JP5970284B2 - All solid battery - Google Patents
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Description
本発明は、全固体電池に関するものである。 The present invention relates to an all-solid battery.
近年、携帯機器などの無線電子デバイス技術の発展や、自然エネルギーの貯蔵技術の発展、及び、電気自動車などの普及により、安全で高性能な二次電池の需要が高まっている。このような二次電池の例として、従来、リチウム二次電池では、電解質層として可燃性の有機溶媒にリチウム塩を溶解させた有機電解質層を用いる構成が知られている。しかしながら、液体の有機電解質層を用いた電池では、有機電解質層が漏れ出したり、発火したりする等の可能性があり、さらなる安全性の向上が望まれていた。そこで近年、より高い安全性を確保するために、液体の電解質層に代えて、固体電解質層を用いた全固体電池の開発が行なわれている。全固体電池の固体電解質層としては、酸化物系リチウムイオン伝導性固体電解質や硫化物系リチウムイオン伝導性固体電解質等が提案されている(例えば、特許文献1〜3参照)。
In recent years, demand for safe and high-performance secondary batteries has increased due to the development of wireless electronic device technologies such as portable devices, the development of natural energy storage technologies, and the spread of electric vehicles and the like. As an example of such a secondary battery, conventionally, in a lithium secondary battery, a configuration using an organic electrolyte layer in which a lithium salt is dissolved in a flammable organic solvent is known as an electrolyte layer. However, in a battery using a liquid organic electrolyte layer, there is a possibility that the organic electrolyte layer leaks or ignites, and further improvement in safety has been desired. Thus, in recent years, in order to ensure higher safety, all-solid-state batteries using solid electrolyte layers instead of liquid electrolyte layers have been developed. As solid electrolyte layers of all solid state batteries, oxide-based lithium ion conductive solid electrolytes, sulfide-based lithium ion conductive solid electrolytes, and the like have been proposed (see, for example,
上記した固体電解質の中で、硫化物系リチウムイオン伝導性固体電解質は、水分と反応して硫化水素を発生し得るため、安全性を高めるためには、固体電解質として酸化物系リチウムイオン伝導性固体電解質を用いることが望ましい。一方、固体電解質層及び一対の電極が酸化物系リチウムイオン伝導性固体電解質を含有する場合には、安全性は向上するものの、固体電解質層と電極との接触を良好にとることが困難となり、電池性能が低下する場合があった。例えば、固体電解質層と電極との界面において、電気接触状態が不十分であると、電池の内部抵抗の増大や、電池として機能するための十分な容量を確保できない等の電池性能の低下を招く場合がある。固体電解質層と電極との接触を向上させるための技術としては、固体電解質層と電極との積層体を高温(例えば、600℃〜1000℃)で焼結する技術が知られている。しかしながら、上記積層体が酸化物系リチウムイオン伝導性固体電解質を含有すると、高温環境下に積層体が晒された場合に、固体電解質層や電極の構成材料が反応し、電池の特性が変化して、電池性能が低下する可能性があった。そのため、安全性を確保しつつ、電池性能がより高い全固体電池が望まれていた。その他、従来の全固体電池においては、製造工程の簡素化、製造の容易化、および、電池製造時だけでなく電池使用時の安全性の向上等が望まれていた。 Among the solid electrolytes mentioned above, the sulfide-based lithium ion conductive solid electrolyte can generate hydrogen sulfide by reacting with moisture. Therefore, in order to improve safety, oxide-based lithium ion conductive It is desirable to use a solid electrolyte. On the other hand, when the solid electrolyte layer and the pair of electrodes contain an oxide-based lithium ion conductive solid electrolyte, although safety is improved, it is difficult to make good contact between the solid electrolyte layer and the electrode, Battery performance may be reduced. For example, if the electrical contact state is insufficient at the interface between the solid electrolyte layer and the electrode, the internal performance of the battery is increased, or the battery performance is deteriorated such that a sufficient capacity for functioning as a battery cannot be secured. There is a case. As a technique for improving the contact between the solid electrolyte layer and the electrode, a technique for sintering a laminate of the solid electrolyte layer and the electrode at a high temperature (for example, 600 ° C. to 1000 ° C.) is known. However, when the above laminate contains an oxide-based lithium ion conductive solid electrolyte, when the laminate is exposed to a high temperature environment, the constituent materials of the solid electrolyte layer and the electrode react to change the battery characteristics. Battery performance may be reduced. Therefore, an all-solid battery having higher battery performance while ensuring safety has been desired. In addition, in the conventional all-solid-state battery, it has been desired to simplify the manufacturing process, facilitate the manufacture, and improve safety not only when the battery is manufactured but also when the battery is used.
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態(aspect)として実現することが可能である。 SUMMARY An advantage of some aspects of the invention is to solve at least a part of the problems described above, and the invention can be implemented as the following aspects.
(1)本発明の第1の形態によれば、正極電極層と、負極電極層と、酸化物系リチウムイオン伝導性固体電解質によって構成される電解質層と、を備える全固体電池が提供される。この全固体電池において、前記正極電極層は、正極活物質である硫黄(S)と、硫化物系リチウムイオン伝導性固体電解質と、導電性カーボンと、を混合して形成されている。この形態の全固体電池によれば、正極電極層が硫化物系リチウムイオン伝導性固体電解質を備えるため、酸化物系リチウムイオン伝導性固体電解質によって構成される電解質層と、正極活物質である硫黄とを組み合わせることによる、電池性能の向上が可能になる。 (1) According to the 1st form of this invention, an all-solid-state battery provided with the positive electrode layer, the negative electrode layer, and the electrolyte layer comprised by an oxide type lithium ion conductive solid electrolyte is provided. . In this all solid state battery, the positive electrode layer is formed by mixing sulfur (S), which is a positive electrode active material, a sulfide-based lithium ion conductive solid electrolyte, and conductive carbon. According to this form of the all-solid-state battery, since the positive electrode layer includes the sulfide-based lithium ion conductive solid electrolyte, the electrolyte layer constituted by the oxide-based lithium ion conductive solid electrolyte and the positive electrode active material sulfur The battery performance can be improved by combining.
(2)上記第1の形態の全固体電池において、前記硫化物系リチウムイオン伝導性固体電解質は、以下の式(1);XLi2S−(1−X)P2S5 …(1);(式中、Xは、0.65≦X≦0.80である);で表わされる固体電解質であることとしてもよい。この形態の全固体電池によれば、硫化物系リチウムイオン伝導性固体電解質の柔らかさを所望の状態にして、固体電解質層と電極との接触を良好に確保することが容易になる。 (2) In the all-solid-state battery according to the first embodiment, the sulfide-based lithium ion conductive solid electrolyte is represented by the following formula (1): XLi 2 S- (1-X) P 2 S 5 (1) (Wherein X is 0.65 ≦ X ≦ 0.80); and may be a solid electrolyte represented by: According to this form of the all-solid-state battery, it becomes easy to ensure good contact between the solid electrolyte layer and the electrode by setting the softness of the sulfide-based lithium ion conductive solid electrolyte to a desired state.
(3)上記第1の形態の全固体電池は、前記正極電極層において、前記硫黄と前記硫化物系リチウムイオン伝導性固体電解質との合計重量に対する、前記硫黄の重量の比を、A/100と表わしたときに、Aの値が30≦A≦70であることとしてもよい。この形態の全固体電池によれば、全固体電池の性能を向上させることができる。 (3) In the all-solid-state battery according to the first aspect, the ratio of the weight of the sulfur to the total weight of the sulfur and the sulfide-based lithium ion conductive solid electrolyte in the positive electrode layer is A / 100. The value of A may be 30 ≦ A ≦ 70. According to the all solid state battery of this embodiment, the performance of the all solid state battery can be improved.
(4)上記第1の形態の全固体電池は、前記正極電極層において、前記硫黄と前記硫化物系リチウムイオン伝導性固体電解質との合計重量に対する、前記硫黄の重量の比を、A/100と表わしたときに、Aの値が30≦A≦55であり、前記硫黄と前記硫化物系リチウムイオン伝導性固体電解質との合計重量に対する、前記導電性カーボンの重量の比を、B/100と表わしたときに、Bの値が3≦B≦100であることとしてもよい。この形態の全固体電池によれば、全固体電池の性能を向上させることができる。 (4) In the all-solid-state battery of the first aspect, the ratio of the weight of the sulfur to the total weight of the sulfur and the sulfide-based lithium ion conductive solid electrolyte in the positive electrode layer is A / 100. The value of A is 30 ≦ A ≦ 55, and the ratio of the weight of the conductive carbon to the total weight of the sulfur and the sulfide-based lithium ion conductive solid electrolyte is B / 100. The value of B may be 3 ≦ B ≦ 100. According to the all solid state battery of this embodiment, the performance of the all solid state battery can be improved.
(5)上記第1の形態の全固体電池は、前記正極電極層において、前記硫黄と前記硫化物系リチウムイオン伝導性固体電解質との合計重量に対する、前記硫黄の重量の比を、A/100と表わしたときに、Aの値が55<A≦70であり、前記硫黄と前記硫化物系リチウムイオン伝導性固体電解質との合計重量に対する、前記導電性カーボンの重量の比を、B/100と表わしたときに、Bの値が4≦B≦20であることとしてもよい。この形態の全固体電池によれば、全固体電池の性能を向上させることができる。 (5) In the all solid state battery of the first aspect, the ratio of the weight of the sulfur to the total weight of the sulfur and the sulfide-based lithium ion conductive solid electrolyte in the positive electrode layer is A / 100. The value of A is 55 <A ≦ 70, and the ratio of the weight of the conductive carbon to the total weight of the sulfur and the sulfide-based lithium ion conductive solid electrolyte is B / 100. The value of B may be 4 ≦ B ≦ 20. According to the all solid state battery of this embodiment, the performance of the all solid state battery can be improved.
(6)上記第1の形態の全固体電池において、前記導電性カーボンは、ケッチェンブラックであることとしてもよい。この形態の全固体電池によれば、全固体電池の性能を向上させることができる。 (6) In the all solid state battery according to the first aspect, the conductive carbon may be ketjen black. According to the all solid state battery of this embodiment, the performance of the all solid state battery can be improved.
(7)本発明の第2の形態によれば、正極電極層と、負極電極層と、酸化物系リチウムイオン伝導性固体電解質によって構成される電解質層と、を備える全固体電池が提供される。この全固体電池において、前記正極電極層は、正極活物質である金属硫化物と、硫化物系リチウムイオン伝導性固体電解質と、を混合して形成されている。この形態の全固体電池によれば、正極電極層が硫化物系リチウムイオン伝導性固体電解質を備えるため、酸化物系リチウムイオン伝導性固体電解質によって構成される電解質層と、正極活物質である金属硫化物とを組み合わせることによる、電池性能の向上が可能になる。 (7) According to the 2nd form of this invention, an all-solid-state battery provided with the positive electrode layer, the negative electrode layer, and the electrolyte layer comprised by an oxide type lithium ion conductive solid electrolyte is provided. . In this all solid state battery, the positive electrode layer is formed by mixing a metal sulfide, which is a positive electrode active material, and a sulfide-based lithium ion conductive solid electrolyte. According to this form of the all-solid-state battery, since the positive electrode layer includes the sulfide-based lithium ion conductive solid electrolyte, the electrolyte layer constituted by the oxide-based lithium ion conductive solid electrolyte and the metal that is the positive electrode active material The battery performance can be improved by combining the sulfide.
(8)上記第2の形態の全固体電池において、前記正極活物質は、FeS2およびFeSから選択されることとしてもよい。この形態の全固体電池によれば、全固体電池の性能を向上させることができる。 (8) In the all-solid-state battery according to the second aspect, the positive electrode active material may be selected from FeS 2 and FeS. According to the all solid state battery of this embodiment, the performance of the all solid state battery can be improved.
(9)上記第2の形態の全固体電池において、前記硫化物系リチウムイオン伝導性固体電解質は、以下の式(1);XLi2S−(1−X)P2S5 …(1);(式中、Xは、0.65≦X≦0.80である);で表わされる固体電解質であることとしてもよい。この形態の全固体電池によれば、硫化物系リチウムイオン伝導性固体電解質の柔らかさを所望の状態にして、固体電解質層と電極との接触を良好に確保することが容易になる。 (9) In the all-solid-state battery according to the second aspect, the sulfide-based lithium ion conductive solid electrolyte has the following formula (1): XLi 2 S- (1-X) P 2 S 5 (1) (Wherein X is 0.65 ≦ X ≦ 0.80); and may be a solid electrolyte represented by: According to this form of the all-solid-state battery, it becomes easy to ensure good contact between the solid electrolyte layer and the electrode by setting the softness of the sulfide-based lithium ion conductive solid electrolyte to a desired state.
(10)上記第2の形態の全固体電池において、前記正極活物質は、FeS2であり;前記正極電極層において、前記正極活物質と前記硫化物系リチウムイオン伝導性固体電解質との合計重量に対する、前記正極活物質の重量の比を、A/100と表わしたときに、Aの値が40≦A≦80であることとしてもよい。この形態の全固体電池によれば、全固体電池の性能を向上させることができる。 (10) In the all-solid-state battery according to the second aspect, the positive electrode active material is FeS 2 ; in the positive electrode layer, the total weight of the positive electrode active material and the sulfide-based lithium ion conductive solid electrolyte When the ratio of the weight of the positive electrode active material to A / 100 is expressed as A / 100, the value of A may be 40 ≦ A ≦ 80. According to the all solid state battery of this embodiment, the performance of the all solid state battery can be improved.
(11)上記第2の形態の全固体電池において、前記正極電極層には、さらに、導電性カーボンが混合されており;前記正極電極層において、前記正極活物質と前記硫化物系リチウムイオン伝導性固体電解質との合計重量に対する、前記導電性カーボンの重量の比を、B/100と表わしたときに、Bの値がB≦40であることとしてもよい。この形態の全固体電池によれば、全固体電池の性能を向上させることができる。 (11) In the all-solid-state battery of the second aspect, the positive electrode layer is further mixed with conductive carbon; in the positive electrode layer, the positive electrode active material and the sulfide-based lithium ion conduction When the ratio of the weight of the conductive carbon to the total weight of the conductive solid electrolyte is expressed as B / 100, the value of B may be B ≦ 40. According to the all solid state battery of this embodiment, the performance of the all solid state battery can be improved.
(12)上記第1の形態の全固体電池において、電流密度を0.064mA/cm2、放電カット電圧を1V、充電カット電圧を3Vとして、25℃にて定電流充放電を複数回行なったときの2サイクル目の放電容量が200mA/g以上であることとしてもよい。この形態の全固体電池によれば、高い電池性能を確保することができる。 (12) In the all-solid-state battery of the first embodiment, constant current charge / discharge was performed a plurality of times at 25 ° C. with a current density of 0.064 mA / cm 2 , a discharge cut voltage of 1 V, and a charge cut voltage of 3 V. The discharge capacity at the second cycle may be 200 mA / g or more. According to this form of the all solid state battery, high battery performance can be ensured.
(13)記第2の形態の全固体電池において、電流密度を0.064mA/cm2、放電カット電圧を0.3V、充電カット電圧を3Vとして、25℃にて定電流充放電を複数回行なったときの2サイクル目の放電容量が200mA/g以上であることとしてもよい。この形態の全固体電池によれば、高い電池性能を確保することができる。 (13) In the all-solid-state battery according to the second embodiment, constant current charge / discharge is performed a plurality of times at 25 ° C. with a current density of 0.064 mA / cm 2 , a discharge cut voltage of 0.3 V, and a charge cut voltage of 3 V. The discharge capacity at the second cycle when performed may be 200 mA / g or more. According to this form of the all solid state battery, high battery performance can be ensured.
(14)上記第1または第2の形態の全固体電池において、前記酸化物系リチウムイオン伝導性固体電解質は、以下の式(2);Li1+YAlYM2-Y(PO4)3 …(2);(式中、Mは、ゲルマニウム、チタン、ハフニウム、ジルコニウムからなる群から選択される少なくとも1種であり、Yは、0<Y<1である);で表わされる固体電解質であることとしてもよい。この形態の全固体電池によれば、全固体電池の性能を向上させることができる。 (14) In the all-solid-state battery according to the first or second embodiment, the oxide-based lithium ion conductive solid electrolyte may have the following formula (2): Li 1 + Y Al Y M 2-Y (PO 4 ) 3 (2); (wherein M is at least one selected from the group consisting of germanium, titanium, hafnium, and zirconium, and Y is 0 <Y <1); It is good also as being. According to the all solid state battery of this embodiment, the performance of the all solid state battery can be improved.
(15)上記第1または第2の形態の全固体電池において、前記酸化物系リチウムイオン伝導性固体電解質は、式(2)中のMがゲルマニウムであることとしてもよい。この形態の全固体電池によれば、全固体電池の性能を向上させることができる。 (15) In the all-solid-state battery according to the first or second aspect, in the oxide-based lithium ion conductive solid electrolyte, M in the formula (2) may be germanium. According to the all solid state battery of this embodiment, the performance of the all solid state battery can be improved.
(16)上記第1または第2の形態の全固体電池において、前記酸化物系リチウムイオン伝導性固体電解質は、式(2)中のY=0.5であることとしてもよい。この形態の全固体電池によれば、全固体電池の性能を向上させることができる。 (16) In the all-solid-state battery according to the first or second aspect, the oxide-based lithium ion conductive solid electrolyte may have Y = 0.5 in the formula (2). According to the all solid state battery of this embodiment, the performance of the all solid state battery can be improved.
本発明は、上記以外の種々の形態で実現することも可能である。例えば、電解質層と電極との積層体や、全固体電池の製造方法、あるいは全固体電池を電源として搭載した電子機器等の形態で実現することができる。 The present invention can be implemented in various forms other than the above. For example, it can be realized in the form of a laminate of an electrolyte layer and an electrode, a manufacturing method of an all-solid battery, or an electronic device in which the all-solid battery is mounted as a power source.
A.第1の実施形態:
A−1:全固体電池の構成:
図1は、本発明の第1の実施形態の全固体電池10の概略構成を表わす断面図である。図1に示すように、全固体電池10は、各層20,30,40が積層された電池本体15と、電池本体15を両面で挟持する一対の集電体50,60と、を備える。
A. First embodiment:
A-1: Configuration of all solid state battery:
FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating a schematic configuration of an all
電池本体15は、固体電解質層40と、固体電解質層40の一方の面上に形成された正極電極層20と、固体電解質層40の他方の面上に形成された負極電極層30と、を備える。集電体50,60は、導電性を有する板状部材である。集電体50,60は、例えば、ニッケル(Ni)、チタン(Ti)、鉄(Fe)、銅(Cu)、アルミニウム(Al)、およびこれらの合金から選択される導電性金属材料によって形成することができる。集電体50,60の構成材料としては、ステンレス鋼(SUS)が特に好ましい。あるいは、炭素材料により集電体50,60を形成してもよい。以下に、全固体電池10の電池本体15を構成する各部についてさらに詳しく説明する。
The
A−2.正極電極層の詳細構成:
正極電極層20は、正極活物質である硫黄(S)と、硫化物系リチウムイオン伝導性固体電解質と、導電性カーボンと、を混合して形成されている。
A-2. Detailed configuration of the positive electrode layer:
The
硫化物系リチウムイオン伝導性固体電解質としては、例えば、Li2S−P2S5系、LiI−Li2S−P2S5系、LiI−Li2S−B2S3系、若しくはLiI−Li2S−SiS2系の固体電解質、チオリシコン、およびLi10GeP2S12等から選択される固体電解質を用いることができる。ここで、上記Li2S−P2S5系の固体電解質としては、以下に示す式(1)で表わされる固体電解質を用いることが好ましい。
XLi2S−(1−X)P2S5 …(1)
(式中、Xは、0.65≦X≦0.80である。)
Examples of the sulfide-based lithium ion conductive solid electrolyte include a Li 2 S—P 2 S 5 system, a LiI—Li 2 S—P 2 S 5 system, a LiI—Li 2 S—B 2 S 3 system, and a LiI. A solid electrolyte selected from -Li 2 S-SiS 2 -based solid electrolyte, thiolysicon, Li 10 GeP 2 S 12 and the like can be used. Here, as the Li 2 S—P 2 S 5 -based solid electrolyte, it is preferable to use a solid electrolyte represented by the following formula (1).
XLi 2 S- (1-X) P 2
(In the formula, X is 0.65 ≦ X ≦ 0.80.)
また、硫化物系リチウムイオン伝導性固体電解質は、イオン伝導率がより高いことが好ましい。具体的には、硫化物系リチウムイオン伝導性固体電解質のイオン伝導率が、10-5S/cm以上であることが好ましく、10-4S/cm以上であることがより好ましい。また、硫化物系リチウムイオン伝導性固体電解質は、十分に柔らかいこと、すなわち、ヤング率がより小さい材料であることが望ましい。具体的には、硫化物系リチウムイオン伝導性固体電解質のヤング率が、0.08〜30GPaであることが好ましく、0.08〜20GPaであることがさらに好ましい。式(1)で表わした硫化物系リチウムイオン伝導性固体電解質では、式中のXを、0.65≦X≦0.80の範囲とすることにより、イオン伝導率およびヤング率を、容易に上記した好ましい範囲にすることができる。ただし、式(1)で表わした硫化物系リチウムイオン伝導性固体電解質において、式中のXを、上記した範囲外の値としてもよい。 The sulfide-based lithium ion conductive solid electrolyte preferably has higher ionic conductivity. Specifically, the ionic conductivity of the sulfide-based lithium ion conductive solid electrolyte is preferably 10 −5 S / cm or more, and more preferably 10 −4 S / cm or more. Further, it is desirable that the sulfide-based lithium ion conductive solid electrolyte is sufficiently soft, that is, a material having a smaller Young's modulus. Specifically, the Young's modulus of the sulfide-based lithium ion conductive solid electrolyte is preferably 0.08 to 30 GPa, and more preferably 0.08 to 20 GPa. In the sulfide-based lithium ion conductive solid electrolyte represented by the formula (1), by setting X in the formula to a range of 0.65 ≦ X ≦ 0.80, the ionic conductivity and Young's modulus can be easily obtained. The above-described preferable range can be obtained. However, in the sulfide-based lithium ion conductive solid electrolyte represented by the formula (1), X in the formula may be a value outside the above range.
硫化物系リチウムイオン伝導性固体電解質は、例えば、原料化合物をメカニカルミリングにより混合することで作製できる。例えば、Li2S−P2S5系の固体電解質を作製する場合には、所望の割合となるように秤量したLi2SとP2S5とを用意して、メカニカルミリングを行なえばよい。これにより、非晶質な(ガラス状の)Li2S−P2S5系の固体電解質が得られる。 The sulfide-based lithium ion conductive solid electrolyte can be produced, for example, by mixing raw material compounds by mechanical milling. For example, when producing a Li 2 S—P 2 S 5 solid electrolyte, Li 2 S and P 2 S 5 weighed so as to have a desired ratio are prepared and mechanical milling is performed. . Thereby, an amorphous (glassy) Li 2 S—P 2 S 5 -based solid electrolyte is obtained.
なお、硫化物系リチウムイオン伝導性固体電解質は、上記したメカニカルミリング以外の方法により作製してもよい。また、例えば全固体電池10の製造工程で硫化物系リチウムイオン伝導性固体電解質に熱が加わることにより、硫化物系リチウムイオン伝導性固体電解質の少なくとも一部が結晶化してもよい。このように、硫化物系リチウムイオン伝導性固体電解質は、全体が非晶質なガラスであってもよく、一部が結晶化したガラスセラミックス(非晶質と結晶の混合体)であってもよく、全体が結晶化したセラミックスであってもよい。
The sulfide-based lithium ion conductive solid electrolyte may be produced by a method other than the mechanical milling described above. Further, for example, when heat is applied to the sulfide-based lithium ion conductive solid electrolyte in the manufacturing process of the all-
導電性カーボンとしては、例えば、ケッチェンブラック、アセチレンブラック(例えばデンカブラック、デンカブラックは登録商標)、およびファーネスブラック(例えば、カボット社製のバルカン)を挙げることができる。正極電極層20内における電子伝導性のネットワークを十分に確保して、正極電極層20の体積抵抗率を十分に小さくするために、導電性カーボンは、粒子径がより小さいことが望ましい。そのため、導電性カーボンとしては、ケッチェンブラックあるいはアセチレンブラックを用いることが望ましい。
Examples of the conductive carbon include ketjen black, acetylene black (for example, Denka Black and Denka Black are registered trademarks), and furnace black (for example, Vulcan manufactured by Cabot Corporation). In order to sufficiently secure an electron conductive network in the
正極電極層20において、正極活物質である硫黄と硫化物系リチウムイオン伝導性固体電解質との合計重量に対する、硫黄の重量の比を、A/100と表わすと、Aの値は、30≦A≦70であることが望ましい。このような構成とすることで、全固体電池10の性能を、容易に向上させることができる。具体的には、例えば、電流密度を0.064mA/cm2、放電カット電圧を1V、充電カット電圧を3Vとして、25℃の条件で、全固体電池10の定電流充放電を複数回行なったときの2サイクル目の放電容量を、容易に200mA/g以上にすることが可能になる。
In the
このとき、硫黄と硫化物系リチウムイオン伝導性固体電解質との合計重量に対する、導電性カーボンの重量の比を、B/100と表わすと、Bの値は、2以上としてもよく、3以上としてもよい。また、Bの値は、20以下としてもよく、15以下としてもよい。ただし、上記Aの値は、30未満とすることも可能であり、70を超える値とすることも可能である。また、Bの値は、2未満の値とすることも可能であり、20を超える値とすることも可能である。 At this time, when the ratio of the weight of the conductive carbon to the total weight of the sulfur and the sulfide-based lithium ion conductive solid electrolyte is expressed as B / 100, the value of B may be 2 or more, or 3 or more. Also good. The value of B may be 20 or less, or 15 or less. However, the value A can be less than 30 and can be more than 70. Further, the value of B can be set to a value less than 2, and can be set to a value exceeding 20.
また、正極電極層20において、上記Aの値が30≦A≦55となる場合に、上記Bの値は3≦B≦100であることが望ましく、4≦B≦100であることがさらに望ましい。あるいは、正極電極層20において、上記Aの値が55<A≦70となる場合に、上記Bの値は3≦B≦20であることが望ましく、4≦B≦20であることがさらに望ましい。このような構成とすることで、全固体電池10の性能を、容易に向上させることができる。具体的には、例えば、電流密度を0.064mA/cm2、放電カット電圧を1V、充電カット電圧を3Vとして、25℃の条件で、全固体電池10の定電流充放電を複数回行なったときの2サイクル目の放電容量を、容易に200mA/g以上にすることが可能になる。
Further, in the
正極電極層20においては、正極活物質である硫黄と、イオン伝導助剤である硫化物系リチウムイオン伝導性固体電解質と、電子伝導助剤である導電性カーボンとが、十分に均一に分散していることが望ましい。そのため、正極電極層20内の硫黄の粒径は、200μm以下とすることが望ましく、75μm以下とすることがさらに望ましい。正極電極層20を作製する際には、硫黄と硫化物系リチウムイオン伝導性固体電解質と導電性カーボンとを、十分に微粒子化して均一に混合するために、例えば、メカニカルミリングによる混合を行なうことが望ましい。十分に混合した正極電極層の材料粉末を、例えばプレス成形することにより、正極電極層20を得ることができる。
In the
メカニカルミリングは、例えば、遊星型ボールミル、回転ボールミル、振動ボールミル、攪拌ボールミル等の種々の装置を用いることができる。中でも、ポットが自転回転すると共に台盤が公転回転する遊星型ボールミルは、高い衝撃エネルギーを効率よく発生させることができる。そのため、正極電極層の材料を十分に微粒子化して均一に混合するためには、特に遊星型ボールミルを用いることが好ましい。 For mechanical milling, various devices such as a planetary ball mill, a rotating ball mill, a vibrating ball mill, and a stirring ball mill can be used. Among them, the planetary ball mill in which the pot rotates and the base plate revolves can efficiently generate high impact energy. Therefore, it is particularly preferable to use a planetary ball mill in order to sufficiently atomize the material of the positive electrode layer and mix it uniformly.
なお、正極電極層20の構成材料は、正極電極層20および正極電極層20を用いた全固体電池10の製造工程において、揮発・分解等により失われることがほとんど無い。そのため、全固体電池10の正極電極層20を構成する硫黄と、硫化物系リチウムイオン伝導性固体電解質と、導電性カーボンとの割合、および硫化物系リチウムイオン伝導性固体電解質の組成は、製造時の仕込み割合に一致すると考えることができる。
The constituent material of the
また、正極活物質である硫黄は、全固体電池10を充電すると、硫化リチウム(Li2S)に変化する。そのため、正極電極層20における硫黄原子を含有する成分は、全固体電池10の充放電履歴に応じて、硫黄単体とLi2Sとが混合した状態となり得る。
Further, when the all-
A−3.負極電極層の詳細構成:
負極電極層30は、負極活物質を含む。負極活物質としては、リチウムイオンを吸蔵、放出、又は吸蔵と放出の両方を行うことが可能な物質を用いることができる。具体的には、例えば、リチウム金属や、リチウム合金を用いることができる。リチウム合金としては、例えば、リチウム−アルミニウム合金(Li−Al)、リチウム−スズ合金(Li−Sn)、リチウム−ケイ素合金(Li−Si)、リチウム−銀合金(Li−Ag)、およびリチウム−インジウム合金(Li−In)等を用いることができる。
A-3. Detailed configuration of the negative electrode layer:
The
負極電極層30は、上記負極活物質に加えて、さらに、硫化物系リチウムイオン伝導性固体電解質が混合されていても良い。例えば、ヤング率が比較的大きい(比較的硬い)金属材料、例えばLi−Al合金、Li−Ag合金、あるいはLi−Sn合金等を、負極活物質として用いる場合には、硫化物系リチウムイオン伝導性固体電解質を負極電極層30に混合することにより、全固体電池10の性能を向上させることができる。これは、硫化物系リチウムイオン伝導性固体電解質が、負極電極層30をプレス成形するための、あるいは、負極電極層30と固体電解質層40とをプレス接合するためのバインダとして働くためである。また、硫化物系リチウムイオン伝導性固体電解質は、負極電極層30に混在されると、イオン伝導助剤として機能することにより全固体電池10の性能を向上させることが可能になる。
The
負極電極層30を作製する際に、負極活物質に加えて硫化物系リチウムイオン伝導性固体電解質を混合する場合には、両者を十分に微粒子化して均一に混合するために、例えば、ボールミルによる混合を行なうことが望ましい。十分に混合した負極電極層の材料粉末を、例えばプレス成形することにより、負極電極層30を得ることができる。あるいは、負極電極層30を、負極活物質であるリチウム金属やリチウム合金のみによって構成する場合には、負極電極層30を金属板の形態で用意してもよい。
When the
なお、正極電極層20および/または負極電極層30において、電極活物質の粒子同士を結着させ、固体電解質層40と接合するためのバインダとして、さらに樹脂を混合しても良い。このようなバインダとしては、例えば、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリ酢酸ビニル、ポリメチルメタクリレート、およびポリエチレンから選択される樹脂を用いることができる。
In the
A−4:固体電解質層の詳細構成:
固体電解質層40は、酸化物系リチウムイオン伝導性固体電解質によって構成される板状部材である。酸化物系リチウムイオン伝導性固体電解質としては、例えば、以下の式(2)で表されるナシコン型構造を有するリン酸化合物又はその一部を他の元素で置換した置換体、Li7La3Zr2O12系リチウムイオン伝導体等のガーネット型構造又はガーネット型類似の構造を有するリチウムイオン伝導体、Li−La−Ti−O系リチウムイオン伝導体等のペロブスカイト構造又はペロブスカイト類似の構造を有するリチウムイオン伝導体等を用いることができる。
Li1+YAlYM2-Y(PO4)3 …(2)
(式中、Mは、ゲルマニウム、チタン、ハフニウム、ジルコニウムからなる群から選択される少なくとも1種であり、Yは、0<Y<1である)
A-4: Detailed configuration of the solid electrolyte layer:
The
Li 1 + Y Al Y M 2-Y (PO 4 ) 3 (2)
(Wherein M is at least one selected from the group consisting of germanium, titanium, hafnium, and zirconium, and Y is 0 <Y <1)
上記した酸化物系リチウムイオン伝導性固体電解質の中で、式(2)中のMがゲルマニウムおよびチタンから選択される1種である固体電解質は、リチウムイオン伝導性が特に優れている。また、上記した酸化物系リチウムイオン伝導性固体電解質の中で、式(2)中のMがゲルマニウム、ハフニウムおよびジルコニウムから選択される1種である固体電解質は、還元性が比較的低く、電極層を構成する成分との反応を抑えることができる。そのため、酸化物系リチウムイオン伝導性固体電解質としては、式(2)中のMがゲルマニウムである固体電解質を用いることが好ましい。式(2)中のMがゲルマニウムである固体電解質の中でも、式(2)中のY=0.5である固体電解質、すなわち、Li1.5Al0.5Ge1.5(PO4)3が、特に好ましい。 Among the oxide-based lithium ion conductive solid electrolytes described above, the solid electrolyte in which M in the formula (2) is one selected from germanium and titanium is particularly excellent in lithium ion conductivity. In addition, among the oxide-based lithium ion conductive solid electrolytes described above, the solid electrolyte in which M in the formula (2) is one selected from germanium, hafnium and zirconium has a relatively low reducibility, and the electrode Reaction with the component which comprises a layer can be suppressed. Therefore, as the oxide-based lithium ion conductive solid electrolyte, it is preferable to use a solid electrolyte in which M in the formula (2) is germanium. Among solid electrolytes in which M in the formula (2) is germanium, a solid electrolyte in which Y = 0.5 in the formula (2), that is, Li 1.5 Al 0.5 Ge 1.5 (PO 4 ) 3 is particularly preferable.
また、固体電解質層40は、緻密であることが望ましい。具体的には、固体電解質層40の理論密度に対する相対密度が80%以上であることが好ましく、90%以上であることがより好ましい。ここで、相対密度は、アルキメデス法を利用して求めることができる。相対密度を80%以上とすることで、全固体電池10の内部抵抗を容易に低減できる。また、相対密度を80%以上とすることで、後述するように、固体電解質層40を介した短絡を抑制することができる。
The
また、固体電解質層40は、焼結体であることが好ましい。これにより、固体電解質層40の密度をより容易に向上させて、上記した相対密度を容易に実現可能となる。焼結体である固体電解質層40を作製するには、例えば固相反応法を用いればよい。固相反応法は、酸化物、炭酸塩、硝酸塩などの粉末原料を、所望の組成となるように秤量・混合した後に焼成する周知の方法である。ただし、十分に緻密な固体電解質層40が得られるならば、焼結を伴わない方法により固体電解質層40を製造してもよい。
The
また、固体電解質層40は、イオン伝導率が10-5S/cm以上であることが好ましく、10-4S/cm以上であることがより好ましい。こうすることで、全固体電池10の内部抵抗を低減でき、電池性能の低下を抑制できる。
Further, the
A−5.全固体電池の製造方法:
全固体電池10を製造するには、既述した正極電極層20、固体電解質層40、および負極電極層30を用意し、これらをこの順序で積層し、電池本体15を作製すればよい。電池本体15を作製する際には、正極電極層20と固体電解質層40との接合が、加熱を抑えた状態で加圧することにより行なわれればよく、加熱を伴わない加圧により行なわれることが好ましい。そして、正極電極層20が、製造工程を通して、硫黄の融点以上の高温に曝されなければよい。以下の説明では、加熱を伴わない加圧をコールドプレスとも呼ぶ。なお、接合のための加圧時には、硫黄の融点未満の温度での加熱を行なっても差し支えない。
A-5. All-solid battery manufacturing method:
In order to manufacture the all
負極電極層30が硫化物系リチウムイオン伝導性固体電解質を混合している場合には、正極電極層20と共に、負極電極層30も同時に、加熱を抑えた加圧により固体電解質層40に接合することができる。あるいは、負極電極層30を、ヤング率が比較的小さい部材、具体的には、リチウム金属製の板状部材やLi−In合金性の板状部材により構成する場合にも、加圧による接合の際に特別な加熱を不要とすることができる。そのため、正極電極層20と同時に負極電極層30を固体電解質層40に接合して、製造工程を簡素化することが可能になる。特に、負極活物質としてリチウム金属を用いる場合に、負極電極層30を焼成する工程があると、リチウム金属が、固体電解質層40を構成する酸化物系リチウムイオン伝導性固体電解質と反応して、電池性能が低下する。加熱を抑えた加圧により負極電極層30を接合できることにより、負極活物質としてリチウム金属を用いる場合にも、電池性能を確保しつつ、製造工程を簡素化することができる。あるいは、固体電解質層40上に負極活物質を蒸着し堆積させることにより、正極電極層20の接合とは別途、負極電極層30を固体電解質層40上に形成してもよい。
When the
電池本体15を作製した後は、一対の集電体50,60によって電池本体15を挟持して固定することにより、全固体電池10を完成することができる。
After the
以上のように構成された第1の実施形態の全固体電池10によれば、固体電解質層40を酸化物系リチウムイオン伝導性固体電解質によって構成するため、全固体電池10において、水分と反応して硫化水素を発生し得る硫化物系リチウムイオン伝導性固体電解質の使用量を削減できる。そのため、全固体電池10の製造時および使用時の安全性を高めることができる。さらに、正極電極層20において、酸化物系リチウムイオン伝導性固体電解質よりもヤング率が小さい値を示す硫化物系リチウムイオン伝導性固体電解質が混合されているため、正極電極層20を接合する加圧時の加熱を抑えることができる。すなわち、硫化物系リチウムイオン伝導性固体電解質は、一般に、酸化物系リチウムイオン伝導性固体電解質よりも柔らかく伸びやすい性質を有するため、加圧時の加熱を抑えても(例えばコールドプレスを行なっても)、正極電極層20と固体電解質層40との接触を良好に確保することができる。これにより、全固体電池10の内部抵抗を低減することができる。さらに、上記のように加圧時の加熱を抑えることにより、融点が比較的低い硫黄(斜方硫黄で112.8℃)を正極活物質として含有する正極電極層を固体電解質層に接合して、全固体電池を得ることが可能になる。硫黄は、1675mAh/gという極めて大きいな理論容量密度を示す。そのため、このように理論容量密度が大きな硫黄を正極活物質として用い、正極電極層20と固体電解質層40との間の界面を良好に形成することにより、全固体電池の性能を向上させることができる。
According to the all
また、第1の実施形態の全固体電池10によれば、酸化物系リチウムイオン伝導性固体電解質によって構成される固体電解質層40が、緻密に形成されているため、全固体電池10の使用時に全固体電池10の温度が上昇する場合にも、固体電解質層40を介した短絡を抑制できる。すなわち、全固体電池10の温度が正極活物質の溶融温度以上となって正極活物質が溶融した場合であっても、溶融した正極活物質が固体電解質層40を介して負極電極層30側へと移動するのを抑え、短絡を抑制することが可能になる。
Moreover, according to the all-solid-
また、第1の実施形態の全固体電池10によれば、酸化物系リチウムイオン伝導性固体電解質によって構成される固体電解質層40が、緻密に形成されているため、全固体電池10内に水分が存在する事態が生じても、全固体電池10の短絡を抑制することができる。すなわち、硫化物系リチウムイオン伝導性固体電解質は、水分が存在すると溶解する性質を有している。そのため、全固体電池10内に水分が存在する事態が生じると、電極層が備える硫化物系リチウムイオン伝導性固体電解質が溶解する可能性がある。このような場合であっても、固体電解質層40が緻密であるため、固体電解質層40内を通過して、溶解した硫化物系リチウムイオン伝導性固体電解質が移動することがなく、全固体電池10内部の短絡を抑えることができる。
Moreover, according to the all-solid-
さらに、第1の実施形態の全固体電池10によれば、正極電極層20が、柔らかい性質を有する硫化物系リチウムイオン伝導性固体電解質を備えるため、正極電極層20と固体電解質層40との界面の強度を良好に維持することができる。そのため、全固体電池10の充放電等に、全固体電池10の内部が膨張又は収縮した場合でも、電池内部にクラック等が生じる可能性を低減できる。
Furthermore, according to the all-solid-
B.第2の実施形態:
図2は、第2の実施形態の全固体電池100の概略構成を表わす断面図である。第2の実施形態の全固体電池100は、正極電極層20に代えて正極電極層120を備えること以外は、第1の実施形態の全固体電池10と同様の構成を有している。そのため、第1の実施形態と共通する部分には、同じ参照番号を付して詳しい説明を省略する。
B. Second embodiment:
FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating a schematic configuration of the all
B−1.正極電極層の詳細構成:
正極電極層120は、正極活物質である金属硫化物と、硫化物系リチウムイオン伝導性固体電解質と、を混合して形成されている。
B-1. Detailed configuration of the positive electrode layer:
The
金属硫化物としては、例えば、硫化鉄、硫化リチウム、硫化銅、硫化鉄、硫化チタン、硫化ニッケル等を用いることができる。硫化鉄としては、FeS2(二硫化鉄)、FeS(硫化鉄(II))、Fe2S3(硫化鉄(III))が挙げられる。電池性能を向上させるためには、特にFeS2を用いることが好ましい。 As the metal sulfide, for example, iron sulfide, lithium sulfide, copper sulfide, iron sulfide, titanium sulfide, nickel sulfide, or the like can be used. Examples of the iron sulfide include FeS 2 (iron disulfide), FeS (iron (II) sulfide), and Fe 2 S 3 (iron (III) sulfide). In order to improve battery performance, it is particularly preferable to use FeS 2 .
硫化物系リチウムイオン伝導性固体電解質としては、例えば、Li2S−P2S5系、LiI−Li2S−P2S5系、LiI−Li2S−B2S3系、若しくはLiI−Li2S−SiS2系の固体電解質、またはチオリシコン等を用いることができる。ここで、上記Li2S−P2S5系の固体電解質としては、以下に示す式(1)で表わされる固体電解質を用いることが好ましい。
XLi2S−(1−X)P2S5 …(1)
(式中、Xは、0.65≦X≦0.80である。)
Examples of the sulfide-based lithium ion conductive solid electrolyte include a Li 2 S—P 2 S 5 system, a LiI—Li 2 S—P 2 S 5 system, a LiI—Li 2 S—B 2 S 3 system, and a LiI. A —Li 2 S—SiS 2 -based solid electrolyte, thiolysicon, or the like can be used. Here, as the Li 2 S—P 2 S 5 -based solid electrolyte, it is preferable to use a solid electrolyte represented by the following formula (1).
XLi 2 S- (1-X) P 2
(In the formula, X is 0.65 ≦ X ≦ 0.80.)
また、硫化物系リチウムイオン伝導性固体電解質は、イオン伝導率がより高いことが好ましい。具体的には、硫化物系リチウムイオン伝導性固体電解質のイオン伝導率が、10-5S/cm以上であることが好ましく、10-4S/cm以上であることがより好ましい。また、硫化物系リチウムイオン伝導性固体電解質は、十分に柔らかいこと、すなわち、ヤング率がより小さい材料であることが望ましい。具体的には、硫化物系リチウムイオン伝導性固体電解質のヤング率が、0.08〜30GPaであることが好ましく、0.08〜20GPaであることがさらに好ましい。式(1)で表わした硫化物系リチウムイオン伝導性固体電解質では、式中のXを、0.65≦X≦0.80の範囲とすることにより、イオン伝導率およびヤング率を、容易に上記した好ましい範囲にすることができる。ただし、式(1)で表わした硫化物系リチウムイオン伝導性固体電解質において、式中のXを、上記した範囲外の値としてもよい。 The sulfide-based lithium ion conductive solid electrolyte preferably has higher ionic conductivity. Specifically, the ionic conductivity of the sulfide-based lithium ion conductive solid electrolyte is preferably 10 −5 S / cm or more, and more preferably 10 −4 S / cm or more. Further, it is desirable that the sulfide-based lithium ion conductive solid electrolyte is sufficiently soft, that is, a material having a smaller Young's modulus. Specifically, the Young's modulus of the sulfide-based lithium ion conductive solid electrolyte is preferably 0.08 to 30 GPa, and more preferably 0.08 to 20 GPa. In the sulfide-based lithium ion conductive solid electrolyte represented by the formula (1), by setting X in the formula to a range of 0.65 ≦ X ≦ 0.80, the ionic conductivity and Young's modulus can be easily obtained. The above-described preferable range can be obtained. However, in the sulfide-based lithium ion conductive solid electrolyte represented by the formula (1), X in the formula may be a value outside the above range.
硫化物系リチウムイオン伝導性固体電解質は、例えば、原料化合物をメカニカルミリングにより混合することで作製できる。例えば、Li2S−P2S5系の固体電解質を作製する場合には、所望の割合となるように秤量したLi2SとP2S5とを用意して、メカニカルミリングを行なえばよい。これにより、非晶質な(ガラス状の)Li2S−P2S5系の固体電解質が得られる。 The sulfide-based lithium ion conductive solid electrolyte can be produced, for example, by mixing raw material compounds by mechanical milling. For example, when producing a Li 2 S—P 2 S 5 solid electrolyte, Li 2 S and P 2 S 5 weighed so as to have a desired ratio are prepared and mechanical milling is performed. . Thereby, an amorphous (glassy) Li 2 S—P 2 S 5 -based solid electrolyte is obtained.
なお、硫化物系リチウムイオン伝導性固体電解質は、上記したメカニカルミリング以外の方法により作製してもよい。また、例えば全固体電池10の製造工程で硫化物系リチウムイオン伝導性固体電解質に熱が加わることにより、硫化物系リチウムイオン伝導性固体電解質の少なくとも一部が結晶化してもよい。このように、硫化物系リチウムイオン伝導性固体電解質は、全体が非晶質なガラスであってもよく、一部が結晶化したガラスセラミックス(非晶質と結晶の混合体)であってもよく、全体が結晶化したセラミックスであってもよい。
The sulfide-based lithium ion conductive solid electrolyte may be produced by a method other than the mechanical milling described above. Further, for example, when heat is applied to the sulfide-based lithium ion conductive solid electrolyte in the manufacturing process of the all-
正極電極層120において、正極活物質としてFeS2を用いる場合には、FeS2と硫化物系リチウムイオン伝導性固体電解質との合計重量に対する、FeS2の重量の比を、A/100と表わすと、Aの値は、40≦A≦80であることが望ましい。また、上記Aの値は、50≦A≦80であることがより望ましく、50≦A≦70であることがさらに望ましい。このような構成とすることで、全固体電池100の性能を、容易に向上させることができる。具体的には、例えば、電流密度を0.064mA/cm2、放電カット電圧を0.3V、充電カット電圧を3Vとして、25℃の条件で、全固体電池100の定電流充放電を複数回行なったときの2サイクル目の放電容量を、容易に200mA/g以上にすることが可能になる。ただし、上記Aの値は、40未満とすることも可能であり、80を超える値とすることも可能である。
When FeS 2 is used as the positive electrode active material in the
このとき、正極電極層120には、さらに、導電性カーボンが混合されていてもよい。導電性カーボンを混合することにより全固体電池の放電容量をさらに向上させるためには、正極電極層120において、FeS2と硫化物系リチウムイオン伝導性固体電解質との合計重量に対する、導電性カーボンの重量の比を、B/100と表わすと、Bの値がB≦40であることが望ましい。また、上記Bの値は、B≦30であることがさらに望ましい。
At this time, the
なお、正極電極層120において、FeS2以外の金属硫化物を正極活物質として用いる場合にも、導電性カーボンをさらに混合してもよい。例えば、金属硫化物の導電性が導電性カーボンよりも低い場合には、導電性カーボンを混合することにより、正極電極層120全体の導電性を高めて、正極電極層120の抵抗をより小さくできる。このように正極電極層120の抵抗を小さくすることにより、高負荷時であっても、全固体電池100からの放電量を十分に確保することが可能になる。
In the
導電性カーボンとしては、例えば、ケッチェンブラック、アセチレンブラック(例えばデンカブラック、デンカブラックは登録商標)、およびファーネスブラック(例えば、カボット社製のバルカン)を挙げることができる。正極電極層120内における電子伝導性のネットワークを十分に確保して、正極電極層120の体積抵抗率を十分に小さくするために、導電性カーボンは、粒子径がより小さいことが望ましい。そのため、導電性カーボンとしては、ケッチェンブラックあるいはアセチレンブラックを用いることが望ましい。
Examples of the conductive carbon include ketjen black, acetylene black (for example, Denka Black and Denka Black are registered trademarks), and furnace black (for example, Vulcan manufactured by Cabot Corporation). In order to sufficiently secure an electron conductive network in the
正極電極層120においては、正極活物質である金属硫化物と、イオン伝導助剤である硫化物系リチウムイオン伝導性固体電解質と、さらに含まれる場合には電子伝導助剤である導電性カーボンとが、十分に均一に分散していることが望ましい。そのため、正極電極層120内の金属硫化物の粒径は、200μm以下とすることが望ましく、75μm以下とすることがさらに望ましい。正極電極層120を作製する際には、硫黄と硫化物系リチウムイオン伝導性固体電解質と導電性カーボンとを、十分に微粒子化して均一に混合するために、例えば、メカニカルミリングによる混合を行なうことが望ましい。十分に混合した正極電極層の材料粉末を、例えばプレス成形することにより、正極電極層120を得ることができる。
In the
なお、正極電極層120の構成材料は、正極電極層120および正極電極層120を用いた全固体電池100の製造工程において、揮発・分解等により失われることがほとんど無い。そのため、全固体電池100の正極電極層120を構成する金属硫化物と、硫化物系リチウムイオン伝導性固体電解質と、さらに含まれる場合には導電性カーボンとの割合、および硫化物系リチウムイオン伝導性固体電解質の組成は、製造時の仕込み割合に一致すると考えることができる。
Note that the constituent material of the
以上のように構成された第2の実施形態の全固体電池100によれば、固体電解質層40を酸化物系リチウムイオン伝導性固体電解質によって構成するため、全固体電池100において、水分と反応して硫化水素を発生し得る硫化物系リチウムイオン伝導性固体電解質の使用量を削減できる。そのため、全固体電池100の安全性を高めることができる。さらに、正極電極層120において、酸化物系リチウムイオン伝導性固体電解質よりもヤング率が小さい値を示す硫化物系リチウムイオン伝導性固体電解質が混合されているため、正極電極層120を接合する加圧時の加熱を抑えることができる。すなわち、硫化物系リチウムイオン伝導性固体電解質は、一般に、酸化物系リチウムイオン伝導性固体電解質よりも柔らかく伸びやすい性質を有するため、加圧時の加熱を抑えても(例えばコールドプレスを行なっても)、正極電極層120と固体電解質層40との接触を良好に確保することができる。これにより、全固体電池100の内部抵抗を低減することができる。さらに、上記のように加圧時の加熱を抑えることにより、融点が比較的低い金属硫化物を正極活物質として含有する正極電極層を電解質層に接合して、全固体電池を得ることが可能になる。金属硫化物は、一般に、極めて大きいな理論容量密度を示し、例えばFeS2の理論容量密度は、893.6mAh/gである。そのため、このように理論容量密度が大きな金属硫化物を正極活物質として用い、正極電極層120と固体電解質層40との間の界面を良好に形成することにより、全固体電池の性能を向上させることができる。
According to the all
また、第2の実施形態の全固体電池100によれば、酸化物系リチウムイオン伝導性固体電解質によって構成される固体電解質層40が、緻密に形成されているため、全固体電池10内に水分が存在する事態が生じても、全固体電池100の短絡を抑制することができる。すなわち、硫化物系リチウムイオン伝導性固体電解質は、水分が存在すると溶解する性質を有している。そのため、全固体電池100内に水分が存在する事態が生じると、電極層が備える硫化物系リチウムイオン伝導性固体電解質が溶解する可能性がある。このような場合であっても、固体電解質層40が緻密であるため、固体電解質層40内を通過して、溶解した硫化物系リチウムイオン伝導性固体電解質が移動することがなく、全固体電池100内部の短絡を抑えることができる。
Moreover, according to the all-
さらに、第2の実施形態の全固体電池100によれば、正極電極層120が、柔らかい性質を有する硫化物系リチウムイオン伝導性固体電解質を備えるため、正極電極層120と固体電解質層40との界面の強度を良好に維持することができる。そのため、全固体電池100の充放電等に、全固体電池100の内部が膨張又は収縮した場合でも、電池内部にクラック等が生じる可能性を低減できる。
Furthermore, according to the all-solid-
以下、本発明を実施例によりさらに具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例の記載に限定されるものではない。 EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples, but the present invention is not limited to the description of these examples.
図3および図4は、全固体電池として、サンプルS01〜S08、S11〜S17、S21〜S25、S31、S41、S51〜56、およびS61〜64を作製して、各サンプルの組成および性能を比較した結果を表わす図である。これらの各全固体電池は、正極電極層の構成が互いに異なっている。以下に、各サンプルの製造の詳細を示す。 3 and 4 show samples S01 to S08, S11 to S17, S21 to S25, S31, S41, S51 to 56, and S61 to 64 as all solid state batteries, and compare the compositions and performance of the samples. It is a figure showing the result of having performed. Each of these all-solid-state batteries has a different configuration of the positive electrode layer. Below, the detail of manufacture of each sample is shown.
[酸化物系リチウムイオン伝導性固体電解質の作製]
全固体電池である各サンプルは、固体電解質層を、酸化物系リチウムイオン伝導性固体電解質であるLi1.5Al0.5Ge1.5(PO4)3によって構成した。固体電解質層を構成する酸化物系リチウムイオン伝導性固体電解質は、以下の手順で作製した。まず、原料であるGeO2(関東化学製)、Li2CO3(和光純薬製)、(NH3)2HPO4(キシダ化学製)、およびAl2O3(高純度化学製)を、化学量論的組成で秤量した。その後、秤量した原料を、アルミナポット内にジルコニアボールと共に投入し、エタノール溶媒中で15時間粉砕混合した。次いで、エタノールを気化させて900℃、2時間にて熱処理(焼成)を行った。熱処理後の試料にセラミック用バインダーを添加し、添加後の試料をアルミナポット内にジルコニアボールと共に投入し、エタノール溶媒中で15時間粉砕混合した。粉砕混合後の試料を乾燥してエタノールを気化させ、酸化物系リチウムイオン伝導性固体電解質の成形前粉末(「LAPG粉末」とも呼ぶ。)を得た。次いで、冷間静水等方圧プレス機(以下、「CIPプレス機」とも呼ぶ。)を用いて、1.5t/cm2の静水圧を成形前粉末に印加して、成形体を得た。得られた成形体を850℃、12時間にて熱処理(焼成)し、酸化物系リチウムイオン伝導性固体電解質の焼結体(「LAGP焼結体」とも呼ぶ。)を得た。
[Preparation of oxide-based lithium ion conductive solid electrolyte]
In each sample which is an all solid state battery, the solid electrolyte layer was composed of Li 1.5 Al 0.5 Ge 1.5 (PO 4 ) 3 which is an oxide-based lithium ion conductive solid electrolyte. The oxide-based lithium ion conductive solid electrolyte constituting the solid electrolyte layer was prepared by the following procedure. First, the raw materials GeO 2 (manufactured by Kanto Chemical), Li 2 CO 3 (manufactured by Wako Pure Chemical Industries), (NH 3 ) 2 HPO 4 (manufactured by Kishida Chemical), and Al 2 O 3 (manufactured by High Purity Chemical) Weighed with stoichiometric composition. Thereafter, the weighed raw materials were put together with zirconia balls in an alumina pot, and pulverized and mixed in an ethanol solvent for 15 hours. Next, ethanol was vaporized and heat treatment (firing) was performed at 900 ° C. for 2 hours. A ceramic binder was added to the heat-treated sample, and the sample after addition was put into an alumina pot together with zirconia balls, and pulverized and mixed in an ethanol solvent for 15 hours. The sample after pulverization and mixing was dried to evaporate ethanol to obtain a pre-molding powder (also referred to as “LAPG powder”) of an oxide-based lithium ion conductive solid electrolyte. Next, using a cold isostatic press (hereinafter also referred to as “CIP press”), a hydrostatic pressure of 1.5 t / cm 2 was applied to the powder before molding to obtain a compact. The obtained molded body was heat-treated (fired) at 850 ° C. for 12 hours to obtain a sintered body of oxide-based lithium ion conductive solid electrolyte (also referred to as “LAGP sintered body”).
[酸化物系リチウムイオン伝導性固体電解質の評価]
上記のようにLAGP焼結体を作製して、直径10mm、厚さ0.8mmの焼結体を用意した。このLAGP焼結体のかさ密度をアルキメデス法にて測定したところ、かさ密度は3.33g/cm3であった。このかさ密度に基づいて相対密度を求めたところ、相対密度は97.6%であった。
[Evaluation of oxide-based lithium ion conductive solid electrolyte]
A LAGP sintered body was prepared as described above, and a sintered body having a diameter of 10 mm and a thickness of 0.8 mm was prepared. When the bulk density of this LAGP sintered body was measured by the Archimedes method, the bulk density was 3.33 g / cm 3 . When the relative density was determined based on this bulk density, the relative density was 97.6%.
また、LAGP焼結体のイオン伝導率を、交流インピーダンス測定法により測定した。具体的には、ソーラトロン社製の周波数応答アナライザ1255Bとポテンショ/ガルバノスタット1470Eとを組み合わせた電気化学測定システムにより、測定を行なった。28℃でのリチウムイオン伝導率は、5.0×10-4S/cmであった。 Further, the ionic conductivity of the LAGP sintered body was measured by an AC impedance measurement method. Specifically, the measurement was performed by an electrochemical measurement system in which a frequency response analyzer 1255B manufactured by Solartron and a potentio / galvanostat 1470E were combined. The lithium ion conductivity at 28 ° C. was 5.0 × 10 −4 S / cm.
[硫化物系リチウムイオン伝導性固体電解質の作製]
各サンプルの電極層に混合する硫化物系リチウムイオン伝導性固体電解質は、以下の手順により作製した、まず、アルゴン雰囲気グローブボックス(美和製作所製)中で、原料であるLi2S(フルウチ化学製)とP2S5(アルドリッチ社製)をモル比80:20で秤量した。遊星型ボールミル(フリッチュ社製、P−6型)を用いて、秤量した原料をジルコニアポット内にジルコニアボールと共に投入し、アルゴン雰囲気中、回転数540rpmで9時間メカニカルミリングを行った。メカニカルミリング後の試料を「硫化物ガラス」とも呼ぶ。
[Preparation of sulfide-based lithium ion conductive solid electrolyte]
The sulfide-based lithium ion conductive solid electrolyte to be mixed in the electrode layer of each sample was prepared by the following procedure. First, in an argon atmosphere glove box (Miwa Seisakusho), Li 2 S (Furuuchi Chemical) ) And P 2 S 5 (manufactured by Aldrich) at a molar ratio of 80:20. Using a planetary ball mill (manufactured by Fritsch, type P-6), the weighed raw materials were put into a zirconia pot together with zirconia balls, and mechanical milling was performed in an argon atmosphere at a rotation speed of 540 rpm for 9 hours. The sample after mechanical milling is also called “sulfide glass”.
[第1の正極ペレットの作製(S01〜S08、S11〜S17、S21〜S25、S31)]
サンプルS01〜S08、S11〜S17、S21〜S25、およびS31の全固体電池の正極電極層は、正極活物質である硫黄と、硫化物ガラスと、導電性カーボンとを含む第1の正極ペレットによって構成した。第1の正極ペレットは、以下のように作製した。第1の正極ペレットを作製するために、まず、硫黄と硫化物ガラスと導電性カーボンとを原料とする正極合材を作製した。正極合材は、上記した各原料を、図3に示す所定の重量割合で秤量し、メカニカルミリングで混合することにより作製した。ここで、サンプルS31以外のサンプルでは、正極合材を作製するために用いる硫黄として、高純度化学製の試薬を粒径が200μm以下になるまで粉砕したものを用いた。また、サンプルS31では、正極合材を作製するために用いる硫黄として、高純度化学製の75μmメッシュパスの試薬を用いた。なお、上記粒径とは、試料を走査型電子顕微鏡にて観察したときの画像内の最大粒径をいう。メカニカルミリングにより得られた正極合材の内、サンプルS24の正極合材を走査型電子顕微鏡で観察したところ、含まれる硫黄の粒径は、150μm以下となっていた。サンプルS31の正極合材を走査型電子顕微鏡で観察したところ、含まれる硫黄の粒径は、70μm以下となっていた。なお、導電性カーボンとしては、ケッチェンブラック(三菱化学製、EC600JD。KBとも表記する)を用いた。
[Production of First Positive Electrode Pellets (S01 to S08, S11 to S17, S21 to S25, S31)]
The positive electrode layers of the all-solid-state batteries of samples S01 to S08, S11 to S17, S21 to S25, and S31 are made of a first positive electrode pellet containing sulfur that is a positive electrode active material, sulfide glass, and conductive carbon. Configured. The first positive electrode pellet was produced as follows. In order to produce the first positive electrode pellet, first, a positive electrode mixture using sulfur, sulfide glass, and conductive carbon as raw materials was produced. The positive electrode mixture was prepared by weighing the above-described raw materials at a predetermined weight ratio shown in FIG. 3 and mixing them by mechanical milling. Here, in samples other than sample S31, as a sulfur used for producing the positive electrode mixture, a high-purity chemical reagent was pulverized until the particle size became 200 μm or less. Moreover, in sample S31, the reagent of 75 micrometer mesh pass made from a high purity chemical was used as sulfur used in order to produce a positive electrode compound material. The particle size refers to the maximum particle size in the image when the sample is observed with a scanning electron microscope. Of the positive electrode mixture obtained by mechanical milling, the positive electrode mixture of sample S24 was observed with a scanning electron microscope, and the particle size of the contained sulfur was 150 μm or less. When the positive electrode mixture of sample S31 was observed with a scanning electron microscope, the particle size of the contained sulfur was 70 μm or less. Note that ketjen black (manufactured by Mitsubishi Chemical, EC600JD, also referred to as KB) was used as the conductive carbon.
具体的には、各サンプルにおける原料の混合割合は、以下の通りである。図3に示すように、サンプルS01〜S08では、硫黄の重量と硫化物ガラスの重量との合計に対する硫黄の重量の割合を、33.3%とした。また、サンプルS11〜S17、およびS31では、硫黄の重量と硫化物ガラスの重量との合計に対する硫黄の重量の割合を、50%とした。また、サンプルS21〜S25では、硫黄の重量と硫化物ガラスの重量との合計に対する硫黄の重量の割合を、66.7%とした。そして、硫黄の重量と硫化物ガラスの重量との合計に対する硫黄の重量の割合が同じサンプル間では、導電性カーボンの添加割合を異ならせた。導電性カーボンの添加量は、硫黄の重量と硫化物ガラスの重量の合計を100としたときの、導電性カーボン重量の相対的な値として表わしている。 Specifically, the mixing ratio of the raw materials in each sample is as follows. As shown in FIG. 3, in samples S01 to S08, the ratio of the weight of sulfur to the sum of the weight of sulfur and the weight of sulfide glass was set to 33.3%. In samples S11 to S17 and S31, the ratio of the weight of sulfur to the sum of the weight of sulfur and the weight of sulfide glass was set to 50%. Moreover, in sample S21-S25, the ratio of the weight of sulfur with respect to the sum total of the weight of sulfur and the weight of sulfide glass was 66.7%. And the addition ratio of electroconductive carbon was varied between samples in which the ratio of the weight of sulfur to the sum of the weight of sulfur and the weight of sulfide glass was the same. The amount of conductive carbon added is expressed as a relative value of the weight of conductive carbon, where the total weight of sulfur and sulfide glass is 100.
なお、図3および図4に示す他のサンプルも同様に、正極活物質および硫化物ガラスの混合量は、正極活物質と硫化物ガラスとの合計重量に対する、正極活物質あるいは硫化物ガラスの重量の比(重量%)として表わしている。また、導電性カーボンの添加量は、正極活物質と硫化物ガラスとの合計重量を100としたときの、導電性カーボン重量の相対的な値として表わしている。以下の説明および図3および図4では、便宜上、上記のような導電性カーボンの相対的な混合割合も、重量%と呼ぶ。 Similarly, in the other samples shown in FIGS. 3 and 4, the mixing amount of the positive electrode active material and the sulfide glass is the weight of the positive electrode active material or the sulfide glass with respect to the total weight of the positive electrode active material and the sulfide glass. It is expressed as a ratio (% by weight). The amount of conductive carbon added is expressed as a relative value of the weight of conductive carbon, where the total weight of the positive electrode active material and sulfide glass is 100. In the following description and FIGS. 3 and 4, the relative mixing ratio of the conductive carbon as described above is also referred to as wt% for convenience.
上記した硫黄の粉砕、および、各原料の秤量は、アルゴン雰囲気、露点−60℃以下のグローブボックス(美和製作所製)中で行なった。メカニカルミリングは、遊星ボールミル(フリッチュ社製、P−6型)にて、45ccのジルコニアポットとΦ4mmのジルコニアボール200個を用いて、アルゴン雰囲気中、回転数380rpmで1時間行なった。第1の正極ペレットは、加圧成形可能な直径10mmの円形型内で、集電体として用いるSUS基材と正極合材約15mgとをこの順番で積層し、360Mpaでプレス成形することにより作製した。 The above-described sulfur pulverization and weighing of each raw material were carried out in a glove box (manufactured by Miwa Seisakusho) having an argon atmosphere and a dew point of −60 ° C. or less. Mechanical milling was performed for 1 hour at a rotational speed of 380 rpm in an argon atmosphere using a 45 cc zirconia pot and 200 Φ4 mm zirconia balls using a planetary ball mill (Fritsch type P-6). The first positive electrode pellet is produced by laminating a SUS base material used as a current collector and about 15 mg of a positive electrode mixture in this order in a circular mold having a diameter of 10 mm that can be pressure-molded, and press-molding at 360 MPa. did.
[第2の正極ペレットの作製(S51〜S56)]
サンプルS51〜S56の全固体電池の正極電極層は、正極活物質である硫化鉄と、硫化物ガラスとを含む第2の正極ペレットによって構成した。第2の正極ペレットを作製するために、まず、硫化鉄(高純度化学製)と硫化物ガラスとを原料とする正極合材を作製した。正極合材は、上記した各原料を、図4に示す所定の重量割合で秤量し、メカニカルミリングで混合することにより作製した。
[Preparation of second positive electrode pellet (S51 to S56)]
The positive electrode layer of the all-solid-state batteries of Samples S51 to S56 was composed of a second positive electrode pellet containing iron sulfide as a positive electrode active material and sulfide glass. In order to produce the second positive electrode pellet, first, a positive electrode mixture using iron sulfide (manufactured by high purity chemical) and sulfide glass as raw materials was produced. The positive electrode composite was prepared by weighing the above-described raw materials at a predetermined weight ratio shown in FIG. 4 and mixing them by mechanical milling.
具体的には、サンプルS51〜S56では、硫化鉄の重量と硫化物ガラスの重量との合計に対する硫化鉄の重量の割合を、20〜90%の範囲で変更した(図4参照)。なお、サンプルS51〜S56は、導電性カーボンを含有していない。 Specifically, in samples S51 to S56, the ratio of the weight of iron sulfide to the sum of the weight of iron sulfide and the weight of sulfide glass was changed in the range of 20 to 90% (see FIG. 4). Samples S51 to S56 do not contain conductive carbon.
各原料の秤量は、アルゴン雰囲気、露点−60℃以下のグローブボックス(美和製作所製)中で行なった。メカニカルミリングの条件、および、集電体と共に正極合材をプレス成形して第2の正極ペレットを作製する条件は、第1の正極ペレットと同様とした。 Each raw material was weighed in a glove box (manufactured by Miwa Seisakusho) with an argon atmosphere and a dew point of −60 ° C. or less. The conditions for mechanical milling and the conditions for producing the second positive electrode pellet by press-molding the positive electrode mixture together with the current collector were the same as those for the first positive electrode pellet.
[第3の正極ペレットの作製(S61〜S64)]
サンプルS61〜S64の全固体電池の正極電極層は、正極活物質である硫化鉄と、硫化物ガラスと、ケッチェンブラックとを含む第3の正極ペレットによって構成した。第3の正極ペレットを作製するために、まず、硫化鉄(高純度化学製)と、硫化物ガラスと、ケッチェンブラック(三菱化学製、EC600JD)とを原料とする正極合材を作製した。正極合材は、上記した各原料を、図4に示す所定の重量割合で秤量し、メカニカルミリングで混合することにより作製した。
[Production of third positive electrode pellet (S61 to S64)]
The positive electrode layer of the all-solid-state batteries of Samples S61 to S64 was composed of a third positive electrode pellet containing iron sulfide as a positive electrode active material, sulfide glass, and ketjen black. In order to prepare the third positive electrode pellet, first, a positive electrode mixture using iron sulfide (manufactured by high purity chemical), sulfide glass, and ketjen black (manufactured by Mitsubishi Chemical, EC600JD) as a raw material was prepared. The positive electrode composite was prepared by weighing the above-described raw materials at a predetermined weight ratio shown in FIG. 4 and mixing them by mechanical milling.
具体的には、サンプルS61〜S64では、硫化鉄の重量と硫化物ガラスの重量との合計に対する硫化鉄の重量の割合は、50%で一定とした(図4参照)。そして、各サンプル間では、導電性カーボンの添加量を、0〜50重量%の範囲で異ならせた。 Specifically, in samples S61 to S64, the ratio of the weight of iron sulfide to the sum of the weight of iron sulfide and the weight of sulfide glass was fixed at 50% (see FIG. 4). And the addition amount of electroconductive carbon was varied in the range of 0 to 50 weight% between each sample.
各原料の秤量の条件、メカニカルミリングの条件、および、集電体と共に正極合材をプレス成形して第3の正極ペレットを作製する条件は、第2の正極ペレットと同様とした。 The conditions for weighing each raw material, the conditions for mechanical milling, and the conditions for producing the third positive electrode pellet by press-molding the positive electrode mixture together with the current collector were the same as those for the second positive electrode pellet.
[第4の正極ペレットの作製(S41)]
サンプルS41の全固体電池の正極電極層は、正極活物質であるLi4Ti5O12と、硫化物ガラスと、ケッチェンブラックとを含む第4の正極ペレットによって構成した。第4の正極ペレットを作製するために、まず、正極活物質であるLi4Ti5O12(石原産業製)と、硫化物ガラスと、ケッチェンブラック(三菱化学製、EC600JD)とを原料とする正極合材を作製した。正極合材は、上記したLi4Ti5O12と硫化物ガラスとケッチェンブラックとを、重量比70:30:10で秤量し、メカニカルミリングで混合することにより作製した。メカニカルミリングは、遊星ボールミル(フリッチュ社製、P−6型)にて、45ccのジルコニアポットとΦ4mmのジルコニアボール200個を用いて、アルゴン雰囲気にて、回転数230rpmで1時間行なった。第4の正極ペレットは、加圧成形可能な直径10mmの円形型内で、集電体として用いるSUS基材と正極合材約15mgとをこの順番で積層し、180Mpaでプレス成形することにより作製した。
[Fabrication of fourth positive electrode pellet (S41)]
The positive electrode layer of the all-solid-state battery of sample S41 was composed of a fourth positive electrode pellet containing Li 4 Ti 5 O 12 as a positive electrode active material, sulfide glass, and ketjen black. In order to produce the fourth positive electrode pellet, first, Li 4 Ti 5 O 12 (manufactured by Ishihara Sangyo) which is a positive electrode active material, sulfide glass, and Ketjen Black (manufactured by Mitsubishi Chemical, EC600JD) are used as raw materials. A positive electrode composite was produced. The positive electrode mixture was prepared by weighing the above Li 4 Ti 5 O 12 , sulfide glass, and ketjen black at a weight ratio of 70:30:10 and mixing by mechanical milling. Mechanical milling was performed for 1 hour at a rotation speed of 230 rpm in an argon atmosphere using a 45 cc zirconia pot and 200 Φ4 mm zirconia balls using a planetary ball mill (Fritsch, P-6 type). The fourth positive electrode pellet is produced by laminating a SUS base material used as a current collector and about 15 mg of a positive electrode mixture in this order in a circular mold having a diameter of 10 mm that can be pressure-molded, and press-molding at 180 Mpa. did.
[負極ペレットの作製(S41以外)]
サンプルS41以外の全固体電池が備える負極電極層を設けるために用いる負極ペレットは、以下のように作製した。負極ペレットを作製するために、まず、負極活物質としてのLiAl(本城金属製)と硫化物ガラスとを原料とする負極合材を作製した。負極合材は、上記したLiAlと硫化物ガラスとを、アルゴン雰囲気下にて、重量比50:50で秤量して乳鉢を用いて混合することで作製した。負極電極層を構成する負極ペレットは、加圧成形可能な直径10mmの円形型内で、集電体として用いるSUS基材と負極合材約50mgとをこの順番で積層し、360Mpaでプレス成形することにより作製した。
[Preparation of negative electrode pellet (other than S41)]
The negative electrode pellet used for providing the negative electrode layer provided in the all-solid-state battery other than sample S41 was prepared as follows. In order to produce a negative electrode pellet, first, a negative electrode mixture was produced using LiAl (manufactured by Honjo Metal) as a negative electrode active material and sulfide glass as raw materials. The negative electrode composite material was prepared by weighing the above-described LiAl and sulfide glass in an argon atmosphere at a weight ratio of 50:50 and mixing them using a mortar. The negative electrode pellet constituting the negative electrode layer is formed by laminating a SUS base material used as a current collector and about 50 mg of a negative electrode mixture in this order in a circular mold having a diameter of 10 mm, which can be pressure-molded, and press-molded at 360 Mpa. It was prepared.
[負極ペレットの作製(S41)]
サンプルS41の全固体電池が備える負極電極層を設けるために用いる負極ペレットは、サンプルS41以外の全固体電池のための負極ペレットと同様の負極合材を用いて作製したが、プレス成形の条件が異なる。すなわち、加圧成形可能な直径10mmの円形型内で、集電体として用いるSUS基材と負極合材約15mgとをこの順番で積層し、180Mpaでプレス成形することにより作製した。
[Preparation of negative electrode pellet (S41)]
The negative electrode pellet used for providing the negative electrode layer included in the all solid battery of sample S41 was prepared using the same negative electrode mixture as the negative electrode pellet for all solid batteries other than sample S41. Different. That is, it was produced by laminating a SUS base material used as a current collector and about 15 mg of a negative electrode mixture in this order in a circular mold having a diameter of 10 mm that can be pressure-molded, and press-molding at 180 Mpa.
[電池作製]
各々の全固体電池は、以下のように作製した。まず、固体電解質層として、既述したようにLAGP焼結体を作製して、直径10mm、厚さ350μmの焼結体を用意した。また、各々の全固体電池に対応する正極ペレットおよび負極ペレットを作製した。その後、正極ペレット、LAGP焼結体、および負極ペレットの各部材を、この順序で、各ペレットのSUS集電体が外側に面するように積層して積層体を得た。そして、SUS集電体を介して約50MPaの圧力で積層体を挟持することで、各部材を固定して全固体電池を作製した。
[Battery fabrication]
Each all-solid-state battery was produced as follows. First, as described above, a LAGP sintered body was prepared as a solid electrolyte layer, and a sintered body having a diameter of 10 mm and a thickness of 350 μm was prepared. Moreover, the positive electrode pellet and negative electrode pellet corresponding to each all-solid-state battery were produced. Then, each member of the positive electrode pellet, the LAGP sintered body, and the negative electrode pellet was laminated in this order so that the SUS current collector of each pellet faced the outside to obtain a laminate. Then, by sandwiching the laminated body with a pressure of about 50 MPa through the SUS current collector, each member was fixed to produce an all-solid battery.
[充放電測定]
各々の全固体電池について、充放電測定を行なった。硫黄を正極活物質としたサンプルS01〜S08、S11〜S17、S21〜S25、およびS31では、充放電測定としての定電流充放電試験は、電流密度0.064mA/cm2、放電カット電圧を1V、充電カット電圧を3Vとして、25℃の条件にて行なった。また、硫化鉄を正極活物質としたサンプルS51〜S56およびS61〜S64では、充放電測定としての定電流充放電試験は、電流密度0.064mA/cm2、放電カット電圧を0.3V、充電カット電圧を3Vとして、25℃の条件にて行なった。また、Li4Ti5O12を正極活物質としたサンプルS41では、充放電測定としての定電流充放電試験は、電流密度0.064mA/cm2、放電カット電圧を1V、充電カット電圧を1.7Vとして、25℃の条件にて行なった。いずれの場合も、上記定電流充放電試験には、(株)ナガノ製の充放電試験装置(BTS2004H)を用いた。また、上記充放電測定の結果に基づいて、各々の全固体電池について、放電容量を求めた。充放電測定は、2回繰り返して行ない、値がより安定する2サイクル目の放電容量を求めた。
[Charge / discharge measurement]
For each all solid state battery, charge / discharge measurement was performed. In the samples S01 to S08, S11 to S17, S21 to S25, and S31 using sulfur as a positive electrode active material, the constant current charge / discharge test as the charge / discharge measurement has a current density of 0.064 mA / cm 2 and a discharge cut voltage of 1V. The charge cut voltage was 3 V, and the conditions were 25 ° C. Further, in samples S51 to S56 and S61 to S64 using iron sulfide as a positive electrode active material, a constant current charge / discharge test as charge / discharge measurement was performed at a current density of 0.064 mA / cm 2 and a discharge cut voltage of 0.3V. The cut voltage was set to 3V and the conditions were 25 ° C. Further, in sample S41 using Li 4 Ti 5 O 12 as the positive electrode active material, the constant current charge / discharge test as the charge / discharge measurement was performed at a current density of 0.064 mA / cm 2 , a discharge cut voltage of 1 V, and a charge cut voltage of 1 .7V, and the conditions were 25 ° C. In either case, a charge / discharge test apparatus (BTS2004H) manufactured by Nagano Co., Ltd. was used for the constant current charge / discharge test. Moreover, discharge capacity was calculated | required about each all-solid-state battery based on the result of the said charging / discharging measurement. The charge / discharge measurement was repeated twice, and the discharge capacity at the second cycle at which the value was more stable was determined.
図5〜図8は、充放電測定の一例として、サンプルS03、S13,S31、S62、およびS41の各々について充放電測定を行なった結果を示す説明図である。このような充放電測定の結果に基づいて求めた各々の全固体電池の放電容量を、図3および図4に示している。なお、放電容量は、正極活物質の単位重量当たりに換算して算出した。 5-8 is explanatory drawing which shows the result of having performed charging / discharging measurement about each of sample S03, S13, S31, S62, and S41 as an example of charging / discharging measurement. FIG. 3 and FIG. 4 show the discharge capacity of each all solid state battery determined based on the result of such charge / discharge measurement. The discharge capacity was calculated by converting per unit weight of the positive electrode active material.
図9は、サンプルS01〜S08、S11〜S17、およびS21〜S25の各々について放電容量を求めた結果に基づいて、導電性カーボンの添加量と放電容量との関係をまとめた説明図である。図9に示すように、硫黄の重量と硫化物ガラスの重量との合計に対する硫黄の割合が、33.3重量%、50重量%、66.7重量%のいずれの場合であっても、導電性カーボンの添加量が8.33重量%程度までは、導電性カーボンの添加量が増加するほど、放電容量も増加した。そして、導電性カーボンの添加量がそれ以上多くなると、導電性カーボンの添加量が増加するほど、放電容量は次第に低下した。 FIG. 9 is an explanatory diagram summarizing the relationship between the amount of conductive carbon added and the discharge capacity based on the results of obtaining the discharge capacity for each of samples S01 to S08, S11 to S17, and S21 to S25. As shown in FIG. 9, even when the ratio of sulfur to the sum of the weight of sulfur and the weight of sulfide glass is 33.3% by weight, 50% by weight, or 66.7% by weight, the conductive When the amount of conductive carbon added was up to about 8.33% by weight, the discharge capacity increased as the amount of conductive carbon added increased. And when the addition amount of the conductive carbon further increased, the discharge capacity gradually decreased as the addition amount of the conductive carbon increased.
ここで、各サンプルの内、サンプルS02〜S07(A=33.3、4.17≦B≦100)、S12〜S16(A=50、4.17≦B≦100)、S22〜S24(A=66.7、4.17≦B≦16.7)は、放電容量の値として、Li4Ti5O12を正極活物質に用いたサンプルS41の放電容量よりも大きい200mAh/g以上の値を示した。なお、上記Aは、正極活物質と硫化物系リチウムイオン伝導性固体電解質との合計重量に対する、正極活物質の重量の比を、A/100と表わしたときのAの値である。また、上記Bは、正極活物質と硫化物ガラスとの合計重量に対する、導電性カーボンの重量の比を、B/100と表わしたときのBの値である。 Here, among the samples, samples S02 to S07 (A = 33.3, 4.17 ≦ B ≦ 100), S12 to S16 (A = 50, 4.17 ≦ B ≦ 100), S22 to S24 (A = 66.7, 4.17 ≦ B ≦ 16.7) is a value of 200 mAh / g or more which is larger than the discharge capacity of sample S41 using Li 4 Ti 5 O 12 as the positive electrode active material as the discharge capacity value. showed that. In addition, said A is a value of A when the ratio of the weight of a positive electrode active material with respect to the total weight of a positive electrode active material and a sulfide type lithium ion conductive solid electrolyte is represented as A / 100. Further, B is a value of B when the ratio of the weight of the conductive carbon to the total weight of the positive electrode active material and the sulfide glass is represented as B / 100.
これに対して、サンプルS01(A=33.3、B=2.08)、S08(A=33.3、B=150)、S11(A=50、B=2.08)、S17(A=50、B=150)、S21(A=66.7、B=2.08)、S25(A=66.7、B=66.7)では、放電容量の値は200mAh/g未満であった。サンプルS01、S11、S21については、導電性カーボンの混合量が少ないために、正極電極層内において十分な電子伝導パスが形成されず、放電容量が抑えられたと考えられる。また、サンプルS08、S17、S25については、導電性カーボンの混合量が過剰であって、硫化物ガラスの混合割合が相対的に少ないために、正極電極層内でイオン伝導パスの形成が不十分になり、放電容量が抑えられたと考えられる。 In contrast, samples S01 (A = 33.3, B = 2.08), S08 (A = 33.3, B = 150), S11 (A = 50, B = 2.08), S17 (A = 50, B = 150), S21 (A = 66.7, B = 2.08), S25 (A = 66.7, B = 66.7), the discharge capacity value was less than 200 mAh / g. It was. Regarding Samples S01, S11, and S21, since the amount of conductive carbon mixed is small, it is considered that a sufficient electron conduction path was not formed in the positive electrode layer, and the discharge capacity was suppressed. In addition, in Samples S08, S17, and S25, the amount of conductive carbon mixed is excessive, and the mixing ratio of sulfide glass is relatively small, so that an ion conduction path is not sufficiently formed in the positive electrode layer. It is thought that the discharge capacity was suppressed.
また、硫黄と硫化物ガラスの混合割合、および導電性カーボンの混合割合が同じであって(A=50、B=8.33)、硫黄の粒径が異なるサンプルS13とS31とを比較すると、粒径がより小さいサンプルS31の方が、放電容量が大きかった(図3参照)。 Moreover, when the mixing ratio of sulfur and sulfide glass and the mixing ratio of conductive carbon are the same (A = 50, B = 8.33), and samples S13 and S31 having different particle sizes of sulfur are compared, Sample S31 with a smaller particle size had a larger discharge capacity (see FIG. 3).
図10は、サンプルS51〜S56の各々について放電容量を求めた結果に基づいて、硫化鉄の混合割合と放電容量との関係をまとめた説明図である。図10に示すように、硫化鉄の重量と硫化物ガラスの重量との合計に対する硫化鉄の割合が50〜70重量%程度までは、硫化鉄の混合割合が増加するほど、放電容量も増加した。そして、硫化鉄の混合割合がそれ以上多くなると、硫化鉄の混合割合が増加するほど、放電容量は次第に低下した。 FIG. 10 is an explanatory diagram summarizing the relationship between the mixing ratio of iron sulfide and the discharge capacity based on the result of obtaining the discharge capacity for each of samples S51 to S56. As shown in FIG. 10, when the ratio of iron sulfide to the total weight of iron sulfide and sulfide glass is about 50 to 70% by weight, the discharge capacity increases as the mixing ratio of iron sulfide increases. . And when the mixing ratio of iron sulfide further increased, the discharge capacity gradually decreased as the mixing ratio of iron sulfide increased.
ここで、各サンプルの内、サンプルS52〜S55(30≦A≦80、B=0)は、放電容量の値として、Li4Ti5O12を正極活物質に用いたサンプルS41の放電容量よりも高い200mAh/g以上の値を示した。なお、上記Aの値およびBの値は、既述した通りである。これに対して、サンプルS51(A=20、B=0)、S56(A=90、B=0)では、放電容量の値は200mAh/g未満であった。サンプルS51については、導電性カーボンの混合量が少ないために、正極電極層内において十分な電子伝導パスが形成されず、放電容量が抑えられたと考えられる。また、サンプルS56については、導電性カーボンの混合量が過剰であって、硫化物ガラスの混合割合が相対的に少ないために、正極電極層内でイオン伝導パスの形成が不十分になり、放電容量が抑えられたと考えられる。 Here, among the samples, samples S52 to S55 (30 ≦ A ≦ 80, B = 0) are obtained from the discharge capacity of sample S41 using Li 4 Ti 5 O 12 as the positive electrode active material as the discharge capacity value. Also showed a high value of 200 mAh / g or more. The values A and B are as described above. On the other hand, in the samples S51 (A = 20, B = 0) and S56 (A = 90, B = 0), the discharge capacity value was less than 200 mAh / g. Regarding sample S51, since the amount of conductive carbon mixed is small, it is considered that a sufficient electron conduction path was not formed in the positive electrode layer, and the discharge capacity was suppressed. In addition, for sample S56, the amount of conductive carbon mixed is excessive, and the mixing ratio of sulfide glass is relatively small, so that the formation of an ion conduction path is insufficient in the positive electrode layer, and the discharge is performed. It is thought that the capacity was suppressed.
図11は、サンプルS53、S61〜S64の各々について放電容量を求めた結果に基づいて、導電性カーボンの添加量と放電容量との関係をまとめた説明図である。図11に示すように、導電性カーボンの添加量が5〜10重量%程度までは、導電性カーボンの添加量が増加するほど、放電容量も増加した。そして、導電性カーボンの添加量がそれ以上多くなると、導電性カーボンの添加量が増加するほど、放電容量は次第に低下した。また、図11に示すように、導電性カーボンの添加量が30重量%以下のサンプルでは、導電性カーボンを添加しないサンプル(S53)よりも放電容量が向上した。これに対し、導電性カーボンの添加量が50重量%のサンプル(S54)では、導電性カーボンを添加しないサンプルよりも放電容量が低下した。これは、導電性カーボンの添加による電子伝導パスの増加による影響よりも、導電性カーボンの添加によるイオン伝導パスの相対的な減少の影響が大きいためと考えられる。ただし、いずれのサンプルにおいても、放電容量の値は200mAh/g以上であった。 FIG. 11 is an explanatory diagram summarizing the relationship between the amount of conductive carbon added and the discharge capacity based on the results of obtaining the discharge capacity for each of samples S53 and S61 to S64. As shown in FIG. 11, the discharge capacity increased as the amount of conductive carbon increased until the amount of conductive carbon added increased to about 5 to 10% by weight. And when the addition amount of the conductive carbon further increased, the discharge capacity gradually decreased as the addition amount of the conductive carbon increased. In addition, as shown in FIG. 11, the discharge capacity was improved in the sample in which the amount of conductive carbon added was 30% by weight or less than in the sample (S53) to which no conductive carbon was added. On the other hand, in the sample (S54) in which the amount of conductive carbon added was 50% by weight, the discharge capacity was lower than in the sample to which no conductive carbon was added. This is presumably because the influence of the relative decrease in the ion conduction path due to the addition of the conductive carbon is larger than the influence due to the increase in the electron conduction path due to the addition of the conductive carbon. However, in any sample, the value of the discharge capacity was 200 mAh / g or more.
[初期抵抗の測定]
各全固体電池について、内部抵抗(初期抵抗)を測定した。初期抵抗は、交流インピーダンス法により測定した。具体的には、ソーラトロン社製の周波数応答アナライザ1255Bとポテンショ/ガルバノスタット1470Eとを組み合わせた電気化学測定システムにより、測定を行なった。28℃における各サンプルの初期抵抗の値を、図3,4に示す。
[Measurement of initial resistance]
For each all solid state battery, the internal resistance (initial resistance) was measured. The initial resistance was measured by the AC impedance method. Specifically, the measurement was performed by an electrochemical measurement system in which a frequency response analyzer 1255B manufactured by Solartron and a potentio / galvanostat 1470E were combined. The value of the initial resistance of each sample at 28 ° C. is shown in FIGS.
図3に示すように、正極活物質として硫黄を用いたサンプル(S01〜S08、S11〜S17、S21〜S25、S31)の中では、導電性カーボンの添加量が2.08重量%であるサンプルS01、S11、S21の初期抵抗は500Ωを超えていたが、それ以外のサンプルの初期抵抗は500Ω以下であった。また、正極活物質である硫黄の粒径が異なるサンプルS13とS31とを比較すると、硫黄の粒径の小さいサンプルS3の方が初期抵抗が小さかった(S13:200Ω、S31:130Ω)。 As shown in FIG. 3, among the samples using sulfur as the positive electrode active material (S01 to S08, S11 to S17, S21 to S25, S31), the sample in which the amount of conductive carbon added is 2.08% by weight. The initial resistance of S01, S11, and S21 exceeded 500Ω, but the initial resistance of the other samples was 500Ω or less. In addition, when samples S13 and S31 having different particle sizes of sulfur, which are positive electrode active materials, were compared, sample S3 having a smaller particle size of sulfur had a smaller initial resistance (S13: 200Ω, S31: 130Ω).
また、図4に示すように、正極活物質として、硫黄よりも導電性が高い硫化鉄を用いる場合(S51〜S56、S61〜64)には、硫化鉄の混合割合が30重量%以下であって導電性カーボンを添加しないサンプル(S51、S52)以外のサンプルは、初期抵抗が1000Ω以下であった。特に、サンプルS53とS61〜S64とを比較すると、導電性カーボンを添加することにより、初期抵抗が低減されることが確認された(S53:750Ω、S61〜S64:400Ω以下)。 Further, as shown in FIG. 4, when iron sulfide having higher conductivity than sulfur is used as the positive electrode active material (S51 to S56, S61 to 64), the mixing ratio of iron sulfide is 30% by weight or less. Samples other than the samples (S51, S52) to which no conductive carbon was added had an initial resistance of 1000Ω or less. In particular, when samples S53 and S61 to S64 were compared, it was confirmed that the initial resistance was reduced by adding conductive carbon (S53: 750Ω, S61 to S64: 400Ω or less).
本発明は、上述の実施形態や実施例、変形例に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態、実施例、変形例中の技術的特徴は、上述の課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。 The present invention is not limited to the above-described embodiments, examples, and modifications, and can be realized with various configurations without departing from the spirit thereof. For example, the technical features in the embodiments, examples, and modifications corresponding to the technical features in each embodiment described in the summary section of the invention are to solve some or all of the above-described problems, or In order to achieve part or all of the above effects, replacement or combination can be performed as appropriate. Further, if the technical feature is not described as essential in the present specification, it can be deleted as appropriate.
10,100…全固体電池
15…電池本体
20,120…正極電極層
30…負極電極層
40…固体電解質層
50,60…集電体
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10,100 ... All-solid-
Claims (14)
前記正極電極層は、正極活物質である硫黄(S)と、硫化物系リチウムイオン伝導性固体電解質と、導電性カーボンと、を混合して形成されており、
前記正極電極層において、前記硫黄と前記硫化物系リチウムイオン伝導性固体電解質との合計重量に対する、前記硫黄の重量の比を、A/100と表わしたときに、Aの値が30≦A≦70であることを特徴とする全固体電池。 In an all-solid-state battery comprising a positive electrode layer, a negative electrode layer, and an electrolyte layer composed of an oxide-based lithium ion conductive solid electrolyte,
The positive electrode layer is formed by mixing sulfur (S) as a positive electrode active material, a sulfide-based lithium ion conductive solid electrolyte, and conductive carbon ,
In the positive electrode layer, when the ratio of the weight of sulfur to the total weight of the sulfur and the sulfide-based lithium ion conductive solid electrolyte is expressed as A / 100, the value of A is 30 ≦ A ≦ An all-solid-state battery, which is 70 .
前記正極電極層において、
前記硫黄と前記硫化物系リチウムイオン伝導性固体電解質との合計重量に対する、前記硫黄の重量の比を、A/100と表わしたときに、Aの値が30≦A≦55であり、
前記硫黄と前記硫化物系リチウムイオン伝導性固体電解質との合計重量に対する、前記導電性カーボンの重量の比を、B/100と表わしたときに、Bの値が3≦B≦100であることを特徴とする
全固体電池。 The all-solid-state battery according to claim 1 ,
In the positive electrode layer,
When the ratio of the weight of sulfur to the total weight of the sulfur and the sulfide-based lithium ion conductive solid electrolyte is expressed as A / 100, the value of A is 30 ≦ A ≦ 55,
When the ratio of the weight of the conductive carbon to the total weight of the sulfur and the sulfide-based lithium ion conductive solid electrolyte is expressed as B / 100, the value of B is 3 ≦ B ≦ 100. All-solid battery characterized by
前記正極電極層において、
前記硫黄と前記硫化物系リチウムイオン伝導性固体電解質との合計重量に対する、前記硫黄の重量の比を、A/100と表わしたときに、Aの値が55<A≦70であり、
前記硫黄と前記硫化物系リチウムイオン伝導性固体電解質との合計重量に対する、前記導電性カーボンの重量の比を、B/100と表わしたときに、Bの値が4≦B≦20であることを特徴とする
全固体電池。 The all-solid-state battery according to claim 1 ,
In the positive electrode layer,
When the ratio of the weight of the sulfur to the total weight of the sulfur and the sulfide-based lithium ion conductive solid electrolyte is expressed as A / 100, the value of A is 55 <A ≦ 70,
When the ratio of the weight of the conductive carbon to the total weight of the sulfur and the sulfide-based lithium ion conductive solid electrolyte is expressed as B / 100, the value of B is 4 ≦ B ≦ 20. All-solid battery characterized by
前記導電性カーボンは、ケッチェンブラックであることを特徴とする全固体電池。 The all-solid-state battery according to any one of claims 1 to 3 ,
The all-solid-state battery, wherein the conductive carbon is ketjen black.
前記硫化物系リチウムイオン伝導性固体電解質は、以下の式(1) The sulfide-based lithium ion conductive solid electrolyte has the following formula (1):
XLi XLi 22 S−(1−X)PS- (1-X) P 22 SS 55 …(1) ... (1)
(式中、Xは、0.65≦X≦0.80である)(In the formula, X is 0.65 ≦ X ≦ 0.80)
で表わされる固体電解質であることを特徴とする全固体電池。 An all-solid battery characterized by being a solid electrolyte represented by
前記正極電極層は、正極活物質である金属硫化物と、硫化物系リチウムイオン伝導性固体電解質と、を混合して形成されており、
前記正極活物質は、FeS 2 であり、
前記正極電極層において、前記正極活物質と前記硫化物系リチウムイオン伝導性固体電解質との合計重量に対する、前記正極活物質の重量の比を、A/100と表わしたときに、Aの値が40≦A≦80であることを特徴とする全固体電池。 In an all-solid-state battery comprising a positive electrode layer, a negative electrode layer, and an electrolyte layer composed of an oxide-based lithium ion conductive solid electrolyte,
The positive electrode layer is formed by mixing a metal sulfide that is a positive electrode active material and a sulfide-based lithium ion conductive solid electrolyte ,
The positive electrode active material is FeS 2 ;
In the positive electrode layer, when the ratio of the weight of the positive electrode active material to the total weight of the positive electrode active material and the sulfide-based lithium ion conductive solid electrolyte is expressed as A / 100, the value of A is 40 <= A <= 80, The all-solid-state battery characterized by the above-mentioned.
前記正極電極層には、さらに、導電性カーボンが混合されており、
前記正極電極層において、前記正極活物質と前記硫化物系リチウムイオン伝導性固体電解質との合計重量に対する、前記導電性カーボンの重量の比を、B/100と表わしたときに、Bの値がB≦40であることを特徴とする
全固体電池。 The all-solid-state battery according to claim 6 ,
The positive electrode layer is further mixed with conductive carbon,
In the positive electrode layer, when the ratio of the weight of the conductive carbon to the total weight of the positive electrode active material and the sulfide-based lithium ion conductive solid electrolyte is expressed as B / 100, the value of B is An all-solid battery, wherein B ≦ 40.
電流密度を0.064mA/cm2、放電カット電圧を1V、充電カット電圧を3Vとして、25℃にて定電流充放電を複数回行なったときの2サイクル目の放電容量が200mA/g以上であることを特徴とする全固体電池。 The all-solid-state battery according to any one of claims 1 to 5 ,
With a current density of 0.064 mA / cm 2 , a discharge cut voltage of 1 V, and a charge cut voltage of 3 V, the discharge capacity in the second cycle when performing constant current charge / discharge multiple times at 25 ° C. is 200 mA / g or more. An all-solid-state battery characterized by being.
電流密度を0.064mA/cm2、放電カット電圧を0.3V、充電カット電圧を3Vとして、25℃にて定電流充放電を複数回行なったときの2サイクル目の放電容量が200mA/g以上であることを特徴とする全固体電池。 The all-solid-state battery according to claim 6 or 7 ,
When the current density is 0.064 mA / cm 2 , the discharge cut voltage is 0.3 V, the charge cut voltage is 3 V, and the constant current charge / discharge is performed several times at 25 ° C., the discharge capacity at the second cycle is 200 mA / g. An all-solid battery characterized by the above.
前記正極活物質は、FeS The positive electrode active material is FeS. 22 およびFeSから選択されることを特徴とする全固体電池。And an all solid state battery selected from FeS.
前記硫化物系リチウムイオン伝導性固体電解質は、以下の式(1) The sulfide-based lithium ion conductive solid electrolyte has the following formula (1):
XLi XLi 22 S−(1−X)PS- (1-X) P 22 SS 55 …(1) ... (1)
(式中、Xは、0.65≦X≦0.80である)(In the formula, X is 0.65 ≦ X ≦ 0.80)
で表わされる固体電解質であることを特徴とする全固体電池。 An all-solid battery characterized by being a solid electrolyte represented by
前記酸化物系リチウムイオン伝導性固体電解質は、以下の式(2)
Li1+YAlYM2−Y(PO4)3 …(2)
(式中、Mは、ゲルマニウム、チタン、ハフニウム、ジルコニウムからなる群から選択される少なくとも1種であり、Yは、0<Y<1である)
で表わされる固体電解質であることを特徴とする全固体電池。 The all-solid-state battery according to any one of claims 1 to 11 ,
The oxide-based lithium ion conductive solid electrolyte has the following formula (2):
Li 1 + Y Al Y M 2-Y (PO 4 ) 3 (2)
(Wherein M is at least one selected from the group consisting of germanium, titanium, hafnium, and zirconium, and Y is 0 <Y <1)
An all-solid battery characterized by being a solid electrolyte represented by
前記酸化物系リチウムイオン伝導性固体電解質は、式(2)中のMがゲルマニウムであることを特徴とする全固体電池。 The all-solid-state battery according to claim 12 ,
The oxide-based lithium ion conductive solid electrolyte is an all solid state battery in which M in the formula (2) is germanium.
前記酸化物系リチウムイオン伝導性固体電解質は、式(2)中のY=0.5であることを特徴とする全固体電池。 An all-solid-state battery according to claim 13 ,
The oxide-based lithium ion conductive solid electrolyte is Y = 0.5 in the formula (2), and is an all solid state battery.
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