JP6497282B2 - Negative electrode for all-solid-state battery - Google Patents
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Description
本発明は全固体電池用負極に関する。 The present invention relates to a negative electrode for an all solid state battery.
難燃性の固体電解質を用いた固体電解質層を有する金属イオン二次電池(例えば、リチウムイオン二次電池等。以下において、固体電解質層を有するリチウムイオン二次電池を「全固体電池」と称することがある。)は、安全性を確保するためのシステムを簡素化しやすい等の長所を有している。 Metal ion secondary battery having a solid electrolyte layer using a flame retardant solid electrolyte (for example, a lithium ion secondary battery, etc. In the following, a lithium ion secondary battery having a solid electrolyte layer is referred to as an “all solid battery”. May have a merit that it is easy to simplify a system for ensuring safety.
このような全固体電池に関する技術として、例えば特許文献1には、銅箔基材からなる集電体と、集電体上に形成された凹凸面を有する粗化処理層と、粗化処理層上に形成された負極活物質層と、を備えるリチウムイオン二次電池用負極であって、負極活物質層は、Snを含有する非晶質炭素であるSn−Cと、当該Sn−Cの間に形成された空隙と、を有し、板厚方向に切断して断面視した場合において、負極活物質層中における空隙が占める割合である空隙率が、20%以上であることを特徴とするリチウムイオン二次電池用負極が開示されている。また特許文献2には、アノードと、カソードと、アノード及びカソードの間に配置される固体電解質層と、アノードと固体電解質層との界面に形成される、アノードの構成材料と固体電解質層の構成材料とを含有する第1の混合領域、及び、カソードと固体電解質層との界面に形成される、カソードの構成材料と固体電解質層の構成材料とを含有する第2の混合領域の少なくとも一方と、を備える全固体リチウムイオン二次電池が開示されている。特許文献2の請求項4には、アノードはSnやSi等を含有するものであることが開示されている。また、同請求項5には、アノードは、炭素多孔体の空孔内にSnやSi等を担持してなる複合材料を含有するものであることが開示されている。
For example, Patent Document 1 discloses a current collector made of a copper foil base material, a roughening treatment layer having an uneven surface formed on the current collector, and a roughening treatment layer. A negative electrode for a lithium ion secondary battery comprising a negative electrode active material layer formed thereon, the negative electrode active material layer comprising Sn-C, which is amorphous carbon containing Sn, and Sn-C And a void ratio, which is a ratio occupied by voids in the negative electrode active material layer, in a cross-sectional view when cut in the plate thickness direction. A negative electrode for a lithium ion secondary battery is disclosed. Further,
特許文献1及び2に開示されているリチウムイオン二次電池は、負極活物質中の炭素にSi又はSnを含有することにより、全固体電池の容量(充電容量及び放電容量。以下において、充電容量及び放電容量をまとめて、単に「容量」と称することがある。)を向上することを可能にしている。しかし、負極活物質中の炭素にSi又はSnを含有するだけでは、充放電を行うことによる負極活物質の膨張収縮を抑制することや、負極活物質の膨張収縮による固体電解質への応力及び歪みの伝播を緩和することが不十分であり、さらに、Si又はSnの粒径によっては、負極活物質の膨張収縮により固体電解質に割れを生じさせる問題があった。すなわち、特許文献1及び2に開示されているリチウムイオン二次電池では、高い容量と優れた容量維持率を両立することは困難であった。
The lithium ion secondary batteries disclosed in
そこで本発明は、全固体電池において、高いセル体積エネルギー密度と優れた容量維持率とを両立することが可能な全固体電池用負極を提供することを課題とする。 Then, this invention makes it a subject to provide the negative electrode for all-solid-state batteries which can make a high cell volume energy density and the outstanding capacity maintenance rate compatible in all-solid-state batteries.
本発明者は、鋭意検討の結果、負極活物質に含有させるSi又はSn及び該Si又はSnを含有する負極活物質の粒径を限定し、且つ、負極活物質と硫化物固体電解質とを用いた負極の空隙率を限定することにより、高いセル体積エネルギー密度と優れた容量維持率とを両立した全固体電池を得ることが可能になることを知見した。本発明は当該知見に基づいて完成させた。 As a result of intensive studies, the inventor has limited the particle size of Si or Sn to be contained in the negative electrode active material and the negative electrode active material containing the Si or Sn, and uses the negative electrode active material and the sulfide solid electrolyte. It was found that by limiting the porosity of the negative electrode, it was possible to obtain an all-solid-state battery having both a high cell volume energy density and an excellent capacity retention rate. The present invention has been completed based on this finding.
上記課題を解決するために、本発明は以下の手段をとる。すなわち、
本発明は、硫化物固体電解質と負極活物質とを有する全固体電池用の負極であって、負極活物質はSi又はSnを含有する炭素材料を有する複合粒子であり、Si又はSnの粒子径が94nm以下、且つ、負極活物質の粒子径が15μm以下であり、負極の空隙率が5%〜30%である全固体電池用負極である。
In order to solve the above problems, the present invention takes the following means. That is,
The present invention is a negative electrode for an all-solid battery having a sulfide solid electrolyte and a negative electrode active material, wherein the negative electrode active material is a composite particle having a carbon material containing Si or Sn, and the particle diameter of Si or Sn Is 94 nm or less, the particle diameter of the negative electrode active material is 15 μm or less, and the negative electrode has a porosity of 5% to 30%.
ここで「Si又はSnの粒子径」とは、負極活物質の透過型電子顕微鏡(TEM)画像において、該負極活物質中に含有されているSi又はSn粒子から10粒子を選択し、それぞれのSi又はSn粒子の粒子径から算出される平均値である。
また、「負極活物質の粒子径」とは、レーザー式粒度分布計を用いて測定した負極活物質の平均粒子径(D50)である。
また、「空隙率」とは、負極の全体に占める負極内の空隙の体積の割合であり、空隙率をA、負極活物質に含まれる各材料の重量を各材料の真密度で割って得られる体積の合計をx、実際の負極の寸法から得られる体積をyとするとき、A(%)=(1−x/y)×100により算出される値である。
Here, “the particle diameter of Si or Sn” means that, in a transmission electron microscope (TEM) image of the negative electrode active material, 10 particles are selected from the Si or Sn particles contained in the negative electrode active material. It is an average value calculated from the particle diameter of Si or Sn particles.
The “particle diameter of the negative electrode active material” is an average particle diameter (D 50 ) of the negative electrode active material measured using a laser particle size distribution meter.
The “porosity” is the ratio of the volume of voids in the negative electrode to the entire negative electrode, obtained by dividing the porosity by A and the weight of each material contained in the negative electrode active material by the true density of each material. A value calculated by A (%) = (1−x / y) × 100, where x is the total volume obtained and y is the volume obtained from the actual negative electrode dimensions.
本発明に係る全固体電池用負極は、負極活物質の局所的な膨張収縮、及び負極活物質の膨張収縮に伴って生じる固体電解質の割れを抑制することができる。これにより、負極活物質と固体電解質との接触状態を良好にすることができる。 The negative electrode for an all-solid battery according to the present invention can suppress local expansion and contraction of the negative electrode active material and cracking of the solid electrolyte caused by the expansion and contraction of the negative electrode active material. Thereby, the contact state of a negative electrode active material and a solid electrolyte can be made favorable.
本発明によれば、高いセル体積エネルギー密度と優れた容量維持率とを両立する全固体電池を得ることが可能な全固体電池用負極を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the negative electrode for all-solid-state batteries which can obtain the all-solid-state battery which makes a high cell volume energy density and the outstanding capacity maintenance rate compatible can be provided.
以下、図面を参照しつつ、本発明について説明する。なお、以下に示す形態は本発明の例示であり、本発明は以下に示す形態に限定されない。 The present invention will be described below with reference to the drawings. In addition, the form shown below is an illustration of this invention and this invention is not limited to the form shown below.
図1は、本発明の一の実施形態に係る全固体電池用負極10(以下において、「負極10」と称することがある。)を説明する図である。負極1は、少なくとも硫化物固体電解質1と、負極活物質2と、空隙3とを有している。
FIG. 1 is a diagram illustrating an all-solid battery negative electrode 10 (hereinafter, also referred to as “
負極活物質2は微粒子4を含有する炭素材料5を有する複合粒子である。負極活物質2の粒子径は15μm以下であり、且つ、微粒子4の粒子径は94nm以下である。空隙3は、隣接する硫化物固体電解質1及び/又は、負極活物質2によって囲まれた隙間である。負極10における空隙3の割合(空隙率)は5%〜30%である。
The negative electrode
本発明に係る負極10によれば、負極活物質の局所的な膨張収縮、及び負極活物質の膨張収縮に伴って生じる固体電解質の割れを抑制することができる。これにより、負極活物質と固体電解質との接触状態を良好にすることができる。すなわち、高いセル体積エネルギー密度と優れた容量維持率とを両立する全固体電池を得ることが可能な全固体電池用負極を提供できる。
According to the
硫化物固体電解質1は、全固体電池に使用可能な硫化物固体電解質を適宜使用することができる。そのような硫化物固体電解質としては、Li2S−SiS2、LiI−Li2S−SiS2、LiI−Li2S−P2S5、LiI−Li2S−P2O5、LiI−Li3PO4−P2S5、Li2S−P2S5、Li3PSi4等を例示することができる。硫化物固体電解質は、結晶質であってもよく、非結晶質であってもよく、ガラスセラミックであってもよい。 As the sulfide solid electrolyte 1, a sulfide solid electrolyte that can be used in an all-solid battery can be appropriately used. Examples of such sulfide solid electrolytes include Li 2 S—SiS 2 , LiI—Li 2 S—SiS 2 , LiI—Li 2 S—P 2 S 5 , LiI—Li 2 S—P 2 O 5 , LiI—. Examples include Li 3 PO 4 —P 2 S 5 , Li 2 S—P 2 S 5 , Li 3 PSi 4, and the like. The sulfide solid electrolyte may be crystalline, non-crystalline, or glass ceramic.
負極活物質2は、微粒子4を含有する炭素材料5を有する複合粒子である。負極活物質2の粒子径は15μm以下である。負極活物質の粒子径が15μm以下であることにより、負極活物質2の局所的な膨張収縮、及び負極活物質2の膨張収縮に伴って生じる硫化物固体電解質1の割れを抑制することができる。
The negative electrode
微粒子4はSi又はSnを含有する金属であり、単体や合金等であってもよい。負極活物質2に微粒子4を含有することにより、全固体電池のセル体積エネルギー密度を向上することを可能にする。
The fine particles 4 are a metal containing Si or Sn, and may be a simple substance or an alloy. By including the fine particles 4 in the negative electrode
一方で、Si又はSnを含有する負極活物質を用いると、通常使用される負極活物質よりも多くのLiと反応するため、負極活物質の体積が3〜4倍程度に膨張することが知られている。そのため、膨張した負極活物質により周囲の固体電解質を圧迫し、固体電解質にひび割れが生じることがあり、これによってLiイオン伝導の経路が切れる虞がある。さらに、負極活物質も自身の膨張によって割れを生じることがあり、これによって負極活物質は微粉化して孤立化してしまうため、周囲とのLiイオン伝導の経路が切れる虞がある。すなわち、負極活物質と固体電解質との界面の維持、及び固体電解質相のLiイオン伝導経路の維持ができなくなると、充放電できず、著しい容量低下を引き起こし十分な容量を取り出せなくなる虞がある。 On the other hand, when a negative electrode active material containing Si or Sn is used, it reacts with more Li than a normally used negative electrode active material, so that the volume of the negative electrode active material expands to about 3 to 4 times. It has been. For this reason, the expanded negative electrode active material may compress the surrounding solid electrolyte, causing cracks in the solid electrolyte, which may break the Li ion conduction path. Furthermore, the negative electrode active material may also crack due to its own expansion. This causes the negative electrode active material to be pulverized and isolated, which may break the Li ion conduction path with the surroundings. That is, if the interface between the negative electrode active material and the solid electrolyte cannot be maintained, and the Li ion conduction path of the solid electrolyte phase cannot be maintained, charging / discharging cannot be performed, and there is a possibility that sufficient capacity cannot be taken out due to a significant capacity reduction.
そこで、本発明に係る微粒子4の粒子径を94nm以下とした。微粒子4の粒子径が94nm以下であることにより、高いセル体積エネルギー密度と優れた容量維持率とを両立することが可能になる。一方、微粒子4の粒子径が94nmを超えると、負極活物質2の局所的な膨張収縮、及び負極活物質2の膨張収縮に伴って生じる硫化物固体電解質1の割れを抑制できないため、容量維持率が低下する。
Therefore, the particle diameter of the fine particles 4 according to the present invention is set to 94 nm or less. When the particle diameter of the fine particles 4 is 94 nm or less, it is possible to achieve both a high cell volume energy density and an excellent capacity retention rate. On the other hand, when the particle diameter of the fine particles 4 exceeds 94 nm, local expansion and contraction of the negative electrode
負極活物質2における微粒子4の質量百分率は、20wt%〜95wt%の範囲にあることが好ましい。微粒子4の質量百分率が20wt%〜95wt%の範囲にあることにより、高いセル体積エネルギー密度と優れた容量維持率とを両立することが可能になる。これに対して、微粒子4の質量百分率が20wt%未満であると、セル体積エネルギー密度が低下する。また、微粒子4の質量百分率が95wt%を超えると、セル体積エネルギー密度は向上するが容量維持率は低下するため、高いセル体積エネルギー密度と優れた容量維持率とを両立することができない。
The mass percentage of the fine particles 4 in the negative electrode
微粒子4は炭素材料5に含有されていればよいが、特に分散されて配置されていることが好ましい。微粒子4が負極活物質2に分散されて配置されることにより、負極活物質2の局所的な膨張収縮、及び負極活物質2の膨張収縮に伴って生じる固体電解質1の割れを抑制することが可能になる。
The fine particles 4 may be contained in the
さらに、微粒子4はSi又はSnのほかに、Fe、Co、Ni、Ti、Cr、B、Pを含んでいてもよい。 Furthermore, the fine particles 4 may contain Fe, Co, Ni, Ti, Cr, B, and P in addition to Si or Sn.
炭素材料5は、全固体電池の負極活物質として使用可能な炭素材料を適宜使用することができる。そのような炭素材料としては、少なくとも炭素を含有していれば特に限定されず、グラファイト、メソカーボンマイクロビーズ(MCMB)、高配向性グラファイト(HOPG)、ハードカーボン、ソフトカーボン、カーボンブラック類(アセチレンブラックやケッチェンブラック等)等を挙げることができる。
As the
空隙3は、隣接する硫化物固体電解質1及び/又は、負極活物質2によって囲まれた隙間である。負極10の空隙率は5%〜30%である。空隙率が5%〜30%の範囲にあることにより、負極活物質2とLiとが反応した際の膨張スペースを予め確保でき、負極活物質2の周囲の硫化物固体電解質1への圧迫を抑制できる。これによって、全固体電池において、初回充電及びその後の充放電の際の固体電解質の割れや、固体電解質と負極活物質との間に生じる隙間を抑制できるため、Liイオン伝導経路の切断を抑制することができる。すなわち、負極活物質2と周囲の硫化物固体電解質1との接触が維持されるため、負極10のLiイオン伝導も低下せず、その結果、高いセル体積エネルギー密度と優れた容量維持率とを両立することが可能になる。これに対して、空隙率が5%未満であると、負極活物質2の膨張時に負極10への損傷が大きくなるため、容量維持率が低下する。また、空隙率が30%を超えると、硫化物固体電解質1と負極活物質2との接触が不十分となり、セル体積エネルギー密度及び容量維持率が低下する。
The
また、負極1には、必要に応じて、導電材やバインダー等を適宜含有させることができる。導電材としては、気相成長炭素繊維(VGCF)、アセチレンブラック(AB)、ケッチェンブラック(KB)、カーボンナノチューブ(CNT)、カーボンナノファイバー(CNF)等の炭素材料のほか、硫化物全固体電池の使用時の環境に耐えることができる金属材料を例示することができる。バインダーとしては、アクリロニトリルブタジエンゴム(ABR)、ブタジエンゴム(BR)、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)、スチレンブタジエンゴム(SBR)等を例示できる。 Moreover, the negative electrode 1 can contain a conductive material, a binder, etc. suitably as needed. Conductive materials include carbon materials such as vapor grown carbon fiber (VGCF), acetylene black (AB), ketjen black (KB), carbon nanotube (CNT), carbon nanofiber (CNF), and all-sulfide solids. A metal material that can withstand the environment when the battery is used can be exemplified. Examples of the binder include acrylonitrile butadiene rubber (ABR), butadiene rubber (BR), polyvinylidene fluoride (PVdF), styrene butadiene rubber (SBR), and the like.
負極10の作製方法は、液体に上記負極活物質等を分散して調整したスラリー状の負極組成物を用いて負極を作製する方法を例示することができる。負極活物質等を分散させる液体としては、ヘプタン等を例示することができ、無極性溶媒を好ましく用いることができる。また、負極の厚さは、例えば0.1μm以上1mm以下であることが好ましく、1μm以上100μm以下であることがより好ましい。また、全固体電池の性能を高めやすくするために、負極はプレスする過程を経て作製されることが好ましい。本発明において、負極をプレスする際の圧力は、例えば100MPa程度とすることができる。
Examples of the method for producing the
ここで、本発明に係る負極10を用いた全固体電池100について説明するが、本発明は当該形態に限定されない。
Here, although the all-solid-
図2に示すように、全固体電池100は、負極集電体10aと、負極集電体に接続された負極10と、正極集電体20aと、正極集電体に接続された正極20と、負極及び正極の間に配設された固体電解質層30と、からなっている。
As shown in FIG. 2, the all-
負極集電体10aは、負極10に接続された導電体である。負極集電体10aには全固体電池の集電体として使用可能な金属を用いることができる。そのような金属としては、Cu、Ni、Al、V、Au、Pt、Mg、Fe、Ti、Co、Cr、Zn、Ge、Inからなる群から選択される一又は二以上の元素を含む金属材料を例示することができる。
The negative electrode
正極集電体20aは、正極20に接続された導電体である。正極集電体20aには固体電池の集電体として使用可能な金属を用いることができる。そのような金属としては、Cu、Ni、Al、V、Au、Pt、Mg、Fe、Ti、Co、Cr、Zn、Ge、Inからなる群から選択される一又は二以上の元素を含む金属材料を例示することができる。
The positive electrode
正極20は、少なくとも正極活物質を含んでおり、必要に応じて、硫化物固体電解質、導電材、及びバインダー等を適宜含有させることができる。
The
正極20に含有させる正極活物質としては、全固体電池で使用可能な正極活物質を適宜用いることができる。そのような正極活物質としては、コバルト酸リチウム(LiCoO2)、ニッケル酸リチウム(LiNiO2)、リチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物(LiNixCoyMn(1−x−y)O2(ただし、0<x<1、0<y<1、0<x+y<1))等の層状活物質のほか、オリビン型リン酸鉄リチウム(LiFePO4)等のオリビン型活物質や、スピネル型マンガン酸リチウム(LiMn2O4)等のスピネル型活物質等や、ニッケルコバルトアルミ酸リチウム(Li(Ni−Co−Al)O2)等のNAC系活物質等を例示することができる。正極活物質の形状は、例えば粒子状や薄膜状等にすることができる。正極活物質の平均粒子径(D50)は、例えば1nm以上100μm以下であることが好ましく、10nm以上30μm以下であることがより好ましい。また、正極20における正極活物質の含有量は、特に限定されないが、質量百分率で、例えば40wt%以上99wt%以下とすることが好ましい。
As the positive electrode active material to be contained in the
正極20に含有させることが可能な硫化物固体電解質としては、負極に含有させることが可能な上記硫化物固体電解質を例示することができる。また、正極に含有させることが可能なバインダーとしては、負極に含有させることが可能な上記バインダーを例示することができる。さらに、正極に含有させることが可能な導電材としては、負極に含有させることが可能な上記導電材を例示することができる。
Examples of the sulfide solid electrolyte that can be contained in the
正極活物質、硫化物固体電解質、及び、バインダー等を液体に分散して調整したスラリー状の正極組成物を用いて正極を作製する場合、使用可能な液体としてはヘプタン等を例示することができ、無極性溶媒を好ましく用いることができる。また、正極の厚さは、例えば0.1μm以上1mm以下であることが好ましく、1μm以上100μm以下であることがより好ましい。また、全固体電池の性能を高めやすくするために、正極はプレスする過程を経て作製されることが好ましい。本発明において、正極をプレスする際の圧力は、例えば100MPa程度とすることができる。 When producing a positive electrode using a positive electrode active material, a sulfide solid electrolyte, and a slurry-like positive electrode composition prepared by dispersing a binder in a liquid, heptane or the like can be exemplified as a usable liquid. A nonpolar solvent can be preferably used. Further, the thickness of the positive electrode is, for example, preferably from 0.1 μm to 1 mm, and more preferably from 1 μm to 100 μm. Moreover, in order to make it easy to improve the performance of the all-solid-state battery, the positive electrode is preferably manufactured through a pressing process. In this invention, the pressure at the time of pressing a positive electrode can be about 100 MPa, for example.
固体電解質層30は、少なくとも硫化物固体電解質を含有する層であり、硫化物固体電解質に加えて、バインダーを適宜含有させることができる。固体電解質層30に含有させることが可能な硫化物固体電解質としては、正極や負極に含有させることが可能な上記硫化物固体電解質を例示することができる。また、固体電解質層30に含有させることが可能なバインダーとしては、負極10や正極20に含有させることが可能な上記バインダーを例示することができる。ただし、全固体電池の高出力化を図りやすくするために、硫化物固体電解質の過度の凝集を防止し且つ均一に分散された硫化物固体電解質を有する固体電解質層30を形成可能にする等の観点から、固体電解質層30にバインダーを含有させる場合、その含有率は5wt%以下とすることが好ましい。また、液体に上記硫化物固体電解質等を分散して調整したスラリー状の硫化物固体電解質組成物を負極10や正極20等の基材に塗布する過程を経てセパレート層を作製する場合、硫化物固体電解質等を分散させる液体としては、ヘプタン等を例示することができ、無極性溶媒を好ましく用いることができる。固体電解質層30における硫化物固体電解質の含有量は、質量百分率で、例えば60wt%以上、中でも70wt%以上、特に80wt%以上であることが好ましい。固体電解質層30の厚さは、電池の構成によって大きく異なるが、例えば、0.1μm以上1mm以下であることが好ましく、1μm以上100μm以下であることがより好ましい。また、全固体電池100の性能を高めやすくするために、固体電解質層30はプレスする過程を経て作製されることが好ましい。本発明において、固体電解質層30をプレスする際の圧力は、例えば100MPa程度とすることができる。
The
実施例を参照しつつ、本発明について、さらに説明を続ける。 The present invention will be further described with reference to examples.
実施例1〜20及び比較例1〜10に係る全固体電池を以下のように作製し、セル体積エネルギー密度及び容量維持率を評価した。その結果を表1〜4に示した。また、表1〜4のそれぞれをグラフにしたものを図3〜6に示した。 All-solid batteries according to Examples 1 to 20 and Comparative Examples 1 to 10 were produced as follows, and the cell volume energy density and the capacity retention rate were evaluated. The results are shown in Tables 1-4. Moreover, what graphed each of Tables 1-4 was shown in FIGS.
<実施例1>
(硫化物固体電解質の合成)
LiS2(真密度1.66g/cm3、日本化学工業株式会社製)とP2S5(真密度2.1m3、アルドリッチ社製)を出発原料とした。LiS2を0.7656g、P2S5を1.2344g秤量し、メノウ乳鉢で5分混合した後、ヘプタン(関東化学株式会社製)を4g入れ遊星型ボールミル機(フリッチュ社製P7。以下において同じ。)を用いて40分間メカニカルミリングを行うことで、硫化物固体電解質を得た。
<Example 1>
(Synthesis of sulfide solid electrolyte)
LiS 2 (true density 1.66 g / cm 3 , manufactured by Nippon Chemical Industry Co., Ltd.) and P 2 S 5 (true density 2.1 m 3 , manufactured by Aldrich) were used as starting materials. 0.7656 g of LiS 2 and 1.2344 g of P 2 S 5 were weighed and mixed in an agate mortar for 5 minutes, and then 4 g of heptane (manufactured by Kanto Chemical Co., Inc.) was put into a planetary ball mill (P7 manufactured by Fritsch). The same was performed for 40 minutes to obtain a sulfide solid electrolyte.
(負極合剤の作製)
Si粉末(真密度2.33g/cm3)及び炭素材料(真密度2.0g/cm3)を質量比20:80となるように秤量した。得られたSi粉末及び炭素材料を遊星型ボールミル機に入れ、270rpmで24時間に亘ってメカニカルアロイングを行った。その後、目開きが20μmのふるいに通すことで、粗大粒子を取り除き、負極活物質を得た。この負極活物質の粒子径(D50)は、レーザー式粒度分布計(堀場製作所社製)を用いて測定した。また、負極活物質に含有するSiの粒子径は、TEM(JEOL社製)を用いて算出した。次に、得られた負極活物質5.05mgと硫化物固体電解質5.14mgとを混合することにより、負極合剤を作製した。
(Preparation of negative electrode mixture)
Si powder (true density 2.33 g / cm 3 ) and carbon material (true density 2.0 g / cm 3 ) were weighed so as to have a mass ratio of 20:80. The obtained Si powder and carbon material were put into a planetary ball mill and mechanical alloying was performed at 270 rpm for 24 hours. Then, coarse particles were removed by passing through a sieve having an opening of 20 μm to obtain a negative electrode active material. The particle size (D 50 ) of this negative electrode active material was measured using a laser particle size distribution meter (manufactured by Horiba, Ltd.). Moreover, the particle diameter of Si contained in the negative electrode active material was calculated using TEM (manufactured by JEOL). Next, 5.05 mg of the obtained negative electrode active material and 5.14 mg of sulfide solid electrolyte were mixed to prepare a negative electrode mixture.
(正極合剤の作製)
LiNbO3の表面処理を施したLiNi3/5Co1/5Mn1/5O2を正極活物質として使用した。この正極活物質を12.03g、導電性カーボンである気相成長炭素繊維(VGCF)(昭和電工株式会社製)0.51mgと、硫化物固体電解質5.14mgとを混合することにより、正極合剤を作製した。
(Preparation of positive electrode mixture)
LiNi 3/5 Co 1/5 Mn 1/5 O 2 subjected to surface treatment of LiNbO 3 was used as the positive electrode active material. By mixing 12.03 g of this positive electrode active material, 0.51 mg of vapor-grown carbon fiber (VGCF) (manufactured by Showa Denko KK) which is conductive carbon, and 5.14 mg of a sulfide solid electrolyte, An agent was prepared.
(全固体電池の作製)
1cm2のセラミック製の型に硫化物固体電解質を18mg秤量し、0.98MPaでプレスすることにより固体電解質層を作製した。固体電解質層の片側に正極合剤15.7mgを入れ、4.5MPaでプレスすることにより正極を作製した。固体電解質層の正極が作製された側とは反対側に、負極合剤5.14mgを入れ、4.5MPaでプレスすることにより、空隙率20%の負極を作製した。そして、正極の表面に正極集電体としてアルミ箔を、負極の表面に負極集電体として銅箔をそれぞれ配置し、実施例1に係る全固体電池を作製した。
(Production of all-solid battery)
A solid electrolyte layer was prepared by weighing 18 mg of a sulfide solid electrolyte into a 1 cm 2 ceramic mold and pressing it at 0.98 MPa. A positive electrode was prepared by putting 15.7 mg of the positive electrode mixture on one side of the solid electrolyte layer and pressing it at 4.5 MPa. A negative electrode mixture with a porosity of 20% was prepared by placing 5.14 mg of a negative electrode mixture on the side opposite to the side on which the positive electrode of the solid electrolyte layer was prepared, and pressing the mixture at 4.5 MPa. Then, an aluminum foil as a positive electrode current collector was disposed on the surface of the positive electrode, and a copper foil as a negative electrode current collector was disposed on the surface of the negative electrode, whereby an all-solid battery according to Example 1 was produced.
<実施例2>
負極合剤を作製する際に、Si粉末と炭素材料との質量比を、Si粉末:炭素材料=30:70にしたこと以外は、実施例1と同様に、実施例2に係る全固体電池を作製した。
<Example 2>
The all-solid-state battery according to Example 2 is the same as Example 1 except that the mass ratio of Si powder and carbon material is set to Si powder: carbon material = 30: 70 when the negative electrode mixture is produced. Was made.
<実施例3>
負極合剤を作製する際に、Si粉末と炭素材料との質量比を、Si粉末:炭素材料=50:50にしたこと以外は、実施例1と同様に、実施例3に係る全固体電池を作製した。
<Example 3>
The all solid state battery according to Example 3 in the same manner as in Example 1 except that the mass ratio of Si powder and carbon material was set to Si powder: carbon material = 50: 50 when the negative electrode mixture was produced. Was made.
<実施例4>
負極合剤を作製する際に、Si粉末と炭素材料との質量比を、Si粉末:炭素材料=70:30にしたこと以外は、実施例1と同様に、実施例4に係る全固体電池を作製した。
<Example 4>
The all-solid-state battery according to Example 4 is the same as Example 1 except that the mass ratio of Si powder to carbon material is set to Si powder: carbon material = 70: 30 when the negative electrode mixture is produced. Was made.
<実施例5>
負極合剤を作製する際に、Si粉末と炭素材料との質量比を、Si粉末:炭素材料=95:5にしたこと以外は、実施例1と同様に、実施例5に係る全固体電池を作製した。
<Example 5>
The all-solid-state battery according to Example 5 is the same as Example 1 except that the mass ratio of Si powder and carbon material is Si powder: carbon material = 95: 5 when the negative electrode mixture is produced. Was made.
<実施例6>
負極合剤を作製する際に、負極活物質の粒子径を1μmにした以外は、実施例3と同様に、実施例6に係る全固体電池を作製した。
<Example 6>
An all-solid-state battery according to Example 6 was produced in the same manner as in Example 3 except that the negative electrode active material had a particle diameter of 1 μm when the negative electrode mixture was produced.
<実施例7>
負極合剤を作製する際に、負極活物質の粒子径を6μmにした以外は、実施例3と同様に、実施例7に係る全固体電池を作製した。
<Example 7>
An all-solid-state battery according to Example 7 was produced in the same manner as in Example 3 except that the negative electrode active material had a particle diameter of 6 μm when the negative electrode mixture was produced.
<実施例8>
負極合剤を作製する際に、負極活物質の粒子径を8μmにした以外は、実施例3と同様に、実施例8に係る全固体電池を作製した。
<Example 8>
An all solid state battery according to Example 8 was prepared in the same manner as in Example 3 except that the negative electrode active material had a particle diameter of 8 μm when the negative electrode mixture was prepared.
<実施例9>
負極合剤を作製する際に、負極活物質の粒子径を10μmにした以外は、実施例3と同様に、実施例9に係る全固体電池を作製した。
<Example 9>
An all-solid battery according to Example 9 was produced in the same manner as in Example 3 except that the negative electrode active material had a particle diameter of 10 μm when the negative electrode mixture was produced.
<実施例10>
負極合剤を作製する際に、負極活物質の粒子径を15μmにした以外は、実施例3と同様に、実施例10に係る全固体電池を作製した。
<Example 10>
An all-solid battery according to Example 10 was produced in the same manner as in Example 3 except that the negative electrode active material had a particle diameter of 15 μm when the negative electrode mixture was produced.
<実施例11>
負極合剤を作製する際に、Siの粒子径を5nmにした以外は、実施例3と同様に、実施例11に係る全固体電池を作製した。
<Example 11>
An all-solid-state battery according to Example 11 was produced in the same manner as in Example 3 except that the particle size of Si was changed to 5 nm when producing the negative electrode mixture.
<実施例12>
負極合剤を作製する際に、Siの粒子径を10nmにした以外は、実施例3と同様に、実施例12に係る全固体電池を作製した。
<Example 12>
An all-solid-state battery according to Example 12 was produced in the same manner as in Example 3, except that the particle diameter of Si was changed to 10 nm when producing the negative electrode mixture.
<実施例13>
負極合剤を作製する際に、Siの粒子径を27nmにした以外は、実施例3と同様に、実施例13に係る全固体電池を作製した。
<Example 13>
An all-solid-state battery according to Example 13 was produced in the same manner as Example 3 except that the particle size of Si was changed to 27 nm when producing the negative electrode mixture.
<実施例14>
負極合剤を作製する際に、Siの粒子径を76nmにした以外は、実施例3と同様に、実施例14に係る全固体電池を作製した。
<Example 14>
An all-solid battery according to Example 14 was produced in the same manner as in Example 3 except that the particle diameter of Si was changed to 76 nm when producing the negative electrode mixture.
<実施例15>
負極合剤を作製する際に、Siの粒子径を94nmにした以外は、実施例3と同様に、実施例15に係る全固体電池を作製した。
<Example 15>
An all-solid-state battery according to Example 15 was produced in the same manner as in Example 3 except that the particle size of Si was set to 94 nm when producing the negative electrode mixture.
<実施例16>
負極を作製する際に、負極の空隙率を5%とした以外は、実施例3と同様に、実施例16に係る全固体電池を作製した。
<Example 16>
An all solid state battery according to Example 16 was produced in the same manner as in Example 3 except that the negative electrode had a porosity of 5% when the negative electrode was produced.
<実施例17>
負極を作製する際に、負極の空隙率を9%とした以外は、実施例3と同様に、実施例17に係る全固体電池を作製した。
<Example 17>
An all solid state battery according to Example 17 was produced in the same manner as Example 3 except that the porosity of the negative electrode was changed to 9% when the negative electrode was produced.
<実施例18>
負極を作製する際に、負極の空隙率を17%とした以外は、実施例3と同様に、実施例18に係る全固体電池を作製した。
<Example 18>
An all-solid-state battery according to Example 18 was produced in the same manner as in Example 3 except that the negative electrode had a porosity of 17% when the negative electrode was produced.
<実施例19>
負極を作製する際に、負極の空隙率を25%とした以外は、実施例3と同様に、実施例19に係る全固体電池を作製した。
<Example 19>
An all-solid-state battery according to Example 19 was produced in the same manner as in Example 3 except that the negative electrode had a porosity of 25% when the negative electrode was produced.
<実施例20>
負極を作製する際に、負極の空隙率を30%とした以外は、実施例3と同様に、実施例20に係る全固体電池を作製した。
<Example 20>
An all solid state battery according to Example 20 was produced in the same manner as Example 3 except that the porosity of the negative electrode was changed to 30% when producing the negative electrode.
<比較例1>
負極合剤を作製する際に、Si粉末と炭素材料との質量比を、Si粉末:炭素材料=0:100にしたこと以外は、実施例1と同様に、比較例1に係る全固体電池を作製した。尚、比較例1に係る負極活物質の粒子径は10μmであった。
<Comparative Example 1>
The all-solid-state battery according to Comparative Example 1 is the same as Example 1 except that the mass ratio of Si powder to carbon material is set to Si powder: carbon material = 0: 100 when producing the negative electrode mixture. Was made. The particle diameter of the negative electrode active material according to Comparative Example 1 was 10 μm.
<比較例2>
負極合剤を作製する際に、Si粉末と炭素材料との質量比を、Si粉末:炭素材料=10:90にしたこと以外は、実施例1と同様に、比較例2に係る全固体電池を作製した。
<Comparative example 2>
The all-solid-state battery according to Comparative Example 2 is the same as Example 1 except that the mass ratio of Si powder to carbon material is set to Si powder: carbon material = 10: 90 when the negative electrode mixture is produced. Was made.
<比較例3>
負極合剤を作製する際に、Si粉末と炭素材料との質量比を、Si粉末:炭素材料=98:2にしたこと以外は、実施例1と同様に、比較例3に係る全固体電池を作製した。
<Comparative Example 3>
The all-solid-state battery according to Comparative Example 3 is the same as Example 1 except that the mass ratio of Si powder and carbon material is Si powder: carbon material = 98: 2 when the negative electrode mixture is prepared. Was made.
<比較例4>
負極合剤を作製する際に、Si粉末と炭素材料との質量比を、Si粉末:炭素材料=100:0にしたこと以外は、実施例1と同様に、比較例4に係る全固体電池を作製した。
<Comparative example 4>
The all-solid-state battery according to Comparative Example 4 is the same as Example 1 except that the mass ratio of Si powder to carbon material is set to Si powder: carbon material = 100: 0 when the negative electrode mixture is produced. Was made.
<比較例5>
負極合剤を作製する際に、負極活物質の粒子径を20μmにした以外は、実施例3と同様に、比較例5に係る全固体電池を作製した。
<Comparative Example 5>
An all-solid battery according to Comparative Example 5 was produced in the same manner as in Example 3 except that the negative electrode active material had a particle size of 20 μm when the negative electrode mixture was produced.
<比較例6>
負極合剤を作製する際に、負極活物質の粒子径を128nmにした以外は、実施例3と同様に、比較例6に係る全固体電池を作製した。
<Comparative Example 6>
An all-solid battery according to Comparative Example 6 was produced in the same manner as in Example 3 except that the negative electrode active material had a particle diameter of 128 nm when the negative electrode mixture was produced.
<比較例7>
負極合剤を作製する際に、Siの粒子径を231nmにした以外は、実施例3と同様に、比較例7に係る全固体電池を作製した。
<Comparative Example 7>
An all-solid-state battery according to Comparative Example 7 was prepared in the same manner as in Example 3 except that the particle size of Si was 231 nm when the negative electrode mixture was prepared.
<比較例8>
負極を作製する際に、負極の空隙率を3%とした以外は、実施例3と同様に、比較例8に係る全固体電池を作製した。
<Comparative Example 8>
An all-solid-state battery according to Comparative Example 8 was produced in the same manner as in Example 3 except that the porosity of the negative electrode was changed to 3% when producing the negative electrode.
<比較例9>
負極を作製する際に、負極の空隙率を35%とした以外は、実施例3と同様に、比較例9に係る全固体電池を作製した。
<Comparative Example 9>
An all-solid battery according to Comparative Example 9 was prepared in the same manner as in Example 3 except that the negative electrode had a porosity of 35% when the negative electrode was prepared.
<比較例10>
負極を作製する際に、負極の空隙率を38%とした以外は、実施例3と同様に、比較例10に係る全固体電池を作製した。
<Comparative Example 10>
An all-solid-state battery according to Comparative Example 10 was produced in the same manner as in Example 3 except that the negative electrode had a porosity of 38% when the negative electrode was produced.
次に実施例1〜20及び比較例1〜10に係る全固体電池について、セル体積エネルギー密度及び容量維持率の評価を行った。 Next, the cell volume energy density and the capacity retention rate were evaluated for all solid state batteries according to Examples 1 to 20 and Comparative Examples 1 to 10.
(セル体積エネルギー密度の評価)
セル体積エネルギー密度は、以下の式から算出した。
(セル体積エネルギー密度)=(初回放電容量)×(初回放電電圧)÷(負極体積)
なお、表1〜4及び図3〜6では、比較例1のセル体積エネルギー密度を100として、それぞれのセル体積エネルギー密度を相対値として表している。
(Evaluation of cell volume energy density)
The cell volume energy density was calculated from the following formula.
(Cell volume energy density) = (initial discharge capacity) × (initial discharge voltage) ÷ (negative electrode volume)
In addition, in Tables 1-4 and FIGS. 3-6, the cell volume energy density of the comparative example 1 is set to 100, and each cell volume energy density is represented as a relative value.
(容量維持率の評価)
下記の方法で充放電を行い、701サイクル目の放電容量を分子とし、1サイクル目の放電容量を分母として、容量維持率を算出した。
・1サイクル目:0.25mAで4.4Vまで定電圧定電流(CC/CV)充電した後に、0.25mAで3.0Vまで定電圧定電流(CC/CV)放電を行った。
・2〜700サイクル:1.5mAで4.4Vまで定電圧定電流(CC/CV)充電した後に、0.25mAで3.0Vまで定電圧定電流(CC/CV)放電を行った。
・701サイクル目:0.35mAで4.4Vまで定電圧定電流(CC/CV)充電した後に、0.25mAで3.0Vまで定電圧定電流(CC/CV)放電を行った。
(Evaluation of capacity maintenance rate)
Charging / discharging was performed by the following method, and the capacity retention rate was calculated using the discharge capacity at the 701st cycle as the numerator and the discharge capacity at the first cycle as the denominator.
First cycle: After constant voltage constant current (CC / CV) charge to 4.4 V at 0.25 mA, constant voltage constant current (CC / CV) discharge was performed to 3.0 V at 0.25 mA.
-2 to 700 cycles: After constant voltage constant current (CC / CV) charging to 4.4 V at 1.5 mA, constant voltage constant current (CC / CV) discharging was performed to 3.0 V at 0.25 mA.
-701st cycle: After constant voltage constant current (CC / CV) charge to 4.4V at 0.35 mA, constant voltage constant current (CC / CV) discharge was performed to 3.0V at 0.25 mA.
表1は、セル体積エネルギー密度及び容量維持率と、負極活物質におけるSiの質量百分率との関係を説明する表であり、実施例1〜5及び比較例1〜4の結果をまとめている。また、表1に示したセル体積エネルギー密度及び容量維持率と、負極活物質におけるSiの質量百分率との関係を図3に示した。図3の縦軸はセル体積エネルギー密度及び容量維持率であり、横軸は負極活物質におけるSiの質量百分率(wt%)である。 Table 1 is a table for explaining the relationship between the cell volume energy density and the capacity retention ratio and the mass percentage of Si in the negative electrode active material, and summarizes the results of Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 to 4. Moreover, the relationship between the cell volume energy density and capacity retention ratio shown in Table 1 and the mass percentage of Si in the negative electrode active material is shown in FIG. The vertical axis in FIG. 3 is the cell volume energy density and the capacity retention rate, and the horizontal axis is the mass percentage (wt%) of Si in the negative electrode active material.
表1に示したように、実施例1〜5に係る全固体電池のセル体積エネルギー密度は103〜135の範囲にあり、比較例1に係る全固体電池のセル体積エネルギー密度よりも高かった。特に、実施例5に係る全固体電池のセル体積エネルギー密度は135であり、非常に高い値であった。また、実施例1〜5に係る全固体電池の容量維持率は75%〜85%の範囲にあり、優れていた。すなわち、負極活物質におけるSiの質量百分率が20wt%〜95wt%の範囲にある全固体電池は、高いセル体積エネルギー密度と優れた容量維持率とを両立することが分かった。これに対して、負極活物質におけるSiの質量百分率が10wt%である比較例2に係る全固体電池のセル体積エネルギー密度は、比較例1に係る全固体電池のセル体積エネルギー密度よりも低かった。また、負極活物質におけるSiの質量百分率が98wt%を超える比較例3、4に係る全固体電池では、セル体積エネルギー密度は非常に高い値を示していたが、容量維持率はそれぞれ46%、30%という低い値であった。すなわち、比較例1〜4に係る全固体電池は、高いセル体積エネルギー密度と優れた容量維持率とを両立できていなかった。 As shown in Table 1, the cell volume energy density of the all solid state batteries according to Examples 1 to 5 was in the range of 103 to 135, and was higher than the cell volume energy density of the all solid state battery according to Comparative Example 1. In particular, the cell volume energy density of the all solid state battery according to Example 5 was 135, which was a very high value. Moreover, the capacity maintenance rate of the all-solid-state battery which concerns on Examples 1-5 was in the range of 75%-85%, and was excellent. That is, it was found that an all solid state battery having a mass percentage of Si in the negative electrode active material in the range of 20 wt% to 95 wt% achieves both a high cell volume energy density and an excellent capacity retention rate. On the other hand, the cell volume energy density of the all solid state battery according to Comparative Example 2 in which the mass percentage of Si in the negative electrode active material is 10 wt% was lower than the cell volume energy density of the all solid state battery according to Comparative Example 1. . Further, in the all solid state batteries according to Comparative Examples 3 and 4 in which the mass percentage of Si in the negative electrode active material exceeded 98 wt%, the cell volume energy density showed a very high value, but the capacity retention rate was 46%, The value was as low as 30%. That is, the all-solid-state batteries according to Comparative Examples 1 to 4 could not achieve both a high cell volume energy density and an excellent capacity maintenance rate.
表2は、セル体積エネルギー密度及び容量維持率と、負極活物質の粒子径との関係を説明する表であり、実施例3、6〜10及び比較例5の結果をまとめている。また、表2に示したセル体積エネルギー密度及び容量維持率と、負極活物質の粒子径との関係を図4に示した。図4の縦軸はセル体積エネルギー密度及び容量維持率であり、横軸は負極活物質の粒子径(μm)である。 Table 2 is a table for explaining the relationship between the cell volume energy density and capacity retention rate and the particle size of the negative electrode active material, and summarizes the results of Examples 3, 6 to 10, and Comparative Example 5. Moreover, the relationship between the cell volume energy density and capacity retention ratio shown in Table 2 and the particle diameter of the negative electrode active material is shown in FIG. The vertical axis in FIG. 4 is the cell volume energy density and capacity retention rate, and the horizontal axis is the particle diameter (μm) of the negative electrode active material.
表2に示したように、実施例3、6〜10に係る全固体電池のセル体積エネルギー密度は113〜116の範囲にあり、比較例1に係る全固体電池のセル体積エネルギー密度よりも高かった。また、実施例3、6〜10に係る全固体電池の容量維持率は70%〜84%の範囲にあり、優れていた。すなわち、負極活物質の粒子径が1μm〜25μmの範囲にある全固体電池は、高いセル体積エネルギー密度と優れた容量維持率とを両立することが分かった。それに対して、負極活物質の粒子径が20μmである比較例5に係る全固体電池は、セル体積エネルギー密度は実施例9、10に係る全固体電池と同等の値を示していたが、容量維持率は32%という低い値であった。すなわち、比較例5に係る全固体電池は、高いセル体積エネルギー密度と優れた容量維持率とを両立できていなかった。 As shown in Table 2, the cell volume energy density of the all solid state batteries according to Examples 3 and 6 to 10 is in the range of 113 to 116, which is higher than the cell volume energy density of the all solid state battery according to Comparative Example 1. It was. Moreover, the capacity maintenance rate of the all-solid-state battery which concerns on Example 3, 6-10 was in the range of 70%-84%, and was excellent. That is, it was found that an all solid state battery having a negative electrode active material particle size in the range of 1 μm to 25 μm achieves both a high cell volume energy density and an excellent capacity retention rate. In contrast, the all-solid battery according to Comparative Example 5 in which the particle size of the negative electrode active material was 20 μm had a cell volume energy density equivalent to that of the all-solid battery according to Examples 9 and 10, but the capacity The maintenance rate was as low as 32%. That is, the all-solid-state battery according to Comparative Example 5 could not achieve both a high cell volume energy density and an excellent capacity retention rate.
表3は、セル体積エネルギー密度及び容量維持率と、Siの粒子径との関係を説明する表であり、実施例3、11〜15及び比較例6〜7の結果をまとめている。また、表3に示したセル体積エネルギー密度及び容量維持率と、Siの粒子径との関係を図5に示した。図5の縦軸はセル体積エネルギー密度及び容量維持率であり、横軸は負極活物質に含有させたSiの粒子径(nm)である。 Table 3 is a table for explaining the relationship between the cell volume energy density and capacity retention rate, and the particle diameter of Si, and summarizes the results of Examples 3, 11-15, and Comparative Examples 6-7. The relationship between the cell volume energy density and capacity retention rate shown in Table 3 and the Si particle diameter is shown in FIG. The vertical axis in FIG. 5 is the cell volume energy density and the capacity retention rate, and the horizontal axis is the particle diameter (nm) of Si contained in the negative electrode active material.
表3に示したように、実施例3、11〜15に係る全固体電池のセル体積エネルギー密度は115〜118の範囲にあり、比較例1に係る全固体電池のセル体積エネルギー密度よりも高かった。また、実施例3、11〜15に係る全固体電池の容量維持率は75%〜85%の範囲にあり、優れていた。すなわち、Siの粒子径が5nm〜94nmの範囲にある全固体電池は、高いセル体積エネルギー密度と優れた容量維持率とを両立することが分かった。それに対して、Siの粒子径がそれぞれ128nm、231nmである比較例6、7に係る全固体電池は、セル体積エネルギー密度は比較例1と比べ高い値を示したが、容量維持率はそれぞれ45%、21%という低い値であった。すなわち、比較例6、7に係る全固体電池では、高いセル体積エネルギー密度と優れた容量維持率とを両立できていなかった。 As shown in Table 3, the cell volume energy density of the all solid state batteries according to Examples 3, 11 to 15 is in the range of 115 to 118, which is higher than the cell volume energy density of the all solid state battery according to Comparative Example 1. It was. Moreover, the capacity maintenance rate of the all-solid-state battery which concerns on Example 3, 11-15 was in the range of 75%-85%, and was excellent. That is, it was found that the all-solid-state battery having a Si particle size in the range of 5 nm to 94 nm achieves both a high cell volume energy density and an excellent capacity retention rate. In contrast, the all solid state batteries according to Comparative Examples 6 and 7 having Si particle sizes of 128 nm and 231 nm, respectively, showed a higher cell volume energy density than that of Comparative Example 1, but the capacity retention ratio was 45 respectively. % And 21%. That is, in the all solid state batteries according to Comparative Examples 6 and 7, a high cell volume energy density and an excellent capacity maintenance rate were not compatible.
表4は、セル体積エネルギー密度及び容量維持率と、空隙率との関係を説明する表であり、実施例3、16〜20及び比較例8〜10の結果をまとめている。また、表4に示したセル体積エネルギー密度及び容量維持率と、空隙率との関係を図6に示した。図6の縦軸はセル体積エネルギー密度及び容量維持率であり、横軸は空隙率(%)である。 Table 4 is a table for explaining the relationship between the cell volume energy density and capacity retention rate and the porosity, and summarizes the results of Examples 3, 16 to 20 and Comparative Examples 8 to 10. Moreover, the relationship between the cell volume energy density and capacity retention rate shown in Table 4 and the porosity is shown in FIG. The vertical axis in FIG. 6 is the cell volume energy density and the capacity retention rate, and the horizontal axis is the porosity (%).
表4に示したように、実施例3、16〜20に係る全固体電池のセル体積エネルギー密度は113〜118の範囲にあり、比較例1に係る全固体電池のセル体積エネルギー密度よりも高かった。また、実施例3、16〜20に係る全固体電池の容量維持率は69%〜84%の範囲にあり、優れていた。すなわち、空孔率が5%〜30%の範囲にある全固体電池は、高いセル体積エネルギー密度と優れた容量維持率とを両立することが分かった。それに対して、比較例9に係る全固体電池は、セル体積エネルギー密度は比較例1に係る全固体電池のセル体積エネルギー密度よりも高かったが、容量維持率が42%という低い値であった。また、比較例10に係る全固体電池は、セル体積エネルギー密度及び容量維持率ともに低い値であった。すなわち、比較例9、10に係る全固体電池では、高いセル体積エネルギー密度と優れた容量維持率とを両立できていなかった。 As shown in Table 4, the cell volume energy density of the all solid state batteries according to Examples 3 and 16 to 20 is in the range of 113 to 118, which is higher than the cell volume energy density of the all solid state battery according to Comparative Example 1. It was. Moreover, the capacity maintenance rate of the all-solid-state battery which concerns on Example 3, 16-20 was in the range of 69%-84%, and was excellent. That is, it was found that an all solid state battery having a porosity in the range of 5% to 30% achieves both a high cell volume energy density and an excellent capacity retention rate. In contrast, the all solid state battery according to Comparative Example 9 had a cell volume energy density higher than that of the all solid state battery according to Comparative Example 1, but the capacity retention rate was a low value of 42%. . Moreover, the all-solid-state battery which concerns on the comparative example 10 was a low value in both cell volume energy density and a capacity | capacitance maintenance factor. That is, in the all solid state batteries according to Comparative Examples 9 and 10, a high cell volume energy density and an excellent capacity maintenance rate were not compatible.
1 硫化物固体電解質
2 負極活物質
3 空隙
4 微粒子
5 炭素材料
10 負極
10a 負極集電体
20 正極
20a 正極集電体
30 固体電解質層
100 全固体電池
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Sulfide
Claims (1)
前記負極活物質はSiを含有する炭素材料を有する複合粒子であり、
前記Siの粒子径が94nm以下、且つ、前記負極活物質の粒子径が15μm以下であり、
前記負極の空隙率が5%〜30%であり、
前記負極活物質における前記Siの質量百分率が20wt%〜95wt%である、
全固体電池用負極。 A negative electrode for an all-solid battery having a sulfide solid electrolyte and a negative electrode active material,
The negative electrode active material is a composite particle having a carbon material containing Si ,
The particle diameter of the Si is 94 nm or less, and the particle diameter of the negative electrode active material is 15 μm or less;
Wherein Ri anode porosity of 5% to 30% der,
The mass percentage of Si in the negative electrode active material is 20 wt% to 95 wt%.
Negative electrode for all solid state batteries.
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