JP5601157B2 - Positive electrode active material, positive electrode active material layer, all-solid battery, and method for producing positive electrode active material - Google Patents

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Description

本発明は、固体電解質材料との初期界面抵抗を低減することが可能な正極活物質材料に関する。   The present invention relates to a positive electrode active material capable of reducing initial interface resistance with a solid electrolyte material.

近年におけるパソコン、ビデオカメラおよび携帯電話等の情報関連機器や通信機器等の急速な普及に伴い、その電源として利用される電池の開発が重要視されている。また、自動車産業界等においても、電気自動車用あるいはハイブリッド自動車用の高出力かつ高容量の電池の開発が進められている。現在、種々の電池の中でも、エネルギー密度が高いという観点から、リチウム電池が注目を浴びている。   With the rapid spread of information-related equipment and communication equipment such as personal computers, video cameras, and mobile phones in recent years, development of batteries that are used as power sources has been regarded as important. Also in the automobile industry and the like, development of high-power and high-capacity batteries for electric vehicles or hybrid vehicles is being promoted. Currently, lithium batteries are attracting attention among various batteries from the viewpoint of high energy density.

現在市販されているリチウム電池は、可燃性の有機溶剤を溶媒とする電解液が使用されているため、短絡時の温度上昇を抑える安全装置の取り付けや短絡防止のための構造・材料面での改善が必要となる。これに対し、電解液を固体電解質層に変えて、電池を全固体化したリチウム電池は、電池内に可燃性の有機溶媒を用いないので、安全装置の簡素化が図れ、製造コストや生産性に優れると考えられている。   The lithium batteries that are currently on the market use an electrolyte that uses a flammable organic solvent as a solvent. Improvement is needed. In contrast, a lithium battery in which the electrolyte is changed to a solid electrolyte layer to make the battery completely solid does not use a flammable organic solvent in the battery, so the safety device can be simplified, and the manufacturing cost and productivity It is considered excellent.

このような全固体電池の分野において、従来から、正極活物質および固体電解質材料の界面に着目し、全固体電池の性能向上を図る試みがある。例えば、正極活物質の表面をLiNbOで被覆することで、正極活物質および固体電解質材料の界面を低減させることが知られている。しかしながら、正極活物質の表面をLiNbOで被覆すると、初期段階では、正極活物質および固体電解質材料の界面抵抗を低減させることができるものの、経時的には、界面抵抗が増加してしまう問題があった。それに対して、例えば、特許文献1においては、ポリアニオン構造含有化合物からなる反応抑制部で表面を被覆した正極活物質を用いた全固体電池が開示されている。これは、正極活物質の表面を、電気化学的安定性の高いポリアニオン構造部を有する化合物で被覆することにより、正極活物質および固体電解質材料の界面抵抗の経時的な増加を抑制し、電池の高耐久化を図ったものである。一方、非特許文献1では、LiPOで表面を被覆したLiCoO(正極活物質)を用いたポリマー電池が開示されている。これは、LiCoOの表面をLiPOで被覆することにより、LiCoOと高分子固体電解質との界面で起こる高分子固体電解質の酸化分解を抑制し、電池の高出力・高容量化を図ったものである。 In the field of such all solid state batteries, there have been attempts to improve the performance of all solid state batteries by focusing attention on the interface between the positive electrode active material and the solid electrolyte material. For example, it is known to reduce the interface between the positive electrode active material and the solid electrolyte material by coating the surface of the positive electrode active material with LiNbO 3 . However, when the surface of the positive electrode active material is coated with LiNbO 3 , the interface resistance between the positive electrode active material and the solid electrolyte material can be reduced in the initial stage, but the interface resistance increases over time. there were. On the other hand, for example, Patent Document 1 discloses an all solid state battery using a positive electrode active material whose surface is covered with a reaction suppressing portion made of a polyanion structure-containing compound. This is because the surface of the positive electrode active material is coated with a compound having a highly electrochemically stable polyanion structure, thereby suppressing an increase in the interfacial resistance between the positive electrode active material and the solid electrolyte material over time. High durability is achieved. On the other hand, Non-Patent Document 1 discloses a polymer battery using LiCoO 2 (positive electrode active material) whose surface is coated with Li 3 PO 4 . This is because the surface of LiCoO 2 is coated with Li 3 PO 4 to suppress the oxidative decomposition of the polymer solid electrolyte that occurs at the interface between LiCoO 2 and the polymer solid electrolyte, thereby increasing the output and capacity of the battery. It is intended.

特開2010−135090号公報JP 2010-135090 A

Yo Kobayashi et al., “Development of high-voltage and high-capacity all-solid-state lithium secondary batteries”, Journal of Power Sources 146 (2005) 719-722Yo Kobayashi et al., “Development of high-voltage and high-capacity all-solid-state lithium secondary batteries”, Journal of Power Sources 146 (2005) 719-722

特許文献1の実施例に記載されているように、LiCoOの表面にLiPO−LiSiOからなる反応抑制部を形成することにより、正極活物質および固体電解質材料の界面抵抗の経時的な増加を抑制することができるものの、初期界面抵抗が高いという問題がある。本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、固体電解質材料との初期界面抵抗を低減することが可能な正極活物質材料を提供することを主目的とする。 As described in the example of Patent Document 1, by forming a reaction suppression portion made of Li 3 PO 4 —Li 4 SiO 4 on the surface of LiCoO 2 , the interface resistance of the positive electrode active material and the solid electrolyte material can be reduced. Although the increase over time can be suppressed, there is a problem that the initial interface resistance is high. The present invention has been made in view of the above problems, and a main object of the present invention is to provide a positive electrode active material capable of reducing initial interface resistance with a solid electrolyte material.

上記課題を解決するために、本発明においては、強塩基性を示す正極活物質と、上記正極活物質の表面を被覆するように形成され、酸性を示すポリアニオン構造部を備えるコート層とを有することを特徴とする正極活物質材料を提供する。   In order to solve the above-described problems, the present invention includes a positive electrode active material exhibiting strong basicity and a coat layer that is formed so as to cover the surface of the positive electrode active material and includes a polyanion structure that exhibits acidity. A positive electrode active material is provided.

本発明によれば、強塩基性の正極活物質の表面を被覆するように、酸性を示すポリアニオン構造部を備えるコート層が形成されていることで、正極活物質とコート層との極性(酸塩基性)が異なるため、両者の界面での親和性が向上し、界面抵抗を低下させることができる。これにより、正極活物質と固体電解質材料との初期界面抵抗を低減することができる。また、電気化学的安定性の高いポリアニオン構造部を備えるコート層が、正極活物質を被覆するように形成されているため、コート層と正極活物質および固体電解質材料との反応を抑制することができ、正極活物質と固体電解質材料との界面抵抗の経時的な増加を抑制することができる。   According to the present invention, the coating layer having an acidic polyanion structure portion is formed so as to cover the surface of the strongly basic positive electrode active material. Since the basicity is different, the affinity at the interface between the two is improved, and the interface resistance can be lowered. Thereby, the initial interface resistance between the positive electrode active material and the solid electrolyte material can be reduced. Moreover, since the coat layer provided with the polyanion structure part with high electrochemical stability is formed so as to cover the positive electrode active material, the reaction between the coat layer, the positive electrode active material, and the solid electrolyte material can be suppressed. It is possible to suppress an increase in the interfacial resistance between the positive electrode active material and the solid electrolyte material over time.

上記発明においては、上記正極活物質が、酸化物正極活物質であることが好ましい。エネルギー密度の高い正極活物質材料とすることができるからである。   In the said invention, it is preferable that the said positive electrode active material is an oxide positive electrode active material. This is because a positive electrode active material with high energy density can be obtained.

上記発明においては、上記正極活物質が、一般式LiNiCoMn(x+y+z=1であり、y≠1であり、z≠1である。)で表される化合物を主成分とすることが好ましい。 In the above invention, the positive electrode active material is composed mainly of a compound represented by the general formula LiNi x Co y Mn z O 2 (x + y + z = 1, y ≠ 1, and z ≠ 1). It is preferable to do.

上記発明においては、上記ポリアニオン構造部が、PO 3−またはBO 3−であることが好ましい。正極活物質と固体電解質材料との初期界面抵抗を効果的に低減することができるからである。 In the above invention, the polyanion structure is preferably PO 4 3- or BO 3 is 3. This is because the initial interface resistance between the positive electrode active material and the solid electrolyte material can be effectively reduced.

また、本発明においては、上述した正極活物質材料と、上記正極活物質と反応し高抵抗層を形成する高抵抗層形成固体電解質材料とを含有することを特徴とする正極活物質層を提供する。   The present invention also provides a positive electrode active material layer comprising the above-described positive electrode active material and a high resistance layer-forming solid electrolyte material that reacts with the positive electrode active material to form a high resistance layer. To do.

本発明によれば、上述した正極活物質材料を用いることにより、正極活物質と固体電解質材料との初期界面抵抗を低減することができ、出力特性に優れた正極活物質層とすることができる。また、正極活物質と固体電解質材料との界面抵抗の経時的な増加を抑制することができ、耐久性に優れた正極活物質層とすることができる。   According to the present invention, by using the positive electrode active material described above, the initial interface resistance between the positive electrode active material and the solid electrolyte material can be reduced, and a positive electrode active material layer having excellent output characteristics can be obtained. . Moreover, the increase in the interfacial resistance between the positive electrode active material and the solid electrolyte material over time can be suppressed, and a positive electrode active material layer having excellent durability can be obtained.

また、本発明においては、正極活物質層と、負極活物質層と、上記正極活物質層および上記負極活物質層の間に形成された固体電解質層とを有する全固体電池であって、上記正極活物質層が、上述した正極活物質層であることを特徴とする全固体電池を提供する。   Further, in the present invention, an all-solid battery having a positive electrode active material layer, a negative electrode active material layer, and a solid electrolyte layer formed between the positive electrode active material layer and the negative electrode active material layer, An all-solid-state battery is provided in which the positive electrode active material layer is the positive electrode active material layer described above.

本発明によれば、上述した正極活物質層を用いることにより、正極活物質と固体電解質材料との初期界面抵抗を低減することができ、出力特性に優れた全固体電池とすることができる。また、正極活物質と固体電解質材料との界面抵抗の経時的な増加を抑制することができ、耐久性に優れた全固体電池とすることができる。   According to the present invention, by using the positive electrode active material layer described above, the initial interface resistance between the positive electrode active material and the solid electrolyte material can be reduced, and an all-solid battery excellent in output characteristics can be obtained. In addition, an increase in the interfacial resistance between the positive electrode active material and the solid electrolyte material over time can be suppressed, and an all-solid battery excellent in durability can be obtained.

また、本発明においては、強塩基性を示す正極活物質と、上記正極活物質の表面を被覆するように形成され、酸性を示すポリアニオン構造部を備えるコート層とを有する正極活物質材料の製造方法であって、上記酸性を示すポリアニオン構造部を有する化合物を含有するコート層形成用塗工液を調製する調製工程と、上記正極活物質の表面を上記コート層形成用塗工液で被覆する被覆工程と、上記コート層形成用塗工液で表面を被覆された上記正極活物質を熱処理し、上記コート層を形成する熱処理工程とを有することを特徴とする正極活物質材料の製造方法を提供する。   In the present invention, a positive electrode active material having a strong basicity and a coat layer formed so as to cover the surface of the positive electrode active material and having a polyanion structure portion exhibiting acidity are produced. A method for preparing a coating layer forming coating solution containing a compound having a polyanion structure part exhibiting acidity, and coating the surface of the positive electrode active material with the coating layer forming coating solution A method for producing a positive electrode active material comprising: a coating step; and a heat treatment step of heat-treating the positive electrode active material whose surface is coated with the coating layer forming coating solution to form the coat layer. provide.

本発明によれば、強塩基性を示す正極活物質の表面を被覆するように、酸性を示すポリアニオン構造部を備えるコート層を形成することで、正極活物質およびコート層の極性(酸塩基性)の違いから濡れ性が向上し、正極活物質とコート層との界面抵抗を低下させることができ、正極活物質と固体電解質材料との初期界面抵抗を低減することが可能な正極活物質材料を得ることができる。また、電気化学的安定性の高いポリアニオン構造部を備えるコート層で正極活物質の表面を被覆するため、正極活物質と固体電解質材料との界面抵抗の経時的な増加を抑制することができる。   According to the present invention, the polarity (acid-basic) of the positive electrode active material and the coat layer is formed by forming the coat layer including the polyanion structure portion showing acidity so as to cover the surface of the positive electrode active material showing strong basicity. ), The wettability is improved, the interface resistance between the cathode active material and the coating layer can be reduced, and the initial interface resistance between the cathode active material and the solid electrolyte material can be reduced. Can be obtained. Moreover, since the surface of the positive electrode active material is coated with a coating layer having a polyanion structure portion having high electrochemical stability, it is possible to suppress an increase in the interfacial resistance between the positive electrode active material and the solid electrolyte material over time.

本発明においては、固体電解質材料との初期界面抵抗を低減することが可能な正極活物質材料を得ることができるという効果を奏する。   In this invention, there exists an effect that the positive electrode active material material which can reduce initial stage interface resistance with a solid electrolyte material can be obtained.

本発明の正極活物質材料の一例を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows an example of the positive electrode active material material of this invention. 本発明の正極活物質層の一例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows an example of the positive electrode active material layer of this invention. 本発明の全固体電池の発電要素の一例を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows an example of the electric power generation element of the all-solid-state battery of this invention. 本発明の正極活物質材料の製造方法の一例を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows an example of the manufacturing method of the positive electrode active material of this invention. 実施例1、2および比較例1、2で得られた正極活物質材料の表面のXPS測定による組成分析の結果を示すグラフである。It is a graph which shows the result of the composition analysis by XPS measurement of the surface of the positive electrode active material material obtained in Example 1, 2 and Comparative Example 1, 2. 実施例1、2、比較例1、2および参考例1、2で得られた全固体電池の初期界面抵抗測定の結果を示すグラフである。It is a graph which shows the result of the initial stage interface resistance measurement of the all-solid-state battery obtained in Example 1, 2, Comparative Example 1, 2 and Reference Example 1,2.

以下、本発明の正極活物質材料、正極活物質層、全固体電池および正極活物質材料の製造方法について、詳細に説明する。   Hereinafter, the positive electrode active material, the positive electrode active material layer, the all-solid battery, and the method for producing the positive electrode active material of the present invention will be described in detail.

A.正極活物質材料
まず、本発明の正極活物質材料について説明する。本発明の正極活物質材料は、強塩基性を示す正極活物質と、上記正極活物質の表面を被覆するように形成され、酸性を示すポリアニオン構造部を備えるコート層とを有することを特徴とするものである。
A. First, the positive electrode active material of the present invention will be described. The positive electrode active material of the present invention is characterized by having a positive basic active material exhibiting strong basicity and a coating layer formed so as to cover the surface of the positive active material and having a polyanion structure portion exhibiting acidity. To do.

図1は、本発明の正極活物質材料の一例を示す概略断面図である。図1に示される正極活物質材料1は、正極活物質2と、正極活物質2の表面を被覆するように形成されたコート層3とを有する。図1において、正極活物質2は強塩基性を示すものであり、コート層3は酸性を示すポリアニオン構造部を備えるものである。   FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing an example of the positive electrode active material of the present invention. A positive electrode active material 1 shown in FIG. 1 has a positive electrode active material 2 and a coat layer 3 formed so as to cover the surface of the positive electrode active material 2. In FIG. 1, the positive electrode active material 2 exhibits strong basicity, and the coat layer 3 includes a polyanion structure portion exhibiting acidity.

本発明によれば、強塩基性の正極活物質の表面を被覆するように、酸性を示すポリアニオン構造部を備えるコート層が形成されていることで、正極活物質とコート層との極性(酸塩基性)が異なるため、両者の界面での親和性が向上し、界面抵抗を低下させることができる。これにより、正極活物質と固体電解質材料との初期界面抵抗を低減することができる。また、電気化学的安定性の高いポリアニオン構造部を備えるコート層が、正極活物質を被覆するように形成されているため、コート層と正極活物質および固体電解質材料との反応を抑制することができ、正極活物質と固体電解質材料との界面抵抗の経時的な増加を抑制することができる。
なお、正極活物質とコート層との界面での親和性が向上するとは、具体的には、酸性構造部と塩基性構造部とが中和反応し、結合することで表面エネルギーが低下することが推定される。
以下、本発明の正極活物質材料について、構成ごとに説明する。
According to the present invention, the coating layer having an acidic polyanion structure portion is formed so as to cover the surface of the strongly basic positive electrode active material. Since the basicity is different, the affinity at the interface between the two is improved, and the interface resistance can be lowered. Thereby, the initial interface resistance between the positive electrode active material and the solid electrolyte material can be reduced. Moreover, since the coat layer provided with the polyanion structure part with high electrochemical stability is formed so as to cover the positive electrode active material, the reaction between the coat layer, the positive electrode active material, and the solid electrolyte material can be suppressed. It is possible to suppress an increase in the interfacial resistance between the positive electrode active material and the solid electrolyte material over time.
Note that the affinity at the interface between the positive electrode active material and the coating layer is improved. Specifically, the acidic structure portion and the basic structure portion are neutralized and bonded, thereby reducing the surface energy. Is estimated.
Hereinafter, the positive electrode active material of the present invention will be described for each configuration.

1.正極活物質
まず、本発明における正極活物質について説明する。本発明における正極活物質は、強塩基性を示すものであり、目的とする全固体電池の伝導イオンの種類により異なるものである。例えば、本発明の正極活物質材料が全固体リチウム二次電池に用いられる場合、正極活物質は、Liイオンを吸蔵・放出する。また、本発明における正極活物質は、通常、後述する固体電解質材料(高抵抗層形成固体電解質材料)と反応し高抵抗層を形成するものである。高抵抗層の形成は、透過型電子顕微鏡(TEM)、エネルギー分散型X線分光法(EDX)により確認することができる。
1. First, the positive electrode active material in the present invention will be described. The positive electrode active material in the present invention exhibits strong basicity, and differs depending on the type of conductive ions of the intended all solid state battery. For example, when the positive electrode active material of the present invention is used for an all-solid lithium secondary battery, the positive electrode active material occludes and releases Li ions. Moreover, the positive electrode active material in the present invention usually reacts with a solid electrolyte material (high resistance layer forming solid electrolyte material) described later to form a high resistance layer. Formation of the high resistance layer can be confirmed by a transmission electron microscope (TEM) and energy dispersive X-ray spectroscopy (EDX).

本発明における正極活物質は、強塩基性を示すことを大きな特徴とする。本発明において、「強塩基性」とは、100mlの水に2molの正極活物質を添加してなる正極活物質含有水溶液を攪拌し、平衡に達したときの上記正極活物質含有水溶液のpH値が10以上であることをいう。上記pH値が10以上であることにより、従来のニオブ酸化物(例えば、LiNbO)で表面を被覆した正極活物質と同等の、固体電解質材料との初期界面抵抗を得ることができる。なお、平衡に達するまでの攪拌時間は、正極活物質によって異なるものであるが、例えば、5分〜15分程度である。また、pHの測定方法としては、pHメーター、リトマス試験紙等を用いることができる。 The positive electrode active material in the present invention is greatly characterized by showing strong basicity. In the present invention, “strongly basic” means that the pH value of the positive electrode active material-containing aqueous solution when the positive electrode active material-containing aqueous solution obtained by adding 2 mol of the positive electrode active material to 100 ml of water and reaching equilibrium is reached. Is 10 or more. When the pH value is 10 or more, it is possible to obtain an initial interface resistance with a solid electrolyte material equivalent to a positive electrode active material whose surface is coated with a conventional niobium oxide (for example, LiNbO 3 ). In addition, although the stirring time until it reaches | attains equilibrium changes with positive electrode active materials, it is about 5 to 15 minutes, for example. Moreover, as a measuring method of pH, a pH meter, a litmus paper, etc. can be used.

ここで、上記の特許文献1においては、LiCoOからなる正極活物質層上に、LiPO−LiSiOからなる反応抑制部、すなわちコート層が形成された正極を用いた全固体電池が開示されている(特許文献1の実施例1)。この実施例に用いられているLiCoO(正極活物質)は、上記pH値が9であり、強塩基性を示すものではない。そのため、酸性を示すポリアニオン構造部であるPO 4−との濡れ性があまり良くなく、正極活物質とコート層との界面抵抗が高くなると考えられ、結果として、後述する比較例1で示すように、正極活物質層と固体電解質層との初期界面抵抗が高くなってしまう。これに対して、本発明における正極活物質は、上記pH値が10以上であり、強塩基性を示すものであることから、上記濡れ性が良くなり、正極活物質とコート層との界面抵抗を低くすることができると考えられる。したがって、後述する実施例1で示すように、正極活物質層と固体電解質層との初期界面抵抗を低減することができる。 Here, in Patent Document 1 described above, the positive electrode active material layer made of LiCoO 2, Li 3 PO 4 -Li 4 reaction suppressing portion made of SiO 4, i.e. the total solids comprising the positive electrode coating layer is formed A battery is disclosed (Example 1 of Patent Document 1). LiCoO 2 (positive electrode active material) used in this example has a pH value of 9 and does not exhibit strong basicity. Therefore, it is considered that the wettability with PO 4 4− which is a polyanion structure part exhibiting acidity is not so good and the interface resistance between the positive electrode active material and the coating layer is increased, and as a result, as shown in Comparative Example 1 described later. In addition, the initial interface resistance between the positive electrode active material layer and the solid electrolyte layer is increased. On the other hand, since the positive electrode active material in the present invention has a pH value of 10 or more and exhibits strong basicity, the wettability is improved and the interface resistance between the positive electrode active material and the coating layer is improved. It is thought that it can be lowered. Therefore, as shown in Example 1 described later, the initial interface resistance between the positive electrode active material layer and the solid electrolyte layer can be reduced.

本発明における正極活物質としては、強塩基性を示し、高抵抗層形成固体電解質材料と反応し高抵抗層を形成するものであれば特に限定されるものではないが、中でも、酸化物正極活物質が好ましい。酸化物正極活物質を用いることにより、エネルギー密度の高い正極活物質材料とすることができるからである。本発明の正極活物質材料が全固体リチウム電池に用いられる場合、用いられる酸化物正極活物質としては、例えば、一般式LiNiCoMn(x+y+z=1であり、y≠1であり、z≠1である。)で表される化合物を主成分とする正極活物質を挙げることができる。上記xの範囲は、0≦x=1であり、上記yの範囲は、0≦y<1であり、上記zの範囲は、0≦z<1である。このような化合物としては、具体的には、LiNiO、LiNi1/3Co1/3Mn1/3等を挙げることができる。
また、上記一般式LiNiCoMn以外の酸化物正極活物質としては、一般式LiNi1−x(MはNi以外の金属元素から選択される少なくとも一種であり、0.5<x<1である。)で表される化合物を主成分とする正極活物質を挙げることができる。上記Mとしては、例えば、Co、Al、Fe等を挙げることができる。このような化合物としては、具体的には、LiNi0.8Co0.2、LiNi0.85Co0.10Al0.05等を挙げることができる。
さらに、酸化物正極活物質として、一般式X(Li(Li1/32/3)O)・Y(LiM’O)(Mは4価の金属元素から選択される少なくとも一種であり、M’は遷移金属元素から選択される少なくとも一種であり、0<X<1であり、0<Y<1であり、X+Y=1である。)で表される組成物を主成分とする正極活物質を用いても良い。上記Mとしては、例えば、Mn等を挙げることができる。また、上記M’としては、例えば、Ni、Mn、Co、Fe等を挙げることができる。このような組成物としては、具体的には、Li1.2Mn0.5Ni0.15Co0.15等を挙げることができる。
なお、本発明において、「主成分とする」とは、本発明の効果を発揮することができる程度に、正極活物質が上記一般式で表される化合物または組成物を含有することをいう。具体的には、正極活物質を構成する全ての材料に対する、上記一般式で表される化合物または組成物の割合が、50mol%以上であることをいう。中でも、本発明においては、上記割合が、60mol%以上であることが好ましく、70mol%以上であることがより好ましく、80mol%以上であることがさらに好ましく、90mol%以上であることが特に好ましい。また、本発明においては、正極活物質が上記一般式で表される化合物または組成物のみからなるものであっても良い。
The positive electrode active material in the present invention is not particularly limited as long as it exhibits strong basicity and reacts with the high-resistance layer-forming solid electrolyte material to form a high-resistance layer. Substances are preferred. This is because a positive electrode active material with high energy density can be obtained by using an oxide positive electrode active material. When the positive electrode active material of the present invention is used in an all-solid lithium battery, examples of the oxide positive electrode active material used include, for example, the general formula LiNi x Co y Mn z O 2 (x + y + z = 1, y ≠ 1 Yes, z ≠ 1)), and a positive electrode active material whose main component is a compound represented by: The range of x is 0 ≦ x = 1, the range of y is 0 ≦ y <1, and the range of z is 0 ≦ z <1. Specific examples of such a compound include LiNiO 2 and LiNi 1/3 Co 1/3 Mn 1/3 O 2 .
The oxide positive electrode active material other than the general formula LiNi x Co y Mn z O 2 is a general formula LiNi 1-x M x O 2 (M is at least one selected from metal elements other than Ni, 0.5 <x <1)), and a positive electrode active material whose main component is a compound represented by: Examples of M include Co, Al, and Fe. Specific examples of such a compound include LiNi 0.8 Co 0.2 O 2 and LiNi 0.85 Co 0.10 Al 0.05 O 2 .
Further, as the oxide positive electrode active material, the general formula X (Li (Li 1/3 M 2/3 ) O 2 ) · Y (LiM′O 2 ) (M is at least one selected from tetravalent metal elements. M ′ is at least one selected from transition metal elements, 0 <X <1, 0 <Y <1, and X + Y = 1.) A positive electrode active material may be used. Examples of M include Mn. Examples of M ′ include Ni, Mn, Co, and Fe. Specific examples of such a composition include Li 1.2 Mn 0.5 Ni 0.15 Co 0.15 O 2 and the like.
In the present invention, “mainly comprising” means that the positive electrode active material contains a compound or composition represented by the above general formula to such an extent that the effects of the present invention can be exhibited. Specifically, the proportion of the compound or composition represented by the above general formula with respect to all the materials constituting the positive electrode active material is 50 mol% or more. Among these, in the present invention, the ratio is preferably 60 mol% or more, more preferably 70 mol% or more, further preferably 80 mol% or more, and particularly preferably 90 mol% or more. Moreover, in this invention, a positive electrode active material may consist only of a compound or composition represented by the said general formula.

正極活物質の形状としては、例えば、粒子形状を挙げることができ、中でも、真球状または楕円球状であることが好ましい。また、正極活物質が粒子形状である場合、その平均粒径は、例えば、0.1μm〜50μmの範囲内であることが好ましい。   Examples of the shape of the positive electrode active material include a particle shape, and among them, a true spherical shape or an elliptical spherical shape is preferable. Moreover, when a positive electrode active material is a particle shape, it is preferable that the average particle diameter exists in the range of 0.1 micrometer-50 micrometers, for example.

2.コート層
次に、本発明におけるコート層について説明する。本発明におけるコート層は、上記正極活物質の表面を被覆するように形成され、酸性を示すポリアニオン構造部を備えるものである。上記コート層は、電池使用時に生じる、正極活物質と、高抵抗層形成固体電解質材料との反応を抑制する機能を有する。本発明においては、コート層が酸性を示すポリアニオン構造部を備えるため、上述した強塩基性を示す正極活物質に対して濡れ性が良くなり、正極活物質とコート層との界面抵抗を低下させることができ、その結果、固体電解質材料との初期界面抵抗を低減することができる。
2. Next, the coat layer in the present invention will be described. The coating layer in this invention is formed so that the surface of the said positive electrode active material may be coat | covered, and is provided with the polyanion structure part which shows the acidity. The coat layer has a function of suppressing the reaction between the positive electrode active material and the high-resistance layer-forming solid electrolyte material that occurs when the battery is used. In the present invention, since the coating layer has an acidic polyanion structure, wettability is improved with respect to the positive active material having strong basicity described above, and the interface resistance between the positive active material and the coating layer is reduced. As a result, the initial interface resistance with the solid electrolyte material can be reduced.

本発明におけるコート層は、酸性を示すポリアニオン構造部を備えることを大きな特徴とする。本発明において、「酸性」とは、本発明の効果を得ることができる程度に、上述した強塩基性を示す正極活物質との界面で親和性を示すことができる性質をいう。具体的には、ポリアニオン構造部が水素化物になったときに、1段階目の酸解離定数(pKa)が10以下であることをいう。水素化物とは、例えば、PO 3−ならば、HPO(pKa=2.12)、BO 3−ならば、HBO(pKa=9.24)のことである。酸解離定数の測定方法としては、中和滴定を行い、滴定曲線を作成し、この滴定曲線をもとに、pH値から酸解離定数を求める方法等を挙げることができる。 The coating layer according to the present invention is characterized by having a polyanion structure portion showing acidity. In the present invention, “acidic” refers to a property capable of exhibiting affinity at the interface with the above-described positive active material exhibiting strong basicity to such an extent that the effects of the present invention can be obtained. Specifically, it means that the acid dissociation constant (pKa) at the first stage is 10 or less when the polyanion structure becomes a hydride. The hydrides such, PO 4 3- If, H 3 PO 4 (pKa = 2.12), BO 3 3- If, is that of H 3 BO 3 (pKa = 9.24 ). Examples of the method for measuring the acid dissociation constant include neutralization titration, preparing a titration curve, and obtaining the acid dissociation constant from the pH value based on the titration curve.

また、上記コート層が備えるポリアニオン構造部は、通常、複数の酸素元素と共有結合した中心元素から構成されるものである。中心元素および酸素元素が共有結合しているため、電気化学的安定性を高くすることができる。本発明においては、中心元素の電気陰性度と、酸素元素の電気陰性度との差が、1.7以下であることが好ましい。安定な共有結合を形成することができるからである。ここで、Paulingの電気陰性度において、酸素元素の電気陰性度は、3.44であることを考慮すると、ポリアニオン構造部の中心元素の電気陰性度は、1.74以上であることが好ましい。さらに、本発明において、中心元素の電気陰性度は、1.8以上であることが好ましく、1.9以上であることがより好ましい。より安定な共有結合を形成することができるからである。以下、参考のため、Paulingの電気陰性度における第12族〜第16族に属する元素の電気陰性度を表1に示す。なお、下記の表1には示していないが、従来のニオブ酸化物(例えば、LiNbO)で用いられるNbの電気陰性度は、1.60である。 Moreover, the polyanion structure part with which the said coating layer is provided is normally comprised from the central element covalently bonded with the some oxygen element. Since the central element and the oxygen element are covalently bonded, the electrochemical stability can be increased. In the present invention, the difference between the electronegativity of the central element and the electronegativity of the oxygen element is preferably 1.7 or less. This is because a stable covalent bond can be formed. Here, in the Pauling electronegativity, the electronegativity of the oxygen element is preferably 3.44, considering that the electronegativity of the oxygen element is 3.44. Furthermore, in the present invention, the electronegativity of the central element is preferably 1.8 or more, and more preferably 1.9 or more. This is because a more stable covalent bond can be formed. For reference, Table 1 shows electronegativity of elements belonging to Groups 12 to 16 in Pauling electronegativity. Although not shown in Table 1 below, the electronegativity of Nb used in a conventional niobium oxide (for example, LiNbO 3 ) is 1.60.

Figure 0005601157
Figure 0005601157

本発明におけるポリアニオン構造部は、酸性を示し、複数の酸素元素と共有結合した中心元素から構成されるものであれば、特に限定されるものではないが、例えば、PO 3−、BO 3−、SO 2−、CO 2−、NO 等を挙げることができ、中でも、PO 3−およびBO 3−が好ましい。正極活物質と固体電解質材料との初期界面抵抗を効果的に低減することができるからである。 The polyanion structure in the present invention is not particularly limited as long as it is acidic and is composed of a central element covalently bonded to a plurality of oxygen elements. For example, PO 4 3− , BO 3 3 − , SO 4 2− , CO 3 2− , NO 3 − and the like can be mentioned, among which PO 4 3− and BO 3 3− are preferable. This is because the initial interface resistance between the positive electrode active material and the solid electrolyte material can be effectively reduced.

本発明におけるコート層は、上述したポリアニオン構造部を複数備えるものであっても良く、上述したポリアニオン構造部に加えて、SiO 4−をさらに備えるものであっても良い。SiO 4−を有することにより、イオン伝導性を向上させることができる。なお、SiO 4−は中性を示すポリアニオン構造部であるため、コート層の極性(酸塩基性)にはあまり影響を及ぼさないと考えられる。このようなコート層は、例えば、酸性を示すポリアニオン構造部を有する化合物およびSiO 4−を有する化合物を含有する前駆体溶液を調製し、その前駆体溶液を用いた液相法(例えば、ゾルゲル法)により、形成することができる。また、CVD法およびPVD法等の気相法を用いても良い。 The coat layer in the present invention may include a plurality of the polyanion structure parts described above, or may further include SiO 4 4- in addition to the polyanion structure parts described above. By having SiO 4 4− , ion conductivity can be improved. Since SiO 4 4− is a neutral polyanion structure, it is considered that the polarity (acid basicity) of the coating layer is not significantly affected. Such a coating layer is prepared, for example, by preparing a precursor solution containing a compound having a polyanion structure portion exhibiting acidity and a compound having SiO 4 4− and a liquid phase method (for example, sol-gel) using the precursor solution. Method). Further, a vapor phase method such as a CVD method or a PVD method may be used.

また、本発明におけるコート層は、上述した酸性を示すポリアニオン構造部の他に、通常、伝導イオンとなる金属元素から構成されるカチオン部を備える。すなわち、上記コート層は、通常、上記ポリアニオン構造部および上記カチオン部を有するポリアニオン構造含有化合物からなるものである。上記カチオン部における金属元素は、本発明の正極活物質材料が用いられる全固体電池の種類に応じて異なるものであるが、例えば、LiおよびNa等のアルカリ金属元素、並びに、MgおよびCa等のアルカリ土類金属元素等を挙げることができ、中でもアルカリ金属元素が好ましく、特にLiが好ましい。すなわち、本発明においては、上記カチオン部がLiであることが好ましい。種々の用途に有用な全固体リチウム電池を得ることができるからである。 Moreover, the coating layer in this invention is equipped with the cation part normally comprised from the metal element used as a conduction ion other than the polyanion structure part which shows the acidity mentioned above. That is, the coat layer is usually composed of a polyanion structure-containing compound having the polyanion structure part and the cation part. The metal element in the cation portion differs depending on the type of the all-solid battery in which the positive electrode active material of the present invention is used. For example, alkali metal elements such as Li and Na, and Mg and Ca are used. An alkaline earth metal element etc. can be mentioned, Among these, an alkali metal element is preferable and especially Li is preferable. That is, in the present invention, the cation part is preferably Li + . This is because all-solid lithium batteries useful for various applications can be obtained.

また、本発明におけるコート層は、非晶質のポリアニオン構造含有化合物からなるものであることが好ましい。非晶質のポリアニオン構造含有化合物を用いることにより、薄く均一なコート層を形成でき、被覆率を高めることで、本発明の効果を充分に発揮させることができるからである。また、非晶質のポリアニオン構造含有化合物は、イオン伝導性が高いため、本発明の正極活物質材料を全固体電池に用いることで、電池の高出力化を図ることができる。なお、非晶質のポリアニオン構造含有化合物は、X線回折(XRD)測定により確認することができる。   Moreover, it is preferable that the coat layer in this invention consists of an amorphous polyanion structure containing compound. This is because by using an amorphous polyanion structure-containing compound, a thin and uniform coat layer can be formed, and by increasing the coverage, the effects of the present invention can be sufficiently exerted. In addition, since the amorphous polyanion structure-containing compound has high ion conductivity, the output of the battery can be increased by using the positive electrode active material of the present invention for an all-solid battery. The amorphous polyanion structure-containing compound can be confirmed by X-ray diffraction (XRD) measurement.

また、正極活物質の表面を被覆するように形成されるコート層の厚さは、本発明の正極活物質材料を全固体電池に用いた場合に、正極活物質と固体電解質材料とが反応を生じない程度の厚さであることが好ましく、例えば、1nm〜500nmの範囲内であることが好ましく、2nm〜100nmの範囲内であることがより好ましい。コート層の厚さが小さすぎると、正極活物質と固体電解質材料とが反応する可能性があるからであり、コート層の厚さが大きすぎると、イオン伝導性が低下する可能性があるからである。なお、上記コート層の厚さは、例えば、走査型電子顕微鏡(SEM)や透過型電子顕微鏡(TEM)等を用いた画像解析に基づいて測定された平均値を用いることができる。
また、コート層は、正極活物質のより多くの面積を被覆していることが好ましく、正極活物質の表面の全てを被覆していることがより好ましい。本発明の効果をより発揮することができるからである。具体的には、正極活物質の表面を被覆するように形成されるコート層の被覆率は、例えば、20%以上であることが好ましく、50%以上であることがより好ましい。なお、上記コート層の被覆率の測定方法としては、例えば、TEM、XPS等を挙げることができる。
The thickness of the coating layer formed so as to cover the surface of the positive electrode active material is such that when the positive electrode active material of the present invention is used for an all-solid battery, the positive electrode active material and the solid electrolyte material react with each other. The thickness is preferably such that it does not occur. For example, the thickness is preferably in the range of 1 nm to 500 nm, and more preferably in the range of 2 nm to 100 nm. This is because if the thickness of the coat layer is too small, the positive electrode active material and the solid electrolyte material may react, and if the thickness of the coat layer is too large, the ion conductivity may be reduced. It is. In addition, the average value measured based on the image analysis using a scanning electron microscope (SEM), a transmission electron microscope (TEM), etc. can be used for the thickness of the said coating layer, for example.
The coat layer preferably covers a larger area of the positive electrode active material, and more preferably covers the entire surface of the positive electrode active material. It is because the effect of the present invention can be exhibited more. Specifically, the coverage of the coating layer formed so as to cover the surface of the positive electrode active material is, for example, preferably 20% or more, and more preferably 50% or more. In addition, as a measuring method of the coating rate of the said coating layer, TEM, XPS etc. can be mentioned, for example.

本発明におけるコート層の形成方法としては、例えば、転動流動コーティング法(ゾルゲル法)、CVD法およびPVD法等を挙げることができる。   Examples of the method for forming a coat layer in the present invention include a rolling fluid coating method (sol-gel method), a CVD method, and a PVD method.

3.正極活物質材料
本発明の正極活物質材料の製造方法としては、上述した正極活物質材料を得ることができる方法であれば特に限定されるものではなく、例えば、後述の「D.正極活物質材料の製造方法」に記載する方法等を挙げることができる。
また、本発明の正極活物質材料は、例えば、全固体電池の正極活物質として用いられることが好ましい。正極活物質と固体電解質材料との初期界面抵抗を低減することができ、かつ、正極活物質と固体電解質材料との界面抵抗の経時的な増加を抑制することができるからである。これにより、出力特性および耐久性に優れた全固体電池を得ることができる。
3. Cathode active material The method for producing the cathode active material of the present invention is not particularly limited as long as it is a method capable of obtaining the above-described cathode active material. For example, “D. Examples include the method described in “Material Production Method”.
Moreover, it is preferable that the positive electrode active material of this invention is used as a positive electrode active material of an all-solid-state battery, for example. This is because the initial interface resistance between the positive electrode active material and the solid electrolyte material can be reduced, and an increase in the interface resistance between the positive electrode active material and the solid electrolyte material over time can be suppressed. Thereby, an all-solid-state battery excellent in output characteristics and durability can be obtained.

B.正極活物質層
次に、本発明の正極活物質層について説明する。本発明の正極活物質層は、上述した正極活物質材料と、上記正極活物質と反応し高抵抗層を形成する高抵抗層形成固体電解質材料とを含有することを特徴とするものである。
B. Next, the positive electrode active material layer of the present invention will be described. The positive electrode active material layer of the present invention is characterized by containing the positive electrode active material described above and a high resistance layer forming solid electrolyte material that reacts with the positive electrode active material to form a high resistance layer.

図2は、本発明の正極活物質層の一例を示す説明図である。図2に示される正極活物質層11は、正極活物質材料1と、正極活物質2と反応し高抵抗層(図示せず)を形成する高抵抗層形成固体電解質材料4とを含有するものである。また、正極活物質材料1は、正極活物質2と、正極活物質2の表面を被覆するように形成されたコート層3とを有する。本発明においては、正極活物質材料1が、上記「A.正極活物質材料」に記載した正極活物質材料であることを大きな特徴とする。   FIG. 2 is an explanatory diagram showing an example of the positive electrode active material layer of the present invention. The positive electrode active material layer 11 shown in FIG. 2 contains a positive electrode active material 1 and a high resistance layer-forming solid electrolyte material 4 that reacts with the positive electrode active material 2 to form a high resistance layer (not shown). It is. The positive electrode active material 1 has a positive electrode active material 2 and a coat layer 3 formed so as to cover the surface of the positive electrode active material 2. The present invention is characterized in that the positive electrode active material 1 is the positive electrode active material described in “A. Positive electrode active material”.

本発明によれば、上述した正極活物質材料を用いることにより、正極活物質と固体電解質材料との初期界面抵抗を低減することができ、出力特性に優れた正極活物質層とすることができる。また、正極活物質と固体電解質材料との界面抵抗の経時的な増加を抑制することができ、耐久性に優れた正極活物質層とすることができる。
以下、本発明の正極活物質層について、構成ごとに説明する。
According to the present invention, by using the positive electrode active material described above, the initial interface resistance between the positive electrode active material and the solid electrolyte material can be reduced, and a positive electrode active material layer having excellent output characteristics can be obtained. . Moreover, the increase in the interfacial resistance between the positive electrode active material and the solid electrolyte material over time can be suppressed, and a positive electrode active material layer having excellent durability can be obtained.
Hereinafter, the positive electrode active material layer of the present invention will be described for each configuration.

1.正極活物質材料
本発明における正極活物質材料については、上記「A.正極活物質材料」に記載した内容と同様であるので、ここでの記載は省略する。正極活物質層における正極活物質材料の含有量は、例えば、10体積%〜99体積%の範囲内であることが好ましく、20体積%〜99体積%の範囲内であることがより好ましい。
1. Positive electrode active material The positive electrode active material in the present invention is the same as the content described in the above-mentioned “A. Positive electrode active material”, and therefore description thereof is omitted here. The content of the positive electrode active material in the positive electrode active material layer is, for example, preferably in the range of 10% by volume to 99% by volume, and more preferably in the range of 20% by volume to 99% by volume.

2.高抵抗層形成固体電解質材料
次に、本発明における高抵抗層形成固体電解質材料について説明する。本発明における高抵抗層形成固体電解質材料は、正極活物質と反応し高抵抗層を形成するものである。高抵抗層の形成は、透過型電子顕微鏡(TEM)、エネルギー分散型X線分光法(EDX)により確認することができる。本発明の正極活物質層は、高抵抗層形成固体電解質材料を含有することにより、イオン伝導性を向上させることができる。
2. Next, the high resistance layer-forming solid electrolyte material in the present invention will be described. The high-resistance layer-forming solid electrolyte material in the present invention reacts with the positive electrode active material to form a high-resistance layer. Formation of the high resistance layer can be confirmed by a transmission electron microscope (TEM) and energy dispersive X-ray spectroscopy (EDX). The positive electrode active material layer of the present invention can improve ion conductivity by containing a high resistance layer-forming solid electrolyte material.

本発明においては、高抵抗層形成固体電解質材料が、架橋カルコゲンを有することが好ましい。正極活物質層のイオン伝導性をより向上させることができるからである。一方、架橋カルコゲンを有する固体電解質材料(架橋カルコゲン含有固体電解質材料)は、架橋カルコゲンの電気化学的安定性が相対的に低いため、従来のコート層(例えば、LiNbOからなるコート層)と反応して高抵抗層を形成しやすく、経時的な界面抵抗の増加が顕著になると考えられる。これに対して、本発明における正極活物質材料が有するコート層は、電気化学的安定性が高いため、コート層が架橋カルコゲン含有固体電解質材料と反応しにくく、高抵抗層の生成を抑制することができる。これにより、イオン伝導性を向上させつつ、界面抵抗の経時的な増加を抑制することができると考えられる。 In the present invention, the high resistance layer-forming solid electrolyte material preferably has a crosslinked chalcogen. This is because the ion conductivity of the positive electrode active material layer can be further improved. On the other hand, a solid electrolyte material having a crosslinked chalcogen (crosslinked chalcogen-containing solid electrolyte material) reacts with a conventional coating layer (for example, a coating layer made of LiNbO 3 ) because the electrochemical stability of the crosslinked chalcogen is relatively low. Therefore, it is easy to form a high resistance layer, and it is considered that the increase in interfacial resistance with time is remarkable. On the other hand, since the coating layer of the positive electrode active material in the present invention has high electrochemical stability, the coating layer hardly reacts with the cross-linked chalcogen-containing solid electrolyte material and suppresses the formation of a high resistance layer. Can do. Thereby, it is considered that an increase in interfacial resistance with time can be suppressed while improving ion conductivity.

本発明においては、上記架橋カルコゲンが、架橋硫黄(−S−)または架橋酸素(−O−)であることが好ましく、架橋硫黄であることがより好ましい。イオン伝導性に優れた固体電解質材料とすることができるからである。架橋硫黄を有する固体電解質材料としては、例えば、Li11、60LiS−40SiS、60LiS−40GeS等を挙げることができる。ここで、上記のLi11は、SP−S−PS構造と、PS構造とを有する固体電解質材料であり、SP−S−PS構造が架橋硫黄を有する。このように、本発明においては、高抵抗層形成固体電解質材料が、SP−S−PS構造を有することが好ましい。一方、架橋酸素を有する固体電解質材料としては、例えば、95(0.6LiS−0.4SiS)−5LiSiO、95(0.67LiS−0.33P)−5LiPO、95(0.6LiS−0.4GeS)−5LiPO等を挙げることができる。 In the present invention, the crosslinked chalcogen is preferably crosslinked sulfur (—S—) or crosslinked oxygen (—O—), and more preferably crosslinked sulfur. It is because it can be set as the solid electrolyte material excellent in ion conductivity. The solid electrolyte material having a crosslinked sulfur, for example, a Li 7 P 3 S 11, 60Li 2 S-40SiS 2, 60Li 2 S-40GeS 2 or the like. Here, the above Li 7 P 3 S 11 has a S 3 PS-PS 3 structure, a solid electrolyte material having a PS 4 structure, S 3 PS-PS 3 structure has a bridging sulfur . Thus, in the present invention, the high resistance layer-forming solid electrolyte material preferably has an S 3 P—S—PS 3 structure. On the other hand, as a solid electrolyte material having bridging oxygen, for example, 95 (0.6Li 2 S-0.4SiS 2 ) -5Li 4 SiO 4 , 95 (0.67Li 2 S-0.33P 2 S 5 ) -5Li 3 PO 4, may be mentioned 95 (0.6Li 2 S-0.4GeS 2 ) -5Li 3 PO 4 and the like.

また、高抵抗層形成固体電解質材料が架橋カルコゲンを有しない材料である場合、その具体例としては、75LiS−25P、Li1.3Al0.3Ti1.7(PO、Li1.3Al0.3Ge1.7(PO、Li3.25Ge0.250.75等を挙げることができる。なお、本発明においては、高抵抗層形成固体電解質材料として、硫化物固体電解質材料または酸化物固体電解質材料を用いることができる。 Moreover, when the high-resistance layer-forming solid electrolyte material is a material that does not have a crosslinked chalcogen, specific examples thereof include 75Li 2 S-25P 2 S 5 , Li 1.3 Al 0.3 Ti 1.7 (PO 4 ) 3 , Li 1.3 Al 0.3 Ge 1.7 (PO 4 ) 3 , Li 3.25 Ge 0.25 P 0.75 S 4 and the like. In the present invention, a sulfide solid electrolyte material or an oxide solid electrolyte material can be used as the high resistance layer forming solid electrolyte material.

また、高抵抗層形成固体電解質材料の形状としては、例えば、粒子形状を挙げることができ、中でも、真球状または楕円球状であることが好ましい。また、高抵抗層形成固体電解質材料が粒子形状である場合、その平均粒径は、例えば、0.1μm〜50μmの範囲内であることが好ましい。正極活物質層における高抵抗層形成固体電解質材料の含有量は、例えば、0.1体積%〜80体積%の範囲内、中でも、1体積%〜60体積%の範囲内、特に、10体積%〜50体積%の範囲内であることが好ましい。   Further, examples of the shape of the high-resistance layer-forming solid electrolyte material include a particle shape, and among them, a true spherical shape or an elliptical spherical shape is preferable. Moreover, when the high-resistance layer-forming solid electrolyte material has a particle shape, the average particle diameter is preferably in the range of 0.1 μm to 50 μm, for example. The content of the high-resistance layer-forming solid electrolyte material in the positive electrode active material layer is, for example, in the range of 0.1% by volume to 80% by volume, especially in the range of 1% by volume to 60% by volume, in particular, 10% by volume. It is preferable to be within the range of ˜50% by volume.

本発明においては、高抵抗層形成固体電解質材料の表面を被覆するように、上述したコート層が形成されていても良い。   In the present invention, the coating layer described above may be formed so as to cover the surface of the high-resistance layer-forming solid electrolyte material.

3.正極活物質層
本発明の正極活物質層は、正極活物質材料および高抵抗層形成固体電解質材料の他に、導電化材および結着材の少なくとも一つをさらに含有していても良い。導電化材としては、例えば、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、カーボンファイバー等を挙げることができる。結着材としては、例えば、PTFE、PVDF等のフッ素含有結着材を挙げることができる。また、上記正極活物質層の厚さは、例えば、0.1μm〜1000μmの範囲内であることが好ましい。また、正極活物質層の形成方法としては、例えば、正極活物質層を構成する材料を圧縮成形する方法等を挙げることができる。また、上記正極活物質層は、通常、電池に用いられるものであり、中でも、全固体電池に用いられるものであることが好ましい。
3. Positive electrode active material layer The positive electrode active material layer of the present invention may further contain at least one of a conductive material and a binder in addition to the positive electrode active material and the high-resistance layer-forming solid electrolyte material. Examples of the conductive material include acetylene black, ketjen black, and carbon fiber. Examples of the binder include fluorine-containing binders such as PTFE and PVDF. Moreover, it is preferable that the thickness of the said positive electrode active material layer exists in the range of 0.1 micrometer-1000 micrometers, for example. Moreover, as a formation method of a positive electrode active material layer, the method etc. which compression-mold the material which comprises a positive electrode active material layer can be mentioned, for example. Moreover, the said positive electrode active material layer is normally used for a battery, and it is preferable that it is especially used for an all-solid-state battery.

C.全固体電池
次に、本発明の全固体電池について説明する。本発明の全固体電池は、正極活物質層と、負極活物質層と、上記正極活物質層および上記負極活物質層の間に形成された固体電解質層とを有する全固体電池であって、上記正極活物質層が、上述した正極活物質層であることを特徴とするものである。
C. Next, the all solid state battery of the present invention will be described. The all solid state battery of the present invention is an all solid state battery having a positive electrode active material layer, a negative electrode active material layer, and a solid electrolyte layer formed between the positive electrode active material layer and the negative electrode active material layer, The positive electrode active material layer is the positive electrode active material layer described above.

図3は、本発明の全固体電池の発電要素の一例を示す説明図である。図3に示される全固体電池の発電要素20は、正極活物質層11と、負極活物質層12と、正極活物質層11および負極活物質層12の間に形成された固体電解質層13とを有する。本発明においては、正極活物質層11が、上記「B.正極活物質層」に記載した正極活物質層であることを大きな特徴とする。   FIG. 3 is an explanatory diagram showing an example of the power generation element of the all solid state battery of the present invention. The power generation element 20 of the all-solid battery shown in FIG. 3 includes a positive electrode active material layer 11, a negative electrode active material layer 12, a solid electrolyte layer 13 formed between the positive electrode active material layer 11 and the negative electrode active material layer 12, Have The present invention is greatly characterized in that the positive electrode active material layer 11 is the positive electrode active material layer described in the above “B. Positive electrode active material layer”.

本発明によれば、上述した正極活物質層を用いることにより、正極活物質と固体電解質材料との初期界面抵抗を低減することができ、出力特性に優れた全固体電池とすることができる。また、正極活物質と固体電解質材料との界面抵抗の経時的な増加を抑制することができ、耐久性に優れた全固体電池とすることができる。
以下、本発明の全固体電池について、構成ごとに説明する。
According to the present invention, by using the positive electrode active material layer described above, the initial interface resistance between the positive electrode active material and the solid electrolyte material can be reduced, and an all-solid battery excellent in output characteristics can be obtained. In addition, an increase in the interfacial resistance between the positive electrode active material and the solid electrolyte material over time can be suppressed, and an all-solid battery excellent in durability can be obtained.
Hereinafter, the all solid state battery of the present invention will be described for each configuration.

1.正極活物質層
本発明における正極活物質層については、上記「B.正極活物質層」に記載した内容と同様であるので、ここでの記載は省略する。
1. Positive Electrode Active Material Layer The positive electrode active material layer in the present invention is the same as the content described in the above “B. Positive electrode active material layer”, and therefore description thereof is omitted here.

2.固体電解質層
次に、本発明における固体電解質層について説明する。本発明における固体電解質層は、正極活物質層および負極活物質層の間に形成される層であり、固体電解質材料から構成される層である。固体電解質層に含まれる固体電解質材料は、イオン伝導性を有するものであれば特に限定されるものではない。
2. Next, the solid electrolyte layer in the present invention will be described. The solid electrolyte layer in the present invention is a layer formed between the positive electrode active material layer and the negative electrode active material layer, and is a layer composed of a solid electrolyte material. The solid electrolyte material contained in the solid electrolyte layer is not particularly limited as long as it has ion conductivity.

本発明においては、固体電解質層に含まれる固体電解質材料が、高抵抗層形成固体電解質材料であることが好ましい。本発明の効果を充分に発揮することができるからである。固体電解質層における高抵抗層形成固体電解質材料の含有量は、所望の絶縁性が得られる割合であれば特に限定されるものではないが、例えば、10体積%〜100体積%の範囲内、中でも、50体積%〜100体積%の範囲内であることが好ましい。特に、本発明においては、固体電解質層が高抵抗層形成固体電解質材料のみから構成されていることが好ましい。   In the present invention, the solid electrolyte material contained in the solid electrolyte layer is preferably a high resistance layer forming solid electrolyte material. This is because the effects of the present invention can be sufficiently exhibited. The content of the high-resistance layer-forming solid electrolyte material in the solid electrolyte layer is not particularly limited as long as a desired insulating property is obtained. For example, the content is in the range of 10% by volume to 100% by volume. , Preferably in the range of 50% to 100% by volume. In particular, in the present invention, it is preferable that the solid electrolyte layer is composed only of a high resistance layer-forming solid electrolyte material.

なお、高抵抗層形成固体電解質材料については、上記「B.正極活物質層」に記載した内容と同様である。また、高抵抗層形成固体電解質材料以外の固体電解質材料については、一般的な全固体電池に用いられる固体電解質材料と同様の材料を用いることができる。   Note that the high-resistance layer-forming solid electrolyte material is the same as that described in “B. Positive electrode active material layer”. Moreover, about solid electrolyte materials other than high resistance layer forming solid electrolyte material, the same material as the solid electrolyte material used for a general all-solid-state battery can be used.

本発明において、固体電解質層が、高抵抗層形成固体電解質材料を含有する場合は、正極活物質層の正極活物質材料と固体電解質層の高抵抗層形成固体電解質材料とが接触することになる。その際、高抵抗層形成固体電解質材料の表面を被覆するように、上述したコート層が形成されていても良く、上述したコート層が形成されていなくても良い。   In the present invention, when the solid electrolyte layer contains a high-resistance layer-forming solid electrolyte material, the positive-electrode active material material of the positive-electrode active material layer comes into contact with the high-resistance layer-forming solid electrolyte material of the solid electrolyte layer. . At that time, the above-described coat layer may be formed so as to cover the surface of the high-resistance layer-forming solid electrolyte material, or the above-described coat layer may not be formed.

また、固体電解質層は、結着材を含有していても良い。結着材を含有することにより、可撓性を有する固体電解質層を得ることができるからである。結着材としては、例えば、PTFE、PVDF等のフッ素含有結着材を挙げることができる。固体電解質層の厚さは、例えば、0.1μm〜1000μmの範囲内、中でも、0.1μm〜300μmの範囲内であることが好ましい。   The solid electrolyte layer may contain a binder. This is because a solid electrolyte layer having flexibility can be obtained by containing a binder. Examples of the binder include fluorine-containing binders such as PTFE and PVDF. The thickness of the solid electrolyte layer is, for example, preferably in the range of 0.1 μm to 1000 μm, and more preferably in the range of 0.1 μm to 300 μm.

3.負極活物質層
次に、本発明における負極活物質層について説明する。本発明における負極活物層は、少なくとも負極活物質を含有する層であり、必要に応じて、固体電解質材料、導電化材および結着材の少なくとも一つを含有していても良い。
3. Next, the negative electrode active material layer in the present invention will be described. The negative electrode active material layer in the present invention is a layer containing at least a negative electrode active material, and may contain at least one of a solid electrolyte material, a conductive material and a binder as necessary.

負極活物質としては、目的とする全固体電池の伝導イオンの種類により異なるものであるが、例えば、金属活物質およびカーボン活物質を挙げることができる。金属活物質としては、例えば、In、Al、SiおよびSn等を挙げることができる。一方、カーボン活物質としては、例えば、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、ソフトカーボン等を挙げることができる。また、負極活物質層における負極活物質の含有量は、例えば、10体積%〜99体積%の範囲内であることが好ましく、20体積%〜99体積%の範囲内であることがより好ましい。   As a negative electrode active material, although it changes with kinds of the conductive ion of the target all-solid-state battery, a metal active material and a carbon active material can be mentioned, for example. Examples of the metal active material include In, Al, Si, and Sn. On the other hand, examples of the carbon active material include mesocarbon microbeads (MCMB), highly oriented graphite (HOPG), hard carbon, and soft carbon. Further, the content of the negative electrode active material in the negative electrode active material layer is, for example, preferably in the range of 10% by volume to 99% by volume, and more preferably in the range of 20% by volume to 99% by volume.

固体電解質材料としては、上記「B.正極活物質層」に記載した高抵抗層形成固体電解質材料であることが好ましい。負極活物質層における高抵抗層形成固体電解質材料の含有量は、例えば、0.1体積%〜80体積%の範囲内、中でも、1体積%〜60体積%の範囲内、特に、10体積%〜50体積%の範囲内であることが好ましい。   The solid electrolyte material is preferably the high resistance layer-forming solid electrolyte material described in “B. Positive electrode active material layer” above. The content of the high-resistance layer-forming solid electrolyte material in the negative electrode active material layer is, for example, in the range of 0.1% by volume to 80% by volume, especially in the range of 1% by volume to 60% by volume, in particular, 10% by volume. It is preferable to be within the range of ˜50% by volume.

導電化材としては、例えば、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、カーボンファイバー等を挙げることができる。結着材としては、例えば、PTFE、PVDF等のフッ素含有結着材を挙げることができる。また、負極活物質層の厚さは、例えば、0.1μm〜1000μmの範囲内であることが好ましい。   Examples of the conductive material include acetylene black, ketjen black, and carbon fiber. Examples of the binder include fluorine-containing binders such as PTFE and PVDF. Moreover, it is preferable that the thickness of a negative electrode active material layer exists in the range of 0.1 micrometer-1000 micrometers, for example.

4.その他の構成
本発明の全固体電池は、上述した正極活物質層、固体電解質層および負極活物質層を少なくとも有するものである。さらに通常は、正極活物質層の集電を行う正極集電体、および、負極活物質層の集電を行う負極集電体を有する。正極集電体の材料としては、例えば、SUS、アルミニウム、ニッケル、鉄、チタンおよびカーボン等を挙げることができ、中でも、SUSが好ましい。一方、負極集電体の材料としては、例えば、SUS、銅、ニッケルおよびカーボン等を挙げることができ、中でも、SUSが好ましい。また、正極集電体および負極集電体の厚さや形状等については、全固体電池の用途等に応じて適宜選択することが好ましい。また、本発明に用いられる電池ケースには、一般的な全固体電池の電池ケースを用いることができる。電池ケースとしては、例えば、SUS製電池ケース等を挙げることができる。
4). Other Configurations The all solid state battery of the present invention has at least the positive electrode active material layer, the solid electrolyte layer, and the negative electrode active material layer described above. Furthermore, it usually has a positive electrode current collector for collecting current of the positive electrode active material layer and a negative electrode current collector for collecting current of the negative electrode active material layer. Examples of the material for the positive electrode current collector include SUS, aluminum, nickel, iron, titanium, and carbon. Among them, SUS is preferable. On the other hand, examples of the material for the negative electrode current collector include SUS, copper, nickel, and carbon. Among them, SUS is preferable. In addition, the thickness and shape of the positive electrode current collector and the negative electrode current collector are preferably appropriately selected according to the use of the all solid state battery. Moreover, the battery case of a general all-solid-state battery can be used for the battery case used for this invention. Examples of the battery case include a SUS battery case.

5.全固体電池
本発明においては、上述した正極活物質層を用いることにより、正極活物質と固体電解質材料との初期界面抵抗を低減することができ、かつ、正極活物質と固体電解質材料との界面抵抗の経時的な増加を抑制することができるため、伝導イオンの種類は特に限定されるものではない。本発明の全固体電池の種類としては、全固体リチウム電池、全固体ナトリウム電池、全固体マグネシウム電池および全固体カルシウム電池等を挙げることができ、中でも、全固体リチウム電池および全固体ナトリウム電池が好ましく、特に、全固体リチウム電池が好ましい。また、本発明の全固体電池は、一次電池であっても良く、二次電池であっても良いが、中でも、二次電池であることが好ましい。繰り返し充放電でき、例えば、車載用電池として有用だからである。本発明の全固体電池の形状としては、例えば、コイン型、ラミネート型、円筒型および角型等を挙げることができる。
5. All-solid battery In the present invention, by using the positive electrode active material layer described above, the initial interface resistance between the positive electrode active material and the solid electrolyte material can be reduced, and the interface between the positive electrode active material and the solid electrolyte material can be reduced. Since the increase in resistance over time can be suppressed, the type of conductive ions is not particularly limited. Examples of the all-solid battery of the present invention include an all-solid lithium battery, an all-solid sodium battery, an all-solid magnesium battery, and an all-solid calcium battery. Of these, an all-solid lithium battery and an all-solid sodium battery are preferred. In particular, an all solid lithium battery is preferable. Further, the all solid state battery of the present invention may be a primary battery or a secondary battery, but among them, a secondary battery is preferable. This is because it can be repeatedly charged and discharged and is useful, for example, as a vehicle-mounted battery. Examples of the shape of the all solid state battery of the present invention include a coin type, a laminate type, a cylindrical type, and a square type.

また、本発明の全固体電池の製造方法は、上述した全固体電池を得ることができる方法であれば特に限定されるものではなく、一般的な全固体電池の製造方法と同様の方法を用いることができる。全固体電池の製造方法の一例としては、正極活物質層を構成する材料、固体電解質層を構成する材料、および負極活物質層を構成する材料を順次プレスすることにより、発電要素を作製し、この発電要素を電池ケースの内部に収納し、電池ケースをかしめる方法等を挙げることができる。   Moreover, the manufacturing method of the all-solid-state battery of this invention will not be specifically limited if it is a method which can obtain the all-solid-state battery mentioned above, The method similar to the manufacturing method of a general all-solid-state battery is used. be able to. As an example of a method for producing an all-solid-state battery, a power generation element is manufactured by sequentially pressing a material constituting the positive electrode active material layer, a material constituting the solid electrolyte layer, and a material constituting the negative electrode active material layer, A method of storing the power generation element in the battery case and caulking the battery case can be exemplified.

D.正極活物質材料の製造方法
次に、本発明の正極活物質材料の製造方法について説明する。本発明の正極活物質材料の製造方法は、強塩基性を示す正極活物質と、上記正極活物質の表面を被覆するように形成され、酸性を示すポリアニオン構造部を備えるコート層とを有する正極活物質材料の製造方法であって、上記酸性を示すポリアニオン構造部を有する化合物を含有するコート層形成用塗工液を調製する調製工程と、上記正極活物質の表面を上記コート層形成用塗工液で被覆する被覆工程と、上記コート層形成用塗工液で表面を被覆された上記正極活物質を熱処理し、上記コート層を形成する熱処理工程とを有することを特徴とするものである。
D. Next, a method for producing the positive electrode active material of the present invention will be described. A method for producing a positive electrode active material according to the present invention includes a positive electrode active material exhibiting strong basicity and a coat layer formed so as to cover the surface of the positive electrode active material and having a polyanion structure portion exhibiting acidity. A method for producing an active material, comprising: a preparation step of preparing a coating layer forming coating solution containing a compound having a polyanion structure part exhibiting the acidity; and a surface of the positive electrode active material is coated with the coating layer forming coating. A coating step of coating with a coating solution; and a heat treatment step of heat-treating the positive electrode active material whose surface is coated with the coating layer-forming coating solution to form the coating layer. .

本発明によれば、強塩基性を示す正極活物質の表面を被覆するように、酸性を示すポリアニオン構造部を備えるコート層を形成することで、正極活物質およびコート層の極性(酸塩基性)の違いから濡れ性が向上し、正極活物質とコート層との界面抵抗を低下させることができ、正極活物質と固体電解質材料との初期界面抵抗を低減することが可能な正極活物質材料を得ることができる。また、電気化学的安定性の高いポリアニオン構造部を備えるコート層で正極活物質の表面を被覆するため、正極活物質と固体電解質材料との界面抵抗の経時的な増加を抑制することができる。   According to the present invention, the polarity (acid-basic) of the positive electrode active material and the coat layer is formed by forming the coat layer including the polyanion structure portion showing acidity so as to cover the surface of the positive electrode active material showing strong basicity. ), The wettability is improved, the interface resistance between the cathode active material and the coating layer can be reduced, and the initial interface resistance between the cathode active material and the solid electrolyte material can be reduced. Can be obtained. Moreover, since the surface of the positive electrode active material is coated with a coating layer having a polyanion structure portion having high electrochemical stability, it is possible to suppress an increase in the interfacial resistance between the positive electrode active material and the solid electrolyte material over time.

図4は、本発明の正極活物質材料の製造方法の一例を説明するフローチャートである。図4においては、まず、出発原料として、HPO(酸性を示すポリアニオン構造部を有する化合物)と、LiOH(伝導イオンとなる金属元素から構成されるカチオン部を有する金属化合物)と、エタノール(溶媒)とを準備し、これらを所定の割合で混合することにより、コート層形成用塗工液を調製する(調製工程)。次に、LiNi1/3Co1/3Mn1/3(強塩基性を示す正極活物質)の表面をコート層形成用塗工液で被覆する(被覆工程)。続いて、コート層形成用塗工液で表面を被覆されたLiNi1/3Co1/3Mn1/3を熱処理し、酸性を示すポリアニオン構造部を備えるコート層を形成する(熱処理工程)。これにより、強塩基性を示す正極活物質と、上記正極活物質の表面を被覆するように形成され、酸性を示すポリアニオン構造部を備えるコート層とを有する正極活物質材料を得ることができる。
以下、本発明の正極活物質材料の製造方法について、工程ごとに説明する。
FIG. 4 is a flowchart for explaining an example of the method for producing the positive electrode active material of the present invention. In FIG. 4, first, as starting materials, H 3 PO 4 (a compound having a polyanion structure portion showing acidity), LiOH (a metal compound having a cation portion composed of a metal element that becomes a conductive ion), ethanol, (Solvent) is prepared, and these are mixed at a predetermined ratio to prepare a coating solution for forming a coat layer (preparation step). Next, the surface of LiNi 1/3 Co 1/3 Mn 1/3 O 2 (positive electrode active material exhibiting strong basicity) is coated with a coating layer forming coating solution (coating step). Subsequently, LiNi 1/3 Co 1/3 Mn 1/3 O 2 whose surface is coated with a coating layer forming coating solution is heat-treated to form a coat layer having a polyanion structure portion exhibiting acidity (heat treatment step) ). Thereby, the positive electrode active material which has the positive electrode active material which shows strong basicity, and the coating layer which is formed so that the surface of the said positive electrode active material may be covered, and is equipped with the polyanion structure part which shows acidity can be obtained.
Hereafter, the manufacturing method of the positive electrode active material of this invention is demonstrated for every process.

1.調製工程
まず、本発明における調製工程について説明する。本発明における調製工程は、酸性を示すポリアニオン構造部を有する化合物を含有するコート層形成用塗工液を調製する工程である。なお、上記ポリアニオン構造部については、上記「A.正極活物質材料」に記載した内容と同様であるので、ここでの説明は省略する。
1. Preparation Step First, the preparation step in the present invention will be described. The preparation step in the present invention is a step of preparing a coating layer forming coating solution containing a compound having a polyanion structure portion showing acidity. The polyanion structure is the same as that described in “A. Cathode active material”, and the description is omitted here.

本工程に用いられる上記ポリアニオン構造部を有する化合物としては、酸性を示すポリアニオン構造部を有するものであれば特に限定されるものではなく、目的とする正極活物質材料に応じて異なるものである。上記ポリアニオン構造部がPO 3−の場合、上記ポリアニオン構造部を有する化合物としては、例えば、リン酸リチウム等を挙げることができる。また、上記ポリアニオン構造部がBO 3−の場合、上記ポリアニオン構造部を有する化合物としては、例えば、ホウ酸リチウム等を挙げることができる。
また、コート層形成用塗工液に含まれる上記ポリアニオン構造部を有する化合物の濃度は、目的とする正極活物質材料に応じて適宜選択される。
The compound having the polyanion structure part used in this step is not particularly limited as long as it has an acid polyanion structure part, and varies depending on the target positive electrode active material. In the case where the polyanion structure is PO 4 3− , examples of the compound having the polyanion structure include lithium phosphate. In addition, when the polyanion structure is BO 3 3− , examples of the compound having the polyanion structure include lithium borate.
The concentration of the compound having a polyanion structure part contained in the coating layer forming coating solution is appropriately selected according to the target positive electrode active material.

本工程に用いられるコート層形成用塗工液は、上記ポリアニオン構造部を有する化合物の他に、通常、伝導イオンとなる金属元素から構成されるカチオン部を有する金属化合物を含有する。上記カチオン部を有する金属化合物としては、伝導イオンとなる金属元素から構成されるカチオン部を有する金属化合物であれば特に限定されるものではなく、目的とする正極活物質材料に応じて異なるものである。上記カチオン部を有する金属化合物としては、例えば、金属水酸化物、金属酢酸塩、金属アルコキシド等を挙げることができる。具体的には、例えば、上記カチオン部がLiの場合、水酸化リチウム、酢酸リチウム、リチウムエトキシド等を挙げることができる。
また、コート層形成用塗工液に含まれる上記カチオン部を有する金属化合物の濃度は、目的とする正極活物質材料に応じて適宜選択される。
The coating layer-forming coating solution used in this step contains a metal compound having a cation moiety usually composed of a metal element that becomes a conductive ion, in addition to the compound having the polyanion structure. The metal compound having a cation moiety is not particularly limited as long as it is a metal compound having a cation moiety composed of a metal element serving as a conduction ion, and may vary depending on the target positive electrode active material. is there. Examples of the metal compound having a cation moiety include metal hydroxide, metal acetate, and metal alkoxide. Specifically, for example, when the cation moiety is Li + , lithium hydroxide, lithium acetate, lithium ethoxide, and the like can be given.
Moreover, the density | concentration of the metal compound which has the said cation part contained in the coating layer formation coating liquid is suitably selected according to the target positive electrode active material material.

本工程においては、通常、上記ポリアニオン構造部を有する化合物と、上記カチオン部を有する金属化合物とを溶媒に溶解または分散させることにより、コート層形成用塗工液を調製する。本工程に用いられる溶媒としては、上記ポリアニオン構造部を有する化合物および上記カチオン部を有する金属化合物を溶解または分散させることができるものであれば特に限定されるものではないが、例えば、エタノール、プロパノール、メタノール等を挙げることができる。   In this step, a coating layer-forming coating solution is usually prepared by dissolving or dispersing the compound having the polyanion structure portion and the metal compound having the cation portion in a solvent. The solvent used in this step is not particularly limited as long as it can dissolve or disperse the compound having the polyanion structure part and the metal compound having the cation part. For example, ethanol, propanol And methanol.

本工程においては、必要に応じて任意の添加剤をコート層形成用塗工液に添加しても良い。   In this step, an optional additive may be added to the coating layer forming coating solution as necessary.

2.被覆工程
次に、本発明における被覆工程について説明する。本発明における被覆工程は、強塩基性を示す正極活物質の表面を上記コート層形成用塗工液で被覆する工程である。なお、強塩基性を示す正極活物質については、上記「A.正極活物質材料」に記載した内容と同様であるので、ここでの説明は省略する。
2. Coating process Next, the coating process in the present invention will be described. The coating step in the present invention is a step of coating the surface of the positive electrode active material exhibiting strong basicity with the coating layer forming coating solution. Note that the positive electrode active material exhibiting strong basicity is the same as the content described in “A. Positive electrode active material” above, and thus the description thereof is omitted here.

本工程において、正極活物質の表面を被覆するコート層形成用塗工液の膜厚は、目的とするコート層の厚さに応じて適宜選択されるが、例えば、0.1nm〜500nmの範囲内であることが好ましく、1nm〜100nmの範囲内であることがより好ましい。なお、上記コート層形成用塗工液の膜厚の測定方法としては、例えば、TEM等を挙げることができる。
また、本工程においては、上記正極活物質の表面をコート層形成用塗工液で被覆するが、正極活物質のより多くの面積を被覆していることが好ましく、正極活物質の表面の全てを被覆していることがより好ましい。本発明の効果をより発揮することができるからである。具体的には、正極活物質の表面を被覆するコート層形成用塗工液の被覆率は、例えば、20%以上であることが好ましく、50%以上であることがより好ましい。なお、上記コート層形成用塗工液の被覆率の測定方法としては、例えば、TEM、XPS等を挙げることができる。
In this step, the film thickness of the coating layer forming coating solution that covers the surface of the positive electrode active material is appropriately selected according to the thickness of the target coating layer, and is, for example, in the range of 0.1 nm to 500 nm. Is preferably within the range of 1 nm to 100 nm. In addition, as a measuring method of the film thickness of the said coating layer forming coating liquid, TEM etc. can be mentioned, for example.
Further, in this step, the surface of the positive electrode active material is coated with a coating layer forming coating solution, but it is preferable that a larger area of the positive electrode active material is coated, and the entire surface of the positive electrode active material is covered. It is more preferable to coat. It is because the effect of the present invention can be exhibited more. Specifically, the coating rate of the coating layer forming coating solution that covers the surface of the positive electrode active material is, for example, preferably 20% or more, and more preferably 50% or more. Examples of the method for measuring the coverage of the coating layer forming coating solution include TEM and XPS.

本工程においては、正極活物質の表面をコート層形成用塗工液で被覆した後に、正極活物質を温風で乾燥させても良い。このような乾燥により溶媒を除去することで、後述する熱処理工程において、正極活物質の表面を被覆するコート層を効率良く形成することができる。   In this step, the positive electrode active material may be dried with warm air after the surface of the positive electrode active material is coated with the coating layer forming coating solution. By removing the solvent by such drying, a coating layer covering the surface of the positive electrode active material can be efficiently formed in the heat treatment step described later.

3.熱処理工程
次に、本発明における熱処理工程について説明する。本発明における熱処理工程は、上記コート層形成用塗工液で表面を被覆された上記正極活物質を熱処理し、上記正極活物質の表面を被覆するように形成され、酸性を示すポリアニオン構造部を備えるコート層を形成する工程である。本工程においては、熱処理を行うことにより、上記被覆工程で被覆されたコート層形成用塗工液の内部に残存する溶媒を除去し、緻密化を促進することで正極活物質の表面を被覆する薄膜(コート層)を作製する。
3. Next, the heat treatment process in the present invention will be described. In the heat treatment step of the present invention, the positive electrode active material whose surface is coated with the coating layer forming coating solution is heat-treated to form a polyanion structure portion that is formed so as to cover the surface of the positive electrode active material and exhibits acidity. It is a step of forming a coat layer provided. In this step, the surface of the positive electrode active material is coated by removing the solvent remaining in the coating layer forming coating solution coated in the coating step and promoting densification by performing a heat treatment. A thin film (coat layer) is produced.

本工程における熱処理温度としては、200℃〜500℃の範囲内であることが好ましく、300℃〜400℃の範囲内であることがより好ましい。
また、本工程における熱処理時間としては、0.5時間〜20時間の範囲内であることが好ましく、0.5時間〜10時間の範囲内であることがより好ましい。
The heat treatment temperature in this step is preferably in the range of 200 ° C to 500 ° C, and more preferably in the range of 300 ° C to 400 ° C.
In addition, the heat treatment time in this step is preferably in the range of 0.5 hours to 20 hours, and more preferably in the range of 0.5 hours to 10 hours.

本工程における熱処理雰囲気としては、目的とするコート層を形成することができ、正極活物質材料を劣化させる雰囲気でなければ特に限定されるものではなく、例えば、大気雰囲気;窒素雰囲気およびアルゴン雰囲等の不活性ガス雰囲気;アンモニア雰囲気、水素雰囲気および一酸化炭素雰囲気等の還元雰囲気;真空等を挙げることができる。また、正極活物質材料の熱処理方法としては、例えば、焼成炉を用いる方法等を挙げることができる。   The heat treatment atmosphere in this step is not particularly limited as long as the target coat layer can be formed and the cathode active material material is not deteriorated. For example, air atmosphere; nitrogen atmosphere and argon atmosphere Inert gas atmosphere such as ammonia atmosphere, hydrogen atmosphere and reducing atmosphere such as carbon monoxide atmosphere; vacuum and the like. Examples of the heat treatment method for the positive electrode active material include a method using a firing furnace.

4.その他
本発明においては、上述した工程を経ることで、液相法によりコート層が正極活物質の表面を被覆するように形成された正極活物質材料を得ることができる。液相法を用いることで、強塩基性を示す正極活物質に対する、酸性を示すポリアニオン構造部を備えるコート層の濡れ性を良好にすることができる。また、液相法は溶液系の前駆体を用いる方法であるため、容易に正極活物質表面のより多くの面積を被覆するようにコート層を形成することができる。液相法としては、例えば、ゾルゲル法等が挙げられる。ゾルゲル法は化学的な被覆方法であるため、機械的な物理力により被覆する方法と比較して、正極活物質とコート層との結合が強く、正極活物質の表面を被覆するように形成されたコート層が剥離されにくい正極活物質材料を得ることができる。
4). Others In the present invention, a positive electrode active material formed so that the coat layer covers the surface of the positive electrode active material by a liquid phase method can be obtained through the above-described steps. By using the liquid phase method, it is possible to improve the wettability of the coating layer including the polyanion structure portion exhibiting acidity with respect to the positive electrode active material exhibiting strong basicity. In addition, since the liquid phase method is a method using a solution-based precursor, a coat layer can be easily formed so as to cover a larger area on the surface of the positive electrode active material. Examples of the liquid phase method include a sol-gel method. Since the sol-gel method is a chemical coating method, it is formed so as to cover the surface of the positive electrode active material because the bond between the positive electrode active material and the coating layer is stronger than the method of coating by mechanical physical force. Thus, a positive electrode active material material in which the coated layer is difficult to peel off can be obtained.

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は、例示であり、本発明の請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。   The present invention is not limited to the above embodiment. The above-described embodiment is an exemplification, and the present invention has any configuration that has substantially the same configuration as the technical idea described in the claims of the present invention and exhibits the same function and effect. Are included in the technical scope.

以下に実施例を示して、本発明をさらに具体的に説明する。   The present invention will be described more specifically with reference to the following examples.

[実施例1]
(正極活物質材料の作製)
まず、エタノール中で、水酸化リチウム(LiOH)、リン酸水溶液(HPO、85%)およびテトラエトキシシラン(Si(OC)を、モル比でLi:P:Si=7:1:1となるように混合し、コート層形成用塗工液を調製した。次に、転動流動層を用いたコート装置にて、上記コート層形成用塗工液を正極活物質(LiNi1/3Co1/3Mn1/3)上に塗布し、温風で乾燥させた。続いて、上記コート層形成用塗工液を塗布されたLiNi1/3Co1/3Mn1/3の粉末を大気中にて300℃で5時間熱処理することで、厚さが20nmのLiPO−LiSiOからなるコート層を形成した。これにより、上記コート層で表面を被覆したLiNi1/3Co1/3Mn1/3からなる正極活物質材料を得た。
[Example 1]
(Preparation of positive electrode active material)
First, in ethanol, lithium hydroxide (LiOH), phosphoric acid aqueous solution (H 3 PO 4 , 85%) and tetraethoxysilane (Si (OC 2 H 5 ) 4 ) in a molar ratio of Li: P: Si = The mixture was mixed to 7: 1: 1 to prepare a coating layer forming coating solution. Next, the coating liquid for coating layer formation is applied onto the positive electrode active material (LiNi 1/3 Co 1/3 Mn 1/3 O 2 ) in a coating apparatus using a rolling fluidized bed, and warm air And dried. Subsequently, the LiNi 1/3 Co 1/3 Mn 1/3 O 2 powder coated with the coating layer forming coating solution is heat-treated in the atmosphere at 300 ° C. for 5 hours, so that the thickness becomes 20 nm. A coat layer made of Li 3 PO 4 —Li 4 SiO 4 was formed. As a result, a positive electrode active material made of LiNi 1/3 Co 1/3 Mn 1/3 O 2 whose surface was coated with the coating layer was obtained.

(高抵抗層形成固体電解質材料の合成)
まず、出発原料として、硫化リチウム(LiS)および五硫化リン(P)を用いた。これらの粉末をAr雰囲気下(露点−70℃)のグローブボックス内で、LiS:P=75:25のモル比となるように秤量し、メノウ乳鉢で混合し、原料組成物を得た。次に、得られた原料組成物1gを45mlのジルコニアポットに投入し、さらにジルコニアボール(Φ10mm、10個)を投入し、ポットを完全に密閉した(Ar雰囲気)。このポットを遊星型ボールミル機(フリッチュ製P7)に取り付け、台盤回転数370rpmで40時間メカニカルミリングを行い、75LiS−25Pを得た。
(Synthesis of high resistance layer forming solid electrolyte material)
First, lithium sulfide (Li 2 S) and phosphorus pentasulfide (P 2 S 5 ) were used as starting materials. These powders were weighed in a glove box under an Ar atmosphere (dew point −70 ° C.) so as to have a molar ratio of Li 2 S: P 2 S 5 = 75: 25, mixed in an agate mortar, and a raw material composition Got. Next, 1 g of the obtained raw material composition was put into a 45 ml zirconia pot, and zirconia balls (Φ10 mm, 10 pieces) were further put in, and the pot was completely sealed (Ar atmosphere). This pot was attached to a planetary ball mill (P7 made by Fritsch), and mechanical milling was performed at a base plate rotation speed of 370 rpm for 40 hours to obtain 75Li 2 S-25P 2 S 5 .

(全固体電池の作製)
まず、特開2005−228570号公報に記載された方法と同様の方法で、Li11を得た。次に、プレス機を用いて、上述した図3に示すような全固体電池の発電要素20を作製した。正極活物質層11を構成する材料として、上記の正極活物質材料および75LiS−25Pを、重量比で7:3となるように混合した正極合材を用い、負極活物質層12を構成する材料として、In箔を用い、固体電解質層13を構成する材料として、Li11を用いた。この発電要素を用いて、全固体電池を得た。
(Production of all-solid battery)
First, Li 7 P 3 S 11 was obtained by the same method as that described in JP-A-2005-228570. Next, the power generation element 20 of the all-solid-state battery as shown in FIG. 3 was manufactured using a press machine. As a material constituting the positive electrode active material layer 11, a positive electrode mixture in which the above positive electrode active material and 75Li 2 S-25P 2 S 5 are mixed so as to have a weight ratio of 7: 3 is used, and a negative electrode active material layer In foil was used as a material for forming 12, and Li 7 P 3 S 11 was used as a material for forming the solid electrolyte layer 13. An all solid state battery was obtained using this power generation element.

[実施例2]
正極活物質材料を以下のように作製したこと以外は、実施例1と同様にして、全固体電池を得た。
[Example 2]
An all-solid battery was obtained in the same manner as in Example 1 except that the positive electrode active material was produced as follows.

(正極活物質材料の作製)
まず、エタノール中で、酢酸リチウム(CHCOOLi)、ホウ酸(HBO)およびテトラエトキシシラン(Si(OC)を、モル比でLi:B:Si=7:1:1となるように混合し、コート層形成用塗工液を調製した。次に、転動流動層を用いたコート装置にて、上記コート層形成用塗工液を正極活物質(LiNi1/3Co1/3Mn1/3)上に塗布し、温風で乾燥させた。続いて、上記コート層形成用塗工液を塗布されたLiNi1/3Co1/3Mn1/3の粉末を大気中にて400℃で1時間熱処理することで、厚さが4nmのLiBO−LiSiOからなるコート層を形成した。これにより、上記コート層で表面を被覆したLiNi1/3Co1/3Mn1/3からなる正極活物質材料を得た。
(Preparation of positive electrode active material)
First, in ethanol, lithium acetate (CH 3 COOLi), boric acid (H 3 BO 3 ), and tetraethoxysilane (Si (OC 2 H 5 ) 4 ) in a molar ratio of Li: B: Si = 7: 1 Was mixed so that the coating layer forming coating solution was prepared. Next, the coating liquid for coating layer formation is applied onto the positive electrode active material (LiNi 1/3 Co 1/3 Mn 1/3 O 2 ) in a coating apparatus using a rolling fluidized bed, and warm air And dried. Subsequently, the LiNi 1/3 Co 1/3 Mn 1/3 O 2 powder coated with the coating layer forming coating solution is heat-treated in the atmosphere at 400 ° C. for 1 hour, so that the thickness becomes 4 nm. A coat layer made of Li 3 BO 3 —Li 4 SiO 4 was formed. As a result, a positive electrode active material made of LiNi 1/3 Co 1/3 Mn 1/3 O 2 whose surface was coated with the coating layer was obtained.

[比較例1]
正極活物質材料を以下のように作製したこと以外は、実施例1と同様にして、全固体電池を得た。
[Comparative Example 1]
An all-solid battery was obtained in the same manner as in Example 1 except that the positive electrode active material was produced as follows.

(正極活物質材料の作製)
まず、エタノール中で、水酸化リチウム(LiOH)、リン酸水溶液(HPO、85%)およびテトラエトキシシラン(Si(OC)を、モル比でLi:P:Si=7:1:1となるように混合し、コート層形成用塗工液を調製した。次に、転動流動層を用いたコート装置にて、上記コート層形成用塗工液を正極活物質(LiCoO)上に塗布し、温風で乾燥させた。続いて、上記コート層形成用塗工液を塗布されたLiCoOの粉末を大気中にて300℃で5時間熱処理することで、厚さが50nmのLiPO−LiSiOからなるコート層を形成した。これにより、上記コート層で表面を被覆したLiCoOからなる正極活物質材料を得た。
(Preparation of positive electrode active material)
First, in ethanol, lithium hydroxide (LiOH), phosphoric acid aqueous solution (H 3 PO 4 , 85%) and tetraethoxysilane (Si (OC 2 H 5 ) 4 ) in a molar ratio of Li: P: Si = The mixture was mixed to 7: 1: 1 to prepare a coating layer forming coating solution. Next, the coating liquid for forming a coating layer was applied onto the positive electrode active material (LiCoO 2 ) with a coating apparatus using a rolling fluidized bed and dried with warm air. Subsequently, the LiCoO 2 powder coated with the coating layer forming coating solution is heat-treated in the atmosphere at 300 ° C. for 5 hours, thereby forming Li 3 PO 4 —Li 4 SiO 4 having a thickness of 50 nm. A coat layer was formed. This gave a positive electrode active material composed of LiCoO 2 having a surface coated with a said coating layer.

[比較例2]
正極活物質材料を以下のように作製したこと以外は、実施例1と同様にして、全固体電池を得た。
[Comparative Example 2]
An all-solid battery was obtained in the same manner as in Example 1 except that the positive electrode active material was produced as follows.

(正極活物質材料の作製)
まず、エタノール中で、酢酸リチウム(CHCOOLi)、ホウ酸(HBO)およびテトラエトキシシラン(Si(OC)を、モル比でLi:B:Si=7:1:1となるように混合し、コート層形成用塗工液を調製した。次に、転動流動層を用いたコート装置にて、上記コート層形成用塗工液を正極活物質(LiCoO)上に塗布し、温風で乾燥させた。続いて、上記コート層形成用塗工液を塗布されたLiCoOの粉末を大気中にて400℃で1時間熱処理することで、厚さが20nmのLiBO−LiSiOからなるコート層を形成した。これにより、上記コート層で表面を被覆したLiCoOからなる正極活物質材料を得た。
(Preparation of positive electrode active material)
First, in ethanol, lithium acetate (CH 3 COOLi), boric acid (H 3 BO 3 ), and tetraethoxysilane (Si (OC 2 H 5 ) 4 ) in a molar ratio of Li: B: Si = 7: 1 Was mixed so that the coating layer forming coating solution was prepared. Next, the coating liquid for forming a coating layer was applied onto the positive electrode active material (LiCoO 2 ) with a coating apparatus using a rolling fluidized bed and dried with warm air. Subsequently, the LiCoO 2 powder coated with the coating layer forming coating solution is heat-treated at 400 ° C. for 1 hour in the air, thereby forming Li 3 BO 3 —Li 4 SiO 4 having a thickness of 20 nm. A coat layer was formed. This gave a positive electrode active material composed of LiCoO 2 having a surface coated with a said coating layer.

[参考例1]
正極活物質材料を以下のように作製したこと以外は、実施例1と同様にして、全固体電池を得た。
[Reference Example 1]
An all-solid battery was obtained in the same manner as in Example 1 except that the positive electrode active material was produced as follows.

(正極活物質材料の作製)
まず、エタノール中で、エトキシリチウム(LiOC)、ペンタエトキシニオブ(Nb(OC)を、モル比でLi:Nb=1:1となるように混合し、コート層形成用塗工液を調製した。次に、転動流動層を用いたコート装置にて、上記コート層形成用塗工液を正極活物質(LiCoO)上に塗布し、温風で乾燥させた。続いて、上記コート層形成用塗工液を塗布されたLiCoOの粉末を大気中にて350℃で5時間熱処理することで、厚さが10nmで、被覆率が80%のLiNbOからなるコート層を形成した。これにより、上記コート層で表面を被覆したLiCoOからなる正極活物質材料を得た。
(Preparation of positive electrode active material)
First, ethoxylithium (LiOC 2 H 5 ) and pentaethoxyniobium (Nb (OC 2 H 5 ) 5 ) are mixed in ethanol so that the molar ratio is Li: Nb = 1: 1, thereby forming a coating layer. A coating solution was prepared. Next, the coating liquid for forming a coating layer was applied onto the positive electrode active material (LiCoO 2 ) with a coating apparatus using a rolling fluidized bed and dried with warm air. Subsequently, the LiCoO 2 powder coated with the coating layer forming coating solution is heat-treated in the atmosphere at 350 ° C. for 5 hours, thereby forming LiNbO 3 having a thickness of 10 nm and a coverage of 80%. A coat layer was formed. This gave a positive electrode active material composed of LiCoO 2 having a surface coated with a said coating layer.

[参考例2]
正極活物質材料を以下のように作製したこと以外は、実施例1と同様にして、全固体電池を得た。
[Reference Example 2]
An all-solid battery was obtained in the same manner as in Example 1 except that the positive electrode active material was produced as follows.

(正極活物質材料の作製)
まず、エタノール中で、エトキシリチウム(LiOC)、ペンタエトキシニオブ(Nb(OC)を、モル比でLi:Nb=1:1となるように混合し、コート層形成用塗工液を調製した。次に、転動流動層を用いたコート装置にて、上記コート層形成用塗工液を正極活物質(LiNi1/3Co1/3Mn1/3)上に塗布し、温風で乾燥させた。続いて、上記コート層形成用塗工液を塗布されたLiNi1/3Co1/3Mn1/3の粉末を大気中にて350℃で5時間熱処理することで、厚さが10nmで、被覆率が80%のLiNbOからなるコート層を形成した。これにより、上記コート層で表面を被覆したLiNi1/3Co1/3Mn1/3からなる正極活物質材料を得た。
(Preparation of positive electrode active material)
First, ethoxylithium (LiOC 2 H 5 ) and pentaethoxyniobium (Nb (OC 2 H 5 ) 5 ) are mixed in ethanol so that the molar ratio is Li: Nb = 1: 1, thereby forming a coating layer. A coating solution was prepared. Next, the coating liquid for coating layer formation is applied onto the positive electrode active material (LiNi 1/3 Co 1/3 Mn 1/3 O 2 ) in a coating apparatus using a rolling fluidized bed, and warm air And dried. Subsequently, the LiNi 1/3 Co 1/3 Mn 1/3 O 2 powder coated with the coating layer forming coating solution is heat-treated in the atmosphere at 350 ° C. for 5 hours to obtain a thickness of 10 nm. Then, a coating layer made of LiNbO 3 having a coverage of 80% was formed. As a result, a positive electrode active material made of LiNi 1/3 Co 1/3 Mn 1/3 O 2 whose surface was coated with the coating layer was obtained.

[評価]
(X線光電子分光測定による組成分析)
実施例1、2および比較例1、2で得られた正極活物質材料の表面に対して、X線光電子分光(XPS)測定による組成分析を行い、コート層中のSi当たりのP元素またはB元素の濃度比(P/SiまたはB/Si)を求めた。その結果を図5に示す。また、実施例1、2、比較例1、2および参考例1、2で得られた正極活物質材料の正極活物質およびコート層の組み合わせについて、表2にまとめて示す。
図5に示されるように、実施例1、2は、P/SiまたはB/Siが1を大幅に超えていることが確認された。これは、通常、P/SiまたはB/Siが比較例2のように1となるところ、実施例1、2においては、正極活物質が強塩基性のLiNi1/3Co1/3Mn1/3であり、コート層が酸性のPO 3−またはBO 3−を有するため、正極活物質に対するコート層の濡れ性が良くなることで、コート層中のP元素またはB元素の濃度が上昇したと考えられる。なお、比較例1は、P/Siが1よりも大幅に小さかった。これは、Pが沈殿してしまったためであると考えられる。
[Evaluation]
(Composition analysis by X-ray photoelectron spectroscopy)
Composition analysis by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) measurement was performed on the surfaces of the positive electrode active material materials obtained in Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 and 2, and P element or B per Si in the coating layer. The concentration ratio of elements (P / Si or B / Si) was determined. The result is shown in FIG. Table 2 summarizes the combinations of the positive electrode active material and the coating layer of the positive electrode active material obtained in Examples 1 and 2, Comparative Examples 1 and 2, and Reference Examples 1 and 2.
As shown in FIG. 5, in Examples 1 and 2, it was confirmed that P / Si or B / Si significantly exceeded 1. This is because P / Si or B / Si is usually 1 as in Comparative Example 2, but in Examples 1 and 2, the positive electrode active material is strongly basic LiNi 1/3 Co 1/3 Mn 1. / 3 O 2 , and the coat layer has acidic PO 4 3− or BO 3 3− , so that the wettability of the coat layer with respect to the positive electrode active material is improved, so that the P element or the B element in the coat layer is improved. The concentration is considered to have increased. In Comparative Example 1, P / Si was significantly smaller than 1. This is thought to be because P has precipitated.

Figure 0005601157
Figure 0005601157

(初期界面抵抗測定)
実施例1、2、比較例1、2および参考例1、2で得られた全固体電池に対して、初期界面抵抗の測定を行った。初期界面抵抗の測定は、以下のように行った。まず、全固体電池の充電を行った。充電は、3.34Vでの定電圧充電を12時間行った。充電後、インピーダンス測定により、正極活物質層および固体電解質層の界面抵抗を求めた。インピーダンス測定の条件は、電圧振幅10mV、測定周波数1MHz〜0.1Hz、25℃とした。その結果を図6に示す。
図6に示されるように、実施例1は、比較例1に比べて、初期界面抵抗が大幅に低下することが確認された。また、実施例2は、比較例2に比べて、初期界面抵抗が大幅に低下することが確認された。特に、実施例2は、参考例1、2と同等の初期界面抵抗を示していた。これにより、本発明の正極活物質材料は、従来のLiNbOからなるコート層で表面を被覆された正極活物質材料と同等の初期電池特性を発揮し得ることが示唆された。なお、参考例2は、若干ではあるが、参考例1よりも初期界面抵抗が高かったことから、本発明の効果(初期界面抵抗の低減)は、正極活物質にLiNi1/3Co1/3Mn1/3を用いたことによるものではなく、正極活物質およびコート層の組み合わせによるものであると考えられる。
(Initial interface resistance measurement)
The initial interface resistance was measured for all solid state batteries obtained in Examples 1 and 2, Comparative Examples 1 and 2 and Reference Examples 1 and 2. The initial interface resistance was measured as follows. First, the all solid state battery was charged. Charging was performed at a constant voltage of 3.34 V for 12 hours. After charging, the interface resistance between the positive electrode active material layer and the solid electrolyte layer was determined by impedance measurement. The impedance measurement conditions were a voltage amplitude of 10 mV, a measurement frequency of 1 MHz to 0.1 Hz, and 25 ° C. The result is shown in FIG.
As shown in FIG. 6, it was confirmed that the initial interface resistance in Example 1 is significantly lower than that in Comparative Example 1. In addition, it was confirmed that the initial interface resistance of Example 2 is significantly lower than that of Comparative Example 2. In particular, Example 2 showed an initial interface resistance equivalent to Reference Examples 1 and 2. Thereby, it was suggested that the positive electrode active material of the present invention can exhibit the same initial battery characteristics as those of the positive electrode active material whose surface is coated with a conventional coating layer made of LiNbO 3 . Note that Reference Example 2 had a slight initial interface resistance higher than that of Reference Example 1, but the effect of the present invention (reduction in initial interface resistance) was that LiNi 1/3 Co 1 / It is considered that it is not due to the use of 3 Mn 1/3 O 2 but to a combination of the positive electrode active material and the coating layer.

[実施例3]
正極活物質材料を以下のように作製したこと以外は、実施例1と同様にして、全固体電池を得た。
[Example 3]
An all-solid battery was obtained in the same manner as in Example 1 except that the positive electrode active material was produced as follows.

(正極活物質材料の作製)
まず、エタノール中で、水酸化リチウム(LiOH)およびリン酸水溶液(HPO、85%)を、モル比でLi:P=3:1となるように混合し、コート層形成用塗工液を調製した。次に、転動流動層を用いたコート装置にて、上記コート層形成用塗工液を正極活物質(LiNi1/3Co1/3Mn1/3)上に塗布し、温風で乾燥させた。続いて、上記コート層形成用塗工液を塗布されたLiNi1/3Co1/3Mn1/3の粉末を大気中にて300℃で5時間熱処理することで、厚さが20nmのLiPOからなるコート層を形成した。これにより、上記コート層で表面を被覆したLiNi1/3Co1/3Mn1/3からなる正極活物質材料を得た。
(Preparation of positive electrode active material)
First, lithium hydroxide (LiOH) and an aqueous phosphoric acid solution (H 3 PO 4 , 85%) are mixed in ethanol so that the molar ratio is Li: P = 3: 1, and coating for forming a coat layer is performed. A liquid was prepared. Next, the coating liquid for coating layer formation is applied onto the positive electrode active material (LiNi 1/3 Co 1/3 Mn 1/3 O 2 ) in a coating apparatus using a rolling fluidized bed, and warm air And dried. Subsequently, the LiNi 1/3 Co 1/3 Mn 1/3 O 2 powder coated with the coating layer forming coating solution is heat-treated in the atmosphere at 300 ° C. for 5 hours, so that the thickness becomes 20 nm. A coat layer made of Li 3 PO 4 was formed. As a result, a positive electrode active material made of LiNi 1/3 Co 1/3 Mn 1/3 O 2 whose surface was coated with the coating layer was obtained.

[実施例4]
正極活物質材料を以下のように作製したこと以外は、実施例1と同様にして、全固体電池を得た。
[Example 4]
An all-solid battery was obtained in the same manner as in Example 1 except that the positive electrode active material was produced as follows.

(正極活物質材料の作製)
まず、エタノール中で、酢酸リチウム(CHCOOLi)およびホウ酸(HBO)を、モル比でLi:B=3:1となるように混合し、コート層形成用塗工液を調製した。次に、転動流動層を用いたコート装置にて、上記コート層形成用塗工液を正極活物質(LiNi1/3Co1/3Mn1/3)上に塗布し、温風で乾燥させた。続いて、上記コート層形成用塗工液を塗布されたLiNi1/3Co1/3Mn1/3の粉末を大気中にて400℃で1時間熱処理することで、厚さが10nmのLiBOからなるコート層を形成した。これにより、上記コート層で表面を被覆したLiNi1/3Co1/3Mn1/3からなる正極活物質材料を得た。
(Preparation of positive electrode active material)
First, in ethanol, lithium acetate (CH 3 COOLi) and boric acid (H 3 BO 3 ) are mixed so that the molar ratio is Li: B = 3: 1 to prepare a coating layer forming coating solution. did. Next, the coating liquid for coating layer formation is applied onto the positive electrode active material (LiNi 1/3 Co 1/3 Mn 1/3 O 2 ) in a coating apparatus using a rolling fluidized bed, and warm air And dried. Subsequently, the LiNi 1/3 Co 1/3 Mn 1/3 O 2 powder coated with the coating layer forming coating solution is heat-treated at 400 ° C. for 1 hour in the air, so that the thickness becomes 10 nm. A coat layer made of Li 3 BO 3 was formed. As a result, a positive electrode active material made of LiNi 1/3 Co 1/3 Mn 1/3 O 2 whose surface was coated with the coating layer was obtained.

実施例3および4で得られた全固体電池に対して、上記と同様に初期界面抵抗の測定を行ったところ、それぞれ正極活物質にLiCoOを用いた場合よりも、界面抵抗が低下することが確認された。 When the initial interface resistance was measured in the same manner as described above for the all solid state batteries obtained in Examples 3 and 4, the interface resistance was lower than when LiCoO 2 was used as the positive electrode active material. Was confirmed.

1 … 正極活物質材料
2 … 正極活物質
3 … コート層
4 … 高抵抗層形成固体電解質材料
11 … 正極活物質層
12 … 負極活物質層
13 … 固体電解質層
20 … 全固体電池の発電要素
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Positive electrode active material 2 ... Positive electrode active material 3 ... Coat layer 4 ... High resistance layer formation solid electrolyte material 11 ... Positive electrode active material layer 12 ... Negative electrode active material layer 13 ... Solid electrolyte layer 20 ... Electric power generation element of all-solid-state battery

Claims (7)

pH値が10以上であり、強塩基性を示す正極活物質と、
前記正極活物質の表面を被覆するように形成され、酸性を示すポリアニオン構造部を備えるコート層とを有し、
前記pH値は、100mlの水に2molの前記正極活物質を添加してなる正極活物質含有水溶液を攪拌し、平衡に達したときの前記正極活物質含有水溶液のpH値であり、
前記ポリアニオン構造部が、少なくともPO 3−、BO 3−、SO 2−またはNO のいずれかであり、
前記正極活物質が、酸化物正極活物質であることを特徴とする全固体電池用正極活物質材料。
a positive electrode active material having a pH value of 10 or more and exhibiting strong basicity;
A coating layer having a polyanion structure part formed so as to cover the surface of the positive electrode active material and exhibiting acidity;
The pH value is the pH value of the positive electrode active material-containing aqueous solution when the positive electrode active material-containing aqueous solution obtained by adding 2 mol of the positive electrode active material to 100 ml of water and reaching equilibrium,
Wherein said polyanion structure is at least PO 4 3-, BO 3 3-, SO 4 2- or NO 3 - Ri der either,
A positive electrode active material for an all-solid battery , wherein the positive electrode active material is an oxide positive electrode active material.
前記正極活物質が、一般式LiNiCoMn(x+y+z=1であり、y≠1であり、z≠1である。)で表される化合物を主成分とすることを特徴とする請求項1に記載の全固体電池用正極活物質材料。 The positive electrode active material is mainly composed of a compound represented by the general formula LiNi x Co y Mn z O 2 (x + y + z = 1, y ≠ 1 and z ≠ 1). The positive electrode active material for an all-solid battery according to claim 1 . 前記ポリアニオン構造部が、少なくともBO 3−、SO 2−またはNO のいずれかであることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の全固体電池用正極活物質材料。 Wherein said polyanion structure is at least BO 3 3-, SO 4 2- or NO 3 - positive electrode active material for all-solid-state cell according to claim 1 or claim 2, characterized in that either. 前記ポリアニオン構造部が、SiO 4−をさらに備えるものであることを特徴とする請求項1から請求項3までのいずれかの請求項に記載の全固体電池用正極活物質材料。 Wherein said polyanion structure section, the positive electrode active material for all-solid-state cell according to any one of claims of claims 1 to 3, characterized in that further comprises SiO 4 4-a. 請求項1から請求項4までのいずれかの請求項に記載の全固体電池用正極活物質材料と、
前記正極活物質と反応し高抵抗層を形成する高抵抗層形成固体電解質材料と
を含有することを特徴とする正極活物質層。
A positive electrode active material for an all solid state battery according to any one of claims 1 to 4 ,
A positive electrode active material layer comprising: a high resistance layer-forming solid electrolyte material that reacts with the positive electrode active material to form a high resistance layer.
正極活物質層と、負極活物質層と、前記正極活物質層および前記負極活物質層の間に形成された固体電解質層とを有する全固体電池であって、
前記正極活物質層が、請求項5に記載の正極活物質層であることを特徴とする全固体電池。
An all-solid battery having a positive electrode active material layer, a negative electrode active material layer, and a solid electrolyte layer formed between the positive electrode active material layer and the negative electrode active material layer,
The all-solid-state battery, wherein the positive electrode active material layer is the positive electrode active material layer according to claim 5 .
請求項1から請求項4までのいずれかの請求項に記載の全固体電池用正極活物質材料の製造方法であって、
前記酸性を示すポリアニオン構造部を有する化合物を含有するコート層形成用塗工液を調製する調製工程と、
前記正極活物質の表面を前記コート層形成用塗工液で被覆する被覆工程と、
前記コート層形成用塗工液で表面を被覆された前記正極活物質を熱処理し、前記コート層を形成する熱処理工程と
を有することを特徴とする全固体電池用正極活物質材料の製造方法。
A method for producing a positive electrode active material for an all-solid battery according to any one of claims 1 to 4 ,
A preparation step of preparing a coating layer-forming coating solution containing a compound having a polyanion structure part exhibiting acidity;
A coating step of coating the surface of the positive electrode active material with the coating layer forming coating solution;
And a heat treatment step of heat-treating the positive electrode active material whose surface is coated with the coating layer forming coating solution to form the coat layer.
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