JP2021057142A - Positive electrode for all-solid-state battery and all-solid-state battery - Google Patents

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Abstract

To provide an all-solid-state battery having a high capacity and excellent output characteristics, and a positive electrode for an all-solid-state battery that can constitute the all-solid-state battery.SOLUTION: A positive electrode for an all-solid-state battery has a molded body of a positive electrode mixture containing positive electrode active material particles, solid electrolyte particles, and electrical conduction assistant particles. The electrical conduction assistant particles contain the following carbon A and carbon B, the content of the carbon A in the positive electrode mixture is 3 mass% or less, and the amount of the carbon B relative to 100 parts by mass of the carbon A is 40 to 60 parts by mass. Carbon A: a ratio ID/IG of a signal intensity ID of a D-band and a signal intensity IG of a G-band in a Raman spectrum is 1 or more, and an average particle diameter is 10 to 100 nm. Carbon B: the ratio ID/IG of the signal intensity ID of the D-band and the signal intensity IG of the G-band in the Raman spectrum is less than 1, and a length is 500 nm or more. Further, an all-solid-state battery has the positive electrode for an all-solid-state battery.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、および前記全固体電池を構成し得る全固体電池用正極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, and a positive electrode for an all-solid-state battery that can constitute the all-solid-state battery.

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安全性および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, as well as longer life and higher energy density. The safety and reliability of lithium-ion secondary batteries with higher capacity and higher energy density are 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安全性および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 safety and reliability of lithium ion secondary batteries are 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.

全固体電池などの電池においては、正極や負極に導電助剤を含有させることが一般的であるが、これを改良することで電池の特性を高める検討がなされている。例えば、特許文献1には、全固体電池の充放電サイクル時の容量維持率を高めるために、表面にカルボキシル基を有する炭素材料と、カップ積層型カーボンナノファイバーとを、正極や負極の導電助剤として併用することが提案されている。 In batteries such as all-solid-state batteries, it is common to include a conductive auxiliary agent in the positive electrode and the negative electrode, but studies have been made to improve the characteristics of the battery by improving this. For example, in Patent Document 1, in order to increase the capacity retention rate during a charge / discharge cycle of an all-solid-state battery, a carbon material having a carboxyl group on the surface and a cup-laminated carbon nanofiber are used to assist the conductivity of a positive electrode or a negative electrode. It has been proposed to be used in combination as an agent.

また、特許文献2では、導電性を有する酸化処理カーボンで別の導電性カーボンを被覆した導電性カーボン混合物を提案しており、この導電性カーボン混合物によって表面を被覆した電極活物質を有する電極を用いて二次電池などの蓄電デバイスを構成することで、そのサイクル寿命を長期化できるとしている。 Further, Patent Document 2 proposes a conductive carbon mixture in which another conductive carbon is coated with an oxidation-treated carbon having conductivity, and an electrode having an electrode active material whose surface is coated with this conductive carbon mixture is provided. By using it to configure a power storage device such as a secondary battery, the cycle life can be extended.

特開2018−206537号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2018-206537 特開2019−21420号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2019-21420

ところで、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。 By the way, at present, the fields of application of all-solid-state batteries are rapidly expanding, and for example, they can be applied to applications that require discharge at a large current value. It is required to increase.

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、および前記全固体電池を構成し得る全固体電池用正極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, and a positive electrode for an all-solid-state battery which can constitute the all-solid-state battery. is there.

本発明の全固体電池用正極は、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ており、前記導電助剤は、下記のカーボンAとカーボンBとを含み、前記正極合剤中におけるカーボンAの含有量が3質量%以下であり、かつカーボンAの量100質量部に対するカーボンBの量が40〜60質量部であることを特徴とするものである。 The positive electrode for an all-solid-state battery of the present invention has a molded body of a positive electrode mixture containing a positive electrode active material, a solid electrolyte, and a conductive auxiliary agent, and the conductive auxiliary agent contains the following carbon A and carbon B. It is characterized in that the content of carbon A in the positive electrode mixture is 3% by mass or less, and the amount of carbon B is 40 to 60 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the amount of carbon A. ..

カーボンA:ラマンスペクトルにおけるDバンドの信号強度IとGバンドの信号強度Iとの比I/Iが1以上で、平均粒子径が10〜100nm。 Carbon A: the ratio I D / I G of the signal intensity I G of the D-band signal intensity I D and G bands in the Raman spectrum is 1 or more, an average particle diameter of 10 to 100 nm.

カーボンB:ラマンスペクトルにおけるDバンドの信号強度IとGバンドの信号強度Iとの比I/Iが1未満で、長さが500nm以上の部分を有する。 Carbon B: the ratio I D / I G is less than 1 and the signal strength I G of signal intensity I D D to G band in Raman spectrum, has a more portions 500nm long.

また、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、前記負極として本発明の全固体電池用正極を有することを特徴とするものである。 Further, 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 has the positive electrode for the all-solid-state battery of the present invention as the negative electrode. It is a feature.

本発明によれば、高容量で出力特性に優れた全固体電池、および前記全固体電池を構成し得る全固体電池用正極を提供するができる。 According to the present invention, it is possible to provide an all-solid-state battery having a high capacity and excellent output characteristics, and a positive electrode for an all-solid-state battery that can constitute the all-solid-state battery.

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の他の例を模式的に表す平面図である。It is a top view schematically showing another example of the all-solid-state battery of this invention. 図2のI−I線断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line II of FIG.

<全固体電池用正極>
本発明の全固体電池用正極(以下、単に「正極」という場合がある)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ている。そして、前記導電助剤には、カーボンAとカーボンBとを特定の比率で使用する。
<Positive electrode for all-solid-state battery>
The positive electrode for an all-solid-state battery of the present invention (hereinafter, may be simply referred to as “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. Then, carbon A and carbon B are used in the conductive auxiliary agent in a specific ratio.

カーボンAは、ラマンスペクトルにおけるDバンドの信号強度IとGバンドの信号強度Iとの比I/Iが1以上で、平均粒子径が10〜100nmである。 Carbon A is the ratio I D / I G of the signal intensity I G of the D-band signal intensity I D and G bands in the Raman spectrum is 1 or more, an average particle diameter of 10 to 100 nm.

/Iが1以上のカーボンは親水性が高く、このようなカーボンを導電助剤として使用することで、正極合剤の成形体の成形性を高めることが可能となる。これにより、例えば正極合剤の成形体の密度を高めて、全固体電池の体積エネルギー密度などを向上させることができる。 Carbon having an ID / IG of 1 or more has high hydrophilicity, and by using such carbon as a conductive auxiliary agent, it is possible to improve the moldability of the molded product of the positive electrode mixture. Thereby, for example, the density of the molded body of the positive electrode mixture can be increased, and the volumetric energy density of the all-solid-state battery can be improved.

ところが、カーボンAはその高い親水性に起因して、正極活物質との親和性が良好であるため、このようなカーボンを全固体電池用正極の導電助剤に使用すると、正極活物質粒子の表面をカーボン粒子が覆ってしまい、正極活物質粒子同士が互いに接触し難くなったり、正極活物質粒子と固体電解質とが接触し難くなったりする。そのため、例えば正極(正極合剤の成形体)内で、固体電解質や他の正極活物質粒子と接触できずに独立して存在する正極活物質粒子の割合が増大することから、正極合剤の成形体内のイオン伝導性が低下して、正極活物質の利用率が低下する。 However, carbon A has a good affinity with the positive electrode active material due to its high hydrophilicity. Therefore, when such carbon is used as a conductive auxiliary agent for the positive electrode for an all-solid battery, the positive electrode active material particles can be used. The surface is covered with carbon particles, which makes it difficult for the positive electrode active material particles to come into contact with each other, or makes it difficult for the positive electrode active material particles and the solid electrolyte to come into contact with each other. Therefore, for example, in the positive electrode (molded body of the positive electrode mixture), the proportion of the positive electrode active material particles that do not come into contact with the solid electrolyte and other positive electrode active material particles and exist independently increases. The ionic conductivity in the molded body is reduced, and the utilization rate of the positive electrode active material is reduced.

よって、親水性が高いカーボンAを正極の導電助剤として使用するには、正極合剤の成形体内でのイオン伝導性を確保する観点から、正極合剤中のカーボンAの量をある程度制限する必要があり、これにより、正極合剤の成形体内での電子伝導性もある程度制限されてしまう。このように、親水性が高いカーボンAを正極の導電助剤とした場合、イオン伝導性と電子伝導性とをバランスよく確保することが難しく、正極での直流抵抗を低減し難く、出力特性が高い電池を形成することが困難である。 Therefore, in order to use carbon A having high hydrophilicity as a conductive auxiliary agent for the positive electrode, the amount of carbon A in the positive electrode mixture is limited to some extent from the viewpoint of ensuring ionic conductivity in the molded body of the positive electrode mixture. It is necessary, and this also limits the electron conductivity in the molded body of the positive electrode mixture to some extent. As described above, when carbon A having high hydrophilicity is used as a conductive auxiliary agent for the positive electrode, it is difficult to secure a good balance between ionic conductivity and electron conductivity, it is difficult to reduce the DC resistance at the positive electrode, and the output characteristics are poor. It is difficult to form expensive batteries.

そこで、本発明においては、カーボンAと共にカーボンBを使用することとした。カーボンBは、ラマンスペクトルにおけるDバンドの信号強度IとGバンドの信号強度Iとの比I/Iが1未満で、長さが500nm以上の部分を有している。 Therefore, in the present invention, it is decided to use carbon B together with carbon A. Carbon B is the ratio I D / I G is less than 1 and the signal strength I G of the D-band signal intensity I D and G bands in the Raman spectrum has a more portions 500nm long.

/Iが1未満のカーボンBは親水性が低いため、カーボンAのように正極活物質粒子の周囲に選択的に集まることはなく、正極合剤の成形体内で比較的高い均一性で分散させやすい。そして、平均粒子径が10〜100nmと比較的サイズの小さいカーボンAに比べて、カーボンBは長さが500nm以上の部分を有しており、サイズが比較的大きい。そのため、イオン伝導性を確保するためにカーボンAの量を制限することで、例えば固体電解質が周囲に付着し、他の正極活物質粒子やカーボンAと接触し難くなって電子伝導性を確保することが難しくなった正極活物質粒子であっても、カーボンBによって他の正極活物質粒子との間に導電パスを形成することが可能となる。 Since carbon B having an ID / IG of less than 1 has low hydrophilicity, it does not selectively collect around the positive electrode active material particles unlike carbon A, and has relatively high uniformity in the molded body of the positive electrode mixture. Easy to disperse. Compared to carbon A, which has an average particle size of 10 to 100 nm, which is relatively small in size, carbon B has a portion having a length of 500 nm or more, and is relatively large in size. Therefore, by limiting the amount of carbon A in order to secure ionic conductivity, for example, a solid electrolyte adheres to the surroundings, making it difficult to come into contact with other positive electrode active material particles or carbon A, and ensuring electron conductivity. Even for positive electrode active material particles, which have become difficult to achieve, carbon B makes it possible to form a conductive path with other positive electrode active material particles.

よって、カーボンAとカーボンBとを適正な比率で使用することで、正極合剤の成形体において、カーボンAの量を低減させて良好なイオン伝導性を確保しつつ、電子伝導性も高め得ることから、正極での直流抵抗を低減して正極活物質の利用率を高め、高容量であり、かつ出力特性に優れた全固体電池を構成することが可能となる。 Therefore, by using carbon A and carbon B in an appropriate ratio, the amount of carbon A can be reduced to ensure good ionic conductivity and electron conductivity can be increased in the molded body of the positive electrode mixture. Therefore, it is possible to reduce the DC resistance at the positive electrode, increase the utilization rate of the positive electrode active material, and construct an all-solid-state battery having a high capacity and excellent output characteristics.

本発明の正極は、正極活物質、固体電解質および前記導電助剤を含む正極合剤を成形してなる成形体(ペレットなど)や、前記正極合剤の層を集電体上に形成してなる構造のものなどが挙げられる。 The positive electrode of the present invention is formed by forming a molded body (pellet or the like) formed by molding a positive electrode mixture containing a positive electrode active material, a solid electrolyte, and the conductive auxiliary agent, or a layer of the positive electrode mixture on a current collector. The structure of the above is mentioned.

正極の導電助剤であるカーボンAの形状は、例えば粒子状である。このようなカーボンAには、例えば、親水性部分を10質量%以上の割合で含む導電性カーボン粒子を使用することができる。前記導電性カーボン粒子における親水性部分の割合は、12質量%以上であることがより好ましく、また、30質量%以下であることがより好ましい。 The shape of carbon A, which is a conductive auxiliary agent for the positive electrode, is, for example, a particle shape. For such carbon A, for example, conductive carbon particles containing a hydrophilic portion in a proportion of 10% by mass or more can be used. The proportion of the hydrophilic portion in the conductive carbon particles is more preferably 12% by mass or more, and more preferably 30% by mass or less.

本明細書でいう導電性カーボンにおける「親水性部分」は、以下の通りである。pH=11のアンモニア水溶液:20mLに導電性カーボン:0.1gを添加して1分間の超音波照射を行い、得られた液を5時間放置して固相部分を沈殿させる。このときに沈殿せずに液相部分(上澄み液)に分散している部分が、「親水性部分」に該当する。 The "hydrophilic portion" of the conductive carbon referred to in the present specification is as follows. Conductive carbon: 0.1 g is added to 20 mL of an aqueous ammonia solution having a pH of 11, and ultrasonic irradiation is performed for 1 minute. The obtained liquid is left to stand for 5 hours to precipitate a solid phase portion. At this time, the portion dispersed in the liquid phase portion (supernatant liquid) without precipitating corresponds to the “hydrophilic portion”.

また、本明細書でいう「親水性部分」の導電性カーボン全量中の割合は、以下の方法によって求められる値である。前記固相部分の沈殿後の前記液から上澄み液を除去し、残りの部分を乾燥させて、乾燥後の固体の重量を測定する。得られた重量を最初に添加した導電性カーボンの重量:0.1gから差し引いた値が、上澄み液中に分散している「親水性部分」の重量となる。そして、「親水性部分」の重量を最初に添加した導電性カーボンの重量:0.1gで除して百分率で表した値が、「親水性部分」の導電性カーボン全量中の割合に該当する。 Further, the ratio of the "hydrophilic portion" in the total amount of conductive carbon referred to in the present specification is a value obtained by the following method. The supernatant liquid is removed from the liquid after precipitation of the solid phase portion, the remaining portion is dried, and the weight of the dried solid is measured. The weight obtained by subtracting the weight obtained first from the weight of the conductive carbon added first: 0.1 g is the weight of the "hydrophilic portion" dispersed in the supernatant liquid. Then, the weight of the "hydrophilic portion" is divided by the weight of the conductive carbon first added: 0.1 g and expressed as a percentage, which corresponds to the ratio of the "hydrophilic portion" to the total amount of the conductive carbon. ..

リチウムイオン二次電池などの電池の電極において、導電助剤として一般に使用されている黒鉛やカーボンブラック、カーボンナノチューブなどの導電性カーボンは、親水性部分の割合が5質量%以下である。このような導電性カーボンの粒子に酸化処理を施すことにより、ヒドロキシ基やカルボキシ基、エーテル結合などが導入され、また、カーボンの共役二重結合が酸化されて単結合となり、部分的に炭素間結合が切断されることで、親水性部分が生成するため、親水性部分の割合が前記の値を満たす導電性カーボン粒子を得ることができる。 In the electrodes of batteries such as lithium ion secondary batteries, conductive carbon such as graphite, carbon black, and carbon nanotubes, which are generally used as conductive aids, has a hydrophilic portion of 5% by mass or less. By subjecting such conductive carbon particles to oxidation treatment, hydroxy groups, carboxy groups, ether bonds, etc. are introduced, and the conjugated double bonds of carbon are oxidized to form single bonds, which are partially intercarbon. Since the hydrophilic portion is formed by breaking the bond, it is possible to obtain conductive carbon particles in which the proportion of the hydrophilic portion satisfies the above value.

親水性部分の割合が前記の値を満たす導電性カーボンの粒子のより具体的な製造方法としては、例えば、空隙を有するカーボン原料(多孔質炭素粉末、ケッチェンブラック、空隙を有するファーネスブラック、カーボンナノファイバー、カーボンナノチューブなど)を使用し、これを酸(硝酸、硝酸硫酸混合物、次亜塩素酸水溶液など)で処理した後、遷移金属化合物(遷移金属のハロゲン化物、遷移金属の無機塩、遷移金属の有機塩など)と混合し、この混合物をメカノケミカル反応させ、反応後の生成物を非酸化雰囲気下(窒素雰囲気下、アルゴン雰囲気下など)で加熱し、加熱後の生成物から遷移金属化合物や遷移金属化合物の反応生成物を酸で溶解させるなどして除去し、洗浄および乾燥する方法が挙げられる。 As a more specific method for producing conductive carbon particles in which the proportion of the hydrophilic portion satisfies the above value, for example, a carbon raw material having voids (porous carbon powder, Ketjen black, furnace black having voids, carbon) Nanofibers, carbon nanotubes, etc.) are used, which are treated with acids (nitric acid, nitrate-sulfuric acid mixture, hypochlorous acid aqueous solution, etc.), and then transition metal compounds (transition metal halides, transition metal inorganic salts, transitions, etc.). It is mixed with an organic salt of a metal, etc.), and this mixture is mechanochemically reacted. The product after the reaction is heated in a non-oxidizing atmosphere (nitrogen atmosphere, argon atmosphere, etc.), and the transition metal is transferred from the heated product. Examples thereof include a method of removing the reaction product of the compound or the transition metal compound by dissolving it with an acid, and then washing and drying it.

また、前記の空隙を有するカーボン原料を前記の遷移金属化合物と混合し、これを酸化雰囲気下(空気下などの酸素含有雰囲気下)で加熱し、加熱後の生成物から遷移金属化合物や遷移金属化合物の反応生成物を酸で溶解させるなどして除去し、洗浄および乾燥する方法によっても、親水性部分の割合が前記の値を満たす導電性カーボン粒子を得ることができる。 Further, the carbon raw material having the voids is mixed with the transition metal compound, and this is heated in an oxidizing atmosphere (under an oxygen-containing atmosphere such as under air), and the transition metal compound or transition metal is obtained from the heated product. Conductive carbon particles in which the proportion of the hydrophilic portion satisfies the above-mentioned value can also be obtained by a method of removing the reaction product of the compound by dissolving it with an acid or the like, washing and drying.

なお、親水性部分の割合が前記の値を満たす導電性カーボン粒子の製造方法および条件の詳細は、国際公開第2015/133586号に開示されており、その記載に従って製造すればよい。 Details of the method and conditions for producing conductive carbon particles in which the proportion of the hydrophilic portion satisfies the above values are disclosed in International Publication No. 2015/133586, and the particles may be produced in accordance with the description thereof.

カーボンAの平均粒子径は、正極合剤の成形性をより高める観点から、一次粒子の平均粒子径が、10nm以上であることが好ましく、20nm以上であることがより好ましく、一方、「親水性部分」の割合を高めやすいことから、一次粒子の平均粒子径が、100nm以下であることが好ましく、35nm以下であることがより好ましい。 The average particle size of the carbon A is preferably 10 nm or more, more preferably 20 nm or more, while "hydrophilic", from the viewpoint of further improving the moldability of the positive electrode mixture. The average particle size of the primary particles is preferably 100 nm or less, and more preferably 35 nm or less, because it is easy to increase the proportion of “parts”.

本明細書でいうカーボンAの平均粒子径は、正極合剤の成形体の断面を、走査型電子顕微鏡(SEM)を用いて、30000倍の倍率で観察した画像において、輪郭が確認できるカーボンA粒子を50個選択し、選択した各粒子について長軸側粒径を測定して得られた平均値を意味している。 The average particle size of carbon A referred to in the present specification is a carbon A whose outline can be confirmed in an image obtained by observing a cross section of a molded body of a positive electrode mixture at a magnification of 30,000 times using a scanning electron microscope (SEM). It means an average value obtained by selecting 50 particles and measuring the particle size on the major axis side for each selected particle.

正極合剤におけるカーボンAの含有量は、カーボンAによって被覆される正極活物質粒子の表面の面積割合を制限して、正極合剤の成形体内でのイオン伝導性を高める観点から、3質量%以下であり、2.5質量%以下であることが好ましい。また、正極合剤の成形体内での電子伝導性をより良好にする観点から、正極合剤におけるカーボンAの含有量は、0.5質量%以上であることが好ましく、1質量%以上であることがより好ましい。 The content of carbon A in the positive electrode mixture is 3% by mass from the viewpoint of limiting the area ratio of the surface of the positive electrode active material particles coated with carbon A and enhancing the ionic conductivity in the molded body of the positive electrode mixture. It is less than or equal to 2.5% by mass or less. Further, from the viewpoint of improving the electron conductivity in the molded body of the positive electrode mixture, the content of carbon A in the positive electrode mixture is preferably 0.5% by mass or more, preferably 1% by mass or more. Is more preferable.

また、正極の導電助剤であるカーボンBは、I/Iが1未満で、少なくとも一部に長さが500μm以上の部分を有していればよい。カーボンBの形状については特に制限はなく、シート状、鱗片状、針状、繊維状などの形状が挙げられる。 Further, the carbon B, which is the conductive auxiliary agent for the positive electrode, may have an ID / IG of less than 1 and at least a part having a length of 500 μm or more. The shape of the carbon B is not particularly limited, and examples thereof include a sheet shape, a scale shape, a needle shape, and a fibrous shape.

カーボンBの具体例としては、リチウムイオン二次電池などの電池の正極において、導電助剤として使用されている黒鉛(天然黒鉛、人造黒鉛)、グラフェン、カーボンナノファイバー、カーボンナノチューブなどが挙げられる。なお、カーボンBは凝集体を形成していないことが好ましい。 Specific examples of carbon B include graphite (natural graphite, artificial graphite), graphene, carbon nanofibers, carbon nanotubes and the like used as a conductive auxiliary agent in the positive electrode of a battery such as a lithium ion secondary battery. It is preferable that carbon B does not form an agglomerate.

本明細書でいう「カーボンBが、長さが500μm以上の部分を有している」ことは、 正極合剤を乳鉢で粉砕して得た粉末を、走査型電子顕微鏡(SEM)を用いて、3000倍の倍率で観察した画像において、輪郭が確認できるカーボンB粒子を50個選択し、選択した各粒子について長軸側粒径を測定し、最小値から6番目の値によって把握する。カーボンB粒子における前記の「長軸側粒径」とは、例えばカーボンB粒子が繊維状(棒状を含む)のような形態を有している場合は、その繊維長にあたる部分の長さを意味し、カーボンB粒子が平板状の場合は、この平板のうちの最も長い部分の長さを意味している。 The fact that "carbon B has a portion having a length of 500 μm or more" as used herein means that the powder obtained by crushing the positive electrode mixture in a dairy pot is obtained by using a scanning electron microscope (SEM). In the image observed at a magnification of 3000 times, 50 carbon B particles whose contours can be confirmed are selected, the particle size on the long axis side is measured for each selected particle, and the particle size is grasped by the sixth value from the minimum value. The "major axis side particle size" of the carbon B particles means, for example, the length of the portion corresponding to the fiber length when the carbon B particles have a fibrous (including rod-shaped) morphology. However, when the carbon B particles are flat, it means the length of the longest part of the flat plate.

正極合剤においては、カーボンAの量を100質量部としたとき、カーボンBの量が、40質量%以上であり、42質量%以上であることが好ましく、60質量%以下であり、58質量%以下であることが好ましい。正極合剤におけるカーボンAとカーボンBとの比率が前記の値を満たすことで、全固体電池を高容量としつつ、その出力特性を高めることが可能な正極を構成できる。 In the positive electrode mixture, when the amount of carbon A is 100 parts by mass, the amount of carbon B is preferably 40% by mass or more, preferably 42% by mass or more, and 60% by mass or less, 58% by mass. % Or less is preferable. When the ratio of carbon A and carbon B in the positive electrode mixture satisfies the above values, it is possible to form a positive electrode capable of enhancing the output characteristics of the all-solid-state battery while increasing its capacity.

なお、正極合剤におけるカーボンBの含有量は、正極合剤におけるカーボンAとカーボンBとの比率が前記の値を満たし、かつ正極合剤におけるカーボンAの含有量が前記の値を満たす範囲内で設定すればよい。 The carbon B content in the positive electrode mixture is within the range in which the ratio of carbon A to carbon B in the positive electrode mixture satisfies the above value and the carbon A content in the positive electrode mixture satisfies the above value. You can set it with.

正極合剤は、導電助剤としてカーボンAおよびカーボンBのみを含有していてもよく、カーボンAおよびカーボンBとともに他の導電助剤を含有していてもよい。カーボンAおよびカーボンBと共に使用し得る他の導電助剤としては、例えば、I/Iが1未満で、長さが500nm以上の部分を有していないカーボンブラックなどが挙げられる。ただし、正極合剤における全導電助剤量のうちの、カーボンAおよびカーボンB以外の導電助剤の含有量は、1質量%以下であることが好ましい。 The positive electrode mixture may contain only carbon A and carbon B as the conductive auxiliary agent, or may contain other conductive auxiliary agent together with carbon A and carbon B. Other conductive aids that can be used with carbon A and carbon B include, for example, carbon black with an ID / IG of less than 1 and no portion of length of 500 nm or more. However, the content of the conductive auxiliary agent other than carbon A and carbon B in the total amount of the conductive auxiliary agent in the positive electrode mixture is preferably 1% by mass or less.

正極の正極活物質は、従来から知られているリチウムイオン二次電池に用いられている正極活物質、すなわち、Liイオンを吸蔵・放出可能な活物質であれば特に制限はない。正極活物質の具体例としては、LiMMn2−x(ただし、Mは、Li、B、Mg、Ca、Sr、Ba、Ti、V、Cr、Fe、Co、Ni、Cu、Al、Sn、Sb、In、Nb、Mo、W、Y、RuおよびRh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、0.01≦x≦0.5)で表されるスピネル型リチウムマンガン複合酸化物、LiMn(1−y−x)Ni(2−k)(ただし、Mは、Co、Mg、Al、B、Ti、V、Cr、Fe、Cu、Zn、Zr、Mo、Sn、Ca、Sr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、0.8≦x≦1.2、0<y<0.5、0≦z≦0.5、k+l<1、−0.1≦k≦0.2、0≦l≦0.1)で表される層状化合物、LiCo1−x(ただし、Mは、Al、Mg、Ti、Zr、Fe、Ni、Cu、Zn、Ga、Ge、Nb、Mo、Sn、SbおよびBaよりなる群から選択される少なくとも1種の元素であり、0≦x≦0.5)で表されるリチウムコバルト複合酸化物、LiNi1−x(ただし、Mは、Al、Mg、Ti、Zr、Fe、Co、Cu、Zn、Ga、Ge、Nb、Mo、Sn、SbおよびBaよりなる群から選択される少なくとも1種の元素であり、0≦x≦0.5)で表されるリチウムニッケル複合酸化物、LiM1−xPO(ただし、Mは、Fe、MnおよびCoよりなる群から選択される少なくとも1種の元素で、Nは、Al、Mg、Ti、Zr、Ni、Cu、Zn、Ga、Ge、Nb、Mo、Sn、SbおよびBaよりなる群から選択される少なくとも1種の元素であり、0≦x≦0.5)で表されるオリビン型複合酸化物、LiTi12で表されるリチウムチタン複合酸化物などが挙げられ、これらのうちの1種のみを用いてもよく、2種以上を併用してもよい。 The positive electrode active material of the positive electrode is not particularly limited as long as it is a positive electrode active material used in a conventionally known lithium ion secondary battery, that is, an active material capable of storing and releasing Li ions. Specific examples of the positive electrode active material include LiM x Mn 2-x O 4 (where M is Li, B, Mg, Ca, Sr, Ba, Ti, V, Cr, Fe, Co, Ni, Cu, Al. , Sn, Sb, In, Nb, Mo, W, Y, Ru and Rh, which is at least one element selected from the group consisting of, and is represented by 0.01 ≦ x ≦ 0.5). manganese complex oxide, Li x Mn (1-y -x) Ni y M z O (2-k) F l ( although, M is, Co, Mg, Al, B , Ti, V, Cr, Fe, Cu , Zn, Zr, Mo, Sn, Ca, Sr and W, at least one element selected from the group consisting of 0.8 ≦ x ≦ 1.2, 0 <y <0.5, 0 ≦ z. A layered compound represented by ≦ 0.5, k + l <1, −0.1 ≦ k ≦ 0.2, 0 ≦ l ≦ 0.1), LiCo 1-x M x O 2 (where M is Al. , Mg, Ti, Zr, Fe, Ni, Cu, Zn, Ga, Ge, Nb, Mo, Sn, Sb and Ba, which is at least one element selected from the group consisting of 0 ≦ x ≦ 0.5. ), LiNi 1-x M x O 2 (where M is Al, Mg, Ti, Zr, Fe, Co, Cu, Zn, Ga, Ge, Nb, Mo, Sn. , Sb and Ba, at least one element selected from the group consisting of LiM 1-x N x PO 4 (where M is), a lithium nickel composite oxide represented by 0 ≦ x ≦ 0.5). , Fe, Mn and Co, at least one element selected from the group, N is Al, Mg, Ti, Zr, Ni, Cu, Zn, Ga, Ge, Nb, Mo, Sn, Sb and Ba. At least one element selected from the group consisting of, such as an olivine type composite oxide represented by 0 ≦ x ≦ 0.5) and a lithium titanium composite oxide represented by Li 4 Ti 5 O 12. Only one of these may be used, or two or more thereof may be used in combination.

正極合剤における正極活物質の含有量は、高容量の全固体電池を構成可能とする観点から、70質量%以上であり、75質量%以上であることが好ましい。ただし、正極合剤中の正極活物質の量が多すぎると、固体電解質の量や導電助剤の量が少なくなりすぎて、正極合剤の成形体内でのイオン伝導性と電子伝導性とをバランスよく確保する効果が小さくなる虞があることから、正極合剤における正極活物質の含有量は90質量%以下であることが好ましい。 The content of the positive electrode active material in the positive electrode mixture is 70% by mass or more, preferably 75% by mass or more, from the viewpoint of enabling the construction of a high-capacity all-solid-state battery. However, if the amount of the positive electrode active material in the positive electrode mixture is too large, the amount of the solid electrolyte and the amount of the conductive auxiliary agent become too small, and the ionic conductivity and the electron conductivity in the molded body of the positive electrode mixture become too small. The content of the positive electrode active material in the positive electrode mixture is preferably 90% by mass or less because the effect of ensuring a well-balanced condition may be reduced.

正極の固体電解質としては、リチウムイオン伝導性を有していれば特に限定されず、例えば、硫化物系固体電解質、水素化物系固体電解質、酸化物系固体電解質などが使用できる。 The solid electrolyte of the positive electrode is not particularly limited as long as it has lithium ion conductivity, and for example, a sulfide-based solid electrolyte, a hydride-based solid electrolyte, an oxide-based solid electrolyte, and the like can be used.

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LiPSCl(アルジロダイト系)も使用することができる。これらの中でも、特にリチウムイオン伝導性が高く、化学的に安定性の高いアルジロダイト系材料が好ましく用いられる。 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) and Li 6 PS 5 Cl (algirodite system), which have been attracting attention in recent years as having high lithium ion conductivity, can also be used. Among these, an algyrodite-based material having particularly high lithium ion conductivity and high chemical stability is preferably used.

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 .

固体電解質は、先に例示したもののうちの1種または2種以上を使用することができる、前記例示の固体電解質の中でも、リチウムイオン伝導性が高く、また、正極合剤の成形性を高める機能を有していることから、硫化物系固体電解質を用いることがより好ましい。 As the solid electrolyte, one or more of the above-exemplified ones can be used. Among the above-exemplified solid electrolytes, the lithium ion conductivity is high, and the function of enhancing the moldability of the positive electrode mixture is enhanced. Therefore, it is more preferable to use a sulfide-based solid electrolyte.

正極合剤には、バインダを含有させてもよく、含有させなくてもよい。正極合剤にバインダを含有させる場合には、そ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使用できる。バインダを使用する場合、正極合剤中のバインダの含有量は、0〜1質量%であることが好ましい。更に好ましくは0〜0.5質量%である。充放電に係る材料の割合を多くでき、かつリチウムイオン電導性を高く保つ観点から、バインダを含まないことが最も好ましい。 The positive electrode mixture may or may not contain a binder. When the positive electrode mixture contains a binder, a fluororesin such as polyvinylidene fluoride (PVDF) can be used as the binder. When a binder is used, the content of the binder in the positive electrode mixture is preferably 0 to 1% by mass. More preferably, it is 0 to 0.5% by mass. It is most preferable not to contain a binder from the viewpoint that the ratio of the material to be charged and discharged can be increased and the lithium ion conductivity is kept high.

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.

正極においては、正極合剤に含まれる全正極活物質の表面積の合計をS(cm)とし、正極合剤におけるカーボンAの含有量をZ(g)としたとき、Z/S<1の関係を満たしていることが好ましい。この場合には、正極活物質粒子の表面のうちの、カーボンAで被覆されていない部分の割合をある程度大きくできるため、カーボンBによる作用と相俟って、正極合剤の成形体内でのイオン伝導性と電子伝導性とのバランスが、より良好となる。 In the positive electrode, when the total surface area of all positive electrode active materials contained in the positive electrode mixture is S (cm 2 ) and the carbon A content in the positive electrode mixture is Z (g), Z / S <1. It is preferable that the relationship is satisfied. In this case, since the proportion of the portion of the surface of the positive electrode active material particles that is not coated with carbon A can be increased to some extent, the ions in the molded body of the positive electrode mixture are combined with the action of carbon B. The balance between conductivity and electron conductivity becomes better.

なお、「Z/S<1」におけるSおよびZは、以下の方法によって求められる値である。 In addition, S and Z in "Z / S <1" are values obtained by the following methods.

正極を構成している正極合剤の成形体を取り出し、イオン交換水中に入れた後、ここにイオン交換水と同量のトルエンを加えて超音波処理を施す。この処理を施した液は、親水性のカーボンAを含む水相と、疎水性のカーボンBを含むトルエン相とに分離する。この液から水相とトルエン相とを分液する。これによって得られた水相について、50,000Gの遠心加速度で遠心分離を行い、上澄みをイオン交換水で置換する操作を3回繰り返した後に、残った試料を乾燥させて固形分を回収し、その質量Y(mg)を測定する。次に、質量Yを測定した固形分について、空気雰囲気下で熱重量(TG)分析を行い、120℃から700℃にかけての質量の変化量を求め、これを正極合剤中のカーボンAの質量Z(mg)とする。 A molded body of the positive electrode mixture constituting the positive electrode is taken out and placed in ion-exchanged water, and then the same amount of toluene as the ion-exchanged water is added thereto to perform sonication. The liquid subjected to this treatment is separated into an aqueous phase containing hydrophilic carbon A and a toluene phase containing hydrophobic carbon B. The aqueous phase and the toluene phase are separated from this liquid. The aqueous phase thus obtained was centrifuged at a centrifugal acceleration of 50,000 G, and the operation of replacing the supernatant with ion-exchanged water was repeated three times, and then the remaining sample was dried to recover the solid content. Its mass Y (mg) is measured. Next, the solid content whose mass Y was measured was subjected to thermogravimetric (TG) analysis in an air atmosphere to determine the amount of change in mass from 120 ° C. to 700 ° C., which was calculated as the mass of carbon A in the positive electrode mixture. Let it be Z (mg).

さらに、YからZを引いて正極合剤中の正極活物質の質量P(mg)を算出する。 Further, Z is subtracted from Y to calculate the mass P (mg) of the positive electrode active material in the positive electrode mixture.

また、正極合剤の成形体から得た試験片について、誘導結合プラズマ発光分光分析(ICP−AES)装置を用いて、正極活物質の成分組成を求めるとともに、X線回折(XRD)装置を用いて、正極活物質の格子定数を求め、これらから正極活物質の密度dXRD(g/cm)を算出する。 Further, for the test piece obtained from the molded body of the positive electrode mixture, the component composition of the positive electrode active material was determined by using an inductively coupled plasma atomic emission spectroscopic analysis (ICP-AES) apparatus, and an X-ray diffraction (XRD) apparatus was used. The lattice constant of the positive electrode active material is obtained, and the density d XRD (g / cm 3 ) of the positive electrode active material is calculated from these.

さらに、正極合剤の成形体の断面を、走査型電子顕微鏡(SEM)を用いて、2000倍の倍率で観察した画像において、輪郭が確認できる正極活物質粒子を50個選択し、選択した各粒子について長軸側粒径を測定し、全粒子の平均値を算出することで正極活物質粒子の平均粒子径DSEM(μm)を求める。 Further, 50 positive electrode active material particles whose contours can be confirmed in an image obtained by observing a cross section of a molded body of a positive electrode mixture at a magnification of 2000 times using a scanning electron microscope (SEM) are selected and selected. The average particle size of the positive electrode active material particles D SEM (μm) is obtained by measuring the particle size on the major axis side of the particles and calculating the average value of all the particles.

そして、得られた正極活物質の質量P、正極活物質の密度dXRDおよび平均粒子径DSEMから、次の式によって正極合剤に含まれる全正極活物質の表面積の合計S(cm)を算出する。
S = 0.6 × P ÷ (dXRD×DSEM
Then, from the mass P of the obtained positive electrode active material, the density d XRD of the positive electrode active material, and the average particle size D SEM , the total surface area of the total positive electrode active material contained in the positive electrode mixture is S (cm 2 ) by the following formula. Is calculated.
S = 0.6 x P ÷ (d XRD x D SEM )

正極合剤に使用する正極活物質の粒子径および量(正極合剤における正極活物質の含有量)、並びに正極合剤におけるカーボンAの含有量を調節することで、Z/Sの値が前記の関係を満たすように調整することができる。 By adjusting the particle size and amount of the positive electrode active material used in the positive electrode mixture (content of the positive electrode active material in the positive electrode mixture) and the content of carbon A in the positive electrode mixture, the Z / S value can be adjusted as described above. Can be adjusted to satisfy the relationship.

正極は、正極活物質、固体電解質および導電助剤などを、例えば溶媒を使用せずに混合して正極合剤を調製し、これをペレット状などに成形することで製造できる。また、前記のようにして得られた正極合剤の成形体を集電体と貼り合わせて正極としてもよい。 The positive electrode can be manufactured by mixing a positive electrode active material, a solid electrolyte, a conductive additive, and the like without using a solvent, for example, to prepare a positive electrode mixture, and molding the positive electrode mixture into pellets or the like. Further, the molded body of the positive electrode mixture obtained as described above may be bonded to the current collector to form a positive electrode.

また、前記の正極合剤と溶媒とを混合して正極合剤含有組成物を調製し、これを集電体や正極と対向させる固体電解質層といった基材上に塗布し、乾燥した後にプレス処理を行うことで、正極合剤の成形体を形成してもよい。 Further, the positive electrode mixture and the solvent are mixed to prepare a positive electrode mixture-containing composition, which is applied onto a substrate such as a current collector or a solid electrolyte layer facing the positive electrode, dried, and then pressed. By performing the above, a molded body of the positive electrode mixture may be formed.

正極合剤含有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 positive electrode mixture-containing composition, 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.

正極合剤の成形体(正極が集電体を有しない場合、および集電体を有する場合の両者を含む)の厚みは、50〜2000μmであることが好ましい。 The thickness of the molded body of the positive electrode mixture (including both the case where the positive electrode does not have a current collector and the case where the positive electrode has a current collector) is preferably 50 to 2000 μm.

<全固体電池>
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、正極が本発明の全固体電池用正極である。
<All-solid-state battery>
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 is the positive electrode for the all-solid-state battery of the present invention.

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に示す全固体電池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。 FIG. 1 shows a cross-sectional view schematically showing an example of the all-solid-state battery of the present invention. The all-solid-state battery 1 shown in FIG. 1 has a positive electrode 10, a negative electrode 20, and a positive electrode 10 and a negative electrode 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 20 and 20 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.

また、図2および図3に、本発明の全固体電池の他の例を模式的に表す図面を示す。図2は全固体電池の平面図であり、図3は図2のI−I線断面図である。 In addition, FIGS. 2 and 3 show drawings schematically showing other examples of the all-solid-state battery of the present invention. FIG. 2 is a plan view of the all-solid-state battery, and FIG. 3 is a sectional view taken along line II of FIG.

図2および図3に示す全固体電池100は、2枚の金属ラミネートフィルムで構成したラミネートフィルム外装体500内に、本発明の正極、固体電解質層および負極からなる電極体200を収容しており、ラミネートフィルム外装体500は、その外周部において、上下の金属ラミネートフィルムを熱融着することにより封止されている。なお、図3では、図面が煩雑になることを避けるために、ラミネートフィルム外装体500を構成している各層や、電極体を構成している正極、負極およびセパレータを区別して示していない。 In the all-solid-state battery 100 shown in FIGS. 2 and 3, the electrode body 200 composed of the positive electrode, the solid electrolyte layer, and the negative electrode of the present invention is housed in the laminate film exterior body 500 composed of two metal laminate films. The laminated film exterior body 500 is sealed at the outer peripheral portion thereof by heat-sealing the upper and lower metal laminated films. In addition, in FIG. 3, in order to avoid complicating the drawings, each layer constituting the laminated film exterior body 500, and the positive electrode, the negative electrode, and the separator constituting the electrode body are not shown separately.

電極体200の有する正極は、電池100内で正極外部端子300と接続しており、また、図示していないが、電極体200の有する負極も、電池100内で負極外部端子400と接続している。そして、正極外部端子300および負極外部端子400は、外部の機器などと接続可能なように、片端側をラミネートフィルム外装体500の外側に引き出されている。 The positive electrode of the electrode body 200 is connected to the positive electrode external terminal 300 in the battery 100, and although not shown, the negative electrode of the electrode body 200 is also connected to the negative electrode external terminal 400 in the battery 100. There is. Then, one end side of the positive electrode external terminal 300 and the negative electrode external terminal 400 is pulled out to the outside of the laminated film exterior body 500 so that it can be connected to an external device or the like.

(負極)
全固体電池の負極としては、従来から知られているリチウムイオン二次電池に用いられている負極活物質、すなわち、Liイオンを吸蔵・放出可能な活物質を含有する負極が使用される。
(Negative electrode)
As the negative electrode of the all-solid-state battery, a negative electrode active material used in a conventionally known lithium ion secondary battery, that is, a negative electrode containing an active material capable of occluding and releasing Li ions is used.

負極活物質としては、例えば、黒鉛、熱分解炭素類、コークス類、ガラス状炭素類、有機高分子化合物の焼成体、メソカーボンマイクロビーズ(MCMB)、炭素繊維などのリチウムを吸蔵・放出可能な炭素系材料の1種または2種以上の混合物が用いられる。また、Si、Sn、Ge、Bi、Sb、Inなどの元素を含む単体、化合物およびその合金;リチウム含有窒化物またはリチウム含有酸化物などのリチウム金属に近い低電圧で充放電できる化合物;リチウム金属;リチウム/アルミニウム合金;;チタン酸リチウム;も、負極活物質として用いることができる。 As the negative electrode active material, for example, graphite, pyrolytic carbons, cokes, glassy carbons, calcined organic polymer compounds, mesocarbon microbeads (MCMB), carbon fibers and other lithium can be stored and released. One or a mixture of two or more carbon-based materials is used. In addition, simple compounds containing elements such as Si, Sn, Ge, Bi, Sb, and In, compounds and their alloys; compounds capable of charging and discharging at low voltages close to lithium metals such as lithium-containing nitrides or lithium-containing oxides; lithium metals. Lithium / aluminum alloy ;; lithium titanate; can also be used as the negative electrode active material.

負極には、負極活物質に、固体電解質や、ブチルゴム、クロロピレンゴム、アクリル樹脂およびフッ素樹脂などのバインダ、さらには必要に応じて導電助剤(カーボンブラックなどの炭素材料など)適宜添加した負極合剤を、加圧成形などにより圧縮してペレット状などの成形体(負極合剤成形体)としたものや、集電体を芯材として成形体(負極合剤層)に仕上げたもの、または前記の各種合金やリチウム金属の箔を単独、もしくは集電体上に活物質層として積層したものなどを用いることができる。 For the negative electrode, a solid electrolyte, a binder such as butyl rubber, chloropyrene rubber, acrylic resin and fluororesin, and a conductive auxiliary agent (carbon material such as carbon black, etc.) are appropriately added to the negative electrode active material. The mixture is compressed by pressure molding to form a pellet-shaped molded body (negative electrode mixture molded body), or the current collector is used as a core material to form a molded body (negative electrode mixture layer). Alternatively, the above-mentioned various alloys or lithium metal foils can be used alone or laminated on a current collector as an active material layer.

負極に固体電解質を含有させる場合、その固体電解質には、正極合剤に含有させ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。電池特性をより優れたものとするためには、硫化物系固体電解質を含有させることが望ましい。 When the negative electrode contains a solid electrolyte, one or more of the same solid electrolytes as those exemplified above can be used as the solid electrolyte that can be contained in the positive electrode mixture. In order to improve the battery characteristics, it is desirable to contain a sulfide-based solid electrolyte.

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.

負極活物質および固体電解質などを含有する負極合剤層を有する負極は、例えば、負極活物質および固体電解質、さらには、必要に応じて使用するバインダや導電助剤などを溶媒に分散させて調製した負極合剤含有組成物(ペースト、スラリーなど)を、集電体などの基材上に塗布して乾燥し、必要に応じてプレス処理を施す工程を経て製造することができる。この場合の負極合剤含有組成物においては、バインダは溶媒に溶解していてもよい。 A negative electrode having a negative electrode mixture layer containing a negative electrode active material and a solid electrolyte is prepared by dispersing, for example, a negative electrode active material and a solid electrolyte, and a binder or a conductive auxiliary agent to be used as necessary in a solvent. The prepared negative electrode mixture-containing composition (paste, slurry, etc.) can be applied to a substrate such as a current collector, dried, and pressed if necessary. In the negative electrode mixture-containing composition in this case, the binder may be dissolved in a solvent.

負極合剤含有組成物に使用する溶媒も、正極合剤含有組成物に使用する溶媒と同様に、固体電解質を劣化させ難いものを選択することが望ましく、正極合剤含有組成物の溶媒として先に例示した各種溶媒を使用することが好ましく、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特に好ましい。 As with the solvent used for the positive electrode mixture-containing composition, it is desirable to select a solvent that does not easily deteriorate the solid electrolyte as the solvent used for the negative electrode mixture-containing composition. It is preferable to use various solvents exemplified in the above, and it is particularly preferable to use a super-dehydrated solvent having a water content of 0.001% by mass (10 ppm) or less.

負極活物質および固体電解質を含有する負極合剤の成形体や、集電体の表面に負極合剤の成形体からなる層(負極合剤層)を有する負極の場合、負極合剤の組成としては、例えば、負極活物質の含有量が50〜80質量%であることが好ましく、固体電解質の含有量が20〜50質量%であることが好ましい。また、負極合剤にバインダを含有させる場合には、その含有量は0.1〜10質量%であることが好ましい。さらに、負極合剤に導電助剤を含有させる場合には、その含有量は0.1〜10質量%であることが好ましい。 In the case of a negative electrode mixture molded body containing a negative electrode active material and a solid electrolyte, or a negative electrode having a layer (negative electrode mixture layer) composed of a negative electrode mixture molded body on the surface of the current collector, the composition of the negative electrode mixture For example, the content of the negative electrode active material is preferably 50 to 80% by mass, and the content of the solid electrolyte is preferably 20 to 50% by mass. When the negative electrode mixture contains a binder, the content thereof is preferably 0.1 to 10% by mass. Further, when the negative electrode mixture contains a conductive auxiliary agent, the content thereof is preferably 0.1 to 10% by mass.

負極合剤の成形体(負極が集電体を有しない場合、および集電体を有する場合の両者を含む)の厚みは、50〜2000μmであることが好ましい。 The thickness of the molded body of the negative electrode mixture (including both the case where the negative electrode does not have a current collector and the case where the negative electrode has a current collector) is preferably 50 to 2000 μm.

(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は、正極の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。ただし、電池特性をより優れたものとするためには、硫化物系固体電解質を含有させることが望ましく、正極、負極および固体電解質層の全てに硫化物系固体電解質を含有させることがより望ましい。
(Solid electrolyte layer)
As the solid electrolyte in the solid electrolyte layer of the all-solid-state battery, one or more of the same ones as those exemplified above can be used as the solid electrolyte of the positive electrode. However, in order to improve the battery characteristics, it is desirable to contain a sulfide-based solid electrolyte, and it is more desirable to contain the sulfide-based solid electrolyte in all of the positive electrode, the negative electrode, and the solid electrolyte layer.

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 the 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も、正極合剤含有組成物に使用する溶媒と同様に、固体電解質を劣化させ難いものを選択することが望ましく、正極合剤含有組成物用の溶媒として先に例示した各種溶媒を使用することが好ましく、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特に好ましい。 As for the solvent used for the composition for forming the solid electrolyte layer, it is desirable to select a solvent that does not easily deteriorate the solid electrolyte, like the solvent used for the composition containing the positive electrode mixture, and the solvent for the composition containing the positive electrode mixture. It is preferable to use various solvents exemplified above, and it is particularly preferable to use a super-dehydrating solvent having a water content of 0.001% by mass (10 ppm) or less.

固体電解質層の厚みは、20〜200μmであることが好ましい。 The thickness of the solid electrolyte layer is preferably 20 to 200 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。また、正極(例えばペレット状の正極合剤の成形体)と固体電解質層と負極(例えばペレット状の負極合剤の成形体)とを、前記の加圧成形によって一体化することもできる。この場合、例えば、正極合剤(または負極合剤)を成形し、形成された正極合剤の成形体上に固体電解質層を成形し、さらに形成された固体電解質層上に負極合剤の成形体(または正極合剤の成形体)を形成することで、正極と固体電解質層と負極とが一体化した電極体としてもよい。 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. Further, the positive electrode (for example, a molded body of a pellet-shaped positive electrode mixture), the solid electrolyte layer, and the negative electrode (for example, a molded body of a pellet-shaped negative electrode mixture) can be integrated by the above-mentioned pressure molding. In this case, for example, a positive electrode mixture (or a negative electrode mixture) is formed, a solid electrolyte layer is formed on the formed body of the positive electrode mixture, and a negative electrode mixture is formed on the further formed solid electrolyte layer. By forming a body (or a molded body of a positive electrode mixture), an electrode body in which a positive electrode, a solid electrolyte layer, and a negative electrode are integrated may be used.

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
<カーボンAの作製>
一次粒子の平均粒子径が40nmで、2nm以下の細孔を有するカーボンブラック:9質量部と、Co(CHCOO)・4HO:99.6質量部と、LiOH・HO:32質量部とを蒸留水中で混合し、1時間攪拌した後、混合液をろ過してカーボンブラックを含む混合物を得た。
Example 1
<Making carbon A>
An average particle diameter of 40nm of primary particles of carbon black having the following pore 2 nm: and 9 parts by mass, Co (CH 3 COO) 2 · 4H 2 O: 99.6 parts by mass, LiOH · H 2 O: 32 parts by mass was mixed in distilled water, stirred for 1 hour, and then the mixed solution was filtered to obtain a mixture containing carbon black.

次に、前記混合物にLiOH・HO:30質量部を加え、エバポレーターを用い、空気中250℃で30分間加熱して、カーボンブラックにリチウムコバルト化合物が担持された複合体を得た。この複合体を、濃度98%の濃硫酸、濃度70%の濃硝酸及び濃度30%の塩酸の体積比が1:1:1の混合水溶液に投入し、超音波を照射させて複合体中のリチウムコバルト化合物を溶解させ、残った固体をろ過し、水洗し、乾燥させた。 Next, 30 parts by mass of LiOH · H 2 O was added to the mixture, and the mixture was heated in air at 250 ° C. for 30 minutes using an evaporator to obtain a composite in which a lithium cobalt compound was supported on carbon black. This complex is put into a mixed aqueous solution having a volume ratio of 98% concentrated sulfuric acid, 70% concentrated nitric acid and 30% hydrochloric acid in a volume ratio of 1: 1: 1 and irradiated with ultrasonic waves to form the complex. The lithium cobalt compound was dissolved, the remaining solid was filtered, washed with water and dried.

前記混合水溶液によるリチウムコバルト化合物の溶解と、ろ過、水洗及び乾燥の工程を繰り返すことにより、リチウムコバルト化合物を完全に取り除き、カーボンAを得た。得られたカーボンAは、平均粒子径が28nmであり、I/Iが1.5であった。 By repeating the steps of dissolving the lithium cobalt compound with the mixed aqueous solution, filtering, washing with water, and drying, the lithium cobalt compound was completely removed to obtain carbon A. The resulting carbon A has an average particle diameter of 28nm, I D / I G was 1.5.

また、得られたカーボンA:0.1gをpHが11のアンモニア水溶液20mlに添加し、超音波照射を1分間行なった後、5時間放置して固相部分を沈殿させた。固相部分の沈殿後、上澄み液を除去して残余部分を乾燥させ、乾燥後の固体の重量を測定し、処理前のカーボンAの重量(0.1g)からの減少分を親水性部分の重量とした。処理前のカーボンAの重量に対する前記親水性部分の重量の割合を求めたところ、14.5質量%であった。 Further, 0.1 g of the obtained carbon A: 0.1 g was added to 20 ml of an aqueous ammonia solution having a pH of 11, and ultrasonic irradiation was performed for 1 minute and then left for 5 hours to precipitate a solid phase portion. After precipitation of the solid phase portion, the supernatant liquid is removed to dry the residual portion, the weight of the solid after drying is measured, and the amount reduced from the weight (0.1 g) of carbon A before treatment is calculated as that of the hydrophilic portion. It was weighted. The ratio of the weight of the hydrophilic portion to the weight of carbon A before the treatment was determined and found to be 14.5% by mass.

<正極の作製>
平均粒子径4μmで、表面をLiとNbとを含む酸化物で被覆したLiNi1/3Co1/3Mn1/3(正極活物質)と、硫化物系固体電解質(LiPSCl)と、カーボンAと、グラフェン(カーボンB)とを質量比で75:21.5:2.3:1.2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:15mgを直径10mm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、円柱形状の正極合剤成形体よりなる正極を作製した。なお、カーボンBとして使用したグラフェンは、I/Iが0.2であり、長さが500nmの部分を有していた。
<Cathode preparation>
LiNi 1/3 Co 1/3 Mn 1/3 O 2 (positive electrode active material) whose surface is coated with an oxide containing Li and Nb with an average particle size of 4 μm, and a sulfide-based solid electrolyte (Li 6 PS 5). Cl), carbon A, and graphene (carbon B) were mixed at a mass ratio of 75: 21.5: 2.3: 1.2 and kneaded well to prepare a positive electrode mixture. Next, 15 mg of the positive electrode mixture was placed in a powder molding die having a diameter of 10 mm and pressure-molded using a press to prepare a positive electrode made of a cylindrical positive electrode mixture molded body. Note that the graphene was used as the carbon B, and 0.2 I D / I G, had a portion of the 500nm long.

<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、硫化物系固体電解質(LiPSCl):80mg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, 80 mg of a sulfide-based solid electrolyte (Li 6 PS 5 Cl) was charged onto the positive electrode mixture molded body in the powder molding die, and pressure molding was performed using a press machine. A solid electrolyte layer was formed on the positive electrode mixture molded body.

<積層電極体の形成>
負極として、Li金属とIn金属とをそれぞれ円柱形状に成形して貼り合わせたものを使用した。この負極を、前記粉末成形金型内の固体電解質層の、正極とは反対側の面上に投入し、プレス機を用いて加圧成形を行い、積層電極体を作製した。
<Formation of laminated electrode body>
As the negative electrode, a Li metal and an In metal were formed into a cylindrical shape and bonded together. This negative electrode was put onto the surface of the solid electrolyte layer in the powder molding die on the side opposite to the positive electrode, and pressure molding was performed using a press machine to prepare a laminated electrode body.

<全固体電池の組み立て>
前記の積層電極体を使用し、図2に示すものと同様の平面構造の全固体電池を作製した。ラミネートフィルム外装体を構成するアルミニウムラミネートフィルムの、外装体の内側となる面に、正極集電箔(SUS箔)および負極集電箔(SUS箔)を、間にある程度の間隔を設けつつ横に並べて貼り付けた。前記各集電箔には、前記積層電極体の正極側表面または負極側表面と対向する本体部と、前記本体部から電池の外部に向けて突出する正極外部端子300および負極外部端子400となる部分とを備えた形状に切断したものを用いた。
<Assembly of all-solid-state battery>
Using the laminated electrode body, an all-solid-state battery having a planar structure similar to that shown in FIG. 2 was produced. Laminated film A positive electrode current collector foil (SUS foil) and a negative electrode current collector foil (SUS foil) are placed laterally on the inner surface of the aluminum laminate film constituting the exterior body with a certain distance between them. I pasted them side by side. Each of the current collecting foils includes a main body portion facing the positive electrode side surface or the negative electrode side surface of the laminated electrode body, and a positive electrode external terminal 300 and a negative electrode external terminal 400 protruding from the main body portion toward the outside of the battery. The one cut into a shape having a portion was used.

前記ラミネートフィルム外装体の負極集電箔上に前記積層電極体を載せ、正極集電箔が前記積層電極体の正極上に配置されるように前記ラミネートフィルム外装体で前記積層電極体を包み、真空下で前記ラミネートフィルム外装体の残りの3辺を熱融着によって封止して、全固体電池を得た。 The laminated electrode body is placed on the negative electrode current collecting foil of the laminated film outer body, and the laminated electrode body is wrapped with the laminated film outer body so that the positive electrode current collecting foil is arranged on the positive electrode of the laminated electrode body. The remaining three sides of the laminated film exterior body were sealed by heat fusion under vacuum to obtain an all-solid-state battery.

実施例2
カーボンBをカーボンナノチューブ〔昭和電工社製「VGCF」(商品名)〕に変更した以外は実施例1と同様にして正極合剤を調製し、この正極合剤を用いた以外は実施例1と同様にして正極を作製し、この正極を用いた以外は実施例1と同様にして全固体電池を作製した。カーボンBとして使用したカーボンナノチューブは、I/Iが0.1であり、長さが500nmの部分を有していた。
Example 2
A positive electrode mixture was prepared in the same manner as in Example 1 except that carbon B was changed to carbon nanotubes [“VGCF” (trade name) manufactured by Showa Denko Co., Ltd.], and the same as Example 1 except that this positive electrode mixture was used. A positive electrode was produced in the same manner, and an all-solid-state battery was produced in the same manner as in Example 1 except that the positive electrode was used. The carbon nanotubes used as carbon B had an ID / IG of 0.1 and had a portion having a length of 500 nm.

比較例1
カーボンBを使用せずに、正極活物質と固体電解質とカーボンAとの比率を、質量比で75:21.5:3.5に変更した以外は、実施例1と同様にして正極合剤を調製し、この正極合剤を用いた以外は実施例1と同様にして正極を作製し、この正極を用いた以外は実施例1と同様にして全固体電池を作製した。
Comparative Example 1
The positive electrode mixture was prepared in the same manner as in Example 1 except that the ratio of the positive electrode active material, the solid electrolyte, and carbon A was changed to 75: 21.5: 3.5 by mass ratio without using carbon B. Was prepared, and a positive electrode was prepared in the same manner as in Example 1 except that this positive electrode mixture was used, and an all-solid-state battery was prepared in the same manner as in Example 1 except that this positive electrode was used.

比較例2
正極活物質と固体電解質とカーボンAとカーボンBとの比率を、質量比で75:21.5:2.6:0.9に変更した以外は、実施例1と同様にして正極合剤を調製し、この正極合剤を用いた以外は実施例1と同様にして正極を作製し、この正極を用いた以外は実施例1と同様にして全固体電池を作製した。
Comparative Example 2
The positive electrode mixture was prepared in the same manner as in Example 1 except that the ratio of the positive electrode active material, the solid electrolyte, carbon A and carbon B was changed to 75: 21.5: 2.6: 0.9 in terms of mass ratio. A positive electrode was prepared in the same manner as in Example 1 except that this positive electrode mixture was used, and an all-solid-state battery was prepared in the same manner as in Example 1 except that this positive electrode was used.

比較例3
正極活物質と固体電解質とカーボンAとカーボンBとの比率を、質量比で75:21.5:2.1:1.4に変更した以外は、実施例1と同様にして正極合剤を調製し、この正極合剤を用いた以外は実施例1と同様にして正極を作製し、この正極を用いた以外は実施例1と同様にして全固体電池を作製した。
Comparative Example 3
The positive electrode mixture was prepared in the same manner as in Example 1 except that the ratio of the positive electrode active material, the solid electrolyte, carbon A and carbon B was changed to 75: 21.5: 2.1: 1.4 in terms of mass ratio. A positive electrode was prepared in the same manner as in Example 1 except that this positive electrode mixture was used, and an all-solid-state battery was prepared in the same manner as in Example 1 except that this positive electrode was used.

実施例および比較例の各全固体電池について、加圧(1t/cm)した状態で、下記の各評価を行った。 Each of the all-solid-state batteries of Examples and Comparative Examples was evaluated as follows under pressure (1 t / cm 2).

(体積容量測定)
実施例および比較例の各全固体電池について、0.05Cの電流値で電圧が3.68Vになるまで定電流充電し、続いて電流値が0.01Cになるまで定電圧充電を行い、その後に0.05Cの電流値で電圧が1.88V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。そして、得られた放電容量を正極の体積で除して、各電池の体積容量を求めた。
(Volume capacity measurement)
Each of the all-solid-state batteries of Examples and Comparative Examples is charged with a constant current at a current value of 0.05 C until the voltage reaches 3.68 V, and then is charged with a constant voltage until the current value reaches 0.01 C. The battery was discharged at a current value of 0.05 C until the voltage reached 1.88 V, and the discharge capacity (initial capacity) at that time was measured. Then, the obtained discharge capacity was divided by the volume of the positive electrode to obtain the volume capacity of each battery.

(抵抗率測定)
初期容量測定後の各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0.05Cの電流値で充電深度(SOC)が、50%になるまで放電させてから1時間休止させた。その後の各電池について、0.05Cの電流値で10secのパルス放電を行った後に電圧を測定し、パルス放電前後の電圧差から固体電解質層と負極とに帰属される電圧降下分を差引いた電圧を求め、その値からDCRを算出した。
(Measurement of resistivity)
After the initial capacity measurement, each all-solid-state battery is charged with constant current and constant voltage under the same conditions as at the time of initial capacity measurement, and then at a current value of 0.05 C until the charging depth (SOC) reaches 50%. After discharging, it was allowed to rest for 1 hour. After that, for each battery, the voltage was measured after performing pulse discharge for 10 sec with a current value of 0.05 C, and the voltage obtained by subtracting the voltage drop attributable to the solid electrolyte layer and the negative electrode from the voltage difference before and after the pulse discharge. Was obtained, and DCR was calculated from the value.

そして、得られた各電池のDCRから、各電池の抵抗率を、以下の式を用いて算出した。
ρ = DCR×(s/t)
Then, from the obtained DCR of each battery, the resistivity of each battery was calculated using the following formula.
ρ = DCR × (s / t)

前記式中、ρ:抵抗率、t:積層電極体の厚み(cm)、S:積層電極体の平面視での面積(cm)である。 In the above formula, ρ: resistivity, t: thickness of the laminated electrode body (cm), S: area of the laminated electrode body in a plan view (cm 2 ).

この方法で求められる抵抗率が小さいほど、全固体電池の出力特性が優れている(大電流放電時の容量が大きい)といえる。 It can be said that the smaller the resistivity obtained by this method, the better the output characteristics of the all-solid-state battery (the larger the capacity at the time of large current discharge).

前記の評価結果を、正極合剤に使用したカーボンAとカーボンBとの組成と合わせて表1に示す。なお、表1では、各電池の体積容量は、比較例1の電池の値を100とした場合の相対値で示し、また、各電池の抵抗率は、比較例1の電池の値を1.0とした場合の相対値で示す。 The above evaluation results are shown in Table 1 together with the compositions of carbon A and carbon B used in the positive electrode mixture. In Table 1, the volume capacity of each battery is shown as a relative value when the value of the battery of Comparative Example 1 is 100, and the resistivity of each battery is the value of the battery of Comparative Example 1. It is shown as a relative value when it is set to 0.

Figure 2021057142
Figure 2021057142

表1に示す通り、導電助剤としてカーボンAとカーボンBとを適正な比率で使用した正極を有する実施例1、2の全固体電池は、カーボンAのみを導電助剤とした正極を有する比較例1の電池に比べて、体積容量が大きく、高容量であり、また、抵抗率が小さく、出力特性が優れていた。 As shown in Table 1, the all-solid-state batteries of Examples 1 and 2 having a positive electrode using carbon A and carbon B in an appropriate ratio as the conductive auxiliary agent have a positive electrode using only carbon A as the conductive auxiliary agent. Compared with the battery of Example 1, the volume capacity was large, the capacity was high, the resistivity was small, and the output characteristics were excellent.

なお、カーボンAの量に対するカーボンBの量が少なすぎる正極を有する比較例2の電池、およびカーボンAの量に対するカーボンBの量が多すぎる正極を有する比較例3の電池は、いずれも抵抗率が大きく、出力特性が劣っていた。 The resistivity of the battery of Comparative Example 2 having a positive electrode in which the amount of carbon B is too small with respect to the amount of carbon A and the battery of Comparative Example 3 having a positive electrode in which the amount of carbon B is too large with respect to the amount of carbon A. Was large and the output characteristics were inferior.

1、100 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
200 電極体
300 正極外部端子
400 負極外部端子
500 ラミネートフィルム外装体
1,100 All-solid-state battery 10 Positive electrode 20 Negative electrode 30 Solid electrolyte layer 40 Exterior can 50 Sealing can 60 Gasket 200 Electrode body 300 Positive electrode external terminal 400 Negative electrode external terminal 500 Laminate film exterior

Claims (5)

全固体電池に使用される正極であって、
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ており、
前記導電助剤は、下記のカーボンAとカーボンBとを含み、
前記正極合剤におけるカーボンAの含有量が3質量%以下であり、かつカーボンAの量100質量部に対するカーボンBの量が40〜60質量部であることを特徴とする全固体電池用正極。
カーボンA:ラマンスペクトルにおけるDバンドの信号強度IとGバンドの信号強度Iとの比I/Iが1以上で、平均粒子径が10〜100nm
カーボンB:ラマンスペクトルにおけるDバンドの信号強度IとGバンドの信号強度Iとの比I/Iが1未満で、長さが500nm以上の部分を有する
A positive electrode used for all-solid-state batteries
It has a molded body of a positive electrode mixture containing a positive electrode active material, a solid electrolyte and a conductive auxiliary agent.
The conductive auxiliary agent contains the following carbon A and carbon B, and contains the following carbon A and carbon B.
A positive electrode for an all-solid-state battery, wherein the content of carbon A in the positive electrode mixture is 3% by mass or less, and the amount of carbon B is 40 to 60 parts by mass with respect to 100 parts by mass of carbon A.
Carbon A: the ratio I D / I G of the signal intensity I G of the D-band signal intensity I D and G bands in the Raman spectrum is 1 or more, an average particle size of 10~100nm
Carbon B: the ratio I D / I G is less than 1 and the signal strength I G of the D-band signal intensity I D and G bands in the Raman spectrum, has a more portions 500nm length
前記正極合剤における前記正極活物質の含有量が、70質量%以上である請求項1に記載の全固体電池用正極。 The positive electrode for an all-solid-state battery according to claim 1, wherein the content of the positive electrode active material in the positive electrode mixture is 70% by mass or more. 前記正極合剤に含まれる全正極活物質の表面積の合計をS(cm)とし、前記正極合剤における前記カーボンAの含有量をZ(g)としたとき、Z/S<1の関係を満たしている請求項1または2に記載の全固体電池用正極。 When the total surface area of all the positive electrode active materials contained in the positive electrode mixture is S (cm 2 ) and the carbon A content in the positive electrode mixture is Z (g), the relationship of Z / S <1. The positive electrode for an all-solid-state battery according to claim 1 or 2. 正極合剤中のバインダの含有量が、0〜1質量%である請求項1〜3のいずれかに記載の全固体電池用正極。 The positive electrode for an all-solid-state battery according to any one of claims 1 to 3, wherein the content of the binder in the positive electrode mixture is 0 to 1% by mass. 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、前記正極として請求項1〜4のいずれかに記載の全固体電池用正極を有することを特徴とする全固体電池。 It is characterized by having a positive electrode, a negative electrode, and a solid electrolyte layer interposed between the positive electrode and the negative electrode, and having the positive electrode for an all-solid-state battery according to any one of claims 1 to 4 as the positive electrode. All-solid-state battery.
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