JP6153198B2 - All solid state secondary battery - Google Patents

All solid state secondary battery Download PDF

Info

Publication number
JP6153198B2
JP6153198B2 JP2013162181A JP2013162181A JP6153198B2 JP 6153198 B2 JP6153198 B2 JP 6153198B2 JP 2013162181 A JP2013162181 A JP 2013162181A JP 2013162181 A JP2013162181 A JP 2013162181A JP 6153198 B2 JP6153198 B2 JP 6153198B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
silica
active material
solid
positive electrode
secondary battery
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2013162181A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2015032498A (en
Inventor
晶 小島
晶 小島
淳一 丹羽
淳一 丹羽
一仁 川澄
一仁 川澄
敏勝 小島
敏勝 小島
竹内 友成
友成 竹内
境 哲男
哲男 境
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toyota Industries Corp
National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Original Assignee
Toyota Industries Corp
National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toyota Industries Corp, National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST filed Critical Toyota Industries Corp
Priority to JP2013162181A priority Critical patent/JP6153198B2/en
Publication of JP2015032498A publication Critical patent/JP2015032498A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP6153198B2 publication Critical patent/JP6153198B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries

Landscapes

  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)

Description

本発明は、全固体二次電池に関する。   The present invention relates to an all solid state secondary battery.

リチウム二次電池は、小型でエネルギー密度が高く、携帯電子機器の電源として広く用いられている。その正極活物質は、主としてLiCoO、LiMnなどの層状化合物が使われている。 Lithium secondary batteries are small and have high energy density, and are widely used as power sources for portable electronic devices. As the positive electrode active material, layered compounds such as LiCoO 2 and LiMn 2 O 4 are mainly used.

しかしながら、これらの化合物は満充電状態において、150℃前後で酸素が脱離しやすい。このため、非水電解液の酸化発熱反応を引き起こしやすいという問題がある。   However, these compounds tend to desorb oxygen at around 150 ° C. in a fully charged state. For this reason, there exists a problem that it is easy to cause the oxidation exothermic reaction of a non-aqueous electrolyte.

近年、正極活物質は、安価で、資源量が多く、環境負荷が低く、高いリチウムイオンの理論充放電容量を有し、且つ高温時に酸素を放出しないことが望まれている。かかる正極活物質として、LiFeSiO、LiMnSiOなどのリチウムシリケート系材料が開発されている。 In recent years, positive electrode active materials have been desired to be inexpensive, have a large amount of resources, have a low environmental load, have a high theoretical charge / discharge capacity of lithium ions, and do not release oxygen at high temperatures. As such a positive electrode active material, lithium silicate materials such as Li 2 FeSiO 4 and Li 2 MnSiO 4 have been developed.

また、非水電解液に該当する部分を安全性の高い固体電解質に代え、固体電解質を用いた全固体二次電池の開発が進められている。全固体二次電池としては、例えば、特許文献1に開示されているように、硫化物系固体電解質と、正極活物質材料と、負極活物質材料とを備え、正極活物質材料は、酸化物系正極活物質と、酸化物系正極活物質の表面を被覆し酸化物からなる反応抑制部とを有することが開示されている。   In addition, development of an all-solid secondary battery using a solid electrolyte instead of a solid electrolyte having a high safety instead of a portion corresponding to a non-aqueous electrolyte is being promoted. As an all solid state secondary battery, for example, as disclosed in Patent Document 1, a sulfide-based solid electrolyte, a positive electrode active material, and a negative electrode active material are provided, and the positive electrode active material is an oxide. It has been disclosed to have a system positive electrode active material and a reaction suppression part made of an oxide covering the surface of an oxide system positive electrode active material.

特許文献2には、電極活物質と、電極活物質の表面に融着した硫化物固体電解質材料とを有する電極が開示されている。特許文献3には、硫化物固体電解質材料と、硫化物固体電解質材料の表面に形成された酸化物層とを有する固体電解質粒子が開示されている。   Patent Document 2 discloses an electrode having an electrode active material and a sulfide solid electrolyte material fused to the surface of the electrode active material. Patent Document 3 discloses solid electrolyte particles having a sulfide solid electrolyte material and an oxide layer formed on the surface of the sulfide solid electrolyte material.

特開2010−170715号公報JP 2010-170715 A 特開2011−060649号公報JP 2011-060649 A 特開2012−094445号公報JP2012-094445A

しかしながら、特許文献1〜3に開示された全固体二次電池は、依然として電池特性が不十分である。   However, the all solid state secondary batteries disclosed in Patent Documents 1 to 3 still have insufficient battery characteristics.

本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであり、充放電特性に優れた全固体二次電池を提供することを課題とする。   This invention is made | formed in view of this situation, and makes it a subject to provide the all-solid-state secondary battery excellent in the charge / discharge characteristic.

本発明の全固体二次電池は、Li、遷移金属、Si及びOを含むリチウムシリケート系材料を有する活物質部及び活物質部の表面に形成された無機酸化物を有する無機酸化物部をもつ複合材料を含む正極と、リチウムイオンを吸蔵・放出し得る負極活物質を含む負極と、LiS及びPを有する固体電解質とを備えていることを特徴とする。 The all-solid-state secondary battery of the present invention has an active material part having a lithium silicate material containing Li, transition metal, Si and O, and an inorganic oxide part having an inorganic oxide formed on the surface of the active material part It is characterized by comprising a positive electrode including a composite material, a negative electrode including a negative electrode active material capable of inserting and extracting lithium ions, and a solid electrolyte having Li 2 S and P 2 S 5 .

本発明の全固体二次電池によれば、正極を構成する複合材料が、リチウムシリケート系材料を有する活物質部と、活物質部の表面に形成され無機酸化物を有する無機酸化物部とをもち、固体電解質がLiS−Pを有する。このため、充放電特性に優れている。 According to the all solid state secondary battery of the present invention, the composite material constituting the positive electrode includes an active material part having a lithium silicate material, and an inorganic oxide part having an inorganic oxide formed on the surface of the active material part. Also, the solid electrolyte has Li 2 S—P 2 S 5 . For this reason, it is excellent in charging / discharging characteristics.

シリカコート前のリチウム鉄シリケート及びシリカコート後の複合材料のXRDスペクトルを示す線図である。It is a diagram which shows the XRD spectrum of the lithium iron silicate before a silica coat, and the composite material after a silica coat. シリカコート前のリチウム鉄シリケートのSEM写真及びSEM−EDXによる原子比を示す表である。It is a table | surface which shows the atomic ratio by the SEM photograph and SEM-EDX of the lithium iron silicate before a silica coat. シリカコート後の複合材料のSEM写真及びSEM−EDXによる原子比を示す表である。It is a table | surface which shows the atomic ratio by the SEM photograph and SEM-EDX of the composite material after a silica coat. 活物質の全表面がシリカを含む皮膜状のシリカ部で被覆された場合を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the case where the whole surface of an active material is coat | covered with the film-form silica part containing a silica. 活物質の表面に複数のシリカを含むシリカ部が形成された場合を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the case where the silica part containing several silica is formed in the surface of an active material. 全固体二次電池の断面説明図である。It is sectional explanatory drawing of an all-solid-state secondary battery. 実施例1及び参考例1の電池の充放電曲線を示す図である。It is a figure which shows the charging / discharging curve of the battery of Example 1 and Reference Example 1. 参考例2,3の電池の充放電曲線を示す図である。It is a figure which shows the charging / discharging curve of the battery of the reference examples 2 and 3. FIG. 参考例4の電池の充放電曲線を示す図である。It is a figure which shows the charging / discharging curve of the battery of Reference Example 4.

本発明の全固体二次電池は、正極と負極と固体電解質とを備えている。正極は、リチウムシリケート系材料を有する活物質部と、活物質部の表面に形成され無機酸化物を有する無機酸化物部とをもつ複合材料を含む。   The all solid state secondary battery of the present invention includes a positive electrode, a negative electrode, and a solid electrolyte. The positive electrode includes a composite material having an active material part having a lithium silicate-based material and an inorganic oxide part having an inorganic oxide formed on the surface of the active material part.

活物質部は、Li、遷移金属、Si及びOを含むリチウムシリケート系材料を有する。リチウムシリケート系材料は、リチウムイオンを吸蔵・放出し得る正極活物質である。リチウムシリケート系材料に含まれる遷移金属は、例えば、Fe、Mn、Co、Ni、Nb、Ti、Cr、Cu、Zr、V、Mo及びWからなる群から選ばれた少なくとも一種の元素である。   The active material part has a lithium silicate-based material containing Li, transition metal, Si and O. The lithium silicate-based material is a positive electrode active material that can occlude and release lithium ions. The transition metal contained in the lithium silicate-based material is, for example, at least one element selected from the group consisting of Fe, Mn, Co, Ni, Nb, Ti, Cr, Cu, Zr, V, Mo, and W.

リチウムシリケート系材料は、例えば、組成式Li2+a―b1−xM’SiO4+δ(式中、AはNa、K、Rb、Csの群から選ばれた少なくとも一種の元素であり、MはFe及びMn、Coからなる群から選ばれた少なくとも一種の元素であり、M’はMg、Ca、Al、Ni、Nb、Ti、Cr、Cu、Zn、Zr、V、Mo及びWからなる群から選ばれた少なくとも一種の元素である。各添字は次のとおりである。0≦a<1、0≦b<0.2、0≦x≦0.5、δ≧0)で表されることが好ましい。上記組成式の中の、Li、A、M、M’、Si、Oの一部が他の元素で置換されていてもよい。他の元素で置換される場合には、容量に悪影響がない範囲で行われることが好ましい。不可避的に生じるLi、A、M、M’、Si又はOの欠損や化合物の酸化により、上記組成式からわずかにずれた組成をもつリチウムシリケート系材料も含む。 The lithium silicate-based material is, for example, a composition formula Li 2 + ab Ab M 1-x M ′ x SiO 4 + δ (where A is at least one element selected from the group of Na, K, Rb, and Cs) , M is at least one element selected from the group consisting of Fe, Mn, and Co, and M ′ is Mg, Ca, Al, Ni, Nb, Ti, Cr, Cu, Zn, Zr, V, Mo, and W. And at least one element selected from the group consisting of the following: 0 ≦ a <1, 0 ≦ b <0.2, 0 ≦ x ≦ 0.5, δ ≧ 0) It is preferably represented. A part of Li, A, M, M ′, Si, and O in the above composition formula may be substituted with another element. In the case of substitution with other elements, it is preferably performed within a range that does not adversely affect the capacity. Lithium silicate materials having a composition slightly deviating from the above composition formula due to unavoidable loss of Li, A, M, M ′, Si or O and oxidation of the compound are also included.

リチウムシリケート系材料は、たとえば、組成式LiSiO(Mは、Fe、Mn、Coで表される化合物があげられる。具体的には、例えば、LiFeSiO、LiMnSiO4、LiCoSiOが挙げられる。中でも、LiFeSiOがよい。 Examples of the lithium silicate-based material include a composition formula Li 2 M 1 SiO 4 (M 1 is a compound represented by Fe, Mn, Co. Specifically, for example, Li 2 FeSiO 4 , Li 2 MnSiO 4, Li 2 CoSiO 4. Among them, Li 2 FeSiO 4 is preferable.

リチウムシリケート系材料は、オリビン構造をもつことが好ましく、また、単斜晶であり、空間群P21/nに帰属するのがよい。リチウムシリケート系化合物は、例えば、溶融塩法、固相法、水熱法などにより製造することができる。 The lithium silicate-based material preferably has an olivine structure, and is monoclinic and should belong to the space group P2 1 / n . The lithium silicate compound can be produced, for example, by a molten salt method, a solid phase method, a hydrothermal method, or the like.

活物質部は、リチウムシリケート系材料の他の正極活物質を有していてもよい。   The active material part may have another positive electrode active material of a lithium silicate material.

複合材料は、リチウムシリケート系材料を有する活物質部と、活物質部の表面に形成された無機酸化物部とを有する。無機酸化物部が活物質部表面に形成されると、活物質部に含まれる遷移金属(例えば、Fe)と、固体電解質に含まれるS(硫黄)との反応が抑制される。このため、正極活物質と固体電解質との破壊が抑制され、充放電特性が向上すると考えられる。   The composite material has an active material part having a lithium silicate material and an inorganic oxide part formed on the surface of the active material part. When the inorganic oxide part is formed on the surface of the active material part, the reaction between the transition metal (for example, Fe) contained in the active material part and S (sulfur) contained in the solid electrolyte is suppressed. For this reason, it is thought that destruction with a positive electrode active material and a solid electrolyte is suppressed, and a charge / discharge characteristic improves.

固体電解質の表面に無機酸化物部を形成した場合にも、活物質部に含まれる遷移金属(例えば、Fe)と、固体電解質に含まれるS(硫黄)との反応が抑制される。しかし、無機酸化物部を硫化物固体電解質の表面に形成するときに、硫化水素が発生するおそれがあるため、取扱いにくい。   Also when the inorganic oxide part is formed on the surface of the solid electrolyte, the reaction between the transition metal (for example, Fe) contained in the active material part and S (sulfur) contained in the solid electrolyte is suppressed. However, when the inorganic oxide portion is formed on the surface of the sulfide solid electrolyte, hydrogen sulfide may be generated, which is difficult to handle.

本発明では、硫黄を含まない活物質部の表面に無機酸化物部を形成している。このため、無機酸化物部反応時に硫化水素が発生せず、取扱いやすい。かかる観点から、固体電解質の表面に無機酸化物部を形成する場合よりも、活物質部表面に無機酸化物部を形成する場合の方が好ましい。   In this invention, the inorganic oxide part is formed in the surface of the active material part which does not contain sulfur. For this reason, hydrogen sulfide is not generated during the reaction of the inorganic oxide part and is easy to handle. From this viewpoint, it is preferable to form the inorganic oxide portion on the surface of the active material portion, rather than forming the inorganic oxide portion on the surface of the solid electrolyte.

無機酸化物部は、活物質部の表面全体を薄膜状に被覆しているか、または、活物質部の表面に微粒子状に付着していると推定される。   It is presumed that the inorganic oxide portion covers the entire surface of the active material portion in a thin film shape or is attached to the surface of the active material portion in the form of fine particles.

無機酸化物部を構成する無機酸化物としては、例えば、シリカ(SiO)、ジルコニア(ZrO)、アルミナ(Al)、セリア(CeO)、酸化マグネシウム、酸化カルシウム、酸化チタン、酸化ニオブ、酸化タンタル、酸化モリブデン、酸化タングステンなどの酸化物が挙げられる。この中、無機酸化物部はシリカを有するシリカ部をもつとよい。シリカ部は、その全体がシリカからなる場合でもよいが、シリカ部の一部にシリカを有していて他の無機酸化物と混合していても良い。 Examples of the inorganic oxide constituting the inorganic oxide part include silica (SiO 2 ), zirconia (ZrO 2 ), alumina (Al 2 O 3 ), ceria (CeO 2 ), magnesium oxide, calcium oxide, titanium oxide, Examples of the oxide include niobium oxide, tantalum oxide, molybdenum oxide, and tungsten oxide. Among these, the inorganic oxide part may have a silica part having silica. The silica part may be entirely composed of silica, but may have silica in a part of the silica part and may be mixed with other inorganic oxides.

活物質部の表面にシリカ部を形成するためには、活物質部の表面において、リチウムシリケート系材料とケイ酸塩の加水分解と重合反応を生じさせる。   In order to form the silica part on the surface of the active material part, hydrolysis and polymerization reaction of the lithium silicate material and the silicate are caused on the surface of the active material part.

ケイ酸塩の加水分解は以下の反応式(1)により進行する。以下の反応式(1)の中で、Rは炭化水素基を表す。   The hydrolysis of the silicate proceeds according to the following reaction formula (1). In the following reaction formula (1), R represents a hydrocarbon group.

Si(OR) + 4HO → Si(OH) + 4HOR・・・(1)
次に、加水分解により生成したSi(OH)が、以下の反応式(2)に表すように重合して、シリカが生成される。
Si (OR) 4 + 4H 2 O → Si (OH) 4 + 4HOR (1)
Next, Si (OH) 4 produced by hydrolysis is polymerized as represented by the following reaction formula (2) to produce silica.

n Si(OH) → SiO + 2n HO・・・(2)
ケイ酸の加水分解と重合反応は、溶液中で進行させる。この場合、反応式(1)、(2)により生成したシリカはゲル状態である。ゲル状態のシリカは乾燥させるとよい。
n Si (OH) 4 → SiO 2 + 2n H 2 O (2)
The hydrolysis and polymerization reaction of silicic acid proceeds in solution. In this case, the silica produced by the reaction formulas (1) and (2) is in a gel state. The silica in the gel state is preferably dried.

このようにして、反応式(1)、(2)により、活物質部表面にシリカ材料を有するシリカ部が形成される。シリカの出発物質であるケイ酸塩としては、例えば、TEOS(オルトケイ酸テトラエチル)が挙げられる。   Thus, the silica part which has a silica material in the active material part surface is formed by Reaction Formula (1) and (2). Examples of the silicate which is a starting material of silica include TEOS (tetraethyl orthosilicate).

正極に含まれる複合材料が、リチウム鉄シリケートを有する活物質部及びシリカを有するシリカ部をもつ場合、複合材料をSEM−EDX分析した結果において、原子比で、Feに対するSiの原子比率(Si/Fe)は1を超えて大きいことが好ましい。通常のリチウム鉄シリケートは、FeとSiとをほぼ同じモル数含む。本発明のように、リチウム鉄シリケート材料を有する活物質部の表面にシリカ部を形成すると、活物質部の表面におけるSi量が増え、Si/Fe(原子比)が1を超えて大きくなる。一方、Si/Feが1以下の場合には、活物質部表面にシリカ部が形成されていないおそれがある。   When the composite material included in the positive electrode has an active material part having lithium iron silicate and a silica part having silica, the SEM-EDX analysis result of the composite material shows that the atomic ratio of Si to Fe (Si / Fe) is preferably greater than 1 and greater. Ordinary lithium iron silicates contain approximately the same number of moles of Fe and Si. When the silica part is formed on the surface of the active material part having the lithium iron silicate material as in the present invention, the amount of Si on the surface of the active material part increases, and the Si / Fe (atomic ratio) exceeds 1 and increases. On the other hand, when Si / Fe is 1 or less, there is a possibility that the silica part is not formed on the surface of the active material part.

SEM−EDX分析では、複合材料の表面から数nm〜数μmまでの深さの成分を分析することができる。複合材料の表面部のSi/Fe比が1を超えて大きいことで、複合材料の表面部のSi量が、シリカ部のない正極活物質に比べて多くなる。   In the SEM-EDX analysis, components having a depth of several nm to several μm from the surface of the composite material can be analyzed. When the Si / Fe ratio of the surface portion of the composite material exceeds 1 and is large, the amount of Si in the surface portion of the composite material increases compared to a positive electrode active material having no silica portion.

複合材料をX線回折した結果、シリカ由来のピークを有するスペクトルが検出されることがよい。シリカ由来のピークは、例えばCukα線源を用いた場合、22.6°近傍に現れる。   As a result of X-ray diffraction of the composite material, a spectrum having a peak derived from silica is preferably detected. A peak derived from silica appears, for example, in the vicinity of 22.6 ° when a Cukα radiation source is used.

固体電解質は、主として、正極と負極との間に配設される。固体電解質は、正極と負極との間に電解質層を形成している。固体電解質は、硫化物の一種であるLiS及びPを有する。固体電解質は、LiS及びPの双方を含んでいる。固体電解質におけるLiSに対するPのモル比率は0.2以上0.7以下であることが好ましく、更には0.25以上0.4以下であることが望ましい。LiSに対するPのモル比率が過少の場合には、イオン伝導度が低下するおそれがあり、上記モル比率が過剰の場合には、イオン伝導度が低下するおそれがある。 The solid electrolyte is mainly disposed between the positive electrode and the negative electrode. The solid electrolyte forms an electrolyte layer between the positive electrode and the negative electrode. The solid electrolyte has an Li 2 S and P 2 S 5 which is a kind of sulfide. The solid electrolyte contains both Li 2 S and P 2 S 5 . The molar ratio of P 2 S 5 to Li 2 S in the solid electrolyte is preferably 0.2 or more and 0.7 or less, and more preferably 0.25 or more and 0.4 or less. When the molar ratio of P 2 S 5 to Li 2 S is too small, the ionic conductivity may decrease, and when the molar ratio is excessive, the ionic conductivity may decrease.

固体電解質は、LiS−Pを有しているとよい。LiS−Pは、LiSとPのガラス硫化物である。LiS−PでのLiSに対するPのモル比は0.2以上0.7以下であるとよい。固体電解質は、LiS−Pの他に、SiS、LiPOを含んでいてもよい。LiS−Pを有する固体電解質を製造するために、例えば、メカニカルミリング法、過冷却法を行うとよい。 The solid electrolyte may have Li 2 S—P 2 S 5 . Li 2 S—P 2 S 5 is a glass sulfide of Li 2 S and P 2 S 5 . The molar ratio of P 2 S 5 with respect to Li 2 S in Li 2 S-P 2 S 5 is may is 0.2 to 0.7. The solid electrolyte may contain SiS 2 and Li 3 PO 4 in addition to Li 2 S—P 2 S 5 . In order to produce a solid electrolyte having Li 2 S—P 2 S 5 , for example, a mechanical milling method or a supercooling method may be performed.

LiS及びPを有する固体電解質を備えた全固体二次電池は、後述の実験結果に示すように、LiS及びPを有していない固体電解質を備えた全固体二次電池に比べて、極めて充放電特性がよい。特に、常温での充放電特性が向上する。その理由は、固体電解質の成分の違いによるものと推定される。 All-solid secondary battery comprising a solid electrolyte having a Li 2 S and P 2 S 5, as shown in the experimental results described below, all with a solid electrolyte having no Li 2 S and P 2 S 5 Compared to a solid secondary battery, the charge / discharge characteristics are extremely good. In particular, the charge / discharge characteristics at room temperature are improved. The reason is presumed to be due to the difference in the components of the solid electrolyte.

正極と負極との間の電解質層の厚みは、10μm以上1000μm以下であることがよく、更には20μm〜800μmが好ましい。電解質層の厚みが過小の場合には、正極と負極とが接触して短絡するおそれがある。電解質層の厚みが過大の場合には、イオン伝達効率が低下し、容量低下のおそれがある。   The thickness of the electrolyte layer between the positive electrode and the negative electrode is preferably 10 μm or more and 1000 μm or less, and more preferably 20 μm to 800 μm. When the thickness of the electrolyte layer is too small, the positive electrode and the negative electrode may come into contact with each other and short circuit. When the thickness of the electrolyte layer is excessive, the ion transfer efficiency is lowered and the capacity may be reduced.

正極は、上記複合材料を有する正極材料をもつ。正極材料は、集電体表面に供給されて、集電体とともに正極を構成することが多い。集電体としては、特に限定はなく、例えば、アルミ箔、アルミメッシュ、ステンレスメッシュなどを用いることができる。更に、カーボン不織布、カーボン織布なども集電体として使用できる。   The positive electrode has a positive electrode material having the composite material. In many cases, the positive electrode material is supplied to the surface of the current collector and constitutes the positive electrode together with the current collector. There is no limitation in particular as an electrical power collector, For example, aluminum foil, an aluminum mesh, a stainless steel mesh etc. can be used. Furthermore, a carbon nonwoven fabric, a carbon woven fabric, etc. can be used as a collector.

正極材料は、活物質部と無機酸化物部とを有する複合材料に加えて、LiS及びPを有する固体電解質が混合されているとよい。これにより、正極内での導電パスが増え、充放電特性がさらに向上する。 The positive electrode material is preferably mixed with a solid electrolyte containing Li 2 S and P 2 S 5 in addition to a composite material having an active material part and an inorganic oxide part. This increases the number of conductive paths in the positive electrode, further improving the charge / discharge characteristics.

正極材料では、複合材料を100質量部としたときに、LiS及びPを有する固体電解質は300質量部以上600質量部以下含むことがよい。固体電解質が過少の場合には、イオンの導電パスが少なく、固体二次電池の充放電特性が低下するおそれがある。固体電解質が過剰の場合には、正極活物質の量が少なすぎるため、充放電特性が低下するおそれがある。 In the positive electrode material, when the composite material is 100 parts by mass, the solid electrolyte having Li 2 S and P 2 S 5 is preferably included in an amount of 300 parts by mass or more and 600 parts by mass or less. When the amount of the solid electrolyte is too small, there are few ion conductive paths, and the charge / discharge characteristics of the solid secondary battery may be deteriorated. When the solid electrolyte is excessive, the amount of the positive electrode active material is too small, and the charge / discharge characteristics may be deteriorated.

正極材料は、複合材料と固体電解質とからなる場合、又は、複合材料と固体電解質と導電助剤とからなる場合のいずれでもよい。正極が導電助剤を含む場合には、正極での電子の導電パスが増え、充放電特性が向上する。導電助剤としては、例えば、アセチレンブラック(AB)、ケッチェブラック(KB)、カーボンナノチューブ、グラフェンを用いるとよい。正極に含まれる複合材料を100質量部としたときに、導電助剤の含有量は10質量部以上100質量部以下であることが好ましい。導電助剤が過少の場合には、正極での電子導電性が低下するおそれがある。導電助剤が過多である場合には、正極内での正極活物質の量が相対的に少なくなり、電池容量が低下するおそれがある。複合材料と導電助剤は、ミリングなどの機械的エネルギーの付与により複合化されているとよい。更には、複合材料と導電助剤の複合化の後には熱処理が施されていると良い。熱処理温度は、500〜1000℃であるとよい。これにより、複合材料と導電助剤を含む正極材料の導電性が高くなる。   The positive electrode material may be either a composite material and a solid electrolyte, or a composite material, a solid electrolyte, and a conductive additive. When the positive electrode contains a conductive additive, the number of electron conductive paths at the positive electrode is increased, and charge / discharge characteristics are improved. As the conductive assistant, for example, acetylene black (AB), Ketche black (KB), carbon nanotube, or graphene may be used. When the composite material contained in the positive electrode is 100 parts by mass, the content of the conductive assistant is preferably 10 parts by mass or more and 100 parts by mass or less. When the amount of the conductive auxiliary is too small, the electronic conductivity at the positive electrode may be lowered. When the amount of the conductive auxiliary agent is excessive, the amount of the positive electrode active material in the positive electrode is relatively reduced, and the battery capacity may be reduced. The composite material and the conductive aid are preferably combined by applying mechanical energy such as milling. Furthermore, heat treatment is preferably performed after the composite material and the conductive additive are combined. The heat treatment temperature is preferably 500 to 1000 ° C. Thereby, the electroconductivity of positive electrode material containing a composite material and a conductive support agent becomes high.

複合材料を有する正極材料は、その形状、厚さなどについては特に限定的ではないが、例えば、複合材料を有する正極材料を集電体の表面に供給した後、圧縮することによって、厚さを10〜1000μm、より好ましくは50〜500μmとすることが好ましい。従って、使用する集電体の種類、構造等に応じて、圧縮後に上記した厚さとなるように、正極活物質の充填量を適宜決めればよい。   The shape and thickness of the positive electrode material having the composite material are not particularly limited.For example, the positive electrode material having the composite material is supplied to the surface of the current collector and then compressed to reduce the thickness. The thickness is preferably 10 to 1000 μm, more preferably 50 to 500 μm. Therefore, the filling amount of the positive electrode active material may be appropriately determined so as to have the above-described thickness after compression, depending on the type and structure of the current collector to be used.

負極は、リチウムイオンを吸蔵・放出し得る負極活物質を有する。負極活物質としては、例えば、インジウム、インジウムとリチウムの合金、シリコン系材料、黒鉛系材料、チタン酸リチウムなどを用いることができる。   The negative electrode has a negative electrode active material that can occlude and release lithium ions. As the negative electrode active material, for example, indium, an alloy of indium and lithium, a silicon-based material, a graphite-based material, lithium titanate, or the like can be used.

上記固体二次電池は、車両に搭載することができる。車両は、電気車両又はハイブリッド車両などであるとよい。固体二次電池は、例えば、車両に搭載された走行用モータに連結されていて、駆動源として用いられているとよい。この場合には、長時間高い駆動トルクを出力させることができる。また、上記固体二次電池は、パーソナルコンピュータ、携帯通信機器などの、車両以外のものにも搭載することができる。   The solid secondary battery can be mounted on a vehicle. The vehicle may be an electric vehicle or a hybrid vehicle. For example, the solid secondary battery may be connected to a traveling motor mounted on a vehicle and used as a drive source. In this case, a high driving torque can be output for a long time. In addition, the solid secondary battery can be mounted on devices other than vehicles such as personal computers and portable communication devices.

(実施例1)
<リチウム鉄シリケートの作製>
珪酸リチウム(LiSiO:キシダ化学株式会社製、純度99.5%)0.03モルと、鉄(高純度化学株式会社製、純度99.9%)0.03モルとの混合物に、アセトン20mLを加えてジルコニア製ボールミルにて500rpmで60分間混合し、乾燥した。これを炭酸塩混合物と混合した。炭酸塩混合物は、炭酸リチウム(キシダ化学株式会社製、純度99.9%)と、炭酸ナトリウム(キシダ化学株式会社製、純度99.5%)と、炭酸カリウム(キシダ化学株式会社製、純度99.5%)とを、0.435モル:0.315モル:0.25モルのモル比で混合して得た。混合割合は、珪酸リチウムと鉄との合計量100質量部に対して炭酸塩混合物が90質量部とした。
Example 1
<Preparation of lithium iron silicate>
To a mixture of 0.03 mol of lithium silicate (Li 2 SiO 3 : manufactured by Kishida Chemical Co., Ltd., purity 99.5%) and 0.03 mol of iron (product of high purity chemical Co., Ltd., purity 99.9%) Acetone (20 mL) was added, and the mixture was mixed at 500 rpm for 60 minutes in a zirconia ball mill and dried. This was mixed with the carbonate mixture. The carbonate mixture consists of lithium carbonate (Kishida Chemical Co., Ltd., purity 99.9%), sodium carbonate (Kishida Chemical Co., Ltd., purity 99.5%), and potassium carbonate (Kishida Chemical Co., Ltd., purity 99). 0.5%) in a molar ratio of 0.435 mol: 0.315 mol: 0.25 mol. As for the mixing ratio, the carbonate mixture was 90 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the total amount of lithium silicate and iron.

上記混合物にアセトン20mLを加えてジルコニア製ボールミルにて500rpmで60分間混合し、乾燥した。その後、得られた粉体を金坩堝に入れ、二酸化炭素(流量100mL/分)と水素(流量3mL/分)の混合ガス雰囲気下にて電気炉で500℃に加熱し、炭酸塩混合物が溶融した状態で13時間反応させた。   20 mL of acetone was added to the above mixture, and the mixture was mixed for 60 minutes at 500 rpm in a zirconia ball mill and dried. Thereafter, the obtained powder is put into a gold crucible and heated to 500 ° C. in an electric furnace in a mixed gas atmosphere of carbon dioxide (flow rate 100 mL / min) and hydrogen (flow rate 3 mL / min), and the carbonate mixture is melted. The reaction was continued for 13 hours.

反応後、溶融塩の温度が400℃になった時点で、反応系である炉心全体を電気炉から取り出し、混合ガスを通じた状態で室温まで急冷した。   After the reaction, when the temperature of the molten salt reached 400 ° C., the entire reactor core as a reaction system was taken out of the electric furnace and rapidly cooled to room temperature through a mixed gas.

次いで、得られた反応物に水20mLを加えて乳鉢ですりつぶし、水を用いて洗浄と濾過を繰り返して、塩が除去された粉体を得た。この粉体を100℃の乾燥機に入れて1時間程度乾燥した。   Next, 20 mL of water was added to the obtained reaction product and ground in a mortar, and washing and filtration were repeated using water to obtain a powder from which salt had been removed. This powder was put into a dryer at 100 ° C. and dried for about 1 hour.

その後、乾燥物について粉末XRD(X線回折)を行った。図1は、乾燥物のXRDスペクトルである。XRDスペクトルを分析して結晶構造を確認した結果、単斜晶、空間群P21/nに属するリチウム鉄シリケートLiFeSiOが得られたことがわかった。 Thereafter, powder XRD (X-ray diffraction) was performed on the dried product. FIG. 1 is an XRD spectrum of the dried product. As a result of analyzing the XRD spectrum and confirming the crystal structure, it was found that a monoclinic crystal, lithium iron silicate Li 2 FeSiO 4 belonging to the space group P2 1 / n was obtained.

(シリカコート)
上記のLiFeSiOを1g準備し、TEOS(オルトケイ酸テトラエチル)溶液(100mL)に分散させた。この分散液は、TEOSの加水分解と重合反応により、ゲル状態になる。このゲルを140℃で十分乾燥させて複合材料を得た。
(Silica coat)
1 g of the above Li 2 FeSiO 4 was prepared and dispersed in a TEOS (tetraethyl orthosilicate) solution (100 mL). This dispersion becomes a gel state due to hydrolysis and polymerization reaction of TEOS. This gel was sufficiently dried at 140 ° C. to obtain a composite material.

乾燥した複合材料について、XRD測定を行った。XRD測定結果を図1に示す。図1に示すように、シリカ(SiO)に由来するピークが観察された。このことから、複合材料では、リチウム鉄シリケートの表面に、シリカを有するシリカ部が形成されていることがわかった。 XRD measurement was performed on the dried composite material. The XRD measurement results are shown in FIG. As shown in FIG. 1, a peak derived from silica (SiO 2 ) was observed. From this, it was found that in the composite material, a silica part having silica was formed on the surface of the lithium iron silicate.

<SEM分析>
シリカコートをする前のリチウム鉄シリケートと、シリカコートをしたリチウム鉄シリケートを有する複合材料について、SEM写真の撮影及びSEM−EDX(エネルギー分散型X線分光法)分析を行った。図2の上図は、シリカコートする前のリチウム鉄シリケート化合物のSEM写真であり、下の表はリチウム鉄シリケート化合物のSEM−EDX分析結果を示す。図3の上図は、シリカコートをすることでリチウム鉄シリケート表面にシリカ部を形成してなる複合材料のSEM写真であり、下の表は複合材料のSEM−EDX分析結果を示す。SEM−EDX分析法は、その原理上、活物質表面から数nm〜数μmの信号を検出する特徴がある。このため、SEM−EDX分析法は、リチウム複合金属酸化物の表面組成を反映している。
<SEM analysis>
SEM photography and SEM-EDX (energy dispersive X-ray spectroscopy) analysis were performed on the composite material including lithium iron silicate before silica coating and silica-coated lithium iron silicate. The upper diagram of FIG. 2 is an SEM photograph of the lithium iron silicate compound before silica coating, and the lower table shows the SEM-EDX analysis results of the lithium iron silicate compound. The upper diagram of FIG. 3 is an SEM photograph of a composite material in which a silica part is formed on the surface of lithium iron silicate by applying silica coating, and the lower table shows the SEM-EDX analysis result of the composite material. The SEM-EDX analysis method is characterized by detecting a signal of several nm to several μm from the active material surface in principle. For this reason, the SEM-EDX analysis method reflects the surface composition of the lithium composite metal oxide.

図2の上図に示すように、円柱状の粒子が観察された。円柱状の粒子の長さは約80 μmであり、直径は約10μmであった。図3の上図に示すように、複合材料では、円柱状の粒子の周囲に、多数の微粒子が観察された。円柱状の粒子の長さは約40μmであり、直径は約15μmであった。円柱状の粒子の周囲に存在する微粒子はシリカを含むシリカ部である。   As shown in the upper diagram of FIG. 2, cylindrical particles were observed. The length of the cylindrical particles was about 80 μm and the diameter was about 10 μm. As shown in the upper diagram of FIG. 3, in the composite material, a large number of fine particles were observed around the cylindrical particles. The length of the cylindrical particles was about 40 μm and the diameter was about 15 μm. The fine particles present around the cylindrical particles are silica portions containing silica.

図2及び図3の下の表は、いずれも円柱状の粒子の表面の3カ所でのSi(珪素)とFe(鉄)の元素組成比(原子%)を示す。図2,図3の各上図には、SEM−EDX測定箇所を「スペクトル1,2,3」で示した。図2の下の表に示すように、粒子の表面でのSi/Feの平均値が0.967であり、SiとFeとがほぼ同じ原子数ずつ存在していることがわかった。図1のXRD結果と図2のSEM分析結果と併せると、図2の上図に示す円柱状体が、LiFeSiOであることを示している。 The tables below FIG. 2 and FIG. 3 show the elemental composition ratios (atomic%) of Si (silicon) and Fe (iron) at three locations on the surface of the cylindrical particles. 2 and 3, SEM-EDX measurement locations are indicated by “spectrum 1, 2, 3”. As shown in the lower table of FIG. 2, the average value of Si / Fe on the surface of the particles was 0.967, and it was found that Si and Fe exist in almost the same number of atoms. When the XRD result of FIG. 1 and the SEM analysis result of FIG. 2 are combined, it is shown that the cylindrical body shown in the upper diagram of FIG. 2 is Li 2 FeSiO 4 .

図3の下の表に示すように、粒子の表面でのSi/Feの平均値が1.159であり、Siの原子比がFeの原子比よりも大きくなった。図1に示すXRD結果と併せて考えると、複合材料では、リチウム鉄シリケートを有する粒子表面に、シリカを含むシリカ部が形成されていることを示している。上記のXRD及びSEMによる分析結果から、図4に示すように、複合材料でのシリカ部5の形態は、リチウム鉄シリケートを有する活物質6の表面全体を皮膜状に被覆しているか、または、図5に示すように、活物質6の表面に部分的にシリカ部5が点在していると考えられる。   As shown in the lower table of FIG. 3, the average value of Si / Fe on the surface of the particle was 1.159, and the atomic ratio of Si was larger than the atomic ratio of Fe. When considered together with the XRD results shown in FIG. 1, the composite material shows that a silica part containing silica is formed on the particle surface having lithium iron silicate. From the analysis results by the above XRD and SEM, as shown in FIG. 4, the form of the silica part 5 in the composite material covers the entire surface of the active material 6 having lithium iron silicate in a film form, or As shown in FIG. 5, it is considered that the silica portions 5 are partially scattered on the surface of the active material 6.

<複合材料と導電助剤との複合化>
上記のシリカコートLiFeSiOを含む複合材料と導電助剤との複合化を行なった。導電助剤は、カーボン(AB:アセチレンブラック)からなる。複合材料とアセチレンブラックとを混合した。混合物では、複合材料:AB=5:4の重量比とした。混合物について、フリッチュジャパン社製のボールミリング装置P−7を用いて速度450rpm、時間5時間でボールミリング処理を行った。得られた混合体を熱処理(700℃で2時間、CO/H=100/3ccm雰囲気)を経て複合材料−カーボン複合体を作製した。
<Composite of composite material and conductive additive>
A composite material containing the silica-coated Li 2 FeSiO 4 and a conductive additive were combined. The conductive auxiliary agent is made of carbon (AB: acetylene black). The composite material and acetylene black were mixed. In the mixture, the weight ratio of composite material: AB = 5: 4 was used. The mixture was subjected to ball milling using a ball milling device P-7 manufactured by Fritsch Japan, at a speed of 450 rpm for 5 hours. The obtained mixture was subjected to a heat treatment (at 700 ° C. for 2 hours, CO 2 / H 2 = 100/3 ccm atmosphere) to prepare a composite material-carbon composite.

<全固体二次電池の作製>
上記の複合材料―カーボン複合体10mg(複合材料6mg+カーボン4mg)と固体電解質(SE:solid electrolyte)LiS−P30mgをアルゴン雰囲気グローブボックス内で乳鉢を用いて混合した。LiS−P(0.7Li2S−0.3P2S5)でのLiSに対するPのモル比は0.4である。これを直径10mm、厚み0.2〜0.3mmのペレットになるようにプレス成型した。これにより、正極材料からなる成型体を得た。
<Preparation of all-solid secondary battery>
The composite material-carbon composite 10 mg (composite material 6 mg + carbon 4 mg) and solid electrolyte (SE) Li 2 S—P 2 S 5 30 mg were mixed in an argon atmosphere glove box using a mortar. The molar ratio of P 2 S 5 with respect to Li 2 S in Li 2 S-P 2 S 5 (0.7Li2S-0.3P2S5) is 0.4. This was press-molded into pellets having a diameter of 10 mm and a thickness of 0.2 to 0.3 mm. This obtained the molding which consists of positive electrode materials.

図6に示すように、PET(ポリテトラフルオロエチレン)からなる絶縁性の円筒体91の底部を、鉄鋼材からなる蓋体92で封鎖した。蓋体92の上に、アルミニウム箔からなる集電体11を配置した。集電体11の上に、正極材料からなる成型体10を配置した。成型体10の上に固体電解質からなる電解質層2を50mg、厚み0.4〜0.5mmになるように成型した。さらに電解質層2の上にインジウム箔(厚み0.1mm)からなる負極3を成型した。負極1の上に、鉄鋼材からなる蓋体93を配設することで、円筒体91の中を密閉した。これにより、全固体二次電池9が作製された。正極材料からなる成型体10の厚みは200〜300μmであり、電解質層2の厚みは400〜500μmであり、負極3の厚みは100μmであった。蓋体92,93は、端子も兼ねており、配線で接続することで電流回路が形成される。   As shown in FIG. 6, the bottom of an insulating cylindrical body 91 made of PET (polytetrafluoroethylene) was sealed with a lid body 92 made of a steel material. On the lid 92, the current collector 11 made of aluminum foil was disposed. A molded body 10 made of a positive electrode material was placed on the current collector 11. An electrolyte layer 2 made of a solid electrolyte was molded on the molded body 10 so as to have a thickness of 50 mg and a thickness of 0.4 to 0.5 mm. Furthermore, a negative electrode 3 made of an indium foil (thickness 0.1 mm) was molded on the electrolyte layer 2. The inside of the cylindrical body 91 was sealed by disposing a lid body 93 made of a steel material on the negative electrode 1. Thereby, the all-solid-state secondary battery 9 was produced. The thickness of the molded body 10 made of the positive electrode material was 200 to 300 μm, the thickness of the electrolyte layer 2 was 400 to 500 μm, and the thickness of the negative electrode 3 was 100 μm. The lid bodies 92 and 93 also serve as terminals, and a current circuit is formed by connecting them with wiring.

(参考例1)
固体電解質の種類を、LiS−SiS−LiPO(KYORIX製)に変えた点を除いて実施例1と同様である。LiS−SiS−LiPOの各成分のモル比は、LiS:SiS:LiPO=0.63:0.36:0.01である。正極材料での複合材料(シリカコートをしたリチウム鉄シリケート)と導電助剤としてのカーボンと固体電解質LiS−SiS−LiPOの質量は、順に、6mg、4mg、30mgとした。その他は、実施例1と同様である。
(Reference Example 1)
The type of solid electrolyte, the same as Example 1 except for changing the Li 2 S-SiS 2 -Li 3 PO 4 ( manufactured by KYORIX). The molar ratio of each component of Li 2 S-SiS 2 -Li 3 PO 4 is, Li 2 S: SiS 2: Li 3 PO 4 = 0.63: 0.36: 0.01. The masses of the composite material (silica-coated lithium iron silicate) as the positive electrode material, carbon as the conductive auxiliary agent, and solid electrolyte Li 2 S—SiS 2 —Li 3 PO 4 were 6 mg, 4 mg, and 30 mg in this order. Others are the same as in the first embodiment.

(参考例2)
正極材料での複合材料(シリカコートをしたリチウム鉄シリケート)と導電助剤としてのカーボンと固体電解質LiS−SiS−LiPOの質量は、順に、6mg、4mg、20mgとした。その他は、参考例1と同様である。
(Reference Example 2)
The masses of the composite material (silica-coated lithium iron silicate) as the positive electrode material, carbon as the conductive additive, and solid electrolyte Li 2 S—SiS 2 —Li 3 PO 4 were 6 mg, 4 mg, and 20 mg, respectively. Others are the same as in Reference Example 1.

(参考例3)
正極材料での複合材料(シリカコートをしたリチウム鉄シリケート)と導電助剤としてのカーボンと固体電解質LiS−SiS−LiPOの質量は、順に、6mg、4mg、10mgとした。その他は、参考例1と同様である。
(Reference Example 3)
The masses of the composite material (silica-coated lithium iron silicate) as the positive electrode material, carbon as the conductive auxiliary agent, and solid electrolyte Li 2 S—SiS 2 —Li 3 PO 4 were 6 mg, 4 mg, and 10 mg in this order. Others are the same as in Reference Example 1.

(参考例4)
正極材料に用いられる複合材料に変えて、シリカコートをしていないリチウム鉄シリケートを用いた。その他は、実施例1と同様である。
(Reference Example 4)
Instead of the composite material used for the positive electrode material, lithium iron silicate not coated with silica was used. Others are the same as in the first embodiment.

<充放電特性>
実施例1及び参考例1〜4の全固体二次電池について充放電試験を行った。各電池の試験条件について表1に示した。実施例1及び参考例1〜3の電池の充放電条件は30℃で行い、参考例4の電池の充放電は50℃で行った。
<Charge / discharge characteristics>
The charge / discharge test was conducted on the all solid state secondary batteries of Example 1 and Reference Examples 1 to 4. The test conditions for each battery are shown in Table 1. The charging / discharging conditions of the battery of Example 1 and Reference Examples 1 to 3 were performed at 30 ° C., and the charging and discharging of the battery of Reference Example 4 was performed at 50 ° C.

図7の上図、下図に、それぞれ実施例1,参考例1の充放電曲線を示した。図8の上図、下図に、それぞれ参考例2, 3の充放電曲線を示した。図9には、参考例4の充放電曲線を示した。図7〜図9において、右上方向に傾斜する曲線は充電曲線を示し、右下方向に傾斜する曲線は放電曲線を示している。同図において、各曲線に付した数値は充電又は放電のサイクル回数を示している。また、表1には、実施例1及び参考例1〜4の電池の充放電特性を示した。   The upper and lower diagrams of FIG. 7 show the charge / discharge curves of Example 1 and Reference Example 1, respectively. The upper and lower diagrams of FIG. 8 show the charge / discharge curves of Reference Examples 2 and 3, respectively. FIG. 9 shows the charge / discharge curve of Reference Example 4. 7-9, the curve which inclines in the upper right direction shows a charge curve, and the curve which inclines in the lower right direction shows a discharge curve. In the figure, the numerical value attached to each curve indicates the number of cycles of charging or discharging. Table 1 shows the charge / discharge characteristics of the batteries of Example 1 and Reference Examples 1 to 4.

図7〜図9及び表1に示すように、実施例1の電池は、参考例1〜4の電池に比べて、格段に放電容量が高かった。充放電のサイクルを重ねても、実施例1の電池の放電容量の低下は少なかった。参考例1, 2では、初期充電容量は100mAh/g以上であったが、初期放電以後の充電容量及び放電容量はゼロに近い値であった。参考例3では、初期放電容量自体が8mAh/gと非常に小さく、以後のサイクル後の容量についてもゼロに等しかった。   As shown in FIGS. 7 to 9 and Table 1, the battery of Example 1 had a significantly higher discharge capacity than the batteries of Reference Examples 1 to 4. Even when the charge and discharge cycles were repeated, the decrease in the discharge capacity of the battery of Example 1 was small. In Reference Examples 1 and 2, the initial charge capacity was 100 mAh / g or more, but the charge capacity and discharge capacity after the initial discharge were values close to zero. In Reference Example 3, the initial discharge capacity itself was as very small as 8 mAh / g, and the capacity after the subsequent cycles was also equal to zero.

参考例4では、充放電を50℃で行っており、参考例1〜3の充放電条件よりも高い温度であった。高温環境では、固体電解質LiS−Pのイオン導電性が高くなる傾向にある。50℃で充放電を行った参考例4の電池特性は、30℃で充放電を行った場合よりも向上しているはずである。それでも、参考例4の充電・放電容量は54mAh/g以下でわずかであった。 In Reference Example 4, charging / discharging was performed at 50 ° C., which was higher than the charging / discharging conditions of Reference Examples 1 to 3. In a high temperature environment, the ionic conductivity of the solid electrolyte Li 2 S—P 2 S 5 tends to increase. The battery characteristics of Reference Example 4 in which charging / discharging was performed at 50 ° C. should be improved as compared with the case where charging / discharging was performed at 30 ° C. Nevertheless, the charge / discharge capacity of Reference Example 4 was only 54 mAh / g or less.

以上より、固体電解質としてLiS−Pを用いることにより、LiS−SiS−LiPOを用いる場合に比べて、格段に充放電特性がよくなることがわかった。 From the above, it was found that by using Li 2 S—P 2 S 5 as the solid electrolyte, the charge / discharge characteristics are remarkably improved as compared with the case of using Li 2 S—SiS 2 —Li 3 PO 4 .

また、実施例1と参考例1についての高温環境下での充放電特性を測定した。充放電は、実施例1では50℃で行い、参考例1では50℃と60℃で行った。その結果を表2に示した。   Moreover, the charge / discharge characteristic in the high temperature environment about Example 1 and Reference Example 1 was measured. Charging / discharging was performed at 50 ° C. in Example 1 and at 50 ° C. and 60 ° C. in Reference Example 1. The results are shown in Table 2.

表1、表2の結果を比べると、実施例1では、50℃で行った場合の方が、30℃で行った場合よりも低かった。このことから、実施例1で用いられている固体電解質LiS−Pは、30℃での充放電特性をよくすることがわかった。 Comparing the results of Table 1 and Table 2, in Example 1, the case where it was performed at 50 ° C. was lower than the case where it was performed at 30 ° C. From this, it was found that the solid electrolyte Li 2 S—P 2 S 5 used in Example 1 improved the charge / discharge characteristics at 30 ° C.

1:正極、10:成型体、11:集電体、2:電解質層、3:負極、9:全固体二次電池。 1: positive electrode, 10: molded body, 11: current collector, 2: electrolyte layer, 3: negative electrode, 9: all-solid secondary battery.

Claims (5)

Li、遷移金属、Si及びOを含むリチウムシリケート系材料を有する活物質部及び前記活物質部の表面に形成された無機酸化物を有する無機酸化物部をもつ複合材料を含む正極と、リチウムイオンを吸蔵・放出し得る負極活物質を含む負極と、LiS及びPを有する固体電解質とを備え
前記無機酸化物部は、シリカを有するシリカ部をもつことを特徴とする全固体二次電池。
A positive electrode comprising a composite material having an active material part having a lithium silicate-based material containing Li, transition metal, Si and O, and an inorganic oxide part having an inorganic oxide formed on the surface of the active material part; and lithium ions A negative electrode containing a negative electrode active material capable of occluding and releasing, and a solid electrolyte having Li 2 S and P 2 S 5 ,
The all-solid-state secondary battery, wherein the inorganic oxide part has a silica part having silica .
前記固体電解質におけるLi Sに対するP のモル比率は0.2以上0.7以下である請求項1に記載の全固体二次電池。 The all-solid-state secondary battery according to claim 1, wherein a molar ratio of P 2 S 5 to Li 2 S in the solid electrolyte is 0.2 or more and 0.7 or less. 前記複合材料のX線回折のスペクトルは、シリカ由来のピークを有する請求項1又は2に記載の全固体二次電池。 The all-solid-state secondary battery according to claim 1 , wherein the X-ray diffraction spectrum of the composite material has a peak derived from silica. 前記リチウムシリケート系材料は、リチウム鉄シリケートを有する請求項1〜3のいずれか1項に記載の全固体二次電池。 The all-solid-state secondary battery according to any one of claims 1 to 3 , wherein the lithium silicate-based material includes lithium iron silicate. 前記無機酸化物部は、シリカを有するシリカ部をもち、
前記複合材料をSEM−EDX分析した結果において、原子比で、Feに対するSiの原子比率(Si/Fe)は1を超えて大きい請求項4に記載の全固体二次電池。
The inorganic oxide part has a silica part having silica,
5. The all-solid-state secondary battery according to claim 4 , wherein in the result of SEM-EDX analysis of the composite material, the atomic ratio of Si to Fe (Si / Fe) is larger than 1 in atomic ratio.
JP2013162181A 2013-08-05 2013-08-05 All solid state secondary battery Active JP6153198B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2013162181A JP6153198B2 (en) 2013-08-05 2013-08-05 All solid state secondary battery

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2013162181A JP6153198B2 (en) 2013-08-05 2013-08-05 All solid state secondary battery

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2015032498A JP2015032498A (en) 2015-02-16
JP6153198B2 true JP6153198B2 (en) 2017-06-28

Family

ID=52517655

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2013162181A Active JP6153198B2 (en) 2013-08-05 2013-08-05 All solid state secondary battery

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP6153198B2 (en)

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2016181374A (en) * 2015-03-24 2016-10-13 Fdk株式会社 Lithium secondary battery
JP6470418B2 (en) * 2015-08-28 2019-02-13 株式会社大阪チタニウムテクノロジーズ Li-containing silicon oxide powder and method for producing the same
JP6578496B2 (en) * 2017-03-10 2019-09-25 東京電力ホールディングス株式会社 Method for producing sulfur positive electrode
JP6994691B2 (en) * 2017-03-29 2022-01-14 パナソニックIpマネジメント株式会社 Negative electrode material for non-aqueous electrolyte secondary batteries and non-aqueous electrolyte secondary batteries
JP6876256B2 (en) * 2017-12-05 2021-05-26 トヨタ自動車株式会社 Sulfide solid electrolyte secondary battery
JP7483192B2 (en) * 2020-03-19 2024-05-15 太平洋セメント株式会社 Composite particles and method for producing same
CN114464876B (en) * 2021-12-28 2024-04-19 天津巴莫科技有限责任公司 Sulfide/polymer composite solid electrolyte and preparation method thereof

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5277984B2 (en) * 2009-01-20 2013-08-28 トヨタ自動車株式会社 Cathode active material
JP5784961B2 (en) * 2011-04-28 2015-09-24 国立大学法人高知大学 Method for producing coated active material
US10230099B2 (en) * 2011-05-23 2019-03-12 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Positive electrode active material particles, and positive electrode and all-solid-state battery using same

Also Published As

Publication number Publication date
JP2015032498A (en) 2015-02-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6153198B2 (en) All solid state secondary battery
JP7077766B2 (en) A sulfide-based solid electrolyte, a method for producing the sulfide-based solid electrolyte, and a method for producing an all-solid-state battery.
Wang et al. Porous CuO nanowires as the anode of rechargeable Na-ion batteries
JP5954345B2 (en) Method for manufacturing lithium solid state battery module
JP5720589B2 (en) All solid battery
JP6756279B2 (en) Manufacturing method of positive electrode active material
JP5636526B2 (en) Lithium ion secondary battery and manufacturing method thereof
JP7196625B2 (en) Sulfide solid electrolyte particles, manufacturing method thereof, and all-solid battery
WO2013128936A1 (en) Active material composite, method for producing same, positive electrode active material for nonaqueous electrolyte secondary batteries, and nonaquoeus electrolyte secondary battery
JP2009004371A (en) Olivine type composite oxide for nonaqueous electrolyte secondary battery and its manufacturing method therefor, and secondary battery
JP5862956B2 (en) Cathode active material and use thereof
JP5681796B2 (en) Positive electrode material for secondary battery and secondary battery using the same
JP7010011B2 (en) Sulfide solid electrolyte
US9368789B2 (en) Nanocomposite anode materials for sodium-ion batteries
JP5765780B2 (en) Lithium silicate compound, positive electrode active material for lithium ion secondary battery, and lithium ion secondary battery using the same
JP5182328B2 (en) Negative electrode material and manufacturing method thereof
JP5900926B2 (en) Positive electrode active material for sodium ion secondary battery, positive electrode and sodium ion secondary battery
JP7151658B2 (en) positive electrode mixture
JP7156048B2 (en) Sulfide solid electrolyte particles and all-solid battery
JPWO2015140964A1 (en) Battery electrode materials, non-aqueous electrolyte batteries, battery packs and vehicles
JP2020087736A (en) Positive electrode mixture, all-solid-state battery, and method of manufacturing positive electrode mixture
Ganesan et al. Versatile Fe 2 GeS 4 for Li/Na–Fe 2 GeS 4 battery cathodes and Li/Na-ion battery anodes
Arote Lithium-ion and Lithium–Sulfur Batteries: Fundamentals to performance
JP2022047875A (en) Electrode, secondary battery, battery pack, and vehicle
JP2020091967A (en) Method for producing solid electrolyte and solid electrolyte for electrode

Legal Events

Date Code Title Description
A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20160407

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20160520

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20170308

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20170314

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20170407

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20170509

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20170525

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6153198

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

S111 Request for change of ownership or part of ownership

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313117

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250