JP2023048547A - All-solid battery - Google Patents

All-solid battery Download PDF

Info

Publication number
JP2023048547A
JP2023048547A JP2021157930A JP2021157930A JP2023048547A JP 2023048547 A JP2023048547 A JP 2023048547A JP 2021157930 A JP2021157930 A JP 2021157930A JP 2021157930 A JP2021157930 A JP 2021157930A JP 2023048547 A JP2023048547 A JP 2023048547A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
electrode active
active material
negative electrode
solid electrolyte
solid
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2021157930A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
大介 伊藤
Daisuke Ito
淳史 伊藤
Junji Ito
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Renault SAS
Nissan Motor Co Ltd
Original Assignee
Renault SAS
Nissan Motor Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Renault SAS, Nissan Motor Co Ltd filed Critical Renault SAS
Priority to JP2021157930A priority Critical patent/JP2023048547A/en
Publication of JP2023048547A publication Critical patent/JP2023048547A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Secondary Cells (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)

Abstract

To provide an all-solid battery with excellent cycle durability.SOLUTION: An all-solid battery comprises: a positive electrode active material layer 15; a negative electrode active material layer 13; a solid electrolyte layer 17 arranged between the positive electrode active material layer 15 and the negative electrode active material layer 13, containing a solid electrolyte; and a structure-maintaining body 18 located over the solid electrolyte layer 17 and the negative electrode active material layer 13. A surface of a portion located at least on the solid electrolyte layer 17, of the structure-maintaining body 18 is formed of an insulating substance.SELECTED DRAWING: Figure 4

Description

本発明は、全固体電池に関する。 The present invention relates to all-solid-state batteries.

近年、地球温暖化に対処するため、二酸化炭素量の低減が切に望まれている。自動車業界では、電気自動車(EV)やハイブリッド電気自動車(HEV)の導入による二酸化炭素排出量の低減に期待が集まっており、これらの実用化の鍵を握るモータ駆動用二次電池などの非水電解質二次電池の開発が盛んに行われている。 In recent years, in order to cope with global warming, reduction of the amount of carbon dioxide is earnestly desired. In the automobile industry, expectations are gathering for the reduction of carbon dioxide emissions through the introduction of electric vehicles (EV) and hybrid electric vehicles (HEV). Development of electrolyte secondary batteries has been actively carried out.

モータ駆動用二次電池としては、携帯電話やノートパソコン等に使用される民生用リチウム二次電池と比較して極めて高い出力特性、及び高いエネルギーを有することが求められている。したがって、現実的な全ての電池の中で最も高い理論エネルギーを有するリチウム二次電池が注目を集めており、現在急速に開発が進められている。 Secondary batteries for motor driving are required to have extremely high output characteristics and high energy as compared with consumer lithium secondary batteries used in mobile phones, notebook computers, and the like. Therefore, lithium secondary batteries, which have the highest theoretical energy among all practical batteries, have attracted attention and are being rapidly developed.

ここで、現在一般に普及しているリチウム二次電池は、電解質に可燃性の有機電解液を用いている。このような液系リチウム二次電池では、液漏れ、短絡、過充電などに対する安全対策が他の電池よりも厳しく求められる。 Lithium secondary batteries, which are currently in widespread use, use a combustible organic electrolyte as an electrolyte. Such a liquid-type lithium secondary battery requires stricter safety measures against liquid leakage, short circuit, overcharge, etc. than other batteries.

そこで近年、電解質に酸化物系や硫化物系の固体電解質を用いた全固体二次電池に関する研究開発が盛んに行われている。固体電解質は、固体中でイオン伝導が可能なイオン伝導体を主体として構成される材料である。このため、全固体二次電池においては、従来の液系リチウム二次電池のように可燃性の有機電解液に起因する各種問題が原理的に発生しない。また一般に、高電位・大容量の正極材料、大容量の負極材料を用いると電池の出力密度及びエネルギー密度の大幅な向上が図れる。 Therefore, in recent years, research and development on all-solid secondary batteries using oxide-based or sulfide-based solid electrolytes have been actively conducted. A solid electrolyte is a material composed mainly of an ionic conductor capable of conducting ions in a solid. Therefore, in all-solid-state secondary batteries, in principle, various problems caused by combustible organic electrolytes do not occur unlike conventional liquid-type lithium secondary batteries. In general, the use of high-potential, large-capacity positive electrode materials and large-capacity negative electrode materials can significantly improve the output density and energy density of the battery.

ところが、固体電解質は一般的に硬くて脆いため、固体電解質層としての大型の粉末成型シートを得ることが困難であるという問題を有していた。このような問題を解決するために固体電解質シートの芯材として織布を導入することにより、固体電解質シートを安定に維持する技術が知られている。例えば、特許文献1には、モノフィラメントの合成繊維糸で製織した織布の構成単糸表面層を、高分子を含んでなる材料でコートした固体電解質担持用織布を固体電解質の芯材として用いる技術が開示されている。 However, since solid electrolytes are generally hard and brittle, there is a problem that it is difficult to obtain a large-sized powder-molded sheet as a solid electrolyte layer. In order to solve such problems, there is known a technique of stably maintaining a solid electrolyte sheet by introducing a woven fabric as a core material of the solid electrolyte sheet. For example, in Patent Document 1, a woven fabric for supporting a solid electrolyte is used as a core material of a solid electrolyte, in which the surface layer of a woven fabric woven with monofilament synthetic fiber yarn is coated with a material containing a polymer. Techniques are disclosed.

特開2005-005024号公報JP 2005-005024 A

しかしながら、本発明者らが検討したところ、特許文献1に記載の技術を用いた全固体電池では、充放電のサイクルを繰り返すことにより、電池の放電容量が著しく低下するという問題が生じうることが判明した。 However, as a result of investigation by the present inventors, it was found that the all-solid-state battery using the technology described in Patent Document 1 may have a problem that the discharge capacity of the battery is significantly reduced by repeating the charge-discharge cycle. found.

そこで本発明は、充放電のサイクルを繰り返した際のサイクル耐久性に優れた全固体電池を提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, an object of the present invention is to provide an all-solid-state battery that is excellent in cycle durability when charging and discharging cycles are repeated.

本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意検討を行った。その結果、全固体電池において、固体電解質層と負極活物質層とにわたる位置に構造維持体を設けることにより、上記課題が解決されることを見出し、本発明を完成させるに至った。 The present inventors have made intensive studies to solve the above problems. As a result, the present inventors have found that the above problems can be solved by providing a structure-maintaining member at a position extending over the solid electrolyte layer and the negative electrode active material layer in an all-solid-state battery, and have completed the present invention.

本発明の一形態にかかる全固体電池は、正極活物質層、負極活物質層、前記正極活物質層と前記負極活物質層との間に配置され、固体電解質を含む固体電解質層、及び前記固体電解質層と前記負極活物質層とにわたって位置する構造維持体、を備え、前記構造維持体の少なくとも前記固体電解質層に位置する部分の表面が絶縁性物質からなる構成を有する。 An all-solid-state battery according to one embodiment of the present invention includes a positive electrode active material layer, a negative electrode active material layer, a solid electrolyte layer disposed between the positive electrode active material layer and the negative electrode active material layer and containing a solid electrolyte, and A structure-maintaining member positioned over the solid electrolyte layer and the negative electrode active material layer is provided, and at least the surface of the portion of the structure-maintaining member positioned on the solid electrolyte layer is made of an insulating material.

本発明によれば、充放電のサイクルを繰り返した際のサイクル耐久性に優れた全固体電池を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the all-solid-state battery excellent in cycle durability at the time of repeating the cycle of charging/discharging can be provided.

図1は、本発明の一実施形態に係る積層型電池の外観を表した斜視図である。FIG. 1 is a perspective view showing the appearance of a stacked battery according to one embodiment of the present invention. 図2は、図1に示す2-2線に沿う断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view along line 2-2 shown in FIG. 図3は、図1及び図2に示す積層型電池の発電要素を構成する単電池層の断面を拡大して表示した概略図である。FIG. 3 is a schematic view showing an enlarged cross-section of a single cell layer constituting a power generation element of the stacked battery shown in FIGS. 1 and 2. FIG. 図4は、図3の単電池層を斜め上から見た概略図である。FIG. 4 is a schematic view of the single cell layer of FIG. 3 as viewed obliquely from above.

本発明の一形態は、正極活物質層、負極活物質層、前記正極活物質層と前記負極活物質層との間に配置され、固体電解質を含む固体電解質層、及び前記固体電解質層と前記負極活物質層とにわたって位置する構造維持体、を備え、前記構造維持体の少なくとも前記固体電解質層に位置する部分の表面が絶縁性物質からなる、全固体電池である。 One embodiment of the present invention includes a positive electrode active material layer, a negative electrode active material layer, a solid electrolyte layer disposed between the positive electrode active material layer and the negative electrode active material layer and containing a solid electrolyte, and A structure-maintaining body positioned over a negative electrode active material layer, wherein the surface of at least a portion of the structure-maintaining body positioned on the solid electrolyte layer is made of an insulating material.

以下、図面を参照しながら、上述した本発明の実施形態を説明するが、本発明の技術的範囲は特許請求の範囲の記載に基づいて定められるべきであり、以下の形態のみに制限されない。なお、図面の寸法比率は、説明の都合上誇張されており、実際の比率とは異なる場合がある。以下では、全固体電池の一形態である、非双極型(内部並列接続型)で扁平積層型の全固体二次電池(以下、単に「積層型電池」とも称する)を例に挙げて本発明を説明する。上述したように、全固体二次電池を構成する固体電解質は、固体中でイオン伝導が可能なイオン伝導体を主体として構成される材料である。このため、全固体二次電池においては、従来の液系リチウム二次電池のように可燃性の有機電解液に起因する各種問題が原理的に発生しないという利点がある。また一般に、高電位・大容量の正極材料、大容量の負極材料を用いると電池の出力密度及びエネルギー密度の大幅な向上が図れるという利点もある。 Hereinafter, the above-described embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings, but the technical scope of the present invention should be determined based on the description of the claims and is not limited only to the following embodiments. Note that the dimensional ratios in the drawings are exaggerated for convenience of explanation, and may differ from the actual ratios. In the following, a non-bipolar type (internal parallel connection type) flat laminated type all-solid secondary battery (hereinafter also simply referred to as a “laminated battery”), which is one form of an all-solid-state battery, will be taken as an example of the present invention. explain. As described above, the solid electrolyte that constitutes the all-solid secondary battery is a material that is mainly composed of an ionic conductor capable of conducting ions in a solid state. Therefore, in the all-solid secondary battery, there is an advantage that, in principle, various problems due to the combustible organic electrolyte, unlike conventional liquid-type lithium secondary batteries, do not occur. In general, the use of high-potential, high-capacity positive electrode materials and high-capacity negative electrode materials also has the advantage that the power density and energy density of the battery can be greatly improved.

図1は、本発明の一実施形態に係る積層型電池の外観を表した斜視図である。図2は、図1に示す2-2線に沿う断面図である。積層型とすることで、電池をコンパクトにかつ高容量化することができる。 FIG. 1 is a perspective view showing the appearance of a stacked battery according to one embodiment of the present invention. FIG. 2 is a cross-sectional view along line 2-2 shown in FIG. By using a laminate type, the battery can be made compact and have a high capacity.

図1に示すように、積層型電池10aは、長方形状の扁平な形状を有しており、その両側部からは電力を取り出すための正極集電板27、負極集電板25が引き出されている。発電要素21は、積層型電池10aの電池外装材(ラミネートフィルム29)によって包まれ、その周囲は熱融着されており、発電要素21は、正極集電板27及び負極集電板25を外部に引き出した状態で密封されている。 As shown in FIG. 1, the laminated battery 10a has a rectangular flat shape, and from both sides thereof, a positive collector plate 27 and a negative collector plate 25 for extracting electric power are pulled out. there is The power generation element 21 is wrapped by the battery exterior material (laminate film 29) of the laminated battery 10a, and the periphery thereof is heat-sealed. It is sealed in the pulled out state.

なお、本形態に係る全固体電池は、積層型の扁平な形状のものに制限されるものではない。巻回型の全固体電池では、円筒型形状のものであってもよいし、こうした円筒型形状のものを変形させて、長方形状の扁平な形状にしたようなものであってもよいなど、特に制限されるものではない。上記円筒型の形状のものでは、その外装材にラミネートフィルム29を用いてもよいし、従来の円筒缶(金属缶)を用いてもよいなど、特に制限されるものではない。好ましくは、発電要素21がアルミニウムを含むラミネートフィルム29の内部に収容される。当該形態により、軽量化が達成されうる。 In addition, the all-solid-state battery according to the present embodiment is not limited to a laminated flat shape. The wound-type all-solid-state battery may have a cylindrical shape, or may have a flat rectangular shape obtained by deforming such a cylindrical shape. It is not particularly limited. In the case of the cylindrical shape, the laminate film 29 may be used as the exterior material, or a conventional cylindrical can (metal can) may be used. Preferably, the power generation element 21 is housed inside a laminate film 29 containing aluminum. Weight reduction can be achieved by this configuration.

また、図1に示す集電板(27、25)の取り出しに関しても、特に制限されるものではない。正極集電板27と負極集電板25とを同じ辺から引き出すようにしてもよいし、正極集電板27と負極集電板25をそれぞれ複数に分けて、各辺から取り出しようにしてもよいなど、図1に示すものに制限されるものではない。また、巻回型の全固体電池では、タブに変えて、例えば、円筒缶(金属缶)を利用して端子を形成すればよい。 In addition, there are no particular restrictions on how the collector plates (27, 25) shown in FIG. 1 can be taken out. The positive current collecting plate 27 and the negative current collecting plate 25 may be pulled out from the same side, or the positive current collecting plate 27 and the negative current collecting plate 25 may be divided into a plurality of pieces and pulled out from each side. It is not limited to what is shown in FIG. 1, such as good. Moreover, in a winding-type all-solid-state battery, instead of tabs, for example, cylindrical cans (metal cans) may be used to form terminals.

図2に示すように、本実施形態の積層型電池10aは、実際に充放電反応が進行する扁平略矩形の発電要素21が、電池外装材であるラミネートフィルム29の内部に封止された構造を有する。ここで、発電要素21は、正極と、固体電解質層17と、負極とを積層した構成を有している。本実施形態において、固体電解質層17は、硫化物固体電解質の1種であるLiPSClを含んでいる。正極は、正極集電体11”の両面に正極活物質(ここでは、硫黄単体(S))を含有する正極活物質層15が配置された構造を有する。負極は、負極集電体11’の両面に負極活物質(ここでは、金属Li)を含有する負極活物質層13が配置された構造を有する。具体的には、1つの正極活物質層15とこれに隣接する負極活物質層13とが、固体電解質層17を介して対向するようにして、正極、固体電解質層17及び負極がこの順に積層されている。これにより、隣接する正極、固体電解質層17及び負極は、1つの単電池層19を構成する。したがって、図2に示す積層型電池10aは、単電池層19が複数積層されることで、電気的に並列接続されてなる構成を有するともいえる。なお、図2には図示しないが、発電要素21に含まれる全ての固体電解質層17と、負極活物質層13と、の間には、両層にわたって位置する構造維持体が設けられている。 As shown in FIG. 2, the laminate type battery 10a of the present embodiment has a structure in which a flat and substantially rectangular power generation element 21 in which charge/discharge reactions actually progress is sealed inside a laminate film 29 that is a battery exterior material. have Here, the power generation element 21 has a structure in which a positive electrode, a solid electrolyte layer 17, and a negative electrode are laminated. In this embodiment, the solid electrolyte layer 17 contains Li 6 PS 5 Cl, which is a type of sulfide solid electrolyte. The positive electrode has a structure in which positive electrode active material layers 15 containing a positive electrode active material (here, elemental sulfur (S)) are arranged on both sides of a positive electrode current collector 11″. The negative electrode has a negative electrode current collector 11′. A negative electrode active material layer 13 containing a negative electrode active material (here, metal Li) is arranged on both sides of the positive electrode active material layer 15. Specifically, one positive electrode active material layer 15 and the adjacent negative electrode active material layer 15 The positive electrode, the solid electrolyte layer 17, and the negative electrode are laminated in this order so that the positive electrode, the solid electrolyte layer 17, and the negative electrode face each other with the solid electrolyte layer 17 interposed therebetween. 2 can be said to have a configuration in which a plurality of single cell layers 19 are stacked and electrically connected in parallel. 2 , a structure-maintaining body is provided between all the solid electrolyte layers 17 included in the power generation element 21 and the negative electrode active material layer 13 so as to cover both layers.

正極集電体11”及び負極集電体11’は、各電極(正極及び負極)と導通される正極集電板(タブ)27及び負極集電板(タブ)25がそれぞれ取り付けられる。そして、電池外装材であるラミネートフィルム29の端部に挟まれるようにしてラミネートフィルム29の外部に導出される構造を有している。正極集電板27及び負極集電板25はそれぞれ、必要に応じて正極リード及び負極リード(図示せず)を介して、各電極の正極集電体11”及び負極集電体11’に超音波溶接や抵抗溶接などにより取り付けられていてもよい。 A positive collector plate (tab) 27 and a negative collector plate (tab) 25 are attached to the positive electrode current collector 11″ and the negative electrode current collector 11′, respectively. It has a structure in which it is sandwiched between the ends of the laminate film 29, which is the battery exterior material, and led out to the outside of the laminate film 29. The positive electrode current collector plate 27 and the negative electrode current collector plate 25 are provided as necessary. may be attached to the positive electrode current collector 11″ and the negative electrode current collector 11′ of each electrode by ultrasonic welding, resistance welding, or the like, via a positive electrode lead and a negative electrode lead (not shown).

図3は、図1及び図2に示す積層型電池10aの発電要素21を構成する単電池層19の断面を拡大して表示した概略図である。また、図4は当該単電池層19を斜め上から見た概略図である。図4では説明の便宜のため、負極活物質層13と固体電解質層17とが離れて表示されているが、実際は図3に示したような積層構造である。 FIG. 3 is a schematic view showing an enlarged cross section of the single cell layer 19 that constitutes the power generation element 21 of the stacked battery 10a shown in FIGS. 1 and 2. FIG. Moreover, FIG. 4 is a schematic view of the unit cell layer 19 viewed obliquely from above. Although the negative electrode active material layer 13 and the solid electrolyte layer 17 are shown separated from each other in FIG. 4 for convenience of explanation, they actually have a laminated structure as shown in FIG.

図3及び図4に示すように、本実施形態においては、単電池層19を構成する正極集電体11”と、正極活物質層15と、固体電解質層17と、負極活物質層13と、負極集電体11’と、がこの順に積層されている。そして、構造維持体18は、図3に示すように固体電解質層17と負極活物質層13との2層にわたって位置するように配置されているより詳細には、図4に示すように固体電解質層17と負極活物質層13との接触面(平面視した際に、固体電解質層の外周端により囲まれた領域と、負極活物質層の外周端により囲まれた領域との重複部分)の大部分(約90%)を覆うように配置されている。当該構造維持体18を、固体電解質層17と負極活物質層13とにわたって位置するように設けることで、充放電に伴う負極活物質層13の膨張収縮に起因した、固体電解質層17の割れや固体電解質層17と負極活物質層13の剥がれなどを防ぐことができる。これにより、電池のサイクル耐久性が向上する。 As shown in FIGS. 3 and 4, in the present embodiment, a positive electrode current collector 11″ constituting a cell layer 19, a positive electrode active material layer 15, a solid electrolyte layer 17, and a negative electrode active material layer 13 , and the negative electrode current collector 11′ are stacked in this order, and the structure maintaining body 18 is positioned over two layers, the solid electrolyte layer 17 and the negative electrode active material layer 13, as shown in FIG. More specifically, as shown in FIG. 4, the contact surface between the solid electrolyte layer 17 and the negative electrode active material layer 13 (the area surrounded by the outer peripheral edge of the solid electrolyte layer and the negative electrode The structure-maintaining body 18 is disposed so as to cover most (about 90%) of the region surrounded by the outer peripheral edge of the active material layer. Cracking of the solid electrolyte layer 17 and peeling of the solid electrolyte layer 17 and the negative electrode active material layer 13 due to expansion and contraction of the negative electrode active material layer 13 due to charge/discharge can be prevented by providing it so as to extend over the This improves the cycle durability of the battery.

以下、本形態に係る全固体二次電池の主要な構成部材について説明する。 Main constituent members of the all-solid secondary battery according to the present embodiment will be described below.

[集電体]
集電体は、電極活物質層からの電子の移動を媒介する機能を有する。集電体を構成する材料に特に制限はない。集電体の構成材料としては、例えば、金属や、導電性を有する樹脂が採用されうる。
[Current collector]
The current collector has a function of mediating transfer of electrons from the electrode active material layer. There are no particular restrictions on the material that constitutes the current collector. As the constituent material of the current collector, for example, a metal or a conductive resin can be used.

具体的には、金属としては、アルミニウム、ニッケル、鉄、ステンレス、チタン、銅などが挙げられる。これらのほか、ニッケルとアルミニウムとのクラッド材、銅とアルミニウムとのクラッド材などが用いられてもよい。また、金属表面にアルミニウムが被覆されてなる箔であってもよい。なかでも、電子伝導性や電池作動電位、集電体へのスパッタリングによる負極活物質の密着性等の観点からは、アルミニウム、ステンレス、銅、ニッケルが好ましい。 Specifically, examples of metals include aluminum, nickel, iron, stainless steel, titanium, and copper. In addition to these, a clad material of nickel and aluminum, a clad material of copper and aluminum, or the like may be used. Alternatively, a foil in which a metal surface is coated with aluminum may be used. Among them, aluminum, stainless steel, copper, and nickel are preferable from the viewpoint of electronic conductivity, battery operating potential, adhesion of the negative electrode active material to the current collector by sputtering, and the like.

また、導電性を有する樹脂としては、非導電性高分子材料に導電性フィラーが添加された樹脂が挙げられる。 Moreover, as the resin having conductivity, a resin obtained by adding a conductive filler to a non-conductive polymer material can be used.

なお、集電体は、単独の材料からなる単層構造であってもよいし、あるいは、これらの材料からなる層を適宜組み合わせた積層構造であっても構わない。集電体の軽量化の観点からは、少なくとも導電性を有する樹脂からなる導電性樹脂層を含むことが好ましい。また、単電池層間のリチウムイオンの移動を遮断する観点からは、集電体の一部に金属層を設けてもよい。さらに、後述する負極活物質層や正極活物質層がそれ自体で導電性を有し集電機能を発揮できるのであれば、これらの電極活物質層とは別の部材としての集電体を用いなくともよい。このような形態においては、後述する負極活物質層がそのまま負極を構成し、後述する正極活物質層がそのまま正極を構成することとなる。 The current collector may have a single-layer structure made of a single material, or may have a laminated structure in which layers made of these materials are appropriately combined. From the viewpoint of reducing the weight of the current collector, it is preferable to include at least a conductive resin layer made of a resin having conductivity. Moreover, from the viewpoint of blocking movement of lithium ions between the single cell layers, a metal layer may be provided on a part of the current collector. Furthermore, if the negative electrode active material layer and the positive electrode active material layer to be described later themselves have conductivity and can exhibit a current collecting function, a current collector is used as a member separate from these electrode active material layers. No need. In such a form, the negative electrode active material layer to be described later constitutes the negative electrode as it is, and the positive electrode active material layer to be described later constitutes the positive electrode as it is.

[負極活物質層]
負極活物質層は、負極活物質を含む。このような負極活物質は、充電時には正極から脱離したイオンを吸蔵し、放電時にはイオンを放出する。
[Negative electrode active material layer]
The negative electrode active material layer contains a negative electrode active material. Such a negative electrode active material absorbs ions released from the positive electrode during charging, and releases ions during discharging.

負極活物質の種類としては、特に制限されないが、炭素材料、金属酸化物及び金属活物質が挙げられる。炭素材料としては、例えば、天然黒鉛、人造黒鉛、メソカーボンマイクロビーズ(MCMB)、高配向性グラファイト(HOPG)、ハードカーボン、ソフトカーボン等が挙げられる。また、金属酸化物としては、例えば、Nb、LiTi12等が挙げられる。さらに、ケイ素系負極活物質やスズ系負極活物質が用いられてもよい。ここで、ケイ素系負極活物質としては、Si単体を用いることが好ましい。また同様に、Si相とケイ素酸化物相との2相に不均化されたSiO(0.3≦x≦1.6)などのケイ素酸化物を用いることも好ましい。この際、xの範囲は0.5≦x≦1.5であることがより好ましく、0.7≦x≦1.2であることがさらに好ましい。さらには、ケイ素を含有する合金(ケイ素含有合金系負極活物質)が用いられてもよい。一方、スズ元素を含む負極活物質(スズ系負極活物質)としては、Sn単体、スズ合金(Cu-Sn合金、Co-Sn合金)、アモルファススズ酸化物、スズケイ素酸化物等が挙げられる。このうち、アモルファススズ酸化物としてはSnB0.40.63.1が例示される。また、スズケイ素酸化物としてはSnSiOが例示される。また、負極活物質として、リチウムを含有する金属を用いてもよい。このような負極活物質は、リチウムを含有する活物質であれば特に限定されず、金属リチウムのほか、リチウム含有合金が挙げられる。リチウム含有合金としては、例えば、Liと、In、Al、Si及びSnの少なくとも1種との合金が挙げられる。場合によっては、2種以上の負極活物質が併用されてもよい。なお、上記以外の負極活物質が用いられてもよいことは勿論である。本発明は、充放電時の負極活物質の膨張収縮が大きい場合に特に優れた効果を奏するものである。このように、膨張収縮が大きく、高容量であるという観点から、負極活物質層に含まれる負極活物質は、金属リチウム、黒鉛及びケイ素系負極活物質からなる群から選択される少なくとも1種を含むことが好ましく、金属リチウム、黒鉛及びケイ素系負極活物質からなる群から選択される少なくとも1種であることがより好ましく、金属リチウムであることが特に好ましい。 The type of negative electrode active material is not particularly limited, but carbon materials, metal oxides, and metal active materials can be mentioned. Examples of carbon materials include natural graphite, artificial graphite, mesocarbon microbeads (MCMB), highly oriented graphite (HOPG), hard carbon, soft carbon, and the like. Moreover, as a metal oxide, Nb2O5 , Li4Ti5O12 etc. are mentioned , for example . Furthermore, a silicon-based negative electrode active material or a tin-based negative electrode active material may be used. Here, it is preferable to use simple Si as the silicon-based negative electrode active material. Similarly, it is also preferable to use a silicon oxide such as SiO x (0.3≦x≦1.6) disproportionated into two phases of Si phase and silicon oxide phase. At this time, the range of x is more preferably 0.5≦x≦1.5, and more preferably 0.7≦x≦1.2. Furthermore, an alloy containing silicon (silicon-containing alloy-based negative electrode active material) may be used. On the other hand, examples of negative electrode active materials containing a tin element (tin-based negative electrode active materials) include Sn alone, tin alloys (Cu—Sn alloys, Co—Sn alloys), amorphous tin oxides, tin silicon oxides, and the like. Among these, SnB 0.4 P 0.6 O 3.1 is exemplified as an amorphous tin oxide. SnSiO 3 is exemplified as tin silicon oxide. A metal containing lithium may also be used as the negative electrode active material. Such a negative electrode active material is not particularly limited as long as it is an active material containing lithium, and examples thereof include metallic lithium and lithium-containing alloys. Lithium-containing alloys include, for example, alloys of Li and at least one of In, Al, Si and Sn. In some cases, two or more kinds of negative electrode active materials may be used together. Needless to say, negative electrode active materials other than those described above may be used. The present invention exhibits particularly excellent effects when the expansion and contraction of the negative electrode active material during charging and discharging are large. Thus, from the viewpoint of large expansion and contraction and high capacity, the negative electrode active material contained in the negative electrode active material layer is at least one selected from the group consisting of metallic lithium, graphite, and silicon-based negative electrode active materials. It is preferably contained, more preferably at least one selected from the group consisting of metallic lithium, graphite and a silicon-based negative electrode active material, and particularly preferably metallic lithium.

負極活物質層における負極活物質の含有量は、特に限定されるものではないが、負極活物質が黒鉛及びケイ素系負極活物質等の場合は、例えば、40~99質量%の範囲内であることが好ましく、50~90質量%の範囲内であることがより好ましい。 The content of the negative electrode active material in the negative electrode active material layer is not particularly limited, but when the negative electrode active material is graphite, a silicon-based negative electrode active material, or the like, it is, for example, within the range of 40 to 99% by mass. more preferably in the range of 50 to 90% by mass.

負極活物質層は、固体電解質をさらに含むことが好ましい。負極活物質層が固体電解質を含むことにより、負極活物質層のイオン伝導性を向上させることができる。固体電解質としては、例えば、硫化物固体電解質や酸化物固体電解質が挙げられるが、硫化物固体電解質であることが好ましい。 The negative electrode active material layer preferably further contains a solid electrolyte. By including the solid electrolyte in the negative electrode active material layer, the ion conductivity of the negative electrode active material layer can be improved. Examples of solid electrolytes include sulfide solid electrolytes and oxide solid electrolytes, and sulfide solid electrolytes are preferred.

硫化物固体電解質としては、例えば、LiI-LiS-SiS、LiI-LiS-P、LiI-LiPO-P、LiS-P、LiI-LiPS、LiI-LiBr-LiPS、LiPS、LiS-P-LiI、LiS-P-LiO、LiS-P-LiO-LiI、LiS-SiS、LiS-SiS-LiBr、LiS-SiS-LiCl、LiS-SiS-B-LiI、LiS-SiS-P-LiI、LiS-B、LiS-P-Z(ただし、m、nは正の数であり、Zは、Ge、Zn、Gaのいずれかである)、LiS-GeS、LiS-SiS-LiPO、LiS-SiS-LiMO(ただし、x、yは正の数であり、Mは、P、Si、Ge、B、Al、Ga、Inのいずれかである)等が挙げられる。なお、「LiS-P」の記載は、LiS及びPを含む原料組成物を用いてなる硫化物固体電解質を意味し、他の記載についても同様である。 Examples of sulfide solid electrolytes include LiI-Li 2 S-SiS 2 , LiI-Li 2 SP 2 O 5 , LiI-Li 3 PO 4 -P 2 S 5 , Li 2 SP 2 S 5 , LiI - Li3PS4 , LiI -LiBr - Li3PS4 , Li3PS4 , Li2SP2S5 - LiI, Li2SP2S5 - Li2O , Li2SP 2S5 - Li2O -LiI, Li2S - SiS2, Li2S- SiS2 -LiBr, Li2S - SiS2 - LiCl, Li2S - SiS2 - B2S3 - LiI, Li 2S —SiS 2 —P 2 S 5 —LiI, Li 2 S—B 2 S 3 , Li 2 SP 2 S 5 —Z m S n (where m and n are positive numbers, and Z is , Ge, Zn, or 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 and y are is a positive number, and M is any one of P, Si, Ge, B, Al, Ga, and In). The description of “Li 2 SP 2 S 5 ” means a sulfide solid electrolyte using a raw material composition containing Li 2 S and P 2 S 5 , and the same applies to other descriptions.

硫化物固体電解質は、例えば、LiPS骨格を有していてもよく、Li骨格を有していてもよく、Li骨格を有していてもよい。LiPS骨格を有する硫化物固体電解質としては、例えば、LiI-LiPS、LiI-LiBr-LiPS、LiPSが挙げられる。また、Li骨格を有する硫化物固体電解質としては、例えば、LPSと称されるLi-P-S系固体電解質(例えば、Li11)が挙げられる。また、硫化物固体電解質として、例えば、Li(4-x)Ge(1-x)(xは、0<x<1を満たす)で表されるLGPS等を用いてもよい。なかでも、活物質層に含まれる硫化物固体電解質は、P元素を含む硫化物固体電解質であることが好ましく、硫化物固体電解質は、LiS-Pを主成分とする材料であることがより好ましい。さらに、硫化物固体電解質は、ハロゲン(F、Cl、Br、I)を含有していてもよい。好ましい一実施形態において、硫化物固体電解質はLiPSX(ここで、XはCl、BrもしくはIであり、好ましくはClである)を含む。 The sulfide solid electrolyte may have, for example, a Li 3 PS 4 skeleton, a Li 4 P 2 S 7 skeleton, or a Li 4 P 2 S 6 skeleton. . Examples of sulfide solid electrolytes having a Li 3 PS 4 skeleton include LiI--Li 3 PS 4 , LiI--LiBr--Li 3 PS 4 and Li 3 PS 4 . Examples of sulfide solid electrolytes having a Li 4 P 2 S 7 skeleton include Li—P—S solid electrolytes called LPS (eg, Li 7 P 3 S 11 ). As the sulfide solid electrolyte, for example, LGPS represented by Li (4-x) Ge (1-x) P x S 4 (where x satisfies 0<x<1) may be used. Among them, the sulfide solid electrolyte contained in the active material layer is preferably a sulfide solid electrolyte containing the element P, and the sulfide solid electrolyte is a material containing Li 2 SP 2 S 5 as a main component. It is more preferable to have Furthermore, the sulfide solid electrolyte may contain halogens (F, Cl, Br, I). In one preferred embodiment, the sulfide solid electrolyte comprises Li6PS5X , where X is Cl, Br or I, preferably Cl .

また、硫化物固体電解質がLiS-P系である場合、LiS及びPの割合は、モル比で、LiS:P=50:50~100:0の範囲内であることが好ましく、なかでもLiS:P=70:30~80:20であることが好ましい。 When the sulfide solid electrolyte is Li 2 SP 2 S 5 system, the molar ratio of Li 2 S and P 2 S 5 is Li 2 S:P 2 S 5 =50:50 to 100. :0, and more preferably Li 2 S:P 2 S 5 =70:30 to 80:20.

また、硫化物固体電解質は、硫化物ガラスであってもよく、結晶化硫化物ガラスであってもよく、固相法により得られる結晶質材料であってもよい。なお、硫化物ガラスは、例えば原料組成物に対してメカニカルミリング(ボールミル等)を行うことにより得ることができる。また、結晶化硫化物ガラスは、例えば硫化物ガラスを結晶化温度以上の温度で熱処理を行うことにより得ることができる。また、硫化物固体電解質の常温(25℃)におけるイオン伝導度(例えば、Liイオン伝導度)は、例えば、1×10-5S/cm以上であることが好ましく、1×10-4S/cm以上であることがより好ましい。なお、固体電解質のイオン伝導度の値は、交流インピーダンス法により測定することができる。 The sulfide solid electrolyte may be sulfide glass, crystallized sulfide glass, or a crystalline material obtained by a solid phase method. The sulfide glass can be obtained, for example, by subjecting the raw material composition to mechanical milling (such as a ball mill). Crystallized sulfide glass can be obtained, for example, by heat-treating sulfide glass at a temperature equal to or higher than the crystallization temperature. Further, the ionic conductivity (eg, Li ion conductivity) of the sulfide solid electrolyte at room temperature (25° C.) is, for example, preferably 1×10 −5 S/cm or more, and 1×10 −4 S/cm. cm or more is more preferable. Incidentally, the value of the ionic conductivity of the solid electrolyte can be measured by the AC impedance method.

酸化物固体電解質としては、例えば、NASICON型構造を有する化合物等が挙げられる。NASICON型構造を有する化合物の一例としては、一般式Li1+xAlGe2-x(PO(0≦x≦2)で表される化合物(LAGP)、一般式Li1+xAlTi2-x(PO(0≦x≦2)で表される化合物(LATP)等が挙げられる。また、酸化物固体電解質の他の例としては、LiLaTiO(例えば、Li0.34La0.51TiO)、LiPON(例えば、Li2.9PO3.30.46)、LiLaZrO(例えば、LiLaZr12)等が挙げられる。 Examples of oxide solid electrolytes include compounds having a NASICON structure. Examples of compounds having a NASICON structure include compounds represented by the general formula Li 1+x Al x Ge 2-x (PO 4 ) 3 (0≦x≦2) (LAGP) and general formula Li 1+x Al x Ti 2 -x (PO 4 ) 3 (0≦x≦2) (LATP) and the like. Other examples of oxide solid electrolytes include LiLaTiO (e.g., Li 0.34 La 0.51 TiO 3 ), LiPON (e.g., Li 2.9 PO 3.3 N 0.46 ), LiLaZrO (e.g., , Li 7 La 3 Zr 2 O 12 ) and the like.

固体電解質の形状としては、例えば、真球状、楕円球状等の粒子形状、薄膜形状等が挙げられる。固体電解質が粒子形状である場合、その平均粒径(D50)は、特に限定されないが、40μm以下であることが好ましく、20μm以下であることがより好ましく、10μm以下であることがさらに好ましい。一方、平均粒径(D50)は、0.01μm以上であることが好ましく、0.1μm以上であることがより好ましい。 Examples of the shape of the solid electrolyte include particle shapes such as spherical and ellipsoidal shapes, and thin film shapes. When the solid electrolyte is in the form of particles, the average particle size (D 50 ) is not particularly limited, but is preferably 40 μm or less, more preferably 20 μm or less, and even more preferably 10 μm or less. On the other hand, the average particle diameter (D 50 ) is preferably 0.01 μm or more, more preferably 0.1 μm or more.

負極活物質層における固体電解質の含有量は、例えば、1~60質量%の範囲内であることが好ましく、10~50質量%の範囲内であることがより好ましい。 The content of the solid electrolyte in the negative electrode active material layer is, for example, preferably in the range of 1 to 60% by mass, more preferably in the range of 10 to 50% by mass.

負極活物質層は、上述した負極活物質及び固体電解質に加えて、導電助剤及びバインダの少なくとも1つをさらに含有していてもよい。 The negative electrode active material layer may further contain at least one of a conductive aid and a binder in addition to the negative electrode active material and the solid electrolyte described above.

負極活物質層の厚さは、目的とする二次電池の構成によっても異なるが、例えば、0.1~1000μmの範囲内であることが好ましい。 Although the thickness of the negative electrode active material layer varies depending on the intended configuration of the secondary battery, it is preferably in the range of, for example, 0.1 to 1000 μm.

[固体電解質層]
本形態に係る二次電池において、固体電解質層は、上述した正極活物質層と負極活物質層との間に介在し、固体電解質を必須に含有する層である。
[Solid electrolyte layer]
In the secondary battery according to the present embodiment, the solid electrolyte layer is a layer interposed between the positive electrode active material layer and the negative electrode active material layer and essentially containing a solid electrolyte.

固体電解質層に含有される固体電解質の具体的な形態について特に制限はなく、負極活物質層の欄において例示した固体電解質及びその好ましい形態が同様に採用されうる。場合によっては、上述した固体電解質以外の固体電解質が併用されてもよい。ただし、固体電解質の全量100質量%に占める硫化物固体電解質の含有量の割合は、好ましくは50質量%以上であり、より好ましくは70質量%以上であり、さらに好ましくは80質量%以上であり、いっそう好ましくは90質量%以上であり、特に好ましくは95質量%以上であり、最も好ましくは100質量%である。 The specific form of the solid electrolyte contained in the solid electrolyte layer is not particularly limited, and the solid electrolytes exemplified in the column of the negative electrode active material layer and their preferred forms can be similarly employed. In some cases, solid electrolytes other than the solid electrolytes described above may be used together. However, the ratio of the content of the sulfide solid electrolyte to 100% by mass of the total amount of the solid electrolyte is preferably 50% by mass or more, more preferably 70% by mass or more, and still more preferably 80% by mass or more. , more preferably 90% by mass or more, particularly preferably 95% by mass or more, and most preferably 100% by mass.

固体電解質層は、上述した固体電解質に加えて、バインダをさらに含有していてもよい。 The solid electrolyte layer may further contain a binder in addition to the solid electrolyte described above.

固体電解質層の厚みは、目的とする全固体二次電池の構成によっても異なるが、電池の体積エネルギー密度を向上させうるという観点からは、好ましくは600μm以下であり、より好ましくは500μm以下であり、さらに好ましくは400μm以下である。一方、固体電解質層の厚みの下限値について特に制限はないが、好ましくは10μm以上である。 The thickness of the solid electrolyte layer varies depending on the configuration of the intended all-solid secondary battery, but from the viewpoint of improving the volume energy density of the battery, it is preferably 600 μm or less, more preferably 500 μm or less. , and more preferably 400 μm or less. On the other hand, the lower limit of the thickness of the solid electrolyte layer is not particularly limited, but is preferably 10 μm or more.

[正極活物質層]
本形態に係る二次電池において、正極活物質層は、硫黄を含む正極活物質を含む。硫黄を含む正極活物質の種類としては、特に制限されないが、硫黄単体(S)のほか、有機硫黄化合物又は無機硫黄化合物の粒子又は薄膜が挙げられ、硫黄の酸化還元反応を利用して、充電時にイオンを放出し、放電時にイオンを吸蔵することができる物質であればよい。有機硫黄化合物としては、ジスルフィド化合物、国際公開第2010/044437号パンフレットに記載の化合物に代表される硫黄変性ポリアクリロニトリル、硫黄変性ポリイソプレン、ルベアン酸(ジチオオキサミド)、ポリ硫化カーボン等が挙げられる。なかでも、ジスルフィド化合物及び硫黄変性ポリアクリロニトリル、及びルベアン酸が好ましく、特に好ましくは硫黄変性ポリアクリロニトリルである。ジスルフィド化合物としては、ジチオビウレア誘導体、チオウレア基、チオイソシアネート、又はチオアミド基を有するものがより好ましい。ここで、硫黄変性ポリアクリロニトリルとは、硫黄粉末とポリアクリロニトリルとを混合し、不活性ガス下もしくは減圧下で加熱することによって得られる、硫黄原子を含む変性されたポリアクリロニトリルである。その推定構造は、例えばChem. Mater. 2011,23,5024-5028に示されているように、ポリアクリロニトリルが閉環して多環状になるとともに、Sの少なくとも一部はCと結合している構造である。この文献に記載されている化合物はラマンスペクトルにおいて、1330cm-1と1560cm-1付近に強いピークシグナルがあり、さらに、307cm-1、379cm-1、472cm-1、929cm-1付近にピークが存在する。一方、無機硫黄化合物は安定性に優れることから好ましく、具体的には、硫黄単体(S)、LiS、TiS、TiS、TiS4、NiS、NiS、CuS、FeS、MoS、MoS等が挙げられる。なかでも、S、LiS、S-カーボンコンポジット、TiS、TiS、TiS4、FeS及びMoSが好ましく、硫黄単体(S)、LiS、TiS及びFeSがより好ましく、高容量であるという観点からは硫黄単体(S)又はLiSが特に好ましい。なお、硫黄単体(S)としては、S構造を有するα硫黄、β硫黄、又はγ硫黄が用いられうる。これらの硫黄単体(S)は、放電時においてはイオンを吸蔵して硫化物の形態で正極活物質層中に存在する。
[Positive electrode active material layer]
In the secondary battery according to this embodiment, the positive electrode active material layer contains a sulfur-containing positive electrode active material. The type of the positive electrode active material containing sulfur is not particularly limited, but examples thereof include elemental sulfur (S) and particles or thin films of organic sulfur compounds or inorganic sulfur compounds. Any material may be used as long as it can release ions at times and store ions at the time of discharge. Examples of organic sulfur compounds include disulfide compounds, sulfur-modified polyacrylonitrile represented by compounds described in WO 2010/044437, sulfur-modified polyisoprene, rubeanic acid (dithiooxamide), polysulfide carbon, and the like. Among them, disulfide compounds, sulfur-modified polyacrylonitrile, and rubeanic acid are preferred, and sulfur-modified polyacrylonitrile is particularly preferred. As the disulfide compound, those having a dithiobiurea derivative, a thiourea group, a thioisocyanate group, or a thioamide group are more preferable. Here, sulfur-modified polyacrylonitrile is sulfur-atom-containing modified polyacrylonitrile obtained by mixing sulfur powder and polyacrylonitrile and heating the mixture under an inert gas or under reduced pressure. Its putative structure is described, for example, in Chem. Mater. 2011, 23, 5024-5028, polyacrylonitrile is ring-closed to form a polycyclic structure, and at least part of S is bonded to C. The compound described in this document has strong peak signals near 1330 cm -1 and 1560 cm -1 in the Raman spectrum, and further peaks near 307 cm -1 , 379 cm -1 , 472 cm -1 and 929 cm -1 . do. On the other hand, inorganic sulfur compounds are preferable because of their excellent stability. Specifically, elemental sulfur (S), Li 2 S, TiS 2 , TiS 3 , TiS 4 , NiS, NiS 2 , CuS, FeS 2 , MoS 2 , MoS 3 and the like. Among them, S, Li 2 S, S-carbon composite, TiS 2 , TiS 3 , TiS 4 , FeS 2 and MoS 2 are preferred, and elemental sulfur (S), Li 2 S, TiS 2 and FeS 2 are more preferred, Elementary sulfur (S) or Li 2 S is particularly preferable from the viewpoint of high capacity. As the elemental sulfur (S), α-sulfur, β-sulfur, or γ-sulfur having an S8 structure may be used. These simple elements of sulfur (S) occlude ions and exist in the positive electrode active material layer in the form of sulfides during discharge.

場合によっては、2種以上の正極活物質が併用されてもよい。なお、上記以外の正極活物質が用いられてもよいことは勿論である。ただし、正極活物質の全量100質量%に占める硫黄を含む正極活物質の含有量の割合は、好ましくは50質量%以上であり、より好ましくは70質量%以上であり、さらに好ましくは80質量%以上であり、いっそう好ましくは90質量%以上であり、特に好ましくは95質量%以上であり、最も好ましくは100質量%である。 In some cases, two or more positive electrode active materials may be used together. It goes without saying that positive electrode active materials other than those described above may be used. However, the ratio of the content of the sulfur-containing positive electrode active material to 100% by mass of the total amount of the positive electrode active material is preferably 50% by mass or more, more preferably 70% by mass or more, and still more preferably 80% by mass. more preferably 90% by mass or more, particularly preferably 95% by mass or more, and most preferably 100% by mass.

正極活物質層における正極活物質の含有量は、特に限定されるものではないが、例えば、35~99質量%の範囲内であることが好ましく、40~90質量%の範囲内であることがより好ましい。 The content of the positive electrode active material in the positive electrode active material layer is not particularly limited. more preferred.

また、正極活物質層もまた、固体電解質を含むことが好ましく、当該固体電解質は硫化物固体電解質を含むことがより好ましい。硫化物固体電解質などの固体電解質の具体的な形態及び好ましい形態については、上述した負極活物質層の欄において説明したものが同様に採用されうる。さらに、正極活物質層は、導電助剤及び/又はバインダをさらに含んでもよい。 The positive electrode active material layer also preferably contains a solid electrolyte, and more preferably the solid electrolyte contains a sulfide solid electrolyte. As for the specific form and preferred form of the solid electrolyte such as the sulfide solid electrolyte, those described in the section on the negative electrode active material layer can be similarly employed. Furthermore, the positive electrode active material layer may further contain a conductive aid and/or a binder.

[構造維持体]
本形態に係る全固体電池は、固体電解質層と負極活物質層とにわたって位置する構造維持体が設けられることを特徴とする。すなわち、少なくとも一つの構造維持体が固体電解質層と負極活物質層との双方の層に入り込んだ状態で配置される。このように構造維持体を配置することで、全固体電池のサイクル耐久性が向上しうる。
[Structural maintenance body]
The all-solid-state battery according to this embodiment is characterized in that a structure-maintaining body is provided across the solid electrolyte layer and the negative electrode active material layer. That is, at least one structure-maintaining body is arranged in a state of being embedded in both the solid electrolyte layer and the negative electrode active material layer. By arranging the structure maintainers in this way, the cycle durability of the all-solid-state battery can be improved.

当該効果が奏される理由についての詳細は不明であるが、以下のメカニズムが考えられる。従来の全固体電池における充放電のサイクルを繰り返すことによる容量低下は、充放電による負極活物質層の膨張収縮が繰り返されることによる、固体電解質層の割れや、固体電解質層と負極活物質層との接触面における乖離により生じうる。一方、本形態に係る全固体電池によると、固体電解質層と負極活物質層とにわたって構造維持体が設けられる。固体電解質層に構造維持体が入り込んだ状態で配置されることにより、固体電解質層の構造が維持され、負極活物質層の膨張による固体電解質層の割れが抑制されうる。また、固体電解質層と負極活物質層とにわたって構造維持体が配置されることにより、固体電解質層の負極活物質層側に面する表面と、負極活物質層の固体電解質層側に面する表面との接触が維持されうる。特に、負極活物質層が金属リチウムである場合(負極が、充電過程において負極集電体上に金属リチウムを析出させる、いわゆるリチウム析出型のものである場合)においては、構造維持体が存在することにより、構造維持体を設けない場合と比較して、負極の面方向においてより均一に金属リチウムが析出しうる(析出した金属リチウムの厚さが面方向においてより均一になる)。その結果、負極活物質層の膨張収縮が繰り返されても接触面における乖離が抑制されうる。 Although the details of the reason why this effect is produced are unknown, the following mechanism is conceivable. The decrease in capacity due to repeated charge-discharge cycles in conventional all-solid-state batteries is due to repeated expansion and contraction of the negative electrode active material layer due to charge and discharge, which causes cracking of the solid electrolyte layer, and the separation of the solid electrolyte layer and the negative electrode active material layer. can be caused by deviation in the contact surface of On the other hand, according to the all-solid-state battery according to the present embodiment, the structure maintainer is provided over the solid electrolyte layer and the negative electrode active material layer. By arranging the structure-maintaining member in the solid electrolyte layer, the structure of the solid electrolyte layer is maintained, and cracking of the solid electrolyte layer due to expansion of the negative electrode active material layer can be suppressed. Further, by arranging the structure maintainer over the solid electrolyte layer and the negative electrode active material layer, the surface of the solid electrolyte layer facing the negative electrode active material layer and the surface of the negative electrode active material layer facing the solid electrolyte layer contact can be maintained with In particular, when the negative electrode active material layer is metallic lithium (when the negative electrode is a so-called lithium deposition type in which metallic lithium is deposited on the negative electrode current collector in the charging process), the structure maintainer is present. As a result, metallic lithium can be deposited more uniformly in the planar direction of the negative electrode (thickness of the deposited metallic lithium becomes more uniform in the planar direction) as compared with the case where the structure-maintaining body is not provided. As a result, even if the expansion and contraction of the negative electrode active material layer are repeated, the separation at the contact surface can be suppressed.

構造維持体は、少なくとも固体電解質層に位置する部分の表面が絶縁性物質から構成される。固体電解質層に位置する部分の表面が絶縁性物質であることにより、全固体電池が短絡することや、固体電解質が電位的に分解されることを防ぐことができる。絶縁性物質は、絶縁性を有している物質であれば特に制限されないが、非導電性の熱可塑性樹脂であることが好ましい。非導電性の熱可塑性樹脂としては、例えばポリプロピレン(PP)、ポリエチレン(PE)等のポリオレフィン、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリエチレンテレフタラート(PET)、ポリ塩化ビニル(PVC)など種々の物質を用いることができる。中でも、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリフッ化ビニリデンが好適であり、高電位耐性を有するという観点からポリプロピレン、ポリエチレンがより好ましい。 At least the surface of the structure-maintaining body located on the solid electrolyte layer is made of an insulating material. Since the surface of the portion located in the solid electrolyte layer is made of an insulating material, it is possible to prevent the all-solid-state battery from short-circuiting and the potential decomposition of the solid electrolyte. The insulating substance is not particularly limited as long as it has insulating properties, but is preferably a non-conductive thermoplastic resin. As non-conductive thermoplastic resins, various substances such as polyolefins such as polypropylene (PP) and polyethylene (PE), polyvinylidene fluoride (PVDF), polyethylene terephthalate (PET), and polyvinyl chloride (PVC) are used. be able to. Among them, polypropylene, polyethylene, and polyvinylidene fluoride are preferable, and polypropylene and polyethylene are more preferable from the viewpoint of having high potential resistance.

本実施形態の構造維持体は、骨格が金属からなることが好ましい。この際、絶縁性物質は、少なくとも固体電解質層に位置する部分の骨格の表面を被覆していればよいが、製造をより簡便にする観点からは、絶縁性物質は骨格の表面全体を被覆していていることが好ましい。構造維持体の骨格に用いられる金属は、ビッカース硬度が90以上の金属であることが好ましく、具体的には、銅、ステンレス、ニッケル、チタン、アルミニウムからなる群から選択される少なくとも1種であることが好ましい。これらの金属を骨格に用いることで、構造維持体の強度が十分なものとなり、負極活物質層の膨張収縮に起因する固体電解質層のゆがみを抑制することができる。 The structure-maintaining body of the present embodiment preferably has a metal skeleton. In this case, the insulating material may cover at least the surface of the skeleton that is located in the solid electrolyte layer. It is preferable that The metal used for the skeleton of the structure-maintaining body is preferably a metal having a Vickers hardness of 90 or more, specifically at least one selected from the group consisting of copper, stainless steel, nickel, titanium and aluminum. is preferred. By using these metals for the skeleton, the strength of the structure-maintaining body becomes sufficient, and distortion of the solid electrolyte layer caused by expansion and contraction of the negative electrode active material layer can be suppressed.

本実施形態の構造維持体の形状は、特に制限されず、網目形状(二次元網目構造、三次元網目形状を含む)、ブロック形状、フック形状、針形状等の形状を適宜用いることができるが、網目形状であることが好ましい。網目形状の具体例としてはパンチングメタル状、エキスパンドメタル状の形状が挙げられる。構造維持体が網目形状を有することにより、充放電を繰り返した際の固体電解質層と負極活物質層の接触状態が良好に保たれる。特に、負極活物質層が金属リチウムである場合(負極が、充電過程において負極集電体上に金属リチウムを析出させる、いわゆるリチウム析出型のものである場合)においては、網目形状の構造維持体の空隙部分に金属リチウムが析出することとなる。この際、詳細な理由は不明であるが、構造維持体を設けない場合と比較して、各空隙部における析出した金属リチウムの厚さがより均一となりうる。そのため、負極の面方向においてより均一な金属リチウム層が形成され、固体電解質層と負極活物質層との接触状態が良好に保たれる。その結果、全固体電池のサイクル耐久性をより向上させることができる。 The shape of the structure maintaining body of the present embodiment is not particularly limited, and a mesh shape (including a two-dimensional mesh structure and a three-dimensional mesh shape), a block shape, a hook shape, a needle shape, and the like can be used as appropriate. , preferably in a mesh shape. Specific examples of the mesh shape include punching metal shapes and expanded metal shapes. Since the structure-maintaining body has a mesh shape, a good contact state between the solid electrolyte layer and the negative electrode active material layer is maintained when charging and discharging are repeated. In particular, when the negative electrode active material layer is metallic lithium (when the negative electrode is a so-called lithium deposition type in which metallic lithium is deposited on the negative electrode current collector in the charging process), the mesh-shaped structure maintaining body Metallic lithium is deposited in the voids of the At this time, although the detailed reason is unknown, the thickness of the metallic lithium deposited in each gap can become more uniform compared to the case where the structure maintaining body is not provided. Therefore, a more uniform metallic lithium layer is formed in the surface direction of the negative electrode, and a good contact state between the solid electrolyte layer and the negative electrode active material layer is maintained. As a result, the cycle durability of the all-solid-state battery can be further improved.

構造維持体の厚みの下限値は、固体電解質層の強度を向上させるという観点から5μm以上であることが好ましく、10μm以上であることがより好ましく、15μm以上であることが特に好ましい。一方、構造維持体の厚みの上限値は、電池の体積エネルギー密度を向上させうるという観点から、100μm以下であることが好ましく、50μm以下であることがより好ましく、25μm以下であることがより好ましい。 From the viewpoint of improving the strength of the solid electrolyte layer, the lower limit of the thickness of the structure maintainer is preferably 5 μm or more, more preferably 10 μm or more, and particularly preferably 15 μm or more. On the other hand, the upper limit of the thickness of the structure maintainer is preferably 100 μm or less, more preferably 50 μm or less, and more preferably 25 μm or less, from the viewpoint of improving the volume energy density of the battery. .

本実施形態の構造維持体は、図3に示すように、固体電解質層と負極活物質層とにわたって位置するが、構造維持体の積層方向の厚さのうち、負極活物質層に位置する割合よりも固体電解質層に位置する割合が高いことが好ましい。複数の構造維持体が配置される場合においては、上記の形態の構造維持体の数の割合が、好ましくは50%以上であり、より好ましくは75%以上であり、さらに好ましくは90%以上であり、特に好ましくは100%である。構造維持体がこのように位置することで、固体電解質層の強度をより高めることができる。なお、本明細書において、当該割合は実施例の欄に記載の走査型電子顕微鏡(SEM)を用いた測定方法により得られる。 As shown in FIG. 3, the structure maintainer of the present embodiment is positioned over the solid electrolyte layer and the negative electrode active material layer. It is preferable that the proportion of the solid electrolyte layer is higher than that of the solid electrolyte layer. In the case where a plurality of structure maintainers are arranged, the ratio of the number of structure maintainers of the above configuration is preferably 50% or more, more preferably 75% or more, and still more preferably 90% or more. Yes, particularly preferably 100%. Positioning the structure-maintaining body in this manner can further increase the strength of the solid electrolyte layer. In addition, in this specification, the said ratio is obtained by the measuring method using the scanning electron microscope (SEM) described in the column of an Example.

本実施形態の構造維持体は、固体電解質層と負極活物質層との接触面の一部又は全部を覆うように配置される。すなわち、発電要素を平面視した際に、固体電解質層の外周端により囲まれた面積(a)と、負極活物質層の外周端により囲まれた面積(b)との重複部分(1)の一部又は全部が、構造維持体の外周端により囲まれた面積(c)と重複する。この際、重複部分(1)と構造維持体の外周端により囲まれた面積(c)との重複する部分を重複部分(2)とする。なお、複数の構造維持体が配置される場合には、当該複数の構造維持体を全て含むように囲われた領域のうち最小となる面積を「構造維持体の外周端により囲まれた面積(c)」とする。ここで、重複部分(1)の面積に対する重複部分(2)の面積の割合は、50%以上であることが好ましく、70%以上であることがより好ましく、90%以上であることがさらに好ましく、100%であることが特に好ましい。なお、構造維持体の外周端により囲まれた面積(c)は、重複部分(1)の面積よりも大きくても構わない。ただし、電池の体積エネルギー密度を向上させる観点からは、重複部分(1)の面積に対する面積(c)の割合は、100%以上120%以下であることが好ましく、100%以上110%以下であることがより好ましく、100%以上105%以下であることがさらに好ましい。構造維持体をこのように配置することで、固体電解質層と負極活物質層との乖離をより効果的に防ぐことができる。 The structure maintainer of the present embodiment is arranged so as to cover part or all of the contact surface between the solid electrolyte layer and the negative electrode active material layer. That is, when the power generating element is viewed in plan, the overlapping portion (1) between the area (a) surrounded by the outer peripheral edge of the solid electrolyte layer and the area (b) surrounded by the outer peripheral edge of the negative electrode active material layer A part or the whole overlaps with the area (c) surrounded by the outer peripheral edge of the structure maintainer. At this time, the overlapping portion between the overlapping portion (1) and the area (c) surrounded by the outer peripheral edge of the structure maintaining member is defined as an overlapping portion (2). In addition, when a plurality of structure maintenance bodies are arranged, the smallest area among the areas enclosed so as to include all of the plurality of structure maintenance bodies is defined as the "area surrounded by the outer peripheral edge of the structure maintenance bodies ( c)”. Here, the ratio of the area of the overlapping portion (2) to the area of the overlapping portion (1) is preferably 50% or more, more preferably 70% or more, and even more preferably 90% or more. , 100%. The area (c) surrounded by the outer peripheral edge of the structure maintaining body may be larger than the area of the overlapping portion (1). However, from the viewpoint of improving the volume energy density of the battery, the ratio of the area (c) to the area of the overlapping portion (1) is preferably 100% or more and 120% or less, and is 100% or more and 110% or less. is more preferably 100% or more and 105% or less. By arranging the structure-maintaining bodies in this way, it is possible to more effectively prevent separation between the solid electrolyte layer and the negative electrode active material layer.

[全固体電池の製造方法]
本形態に係る全固体二次電池は、例えば、以下の製造方法に従って作製することができる。まず固体電解質の粉末材料を加圧することにより、固体電解質層を仮成形する。次に、仮成形した固体電解質層の一方の面に、固体電解質層から正極活物質、正極集電体の順にこれらの材料を配置する。そして、これらを加圧することで、固体電解質層、正極活物質層、正極集電体からなる積層体を仮成形する。続いて、当該積層体における、正極活物質層、正極集電体が存在しない側の固体電解質層の面に、固体電解質層から順に、構造維持体、負極活物質、負極集電体を配置する。そして、これらを加圧することで、正極集電体、正極活物質層、固体電解質層、構造維持体、負極活物質層、負極集電体(構造維持体は固体電解質層と負極活物質層とにわたって位置するように配置されている)からなる単電池層を有する全固体電池が得られる。
[Method for manufacturing all-solid-state battery]
The all-solid secondary battery according to this embodiment can be produced, for example, according to the following production method. First, a solid electrolyte layer is temporarily formed by pressing a solid electrolyte powder material. Next, these materials are arranged in the order of the solid electrolyte layer, the positive electrode active material, and the positive electrode current collector on one surface of the temporarily molded solid electrolyte layer. Then, by pressurizing these, a laminate composed of the solid electrolyte layer, the positive electrode active material layer, and the positive electrode current collector is temporarily formed. Subsequently, the structure-maintaining body, the negative electrode active material, and the negative electrode current collector are arranged in this order from the solid electrolyte layer on the side of the solid electrolyte layer on which the positive electrode active material layer and the positive electrode current collector do not exist in the laminate. . Then, by pressurizing these, the positive electrode current collector, the positive electrode active material layer, the solid electrolyte layer, the structure maintaining body, the negative electrode active material layer, and the negative electrode current collector (the structure maintaining body is the solid electrolyte layer and the negative electrode active material layer). An all-solid-state battery is obtained having a single cell layer consisting of a single cell layer arranged so as to be positioned over the entire surface.

[正極集電板及び負極集電板]
集電板を構成する材料は、特に制限されず、二次電池用の集電板として従来用いられている公知の高導電性材料が用いられうる。集電板の構成材料としては、例えば、アルミニウム、銅、チタン、ニッケル、ステンレス鋼(SUS)、これらの合金等の金属材料が好ましい。軽量、耐食性、高導電性の観点から、より好ましくはアルミニウム、銅であり、特に好ましくはアルミニウムである。なお、正極集電板と負極集電板とでは、同一の材料が用いられてもよいし、異なる材料が用いられてもよい。
[Positive collector plate and negative collector plate]
The material constituting the current collector is not particularly limited, and known highly conductive materials conventionally used as current collectors for secondary batteries can be used. Metal materials such as aluminum, copper, titanium, nickel, stainless steel (SUS), and alloys thereof are preferable as the constituent material of the current collector plate. From the viewpoint of light weight, corrosion resistance and high conductivity, aluminum and copper are more preferred, and aluminum is particularly preferred. The same material or different materials may be used for the positive electrode current collector plate and the negative electrode current collector plate.

[正極リード及び負極リード]
また、図示は省略するが、集電体と集電板との間を正極リードや負極リードを介して電気的に接続してもよい。正極及び負極リードの構成材料としては、公知のリチウムイオン二次電池において用いられる材料が同様に採用されうる。なお、外装から取り出された部分は、周辺機器や配線などに接触して漏電したりして製品(例えば、自動車部品、特に電子機器等)に影響を与えないように、耐熱絶縁性の熱収縮チューブなどにより被覆することが好ましい。
[Positive lead and negative lead]
Although not shown, the current collector and the current collector plate may be electrically connected via a positive lead or a negative lead. Materials used in known lithium-ion secondary batteries can also be employed as the constituent materials of the positive and negative electrode leads. In addition, the parts taken out from the exterior should be heat-shrunk with heat-resistant insulation so that they do not come into contact with peripheral equipment or wiring and cause electric leakage and affect the product (for example, automobile parts, especially electronic equipment, etc.). Covering with a tube or the like is preferred.

[電池外装材]
電池外装材としては、公知の金属缶ケースを用いることができるほか、図1及び図2に示すように発電要素を覆うことができる、アルミニウムを含むラミネートフィルムを用いた袋状のケースが用いられうる。
[Battery exterior material]
As the battery exterior material, a known metal can case can be used, and as shown in FIGS. 1 and 2, a bag-like case using a laminate film containing aluminum that can cover the power generation element is used. sell.

以上、全固体二次電池の一実施形態を説明したが、本発明は上述した実施形態において説明した構成のみに限定されることはなく、特許請求の範囲の記載に基づいて適宜変更することが可能である。 Although one embodiment of the all-solid secondary battery has been described above, the present invention is not limited only to the configuration described in the embodiment described above, and can be appropriately modified based on the description of the claims. It is possible.

例えば、本形態に係る全固体二次電池において、固体電解質層は、従来公知の液体電解質(電解液)をさらに含有していてもよい。固体電解質層に含まれうる液体電解質(電解液)の量について特に制限はないが、固体電解質により形成された固体電解質層の形状が保持され、液体電解質(電解液)の液漏れが生じない程度の量であることが好ましい。 For example, in the all-solid secondary battery according to the present embodiment, the solid electrolyte layer may further contain a conventionally known liquid electrolyte (electrolytic solution). The amount of the liquid electrolyte (electrolyte solution) that can be contained in the solid electrolyte layer is not particularly limited, but the amount is such that the shape of the solid electrolyte layer formed by the solid electrolyte is maintained and the liquid electrolyte (electrolyte solution) does not leak. is preferably the amount of

[組電池]
組電池は、電池を複数個接続して構成した物である。詳しくは少なくとも2つ以上用いて、直列化あるいは並列化あるいはその両方で構成されるものである。直列、並列化することで容量及び電圧を自由に調節することが可能になる。
[Assembled battery]
An assembled battery is an object configured by connecting a plurality of batteries. Specifically, at least two or more are used, and serialization or parallelization or both of them are used. By connecting in series and in parallel, it becomes possible to freely adjust the capacity and voltage.

電池が複数、直列に又は並列に接続して装脱着可能な小型の組電池を形成することもできる。そして、この装脱着可能な小型の組電池をさらに複数、直列に又は並列に接続して、高体積エネルギー密度、高体積出力密度が求められる車両駆動用電源や補助電源に適した大容量、大出力を持つ組電池(電池モジュール、電池パックなど)を形成することもできる。何個の電池を接続して組電池を作製するか、また、何段の小型組電池を積層して大容量の組電池を作製するかは、搭載される車両(電気自動車)の電池容量や出力に応じて決めればよい。 A plurality of batteries can be connected in series or in parallel to form a small detachable assembled battery. Then, a plurality of these detachable small assembled batteries are further connected in series or in parallel to form a large-capacity, large-capacity battery suitable for a vehicle drive power supply or an auxiliary power supply that requires high volumetric energy density and high volumetric output density. It is also possible to form assembled batteries (battery modules, battery packs, etc.) with output. How many batteries are connected to make an assembled battery, and how many stages of small assembled batteries are stacked to make a large-capacity assembled battery, depends on the battery capacity of the vehicle (electric vehicle) in which it is installed. It should be decided according to the output.

[車両]
電池又はこれらを複数個組み合わせてなる組電池を車両に搭載することができる。本発明では、長期信頼性に優れた高寿命の電池を構成できることから、こうした電池を搭載するとEV走行距離の長いプラグインハイブリッド電気自動車や、一充電走行距離の長い電気自動車を構成できる。電池又はこれらを複数個組み合わせてなる組電池を、例えば、自動車ならばハイブリッド車、燃料電池車、電気自動車(いずれも四輪車(乗用車、トラック、バスなどの商用車、軽自動車など)のほか、二輪車(バイク)や三輪車を含む)に用いることにより高寿命で信頼性の高い自動車となるからである。ただし、用途が自動車に限定されるわけではなく、例えば、他の車両、例えば、電車などの移動体の各種電源であっても適用は可能であるし、無停電電源装置などの載置用電源として利用することも可能である。
[vehicle]
A battery or an assembled battery formed by combining a plurality of these batteries can be mounted on a vehicle. In the present invention, since a long-life battery with excellent long-term reliability can be configured, a plug-in hybrid electric vehicle with a long EV driving range and an electric vehicle with a long driving range per charge can be configured by mounting such a battery. Batteries or assembled batteries made by combining a plurality of these, for example, in the case of automobiles, hybrid vehicles, fuel cell vehicles, electric vehicles (all four-wheeled vehicles (commercial vehicles such as passenger cars, trucks, buses, light vehicles, etc.) , two-wheeled vehicles (motorcycles) and three-wheeled vehicles) will provide a long-lasting and highly reliable automobile. However, the application is not limited to automobiles, for example, it can be applied to various power sources for other vehicles, such as moving bodies such as trains, and power sources for installation such as uninterruptible power supplies. It can also be used as

以下、実施例により本発明をさらに詳細に説明する。ただし、本発明の技術的範囲が以下の実施例のみに制限されるわけではない。なお、以下において、グローブボックス内で用いた器具及び装置等は、事前に十分に乾燥処理を行った。 The present invention will be described in more detail below with reference to examples. However, the technical scope of the present invention is not limited only to the following examples. In the following, the instruments and devices used in the glove box were thoroughly dried in advance.

《構造維持体の作成》
ステンレス(SUS)製のエキスパンドメタル(短径:0.7mm、長径:1.3mm、厚み:20μm)にポリエチレン(PE)の粉末を、ヒートプレス機を用いて130℃で溶解し圧入した。圧入後、さらに130℃で熱し、PEの一部を溶解することで、PEをコートしたSUS製構造維持体(1)を作製した。
《Creation of structural maintenance body》
Polyethylene (PE) powder was melted at 130° C. using a heat press and pressed into an expanded metal made of stainless steel (SUS) (minor diameter: 0.7 mm, major diameter: 1.3 mm, thickness: 20 μm). After the press-fitting, the material was further heated at 130° C. to partially dissolve the PE, thereby producing a PE-coated SUS structure-maintaining body (1).

同様の方法で、ポリプロピレン(PP)をコートしたSUS製構造維持体(2)、及びポリフッ化ビニリデン(PVDF)をコートしたSUS製構造維持体(3)も作製した。 By the same method, a polypropylene (PP)-coated SUS structure-maintaining body (2) and a polyvinylidene fluoride (PVDF)-coated SUS structure-maintaining body (3) were also produced.

上述のSUS製のエキスパンドメタルと同形状の、銅(Cu)製、ニッケル(Ni)製、チタン(Ti)製のエキスパンドメタルを用い、上述の方法に従い、PPをコートしたCu製構造維持体(4)、PVDFをコートしたCu製構造維持体(5)、PVDFをコートしたNi製構造維持体(6)及びPVDFをコートしたTi製構造維持体(7)を作製した。 Using expanded metals made of copper (Cu), nickel (Ni), and titanium (Ti) having the same shape as the above-mentioned expanded metal made of SUS and coated with PP according to the method described above, a Cu structure-maintaining body ( 4) A PVDF-coated Cu structure-maintaining body (5), a PVDF-coated Ni-made structural-maintaining body (6), and a PVDF-coated Ti structural-maintaining body (7) were prepared.

《全固体二次電池の作製》
以下の手法により、露点-68℃以下のアルゴン雰囲気のグローブボックス内で実施例1~7並びに比較例1及び2の全固体二次電池を作製した。
<<Fabrication of all-solid secondary battery>>
All-solid secondary batteries of Examples 1 to 7 and Comparative Examples 1 and 2 were produced in a glove box of an argon atmosphere with a dew point of −68° C. or less by the following method.

(硫黄含浸多孔性導電体の調整)
露点-68℃以下のアルゴン雰囲気のグローブボックス内で、0.200gの多孔性導電体(ケッチェンブラック、ライオン社製)に1.20gの硫黄(Aldrich社製)を加え、メノウ乳鉢で十分に混合した後、混合粉末を密閉耐圧オートクレーブ容器に入れて170℃で3時間加熱することにより硫黄を溶融させて、硫黄を多孔性導電体に含浸させることにより硫黄含浸多孔性導電体を得た。
(Adjustment of sulfur-impregnated porous conductor)
Add 1.20 g of sulfur (manufactured by Aldrich) to 0.200 g of a porous conductor (Ketjenblack, manufactured by Lion Corporation) in an argon atmosphere glove box with a dew point of −68° C. or less, and thoroughly with an agate mortar. After mixing, the mixed powder was placed in a sealed pressure-resistant autoclave container and heated at 170° C. for 3 hours to melt sulfur and impregnate the porous conductor with sulfur to obtain a sulfur-impregnated porous conductor.

(硫黄含有正極合剤の調製)
露点-68℃以下のアルゴン雰囲気のグローブボックス内で、5mm径のジルコニアボール40gと硫黄含浸多孔性導電体を0.130gと、固体電解質(Ampcera社製、LiPSCl)0.070gを容量45mlのジルコニア製容器に入れ、遊星ボールミル(フリッチュ社製、Premium line P-7)により370rpmで6時間処理することにより、硫黄含有正極合剤の粉末を得た。硫黄合剤の組成は硫黄:固体電解質:カーボン=50:40:10とした。
(Preparation of sulfur-containing positive electrode mixture)
In an argon atmosphere glove box with a dew point of −68° C. or less, 40 g of zirconia balls with a diameter of 5 mm, 0.130 g of a sulfur-impregnated porous conductor, and 0.070 g of a solid electrolyte (Li 6 PS 5 Cl, manufactured by Ampcera). The powder was placed in a zirconia container with a capacity of 45 ml and treated with a planetary ball mill (Premium line P-7 manufactured by Fritsch) at 370 rpm for 6 hours to obtain a sulfur-containing positive electrode mixture powder. The composition of the sulfur mixture was sulfur:solid electrolyte:carbon=50:40:10.

(実施例1)
マコール製の円筒チューブ治具(管内径10mm、外径23mm、高さ20mm)の片側にSUS製の円筒凸型パンチ(10mm径)を挿し入れ、円筒チューブ治具の上側から硫化物固体電解質(Ampcera社製、LiPSCl)80mgを入れた。その後、もう1つのSUS製円筒凸型パンチを挿し入れて固体電解質を挟み込み、油圧プレスを用いて75MPaの圧力で3分間プレスすることにより直径10mm、厚さ20μmの固体電解質層を円筒チューブ治具中に形成した。
(Example 1)
A SUS cylindrical convex punch (10 mm diameter) was inserted into one side of a Macor cylindrical tube jig (inner diameter 10 mm, outer diameter 23 mm, height 20 mm), and a sulfide solid electrolyte ( 80 mg of Li 6 PS 5 Cl (manufactured by Ampcera) was added. After that, another SUS cylindrical convex punch was inserted to sandwich the solid electrolyte, and a solid electrolyte layer with a diameter of 10 mm and a thickness of 20 μm was formed into a cylindrical tube jig by pressing for 3 minutes at a pressure of 75 MPa using a hydraulic press. formed inside.

次に、上側から挿し入れた円筒凸型パンチを一旦抜き取り、円筒チューブ内の固体電解質層の片側面に上記で調製した硫黄含有正極合剤7.5mgを入れ、再び上側から円筒凸型パンチ(正極集電体を兼ねる)を挿し入れ、100MPaの圧力で3分間プレスすることで、直径10mm、厚さ約0.06mmの正極活物質層15を固体電解質層の片側面に形成した。 Next, the cylindrical convex punch inserted from the upper side is once extracted, 7.5 mg of the sulfur-containing positive electrode mixture prepared above is put on one side of the solid electrolyte layer in the cylindrical tube, and the cylindrical convex punch ( A positive electrode current collector) was inserted and pressed at a pressure of 100 MPa for 3 minutes to form a positive electrode active material layer 15 having a diameter of 10 mm and a thickness of about 0.06 mm on one side of the solid electrolyte layer.

次に、下側の円筒凸型パンチ(負極集電体を兼ねる)を抜き取り、負極としての直径8mmに打ち抜いたリチウム箔(ニラコ社製、厚さ0.20mm)の上に、構造維持体としてPEをコートしたSUS製構造維持体(1)を配置し、SUS製構造維持体(1)が固体電解質層の側に位置するように円筒チューブ治具の下側から入れて、再び円筒凸型パンチを挿し入れ、300MPaの圧力で3分間プレスすることで負極集電体(パンチ)、リチウム負極、PEをコートしたSUS製構造維持体(1)、固体電解質層、正極活物質層15、正極集電体(パンチ)がこの順に積層された全固体二次電池を作製した。 Next, the lower cylindrical convex punch (which also serves as a negative electrode current collector) is extracted, and a lithium foil (manufactured by Nilaco Corporation, thickness 0.20 mm) punched to a diameter of 8 mm as a negative electrode is placed on the lithium foil as a structure maintainer. The PE-coated SUS structure-maintaining body (1) is placed, and the SUS structure-maintaining body (1) is placed on the solid electrolyte layer side from the bottom of the cylindrical tube jig. By inserting a punch and pressing for 3 minutes at a pressure of 300 MPa, a negative electrode current collector (punch), a lithium negative electrode, a PE-coated SUS structural maintenance body (1), a solid electrolyte layer, a positive electrode active material layer 15, and a positive electrode. An all-solid secondary battery was produced in which current collectors (punches) were stacked in this order.

(実施例2)
構造維持体としてPVDFでコートされたSUS製構造維持体(2)を用いた以外は、実施例1と同様の方法で全固体二次電池を作製した。
(Example 2)
An all-solid secondary battery was produced in the same manner as in Example 1, except that the SUS structure-maintaining body (2) coated with PVDF was used as the structure-maintaining body.

(実施例3)
構造維持体としてPPでコートされたSUS製構造維持体(3)を用いた以外は、実施例1と同様の方法で全固体二次電池を作製した。
(Example 3)
An all-solid secondary battery was produced in the same manner as in Example 1, except that a PP-coated SUS structure-maintaining body (3) was used as the structure-maintaining body.

(実施例4)
構造維持体としてPPでコートされたCu製構造維持体(4)を用いた以外は、実施例1と同様の方法で全固体二次電池を作製した。
(Example 4)
An all-solid secondary battery was produced in the same manner as in Example 1, except that a Cu structure-maintaining body (4) coated with PP was used as the structure-maintaining body.

(実施例5)
構造維持体としてPVDFでコートされたCu製構造維持体(5)を用いた以外は、実施例1と同様の方法で全固体二次電池を作製した。
(Example 5)
An all-solid secondary battery was produced in the same manner as in Example 1, except that the Cu structure-maintaining body (5) coated with PVDF was used as the structure-maintaining body.

(実施例6)
構造維持体としてPVDFでコートされたNi製構造維持体(6)を用いた以外は、実施例1と同様の方法で全固体二次電池を作製した。
(Example 6)
An all-solid secondary battery was produced in the same manner as in Example 1, except that the Ni structure-maintaining body (6) coated with PVDF was used as the structure-maintaining body.

(実施例7)
構造維持体としてPVDFでコートされたTi製構造維持体(7)を用いた以外は、実施例1と同様の方法で全固体二次電池を作製した。
(Example 7)
An all-solid secondary battery was produced in the same manner as in Example 1, except that a Ti structure-maintaining body (7) coated with PVDF was used as the structure-maintaining body.

(比較例1)
構造維持体を含まない以外は、実施例1と同様の方法で全固体二次電池を作製した。
(Comparative example 1)
An all-solid secondary battery was produced in the same manner as in Example 1, except that the structure-maintaining body was not included.

(比較例2)
構造維持体としてコートされていないSUS製構造維持体を用いた以外は、実施例1と同様の方法で全固体二次電池を作製した。
(Comparative example 2)
An all-solid secondary battery was produced in the same manner as in Example 1, except that an uncoated SUS structure-maintaining body was used as the structure-maintaining body.

《全固体二次電池の断面の観察》
上述の実施例1~7の全固体二次電池の断面を、走査型電子顕微鏡(SEM)を用いて観察したところ、構造維持体の積層方向の厚さのうち、負極活物質層に位置する割合よりも固体電解質層に位置する割合が高いことが確認された。
<<Observation of cross section of all-solid secondary battery>>
When the cross section of the all-solid secondary battery of Examples 1 to 7 described above was observed using a scanning electron microscope (SEM), it was found that the thickness of the structure maintaining body in the stacking direction was located in the negative electrode active material layer. It was confirmed that the proportion located in the solid electrolyte layer was higher than the proportion.

《放電容量維持率の評価例》
電気化学診断装置(BioLogic社製、VSP-300)を用い、25℃に設定した定温恒温槽中で、以下の手法により、上記で作製した全固体二次電池の放電容量維持率を評価した。
<<Evaluation example of discharge capacity retention rate>>
Using an electrochemical diagnostic device (BioLogic, VSP-300), in a constant temperature bath set at 25° C., the discharge capacity retention rate of the all-solid secondary battery produced above was evaluated by the following method.

25℃で0.05C-3.1V定電流定電圧充電でカットオフ電流0.01Cの条件で満充電した後に、カットオフ電圧1.1Vで0.05C放電した。そして、50サイクル目における放電容量の初回サイクル時の放電容量に対する百分率として、50サイクル目放電容量維持率[%]を算出した。結果を下記の表1に示す。 The battery was fully charged at 25° C. with a 0.05C-3.1V constant current and constant voltage charge under the condition of a cutoff current of 0.01C, and then discharged at a cutoff voltage of 1.1V to 0.05C. Then, the 50th cycle discharge capacity retention rate [%] was calculated as a percentage of the discharge capacity at the 50th cycle to the discharge capacity at the first cycle. The results are shown in Table 1 below.

Figure 2023048547000002
Figure 2023048547000002

構造維持体を含まない比較例1及び構造維持体の表面が絶縁性物質で被覆されていない比較例2では、充放電を繰り返す過程で故障が生じ、50サイクル目まで到達しなかった。一方、絶縁性物質で被覆された実施例1~7は、50サイクル目に到達したことから、比較例に対して十分なサイクル耐久性の改善が見られた。特に、構造維持体の骨格としてSUSを用いた実施例1~3では、特に優れた放電容量維持率を示した。 In Comparative Example 1 containing no structure-maintaining body and Comparative Example 2 in which the surface of the structure-maintaining body was not coated with an insulating substance, a failure occurred during the process of repeating charging and discharging, and the battery did not reach the 50th cycle. On the other hand, Examples 1 to 7, which were coated with an insulating material, reached the 50th cycle, and therefore showed sufficient improvement in cycle durability compared to Comparative Examples. In particular, Examples 1 to 3, in which SUS was used as the skeleton of the structure-maintaining body, exhibited particularly excellent discharge capacity retention.

10a 積層型電池、
11’ 負極集電体、
11” 正極集電体、
13 負極活物質層、
15 正極活物質層、
17 固体電解質層、
18 構造維持体
19 単電池層、
21 発電要素、
25 負極集電板、
27 正極集電板、
29 ラミネートフィルム。
10a laminated battery,
11' negative electrode current collector,
11″ cathode current collector,
13 negative electrode active material layer,
15 positive electrode active material layer,
17 solid electrolyte layer,
18 structure maintenance body 19 cell layer,
21 power generation element,
25 negative electrode current collector,
27 positive current collector,
29 Laminate film.

Claims (7)

正極活物質層、
負極活物質層、
前記正極活物質層と前記負極活物質層との間に配置され、固体電解質を含む固体電解質層、及び
前記固体電解質層と前記負極活物質層とにわたって位置する構造維持体、を備え、
前記構造維持体の少なくとも前記固体電解質層に位置する部分の表面が絶縁性物質からなる、全固体電池。
positive electrode active material layer,
negative electrode active material layer,
a solid electrolyte layer disposed between the positive electrode active material layer and the negative electrode active material layer and containing a solid electrolyte; and a structure maintainer positioned over the solid electrolyte layer and the negative electrode active material layer,
An all-solid-state battery, wherein a surface of at least a portion of the structure-maintaining member located on the solid electrolyte layer is made of an insulating material.
前記構造維持体は、骨格が金属からなる、請求項1に記載の全固体電池。 The all-solid-state battery according to claim 1, wherein the structure-maintaining body has a metal skeleton. 前記金属は、銅、ステンレス、ニッケル、チタン及びアルミニウムからなる群から選択される少なくとも1種である、請求項2に記載の全固体電池。 3. The all solid state battery according to claim 2, wherein said metal is at least one selected from the group consisting of copper, stainless steel, nickel, titanium and aluminum. 前記絶縁性物質は、ポリプロピレン及びポリエチレンからなる群から選択される少なくとも1種である、請求項1~3のいずれか1項に記載の全固体電池。 The all-solid-state battery according to any one of claims 1 to 3, wherein said insulating substance is at least one selected from the group consisting of polypropylene and polyethylene. 前記構造維持体は網目形状を有する、請求項1~4のいずれか1項に記載の全固体電池。 The all-solid-state battery according to any one of claims 1 to 4, wherein said structure maintainer has a mesh shape. 前記構造維持体の積層方向の厚さのうち、前記負極活物質層に位置する割合よりも前記固体電解質層に位置する割合が高い、請求項1~5のいずれか1項に記載の全固体電池。 The all-solid according to any one of claims 1 to 5, wherein a ratio of the thickness in the stacking direction of the structure maintaining body that is located in the solid electrolyte layer is higher than a ratio that is located in the negative electrode active material layer. battery. 前記負極活物質層は、金属リチウム、黒鉛及びケイ素系負極活物質からなる群から選択される少なくとも1種を含む、請求項1~6のいずれか1項に記載の全固体電池。 The all-solid-state battery according to any one of claims 1 to 6, wherein the negative electrode active material layer contains at least one selected from the group consisting of metallic lithium, graphite, and silicon-based negative electrode active materials.
JP2021157930A 2021-09-28 2021-09-28 All-solid battery Pending JP2023048547A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2021157930A JP2023048547A (en) 2021-09-28 2021-09-28 All-solid battery

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2021157930A JP2023048547A (en) 2021-09-28 2021-09-28 All-solid battery

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2023048547A true JP2023048547A (en) 2023-04-07

Family

ID=85780164

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2021157930A Pending JP2023048547A (en) 2021-09-28 2021-09-28 All-solid battery

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2023048547A (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP7274300B2 (en) All-solid battery
JP7304014B2 (en) Solid electrolyte layer for all solid state lithium ion secondary battery and all solid state lithium ion secondary battery using the same
JP7206798B2 (en) Lithium ion conductive solid electrolyte and electrochemical device using the same
JP7398269B2 (en) All-solid-state lithium-ion secondary battery
JP7386046B2 (en) All solid state battery
JP7406982B2 (en) All-solid-state battery and its manufacturing method
JP2021136215A (en) Lithium ion secondary battery
JP7414520B2 (en) Electrodes for all-solid-state batteries
JP2022115375A (en) Positive electrode material for electrical device, and positive electrode for electrical device using the same, and electrical device
JP2022090295A (en) Cathode material for secondary battery and secondary battery using the same
JP2022131400A (en) Positive electrode material for electric device, and all-solid type lithium secondary battery arranged by use thereof
JP2023048547A (en) All-solid battery
WO2023031638A1 (en) Positive electrode material for electric devices, and positive electrode for electric devices and electric device each using same
JP7248136B2 (en) Positive electrode active material for lithium-ion secondary batteries
WO2023031639A1 (en) Positive electrode material for electrical device, and positive electrode for electrical device and electrical device using same
JP7407014B2 (en) All-solid-state lithium-ion secondary battery
JP7493054B2 (en) Positive electrode material for electric device, and positive electrode for electric device and electric device using the same
JP7296302B2 (en) All-solid battery
WO2023187466A1 (en) Positive electrode material and secondary battery using the same
WO2024028622A1 (en) Secondary battery
JP2023086518A (en) Manufacturing method for all solid lithium secondary battery
US20240047735A1 (en) Lithium sulfur battery
WO2024018247A1 (en) Method for manufacturing lithium secondary battery
EP4398336A1 (en) Positive electrode material for electric devices, and positive electrode for electric devices and electric device each using same
JP2023149912A (en) All-solid battery

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20240514