JP5652344B2 - All solid state secondary battery - Google Patents

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Description

本発明は、全固体リチウムイオン二次電池等の全固体二次電池に関する。   The present invention relates to an all solid state secondary battery such as an all solid state lithium ion secondary battery.

近年、リチウム二次電池等の二次電池は、携帯情報端末や携帯電子機器などの携帯端末に加えて、家庭用小型電力貯蔵装置、自動二輪車、電気自動車、ハイブリッド電気自動車など、様々な用途で需要が増加している。用途が広がるに伴い、二次電池のさらなる安全性の向上が要求されている。安全性を確保するために、液漏れを防止する方法や、引火性が高く漏洩時の発火危険性が非常に高い有機溶媒電解質に代えて、固体電解質を用いる方法が有効である。   2. Description of the Related Art In recent years, secondary batteries such as lithium secondary batteries have been used in various applications such as portable power terminals such as portable information terminals and portable electronic devices, as well as small household electric power storage devices, motorcycles, electric vehicles, and hybrid electric vehicles. Demand is increasing. As the use expands, further improvements in the safety of secondary batteries are required. In order to ensure safety, a method of preventing liquid leakage and a method of using a solid electrolyte instead of an organic solvent electrolyte having high flammability and extremely high ignition risk at the time of leakage are effective.

たとえば、特許文献1では、固体電解質として、LiSとPとからなる硫化物ガラスおよび/または硫化物ガラスセラミックスを用いてなる全固体二次電池が開示されている。 For example, Patent Document 1 discloses an all-solid secondary battery using sulfide glass and / or sulfide glass ceramics made of Li 2 S and P 2 S 5 as a solid electrolyte.

特開2009−176484号公報JP 2009-176484 A

しかしながら、上記特許文献1では、固体電解質を保持するための結着剤として、熱可塑性エラストマーまたはエチレンオキシド骨格を有する樹脂を用いるものであるため、結着剤が固体電解質を被覆してしまい、これにより電子伝導が阻害され、全固体二次電池とした場合に内部抵抗が高くなってしまい、レート特性に劣るという問題があった。   However, in the above-mentioned Patent Document 1, since a thermoplastic elastomer or a resin having an ethylene oxide skeleton is used as a binder for holding a solid electrolyte, the binder covers the solid electrolyte. When the all-solid-state secondary battery is obstructed in electronic conduction, the internal resistance becomes high, and there is a problem that the rate characteristics are inferior.

本発明は、電池を構成する各層における粒子間の結着性が高く、しかも、レート特性に優れた全固体二次電池を提供することを目的とする。また、本発明は、このような全固体二次電池を製造するために用いられる全固体二次電池用スラリーを提供することも目的とする。   An object of the present invention is to provide an all-solid-state secondary battery having a high binding property between particles in each layer constituting the battery and excellent in rate characteristics. Another object of the present invention is to provide a slurry for an all solid state secondary battery used for producing such an all solid state secondary battery.

本発明者等は、上記目的を達成するために鋭意研究した結果、無機固体電解質と、ポリオキシエチレン鎖を有する界面活性剤を含有する粒子状ポリマーからなる結着剤とを組み合わせて用いることにより、電池を構成する各層における粒子間の結着性が高く、かつ、レート特性に優れた全固体二次電池を得ることができることを見出し、本発明を完成させるに至った。   As a result of diligent research to achieve the above object, the present inventors have used an inorganic solid electrolyte in combination with a binder composed of a particulate polymer containing a surfactant having a polyoxyethylene chain. The inventors have found that an all-solid secondary battery having a high binding property between particles in each layer constituting the battery and excellent in rate characteristics can be obtained, and the present invention has been completed.

すなわち、本発明によれば、正極活物質層、負極活物質層、および固体電解質層を有する全固体二次電池であって、前記正極活物質層、前記負極活物質層、および前記固体電解質層のうち少なくとも1つが、無機固体電解質およびポリオキシエチレン鎖を有する界面活性剤を含有する粒子状ポリマーからなる結着剤を含むことを特徴とする全固体二次電池が提供される。   That is, according to the present invention, an all-solid secondary battery having a positive electrode active material layer, a negative electrode active material layer, and a solid electrolyte layer, the positive electrode active material layer, the negative electrode active material layer, and the solid electrolyte layer An all-solid-state secondary battery is provided, wherein at least one of them comprises a binder composed of a particulate polymer containing an inorganic solid electrolyte and a surfactant having a polyoxyethylene chain.

本発明の全固体二次電池において、好ましくは、前記ポリオキシエチレン鎖を有する界面活性剤が非イオン性界面活性剤である。
本発明の全固体二次電池において、好ましくは、前記粒子状ポリマーが、酸性官能基を有する単量体の単位を0.1〜3重量%含有する。
本発明の全固体二次電池において、好ましくは、前記酸性官能基がカルボン酸基またはスルホン酸基である。
本発明の全固体二次電池において、好ましくは、前記無機固体電解質が、Li、PおよびSを含有する硫化物ガラスおよび/またはLi、PおよびSを含有する硫化物ガラスセラミックスである。
In the all solid state secondary battery of the present invention, preferably, the surfactant having a polyoxyethylene chain is a nonionic surfactant.
In the all solid state secondary battery of the present invention, preferably, the particulate polymer contains 0.1 to 3% by weight of a monomer unit having an acidic functional group.
In the all solid state secondary battery of the present invention, preferably, the acidic functional group is a carboxylic acid group or a sulfonic acid group.
In the all solid state secondary battery of the present invention, preferably, the inorganic solid electrolyte is a sulfide glass containing Li, P and S and / or a sulfide glass ceramic containing Li, P and S.

また、本発明によれば、無機固体電解質、およびポリオキシエチレン鎖を有する界面活性剤を含有する粒子状ポリマーからなる結着剤を、沸点が100〜220℃である非極性溶媒に溶解または分散してなる全固体二次電池用スラリーが提供される。   Further, according to the present invention, a binder composed of an inorganic solid electrolyte and a particulate polymer containing a surfactant having a polyoxyethylene chain is dissolved or dispersed in a nonpolar solvent having a boiling point of 100 to 220 ° C. An all-solid secondary battery slurry is provided.

本発明によれば、電池を構成する各層における粒子間の結着性が高く、かつ、レート特性に優れた全固体二次電池、および、このような全固体二次電池を製造するための全固体二次電池用スラリーを提供することができる。   According to the present invention, an all-solid secondary battery having high binding properties between particles in each layer constituting the battery and excellent in rate characteristics, and an all-solid secondary battery for producing such an all-solid secondary battery. A slurry for a solid secondary battery can be provided.

本発明の全固体二次電池は、正極活物質層、負極活物質層、および固体電解質層を有し、前記正極活物質層、前記負極活物質層、および前記固体電解質層のうち少なくとも1つが、無機固体電解質およびポリオキシエチレン鎖を有する界面活性剤を含有する粒子状ポリマーからなる結着剤を含むことを特徴とする。   The all solid state secondary battery of the present invention has a positive electrode active material layer, a negative electrode active material layer, and a solid electrolyte layer, and at least one of the positive electrode active material layer, the negative electrode active material layer, and the solid electrolyte layer is And a binder comprising a particulate polymer containing an inorganic solid electrolyte and a surfactant having a polyoxyethylene chain.

(無機固体電解質)
まず、本発明で用いる無機固体電解質について説明する。
無機固体電解質としては、リチウムイオンの伝導性を有するものであれば特に限定されず、Li、PおよびSを含有する硫化物ガラス、Li、PおよびSを含有する硫化物ガラスセラミックス、LiN、LISICON(Li14Zn(GeO、ペロブスカイト型Li0.5La0.5TiO、LIPON(Li3+yPO4-x)、Thio−LISICON(Li3.25Ge0.250.75)などの結晶性の無機リチウムイオン伝導体などが挙げられるが、これらのなかでも、Li、PおよびSを含有する硫化物ガラス、および/またはLi、PおよびSを含有する硫化物ガラスセラミックスが好ましい。
(Inorganic solid electrolyte)
First, the inorganic solid electrolyte used in the present invention will be described.
The inorganic solid electrolyte is not particularly limited as long as it has lithium ion conductivity, sulfide glass containing Li, P and S, sulfide glass ceramics containing Li, P and S, and Li 3 N. , LIICON (Li 14 Zn (GeO 4 ) 4 , perovskite-type Li 0.5 La 0.5 TiO 3 , LIPON (Li 3 + y PO 4−x N x ), Thio-LISON (Li 3.25 Ge 0.25 P Examples include crystalline inorganic lithium ion conductors such as 0.75 S 4 ), and among these, sulfide glass containing Li, P and S and / or Li, P and S are contained. Sulfide glass ceramics are preferred.

Li、PおよびSを含有する硫化物ガラス(以下、適宜、「Li−P−S系ガラス」とする)は、LiSとPとを含有するガラスであり、LiSとPとを所定の比率で混合することにより製造することができる。また、Li、PおよびSを含有する硫化物ガラスセラミックス(以下、適宜、「Li−P−S系ガラスセラミックス」とする)は、LiSとPとを含有するガラスセラミックスであり、LiSとPとを所定の比率で混合することで得られたLi−P−S系ガラスを、150〜360℃で焼成することにより製造することができる。 A sulfide glass containing Li, P, and S (hereinafter, referred to as “Li-PS glass” as appropriate) is a glass containing Li 2 S and P 2 S 5 , and Li 2 S and It can be manufactured by mixing P 2 S 5 at a predetermined ratio. Further, a sulfide glass ceramic containing Li, P and S (hereinafter referred to as “Li-PS glass glass ceramic” as appropriate) is a glass ceramic containing Li 2 S and P 2 S 5 . , Li 2 S and P 2 S 5 can be produced by firing Li—PS—S-based glass obtained by mixing at a predetermined ratio at 150 to 360 ° C.

Li−P−S系ガラスおよびLi−P−S系ガラスセラミックスにおける、LiSとPとの比率は、LiS:Pのモル比で、好ましくは65:35〜75:25、より好ましくは68:32〜74:26である。LiSとPとの比率をこの範囲にすることにより、リチウムイオン伝導度を高いものとすることができる。具体的には、リチウムイオン伝導度を好ましくは1×10−4S/cm以上、より好ましくは1×10−3S/cm以上とすることができる。 The ratio of Li 2 S to P 2 S 5 in the Li—PS glass and the Li—PS glass glass ceramic is a molar ratio of Li 2 S: P 2 S 5 , preferably 65:35 to 35:35. 75:25, more preferably 68:32 to 74:26. By making the ratio of Li 2 S and P 2 S 5 within this range, the lithium ion conductivity can be increased. Specifically, the lithium ion conductivity can be preferably 1 × 10 −4 S / cm or more, more preferably 1 × 10 −3 S / cm or more.

なお、Li−P−S系ガラスおよびLi−P−S系ガラスセラミックスには、イオン導電性の低下を引き起こさせない範囲において、Al、BおよびSiSからなる群より選ばれる少なくとも1種の硫化物、LiPO、LiSiO、LiGeO、LiBOおよびLiAlOからなる群より選ばれる少なくとも1種のオルトオキソ酸リチウムを含有させてもよい。このような硫化物やオルトオキソ酸リチウムを含有させることにより、Li−P−S系ガラスおよびLi−P−S系ガラスセラミックス中のガラス成分を安定化させることができる。 The Li-PS-based glass and the Li-PS-based glass ceramic are selected from the group consisting of Al 2 S 3 , B 2 S 3 and SiS 2 as long as they do not cause a decrease in ionic conductivity. Or at least one lithium orthooxoate selected from the group consisting of Li 3 PO 4 , Li 4 SiO 4 , Li 4 GeO 4 , Li 3 BO 3 and Li 3 AlO 3. Good. By including such a sulfide or lithium orthooxo acid, the glass component in the Li-PS-based glass and the Li-PS-based glass ceramic can be stabilized.

また、Li−P−S系ガラスおよびLi−P−S系ガラスセラミックスの平均粒径は、好ましくは0.1〜50μmであり、より好ましくは0.1〜20μmである。平均粒径が小さすぎると、取り扱いが困難となるおそれがあり、一方、平均粒径が大きすぎると、分散性が悪化するおそれがある。   Moreover, the average particle diameter of Li-PS-based glass and Li-PS-based glass ceramics is preferably 0.1 to 50 μm, more preferably 0.1 to 20 μm. If the average particle size is too small, the handling may be difficult. On the other hand, if the average particle size is too large, the dispersibility may be deteriorated.

(結着剤)
次いで、本発明で用いる結着剤について説明する。
本発明で用いる結着剤は、ポリオキシエチレン鎖を有する界面活性剤を含有する粒子状ポリマーである。
(Binder)
Next, the binder used in the present invention will be described.
The binder used in the present invention is a particulate polymer containing a surfactant having a polyoxyethylene chain.

本発明で用いるポリオキシエチレン鎖を有する界面活性剤を含有する粒子状ポリマー(以下、適宜「粒子状ポリマー」とする。)は、たとえば、乳化剤として、ポリオキシエチレン鎖を有する界面活性剤を用いた乳化重合により、粒子状ポリマーを形成することとなる単量体を重合することにより製造され、乳化重合時に、ポリオキシエチレン鎖を有する界面活性剤を使用することにより、ポリオキシエチレン鎖を有する界面活性剤を粒子状ポリマー中に含有させることができる。   The particulate polymer containing a surfactant having a polyoxyethylene chain used in the present invention (hereinafter, appropriately referred to as “particulate polymer”) uses, for example, a surfactant having a polyoxyethylene chain as an emulsifier. Produced by polymerizing a monomer that will form a particulate polymer by emulsion polymerization, and having a polyoxyethylene chain by using a surfactant having a polyoxyethylene chain at the time of emulsion polymerization A surfactant can be included in the particulate polymer.

特に、本発明で用いる粒子状ポリマーは、全固体二次電池内において、粒子状態を保持した状態、すなわち、無機固体電解質粒子上、正極活物質粒子上、および/または負極活物質粒子上に粒子状態を保持した状態で存在するものであり、これにより、電子伝導およびイオン伝導を阻害することなく、無機固体電解質粒子、正極活物質粒子および/または負極活物質粒子を良好に結着できるものである。また、本発明においては、粒子状ポリマーに、ポリオキシエチレン鎖を有する界面活性剤を含有させることにより、結着剤としての結着力を良好なものとし、これにより信頼性を高いものとしながら、イオン伝導性を向上させることができるものである。   In particular, the particulate polymer used in the present invention is in a state in which the particulate state is maintained in the all-solid secondary battery, that is, on the inorganic solid electrolyte particles, on the positive electrode active material particles, and / or on the negative electrode active material particles. In this state, the inorganic solid electrolyte particles, the positive electrode active material particles and / or the negative electrode active material particles can be satisfactorily bound without hindering electron conduction and ion conduction. is there. Further, in the present invention, by adding a surfactant having a polyoxyethylene chain to the particulate polymer, the binding force as a binder is made favorable, thereby making the reliability high, Ion conductivity can be improved.

なお、本発明において、“粒子状態を保持した状態”とは、完全に粒子形状を保持した状態である必要はなく、その粒子形状をある程度保持した状態であればよく、たとえば、無機固体電解質粒子同士(あるいは、正極活物質粒子同士、負極活物質粒子同士)を結着した結果、これら粒子同士によりある程度押しつぶされたような形状となっていてもよい。   In the present invention, the “state in which the particle state is maintained” does not have to be a state in which the particle shape is completely maintained, and may be in a state in which the particle shape is maintained to some extent. For example, inorganic solid electrolyte particles As a result of binding each other (or between the positive electrode active material particles and between the negative electrode active material particles), the particles may be crushed to some extent by these particles.

本発明で用いる粒子状ポリマーとしては、酸性官能基を有する単量体の単位を少なくとも含有するものであることが好ましい。酸性官能基を有する単量体としては、カルボン酸基、スルホン酸基、ホスフィニル基などの各種酸性官能基を有する単量体が挙げられるが、これらのなかでも、カルボン酸基を有する単量体、スルホン酸基を有する単量体が好ましい。   The particulate polymer used in the present invention preferably contains at least a monomer unit having an acidic functional group. Examples of the monomer having an acidic functional group include monomers having various acidic functional groups such as a carboxylic acid group, a sulfonic acid group, and a phosphinyl group. Among these, a monomer having a carboxylic acid group A monomer having a sulfonic acid group is preferred.

カルボン酸基を有する単量体としては、アクリル酸、メタクリル酸、クロトン酸などの不飽和モノカルボン酸;フマル酸、マレイン酸、シトラコン酸、メタコン酸、グルタコン酸、イタコン酸、テトラヒドロフタル酸、クロトン酸、イソクロトン酸、ナジック酸、ブテントリカルボン酸などの不飽和多価カルボン酸;フマル酸モノブチル、マレイン酸モノエチル、イタコン酸モノメチルなどの不飽和多価カルボン酸の部分エステル化物;などが挙げられる。   Monomers having a carboxylic acid group include unsaturated monocarboxylic acids such as acrylic acid, methacrylic acid, and crotonic acid; fumaric acid, maleic acid, citraconic acid, metaconic acid, glutaconic acid, itaconic acid, tetrahydrophthalic acid, and croton. And unsaturated polyvalent carboxylic acids such as acid, isocrotonic acid, nadic acid and butenetricarboxylic acid; partially esterified products of unsaturated polyvalent carboxylic acids such as monobutyl fumarate, monoethyl maleate and monomethyl itaconate;

スルホン酸基を有する単量体としては、ビニルスルホン酸、メチルビニルスルホン酸、スチレンスルホン酸、(メタ)アクリルスルホン酸、(メタ)アクリル酸−2−スルホン酸エチル、2−アクリルアミド−2−ヒドロキシプロパンスルホン酸などが挙げられる。   Examples of the monomer having a sulfonic acid group include vinyl sulfonic acid, methyl vinyl sulfonic acid, styrene sulfonic acid, (meth) acryl sulfonic acid, (meth) acrylic acid-2-ethyl sulfonate, 2-acrylamido-2-hydroxy. Examples include propane sulfonic acid.

これらの酸性官能基を有する単量体は、それぞれ単独で、あるいは2種以上を組み合わせて用いることができる。これらのなかでも、メタクリ酸、スルホン酸が好ましく、メタクリル酸が特に好ましい。   These monomers having an acidic functional group can be used alone or in combination of two or more. Among these, methacrylic acid and sulfonic acid are preferable, and methacrylic acid is particularly preferable.

粒子状ポリマーを構成する全単量体単位中における、酸性官能基を有する単量体の単位の含有割合は、好ましくは0.1〜3重量%であり、より好ましくは0.3〜2.5重量%、さらに好ましくは0.5〜2重量%である。酸性官能基を有する単量体の単位の含有割合をこの範囲とすることにより、結着力がより向上して信頼性が高くなり、スラリーの安定性も向上する。   The content ratio of the monomer unit having an acidic functional group in all the monomer units constituting the particulate polymer is preferably 0.1 to 3% by weight, more preferably 0.3 to 2.%. 5% by weight, more preferably 0.5 to 2% by weight. By setting the content ratio of the monomer unit having an acidic functional group within this range, the binding force is further improved and the reliability is increased, and the stability of the slurry is also improved.

本発明で用いる粒子状ポリマーには、酸性官能基を有する単量体の単位に加えて、酸性官能基を有する単量体と共重合可能な他の単量体単位が含有されていてもよい。共重合可能な他の単量体単位が含有されていてもよい。共重合可能な他の単量体としては、スチレン;ビニルトルエン、α−メチルスチレン等のスチレン誘導体;アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸プロピル、アクリル酸ブチル、アクリル酸2−エチルヘキシル、アクリル酸ジメチルアミノエチル等のアクリル酸エステル;メタクリル酸メチル、メタクリル酸エチル、メタクリル酸プロピル、メタクリル酸ブチル、メタクリル酸2−エチルヘキシル、メタクリル酸ジメチルアミノエチル等のメタクリル酸エステル;アクリルアミド、メタクリルアミド等のアミド化合物;エチレン、プロピレン、ブチレン等のオレフィン;ジビニルベンゼン、ジビニルナフタレン、およびこれらの誘導体などの芳香族ジビニル化合物;アリルメタクリレート、エチレングリコールジメタクリレート、ジエチレングリコールジメタクリレートなどのエチレン性不飽和カルボン酸エステル;N,N−ジビニルアニリン、ジビニルエーテルなどのジビニル化合物;等が挙げられる。これらの共重合可能な他の単量体は、それぞれ単独で、あるいは2種以上を組み合わせて用いることができる。   The particulate polymer used in the present invention may contain other monomer units copolymerizable with the monomer having an acidic functional group in addition to the monomer unit having an acidic functional group. . Other monomer units capable of copolymerization may be contained. Examples of other copolymerizable monomers include styrene; styrene derivatives such as vinyltoluene and α-methylstyrene; methyl acrylate, ethyl acrylate, propyl acrylate, butyl acrylate, 2-ethylhexyl acrylate, acrylic acid Acrylic acid esters such as dimethylaminoethyl; Methacrylic acid esters such as methyl methacrylate, ethyl methacrylate, propyl methacrylate, butyl methacrylate, 2-ethylhexyl methacrylate, dimethylaminoethyl methacrylate; Amide compounds such as acrylamide and methacrylamide Olefins such as ethylene, propylene, butylene; aromatic divinyl compounds such as divinylbenzene, divinylnaphthalene, and derivatives thereof; allyl methacrylate, ethylene glycol dimethacrylate, Ethylenically unsaturated carboxylic acid esters such as ethylene glycol dimethacrylate; N, N-divinyl aniline, divinyl compounds such as divinyl ether; and the like. These other copolymerizable monomers can be used alone or in combination of two or more.

粒子状ポリマーに含有されるポリオキシエチレン鎖を有する界面活性剤、すなわち、乳化重合の乳化剤として用いるポリオキシエチレン鎖を有する界面活性剤としては、陰イオン性界面活性剤、非イオン性界面活性剤などが挙げられる。   Surfactants having polyoxyethylene chains contained in the particulate polymer, that is, surfactants having polyoxyethylene chains used as an emulsifier for emulsion polymerization include anionic surfactants and nonionic surfactants. Etc.

陰イオン性界面活性剤としては、ポリオキシエチレンラウリルエーテル硫酸ナトリウム、ポリオキシエチレンアルキルエーテル硫酸ナトリウム、ポリオキシエチレンアルキルエーテル硫酸トリエタノールアミンなどのポリオキシエチレンアルキルエーテル硫酸エステル塩系界面活性剤;ポリオキシアルキレンアルケニルエーテル硫酸アンモニウムなどの反応性界面活性剤;ポリオキシエチレンアルキルエーテルリン酸カリウムなどのポリオキシエチレンアルキルエーテルリン酸エステル塩系界面活性剤;などが挙げられる。   Examples of the anionic surfactant include polyoxyethylene alkyl ether sulfate salt surfactants such as sodium polyoxyethylene lauryl ether sulfate, sodium polyoxyethylene alkyl ether sulfate, polyoxyethylene alkyl ether sulfate triethanolamine; Reactive surfactants such as ammonium oxyalkylene alkenyl ether sulfate; polyoxyethylene alkyl ether phosphate ester surfactants such as potassium polyoxyethylene alkyl ether phosphate; and the like.

非イオン性界面活性剤としては、ポリオキシエチレンラウリルエーテル、ポリオキシエチレンセチルエーテル、ポリオキシエチレンステアリルエーテル、ポリオキシエチレンオレイルエーテル、ポリオキシエチレンアルキルエーテル、ポリオキシエチレンミリスチルエーテル、ポリオキシエチレンオクチルドデシルエーテルなどのポリオキシエチレンアルキルエーテル系界面活性剤;ポリオキシエチレンアルキレンアルキルエーテル、ポリオキシエチレンジスチレン化フェニルエーテル、ポリオキシエチレントリベンジルフェニルエ−テル、ポリオキシエチレンポリオキシプロピレングリコールなどのポリオキシアルキレン誘導体、ポリオキシアルキレンアルケニルエーテルなどの反応性界面活性剤;テトラオレイン酸ポリオキシエチレンソルビットなどのポリオキシエチレンソルビトール脂肪酸エステル系界面活性剤;ポリエチレングリコールモノラウレート、ポリエチレングリコールモノステアレート、ポリエチレングリコールジステアレート、ポリエチレングリコールモノオレエートなどのポリオキシエチレン脂肪酸エステル系界面活性剤;ポリオキシエチレン硬化ヒマシ油などのポリオキシエチレン硬化ヒマシ油系界面活性剤;ポリオキシエチレンアルキルアミンなどのポリオキシエチレンアルキルアミン系界面活性剤;などが挙げられる。   Nonionic surfactants include polyoxyethylene lauryl ether, polyoxyethylene cetyl ether, polyoxyethylene stearyl ether, polyoxyethylene oleyl ether, polyoxyethylene alkyl ether, polyoxyethylene myristyl ether, polyoxyethylene octyldodecyl Polyoxyethylene alkyl ether surfactants such as ether; polyoxyethylene alkylene alkyl ether, polyoxyethylene distyrenated phenyl ether, polyoxyethylene tribenzylphenyl ether, polyoxyethylene polyoxypropylene glycol, and other polyoxyethylene Reactive surfactants such as alkylene derivatives and polyoxyalkylene alkenyl ethers; Polyoxyethylene sorbitol fatty acid ester surfactants such as bits; Polyoxyethylene fatty acid ester surfactants such as polyethylene glycol monolaurate, polyethylene glycol monostearate, polyethylene glycol distearate, polyethylene glycol monooleate; And polyoxyethylene hydrogenated castor oil surfactants such as oxyethylene hydrogenated castor oil; polyoxyethylene alkylamine surfactants such as polyoxyethylene alkylamine; and the like.

これらのなかでも、得られる全固体二次電池の充放電サイクル特性を良好なものとすることができるという観点より、非イオン性界面活性剤が好ましく、ポリオキシエチレンアルキルエーテル系界面活性剤がより好ましい。また、ポリオキシエチレンアルキルエーテル系界面活性剤のなかでも、HLB値が8〜16のものが好ましい。あるいは、ポリオキシエチレンアルキルエーテル系界面活性剤のなかでも、アルキル基の炭素数が10〜18のものが好ましく、炭素数が12〜16のものがより好ましい。   Among these, from the viewpoint that the charge / discharge cycle characteristics of the obtained all-solid-state secondary battery can be improved, nonionic surfactants are preferred, and polyoxyethylene alkyl ether surfactants are more preferred. preferable. Of the polyoxyethylene alkyl ether surfactants, those having an HLB value of 8 to 16 are preferred. Alternatively, among the polyoxyethylene alkyl ether surfactants, those having 10 to 18 carbon atoms in the alkyl group are preferable, and those having 12 to 16 carbon atoms are more preferable.

また、粒子状ポリマーを形成することとなる単量体を乳化重合する際における、乳化剤としてのポリオキシエチレン鎖を有する界面活性剤の配合量は、全単量体100重量部に対して、好ましくは0.1〜10重量部、より好ましくは0.5〜8重量部、さらに好ましくは1〜5重量部である。ポリオキシエチレン鎖を有する界面活性剤の配合量を上記範囲とすることにより、粒子状ポリマーの結着力を良好なものとしながら、イオン伝導性の向上が可能となる。また、粒子状ポリマー中のポリオキシエチレン鎖を有する界面活性剤の含有量は、粒子状ポリマー中、好ましくは0.1〜10重量%、より好ましくは0.5〜8重量%、さらに好ましくは1〜5重量%である。   In addition, the amount of the surfactant having a polyoxyethylene chain as an emulsifier in the emulsion polymerization of the monomer that forms the particulate polymer is preferably based on 100 parts by weight of the total monomers. Is 0.1 to 10 parts by weight, more preferably 0.5 to 8 parts by weight, still more preferably 1 to 5 parts by weight. By setting the blending amount of the surfactant having a polyoxyethylene chain in the above range, the ion conductivity can be improved while the binding force of the particulate polymer is improved. The content of the surfactant having a polyoxyethylene chain in the particulate polymer is preferably 0.1 to 10% by weight, more preferably 0.5 to 8% by weight, and still more preferably in the particulate polymer. 1 to 5% by weight.

また、本発明で用いる粒子状ポリマーの平均粒径は、好ましくは30〜300nmであり、より好ましくは50〜250m、さらに好ましくは70〜200nmである。粒子状ポリマーの平均粒径をこの範囲とすることにより、スラリーとした場合の安定性により優れ、内部抵抗もより小さくできる。なお、粒子状ポリマーの平均粒径は、たとえば、乳化重合により粒子状ポリマーを製造する際に用いる乳化剤の添加量を調整することにより、制御することができる。また、粒子状ポリマーの平均粒径は、たとえば、レーザー回折式粒度分布測定装置を用いて測定することができる。   Moreover, the average particle diameter of the particulate polymer used in the present invention is preferably 30 to 300 nm, more preferably 50 to 250 m, still more preferably 70 to 200 nm. By setting the average particle size of the particulate polymer within this range, the slurry can be more stable and the internal resistance can be further reduced. The average particle diameter of the particulate polymer can be controlled, for example, by adjusting the amount of emulsifier used when producing the particulate polymer by emulsion polymerization. Moreover, the average particle diameter of a particulate polymer can be measured, for example using a laser diffraction type particle size distribution measuring apparatus.

本発明で用いる粒子状ポリマーは、上述した単量体を、水を分散媒とし、乳化剤として上述したポリオキシエチレン鎖を有する界面活性剤を用いた乳化重合法により製造することができる。   The particulate polymer used in the present invention can be produced by an emulsion polymerization method using the above-described monomer using water as a dispersion medium and the above-described surfactant having a polyoxyethylene chain as an emulsifier.

そして、本発明では、水を分散媒とする乳化重合により得られた、粒子状ポリマーの水分散液について、沸点が100〜220℃である非極性溶媒にて溶媒置換を行い、沸点が100〜220℃である非極性溶媒の溶液または分散液とすることが好ましい。沸点が100〜220℃である非極性溶媒で溶媒置換を行なうことにより、製造工程において、加熱乾燥による水分の除去を効率的に行なうことができ、これにより、全固体二次電池とした際における水分量の低減を図ることができる。なお、溶媒置換に用いる非極性溶媒としては、沸点が100〜220℃のものが望ましく、好ましくは120〜210℃、より好ましくは140〜200℃である。沸点が低すぎる非極性溶媒を用いると、製造工程において水分の除去が困難となるおそれがあり、一方、沸点が高すぎる非極性溶媒を用いると、製造工程において、加熱乾燥に時間が掛かりすぎるおそれがある。   In the present invention, the aqueous dispersion of the particulate polymer obtained by emulsion polymerization using water as a dispersion medium is subjected to solvent substitution with a nonpolar solvent having a boiling point of 100 to 220 ° C., and the boiling point is 100 to A nonpolar solvent solution or dispersion at 220 ° C. is preferred. By performing solvent substitution with a nonpolar solvent having a boiling point of 100 to 220 ° C., it is possible to efficiently remove moisture by heating and drying in the production process. The amount of moisture can be reduced. In addition, as a nonpolar solvent used for solvent substitution, a thing with a boiling point of 100-220 degreeC is desirable, Preferably it is 120-210 degreeC, More preferably, it is 140-200 degreeC. If a nonpolar solvent having a boiling point too low is used, it may be difficult to remove moisture in the production process. On the other hand, if a nonpolar solvent having a boiling point too high is used, it may take too much time for drying in the production process. There is.

また、溶媒置換に用いる非極性溶媒は、SP値(溶解度パラメータ)が14〜20MPa1/2であることが好ましく、より好ましくは15〜19MPa1/2、さらに好ましくは16〜18MPa1/2である。SP値が上記範囲にある非極性溶媒を用いることにより、ポリマー粒子の分散性を向上させることができる。 The nonpolar solvent used for solvent replacement preferably has an SP value (solubility parameter) of 14 to 20 MPa 1/2 , more preferably 15 to 19 MPa 1/2 , and even more preferably 16 to 18 MPa 1/2 . is there. By using a nonpolar solvent having an SP value in the above range, the dispersibility of the polymer particles can be improved.

このような溶媒置換に用いる非極性溶媒の具体例としては、n−オクタン(沸点125℃、SP値15.6)、イソオクタン(沸点117℃、SP値14.1)、トルエン(沸点111℃、SP値18.2)、o−キシレン(沸点144℃、SP値18.5)、m−キシレン(沸点139℃、SP値18.0)、p−キシレン(沸点138℃、SP値18.0)、スチレン(沸点145℃、SP値19.0)、エチルベンゼン(沸点136℃、SP値18.0)、デカリン(沸点185℃、SP値18.0)などが挙げられる。   Specific examples of the nonpolar solvent used for such solvent substitution include n-octane (boiling point 125 ° C., SP value 15.6), isooctane (boiling point 117 ° C., SP value 14.1), toluene (boiling point 111 ° C., SP value 18.2), o-xylene (boiling point 144 ° C., SP value 18.5), m-xylene (boiling point 139 ° C., SP value 18.0), p-xylene (boiling point 138 ° C., SP value 18.0) ), Styrene (boiling point 145 ° C., SP value 19.0), ethylbenzene (boiling point 136 ° C., SP value 18.0), decalin (boiling point 185 ° C., SP value 18.0), and the like.

(固体電解質層)
本発明の全固体二次電池を構成する固体電解質層は、固体電解質を含有するものである。本発明においては、固体電解質層としては、上述した無機固体電解質と、上述した結着剤としての粒子状ポリマーとを含有するものであることが好ましく、このような構成とすることで、無機固体電解質粒子の結着性を高くすることができ、かつ、得られる全固体二次電池をレート特性に優れたものとすることができる。
(Solid electrolyte layer)
The solid electrolyte layer constituting the all solid state secondary battery of the present invention contains a solid electrolyte. In the present invention, the solid electrolyte layer preferably contains the inorganic solid electrolyte described above and the particulate polymer as the binder described above. The binding property of the electrolyte particles can be increased, and the obtained all-solid-state secondary battery can be excellent in rate characteristics.

固体電解質層中における、粒子状ポリマーの含有量は、無機固体電解質100重量部に対して、好ましくは0.05〜8重量部であり、より好ましくは0.1〜6重量部、さらに好ましくは0.2〜4重量部である。粒子状ポリマーの含有量を上記範囲とすることにより、得られる全固体二次電池の内部抵抗を低く抑えながら、固体電解質層中における結着力を十分なものとすることができる。   The content of the particulate polymer in the solid electrolyte layer is preferably 0.05 to 8 parts by weight, more preferably 0.1 to 6 parts by weight, further preferably 100 parts by weight of the inorganic solid electrolyte. 0.2 to 4 parts by weight. By setting the content of the particulate polymer in the above range, the binding force in the solid electrolyte layer can be made sufficient while keeping the internal resistance of the obtained all-solid-state secondary battery low.

固体電解質層の形成方法としては、無機固体電解質、粒子状ポリマー、および有機溶媒を含む固体電解質層スラリーを調製し、調製した固体電解質層スラリーを基材へ塗布し、乾燥する方法などが挙げられる。   Examples of the method for forming the solid electrolyte layer include a method in which a solid electrolyte layer slurry containing an inorganic solid electrolyte, a particulate polymer, and an organic solvent is prepared, the prepared solid electrolyte layer slurry is applied to a substrate, and dried. .

なお、粒子状ポリマーとしては、上述したように、沸点が100〜220℃である非極性溶媒に溶解または分散した溶液または分散液を用いることが好ましく、この場合には、固体電解質層スラリーに含有される有機溶媒としては、上述した沸点が100〜220℃である非極性溶媒を用いることが好ましい。すなわち、固体電解質層スラリーを、無機固体電解質、粒子状ポリマー、および沸点が100〜220℃である非極性溶媒を含有するものとすることが好ましい。   As the particulate polymer, as described above, it is preferable to use a solution or dispersion dissolved or dispersed in a nonpolar solvent having a boiling point of 100 to 220 ° C. In this case, it is contained in the solid electrolyte layer slurry. As the organic solvent to be used, it is preferable to use a nonpolar solvent having a boiling point of 100 to 220 ° C. That is, the solid electrolyte layer slurry preferably contains an inorganic solid electrolyte, a particulate polymer, and a nonpolar solvent having a boiling point of 100 to 220 ° C.

固体電解質層スラリーを調製する際における、上述した各成分を混合する方法としては特に限定されないが、たとえば、ホモジナイザー、ボールミル、ビーズミル、プラネタリーミキサー、サンドミル、ロールミル、および遊星式混練機などの分散混練装置を使用する方法が挙げられ、無機固体電解質の凝集を抑制できるという観点からプラネタリーミキサー、ボールミルまたはビーズミルを使用する方法が好ましい。   The method for mixing the above-described components in preparing the solid electrolyte layer slurry is not particularly limited, but for example, dispersion kneading such as a homogenizer, ball mill, bead mill, planetary mixer, sand mill, roll mill, and planetary kneader The method using an apparatus is mentioned, The method using a planetary mixer, a ball mill, or a bead mill from a viewpoint that aggregation of an inorganic solid electrolyte can be suppressed is preferable.

固体電解質層スラリー中における、沸点が100〜220℃である非極性溶媒の含有量は、無機固体電解質100重量部に対して、好ましくは5〜70重量部、より好ましくは10〜60重量部、さらに好ましくは20〜50重量部である。非極性溶媒の含有量が少なすぎると、所望の膜厚にて製膜することが困難となる場合があり、一方、含有量が多すぎると、溶媒の除去に時間が掛かるおそれがある。   The content of the nonpolar solvent having a boiling point of 100 to 220 ° C. in the solid electrolyte layer slurry is preferably 5 to 70 parts by weight, more preferably 10 to 60 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the inorganic solid electrolyte. More preferably, it is 20-50 weight part. If the content of the nonpolar solvent is too small, it may be difficult to form a film with a desired film thickness. On the other hand, if the content is too large, it may take time to remove the solvent.

また、固体電解質層スラリーには、上記各成分のほかに、さらに分散剤、レベリング剤、消泡剤などの他の成分が含まれていてもよい。これらは電池反応に影響を及ぼさないものであれば特に限定はされない。   In addition to the above components, the solid electrolyte layer slurry may further contain other components such as a dispersant, a leveling agent, and an antifoaming agent. These are not particularly limited as long as they do not affect the battery reaction.

分散剤としては、アニオン性化合物、カチオン性化合物、非イオン性化合物、高分子化合物が例示される。固体電解質層スラリー中における、分散剤の含有量は、電池特性に影響が及ばない範囲が好ましく、具体的には、無機固体電解質100重量部に対して、10重量部以下とすることが好ましい。   Examples of the dispersant include an anionic compound, a cationic compound, a nonionic compound, and a polymer compound. The content of the dispersing agent in the solid electrolyte layer slurry is preferably within a range that does not affect the battery characteristics. Specifically, it is preferably 10 parts by weight or less with respect to 100 parts by weight of the inorganic solid electrolyte.

レベリング剤としては、アルキル系界面活性剤、シリコーン系界面活性剤、フッ素系界面活性剤、金属系界面活性剤などの界面活性剤が挙げられる。レベリング剤を含有させることにより、固体電解質層スラリーを、正極活物質層または負極活物質層の表面に塗工した際に、発生するはじきを防止できる。固体電解質層スラリー中における、レベリング剤の含有量は、電池特性に影響が及ばない範囲が好ましく、具体的には、無機固体電解質100重量部に対して、10重量部以下とすることが好ましい。   Examples of the leveling agent include surfactants such as alkyl surfactants, silicone surfactants, fluorine surfactants, and metal surfactants. By containing the leveling agent, repelling that occurs when the solid electrolyte layer slurry is applied to the surface of the positive electrode active material layer or the negative electrode active material layer can be prevented. The content of the leveling agent in the solid electrolyte layer slurry is preferably in a range that does not affect the battery characteristics. Specifically, it is preferably 10 parts by weight or less with respect to 100 parts by weight of the inorganic solid electrolyte.

消泡剤としては、ミネラルオイル系消泡剤、シリコーン系消泡剤、ポリマー系消泡剤などが挙げられる。固体電解質層スラリー中における、レベリング剤の含有量は、電池特性に影響が及ばない範囲が好ましく、具体的には、無機固体電解質100重量部に対して、10重量部以下とすることが好ましい。   Examples of antifoaming agents include mineral oil antifoaming agents, silicone antifoaming agents, and polymer antifoaming agents. The content of the leveling agent in the solid electrolyte layer slurry is preferably in a range that does not affect the battery characteristics. Specifically, it is preferably 10 parts by weight or less with respect to 100 parts by weight of the inorganic solid electrolyte.

(正極活物質層)
本発明の全固体二次電池を構成する正極活物質層は、正極活物質を含有するものである。本発明においては、正極活物質層としては、正極活物質に加え、上述した無機固体電解質と、上述した結着剤としての粒子状ポリマーとを含有するものであることが好ましく、このような構成とすることで、無機固体電解質粒子および正極活物質粒子の結着性を高くすることができ、得られる全固体二次電池をレート特性に優れたものとすることができる。
(Positive electrode active material layer)
The positive electrode active material layer constituting the all solid state secondary battery of the present invention contains a positive electrode active material. In the present invention, the positive electrode active material layer preferably contains the inorganic solid electrolyte described above and the particulate polymer as the binder described above in addition to the positive electrode active material. By doing so, the binding property of the inorganic solid electrolyte particles and the positive electrode active material particles can be increased, and the obtained all-solid-state secondary battery can be excellent in rate characteristics.

正極活物質は、リチウムイオンを吸蔵および放出可能な化合物である。正極活物質は、無機化合物からなるものと有機化合物からなるものとに大別される。   The positive electrode active material is a compound that can occlude and release lithium ions. The positive electrode active material is roughly classified into those made of inorganic compounds and those made of organic compounds.

無機化合物からなる正極活物質としては、遷移金属酸化物、リチウムと遷移金属との複合酸化物、遷移金属硫化物などが挙げられる。遷移金属としては、たとえば、Fe、Co、Ni、Mn等が挙げられる。無機化合物からなる正極活物質の具体例としては、LiCoO、LiNiO、LiMnO、LiMn、LiFePO、LiFeVOなどのリチウム含有複合金属酸化物;TiS、TiS、非晶質MoS2等の遷移金属硫化物;Cu、非晶質VO−P、MoO、VO5、V13などの遷移金属酸化物;などが挙げられる。これらの化合物は、部分的に元素置換したものであってもよい。 Examples of the positive electrode active material made of an inorganic compound include transition metal oxides, composite oxides of lithium and transition metals, and transition metal sulfides. Examples of the transition metal include Fe, Co, Ni, Mn, and the like. Specific examples of the positive electrode active material made of an inorganic compound include lithium-containing composite metal oxides such as LiCoO 2 , LiNiO 2 , LiMnO 2 , LiMn 2 O 4 , LiFePO 4 , LiFeVO 4 ; TiS 2 , TiS 3 , amorphous transition metal sulfides such as MoS2; Cu 2 V 2 O 3 , transition metal oxides such as amorphous V 2 O-P 2 O 5 , MoO 3, V 2 O5, V 6 O 13; and the like. These compounds may be partially element-substituted.

有機化合物からなる正極活物質としては、たとえば、ポリアニリン、ポリピロール、ポリアセン、ジスルフィド系化合物、ポリスルフィド系化合物、N−フルオロピリジニウム塩などが挙げられる。また、正極活物質としては、上述した無機化合物と有機化合物との混合物であってもよい。   Examples of the positive electrode active material made of an organic compound include polyaniline, polypyrrole, polyacene, disulfide compounds, polysulfide compounds, and N-fluoropyridinium salts. Moreover, as a positive electrode active material, the mixture of the inorganic compound mentioned above and an organic compound may be sufficient.

正極活物質の平均粒径は、レート特性、充放電サイクル特性などの電池特性を向上させるという観点から、好ましくは0.1〜50μm、より好ましくは1〜20μmである。平均粒子径が上記範囲であると、得られる全固体二次電池の充放電容量を大きくすることができ、かつ、正極活物質層を製造する際の取扱いが容易となる。なお、正極活物質の平均粒径は、レーザー回折で粒度分布を測定することにより求めることができる。   The average particle diameter of the positive electrode active material is preferably 0.1 to 50 μm, more preferably 1 to 20 μm, from the viewpoint of improving battery characteristics such as rate characteristics and charge / discharge cycle characteristics. When the average particle size is in the above range, the charge / discharge capacity of the obtained all-solid-state secondary battery can be increased, and handling at the time of producing the positive electrode active material layer becomes easy. The average particle size of the positive electrode active material can be obtained by measuring the particle size distribution by laser diffraction.

正極活物質層中における無機固体電解質の含有量は、正極活物質100重量部に対して、好ましくは5〜95重量部であり、より好ましくは10〜90重量部、さらに好ましくは20〜80重量部である。無機固体電解質の含有量を上記範囲とすることにより、正極活物質層内におけるイオン伝導性を十分なものとすることができ、これにより、得られる全固体二次電池の容量を十分に高いものとすることができる。   The content of the inorganic solid electrolyte in the positive electrode active material layer is preferably 5 to 95 parts by weight, more preferably 10 to 90 parts by weight, and further preferably 20 to 80 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the positive electrode active material. Part. By setting the content of the inorganic solid electrolyte in the above range, the ionic conductivity in the positive electrode active material layer can be made sufficient, and thereby the capacity of the obtained all-solid-state secondary battery is sufficiently high. It can be.

正極活物質層中における粒子状ポリマーの含有量は、正極活物質および無機固体電解質の合計100重量部に対して、好ましくは0.1〜10重量部であり、より好ましくは0.5〜8重量部、さらに好ましくは1〜5重量部である。粒子状ポリマーの含有量を上記範囲とすることにより、得られる全固体二次電池の内部抵抗を低く抑えながら、正極活物質層中における結着力を十分なものとすることができる。   The content of the particulate polymer in the positive electrode active material layer is preferably 0.1 to 10 parts by weight, more preferably 0.5 to 8 parts by weight with respect to a total of 100 parts by weight of the positive electrode active material and the inorganic solid electrolyte. Part by weight, more preferably 1 to 5 parts by weight. By setting the content of the particulate polymer in the above range, the binding force in the positive electrode active material layer can be made sufficient while keeping the internal resistance of the obtained all-solid-state secondary battery low.

また、正極活物質層には、上記成分のほかに、さらに導電性付与材、補強材、分散剤、レベリング剤、酸化防止剤、増粘剤、電解液分解抑制等の他の成分が含まれていてもよい。   In addition to the above components, the positive electrode active material layer further includes other components such as a conductivity imparting material, a reinforcing material, a dispersant, a leveling agent, an antioxidant, a thickener, and an electrolyte decomposition inhibitor. It may be.

導電性付与材としては、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、カーボンブラック、グラファイト等の導電性カーボンや、各種金属のファイバーや箔などが挙げられる。正極活物質層中に導電性付与材を含有させることにより、得られる全固体二次電池のレート特性を向上させることができる。正極活物質層中おける導電性付与材の含有量は、正極活物質100重量部に対して、好ましくは0.01〜20重量部、より好ましくは1〜10重量部である。   Examples of the conductivity imparting material include conductive carbon such as acetylene black, ketjen black, carbon black, and graphite, and fibers and foils of various metals. By including a conductivity-imparting material in the positive electrode active material layer, the rate characteristics of the obtained all-solid-state secondary battery can be improved. The content of the conductivity imparting material in the positive electrode active material layer is preferably 0.01 to 20 parts by weight, more preferably 1 to 10 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the positive electrode active material.

正極活物質層の形成方法としては、正極活物質、無機固体電解質、粒子状ポリマー、および有機溶媒、ならびに必要に応じて添加される導電性付与材などの他の成分を含む正極活物質層スラリーを調製し、調製した正極活物質層スラリーを集電体上に塗布し、乾燥する方法などが挙げられる。   As a method for forming a positive electrode active material layer, a positive electrode active material layer slurry containing a positive electrode active material, an inorganic solid electrolyte, a particulate polymer, an organic solvent, and other components such as a conductivity-imparting material added as necessary And a method of applying the prepared positive electrode active material layer slurry on a current collector and drying it.

なお、粒子状ポリマーとしては、上述したように、沸点が100〜220℃である非極性溶媒に溶解または分散した溶液または分散液を用いることが好ましく、この場合には、正極活物質層スラリーに含有される有機溶媒としては、上述した沸点が100〜220℃である非極性溶媒を用いることが好ましい。すなわち、正極活物質層スラリーを、正極活物質、無機固体電解質、粒子状ポリマー、および沸点が100〜220℃である非極性溶媒、ならびに必要に応じて添加される導電性付与材などの他の成分を含有するものとすることが好ましい。   As the particulate polymer, as described above, it is preferable to use a solution or dispersion dissolved or dispersed in a nonpolar solvent having a boiling point of 100 to 220 ° C. In this case, in the positive electrode active material layer slurry, As the organic solvent to be contained, it is preferable to use a nonpolar solvent having a boiling point of 100 to 220 ° C. as described above. That is, the positive electrode active material layer slurry is added to other materials such as a positive electrode active material, an inorganic solid electrolyte, a particulate polymer, a nonpolar solvent having a boiling point of 100 to 220 ° C., and a conductivity-imparting material added as necessary. It is preferable to contain a component.

正極活物質層スラリーを調製する際における、上述した各成分を混合する方法としては特に限定されないが、たとえば、ホモジナイザー、ボールミル、ビーズミル、プラネタリーミキサー、サンドミル、ロールミル、および遊星式混練機などの分散混練装置を使用する方法が挙げられ、正極活物質層および無機固体電解質の凝集を抑制できるという観点からプラネタリーミキサー、ボールミルまたはビーズミルを使用する方法が好ましい。   In preparing the positive electrode active material layer slurry, a method for mixing the above-described components is not particularly limited. For example, dispersion such as a homogenizer, ball mill, bead mill, planetary mixer, sand mill, roll mill, and planetary kneader A method using a kneading apparatus can be mentioned, and a method using a planetary mixer, a ball mill or a bead mill is preferable from the viewpoint that aggregation of the positive electrode active material layer and the inorganic solid electrolyte can be suppressed.

正極活物質層スラリー中における、沸点が100〜220℃である非極性溶媒の含有量は、正極活物質層および無機固体電解質100重量部に対して、好ましくは5〜70重量部、より好ましくは10〜60重量部、さらに好ましくは20〜50重量部である。非極性溶媒の含有量が少なすぎると、所望の膜厚にて製膜することが困難となる場合があり、一方、含有量が多すぎると、溶媒の除去に時間が掛かるおそれがある。   The content of the nonpolar solvent having a boiling point of 100 to 220 ° C. in the positive electrode active material layer slurry is preferably 5 to 70 parts by weight, more preferably 100 parts by weight of the positive electrode active material layer and the inorganic solid electrolyte. It is 10-60 weight part, More preferably, it is 20-50 weight part. If the content of the nonpolar solvent is too small, it may be difficult to form a film with a desired film thickness. On the other hand, if the content is too large, it may take time to remove the solvent.

また、正極活物質層スラリーには、上記各成分のほかに、上述した固体電解質層スラリーと同様に、分散剤、レベリング剤、消泡剤などの他の成分が含まれていてもよい。これらは電池反応に影響を及ぼさないものであれば特に限定はされない。   In addition to the above components, the positive electrode active material layer slurry may contain other components such as a dispersant, a leveling agent, and an antifoaming agent in the same manner as the above-described solid electrolyte layer slurry. These are not particularly limited as long as they do not affect the battery reaction.

(負極活物質層)
本発明の全固体二次電池を構成する負極活物質層は、負極活物質を含有するものである。本発明においては、負極活物質層としては、負極活物質に加え、上述した無機固体電解質と、上述した結着剤としての粒子状ポリマーとを含有するものであることが好ましく、このような構成とすることで、無機固体電解質粒子および負極活物質粒子の結着性を高くすることができ、得られる全固体二次電池をレート特性に優れたものとすることができる。
(Negative electrode active material layer)
The negative electrode active material layer constituting the all solid state secondary battery of the present invention contains a negative electrode active material. In the present invention, the negative electrode active material layer preferably contains the above-described inorganic solid electrolyte and the above-described particulate polymer as a binder in addition to the negative electrode active material. By doing so, the binding property of the inorganic solid electrolyte particles and the negative electrode active material particles can be increased, and the obtained all solid secondary battery can be excellent in rate characteristics.

負極活物質は、アモルファスカーボン、グラファイト、天然黒鉛、メソカーボンマイクロビーズ、ピッチ系炭素繊維などの炭素質材料;ポリアセン等の導電性高分子;ケイ素、錫、亜鉛、マンガン、鉄、ニッケル等の金属やこれらの合金;前記金属又は合金の酸化物や硫酸塩;金属リチウム;Li−Al、Li−Bi−Cd、Li−Sn−Cd等のリチウム合金;リチウム遷移金属窒化物;シリコン;などを用いることができる。また、本発明においては、負極活物質として、機械的改質法により表面に導電性付与材を付着させたものも使用できる。   The negative electrode active material is a carbonaceous material such as amorphous carbon, graphite, natural graphite, mesocarbon microbeads, pitch-based carbon fiber; conductive polymer such as polyacene; metal such as silicon, tin, zinc, manganese, iron, nickel Or alloys thereof; oxides or sulfates of the above metals or alloys; metallic lithium; lithium alloys such as Li—Al, Li—Bi—Cd, Li—Sn—Cd; lithium transition metal nitrides; silicon; be able to. In the present invention, a negative electrode active material having a conductivity imparting material attached to the surface by a mechanical modification method can also be used.

負極活物質の平均粒径は、初期充放電効率、レート特性、充放電サイクル特性などの電池特性を向上させるという観点から、好ましくは1〜50μm、より好ましくは15〜30μmである。平均粒子径が上記範囲であると、得られる全固体二次電池の充放電容量を大きくすることができ、かつ、負極活物質層を製造する際の取扱いが容易となる。なお、負極活物質の平均粒径は、レーザー回折で粒度分布を測定することにより求めることができる。   The average particle diameter of the negative electrode active material is preferably 1 to 50 μm, more preferably 15 to 30 μm, from the viewpoint of improving battery characteristics such as initial charge / discharge efficiency, rate characteristics, and charge / discharge cycle characteristics. When the average particle size is in the above range, the charge / discharge capacity of the obtained all-solid-state secondary battery can be increased, and handling in producing the negative electrode active material layer is facilitated. The average particle size of the negative electrode active material can be determined by measuring the particle size distribution by laser diffraction.

負極活物質層中における無機固体電解質の含有量は、負極活物質100重量部に対して、好ましくは5〜95重量部であり、より好ましくは10〜90重量部、さらに好ましくは20〜80重量部である。無機固体電解質の含有量を上記範囲とすることにより、負極活物質層内におけるイオン伝導性を十分なものとすることができ、これにより、得られる全固体二次電池の容量を十分に高いものとすることができる。   The content of the inorganic solid electrolyte in the negative electrode active material layer is preferably 5 to 95 parts by weight, more preferably 10 to 90 parts by weight, and still more preferably 20 to 80 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the negative electrode active material. Part. By setting the content of the inorganic solid electrolyte in the above range, the ionic conductivity in the negative electrode active material layer can be made sufficient, and thereby the capacity of the obtained all-solid-state secondary battery is sufficiently high. It can be.

負極活物質層中における粒子状ポリマーの含有量は、負極活物質および無機固体電解質の合計100重量部に対して、好ましくは0.1〜10重量部であり、より好ましくは0.5〜8重量部、さらに好ましくは1〜5重量部である。粒子状ポリマーの含有量を上記範囲とすることにより、得られる全固体二次電池の内部抵抗を低く抑えながら、負極活物質層中における結着力を十分なものとすることができる。   The content of the particulate polymer in the negative electrode active material layer is preferably 0.1 to 10 parts by weight, more preferably 0.5 to 8 parts with respect to 100 parts by weight in total of the negative electrode active material and the inorganic solid electrolyte. Part by weight, more preferably 1 to 5 parts by weight. By setting the content of the particulate polymer in the above range, the binding force in the negative electrode active material layer can be made sufficient while keeping the internal resistance of the obtained all-solid-state secondary battery low.

また、負極活物質層には、正極活物質層と同様に、上記成分のほかに、さらに導電性付与材、補強材、分散剤、レベリング剤、酸化防止剤、増粘剤、電解液分解抑制等の他の成分が含まれていてもよい。   In addition to the above-mentioned components, the negative electrode active material layer is further provided with a conductivity imparting material, a reinforcing material, a dispersant, a leveling agent, an antioxidant, a thickener, and an electrolytic solution decomposition inhibitor. Other components such as may be included.

負極活物質層の形成方法としては、負極活物質、無機固体電解質、粒子状ポリマー、および有機溶媒、ならびに必要に応じて添加される導電性付与材などの他の成分を含む負極活物質層スラリーを調製し、調製した負極活物質層スラリーを負極用集電体上に塗布し、乾燥する方法などが挙げられる。   As a method for forming the negative electrode active material layer, a negative electrode active material layer slurry containing a negative electrode active material, an inorganic solid electrolyte, a particulate polymer, an organic solvent, and other components such as a conductivity imparting agent added as necessary And a method of applying the prepared negative electrode active material layer slurry onto a negative electrode current collector and drying it.

なお、粒子状ポリマーとしては、上述したように、沸点が100〜220℃である非極性溶媒に溶解または分散した溶液または分散液を用いることが好ましく、この場合には、負極活物質層スラリーに含有される有機溶媒としては、上述した沸点が100〜220℃である非極性溶媒を用いることが好ましい。すなわち、負極活物質層スラリーを、負極活物質、無機固体電解質、粒子状ポリマー、および沸点が100〜220℃である非極性溶媒、ならびに必要に応じて添加される導電性付与材などの他の成分を含有するものとすることが好ましい。   As the particulate polymer, as described above, it is preferable to use a solution or dispersion dissolved or dispersed in a nonpolar solvent having a boiling point of 100 to 220 ° C. In this case, in the negative electrode active material layer slurry, As the organic solvent to be contained, it is preferable to use a nonpolar solvent having a boiling point of 100 to 220 ° C. as described above. That is, the negative electrode active material layer slurry is added to other materials such as a negative electrode active material, an inorganic solid electrolyte, a particulate polymer, a nonpolar solvent having a boiling point of 100 to 220 ° C., and a conductivity-imparting material added as necessary. It is preferable to contain a component.

負極活物質層スラリーを調製する際における、上述した各成分を混合する方法としては特に限定されないが、たとえば、ホモジナイザー、ボールミル、ビーズミル、プラネタリーミキサー、サンドミル、ロールミル、および遊星式混練機などの分散混練装置を使用する方法が挙げられ、負極活物質層および無機固体電解質の凝集を抑制できるという観点からプラネタリーミキサー、ボールミルまたはビーズミルを使用する方法が好ましい。   In preparing the negative electrode active material layer slurry, the method of mixing the above-described components is not particularly limited. For example, dispersion such as a homogenizer, a ball mill, a bead mill, a planetary mixer, a sand mill, a roll mill, and a planetary kneader A method using a kneading apparatus can be mentioned, and a method using a planetary mixer, a ball mill or a bead mill is preferable from the viewpoint that aggregation of the negative electrode active material layer and the inorganic solid electrolyte can be suppressed.

負極活物質層スラリー中における、沸点が100〜220℃である非極性溶媒の含有量は、負極活物質層および無機固体電解質100重量部に対して、好ましくは5〜70重量部、より好ましくは10〜60重量部、さらに好ましくは20〜50重量部である。非極性溶媒の含有量が少なすぎると、所望の膜厚にて製膜することが困難となる場合があり、一方、含有量が多すぎると、溶媒の除去に時間が掛かるおそれがある。   The content of the nonpolar solvent having a boiling point of 100 to 220 ° C. in the negative electrode active material layer slurry is preferably 5 to 70 parts by weight, more preferably 100 parts by weight of the negative electrode active material layer and the inorganic solid electrolyte. It is 10-60 weight part, More preferably, it is 20-50 weight part. If the content of the nonpolar solvent is too small, it may be difficult to form a film with a desired film thickness. On the other hand, if the content is too large, it may take time to remove the solvent.

また、負極活物質層スラリーには、上記各成分のほかに、上述した固体電解質層スラリーと同様に、分散剤、レベリング剤、消泡剤などの他の成分が含まれていてもよい。これらは電池反応に影響を及ぼさないものであれば特に限定はされない。   In addition to the above components, the negative electrode active material layer slurry may contain other components such as a dispersant, a leveling agent, and an antifoaming agent in the same manner as the above-described solid electrolyte layer slurry. These are not particularly limited as long as they do not affect the battery reaction.

(全固体二次電池)
本発明の全固体二次電池は、上述した正極活物質層と、負極活物質層と、固体電解質層とを有する。
(All-solid secondary battery)
The all solid state secondary battery of the present invention has the above-described positive electrode active material layer, negative electrode active material layer, and solid electrolyte layer.

本発明の全固体二次電池において、固体電解質層の厚さは、好ましくは1〜15μm、より好ましくは2〜13μm、さらに好ましくは3〜10μmである。固体電解質層の厚さを上記範囲とすることにより、短絡の発生を防止しながら、全固体二次電池の内部抵抗を低く抑えることができる。   In the all solid state secondary battery of the present invention, the thickness of the solid electrolyte layer is preferably 1 to 15 μm, more preferably 2 to 13 μm, and further preferably 3 to 10 μm. By setting the thickness of the solid electrolyte layer within the above range, the internal resistance of the all-solid-state secondary battery can be kept low while preventing the occurrence of a short circuit.

本発明の全固体二次電池は、上述した正極活物質層スラリーおよび負極活物質層スラリーをそれぞれ別々に集電体上に塗布し、乾燥することで正極活物質層および負極活物質層を形成し、得られた正極活物質層および負極活物質層のいずれか一方の表面に、固体電解質層スラリーを塗布し、乾燥して固体電解質層を形成し、固体電解質層を形成した活物質層と、固体電解質層を形成しなかった活物質層とを固体電解質層を介して貼り合わせることで製造することができる。   The all-solid-state secondary battery of the present invention forms the positive electrode active material layer and the negative electrode active material layer by separately applying the positive electrode active material layer slurry and the negative electrode active material layer slurry on the current collector and drying them. And applying the solid electrolyte layer slurry to the surface of one of the obtained positive electrode active material layer and negative electrode active material layer and drying to form the solid electrolyte layer, and the active material layer having the solid electrolyte layer formed thereon, In addition, the active material layer in which the solid electrolyte layer is not formed can be manufactured by pasting together through the solid electrolyte layer.

正極活物質層スラリーおよび負極活物質層スラリーを、集電体上へ塗布する方法としては特に限定されず、たとえば、ドクターブレード法、ディップ法、リバースロール法、ダイレクトロール法、グラビア法、エクストルージョン法、ハケ塗りなどによって塗布される。また、正極活物質層スラリーおよび負極活物質層スラリーの塗布量は、特に限定されないが、溶媒を除去した後に形成される正極活物質層および負極活物質層の厚さが、好ましくは5〜300μm、より好ましくは10〜250μmになる程度の量とすればよい。乾燥方法としては、特に限定されないが、たとえば、温風、熱風、低湿風による乾燥、真空乾燥、(遠)赤外線や電子線などの照射による乾燥が挙げられる。乾燥温度は、好ましくは50〜250℃、より好ましくは80〜200℃であり、乾燥時間は、好ましくは10〜60分の範囲である。さらに、乾燥後の正極活物質層および負極活物質層を、金型プレスやカレンダープレスなどの方法によりプレスしてもよい。   The method of applying the positive electrode active material layer slurry and the negative electrode active material layer slurry onto the current collector is not particularly limited. For example, the doctor blade method, the dip method, the reverse roll method, the direct roll method, the gravure method, the extrusion It is applied by the method or brushing. The coating amount of the positive electrode active material layer slurry and the negative electrode active material layer slurry is not particularly limited, but the thickness of the positive electrode active material layer and the negative electrode active material layer formed after removing the solvent is preferably 5 to 300 μm. More preferably, the amount is about 10 to 250 μm. Although it does not specifically limit as a drying method, For example, drying by warm air, a hot air, low-humidity air, vacuum drying, irradiation by irradiation of (far) infrared rays, an electron beam, etc. is mentioned. The drying temperature is preferably 50 to 250 ° C, more preferably 80 to 200 ° C, and the drying time is preferably in the range of 10 to 60 minutes. Furthermore, you may press the positive electrode active material layer and negative electrode active material layer after drying by methods, such as a metal mold press and a calendar press.

集電体としては、電気導電性を有しかつ電気化学的に耐久性のある材料であれば特に制限されないが、耐熱性を有するとの観点から、例えば、鉄、銅、アルミニウム、ニッケル、ステンレス鋼、チタン、タンタル、金、白金などの金属材料が好ましく、特に、正極用としてはアルミニウムが、負極用としては銅が好適に用いられる。集電体の形状は特に制限されないが、厚さ0.001〜0.5mm程度のシート状のものが好ましい。集電体は、正極活物質層、負極活物質層との接着強度を高めるため、予め粗面化処理して使用することが好ましい。粗面化方法としては、機械的研磨法、電解研磨法、化学研磨法などが挙げられる。機械的研磨法においては、研磨剤粒子を固着した研磨布紙、砥石、エメリバフ、鋼線などを備えたワイヤーブラシ等が使用される。   The current collector is not particularly limited as long as it is an electrically conductive and electrochemically durable material. From the viewpoint of having heat resistance, for example, iron, copper, aluminum, nickel, stainless steel, etc. Metal materials such as steel, titanium, tantalum, gold, and platinum are preferable. In particular, aluminum is suitably used for the positive electrode and copper is suitably used for the negative electrode. The shape of the current collector is not particularly limited, but a sheet shape having a thickness of about 0.001 to 0.5 mm is preferable. In order to increase the adhesive strength between the positive electrode active material layer and the negative electrode active material layer, the current collector is preferably used after roughening in advance. Examples of the roughening method include a mechanical polishing method, an electrolytic polishing method, and a chemical polishing method. In the mechanical polishing method, an abrasive cloth paper with a fixed abrasive particle, a grindstone, an emery buff, a wire brush provided with a steel wire or the like is used.

また、固体電解質層を形成した活物質層と、固体電解質層を形成しなかった活物質層とを固体電解質層を介して貼り合わせる際には、これらを貼り合わせて得られる積層体を加圧してもよい。加圧方法としては特に限定されず、たとえば、平板プレス、ロールプレス、CIP(Cold Isostatic Press)などが挙げられる。加圧プレスする際の圧力としては、好ましくは5〜700MPa、より好ましくは7〜500MPaである。加圧プレスの圧力を上記範囲とすることにより、正極活物質層および負極活物質層と固体電解質層との各界面における抵抗、更には各層内の粒子間の接触抵抗が低くすることができ、これにより電池特性の向上が可能となる。   In addition, when the active material layer in which the solid electrolyte layer is formed and the active material layer in which the solid electrolyte layer is not formed are bonded through the solid electrolyte layer, the laminate obtained by bonding them is pressurized. May be. The pressurizing method is not particularly limited, and examples thereof include a flat plate press, a roll press, and CIP (Cold Isostatic Press). The pressure at the time of pressing is preferably 5 to 700 MPa, more preferably 7 to 500 MPa. By setting the pressure of the pressure press in the above range, the resistance at each interface between the positive electrode active material layer and the negative electrode active material layer and the solid electrolyte layer, and further, the contact resistance between the particles in each layer can be reduced. Thereby, the battery characteristics can be improved.

なお、正極活物質層および負極活物質層のいずれか一方の表面に固体電解質層スラリーを塗布する際には、正極活物質層および負極活物質層のいずれに塗布してもよいが、使用する活物質の粒子径が大きい方の活物質層に、固体電解質層スラリーを塗布することが好ましい。活物質の粒子径が大きいと、活物質層表面に凹凸が形成されるため、スラリー組成物を塗布することで、活物質層表面の凹凸を緩和することができる。そのため、固体電解質層を形成した活物質層と固体電解質層を形成しなかった活物質層とを貼り合わせて積層する際に、固体電解質層と活物質層との接触面積が大きくなり、界面抵抗を抑制することができる。   In addition, when apply | coating a solid electrolyte layer slurry to either one surface of a positive electrode active material layer and a negative electrode active material layer, you may apply to any of a positive electrode active material layer and a negative electrode active material layer, but use. It is preferable to apply the solid electrolyte layer slurry to the active material layer having the larger active material particle size. When the particle diameter of the active material is large, irregularities are formed on the surface of the active material layer. Therefore, the irregularities on the surface of the active material layer can be reduced by applying the slurry composition. Therefore, when the active material layer formed with the solid electrolyte layer and the active material layer not formed with the solid electrolyte layer are laminated and laminated, the contact area between the solid electrolyte layer and the active material layer is increased, and the interface resistance is increased. Can be suppressed.

また、本発明の全固体二次電池は、所望の電池形状に応じて、巻く、折るなどして電池容器に入れ、封口された状態としてもよい。また、本発明の全固体二次電池は、必要に応じてエキスパンドメタルや、ヒューズ、PTC素子などの過電流防止素子、リード板などを取り付けてもよい。電池の形状は、コイン型、ボタン型、シート型、円筒型、角形、扁平型などいずれであってもよい。   Moreover, the all-solid-state secondary battery of this invention is good also as a state sealed by putting in a battery container by winding, folding, etc. according to a desired battery shape. Moreover, the all-solid-state secondary battery of this invention may attach an expanded metal, an overcurrent prevention element, such as a fuse and a PTC element, a lead board, etc. as needed. The shape of the battery may be any of a coin shape, a button shape, a sheet shape, a cylindrical shape, a square shape, a flat shape, and the like.

なお、本発明の全固体二次電池は、全固体二次電池内における水分量が300ppm以下であることが好ましく、より好ましくは200ppm以下、さらに好ましくは100ppm以下である。水分量が高すぎると、水の作用により無機固体電解質が反応してしまい、電池特性が低下するおそれがある。なお、本発明においては、全固体二次電池を製造するために用いられる、正極活物質層スラリー、負極活物質層スラリーおよび固体電解質層スラリーの溶媒として、沸点が100〜220℃である非極性溶媒を用いることで、製造工程において水を適切に除去することができ、これにより、全固体二次電池内に含まれる水分量を低減することができる。   In the all solid state secondary battery of the present invention, the water content in the all solid state secondary battery is preferably 300 ppm or less, more preferably 200 ppm or less, and still more preferably 100 ppm or less. If the amount of water is too high, the inorganic solid electrolyte reacts due to the action of water, and the battery characteristics may deteriorate. In the present invention, as a solvent for the positive electrode active material layer slurry, the negative electrode active material layer slurry, and the solid electrolyte layer slurry, which is used for manufacturing an all solid state secondary battery, a nonpolarity having a boiling point of 100 to 220 ° C. By using the solvent, water can be appropriately removed in the production process, and thereby the amount of water contained in the all-solid secondary battery can be reduced.

また、本発明の全固体二次電池は、結着剤として、上述したポリオキシエチレン鎖を有する界面活性剤を含有する粒子状ポリマーを含有するものであり、このようなポリオキシエチレン鎖を有する界面活性剤を含有する粒子状ポリマーは、全固体二次電池内(正極活物質層内、負極活物質層内、固体電解質層内)において、粒子状態を保持した状態で存在するものである。そして、粒子状態を保持した状態で存在することにより、全固体二次電池内におけるイオン伝導や電子伝導を阻害することなく、全固体二次電池を構成する各成分を良好に結着するものである。   Moreover, the all-solid-state secondary battery of this invention contains the particulate polymer containing the surfactant which has the polyoxyethylene chain mentioned above as a binder, and has such a polyoxyethylene chain. The particulate polymer containing the surfactant is present in a state in which the particle state is maintained in the all solid secondary battery (in the positive electrode active material layer, in the negative electrode active material layer, or in the solid electrolyte layer). And, by maintaining the particle state, the components constituting the all-solid-state secondary battery are well bound without hindering ion conduction and electron conduction in the all-solid-state secondary battery. is there.

このようにして得られる本発明の全固体二次電池は、各層中における活物質粒子や無機固体電解質粒子の結着性が高く、これにより優れた信頼性を有し、しかも、レート特性に優れたものである。そのため、携帯情報端末や携帯電子機器などの携帯端末、家庭用小型電力貯蔵装置、自動二輪車、電気自動車、ハイブリッド電気自動車など様々な用途に好適に用いることができる。   The all-solid-state secondary battery of the present invention thus obtained has high binding properties of active material particles and inorganic solid electrolyte particles in each layer, thereby having excellent reliability and excellent rate characteristics. It is a thing. Therefore, it can be suitably used for various applications such as portable terminals such as portable information terminals and portable electronic devices, small household electric power storage devices, motorcycles, electric vehicles, and hybrid electric vehicles.

以下に、実施例および比較例を挙げて、本発明についてより具体的に説明する。各例中の部および%は、特に断りのない限り、重量基準である。
なお、各特性の定義および評価方法は、以下のとおりである。
Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples and comparative examples. Parts and% in each example are based on weight unless otherwise specified.
In addition, the definition and evaluation method of each characteristic are as follows.

<ピール強度>
アルミ箔上に、固体電解質層スラリーをドクターブレード法により塗布し、120℃で20分間乾燥させ、固体電解質層を形成した。得られた固体電解質層とステンレス箔を10mm幅で切り出し、これをあらかじめ両面テープを貼り付けたガラス板に貼り付けて試験片(ガラス板/両面テープ/固体電解質層/ステンレス箔)を得た。そして、この試験片のピール強度を、JIS K6894に準じ、ピール強度測定機を用いて測定した。なお、本実施例、比較例において、剥離後の状態を確認したところ全評価において固体電解質層内において凝集破壊による剥離が起こっていることが確認できた。そのため、本評価においてピール強度が大きいほど、固体電解質層内の固体電解質材料間の結着性が強い、すなわち、結着剤の結着力が高いと評価できる。
A:ピール強度が40N/m以上
B:ピール強度が30N/m以上、40N/m未満
C:ピール強度が20N/m以上、30N/m未満
D:ピール強度が10N/m以上、20N/m未満
E:ピール強度が10N/m未満
<Peel strength>
The solid electrolyte layer slurry was applied onto the aluminum foil by a doctor blade method and dried at 120 ° C. for 20 minutes to form a solid electrolyte layer. The obtained solid electrolyte layer and stainless steel foil were cut out to a width of 10 mm, and this was attached to a glass plate to which a double-sided tape had been previously attached to obtain a test piece (glass plate / double-sided tape / solid electrolyte layer / stainless foil). And the peel strength of this test piece was measured using a peel strength measuring machine according to JIS K6894. In addition, when the state after peeling was confirmed in this example and the comparative example, it was confirmed that peeling due to cohesive failure occurred in the solid electrolyte layer in all evaluations. Therefore, it can be evaluated that the higher the peel strength in this evaluation, the stronger the binding between the solid electrolyte materials in the solid electrolyte layer, that is, the higher the binding force of the binder.
A: Peel strength is 40 N / m or more B: Peel strength is 30 N / m or more and less than 40 N / m C: Peel strength is 20 N / m or more and less than 30 N / m D: Peel strength is 10 N / m or more, 20 N / m Less than E: Peel strength is less than 10 N / m

<レート特性>
各実施例および比較例で得られた二次電池について、充電レート0.1Cとした定電流法により、4.2Vまで充電を行なった後、放電レート0.1Cにて、3.0Vまで放電することにより、0.1C放電時の電池容量を求めた。次いで、充電レート0.1Cとした定電流法により、4.2Vまで充電を行なった後、放電レート5Cにて、3.0Vまで放電することにより、5C放電時の電池容量を求めた。そして、同様の測定を10個のセルについて行い、10個のセルについて、0.1C放電時および5C放電時の電池容量の平均値を求め、0.1C放電時の平均電池容量Cap0.1Cと、5C放電時の平均電池容量Cap5Cとの比((Cap5C/Cap0.1C)×100%)である5C放電時容量維持率を求めた。そして、得られた5C放電時容量維持率に基づき、以下の基準にて、レート特性を評価した。なお、5C放電時容量維持率が高いほど、ハイレート(5C)放電時の放電容量が高く、レート特性に優れると判断できるため、好ましい。
A:5C放電時容量維持率が70%以上
B:5C放電時容量維持率が60%以上、70%未満
C:5C放電時容量維持率が40%以上、60%未満
D:5C放電時容量維持率が20%以上、40%未満
E:5C放電時容量維持率が20%未満
<Rate characteristics>
About the secondary battery obtained in each Example and Comparative Example, after charging to 4.2 V by a constant current method with a charging rate of 0.1 C, discharging to 3.0 V at a discharging rate of 0.1 C Thus, the battery capacity at the time of 0.1 C discharge was obtained. Next, the battery was charged to 4.2 V by a constant current method with a charging rate of 0.1 C, and then discharged to 3.0 V at a discharging rate of 5 C to obtain the battery capacity at the time of 5 C discharging. Then, the same measurement is performed on 10 cells, and the average value of the battery capacity at the time of 0.1 C discharge and at the time of 5 C discharge is obtained for 10 cells, and the average battery capacity at the time of 0.1 C discharge Cap 0.1 C And 5C discharge capacity retention ratio, which is a ratio ((Cap 5C / Cap 0.1C ) × 100%) to the average battery capacity Cap 5C during 5C discharge. Based on the obtained 5C discharge capacity retention rate, the rate characteristics were evaluated according to the following criteria. In addition, since it is judged that the capacity maintenance rate at the time of 5C discharge is high, the discharge capacity at the time of high rate (5C) discharge is high and it can be judged that it is excellent in a rate characteristic, It is preferable.
A: Capacity maintenance ratio during 5C discharge is 70% or more B: Capacity maintenance ratio during 5C discharge is 60% or more and less than 70% C: Capacity maintenance ratio during 5C discharge is 40% or more and less than 60% D: Capacity during 5C discharge Maintenance rate is 20% or more and less than 40% E: Capacity maintenance rate during 5C discharge is less than 20%

(実施例1)
ポリマー粒子Aの製造
攪拌機付き50kgf/cmの耐圧オートクレーブに、アクリル酸n−ブチル700部、スチレン200部、メタクリル酸5部、ジビニルベンゼン10部、乳化剤としてのポリオキシエチレンラウリルエーテル(花王社製、エマルゲン108、非イオン性界面活性剤、アルキル基の炭素数12、HLB値12.1)25部、イオン交換水1500部、重合開始剤としてのアゾビスブチロニトリル15部を仕込み、十分攪拌した後、80℃に加温して重合を行なった。そして、重合開始後、モノマーの消費量が99.8%となった時点で、冷却して重合反応を停止することで、ポリマー粒子Aのラテックスを得た。得られたポリマー粒子Aのラテックスの固形分濃度は38%であった。また、ポリマー粒子Aの粒径は120nmであった。
Example 1
Production of polymer particles A In a pressure-resistant autoclave of 50 kgf / cm 2 with a stirrer, 700 parts of n-butyl acrylate, 200 parts of styrene, 5 parts of methacrylic acid, 10 parts of divinylbenzene, polyoxyethylene lauryl ether as an emulsifier (manufactured by Kao Corporation) Emulgen 108, nonionic surfactant, alkyl group 12 carbon atoms, HLB value 12.1) 25 parts, ion exchange water 1500 parts, azobisbutyronitrile 15 parts as a polymerization initiator, charged sufficiently Then, the polymerization was carried out by heating to 80 ° C. Then, after the start of polymerization, when the consumption of the monomer reached 99.8%, the polymerization reaction was stopped by cooling to obtain a latex of polymer particles A. The latex concentration of the obtained polymer particle A latex was 38%. Further, the particle size of the polymer particle A was 120 nm.

次いで、上記にて得られたポリマー粒子Aのラテックスにデカリン12,000部加え、十分に分散した後、減圧乾燥により水分を除去することによって、ポリマー粒子Aのデカリン分散液を得た。得られた分散液の固形分濃度は7%であった。なお、得られたポリマー分散液について、水分量を測定したところ72ppmであった。   Next, 12,000 parts of decalin was added to the latex of polymer particles A obtained above, and after sufficiently dispersing, water was removed by drying under reduced pressure to obtain a decalin dispersion of polymer particles A. The resulting dispersion had a solid content of 7%. The water content of the obtained polymer dispersion was measured and found to be 72 ppm.

正極活物質層スラリーの調製
攪拌槽に、正極活物質としてのコバルト酸リチウム(平均粒径:11.5μm)100部、無機固体電解質粒子としてのLiSとPとからなる硫化物ガラス(LiS/P=70mol%/30mol%、平均粒径:5μm)150部、導電剤としてのアセチレンブラック13部、上記にて得られた結着剤としてのポリマー粒子Aのデカリン分散液71.4部(固形分換算で5部)を添加し、ここに固形分濃度が78%となるようにデカリンを加え、プラネタリーミキサーで60分間混合し、次いで、固形分濃度が74%となるようにデカリンをさらに加えて、10分間混合することで、正極活物質層スラリーを得た。
Preparation of positive electrode active material layer slurry In a stirring tank, a sulfide comprising 100 parts of lithium cobaltate (average particle size: 11.5 μm) as a positive electrode active material and Li 2 S and P 2 S 5 as inorganic solid electrolyte particles 150 parts of glass (Li 2 S / P 2 S 5 = 70 mol% / 30 mol%, average particle diameter: 5 μm), 13 parts of acetylene black as a conductive agent, polymer particles A as a binder obtained above Add 71.4 parts of decalin dispersion (5 parts in terms of solid content), add decalin so that the solid content concentration becomes 78%, and mix for 60 minutes with a planetary mixer. Decalin was further added so that it might become 74%, and it mixed for 10 minutes, and obtained the positive electrode active material layer slurry.

負極活物質層スラリーの調製
攪拌槽に、負極活物質としてのグラファイト(平均粒径:20μm)100部と、固体電解質粒子としてのLiSとPとからなる硫化物ガラス(LiS/P=70mol%/30mol%、平均粒径:5μm)50部と、上記にて得られた結着剤としてのポリマー粒子Aのデカリン分散液42.8部(固形分換算で3部)を添加し、ここに固形分濃度が60%となるようにデカリンを加え、プラネタリーミキサーで60分間混合することで、負極活物質層スラリーを得た。
Preparation of negative electrode active material layer slurry In a stirring tank, sulfide glass (Li 2 ) comprising 100 parts of graphite (average particle size: 20 μm) as a negative electrode active material and Li 2 S and P 2 S 5 as solid electrolyte particles. 50 parts of S / P 2 S 5 = 70 mol% / 30 mol%, average particle size: 5 μm) and 42.8 parts of decalin dispersion of polymer particles A as the binder obtained above (in terms of solid content) 3 parts) was added, decalin was added so that the solid content concentration was 60%, and the mixture was mixed for 60 minutes with a planetary mixer to obtain a negative electrode active material layer slurry.

固体電解質層スラリーの調製
攪拌槽に、固体電解質粒子としてのLiSとPとからなる硫化物ガラス(LiS/P=70mol%/30mol%、平均粒径:5μm)100部と、上記にて得られた結着剤としてのポリマー粒子Aのデカリン分散液14.3部(固形分換算で1部)を添加し、ここに固形分濃度が30%となるようにデカリンを加え、プラネタリーミキサーで60分間混合することで、固体電解質層スラリーを得た。そして、得られた固体電解質層スラリーを用いて、上記方法にしたがって、固体電解質層のピール強度の測定を行なった。結果を表1に示す。
Preparation of solid electrolyte layer slurry In a stirring tank, sulfide glass composed of Li 2 S and P 2 S 5 as solid electrolyte particles (Li 2 S / P 2 S 5 = 70 mol% / 30 mol%, average particle diameter: 5 μm) ) 100 parts and 14.3 parts decalin dispersion (1 part in terms of solid content) of polymer particles A as the binder obtained above are added, so that the solid content concentration is 30%. Decalin was added to and mixed with a planetary mixer for 60 minutes to obtain a solid electrolyte layer slurry. And the peel strength of the solid electrolyte layer was measured according to the said method using the obtained solid electrolyte layer slurry. The results are shown in Table 1.

全固体二次電池の製造
アルミニウム集電体表面に、上記にて得られた正極活物質層スラリーを塗布し、120℃、20分間乾燥を行い、厚さ50μmの正極活物質層を有する正極を得た。また、これとは別に、銅集電体表面に、上記にて得られた負極活物質層スラリーを塗布し、120℃、20分間乾燥を行い、厚さ30μmの負極活物質層を有する負極を得た。
Production of all-solid-state secondary battery The positive electrode active material layer slurry obtained above was applied to the surface of the aluminum current collector, dried at 120 ° C. for 20 minutes, and a positive electrode having a positive electrode active material layer having a thickness of 50 μm was obtained. Obtained. Separately, the negative electrode active material layer slurry obtained above was applied to the surface of the copper current collector, dried at 120 ° C. for 20 minutes, and a negative electrode having a negative electrode active material layer having a thickness of 30 μm was obtained. Obtained.

次いで、上記にて得られた正極の正極活物質層の表面に、上記にて得られた固体電解質層スラリーを塗布し、120℃、20分間乾燥を行い、厚さ11μmの固体電解質層を得た。そして、正極活物質層の表面に形成された固体電解質層と、上記にて得られた負極の負極活物質層とを貼り合わせ、10MPaでプレスすることにより、全固体二次電池を得た。なお、プレス後の全固体二次電池の固体電解質層の厚さは9μmであった。そして、得られた全固体二次電池を用いて、上記した方法にしたがって、レート特性の評価を行った。結果を表1に示す。   Next, the solid electrolyte layer slurry obtained above is applied to the surface of the positive electrode active material layer of the positive electrode obtained above, and dried at 120 ° C. for 20 minutes to obtain a solid electrolyte layer having a thickness of 11 μm. It was. Then, the solid electrolyte layer formed on the surface of the positive electrode active material layer and the negative electrode active material layer of the negative electrode obtained above were bonded together and pressed at 10 MPa to obtain an all-solid secondary battery. In addition, the thickness of the solid electrolyte layer of the all-solid-state secondary battery after pressing was 9 μm. Then, using the obtained all solid state secondary battery, the rate characteristics were evaluated according to the method described above. The results are shown in Table 1.

(実施例2)
乳化剤として、ポリオキシエチレンラウリルエーテルの代わりに、ポリオキシエチレンセチルエーテル(花王社製、エマルゲン210P、非イオン性界面活性剤、アルキル基の炭素数16、HLB値10.7)25部を使用した以外は、実施例1と同様にして、ポリマー粒子Bのデカリン分散液を得た。得られたポリマー粒子Bの平均粒径は130nmであった。そして、結着剤として、得られたポリマー粒子Bのデカリン分散液を用いた以外は、実施例1と同様にして、各スラリーを調製し、全固体二次電池を製造して、実施例1と同様に評価を行った。結果を表1に示す。
(Example 2)
As an emulsifier, 25 parts of polyoxyethylene cetyl ether (manufactured by Kao Corporation, Emulgen 210P, nonionic surfactant, carbon number of alkyl group, HLB value 10.7) was used instead of polyoxyethylene lauryl ether. Except for the above, a decalin dispersion of polymer particles B was obtained in the same manner as in Example 1. The average particle diameter of the obtained polymer particles B was 130 nm. Each slurry was prepared in the same manner as in Example 1 except that the resulting polymer particle B decalin dispersion was used as the binder, and an all-solid secondary battery was produced. Evaluation was performed in the same manner as above. The results are shown in Table 1.

(実施例3)
乳化剤として、ポリオキシエチレンラウリルエーテルの代わりに、ポリオキシエチレンステアリルエーテル(花王社製、エマルゲン320P、非イオン性界面活性剤、アルキル基の炭素数18、HLB値13.9)25部を使用した以外は、実施例1と同様にして、ポリマー粒子Cのデカリン分散液を得た。得られたポリマー粒子Cの平均粒径は150nmであった。そして、結着剤として、得られたポリマー粒子Cのデカリン分散液を用いた以外は、実施例1と同様にして、各スラリーを調製し、全固体二次電池を製造して、実施例1と同様に評価を行った。結果を表1に示す。
Example 3
As an emulsifier, 25 parts of polyoxyethylene stearyl ether (manufactured by Kao Corporation, Emulgen 320P, nonionic surfactant, carbon number of alkyl group 18, HLB value 13.9) was used instead of polyoxyethylene lauryl ether. Except for the above, a decalin dispersion of polymer particles C was obtained in the same manner as in Example 1. The average particle diameter of the obtained polymer particles C was 150 nm. Then, each slurry was prepared in the same manner as in Example 1 except that the obtained polymer particle C decalin dispersion was used as a binder, and an all-solid secondary battery was manufactured. Evaluation was performed in the same manner as above. The results are shown in Table 1.

(実施例4)
乳化剤として、ポリオキシエチレンラウリルエーテルの代わりに、ポリオキシエチレンラウリルエーテル硫酸ナトリウム(花王社製、エマールE−27C、アニオン性界面活性剤)25部を使用した以外は、実施例1と同様にして、ポリマー粒子Dのデカリン分散液を得た。得られたポリマー粒子Dの平均粒径は100nmであった。そして、結着剤として、得られたポリマー粒子Dのデカリン分散液を用いた以外は、実施例1と同様にして、各スラリーを調製し、全固体二次電池を製造して、実施例1と同様に評価を行った。結果を表1に示す。
Example 4
As in Example 1, instead of polyoxyethylene lauryl ether, 25 parts of polyoxyethylene lauryl ether sodium sulfate (manufactured by Kao Corporation, Emar E-27C, anionic surfactant) was used. A decalin dispersion of polymer particles D was obtained. The average particle diameter of the obtained polymer particles D was 100 nm. Then, each slurry was prepared in the same manner as in Example 1 except that the resulting polymer particle D decalin dispersion was used as a binder, and an all-solid secondary battery was manufactured. Evaluation was performed in the same manner as above. The results are shown in Table 1.

(実施例5)
乳化剤として、ポリオキシエチレンラウリルエーテルの代わりに、ポリオキシエチレンアルキルエーテル硫酸トリエタノールアミン(花王社製、エマール20T、アニオン性界面活性剤)25部を使用した以外は、実施例1と同様にして、ポリマー粒子Eのデカリン分散液を得た。得られたポリマー粒子Eの平均粒径は130nmであった。そして、結着剤として、得られたポリマー粒子Eのデカリン分散液を用いた以外は、実施例1と同様にして、各スラリーを調製し、全固体二次電池を製造して、実施例1と同様に評価を行った。結果を表1に示す。
(Example 5)
As in Example 1, instead of polyoxyethylene lauryl ether, 25 parts of polyoxyethylene alkyl ether sulfate triethanolamine (Kao Co., Ltd., EMAL 20T, anionic surfactant) was used. A decalin dispersion of polymer particles E was obtained. The average particle diameter of the obtained polymer particles E was 130 nm. And each slurry was prepared like Example 1 except having used the decalin dispersion liquid of the obtained polymer particle E as a binder, and an all-solid-state secondary battery was manufactured, Example 1 Evaluation was performed in the same manner as above. The results are shown in Table 1.

(実施例6)
乳化剤として、ポリオキシエチレンラウリルエーテルの代わりに、ポリオキシエチレンアルキルエーテルリン酸カリウム(花王社製、エレクトロストリッパーF、アニオン性界面活性剤)25部を使用した以外は、実施例1と同様にして、ポリマー粒子Fのデカリン分散液を得た。得られたポリマー粒子Fの平均粒径は140nmであった。そして、結着剤として、得られたポリマー粒子Fのデカリン分散液を用いた以外は、実施例1と同様にして、各スラリーを調製し、全固体二次電池を製造して、実施例1と同様に評価を行った。結果を表1に示す。
(Example 6)
The same procedure as in Example 1 was conducted except that 25 parts of polyoxyethylene alkyl ether potassium phosphate (manufactured by Kao Corporation, electrostripper F, anionic surfactant) was used as an emulsifier instead of polyoxyethylene lauryl ether. A decalin dispersion of polymer particles F was obtained. The average particle diameter of the obtained polymer particles F was 140 nm. Then, each slurry was prepared in the same manner as in Example 1 except that the obtained polymer particle F decalin dispersion was used as a binder, and an all-solid secondary battery was manufactured. Evaluation was performed in the same manner as above. The results are shown in Table 1.

(実施例7)
乳化剤としてのポリオキシエチレンラウリルエーテルの配合量を25部から2部に変更した以外は、実施例1と同様にして、ポリマー粒子Gのデカリン分散液を得た。得られたポリマー粒子Gの平均粒径は120nmであった。そして、結着剤として、得られたポリマー粒子Gのデカリン分散液を用いた以外は、実施例1と同様にして、各スラリーを調製し、全固体二次電池を製造して、実施例1と同様に評価を行った。結果を表1に示す。
(Example 7)
A decalin dispersion of polymer particles G was obtained in the same manner as in Example 1 except that the amount of polyoxyethylene lauryl ether as an emulsifier was changed from 25 parts to 2 parts. The average particle diameter of the obtained polymer particles G was 120 nm. Then, each slurry was prepared in the same manner as in Example 1 except that the obtained polymer particle G decalin dispersion was used as a binder, and an all-solid secondary battery was manufactured. Evaluation was performed in the same manner as above. The results are shown in Table 1.

(実施例8)
乳化剤としてのポリオキシエチレンラウリルエーテルの配合量を25部から6部に変更した以外は、実施例1と同様にして、ポリマー粒子Hのデカリン分散液を得た。得られたポリマー粒子Hの平均粒径は120nmであった。そして、結着剤として、得られたポリマー粒子Hのデカリン分散液を用いた以外は、実施例1と同様にして、各スラリーを調製し、全固体二次電池を製造して、実施例1と同様に評価を行った。結果を表1に示す。
(Example 8)
A decalin dispersion of polymer particles H was obtained in the same manner as in Example 1 except that the amount of polyoxyethylene lauryl ether as an emulsifier was changed from 25 parts to 6 parts. The average particle diameter of the obtained polymer particles H was 120 nm. Then, each slurry was prepared in the same manner as in Example 1 except that the obtained polymer particle H decalin dispersion was used as a binder, and an all-solid secondary battery was manufactured. Evaluation was performed in the same manner as above. The results are shown in Table 1.

(実施例9)
乳化剤としてのポリオキシエチレンラウリルエーテルの配合量を25部から43部に変更した以外は、実施例1と同様にして、ポリマー粒子Iのデカリン分散液を得た。得られたポリマー粒子Iの平均粒径は120nmであった。そして、結着剤として、得られたポリマー粒子Iのデカリン分散液を用いた以外は、実施例1と同様にして、各スラリーを調製し、全固体二次電池を製造して、実施例1と同様に評価を行った。結果を表1に示す。
Example 9
A decalin dispersion of polymer particles I was obtained in the same manner as in Example 1 except that the amount of polyoxyethylene lauryl ether as an emulsifier was changed from 25 parts to 43 parts. The average particle diameter of the obtained polymer particles I was 120 nm. Each slurry was prepared in the same manner as in Example 1 except that the obtained polymer particle I decalin dispersion was used as a binder, and an all-solid secondary battery was produced. Evaluation was performed in the same manner as above. The results are shown in Table 1.

(実施例10)
正極活物質層スラリーを調製する際に、ポリマー粒子Aのデカリン分散液の配合量を、71.4部(固形分換算で5部)から、25部(固形分換算で1.75部)に変更した以外は、実施例1と同様にして、各スラリーを調製し、全固体二次電池を製造して、実施例1と同様に評価を行った。結果を表1に示す。
(Example 10)
When preparing the positive electrode active material layer slurry, the blending amount of the decalin dispersion of polymer particles A is changed from 71.4 parts (5 parts in terms of solids) to 25 parts (1.75 parts in terms of solids). Except for the changes, each slurry was prepared in the same manner as in Example 1 to produce an all-solid secondary battery, and evaluation was performed in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table 1.

(実施例11)
正極活物質層スラリーを調製する際に、ポリマー粒子Aのデカリン分散液の配合量を、71.4部(固形分換算で5部)から、142.8部(固形分換算で10部)に変更した以外は、実施例1と同様にして、各スラリーを調製し、全固体二次電池を製造して、実施例1と同様に評価を行った。結果を表1に示す。
(Example 11)
When preparing the positive electrode active material layer slurry, the blending amount of the decalin dispersion of polymer particles A is changed from 71.4 parts (5 parts in terms of solid content) to 142.8 parts (10 parts in terms of solid content). Except for the changes, each slurry was prepared in the same manner as in Example 1 to produce an all-solid secondary battery, and evaluation was performed in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table 1.

(実施例12)
酸性官能基を有する単量体としてのメタクリル酸を使用しなかった以外は、実施例1と同様にして、ポリマー粒子Jのデカリン分散液を得た。得られたポリマー粒子Jの平均粒径は130nmであった。そして、結着剤として、得られたポリマー粒子Jのデカリン分散液を用いた以外は、実施例1と同様にして、各スラリーを調製し、全固体二次電池を製造して、実施例1と同様に評価を行った。結果を表2に示す。
(Example 12)
A decalin dispersion of polymer particles J was obtained in the same manner as in Example 1 except that methacrylic acid as a monomer having an acidic functional group was not used. The average particle diameter of the obtained polymer particles J was 130 nm. Each slurry was prepared in the same manner as in Example 1 except that the obtained polymer particle J decalin dispersion was used as a binder, and an all-solid secondary battery was manufactured. Evaluation was performed in the same manner as above. The results are shown in Table 2.

(実施例13)
酸性官能基を有する単量体として、メタクリル酸に代えて、アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸5部を使用した以外は、実施例1と同様にして、ポリマー粒子Kのデカリン分散液を得た。得られたポリマー粒子Kの平均粒径は130nmであった。そして、結着剤として、得られたポリマー粒子Kのデカリン分散液を用いた以外は、実施例1と同様にして、各スラリーを調製し、全固体二次電池を製造して、実施例1と同様に評価を行った。結果を表2に示す。
(Example 13)
A decalin dispersion of polymer particles K was obtained in the same manner as in Example 1 except that 5 parts of acrylamide-2-methylpropanesulfonic acid was used in place of methacrylic acid as the monomer having an acidic functional group. . The average particle diameter of the obtained polymer particles K was 130 nm. Then, each slurry was prepared in the same manner as in Example 1 except that the obtained polymer particle K decalin dispersion was used as a binder, and an all-solid secondary battery was manufactured. Evaluation was performed in the same manner as above. The results are shown in Table 2.

(実施例14)
ポリマー粒子Aのラテックスの溶媒置換に用いる溶媒として、デカリン12,000部に代えて、キシレン12,000部を使用した以外は、実施例1と同様にして、ポリマー粒子Aのキシレン分散液を得た。そして、結着剤として、得られたポリマー粒子Aのキシレン分散液を用いた以外は、実施例1と同様にして、各スラリーを調製し、全固体二次電池を製造して、実施例1と同様に評価を行った。結果を表2に示す。
(Example 14)
A xylene dispersion of polymer particles A was obtained in the same manner as in Example 1 except that 12,000 parts of xylene was used instead of 12,000 parts of decalin as the solvent used for solvent substitution of the latex of polymer particles A. It was. Each slurry was prepared in the same manner as in Example 1 except that the xylene dispersion of the obtained polymer particles A was used as a binder, and an all-solid secondary battery was produced. Evaluation was performed in the same manner as above. The results are shown in Table 2.

(実施例15)
ポリマー粒子Aのラテックスの溶媒置換に用いる溶媒として、デカリン12,000部に代えて、トルエン12,000部を使用した以外は、実施例1と同様にして、ポリマー粒子Aのトルエン分散液を得た。そして、結着剤として、得られたポリマー粒子Aのトルエン分散液を用いた以外は、実施例1と同様にして、各スラリーを調製し、全固体二次電池を製造して、実施例1と同様に評価を行った。結果を表2に示す。
(Example 15)
A toluene dispersion of polymer particles A is obtained in the same manner as in Example 1 except that 12,000 parts of toluene is used instead of 12,000 parts of decalin as a solvent used for solvent substitution of the latex of polymer particles A. It was. Then, each slurry was prepared in the same manner as in Example 1 except that the obtained toluene dispersion of polymer particles A was used as a binder, and an all-solid secondary battery was manufactured. Evaluation was performed in the same manner as above. The results are shown in Table 2.

(比較例1)
攪拌機付き50kgf/cmの耐圧オートクレーブに、アクリル酸エチル300部、アクリル酸n−ブチル300部、アクリロニトリル100部、デカリン5,000部、および開始剤として過酸化ベンゾイル15部を仕込み、80℃で5時間保持し、溶液重合を行なうことで、アクリル酸エチル−アクリル酸n−ブチル−アクリロニトリル共重合体Lのデカリン溶液を得た。なお、得られたアクリル酸エチル−アクリル酸n−ブチル−アクリロニトリル共重合体Lはデカリンに溶解しており、粒子形状を有さないものであった。次いで、得られた溶液にデカリンを添加して、固形分濃度7%に調製し、減圧乾燥により水分を除去した。
(Comparative Example 1)
A 50 kgf / cm 2 pressure-resistant autoclave with a stirrer was charged with 300 parts of ethyl acrylate, 300 parts of n-butyl acrylate, 100 parts of acrylonitrile, 5,000 parts of decalin, and 15 parts of benzoyl peroxide as an initiator at 80 ° C. The decalin solution of the ethyl acrylate-n-butyl acrylate-acrylonitrile copolymer L was obtained by hold | maintaining for 5 hours and performing solution polymerization. In addition, the obtained ethyl acrylate-n-butyl acrylate-acrylonitrile copolymer L was dissolved in decalin and did not have a particle shape. Next, decalin was added to the resulting solution to prepare a solid concentration of 7%, and moisture was removed by drying under reduced pressure.

そして、結着剤として、上記にて得られた脱水後のアクリル酸エチル−アクリル酸n−ブチル−アクリロニトリル共重合体Lのデカリン溶液を用いた以外は、実施例1と同様にして、各スラリーを調製し、全固体二次電池を製造して、実施例1と同様に評価を行った。結果を表2に示す。   Each slurry was obtained in the same manner as in Example 1 except that the decalin solution of ethyl acrylate-n-butyl acrylate-acrylonitrile copolymer L after dehydration obtained above was used as the binder. Was prepared, and an all-solid secondary battery was produced and evaluated in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table 2.

(比較例2)
乳化剤として、ポリオキシエチレンラウリルエーテルの代わりに、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム(花王社製、ネオペレックスGS、ポリオキシエチレン鎖を有さないアニオン性界面活性剤)25部を使用した以外は、実施例1と同様にして、ポリマー粒子Mのデカリン分散液を得た。得られたポリマー粒子Mの平均粒径は130nmであった。そして、結着剤として、得られたポリマー粒子Mのデカリン分散液を用いた以外は、実施例1と同様にして、各スラリーを調製し、全固体二次電池を製造して、実施例1と同様に評価を行った。結果を表2に示す。
(Comparative Example 2)
Example, except that 25 parts of sodium dodecylbenzenesulfonate (manufactured by Kao Corporation, Neoperex GS, anionic surfactant having no polyoxyethylene chain) was used as an emulsifier instead of polyoxyethylene lauryl ether In the same manner as in No. 1, a decalin dispersion of polymer particles M was obtained. The average particle diameter of the obtained polymer particles M was 130 nm. Then, each slurry was prepared in the same manner as in Example 1 except that the decalin dispersion of the obtained polymer particles M was used as the binder, and an all-solid secondary battery was manufactured. Evaluation was performed in the same manner as above. The results are shown in Table 2.

(比較例3)
乳化剤として、ポリオキシエチレンラウリルエーテルの代わりに、ポリビニルアルコール25部を使用した以外は、実施例1と同様にして、ポリマー粒子Nのデカリン分散液を得た。得られたポリマー粒子Nの平均粒径は140nmであった。そして、結着剤として、得られたポリマー粒子Nのデカリン分散液を用いた以外は、実施例1と同様にして、各スラリーを調製し、全固体二次電池を製造して、実施例1と同様に評価を行った。結果を表2に示す。
(Comparative Example 3)
A decalin dispersion of polymer particles N was obtained in the same manner as in Example 1, except that 25 parts of polyvinyl alcohol was used as an emulsifier instead of polyoxyethylene lauryl ether. The average particle diameter of the obtained polymer particles N was 140 nm. Each slurry was prepared in the same manner as in Example 1 except that the resulting polymer particle N decalin dispersion was used as the binder, and an all-solid secondary battery was produced. Evaluation was performed in the same manner as above. The results are shown in Table 2.

(比較例4)
乳化剤としてのポリオキシエチレンラウリルエーテルの代わりに、ポリエチレングリコール25部を使用した以外は、実施例1と同様にして、重合を行なったところ、重合体を得ることができなかった。そのため、比較例4では、各スラリーおよび全固体二次電池を得ることができなかった。
(Comparative Example 4)
When polymerization was carried out in the same manner as in Example 1 except that 25 parts of polyethylene glycol was used instead of polyoxyethylene lauryl ether as an emulsifier, a polymer could not be obtained. Therefore, in Comparative Example 4, each slurry and all-solid secondary battery could not be obtained.

(比較例5)
攪拌機付き50kgf/cmの耐圧オートクレーブに、アクリル酸n−ブチル300部、ポリエチレングリコールモノメタクリレート(日油社製、ブレンマーPE−200)40部、アクリロニトリル20部、重合開始剤としてのt−ブチルパーオキシ−2−エチルヘキサネート1部、およびデカリン1500部を仕込み、十分攪拌した後、90℃に加温して溶液重合を行なった。そして、重合開始後、モノマーの消費量が95%となった時点で、冷却して重合反応を停止し、減圧乾燥により水分を除去することにより、アクリル酸n−ブチル−ポリエチレングリコールモノメタクリレート−アクリロニトリル共重合体Oのデカリン溶液を得た。なお、得られたアクリル酸n−ブチル−ポリエチレングリコールモノメタクリレート−アクリロニトリル共重合体Oはデカリンに溶解しており、粒子形状を有さないものであった。また、得られた溶液の固形分濃度は19%であった。
(Comparative Example 5)
In a pressure-resistant autoclave with a stirrer and 50 kgf / cm 2 , 300 parts of n-butyl acrylate, 40 parts of polyethylene glycol monomethacrylate (manufactured by NOF Corporation, BLEMMER PE-200), 20 parts of acrylonitrile, t-butyl par as a polymerization initiator After charging 1 part of oxy-2-ethylhexanate and 1500 parts of decalin and stirring sufficiently, the solution was heated to 90 ° C. for solution polymerization. Then, after the start of the polymerization, when the consumption of the monomer reaches 95%, the polymerization reaction is stopped by cooling, and water is removed by drying under reduced pressure, whereby n-butyl acrylate-polyethylene glycol monomethacrylate-acrylonitrile is removed. A decalin solution of copolymer O was obtained. The obtained n-butyl acrylate-polyethylene glycol monomethacrylate-acrylonitrile copolymer O obtained was dissolved in decalin and had no particle shape. Moreover, the solid content concentration of the obtained solution was 19%.

そして、結着剤として、上記にて得られた脱水後のアクリル酸n−ブチル−ポリエチレングリコールモノメタクリレート−アクリロニトリル共重合体Oのデカリン溶液を用いた以外は、実施例1と同様にして、各スラリーを調製し、全固体二次電池を製造して、実施例1と同様に評価を行った。結果を表2に示す。   Then, as the binder, in the same manner as in Example 1, except that the decalin solution of n-butyl acrylate-polyethylene glycol monomethacrylate-acrylonitrile copolymer O after dehydration obtained above was used. A slurry was prepared to produce an all-solid secondary battery, and evaluation was performed in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table 2.

(比較例6)
エチレンオキシドとプロピレンオキシドとの共重合体(EO:PO=90:10(モル比))を、デカリンに、固形分濃度5%になるように加え、十分に攪拌した後、減圧乾燥により水分を除去することによって、エチレンオキシドとプロピレンオキシドとの共重合体Pのデカリン溶液を得た。なお、得られたエチレンオキシドとプロピレンオキシドとの共重合体Pはデカリンに溶解しており、粒子形状を有さないものであった。
(Comparative Example 6)
Add a copolymer of ethylene oxide and propylene oxide (EO: PO = 90: 10 (molar ratio)) to decalin to a solid content concentration of 5%, and after sufficiently stirring, remove water by drying under reduced pressure. Thus, a decalin solution of a copolymer P of ethylene oxide and propylene oxide was obtained. In addition, the obtained copolymer P of ethylene oxide and propylene oxide was dissolved in decalin and did not have a particle shape.

そして、結着剤として、上記にて得られた脱水後のエチレンオキシドとプロピレンオキシドとの共重合体Pのデカリン溶液を用いた以外は、実施例1と同様にして、各スラリーを調製し、全固体二次電池を製造して、実施例1と同様に評価を行った。結果を表2に示す。   Then, as the binder, each slurry was prepared in the same manner as in Example 1 except that the decalin solution of the copolymer P of dehydrated ethylene oxide and propylene oxide obtained above was used. A solid secondary battery was manufactured and evaluated in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table 2.

Figure 0005652344
Figure 0005652344

Figure 0005652344
表1、表2中、乳化剤の使用量は、単量体の使用量に対する%で示した。
また、表1、表2中、正極活物質層中の結着剤の含有量は、正極活物質と無機固体電解質粒子との合計を100部とした場合における含有量を、負極活物質層中の結着剤の含有量は、負極活物質と無機固体電解質粒子との合計を100部とした場合における含有量を、固体電解質層中の結着剤の含有量は、無機固体電解質粒子100部とした場合における含有量を、それぞれ示した。
さらに、表2中、粒子状のポリマーが得られなかった比較例1,4,5,6については、粒子状ポリマーの組成の欄に、重合条件の要約を記載した。
Figure 0005652344
In Tables 1 and 2, the amount of emulsifier used is shown as a percentage of the amount of monomer used.
In Tables 1 and 2, the content of the binder in the positive electrode active material layer is the same as that in the negative electrode active material layer when the total of the positive electrode active material and the inorganic solid electrolyte particles is 100 parts. The content of the binder is the content when the total of the negative electrode active material and the inorganic solid electrolyte particles is 100 parts, and the content of the binder in the solid electrolyte layer is 100 parts of the inorganic solid electrolyte particles. In each case, the contents are shown.
Furthermore, in Table 2, for Comparative Examples 1, 4, 5, and 6 in which the particulate polymer was not obtained, a summary of the polymerization conditions was described in the column for the composition of the particulate polymer.

表1に示すように、結着剤として、ポリオキシエチレン鎖を有する界面活性剤を含有する粒子状ポリマーを用いた場合には、固体電解質層のピール強度が高く(すなわち、ポリオキシエチレン鎖を有する界面活性剤を含有する粒子状ポリマーは、結着剤としての結着力が高く)、さらには、得られる全固体二次電池は、レート特性に優れたものであった(実施例1〜12)。また、結着剤として、ポリオキシエチレン鎖を有する界面活性剤を含有する粒子状ポリマーを用いた場合には、これら粒子状ポリマーは、全固体二次電池内(正極活物質層内、負極活物質層内、および固体電解質層内)において、いずれも粒子状態を保持した状態で存在していた。   As shown in Table 1, when a particulate polymer containing a surfactant having a polyoxyethylene chain is used as the binder, the peel strength of the solid electrolyte layer is high (that is, the polyoxyethylene chain is The particulate polymer containing the surfactant having high binding power as a binder, and the obtained all-solid-state secondary battery was excellent in rate characteristics (Examples 1 to 12). ). Further, when a particulate polymer containing a surfactant having a polyoxyethylene chain is used as the binder, these particulate polymers are contained in the all-solid-state secondary battery (in the positive electrode active material layer, the negative electrode active material). Both in the material layer and in the solid electrolyte layer) existed in a state where the particle state was maintained.

一方、結着剤として、粒子状でないポリマーを用いた場合には、得られる固体電解質層のピール強度が低く、また、全固体二次電池とした場合に、結着剤が正極活物質粒子、負極活物質粒子、および固体電解質粒子を被覆してしまい、電子伝導性およびイオン導電性の阻害が起こり、レート特性に劣るものとなった(比較例1,5,6)。
また、結着剤として、ポリオキシエチレン鎖を有する界面活性剤を含有しない粒子状ポリマーを用いた場合にも、得られる固体電解質層のピール強度が低く、また、全固体二次電池とした場合に、結着剤が正極活物質粒子、負極活物質粒子、および固体電解質粒子を被覆してしまい、電子伝導性およびイオン導電性の阻害が起こり、レート特性に劣るものとなった(比較例2,3)。
さらに、乳化剤の代わりに、ポリエチレングリコールを用いた場合には、重合体を得ることができず、各評価を行うことができなかった(比較例4)。
On the other hand, when a non-particulate polymer is used as the binder, the peel strength of the obtained solid electrolyte layer is low, and in the case of an all-solid secondary battery, the binder is positive electrode active material particles, The negative electrode active material particles and the solid electrolyte particles were covered, and electronic conductivity and ionic conductivity were inhibited, resulting in poor rate characteristics (Comparative Examples 1, 5, and 6).
In addition, when a particulate polymer not containing a surfactant having a polyoxyethylene chain is used as a binder, the peel strength of the obtained solid electrolyte layer is low, and an all-solid secondary battery is obtained. In addition, the binder coats the positive electrode active material particles, the negative electrode active material particles, and the solid electrolyte particles, resulting in inhibition of electronic conductivity and ionic conductivity, resulting in poor rate characteristics (Comparative Example 2). , 3).
Furthermore, when polyethylene glycol was used instead of the emulsifier, a polymer could not be obtained and each evaluation could not be performed (Comparative Example 4).

Claims (6)

正極活物質層、負極活物質層、および固体電解質層を有する全固体二次電池であって、
前記正極活物質層、前記負極活物質層、および前記固体電解質層のうち少なくとも1つが、無機固体電解質およびポリオキシエチレン鎖を有する界面活性剤を含有する粒子状ポリマーからなる結着剤を含むことを特徴とする全固体二次電池。
An all-solid secondary battery having a positive electrode active material layer, a negative electrode active material layer, and a solid electrolyte layer,
At least one of the positive electrode active material layer, the negative electrode active material layer, and the solid electrolyte layer includes a binder composed of an inorganic solid electrolyte and a particulate polymer containing a surfactant having a polyoxyethylene chain. All-solid-state secondary battery characterized by.
前記ポリオキシエチレン鎖を有する界面活性剤が非イオン性界面活性剤であることを特徴とする請求項1に記載の全固体二次電池。   The all-solid-state secondary battery according to claim 1, wherein the surfactant having a polyoxyethylene chain is a nonionic surfactant. 前記粒子状ポリマーが、酸性官能基を有する単量体の単位を0.1〜3重量%含有することを特徴とする請求項1または2に記載の全固体二次電池。   The all-solid-state secondary battery according to claim 1, wherein the particulate polymer contains 0.1 to 3% by weight of a monomer unit having an acidic functional group. 前記酸性官能基がカルボン酸基またはスルホン酸基であることを特徴とする請求項3に記載の全固体二次電池。   The all-solid-state secondary battery according to claim 3, wherein the acidic functional group is a carboxylic acid group or a sulfonic acid group. 前記無機固体電解質が、Li、PおよびSを含有する硫化物ガラスおよび/またはLi、PおよびSを含有する硫化物ガラスセラミックスであることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の全固体二次電池。   The inorganic solid electrolyte is a sulfide glass containing Li, P and S and / or a sulfide glass ceramic containing Li, P and S, according to any one of claims 1 to 4. All-solid secondary battery. 無機固体電解質、およびポリオキシエチレン鎖を有する界面活性剤を含有する粒子状ポリマーからなる結着剤を、沸点が100〜220℃である非極性溶媒に溶解または分散してなる全固体二次電池用スラリー。   An all-solid secondary battery obtained by dissolving or dispersing an inorganic solid electrolyte and a binder composed of a particulate polymer containing a surfactant having a polyoxyethylene chain in a nonpolar solvent having a boiling point of 100 to 220 ° C Slurry.
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