JP2023064496A - Positive electrode material and secondary battery using the same - Google Patents

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珍光 李
Zhenguang Li
淳史 伊藤
Junji Ito
美咲 藤本
Misaki Fujimoto
一生 大谷
Kazuo Otani
正樹 小野
Masaki Ono
航 荻原
Wataru Ogiwara
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Abstract

To provide means for further reducing the internal resistance of a secondary battery using a positive electrode active material including sulfur.SOLUTION: A positive electrode material includes: a conducting porous material; an alkali metal sulfide being a positive electrode active material; and a solid electrolyte. At least a portion of the alkali metal sulfide and at least a portion of the solid electrolyte are arranged in pores of the conducting porous material. The positive electrode material exhibits, in an X-ray diffraction measurement, a peak A derived from the conducting porous material in an area where 2θ is 20° or more and less than 25°and a peak B derived from the alkali metal sulfide and/or the solid electrolyte in an area where 2θ is 25 to 29°. A ratio (A/B) of intensity of the peak A with respect to intensity of the peak B exceeds 0.02.SELECTED DRAWING: None

Description

本発明は、正極材料およびこれを用いた二次電池に関する。 The present invention relates to a positive electrode material and a secondary battery using the same.

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、およ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リチウム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、全固体リチウム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およびエネルギー密度の大幅な向上が図れる。例えば、硫黄単体(S)は、1670mAh/g程度と極めて大きい理論容量を有し、低コストで資源が豊富であるという利点を備えている。 Therefore, in recent years, extensive research and development has been made on all-solid lithium secondary batteries using oxide-based or sulfide-based solid electrolytes. A solid electrolyte is a material composed mainly of an ionic conductor capable of conducting ions in a solid. Therefore, in the all-solid lithium secondary battery, in principle, various problems due to the combustible organic electrolytic solution do not occur unlike the conventional liquid-type lithium secondary battery. In general, the use of a high-potential, large-capacity positive electrode material and a large-capacity negative electrode material can significantly improve the output density and energy density of the battery. For example, elemental sulfur (S 8 ) has an extremely large theoretical capacity of about 1670 mAh/g, and has the advantage of being low cost and abundant as a resource.

一方、全固体電池において用いられうる大容量の負極材料としては、リチウムイオンを正極に供給する負極活物質である金属リチウムが知られている。ただし、負極活物質として金属リチウムを用い、固体電解質として硫化物固体電解質を用いた全固体電池においては、金属リチウムと硫化物固体電解質とが反応する結果、電池特性が低下してしまう場合がある。 On the other hand, metallic lithium, which is a negative electrode active material that supplies lithium ions to a positive electrode, is known as a high-capacity negative electrode material that can be used in all-solid-state batteries. However, in an all-solid battery that uses metallic lithium as the negative electrode active material and a sulfide solid electrolyte as the solid electrolyte, the battery characteristics may deteriorate as a result of the reaction between the metallic lithium and the sulfide solid electrolyte. .

ここで、特許文献1においては、このような問題に対処することを目的として、導電剤と、前記導電剤の表面に一体化したアルカリ金属硫化物とを含む複合材料を全固体電池の正極材料として用いる技術が提案されている。特許文献1によると、このような構成の正極材料とすることで、理論容量が高く、リチウムイオンを正極に供給しない負極活物質をも用いうる正極材料およびリチウムイオン電池が提供されるとしている。 Here, in Patent Document 1, for the purpose of coping with such a problem, a composite material containing a conductive agent and an alkali metal sulfide integrated on the surface of the conductive agent is used as a positive electrode material for an all-solid battery. A technique used as According to Patent Document 1, by using a positive electrode material having such a configuration, a positive electrode material and a lithium ion battery having a high theoretical capacity and capable of using a negative electrode active material that does not supply lithium ions to the positive electrode are provided.

国際公開第2012/102037号WO2012/102037

ここで、二次電池の用途によっては、高い充放電レートでの充放電の際に十分な容量が取り出せる(すなわち、いわゆる充放電レート特性が十分である)ことが求められる。例えば、充放電レート特性が不十分である二次電池は、急速充放電に対応して十分な容量を活用することができない。そして、二次電池の充放電レート特性を向上させるには、電池の内部抵抗を低減させることが必要である。 Here, depending on the application of the secondary battery, it is required that sufficient capacity can be obtained during charging and discharging at a high charging and discharging rate (that is, so-called charging and discharging rate characteristics are sufficient). For example, a secondary battery with insufficient charge/discharge rate characteristics cannot utilize sufficient capacity for rapid charge/discharge. In order to improve the charge/discharge rate characteristics of the secondary battery, it is necessary to reduce the internal resistance of the battery.

そこで本発明は、硫黄を含む正極活物質を用いた二次電池において、当該二次電池の内部抵抗をよりいっそう低減させうる手段を提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, it is an object of the present invention to provide means for further reducing the internal resistance of a secondary battery using a positive electrode active material containing sulfur.

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、導電性多孔体の細孔内にアルカリ金属硫化物と固体電解質とを含有させた正極材料において、特定のX線回折スペクトルを示す材料を用いることで上記課題が解決されうることを見出し、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, it was found that the above problems could be solved by using a material exhibiting a specific X-ray diffraction spectrum in a positive electrode material containing an alkali metal sulfide and a solid electrolyte in the pores of a conductive porous body. , have completed the present invention.

本発明の一形態は、導電性多孔体と、正極活物質であるアルカリ金属硫化物と、固体電解質と、を含む正極材料であって、前記アルカリ金属硫化物の少なくとも一部と、前記固体電解質の少なくとも一部が前記導電性多孔体の細孔内に配置され、前記正極材料は、X線回析測定において2θが20°以上25°未満の領域に前記導電性多孔体に由来するピークAと、2θが25~29°の領域に前記アルカリ金属硫化物および/または前記固体電解質に由来するピークBとを示し、前記ピークBの強度に対する前記ピークAの強度の比(A/B)が、0.02を超えることを特徴とする、正極材料である。 One embodiment of the present invention is a positive electrode material including a conductive porous body, an alkali metal sulfide as a positive electrode active material, and a solid electrolyte, wherein at least part of the alkali metal sulfide and the solid electrolyte is arranged in the pores of the conductive porous body, and the positive electrode material has a peak A derived from the conductive porous body in the region where 2θ is 20 ° or more and less than 25 ° in X-ray diffraction measurement and a peak B derived from the alkali metal sulfide and/or the solid electrolyte in the region where 2θ is 25 to 29°, and the ratio of the intensity of the peak A to the intensity of the peak B (A/B) is , greater than 0.02.

本発明によれば、硫黄を含む正極活物質を用いた二次電池において、当該二次電池の内部抵抗をよりいっそう低減させることができる。 According to the present invention, in a secondary battery using a positive electrode active material containing sulfur, the internal resistance of the secondary battery can be further reduced.

図1は、本発明の一実施形態である扁平積層型の全固体リチウム二次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 flat laminated all-solid lithium secondary battery that is an 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(a)は、先行技術における正極材料の断面模式図であり、図3(b)は、本発明の一実施形態に係る正極材料の断面模式図である。図3(c)は、機械混合により作製した正極材料の断面模式図である。FIG. 3(a) is a schematic cross-sectional view of a positive electrode material in the prior art, and FIG. 3(b) is a schematic cross-sectional view of a positive electrode material according to an embodiment of the present invention. FIG.3(c) is a cross-sectional schematic diagram of the positive electrode material produced by mechanical mixing. 図4(a)は、実施例4で作製した正極材料のXRDスペクトルであり、図4(b)は、比較例2で作製した正極材料のXRDスペクトルである。4(a) is the XRD spectrum of the positive electrode material produced in Example 4, and FIG. 4(b) is the XRD spectrum of the positive electrode material produced in Comparative Example 2. FIG.

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、二次電池の一形態である、積層型(内部並列接続型)の全固体リチウム二次電池を例に挙げて本発明を説明する。上述したように、全固体リチウム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、全固体リチウム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およ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. Hereinafter, the present invention will be described with reference to an example of a stacked type (internal parallel connection type) all-solid lithium secondary battery, which is one form of a secondary battery. As described above, the solid electrolyte that constitutes the all-solid-state lithium secondary battery is a material mainly composed of an ion conductor capable of conducting ions in a solid state. Therefore, the all-solid-state lithium secondary battery has the advantage that, unlike conventional liquid-type lithium secondary batteries, various problems due to the combustible organic electrolyte do not occur in principle. In general, the use of high-potential, high-capacity positive electrode materials and high-capacity negative electrode materials also has the advantage that the output density and energy density of the battery can be greatly improved.

本発明の一形態は、導電性多孔体と、正極活物質であるアルカリ金属硫化物と、固体電解質と、を含む正極材料であって、前記アルカリ金属硫化物の少なくとも一部と、前記固体電解質の少なくとも一部が前記導電性多孔体の細孔内に配置され、前記正極材料は、X線回析測定において2θが20°以上25°未満の領域に前記導電性多孔体に由来するピークAと、2θが25~29°の領域に前記アルカリ金属硫化物および/または前記固体電解質に由来するピークBとを示し、前記ピークBの強度に対する前記ピークAの強度の比(A/B)が、0.02を超えることを特徴とする、正極材料である。本形態に係る正極材料によれば、二次電池の内部抵抗をよりいっそう低減させることができる。 One embodiment of the present invention is a positive electrode material including a conductive porous body, an alkali metal sulfide as a positive electrode active material, and a solid electrolyte, wherein at least part of the alkali metal sulfide and the solid electrolyte is arranged in the pores of the conductive porous body, and the positive electrode material has a peak A derived from the conductive porous body in the region where 2θ is 20 ° or more and less than 25 ° in X-ray diffraction measurement and a peak B derived from the alkali metal sulfide and/or the solid electrolyte in the region where 2θ is 25 to 29°, and the ratio of the intensity of the peak A to the intensity of the peak B (A/B) is , greater than 0.02. According to the positive electrode material according to this embodiment, the internal resistance of the secondary battery can be further reduced.

図1は、本発明の一実施形態である扁平積層型の全固体リチウム二次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。なお、本明細書においては、図1および図2に示す扁平積層型の双極型でないリチウム二次電池(以下、単に「積層型電池」とも称する)を例に挙げて詳細に説明する。ただし、本形態に係るリチウム二次電池の内部における電気的な接続形態(電極構造)で見た場合、非双極型(内部並列接続タイプ)電池および双極型(内部直列接続タイプ)電池のいずれにも適用しうるものである。 FIG. 1 is a perspective view showing the appearance of a flat laminated all-solid lithium secondary battery that is an 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. In the present specification, a flat laminated non-bipolar lithium secondary battery (hereinafter also simply referred to as a "laminated battery") shown in FIGS. 1 and 2 will be described in detail as an example. However, when viewed from the electrical connection form (electrode structure) inside the lithium secondary battery according to this embodiment, it can be either a non-bipolar type (internal parallel connection type) battery or a bipolar type (internal series connection type) battery. can also be applied.

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負極集電板25、正極集電板27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、負極集電板25および正極集電板27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 negative electrode collector plate 25 and a positive electrode collector plate 27 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、本形態に係るリチウム二次電池は、積層型の扁平な形状のものに制限されるものではない。巻回型のリチウム二次電池では、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、発電要素がアルミニウムを含むラミネートフィルム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 lithium secondary battery according to the present embodiment is not limited to a laminated flat shape. The wound type lithium secondary battery may have a cylindrical shape, or may have a rectangular flat shape obtained by deforming such a cylindrical shape. , is not particularly limited. In the case of the above-mentioned cylindrical shape, a laminate film may be used as the exterior material, or a conventional cylindrical can (metal can) may be used, and there is no particular limitation. Preferably, the power generation element is housed inside a laminate film containing aluminum. Weight reduction can be achieved by this configuration.

また、図1に示す集電板(25、27)の取り出しに関しても、特に制限されるものではない。負極集電板25と正極集電板27とを同じ辺から引き出すようにしてもよいし、負極集電板25と正極集電板27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、巻回型のリチウム電池では、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 (25, 27) shown in FIG. 1 can be taken out. The negative electrode current collector plate 25 and the positive electrode current collector plate 27 may be pulled out from the same side, or the negative electrode current collector plate 25 and the positive electrode current collector plate 27 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. In a wound type lithium 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。正極は、正極集電体11”の両面に正極活物質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、固体電解質層およ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、固体電解質層および負極は、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。 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. The positive electrode has a structure in which positive electrode active material layers 15 containing a positive electrode active material are arranged on both sides of a positive electrode current collector 11″. The negative electrode contains a negative electrode active material on both sides of a negative electrode current collector 11′. It has a structure in which active material layers 13 are arranged, specifically, one positive electrode active material layer 15 and an adjacent negative electrode active material layer 13 face each other with a solid electrolyte layer 17 interposed therebetween. A positive electrode, a solid electrolyte layer, and a negative electrode are stacked in this order, so that the adjacent positive electrode, solid electrolyte layer, and negative electrode constitute a single cell layer 19. Therefore, the stacked battery 10a shown in FIG. It can also be said that a plurality of unit cell layers 19 are stacked to have a configuration in which they are electrically connected in parallel.

図2に示すように、発電要素21の両最外層に位置する最外層負極集電体には、いずれも片面のみに負極活物質層13が配置されているが、両面に活物質層が設けられてもよい。すなわち、片面にのみ活物質層を設けた最外層専用の集電体とするのではなく、両面に活物質層がある集電体をそのまま最外層の集電体として用いてもよい。また、場合によっては、集電体(11’,11”)を用いることなく、負極活物質層13および正極活物質層15をそれぞれ負極および正極として用いてもよい。 As shown in FIG. 2, the outermost negative electrode current collectors positioned on both outermost layers of the power generating element 21 have the negative electrode active material layer 13 only on one side, but the active material layer is provided on both sides. may be That is, a current collector having active material layers on both sides may be used as it is as the current collector for the outermost layer, instead of using a current collector exclusively for the outermost layer having an active material layer on only one side. In some cases, the negative electrode active material layer 13 and the positive electrode active material layer 15 may be used as the negative electrode and the positive electrode, respectively, without using the current collectors (11', 11'').

負極集電体11’および正極集電体11”は、各電極(正極および負極)と導通される負極集電板(タブ)25および正極集電板(タブ)27がそれぞれ取り付けられ、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および負極集電板25はそれぞれ、必要に応じて正極リードおよび負極リード(図示せず)を介して、各電極の正極集電体11”および負極集電体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。 The negative electrode current collector 11′ and the positive electrode current collector 11″ are attached with a negative electrode current collector plate (tab) 25 and a positive electrode current collector plate (tab) 27, which are electrically connected to the electrodes (positive electrode and negative electrode), respectively. It has a structure in which it is sandwiched between the ends of the laminate film 29, which is the material, and led out of the laminate film 29. The positive electrode current collector plate 27 and the negative electrode current collector plate 25 are respectively connected to the positive electrode as necessary. It 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 lead and a negative electrode lead (not shown).

以下、本形態に係るリチウム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 lithium secondary battery according to this 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(負極活物質層)]
図1および図2に示す実施形態に係る積層型電池において、負極活物質層13は、負極活物質を含む。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、金属酸化物およ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、ケイ素およびスズは第14族元素に属し、非水電解質二次電池の容量を大きく向上させうる負極活物質であることが知られている。これらの単体は単位体積(質量)あたり多数の電荷担体(リチウムイオン等)を吸蔵および放出しうることから、高容量の負極活物質となる。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および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。負極活物質は、金属リチウム、ケイ素系負極活物質またはスズ系負極活物質を含むことが好ましく、金属リチウムを含むことが特に好ましい。
[Negative electrode (negative electrode active material layer)]
In the stacked battery according to the embodiment shown in FIGS. 1 and 2, the negative electrode active material layer 13 contains a negative electrode active material. The types of negative electrode active materials are not particularly limited, but include carbon materials, metal oxides and metal active materials. 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, silicon and tin belong to Group 14 elements and are known to be negative electrode active materials capable of greatly improving the capacity of non-aqueous electrolyte secondary batteries. Since these simple substances can occlude and release a large number of charge carriers (lithium ions, etc.) per unit volume (mass), they become high-capacity negative electrode active materials. 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 negative electrode active material preferably contains metallic lithium, a silicon-based negative electrode active material, or a tin-based negative electrode active material, and particularly preferably contains metallic lithium.

負極活物質の形状は、例えば、粒子状(球状、繊維状)、薄膜状等が挙げられる。負極活物質が粒子形状である場合、その平均粒子径(D50)は、例えば、1nm~100μmの範囲内であることが好ましく、より好ましくは10nm~50μmの範囲内であり、さらに好ましくは100nm~20μmの範囲内であり、特に好ましくは1~20μmの範囲内である。なお、本明細書において、活物質の平均粒子径(D50)の値は、レーザー回折散乱法によって測定することができる。 Examples of the shape of the negative electrode active material include particulate (spherical, fibrous), thin film, and the like. When the negative electrode active material is in the form of particles, its average particle diameter (D 50 ) is, for example, preferably in the range of 1 nm to 100 μm, more preferably in the range of 10 nm to 50 μm, still more preferably 100 nm. to 20 μm, particularly preferably 1 to 20 μm. In addition, in this specification, the value of the average particle diameter ( D50 ) of the active material can be measured by a laser diffraction scattering method.

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、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. more preferred.

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-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および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 -LiI , Li2S - SiS2 - LiBr, Li2S - SiS2- LiCl , Li2S - SiS2 -B 2 S 3 -LiI, Li 2 S-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, n is a positive number and Z is one of Ge, Zn and 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 positive numbers and M is any one of P, Si, Ge, B, Al, Ga and In) and the like. 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、P元素を含む硫化物固体電解質であることが好ましく、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, a sulfide solid electrolyte containing the element P is preferable, and a material containing Li 2 SP 2 S 5 as a main component is more preferable. 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および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 S—P 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、その平均粒子径(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、平均粒子径(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 diameter ( D50 ) 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 ( D50 ) 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および固体電解質に加えて、導電助剤およ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 solid electrolyte described above.

導電助剤としては、例えば、アルミニウム、ステンレス(SUS)、銀、金、銅、チタン等の金属、これらの金属を含む合金または金属酸化物;炭素繊維(具体的には、気相成長炭素繊維(VGCF)、ポリアクリロニトリル系炭素繊維、ピッチ系炭素繊維、レーヨン系炭素繊維、活性炭素繊維等)、カーボンナノチューブ(CNT)、カーボンブラック(具体的には、アセチレンブラック、ケッチェンブラック(登録商標)、ファーネスブラック、チャンネルブラック、サーマルランプブラック等)等のカーボンが挙げられるが、これらに限定されない。また、粒子状のセラミック材料や樹脂材料の周りに上記金属材料をめっき等でコーティングしたものも導電助剤として使用できる。これらの導電助剤のなかでも、電気的安定性の観点から、アルミニウム、ステンレス、銀、金、銅、チタン、およびカーボンからなる群より選択される少なくとも1種を含むことが好ましく、アルミニウム、ステンレス、銀、金、およびカーボンからなる群より選択される少なくとも1種を含むことがより好ましく、カーボンを少なくとも1種を含むことがさらに好ましい。これらの導電助剤は、1種のみを単独で使用してもよいし、2種以上を併用しても構わない。 Examples of conductive aids include metals such as aluminum, stainless steel (SUS), silver, gold, copper, and titanium, alloys containing these metals, and metal oxides; carbon fibers (specifically, vapor-grown carbon fibers (VGCF), polyacrylonitrile-based carbon fiber, pitch-based carbon fiber, rayon-based carbon fiber, activated carbon fiber, etc.), carbon nanotubes (CNT), carbon black (specifically, acetylene black, Ketjenblack (registered trademark) , furnace black, channel black, thermal lamp black, etc.), but are not limited thereto. In addition, a particulate ceramic material or resin material coated with the above metal material by plating or the like can also be used as a conductive aid. Among these conductive aids, from the viewpoint of electrical stability, it is preferable to include at least one selected from the group consisting of aluminum, stainless steel, silver, gold, copper, titanium, and carbon. , silver, gold, and carbon, and more preferably at least one carbon. These conductive aids may be used alone or in combination of two or more.

導電助剤の形状は、粒子状または繊維状であることが好ましい。導電助剤が粒子状である場合、粒子の形状は特に限定されず、粉末状、球状、棒状、針状、板状、柱状、不定形状、燐片状、紡錘状等、いずれの形状であっても構わない。 The shape of the conductive aid is preferably particulate or fibrous. When the conductive agent is particulate, the shape of the particles is not particularly limited, and may be powdery, spherical, rod-like, needle-like, plate-like, columnar, amorphous, scaly, spindle-like, or the like. I don't mind.

導電助剤が粒子状である場合の平均粒子径(一次粒子径)は、特に限定されるものではないが、電池の電気特性の観点から、0.01~10μmであることが好ましい。なお、本明細書中において、「導電助剤の粒子径」とは、導電助剤の輪郭線上の任意の2点間の距離のうち、最大の距離Lを意味する。「導電助剤の平均粒子径」の値としては、走査型電子顕微鏡(SEM)や透過型電子顕微鏡(TEM)などの観察手段を用い、数~数十視野中に観察される粒子の粒子径の平均値として算出される値を採用するものとする。 The average particle size (primary particle size) of the conductive additive in the form of particles is not particularly limited, but is preferably 0.01 to 10 μm from the viewpoint of the electrical characteristics of the battery. In this specification, the "particle diameter of the conductive aid" means the maximum distance L among the distances between any two points on the outline of the conductive aid. The value of the "average particle size of the conductive aid" is the particle size of particles observed in several to several tens of fields using observation means such as a scanning electron microscope (SEM) or a transmission electron microscope (TEM). shall be calculated as the average value of

負極活物質層が導電助剤を含む場合、当該負極活物質層における導電助剤の含有量は特に制限されないが、負極活物質層の合計質量に対して、好ましくは0~10質量%であり、より好ましくは2~8質量%であり、さらに好ましくは4~7質量%である。このような範囲であれば、負極活物質層においてより強固な電子伝導パスを形成することが可能となり、電池特性の向上に有効に寄与することが可能である。 When the negative electrode active material layer contains a conductive agent, the content of the conductive agent in the negative electrode active material layer is not particularly limited, but is preferably 0 to 10% by mass with respect to the total mass of the negative electrode active material layer. , more preferably 2 to 8% by mass, more preferably 4 to 7% by mass. Within such a range, it becomes possible to form a stronger electron conduction path in the negative electrode active material layer, which can effectively contribute to the improvement of battery characteristics.

一方、バインダとしては、特に限定されないが、例えば、以下の材料が挙げられる。 On the other hand, the binder is not particularly limited, but includes, for example, the following materials.

ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンテレフタレート、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)(水素原子が他のハロゲン元素にて置換された化合物を含む)、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリメチルペンテン、ポリブテン、ポリエーテルニトリル、ポリテトラフルオロエチレン、ポリアクリロニトリル、ポリイミド、ポリアミド、エチレン-酢酸ビニル共重合体、ポリ塩化ビニル、スチレン・ブタジエンゴム(SBR)、エチレン・プロピレン・ジエン共重合体、スチレン・ブタジエン・スチレンブロック共重合体およびその水素添加物、スチレン・イソプレン・スチレンブロック共重合体およびその水素添加物などの熱可塑性高分子、テトラフルオロエチレン・ヘキサフルオロプロピレン共重合体(FEP)、テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体(PFA)、エチレン・テトラフルオロエチレン共重合体(ETFE)、ポリクロロトリフルオロエチレン(PCTFE)、エチレン・クロロトリフルオロエチレン共重合体(ECTFE)、ポリフッ化ビニル(PVF)等のフッ素樹脂、ビニリデンフルオライド-ヘキサフルオロプロピレン系フッ素ゴム(VDF-HFP系フッ素ゴム)、ビニリデンフルオライド-ヘキサフルオロプロピレン-テトラフルオロエチレン系フッ素ゴム(VDF-HFP-TFE系フッ素ゴム)、ビニリデンフルオライド-ペンタフルオロプロピレン系フッ素ゴム(VDF-PFP系フッ素ゴム)、ビニリデンフルオライド-ペンタフルオロプロピレン-テトラフルオロエチレン系フッ素ゴム(VDF-PFP-TFE系フッ素ゴム)、ビニリデンフルオライド-パーフルオロメチルビニルエーテル-テトラフルオロエチレン系フッ素ゴム(VDF-PFMVE-TFE系フッ素ゴム)、ビニリデンフルオライド-クロロトリフルオロエチレン系フッ素ゴム(VDF-CTFE系フッ素ゴム)等のビニリデンフルオライド系フッ素ゴム、エポキシ樹脂等が挙げられる。中でも、ポリイミド、スチレン・ブタジエンゴム、カルボキシメチルセルロース、ポリプロピレン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリアクリロニトリル、ポリアミドであることがより好ましい。 Polybutylene terephthalate, polyethylene terephthalate, polyvinylidene fluoride (PVDF) (including compounds in which hydrogen atoms are replaced with other halogen elements), polyethylene, polypropylene, polymethylpentene, polybutene, polyethernitrile, polytetrafluoroethylene, Polyacrylonitrile, polyimide, polyamide, ethylene-vinyl acetate copolymer, polyvinyl chloride, styrene-butadiene rubber (SBR), ethylene-propylene-diene copolymer, styrene-butadiene-styrene block copolymer and hydrogenated products thereof , thermoplastic polymers such as styrene/isoprene/styrene block copolymers and their hydrogenated products, tetrafluoroethylene/hexafluoropropylene copolymers (FEP), tetrafluoroethylene/perfluoroalkyl vinyl ether copolymers (PFA) , ethylene/tetrafluoroethylene copolymer (ETFE), polychlorotrifluoroethylene (PCTFE), ethylene/chlorotrifluoroethylene copolymer (ECTFE), fluorine resins such as polyvinyl fluoride (PVF), vinylidene fluoride- Hexafluoropropylene fluororubber (VDF-HFP fluororubber), vinylidene fluoride-hexafluoropropylene-tetrafluoroethylene fluororubber (VDF-HFP-TFE fluororubber), vinylidene fluoride-pentafluoropropylene fluororubber (VDF-PFP fluororubber), vinylidene fluoride-pentafluoropropylene-tetrafluoroethylene fluororubber (VDF-PFP-TFE fluororubber), vinylidene fluoride-perfluoromethyl vinyl ether-tetrafluoroethylene fluororubber ( VDF-PFMVE-TFE fluororubber), vinylidene fluoride-chlorotrifluoroethylene fluororubber (VDF-CTFE fluororubber) and other vinylidene fluoride fluororubbers, and epoxy resins. Among them, polyimide, styrene-butadiene rubber, carboxymethylcellulose, polypropylene, polytetrafluoroethylene, polyacrylonitrile, and polyamide are more preferable.

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]
図1および図2に示す実施形態に係る積層型電池において、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 laminated battery according to the embodiment shown in FIGS. 1 and 2, 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およ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。 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.

固体電解質層は、上述した所定の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。固体電解質層に含有されうるバインダについても、負極活物質層の欄において説明した例示および好ましい形態が同様に採用されうる。 The solid electrolyte layer may further contain a binder in addition to the predetermined solid electrolyte described above. As for the binder that can be contained in the solid electrolyte layer, the examples and preferred forms described in the column of the negative electrode active material layer can be similarly adopted.

固体電解質層の厚みは、目的とするリチウム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800μm以下であり、より好ましくは700μm以下であり、さらに好ましくは600μm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1μm以上であり、より好ましくは5μm以上であり、さらに好ましくは10μm以上である。 The thickness of the solid electrolyte layer varies depending on the structure of the target lithium secondary battery, but from the viewpoint of improving the volume energy density of the battery, it is preferably 800 μm or less, more preferably 700 μm or less, More preferably, it is 600 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 1 μm or more, more preferably 5 μm or more, and still more preferably 10 μm or more.

[正極活物質層]
図1および図2に示す実施形態に係る積層型電池において、正極活物質層は、本発明の一形態に係る正極材料を含む。当該正極材料は、導電性多孔体の細孔内にアルカリ金属硫化物と固体電解質とを含有する。
[Positive electrode active material layer]
In the layered battery according to the embodiment shown in FIGS. 1 and 2, the positive electrode active material layer contains the positive electrode material according to one embodiment of the present invention. The positive electrode material contains an alkali metal sulfide and a solid electrolyte in the pores of the conductive porous body.

(正極活物質)
本実施形態の正極材料は、正極活物質としてアルカリ金属硫化物を含む。アルカリ金属硫化物としては、例えば、硫化リチウム(LiS)、硫化ナトリウム(NaS)、硫化カリウム(KS)、硫化ルビジウム(RbS)、硫化セシウム(CsS)、硫化フランシウム(FrS)などが挙げられ、好ましくは硫化リチウムまたは硫化ナトリウムであり、より好ましくは硫化リチウムである。
(Positive electrode active material)
The positive electrode material of this embodiment contains an alkali metal sulfide as a positive electrode active material. Examples of alkali metal sulfides include lithium sulfide (Li 2 S), sodium sulfide (Na 2 S), potassium sulfide (K 2 S), rubidium sulfide (Rb 2 S ), cesium sulfide (Cs 2 S), sulfide Examples include francium (Fr 2 S), preferably lithium sulfide or sodium sulfide, more preferably lithium sulfide.

本形態に係る正極材料は、アルカリ金属硫化物に加えて、アルカリ金属硫化物以外の正極活物質(他の正極活物質)をさらに含んでもよい。 The positive electrode material according to the present embodiment may further contain a positive electrode active material (another positive electrode active material) other than the alkali metal sulfide in addition to the alkali metal sulfide.

他の正極活物質としては、特に制限されないが、硫黄を含む正極活物質として、硫黄単体(S)のほか、有機硫黄化合物または無機硫黄化合物の粒子または薄膜が挙げられ、硫黄の酸化還元反応を利用して、充電時にリチウムイオンを放出し、放電時にリチウム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。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、TiS、TiS、TiS、NiS、NiS、CuS、FeS、MoS、MoS、MnS、MnS、CoS、CoSなどの金属硫化物等が挙げられる。なお、硫黄単体(S)としては、S構造を有するα硫黄、β硫黄、またはγ硫黄が用いられうる。 Other positive electrode active materials are not particularly limited, but examples of positive electrode active materials containing sulfur include elemental sulfur (S), particles or thin films of organic sulfur compounds or inorganic sulfur compounds, and the oxidation-reduction reaction of sulfur. Any material may be used as long as it can be used to release lithium ions during charging and absorb lithium ions during discharging. 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. On the other hand , inorganic sulfur compounds are preferable because of their excellent stability . , CoS 2 and other metal sulfides. As the elemental sulfur (S), α sulfur, β sulfur, or γ sulfur having an S8 structure may be used.

硫黄を含まない正極活物質としては、例えば、LiCoO、LiMnO、LiNiO、LiVO、Li(Ni-Mn-Co)O等の層状岩塩型活物質、LiMn、LiNi0.5Mn1.5等のスピネル型活物質、LiFePO、LiMnPO等のオリビン型活物質などの金属酸化物活物質、LiFeSiO、LiMnSiO等のSi含有活物質等が挙げられる。また上記以外の金属酸化物活物質としては、例えば、LiTi12が挙げられる。 Examples of positive electrode active materials containing no sulfur include layered rock salt type active materials such as LiCoO 2 , LiMnO 2 , LiNiO 2 , LiVO 2 , Li(Ni--Mn--Co)O 2 , LiMn 2 O 4 , LiNi 0.5. spinel -type active materials such as 5Mn1.5O4 ; metal oxide active materials such as olivine- type active materials such as LiFePO4 and LiMnPO4 ; and Si-containing active materials such as Li2FeSiO4 and Li2MnSiO4 . mentioned. In addition, examples of metal oxide active materials other than the above include Li 4 Ti 5 O 12 .

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%に占めるアルカリ金属硫化物の含有量の割合は、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 alkali metal sulfide 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 or more. Yes, more preferably 90% by mass or more, particularly preferably 95% by mass or more, and most preferably 100% by mass.

なお、本形態の正極材料は、抵抗を低減する観点から、硫黄単体を含まないことが好ましい。正極活物質の全量100質量%に占める硫黄単体の含有量の割合は、好ましくは10質量%以下であり、より好ましくは5質量%以下であり、さらに好ましくは3質量%以下であり、いっそう好ましくは2質量%以上であり、特に好ましくは1質量%以下であり、最も好ましくは0質量%である。 From the viewpoint of reducing the resistance, the positive electrode material of the present embodiment preferably does not contain elemental sulfur. The content of elemental sulfur in 100% by mass of the total amount of the positive electrode active material is preferably 10% by mass or less, more preferably 5% by mass or less, still more preferably 3% by mass or less, and even more preferably. is 2% by mass or more, particularly preferably 1% by mass or less, and most preferably 0% by mass.

(固体電解質)
本形態に係る正極材料は固体電解質を必須に含む。本形態に係る正極材料に含ま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およ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。
(solid electrolyte)
The positive electrode material according to this embodiment essentially contains a solid electrolyte. The specific form of the solid electrolyte contained in the positive electrode material according to this embodiment is not particularly limited, and the solid electrolytes and their preferred forms exemplified in the column of the negative electrode active material layer can be similarly employed. In some cases, solid electrolytes other than the solid electrolytes described above may be used together.

なかでも、本形態に係る正極材料に含まれる固体電解質は、硫化物固体電解質であることが好ましい。別の好ましい実施形態では、固体電解質は、アルカリ金属原子を含有するものである。ここで、固体電解質に含まれうるアルカリ金属としては、Li、NaまたはKが挙げられるが、なかでもイオン伝導度に優れるという点でLiが好ましい。特に、正極活物質がLiSであり、固体電解質がリチウムを含む(キャリアイオンがリチウムイオンを含む)ことが好ましい。このような構成とすることで、本発明の効果がより顕著に得られうる。 Among others, the solid electrolyte contained in the positive electrode material according to the present embodiment is preferably a sulfide solid electrolyte. In another preferred embodiment, the solid electrolyte contains alkali metal atoms. Alkali metals that can be contained in the solid electrolyte include Li, Na, and K. Among them, Li is preferable because of its excellent ion conductivity. In particular, it is preferable that the positive electrode active material is Li 2 S and the solid electrolyte contains lithium (carrier ions contain lithium ions). With such a configuration, the effects of the present invention can be obtained more remarkably.

さらに他の好ましい実施形態では、正極材料に含まれる固体電解質は、アルカリ金属原子(例えば、Li、NaまたはK;好ましくはLi)と、リン原子および/またはホウ素原子と含有するものである。より好ましくは、前記固体電解質は、少なくともリチウム原子、リン原子、および硫黄原子を含有する硫化物固体電解質である。このようなリチウム原子、リン原子、および硫黄原子を含有する硫化物固体電解質としては、例えば、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-P-LiI、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-SiS-LiPO等が挙げられる。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、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、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。これらの硫化物固体電解質は高いイオン伝導度を有していることから、本発明の作用効果の発現にも有効に寄与しうる。 In yet another preferred embodiment, the solid electrolyte contained in the positive electrode material contains alkali metal atoms (eg Li, Na or K; preferably Li) and phosphorus and/or boron atoms. More preferably, the solid electrolyte is a sulfide solid electrolyte containing at least lithium atoms, phosphorus atoms and sulfur atoms. Examples of sulfide solid electrolytes containing lithium atoms, phosphorus atoms, and sulfur atoms include LiI—Li 2 SP 2 O 5 , LiI—Li 3 PO 4 —P 2 S 5 , Li 2 S -P2S5 , LiI- Li3PS4 , LiI - LiBr - Li3PS4 , Li3PS4 , Li2SP2S5 - LiI, Li2SP2S5 - Li2O , Li 2 SP 2 S 5 —Li 2 O—LiI, Li 2 S—SiS 2 —P 2 S 5 —LiI, Li 2 SP 2 S 5 —Z m S n (where m and n are is a positive number and Z is one of Ge, Zn and Ga), Li 2 S—SiS 2 —Li 3 PO 4 and the like. 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 ). Further, 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 others, the sulfide solid electrolyte contained in the active material layer is more preferably a material containing Li 2 SP 2 S 5 as a main component. 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 . Since these sulfide solid electrolytes have high ionic conductivity, they can effectively contribute to manifestation of the effects of the present invention.

(導電性多孔体)
本形態に係る正極材料は細孔を有する導電性多孔体を必須に含む。本形態に係る正極材料に含まれる導電性多孔体の具体的な形態については、細孔を有する導電性の材料であれば特に制限はなく、従来公知の材料が適宜採用されうる。導電性に優れ、加工しやすいという観点からは、導電性多孔体は炭素材料であることが好ましい。
(Conductive porous body)
The positive electrode material according to this embodiment essentially contains a conductive porous body having pores. The specific form of the conductive porous body contained in the positive electrode material according to the present embodiment is not particularly limited as long as it is a conductive material having pores, and conventionally known materials can be appropriately employed. From the viewpoint of excellent conductivity and ease of processing, the conductive porous body is preferably a carbon material.

炭素材料としては、例えば、活性炭、ケッチェンブラック(登録商標)(高導電性カーボンブラック)、(オイル)ファーネスブラック、チャンネルブラック、アセチレンブラック、サーマルブラック、ランプブラック等のカーボンブラック、コークス、天然黒鉛、人造黒鉛などからなるカーボン粒子(カーボン担体)が挙げられる。また、セラミックスなどの鋳型と樹脂などの炭素原料とを混合し、不活性雰囲気下で焼成し、その後、酸で鋳型を溶かすことによって鋳型の形状が転写された多孔質構造を有する炭素材料を合成し、これを炭素材料として用いてもよい。この際、鋳型の粒子径や炭素原料の配合比を適切に調整することにより、得られる炭素材料の細孔径や細孔容積を変化させることができる。 Carbon materials include, for example, activated carbon, Ketjenblack (registered trademark) (highly conductive carbon black), (oil) furnace black, channel black, acetylene black, thermal black, carbon black such as lamp black, coke, and natural graphite. , carbon particles (carbon supports) made of artificial graphite and the like. Alternatively, a mold such as ceramics and a carbon raw material such as resin are mixed, fired in an inert atmosphere, and then melted with acid to synthesize a carbon material having a porous structure in which the shape of the mold is transferred. and this may be used as the carbon material. At this time, the pore diameter and pore volume of the obtained carbon material can be changed by appropriately adjusting the particle size of the template and the blending ratio of the carbon raw material.

なお、炭素材料は、その主成分がカーボンであることが好ましい。ここで、「主成分がカーボンである」とは、主成分として炭素原子を含むことをいい、炭素原子のみからなる、実質的に炭素原子からなる、の双方を含む概念である。「実質的に炭素原子からなる」とは、2~3質量%程度以下の不純物の混入が許容されうることを意味する。 In addition, it is preferable that the main component of the carbon material is carbon. Here, "mainly composed of carbon" means containing carbon atoms as the main component, and is a concept that includes both consisting only of carbon atoms and consisting essentially of carbon atoms. The phrase “substantially composed of carbon atoms” means that 2 to 3% by mass or less of impurities can be mixed.

本形態に係る正極材料においては、導電性多孔体は細孔径1~100nmの範囲の細孔を有することが好ましい。また、導電性多孔体が有する細孔のうち、細孔径が1~4nmの範囲の細孔の細孔容積の、細孔径1~100nmの範囲の細孔の細孔容積に対する百分率が20%以下であることが好ましい。これにより、正極活物質および/または固体電解質が細孔の内部まで容易に保持されうる。また、細孔内部においても、正極活物質の表面において、導電性多孔体を介した電子の出入りだけでなく固体電解質を介した電荷キャリアの出入りもスムーズに進行しうる。その結果、細孔の奥深くに位置する正極活物質の周囲においても、当該正極活物質、導電性多孔体および固体電解質が共存する三相界面が十分に形成されて充放電反応が十分に進行しうる。その結果、電池の内部抵抗がさらに低減されるものと考えられる。ここで、本明細書において、導電性多孔体の細孔分布は、BJH法を用いて取得したものを採用する。なお、内部抵抗の低減効果がよりいっそう発揮されるという観点から、上記百分率の値は、より好ましくは18%以下であり、さらに好ましくは15%以下であり、さらにより好ましくは12%以下であり、特に好ましくは9%以下である。一方、上記百分率の下限値について特に制限はないが、例えば3%以上である。 In the positive electrode material according to this embodiment, the conductive porous body preferably has pores with a pore diameter in the range of 1 to 100 nm. In addition, the percentage of the pore volume of pores having a pore diameter in the range of 1 to 4 nm to the pore volume of pores having a pore diameter in the range of 1 to 100 nm among the pores possessed by the conductive porous body is 20% or less. is preferably Thereby, the positive electrode active material and/or the solid electrolyte can be easily retained even inside the pores. Also, in the interior of the pores, on the surface of the positive electrode active material, not only electrons entering and exiting via the conductive porous body but also charge carriers entering and exiting via the solid electrolyte can proceed smoothly. As a result, even around the positive electrode active material located deep in the pores, a three-phase interface where the positive electrode active material, the conductive porous body, and the solid electrolyte coexist is sufficiently formed, and the charge/discharge reaction proceeds sufficiently. sell. As a result, it is believed that the internal resistance of the battery is further reduced. Here, in this specification, the pore size distribution of the conductive porous body is obtained by using the BJH method. From the viewpoint that the effect of reducing the internal resistance is further exhibited, the above percentage value is more preferably 18% or less, still more preferably 15% or less, and even more preferably 12% or less. , particularly preferably 9% or less. On the other hand, the lower limit of the above percentage is not particularly limited, but is, for example, 3% or more.

導電性多孔体(好ましくは、炭素材料)のBET比表面積は、200m/g以上であることが好ましく、500m/g以上であることがより好ましく、800m/g以上であることがさらに好ましく、1200m/g以上であることが特に好ましく、1500m/g以上であることが最も好ましい。また、導電性多孔体(好ましくは、炭素材料)の全細孔容積は、1.0mL/g以上であることが好ましく、1.3mL/g以上であることがより好ましく、1.5mL/g以上であることがさらに好ましい。導電性多孔体のBET比表面積および全細孔容積がこのような範囲内の値であれば、十分な量の細孔を保持することができ、ひいては十分な量の正極活物質を保持することが可能となる。なお、導電性多孔体のBET比表面積および全細孔容積の値については、窒素吸脱着測定により測定が可能である。この窒素吸脱着測定は、マイクロトラック・ベル株式会社製BELSORP miniを用いて行い、-196℃の温度で、多点法で行う。0.01<P/P<0.05の相対圧の範囲での吸着等温線よりBET比表面積を求める。また、全細孔容積については、0.96の相対圧における吸着Nの容積より求める。 The BET specific surface area of the conductive porous body (preferably carbon material) is preferably 200 m 2 /g or more, more preferably 500 m 2 /g or more, and further preferably 800 m 2 /g or more. It is preferably 1200 m 2 /g or more, particularly preferably 1500 m 2 /g or more, most preferably 1500 m 2 /g or more. In addition, the total pore volume of the conductive porous material (preferably carbon material) is preferably 1.0 mL/g or more, more preferably 1.3 mL/g or more, and 1.5 mL/g. It is more preferable that it is above. If the BET specific surface area and the total pore volume of the conductive porous body are values within such ranges, a sufficient amount of pores can be retained, and a sufficient amount of the positive electrode active material can be retained. becomes possible. The BET specific surface area and total pore volume of the conductive porous material can be measured by nitrogen adsorption/desorption measurement. This nitrogen adsorption/desorption measurement is performed using BELSORP mini manufactured by Microtrac Bell Co., Ltd. at a temperature of -196°C by a multipoint method. The BET specific surface area is obtained from the adsorption isotherm in the relative pressure range of 0.01<P/P 0 <0.05. The total pore volume is determined from the volume of adsorbed N2 at a relative pressure of 0.96.

導電性多孔体の平均細孔径は、特に限定されないが、50nm以下であることが好ましく、30nm以下であることが特に好ましい。導電性多孔体の平均細孔径がこれらの範囲内の値であれば、細孔の内部に配置された硫黄を含む正極活物質のうち細孔壁から離れた位置に存在する活物質まで十分に電子を供給することができる。なお、導電性多孔体の平均細孔径の値は、BET比表面積および全細孔容積の値を求める場合と同様に、窒素吸脱着測定により算出することができる。 The average pore size of the conductive porous material is not particularly limited, but is preferably 50 nm or less, particularly preferably 30 nm or less. If the average pore diameter of the conductive porous body is within these ranges, the active material located away from the pore walls of the sulfur-containing positive electrode active material arranged inside the pores is sufficiently can supply electrons. The value of the average pore diameter of the conductive porous body can be calculated by nitrogen adsorption/desorption measurement, similarly to the case of obtaining the values of the BET specific surface area and the total pore volume.

導電性多孔体が粒子状である場合の平均粒子径(一次粒子径)は、特に限定されるものではないが、0.05~50μmであることが好ましく、0.1~20μmであることがより好ましく、0.5~10μmであることがさらに好ましい。なお、「導電性多孔体の粒子径」の定義および「導電性多孔体の平均粒子径」の測定方法としては、導電助剤について上記で説明したものが同様に採用される。 The average particle size (primary particle size) when the conductive porous material is particulate is not particularly limited, but is preferably 0.05 to 50 μm, more preferably 0.1 to 20 μm. More preferably, it is 0.5 to 10 μm. As for the definition of "the particle size of the conductive porous material" and the method for measuring the "average particle size of the conductive porous material", the methods described above for the conductive aid are similarly adopted.

本形態に係る正極材料は、上述したように、導電性多孔体と、固体電解質と、正極活物質としてのアルカリ金属硫化物とを含むものであり、少なくとも一部の固体電解質と少なくとも一部の正極活物質とが、上記導電性多孔体の細孔内に配置される。 As described above, the positive electrode material according to the present embodiment includes a conductive porous body, a solid electrolyte, and an alkali metal sulfide as a positive electrode active material. A positive electrode active material is placed in the pores of the conductive porous body.

図3(a)は、先行技術である特許文献1における正極材料100’の断面模式図である。また、図3(b)は、本発明の一実施形態に係る正極材料100の断面模式図である。図3(a)および図3(b)において、導電性多孔体(例えば、炭素材料)110は多数の細孔110aを有している。ここで、特許文献1に記載される方法では、アルカリ金属硫化物120の原料となる硫黄単体140を導電性多孔体110の細孔110aに熱含浸させる。その後、硫黄単体140を化学反応させて導電性多孔体110の表面にアルカリ金属硫化物120を一体化して生成させる。その後、固体電解質130を機械混合で追加することにより、導電性多孔体110の表面にアルカリ金属硫化物120および固体電解質130を有する正極材料100’を得る。または、特開2013-80637号公報に記載されるように、固体電解質130の原料となる化合物を追加して反応させ、導電性多孔体110にアルカリ金属硫化物120および固体電解質130が複合化した正極材料100’を得ることができる。 FIG. 3(a) is a schematic cross-sectional view of a positive electrode material 100' in Patent Document 1, which is a prior art. Moreover, FIG.3(b) is a cross-sectional schematic diagram of the positive electrode material 100 which concerns on one Embodiment of this invention. In FIGS. 3(a) and 3(b), a conductive porous body (for example, carbon material) 110 has many pores 110a. Here, in the method described in Patent Document 1, the pores 110 a of the conductive porous body 110 are thermally impregnated with the elemental sulfur 140 that is the raw material of the alkali metal sulfide 120 . Thereafter, elemental sulfur 140 is chemically reacted to form alkali metal sulfide 120 integrated with the surface of conductive porous body 110 . After that, solid electrolyte 130 is added by mechanical mixing to obtain positive electrode material 100 ′ having alkali metal sulfide 120 and solid electrolyte 130 on the surface of conductive porous body 110 . Alternatively, as described in Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 2013-80637, a compound serving as a raw material of the solid electrolyte 130 is added and reacted, and the alkali metal sulfide 120 and the solid electrolyte 130 are combined with the conductive porous body 110. A cathode material 100' can be obtained.

しかしながら、上記方法において、硫黄単体140をアルカリ金属硫化物120に変換する反応は、導電性多孔体110の表面(細孔外の領域)において主に進行し、導電性多孔体110の細孔110aの内部に含浸された硫黄単体140は未反応のまま残ってしまう。硫黄単体140は絶縁性であることから、先行技術の正極材料100’を用いた場合は電極の抵抗が高くなってしまう。 However, in the above method, the reaction for converting elemental sulfur 140 into alkali metal sulfide 120 proceeds mainly on the surface of conductive porous body 110 (area outside the pores), and the pores 110a of conductive porous body 110 The elemental sulfur 140 impregnated inside remains unreacted. Since the elemental sulfur 140 is an insulator, the resistance of the electrode increases when using the prior art cathode material 100'.

また、上記方法においては、固体電解質130またはその原料を後から添加することから、固体電解質130を導電性多孔体110の細孔110aの内部に導入することは難しい。そのため、図3(a)に示す正極材料100’では、導電性多孔体110の表面においては、正極活物質であるアルカリ金属硫化物120、固体電解質130、および導電性多孔体110が共存する反応領域が形成され、この領域の近傍では電極反応が進行する。しかしながら、細孔110aの内部には固体電解質130が充填されず、充放電反応が十分に進行しない。その結果、電極の抵抗が高くなってしまうものと考えられる。 Moreover, in the above method, since the solid electrolyte 130 or its raw material is added later, it is difficult to introduce the solid electrolyte 130 into the pores 110 a of the conductive porous body 110 . Therefore, in the positive electrode material 100′ shown in FIG. 3A, on the surface of the conductive porous body 110, a reaction occurs in which the alkali metal sulfide 120, which is the positive electrode active material, the solid electrolyte 130, and the conductive porous body 110 coexist. A region is formed, and the electrode reaction proceeds in the vicinity of this region. However, the inside of the pores 110a is not filled with the solid electrolyte 130, and the charging/discharging reaction does not proceed sufficiently. As a result, it is considered that the resistance of the electrode increases.

これに対し、図3(b)に示す本発明の一実施形態に係る正極材料100においては、正極活物質であるアルカリ金属硫化物120および固体電解質130は、導電性多孔体110の表面だけではなく導電性多孔体110の細孔110aの内部表面にも配置されている。細孔110aの奥深くに位置するアルカリ金属硫化物120の表面では、導電性多孔体110を介した電子の出入りだけではなく、固体電解質130を介した電荷キャリアの出入りもスムーズに進行しうる。その結果、細孔110aの奥深くに位置するアルカリ金属硫化物120の周囲においても、アルカリ金属硫化物120、導電性多孔体110および固体電解質130が共存する三相界面が十分に形成されて充放電反応が十分に進行しうる。その結果、細孔110aの内部に存在するアルカリ金属硫化物も活物質として電極反応に利用でき、電池の内部抵抗が十分に低減されるものと考えられる。 On the other hand, in the positive electrode material 100 according to one embodiment of the present invention shown in FIG. It is also arranged on the inner surface of the pores 110 a of the conductive porous body 110 . On the surface of the alkali metal sulfide 120 located deep in the pores 110a, not only electrons entering and leaving through the conductive porous body 110 but also charge carriers entering and leaving through the solid electrolyte 130 can proceed smoothly. As a result, even around the alkali metal sulfide 120 located deep in the pores 110a, a three-phase interface where the alkali metal sulfide 120, the conductive porous body 110 and the solid electrolyte 130 coexist is sufficiently formed, and charge/discharge is performed. The reaction can proceed satisfactorily. As a result, the alkali metal sulfide existing inside the pores 110a can also be used as an active material for the electrode reaction, and the internal resistance of the battery can be sufficiently reduced.

ここで、導電性多孔体の細孔の内部に正極活物質や固体電解質が配置されているか否かの確認は、従来公知の種々の手法を用いて行うことが可能である。例えば、透過型電子顕微鏡(TEM)による導電性多孔体の断面の観察画像について、エネルギー分散型X線分光法(EDX)を用いて各材料由来の元素マッピングを行い、得られた元素マップや全元素のカウント数に対する各材料由来の元素のカウント数を指標として、各材料の配置形態を確認することが可能である。例えば、固体電解質がリン原子および/またはホウ素原子を含むものである場合に、当該リン原子および/またはホウ素原子が他の材料に由来する可能性がないのであれば、リンおよび/またはホウ素についての上記元素マップを取得し、その分布から固体電解質の配置形態を確認することが可能である。また、EDXにおける全元素のカウント数に対するリンおよび/またはホウ素のカウント数の比の値から、固体電解質の配置形態を確認することも可能である。 Here, it is possible to confirm whether or not the positive electrode active material and the solid electrolyte are arranged inside the pores of the conductive porous body by using various conventionally known techniques. For example, for an observation image of a cross section of a conductive porous body obtained by a transmission electron microscope (TEM), element mapping derived from each material is performed using energy dispersive X-ray spectroscopy (EDX). Using the count number of elements derived from each material with respect to the count number of elements as an index, it is possible to confirm the arrangement form of each material. For example, when the solid electrolyte contains phosphorus atoms and/or boron atoms, if there is no possibility that the phosphorus atoms and/or boron atoms are derived from other materials, the above elements for phosphorus and/or boron It is possible to obtain a map and confirm the arrangement form of the solid electrolyte from its distribution. It is also possible to confirm the arrangement of the solid electrolyte from the ratio of the counts of phosphorus and/or boron to the counts of all elements in EDX.

また、本形態に係る正極材料は、当該正極材料のCuKα線を用いたX線回析測定にて、2θが20°以上25°未満の領域に導電性多孔体に由来するピークAと、25~29°の領域にアルカリ金属硫化物および/または固体電解質に由来するピークBとを示し、前記ピークBの強度に対する前記ピークAの強度の比(A/B)が、0.02を超える点に特徴がある。 In addition, the positive electrode material according to the present embodiment has a peak A derived from the conductive porous body in the region where 2θ is 20 ° or more and less than 25 ° in X-ray diffraction measurement using CuKα rays of the positive electrode material. A peak B derived from an alkali metal sulfide and / or a solid electrolyte is shown in the region of ~ 29 °, and the ratio (A / B) of the intensity of the peak A to the intensity of the peak B exceeds 0.02. is characterized by

ここで、図4(a)は、後述する実施例4において調製された正極材料の粉末について、CuKα線を用いたX線回折測定を行うことにより取得されたスペクトルを示すグラフである。図4(a)に示すように、本形態に係る正極材料のX線回折スペクトルは、まず、2θが20°以上25°未満の領域に導電性多孔体に由来するピークAを示す。また、25~29°の領域にアルカリ金属硫化物および/または固体電解質に由来するピークBを示す。そして、前記ピークBの強度に対する前記ピークAの強度の比(A/B)が、0.02を超える。 Here, FIG. 4A is a graph showing a spectrum obtained by performing X-ray diffraction measurement using CuKα rays for the positive electrode material powder prepared in Example 4, which will be described later. As shown in FIG. 4(a), the X-ray diffraction spectrum of the positive electrode material according to this embodiment first shows a peak A derived from the conductive porous material in the region where 2θ is 20° or more and less than 25°. Also, peak B derived from alkali metal sulfide and/or solid electrolyte is shown in the region of 25 to 29°. A ratio (A/B) of the intensity of the peak A to the intensity of the peak B exceeds 0.02.

そして、本発明者らの検討によれば、このような正極材料を用いて全固体リチウム二次電池を構成すると、当該二次電池の内部抵抗をよりいっそう低減させることが可能となることが判明した。そのメカニズムについては完全には明らかとはなっていないが、以下のメカニズムが推定されている。すなわち、本形態に係る正極材料は、例えば、後述するように正極活物質であるアルカリ金属硫化物と固体電解質とを溶媒に溶解させて溶液を得た後、この溶液に導電性多孔体を添加して導電性多孔体にアルカリ金属硫化物と固体電解質とを一括で含浸させることによって製造することができる。この場合、導電性多孔体の表面および細孔内部にアルカリ金属硫化物や固体電解質が均一に導入されるため、導電性多孔体の表面が過度に覆われてしまうことがない。そのため、導電性多孔体に由来する広角ピークAが明瞭に観察されるものと考えられる。そして、導電性多孔体の表面および細孔内部にアルカリ金属硫化物や固体電解質が均一に導入されることにより反応領域が増加し、抵抗が低減できるものと考えられる。 Further, according to the studies of the present inventors, it has been found that if such a positive electrode material is used to form an all-solid lithium secondary battery, the internal resistance of the secondary battery can be further reduced. bottom. Although the mechanism has not been completely clarified, the following mechanism is presumed. That is, the positive electrode material according to the present embodiment is obtained by, for example, dissolving an alkali metal sulfide, which is a positive electrode active material, and a solid electrolyte in a solvent as described later to obtain a solution, and then adding a conductive porous body to the solution. It can be produced by impregnating the conductive porous body with the alkali metal sulfide and the solid electrolyte all at once. In this case, since the alkali metal sulfide and the solid electrolyte are uniformly introduced into the surface and the inside of the pores of the conductive porous body, the surface of the conductive porous body is not excessively covered. Therefore, it is considered that the wide-angle peak A derived from the conductive porous material is clearly observed. It is believed that the uniform introduction of the alkali metal sulfide and the solid electrolyte into the surface and inside of the pores of the conductive porous body increases the reaction area and reduces the resistance.

一方、アルカリ金属硫化物120、固体電解質130および導電性多孔体110を機械混合することで正極材料を作製することもできるが、機械混合により正極材料を作製した比較例2では、図4(b)に示すようにA/Bが0.02以下である。機械混合で作製した正極材料100”においては、図3(c)のように、導電性多孔体110の細孔110aの内部にアルカリ金属硫化物120および固体電解質130が導入されず、導電性多孔体110の表面に多く存在する。そのため、XRDスペクトルにおいて導電性多孔体に由来する広角ピークAの強度が相対的に小さくなるものと考えられる。そして、機械混合の場合は細孔内に固体電解質が導入されないことからイオンの伝導経路が不十分となり、抵抗が十分に低減できないものと考えられる。さらに、機械混合により固体電解質130が減衰または変性して減衰生成物または変性物131が生じることにより抵抗が高くなってしまう場合があるものと考えられる。 On the other hand, the positive electrode material can be produced by mechanically mixing the alkali metal sulfide 120, the solid electrolyte 130, and the conductive porous body 110. In Comparative Example 2, in which the positive electrode material was produced by mechanical mixing, FIG. ), A/B is 0.02 or less. In the positive electrode material 100″ produced by mechanical mixing, as shown in FIG. A large amount exists on the surface of the body 110. Therefore, it is considered that the intensity of the wide-angle peak A derived from the conductive porous body in the XRD spectrum is relatively small.And in the case of mechanical mixing, the solid electrolyte in the pores is not introduced, the conduction path of ions becomes insufficient, and it is thought that the resistance cannot be sufficiently reduced.In addition, the solid electrolyte 130 is attenuated or denatured by mechanical mixing, and the attenuation product or denatured product 131 is generated. It is conceivable that the resistance may become high.

なお、特許文献1などの従来技術による正極材料においても、アルカリ金属硫化物および固体電解質は導電性多孔体110の表面に多く存在する傾向にある。そのため、XRDスペクトルにおいて導電性多孔体に由来する広角ピークAの強度が相対的に小さくなり、上記の特定のA/Bの値とはならない。 It should be noted that even in the positive electrode material according to the prior art such as Patent Document 1, the alkali metal sulfide and the solid electrolyte tend to exist in large amounts on the surface of the conductive porous body 110 . Therefore, the intensity of the wide-angle peak A derived from the conductive porous material in the XRD spectrum becomes relatively small, and the above specific A/B value is not obtained.

上記A/Bは、好ましくは0.03以上であり、より好ましくは0.10以上であり、さらに好ましくは0.20以上である。当該範囲であれば本発明の効果がより顕著に得られうる。一方、上記A/Bの上限値は特に制限されないが、例えば100以下であり、好ましくは10以下であり、さらに好ましくは1以下である。上記A/Bの値は、例えば、後述のように正極活物質であるアルカリ金属硫化物と固体電解質とを同時に導電性多孔体に含浸させる製造工程において、アルカリ金属硫化物、固体電解質および導電性多孔体の仕込み比を調節することによって制御することができる。ここで、ピークAおよびピークBの強度は、ベースラインを差し引いたピーク高さをいう。また、上記の所定の領域に所定の帰属を有するピークが2以上観察された場合は、最も高いピークの高さをピーク強度とする。 The above A/B is preferably 0.03 or more, more preferably 0.10 or more, and still more preferably 0.20 or more. Within this range, the effects of the present invention can be obtained more remarkably. On the other hand, the upper limit of A/B is not particularly limited, but is, for example, 100 or less, preferably 10 or less, and more preferably 1 or less. The value of A/B is determined, for example, in the manufacturing process of simultaneously impregnating the conductive porous body with the alkali metal sulfide, which is the positive electrode active material, and the solid electrolyte, as described later. It can be controlled by adjusting the charging ratio of the porous body. Here, the intensity of peak A and peak B refers to the peak height minus the baseline. Moreover, when two or more peaks having a predetermined attribution are observed in the predetermined region, the height of the highest peak is taken as the peak intensity.

なお、本形態の正極材料は、X線回折スペクトルにおいて硫黄単体に由来するピークを有さないことが好ましい。 The positive electrode material of this embodiment preferably does not have a peak derived from elemental sulfur in the X-ray diffraction spectrum.

本形態の正極材料におけるアルカリ金属硫化物と固体電解質との質量比は特に制限されないが、例えば、アルカリ金属硫化物:固体電解質=1:99~99:1である。上記質量比は、好ましくはアルカリ金属硫化物:固体電解質=50:50~1:99であり、より好ましくは1:1~1:20である。上記範囲であれば、正極活物質の量を十分に確保できるために高性能の電池が得られうる。また、正極材料のイオン伝導性を確保でき、細孔内においてもイオン伝導のネットワークが十分に形成されるため好ましい。さらに、固体電解質が多すぎることによる固体電解質の分解も生じにくいため好ましい。 Although the mass ratio of the alkali metal sulfide and the solid electrolyte in the positive electrode material of this embodiment is not particularly limited, it is, for example, alkali metal sulfide:solid electrolyte=1:99 to 99:1. The above mass ratio is preferably alkali metal sulfide:solid electrolyte=50:50 to 1:99, more preferably 1:1 to 1:20. Within the above range, a high-performance battery can be obtained because a sufficient amount of the positive electrode active material can be secured. In addition, it is preferable because the ion conductivity of the positive electrode material can be ensured, and an ion-conducting network is sufficiently formed even in the pores. Furthermore, it is preferable because decomposition of the solid electrolyte due to too much solid electrolyte is unlikely to occur.

本形態の正極材料は、導電性多孔体の全細孔容積に対する正極活物質および固体電解質の占める体積の割合として規定される細孔充填率が50%以上であることが好ましく、80%以上であることが好ましく、100%以上であることが好ましい。上記範囲であると本発明の効果がより顕著に得られうる。細孔充填率の上限値は特に制限されないが、例えば、200%以下であり、好ましくは170%以下である。細孔充填率は実施例に記載の方法で求めることができる。 The positive electrode material of the present embodiment preferably has a pore filling rate of 50% or more, preferably 80% or more, defined as the ratio of the volume occupied by the positive electrode active material and the solid electrolyte to the total pore volume of the conductive porous body. It is preferably 100% or more. Within the above range, the effects of the present invention can be obtained more remarkably. Although the upper limit of the pore filling rate is not particularly limited, it is, for example, 200% or less, preferably 170% or less. The pore filling rate can be obtained by the method described in Examples.

本発明の好ましい実施形態によれば、アルカリ金属硫化物と固体電解質の質量比が、アルカリ金属硫化物:固体電解質=1:1~1:5であり、細孔充填率が100%以上である。当該形態によれば、細孔内においてもイオン伝導のネットワークが十分に形成されるため好ましい。さらに、固体電解質が多すぎることによる固体電解質の分解も生じにくいため好ましい。また、エネルギー密度の観点からも好ましい。 According to a preferred embodiment of the present invention, the mass ratio of alkali metal sulfide and solid electrolyte is alkali metal sulfide:solid electrolyte=1:1 to 1:5, and the pore filling rate is 100% or more. . This configuration is preferable because an ion-conducting network is sufficiently formed even in the pores. Furthermore, it is preferable because decomposition of the solid electrolyte due to too much solid electrolyte is unlikely to occur. It is also preferable from the viewpoint of energy density.

本形態の正極材料において、アルカリ金属硫化物と導電性多孔体との質量比は特に制限されないが、例えば、(アルカリ金属硫化物/導電性多孔体)の比が、0.5~5であり、好ましくは1~4である。上記範囲であれば本発明の効果がより一層顕著に得られうる。 In the positive electrode material of the present embodiment, the mass ratio between the alkali metal sulfide and the conductive porous material is not particularly limited. , preferably 1-4. Within the above range, the effects of the present invention can be obtained more remarkably.

上記のような構成を有する本形態に係る正極材料の製造方法については特に制限されないが、アルカリ金属硫化物および固体電解質を、これらの両方を溶解可能な溶媒に溶解させ、得られた溶液を導電性多孔体に含浸させることを含むことが好ましい。これにより、アルカリ金属硫化物と固体電解質とが均一に混合された状態で導電性多孔体に含浸させることができる。そのため、導電性多孔体の表面にも細孔内にもアルカリ金属硫化物と固体電解質とが均一に混合された状態で配置され、反応領域を増やすことができる。以下、このような製造方法の一例について簡単に説明する。 The method for producing the positive electrode material according to the present embodiment having the configuration as described above is not particularly limited. impregnating a flexible porous body. As a result, the conductive porous body can be impregnated with the alkali metal sulfide and the solid electrolyte in a uniformly mixed state. Therefore, the alkali metal sulfide and the solid electrolyte are uniformly mixed both on the surface and in the pores of the conductive porous body, and the reaction area can be increased. An example of such a manufacturing method will be briefly described below.

まず、アルカリ金属硫化物および固体電解質をこれらの両方を溶解可能な溶媒に溶解させた溶液を調製する。 First, a solution is prepared by dissolving an alkali metal sulfide and a solid electrolyte in a solvent capable of dissolving both of them.

なお、本明細書において、ある固形分がある溶媒に溶解可能とは、常圧下、25℃における当該固形分の当該溶媒に対する溶解度が0.1g/100g溶媒以上であることをいう。金属硫化物および固体電解質の両方を溶解可能とは、金属硫化物および固体電解質を別々に溶媒に溶解させたときのそれぞれの溶解度が、いずれも上記範囲であることをいう。 In the present specification, the expression that a certain solid content is soluble in a certain solvent means that the solubility of the solid content in the solvent at 25° C. under normal pressure is 0.1 g/100 g solvent or more. The phrase “capable of dissolving both the metal sulfide and the solid electrolyte” means that the respective solubilities of the metal sulfide and the solid electrolyte separately dissolved in a solvent are within the above range.

このような溶媒としては、例えば、メタノール、エタノール、1-プロパノール、2-プロパノール、エチレングリコール、グリセリン、カプリルアルコール、ラウリルアルコール、ミリスチルアルコール、セチルアルコール、ステアリルアルコール、オレイルアルコール、リノリルアルコールなどのアルコール類;ジエチルエーテル、テトラヒドロフラン、1,4-ジオキサン、1,3-ジオキソランなどのエーテル類;などが挙げられる。アルカリ金属硫化物および固体電解質の溶解度が高く、これらの分解が生じにくいことから、アルコール類が好ましい。 Examples of such solvents include alcohols such as methanol, ethanol, 1-propanol, 2-propanol, ethylene glycol, glycerin, capryl alcohol, lauryl alcohol, myristyl alcohol, cetyl alcohol, stearyl alcohol, oleyl alcohol, and linolyl alcohol. Ethers such as diethyl ether, tetrahydrofuran, 1,4-dioxane and 1,3-dioxolane; Alcohols are preferred because they have high solubility in alkali metal sulfides and solid electrolytes and are less likely to decompose.

上記溶媒は、水分含量が0.2質量%以下であることが好ましい。水分含量が0.2質量%以下であると、溶媒中の水分がアルカリ金属硫化物や固体電解質と反応して分解してしまうことを抑制できる。より好ましくは、溶媒中の水分含量は0.1質量%以下であり、さらに好ましくは0.05質量%以下であり、さらにより好ましくは0.02質量%以下であり、さらにより好ましくは0.01質量%以下であり、さらにより好ましくは0.005質量%以下であり、特に好ましくは0.002質量%以下であり、最も好ましくは0.001質量%以下である。溶媒中の水分含量は、例えば、カールフィッシャー電量滴定法によって測定することができる。 The solvent preferably has a water content of 0.2% by mass or less. When the water content is 0.2% by mass or less, it is possible to prevent the water in the solvent from reacting with the alkali metal sulfide and the solid electrolyte and decomposing them. More preferably, the water content in the solvent is 0.1% by mass or less, still more preferably 0.05% by mass or less, even more preferably 0.02% by mass or less, and even more preferably 0.02% by mass or less. 01% by mass or less, more preferably 0.005% by mass or less, particularly preferably 0.002% by mass or less, and most preferably 0.001% by mass or less. The water content in the solvent can be measured, for example, by Karl Fischer coulometric titration.

水分含量の低い溶媒の入手経路は特に限定されない。水分含量の少ない商品が市販されている場合には当該商品を購入して用いてもよいし、一般に市販されている比較的水分含量の多い商品を購入した後に、自ら当該商品中の水分含量を低減させて用いてもよい。溶媒の水分含量を低減させる手法についても特に制限されず、従来公知の知見が適宜参照されうる。例えば、加熱乾燥、減圧乾燥、乾燥剤(例えば、シリカゲルや硫酸ナトリウム)による乾燥、蒸留などが挙げられる。 There are no particular restrictions on the route through which the solvent with a low water content is obtained. If a product with a low moisture content is available on the market, you may purchase it and use it, or after purchasing a commercially available product with a relatively high moisture content, check the moisture content of the product yourself. You may reduce and use it. Techniques for reducing the water content of the solvent are also not particularly limited, and conventionally known knowledge can be referred to as appropriate. Examples thereof include drying by heating, drying under reduced pressure, drying with a desiccant (eg, silica gel or sodium sulfate), and distillation.

次いで、得られた溶液に導電性多孔体を分散させて分散液を得る。次いで、好ましくは減圧下で、この分散液を撹拌しながら溶媒を除去する。その後、好ましくは減圧下で、例えば60~250℃、好ましくは150~180℃程度の温度で、例えば1~120時間、好ましくは1~10時間の熱処理を施す。これにより、導電性多孔体の細孔の内部に固体電解質とともに正極活物質が配置(充填)された複合材料である正極材料が得られうる。 Next, the conductive porous material is dispersed in the resulting solution to obtain a dispersion. The solvent is then removed while stirring the dispersion, preferably under reduced pressure. Thereafter, heat treatment is preferably performed at a temperature of, for example, 60 to 250° C., preferably 150 to 180° C., for 1 to 120 hours, preferably 1 to 10 hours, preferably under reduced pressure. As a result, a positive electrode material, which is a composite material in which the positive electrode active material is arranged (filled) together with the solid electrolyte inside the pores of the conductive porous body, can be obtained.

なお、アルカリ金属硫化物および固体電解質をこれらの両方を溶解可能な溶媒に溶解させた溶液を調製する工程、および上記溶液に導電性多孔体を分散させて分散液を得る工程は、露点制御された不活性ガス雰囲気下で行うことが好ましい。 The step of preparing a solution in which an alkali metal sulfide and a solid electrolyte are dissolved in a solvent capable of dissolving both of them, and the step of dispersing a conductive porous body in the above solution to obtain a dispersion are dew point controlled. It is preferable to carry out in an inert gas atmosphere.

なお、アルカリ金属硫化物および固体電解質をこれらの両方を溶解可能な溶媒に溶解させた溶液を調製する工程、上記溶液に導電性多孔体を分散させて分散液を得る工程、および溶媒を除去する工程は、70℃以下の温度で行うことが好ましく、20~50℃の温度で行うことがより好ましい。これにより固体電解質の分解が抑制され、抵抗が低減される効果が高い。 The steps of preparing a solution in which an alkali metal sulfide and a solid electrolyte are dissolved in a solvent capable of dissolving both of them, dispersing the conductive porous body in the solution to obtain a dispersion, and removing the solvent. The process is preferably carried out at a temperature of 70°C or less, more preferably at a temperature of 20-50°C. As a result, the decomposition of the solid electrolyte is suppressed, and the effect of reducing the resistance is high.

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。なお、この含有量の値は、導電性多孔体および固体電解質を除く正極活物質のみの質量を基準に算出するものとする。 The content of the positive electrode active material in the positive electrode active material layer is not particularly limited. more preferred. The content value is calculated based on the mass of only the positive electrode active material excluding the conductive porous body and the solid electrolyte.

また、正極活物質層は、導電助剤(正極活物質や固体電解質を細孔内部に保持していないもの)および/またはバインダをさらに含んでもよく、これらの具体的な形態およ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。同様に、正極活物質層は固体電解質をさらに含むことが好ましく、硫化物固体電解質をさらに含むことが特に好ましい。硫化物固体電解質などの固体電解質の具体的な形態および好ましい形態についても、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。 In addition, the positive electrode active material layer may further contain a conductive aid (a material that does not retain the positive electrode active material or solid electrolyte inside the pores) and/or a binder. , those described in the column of the negative electrode active material layer described above can be similarly employed. Similarly, the positive electrode active material layer preferably further contains a solid electrolyte, particularly preferably 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 of the negative electrode active material layer can be similarly adopted.

正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 positive 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.

[正極集電板および負極集電板]
集電板(25、27)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27と負極集電板25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 collectors (25, 27) 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 collector plate 27 and the negative electrode collector plate 25 .

[正極リードおよび負極リード]
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。正極および負極リードの構成材料としては、公知のリチウム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 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および図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29を用いた袋状のケースが用いられうる。該ラミネートフィルムには、例えば、PP、アルミニウム、ナイロンをこの順に積層してなる3層構造のラミネートフィルム等を用いることができるが、これらに何ら制限されるものではない。高出力化や冷却性能に優れ、EV、HEV用の大型機器用電池に好適に利用することができるという観点から、ラミネートフィルムが望ましい。また、外部から掛かる発電要素への群圧を容易に調整することができることから、外装体はアルミニウムを含むラミネートフィルムがより好ましい。
[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 29 containing aluminum that can cover the power generation element is used. can be The laminated film may be, for example, a laminated film having a three-layer structure in which PP, aluminum and nylon are laminated in this order, but is not limited thereto. A laminate film is desirable from the viewpoint that it is excellent in high power output and cooling performance and can be suitably used for batteries for large equipment for EV and HEV. Moreover, since the group pressure applied to the power generating element from the outside can be easily adjusted, the outer package is more preferably a laminate film containing aluminum.

本形態に係る積層型電池は、複数の単電池層が並列に接続された構成を有することにより、高容量でサイクル耐久性に優れるものである。したがって、本形態に係る積層型電池は、EV、HEVの駆動用電源として好適に使用される。 The stacked battery according to this embodiment has a structure in which a plurality of single cell layers are connected in parallel, so that it has a high capacity and excellent cycle durability. Therefore, the stacked battery according to this embodiment is suitably used as a power source for driving EVs and HEVs.

以上、リチウム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 lithium secondary battery has been described above, the present invention is not limited to the configuration described in the above embodiment, and can be appropriately modified based on the description of the claims. is.

例えば、本形態に係るリチウム二次電池が適用される電池の種類として、集電体の一方の面に電気的に結合した正極活物質層と、集電体の反対側の面に電気的に結合した負極活物質層とを有する双極型電極を含む、双極型(バイポーラ型)の電池も挙げられる。 For example, as a type of battery to which the lithium secondary battery according to the present embodiment is applied, a positive electrode active material layer electrically coupled to one surface of the current collector and a positive electrode active material layer electrically coupled to the opposite surface of the current collector. Also included are bipolar batteries that include a bipolar electrode having an attached negative electrode active material layer.

また、本形態に係る二次電池は、全固体型でなくてもよい。すなわち、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。 Further, the secondary battery according to this embodiment does not have to be an all-solid-state battery. That is, 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

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。 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.

《試験用セルの作製例》
[実施例1]
(正極材料の調製)
露点-68℃以下のアルゴン雰囲気のグローブボックス内で、正極活物質である硫化リチウム(LiS)を0.167g、硫化物固体電解質(Ampcera社製、LiPSCl)1.667gを超脱水エタノール(富士フイルム和光純薬株式会社製、水分含量0.001質量%以下)40mLに加え、固体の粒子が見えなくなるまで撹拌して、正極活物質と固体電解質とをエタノールに溶解させた。得られた溶液に、導電性多孔体である多孔質炭素粉末(東洋炭素株式会社製、クノーベル(登録商標)P(3)010)0.167gを加え、よく撹拌して溶液中に多孔質炭素粉末を十分に分散させた。この多孔質炭素粉末の分散液が入った容器を真空装置に接続し、マグネティックスターラーにより容器中の分散液を撹拌しながら油回転ポンプにより容器中を1Pa以下の減圧状態にした。減圧下では溶媒であるエタノールが揮発するため、時間の経過とともにエタノールが除去され、正極活物質および固体電解質を含浸した導電性多孔体が容器内に残存した。このようにしてエタノールを減圧除去した後に減圧下で180℃に加熱し、3時間熱処理を行うことにより正極材料を調製した。
<<Preparation example of test cell>>
[Example 1]
(Preparation of positive electrode material)
In an argon atmosphere glove box with a dew point of −68° C. or less, 0.167 g of lithium sulfide (Li 2 S), which is a positive electrode active material, and 1.667 g of a sulfide solid electrolyte (Li 6 PS 5 Cl, manufactured by Ampcera) were added. In addition to 40 mL of ultra-dehydrated ethanol (manufactured by FUJIFILM Wako Pure Chemical Industries, Ltd., water content of 0.001% by mass or less), the mixture was stirred until solid particles disappeared to dissolve the positive electrode active material and the solid electrolyte in ethanol. . To the resulting solution, 0.167 g of a conductive porous carbon powder (Knobel (registered trademark) P (3) 010, manufactured by Toyo Tanso Co., Ltd.) was added and stirred well to add porous carbon to the solution. The powder was well dispersed. The container containing the dispersion of the porous carbon powder was connected to a vacuum apparatus, and the pressure in the container was reduced to 1 Pa or less by an oil rotary pump while stirring the dispersion in the container with a magnetic stirrer. Since the solvent ethanol volatilized under reduced pressure, the ethanol was removed over time, and the conductive porous body impregnated with the positive electrode active material and the solid electrolyte remained in the container. After ethanol was removed under reduced pressure in this manner, the material was heated to 180° C. under reduced pressure and subjected to heat treatment for 3 hours to prepare a positive electrode material.

上記で得られた正極材料について、粉末X線回折測定を行った。測定には理学電機株式会社製のSmartLabを使用し、以下の条件で行った:
スキャンスピード(2θ/θ):2°/min
ステップ幅(2θ/θ):0.02°
線源:CuKα:λ=1.5418Å。
Powder X-ray diffraction measurement was performed on the positive electrode material obtained above. SmartLab manufactured by Rigaku Denki Co., Ltd. was used for measurement under the following conditions:
Scan speed (2θ/θ): 2°/min
Step width (2θ/θ): 0.02°
Source: CuKα: λ=1.5418 Å.

本実施例において得られた正極材料は、XRDスペクトルにおいて、2θが20°以上25°未満°の領域にカーボンに由来する広角ピークAが、20~25°の領域にLiSに由来するピークBが観察され、これらの強度比(A/B)は0.25であった。 In the XRD spectrum of the positive electrode material obtained in this example, a wide-angle peak A derived from carbon in the region where 2θ is 20 ° or more and less than 25 °, and a peak derived from Li 2 S in the region of 20 to 25 °. B was observed and their intensity ratio (A/B) was 0.25.

また、上記で得られた正極材料の細孔充填率を求めた。細孔充填率は導電性多孔体の全細孔容積に対する正極活物質および固体電解質の占める体積の割合であり、窒素吸脱着測定と材料の仕込み比から見積もった。窒素吸脱着測定は、マイクロトラック・ベル株式会社製BELSORP miniを用いて行い、-196℃の温度で、多点法で行った。全細孔容積については、0.96の相対圧における吸着Nの容積より求めた。結果を表1に示す。 Also, the pore filling rate of the positive electrode material obtained above was determined. The pore filling rate is the ratio of the volume of the positive electrode active material and the solid electrolyte to the total pore volume of the conductive porous body, and was estimated from the nitrogen adsorption/desorption measurement and the charging ratio of materials. Nitrogen adsorption and desorption measurements were performed using BELSORP mini manufactured by Microtrac Bell Co., Ltd. at a temperature of -196°C by a multipoint method. The total pore volume was determined from the volume of adsorbed N2 at a relative pressure of 0.96. Table 1 shows the results.

(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、上記で調製した正極材料0.130gと、固体電解質(Ampcera社製、LiPSCl)0.070gとを容量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、正極合剤の粉末を得た。
(Preparation of positive electrode mixture)
In an argon atmosphere glove box with a dew point of −68° C. or less, 40 g of 5 mm diameter zirconia balls, 0.130 g of the positive electrode material prepared above, and 0.070 g of a solid electrolyte (Li 6 PS 5 Cl manufactured by Ampcera). 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 positive electrode mixture powder.

(試験用セル(全固体リチウム二次電池)の作製)
電池の作製は、露点-68℃以下のアルゴン雰囲気のグローブボックス内で行った。
(Preparation of test cell (all-solid lithium secondary battery))
The battery was fabricated in a glove box in an argon atmosphere with a dew point of −68° C. or less.

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、厚さ約0.6mmの固体電解質層を円筒チューブ治具中に形成した。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、300MPaの圧力で3分間プレスすることで、直径10mm、厚さ約0.06mmの正極活物質層を固体電解質層の片側面に形成した。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、負極として直径8mmに打ち抜いたリチウム箔(ニラコ社製、厚さ0.20mm)と直径9mmに打ち抜いたインジウム箔(ニラコ社製、厚さ0.30mm)を重ねて、インジウム箔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、75MPaの圧力で3分間プレスすることでリチウム-インジウム負極を形成した。 A SUS cylindrical convex punch (diameter of 10 mm) 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 is inserted to sandwich the solid electrolyte, and a solid electrolyte layer having a diameter of 10 mm and a thickness of about 0.6 mm is formed into a cylinder by pressing for 3 minutes at a pressure of 75 MPa using a hydraulic press. Formed in a tube jig. Next, the cylindrical convex punch inserted from the upper side is once extracted, 7.5 mg of the positive electrode mixture prepared above is put on one side of the solid electrolyte layer in the cylindrical tube, and the cylindrical convex punch (positive electrode collector) is again inserted from the upper side. A positive electrode active material layer with a diameter of 10 mm and a thickness of about 0.06 mm was formed on one side of the solid electrolyte layer by inserting a material that also serves as an electric body and pressing for 3 minutes at a pressure of 300 MPa. Next, the lower cylindrical convex punch (which also serves as the negative electrode current collector) is extracted, and as the negative electrode, a lithium foil (manufactured by Nilaco Corporation, thickness 0.20 mm) punched to a diameter of 8 mm and an indium foil (thickness 0.20 mm manufactured by Nilaco) punched to a diameter of 9 mm ( Nilaco Co., Ltd., thickness 0.30 mm), put it from the bottom of the cylindrical tube jig so that the indium foil is located on the side of the solid electrolyte layer, insert the cylindrical convex punch again, and apply a pressure of 75 MPa. A lithium-indium negative electrode was formed by pressing for 3 minutes at .

以上のようにして、負極集電体(パンチ)、リチウム-インジウム負極、固体電解質層、正極活物質層、正極集電体(パンチ)がこの順に積層された試験用セル(全固体リチウム二次電池)を作製した。 As described above, a test cell (all-solid lithium secondary) in which the negative electrode current collector (punch), the lithium-indium negative electrode, the solid electrolyte layer, the positive electrode active material layer, and the positive electrode current collector (punch) are laminated in this order battery) was produced.

[実施例2]
正極材料の調製において、硫化リチウムを0.174g、硫化物固体電解質を1.739g、多孔質炭素粉末を0.087gに変更したことを除いては、上記実施例1と同様の手法により、全固体リチウム二次電池を作製した。
[Example 2]
In the preparation of the positive electrode material, all were prepared in the same manner as in Example 1 above, except that 0.174 g of lithium sulfide, 1.739 g of sulfide solid electrolyte, and 0.087 g of porous carbon powder were used. A solid lithium secondary battery was fabricated.

実施例2で調製した正極材料のXRDスペクトルにおいて、ピークBの強度に対するピークAの強度の比(A/B)は0.22であった。 In the XRD spectrum of the cathode material prepared in Example 2, the ratio of the intensity of peak A to the intensity of peak B (A/B) was 0.22.

[実施例3]
正極材料の調製において、硫化リチウムを0.667g、硫化物固体電解質を1.000g、多孔質炭素粉末を0.333gに変更したことを除いては、上記実施例1と同様の手法により、全固体リチウム二次電池を作製した。
[Example 3]
In the preparation of the positive electrode material, all were prepared in the same manner as in Example 1 above, except that 0.667 g of lithium sulfide, 1.000 g of sulfide solid electrolyte, and 0.333 g of porous carbon powder were used. A solid lithium secondary battery was fabricated.

実施例3で調製した正極材料のXRDスペクトルにおいて、ピークBの強度に対するピークAの強度の比(A/B)は0.33であった。 In the XRD spectrum of the cathode material prepared in Example 3, the ratio of the intensity of peak A to the intensity of peak B (A/B) was 0.33.

[実施例4]
正極材料の調製において、硫化リチウムを0.727g、硫化物固体電解質を1.091g、多孔質炭素粉末を0.182gに変更したことを除いては、上記実施例1と同様の手法により、全固体リチウム二次電池を作製した。
[Example 4]
In the preparation of the positive electrode material, all were prepared in the same manner as in Example 1 above, except that 0.727 g of lithium sulfide, 1.091 g of sulfide solid electrolyte, and 0.182 g of porous carbon powder were changed. A solid lithium secondary battery was fabricated.

実施例4で調製した正極材料のXRDスペクトルを測定した結果を図4(a)に示す。ピークBの強度に対するピークAの強度の比(A/B)は0.20であった。 The result of measuring the XRD spectrum of the positive electrode material prepared in Example 4 is shown in FIG. 4(a). The ratio of the intensity of peak A to the intensity of peak B (A/B) was 0.20.

[実施例5]
正極材料の調製において、硫化リチウムを1.000g、硫化物固体電解質を0.500g、多孔質炭素粉末を0.500gに変更したことを除いては、上記実施例1と同様の手法により、全固体リチウム二次電池を作製した。
[Example 5]
In the preparation of the positive electrode material, all the materials were prepared in the same manner as in Example 1 above, except that 1.000 g of lithium sulfide, 0.500 g of sulfide solid electrolyte, and 0.500 g of porous carbon powder were used. A solid lithium secondary battery was fabricated.

実施例5で調製した正極材料のXRDスペクトルにおいて、ピークBの強度に対するピークAの強度の比(A/B)は0.15であった。 In the XRD spectrum of the cathode material prepared in Example 5, the ratio of the intensity of peak A to the intensity of peak B (A/B) was 0.15.

[実施例6]
正極材料の調製において、硫化リチウムを1.143g、硫化物固体電解質を0.571g、多孔質炭素粉末を0.286gに変更したことを除いては、上記実施例1と同様の手法により、全固体リチウム二次電池を作製した。
[Example 6]
In the preparation of the positive electrode material, all were prepared in the same manner as in Example 1 above, except that 1.143 g of lithium sulfide, 0.571 g of sulfide solid electrolyte, and 0.286 g of porous carbon powder were used. A solid lithium secondary battery was fabricated.

実施例6で調製した正極材料のXRDスペクトルにおいて、ピークBの強度に対するピークAの強度の比(A/B)は0.03であった。 In the XRD spectrum of the cathode material prepared in Example 6, the ratio of the intensity of peak A to the intensity of peak B (A/B) was 0.03.

[比較例1]
露点-68℃以下のアルゴン雰囲気のグローブボックス内で、硫黄(Aldrich社製)6.104gとカーボン(関西熱化学株式会社製、活性炭、P(3)010)1.896gをメノウ乳鉢で十分に混合した後、遊星ボールミルで15分間混合した。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、硫黄をカーボンに含浸させた。これにより硫黄/カーボン複合材を得た。
[Comparative Example 1]
In an argon atmosphere glove box with a dew point of −68 ° C. or less, 6.104 g of sulfur (manufactured by Aldrich) and 1.896 g of carbon (manufactured by Kansai Coke and Chemicals Co., Ltd., activated carbon, P (3) 010) are sufficiently added in an agate mortar. After mixing, the mixture was mixed in a planetary ball mill for 15 minutes. 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 carbon with sulfur. A sulfur/carbon composite material was thus obtained.

得られた硫黄/カーボン複合材に対して、特開2013-80637号公報の実施例1にしたがって水素化トリエチルホウ素リチウムを加えて反応させ、硫化リチウム/カーボン複合体を得た。得られた硫化リチウム/カーボン複合体に五硫化二リンを加えて反応させて正極材料を得た。 To the resulting sulfur/carbon composite material, lithium triethylborohydride was added and reacted according to Example 1 of JP-A-2013-80637 to obtain a lithium sulfide/carbon composite. Phosphorus pentasulfide was added to the obtained lithium sulfide/carbon composite and reacted to obtain a positive electrode material.

比較例1で調製した正極材料のXRDスペクトルにおいて、ピークBの強度に対するピークAの強度の比(A/B)は0.01であった。 In the XRD spectrum of the positive electrode material prepared in Comparative Example 1, the ratio of the intensity of peak A to the intensity of peak B (A/B) was 0.01.

[比較例2]
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、硫化リチウム0.667gと、固体電解質(Ampcera社製、LiPSCl)1.000gと、多孔質炭素粉末(東洋炭素株式会社製、クノーベル(登録商標)P(3)010)0.333gと、を容量45mlのジルコニア製容器に入れ、遊星ボールミルにより370rpmで6時間処理し、硫化リチウム/固体電解質/カーボン混合粉末である正極材料を得た。上記以外は実施例1と同様の手法により、全固体リチウム二次電池を作製した。
[Comparative Example 2]
In an argon atmosphere glove box with a dew point of −68° C. or less, 40 g of 5 mm diameter zirconia balls, 0.667 g of lithium sulfide, 1.000 g of a solid electrolyte (manufactured by Ampcera, Li 6 PS 5 Cl), and porous carbon. Powder (Toyo Tanso Co., Ltd., Knobel (registered trademark) P (3) 010) 0.333 g is placed in a zirconia container with a capacity of 45 ml and treated with a planetary ball mill at 370 rpm for 6 hours to obtain lithium sulfide / solid electrolyte / A positive electrode material, which is a carbon mixed powder, was obtained. An all-solid lithium secondary battery was fabricated in the same manner as in Example 1 except for the above.

比較例2で調製した正極材料のXRDスペクトルを測定した結果を図4(b)に示す。ピークBの強度に対するピークAの強度の比(A/B)は0.02であった。 The result of measuring the XRD spectrum of the positive electrode material prepared in Comparative Example 2 is shown in FIG. 4(b). The ratio of the intensity of peak A to the intensity of peak B (A/B) was 0.02.

《試験用セルの評価例》
上記の各比較例および各実施例で作製した試験用セルについて、下記の手法により内部抵抗値の測定を行った。なお、以下の測定はすべて、充放電試験装置(北斗電工株式会社製、HJ-SD8)を用い、25℃に設定した定温恒温槽中で行った。
<<Evaluation example of test cell>>
The internal resistance values of the test cells produced in each of the above Comparative Examples and Examples were measured by the following method. All of the following measurements were performed using a charge/discharge tester (HJ-SD8, manufactured by Hokuto Denko Co., Ltd.) in a constant temperature bath set at 25°C.

(内部抵抗の測定)
測定装置として、バイオロジック(Bio-Logic SAS(フランス))社製、商品名「SP-200」高性能電気化学測定システムを用い、周波数範囲7MHz~0.1Hz、温度条件は室温、印加電圧50mVの測定条件にて電気化学特性としてインピーダンスの測定を行った。恒温槽内に試験用セルを設置し、セル温度が一定になった後評価を実施した。結果を下記の表1に示す。
(Measurement of internal resistance)
As a measurement device, Bio-Logic SAS (France), trade name "SP-200" high-performance electrochemical measurement system is used, frequency range 7 MHz to 0.1 Hz, temperature conditions are room temperature, applied voltage 50 mV. Impedance was measured as an electrochemical characteristic under the measurement conditions of . A test cell was installed in a constant temperature bath, and the evaluation was performed after the cell temperature became constant. The results are shown in Table 1 below.

Figure 2023064496000001
Figure 2023064496000001

表1に示す結果から、本発明によれば、正極活物質としてアルカリ金属硫化物を用いた全固体リチウム二次電池において、内部抵抗がよりいっそう低減されうることがわかる。 From the results shown in Table 1, it can be seen that according to the present invention, the internal resistance can be further reduced in the all-solid lithium secondary battery using an alkali metal sulfide as the positive electrode active material.

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、
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、
100、100’、100” 正極材料、
110 導電性多孔体、
110a 細孔、
120 アルカリ金属硫化物(正極活物質)、
130 固体電解質、
131 固体電解質の減衰生成物または変性物、
140 硫黄単体(不活性硫黄)。
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,
19 cell layer,
21 power generation element,
25 negative electrode current collector,
27 positive current collector,
29 laminate film,
100, 100', 100" positive electrode material,
110 conductive porous body,
110a pores,
120 alkali metal sulfide (positive electrode active material),
130 solid electrolyte,
131 Attenuation products or modifications of solid electrolytes,
140 Sulfur elemental (inert sulfur).

Claims (7)

導電性多孔体と、正極活物質であるアルカリ金属硫化物と、固体電解質と、を含む正極材料であって、
前記アルカリ金属硫化物の少なくとも一部と、前記固体電解質の少なくとも一部が前記導電性多孔体の細孔内に配置され、
前記正極材料は、X線回析測定において2θが20°以上25°未満の領域に前記導電性多孔体に由来するピークAと、2θが25~29°の領域に前記アルカリ金属硫化物および/または前記固体電解質に由来するピークBとを示し、
前記ピークBの強度に対する前記ピークAの強度の比(A/B)が、0.02を超えることを特徴とする、正極材料。
A positive electrode material comprising a conductive porous body, an alkali metal sulfide as a positive electrode active material, and a solid electrolyte,
At least part of the alkali metal sulfide and at least part of the solid electrolyte are arranged in the pores of the conductive porous body,
In the X-ray diffraction measurement, the positive electrode material has a peak A derived from the conductive porous body in the region where 2θ is 20° or more and less than 25°, and the alkali metal sulfide and / or showing a peak B derived from the solid electrolyte,
A positive electrode material, wherein a ratio (A/B) of the intensity of the peak A to the intensity of the peak B exceeds 0.02.
前記アルカリ金属硫化物が、硫化リチウムであり、前記固体電解質がリチウムを含む、請求項1に記載の正極材料。 2. The positive electrode material of claim 1, wherein the alkali metal sulfide is lithium sulfide and the solid electrolyte comprises lithium. 前記固体電解質が、少なくともP、Li、およびSを含む、請求項1または2に記載の正極材料。 3. The positive electrode material according to claim 1 or 2, wherein the solid electrolyte contains at least P, Li and S. 前記アルカリ金属硫化物と前記固体電解質との質量比が、アルカリ金属硫化物:固体電解質=50:50~1:99である、請求項1~3のいずれか1項に記載の正極材料。 The positive electrode material according to any one of claims 1 to 3, wherein the mass ratio of the alkali metal sulfide and the solid electrolyte is alkali metal sulfide:solid electrolyte = 50:50 to 1:99. 前記アルカリ金属硫化物と前記固体電解質との質量比が、アルカリ金属硫化物:固体電解質=1:1~1:20である、請求項1~4のいずれか1項に記載の正極材料。 The positive electrode material according to any one of claims 1 to 4, wherein the mass ratio of the alkali metal sulfide and the solid electrolyte is alkali metal sulfide:solid electrolyte = 1:1 to 1:20. 前記アルカリ金属硫化物と前記固体電解質との質量比が、アルカリ金属硫化物:固体電解質=1:1~1:5であり、細孔充填率が100%以上である、請求項1~5のいずれか1項に記載の正極材料。 6. The method of claims 1 to 5, wherein the mass ratio of the alkali metal sulfide and the solid electrolyte is alkali metal sulfide:solid electrolyte=1:1 to 1:5, and the pore filling rate is 100% or more. A positive electrode material according to any one of claims 1 to 3. 請求項1~6のいずれか1項に記載の正極材料を含む、二次電池。 A secondary battery comprising the positive electrode material according to any one of claims 1 to 6.
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