JP2022020387A - Solid electrolyte layer for all-solid secondary battery and all-solid secondary battery - Google Patents

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Abstract

To provide a solid electrolyte layer for an all-solid secondary battery, which can also effectively suppress the generation of an inner side short circuit to a charge under a high rate charging and discharging condition while reducing a layer thickness, and also have a manufacturing property, and provide the all-solid secondary battery with the solid electrolyte layer.SOLUTION: The present invention provides a solid electrolyte layer for an all-solid secondary battery, containing: a sulfide-based inorganic solid electrolyte having a lithium ion conduction property; and a solid compound which can be reacted with a lithium metal, and the all-solid secondary battery with this solid electrolyte layer.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、全固体二次電池用固体電解質層及び全固体二次電池に関する。 The present invention relates to a solid electrolyte layer for an all-solid-state secondary battery and an all-solid-state secondary battery.

全固体二次電池は負極、電解質、正極の全てが固体からなり、有機電解液を用いた電池の課題とされる安全性及び信頼性を大きく改善することができる。また長寿命化も可能になるとされる。更に、全固体二次電池は、電極と電解質を直接並べて直列に配した構造とすることができる。そのため、有機電解液を用いた二次電池に比べて高エネルギー密度化が可能となり、電気自動車又は大型蓄電池等への応用が期待されている。 In the all-solid-state secondary battery, the negative electrode, the electrolyte, and the positive electrode are all solid, and the safety and reliability, which are the problems of the battery using the organic electrolytic solution, can be greatly improved. It is also said that it will be possible to extend the service life. Further, the all-solid-state secondary battery can have a structure in which electrodes and electrolytes are directly arranged side by side and arranged in series. Therefore, it is possible to increase the energy density as compared with a secondary battery using an organic electrolytic solution, and it is expected to be applied to an electric vehicle, a large storage battery, or the like.

リチウム二次電池は、通常、充放電の繰り返しに伴い、発生したリチウム金属のデンドライトが成長して正極に到達すると、内部短絡が生じて、電池としての機能を失う。とりわけ、全固体二次電池はデンドライトによる内部短絡が発生しやすい。全固体二次電池は、正極及び負極の間に配置される電解液を固体電解質層に代えて電解質層も固体材料で形成されることから、固体電解質層を形成する固体材料間に残存する空隙(ピンホール)を通ってデンドライトが成長しやすいからである。そのため、全固体二次電池においては、デンドライトの成長による内部短絡の発生抑止が喫緊の課題となっている。 Normally, in a lithium secondary battery, when the generated lithium metal dendrite grows and reaches the positive electrode due to repeated charging and discharging, an internal short circuit occurs and the function as a battery is lost. In particular, all-solid-state secondary batteries are prone to internal short circuits due to dendrites. In the all-solid-state secondary battery, the electrolyte layer arranged between the positive and negative electrodes is replaced with the solid electrolyte layer, and the electrolyte layer is also formed of the solid material. Therefore, the voids remaining between the solid materials forming the solid electrolyte layer. This is because the dendrite easily grows through the (pinhole). Therefore, in all-solid-state secondary batteries, suppressing the occurrence of internal short circuits due to the growth of dendrites has become an urgent issue.

そこで、デンドライトの成長を防止して内部短絡の発生を防止する技術が検討されている。
例えば、特許文献1には、正極及び負極の間に介在される固体電解質層を固体電解質の粉末を成形した粉末成形体で形成し、この粉末成形体の粉末間の隙間に、リチウム金属と反応して電子絶縁体となるものを生じる液状物質としてイオン液体を存在させた全固体リチウム二次電池が記載されている。
また、特許文献2には、硫化物固体電解質材料と特定の式で表される無機固体材料とを含有させた固体電解質層を備えた全固体リチウム電池が記載されている。特許文献2の全固体リチウム電池では、硫化物固体電解質材料及び無機固体材料それぞれの平均粒径を特定の条件に設定することにより、硫化物固体電解質材料の空隙発生を抑制してデンドライトの成長を物理的に防止するものである。
Therefore, a technique for preventing the growth of dendrites and preventing the occurrence of an internal short circuit is being studied.
For example, in Patent Document 1, a solid electrolyte layer interposed between a positive electrode and a negative electrode is formed of a powder molded body obtained by molding a solid electrolyte powder, and reacts with lithium metal in the gaps between the powders of the powder molded body. An all-solid-state lithium secondary battery in which an ionic liquid is present as a liquid substance that produces an electronic insulator is described.
Further, Patent Document 2 describes an all-solid-state lithium battery including a solid electrolyte layer containing a sulfide solid electrolyte material and an inorganic solid material represented by a specific formula. In the all-solid-state lithium battery of Patent Document 2, by setting the average particle size of each of the sulfide solid electrolyte material and the inorganic solid material to specific conditions, the generation of voids in the sulfide solid electrolyte material is suppressed and the growth of dendrite is promoted. It is a physical prevention.

また、使用時における電池外部からの加圧拘束による内部短絡の発生を防止する技術として、特許文献3には、第1の固体電解質及びスペーサとして第2の固体電解質を含む下記の固体電解質層を備えた全固体リチウム二次電池が記載されている。 Further, as a technique for preventing the occurrence of an internal short circuit due to pressure restraint from the outside of the battery during use, Patent Document 3 describes the following solid electrolyte layer containing a first solid electrolyte and a second solid electrolyte as a spacer. All-solid-state lithium secondary batteries provided are described.

特開2009-211910号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2009-21910 特開2016-081905号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2016-081905 特開2011-081915号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2011-081915

正極活物質層、負極活物質層、固体電解質層等の構成層が固体材料(固体粒子)で形成される全固体二次電池では、所期の電池性能を発現させるため、通常、構成層ないしは全固体二次電池を加圧して、固体粒子同士を接触ないしは密着させる。このような加圧工程を行う場合にも、全固体二次電池には、長尺のシート状に成形して連続的な製造が可能になるという、工業的製造上の大きな利点がある。 In an all-solid-state secondary battery in which the constituent layers such as the positive electrode active material layer, the negative electrode active material layer, and the solid electrolyte layer are formed of a solid material (solid particles), the constituent layers or the constituent layers are usually used in order to exhibit the desired battery performance. The all-solid-state secondary battery is pressurized to bring the solid particles into contact or close contact with each other. Even when such a pressurizing step is performed, the all-solid-state secondary battery has a great advantage in industrial manufacturing that it can be formed into a long sheet and continuously manufactured.

全固体二次電池に対する電池性能向上等の要求は、近年、電気自動車の高性能化、実用化等の研究開発が急速に進行しており、その注目度も高いことから、一層高くなってきている。電池性能の向上には高エネルギー密度化が効果的であり、これを実現するため、固体電解質層を薄層化して、電池体積を低減する技術等が検討されている。また、全固体二次電池に対する要求は、電池性能向上だけではなく、例えば、急速充電を可能とする、高電流密度での充放電(ハイレート充放電)の適用が望まれている。 The demand for improved battery performance for all-solid-state secondary batteries has been increasing in recent years due to the rapid progress in research and development of high performance and practical application of electric vehicles, and the high degree of attention. There is. Increasing the energy density is effective for improving the battery performance, and in order to realize this, a technique for reducing the battery volume by thinning the solid electrolyte layer is being studied. Further, the demand for an all-solid-state secondary battery is not only to improve battery performance, but also to apply charge / discharge (high-rate charge / discharge) at a high current density, which enables quick charging, for example.

しかし、固体電解質層を薄層化すればするほどデンドライトが正極に到達しやすくなって内部短絡の早期発生が惹起される。また、ハイレート充放電条件で充電を行うとデンドライトの発生及び成長が大きく促進される。そのため、近年の要求に応えるには、全固体二次電池には、上述の工業的製造上の大きな利点を維持しながらも、固体電解質層の薄層化とハイレート充放電条件の適用に対しても内部短絡の発生を効果的に抑制できることが求められている。 However, the thinner the solid electrolyte layer, the easier it is for the dendrites to reach the positive electrode, which causes an early occurrence of an internal short circuit. Further, when charging is performed under high-rate charging / discharging conditions, the generation and growth of dendrites are greatly promoted. Therefore, in order to meet the demands of recent years, the all-solid-state secondary battery is used for the thinning of the solid electrolyte layer and the application of high-rate charge / discharge conditions while maintaining the above-mentioned great advantages in industrial manufacturing. However, it is required that the occurrence of internal short circuit can be effectively suppressed.

このような状況の下、本発明者らは内部短絡の発生抑制について検討を進めたところ、内部短絡が発生しやすいという全固体二次電池に特有で喫緊の問題を解決するには更なる検討及び改善の余地があることが分かった。すなわち、特許文献1に記載の技術は、後述するように、連続的な製造方法に適用しにくく、工業的製造上の大きな利点に与ることができない場合もある。また、単に2種の材料を併用して空隙の発生を抑制する特許文献2に記載の技術では、上述の固体電解質層の薄層化及びハイレート充放電条件での充電などの条件下では更なる内部短絡の発生抑制を検討する余地があった。特許文献3はデンドライトによる内部短絡の発生抑制について何ら検討されていない。 Under such circumstances, the present inventors have proceeded with studies on suppressing the occurrence of internal short circuits, and further studies have been made to solve the urgent problem peculiar to all-solid-state secondary batteries that internal short circuits are likely to occur. And it turned out that there is room for improvement. That is, as will be described later, the technique described in Patent Document 1 is difficult to apply to a continuous manufacturing method, and may not be able to contribute to a great advantage in industrial manufacturing. Further, in the technique described in Patent Document 2 in which the generation of voids is suppressed by simply using two kinds of materials in combination, the above-mentioned conditions such as thinning of the solid electrolyte layer and charging under high-rate charge / discharge conditions are further applied. There was room to consider suppressing the occurrence of internal short circuits. Patent Document 3 does not study at all about suppressing the occurrence of an internal short circuit by dendrites.

本発明は、薄層化しながらもハイレート充放電条件での充電に対しても内部短絡の発生を効果的に抑制でき、しかも連続的な製造を可能とする全固体二次電池用固体電解質層を提供することを課題とする。また、本発明は、この全固体二次電池用固体電解質層を備えた全固体二次電池を提供することを課題とする。 The present invention provides a solid electrolyte layer for an all-solid-state secondary battery that can effectively suppress the occurrence of internal short circuits even when charging under high-rate charge / discharge conditions while thinning the layer, and enables continuous production. The challenge is to provide. Another object of the present invention is to provide an all-solid-state secondary battery provided with the solid electrolyte layer for the all-solid-state secondary battery.

本発明者らは、種々検討を重ねた結果、固体電解質層中に硫化物系無機固体電解質に対してリチウム金属と反応しうる固体化合物を共存させることにより、充電により生成(析出)したリチウム金属がデンドライトとして成長する前又は成長する過程で固体化合物と化学反応させることで、正極への到達を抑制できることを見出した。また、固体化合物との化学反応によるデンドライトの成長抑制は、固体化合物が存在している限り可能となり、固体電解質層を薄層化しても、またハイレート充放電条件における充電を適用しても、実現できることを見出した。更に、固体電解質層に固体化合物を固体状態で共存させることから連続的な製造方法にも適用可能で、内部短絡の発生が高度に抑制され、高い電池性能を発揮しうる全固体二次電池を、その製造上の大きな利点を活用して生産性よく、製造できることも見出した。本発明はこれらの知見に基づき更に検討を重ね、完成されるに至ったものである。 As a result of various studies, the present inventors have made a lithium metal produced (precipitated) by charging by coexisting a solid compound capable of reacting with a lithium metal with a sulfide-based inorganic solid electrolyte in the solid electrolyte layer. It was found that the arrival of the dendrite to the positive electrode can be suppressed by chemically reacting with the solid compound before or during the growth of the dendrite. In addition, the growth of dendrite by the chemical reaction with the solid compound can be suppressed as long as the solid compound is present, and can be realized even if the solid electrolyte layer is thinned or charged under high-rate charge / discharge conditions. I found out what I could do. Furthermore, since the solid compound coexists in the solid electrolyte layer in a solid state, it can be applied to a continuous manufacturing method, the occurrence of internal short circuits is highly suppressed, and an all-solid-state secondary battery capable of exhibiting high battery performance can be obtained. We also found that it can be manufactured with high productivity by taking advantage of its great manufacturing advantages. The present invention has been further studied based on these findings and has been completed.

すなわち、上記の課題は以下の手段により解決された。
<1>リチウムイオン伝導性を有する硫化物系無機固体電解質と、リチウム金属と反応しうる固体化合物とを含有する、全固体二次電池用固体電解質層。
<2>固体化合物が無機酸化物である、<1>に記載の固体二次電池用固体電解質層。
<3>固体化合物が、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni及びCuからなる群より選択される少なくとも1種の金属元素を含む、<1>又は<2>に記載の固体二次電池用固体電解質層。
<4>固体化合物が、Al、Ti、P及びSiの各元素を含む酸化物である、<1>~<3>のいずれか1つに記載の固体二次電池用固体電解質層。
<5>固体化合物が下記組成式で表される、<1>~<4>のいずれか1つに記載の固体二次電池用固体電解質層。
組成式:Li(1+x+y)AlTi(2-x)Si(3-y)12
ただし、x及びyはそれぞれ0を超え1.0未満である。
<6>上記組成式において、Tiの一部がGeで置換されている、<5>に記載の固体二次電池用固体電解質層。
<7>上記<1>~<6>のいずれか1つに記載の固体二次電池用固体電解質層を備えた全固体二次電池。
That is, the above problem was solved by the following means.
<1> A solid electrolyte layer for an all-solid secondary battery containing a sulfide-based inorganic solid electrolyte having lithium ion conductivity and a solid compound capable of reacting with a lithium metal.
<2> The solid electrolyte layer for a solid secondary battery according to <1>, wherein the solid compound is an inorganic oxide.
<3> The solid compound according to <1> or <2>, wherein the solid compound contains at least one metal element selected from the group consisting of Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni and Cu. Solid electrolyte layer for next battery.
<4> The solid electrolyte layer for a solid secondary battery according to any one of <1> to <3>, wherein the solid compound is an oxide containing each element of Al, Ti, P and Si.
<5> The solid electrolyte layer for a solid secondary battery according to any one of <1> to <4>, wherein the solid compound is represented by the following composition formula.
Composition formula: Li (1 + x + y) Al x Ti (2-x) Si y P (3-y) O 12
However, x and y are each more than 0 and less than 1.0.
<6> The solid electrolyte layer for a solid secondary battery according to <5>, wherein a part of Ti is substituted with Ge in the above composition formula.
<7> An all-solid-state secondary battery provided with the solid electrolyte layer for a solid-state secondary battery according to any one of <1> to <6> above.

本発明は、薄層化しながらもハイレート充放電条件での充電に対しても内部短絡の発生を効果的に抑制でき、しかも連続的な製造が可能で製造特性にも優れた、全固体二次電池用固体電解質層を提供できる。また、本発明は、この全固体二次電池用固体電解質層を備えた全固体二次電池を提供できる。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can effectively suppress the occurrence of an internal short circuit even when charging under high-rate charge / discharge conditions while thinning the layer, and is capable of continuous production and has excellent production characteristics. A solid electrolyte layer for a battery can be provided. Further, the present invention can provide an all-solid-state secondary battery provided with the solid electrolyte layer for the all-solid-state secondary battery.

本発明の好ましい実施形態に係る全固体二次電池を模式化して示す縦断面図である。It is a vertical sectional view schematically showing the all-solid-state secondary battery which concerns on a preferable embodiment of this invention. 図2は実施例1で製造した全固体二次電池の充放電試験における充電レート結果を示す充放電曲線である。FIG. 2 is a charge / discharge curve showing the charge / discharge result in the charge / discharge test of the all-solid-state secondary battery manufactured in Example 1. 図3は比較例1で製造した全固体二次電池の充放電試験における充電レート結果を示す充放電曲線である。FIG. 3 is a charge / discharge curve showing the charge / discharge result in the charge / discharge test of the all-solid-state secondary battery manufactured in Comparative Example 1.

本発明において、「~」を用いて表される数値範囲は、「~」の前後に記載される数値を下限値及び上限値として含む範囲を意味する。
本発明において化合物の表示(例えば、化合物と末尾に付して呼ぶとき)については、この化合物そのもののほか、その塩、そのイオンを含む意味に用いる。また、本発明の効果を損なわない範囲で、置換基を導入するなど一部を変化させた誘導体を含む意味である。
In the present invention, the numerical range represented by using "-" means a range including the numerical values before and after "-" as the lower limit value and the upper limit value.
In the present invention, the indication of a compound (for example, when referred to as a compound at the end) is used to mean that the compound itself, its salt, and its ion are included. Further, it is meant to include a derivative which has been partially changed, such as by introducing a substituent, as long as the effect of the present invention is not impaired.

[固体電解質層]
本発明の全固体二次電池用固体電解質層(単に、固体電解質層ということがある。)は、硫化物系無機固体電解質と、リチウム金属と反応しうる固体化合物とを含有している。
固体電解質層が硫化物系無機固体電解質と固体化合物とを含有していると、充電により生成したリチウム金属を、デンドライトへの成長前又は成長過程で、固体化合物と化学反応させてデンドライトの正極への到達を阻害することができる。そのため、固体電解質層の薄層化及び/又はハイレート充放電条件の適用等の、内部短絡が発生しやすい条件においても、特許文献2及び3のようなデンドライトの成長を物理的に阻止する技術よりも高い水準で内部短絡の発生を抑制できる。
[Solid electrolyte layer]
The solid electrolyte layer for an all-solid secondary battery of the present invention (sometimes referred to simply as a solid electrolyte layer) contains a sulfide-based inorganic solid electrolyte and a solid compound capable of reacting with a lithium metal.
When the solid electrolyte layer contains a sulfide-based inorganic solid electrolyte and a solid compound, the lithium metal generated by charging is chemically reacted with the solid compound before or during the growth to dendrite to the positive electrode of dendrite. Can be blocked from reaching. Therefore, even under conditions where internal short circuits are likely to occur, such as thinning of the solid electrolyte layer and / or application of high-rate charge / discharge conditions, the technique of physically blocking the growth of dendrites as in Patent Documents 2 and 3 is used. It is possible to suppress the occurrence of internal short circuit at a high level.

しかも、固体化合物を用いる本発明は、固体電解質層に固体化合物を固体状態で共存させることから、加圧工程を含む連続的な製造方法にも適用可能で、全固体二次電池に特有の工業的製造上の大きな利点を活用することもできる。 Moreover, since the present invention using a solid compound allows the solid compound to coexist in the solid electrolyte layer in a solid state, it can be applied to a continuous production method including a pressurization step, and is an industry peculiar to an all-solid secondary battery. It is also possible to take advantage of the great manufacturing advantages.

上述のように、本発明者らは、デンドライトへの成長前又は成長過程でデンドライトを形成するリチウム金属を物理的手段ではなく固体化合物と化学反応させることにより、内部短絡の発生を抑制するだけではなく、製造方法の観点からも、全固体二次電池の利点を有効に活用できることを初めて見出して、本発明を完成したものである。
よって、本発明の固体電解質層は、電気自動車の実用化等に向けた高い電池性能を実現可能としながらも内部短絡の発生を効果的に抑制できる全固体二次電池を、全固体二次電池に特有の工業的製造上の大きな利点を活用して、高い生産性で、製造できる。
As described above, the present inventors simply suppress the occurrence of an internal short circuit by chemically reacting the lithium metal forming the dendrite with a solid compound rather than a physical means before or during the growth to the dendrite. However, the present invention was completed by discovering for the first time that the advantages of the all-solid-state secondary battery can be effectively utilized from the viewpoint of the manufacturing method.
Therefore, the solid-state electrolyte layer of the present invention is an all-solid-state secondary battery that can effectively suppress the occurrence of internal short circuits while realizing high battery performance for practical use of electric vehicles. It can be manufactured with high productivity by taking advantage of the great industrial manufacturing advantages peculiar to the battery.

<硫化物系無機固体電解質>
硫化物系無機固体電解質は、リチウムイオン伝導性を有しており、更に電子絶縁性を有するものが好ましい。この硫化物系無機固体電解質は、全固体二次電池に通常使用される固体電解質を適宜選定して用いることができ、通常、アニオン元素として硫黄元素を主体として有するものが挙げられる。
このような硫化物系無機固体電解質としては、特に制限されず、例えば、LiS-P、LiS-P-LiI、LiS-P-LiCl、LiS-P-LiBr、LiS-P-LiO、LiS-P-LiO-LiI、LiS-SiS、LiS-SiS-LiI、LiS-SiS-LiBr、LiS-SiS-LiCl、LiS-SiS-B-LiI、LiS-SiS-P-LiI、LiS-B、LiS-P-Z(ただし、m、nは正の数を示す。ZはGe、Zn、Gaのいずれかを示す。)、LiS-GeS、LiS-SiS-LiPO、LiS-SiS-LiMO(ただし、x、yは正の数を示す。MはP、Si、Ge、B、Al、Ga、Inのいずれかを示す。)、Li10GeP12等を挙げることができる。また、硫化物系無機固体電解質は、非晶質であってもよく、結晶質であってもよく、ガラスセラミックスであってもよい。
<Sulfide-based inorganic solid electrolyte>
The sulfide-based inorganic solid electrolyte preferably has lithium ion conductivity and further electron insulating properties. As the sulfide-based inorganic solid electrolyte, a solid electrolyte usually used for an all-solid secondary battery can be appropriately selected and used, and examples thereof include those having a sulfur element as a main component as an anion element.
The sulfide-based inorganic solid electrolyte is not particularly limited, and for example, Li 2 SP 2 S 5 , Li 2 SP 2 S 5 -LiI, Li 2 SP 2 S 5 -LiCl, and the like. Li 2 SP 2 S 5 -LiBr, Li 2 SP 2 S 5 -Li 2 O, Li 2 SP 2 S 5 -Li 2 O-LiI, Li 2 S - SiS 2 , Li 2 S- SiS 2 -LiI, Li 2 S-SiS 2 -LiBr, Li 2 S-SiS 2 -LiCl, Li 2 S-SiS 2 -B 2 S 3 -LiI, Li 2 S-SiS 2 -P 2 S 5 -LiI , Li 2 SB 2 S 3 , Li 2 SP 2 S 5 -Z m Sn (where m and n indicate positive numbers; Z indicates any of Ge, Zn, Ga). , Li 2 S-GeS 2 , Li 2 S-SiS 2 -Li 3 PO 4 , Li 2 S-SiS 2 -Li x MO y (where x, y indicate positive numbers; M is P, Si, Any of Ge, B, Al, Ga, In), Li 10 GeP 2 S 12 and the like can be mentioned. Further, the sulfide-based inorganic solid electrolyte may be amorphous, crystalline, or glass ceramics.

硫化物系無機固体電解質は、Li元素、P元素及びS元素を有するイオン伝導体を有することが好ましい。上記イオン伝導体は、通常、Liカチオンと、P及びSを含むアニオン構造とから構成される。中でも、上記イオン伝導体は、PS 3-構造をアニオン構造の主体(50モル%以上)として含有することが好ましい。中でも、PS 3-構造の割合は、イオン伝導体の全アニオン構造に対して、70モル%以上であることが好ましく、90モル%以上であることがより好ましい。なお、PS 3-構造の割合は、ラマン分光法、核磁気共鳴スペクトル(NMR)、X線光電子分光(XPS)等により決定することができる。 The sulfide-based inorganic solid electrolyte preferably has an ionic conductor having a Li element, a P element, and an S element. The ionic conductor is usually composed of a Li cation and an anion structure containing P and S. Above all, it is preferable that the ion conductor contains the PS 43 - structure as the main body (50 mol% or more) of the anionic structure. Above all, the ratio of the PS 43- structure is preferably 70 mol% or more, more preferably 90 mol% or more, based on the total anion structure of the ionic conductor. The ratio of PS 43- structure can be determined by Raman spectroscopy, nuclear magnetic resonance spectroscopy (NMR), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), and the like.

また、硫化物系無機固体電解質は、上記イオン伝導体を主体として有することが好ましい。硫化物系無機固体電解質における上記イオン伝導体の割合は、65モル%以上であることが好ましく、75モル%以上であることがより好ましい。また、硫化物系無機固体電解質は上記イオン伝導体のみから構成されていてもよく、他の成分を含有していてもよい。他の成分としては、例えば、LiIを挙げることができる。LiIの割合は、例えば5モル%以上であり、20モル%以上であることが好ましい。一方、LiIの割合は、例えば35モル%以下であり、30モル%以下であることが好ましい。特に、硫化物系無機固体電解質は、xLiI・(100-x)(yLiS・(1-y)P)(20≦x≦30、0.7≦y≦0.8)の組成を有することが好ましい。なお、yは、0.72以上であることが好ましく、0.74以上であることがより好ましい。また、yは、0.78以下であることが好ましく、0.76以下であることがより好ましい。 Further, it is preferable that the sulfide-based inorganic solid electrolyte mainly contains the above-mentioned ionic conductor. The ratio of the ionic conductor in the sulfide-based inorganic solid electrolyte is preferably 65 mol% or more, more preferably 75 mol% or more. Further, the sulfide-based inorganic solid electrolyte may be composed of only the above-mentioned ionic conductor, or may contain other components. Examples of other components include LiI. The ratio of LiI is, for example, 5 mol% or more, preferably 20 mol% or more. On the other hand, the ratio of LiI is, for example, 35 mol% or less, preferably 30 mol% or less. In particular, the sulfide-based inorganic solid electrolyte is xLiI · (100−x) (yLi 2 S · (1-y) P 2 S 5 ) (20 ≦ x ≦ 30, 0.7 ≦ y ≦ 0.8). It is preferable to have a composition. In addition, y is preferably 0.72 or more, and more preferably 0.74 or more. Further, y is preferably 0.78 or less, and more preferably 0.76 or less.

硫化物系無機固体電解質は、リチウムイオン伝導性が高いことが好ましく、常温(25℃)におけるリチウムイオン伝導度は、例えば1×10-4S/cm以上であることが好ましく、1×10-3S/cm以上であることがより好ましい。 The sulfide-based inorganic solid electrolyte preferably has high lithium ion conductivity, and the lithium ion conductivity at room temperature (25 ° C.) is preferably, for example, 1 × 10 -4 S / cm or more, and 1 × 10 . It is more preferably 3 S / cm or more.

硫化物系無機固体電解質は、粉体状であることが好ましい。この場合、硫化物系無機固体電解質の平均粒径は、特に制限されず、例えば、0.01~100μmであることが好ましい。平均粒径は、例えば、走査型電子顕微鏡(SEM)により観察される一定量の固体電解質の粒径を測定して、平均値を算出することにより求めることができる。 The sulfide-based inorganic solid electrolyte is preferably in the form of powder. In this case, the average particle size of the sulfide-based inorganic solid electrolyte is not particularly limited, and is preferably 0.01 to 100 μm, for example. The average particle size can be obtained, for example, by measuring the particle size of a certain amount of solid electrolyte observed with a scanning electron microscope (SEM) and calculating the average value.

本発明において、硫化物系無機固体電解質は、少なくともリチウムイオン伝導性を有していればよく、リチウム以外の周期律表第1族又は第2族に属する金属のイオン伝導性を有していてもよい。また、硫化物系無機固体電解質として、リチウムイオン伝導性を有するものに加えて、リチウム以外の周期律表第1族又は第2族に属する金属のイオン伝導性を有するものを併用することもできる。 In the present invention, the sulfide-based inorganic solid electrolyte may have at least lithium ion conductivity, and has ion conductivity of a metal belonging to Group 1 or Group 2 of the periodic table other than lithium. May be good. Further, as the sulfide-based inorganic solid electrolyte, in addition to those having lithium ion conductivity, those having ion conductivity of a metal belonging to Group 1 or Group 2 of the Periodic Table other than lithium can also be used in combination. ..

<リチウム金属と反応しうる固体化合物>
リチウム金属と反応しうる固体化合物は、リチウム金属と化学反応を起こす化合物であって、常温(25℃)常圧(1atm)で固体状態をとる化合物である。
固体化合物のリチウム金属との反応は、他の化合物に変換可能な反応であれば特に制限されず、例えば、酸化還元反応、置換反応、脱離反応等が挙げられる。リチウム金属との反応は、固体化合物がリチウム金属と接触することで、自身が還元され、リチウム金属を酸化する酸化還元反応が好ましい。リチウム金属との反応は、リチウム金属(0価のリチウム)に対して特異的に起こる反応であることが好ましく、リチウムイオンに対しては反応しないことが電池性能を維持する点で望ましい。
リチウム金属との反応は、全固体二次電池の稼働(充放電)に関わらず生起してもよいが、少なくとも充電時に生起することが好ましい。反応が生起する条件は、特に制限されず、全固体二次電池の使用環境条件で生起すればよく、常温常圧で生起することが好ましい。
固体化合物とリチウム金属との反応により生成する他の化合物は、特に制限されないが、通常、内部短絡の発生要因とならない化合物又はデンドライトの成長を助長しない化合物等が挙げられる。例えば電子絶縁性(一義的に決定できないが、測定温度25℃での導電率が10-9S/cm以下)の化合物が挙げられる。例えば、酸化還元反応での反応生成物としては、酸化したリチウムイオンを自身(固体化合物)の(結晶)構造内に取り込んだ化合物が好ましい。
<Solid compound that can react with lithium metal>
The solid compound capable of reacting with the lithium metal is a compound that chemically reacts with the lithium metal and takes a solid state at normal temperature (25 ° C.) and normal pressure (1 atm).
The reaction of the solid compound with the lithium metal is not particularly limited as long as it can be converted into another compound, and examples thereof include a redox reaction, a substitution reaction, and an elimination reaction. As for the reaction with the lithium metal, a redox reaction in which the solid compound comes into contact with the lithium metal to reduce itself and oxidize the lithium metal is preferable. The reaction with the lithium metal is preferably a reaction that occurs specifically with respect to the lithium metal (0-valent lithium), and it is desirable that the reaction with the lithium ion does not occur in terms of maintaining the battery performance.
The reaction with the lithium metal may occur regardless of the operation (charging / discharging) of the all-solid-state secondary battery, but it is preferable that the reaction occurs at least during charging. The conditions under which the reaction occurs are not particularly limited, and may occur under the operating environment conditions of the all-solid-state secondary battery, and it is preferable that the reaction occurs at normal temperature and pressure.
Other compounds produced by the reaction of the solid compound with the lithium metal are not particularly limited, but usually include compounds that do not cause an internal short circuit, compounds that do not promote the growth of dendrites, and the like. For example, a compound having electronic insulation (although it cannot be uniquely determined, the conductivity at a measurement temperature of 25 ° C. is 10-9 S / cm or less) can be mentioned. For example, as the reaction product in the redox reaction, a compound in which oxidized lithium ions are incorporated into the (crystal) structure of itself (solid compound) is preferable.

リチウム金属との反応及び他の化合物について、下記組成式で表される固体化合物を例に下記具体的に説明する。

組成式:Li(1+x+y)AlTi(2-x)Si(3-y)12
(ただし、x及びyはそれぞれ0を超え1.0未満である。)

上記固体化合物とリチウム金属とが接触すると、下記に示すように、リチウム金属は酸化され、リチウムイオンと電子とを発生する。一方、上記固体化合物(Ti元素)は、リチウム金属の酸化で生じた電子により還元され、固体化合物中のTi元素の価数が4価から3価に変化する。

リチウム金属(酸化):Li → Li + e
固体化合物(還元):Ti4+ + e → Ti3+

このとき、固体化合物1モルに対して、nmolのリチウム金属が反応するとすれば、下記反応式により、固体化合物中の(2-x)モルのTi元素のうちnモルのTi元素が4価から3価に還元されて、リチウムイオンが固体化合物の結晶構造中に取り込まれる。こうしてリチウムイオンを取り込んだ下記組成式に示す化合物が生成する。
この反応において、(2-x-n)モルのTi元素は還元されずに4価のままである。
上記組成式で表される固体化合物に対して、リチウム金属は最大で(2-x)モルが反応しうる。

Li(1+x+y)AlTi(2-x)Si(3-y)12 + nLi
→ Li(1+x+y+n)xAlTi(2-x)Si(3-y)12
The reaction with the lithium metal and other compounds will be specifically described below by taking a solid compound represented by the following composition formula as an example.

Composition formula: Li (1 + x + y) Al x Ti (2-x) Si y P (3-y) O 12
(However, x and y are each more than 0 and less than 1.0.)

When the solid compound comes into contact with the lithium metal, the lithium metal is oxidized to generate lithium ions and electrons, as shown below. On the other hand, the solid compound (Ti element) is reduced by electrons generated by oxidation of the lithium metal, and the valence of the Ti element in the solid compound changes from tetravalent to trivalent.

Lithium metal (oxidation): Li → Li + e
Solid compound (reduction) : Ti 4+ + e- → Ti 3+

At this time, if nmol of lithium metal reacts with 1 mol of the solid compound, n mol of Ti element among (2-x) mol of Ti element in the solid compound starts from tetravalent according to the following reaction formula. Reduced to trivalent, lithium ions are incorporated into the crystal structure of the solid compound. In this way, the compound shown in the following composition formula incorporating lithium ions is produced.
In this reaction, (2-x—n) moles of Ti element are not reduced and remain tetravalent.
Up to (2-x) moles of lithium metal can react with the solid compound represented by the above composition formula.

Li (1 + x + y) Al x Ti (2-x) Si y P (3-y) O 12 + nLi
→ Li (1 + x + y + n) x Al x Ti (2-x) Si y P (3-y) O 12

固体化合物は、常温常圧で固体状態をとるものであればよく、上記反応を生起する化合物、特に酸化還元反応により生成するリチウムイオンを結晶構造中に取り込むことができる化合物が好ましい。
このような化合物としては、有機化合物、無機化合物等が挙げられ、上記酸化還元反応を生起してリチウムイオンを結晶構造中に取り込むことができる点で無機酸化物が好ましく、金属酸化物がより好ましい。
有機化合物としては、特に制限されず、例えば、オクタデシルブロミド等のハロゲン化アルキル等が挙げられる。
The solid compound may be any compound that takes a solid state at normal temperature and pressure, and a compound that causes the above reaction, particularly a compound capable of incorporating lithium ions generated by a redox reaction into the crystal structure is preferable.
Examples of such a compound include an organic compound and an inorganic compound, and an inorganic oxide is preferable and a metal oxide is more preferable in that the above-mentioned redox reaction can occur and lithium ions can be incorporated into the crystal structure. ..
The organic compound is not particularly limited, and examples thereof include alkyl halides such as octadecyl bromide.

無機酸化物は、金属元素、半金属元素、非金属元素の酸化物が挙げられ、結晶構造が必ずしも酸化物の形態である必要はなく、例えばリン酸イオン等の陰イオンを有する結晶構造をとる固体化合物であっても酸化物の材料組成で表すことができる化合物(例えば後述する各組成式で表される化合物)を包含する。このような無機酸化物としては、特に制限されず、具体的には、例えば、ペロブスカイト型酸化物、スピネル酸化物、層状酸化物等が挙げられる。
無機酸化物としては、少なくとも1種の金属元素を含む酸化物(本発明において金属酸化物という。)が好ましく、価数変化を容易に起こしてリチウム金属との酸化還元反応しやすい点で、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni及びCuからなる群より選択される少なくとも1種の金属元素を含む酸化物(金属酸化物)がより好ましく、Ti、Mn又はCoの金属元素を少なくとも1種を含む金属酸化物が更に好ましく、少なくともTiを含む金属酸化物が特に好ましい。無機酸化物及び金属酸化物を構成する上記金属元素以外の元素は、特に制限されず、金属元素、半金属元素、非金属元素等の各種元素が適宜に選択される。
Examples of the inorganic oxide include oxides of metal elements, semi-metal elements, and non-metal elements, and the crystal structure does not necessarily have to be in the form of an oxide, and has a crystal structure having an anion such as a phosphate ion. Even if it is a solid compound, it includes a compound that can be represented by the material composition of an oxide (for example, a compound represented by each composition formula described later). Such inorganic oxides are not particularly limited, and specific examples thereof include perovskite-type oxides, spinel oxides, and layered oxides.
As the inorganic oxide, an oxide containing at least one metal element (referred to as a metal oxide in the present invention) is preferable, and Ti is easy to undergo an oxidation-reduction reaction with a lithium metal by easily causing a valence change. , V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni and Cu are more preferably oxides (metal oxides) containing at least one metal element selected from the group, and Ti, Mn or Co metal elements at least. A metal oxide containing one kind is more preferable, and a metal oxide containing at least Ti is particularly preferable. The elements other than the above-mentioned metal elements constituting the inorganic oxide and the metal oxide are not particularly limited, and various elements such as metal elements, semi-metal elements, and non-metal elements are appropriately selected.

固体化合物は、少なくともTiを含む金属酸化物として、Al、Ti、P及びSiの各元素を含む酸化物であることが好ましく、更にLiを含む酸化物であることがより好ましい。この酸化物は、酸化還元電位がリチウムイオンに近接するためリチウム金属との酸化還元反応が速やかに生起するうえ、例えばリン酸イオン(PO 3-)を有する結晶構造を維持しながらもリチウムイオンを取り込むことができる(結晶構造の安定化)。Al、Ti、P及びSiの各元素を含む酸化物としては、特に制限されず、後述する組成式で表される金属酸化物等が挙げられる。 The solid compound is preferably an oxide containing each element of Al, Ti, P and Si as a metal oxide containing at least Ti, and more preferably an oxide containing Li. Since the redox potential of this oxide is close to that of lithium ions, a redox reaction with a lithium metal occurs rapidly, and lithium ions, for example, while maintaining a crystal structure having a phosphate ion (PO 43- ) . Can be taken in (stabilization of crystal structure). The oxide containing each element of Al, Ti, P and Si is not particularly limited, and examples thereof include metal oxides represented by the composition formula described later.

上述の無機酸化物及び金属酸化物は、構成元素の一部が他の元素で置換されていてもよく、本発明において、無機酸化物及び金属酸化物には、それぞれ、構成元素の一部が他の元素で置換された酸化物を包含する。このような酸化物として、例えば、金属酸化物を構成するTiの一部がGe等で置換された酸化物が挙げられる。 In the above-mentioned inorganic oxide and metal oxide, a part of the constituent elements may be replaced with another element, and in the present invention, the inorganic oxide and the metal oxide each have a part of the constituent elements. Includes oxides substituted with other elements. Examples of such an oxide include an oxide in which a part of Ti constituting the metal oxide is replaced with Ge or the like.

固体化合物は、下記組成式で表される酸化物が好ましい。この酸化物は、リチウム金属との反応性が高く、リチウムデンドライトによる内部短絡の発生を効果的に防止することができる。更に、この化合物は、リチウムイオン伝導性をも有しており、硫化物系無機固体電解質に併用することによる固体電解質層のリチウムイオン伝導度の低減を抑えることができる。しかもリチウム金属との反応生成物もリチウムイオン伝導度を示し、硫化物系無機固体電解質により得られる高いリチウムイオン伝導度を、内部短絡の発生を抑制しながら、維持できる。

組成式:Li(1+x+y)AlTi(2-x)Si(3-y)12

上記組成式において、xは0を超え1.0未満であり、例えば、0.1~0.5をとることができる。yは0を超え1.0未満であり、例えば、0.1~0.3をとることができる。

上記組成式で表される酸化物は、Li置換NASICON(Na Super Ionic Conductor)型主結晶相を有しており、結晶構造を維持しつつリチウムイオンを取り込むことができる。この酸化物は、各元素の酸化物組成(材料組成)では、LiO-Al-SiO-P-TiOで表すことができる。
The solid compound is preferably an oxide represented by the following composition formula. This oxide has high reactivity with lithium metal and can effectively prevent the occurrence of internal short circuit due to lithium dendrite. Further, this compound also has lithium ion conductivity, and it is possible to suppress a decrease in lithium ion conductivity of the solid electrolyte layer when used in combination with a sulfide-based inorganic solid electrolyte. Moreover, the reaction product with the lithium metal also exhibits lithium ion conductivity, and the high lithium ion conductivity obtained by the sulfide-based inorganic solid electrolyte can be maintained while suppressing the occurrence of internal short circuit.

Composition formula: Li (1 + x + y) Al x Ti (2-x) Si y P (3-y) O 12

In the above composition formula, x is more than 0 and less than 1.0, and can be, for example, 0.1 to 0.5. y is more than 0 and less than 1.0, and can be, for example, 0.1 to 0.3.

The oxide represented by the above composition formula has a Li-substituted NASICON (Na Super Ionic Controller) type main crystal phase, and can take in lithium ions while maintaining the crystal structure. This oxide can be represented by Li 2 O-Al 2 O 3 -SiO 2 -P 2 O 5 -TiO 2 in the oxide composition (material composition) of each element.

上記組成式で表される酸化物は、Tiの一部がGeで置換されていてもよく、下記組成式(G)で表される酸化物を包含する。下記組成式(G)においてGeで置換されるTi量は特に制限されず適宜に設定できる。

組成式(G):Li(1+x+y)Al(Ti、Ge)(2-x)Si(3-y)12
組成式(G)中のx及びyはそれぞれ0を超え1.0未満であり、上記組成式のx及びyと同義である。

上記組成式(G)で表される酸化物は、Li置換NASICON型主結晶相を有しており、結晶構造を維持しつつリチウムイオンを取り込むことができる。この酸化物は、各元素の酸化物組成(材料組成)では、LiO-Al-SiO-P-TiO-GeOで表すことができる。
The oxide represented by the above composition formula may be partially substituted with Ge, and includes an oxide represented by the following composition formula (G). In the following composition formula (G), the amount of Ti substituted with Ge is not particularly limited and can be appropriately set.

Composition formula (G): Li (1 + x + y) Al x (Ti, Ge) (2-x) Si y P (3-y) O 12
X and y in the composition formula (G) are more than 0 and less than 1.0, respectively, and are synonymous with x and y in the above composition formula.

The oxide represented by the composition formula (G) has a Li-substituted NASICON type main crystal phase, and can take in lithium ions while maintaining the crystal structure. This oxide can be represented by Li 2 O-Al 2 O 3 -SiO 2 -P 2 O 5 -TiO 2 -GeO 2 in the oxide composition (material composition) of each element.

固体化合物は、適宜に合成若しくは調製して用いてもよく、市販品を用いてもよい。上記各組成で表される酸化物は、例えば、商品名「LICGC」(登録商標、株式会社オハラ製)として市販されている。 The solid compound may be appropriately synthesized or prepared and used, or a commercially available product may be used. The oxide represented by each of the above compositions is commercially available, for example, under the trade name "LICGC" (registered trademark, manufactured by OHARA Corporation).

固体化合物は、粉体状であることが好ましい。この場合、固体化合物の平均粒径は、特に制限されず、例えば、0.01~100μmであることが好ましい。平均粒径は、例えば、走査型電子顕微鏡(SEM)により観察される一定量の固体電解質の粒径を測定して、平均値を算出することにより求めることができる。 The solid compound is preferably in the form of powder. In this case, the average particle size of the solid compound is not particularly limited, and is preferably 0.01 to 100 μm, for example. The average particle size can be obtained, for example, by measuring the particle size of a certain amount of solid electrolyte observed with a scanning electron microscope (SEM) and calculating the average value.

<その他の材料(化合物)>
固体電解質層は、硫化物系無機固体電解質及び固体化合物以外の化合物(その他の化合物)を含有していてもよい。その他の化合物としては、全固体二次電池の固体電解質層に用いられる化合物を特に制限されることなく挙げることができ、例えば、結着材が挙げられる。結着材としては、全固体二次電池に用いられる各種結着材が挙げられ、例えばポリフッ化ビニリデン(PVDF)等のフッ素含有結着材、ブタジエンゴム等のゴム結着材等を挙げることができる。また、固体電解質層に生じる空隙を物理的に埋めるためにリチウムイオン伝導性を有するイオン液体等を本発明の作用効果を損なわない範囲で更に含有してもよいが、連続的な生産を行う点では液体成分を含有していないことが好ましい。
<Other materials (compounds)>
The solid electrolyte layer may contain a compound other than the sulfide-based inorganic solid electrolyte and the solid compound (other compounds). Examples of other compounds include compounds used for the solid electrolyte layer of an all-solid-state secondary battery without particular limitation, and examples thereof include a binder. Examples of the binder include various binders used in all-solid-state secondary batteries, such as a fluorine-containing binder such as polyvinylidene fluoride (PVDF) and a rubber binder such as butadiene rubber. can. Further, in order to physically fill the voids generated in the solid electrolyte layer, an ionic liquid having lithium ion conductivity or the like may be further contained as long as the action and effect of the present invention are not impaired, but continuous production is performed. It is preferable that the liquid component is not contained.

固体電解質層が含有する硫化物系無機固体電解質及び固体化合物が均一に分散していることが好ましい。
本発明の固体電解質層は、硫化物系無機固体電解質及び固体化合物を、それぞれ、1種含有していても、2種以上含有していてもよい。
固体電解質層に含まれる硫化物系無機固体電解質の含有量は、通常、硫化物系無機固体電解質及び固体化合物の合計体積に対して、0.1体積%以上であり、0.3体積%以上であることが好ましい。上限は、特に制限されず、例えば、99.9体積%以下であることが好ましく、99.5体積%以下であることがより好ましい。固体化合物の含有量は、特に制限されず、適宜に決定されるが、イオン伝導性の点で、硫化物系無機固体電解質及び固体化合物の合計体積に対して、0.1~50体積%であることが好ましく、0.3~47体積%であることがより好ましく、0.5~45体積%であることが更に好ましい。固体電解質層に含まれる硫化物系無機固体電解質及び固体化合物の合計の含有量は、質量基準では、例えば、80質量%以上であることが好ましく、90質量%以上であることがより好ましく、95質量%以上であることが更に好ましい。合計の含有量の上限は、99.9質量%以下であることが好ましく、99.5質量%以下であることがより好ましい。
It is preferable that the sulfide-based inorganic solid electrolyte and the solid compound contained in the solid electrolyte layer are uniformly dispersed.
The solid electrolyte layer of the present invention may contain one kind or two or more kinds of a sulfide-based inorganic solid electrolyte and a solid compound, respectively.
The content of the sulfide-based inorganic solid electrolyte contained in the solid electrolyte layer is usually 0.1% by volume or more, and 0.3% by volume or more, based on the total volume of the sulfide-based inorganic solid electrolyte and the solid compound. Is preferable. The upper limit is not particularly limited, and is preferably 99.9% by volume or less, more preferably 99.5% by volume or less. The content of the solid compound is not particularly limited and is appropriately determined, but in terms of ionic conductivity, it is 0.1 to 50% by volume with respect to the total volume of the sulfide-based inorganic solid electrolyte and the solid compound. It is preferably 0.3 to 47% by volume, more preferably 0.5 to 45% by volume. The total content of the sulfide-based inorganic solid electrolyte and the solid compound contained in the solid electrolyte layer is, for example, preferably 80% by mass or more, more preferably 90% by mass or more, and 95% by mass, on a mass basis. It is more preferably mass% or more. The upper limit of the total content is preferably 99.9% by mass or less, and more preferably 99.5% by mass or less.

固体電解質層の厚さは、特に制限されないが、例えば1000μm以下であり、500μm以下であることが好ましく、300μm以下であることがより好ましい。また、厚さの下限は、例えば、1μm以上であり、5μm以上であることが好ましい。
本発明の固体電解質層は、上述のように、固体化合物を含有しているため、内部短絡の発生抑制効果を損なうことなく、薄層化することができる。これにより、全固体二次電池の体積を低減してエネルギー密度を高めることができる。このときの固体電解質層の厚さは、上述の範囲の厚さに関わらず、エネルギー密度等を考慮して適宜に設定でき、例えば、5~150μmであることが好ましく、7~100μmであることがより好ましく、10~50μmであることが更に好ましい。
なお、固体電解質層の厚さとは、固体電解質層の平均厚さをいう。
The thickness of the solid electrolyte layer is not particularly limited, but is, for example, 1000 μm or less, preferably 500 μm or less, and more preferably 300 μm or less. Further, the lower limit of the thickness is, for example, 1 μm or more, preferably 5 μm or more.
Since the solid electrolyte layer of the present invention contains the solid compound as described above, it can be thinned without impairing the effect of suppressing the occurrence of internal short circuits. As a result, the volume of the all-solid-state secondary battery can be reduced and the energy density can be increased. The thickness of the solid electrolyte layer at this time can be appropriately set in consideration of the energy density and the like regardless of the thickness in the above range, and is preferably 5 to 150 μm, preferably 7 to 100 μm, for example. Is more preferable, and 10 to 50 μm is even more preferable.
The thickness of the solid electrolyte layer means the average thickness of the solid electrolyte layer.

本発明の固体電解質層は、通常の方法、硫化物系無機固体電解質及び固体化合物、更には適宜にその他の化合物の混合物を加圧成形等する方法等により、作製することができる。
本発明の固体電解質層は、上記利点を有する連続的な製造方法を適用して作製することもでき、生産性の点で好ましい。例えば、硫化物系無機固体電解質及び固体化合物、更には適宜にその他の化合物を含有する組成物(好ましくはスラリー)を調製して、この組成物を基材に塗布乾燥することにより、長尺状の固体電解質層を、ロール トゥ ロール法等の連続的な製造方法で、作製することができる。このようなロール トゥ ロール法等では、ロールプレス法等の通常の方法により、塗布乾燥膜、固体電解質層等の加圧も可能である。組成物の塗布方法、乾燥方法(条件)、更に加圧方法(加圧条件)等は、適宜に設定することができる。
The solid electrolyte layer of the present invention can be produced by a usual method, a sulfide-based inorganic solid electrolyte and a solid compound, and a method of appropriately forming a mixture of other compounds by pressure molding or the like.
The solid electrolyte layer of the present invention can also be produced by applying a continuous production method having the above advantages, which is preferable in terms of productivity. For example, a composition (preferably a slurry) containing a sulfide-based inorganic solid electrolyte and a solid compound, and further other compounds as appropriate is prepared, and this composition is applied to a substrate and dried to form a long shape. The solid electrolyte layer can be produced by a continuous production method such as a roll-to-roll method. In such a roll-to-roll method or the like, it is possible to pressurize the coated dry membrane, the solid electrolyte layer, or the like by a usual method such as a roll press method. The method for applying the composition, the method for drying (conditions), the method for pressurizing (pressurizing conditions), and the like can be appropriately set.

[全固体二次電池]
本発明の全固体二次電池は、上述の、本発明の固体電解質層を備えている。
この固体電解質層を備えた本発明の全固体二次電池は、充放電条件として、通常の充電条件はもちろん、ハイレート充放電条件を適用しても、リチウム金属のデンドライトの成長を阻害して、内部短絡の発生を効果的に抑制できる。更に、固体電解質層を例えば上記の厚さに薄層化して設けてエネルギー密度を向上させても、内部短絡の発生を効果的に抑制できる。そのうえ、製造方法として、電池性能の低下を招くことなく、工業的製造上の大きな利点を有する連続的な製造方法を適用できる。
[All-solid-state secondary battery]
The all-solid-state secondary battery of the present invention comprises the above-mentioned solid electrolyte layer of the present invention.
The all-solid-state secondary battery of the present invention provided with this solid electrolyte layer inhibits the growth of lithium metal dendrites even when high-rate charge / discharge conditions are applied as well as normal charging conditions as charge / discharge conditions. The occurrence of internal short circuit can be effectively suppressed. Further, even if the solid electrolyte layer is thinned to the above thickness to improve the energy density, the occurrence of internal short circuit can be effectively suppressed. Moreover, as a manufacturing method, a continuous manufacturing method having a great advantage in industrial manufacturing can be applied without causing deterioration of battery performance.

本発明の全固体二次電池は、正極活物質層、負極活物質層及び固体電解質層を備えている。具体的には、正極活物質層と、負極活物質層と、正極活物質層及び負極活物質層の間に本発明の固体電解質層とを備えている。
この一例を示すと図1に示されるように、本発明の好ましいリチウムイオン全固体二次電池10は、負極側からみて、負極集電体1、負極活物質層2、固体電解質層3、正極活物質層4及び正極集電体5をこの順に有する。各層はそれぞれ接触しており、隣接した構造をとっている。このような構造を採用することで、充電時には、負極側に電子(e)が供給され、そこにリチウムイオン(Li)が蓄積される。一方、放電時には、負極に蓄積されたリチウムイオン(Li)が正極側に戻され、作動部位6に電子が供給される。図示した例では、作動部位6に電球をモデル的に採用しており、放電によりこれが点灯するようにされている。
The all-solid-state secondary battery of the present invention includes a positive electrode active material layer, a negative electrode active material layer, and a solid electrolyte layer. Specifically, the positive electrode active material layer, the negative electrode active material layer, and the solid electrolyte layer of the present invention are provided between the positive electrode active material layer and the negative electrode active material layer.
As shown in FIG. 1, an example of this is shown in FIG. 1, in which the preferred lithium ion all-solid-state secondary battery 10 of the present invention has a negative electrode current collector 1, a negative electrode active material layer 2, a solid electrolyte layer 3, and a positive electrode when viewed from the negative electrode side. The active material layer 4 and the positive electrode current collector 5 are provided in this order. Each layer is in contact with each other and has an adjacent structure. By adopting such a structure, during charging, electrons (e ) are supplied to the negative electrode side, and lithium ions (Li + ) are accumulated there. On the other hand, at the time of discharge, the lithium ion (Li + ) accumulated in the negative electrode is returned to the positive electrode side, and electrons are supplied to the operating portion 6. In the illustrated example, a light bulb is used as a model for the operating portion 6, and the light bulb is turned on by electric discharge.

<正極活物質層>
正極活物質層は、少なくとも正極活物質を含有する層である。また、正極活物質層は、正極活物質の他に、導電助剤、結着材及び無機固体電解質の少なくとも一つを含有していてもよい。
<Positive electrode active material layer>
The positive electrode active material layer is a layer containing at least a positive electrode active material. Further, the positive electrode active material layer may contain at least one of a conductive auxiliary agent, a binder and an inorganic solid electrolyte in addition to the positive electrode active material.

正極活物質としては、全固体二次電池に通常使用されるものを適宜選定して用いることができ、可逆的にリチウムイオンを挿入及び放出できるものが好ましい。正極活物質としては、例えば、酸化物活物質を挙げることができる。酸化物活物質としては、具体的には、LiCoO、LiMnO、LiNiO、LiVO、LiNi1/3Co1/3Mn1/3、LiNi0.5Co0.2Mn0.3等の岩塩層状型活物質、LiMn、Li(Ni0.5Mn1.5)O等のスピネル型活物質、LiFePO、LiMnPO、LiNiPO、LiCuPO等のオリビン型活物質等を挙げることができる。また、LiFeSiO、LiMnSiOを正極活物質として用いてもよい。
正極活物質は粒子状であることが好ましく、平均粒径は特に制限されず、例えば、0.1~50μmとすることができる。平均粒径の測定方法は上述の硫化物系無機固体電解質と同様である。
正極活物質は、1種を含有していても2種以上を含有していてもよい。
正極活物質の、正極活物質層中における含有量は、特に制限されず、固形分100体積%において、10~97体積%が好ましく、20~95体積%がより好ましく、30~90体積%が更に好ましく、40~85体積%が特に好ましい。
As the positive electrode active material, a material usually used for an all-solid-state secondary battery can be appropriately selected and used, and a material capable of reversibly inserting and releasing lithium ions is preferable. Examples of the positive electrode active material include an oxide active material. Specific examples of the oxide active material include LiCoO 2 , LiMnO 2 , LiNiO 2 , LiVO 2 , LiNi 1/3 Co 1/3 Mn 1/3 O 2 , LiNi 0.5 Co 0.2 Mn 0. Rock salt layered active material such as 3 O 2 , spinel type active material such as LiMn 2 O 4 , Li (Ni 0.5 Mn 1.5 ) O 4 , olivine such as LiFePO 4 , LiMnPO 4 , LiNiPO 4 , LiCuPO 4 Examples include mold active substances. Further, Li 2 FeSiO 4 and Li 2 MnSiO 4 may be used as the positive electrode active material.
The positive electrode active material is preferably in the form of particles, and the average particle size is not particularly limited, and can be, for example, 0.1 to 50 μm. The method for measuring the average particle size is the same as that of the above-mentioned sulfide-based inorganic solid electrolyte.
The positive electrode active material may contain one kind or two or more kinds.
The content of the positive electrode active material in the positive electrode active material layer is not particularly limited, and is preferably 10 to 97% by volume, more preferably 20 to 95% by volume, and 30 to 90% by volume in terms of solid content of 100% by volume. More preferably, 40 to 85% by volume is particularly preferable.

正極活物質の表面は、コート層で被覆されていてもよい。正極活物質と硫化物無機固体電解質との反応を抑制できるからである。コート層の材料としては、例えば、LiNbO、LiPO、LiPON等のリチウムイオン伝導性酸化物を挙げることができる。コート層の平均厚さは、例えば1~20nmの範囲内であることが好ましく、1~10nmの範囲内であることがより好ましい。 The surface of the positive electrode active material may be coated with a coat layer. This is because the reaction between the positive electrode active material and the sulfide inorganic solid electrolyte can be suppressed. Examples of the material of the coat layer include lithium ion conductive oxides such as LiNbO 3 , Li 3 PO 4 , and LiPON. The average thickness of the coat layer is preferably in the range of, for example, 1 to 20 nm, and more preferably in the range of 1 to 10 nm.

<負極活物質層>
負極活物質層は、少なくとも負極活物質を含有する層である。また、負極活物質層は、負極活物質の他に、導電助剤、結着材及び無機固体電解質の少なくとも一つを含有していてもよい。
<Negative electrode active material layer>
The negative electrode active material layer is a layer containing at least the negative electrode active material. Further, the negative electrode active material layer may contain at least one of a conductive auxiliary agent, a binder and an inorganic solid electrolyte in addition to the negative electrode active material.

負極活物質としては、全固体二次電池に通常使用されるものを適宜選定して用いることができ、可逆的にリチウムイオンを挿入及び放出できるものが好ましい。負極活物質としては、例えば、金属活物質及びカーボン活物質を挙げることができる。
金属活物質としては、例えばIn、Al、Si、Sn等を挙げることができる。一方、カーボン活物質としては、例えば、天然黒鉛、高配向性グラファイト(HOPG)等の人造黒鉛、メソカーボンマイクロビーズ(MCMB)、ハードカーボン、ソフトカーボン等を挙げることができる。
負極活物質は粒子状であることが好ましく、平均粒径は特に制限されず、例えば、0.1~50μmとすることができる。平均粒径の測定方法は上述の硫化物系無機固体電解質と同様である。
負極活物質は、1種を含有していても2種以上を含有していてもよい。
負極活物質の、負極活物質層中における含有量は、特に制限されず、固形分100体積%において、10~97体積%が好ましく、20~95体積%がより好ましく、30~90体積%が更に好ましく、40~85体積%が特に好ましい。
As the negative electrode active material, a material usually used for an all-solid-state secondary battery can be appropriately selected and used, and a material capable of reversibly inserting and releasing lithium ions is preferable. Examples of the negative electrode active material include a metal active material and a carbon active material.
Examples of the metal active material include In, Al, Si, Sn and the like. On the other hand, examples of the carbon active material include natural graphite, artificial graphite such as highly oriented graphite (HOPG), mesocarbon microbeads (MCMB), hard carbon, soft carbon and the like.
The negative electrode active material is preferably in the form of particles, and the average particle size is not particularly limited, and can be, for example, 0.1 to 50 μm. The method for measuring the average particle size is the same as that of the above-mentioned sulfide-based inorganic solid electrolyte.
The negative electrode active material may contain one kind or two or more kinds.
The content of the negative electrode active material in the negative electrode active material layer is not particularly limited, and is preferably 10 to 97% by volume, more preferably 20 to 95% by volume, and 30 to 90% by volume in terms of solid content of 100% by volume. More preferably, 40 to 85% by volume is particularly preferable.

正極活物質層及び負極活物質層が含有してもよい導電助剤としては、全固体二次電池に通常使用されるものを適宜選定して用いることができ、例えば、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、VGCF、グラファイト等の炭素材料を挙げることができる。結着材としては、硫化物系無機固体電解質で説明したものが挙げられる。無機固体電解質としては、全固体二次電池に通常使用されるものを適宜選定して用いることができ、例えば、上述の硫化物系無機固体電解質、酸化物固体電解質を挙げることができる。また、正極活物質層の厚さは、電池の構成によって大きく異なるものであるが、例えば0.1~1000μmの範囲内であることが好ましい。
導電助剤、結着材及び固体電解質は、それぞれ、1種含有していても2種以上を含有していてもよく、その含有量は適宜に決定される。
As the conductive auxiliary agent that may be contained in the positive electrode active material layer and the negative electrode active material layer, those normally used for all-solid-state secondary batteries can be appropriately selected and used. For example, acetylene black and ketjen black can be used. , VGCF, graphite and other carbon materials. Examples of the binder include those described in the sulfide-based inorganic solid electrolyte. As the inorganic solid electrolyte, those usually used for an all-solid secondary battery can be appropriately selected and used, and examples thereof include the above-mentioned sulfide-based inorganic solid electrolyte and oxide solid electrolyte. The thickness of the positive electrode active material layer varies greatly depending on the configuration of the battery, but is preferably in the range of, for example, 0.1 to 1000 μm.
The conductive auxiliary agent, the binder, and the solid electrolyte may each contain one type or two or more types, and the content thereof is appropriately determined.

正極活物質層及び負極活物質層が含有してもよい結着材については、上述した内容と同様である。また、無機固体電解質は、上述の硫化物系無機固体電解質でもよく、リチウム以外の周期律表第1族又は第2族に属する金属のイオン伝導性を有する無機固体電解質含有組成物でもよく、全固体二次電池に用いられる他の無機固体電解質でもよい。
正極活物質層及び負極活物質層の厚さは、電池の構成によって大きく異なるものであるが、例えば0.1~1000μmの範囲内であることが好ましい。
The binder material that may be contained in the positive electrode active material layer and the negative electrode active material layer is the same as described above. Further, the inorganic solid electrolyte may be the above-mentioned sulfide-based inorganic solid electrolyte, or may be an inorganic solid electrolyte-containing composition having ionic conductivity of a metal belonging to Group 1 or Group 2 of the periodic table other than lithium. Other inorganic solid electrolytes used in solid secondary batteries may be used.
The thickness of the positive electrode active material layer and the negative electrode active material layer varies greatly depending on the configuration of the battery, but is preferably in the range of, for example, 0.1 to 1000 μm.

<固体電解質層>
全固体二次電池が備える固体電解質層は、本発明の固体電解質層であり、固体化合物を含有している。なお、固体電解質層の詳細は上述した通りである。ただし、固体電解質層中の固体化合物は、全固体二次電池の使用(充放電)によりリチウム金属と反応して、使用前よりも含有量が減少している。固体電解質層中に固体化合物が存在しているか否かは、例えば、エネルギー分散型X線分光法(EDS)を用いた組成分析によって、確認できる。
<Solid electrolyte layer>
The solid electrolyte layer included in the all-solid-state secondary battery is the solid electrolyte layer of the present invention and contains a solid compound. The details of the solid electrolyte layer are as described above. However, the content of the solid compound in the solid electrolyte layer is reduced as compared with that before use by reacting with the lithium metal by using (charging / discharging) the all-solid secondary battery. Whether or not the solid compound is present in the solid electrolyte layer can be confirmed, for example, by composition analysis using energy dispersive X-ray spectroscopy (EDS).

<集電体>
正極活物質層の集電を行う正極集電体の材料としては、例えば、ステンレス鋼(SUS)、アルミニウム、ニッケル、鉄、チタン、カーボン等を挙げることができる。また、負極活物質層の集電を行う負極集電体の材料としては、例えば、SUS、銅、ニッケル、カーボン等を挙げることができる。
<Current collector>
Examples of the material of the positive electrode current collector that collects the positive electrode active material layer include stainless steel (SUS), aluminum, nickel, iron, titanium, and carbon. Further, as the material of the negative electrode current collector that collects the current of the negative electrode active material layer, for example, SUS, copper, nickel, carbon and the like can be mentioned.

<その他の構成>
全固体二次電池について、上記構成以外の構成は、通常の構成を特に制限されることなく適用することができる。例えば、一般的な電池ケースを設けることができる。電池ケースとしては、例えばSUS製若しくはアルミニウム製の電池ケース等を挙げることができる。
<Other configurations>
With respect to the all-solid-state secondary battery, configurations other than the above configurations can be applied without particular limitation to the usual configurations. For example, a general battery case can be provided. Examples of the battery case include a battery case made of SUS or aluminum.

全固体二次電池は、充電時の電流密度を制御する通常の充電制御部を有していてもよい。
全固体二次電池は、拘束部材により、厚さ方向の拘束圧が付与されていてもよい。拘束部材の種類は特に限定されるものではなく、一般的な拘束部材を用いることができる。拘束圧(面圧)は、特に限定されるものではないが、例えば0.1MPa以上であり、1MPa以上であることが好ましい。拘束圧を大きくすることで、活物質粒子と電解質粒子との接触等、粒子同士の接触を維持しやすくなる。一方、拘束圧(面圧)は、例えば400MPa以下であり、300MPa以下であることが好ましい。拘束圧が大きすぎると、拘束部材に高い剛性が求められ、拘束部材が大型化する可能性があるからである。
The all-solid-state secondary battery may have a normal charge control unit that controls the current density during charging.
In the all-solid-state secondary battery, a restraining pressure in the thickness direction may be applied by the restraining member. The type of the restraining member is not particularly limited, and a general restraining member can be used. The confining pressure (surface pressure) is not particularly limited, but is, for example, 0.1 MPa or more, preferably 1 MPa or more. By increasing the confining pressure, it becomes easier to maintain contact between the particles, such as contact between the active material particles and the electrolyte particles. On the other hand, the restraint pressure (surface pressure) is, for example, 400 MPa or less, preferably 300 MPa or less. This is because if the restraining pressure is too large, the restraining member is required to have high rigidity, and the restraining member may become large in size.

全固体二次電池は、上述の、正極活物質層、負極活物質層及び固体電解質層を有するものであれば特に限定されるものではない。また、全固体二次電池の形状としては、例えば、コイン型、ラミネート型、円筒型及び角型等を挙げることができる。
更に、上記の全固体二次電池は、全固体二次電池の製造工程において負極活物質層を設けているが、本発明の全固体二次電池は、負極活物質層を製造時に設けず、その後の充電により負極活物質としてのリチウム金属を析出させて形成する態様も包含する。また、負極活物質層を、リチウム金属の粉末を堆積又は成形してなる層、リチウム箔及びリチウム蒸着膜等のリチウム金属層として設けることもできる。
The all-solid-state secondary battery is not particularly limited as long as it has the above-mentioned positive electrode active material layer, negative electrode active material layer and solid electrolyte layer. Examples of the shape of the all-solid-state secondary battery include a coin type, a laminated type, a cylindrical type, and a square type.
Further, the above-mentioned all-solid-state secondary battery is provided with a negative electrode active material layer in the manufacturing process of the all-solid-state secondary battery, but the all-solid-state secondary battery of the present invention is not provided with the negative electrode active material layer at the time of manufacturing. It also includes an embodiment of forming by precipitating lithium metal as a negative electrode active material by subsequent charging. Further, the negative electrode active material layer may be provided as a layer formed by depositing or molding a lithium metal powder, or as a lithium metal layer such as a lithium foil and a lithium vapor deposition film.

本発明の全固体二次電池は、通常の方法により、製造することができる。例えば、後述する実施例に示すように、正極活物質層、負極活物質層及び固体電解質層をそれぞれ作製した後に積層して、製造できる。各層は、本発明の固体電解質層の製造方法と同様にして、作製できる。
本発明の全固体二次電池は、上記利点を有する連続的な製造方法を適用して、製造することもでき、生産性の点で好ましい。例えば、各層を形成可能な組成物(好ましくはスラリー)を、集電体、又はすでに形成した層の表面上に塗布乾燥することにより、長尺状のシート若しくは積層体として、ロール トゥ ロール法等の連続的な製造方法で、製造することができる。このようなロール トゥ ロール法等では、ロールプレス法等の通常の方法により、塗布乾燥膜、積層体等の加圧も可能である。
The all-solid-state secondary battery of the present invention can be manufactured by a usual method. For example, as shown in Examples described later, the positive electrode active material layer, the negative electrode active material layer, and the solid electrolyte layer can be prepared and then laminated to be produced. Each layer can be produced in the same manner as in the method for producing a solid electrolyte layer of the present invention.
The all-solid-state secondary battery of the present invention can also be manufactured by applying a continuous manufacturing method having the above advantages, which is preferable in terms of productivity. For example, a composition (preferably a slurry) capable of forming each layer is applied and dried on the surface of a current collector or a layer already formed to form a long sheet or a laminated body by a roll-to-roll method or the like. It can be manufactured by the continuous manufacturing method of. In such a roll-to-roll method or the like, it is possible to pressurize the coated dry film, the laminated body or the like by a usual method such as a roll press method.

<初期化>
上記のようにして製造した全固体二次電池は、製造後又は使用前に初期化を行うことが好ましい。初期化は特に制限されず、例えば、プレス圧を高めた状態で初充放電を行い、その後、全固体二次電池の一般使用圧力になるまで圧力を解放することにより、行うことができる。
<Initialization>
The all-solid-state secondary battery manufactured as described above is preferably initialized after manufacturing or before use. Initialization is not particularly limited, and can be performed, for example, by performing initial charging / discharging with the press pressure increased, and then releasing the pressure until the pressure reaches the general working pressure of the all-solid-state secondary battery.

[全固体二次電池の用途]
本発明の全固体二次電池は種々の用途に適用することができる。適用態様には特に制限はないが、例えば、電子機器に搭載する場合、ノートパソコン、ペン入力パソコン、モバイルパソコン、電子ブックプレーヤー、携帯電話、コードレスフォン子機、ページャー、ハンディーターミナル、携帯ファックス、携帯コピー、携帯プリンター、ヘッドフォンステレオ、ビデオムービー、液晶テレビ、ハンディークリーナー、ポータブルCD、ミニディスク、電気シェーバー、トランシーバー、電子手帳、電卓、メモリーカード、携帯テープレコーダー、ラジオ、バックアップ電源などが挙げられる。その他民生用として、自動車、電動車両、モーター、照明器具、玩具、ゲーム機器、ロードコンディショナー、時計、ストロボ、カメラ、医療機器(ペースメーカー、補聴器、肩もみ機など)などが挙げられる。更に、宇宙用として用いることができる。また、太陽電池と組み合わせることもできる。
[Use of all-solid-state secondary battery]
The all-solid-state secondary battery of the present invention can be applied to various uses. The application mode is not particularly limited, but for example, when it is mounted on an electronic device, it is a notebook computer, a pen input computer, a mobile computer, an electronic book player, a mobile phone, a cordless phone handset, a pager, a handy terminal, a mobile fax, or a mobile phone. Copy, mobile printer, headphone stereo, video movie, LCD TV, handy cleaner, portable CD, mini disk, electric shaver, transceiver, electronic organizer, calculator, memory card, portable tape recorder, radio, backup power supply, etc. Other consumer products include automobiles, electric vehicles, motors, lighting equipment, toys, game equipment, road conditioners, watches, strobes, cameras, medical equipment (pacemakers, hearing aids, shoulder massagers, etc.). Furthermore, it can be used for space use. It can also be combined with a solar cell.

以下に、実施例に基づき本発明について更に詳細に説明するが、本発明はこれにより限定して解釈されるものではない。以下の実施例において組成を表す「部」及び「%」は、特に断らない限り質量基準である。本発明において「室温」とは25℃を意味する。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail based on examples, but the present invention is not limited thereto. In the following examples, "parts" and "%" representing the composition are based on mass unless otherwise specified. In the present invention, "room temperature" means 25 ° C.

[実施例1]
以下のようにして、図1に示す層構成を有する全固体二次電池を製造した。
(正極活物質層の作製)
正極活物質としてニッケルコバルトマンガン酸リチウム:LiNi0.5Co0.2Mn0.3(NCM523)と、アルジロダイト型硫化物系無機固体電解質:LiPSCl(粒径1μm)と、導電助剤としてVGCF(昭和電工社製)と、結着材(バインダー)としてブタジエンゴムと、分散媒としてメシチレンとを用いて、固形分における活物質比率が50体積%のスラリーを調製した。スラリー中の含有率は、固形分100体積%において、硫化物系無機固体電解質が40体積%であり、導電助剤が5体積%であり、結着材が5体積%であり、固形分濃度は60質量%であった。
次いで、調製したスラリーを、容量が1.7mAh/cmとなるように、ステンレス鋼(SUS)箔上にアプリケーターを用いて塗工し、70℃で4時間乾燥して、正極シートを作製した。
[Example 1]
An all-solid-state secondary battery having the layer structure shown in FIG. 1 was manufactured as follows.
(Preparation of positive electrode active material layer)
Lithium nickel cobalt manganate: LiNi 0.5 Co 0.2 Mn 0.3 O 2 (NCM523) as a positive electrode active material, and argylodite-type sulfide-based inorganic solid electrolyte: Li 6 PS 5 Cl (particle size 1 μm). Using VGCF (manufactured by Showa Denko Co., Ltd.) as a conductive auxiliary agent, butadiene rubber as a binder, and mesitylen as a dispersion medium, a slurry having an active material ratio of 50% by volume in solid content was prepared. The content in the slurry is 100% by volume of the solid content, 40% by volume of the sulfide-based inorganic solid electrolyte, 5% by volume of the conductive auxiliary agent, 5% by volume of the binder, and the solid content concentration. Was 60% by volume.
Next, the prepared slurry was applied onto a stainless steel (SUS) foil using an applicator so as to have a capacity of 1.7 mAh / cm 2 , and dried at 70 ° C. for 4 hours to prepare a positive electrode sheet. ..

(負極活物質層の作製)
負極活物質として人造黒鉛(粒径20μm)と、アルジロダイト型硫化物系無機固体電解質:LiPSCl(粒径1μm)と、結着材(バインダー)としてブタジエンゴムと、分散媒としてメシチレンとを用いて、固形分における活物質比率が50体積%のスラリーを調製した。スラリー中の含有率は、固形分100体積%において、硫化物系無機固体電解質が45体積%であり、結着材が5体積%であり、固形分濃度は60質量%であった。
次いで、調製したスラリーを、2.0mAh/cmとなるように、SUS箔上にアプリケーターを用いて塗工し、70℃で4時間乾燥して、負極シートを作製した。
(Preparation of negative electrode active material layer)
Artificial graphite (particle size 20 μm) as the negative electrode active material, algyrodite-type sulfide-based inorganic solid electrolyte: Li 6 PS 5 Cl (particle size 1 μm), butadiene rubber as the binder, and mesitylen as the dispersion medium. Was used to prepare a slurry having an active material ratio of 50% by volume in the solid content. The content in the slurry was 45% by volume of the sulfide-based inorganic solid electrolyte, 5% by volume of the binder, and 60% by volume of the solid content at 100% by volume of the solid content.
Next, the prepared slurry was applied onto a SUS foil at 2.0 mAh / cm 2 using an applicator, and dried at 70 ° C. for 4 hours to prepare a negative electrode sheet.

(固体電解質層の作製)
アルジロダイト型硫化物系無機固体電解質:LiPSCl(粒径1μm)と、Li置換NASICON型固体化合物:LICGC(登録商標)PW-01(製品名、オハラ社製)と、結着材(バインダー)としてブタジエンゴムと、分散媒としてメシチレンとを用いて、固形分濃度50質量%のスラリーを調製した。硫化物系無機固体電解質と固体化合物との体積比率は80:20(硫化物系無機固体電解質:固体化合物)とした。スラリー中の結着材の含有率は固形分100体積%において5体積%であった。
用いたLi置換NASICON型固体化合物は下記組成式で表される。
組成式:Li(1+x+y)AlTi(2-x)Si(3-y)12
(x及びyはそれぞれ0を超え1.0未満である。)

次いで、調製したスラリーをSUS箔上に塗工し、70℃で4時間乾燥して、固体電解質層シートを作製した。
(Preparation of solid electrolyte layer)
Algyrodite-type sulfide-based inorganic solid electrolyte: Li 6 PS 5 Cl (particle size: 1 μm), Li-substituted NASICON-type solid compound: LICGC (registered trademark) PW-01 (product name, manufactured by O'Hara), and a binder (product name, manufactured by O'Hara). A slurry having a solid content concentration of 50% by mass was prepared using a butadiene rubber as a binder) and mesityrene as a dispersion medium. The volume ratio of the sulfide-based inorganic solid electrolyte to the solid compound was 80:20 (sulfide-based inorganic solid electrolyte: solid compound). The content of the binder in the slurry was 5% by volume at 100% by volume of the solid content.
The Li-substituted NASICON type solid compound used is represented by the following composition formula.
Composition formula: Li (1 + x + y) Al x Ti (2-x) Si y P (3-y) O 12
(X and y are each more than 0 and less than 1.0.)

Next, the prepared slurry was applied onto a SUS foil and dried at 70 ° C. for 4 hours to prepare a solid electrolyte layer sheet.

(全固体二次電池の製造)
作製した負極シート及び固体電解質シートをそれぞれ2.5cm角にカットして各シート片を得た。負極シート片の負極活物質層上に固体電解質シート片の固体電解質層を重ね合わせて、冷間等方圧プレス(CIP)を用いて、392MPaでプレスし、負極シート片及び固体電解質シート片の接合体(積層体)を得た。この接合体における、固体電解質層の厚さは20μmであり、負極活物質層の厚さは70μmであった。
次いで、作製した正極シートを2cm角にカットし、CIPを用いて392MPaで正極シートをプレスして、正極シート片を得た。この正極シート片の正極活物質層の厚さは70μmであった。
次いで、上記接合体の両面のSUS箔を剥し、正極シート片のSUS箔を剥した。その後、接合体の固体電解質層の表面に正極シート片の正極活物質層を重ね、正極及び負極の集電体としてSUS箔を重ねて、タブ付けを行った。これをアルミニウムラミネートフィルムでラミネートして、シート電池を得た。
次いで、得られたシート電池を、SUS製の拘束治具を用いて200MPaで積層方向に拘束し、0.1Cにて4.2Vまで充電した後に3Vまで放電して、初期化(化成処理)を完了した。
こうして、シート状の全固体二次電池を製造した。この全固体二次電池は25℃における比容量が150mAh/g-NCM523であった。
(Manufacturing of all-solid-state secondary batteries)
The prepared negative electrode sheet and solid electrolyte sheet were cut into 2.5 cm squares to obtain each sheet piece. The solid electrolyte layer of the solid electrolyte sheet piece is superposed on the negative electrode active material layer of the negative electrode sheet piece, and pressed at 392 MPa using a cold isotropic press (CIP) to form the negative electrode sheet piece and the solid electrolyte sheet piece. A bonded body (laminated body) was obtained. In this bonded body, the thickness of the solid electrolyte layer was 20 μm, and the thickness of the negative electrode active material layer was 70 μm.
Next, the prepared positive electrode sheet was cut into 2 cm squares, and the positive electrode sheet was pressed at 392 MPa using CIP to obtain a positive electrode sheet piece. The thickness of the positive electrode active material layer of this positive electrode sheet piece was 70 μm.
Next, the SUS foils on both sides of the bonded body were peeled off, and the SUS foils on the positive electrode sheet pieces were peeled off. Then, the positive electrode active material layer of the positive electrode sheet piece was superposed on the surface of the solid electrolyte layer of the bonded body, and the SUS foil was superposed as the current collectors of the positive electrode and the negative electrode, and tabbing was performed. This was laminated with an aluminum laminating film to obtain a sheet battery.
Next, the obtained sheet battery was constrained in the stacking direction at 200 MPa using a SUS restraint jig, charged to 4.2 V at 0.1 C, and then discharged to 3 V for initialization (chemical conversion treatment). Completed.
In this way, a sheet-shaped all-solid-state secondary battery was manufactured. This all-solid-state secondary battery had a specific capacity of 150 mAh / g-NCM523 at 25 ° C.

[比較例1]
(比較用固体電解質シートの作製)
実施例1の固体電解質層の作製において、LICGC(登録商標)を用いず、硫化物系無機固体電解質と固体化合物との体積比率を100:0(硫化物系無機固体電解質:固体化合物)としたこと以外は、実施例1の固体電解質層の作製と同様にして、比較用固体電解質シートを作製した。固体電解質層を形成するために調整した比較用スラリーにおける固形分濃度及び結着材の含有量は実施例1で調製したスラリーと同じである。
(比較用の全固体二次電池の製造)
実施例1の全固体二次電池の製造において、実施例1で作製した負極シート片の負極活物質層上に、2.5cm角にカットした比較用固体電解質シートの固体電解質層を重ね合わせたこと以外は、実施例1の全固体二次電池の製造と同様にして、負極シート片及び比較用固体電解質シート片の比較用接合体を得た。この比較用接合体における、固体電解質層の厚さは20μmであり、負極活物質層の厚さは70μmであった。
次いで、得られた比較用接合体を用いたこと以外は、実施例1の全固体二次電池の製造と同様にして、シート状の比較用全固体二次電池を製造した。
比較用全固体二次電池は25℃における比容量が150mAh/g-NCM523であった。
[Comparative Example 1]
(Preparation of solid electrolyte sheet for comparison)
In the preparation of the solid electrolyte layer of Example 1, LICGC (registered trademark) was not used, and the volume ratio of the sulfide-based inorganic solid electrolyte and the solid compound was set to 100: 0 (sulfide-based inorganic solid electrolyte: solid compound). Except for this, a comparative solid electrolyte sheet was prepared in the same manner as in the preparation of the solid electrolyte layer of Example 1. The solid content concentration and the content of the binder in the comparative slurry prepared to form the solid electrolyte layer are the same as those prepared in Example 1.
(Manufacturing of all-solid-state secondary batteries for comparison)
In the production of the all-solid secondary battery of Example 1, the solid electrolyte layer of the comparative solid electrolyte sheet cut into 2.5 cm square was superposed on the negative electrode active material layer of the negative electrode sheet piece produced in Example 1. Except for the above, a comparative bonded body of a negative electrode sheet piece and a comparative solid electrolyte sheet piece was obtained in the same manner as in the production of the all-solid secondary battery of Example 1. In this comparative bonded body, the thickness of the solid electrolyte layer was 20 μm, and the thickness of the negative electrode active material layer was 70 μm.
Next, a sheet-shaped comparative all-solid-state secondary battery was manufactured in the same manner as in the production of the all-solid-state secondary battery of Example 1 except that the obtained comparative all-solid-state battery was used.
The comparative all-solid-state secondary battery had a specific capacity of 150 mAh / g-NCM523 at 25 ° C.

[充電レート試験]
製造した実施例1の全固体二次電池及び比較例1の比較用全固体二次電池について、充放電評価装置TOSCAT-3000(商品名、東洋システム社製)を用いて、充電レート試験を行って、内部短絡の発生抑制効果を評価した。
すなわち、各全固体二次電池を、それぞれ、60℃の環境下で、0.1Cから6.0Cまで充電レート試験を行った(CC4.2V、CV0.01Cカット)。
具体的には、下記のようにして、0.1C充放電工程から6.0C充放電工程を順に行って、充放電曲線を得た。
[Charge rate test]
A charge rate test was performed on the manufactured all-solid-state secondary battery of Example 1 and the comparative all-solid-state secondary battery of Comparative Example 1 using the charge / discharge evaluation device TOSCAT-3000 (trade name, manufactured by Toyo System Co., Ltd.). The effect of suppressing the occurrence of internal short circuits was evaluated.
That is, each all-solid-state secondary battery was subjected to a charge rate test from 0.1 C to 6.0 C in an environment of 60 ° C. (CC 4.2 V, CV 0.01 C cut).
Specifically, the charge / discharge curve was obtained by sequentially performing the 0.1C charge / discharge step to the 6.0C charge / discharge step as described below.

(1)0.1C充放電工程
各全固体二次電池について、4.2Vまで0.1CでCC充電し、0.01CカットでCV充電した。30分休止後に、更に3Vまで0.1CでCC放電し、0.01CカットでCV放電して、30分休止した。
(2)0.2C充放電工程
0.1C充放電工程実施後の各全固体二次電池について、4.2Vまで0.2CでCC充電し、0.01CカットでCV充電した。30分休止後に、更に3Vまで0.2CでCC放電し、0.01CカットでCV放電して、30分休止した。
(3)0.5C充放電工程
0.2C充放電工程実施後の各全固体二次電池について、4.2Vまで0.5CでCC充電し、0.01CカットでCV充電した。30分休止後に、更に3Vまで0.5CでCC放電し、0.01CカットでCV放電して、30分休止した。
(4)1.0C充放電工程
0.5C充放電工程実施後の各全固体二次電池について、4.2Vまで1.0CでCC充電し、0.01CカットでCV充電した。30分休止後に、更に3Vまで1.0CでCC放電し、0.01CカットでCV放電して、30分休止した。
(1) 0.1C charge / discharge step For each all-solid-state secondary battery, CC charging was performed at 0.1 C up to 4.2 V, and CV charging was performed at 0.01 C cut. After a 30-minute rest, CC discharge was further performed at 0.1 C up to 3 V, CV discharge was performed at a 0.01 C cut, and a 30-minute rest was performed.
(2) 0.2C charge / discharge step For each all-solid-state secondary battery after the 0.1C charge / discharge step, CC charging was performed at 0.2C up to 4.2V, and CV charging was performed at 0.01C cut. After a 30-minute rest, CC discharge was further performed at 0.2 C up to 3 V, CV discharge was performed at a 0.01 C cut, and a 30-minute rest was performed.
(3) 0.5C charge / discharge step For each all-solid-state secondary battery after the 0.2C charge / discharge step, CC charging was performed at 0.5C up to 4.2V, and CV charging was performed at 0.01C cut. After a 30-minute rest, CC discharge was further performed at 0.5 C up to 3 V, CV discharge was performed at a 0.01 C cut, and a 30-minute rest was performed.
(4) 1.0C charge / discharge step For each all-solid-state secondary battery after the 0.5C charge / discharge step, CC charging was performed at 1.0 C up to 4.2 V, and CV charging was performed at 0.01 C cut. After a 30-minute rest, CC discharge was further performed at 1.0 C up to 3 V, CV discharge was performed at a 0.01 C cut, and a 30-minute rest was performed.

(5)1.5C充放電工程
1.0C充放電工程実施後の各全固体二次電池について、4.2Vまで1.5CでCC充電し、0.01CカットでCV充電した。30分休止後に、更に3Vまで1.5CでCC放電し、0.01CカットでCV放電して、30分休止した。
(6)2.0C充放電工程
1.5C充放電工程実施後の各全固体二次電池について、4.2Vまで2.0CでCC充電し、0.01CカットでCV充電した。30分休止後に、更に3Vまで2.0CでCC放電し、0.01CカットでCV放電して、30分休止した。
(7)2.5C充放電工程
2.0C充放電工程実施後の各全固体二次電池について、4.2Vまで2.5CでCC充電し、0.01CカットでCV充電した。30分休止後に、更に3Vまで2.5CでCC放電し、0.01CカットでCV放電して、30分休止した。
(8)3.0C充放電工程
2.5C充放電工程実施後の各全固体二次電池について、4.2Vまで3.0CでCC充電し、0.01CカットでCV充電した。30分休止後に、更に3Vまで3.0CでCC放電し、0.01CカットでCV放電して、30分休止した。
(5) 1.5C charge / discharge step For each all-solid-state secondary battery after the 1.0C charge / discharge step, CC charging was performed at 1.5C up to 4.2V, and CV charging was performed at 0.01C cut. After a 30-minute rest, CC discharge was further performed at 1.5 C up to 3 V, CV discharge was performed at a 0.01 C cut, and a 30-minute rest was performed.
(6) 2.0C charge / discharge step For each all-solid-state secondary battery after the 1.5C charge / discharge step, CC charging was performed at 2.0C up to 4.2V, and CV charging was performed at 0.01C cut. After a 30-minute rest, CC discharge was performed at 2.0 C up to 3 V, CV discharge was performed at a 0.01 C cut, and a 30-minute rest was performed.
(7) 2.5C charge / discharge step For each all-solid-state secondary battery after the 2.0C charge / discharge step, CC charging was performed at 2.5C up to 4.2V, and CV charging was performed at 0.01C cut. After a 30-minute rest, CC discharge was performed at 2.5 C up to 3 V, CV discharge was performed at a 0.01 C cut, and a 30-minute rest was performed.
(8) 3.0C charge / discharge step For each all-solid-state secondary battery after the 2.5C charge / discharge step, CC charging was performed at 3.0C up to 4.2V, and CV charging was performed at 0.01C cut. After a 30-minute rest, CC discharge was performed at 3.0 C up to 3 V, CV discharge was performed at a 0.01 C cut, and a 30-minute rest was performed.

(9)3.5C充放電工程
3.0C充放電工程実施後の各全固体二次電池について、4.2Vまで3.5CでCC充電し、0.01CカットでCV充電した。30分休止後に、更に3Vまで3.5CでCC放電し、0.01CカットでCV放電して、30分休止した。
(10)4.0C充放電工程
3.5C充放電工程実施後の各全固体二次電池について、4.2Vまで4.0CでCC充電し、0.01CカットでCV充電した。30分休止後に、更に3Vまで4.0CでCC放電し、0.01CカットでCV放電して、30分休止した。
(11)4.5C充放電工程
4.0C充放電工程実施後の各全固体二次電池について、4.2Vまで4.5CでCC充電し、0.01CカットでCV充電した。30分休止後に、更に3Vまで4.5CでCC放電し、0.01CカットでCV放電して、30分休止した。
(12)5.0C充放電工程
4.5C充放電工程実施後の各全固体二次電池について、4.2Vまで5.0CでCC充電し、0.01CカットでCV充電した。30分休止後に、更に3Vまで5.0CでCC放電し、0.01CカットでCV放電して、30分休止した。
(9) 3.5C charge / discharge step For each all-solid-state secondary battery after the 3.0C charge / discharge step, CC charging was performed at 3.5C up to 4.2V, and CV charging was performed at 0.01C cut. After a 30-minute rest, CC discharge was further performed at 3.5 C up to 3 V, CV discharge was performed at a 0.01 C cut, and a 30-minute rest was performed.
(10) 4.0C charge / discharge step For each all-solid-state secondary battery after the 3.5C charge / discharge step, CC charging was performed at 4.0 C up to 4.2 V, and CV charging was performed at 0.01 C cut. After a 30-minute rest, CC discharge was performed at 4.0 C up to 3 V, CV discharge was performed at a 0.01 C cut, and a 30-minute rest was performed.
(11) 4.5C charge / discharge step For each all-solid-state secondary battery after the 4.0C charge / discharge step, CC charging was performed at 4.5C up to 4.2V, and CV charging was performed at 0.01C cut. After a 30-minute rest, CC discharge was further performed at 4.5 C up to 3 V, CV discharge was performed at a 0.01 C cut, and a 30-minute rest was performed.
(12) 5.0C charge / discharge step For each all-solid-state secondary battery after the 4.5C charge / discharge step was carried out, CC charging was performed at 5.0 C up to 4.2 V, and CV charging was performed at 0.01 C cut. After a 30-minute rest, CC discharge was performed at 5.0 C up to 3 V, CV discharge was performed at a 0.01 C cut, and a 30-minute rest was performed.

(13)5.5C充放電工程
5.0C充放電工程実施後の各全固体二次電池について、4.2Vまで5.5CでCC充電し、0.01CカットでCV充電した。30分休止後に、更に3Vまで5.5CでCC放電し、0.01CカットでCV放電して、30分休止した。
(14)6.0C充放電工程
5.5C充放電工程実施後の各全固体二次電池について、4.2Vまで6.0CでCC充電し、0.01CカットでCV充電した。30分休止後に、更に3Vまで6.0CでCC放電し、0.01CカットでCV放電して、30分休止した。
(13) 5.5C charge / discharge step For each all-solid-state secondary battery after the 5.0C charge / discharge step, CC charging was performed at 5.5C up to 4.2V, and CV charging was performed at 0.01C cut. After a 30-minute rest, CC discharge was further performed at 5.5 C to 3 V, CV discharge was performed at a 0.01 C cut, and a 30-minute rest was performed.
(14) 6.0C charge / discharge step For each all-solid-state secondary battery after the 5.5C charge / discharge step, CC charging was performed at 6.0 C up to 4.2 V, and CV charging was performed at 0.01 C cut. After a 30-minute rest, CC discharge was further performed at 6.0 C up to 3 V, CV discharge was performed at a 0.01 C cut, and a 30-minute rest was performed.

上述のようにして得た充電レート結果を示す充放電曲線を図2(実施例1)及び図3(比較例1)に示す。
ただし、図2には、0.1C、1.0C、2.0C、4.0C及び6.0Cでの各充放電工程における充電レート結果を示す。図3には、0.1C、1.0C、1.5C、2.0C、4.0C及び6.0Cでの各充放電工程における充電レート結果を示す。図2及び図3の横軸は容量Q(mAh)を示す。
図3に示す結果から、比較例1の比較用全固体二次電池は、1.0Cまでの充放電条件では内部短絡は発生しなかったものの、1.5C以上のハイレート充放電条件においては内部短絡が発生したことが分かる。これに対して、図2に示すように、実施例1の全固体二次電池は、20μmに薄層化した固体電解質層を備えていても、また6.0Cというハイレート充放電条件においても、内部短絡の発生を効果的に抑制できる。これは、充電により生成したリチウム金属がからなる固体電解質層に含有させた固体化合物と酸化還元反応することで、デンドライトの成長を抑制して正極活物質層への到達を効果的に防止できたためと考えられる。
The charge / discharge curves showing the charge rate results obtained as described above are shown in FIGS. 2 (1) and 3 (comparative example 1).
However, FIG. 2 shows the charge rate results in each charge / discharge step at 0.1C, 1.0C, 2.0C, 4.0C and 6.0C. FIG. 3 shows the charge rate results in each charge / discharge step at 0.1C, 1.0C, 1.5C, 2.0C, 4.0C and 6.0C. The horizontal axis of FIGS. 2 and 3 indicates the capacity Q (mAh).
From the results shown in FIG. 3, the comparative all-solid-state secondary battery of Comparative Example 1 did not cause an internal short circuit under charge / discharge conditions up to 1.0 C, but was internal under high-rate charge / discharge conditions of 1.5 C or higher. It can be seen that a short circuit has occurred. On the other hand, as shown in FIG. 2, the all-solid-state secondary battery of Example 1 is provided with a solid electrolyte layer thinned to 20 μm, and even under a high-rate charge / discharge condition of 6.0 C. The occurrence of internal short circuit can be effectively suppressed. This is because the lithium metal generated by charging reacts with the solid compound contained in the solid electrolyte layer, which suppresses the growth of dendrite and effectively prevents it from reaching the positive electrode active material layer. it is conceivable that.

[実施例2]
実施例1の全固体二次電池の製造方法において、各シートの作製、及び各シートの積層をロール トゥ ロール法で行ったこと以外は、実施例1の全固体二次電池の製造方法と同様にして、実施例2の全固体二次電池を製造した。製造した全固体二次電池について、実施例1と同様にして、充電レート試験を行ったところ、実施例1と同様の結果を得ることができ、連続的な製造方法にも十分に適用できることが分かる。
[Example 2]
In the method for manufacturing the all-solid-state secondary battery of Example 1, the same as the method for manufacturing the all-solid-state secondary battery of Example 1 except that each sheet is manufactured and each sheet is laminated by the roll-to-roll method. The all-solid-state secondary battery of Example 2 was manufactured. When the charge rate test was performed on the manufactured all-solid-state secondary battery in the same manner as in Example 1, the same results as in Example 1 could be obtained, and it can be sufficiently applied to a continuous manufacturing method. I understand.

1 負極集電体
2 負極活物質層
3 固体電解質層
4 正極活物質層
5 正極集電体
6 作動部位
10 全固体二次電池
1 Negative electrode current collector 2 Negative electrode active material layer 3 Solid electrolyte layer 4 Positive electrode active material layer 5 Positive electrode current collector 6 Operating part 10 All-solid-state secondary battery

Claims (7)

リチウムイオン伝導性を有する硫化物系無機固体電解質と、リチウム金属と反応しうる固体化合物とを含有する、全固体二次電池用固体電解質層。 A solid electrolyte layer for an all-solid secondary battery containing a sulfide-based inorganic solid electrolyte having lithium ion conductivity and a solid compound capable of reacting with a lithium metal. 前記固体化合物が無機酸化物である、請求項1に記載の固体二次電池用固体電解質層。 The solid electrolyte layer for a solid secondary battery according to claim 1, wherein the solid compound is an inorganic oxide. 前記固体化合物が、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni及びCuからなる群より選択される少なくとも1種の金属元素を含む、請求項1又は2に記載の固体二次電池用固体電解質層。 The solid for a solid secondary battery according to claim 1 or 2, wherein the solid compound contains at least one metal element selected from the group consisting of Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni and Cu. Electrolyte layer. 前記固体化合物が、Al、Ti、P及びSiの各元素を含む酸化物である、請求項1~3のいずれか1項に記載の固体二次電池用固体電解質層。 The solid electrolyte layer for a solid secondary battery according to any one of claims 1 to 3, wherein the solid compound is an oxide containing each element of Al, Ti, P and Si. 前記固体化合物が下記組成式で表される、請求項1~4のいずれか1項に記載の固体二次電池用固体電解質層。
組成式:Li(1+x+y)AlTi(2-x)Si(3-y)12
ただし、x及びyはそれぞれ0を超え1.0未満である。
The solid electrolyte layer for a solid secondary battery according to any one of claims 1 to 4, wherein the solid compound is represented by the following composition formula.
Composition formula: Li (1 + x + y) Al x Ti (2-x) Si y P (3-y) O 12
However, x and y are each more than 0 and less than 1.0.
前記組成式において、Tiの一部がGeで置換されている、請求項5に記載の固体二次電池用固体電解質層。 The solid electrolyte layer for a solid secondary battery according to claim 5, wherein a part of Ti is substituted with Ge in the composition formula. 請求項1~6のいずれか1項に記載の固体二次電池用固体電解質層を備えた全固体二次電池。 An all-solid-state secondary battery comprising the solid electrolyte layer for a solid-state secondary battery according to any one of claims 1 to 6.
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