JP2020177755A - スラリーの製造方法、活物質層の製造方法、および全固体電池の製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
図1は、本開示におけるスラリーの製造方法の一例を示すフロー図である。本開示におけるスラリーの製造方法では、まず、酸化物活物質、固体電解質および分散媒を含有する分散体を準備する。分散体の準備方法は特に限定されないが、図1においては、分散媒に酸化物活物質を添加し、第一分散処理を行うことで、前駆分散体を得ている。その後、前駆分散体に固体電解質を添加し、第二分散処理を行うことで、分散体を得ている。次に、図1においては、得られた分散体に、導電材および結着材を添加し、第三分散処理を行うことで、スラリーを得ている。このように、本開示においては、酸化物活物質、固体電解質および分散媒を含有する分散体を準備し、その後、導電材および結着材の少なくとも一方を添加するという二段階を経ることを一つの特徴とする。さらに、本開示においては、酸化物活物質、固体電解質および分散媒のハンセン溶解度パラメーター(σH)が所定の関係にあることを、もう一つの特徴とする。
本開示における分散体準備工程は、酸化物活物質、固体電解質および分散媒を含有する分散体を準備する工程である。また、酸化物活物質、固体電解質および分散媒は、ハンセン溶解度パラメーター(σH)を、それぞれσHa、σHb、σHcとした場合に、σHa−σHc≧5の関係およびσHa>σHb>σHcの関係を満たす。ハンセン溶解度パラメーター(σH)は、例えば、Hansen Solubility Parameters: A user's handbook, Second Edition. Boca Raton, Fla: CRC Press.(Hansen, Charles (2007))から求めることができる。なお、溶解度の単位はMPa0.5である。
本開示における酸化物活物質は、少なくともO元素を含有する活物質である。酸化物活物質は、Li元素と、遷移金属元素と、O元素とを含有することが好ましい。遷移金属元素としては、例えば、Ti元素、Co元素、Mn元素、Ni元素、V元素、Fe元素の少なくとも一種が挙げられる。また、酸化物活物質の結晶構造としては、例えば、スピネル型構造、岩塩層状型構造が挙げられる。
本開示における固体電解質は、イオン伝導性を有する。固体電解質としては、例えば、硫化物固体電解質、酸化物固体電解質、窒化物固体電解質、ハロゲン化物固体電解質等の無機固体電解質が挙げられる。
本開示における分散媒は、スラリーに流動性を付与する。また、分散媒は、スラリーの構成成分の一部を溶解してもよい。分散媒としては、例えば、酪酸ブチル、ジブチルエーテル、酢酸エチル等のエステル、ジイソブチルケトン(DIBK)、メチルケトン、メチルプロピルケトン等のケトン、キシレン、ベンゼン、トルエン等の芳香族炭化水素、ヘプタン、ジメチルブタン、メチルヘキサン等のアルカン、トリブチルアミン、アリルアミン等のアミンが挙げられる。
本開示における分散体の作製方法は、特に限定されない。例えば図1に示したように、分散媒に酸化物活物質を添加し、第一分散処理を行うことで、前駆分散体を得る工程と、その前駆分散体に固体電解質を添加し、第二分散処理を行うことで、分散体を得る工程とを有する作製方法が挙げられる。一方、図示しないが、分散体の他の作製方法としては、分散媒に固体電解質を添加し、第一分散処理を行うことで、前駆分散体を得る工程と、その前駆分散体に酸化物活物質を添加し、第二分散処理を行うことで、分散体を得る工程とを有する作製方法が挙げられる。また、分散体のさらに他の作製方法としては、分散媒に酸化物活物質および固体電解質の両方を添加し、分散処理を行うことで、分散体を得る工程を有する作製方法が挙げられる。
本開示における添加工程は、上記分散体に上記導電材および上記結着材の少なくとも一方を添加する工程である。導電材および結着材の両方を添加する場合、導電材および結着材を同時に添加してもよく、導電材を先に添加し、その後、結着材を添加してもよく、結着材を先に添加し、その後導電材を添加してもよい。
本開示におけるスラリーは、低せん断速度における粘度が低いことが好ましい。レオメーターを用いて粘度測定を行い、せん断速度1S−1におけるスラリーの粘度をV1とし、せん断速度1000S−1におけるスラリーの粘度をV1000とする。V1000に対するV1の割合(V1/V1000)は、例えば25以下であり、23以下であってもよく、21以下であってもよい。一方、V1/V1000は、例えば5以上である。
本開示における活物質層の製造方法は、全固体電池に用いられる活物質層の製造方法であって、上述したスラリーの製造方法により、スラリーを準備するスラリー準備工程と、上記スラリーを用いて上記活物質層を形成する活物質層形成工程と、を有する。
本開示における全固体電池の製造方法は、正極活物質層と、負極活物質層と、上記正極活物質層および上記負極活物質層との間に形成された全固体電池の製造方法であって、上述したスラリーの製造方法により、上記スラリーを準備するスラリー準備工程と、上記スラリーを用いて上記正極活物質層または上記負極活物質層を形成する活物質層形成工程と、を有する。
酸化物活物質としてチタン酸リチウム(Li4Ti5O12(LTO)、平均粒径0.8μm、一次粒子)78.5重量部と、固体電解質として硫化物固体電解質(Li2S−P2S5系、平均粒径0.5μm、一次粒子)1.9重量部と、導電材としてVGCF(Φ=0.15μm)16.3重量部と、結着材としてPVdF3.3重量部とを準備した。一方、分散媒として酪酸ブチル90重量部を準備した。
表1に示すような、分散媒、活物質、固体電解質、導電材および結着材を使用したこと以外は、実施例1と同様にしてスラリーを製造した。
図3に示したような製造方法においてスラリーを製造した。まず、実施例1と同様にして、各材料を準備し、LTOを酪酸ブチルに添加し、超音波ホモジナイザーを用いて分散処理(60分間)を行った。次に、硫化物固体電解質、VGCFおよびPVdFを同時に添加し、超音波ホモジナイザーを用いて分散処理(60分間)を行い、スラリーを製造した。
表2に示すような、分散媒、活物質、固体電解質、導電材および結着材を使用したこと以外は、比較例1と同様にしてスラリーを製造した。
(凝集特性)
実施例1〜4および比較例1〜5で得られた各スラリーにおける、製造直後(0h)の凝集物の最大粒度を測定した。同様に、室温(25℃)で24時間静置した後の凝集物の最大粒度を測定した。粒度の測定は、粒ゲージ(グラインドメーター)を用いた。結果を表1および表2に示す。
実施例1〜4および比較例1〜5で得られた各スラリーを、室温(25℃)で24時間静置した。静置後のスラリーに対して、せん断速度1S−1における粘度(V1)およびせん断速度1000S−1における粘度(V1000)を、レオメーターを用いて測定し、V1/V1000の値を算出した。結果を表1および表2に示す。
2 …負極集電体
3 …正極活物質層
4 …正極集電体
10…負極
11…正極
12…固体電解質層
20…全固体電池
上記負極活物質層との間に形成された固体電解質層とを有する全固体電池の製造方法であって、上述したスラリーの製造方法により、上記スラリーを準備するスラリー準備工程と、上記スラリーを用いて上記正極活物質層または上記負極活物質層を形成する活物質層形成工程と、を有する、全固体電池の製造方法を提供する。
本開示における全固体電池の製造方法は、正極活物質層と、負極活物質層と、上記正極活物質層および上記負極活物質層との間に形成された固体電解質層とを有する全固体電池の製造方法であって、上述したスラリーの製造方法により、上記スラリーを準備するスラリー準備工程と、上記スラリーを用いて上記正極活物質層または上記負極活物質層を形成する活物質層形成工程と、を有する。
Claims (11)
- 酸化物活物質と、固体電解質と、分散媒と、導電材および結着材の少なくとも一方とを含有するスラリーの製造方法であって、
前記酸化物活物質、前記固体電解質および前記分散媒を含有する分散体を準備する分散体準備工程と、
前記分散体に前記導電材および前記結着材の少なくとも一方を添加する添加工程と、を有し、
前記酸化物活物質、前記固体電解質および前記分散媒のハンセン溶解度パラメーター(σH)を、それぞれσHa、σHb、σHcとした場合に、
σHa−σHc≧5の関係およびσHa>σHb>σHcの関係を満たす、スラリーの製造方法。 - σHa−σHc≧7の関係を満たす、請求項1に記載のスラリーの製造方法。
- 前記σHaおよび前記σHcの平均を、(σHa+σHc)/2とした場合に、
前記(σHa+σHc)/2と、前記σHbとの差の絶対値が、3以下である、請求項1に記載のスラリーの製造方法。 - 前記σHbおよび前記σHcとの差が、5以上、8以下である、請求項1から請求項3までのいずれかの請求項に記載のスラリーの製造方法。
- 前記分散体準備工程が、
前記分散媒に前記酸化物活物質を分散させ、前駆分散体を得る第一分散処理と、
前記前駆分散体に前記固体電解質を分散させ、前記分散体を得る第二分散処理と、を有する、請求項1から請求項4までのいずれかの請求項に記載のスラリーの製造方法。 - 前記酸化物活物質が、Li元素、Ti元素およびO元素を含有する、請求項1から請求項5までのいずれかの請求項に記載のスラリーの製造方法。
- 前記固体電解質が、硫化物固体電解質である、請求項1から請求項6までのいずれかの請求項に記載のスラリーの製造方法。
- 前記分散媒が、酪酸ブチル、ジイソブチルケトンおよびキシレンの少なくとも一種である、請求項1から請求項7までのいずれかの請求項に記載のスラリーの製造方法。
- レオメーターを用いて粘度測定を行い、せん断速度1S−1における前記スラリーの粘度をV1とし、せん断速度1000S−1における前記スラリーの粘度をV1000とした場合に、前記V1000に対する前記V1の割合(V1/V1000)が、23以下である、請求項1から請求項8までのいずれかの請求項に記載のスラリーの製造方法。
- 全固体電池に用いられる活物質層の製造方法であって、
請求項1から請求項9までのいずれかの請求項に記載のスラリーの製造方法により、前記スラリーを準備するスラリー準備工程と、
前記スラリーを用いて前記活物質層を形成する活物質層形成工程と、を有する、活物質層の製造方法。 - 正極活物質層と、負極活物質層と、前記正極活物質層および前記負極活物質層との間に形成された全固体電池の製造方法であって、
請求項1から請求項9までのいずれかの請求項に記載のスラリーの製造方法により、前記スラリーを準備するスラリー準備工程と、
前記スラリーを用いて前記正極活物質層または前記負極活物質層を形成する活物質層形成工程と、を有する、全固体電池の製造方法。
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