JP6116315B2 - 全固体電池用材料及び全固体電池用材料の製造方法 - Google Patents
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Description
さらに、硫化物系無機固体電解質の粉体と電極活物質の粉体の混合材は、目開き53μmの振動篩と目開き20μmの振動篩を順次使用して分級されたものを使用することが好ましい。
リチウムイオン伝導性の硫化物系無機固体電解質の粉体と電極活物質の粉体とを混合して混合粉体を得る工程と、
当該混合粉体を加圧成形して成形体を得る工程と、
当該成形体を粉砕する工程と、
粒子径が20〜53μmの混合材を分級して得る工程と、を備えることを特徴とするものである。
また上記粒子径が20〜53μmの混合材を分級して得る工程において、混合材は、粗粉砕された粉体を目開き53μmの振動篩にかけて粒子径が53μm未満の混合材を採取され、さらに前記混合材を目開き20μmの振動篩にかけて粒子径が20μm未満の混合材が除去されて分級されることが好ましい。
本発明に係る全固体電池用材料は、硫化物系無機固体電解質1と電極活物質2とを含む電極合材である。
本実施の形態に係る全固体電池材料、すなわち上記の電極合材の製造方法は、硫化物系無機固体電解質1の粉体と電極活物質2の粉体とを混合して混合粉体を得る工程(工程a)と、混合粉体を加圧成形して成形体を得る工程(工程b)と、成形体を粉砕する工程(工程c)と、平均粒子径が10〜50μmの混合材を分級して得る工程(工程d)と、を備える。工程aにより得られる混合粉体のバルクの模式図を図1(a)に、工程bにより得られる成形体のバルクの模式図を図1(b)に、工程c及び工程dにより得られる造粒粉体3の粒子構造の模式図を図1(c)に、それぞれ示す。本実施の形態においては、正極合材及び負極合材の粒子構造は同じである。
固体電解質層6は、その材料は特に限定されるものではないが、本実施の形態においては、電極合材と同様にリチウムイオン伝導性の固体電解質、特にLi2S−P2S5系ガラスセラミックスを採用している。また、その平均粒子径は、1次粒子で1〜5μm、2次粒子で10μmである。
[実施例1]
露点が−80℃以下に管理された環境下において、正極活物質として平均粒子径6μmのリチウム・ニッケル・コバルト・アルミニウム複合酸化物(LiNi0.8Co0.15Al0.05O2、以下NCAと略称する)、硫化物系無機固体電解質1としてLi2S(70mol%)−P2S5(30mol%)を用い、1.4gの正極活物質の粉体と0.6gの硫化物系無機固体電解質1の粉体とを乳鉢で十分に混合して混合粉体を調製した。この混合粉体0.1gを図3に示す内径10mmの円筒金型7に充填し、油圧プレス機を用いて980MPa(10000kgf/cm2)で加圧してペレットを作製した。これを繰り返して10個のペレットを作製した。これらのペレットを乳鉢上にて粗粉砕し、目開き53μmの篩にかけ、粒子径53μm未満の粉体を採集した。さらに目開き20μmの超音波振動篩にかけて粒子径20μm未満を除去して、粒子径20〜53μmの正極合材の造粒粉体3を得た。なお、当然ながら、この造粒粉体3の平均粒子径は50μm以下である。
[比較例1]
実施例1と同じ正極活物質及び硫化物系無機固体電解質1を用いて、70mgの正極活物質の粉体と30mgの硫化物系無機固体電解質1の粉体とを乳鉢で十分に混合して正極合材(造粒なし)を調製した。この正極合材を使用する以外は全て実施例1と同様の工程で電池を組み立て、同様の評価を行った。放電比容量は141mAh/gであった。比較例1の充放電曲線を図4に示す。
[実施例2]
負極活物質として平均粒子径17μmの黒鉛、硫化物系無機固体電解質1としてLi2S(70mol%)−P2S5(30mol%)を用い、1.2gの負極活物質の粉体と0.8gの硫化物系無機固体電解質1の粉体とを乳鉢で十分に混合して混合粉体を調製した。この混合粉体を用いて実施例1と同様に、粒子径20〜53μm(平均粒子径50μm以下)の負極合材の造粒粉体3を得た。
[実施例3]
実施例1と同じ正極合材の造粒粉体3と実施例2と同じ負極合材の造粒粉体3を用いて実施例1と同様に電池を組み立て充放電特性を評価した。放電比容量は160mAh/gであった。
上記実施例においては、金型を使用した加圧成型によってペレットの作製を行ったが、これに限定されるものではなく、例えば、押出造粒、流動造粒、混合造粒等の造粒に通常用いられる方法を用いることができる。また、乳鉢により粉砕を行ったが、この代わりとして、破砕機等を用いることができる。そして、篩による分級を行ったが、この代わりとして、例えば気流分級や3次元振動分級等の分級に通常用いられる方法を用いることができる。また、造粒後の試料を整粒機により整粒してもよい。
さらに、固体電解質層6についても、電極合材と同様に物質と硫化物系無機固体電解質1の造粒したものを用いてもよい。この構成により、電極合材と同様、固体電解質層6の粉体の流動性を向上させ、組み立て装置内への付着を抑制することができる。
11 硫化物系無機固体電解質の連続相
2 電極活物質
3 造粒粉体
4 正極
41 正極集電体
42 正極合材層
5 負極
51 負極集電体
52 負極合材層
6 固体電解質層
7 円筒金型
8 プレスピン
9 プレスピン
10 絶縁体
Claims (6)
- 硫化物系無機固体電解質と電極活物質とを含む全固体電池用材料であって、
前記硫化物系無機固体電解質の粉体と前記電極活物質の粉体の混合材は、粒子径が20〜53μmであり、
混合材の粒子は、複数の電極活物質の粒子を含み、これら複数の電極活物質のうちのいくつかの粒子同士が互いに接して電子伝導パスが形成されるとともに、前記複数の電極活物質の粒子間に硫化物系無機固体電解質が充填されて結着し、両物質の界面にイオン電導パスが形成された構造を有することを特徴とする全固体電池用材料。 - 硫化物系無機固体電解質の粉体と電極活物質の粉体の混合材は、篩または気流あるいは3次元振動により分級されたものを使用することを特徴とする請求項1に記載の全固体電池用材料。
- 硫化物系無機固体電解質の粉体と電極活物質の粉体の混合材は、目開き53μmの振動篩と目開き20μmの振動篩を順次使用して分級されたものを使用することを特徴とする請求項1に記載の全固体電池用材料。
- 硫化物系無機固体電解質の粉体と電極活物質の粉体とを含む全固体電池用材料の製造方法であって、
リチウムイオン伝導性の硫化物系無機固体電解質の粉体と電極活物質の粉体とを混合して混合粉材を得る工程と、
当該混合粉材を加圧成形して成形体を得る工程と、
当該成形体を粉砕する工程と、
粒子径が20〜53μmの混合材を分級して得る工程と、を備えることを特徴とする全固体電池用材料の製造方法。 - 成形体を得る工程において、混合材を98MPa以上の圧力で加圧成形することを特徴とする請求項4に記載の全固体電池用材料の製造方法。
- 粒子径が20〜53μmの混合材を分級して得る工程において、
混合材は、粗粉砕された粉体を目開き53μmの振動篩にかけて粒子径が53μm未満の混合材を採取され、さらに前記混合材を目開き20μmの振動篩にかけて粒子径が20μm未満の混合材が除去されて分級された
ことを特徴とする請求項3または4に記載の全固体電池用材料の製造方法。
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