JP2021034326A - All-solid battery - Google Patents

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Abstract

To provide a high-capacity all-solid battery superior in output characteristic.SOLUTION: An all-solid battery according to the present invention comprises: a positive electrode; a negative electrode; and a solid electrolyte layer interposed between the positive and negative electrodes. The positive electrode contains a lithium nickel cobalt manganese composite oxide, which is a positive electrode active material of a particular composition, a sulfide-based solid electrolyte, and a conductive assistant. The content of the positive electrode active material in a positive electrode mixture is 60-75 mass%. The negative electrode has a mold of a negative electrode mixture containing a lithium titanium oxide which is a negative electrode active material, a sulfide-based solid electrolyte and a conductive assistant. The content of the negative electrode active material in the negative electrode mixture is 40-60 mass%. The solid electrolyte layer contains a sulfide-based solid electrolyte.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、高容量で出力特性に優れた全固体電池に関するものである。 The present invention relates to an all-solid-state battery having a high capacity and excellent output characteristics.

近年、携帯電話、ノート型パーソナルコンピュータなどのポータブル電子機器の発達や、電気自動車の実用化などに伴い、小型・軽量で、かつ高容量・高エネルギー密度の二次電池が必要とされるようになってきている。 In recent years, with the development of portable electronic devices such as mobile phones and notebook personal computers and the practical application of electric vehicles, small and lightweight secondary batteries with high capacity and high energy density are required. It has become to.

現在、この要求に応え得るリチウム二次電池、特にリチウムイオン二次電池では、正極活物質にコバルト酸リチウム(LiCoO)、ニッケル酸リチウム(LiNiO)などのリチウム含有複合酸化物が用いられ、負極活物質に黒鉛などが用いられ、非水電解質として有機溶媒とリチウム塩とを含む有機電解液が用いられている。 Currently, lithium secondary batteries that can meet this demand, especially lithium ion secondary batteries, use lithium-containing composite oxides such as lithium cobalt oxide (LiCoO 2 ) and lithium nickel oxide (LiNiO 2) as the positive electrode active material. Graphite or the like is used as the negative electrode active material, and an organic electrolytic solution containing an organic solvent and a lithium salt is used as the non-aqueous electrolyte.

そして、リチウムイオン二次電池の適用機器の更なる発達に伴って、リチウムイオン二次電池の更なる長寿命化・高容量化・高エネルギー密度化が求められていると共に、長寿命化・高容量化・高エネルギー密度化したリチウムイオン二次電池の信頼性も高く求められている。 With the further development of equipment to which lithium-ion secondary batteries are applied, further extension of life, higher capacity, and higher energy density of lithium-ion secondary batteries are required, and at the same time, longer life and higher life are required. The reliability of lithium-ion secondary batteries with higher capacity and higher energy density is also highly required.

しかし、リチウムイオン二次電池に用いられている有機電解液は、可燃性物質である有機溶媒を含んでいるため、電池に短絡などの異常事態が発生した際に、有機電解液が異常発熱する可能性がある。また、近年のリチウムイオン二次電池の高エネルギー密度化および有機電解液中の有機溶媒量の増加傾向に伴い、より一層リチウムイオン二次電池の信頼性が求められている。 However, since the organic electrolytic solution used in the lithium ion secondary battery contains an organic solvent which is a flammable substance, the organic electrolytic solution abnormally generates heat when an abnormal situation such as a short circuit occurs in the battery. there is a possibility. Further, with the recent increase in energy density of lithium ion secondary batteries and the increasing tendency of the amount of organic solvent in organic electrolytic solutions, the reliability of lithium ion secondary batteries is further required.

以上のような状況において、有機溶媒を用いない全固体型のリチウム二次電池(全固体電池)が注目されている。全固体電池は、従来の有機溶媒系電解質に代えて、有機溶媒を用いない固体電解質の成形体を用いるものであり、固体電解質の異常発熱の虞がなく、高い安全性を備えている。 Under the above circumstances, an all-solid-state lithium secondary battery (all-solid-state battery) that does not use an organic solvent has attracted attention. The all-solid-state battery uses a molded body of a solid electrolyte that does not use an organic solvent instead of the conventional organic solvent-based electrolyte, and has high safety without the risk of abnormal heat generation of the solid electrolyte.

全固体電池においても、種々の改良が試みられている。例えば、特許文献1には、正極や負極、固体電解質層を形成するための固体電解質組成物において、特定構造のバインダと酸化防止剤とを含有させることが提案されている。特許文献1によれば、前記構成の採用により、電池電圧の経時安定性に優れた全固体電池を構成できるとしており、特許文献1では、種々の正極活物質と負極活物質とを組み合わせて、その効果を検証している。 Various improvements have also been attempted in all-solid-state batteries. For example, Patent Document 1 proposes that a binder having a specific structure and an antioxidant are contained in a solid electrolyte composition for forming a positive electrode, a negative electrode, and a solid electrolyte layer. According to Patent Document 1, by adopting the above configuration, an all-solid-state battery having excellent stability of battery voltage over time can be configured. In Patent Document 1, various positive electrode active materials and negative electrode active materials are combined. We are verifying the effect.

また、特許文献2には、大気に触れた場合の硫化水素の発生を抑制でき、乾燥空気中に放置した場合においても高い導電性を維持可能なリチウムイオン電池用の固体電解質として、特定組成を有するアルジロダイト(Argurodite)型結晶構造の硫化物系固体電解質が提案されている Further, Patent Document 2 describes a specific composition as a solid electrolyte for a lithium ion battery that can suppress the generation of hydrogen sulfide when exposed to the atmosphere and can maintain high conductivity even when left in dry air. A sulfide-based solid electrolyte having an Argurodite type crystal structure has been proposed.

特開2018−88306号公報JP-A-2018-88306 国際公開第2016/104702号International Publication No. 2016/104702

現在、全固体電池においては、その適用分野が急速に拡大しており、例えば大きな電流値での放電が求められる用途への適用も考えられることから、これに応え得るように出力特性を高めることが求められる。 At present, the fields of application of all-solid-state batteries are expanding rapidly, and for example, they can be applied to applications that require discharge at large current values. Therefore, the output characteristics should be improved to meet this demand. Is required.

本発明は、前記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、高容量で出力特性に優れた全固体電池を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide an all-solid-state battery having a high capacity and excellent output characteristics.

本発明の全固体電池は、正極と、負極と、前記正極と前記負極との間に介在する固体電解質層とを有し、前記正極は、正極活物質、固体電解質および導電助剤を含有する正極合剤の成形体を有し、前記正極合剤は、前記正極活物質として、下記一般組成式(1)で表されるリチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物を含有し、かつ前記固体電解質として、硫化物系固体電解質を含有し、前記正極合剤における前記正極活物質の含有量が60〜75質量%であり、前記負極は、負極活物質、固体電解質および導電助剤を含有する負極合剤の成形体を有し、前記負極合剤は、前記負極活物質としてリチウムチタン酸化物を含有し、かつ前記固体電解質として硫化物系固体電解質を含有し、前記負極合剤における前記負極活物質の含有量が40〜60質量%であり、前記固体電解質層は、硫化物系固体電解質を含有することを特徴とするものである。 The all-solid-state battery of the present invention has a positive electrode, a negative electrode, and a solid electrolyte layer interposed between the positive electrode and the negative electrode, and the positive electrode contains a positive electrode active material, a solid electrolyte, and a conductive auxiliary agent. It has a molded body of a positive electrode mixture, and the positive electrode mixture contains a lithium nickel cobalt manganese composite oxide represented by the following general composition formula (1) as the positive electrode active material, and as the solid electrolyte, The negative electrode mixture contains a sulfide-based solid electrolyte, the content of the positive electrode active material in the positive electrode mixture is 60 to 75% by mass, and the negative electrode is a negative electrode active material, a solid electrolyte, and a conductive auxiliary agent. The negative electrode mixture contains lithium titanium oxide as the negative electrode active material and a sulfide-based solid electrolyte as the solid electrolyte, and the negative electrode active material in the negative electrode mixture. The content is 40 to 60% by mass, and the solid electrolyte layer is characterized by containing a sulfide-based solid electrolyte.

Li1+x (1) Li 1 + x M 1 O 2 (1)

前記一般組成式(1)中、−0.3≦x≦0.3であり、Mは、少なくともNi、CoおよびMnを含む3種以上の元素群であり、Mを構成する各元素中で、Ni、CoおよびMnの割合(mol%)を、それぞれa、bおよびcとしたときに、0.3≦a≦0.5、0.2≦b≦0.4、0.2≦c≦0.4である。 In the general composition formula (1), −0.3 ≦ x ≦ 0.3, M 1 is a group of three or more elements including at least Ni, Co, and Mn, and each element constituting M 1. Among them, when the ratios (mol%) of Ni, Co and Mn are a, b and c, respectively, 0.3 ≦ a ≦ 0.5, 0.2 ≦ b ≦ 0.4 and 0.2. ≦ c ≦ 0.4.

本発明によれば、高容量で出力特性に優れた全固体電池を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide an all-solid-state battery having a high capacity and excellent output characteristics.

本発明の全固体電池の一例を模式的に表す断面図である。It is sectional drawing which shows typically an example of the all-solid-state battery of this invention.

本発明の全固体電池は、正極活物質、固体電解質および導電助剤を含有する正極合剤の成形体を有する正極と、負極活物質、固体電解質および導電助剤を含有する負極合剤の成形体を有する負極と、前記正極と前記負極との間に介在する固体電解質層とを有している。 The all-solid-state battery of the present invention has a positive electrode having a molded body of a positive electrode mixture containing a positive electrode active material, a solid electrolyte and a conductive auxiliary agent, and a negative electrode mixture containing a negative electrode active material, a solid electrolyte and a conductive auxiliary agent. It has a negative electrode having a body and a solid electrolyte layer interposed between the positive electrode and the negative electrode.

そして、本発明の全固体電池においては、正極活物質として前記一般組成式(1)で表されるリチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物を使用し、かつ正極合剤中の正極活物質の含有量を特定値にすると共に、負極活物質としてリチウムチタン酸化物を使用し、かつ負極合剤中の負極活物質の含有量を特定値にし、さらに正極合剤、負極合剤および固体電解質層における固体電解質として、硫化物系固体電解質を使用する。本発明においては、これらの事項の採用によって、軽負荷放電時の容量を大きくすることに加えて、重負荷放電時の容量も大きくして出力特性の向上を可能としている。 Then, in the all-solid-state battery of the present invention, the lithium nickel cobalt manganese composite oxide represented by the general composition formula (1) is used as the positive electrode active material, and the content of the positive electrode active material in the positive electrode mixture is determined. Lithium titanium oxide is used as the negative electrode active material, and the content of the negative electrode active material in the negative electrode mixture is set to a specific value, and the solid electrolyte in the positive electrode mixture, the negative electrode mixture, and the solid electrolyte layer is further set. As a sulfide-based solid electrolyte is used. In the present invention, by adopting these matters, in addition to increasing the capacity at the time of light load discharge, the capacity at the time of heavy load discharge is also increased to improve the output characteristics.

(正極)
全固体電池の正極は、正極活物質、固体電解質および導電助剤などを含む正極合剤の成形体を有するものであり、例えば、前記成形体のみからなる正極や、前記成形体と集電体とが一体化してなる構造の正極などが挙げられる。
(Positive electrode)
The positive electrode of an all-solid-state battery has a molded body of a positive electrode mixture containing a positive electrode active material, a solid electrolyte, a conductive auxiliary agent, and the like. For example, a positive electrode having a structure in which and is integrated with each other.

正極活物質には、前記一般組成式(1)で表されるリチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物を使用する。 As the positive electrode active material, a lithium nickel cobalt manganese composite oxide represented by the general composition formula (1) is used.

前記一般組成式(1)で表されるリチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物において、NiおよびCoはリチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物の容量向上に寄与する成分である。 In the lithium nickel cobalt manganese composite oxide represented by the general composition formula (1), Ni and Co are components that contribute to the capacity improvement of the lithium nickel cobalt manganese composite oxide.

また、前記一般組成式(1)で表されるリチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物において、Mnはリチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物の熱的安定性を高める成分である。さらに、リチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物において、MnとともにCoを含有していることで、電池の充放電でのLiのドープおよび脱ドープに伴うMnの価数変動を抑制するようにCoが作用するため、Mnの平均価数を4価近傍の値に安定させて、充放電の可逆性をより高めることができる。よって、このようなリチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物を使用することで、より充放電サイクル特性に優れた電池を構成することが可能となる。 Further, in the lithium nickel cobalt manganese composite oxide represented by the general composition formula (1), Mn is a component that enhances the thermal stability of the lithium nickel cobalt manganese composite oxide. Furthermore, since the lithium nickel-cobalt-manganese composite oxide contains Co together with Mn, Co acts so as to suppress fluctuations in the valence of Mn due to Li doping and dedoping during charging and discharging of the battery. Therefore, the average valence of Mn can be stabilized to a value close to tetravalent, and the reversibility of charge and discharge can be further enhanced. Therefore, by using such a lithium nickel cobalt manganese composite oxide, it is possible to construct a battery having more excellent charge / discharge cycle characteristics.

前記一般組成式(1)で表されるリチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物において、Mを構成する各元素中で、Ni、CoおよびMnの割合(mol%)を、それぞれa、bおよびcとしたときに、0.3≦a≦0.5、0.2≦b≦0.4、0.2≦c≦0.4である。元素群M中におけるNi、CoおよびMnの割合が、それぞれ前記の範囲内にあるときには、Ni、CoおよびMnによる前記の作用が有効に発揮され、また、全固体電池の出力特性が向上する。 In the lithium nickel-cobalt-manganese composite oxide represented by the general composition formula (1), the ratios (mol%) of Ni, Co and Mn in each element constituting M 1 are set to a, b and c, respectively. When this is done, 0.3 ≦ a ≦ 0.5, 0.2 ≦ b ≦ 0.4, and 0.2 ≦ c ≦ 0.4. When the ratios of Ni, Co and Mn in the element group M 1 are within the above ranges, the above-mentioned actions of Ni, Co and Mn are effectively exhibited, and the output characteristics of the all-solid-state battery are improved. ..

前記一般組成式(1)で表されるリチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物においては、元素群Mが、Ni、CoおよびMnのみで構成されていてもよいが、これらの元素とともに、Mg、Ti、Zr、Nb、Mo、W、Al、Si、Ga、GeおよびSnよりなる群から選択される少なくとも1種の元素を含んでいてもよい。ただし、元素群Mの全元素数を100mol%としたときの、Mg、Ti、Zr、Nb、Mo、W、Al、Si、Ga、GeおよびSnの合計割合dは、5mol%以下であることが好ましく、1mol%以下であることがより好ましい。元素群MにおけるNi、CoおよびMn以外の元素は、リチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物中に均一に分布していてもよく、また、粒子表面などに偏析していてもよい。 In the lithium nickel-cobalt-manganese composite oxide represented by the general composition formula (1), the element group M 1 may be composed of only Ni, Co and Mn, but together with these elements, Mg and Ti , Zr, Nb, Mo, W, Al, Si, Ga, Ge and Sn may contain at least one element selected from the group. However, when the total number of elements in the element group M 1 is 100 mol%, the total ratio d of Mg, Ti, Zr, Nb, Mo, W, Al, Si, Ga, Ge and Sn is 5 mol% or less. It is preferably 1 mol% or less, and more preferably 1 mol% or less. Elements other than Ni, Co and Mn in the element group M 1 may be uniformly distributed in the lithium-nickel-cobalt-manganese composite oxide, also may be segregated like particles surfaces.

前記の組成を有するリチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物は、その真密度が4.55〜4.95g/cmと大きな値になり、高い体積エネルギー密度を有する材料となる。なお、Mnを一定範囲で含むリチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物の真密度は、その組成により大きく変化するが、前記のような狭い組成範囲では構造が安定化され、均一性を高めることができるため、例えばLiCoOの真密度に近い大きな値となるものと考えられる。また、リチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物の質量当たりの容量を大きくすることができ、可逆性に優れた材料とすることができる。 The lithium nickel-cobalt-manganese composite oxide having the above composition has a large true density of 4.55 to 4.95 g / cm 3, and is a material having a high volumetric energy density. The true density of the lithium nickel-cobalt-manganese composite oxide containing Mn in a certain range varies greatly depending on the composition, but the structure is stabilized and the uniformity can be improved in the narrow composition range as described above. For example, it is considered that the value becomes a large value close to the true density of LiCoO 2. Further, the capacity per mass of the lithium nickel-cobalt-manganese composite oxide can be increased, and the material can be made into a material having excellent reversibility.

前記リチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物は、特に化学量論比に近い組成のときに、その真密度が大きくなるが、具体的には、前記一般組成式(1)において、−0.3≦x≦0.3とすることが好ましく、xの値をこのように調整することで、真密度および可逆性を高めることができる。xは、−0.05以上0.05以下であることがより好ましく、この場合には、リチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物の真密度を4.6g/cm以上と、より高い値にすることができる。 The true density of the lithium nickel-cobalt-manganese composite oxide increases particularly when the composition is close to the stoichiometric ratio. Specifically, in the general composition formula (1), −0.3 ≦ x. It is preferable that ≦ 0.3, and by adjusting the value of x in this way, the true density and reversibility can be improved. It is more preferable that x is −0.05 or more and 0.05 or less, and in this case, the true density of the lithium nickel cobalt manganese composite oxide is set to a higher value of 4.6 g / cm 3 or more. Can be done.

前記一般組成式(1)で表されるリチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物は、Li含有化合物(水酸化リチウムなど)、Ni含有化合物(硫酸ニッケルなど)、Co含有化合物(硫酸コバルトなど)、Mn含有化合物(硫酸マンガンなど)、および元素群Mに含まれるその他の元素を含有する化合物(酸化物、水酸化物、硫酸塩など)を混合し、焼成するなどして製造することができる。また、より高い純度でリチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物を合成するには、元素群Mに含まれる複数の元素を含む複合化合物(水酸化物、酸化物など)とLi含有化合物とを混合し、焼成することが好ましい。 The lithium nickel cobalt manganese composite oxide represented by the general composition formula (1) contains Li-containing compounds (such as lithium hydroxide), Ni-containing compounds (such as nickel sulfate), Co-containing compounds (such as cobalt sulfate), and Mn. It can be produced by mixing a compound (manganese sulfate or the like) and a compound (oxide, hydroxide, sulfate, etc.) containing other elements contained in the element group M 1 and firing the compound. Further, in synthesizing the lithium-nickel-cobalt-manganese composite oxide with a higher purity, a composite compound containing a plurality of elements included in the element group M 1 (hydroxides, such as an oxide) and mixing the Li-containing compound , Preferably fired.

焼成条件は、例えば、800〜1050℃で1〜24時間とすることができるが、一旦焼成温度よりも低い温度(例えば、250〜850℃)まで加熱し、その温度で保持することにより予備加熱を行い、その後に焼成温度まで昇温して反応を進行させることが好ましい。予備加熱の時間については特に制限はないが、通常、0.5〜30時間程度とすればよい。また、焼成時の雰囲気は、酸素を含む雰囲気(すなわち、大気中)、不活性ガス(アルゴン、ヘリウム、窒素など)と酸素ガスとの混合雰囲気、酸素ガス雰囲気などとすることができるが、その際の酸素濃度(体積基準)は、15%以上であることが好ましく、18%以上であることが好ましい。 The firing conditions can be, for example, 800 to 1050 ° C. for 1 to 24 hours, but preheating is performed by heating to a temperature lower than the firing temperature (for example, 250 to 850 ° C.) and holding at that temperature. After that, it is preferable to raise the temperature to the firing temperature to allow the reaction to proceed. The preheating time is not particularly limited, but is usually about 0.5 to 30 hours. Further, the atmosphere at the time of firing can be an atmosphere containing oxygen (that is, in the atmosphere), a mixed atmosphere of an inert gas (argon, helium, nitrogen, etc.) and oxygen gas, an oxygen gas atmosphere, and the like. The oxygen concentration (based on volume) is preferably 15% or more, and preferably 18% or more.

正極活物質には、前記一般組成式(1)で表されるリチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物のみを使用してもよく、前記一般組成式(1)で表されるリチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物と他の正極活物質とを併用してもよい。前記一般組成式(1)で表されるリチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物と併用し得る他の正極活物質としては、リチウムイオン二次電池の正極活物質として使用されている各種の正極活物質〔前記一般組成式(1)で表されるリチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物を除くリチウム含有複合酸化物など〕が挙げられる。ただし、正極活物質全量中の、前記一般組成式(1)で表されるリチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物以外の正極活物質の割合は、30質量%以下であることが好ましい。 As the positive electrode active material, only the lithium nickel cobalt manganese composite oxide represented by the general composition formula (1) may be used, or the lithium nickel cobalt manganese composite oxide represented by the general composition formula (1) may be used. And other positive electrode active materials may be used in combination. As another positive electrode active material that can be used in combination with the lithium nickel cobalt manganese composite oxide represented by the general composition formula (1), various positive electrode active materials used as the positive electrode active material of the lithium ion secondary battery [ Lithium-containing composite oxides other than the lithium nickel-cobalt-manganese composite oxide represented by the general composition formula (1)] can be mentioned. However, the proportion of the positive electrode active material other than the lithium nickel cobalt manganese composite oxide represented by the general composition formula (1) in the total amount of the positive electrode active material is preferably 30% by mass or less.

正極合剤における正極活物質の含有量は、全固体電池の出力特性を高め、さらに、より高容量とする観点から、60質量%以上であり、65質量%以上であることが好ましく、また、75質量%以下であり、70質量%であることが好ましい。 The content of the positive electrode active material in the positive electrode mixture is 60% by mass or more, preferably 65% by mass or more, and more preferably 65% by mass or more, from the viewpoint of enhancing the output characteristics of the all-solid-state battery and further increasing the capacity. It is 75% by mass or less, preferably 70% by mass.

正極の固体電解質には、硫化物系固体電解質を使用する。硫化物系固体電解質は、全固体電池に使用可能な固体電解質の中でも特にイオン伝導性に優れており、正極のみならず、負極および固体電解質層にもこれを使用することで、電池の出力特性が向上する。 A sulfide-based solid electrolyte is used as the solid electrolyte of the positive electrode. The sulfide-based solid electrolyte is particularly excellent in ionic conductivity among the solid electrolytes that can be used for all-solid-state batteries, and by using this not only for the positive electrode but also for the negative electrode and the solid electrolyte layer, the output characteristics of the battery Is improved.

硫化物系固体電解質としては、例えば、LiS−P、LiS−SiS、LiS−P−GeS、LiS−B系ガラスなどが挙げられる他、近年、リチウムイオン伝導性が高いものとして注目されているLi10GeP12(LGPS系)やアルジロダイト型結晶構造を有する硫化物系固体電解質も使用することができる。 The sulfide-based solid electrolyte, such as Li 2 S-P 2 S 5 , Li 2 S-SiS 2, Li 2 S-P 2 S 5 -GeS 2, Li 2 S-B 2 S 3 based glass In addition to these, Li 10 GeP 2 S 12 (LGPS system), which has been attracting attention as having high lithium ion conductivity in recent years, and a sulfide-based solid electrolyte having an algyrodite-type crystal structure can also be used.

アルジロダイト型結晶構造を有する硫化物系固体電解質としては、例えば、下記一般組成式(2)で表される材料が挙げられる。 Examples of the sulfide-based solid electrolyte having an algyrodite type crystal structure include a material represented by the following general composition formula (2).

Li7−p+qPS6−pClp+q (2) Li 7-p + q PS 6-p Cl p + q (2)

前記一般組成式(2)中、0.05≦q≦0.9、−3.0p+1.8≦q≦−3.0p+5.7である。 In the general composition formula (2), 0.05 ≦ q ≦ 0.9 and −3.0p + 1.8 ≦ q ≦ −3.0p + 5.7.

本明細書でいう前記硫化物系固体電解質は、アルジロダイト型結晶構造(立方晶系アルジロダイト型結晶構造)の結晶相の単一相からなるものであってもよいが、アルジロダイト型結晶構造の結晶相とLiClで示される結晶相とを含有する混合相からなるものであってもよい。前記混合相は、アルジロダイト型結晶構造の結晶相およびLiClで示される結晶相のみを含有する場合と、アルジロダイト型結晶構造の結晶相およびLiClで示される結晶相と、これら以外の結晶相とを含有する場合とを含む。 The sulfide-based solid electrolyte referred to in the present specification may be composed of a single phase of a crystal phase having an algyrodite-type crystal structure (cubic-based algyrodite-type crystal structure), but may be a crystal phase having an algyrodite-type crystal structure. It may consist of a mixed phase containing and a crystal phase represented by LiCl. The mixed phase contains only a crystal phase having an algyrodite type crystal structure and a crystal phase represented by LiCl, a crystal phase having an algyrodite type crystal structure and a crystal phase represented by LiCl, and a crystal phase other than these. Including the case of

アルジロダイト型結晶構造の結晶相とLiClで示される結晶相とを含有する混合相からなる硫化物系固体電解質の場合、前記一般組成式(2)において、0.05≦p≦0.4であり、かつ−3.0p+3.9≦q≦−3.0p+5.7を満たすことが好ましい。 In the case of a sulfide-based solid electrolyte composed of a mixed phase containing a crystal phase having an algyrodite type crystal structure and a crystal phase represented by LiCl, 0.05 ≦ p ≦ 0.4 in the general composition formula (2). It is preferable that −3.0p + 3.9 ≦ q ≦ −3.0p + 5.7 is satisfied.

前記一般組成式(2)で表されるアルジロダイト型結晶構造を有する硫化物系固体電解質の詳細は特許文献2に開示されており、この特許文献2に記載の方法によって製造することができる。 Details of the sulfide-based solid electrolyte having an algyrodite-type crystal structure represented by the general composition formula (2) are disclosed in Patent Document 2, and can be produced by the method described in Patent Document 2.

硫化物系固体電解質には、前記例示のもののうちの1種または2種以上を使用することができるが、電池の出力特性がより向上することから、前記一般組成式(2)で表されるアルジロダイト型結晶構造を有する硫化物系固体電解質を使用することがより好ましい。 As the sulfide-based solid electrolyte, one or more of the above-exemplified ones can be used, but it is represented by the general composition formula (2) because the output characteristics of the battery are further improved. It is more preferable to use a sulfide-based solid electrolyte having an algyrodite type crystal structure.

正極には、硫化物系固体電解質のみを使用してもよいが、硫化物系固体電解質と共に他の固体電解質も使用することができる。硫化物系固体電解質と併用可能な固体電解質としては、水素化物系固体電解質、酸化物系固体電解質などが挙げられる。 Only the sulfide-based solid electrolyte may be used for the positive electrode, but other solid electrolytes can be used together with the sulfide-based solid electrolyte. Examples of the solid electrolyte that can be used in combination with the sulfide-based solid electrolyte include a hydride-based solid electrolyte and an oxide-based solid electrolyte.

水素化物系固体電解質としては、例えば、LiBH、LIBHと下記のアルカリ金属化合物との固溶体(例えば、LiBHとアルカリ金属化合物とのモル比が1:1〜20:1のもの)などが挙げられる。前記固溶体におけるアルカリ金属化合物としては、ハロゲン化リチウム(LiI、LiBr、LiF、LiClなど)、ハロゲン化ルビジウム(RbI、RbBr、RbiF、RbClなど)、ハロゲン化セシウム(CsI、CsBr、CsF、CsClなど)、リチウムアミド、ルビジウムアミドおよびセシウムアミドよりなる群から選択される少なくとも1種が挙げられる。 Examples of the hydride-based solid electrolyte include a solid solution of LiBH 4 , LIBH 4 and the following alkali metal compound (for example, one having a molar ratio of LiBH 4 to the alkali metal compound of 1: 1 to 20: 1). Can be mentioned. Examples of the alkali metal compound in the solid solution include lithium halide (LiI, LiBr, LiF, LiCl, etc.), rubidium halide (RbI, RbBr, RbiF, RbCl, etc.), and cesium halide (CsI, CsBr, CsF, CsCl, etc.). , At least one selected from the group consisting of lithium amide, rubidium amide and cesium amide.

酸化物系固体電解質としては、例えば、LiLaZr12、LiTi(PO、LiGe(PO、LiLaTiOなどが挙げられる。 Examples of the oxide-based solid electrolyte include Li 7 La 3 Zr 2 O 12 , LiTi (PO 4 ) 3 , LiGe (PO 4 ) 3 , and LiLaTIO 3 .

ただし、正極合剤に使用する固体電解質の全量中の、硫化物系固体電解質以外の固体電解質の割合は、30質量%以下とすることが好ましい。 However, the proportion of the solid electrolyte other than the sulfide-based solid electrolyte in the total amount of the solid electrolyte used in the positive electrode mixture is preferably 30% by mass or less.

正極合剤における固体電解質の含有量は、全固体電池の出力特性をより高め、さらに、より高容量とする観点から、正極活物質の含有量を100質量部としたときに、25質量部以上であることが好ましく、30質量部以上であることがより好ましく、40質量部以上であることがさらに好ましく、また、65質量部以下であることが好ましく、60質量部以下であることがより好ましく、50質量部以下であることがさらに好ましい。 The content of the solid electrolyte in the positive electrode mixture is 25 parts by mass or more when the content of the positive electrode active material is 100 parts by mass from the viewpoint of further enhancing the output characteristics of the all-solid-state battery and further increasing the capacity. It is preferably 30 parts by mass or more, more preferably 40 parts by mass or more, preferably 65 parts by mass or less, and more preferably 60 parts by mass or less. , 50 parts by mass or less is more preferable.

正極の導電助剤には、カーボンブラックなどの炭素材料を使用することができる。 A carbon material such as carbon black can be used as the conductive auxiliary agent for the positive electrode.

正極合剤における導電助剤の含有量は、全固体電池の出力特性をより高め、さらに、より高容量とする観点から、正極活物質の含有量を100質量部としたときに、2.5質量部以上であることが好ましく、3.0質量部以上であることがより好ましく、4.0質量部以上であることがさらに好ましく、また、6.5質量部以下であることが好ましく、6.0質量部以下であることがより好ましく、5.0質量部以下であることがさらに好ましい。 The content of the conductive auxiliary agent in the positive electrode mixture is 2.5 when the content of the positive electrode active material is 100 parts by mass from the viewpoint of further enhancing the output characteristics of the all-solid-state battery and further increasing the capacity. It is preferably 3 parts by mass or more, more preferably 3.0 parts by mass or more, further preferably 4.0 parts by mass or more, and preferably 6.5 parts by mass or less, 6 It is more preferably 0.0 parts by mass or less, and further preferably 5.0 parts by mass or less.

正極合剤には、樹脂製のバインダは含有させなくてもよく、含有させてもよい。樹脂製のバインダとしては、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)などのフッ素樹脂などが挙げられる。ただし、樹脂製のバインダは正極合剤中において抵抗成分として作用するため、その量はできるだけ少ないことが望ましい。よって、正極合剤においては、樹脂製のバインダを含有させないか、含有させる場合にはその含有量を0.5質量%以下とすることが好ましい。正極合剤における樹脂製のバインダの含有量は0.3質量%以下であることがより好ましく、0質量%である(すなわち、樹脂製のバインダを含有させない)ことがさらに好ましい。 The positive electrode mixture may or may not contain a resin binder. Examples of the resin binder include fluororesins such as polyvinylidene fluoride (PVDF). However, since the resin binder acts as a resistance component in the positive electrode mixture, it is desirable that the amount thereof be as small as possible. Therefore, in the positive electrode mixture, it is preferable that the binder made of resin is not contained, or if it is contained, the content thereof is 0.5% by mass or less. The content of the resin binder in the positive electrode mixture is more preferably 0.3% by mass or less, and further preferably 0% by mass (that is, the resin binder is not contained).

正極に集電体を使用する場合、その集電体としては、アルミニウムやステンレス鋼などの金属の箔、パンチングメタル、網、エキスパンドメタル、発泡メタル;カーボンシート;などを用いることができる。 When a current collector is used for the positive electrode, a metal foil such as aluminum or stainless steel, a punching metal, a net, an expanded metal, a foamed metal; a carbon sheet; or the like can be used as the current collector.

正極合剤の成形体は、例えば、正極活物質、固体電解質および導電助剤、さらには非膣用に応じて添加されるバインダなどを混合して調製した正極合剤を、加圧成形などによって圧縮することで形成することができる。 The molded body of the positive electrode mixture is prepared by mixing, for example, a positive electrode active material, a solid electrolyte and a conductive auxiliary agent, and a binder added for non-vaginal use, and the positive electrode mixture is prepared by pressure molding or the like. It can be formed by compressing.

集電体を有する正極の場合には、前記のような方法で形成した正極合剤の成形体を集電体と圧着するなどして貼り合わせることで製造することができる。 In the case of a positive electrode having a current collector, it can be manufactured by bonding the molded body of the positive electrode mixture formed by the above method by crimping it with the current collector.

正極合剤の成形体の厚み(集電体を有する正極の場合は、集電体の片面あたりの正極合剤の成形体の厚み。以下、同じ。)は、電池の高容量化の観点から、200μm以上であることが好ましい。なお、電池の出力特性は、一般に正極や負極を薄くすることで向上しやすいが、本発明によれば、正極合剤の成形体が200μm以上と厚い場合においても、その出力特性を高めることが可能である。よって、本発明においては、正極合剤の成形体の厚みが例えば200μm以上の場合に、その効果がより顕著となる。また、正極合剤の成形体の厚みは、通常、2000μm以下である。 The thickness of the molded body of the positive electrode mixture (in the case of a positive electrode having a current collector, the thickness of the molded body of the positive electrode mixture per one side of the current collector; the same applies hereinafter) is from the viewpoint of increasing the capacity of the battery. , 200 μm or more is preferable. The output characteristics of the battery are generally easily improved by thinning the positive electrode and the negative electrode, but according to the present invention, the output characteristics can be improved even when the molded body of the positive electrode mixture is as thick as 200 μm or more. It is possible. Therefore, in the present invention, the effect becomes more remarkable when the thickness of the molded product of the positive electrode mixture is, for example, 200 μm or more. The thickness of the molded product of the positive electrode mixture is usually 2000 μm or less.

(負極)
全固体電池の負極は、負極活物質であるリチウムチタン酸化物、固体電解質および導電助剤などを含む負極合剤の成形体を有するものであり、例えば、前記成形体のみからなる負極や、前記成形体と集電体とが一体化してなる構造の負極などが挙げられる。
(Negative electrode)
The negative electrode of the all-solid-state battery has a molded body of a negative electrode mixture containing lithium titanium oxide as a negative electrode active material, a solid electrolyte, a conductive auxiliary agent, and the like. Examples thereof include a negative electrode having a structure in which a molded body and a current collector are integrated.

リチウムチタン酸化物としては、例えば、下記一般組成式(3)で表されるものが挙げられる。 Examples of the lithium titanium oxide include those represented by the following general composition formula (3).

Li[Li1/3−a Ti5/3−b ]O (3) Li [Li 1 / 3-a M 2 a Ti 5 / 3-b M 3 b ] O 4 (3)

前記一般組成式(3)中、Mは、Na、Mg、K、Ca、SrおよびBaよりなる群から選択される少なくとも1種の元素で、Mは、Al、V、Cr、Fe、Co、Ni、Zn、Ym、Zr、Nb、Mo、TaおよびWよりなる群から選択される少なくとも1種の元素であり、0≦a<1/3、0≦b<5/3である。 In the general composition formula (3), M 2 is at least one element selected from the group consisting of Na, Mg, K, Ca, Sr and Ba, and M 3 is Al, V, Cr, Fe, It is at least one element selected from the group consisting of Co, Ni, Zn, Ym, Zr, Nb, Mo, Ta and W, and has 0 ≦ a <1/3 and 0 ≦ b <5/3.

すなわち、前記一般組成式(3)で表されるリチウムチタン酸化物においては、Liのサイトの一部が元素Mで置換されていてもよい。ただし、前記一般組成式(3)において、元素Mの比率を表すaは、1/3未満であることが好ましい。前記一般組成式(3)で表されるリチウムチタン酸化物において、Liは元素Mで置換されていなくてもよいため、元素Mの比率を表すaは0でもよい。 That is, in the lithium titanium oxide represented by the general composition formula (3), a part of the Li site may be replaced with the element M 2. However, in the general composition formula (3), a representing the ratio of the element M 2 is preferably less than 1/3. In the lithium titanium oxide represented by the general composition formula (3), Li does not have to be substituted with the element M 2 , so that a representing the ratio of the element M 2 may be 0.

また、前記一般組成式(3)で表されるリチウムチタン酸化物において、元素Mはリチウムチタン酸化物の電子伝導性を高めるための成分であり、元素Mの比率を表すbが、0≦b<5/3である場合には、その電子伝導性向上効果を良好に確保することができる。 Further, in the lithium titanium oxide represented by the general composition formula (3), the element M 3 is a component for enhancing the electron conductivity of the lithium titanium oxide, and b representing the ratio of the element M 3 is 0. When ≦ b <5/3, the effect of improving the electron conductivity can be satisfactorily ensured.

負極活物質には、リチウムイオン二次電池などで使用されているリチウムチタン酸化物以外の負極活物質を、リチウムチタン酸化物とともに使用することもできる。ただし、負極活物質全量中のリチウムチタン酸化物以外の負極活物質の割合は、30質量%以下であることが好ましい。 As the negative electrode active material, a negative electrode active material other than lithium titanium oxide used in lithium ion secondary batteries and the like can also be used together with lithium titanium oxide. However, the proportion of the negative electrode active material other than the lithium titanium oxide in the total amount of the negative electrode active material is preferably 30% by mass or less.

負極合剤における負極活物質の含有量は、全固体電池の出力特性を高め、さらに、より高容量とする観点から、40質量%以上であり、45質量%以上であることが好ましく、また、60質量%以下であり、55質量%であることが好ましい。 The content of the negative electrode active material in the negative electrode mixture is preferably 40% by mass or more, preferably 45% by mass or more, from the viewpoint of enhancing the output characteristics of the all-solid-state battery and further increasing the capacity. It is 60% by mass or less, preferably 55% by mass.

負極の固体電解質には、硫化物系固体電解質を使用する。硫化物系固体電解質は、全固体電池に使用可能な固体電解質の中でも特にイオン伝導性に優れており、前記の通り、負極のみならず、正極および固体電解質層にもこれを使用することで、電池の出力特性が向上する。 A sulfide-based solid electrolyte is used as the solid electrolyte of the negative electrode. The sulfide-based solid electrolyte is particularly excellent in ionic conductivity among the solid electrolytes that can be used for all-solid-state batteries. As described above, by using this not only for the negative electrode but also for the positive electrode and the solid electrolyte layer, The output characteristics of the battery are improved.

硫化物系固体電解質には、正極に使用し得る固体電解質として先に例示したものと同じもののうちの1種または2種以上を使用することができる。前記例示の硫化物系固体電解質の中でも、電池の出力特性がより向上することから、前記一般組成式(2)で表されるアルジロダイト型結晶構造を有する硫化物系固体電解質を使用することがより好ましい。 As the sulfide-based solid electrolyte, one or more of the same solid electrolytes as those exemplified above can be used as the solid electrolyte that can be used for the positive electrode. Among the above-exemplified sulfide-based solid electrolytes, since the output characteristics of the battery are further improved, it is more preferable to use the sulfide-based solid electrolyte having an algyrodite type crystal structure represented by the general composition formula (2). preferable.

負極には、硫化物系固体電解質のみを使用してもよいが、硫化物系固体電解質と共に他の固体電解質も使用することができる。硫化物系固体電解質と併用可能な固体電解質としては、正極に使用し得るものとして先に例示したものと同じ水素化物系固体電解質、酸化物系固体電解質などが挙げられる。 Only the sulfide-based solid electrolyte may be used for the negative electrode, but other solid electrolytes can be used together with the sulfide-based solid electrolyte. Examples of the solid electrolyte that can be used in combination with the sulfide-based solid electrolyte include the same hydride-based solid electrolyte and oxide-based solid electrolyte as those exemplified above as those that can be used for the positive electrode.

ただし、負極合剤に使用する固体電解質の全量中の、硫化物系固体電解質以外の固体電解質の割合は、30質量%以下とすることが好ましい。 However, the proportion of the solid electrolyte other than the sulfide-based solid electrolyte in the total amount of the solid electrolyte used in the negative electrode mixture is preferably 30% by mass or less.

負極合剤における固体電解質の含有量は、全固体電池の出力特性をより高め、さらに、より高容量とする観点から、負極活物質の含有量を100質量部としたときに、50質量部以上であることが好ましく、60質量部以上であることがより好ましく、70質量部以上であることがさらに好ましく、また、130質量部以下であることが好ましく、120質量部以下であることがより好ましく、110質量部以下であることがさらに好ましい。 The content of the solid electrolyte in the negative electrode mixture is 50 parts by mass or more when the content of the negative electrode active material is 100 parts by mass from the viewpoint of further enhancing the output characteristics of the all-solid-state battery and further increasing the capacity. It is preferably 60 parts by mass or more, more preferably 70 parts by mass or more, preferably 130 parts by mass or less, and more preferably 120 parts by mass or less. , 110 parts by mass or less is more preferable.

負極の導電助剤には、カーボンブラックなどの炭素材料を使用することができる。 A carbon material such as carbon black can be used as the conductive auxiliary agent for the negative electrode.

負極合剤における導電助剤の含有量は、全固体電池の出力特性をより高め、さらに、より高容量とする観点から、負極活物質の含有量を100質量部としたときに、10質量部以上であることが好ましく、12質量部以上であることがより好ましく、15質量部以上であることがさらに好ましく、また、30質量部以下であることが好ましく、25質量部以下であることがより好ましく、22質量部以下であることがさらに好ましい。 The content of the conductive auxiliary agent in the negative electrode mixture is 10 parts by mass when the content of the negative electrode active material is 100 parts by mass from the viewpoint of further enhancing the output characteristics of the all-solid-state battery and further increasing the capacity. It is preferably 12 parts by mass or more, more preferably 15 parts by mass or more, more preferably 30 parts by mass or less, and more preferably 25 parts by mass or less. It is preferably 22 parts by mass or less, and more preferably 22 parts by mass or less.

負極合剤には、樹脂製のバインダは含有させなくてもよく、含有させてもよい。樹脂製のバインダとしては、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)などのフッ素樹脂などが挙げられる。ただし、樹脂製のバインダは負極合剤中においても抵抗成分として作用するため、その量はできるだけ少ないことが望ましい。よって、負極合剤においても、正極合剤と同様に、樹脂製のバインダを含有させないか、含有させる場合にはその含有量を0.5質量%以下とすることが好ましい。負極合剤における樹脂製のバインダの含有量は0.3質量%以下であることがより好ましく、0質量%である(すなわち、樹脂製のバインダを含有させない)ことがさらに好ましい。 The negative electrode mixture may or may not contain a resin binder. Examples of the resin binder include fluororesins such as polyvinylidene fluoride (PVDF). However, since the resin binder acts as a resistance component even in the negative electrode mixture, it is desirable that the amount thereof is as small as possible. Therefore, as in the case of the positive electrode mixture, the negative electrode mixture does not contain a resin binder, or when it is contained, the content thereof is preferably 0.5% by mass or less. The content of the resin binder in the negative electrode mixture is more preferably 0.3% by mass or less, and further preferably 0% by mass (that is, the resin binder is not contained).

負極に集電体を用いる場合、その集電体としては、銅製やニッケル製の箔、パンチングメタル、網、エキスパンドメタル、発泡メタル;カーボンシート;などを用いることができる。 When a current collector is used for the negative electrode, a copper or nickel foil, punching metal, net, expanded metal, foamed metal; carbon sheet; or the like can be used as the current collector.

負極合剤の成形体は、例えば、負極活物質、固体電解質および導電助剤、さらには非膣用に応じて添加されるバインダなどを混合して調製した負極合剤を、加圧成形などによって圧縮することで形成することができる。 The molded body of the negative electrode mixture is prepared by, for example, a negative electrode mixture prepared by mixing a negative electrode active material, a solid electrolyte and a conductive auxiliary agent, and a binder added for non-vaginal use by pressure molding or the like. It can be formed by compressing.

集電体を有する負極の場合には、前記のような方法で形成した負極合剤の成形体を集電体と圧着するなどして貼り合わせることで製造することができる。 In the case of a negative electrode having a current collector, it can be manufactured by bonding the molded body of the negative electrode mixture formed by the above method by crimping it with the current collector.

負極合剤の成形体の厚み(集電体を有する負極の場合は、集電体の片面あたりの正極合剤の成形体の厚み。以下、同じ。)は、電池の高容量化の観点から、200μm以上であることが好ましい。なお、電池の出力特性は、一般に正極や負極を薄くすることで向上しやすいが、本発明によれば、負極合剤の成形体が200μm以上と厚い場合においても、その出力特性を高めることが可能である。よって、本発明においては、負極合剤の成形体の厚みが例えば200μm以上の場合に、その効果がより顕著となる。そして、本発明においては、正極合剤の成形体の厚みが200μm以上であり、かつ負極合剤の成形体の厚みが200μm以上である場合に、その効果が特に顕著となる。また、負極合剤の成形体の厚みは、通常、3000μm以下である。 The thickness of the molded body of the negative electrode mixture (in the case of a negative electrode having a current collector, the thickness of the molded body of the positive electrode mixture per one side of the current collector; the same applies hereinafter) is from the viewpoint of increasing the capacity of the battery. , 200 μm or more is preferable. The output characteristics of the battery are generally easily improved by thinning the positive electrode and the negative electrode, but according to the present invention, the output characteristics can be improved even when the molded body of the negative electrode mixture is as thick as 200 μm or more. It is possible. Therefore, in the present invention, the effect becomes more remarkable when the thickness of the molded product of the negative electrode mixture is, for example, 200 μm or more. In the present invention, the effect is particularly remarkable when the thickness of the molded product of the positive electrode mixture is 200 μm or more and the thickness of the molded product of the negative electrode mixture is 200 μm or more. The thickness of the molded product of the negative electrode mixture is usually 3000 μm or less.

(固体電解質層)
全固体電池の固体電解質層における固体電解質にも、硫化物系固体電解質を使用する。硫化物系固体電解質は、全固体電池に使用可能な固体電解質の中でも特にイオン伝導性に優れており、前記の通り、固体電解質層のみならず、正極および負極にもこれを使用することで、電池の出力特性が向上する。
(Solid electrolyte layer)
A sulfide-based solid electrolyte is also used as the solid electrolyte in the solid electrolyte layer of the all-solid-state battery. The sulfide-based solid electrolyte is particularly excellent in ionic conductivity among the solid electrolytes that can be used in all-solid-state batteries. The output characteristics of the battery are improved.

硫化物系固体電解質には、正極に使用し得る固体電解質として先に例示したものと同じもののうちの1種または2種以上を使用することができる。前記例示の硫化物系固体電解質の中でも、電池の出力特性がより向上することから、前記一般組成式(2)で表されるアルジロダイト型結晶構造を有する硫化物系固体電解質を使用することがより好ましい。 As the sulfide-based solid electrolyte, one or more of the same solid electrolytes as those exemplified above can be used as the solid electrolyte that can be used for the positive electrode. Among the above-exemplified sulfide-based solid electrolytes, since the output characteristics of the battery are further improved, it is more preferable to use the sulfide-based solid electrolyte having an algyrodite type crystal structure represented by the general composition formula (2). preferable.

固体電解質層には、硫化物系固体電解質のみを使用してもよいが、硫化物系固体電解質と共に他の固体電解質も使用することができる。硫化物系固体電解質と併用可能な固体電解質としては、正極に使用し得るものとして先に例示したものと同じ水素化物系固体電解質、酸化物系固体電解質などが挙げられる。 Only the sulfide-based solid electrolyte may be used for the solid electrolyte layer, but other solid electrolytes can be used together with the sulfide-based solid electrolyte. Examples of the solid electrolyte that can be used in combination with the sulfide-based solid electrolyte include the same hydride-based solid electrolyte and oxide-based solid electrolyte as those exemplified above as those that can be used for the positive electrode.

ただし、固体電解質層に使用する固体電解質の全量中の、硫化物系固体電解質以外の固体電解質の割合は、30質量%以下とすることが好ましい。 However, the proportion of the solid electrolyte other than the sulfide-based solid electrolyte in the total amount of the solid electrolyte used in the solid electrolyte layer is preferably 30% by mass or less.

固体電解質層は、固体電解質を溶媒に分散させて調製した固体電解質層形成用組成物を基材や正極、負極の上に塗布して乾燥し、必要に応じてプレス処理などの加圧成形を行うことで形成することができる。 For the solid electrolyte layer, a composition for forming a solid electrolyte layer prepared by dispersing a solid electrolyte in a solvent is applied onto a base material, a positive electrode, and a negative electrode, dried, and if necessary, pressure molding such as press treatment is performed. It can be formed by doing.

固体電解質層形成用組成物に使用する溶媒は、固体電解質を劣化させ難いものを選択することが好ましい。特に、硫化物系固体電解質や水素化物系固体電解質は、微少量の水分によって化学反応を起こすため、ヘキサン、ヘプタン、オクタン、ノナン、デカン、デカリン、トルエン、キシレンなどの炭化水素溶媒に代表される非極性非プロトン性溶媒を使用することが好ましい。特に、含有水分量を0.001質量%(10ppm)以下とした超脱水溶媒を使用することがより好ましい。また、三井・デュポンフロロケミカル社製の「バートレル(登録商標)」、日本ゼオン社製の「ゼオローラ(登録商標)」、住友3M社製の「ノベック(登録商標)」などのフッ素系溶媒、並びに、ジクロロメタン、ジエチルエーテルなどの非水系有機溶媒を使用することもできる。 As the solvent used in the composition for forming the solid electrolyte layer, it is preferable to select a solvent that does not easily deteriorate the solid electrolyte. In particular, sulfide-based solid electrolytes and hydride-based solid electrolytes cause a chemical reaction with a very small amount of water, and are therefore represented by hydrocarbon solvents such as hexane, heptane, octane, nonane, decane, decalin, toluene, and xylene. It is preferable to use a non-polar aproton solvent. In particular, it is more preferable to use a super dehydration solvent having a water content of 0.001% by mass (10 ppm) or less. In addition, fluorosolvents such as "Bertrel (registered trademark)" manufactured by Mitsui Dupont Fluorochemical, "Zeorolla (registered trademark)" manufactured by Nippon Zeon, and "Novec (registered trademark)" manufactured by Sumitomo 3M, as well as , Dichloromethane, diethyl ether and other non-aqueous organic solvents can also be used.

固体電解質層の厚みは、100〜300μmであることが好ましい。 The thickness of the solid electrolyte layer is preferably 100 to 300 μm.

(電極体)
正極と負極とは、固体電解質層を介して積層した積層電極体や、さらにこの積層電極体を巻回した巻回電極体の形態で、電池に用いることができる。
(Electrode body)
The positive electrode and the negative electrode can be used in a battery in the form of a laminated electrode body laminated via a solid electrolyte layer or a wound electrode body in which the laminated electrode body is wound.

なお、電極体を形成するに際しては、正極と負極と固体電解質層とを積層した状態で加圧成形することが、電極体の機械的強度を高める観点から好ましい。 When forming the electrode body, it is preferable to perform pressure molding in a state where the positive electrode body, the negative electrode body, and the solid electrolyte layer are laminated from the viewpoint of increasing the mechanical strength of the electrode body.

(電池の形態)
本発明の全固体電池の一例を模式的に表す断面図を図1に示す。図1に示す電池1は、外装缶40と、封口缶50と、これらの間に介在する樹脂製のガスケット60で形成された外装体内に、正極10、負極20、および正極10と負極20との間に介在する固体電解質層30が封入されている。
(Battery form)
FIG. 1 shows a cross-sectional view schematically showing an example of the all-solid-state battery of the present invention. The battery 1 shown in FIG. 1 has a positive electrode 10, a negative electrode 20, and a positive electrode 10 and a negative electrode 20 in an outer body formed of an outer can 40, a sealing can 50, and a resin gasket 60 interposed between them. A solid electrolyte layer 30 interposed between the two is enclosed.

封口缶50は、外装缶40の開口部にガスケット60を介して嵌合しており、外装缶40の開口端部が内方に締め付けられ、これによりガスケット60が封口缶50に当接することで、外装缶40の開口部が封口されて素子内部が密閉構造となっている。 The sealing can 50 is fitted to the opening of the outer can 40 via a gasket 60, and the opening end of the outer can 40 is tightened inward, whereby the gasket 60 comes into contact with the sealing can 50. The opening of the outer can 40 is sealed, and the inside of the element has a sealed structure.

外装缶および封口缶にはステンレス鋼製のものなどが使用できる。また、ガスケットの素材には、ポリプロピレン、ナイロンなどを使用できるほか、電池の用途との関係で耐熱性が要求される場合には、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルコキシエチレン共重合体(PFA)などのフッ素樹脂、ポリフェニレンエーテル(PEE)、ポリスルフォン(PSF)、ポリアリレート(PAR)、ポリエーテルスルフォン(PES)、ポリフェニレンスルフィド(PPS)、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)などの融点が240℃を超える耐熱樹脂を使用することもできる。また、電池が耐熱性を要求される用途に適用される場合、その封口には、ガラスハーメチックシールを利用することもできる。 Stainless steel cans can be used for the outer can and the sealing can. In addition, polypropylene, nylon, etc. can be used as the material of the gasket, and if heat resistance is required in relation to the application of the battery, tetrafluoroethylene-perfluoroalkoxyethylene copolymer (PFA), etc. can be used. Heat resistance of fluororesin, polyphenylene ether (PEE), polysulfone (PSF), polyallylate (PAR), polyethersulphon (PES), polyphenylene sulfide (PPS), polyetheretherketone (PEEK), etc. with a melting point of more than 240 ° C. Resin can also be used. Further, when the battery is applied to an application requiring heat resistance, a glass hermetic seal can be used for the sealing.

全固体電池の形態は、図1に示すような、外装缶と封口缶とガスケットとで構成された外装体を有するもの、すなわち、一般にコイン形電池やボタン形電池と称される形態のものに限定されず、例えば、樹脂フィルムや金属−樹脂ラミネートフィルムで構成された外装体を有するものや、金属製で有底筒形(円筒形や角筒形)の外装缶と、その開口部を封止する封止構造とを有する外装体を有するものであってもよい。 The all-solid-state battery has an outer body composed of an outer can, a sealing can, and a gasket as shown in FIG. 1, that is, a form generally called a coin-type battery or a button-type battery. Not limited to, for example, those having an exterior body made of a resin film or a metal-resin laminate film, or a metal bottomed tubular (cylindrical or square tubular) exterior can and its opening are sealed. It may have an exterior body having a sealing structure for stopping.

本発明の全固体電池は、従来から知られている二次電池と同様の用途に適用し得るが、有機電解液に代えて固体電解質を有していることから耐熱性に優れており、高温に曝されるような用途に好ましく使用することができる。 The all-solid-state battery of the present invention can be applied to the same applications as conventionally known secondary batteries, but has excellent heat resistance because it has a solid electrolyte instead of an organic electrolyte, and has a high temperature. It can be preferably used for applications that are exposed to.

以下、実施例に基づいて本発明を詳細に述べる。ただし、下記実施例は本発明を制限するものではない。 Hereinafter, the present invention will be described in detail based on Examples. However, the following examples do not limit the present invention.

実施例1
<正極の作製>
平均粒子径4μmのLiNi1/3Co1/3Mn1/3(正極活物質)と、硫化物固体電解質(LiPSCl)と、導電助剤であるカーボンナノチューブ〔昭和電工社製「VGCF」(商品名)〕とを質量比で65:32:3の割合で混合し、よく混練して正極合剤を調製した。次に、前記正極合剤:80mgを直径6mmの粉末成形金型に入れ、プレス機を用いて加圧成形を行い、正極合剤成形体よりなる正極を作製した。
Example 1
<Cathode preparation>
LiNi 1/3 Co 1/3 Mn 1/3 O 2 (positive electrode active material) with an average particle size of 4 μm , sulfide solid electrolyte (Li 6 PS 5 Cl), and carbon nanotubes as a conductive aid [Showa Denko Co., Ltd.] Manufactured by "VGCF" (trade name)] was mixed at a mass ratio of 65:32: 3 and kneaded well to prepare a positive electrode mixture. Next, 80 mg of the positive electrode mixture was placed in a powder molding die having a diameter of 6 mm and pressure molding was performed using a press to prepare a positive electrode made of a positive electrode mixture molded product.

<固体電解質層の形成>
次に、前記粉末成形金型内の前記正極合剤成形体の上に、前記硫化物固体電解質:15mgを投入し、プレス機を用いて加圧成形を行い、前記正極合剤成形体の上に固体電解質層を形成した。
<Formation of solid electrolyte layer>
Next, the sulfide solid electrolyte: 15 mg was put onto the positive electrode mixture molded body in the powder molding die, pressure molding was performed using a press machine, and the positive electrode mixture molded body was topped. A solid electrolyte layer was formed on the surface.

<負極の作製>
平均粒子径7μmのチタン酸リチウム(LiTi12、負極活物質)と前記硫化物固体電解質と導電助剤であるカーボンナノチューブ〔昭和電工社製「VGCF」(商品名)〕とを質量比で50:41:9の割合で混合し、よく混練して負極合剤を調製した。次に、前記負極合剤:150mgを前記粉末成形金型内の前記固体電解質層の上に投入し、プレス機を用いて加圧成形を行い、前記固体電解質層の上に負極合剤成形体よりなる負極を形成することにより、正極、固体電解質層および負極が積層された積層体を作製した。このときの積層体の厚みは3300μmで、正極合剤成形体の厚みは850μm、負極合剤成形体の厚みは2250μm、固体電解質層の厚みは200μmであった。
<Manufacturing of negative electrode>
Mass ratio of lithium titanate (Li 4 Ti 5 O 12 , negative electrode active material) with an average particle diameter of 7 μm, the sulfide solid electrolyte, and carbon nanotubes as a conductive aid [“VGCF” (trade name) manufactured by Showa Denko Co., Ltd.] The mixture was mixed at a ratio of 50:41: 9 and kneaded well to prepare a negative electrode mixture. Next, the negative electrode mixture: 150 mg was put onto the solid electrolyte layer in the powder molding mold, pressure molding was performed using a press machine, and the negative electrode mixture molded body was placed on the solid electrolyte layer. By forming the negative electrode, a laminated body in which the positive electrode, the solid electrolyte layer, and the negative electrode were laminated was produced. At this time, the thickness of the laminated body was 3300 μm, the thickness of the positive electrode mixture molded body was 850 μm, the thickness of the negative electrode mixture molded body was 2250 μm, and the thickness of the solid electrolyte layer was 200 μm.

住友電工株式会社製の銅製発泡基材〔銅製のセルメット(商品名)、厚み:1mm、空孔率:97%〕を6mmφの大きさに打ち抜き、ステンレス鋼製の封口缶の内底面上に配置し、その上に前記正極/固体電解質層/負極の積層体を負極が前記基材側となるようにして重ね、更に、前記と同じ大きさに打ち抜いた住友電工株式会社製のアルミニウム製発泡基材〔アルミニウム製のセルメット(商品名)、厚み:1mm、空孔率:97%〕を前記積層体の正極の上に載せた後、ステンレス鋼製の外装缶をかぶせて封止を行うことにより、扁平形全固体電池を作製した。 A copper foam base material manufactured by Sumitomo Electric Co., Ltd. [Copper Celmet (trade name), thickness: 1 mm, pore ratio: 97%] is punched to a size of 6 mmφ and placed on the inner bottom surface of a stainless steel sealing can. An aluminum foam group manufactured by Sumitomo Electric Co., Ltd., in which a laminate of the positive electrode / solid electrolyte layer / negative electrode was laminated so that the negative electrode was on the base material side, and further punched to the same size as described above. After placing the material [Aluminum Celmet (trade name), thickness: 1 mm, porosity: 97%] on the positive electrode of the laminate, it is sealed by covering it with a stainless steel outer can. , A flat all-solid-state battery was produced.

実施例2
正極合剤における正極活物質と硫化物系固体電解質と導電助剤との比率を、質量比で75:23:2に変更した以外は実施例1と同様にして正極/固体電解質層/負極の積層体を作製し、この積層体を用いた以外は実施例1と同様にして扁平形全固体電池を作製した。なお、前記積層体においては、積層体の厚みが3300μm、正極合剤成形体の厚みが850μm、負極合剤成形体の厚みが2250μm、固体電解質層の厚みが200μmであった。
Example 2
The positive electrode / solid electrolyte layer / negative electrode in the same manner as in Example 1 except that the ratio of the positive electrode active material, the sulfide-based solid electrolyte, and the conductive auxiliary agent in the positive electrode mixture was changed to 75:23: 2 in terms of mass ratio. A laminated body was produced, and a flat all-solid-state battery was produced in the same manner as in Example 1 except that the laminated body was used. In the laminated body, the thickness of the laminated body was 3300 μm, the thickness of the positive electrode mixture molded body was 850 μm, the thickness of the negative electrode mixture molded body was 2250 μm, and the thickness of the solid electrolyte layer was 200 μm.

実施例3
負極合剤における負極活物質と硫化物系固体電解質と導電助剤との比率を、質量比で60:33:72に変更した以外は実施例1と同様にして正極/固体電解質層/負極の積層体を作製し、この積層体を用いた以外は実施例1と同様にして扁平形全固体電池を作製した。なお、前記積層体においては、積層体の厚みが3300μm、正極合剤成形体の厚みが850μm、負極合剤成形体の厚みが2250μm、固体電解質層の厚みが200μmであった。
Example 3
The positive electrode / solid electrolyte layer / negative electrode is the same as in Example 1 except that the ratio of the negative electrode active material, the sulfide-based solid electrolyte, and the conductive auxiliary agent in the negative electrode mixture is changed to 60:33:72 in terms of mass ratio. A laminated body was produced, and a flat all-solid-state battery was produced in the same manner as in Example 1 except that the laminated body was used. In the laminated body, the thickness of the laminated body was 3300 μm, the thickness of the positive electrode mixture molded body was 850 μm, the thickness of the negative electrode mixture molded body was 2250 μm, and the thickness of the solid electrolyte layer was 200 μm.

実施例4
負極合剤における負極活物質と硫化物系固体電解質と導電助剤との比率を、質量比で40:49:11に変更した以外は実施例1と同様にして正極/固体電解質層/負極の積層体を作製し、この積層体を用いた以外は実施例1と同様にして扁平形全固体電池を作製した。なお、前記積層体においては、積層体の厚みが3300μm、正極合剤成形体の厚みが850μm、負極合剤成形体の厚みが2250μm、固体電解質層の厚みが200μmであった。
Example 4
The positive electrode / solid electrolyte layer / negative electrode is the same as in Example 1 except that the ratio of the negative electrode active material, the sulfide-based solid electrolyte, and the conductive auxiliary agent in the negative electrode mixture is changed to 40:49:11 in terms of mass ratio. A laminated body was produced, and a flat all-solid-state battery was produced in the same manner as in Example 1 except that the laminated body was used. In the laminated body, the thickness of the laminated body was 3300 μm, the thickness of the positive electrode mixture molded body was 850 μm, the thickness of the negative electrode mixture molded body was 2250 μm, and the thickness of the solid electrolyte layer was 200 μm.

実施例5
正極合剤における正極活物質と硫化物系固体電解質と導電助剤との比率を、質量比で60:36.5:3.5に変更した以外は実施例1と同様にして正極/固体電解質層/負極の積層体を作製し、この積層体を用いた以外は実施例1と同様にして扁平形全固体電池を作製した。なお、前記積層体においては、積層体の厚みが3300μm、正極合剤成形体の厚みが850μm、負極合剤成形体の厚みが2250μm、固体電解質層の厚みが200μmであった。
Example 5
Positive electrode / solid electrolyte in the same manner as in Example 1 except that the ratio of the positive electrode active material, the sulfide-based solid electrolyte, and the conductive auxiliary agent in the positive electrode mixture was changed to 60: 36.5: 3.5 in terms of mass ratio. A layer / negative electrode laminate was produced, and a flat all-solid-state battery was produced in the same manner as in Example 1 except that this laminate was used. In the laminated body, the thickness of the laminated body was 3300 μm, the thickness of the positive electrode mixture molded body was 850 μm, the thickness of the negative electrode mixture molded body was 2250 μm, and the thickness of the solid electrolyte layer was 200 μm.

比較例1
正極合剤における正極活物質と硫化物系固体電解質と導電助剤との比率を、質量比で80:18.5:1.5に変更した以外は実施例1と同様にして正極/固体電解質層/負極の積層体を作製し、この積層体を用いた以外は実施例1と同様にして扁平形全固体電池を作製した。なお、前記積層体においては、積層体の厚みが3300μm、正極合剤成形体の厚みが850μm、負極合剤成形体の厚みが2250μm、固体電解質層の厚みが200μmであった。
Comparative Example 1
Positive electrode / solid electrolyte in the same manner as in Example 1 except that the ratio of the positive electrode active material, the sulfide-based solid electrolyte, and the conductive auxiliary agent in the positive electrode mixture was changed to 80: 18.5: 1.5 in terms of mass ratio. A layer / negative electrode laminate was produced, and a flat all-solid-state battery was produced in the same manner as in Example 1 except that this laminate was used. In the laminated body, the thickness of the laminated body was 3300 μm, the thickness of the positive electrode mixture molded body was 850 μm, the thickness of the negative electrode mixture molded body was 2250 μm, and the thickness of the solid electrolyte layer was 200 μm.

比較例2
負極合剤における負極活物質と硫化物系固体電解質と導電助剤との比率を、質量比で65:30:5に変更した以外は実施例1と同様にして正極/固体電解質層/負極の積層体を作製し、この積層体を用いた以外は実施例1と同様にして扁平形全固体電池を作製した。なお、前記積層体においては、積層体の厚みが3300μm、正極合剤成形体の厚みが850μm、負極合剤成形体の厚みが2250μm、固体電解質層の厚みが200μmであった。
Comparative Example 2
The positive electrode / solid electrolyte layer / negative electrode is the same as in Example 1 except that the ratio of the negative electrode active material, the sulfide-based solid electrolyte, and the conductive auxiliary agent in the negative electrode mixture is changed to 65:30: 5 in terms of mass ratio. A laminated body was produced, and a flat all-solid-state battery was produced in the same manner as in Example 1 except that the laminated body was used. In the laminated body, the thickness of the laminated body was 3300 μm, the thickness of the positive electrode mixture molded body was 850 μm, the thickness of the negative electrode mixture molded body was 2250 μm, and the thickness of the solid electrolyte layer was 200 μm.

比較例3
正極合剤における正極活物質と硫化物系固体電解質と導電助剤との比率を、質量比で55:41:4に変更した以外は実施例1と同様にして正極/固体電解質層/負極の積層体を作製し、この積層体を用いた以外は実施例1と同様にして扁平形全固体電池を作製した。なお、前記積層体においては、積層体の厚みが3300μm、正極合剤成形体の厚みが850μm、負極合剤成形体の厚みが2250μm、固体電解質層の厚みが200μmであった。
Comparative Example 3
The positive electrode / solid electrolyte layer / negative electrode in the same manner as in Example 1 except that the ratio of the positive electrode active material, the sulfide-based solid electrolyte, and the conductive auxiliary agent in the positive electrode mixture was changed to 55:41: 4 in terms of mass ratio. A laminated body was produced, and a flat all-solid-state battery was produced in the same manner as in Example 1 except that the laminated body was used. In the laminated body, the thickness of the laminated body was 3300 μm, the thickness of the positive electrode mixture molded body was 850 μm, the thickness of the negative electrode mixture molded body was 2250 μm, and the thickness of the solid electrolyte layer was 200 μm.

比較例4
負極合剤における負極活物質と硫化物系固体電解質と導電助剤との比率を、質量比で35:53:12に変更した以外は実施例1と同様にして正極/固体電解質層/負極の積層体を作製し、この積層体を用いた以外は実施例1と同様にして扁平形全固体電池を作製した。なお、前記積層体においては、積層体の厚みが3300μm、正極合剤成形体の厚みが850μm、負極合剤成形体の厚みが2250μm、固体電解質層の厚みが200μmであった。
Comparative Example 4
The positive electrode / solid electrolyte layer / negative electrode is the same as in Example 1 except that the ratio of the negative electrode active material, the sulfide-based solid electrolyte, and the conductive auxiliary agent in the negative electrode mixture is changed to 35:53:12 in terms of mass ratio. A laminated body was produced, and a flat all-solid-state battery was produced in the same manner as in Example 1 except that the laminated body was used. In the laminated body, the thickness of the laminated body was 3300 μm, the thickness of the positive electrode mixture molded body was 850 μm, the thickness of the negative electrode mixture molded body was 2250 μm, and the thickness of the solid electrolyte layer was 200 μm.

実施例および比較例の各扁平形全固体電池について、下記の方法で初期容量測定および出力特性評価を行った。 The initial capacity was measured and the output characteristics were evaluated by the following methods for each of the flat all-solid-state batteries of Examples and Comparative Examples.

<初期容量測定>
実施例および比較例の各扁平形全固体電池について、0.02Cの電流値で電圧が2.8Vになるまで定電流充電し、続いて電流値が0.002Cになるまで定電圧充電を行い、その後に0.02Cの電流値で電圧が1Vになるまで放電させて、そのときの放電容量(初期容量)を測定した。
<Initial capacity measurement>
Each of the flat all-solid-state batteries of Examples and Comparative Examples is constantly charged with a current value of 0.02 C until the voltage reaches 2.8 V, and then is charged with a constant voltage until the current value reaches 0.002 C. After that, the battery was discharged with a current value of 0.02 C until the voltage became 1 V, and the discharge capacity (initial capacity) at that time was measured.

<出力特性評価>
実施例および比較例の各扁平形全固体電池について、初期容量測定時と同じ条件で定電流充電および定電圧充電を行い、その後に0.2Cの電流値で電圧が1Vになるまで放電させて、このときの放電容量(0.2C放電容量)を測定した。
<Output characteristic evaluation>
Each of the flat all-solid-state batteries of Examples and Comparative Examples is charged with constant current and constant voltage under the same conditions as at the time of initial capacity measurement, and then discharged at a current value of 0.2 C until the voltage reaches 1 V. , The discharge capacity (0.2C discharge capacity) at this time was measured.

そして、各電池について、0.2C放電容量を初期容量で除した値を百分率で表して容量維持率を求め、出力特性を評価した。 Then, for each battery, the value obtained by dividing the 0.2C discharge capacity by the initial capacity was expressed as a percentage to obtain the capacity retention rate, and the output characteristics were evaluated.

実施例および比較例の各扁平形全固体電池における正極合剤および負極合剤の組成を表1に示し、前記の各評価結果を表2に示す。表1における正極合剤の組成のうち、「正極活物質」の含有量は正極合剤100質量%中の含有量(質量%)で、「固体電解質」および「導電助剤」の含有量は正極活物質100質量部に対する量(質量部)であり、負極合剤の組成のうち、「負極活物質」の含有量は負極合剤100質量%中の含有量(質量%)で、「固体電解質」および「導電助剤」の含有量は負極活物質100質量部に対する量(質量部)である。 The compositions of the positive electrode mixture and the negative electrode mixture in each of the flat all-solid-state batteries of Examples and Comparative Examples are shown in Table 1, and the evaluation results of each of the above are shown in Table 2. Of the compositions of the positive electrode mixture in Table 1, the content of the "positive electrode active material" is the content (mass%) in 100% by mass of the positive electrode mixture, and the contents of the "solid electrolyte" and the "conductive aid" are. The amount (parts by mass) with respect to 100 parts by mass of the positive electrode active material, and the content of the "negative electrode active material" in the composition of the negative electrode mixture is the content (mass%) in 100% by mass of the negative electrode mixture, and is "solid". The contents of the "electrolyte" and the "conductive aid" are the amounts (parts by mass) with respect to 100 parts by mass of the negative electrode active material.

Figure 2021034326
Figure 2021034326

Figure 2021034326
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表1および表2に示す通り、適正な組成のリチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物(正極活物質)と硫化物系固体電解質とを用い、正極合剤における正極活物質の含有量を適正な値とした正極と、リチウムチタン酸化物(負極活物質)と硫化物系固体電解質とを用い、負極合剤における負極活物質の含有量を適正な値とした負極とを用いた実施例1〜5の扁平形全固体電池は、初期容量が大きく高容量で、また、出力特性評価時の容量維持率が大きく出力特性が優れていた。 As shown in Tables 1 and 2, using a lithium nickel cobalt manganese composite oxide (positive electrode active material) having an appropriate composition and a sulfide-based solid electrolyte, the content of the positive electrode active material in the positive electrode mixture is set to an appropriate value. Examples 1 to 5 using the positive electrode, the lithium titanium oxide (negative electrode active material), and the sulfide-based solid electrolyte, and the negative electrode having the content of the negative electrode active material in the negative electrode mixture set to an appropriate value. The flat all-solid-state battery had a large initial capacity and a high capacity, and also had a large capacity retention rate at the time of evaluating the output characteristics and had excellent output characteristics.

これに対し、正極合剤における正極活物質の含有量が多すぎる正極を用いた比較例1の電池、および負極合剤における負極活物質の含有量が多すぎる負極を用いた比較例2の電池は、出力特性評価時の容量維持率が小さく、出力特性が劣っていた。また、正極合剤における正極活物質の含有量が少なすぎる正極を用いた比較例3の電池、および負極合剤における負極活物質の含有量が少なすぎる負極を用いた比較例4の電池は、初期容量が小さかった。 On the other hand, the battery of Comparative Example 1 using a positive electrode having an excessively high content of the positive electrode active material in the positive electrode mixture, and the battery of Comparative Example 2 using a negative electrode having an excessively high content of the negative electrode active material in the negative electrode mixture. The capacity retention rate at the time of output characteristic evaluation was small, and the output characteristics were inferior. Further, the battery of Comparative Example 3 using a positive electrode in which the content of the positive electrode active material in the positive electrode mixture is too low, and the battery of Comparative Example 4 in which the negative electrode in which the content of the negative electrode active material in the negative electrode mixture is too low are used. The initial capacity was small.

1 全固体電池
10 正極
20 負極
30 固体電解質層
40 外装缶
50 封口缶
60 ガスケット
1 All-solid-state battery 10 Positive electrode 20 Negative electrode 30 Solid electrolyte layer 40 Exterior can 50 Sealed can 60 Gasket

Claims (5)

正極と、負極と、前記正極と前記負極との間に介在する固体電解質層とを有する全固体電池であって、
前記正極は、正極活物質、固体電解質および導電助剤を含有する正極合剤の成形体を有し、
前記正極合剤は、前記正極活物質として、下記一般組成式(1)
Li1+x (1)
〔前記一般組成式(1)中、−0.3≦x≦0.3であり、Mは、少なくともNi、CoおよびMnを含む3種以上の元素群であり、Mを構成する各元素中で、Ni、CoおよびMnの割合(mol%)を、それぞれa、bおよびcとしたときに、0.3≦a≦0.5、0.2≦b≦0.4、0.2≦c≦0.4である〕で表されるリチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物を含有し、かつ前記固体電解質として、硫化物系固体電解質を含有し、
前記正極合剤における前記正極活物質の含有量が60〜75質量%であり、
前記負極は、負極活物質、固体電解質および導電助剤を含有する負極合剤の成形体を有し、
前記負極合剤は、前記負極活物質としてリチウムチタン酸化物を含有し、かつ前記固体電解質として硫化物系固体電解質を含有し、
前記負極合剤における前記負極活物質の含有量が40〜60質量%であり、
前記固体電解質層は、硫化物系固体電解質を含有することを特徴とする全固体電池。
An all-solid-state battery having a positive electrode, a negative electrode, and a solid electrolyte layer interposed between the positive electrode and the negative electrode.
The positive electrode has a molded body of a positive electrode mixture containing a positive electrode active material, a solid electrolyte, and a conductive auxiliary agent.
The positive electrode mixture is used as the positive electrode active material in the following general composition formula (1).
Li 1 + x M 1 O 2 (1)
[In the general composition formula (1), −0.3 ≦ x ≦ 0.3, M 1 is a group of three or more elements containing at least Ni, Co, and Mn, and each of them constitutes M 1. When the ratios (mol%) of Ni, Co and Mn in the elements are a, b and c, respectively, 0.3 ≦ a ≦ 0.5, 0.2 ≦ b ≦ 0.4, 0. 2 ≦ c ≦ 0.4], and contains a sulfide-based solid electrolyte as the solid electrolyte.
The content of the positive electrode active material in the positive electrode mixture is 60 to 75% by mass.
The negative electrode has a molded body of a negative electrode mixture containing a negative electrode active material, a solid electrolyte, and a conductive auxiliary agent.
The negative electrode mixture contains lithium titanium oxide as the negative electrode active material and contains a sulfide-based solid electrolyte as the solid electrolyte.
The content of the negative electrode active material in the negative electrode mixture is 40 to 60% by mass.
The solid electrolyte layer is an all-solid-state battery characterized by containing a sulfide-based solid electrolyte.
前記正極合剤における前記正極活物質の含有量を100質量部としたとき、前記固体電解質の含有量が25〜65質量部であり、かつ前記導電助剤の含有量が2.5〜6.5質量部である請求項1に記載の全固体電池。 When the content of the positive electrode active material in the positive electrode mixture is 100 parts by mass, the content of the solid electrolyte is 25 to 65 parts by mass, and the content of the conductive auxiliary agent is 2.5 to 6. The all-solid-state battery according to claim 1, which is 5 parts by mass. 前記負極合剤における前記負極活物質の含有量を100質量部としたとき、前記固体電解質の含有量が50〜130質量部であり、かつ前記導電助剤の含有量が10〜30質量部である請求項1または2に記載の全固体電池。 When the content of the negative electrode active material in the negative electrode mixture is 100 parts by mass, the content of the solid electrolyte is 50 to 130 parts by mass, and the content of the conductive auxiliary agent is 10 to 30 parts by mass. The all-solid-state battery according to claim 1 or 2. 前記正極合剤、前記負極合剤および前記固体電解質層は、下記一般組成式(2)
Li7−p+qPS6−pClp+q (2)
〔前記一般組成式(2)中、0.05≦q≦0.9、−3.0p+1.8≦q≦−3.0p+5.7である〕
で表されるアルジロダイト型結晶構造を有する硫化物系固体電解質を含有する請求項1〜3のいずれかに記載の全固体電池。
The positive electrode mixture, the negative electrode mixture, and the solid electrolyte layer have the following general composition formula (2).
Li 7-p + q PS 6-p Cl p + q (2)
[In the general composition formula (2), 0.05 ≦ q ≦ 0.9, −3.0p + 1.8 ≦ q ≦ -3.0p + 5.7]
The all-solid-state battery according to any one of claims 1 to 3, which contains a sulfide-based solid electrolyte having an algyrodite type crystal structure represented by.
前記リチウムチタン酸化物として、下記一般組成式(3)
Li[Li1/3−a Ti5/3−b ]O (3)
〔前記一般組成式(3)中、Mは、Na、Mg、K、Ca、SrおよびBaよりなる群から選択される少なくとも1種の元素で、Mは、Al、V、Cr、Fe、Co、Ni、Zn、Ym、Zr、Nb、Mo、TaおよびWよりなる群から選択される少なくとも1種の元素であり、0≦a<1/3、0≦b<5/3である〕
で表されるものを含有する請求項1〜4のいずれかに記載の全固体電池。
As the lithium titanium oxide, the following general composition formula (3)
Li [Li 1 / 3-a M 2 a Ti 5 / 3-b M 3 b ] O 4 (3)
[In the general composition formula (3), M 2 is at least one element selected from the group consisting of Na, Mg, K, Ca, Sr and Ba, and M 3 is Al, V, Cr and Fe. , Co, Ni, Zn, Ym, Zr, Nb, Mo, Ta and W, at least one element selected from the group consisting of 0≤a <1/3, 0≤b <5/3. ]
The all-solid-state battery according to any one of claims 1 to 4, which contains the one represented by.
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