evaporated, and N 2 C-Li 2 S composite particles (first composite particles) in which Li 2 S is adsorbed on the surface of the positive electrode active material particles. Got).
On the other hand, Li 2 S powder and P 2 S 5 powder ("P 2 S 5 " manufactured by Aldrich, purity 99%, particle diameter 100 μm) such that Li 2 S and P 2 S 5 become equimolar And, P 2 S 5 was weighed such that it had a molar ratio of 1/3 to the total Li 2 S containing Li 2 S contained in the NMC-Li 2 S composite particles, and these powders were mixed. . Then, this mixture was added to 10 ml of ethyl propionate and subjected to ultrasonic treatment for 1 hour to obtain a solution in which Li 2 S-P 2 S 5 (second sulfide) was dissolved.
Thereafter, this solution and the NMC-Li 2 S composite particles obtained above are mixed, and stirred at 50 ° C. for 6 hours to form a composite particle in which a solid electrolyte is closely attached to the surface of the positive electrode active material particles. A dispersion (suspension) of (p1) was obtained.
The dispersion was then dried under vacuum at 170 ° C. for 2 hours, and ethyl propionate was evaporated to isolate composite particles (p1). Note that the Li 3 PS 4 for generating the NMC powder, charged amount of the raw material is set so that the mass ratio of 90:10.

上記複合粒子(p1)について、日立ハイテクノロジーズ社製電界放出形走査電子顕微鏡「SU8000 TYPE II」(型式名)により、加速電圧10kVとして観察を行ったところ、図3及び図4に示す画像が得られ、いずれも、正極活物質粒子の表面に固体電解質からなる被覆部及び薄肉部が形成されていることが分かった。被覆部は、10nm程度の薄い厚さで、正極活物質粒子の表面の凹凸に沿って形成されており、薄肉部は、多くが、厚さ200〜300nmの板状であり、被覆部から外側にランダムに張り出していた。また、図4の複合粒子(p1)について、画像の四角枠内に対してEDSによる元素分析を行ったところ、図5(A)及び(B)に示すように、それぞれ、リン元素(P)及び硫黄元素(S)が、複合粒子(p1)表面の全体に渡って検出された。これより、この複合粒子(p1)は、リン元素及び硫黄元素を含まない正極活物質粒子の表面にリン元素及び硫黄元素を含む化合物からなる被覆部及び薄肉部を有することが分かった。   The composite particles (p1) were observed at an accelerating voltage of 10 kV with a field emission scanning electron microscope “SU8000 TYPE II” (type name) manufactured by Hitachi High-Technologies Corporation, and the images shown in FIGS. 3 and 4 were obtained. In each case, it was found that a coated portion and a thin portion made of a solid electrolyte were formed on the surface of the positive electrode active material particles. The covering portion is formed in a thin thickness of about 10 nm along the irregularities of the surface of the positive electrode active material particle, and the thin portion is mostly in the form of a plate having a thickness of 200 to 300 nm and is outside the covering portion Overhang at random. Moreover, when the elemental analysis by EDS was performed with respect to the inside of the square frame of an image about the composite particle (p1) of FIG. 4, as shown to FIG. 5 (A) and (B), phosphorus element (P) is each. And elemental sulfur (S) were detected across the surface of the composite particle (p1). From this, it was found that this composite particle (p1) has a covering portion and a thin portion made of a compound containing a phosphorus element and a sulfur element on the surface of a positive electrode active material particle not containing a phosphorus element and a sulfur element.

また、上記複合粒子(p1)について、日本電子社製フィールドエミッション形透過電子顕微鏡「JEM−2100F」(型式名)により、加速電圧200kVとして観察を行った。図6は、固体電解質からなる被覆部(図中、「LPS」と表記)を含む、正極活物質粒子の表面近傍の画像である。被覆部のEDS元素分析を行ったところ、活物質粒子由来の元素は、Li以外では検出されなかった。また、図6の画像をもとに、被覆部の電子線回折を行って、以下の要領でX線回折パターンを得たところ、固体電解質は、ガラスセラミックスであるβ−LiPSからなるチオリシコンを含むことが分かった(図8参照)。更に、2θ=27°及び31°に、LiSに起因する回折ピークが見られないことから、この複合粒子(p1)はLiSを含まないことが分かった。
電子線回折により得られた電子回折パターン(図7)の強度を、動径方向に対して積算することで、結晶構造を一次元的なプロファイルに変換し、その後、横軸2θにプロットすることで図8のX線回折パターンを得た。
The composite particles (p1) were observed at an accelerating voltage of 200 kV with a field emission type transmission electron microscope “JEM-2100F” (type name) manufactured by JEOL. FIG. 6 is an image in the vicinity of the surface of a positive electrode active material particle, which includes a covering portion (indicated as “LPS” in the figure) made of a solid electrolyte. EDS elemental analysis of the coated portion showed that elements derived from active material particles were not detected except for Li. Further, based on the image of FIG. 6, by performing the electron beam diffraction of the coating portion, was obtained a X-ray diffraction pattern in the following manner, the solid electrolyte is composed of β-Li 3 PS 4 is a glass ceramic It was found to contain thiolicone (see Figure 8). Furthermore, since no diffraction peaks attributable to Li 2 S were observed at 2θ = 27 ° and 31 °, it was found that this composite particle (p1) did not contain Li 2 S.
Converting the crystal structure into a one-dimensional profile by integrating the intensities of the electron diffraction pattern (FIG. 7) obtained by electron beam diffraction (FIG. 7) with respect to the radial direction, and then plotting on the horizontal axis 2θ The X-ray diffraction pattern of FIG. 8 was obtained.

実施例2
アルゴン雰囲気下において、LiS粉末と、P粉末と、LiI粉末(Aldrich社製「LiI」、純度99%以上、粒子径100メッシュ以下)とを、LiS、P及びLiIが等モルとなるように、且つ、PがNMC−LiS複合体粒子に含まれるLiSを含む全LiSに対して1/3のモル比となるように秤量し、これらの粉末を混合した。そして、この混合物を、10mlのプロピオン酸エチルに投入し、超音波処理を1時間行って、LiS−P−LiI(第2硫化物)が溶解されてなる溶液を得た。
その後、この溶液と、実施例1と同じNMC−LiS複合体粒子とを混合し、50℃で6時間攪拌することにより、上記正極活物質粒子の表面に固体電解質が密着形成された複合粒子(p2)の分散体(サスペンジョン)を得た。
次いで、この分散体を170℃で2時間真空乾燥し、プロピオン酸エチルを蒸発させることにより、複合粒子(p2)を単離した。
Example 2
In an argon atmosphere, Li 2 S powder, P 2 S 5 powder, and LiI powder ("LiI" manufactured by Aldrich, purity 99% or more, particle diameter 100 mesh or less), Li 2 S, P 2 S 5 And LiI is equimolar, and so that P 2 S 5 has a molar ratio of 1/3 to the total Li 2 S including Li 2 S contained in the NMC-Li 2 S composite particles Weighed and mixed these powders. Then, the mixture was poured into ethyl propionate 10 ml, sonicated performed 1 hour, Li 2 S-P 2 S 5 -LiI ( second sulfide) to obtain a solution comprising dissolved.
Thereafter, this solution and the same NMC-Li 2 S composite particles as in Example 1 are mixed, and the mixture is stirred at 50 ° C. for 6 hours to form a composite in which the solid electrolyte is closely attached to the surface of the positive electrode active material particles. A dispersion (suspension) of particles (p2) was obtained.
The dispersion was then dried under vacuum at 170 ° C. for 2 hours, and ethyl propionate was evaporated to isolate composite particles (p2).

上記複合粒子(p2)について、上記走査電子顕微鏡による観察を行ったところ、図9に示す画像が得られ、正極活物質粒子の表面に固体電解質からなる被覆部及び薄肉部が形成されていることが分かった。被覆部は、10nm程度の薄い厚さで、正極活物質粒子の表面の凹凸に沿って形成されており、薄肉部は、厚さが200〜300nmであり、被覆部から外側に張り出すことなく、被覆部を覆うように形成されていた。また、図9の複合粒子(p2)について、EDSによる元素分析を行ったところ、図10(A)、(B)及び(C)に示すように、それぞれ、リン元素(P)、硫黄元素(S)及びヨウ素元素(I)が、複合粒子(p2)表面の全体に渡って検出された。これより、この複合粒子(p2)は、リン元素、硫黄元素及びヨウ素元素を含まない正極活物質粒子の表面にリン元素、硫黄元素及びヨウ素元素を含む化合物からなる被覆部及び薄肉部を有することが分かった。   The composite particle (p2) was observed with the scanning electron microscope to obtain an image shown in FIG. 9, and a coated portion and a thin portion formed of a solid electrolyte were formed on the surface of the positive electrode active material particle. I understand. The covering portion is formed at a thin thickness of about 10 nm along the irregularities of the surface of the positive electrode active material particle, and the thin portion has a thickness of 200 to 300 nm, and does not protrude outward from the covering portion , Was formed to cover the covering portion. Further, when elemental analysis by EDS was performed on the composite particle (p2) of FIG. 9, it was found that as shown in FIGS. 10 (A), (B) and (C), phosphorus element (P) and sulfur element (element S) and elemental iodine (I) were detected across the surface of the composite particle (p2). From this, this composite particle (p2) has a covering portion and a thin portion made of a compound containing phosphorus element, sulfur element and iodine element on the surface of positive electrode active material particle not containing phosphorus element, sulfur element and iodine element. I understand.

また、上記複合粒子(p2)について、上記透過電子顕微鏡による観察を行った。図11は、固体電解質からなる被覆部(図中、「LPSI」と表記)を含む、正極活物質粒子の表面近傍の画像である。被覆部のEDS元素分析を行ったところ、活物質粒子由来の元素は、Li以外では検出されなかった。また、図11の画像をもとに、被覆部の電子線回折を行い、得られた電子回折パターン(図12)を用いて、実施例1と同様にして、X線回折パターンを得た(図13)。尚、図13において、いずれも2本の点線で包囲された2つの領域(丸付き数字1及び2)は、それぞれ、図12における内径のハローパターン、及び、外径のハローパターンに対応する。図13により、固体電解質の大部分が非晶質であることが分かった。ここで、正極活物質粒子を用いずに、同じ方法で合成した固体電解質について、X線回折の測定を行ったところ、やはり非晶質であり、LiIからなるチオリシコンであることが分かった。従って、上記複合粒子(p2)を構成する固体電解質部は、ガラスセラミックスであるLiIからなるチオリシコンを含むものと推定される。また、図13には、2θ=27°及び31°に、LiSに起因する回折ピークが見られないことから、この複合粒子(p2)はLiSを含まないことが分かった。 Moreover, about the said composite particle (p2), the observation by the said transmission electron microscope was performed. FIG. 11 is an image in the vicinity of the surface of a positive electrode active material particle, which includes a covering portion (indicated as “LPSI” in the figure) made of a solid electrolyte. EDS elemental analysis of the coated portion showed that elements derived from active material particles were not detected except for Li. In addition, electron beam diffraction of the coated portion was performed based on the image of FIG. 11, and an X-ray diffraction pattern was obtained in the same manner as in Example 1 using the obtained electron diffraction pattern (FIG. 12) ( Figure 13). In FIG. 13, two regions (circled numbers 1 and 2) surrounded by two dotted lines respectively correspond to the halo pattern of the inner diameter and the halo pattern of the outer diameter in FIG. 12, respectively. It was found from FIG. 13 that most of the solid electrolyte was amorphous. Here, when X-ray diffraction measurement was performed on a solid electrolyte synthesized by the same method without using positive electrode active material particles, it was a thiolithicon which is also amorphous and composed of Li 7 P 2 S 8 I. I found that. Therefore, the solid electrolyte portion constituting the composite particles (p2) is estimated to include a Chiorishikon consisting Li 7 P 2 S 8 I is a glass ceramic. Further, in FIG. 13, no diffraction peaks attributable to Li 2 S were observed at 2θ = 27 ° and 31 °, so that it was found that this composite particle (p2) did not contain Li 2 S.

2.全固体形リチウムイオン電池の製造及び評価
実施例3
アルゴン雰囲気下において、モル比3:1となるように、硫化リチウム粉体0.3827g及び五硫化二リン粉体0.6174gを秤量して合計1gとし、メノウ乳鉢を用いて軽く混合した。次いで、この混合物と、プロピオン酸エチル20mlと、直径4mmのジルコニアボール(合計21.6g)とを、内径28mm、長さ116mmの試験管型の樹脂製容器(内容積45ml)に入れ、温度24℃、振幅約1cm、及び、約1500回/分の穏和な条件で振とうを行い、6時間、接触反応させてサスペンジョンを得た。その後、このサスペンジョンから固形分を回収し、減圧条件下、170℃、2時間で熱処理を行って、固体電解質であるβ−LiPSを得た。
次に、上記にて作製した固体電解質80mgを、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)製の筒状体の内部に充填し、一軸プレスにより180MPaで1分間加圧して予備成形し、電解質層用成形体を得た。そして、この電解質層用成形体を筒状体の内部に収容した状態で、その一方の表面側の全体に、実施例1にて作製した複合粒子(p1)10mgを充填し、500MPaで30分間加圧成形を行った。更に、電解質層用成形体の他方の面に、円形のインジウム箔(厚さ0.1 mm、直径0.8cm)を張り付け、180MPaで加圧して、複合体(全固体形リチウムイオン電池)とした。この複合体を収納した筒状体の両側から、それぞれステンレス−ニッケルの導通部を挿入し、治具で固定して、図14に示す測定セルを得た。そして、この測定セルごとガラス容器に封入し、ガラス容器内の気体をアルゴンガスに置換して、充放電試験を実施した。
充放電試験の条件は、2−3.8V vs. In−Li、Cレート:0.1C、サイクル数:20として充放電試験とした。その結果を図15に示す。
2. Production and evaluation of all solid state lithium ion battery Example 3
Under an argon atmosphere, 0.3827 g of lithium sulfide powder and 0.6174 g of phosphorus pentasulfide powder were weighed to a total of 1 g so as to have a molar ratio of 3: 1, and lightly mixed using an agate mortar. Next, this mixture, 20 ml of ethyl propionate and zirconia balls with a diameter of 4 mm (21.6 g in total) are placed in a test tube type resin container (inner volume 45 ml) with an inner diameter of 28 mm and a length of 116 mm. C., amplitude was about 1 cm, and shaking was performed under mild conditions of about 1500 times / minute, and contact reaction was performed for 6 hours to obtain a suspension. Thereafter, the solid was collected from this suspension, under reduced pressure, 170 ° C., subjected to heat treatment for 2 hours to obtain β-Li 3 PS 4 is a solid electrolyte.
Next, 80 mg of the solid electrolyte prepared above is filled into a tubular body made of polyetheretherketone (PEEK), and pressed for 1 minute at 180 MPa with a uniaxial press for preforming, and an electrolyte layer molded body I got Then, in a state in which the molded body for electrolyte layer is accommodated in the inside of a cylindrical body, 10 mg of the composite particles (p1) produced in Example 1 is filled in the whole of one surface side thereof, for 30 minutes at 500 MPa. Press molding was performed. Furthermore, a circular indium foil (thickness 0.1 mm, diameter 0.8 cm) is attached to the other surface of the electrolyte layer molding and pressurized at 180 MPa to obtain a composite (all-solid-state lithium ion battery) did. The stainless steel-nickel conductive parts were respectively inserted from both sides of the cylindrical body accommodating the composite, and fixed with a jig to obtain a measurement cell shown in FIG. Then, the entire measurement cell was sealed in a glass container, and the gas in the glass container was replaced with argon gas, and a charge / discharge test was performed.
The charge / discharge test was performed under the conditions of 2-3.8 V vs. In-Li, C rate: 0.1 C, and the number of cycles: 20. The results are shown in FIG.

比較例1
実施例1で用いたNMC粉末と、上記で得られたβ−LiPS粉末とを、質量比90:10となるように秤量し、乳鉢にて15分間混合を行って混合粉末を得た。この混合粉末を用いて正極複合体を作製し、実施例3と同様の方法により、全固体形リチウムイオン電池を作製し、測定セルを得た。そして、充放電試験を行った。その結果を図16に示す。
Comparative Example 1
The NMC powder used in Example 1 and the β-Li 3 PS 4 powder obtained above were weighed so as to have a mass ratio of 90:10, and mixed in a mortar for 15 minutes to obtain a mixed powder. The A positive electrode composite was produced using this mixed powder, and an all solid lithium ion battery was produced by the same method as in Example 3 to obtain a measurement cell. Then, a charge and discharge test was performed. The results are shown in FIG.

図15及び図16から明らかなように、実施例3の全固体形リチウムイオン電池は、比較例1の全固体形リチウムイオン電池に比べて、放電容量、サイクル特性ともに優れている。   As is clear from FIGS. 15 and 16, the all-solid-state lithium ion battery of Example 3 is superior to the all-solid-state lithium ion battery of Comparative Example 1 in both discharge capacity and cycle characteristics.

また、実施例3の全固体形リチウムイオン電池、及び、比較例1の全固体形リチウムイオン電池に対して、Solartron社製ポテンショ/ガルバノスタット「SI1287」(型式名)と、Solartron社製インピーダンスアナライザー「1255B」(型式名)とを用いて、10〜0.1Hzの周波数範囲で電気化学インピーダンス測定を行い、得られたナイキスト線図において、正極活物質−固体電解質間の界面抵抗に対応する半円の大きさ(界面抵抗値)を比較したところ、比較例1の全固体電池では、約56Ω、実施例3の全固体電池では約41Ωであった。このことから、本発明のリチウムイオン電池用複合粒子は、活物質部と固体電解質部とが密接しており、良好な界面が形成されていることが分かる。 Further, with respect to the all-solid-state lithium ion battery of Example 3 and the all-solid-state lithium ion battery of Comparative Example 1, the potentio / galvanostat “SI1287” (type name) manufactured by Solartron and the impedance analyzer manufactured by Solartron Electrochemical impedance measurement is performed in the frequency range of 10 6 to 0.1 Hz using “1255 B” (model name), and in the obtained Nyquist diagram, it corresponds to the interface resistance between the positive electrode active material and the solid electrolyte The sizes of half circles (interface resistance values) were compared. The all-solid-state battery of Comparative Example 1 was about 56 Ω, and the all-solid-state battery of Example 3 was about 41 Ω. From this, it can be seen that in the composite particle for a lithium ion battery of the present invention, the active material portion and the solid electrolyte portion are in close contact, and a good interface is formed.

本発明のリチウムイオン電池用複合粒子は、パソコン、カメラ等の家電製品や、電力貯蔵装置、携帯電話機等の携帯型電子機器又は通信機器、パワーツール等の電動工具等の電源、更には、電気自動車(EV)、ハイブリッド電気自動車(HEV)等に搭載される大型電池を構成するリチウムイオン電池の構成材料、例えば、リチウムイオン電池用電極の構成材料として好適である。   The composite particles for lithium ion batteries according to the present invention can be used in household appliances such as personal computers and cameras, power storage devices, portable electronic devices such as mobile phones or communication devices, power supplies such as electric tools such as power tools, and electricity. It is suitable as a constituent material of a lithium ion battery which constitutes a large battery mounted on a car (EV), a hybrid electric vehicle (HEV) or the like, for example, a constituent material of an electrode for a lithium ion battery.

1:リチウムイオン電池用複合粒子
10:活物質部
20:固体電解質部
22:被覆部分
24:薄肉部分
30:全固体形リチウムイオン電池
31:正極
33:負極
35:電解質層
37:正極集電体
39:負極集電体
40:測定セル
41:押さえ板
43:押さえピン
45:締め付けネジ
47:カプトン(登録商標)テープ
1: Composite particle 10 for lithium ion battery 10: Active material portion 20: Solid electrolyte portion 22: Coating portion 24: Thin portion 30: All solid lithium ion battery 31: Positive electrode 33: Negative electrode 35: Electrolyte layer 37: Positive electrode current collector 39: Negative electrode current collector 40: Measurement cell 41: Press plate 43: Press pin 45: Tightening screw 47: Kapton (registered trademark) tape

Claims (12)

活物質を含む活物質部と、該活物質部の表面に配設されてなる固体電解質部とを備える複合粒子であって、
前記固体電解質部は、チオリシコンを含み、前記活物質部の表面を被覆する被覆部分と、該被覆部分からその外側に延びた薄肉部分とからなることを特徴とするリチウムイオン電池用複合粒子。
A composite particle comprising: an active material portion containing an active material; and a solid electrolyte portion provided on the surface of the active material portion,
The composite particle for a lithium ion battery according to claim 1, wherein the solid electrolyte portion includes thiolicicon, and a coated portion covering the surface of the active material portion and a thin portion extending from the coated portion to the outside.
前記チオリシコンがβ−LiPSを含む請求項1に記載のリチウムイオン電池用複合粒子。 The composite particle for a lithium ion battery according to claim 1, wherein the thiolisicon comprises β-Li 3 PS 4 . 前記チオリシコンがLiIを含む請求項1に記載のリチウムイオン電池用複合粒子。 The composite particle for a lithium ion battery according to claim 1, wherein the thiolithicon comprises Li 7 P 2 S 8 I. 前記チオリシコンがガラスセラミックスである請求項1乃至3のいずれか一項に記載のリチウムイオン電池用複合粒子。   The composite particle for a lithium ion battery according to any one of claims 1 to 3, wherein the thiolithicon is a glass ceramic. 前記活物質部及び前記固体電解質部の質量割合が、これらの合計を100質量%とした場合に、それぞれ、70〜99質量%及び1〜30質量%である請求項1乃至4のいずれか一項に記載のリチウムイオン電池用複合粒子。   The mass ratio of the said active material part and the said solid electrolyte part is 70-99 mass% and 1-30 mass%, respectively, when the sum total is made into 100 mass%. The composite particle for lithium ion batteries as described in a term. 前記活物質が、Li元素を含む複合酸化物からなる正極活物質である請求項1乃至5のいずれか一項に記載のリチウムイオン電池用複合粒子。   The composite particle for a lithium ion battery according to any one of claims 1 to 5, wherein the active material is a positive electrode active material composed of a complex oxide containing Li element. 前記活物質が、グラファイト、シリコン、チタン酸リチウム、二酸化スズ及び三酸化モリブデンから選ばれた少なくとも1種からなる負極活物質である請求項1乃至6のいずれか一項に記載のリチウムイオン電池用複合粒子。   The lithium ion battery according to any one of claims 1 to 6, wherein the active material is a negative electrode active material composed of at least one selected from graphite, silicon, lithium titanate, tin dioxide and molybdenum trioxide. Composite particles. 請求項1乃至7のいずれか一項に記載のリチウムイオン電池用複合粒子を製造する方法であって、
活物質を含む粒子の表面に、第1硫化物が付着している第1複合粒子と、第2硫化物とを含有する原料を用いて、前記第2硫化物を溶解する溶媒の中で、前記第1硫化物及び前記第2硫化物を反応させ、チオリシコンを生成させる工程を備えることを特徴とする、リチウムイオン電池用複合粒子の製造方法。
It is a method of manufacturing the composite particle for lithium ion batteries as described in any one of Claims 1 thru | or 7, Comprising:
In a solvent for dissolving the second sulfide, using a raw material containing the first composite particle having the first sulfide attached to the surface of the particle containing the active material, and the second sulfide, A method of producing composite particles for a lithium ion battery, comprising the steps of: reacting the first sulfide and the second sulfide to form thiolysicon.
前記第1硫化物がLiSを含み、前記第2硫化物が下記一般式(1)で表される化合物を含む請求項8に記載のリチウムイオン電池用複合粒子の製造方法。
a(LiS)−b(P)−c(LiX) (1)
(式中、Xはハロゲン原子であり、aは0以上の数、cは0以上の数、b=a+c、a+c>0である。)
The method for producing composite particles for a lithium ion battery according to claim 8, wherein the first sulfide contains Li 2 S, and the second sulfide contains a compound represented by the following general formula (1).
a (Li 2 S) -b ( P 2 S 5) -c (LiX) (1)
(Wherein, X is a halogen atom, a is a number of 0 or more, c is a number of 0 or more, b = a + c, a + c> 0)
前記溶媒が飽和脂肪酸エステル及びジアルキルカーボネートから選ばれた少なくとも1種を含む請求項8又は9に記載のリチウムイオン電池用複合粒子の製造方法。   The method for producing composite particles for a lithium ion battery according to claim 8 or 9, wherein the solvent contains at least one selected from saturated fatty acid esters and dialkyl carbonates. 請求項1乃至7のいずれか一項に記載のリチウムイオン電池用複合粒子を含むことを特徴とするリチウムイオン電池用電極。   An electrode for a lithium ion battery comprising the composite particle for a lithium ion battery according to any one of claims 1 to 7. 請求項11に記載のリチウムイオン電池用電極を備えることを特徴とするリチウムイオン電池。   A lithium ion battery comprising the lithium ion battery electrode according to claim 11.
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