JP5705614B2 - All solid battery - Google Patents

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Description

本発明は、主要な構成要素が固体から形成されている全固体電池に関する。   The present invention relates to an all-solid-state battery in which main components are formed from a solid.

従来の全固体電池としては正極、固体電解質、及び負極の3層からなるものが知られている。   As a conventional all-solid battery, a battery composed of three layers of a positive electrode, a solid electrolyte, and a negative electrode is known.

固体電解質を採用した全固体電池は電解質が固体であるため電解質の移動がない。そのため、電解質の漏洩などの不具合が発生し難く、また、電池筐体などで明確に区画しなくても電解質の混合がなく簡易な筐体を採用することができる。   An all-solid battery employing a solid electrolyte does not move because the electrolyte is solid. Therefore, problems such as electrolyte leakage are unlikely to occur, and a simple housing without electrolyte mixing can be employed even if it is not clearly partitioned by a battery housing or the like.

また、固体電解質を採用することにより、負極活物質として金属リチウムなどを採用してもデンドライトの生成が進行せず、高い安全性が実現できる(特許文献1など)。   In addition, by adopting a solid electrolyte, even when metallic lithium or the like is employed as a negative electrode active material, generation of dendrites does not proceed, and high safety can be realized (Patent Document 1, etc.).

国際公開第09/139382号International Publication No. 09/139382

ところで、一般的な正極活物質は粒子状とされていることが多い。正極活物質はその表面を介して電池反応に伴うリチウムイオンの授受を行う。従来の電解液を用いた二次電池の場合には電解液は正極活物質の粒子間の空隙にまで浸透し、正極活物質の表面において効率的にリチウムイオンの授受を進行させることができる。   By the way, a general positive electrode active material is often in the form of particles. The positive electrode active material exchanges lithium ions accompanying the battery reaction through the surface. In the case of a secondary battery using a conventional electrolyte solution, the electrolyte solution penetrates into the gaps between the particles of the positive electrode active material, and can efficiently transfer lithium ions on the surface of the positive electrode active material.

本願発明者らは、電解液を用いた従来型の二次電池と同様にリチウムイオンの授受を効率的に進行させることを目的として、従来の電解液を用いた二次電池の場合と同様に、粒子状の正極活物質の表面に固体電解質を接触させてリチウムイオンの伝導抵抗を低下させようとの試みを行った。ここで、用いた固体電解質は特許文献1にて開示された電解質や、その元になった水素化物系固体電解質である。   The inventors of the present application, as in the case of a conventional secondary battery using an electrolytic solution, for the purpose of efficiently transferring lithium ions as in the case of a conventional secondary battery using an electrolytic solution. An attempt was made to reduce the lithium ion conduction resistance by bringing a solid electrolyte into contact with the surface of the particulate positive electrode active material. Here, the solid electrolyte used is the electrolyte disclosed in Patent Document 1 or the hydride-based solid electrolyte from which it was based.

正極活物質と固体電解質とを接触させた電池を製造し、検討を行った結果、固体電解質に接触している正極活物質の不可逆的な分解が観察され、電池容量の低下が認められた。   As a result of manufacturing and examining a battery in which the positive electrode active material and the solid electrolyte were brought into contact with each other, irreversible decomposition of the positive electrode active material in contact with the solid electrolyte was observed, and a decrease in battery capacity was observed.

本発明者らは上記実情に鑑み本発明を完成したものであり、電池容量の低下を抑制した全固体電池を提供することを解決すべき課題とする。   The present inventors have completed the present invention in view of the above circumstances, and an object to be solved is to provide an all solid state battery in which a decrease in battery capacity is suppressed.

本発明者ら上記課題を解決する目的で鋭意検討を行った結果、電池容量の低下は固体電解質が含有する水素化物系固体電解質の還元作用によって正極活物質が還元されることに原因があることを突き止めた。試験に用いた正極活物質はリチウム電池にて一般的に採用される酸化物型正極活物質であった。つまり、酸化物型正極活物質に含まれる酸化物が水素化物系固体電解質により還元されることで活物質としての機能を失い、電池容量が低下していた。   As a result of intensive studies aimed at solving the above problems, the present inventors have found that the decrease in battery capacity is due to the reduction of the positive electrode active material by the reducing action of the hydride-based solid electrolyte contained in the solid electrolyte. I found out. The positive electrode active material used for the test was an oxide-type positive electrode active material generally employed in lithium batteries. That is, the oxide contained in the oxide-type positive electrode active material is reduced by the hydride-based solid electrolyte, so that the function as the active material is lost, and the battery capacity is reduced.

そこで、本発明者らは鋭意検討を行った結果、正極活物質として適正なものを採用することで固体電解質に接触しても還元されないようにすることに成功した。具体的には、正極活物質における固体電解質に接触する部分を固体電解質により還元できないものから構成した。   Therefore, as a result of intensive studies, the present inventors have succeeded in preventing reduction even when contacting a solid electrolyte by adopting an appropriate positive electrode active material. Specifically, the portion in contact with the solid electrolyte in the positive electrode active material is configured from a material that cannot be reduced by the solid electrolyte.

本発明者らは上記知見に基づき以下の発明を完成した。すなわち、上記課題を解決する請求項1に記載の発明は、正極集電体と前記正極集電体の表面に形成された正極層とをもつ正極と、負極集電体と前記負極集電体の表面に形成された負極層とをもつ負極と、前記正負極間に介設され、リチウムイオン伝導性をもつ第1固体電解質から形成される電解質と、を備えており、
前記正極層は、リチウムイオン伝導性をもつ第2固体電解質からなる連続相である基材部と、前記基材部内に分散され且つ正極活物質を含む活物質部とから構成され、
前記第1及び第2固体電解質は、それぞれ独立して選択される水素化物系固体電解質をもつリチウムイオン伝導性材料であり、
負極層を構成する負極活物質は金属リチウムを含み、
電池の使用状態における前記負極層のLiのモル分率が25モル%以上である全固体電池である。
Based on the above findings, the present inventors have completed the following invention. That is, the invention according to claim 1, which solves the above problem, includes a positive electrode having a positive electrode current collector and a positive electrode layer formed on a surface of the positive electrode current collector, a negative electrode current collector, and the negative electrode current collector. A negative electrode having a negative electrode layer formed on the surface thereof, and an electrolyte formed from a first solid electrolyte interposed between the positive and negative electrodes and having lithium ion conductivity,
The positive electrode layer is composed of a base part that is a continuous phase made of a second solid electrolyte having lithium ion conductivity, and an active material part that is dispersed in the base part and contains a positive electrode active material,
The first and second solid electrolytes are lithium ion conductive materials having hydride-based solid electrolytes that are independently selected;
The negative electrode active material constituting the negative electrode layer contains metallic lithium,
It is an all solid state battery in which the mole fraction of Li in the negative electrode layer in a use state of the battery is 25 mol% or more.

この構成によれば、第2固体電解質内に活物質部を分散することにより、リチウムイオンの授受を円滑に行うことができる。更に、第2固体電解質に接触する表面に、正極活物質として適正なものを採用することで固体電解質に接触しても還元されず、第2固体電解質による正極活物質の還元に伴う電池容量の低下を抑制できる。正極活物質でない場合にはリチウムイオンの伝導や電子の伝導を阻害しない化合物であることが望ましい。   According to this configuration, the lithium material can be smoothly exchanged by dispersing the active material portion in the second solid electrolyte. Further, by adopting an appropriate positive electrode active material on the surface in contact with the second solid electrolyte, even if it comes into contact with the solid electrolyte, it is not reduced, and the battery capacity associated with the reduction of the positive electrode active material by the second solid electrolyte is reduced. Reduction can be suppressed. When it is not a positive electrode active material, a compound that does not inhibit lithium ion conduction or electron conduction is desirable.

ここで、「連続相」とは、正極活物質が授受するリチウムイオンの伝導を阻害しないようにするためである。つまり、「連続相」形成することにより、リチウムイオンの伝導における障壁が小さくなるため電池出力が大きくなる。特にリチウムイオン伝導性の観点からは、「連続相」とは粒界などの界面なく1相である場合はもちろん、互いにしっかりと接触するものが望ましい。特に組成の変化がないか、又は、その変化が少なくリチウムイオンが伝導する際の伝導抵抗が小さいことが望ましい。なお、全体が連続して1つになっていることまでは必須の要件とはしない。   Here, the “continuous phase” is to prevent the lithium ion conduction from being transferred by the positive electrode active material. That is, by forming the “continuous phase”, the barrier for lithium ion conduction is reduced, so that the battery output is increased. In particular, from the viewpoint of lithium ion conductivity, it is desirable that the “continuous phase” is a single phase without an interface such as a grain boundary, as well as those that are in close contact with each other. In particular, it is desirable that there is no change in composition, or that the change is small and the conduction resistance when lithium ions are conducted is small. In addition, it is not an indispensable requirement until the whole becomes one continuously.

請求項2に記載の発明は、薄膜状の正極集電体と前記正極集電体の一面側にのみ形成された正極層とをもつ正極と、薄膜状の負極集電体と前記負極集電体における前記正極の前記正極層が形成された側に対向する一面側にのみ形成された負極層とをもつ負極と、前記正負極間に介設され、リチウムイオン伝導性をもつ第1固体電解質から形成される電解質と、を備えた単電池を、互いに区画することなく、電気的に直列に複数組接続しており、
前記正極層は、リチウムイオン伝導性をもつ第2固体電解質からなる連続相である基材部と、前記基材部内に分散され且つ正極活物質を含む活物質部と、導電材から構成され、
前記第1及び第2固体電解質は、それぞれ独立して選択される水素化物系固体電解質をもつリチウムイオン伝導性材料であり、
負極層を構成する負極活物質は金属リチウムを含み、
電池の使用状態における前記負極層のLiのモル分率が25モル%以上である全固体電池である。
According to a second aspect of the present invention, there is provided a positive electrode having a thin-film positive electrode current collector and a positive electrode layer formed only on one surface side of the positive electrode current collector, a thin-film negative electrode current collector, and the negative electrode current collector. A first solid electrolyte having a lithium ion conductivity interposed between the positive and negative electrodes and a negative electrode having a negative electrode layer formed only on one side of the positive electrode facing the side on which the positive electrode layer is formed A plurality of unit cells electrically connected in series without partitioning each other.
The positive electrode layer is composed of a base material part that is a continuous phase made of a second solid electrolyte having lithium ion conductivity, an active material part dispersed in the base material part and containing a positive electrode active material, and a conductive material,
The first and second solid electrolytes are lithium ion conductive materials having hydride-based solid electrolytes that are independently selected;
The negative electrode active material constituting the negative electrode layer contains metallic lithium,
It is an all solid state battery in which the mole fraction of Li in the negative electrode layer in a use state of the battery is 25 mol% or more.

この構成によれば、上述の効果のほかに、電池筐体を簡易化できる効果を奏する。つまり、固体電解質を採用することにより、異なる単電池間における電解質を介した短絡を防止することが可能になるからである。   According to this configuration, in addition to the above-described effects, the battery casing can be simplified. That is, by adopting a solid electrolyte, it is possible to prevent a short circuit through the electrolyte between different single cells.

請求項1又は2に記載の発明は、さらに前記活物質部が、有機系正極活物質、無機系正極活物質、及び、リチウムイオン伝導体若しくは炭素材料で被覆された酸化物型正極活物質からなる群から選択される1種又は2種以上の材料からなる。 The invention according to claim 1 or 2 further includes an active material portion comprising an organic positive electrode active material, an inorganic positive electrode active material, and an oxide positive electrode active material coated with a lithium ion conductor or a carbon material. It consists of 1 type, or 2 or more types of materials selected from the group which consists of.

請求項3に記載の発明は、前記有機系正極活物質がアントラセン、テトラセン、ペンタセン、ヘキサセンのうちの少なくとも1つである。 According to a third aspect of the present invention, the organic positive electrode active material is at least one of anthracene, tetracene, pentacene, and hexacene .

請求項1又は2に記載の発明は、前記無機系正極活物質がフッ化物ペロブスカイトMF (MはFe,V,Ti,Co,及びMnのうちの何れか)のうちの少なくとも1つである。 In the invention described in claim 1 or 2, the inorganic positive electrode active material is at least one of fluoride perovskite MF 3 (M is any one of Fe, V, Ti, Co, and Mn). .

請求項4に記載の発明は、前記リチウムイオン伝導体がLiNbO、LiTi12、LiTiO、LiZrO、LiSiO、LiTaOの少なくとも1つであり、前記酸化物型正極活物質は層状岩塩型又は立方晶岩塩型の結晶構造を有する含リチウム化合物、スピネル型構造の含リチウム化合物であって、一般式Li2+xMn1−y2+z(MはMn以外の遷移金属元素、Al、Sn及びアルカリ土類金属元素からなる少なくとも1種の元素。−0.5≦x≦0.5、0≦y<1、0≦z<0.3)であらわされる上記含リチウム化合物のうちの少なくとも1つである。 According to a fourth aspect of the present invention, the lithium ion conductor is at least one of LiNbO 3 , Li 4 Ti 5 O 12 , LiTiO 3 , Li 2 ZrO 3 , Li 4 SiO 4 , LiTaO 3 , and the oxide The type positive electrode active material is a lithium-containing compound having a layered rock salt type or cubic rock salt type crystal structure, or a lithium-containing compound having a spinel structure, and has a general formula Li 2 + x Mn 1-y M y O 2 + z (M is other than Mn) At least one element consisting of Al, Sn, and an alkaline earth metal element, represented by −0.5 ≦ x ≦ 0.5, 0 ≦ y <1, 0 ≦ z <0.3). It is at least one of the above lithium-containing compounds.

これらの構成によれば、正極活物質として優れた耐久性をもつ材料を採用できるから、得られた全固体電池についても高い耐久性が実現できる。   According to these configurations, since a material having excellent durability can be adopted as the positive electrode active material, high durability can be realized even for the obtained all-solid battery.

請求項5に記載の発明は、前記負極層が、リチウムイオン伝導性をもつ第3固体電解質からなる連続相である基材部と、前記基材部内に分散され且つ負極活物質から形成される活物質部とから構成され、
前記負極活物質が、金属リチウム,リチウム合金,リチウムの吸蔵と放出が可能な金属材料,リチウムの吸蔵と放出が可能な合金材料、及びリチウムの吸蔵と放出が可能な化合物からなる群から選択される1種又は2種以上の負極材料である。
According to a fifth aspect of the present invention, the negative electrode layer is formed of a base portion that is a continuous phase made of a third solid electrolyte having lithium ion conductivity, and is dispersed in the base portion and formed from a negative electrode active material. Active material part,
The negative electrode active material is selected from the group consisting of metallic lithium, a lithium alloy, a metal material capable of occluding and releasing lithium, an alloy material capable of occluding and releasing lithium, and a compound capable of occluding and releasing lithium. 1 type, or 2 or more types of negative electrode materials.

この構成によれば、負極活物質において電池反応の進行に伴い進行する体積変化は基材部中の空隙により吸収されて負極自身の体積変化には発現しなくなる。金属リチウムなどを単独で採用すると、充放電の進行に従い、その体積が変化する。   According to this configuration, the volume change that proceeds with the progress of the battery reaction in the negative electrode active material is absorbed by the voids in the base material portion and does not appear in the volume change of the negative electrode itself. When metallic lithium etc. are employ | adopted independently, the volume changes with progress of charging / discharging.

例えば、負極層に含まれる基材部中に空隙がある場合について説明する。負極活物質の体積が大きくなった場合には、その空隙内に負極活物質が侵入することにより体積変化が吸収される。負極活物質の体積が小さくなった場合には、基材部中の空隙の大きさが大きくなることにより負極活物質の体積変化が吸収される。   For example, the case where there is a void in the base material part included in the negative electrode layer will be described. When the volume of the negative electrode active material increases, the volume change is absorbed by the negative electrode active material entering the voids. When the volume of the negative electrode active material is reduced, the change in volume of the negative electrode active material is absorbed by the increase in the size of the voids in the base material portion.

ここで、本発明において、負極活物質が収縮し、空隙が大きくなった場合に負極層の体積が小さくならない、又は、体積の収縮を抑制できるための条件としては、負極層内における基材部を構成する第3固体電解質が連続相を形成しているとの要件を加えている。ここで、「連続相」とは、負極層に含まれる負極活物質の体積について想定される最大の収縮が進行した場合であっても体積変化が生じない(又は、許容できる程度の体積変化しか生じない)ように、第3固体電解質が負極層内で連続して存在していることを意味する。更には「連続相」形成することにより、リチウムイオンの伝導における障壁が小さくなるため電池出力が大きくなる。特にリチウムイオン伝導性の観点からは、「連続相」とは粒界などの界面なく1相である場合はもちろん、互いに接触するものであってもよい。特に組成の変化がないか、又は、その変化が少なくリチウムイオンが伝導する際の伝導抵抗が小さいことが望ましい。なお、全体が連続して1つになっていることまでは必須の要件とはしない。   Here, in the present invention, when the negative electrode active material contracts and the voids increase, the volume of the negative electrode layer does not decrease or the condition for suppressing the volume contraction is the base material portion in the negative electrode layer. The requirement that the third solid electrolyte constituting the liquid crystal form a continuous phase is added. Here, the “continuous phase” means that no volume change occurs even if the maximum shrinkage assumed for the volume of the negative electrode active material contained in the negative electrode layer has progressed (or only an acceptable volume change). This means that the third solid electrolyte is continuously present in the negative electrode layer. Furthermore, by forming a “continuous phase”, the battery output is increased because the barrier in lithium ion conduction is reduced. In particular, from the viewpoint of lithium ion conductivity, the “continuous phase” may be a single phase without an interface such as a grain boundary, or may be in contact with each other. In particular, it is desirable that there is no change in composition, or that the change is small and the conduction resistance when lithium ions are conducted is small. In addition, it is not an indispensable requirement until the whole becomes one continuously.

更に、負極活物質の間の空隙が全て固体電解質により充填された場合を想定しても、それ以上の負極活物質へのリチウムイオンの移動がない条件での負極層の形成条件が選択されていれば、負極活物質の体積は電池反応の進行により減少する方向にのみ進行することになるため、負極活物質の体積変化は負極活物質の周囲に形成される空隙が大きくなることで吸収されて負極層の体積変化としては現れないことになる。   Further, even if it is assumed that all the gaps between the negative electrode active materials are filled with the solid electrolyte, the formation conditions of the negative electrode layer under the condition that no further lithium ions move to the negative electrode active material are selected. Therefore, since the volume of the negative electrode active material proceeds only in the direction of decreasing due to the progress of the battery reaction, the volume change of the negative electrode active material is absorbed by the increase of voids formed around the negative electrode active material. Therefore, it does not appear as a volume change of the negative electrode layer.

請求項6に記載の発明は、前記負極活物質の形態は粒子状である。 In the invention described in claim 6 , the negative electrode active material is in the form of particles.

つまり、負極層において分散されている負極活物質を粒子状にすることにより、その粒子状の負極活物質の間に基材を介設させることになるため、負極活物質の体積変化をその粒子の大きさの範囲に留めることが可能になって、その体積変化が負極層の体積に影響を与え難くできる。   That is, by making the negative electrode active material dispersed in the negative electrode layer into a particulate form, a base material is interposed between the particulate negative electrode active materials. Therefore, the volume change can hardly affect the volume of the negative electrode layer.

請求項7に記載の発明は、前記負極層は前記負極活物質の粒子の集合体からなる前記活物質部に対して、その空隙に前記第3固体電解質を含浸させたものである。 According to a seventh aspect of the present invention, the negative electrode layer is obtained by impregnating the third solid electrolyte into the voids of the active material portion composed of an aggregate of particles of the negative electrode active material.

特に粒子状の負極活物質の間の空隙に第3固体電解質を充填することにより、負極活物質由来の体積変化を確実に抑制できる。更には第3固体電解質からなる基材部の強度が大きくできると共に、リチウムイオン伝導性も向上できる。   In particular, by filling the gap between the particulate negative electrode active materials with the third solid electrolyte, the volume change derived from the negative electrode active material can be reliably suppressed. Furthermore, the strength of the base material portion made of the third solid electrolyte can be increased, and the lithium ion conductivity can be improved.

請求項8に記載の発明は、前記第1〜第3固体電解質のうちの少なくとも1つが前記水素化物系固体電解質とMX(Mはアルカリ金属またはアルカリ土類金属;Xはハロゲン原子、NR基(Rは水素又はアルキル基)、及びNR基(Rは水素又はアルキル基)からなる群から選択される1種、aは1または2)で表されるアルカリ金属化合物との混合物又はそれらの反応物である。 According to an eighth aspect of the present invention, at least one of the first to third solid electrolytes is the hydride-based solid electrolyte and MX a (M is an alkali metal or alkaline earth metal; X is a halogen atom, NR 2 A mixture with an alkali metal compound represented by a group selected from the group consisting of a group (R is hydrogen or an alkyl group) and an N 2 R group (R is hydrogen or an alkyl group), a is 1 or 2) or Those reactants.

アルカリ金属化合物またはアルカリ土類金属化合物の少なくとも1つを水素化物系固体電解質に混合乃至反応させたリチウムイオン伝導性材料はリチウムイオン伝導特性が向上すると共に充分な機械的強度をもつ。   A lithium ion conductive material obtained by mixing or reacting at least one of an alkali metal compound or an alkaline earth metal compound with a hydride-based solid electrolyte has improved lithium ion conductivity and sufficient mechanical strength.

請求項9に記載の発明は、前記アルカリ金属化合物が、LiF,LiCl,LiBr,LiI,RbI,及びCsIである。 In the invention according to claim 9 , the alkali metal compound is LiF, LiCl, LiBr, LiI, RbI, and CsI.

これらのアルカリ金属化合物は水素化物系固体電解質との共存下で高いリチウムイオン伝導性と充分な機械的強度とが両立される。   These alkali metal compounds achieve both high lithium ion conductivity and sufficient mechanical strength in the presence of a hydride-based solid electrolyte.

請求項10に記載の発明は、前記アルカリ土類金属化合物が、BeF,BeCl,BeBr,BeI,MgF,MgCl,MgBr,MgI,CaF,CaCl,CaBr,CaI,SrF,SrCl,SrBr,SrI,BaF,BaCl,BaBr,及びBaIである。これらのアルカリ土類金属化合物は水素化物系固体電解質との共存下で高いリチウムイオン伝導性と充分な機械的強度とが両立される。 The invention according to claim 10 is characterized in that the alkaline earth metal compound is BeF 2 , BeCl 2 , BeBr 2 , BeI 2 , MgF 2 , MgCl 2 , MgBr 2 , MgI 2 , CaF 2 , CaCl 2 , CaBr 2 , CaI 2, SrF 2, SrCl 2 , SrBr 2, SrI 2, BaF 2, BaCl 2, BaBr 2, and is BaI 2. These alkaline earth metal compounds achieve both high lithium ion conductivity and sufficient mechanical strength in the presence of a hydride-based solid electrolyte.

請求項11に記載の発明は、前記水素化物系固体電解質が、LiBH,LiAlH,LiAlH,LiBH(Et),LiBH(s−Bu),LiNH,LiNH,Li〔OC(CHAlH,Li(OCHAlH,及びLi(OCHである。 The invention according to claim 11 is characterized in that the hydride-based solid electrolyte is LiBH 4 , LiAlH 4 , Li 3 AlH 6 , LiBH (Et) 3 , LiBH (s-Bu) 3 , LiNH 2 , Li 2 NH, Li [OC (CH 3 ) 3 ] 3 AlH, Li (OCH 3 ) 3 AlH, and Li (OC 2 H 5 ) 3 H.

これらの水素化物系固体電解質はアルカリ金属化合物との共存下で高いリチウムイオン伝導性と充分な機械的強度とが両立される。   These hydride-based solid electrolytes have both high lithium ion conductivity and sufficient mechanical strength in the presence of an alkali metal compound.

請求項12に記載の発明は、前記第1〜第3固体電解質は同一のリチウムイオン伝導性材料である。 According to a twelfth aspect of the present invention, the first to third solid electrolytes are the same lithium ion conductive material.

第1〜第3固体電解質を同じ固体電解質から形成することで、正極層と電解質との間、負極層と電解質との間のそれぞれのリチウムイオン伝導性が向上できる。特に、両者の間を、上述した「連続相」のように形成することにより、更なるリチウムイオン伝導性を向上できる。   By forming the first to third solid electrolytes from the same solid electrolyte, the lithium ion conductivity between the positive electrode layer and the electrolyte and between the negative electrode layer and the electrolyte can be improved. In particular, the lithium ion conductivity can be further improved by forming between the two like the above-mentioned “continuous phase”.

請求項13に記載の発明は、前記水素化物系固体電解質がLiBHである。 According to a thirteenth aspect of the present invention, the hydride-based solid electrolyte is LiBH 4 .

実施例における金属LiとLiBHとの混合物のSEM写真である。Is an SEM photograph of a mixture of metal Li and LiBH 4 in the embodiment. 実施例におけるLiBHのXRDスペクトルと金属LiとLiBHとの混合物のXRDスペクトルとを示す図である。Is a diagram showing an XRD spectrum of a mixture of XRD spectra and metal Li and LiBH 4 of LiBH 4 in the embodiment. 実施例における電気伝導度の測定結果を示す図である。It is a figure which shows the measurement result of the electrical conductivity in an Example. 実施例における放電容量の測定結果を示す図である。It is a figure which shows the measurement result of the discharge capacity in an Example.

本発明の全固体電池について実施形態に基づき詳細に説明を行う。   The all-solid-state battery of this invention is demonstrated in detail based on embodiment.

(全固体電池)
本発明の全固体電池は正極、負極、そして電解質を有する。本実施形態の全固体電池の形態は特に限定されず、正極、負極、及び電解質をシート状に成形し、それらを重ね合わせた上で巻回する巻回型電池、積層する積層型電池などの通常の形態を採用することができる。正極、負極、電解質の形態は特に限定されないが、それぞれシート状、板状の形態が例示できる。
(All-solid battery)
The all solid state battery of the present invention has a positive electrode, a negative electrode, and an electrolyte. The form of the all-solid-state battery of this embodiment is not particularly limited, and a positive electrode, a negative electrode, and an electrolyte are formed into a sheet shape, and they are stacked and wound, and a wound battery, a stacked battery to be stacked, etc. A normal form can be adopted. Although the form of a positive electrode, a negative electrode, and electrolyte is not specifically limited, A sheet form and a plate form can be illustrated, respectively.

また、本実施形態の全固体電池は全体が固体で構成されているから、電解質が移動するおそれは低く、正極、負極、及び電解質からなる単電池を複数接続して組電池を形成する場合に、1つ1つの単電池を厳密に区画する必要が無い。   In addition, since the whole solid state battery of the present embodiment is composed entirely of solid, there is a low possibility that the electrolyte moves, and when a battery pack is formed by connecting a plurality of unit cells composed of a positive electrode, a negative electrode, and an electrolyte. There is no need to strictly divide each single cell.

電解質はリチウムイオン伝導性をもつ第1固体電解質から形成される。電解質は正極及び負極の間に介設される。電解質の厚みは特に限定されない。第1固体電解質は水素化物系固体電解質を有するリチウムイオン伝導性材料である。第1固体電解質は単独の化合物から形成されても良いし、複数の化合物の混合物であっても良い。混合物を採用する場合の形態としては粒子形態として混合したり、分子レベルで混合したり、層状に積層したりすることができる。ここで、水素化物系固体電解質はLiBH,LiAlH,LiAlH,LiBH(Et),LiBH(s−Bu),LiNH,LiNH,Li〔OC(CHAlH,Li(OCHAlH,及びLi(OCHであることが望ましい。特に、LiBHを採用することが望ましい。 The electrolyte is formed from a first solid electrolyte having lithium ion conductivity. The electrolyte is interposed between the positive electrode and the negative electrode. The thickness of the electrolyte is not particularly limited. The first solid electrolyte is a lithium ion conductive material having a hydride-based solid electrolyte. The first solid electrolyte may be formed from a single compound or a mixture of a plurality of compounds. When the mixture is employed, it can be mixed in the form of particles, mixed at the molecular level, or laminated in layers. Here, the hydride-based solid electrolyte is LiBH 4 , LiAlH 4 , Li 3 AlH 6 , LiBH (Et) 3 , LiBH (s-Bu) 3 , LiNH 2 , Li 2 NH, Li [OC (CH 3 ) 3 ]. 3 AlH, Li (OCH 3 ) 3 AlH, and Li (OC 2 H 5 ) 3 H are desirable. In particular, it is desirable to employ LiBH 4.

第1固体電解質は更にアルカリ金属化合物またはアルカリ土類金属化合物の少なくとも1つを有することが望ましい。水素化物系固体電解質とアルカリ金属化合物またはアルカリ土類金属化合物とは単純に混合されているか又は反応物を生成しているかのいずれかである。水素化物系固体電解質及びアルカリ金属化合物またはアルカリ土類金属化合物は機械的な混合操作(混合機、粉砕機などによる混合)により混合することができるのは勿論だが、溶融して混合することが望ましい。リチウムイオン伝導性材料にアルカリ金属化合物またはアルカリ土類金属化合物を採用する場合におけるアルカリ金属化合物またはアルカリ土類金属化合物の添加量は、水素化物系固体電解質のモル数を基準として、5%〜100%程度にすることが望ましく、10%〜100%とすることが更に望ましい。アルカリ金属化合物はハロゲン化リチウム(特にLiF,LiCl,LiBr,LiI)を採用することが望ましい。   It is desirable that the first solid electrolyte further has at least one of an alkali metal compound or an alkaline earth metal compound. The hydride-based solid electrolyte and the alkali metal compound or alkaline earth metal compound are either simply mixed or produce a reactant. The hydride solid electrolyte and the alkali metal compound or alkaline earth metal compound can be mixed by a mechanical mixing operation (mixing by a mixer, a pulverizer, etc.), but it is desirable to melt and mix them. . When the alkali metal compound or alkaline earth metal compound is used as the lithium ion conductive material, the addition amount of the alkali metal compound or alkaline earth metal compound is 5% to 100 based on the number of moles of the hydride-based solid electrolyte. % Is desirable, and it is further desirable to be 10% to 100%. As the alkali metal compound, lithium halide (particularly LiF, LiCl, LiBr, LiI) is desirably employed.

正極は正極集電体とその正極集電体の表面に形成された正極層とをもつ。正極集電体は、例えば、アルミニウム、ステンレスなどの金属を網、パンチドメタル、フォームメタル、板状、箔状などの形態としたもの用いることができる。正極集電体としては電池筐体を兼用することもできる。   The positive electrode has a positive electrode current collector and a positive electrode layer formed on the surface of the positive electrode current collector. As the positive electrode current collector, for example, a metal such as aluminum or stainless steel in a net, punched metal, foam metal, plate shape, foil shape, or the like can be used. A battery housing can also be used as the positive electrode current collector.

正極層は、リチウムイオン伝導性をもつ第2固体電解質からなる連続相である基材部と、その基材部内に分散され且つ負極活物質から形成される活物質部とから構成される。正極層にはこれら以外にも必要な構成要素を混合することもできる。必要な構成要素としては導電材や結着材が例示できる。基材部を構成する第2固体電解質は前述した第1固体電解質と同様の選択肢から選択可能な固体電解質であるため、詳細の説明は省略する。第2固体電解質は第1固体電解質と同じものを採用することも異なるものを採用することもできる。特に同じものを採用することにより電解質との間でのリチウムイオンの伝導性を好ましいものにできる
基材部内に活物質部を分散させる方法としては特に限定しないが、活物質部を粒子化して固めた後、第2固体電解質を液状化して加圧充填する方法が挙げられる。また、粒子化した活物質部と液状化した第2固体電解質とを混合して(又は、混合後、液状化し)固化させる方法が挙げられる。更には活物質部と第2固体電解質との双方を液状化して混合し(又は混合後、液状化し)固化させる方法が挙げられる。更には、第2固体電解質と活物質部とを固体状(粒子状、塊状など)で混合した後(一般的な混合操作、粉砕操作などにより混合することができる。両者共に粒子状であればそのまま混合することもできる)、一体化(圧縮するなどの操作、加熱温度・時間の調節により両者の界面の一部を溶解して融着させるなど)することができる。なお、基材部が連続相になるかどうかは、基材部を構成する第2固体電解質と、活物質部を構成する正極活物質との混合割合、混合条件を変化させることで調製可能である。
The positive electrode layer includes a base material portion that is a continuous phase made of a second solid electrolyte having lithium ion conductivity, and an active material portion that is dispersed in the base material portion and formed from the negative electrode active material. In addition to these, necessary components can be mixed in the positive electrode layer. Examples of necessary components include conductive materials and binders. Since the 2nd solid electrolyte which comprises a base material part is a solid electrolyte which can be selected from the same choice as the 1st solid electrolyte mentioned above, detailed explanation is omitted. The second solid electrolyte may be the same as or different from the first solid electrolyte. In particular, by adopting the same material, the lithium ion conductivity with the electrolyte can be made favorable. The method of dispersing the active material part in the base material part is not particularly limited, but the active material part is made into particles and solidified. Then, the method of liquefying and pressurizing and filling the second solid electrolyte may be mentioned. Moreover, the method of making the active material part pulverized and the liquefied 2nd solid electrolyte mixed (or liquefying after mixing) and solidifying is mentioned. Furthermore, there is a method in which both the active material part and the second solid electrolyte are liquefied and mixed (or liquefied after mixing) and solidified. Further, the second solid electrolyte and the active material part can be mixed in a solid state (particulate, massive, etc.) (by a general mixing operation, pulverization operation, etc.). Can be mixed as they are), or can be integrated (compressed, etc., and part of the interface between the two can be dissolved and fused by adjusting the heating temperature and time). Whether or not the base material portion becomes a continuous phase can be adjusted by changing the mixing ratio and mixing conditions of the second solid electrolyte constituting the base material portion and the positive electrode active material constituting the active material portion. is there.

活物質部についても連続相であることが電気伝導度向上の観点からは望ましい。基材部内において活物質部が粒子状の形態にて分散される場合における好ましい粒径の範囲としては電池の使用条件にもよるが、体積平均粒径が6μm〜20μm程度にすることが望ましい。また、正極層を形成する際において、第2固体電解質を粒子状の形態で混合する場合には体積平均粒径が2μm〜30μm程度の粒径にして混合することが望ましい。   The active material part is also preferably a continuous phase from the viewpoint of improving electrical conductivity. A preferable range of the particle diameter when the active material part is dispersed in a particulate form in the base material part is preferably about 6 μm to 20 μm, although it depends on the use conditions of the battery. Further, when the positive electrode layer is formed, when the second solid electrolyte is mixed in the form of particles, it is desirable that the volume average particle size is about 2 μm to 30 μm.

前記正極層は、リチウムイオン伝導性をもつ第2固体電解質からなる連続相である基材部と、前記基材部内に分散され且つ正極活物質を含む活物質部とから構成される。 活物質部としては、有機系正極活物質、無機系正極活物質、及び、リチウムイオン伝導体若しくは炭素材料で被覆された酸化物型正極活物質からなる群から選択される1種又は2種以上の材料から構成することができる。   The positive electrode layer includes a base portion that is a continuous phase made of a second solid electrolyte having lithium ion conductivity, and an active material portion that is dispersed in the base portion and includes a positive electrode active material. As the active material part, one or more selected from the group consisting of an organic positive electrode active material, an inorganic positive electrode active material, and an oxide-type positive electrode active material coated with a lithium ion conductor or a carbon material It can be comprised from the material of.

有機系正極活物質はポリアセン系骨格構造を有する多環芳香族炭化水素(アントラセン、テトラセン、ペンタセン、ヘキサセン)のうちの少なくとも1つである。無機系正極活物質はフッ化物ペロブスカイトMF (MはFe,V,Ti,Co,及びMnのうちの何れか)のうちの少なくとも1つである。リチウムイオン伝導体はLiNbO、LiTi12、LiTiO、LiZrO、LiSiO、LiTaOの少なくとも1つである。酸化物型正極活物質は層状岩塩型又は立方晶岩塩型の結晶構造を有する含リチウム化合物、スピネル型構造の含リチウム化合物であって、一般式Li2+xMn1−y2+z(MはMn以外の遷移金属元素、Al、Sn及びアルカリ土類金属元素からなる少なくとも1種の元素。−0.5≦x≦0.5、0≦y<1、0≦z<0.3)であらわされる上記含リチウム化合物うちの少なくとも1つである。炭素材料としてはカーボンブラック、アセチレンブラック、黒鉛等の炭素物質の1種または2種以上の混合したものをあげることができる。 Organic-based positive electrode active material polycyclic aromatic hydrocarbons and has a polyacene skeleton structure (anthracene, tetracene, pentacene, Hekisase emissions) is at least one of. The inorganic positive electrode active material is at least one of fluoride perovskite MF 3 (M is any one of Fe, V, Ti, Co, and Mn) . The lithium ion conductor is at least one of LiNbO 3 , Li 4 Ti 5 O 12 , LiTiO 3 , Li 2 ZrO 3 , Li 4 SiO 4 , and LiTaO 3 . The oxide type positive electrode active material is a lithium-containing compound having a layered rock salt type or cubic rock salt type crystal structure, or a lithium-containing compound having a spinel type structure, and is represented by the general formula Li 2 + x Mn 1-y M y O 2 + z (M is At least one element composed of transition metal elements other than Mn, Al, Sn, and alkaline earth metal elements, -0.5 ≦ x ≦ 0.5, 0 ≦ y <1, 0 ≦ z <0.3) It is at least one of the above lithium-containing compounds represented. Examples of the carbon material include carbon materials such as carbon black, acetylene black, and graphite, or a mixture of two or more carbon materials.

酸化物型正極活物質について、その表面をリチウムイオン伝導体及び/又は炭素材料により被覆する方法としては特に限定されない。酸化物型正極活物質とリチウムイオン伝導体や炭素材料とをそれぞれ粒子状にして混合したり(酸化物型正極活物質の粒径の方が大きいことが望ましい)、酸化物型正極活物質粒子とリチウムイオン伝導体の溶液とを混合後、溶媒を蒸発させることにより表面にリチウムイオン伝導体を析出させたり、炭素材料の前駆体(高分子化合物など)を溶液化し酸化物型正極活物質と混合した後、その前駆体を炭化させることで表面を被覆したりすることができる。酸化物型正極活物質の表面はある程度被覆されていれば還元作用による電池容量の低下を抑制できる。望ましくは第2固体電解質が直接接触する表面を被覆していれば充分な効果が得られる。特に望ましくは粒子の全体を被覆することが望ましい。   The method for coating the surface of the oxide positive electrode active material with a lithium ion conductor and / or a carbon material is not particularly limited. Oxide-type positive electrode active material and lithium ion conductor or carbon material are mixed in the form of particles (preferably the particle size of oxide-type positive electrode active material is larger), or oxide-type positive electrode active material particles And the lithium ion conductor solution are mixed, and then the solvent is evaporated to deposit the lithium ion conductor on the surface, or the carbon material precursor (polymer compound, etc.) is made into a solution and the oxide positive electrode active material After mixing, the surface can be coated by carbonizing the precursor. If the surface of the oxide-type positive electrode active material is coated to some extent, a decrease in battery capacity due to a reducing action can be suppressed. Desirably, a sufficient effect can be obtained if the surface with which the second solid electrolyte is in direct contact is coated. It is particularly desirable to coat the entire particle.

結着材は、活物質粒子をつなぎ止める作用を有する。結着材としては、有機系結着材や、無機系結着材を用いることができ、例えば、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリ塩化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、カルボキシメチルセルロース(CMC)等の化合物を挙げることができる。   The binder has an action of holding the active material particles. As the binder, an organic binder or an inorganic binder can be used. For example, polyvinylidene fluoride (PVDF), polyvinylidene chloride, polytetrafluoroethylene (PTFE), carboxymethyl cellulose (CMC) And the like.

導電材は、正極の電気伝導性を確保する作用を有する。導電材としては、例えば、カーボンブラック、アセチレンブラック、黒鉛等の炭素物質の1種または2種以上の混合したものをあげることができる。また、活物質の表面をカーボンコートすることもできる。カーボンコートする方法としては特に限定しないが、高分子化合物(ポリビニルアルコール、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリ酢酸ビニルなど)などの炭素源と共に活物質を混合した後、焼成して炭化することにより、表面をカーボンコートすることもできる。焼成後は適宜粉砕操作などを行うこともできる。導電材は前述の酸化物型正極活物質の表面を被覆する炭素材料を兼ねることもできる。   The conductive material has an action of ensuring the electrical conductivity of the positive electrode. Examples of the conductive material include one or a mixture of two or more carbon materials such as carbon black, acetylene black, and graphite. Also, the surface of the active material can be carbon coated. The carbon coating method is not particularly limited, but by mixing an active material with a carbon source such as a polymer compound (polyvinyl alcohol, polyvinyl chloride, polyvinylidene chloride, polyvinyl acetate, etc.), and then firing and carbonizing. The surface can also be carbon coated. After firing, a pulverization operation or the like can be appropriately performed. The conductive material can also serve as a carbon material that covers the surface of the oxide-type positive electrode active material.

負極は負極集電体とその負極集電体の表面に形成された負極層とをもつ。負極集電体は、例えば、銅、ニッケルなどを網、パンチドメタル、フォームメタル、板状、箔状などの形態とすることができる。負極集電体としては電池筐体を兼用することもできる。   The negative electrode has a negative electrode current collector and a negative electrode layer formed on the surface of the negative electrode current collector. The negative electrode current collector can be made of, for example, copper, nickel or the like in the form of a net, punched metal, foam metal, plate, foil, or the like. A battery casing can also be used as the negative electrode current collector.

負極層は、負極活物質のみ、または必要に応じて添加される構成要素と共に採用される。   A negative electrode layer is employ | adopted with the component added only as a negative electrode active material or as needed.

負極活物質は、金属リチウム,リチウム合金,リチウムの吸蔵と放出が可能な金属材料,リチウムの吸蔵と放出が可能な合金材料(金属のみからなる合金はもちろん、金属と半金属との合金をも含む概念として用いる。その組織には固溶体、共晶(共融混合物)、金属間化合物あるいはそれらのうち2種以上が共存するものがある。)、及びリチウムの吸蔵と放出が可能な化合物(炭素材料なども含む)からなる群から選択される1種又は2種以上の負極材料である。   Negative electrode active materials include metallic lithium, lithium alloys, metal materials that can store and release lithium, and alloy materials that can store and release lithium (not only alloys consisting of metals but also alloys of metals and metalloids). The structure includes solid solution, eutectic (eutectic mixture), intermetallic compounds or compounds in which two or more of them coexist), and compounds capable of occluding and releasing lithium (carbon 1 type or 2 types or more of negative electrode materials selected from the group which consists of material etc.).

金属材料及び合金材料を構成できる金属元素及び半金属元素としては、スズ(Sn)、鉛(Pb)、アルミニウム(Al)、インジウム(In)、ケイ素(Si)、亜鉛(Zn)、アンチモン(Sb)、ビスマス(Bi)、カドミウム(Cd)、マグネシウム(Mg)、ホウ素(B)、ガリウム(Ga)、ゲルマニウム(Ge)、ヒ素(As)、銀(Ag)、ジルコニウム(Zr)、イットリウム(Y)、ハフニウム(Hf)が例示できる。これらの合金材料あるいは化合物としては、化学式MaMbLi、あるいは化学式MaMcMdで表されるものが挙げられる。これら化学式において、Maはリチウムと合金を形成可能な金属元素及び半金属元素のうちの少なくとも1種を表し、Mbはリチウム及びMa以外の金属元素及び半金属元素のうちの少なくとも1種を表し、Mcは非金属元素の少なくとも1種を表し、MdはMa以外の金属元素及び半金属元素のうちの少なくとも1種を表す。また、f、g、h、s、t、及びuの値はそれぞれf>0、g≧0、h≧0、s>0、t>0、u≧0である。 Metal elements and metalloid elements that can constitute metal materials and alloy materials include tin (Sn), lead (Pb), aluminum (Al), indium (In), silicon (Si), zinc (Zn), and antimony (Sb). ), Bismuth (Bi), cadmium (Cd), magnesium (Mg), boron (B), gallium (Ga), germanium (Ge), arsenic (As), silver (Ag), zirconium (Zr), yttrium (Y ) And hafnium (Hf). Examples of these alloy materials or compounds include those represented by the chemical formula Ma f Mb g Li h or the chemical formula Ma s Mc t Md u . In these chemical formulas, Ma represents at least one of a metal element and a metalloid element capable of forming an alloy with lithium, Mb represents at least one of a metal element and a metalloid element other than lithium and Ma, Mc represents at least one of non-metallic elements, and Md represents at least one of metallic elements and metalloid elements other than Ma. The values of f, g, h, s, t, and u are f> 0, g ≧ 0, h ≧ 0, s> 0, t> 0, and u ≧ 0, respectively.

なかでも、短周期型周期表における4B族の金属元素あるいは半金属元素の単体、合金または化合物が好ましく、特に好ましいのはケイ素(Si)あるいはスズ(Sn)、またはこれらの合金あるいは化合物である。これらは結晶質のものでもアモルファスのものでもよい。   Among these, a simple substance, alloy or compound of Group 4B metal element or semimetal element in the short-period type periodic table is preferable, and silicon (Si) or tin (Sn), or an alloy or compound thereof is particularly preferable. These may be crystalline or amorphous.

リチウムを吸蔵・放出可能な負極材料としては、さらに、酸化物、硫化物、あるいはLiNなどのリチウム窒化物などの他の金属化合物が挙げられる。酸化物としては、MnO、V、V13、NiS、MoSなどが挙げられる。その他、比較的電位が卑でリチウムを吸蔵及び放出することが可能な酸化物として、例えば酸化鉄、酸化ルテニウム、酸化モリブデン、酸化タングステン、酸化チタン、酸化スズなどが挙げられる。硫化物としてはNiS、MoSなどが挙げられる。 Examples of the anode material capable of inserting and extracting lithium further include other metal compounds such as oxide, sulfide, or lithium nitride such as LiN 3 . Examples of the oxide include MnO 2 , V 2 O 5 , V 6 O 13 , NiS, and MoS. In addition, examples of the oxide that has a relatively low potential and can occlude and release lithium include iron oxide, ruthenium oxide, molybdenum oxide, tungsten oxide, titanium oxide, and tin oxide. Examples of the sulfide include NiS and MoS.

負極層としては、その他必要な構成要素として基材部を有することが望ましい。基材部はリチウムイオン伝導性をもつ第3固体電解質からなり、負極層内で連続相を形成する。その基材部内には活物質部が分散される。活物質部は負極活物質から形成される。この場合の負極層は、Liのモル分率が25モル%以上であることが望ましく、30モル%以上であることがより望ましい。   As a negative electrode layer, it is desirable to have a base material part as another necessary component. The base material portion is made of a third solid electrolyte having lithium ion conductivity, and forms a continuous phase in the negative electrode layer. An active material part is dispersed in the base material part. The active material portion is formed from a negative electrode active material. In this case, the negative electrode layer preferably has a molar fraction of Li of 25 mol% or more, and more preferably 30 mol% or more.

基材部と活物質とから構成する場合における基材部内に活物質部を分散させる方法としては特に限定しないが、活物質部を粒子化して固めた後、第3固体電解質を液状化して加圧充填する方法が挙げられる。また、粒子化した活物質部と液状化した第3固体電解質とを混合して(又は、混合後、液状化し)固化させる方法が挙げられる。更には負極活物質と第3固体電解質との双方を液状化して混合し(又は混合後、液状化し)固化させる方法が挙げられる。更には、第3固体電解質と負極活物質とを固体状(粒子状、塊状など)で混合した後(一般的な混合操作、粉砕操作などにより混合することができる。両者共に粒子状であればそのまま混合することもできる)、一体化(圧縮するなどの操作、加熱温度・時間の調節により両者の界面の一部を溶解して融着させるなど)することができる。なお、基材部が連続相になるかどうかは、基材部を構成する第3固体電解質と、活物質部を構成する負極活物質との混合割合、混合条件を変化させることで調製可能である。   The method of dispersing the active material part in the base material part in the case of comprising the base material part and the active material is not particularly limited, but after the active material part is made into particles and solidified, the third solid electrolyte is liquefied and added. The method of pressure filling is mentioned. Moreover, the method of mixing the particle-ized active material part and the liquefied 3rd solid electrolyte (or liquefying after mixing) and making it solidify is mentioned. Furthermore, there is a method in which both the negative electrode active material and the third solid electrolyte are liquefied and mixed (or liquefied after mixing) and solidified. Further, the third solid electrolyte and the negative electrode active material can be mixed in a solid state (particulate, massive, etc.) (by a general mixing operation, pulverizing operation, etc.). Can be mixed as they are), or can be integrated (compressed, etc., and part of the interface between the two can be dissolved and fused by adjusting the heating temperature and time). Whether or not the base material part becomes a continuous phase can be adjusted by changing the mixing ratio and mixing conditions of the third solid electrolyte constituting the base material part and the negative electrode active material constituting the active material part. is there.

活物質部についても連続相であることが電気伝導度向上の観点からは望ましい。基材部内において活物質部が粒子状の形態にて分散される場合における好ましい粒径の範囲としては電池の使用条件にもよるが、体積平均粒径が1μm〜6μm程度にすることが望ましい。また、負極層を形成する際において、第3固体電解質を粒子状の形態で混合する場合には体積平均粒径が2μm〜30μm程度の粒径にして混合することが望ましい。   The active material part is also preferably a continuous phase from the viewpoint of improving electrical conductivity. A preferable range of the particle diameter when the active material part is dispersed in a particulate form in the base material part is preferably about 1 μm to 6 μm, although it depends on the use conditions of the battery. In forming the negative electrode layer, when the third solid electrolyte is mixed in the form of particles, it is desirable that the volume average particle size is about 2 μm to 30 μm.

負極層には必要に応じて、導電材、結着材などを添加することも妨げない。導電材は負極活物質間、負極活物質と負極集電体との間の電気伝導度が充分で無い場合に導電性を補う目的で添加することができる。導電材としては炭素材料、リチウムイオンを吸蔵・放出できない金属材料・合金材料などである。結着材は、負極層内に含む構成要素間、構成要素と負極集電体との間をつなぎ止める作用を有する。結着材としては、有機系結着材や、無機系結着材を用いることができ、例えば、PVDF、ポリ塩化ビニリデン、PTFE、CMC等の化合物を挙げることができる。   It is not hindered to add a conductive material, a binder or the like to the negative electrode layer as necessary. The conductive material can be added for the purpose of supplementing conductivity when the electrical conductivity between the negative electrode active materials and between the negative electrode active material and the negative electrode current collector is not sufficient. Examples of the conductive material include carbon materials, metal materials and alloy materials that cannot occlude and release lithium ions. The binder has an action of connecting between the constituent elements included in the negative electrode layer and between the constituent elements and the negative electrode current collector. As the binder, an organic binder or an inorganic binder can be used, and examples thereof include compounds such as PVDF, polyvinylidene chloride, PTFE, and CMC.

基材部を構成する第3固体電解質は前述した第1及び第2固体電解質と同様の選択肢から選択可能な固体電解質であるため、詳細の説明は省略する。第3固体電解質は第1及び第2固体電解質と同じものを採用することも異なるものを採用することもできる。特に同じものを採用することにより電解質との間でのリチウムイオンの伝導性を好ましいものにできる   Since the 3rd solid electrolyte which comprises a base material part is a solid electrolyte which can be selected from the same choice as the 1st and 2nd solid electrolyte mentioned above, detailed explanation is omitted. The third solid electrolyte may be the same as or different from the first and second solid electrolytes. In particular, by adopting the same, lithium ion conductivity with the electrolyte can be made favorable.

本発明の全固体電池について以下の実施例に基づき更に詳細に説明を行う。
(電気伝導度の測定)
・試験試料の製造
水素化物系固体電解質としてのLiBHと、負極活物質としての金属Liとを用いて負極層を構成できる材料を調製した。両者の混合比は図1に示すリチウムモル分率(モル%Li)になるように複数の試料を調製した。リチウムモル分率の算出は前述した通りであり、金属LiとLiBHの混合物に含まれる金属Liのモル数に基づいて算出する。
The all solid state battery of the present invention will be described in more detail based on the following examples.
(Measurement of electrical conductivity)
- and LiBH 4 as producing the hydride-based solid electrolyte of the test sample, and the material capable of constituting a negative electrode layer using a metal Li as a negative electrode active material was prepared. A plurality of samples were prepared so that the mixing ratio between them was the lithium mole fraction (mol% Li) shown in FIG. The calculation of the lithium mole fraction is as described above, and is calculated based on the number of moles of metal Li contained in the mixture of metal Li and LiBH 4 .

具体的な製造方法としては金属LiとLiBHとを所定の混合比で混合した。混合は物理的に行った。その後、圧縮してペレット化した。ペレットの大きさは直径10mm、厚み1mmとした。圧縮前の混合物についてSEMにより観察した。SEMでは二次電子像と反射電子像とを測定した。反射電子像は原子番号が大きい原子の存在比が高い部位の方がより明るく観察されるため、LiBHの分布が明らかになることを期待した。 As a specific manufacturing method, metal Li and LiBH 4 were mixed at a predetermined mixing ratio. Mixing was done physically. Then, it compressed and pelletized. The size of the pellet was 10 mm in diameter and 1 mm in thickness. The mixture before compression was observed by SEM. In SEM, a secondary electron image and a reflected electron image were measured. In the backscattered electron image, the region where the abundance ratio of the atoms having a large atomic number is higher is observed brighter, so that the distribution of LiBH 4 was expected to be clarified.

結果を図1に示す。図1より明らかなように、二次電子像も反射電子像も大差なく金属Liの周囲に満遍なくLiBHが存在することが示唆された。 The results are shown in FIG. As is clear from FIG. 1, it was suggested that LiBH 4 existed uniformly around the metal Li without much difference between the secondary electron image and the reflected electron image.

また、LiBH、混合物のそれぞれについてXRD測定を行った。結果を図2に示す。図2より明らかなように、両者のXRDスペクトルを比較しても生成したピーク、消失したピークともに発見できず、混合物中においては金属LiとLiBHとは単純に混合されているのみで両者の間に結晶構造が変化するほどの相互作用は進行していないことが明らかになった。
・測定及び結果
このペレットをプラチナ製の電極にて挟持して電気伝導度を測定した。電気伝導度の測定はSI−1260インピーダンスアナライザ(ソーラトロン社製)を用いて交流インピーダンス法により行った。
Moreover, XRD measurement was performed for each of LiBH 4 and the mixture. The results are shown in FIG. As is clear from FIG. 2, neither the generated peak nor the disappeared peak can be found even if the XRD spectra of both are compared, and the metal Li and LiBH 4 are simply mixed in the mixture. In the meantime, it was clarified that the interaction did not progress enough to change the crystal structure.
Measurement and results The pellet was sandwiched between platinum electrodes, and the electrical conductivity was measured. The electrical conductivity was measured by an alternating current impedance method using an SI-1260 impedance analyzer (manufactured by Solartron).

結果を図3に示す。図3より明らかなように、Liのモル分率が20モル%付近(25モル%以上)でLiモル分率が上昇するとイオン伝導から電子伝導に移行していることが明らかになった。すなわち、Liのモル分率が20モル%を超えると電子伝導が優勢になることが明らかになった。
(充放電特性の測定)
・試験電池の作製
水素化物系固体電解質としてのLiBHと、負極活物質としての金属Liとを用いて負極層を構成できる材料を調製した。両者の混合比はリチウムモル分率(モル%Li)が25モル%になるように調製した。
The results are shown in FIG. As is clear from FIG. 3, it has been clarified that when the Li mole fraction increases in the vicinity of 20 mol% (25 mol% or more), the transition from ionic conduction to electron conduction occurs. That is, it became clear that when the molar fraction of Li exceeds 20 mol%, the electron conduction becomes dominant.
(Measurement of charge / discharge characteristics)
- and LiBH 4 as prepared hydride-based solid electrolyte test cells, and the material capable of constituting a negative electrode layer using a metal Li as a negative electrode active material was prepared. The mixing ratio of the two was adjusted so that the lithium mole fraction (mol% Li) was 25 mol%.

具体的な製造方法としては金属LiとLiBHとを所定の混合比で混合した。混合は物理的に行った。その後、圧縮してペレット化し負極層(負極ペレット)とした。ペレットの大きさは直径10mm、厚み0.093mmとした。 As a specific manufacturing method, metal Li and LiBH 4 were mixed at a predetermined mixing ratio. Mixing was done physically. Then, it compressed and pelletized and it was set as the negative electrode layer (negative electrode pellet). The size of the pellet was 10 mm in diameter and 0.093 mm in thickness.

更に、第1固体電解質としてのLiBHからなるペレット(直径10mm、厚み0.76mm)を作製して電解質とした。 Furthermore, a pellet (diameter: 10 mm, thickness: 0.76 mm) made of LiBH 4 as the first solid electrolyte was prepared as an electrolyte.

水素化物系固体電解質としてのLiBHと、正極活物質、導電材とを質量比で2:7:1で混合し圧縮することで正極層のペレット(直径10mm、厚み0.13mm)を作製した。正極活物質としては、FeF(無機系正極活物質:試験例A)、LiNiO(酸化物型正極活物質、表面がLiTi12にて被覆されている:試験例B)、LiNiO(酸化物型正極活物質、表面は被覆されていない:試験例C)を採用した。 LiBH 4 as a hydride-based solid electrolyte, a positive electrode active material, and a conductive material were mixed at a mass ratio of 2: 7: 1 and compressed to produce a positive electrode layer pellet (diameter 10 mm, thickness 0.13 mm). . As the positive electrode active material, FeF 3 (inorganic positive electrode active material: Test Example A), LiNiO 2 (oxide type positive electrode active material, surface coated with Li 4 Ti 5 O 12 : Test Example B), LiNiO 2 (oxide type positive electrode active material, surface not coated: Test Example C) was employed.

製造した、負極層、電解質、正極活物質のそれぞれのペレットをこの順に積層し、両側から電極(負極集電体及び正極集電体に相当)により挟持して試験電池とした。
・測定及び結果
この試験電池について電流密度0.12mA/cmになるように、電圧範囲は試験例Aでは2V〜4.5V、試験例B、Cでは3V〜4.1Vまでで、CC−CV充電、CC放電を1サイクル行い、それらの充放電曲線を比較した。測定雰囲気は120℃とした。
The manufactured pellets of the negative electrode layer, the electrolyte, and the positive electrode active material were laminated in this order, and sandwiched by electrodes (corresponding to the negative electrode current collector and the positive electrode current collector) from both sides to obtain a test battery.
Measurement and Results The voltage range is 2 V to 4.5 V in Test Example A, 3 V to 4.1 V in Test Examples B and C, and CC− so that the current density is 0.12 mA / cm 2 for this test battery. One cycle of CV charge and CC discharge was performed, and their charge / discharge curves were compared. The measurement atmosphere was 120 ° C.

その結果、試験例Cの電池は充電の上限電位4.1Vに達する前の3.85Vにて正極活物質の還元作用が見られたが、試験例Aの電池は充電の上限電位4.5Vに達するまで、試験例Bの電池は充電の上限電位4.1Vに達するまでに正極活物質の還元はないことが分かった。従って、正極活物質として、無機系正極活物質や表面がLiTi12にて被覆された酸化物型正極活物質を採用することで高い充放電特性を示すことが分かった。つまり、水素化物系固体電解質による正極活物質の還元が進行しないことが明らかになった。
(充放電特性の測定)
・試験電池の作製
水素化物系固体電解質としてのLiBHと、負極活物質としての金属Liとを用いて負極層を構成できる材料を調製した。両者の混合比はリチウムモル分率(モル%Li)が11モル%、25モル%、そして75モル%になるように調製した。
As a result, the battery of Test Example C showed a reducing action of the positive electrode active material at 3.85 V before reaching the upper limit potential of charging of 4.1 V, but the battery of Test Example A was charged with the upper limit potential of 4.5 V. It was found that the battery of Test Example B did not reduce the positive electrode active material until the upper limit potential of charging of 4.1 V was reached. Therefore, it has been found that by using an inorganic positive electrode active material or an oxide type positive electrode active material whose surface is coated with Li 4 Ti 5 O 12 as the positive electrode active material, high charge / discharge characteristics are exhibited. That is, it has been clarified that the reduction of the positive electrode active material by the hydride-based solid electrolyte does not proceed.
(Measurement of charge / discharge characteristics)
- and LiBH 4 as prepared hydride-based solid electrolyte test cells, and the material capable of constituting a negative electrode layer using a metal Li as a negative electrode active material was prepared. The mixing ratio of the two was adjusted so that the lithium mole fraction (mol% Li) was 11 mol%, 25 mol%, and 75 mol%.

具体的な製造方法としては金属LiとLiBHとを所定の混合比で混合した。混合は物理的に行った。その後、圧縮してペレット化し負極層(負極ペレット)とした。ペレットの大きさは直径10mm、厚み0.093mmとした。 As a specific manufacturing method, metal Li and LiBH 4 were mixed at a predetermined mixing ratio. Mixing was done physically. Then, it compressed and pelletized and it was set as the negative electrode layer (negative electrode pellet). The size of the pellet was 10 mm in diameter and 0.093 mm in thickness.

更に、第1固体電解質としてのLiBHからなるペレット(直径10mm、厚み0.76mm)を作製して電解質とした。正極活物質としてのSnCoFeのペレット(直径10mm、厚み0.052mm)も作製した。 Furthermore, a pellet (diameter: 10 mm, thickness: 0.76 mm) made of LiBH 4 as the first solid electrolyte was prepared as an electrolyte. SnCoFe pellets (diameter 10 mm, thickness 0.052 mm) as a positive electrode active material were also produced.

製造した、負極層、電解質、正極活物質のそれぞれのペレットをこの順に積層し、両側から電極(負極集電体及び正極集電体に相当)により挟持して試験電池とした。
・測定及び結果
この試験電池について電流密度0.65mA/cmになるように、電圧範囲0.01V〜1.5VまででCC−CV充電、CC放電を行い充放電容量を測定した。測定雰囲気は120℃とした。
The manufactured pellets of the negative electrode layer, the electrolyte, and the positive electrode active material were laminated in this order, and sandwiched by electrodes (corresponding to the negative electrode current collector and the positive electrode current collector) from both sides to obtain a test battery.
-Measurement and result About this test battery, CC-CV charge and CC discharge were performed in the voltage range 0.01V-1.5V so that it might become a current density of 0.65 mA / cm < 2 >, and charge / discharge capacity was measured. The measurement atmosphere was 120 ° C.

測定した放電容量を図4に示す。図4より明らかなように、Liのモル分率が25モル%程度を超えると放電容量が飛躍的に大きくなることが分かった。特にLiのモル分率が30モル%を超えた後は放電容量の向上は飽和した。
(充放電時の体積変化の検討)
前項で作製した試験電池のうち、負極Liのモル分率が50モル%の試験電池(試験例1の電池)と、負極活物質として金属Liの円板(直径10mm、厚み0.093mm)を採用した試験電池(試験例2の電池)について前項と同様に製造し、充放電試験を行った。その時の負極層のうち、正極容量に相当する部分の厚みを測定した。測定結果を表1に示す。
The measured discharge capacity is shown in FIG. As apparent from FIG. 4, it was found that when the molar fraction of Li exceeds about 25 mol%, the discharge capacity increases dramatically. In particular, after the molar fraction of Li exceeded 30 mol%, the improvement in discharge capacity was saturated.
(Examination of volume change during charge / discharge)
Among the test batteries prepared in the previous section, a test battery (battery of Test Example 1) having a negative electrode Li molar fraction of 50 mol% and a metal Li disk (diameter 10 mm, thickness 0.093 mm) as the negative electrode active material. The adopted test battery (battery of Test Example 2) was produced in the same manner as in the previous section, and a charge / discharge test was performed. Of the negative electrode layer at that time, the thickness of the portion corresponding to the positive electrode capacity was measured. The measurement results are shown in Table 1.

表1より明らかなように、負極層のペレットとして金属リチウムとLiBHとのコンポジットを採用した試験例1の電池では充放電に伴う直径、厚み、体積などの変化は認められなかったのに対して、負極層のペレットとして金属Liを採用した試験例2の電池では充放電に伴い直径、厚み、体積などが大きく変化することが明らかになった。特に試験例2の電池においては体積が約20分の1程度にまで変化しており、充放電の繰り返し数を増加させていくと電極の耐久性に不安があった。 As is clear from Table 1, in the battery of Test Example 1 in which a composite of metallic lithium and LiBH 4 was used as the negative electrode layer pellet, changes in diameter, thickness, volume, etc. associated with charging / discharging were not observed. Thus, it was revealed that the diameter, thickness, volume, and the like of the battery of Test Example 2 in which metal Li was used as the negative electrode layer pellet changed greatly with charge and discharge. In particular, in the battery of Test Example 2, the volume changed to about 1/20, and the durability of the electrode was uneasy when the number of charge / discharge repetitions was increased.

つまり、本発明の全固体電池の具現化の一例である試験例1の電池は充放電を繰り返してもその大きさが安定しており、電池の使用時にも圧力を印加し続けるなどの煩雑な操作を省略できることが分かった。   In other words, the battery of Test Example 1, which is an example of the embodiment of the all-solid battery of the present invention, has a stable size even after repeated charging and discharging, and is complicated such as continuing to apply pressure even when the battery is used. It turns out that the operation can be omitted.

Claims (13)

正極集電体と前記正極集電体の表面に形成された正極層とをもつ正極と、
負極集電体と前記負極集電体の表面に形成された負極層とをもつ負極と、
前記正負極間に介設され、リチウムイオン伝導性をもつ第1固体電解質から形成される電解質と、を備えており、
前記正極層は、リチウムイオン伝導性をもつ第2固体電解質からなる連続相である基材部と、前記基材部内に分散され且つ正極活物質を含む活物質部とから構成され、
前記第1及び第2固体電解質は、それぞれ独立して選択される水素化物系固体電解質をもつリチウムイオン伝導性材料であり、
前記負極層を構成する負極活物質は金属リチウムを含み、
電池の使用状態における前記負極層のLiのモル分率が25モル%以上であり、
前記活物質部は、有機系正極活物質、無機系正極活物質、及び、リチウムイオン伝導体若しくは炭素材料で被覆された酸化物型正極活物質からなる群から選択される1種又は2種以上の材料からなり、かつ、前記無機系正極活物質はペロブスカイト型フッ化物MF (MはFe,V,Ti,Co,及びMnのうちの何れか)のうちの少なくとも1つである全固体電池。
A positive electrode having a positive electrode current collector and a positive electrode layer formed on a surface of the positive electrode current collector;
A negative electrode having a negative electrode current collector and a negative electrode layer formed on a surface of the negative electrode current collector;
An electrolyte formed from a first solid electrolyte interposed between the positive and negative electrodes and having lithium ion conductivity,
The positive electrode layer is composed of a base part that is a continuous phase made of a second solid electrolyte having lithium ion conductivity, and an active material part that is dispersed in the base part and contains a positive electrode active material,
The first and second solid electrolytes are lithium ion conductive materials having hydride-based solid electrolytes that are independently selected;
The negative electrode active material constituting the negative electrode layer contains metallic lithium,
The mole fraction of Li in the negative electrode layer in the usage state of the battery is 25 mol% or more,
The active material part is one or more selected from the group consisting of an organic positive electrode active material, an inorganic positive electrode active material, and an oxide positive electrode active material coated with a lithium ion conductor or a carbon material. And the inorganic positive electrode active material is at least one of perovskite fluoride MF 3 (M is any one of Fe, V, Ti, Co, and Mn). .
薄膜状の正極集電体と前記正極集電体の一面側にのみ形成された正極層とをもつ正極と、
薄膜状の負極集電体と前記負極集電体における前記正極の前記正極層が形成された側に対向する一面側にのみ形成された負極層とをもつ負極と、
前記正負極間に介設され、リチウムイオン伝導性をもつ第1固体電解質から形成される電解質と、
を備えた単電池を、互いに区画することなく、電気的に直列に複数組接続しており、
前記正極層は、リチウムイオン伝導性をもつ第2固体電解質からなる連続相である基材部と、前記基材部内に分散され且つ正極活物質を含む活物質部と、導電材から構成され、
前記第1及び第2固体電解質は、それぞれ独立して選択される水素化物系固体電解質をもつリチウムイオン伝導性材料であり、
前記負極層を構成する負極活物質は金属リチウムを含み、
電池の使用状態における前記負極層のLiのモル分率が25モル%以上であり、
前記活物質部は、有機系正極活物質、無機系正極活物質、及び、リチウムイオン伝導体若しくは炭素材料で被覆された酸化物型正極活物質からなる群から選択される1種又は2種以上の材料からなり、かつ、前記無機系正極活物質はペロブスカイト型フッ化物MF (MはFe,V,Ti,Co,及びMnのうちの何れか)のうちの少なくとも1つである全固体電池。
A positive electrode having a thin-film positive electrode current collector and a positive electrode layer formed only on one side of the positive electrode current collector;
A negative electrode having a thin-film negative electrode current collector and a negative electrode layer formed only on one side of the negative electrode current collector facing the side on which the positive electrode layer is formed;
An electrolyte interposed between the positive and negative electrodes and formed from a first solid electrolyte having lithium ion conductivity;
Are connected in series in series without partitioning each other,
The positive electrode layer is composed of a base material part that is a continuous phase made of a second solid electrolyte having lithium ion conductivity, an active material part dispersed in the base material part and containing a positive electrode active material, and a conductive material,
The first and second solid electrolytes are lithium ion conductive materials having hydride-based solid electrolytes that are independently selected;
The negative electrode active material constituting the negative electrode layer contains metallic lithium,
The mole fraction of Li in the negative electrode layer in the usage state of the battery is 25 mol% or more,
The active material part is one or more selected from the group consisting of an organic positive electrode active material, an inorganic positive electrode active material, and an oxide positive electrode active material coated with a lithium ion conductor or a carbon material. And the inorganic positive electrode active material is at least one of perovskite fluoride MF 3 (M is any one of Fe, V, Ti, Co, and Mn). .
前記有機系正極活物質はアントラセン、テトラセン、ペンタセン、ヘキサセンのうちの少なくとも1つである請求項1又は2に記載の全固体電池。 The all-solid-state battery according to claim 1 , wherein the organic positive electrode active material is at least one of anthracene, tetracene, pentacene, and hexacene . 前記リチウムイオン伝導体はLiNbO、LiTi12、LiTiO、LiZrO、LiSiO、LiTaOの少なくとも1つであり、
前記酸化物型正極活物質は層状岩塩型又は立方晶岩塩型の結晶構造を有する含リチウム化合物、スピネル型構造の含リチウム化合物であって、一般式Li2+xMn1−y2+z(MはMn以外の遷移金属元素、Al、Sn及びアルカリ土類金属元素からなる少なくとも1種の元素。−0.5≦x≦0.5、0≦y<1、0≦z<0.3)であらわされる上記含リチウム化合物のうちの少なくとも1つである請求項1〜3の何れか1項に記載の全固体電池。
The lithium ion conductor is at least one of LiNbO 3 , Li 4 Ti 5 O 12 , LiTiO 3 , Li 2 ZrO 3 , Li 4 SiO 4 , LiTaO 3 ;
The oxide-type positive electrode active material is a lithium-containing compound having a layered rock salt-type or cubic rock-salt-type crystal structure, or a lithium-containing compound having a spinel structure, and has a general formula of Li 2 + x Mn 1-y M y O 2 + z (M Is at least one element composed of transition metal elements other than Mn, Al, Sn, and alkaline earth metal elements, -0.5 ≦ x ≦ 0.5, 0 ≦ y <1, 0 ≦ z <0.3) The all-solid-state battery according to any one of claims 1 to 3, which is at least one of the lithium-containing compounds represented by:
前記負極層は、リチウムイオン伝導性をもつ第3固体電解質からなる連続相である基材部と、前記基材部内に分散され且つ負極活物質から形成される活物質部とから構成され、
前記負極活物質は、金属リチウム,リチウム合金,リチウムの吸蔵と放出が可能な金属材料,リチウムの吸蔵と放出が可能な合金材料、及びリチウムの吸蔵と放出が可能な化合物からなる群から選択される1種又は2種以上の負極材料である請求項1〜4の何れか1項に記載の全固体電池。
The negative electrode layer is composed of a base part that is a continuous phase composed of a third solid electrolyte having lithium ion conductivity, and an active material part that is dispersed in the base part and formed from a negative electrode active material,
The negative electrode active material is selected from the group consisting of metallic lithium, a lithium alloy, a metal material capable of occluding and releasing lithium, an alloy material capable of occluding and releasing lithium, and a compound capable of occluding and releasing lithium. The all-solid-state battery according to any one of claims 1 to 4, wherein the all-solid-state battery is one or more negative electrode materials.
前記負極活物質の形態は粒子状である請求項5に記載の全固体電池。   The all-solid-state battery according to claim 5, wherein the negative electrode active material is in the form of particles. 前記負極層は前記負極活物質の粒子の集合体からなる前記活物質部に対して、その空隙に前記第3固体電解質を含浸させたものである請求項6に記載の全固体電池。 The all-solid-state battery according to claim 6, wherein the negative electrode layer is obtained by impregnating the third solid electrolyte in a gap of the active material portion made of an aggregate of particles of the negative electrode active material. 前記第1〜第3固体電解質のうちの少なくとも1つは前記水素化物系固体電解質とMX(Mはアルカリ金属またはアルカリ土類金属;Xはハロゲン原子、NR基(Rは水素又はアルキル基)、及びNR基(Rは水素又はアルキル基)からなる群から選択される1種、aは1または2)で表されるアルカリ金属化合物またはアルカリ土類金属化合物との混合物又はそれらの反応物である請求項1〜7の何れか1項に記載の全固体電池。
ただし、「前記第1〜第3固体電解質のうちの少なくとも1つ」とは、請求項1〜4を引用する場合には「前記第1又は第2固体電解質のうちの少なくとも1つ」を意味し、請求項5〜7を引用する場合には「前記第1〜第3固体電解質のうちの少なくとも1つ」を意味するものとする。
At least one of the first to third solid electrolytes is the hydride-based solid electrolyte and MX a (M is an alkali metal or alkaline earth metal; X is a halogen atom, NR 2 group (R is a hydrogen or alkyl group) ) And an N 2 R group (R is hydrogen or an alkyl group), a is selected from the group consisting of an alkali metal compound or an alkaline earth metal compound represented by The all-solid-state battery according to any one of claims 1 to 7, which is a reactant.
However, “at least one of the first to third solid electrolytes” means “at least one of the first or second solid electrolytes” when citing claims 1 to 4. When citing claims 5 to 7, it means "at least one of the first to third solid electrolytes".
前記アルカリ金属化合物は、LiF,LiCl,LiBr,LiI,RbI,CsIである請求項8に記載の全固体電池。   The all-solid-state battery according to claim 8, wherein the alkali metal compound is LiF, LiCl, LiBr, LiI, RbI, or CsI. 前記アルカリ土類金属化合物は、BeF,BeCl,BeBr,BeI,MgF,MgCl,MgBr,MgI,CaF,CaCl,CaBr,CaI,SrF,SrCl,SrBr,SrI,BaF,BaCl,BaBr,BaIである請求項8に記載の全固体電池。 The alkaline earth metal compound, BeF 2, BeCl 2, BeBr 2, BeI 2, MgF 2, MgCl 2, MgBr 2, MgI 2, CaF 2, CaCl 2, CaBr 2, CaI 2, SrF 2, SrCl 2, The all-solid-state battery according to claim 8, which is SrBr 2 , SrI 2 , BaF 2 , BaCl 2 , BaBr 2 , or BaI 2 . 前記水素化物系固体電解質は、LiBH,LiAlH,LiAlH,LiBH(Et),LiBH(s−Bu),LiNH,LiNH,Li〔OC(CHAlH,Li(OCHAlH,及びLi(OCHである請求項1〜10の何れか1項に記載の全固体電池。 The hydride-based solid electrolyte is LiBH 4 , LiAlH 4 , Li 3 AlH 6 , LiBH (Et) 3 , LiBH (s-Bu) 3 , LiNH 2 , Li 2 NH, Li [OC (CH 3 ) 3 ] 3 AlH, Li (OCH 3) 3 AlH, and all-solid-state cell according to any one of claims 1 to 10 which is Li (OC 2 H 5) 3 H. 前記第1〜第3固体電解質は全て同一のリチウムイオン伝導性材料である請求項5〜7、又は請求項5を引用する請求項8〜11の何れか1項に記載の全固体電池。 All the said 1st-3rd solid electrolytes are the same lithium ion conductive materials, The all-solid-state battery of any one of Claims 8-11 which cites Claims 5-7 . 前記水素化物系固体電解質はLiBHを含む請求項1〜12の何れか1項に記載の全固体電池。 The all-solid-state battery according to claim 1, wherein the hydride-based solid electrolyte includes LiBH 4 .
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