JP6524785B2 - All solid battery - Google Patents

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Description

本発明は、例えば短絡時における電池温度の上昇を抑制できる全固体電池に関する。   The present invention relates to, for example, an all-solid-state battery capable of suppressing an increase in battery temperature at the time of a short circuit.

近年におけるパソコン、ビデオカメラおよび携帯電話等の情報関連機器や通信機器等の急速な普及に伴い、その電源として優れた電池の開発が重要視されている。また、情報関連機器や通信関連機器以外の分野では、例えば自動車産業界において、電気自動車やハイブリッド自動車に用いられる電池としてリチウムイオン電池の開発が進められている。   With the rapid spread of information related devices such as personal computers, video cameras and mobile phones and communication devices in recent years, development of a battery excellent as a power source is regarded as important. In addition, in fields other than information-related equipment and communication-related equipment, for example, in the automobile industry, development of lithium ion batteries as batteries used for electric vehicles and hybrid vehicles is in progress.

現在市販されているリチウム電池は、可燃性の有機溶媒を含む電解液が使用されているため、短絡時の温度上昇を抑える安全装置の取り付けや短絡防止のための構造が必要となる。これに対し、電解液を固体電解質層に変えて、電池を全固体化したリチウム電池は、電池内に可燃性の有機溶媒を用いないので、安全装置の簡素化が図れ、製造コストや生産性に優れると考えられている。さらに、全固体電池の中でも、硫化物固体電解質材料を用いた全固体電池は、Liイオン伝導性が優れるという利点を有している。
例えば、特許文献1には、結晶化温度の高い硫化ガラスである硫化物固体電解質材料を用いた全固体電池が開示されている。
Since lithium batteries currently on the market use an electrolytic solution containing a flammable organic solvent, a structure for attachment of a safety device for preventing temperature rise at the time of short circuit and short circuit prevention is required. On the other hand, a lithium battery in which the battery is totally solidified by changing the electrolytic solution to a solid electrolyte layer does not use a flammable organic solvent in the battery, so the safety device can be simplified, and the manufacturing cost and productivity It is considered to be excellent. Furthermore, among the all-solid-state batteries, the all-solid-state battery using a sulfide solid electrolyte material has an advantage of excellent Li ion conductivity.
For example, Patent Document 1 discloses an all-solid battery using a sulfide solid electrolyte material which is a sulfided glass having a high crystallization temperature.

なお、電解液を用いたリチウム電池における短絡時の温度上昇を抑える技術として、例えば、特許文献2には、結晶水を放出可能な無機化合物を含有するセパレータを有する非水電解液電池が開示されている。また、特許文献3には、正極活物質層、電解質層および負極活物質層の少なくともいずれかの表面または内部に、ガス発生剤を含有する非水電解液電池が開示されている。また、特許文献4には、高温時に電気抵抗が増大する材料を含む活物質層を有する非水電解液電池が開示されている。   For example, Patent Document 2 discloses a non-aqueous electrolyte battery having a separator containing an inorganic compound capable of releasing water of crystallization as a technique for suppressing a temperature rise during a short circuit in a lithium battery using an electrolytic solution. ing. Further, Patent Document 3 discloses a non-aqueous electrolyte battery including a gas generating agent on the surface or inside of at least one of a positive electrode active material layer, an electrolyte layer, and a negative electrode active material layer. Patent Document 4 discloses a non-aqueous electrolyte battery having an active material layer containing a material whose electric resistance increases at high temperature.

特許文献5には、硫化物固体電解質が、シリコーン油等の液状物質を用いて被覆された全固体電池が開示されている。特許文献5に記載の発明は、硫化水素の発生を抑制することを目的とする。また、特許文献6には、硫化物固体電解質とシリコーン化合物とを含む不燃性固体電解質が開示されている。特許文献6に記載の発明は、本質的に不燃性の固体電解質の提供を目的とする。   Patent Document 5 discloses an all solid battery in which a sulfide solid electrolyte is coated with a liquid substance such as silicone oil. The invention described in Patent Document 5 aims to suppress the generation of hydrogen sulfide. Patent Document 6 discloses a nonflammable solid electrolyte containing a sulfide solid electrolyte and a silicone compound. The invention described in Patent Document 6 aims to provide an essentially noncombustible solid electrolyte.

特開2013−037896号公報JP, 2013-037896, A 特開2010−073528号公報Unexamined-Japanese-Patent No. 2010-073528 特開2008−226807号公報JP, 2008-226807, A 特開2011−029079号公報JP, 2011-029079, A 特開2009−117168号公報JP, 2009-117168, A 特開2008−103243号公報JP, 2008-103243, A

硫化物固体電解質材料を用いた全固体電池において、例えば短絡時における電池温度の上昇を抑制することが求められている。
本発明は上記実情に鑑みてなされたものであり、例えば短絡時における電池温度の上昇を抑制できる全固体電池を提供することを主目的とする。
In the all-solid-state battery using a sulfide solid electrolyte material, for example, it is required to suppress an increase in battery temperature at the time of a short circuit.
The present invention has been made in view of the above situation, and its main object is to provide an all-solid-state battery capable of suppressing an increase in battery temperature at the time of a short circuit, for example.

上記目的を達成するために、本発明においては、正極活物質を含有する正極層と、負極活物質を含有する負極層と、上記正極層および上記負極層の間に形成され、硫化物固体電解質材料を含有する固体電解質層とを有する全固体電池であって、上記正極層、上記固体電解質層または上記負極層が、有機材料を含有し、上記有機材料は、80℃以上の温度で、ヒドロキシル基またはカルボニル基を生成する材料であることを特徴とする全固体電池を提供する。   In order to achieve the above object, in the present invention, a sulfide solid electrolyte is formed between a positive electrode layer containing a positive electrode active material, a negative electrode layer containing a negative electrode active material, and the positive electrode layer and the negative electrode layer. A solid electrolyte layer containing a material, wherein the positive electrode layer, the solid electrolyte layer or the negative electrode layer contains an organic material, and the organic material is hydroxylated at a temperature of 80.degree. C. or more An all-solid-state battery is provided, which is a material generating a group or a carbonyl group.

本発明によれば、正極層、固体電解質層または負極層が、有機材料を含有することにより、例えば短絡時において電池温度が80℃以上に達すると、上記有機材料がヒドロキシル基またはカルボニル基を生成する。生成されたヒドロキシル基またはカルボニル基と硫化物固体電解質材料とが反応することにより、層内のイオン伝導度(例えば固体電解質層のイオン伝導度)を低下させることができ、電池抵抗を増加させることができる。よって、短絡電流を低下させることができ、短絡電流による発熱を抑制することができるため、電池温度の上昇を抑制することができる。   According to the present invention, when the positive electrode layer, the solid electrolyte layer, or the negative electrode layer contains an organic material, the organic material forms a hydroxyl group or a carbonyl group, for example, when the battery temperature reaches 80 ° C. or more at the time of shorting. Do. By reacting the generated hydroxyl group or carbonyl group with the sulfide solid electrolyte material, the ion conductivity in the layer (for example, the ion conductivity of the solid electrolyte layer) can be decreased to increase the cell resistance. Can. Therefore, the short circuit current can be reduced, and the heat generation due to the short circuit current can be suppressed, so that the rise of the battery temperature can be suppressed.

本発明の全固体電池は、例えば短絡時における電池温度の上昇を抑制できるという効果を奏する。   The all-solid-state battery of the present invention has an effect of being able to suppress an increase in battery temperature at the time of short circuit, for example.

本発明の全固体電池の一例を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows an example of the all-solid-state battery of this invention. 本発明の全固体電池の効果を説明する説明図である。It is explanatory drawing explaining the effect of the all-solid-state battery of this invention. 従来の全固体電池における短絡時の電池の不具合の発生過程と、本発明の全固体電池における短絡時の電池の不具合を抑制する過程とを説明するフロー図である。It is a flowchart explaining the generation | occurrence | production process of the malfunction of the battery at the time of the short circuit in the conventional all solid battery, and the process of suppressing the malfunction of the battery at the time of the short circuit in the all solid battery of this invention.

以下、本発明の全固体電池について、詳細を説明する。
図1は本発明の全固体電池の一例を示す概略断面図である。図1に示す全固体電池10は、正極活物質を含有する正極層1と、負極活物質を含有する負極層2と、正極層1および負極層2の間に形成され、硫化物固体電解質材料を含有する固体電解質層3とを有する。また、全固体電池10は、通常、正極層1の集電を行なう正極集電体4と負極層2の集電を行なう負極集電体5とを有する。本発明においては、有機材料は、80℃以上の温度で、ヒドロキシル基またはカルボニル基を生成する材料であることを特徴とする。
Hereinafter, the details of the all-solid-state battery of the present invention will be described.
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing an example of the all-solid-state battery of the present invention. The all-solid battery 10 shown in FIG. 1 is formed between a positive electrode layer 1 containing a positive electrode active material, a negative electrode layer 2 containing a negative electrode active material, and a positive electrode layer 1 and a negative electrode layer 2, and a sulfide solid electrolyte material And a solid electrolyte layer 3 containing In addition, the all-solid-state battery 10 generally includes a positive electrode current collector 4 that collects current from the positive electrode layer 1 and a negative electrode current collector 5 that collects current from the negative electrode layer 2. In the present invention, the organic material is characterized in that the material produces a hydroxyl group or a carbonyl group at a temperature of 80 ° C. or more.

「有機材料が、ヒドロキシル基またはカルボニル基を生成する」とは、有機材料が例えば分解等の化学反応をすることにより、ヒドロキシル基またはカルボニル基を有する化合物が発生(放出)すること、またはヒドロキシル基またはカルボニル基を有する有機材料が、融解、昇華等の相転移をすることをいう。また、有機材料は、上述した化学反応および相転移の両方をするものであっても良い。   “The organic material produces a hydroxyl group or a carbonyl group” means that the organic material undergoes a chemical reaction such as decomposition to generate (release) a compound having a hydroxyl group or a carbonyl group, or a hydroxyl group Alternatively, it means that an organic material having a carbonyl group undergoes a phase transition such as melting and sublimation. In addition, the organic material may have both the chemical reaction and the phase transition described above.

本発明によれば、正極層、固体電解質層または負極層が、有機材料を含有することにより、例えば短絡時において電池温度が80℃以上に達すると、上記有機材料がヒドロキシル基またはカルボニル基を生成する。生成されたヒドロキシル基またはカルボニル基と硫化物固体電解質材料とが反応することにより、層内のイオン伝導度(例えば固体電解質層のイオン伝導度)を低下させることができ、電池抵抗を増加させることができる。よって、短絡電流を低下させることができ、短絡電流による発熱を抑制することができるため、電池温度の上昇を抑制することができる。   According to the present invention, when the positive electrode layer, the solid electrolyte layer, or the negative electrode layer contains an organic material, the organic material forms a hydroxyl group or a carbonyl group, for example, when the battery temperature reaches 80 ° C. or more at the time of shorting. Do. By reacting the generated hydroxyl group or carbonyl group with the sulfide solid electrolyte material, the ion conductivity in the layer (for example, the ion conductivity of the solid electrolyte layer) can be decreased to increase the cell resistance. Can. Therefore, the short circuit current can be reduced, and the heat generation due to the short circuit current can be suppressed, so that the rise of the battery temperature can be suppressed.

また、本発明によれば、例えば短絡により電池温度が使用温度以上となった場合、さらなる電池温度の上昇による異常発熱を抑制することが可能となる。ここで、全固体電池の使用温度は、通常、80℃未満である。   Further, according to the present invention, for example, when the battery temperature becomes equal to or higher than the operating temperature due to a short circuit, it is possible to suppress abnormal heat generation due to a further rise in battery temperature. Here, the operating temperature of the all-solid-state battery is usually less than 80.degree.

従来の全固体電池において、例えば短絡時に電池温度が上昇する理由は以下の通りである。すなわち、通常の電池使用時に比べて、短絡時においては正極層および負極層の間で高電流が流れ始め、短絡に起因するジュール熱が発生する。全固体電池において上記高電流が流れ続けるとジュール発熱量が大きくなってしまう。また、全固体電池には発生した熱が蓄積する(ジュール発熱蓄積)。このように蓄積された熱により電池温度が上昇する。   In the conventional all solid-state battery, for example, the reason why the battery temperature rises at the time of short circuit is as follows. That is, compared to the time of normal battery use, a high current starts to flow between the positive electrode layer and the negative electrode layer at the time of short circuit, and Joule heat due to the short circuit is generated. If the high current continues to flow in the all-solid-state battery, the Joule heat generation amount will be large. In addition, the generated heat is accumulated in the all solid battery (Joule heat accumulation). The heat accumulated in this way raises the battery temperature.

これに対して、本発明の全固体電池は正極層、固体電解質層または負極層が、有機材料を含有する合材層である。このような全固体電池は、通常の電池使用時(図2(a))に比べて、短絡時(図2(b))においては正極層1および負極層2の間で高電流(短絡電流)が流れ始め、短絡に起因するジュール熱が発生する。しかしながら、電池温度が80℃以上になると、有機材料がヒドロキシル基またはカルボニル基を生成する。このヒドロキシル基またはカルボニル基と硫化物固体電解質材料とが反応することにより、例えば固体電解質層3のイオン伝導度を低下させることができ、全固体電池10の電池抵抗を増加させることができる(図2(c))。また、電池反応を抑制することができる。よって、短絡電流を低下させることができ、ジュール発熱を低下させることができる。また、全固体電池に蓄積される熱が小さくなり、電池温度の上昇を抑制することができる。   On the other hand, in the all-solid-state battery of the present invention, the positive electrode layer, the solid electrolyte layer or the negative electrode layer is a mixture layer containing an organic material. Such an all-solid-state battery has a higher current (short-circuit current) between the positive electrode layer 1 and the negative electrode layer 2 at the time of a short circuit (FIG. 2 (b)) compared to the normal battery use (FIG. 2 (a)). ) Starts to flow and Joule heat is generated due to the short circuit. However, when the battery temperature reaches 80 ° C. or more, the organic material generates a hydroxyl group or a carbonyl group. By reacting the hydroxyl group or the carbonyl group with the sulfide solid electrolyte material, for example, the ion conductivity of the solid electrolyte layer 3 can be reduced, and the battery resistance of the all-solid battery 10 can be increased (see FIG. 2 (c). In addition, the battery reaction can be suppressed. Therefore, the short circuit current can be reduced, and the Joule heat can be reduced. In addition, the heat accumulated in the all solid battery becomes small, and the rise of the battery temperature can be suppressed.

上述したように、従来の全固体電池においては、短絡時には高電流が流れ続けることによる蓄熱により電池温度の上昇が発生する(図3(a))。これに対し、本発明の全固体電池においては、短絡時には、80℃以上の温度で、有機材料からヒドロキシル基またはカルボニル基が生成し、硫化物固体電解質材料と反応することにより、電池抵抗を増加させることができる。よって、短絡電流を低下させることができるため、電池温度の上昇を抑制することができる(図3(b))。   As described above, in the conventional all solid-state battery, the battery temperature rises due to heat storage caused by the high current continuing to flow at the time of the short circuit (FIG. 3A). On the other hand, in the all solid battery of the present invention, at the time of a short circuit, a hydroxyl group or a carbonyl group is formed from an organic material at a temperature of 80 ° C. or more, and the battery resistance is increased by reacting with a sulfide solid electrolyte material. It can be done. Therefore, since the short circuit current can be reduced, an increase in battery temperature can be suppressed (FIG. 3 (b)).

短絡時において電池温度が上昇してしまうと、例えば、固体電解質材料の分解を引き起こして電池性能(容量性能および出力性能)が低下するといった不具合がある。   If the battery temperature rises during a short circuit, for example, there is a problem that the decomposition of the solid electrolyte material is caused and the battery performance (capacitance performance and output performance) is degraded.

従来、全固体電池は液系電池よりも安全であると認識されている。また、一般的に、全固体電池は液系電池に比べて電池性能が低い。そのため、全固体電池の安全性に対する検討が十分に行われていないのが現状である。一方で、全固体電池の電池性能は、日々向上していることから、安全性に関する検討が必要となる。   Traditionally, all-solid-state batteries are recognized to be safer than liquid-based batteries. In general, all-solid-state batteries have lower battery performance than liquid-based batteries. Therefore, the current situation is that studies on the safety of all solid state batteries have not been sufficiently conducted. On the other hand, since the battery performance of the all solid battery is improved daily, it is necessary to study the safety.

以下、本発明の全固体電池の構成について説明する。   Hereinafter, the structure of the all-solid-state battery of this invention is demonstrated.

1.有機材料
本発明に用いられる有機材料は、80℃以上の温度で、ヒドロキシル基またはカルボニル基を生成する材料である。
有機材料は、少なくとも(−CH−)結合を有する材料をいう。また、有機材料は、80℃未満の温度で硫化物固体電解質材料と実質的に反応しない材料である。「実質的に反応しない」とは、80℃未満の温度で全固体電池の電池反応を阻害しない程度に、有機材料と硫化物固体電解質材料とが反応しないことをいう。
1. Organic Material The organic material used in the present invention is a material that forms a hydroxyl group or a carbonyl group at a temperature of 80 ° C. or higher.
The organic material refers to a material having at least a (-CH-) bond. In addition, the organic material is a material that does not substantially react with the sulfide solid electrolyte material at a temperature of less than 80 ° C. The phrase "does not substantially react" means that the organic material does not react with the sulfide solid electrolyte material to such an extent that the battery reaction of the all solid battery is not inhibited at a temperature of less than 80 ° C.

ヒドロキシル基またはカルボニル基の生成温度としては、通常、80℃以上であり、100℃以上であってもよく、120℃以上であっても良い。また、上記ヒドロキシル基またはカルボニル基の生成温度としては、例えば、400℃以下である。   The formation temperature of the hydroxyl group or the carbonyl group is usually 80 ° C. or higher, may be 100 ° C. or higher, or may be 120 ° C. or higher. Moreover, as a production | generation temperature of the said hydroxyl group or a carbonyl group, it is 400 degrees C or less, for example.

有機材料としては、80℃以上の温度で、例えば分解等の化学反応によりヒドロキシル基またはカルボニル基を有する化合物を発生する材料であってもよく、ヒドロキシル基またはカルボニル基を有する有機材料であって、80℃以上の温度で、融解、昇華等の相転移をする材料であっても良い。   The organic material may be a material that generates a compound having a hydroxyl group or a carbonyl group by a chemical reaction such as decomposition at a temperature of 80 ° C. or higher, and is an organic material having a hydroxyl group or a carbonyl group, It may be a material that undergoes a phase transition such as melting or sublimation at a temperature of 80 ° C. or higher.

ヒドロキシル基を有する化合物としては、例えば、アルコールを挙げることができる。アルコールとしては、例えば、炭素数が5以下のアルコールであっても良く、炭素数が3以下のアルコールであっても良い。具体的なアルコールとしては、メタノール、エタノール、1−プロパノール、2−プロパノール等のプロパノール等を挙げることができる。   As a compound which has a hydroxyl group, alcohol can be mentioned, for example. The alcohol may be, for example, an alcohol having 5 or less carbon atoms, or may be an alcohol having 3 or less carbon atoms. Specific examples of the alcohol include propanol such as methanol, ethanol, 1-propanol, 2-propanol and the like.

アルコールを発生する有機材料としては、例えば、メタノールを発生する有機材料としてポリエチレンが挙げられる。   As an organic material which generate | occur | produces alcohol, polyethylene is mentioned as an organic material which generate | occur | produces methanol, for example.

カルボニル基を有する化合物としては、例えば、ケトンを挙げることができる。ケトンとしては、例えば、炭素数が5以下のケトンであってもよく、炭素数が3以下のケトンであっても良い。このようなケトンとしては、例えば、アセトン、メチルエチルケトン、ジエチルケトン等を挙げることができる。   As a compound which has a carbonyl group, a ketone can be mentioned, for example. The ketone may be, for example, a ketone having 5 or less carbon atoms, or may be a ketone having 3 or less carbon atoms. Examples of such ketones include acetone, methyl ethyl ketone, diethyl ketone and the like.

ケトンを発生する有機材料としては、例えば、有機酸塩を挙げることができる。また、有機酸塩としては、例えば、酢酸塩、蟻酸塩を挙げることができる。また、有機酸塩に用いられる金属としては、例えば、アルカリ土類金属を挙げることができる。また、アルカリ土類金属の中でも、カルシウムが好ましい。具体的な有機材料としては、例えば、酢酸カルシウムが挙げられる。酢酸カルシウムは、400℃以上に熱することにより、アセトンを生成する。また、ケトンを発生する有機材料としては、EVA樹脂(エチレン−酢酸ビニル共重合樹脂)を挙げることができる。   As an organic material which generate | occur | produces a ketone, an organic acid salt can be mentioned, for example. Moreover, as an organic acid salt, an acetate and a formate can be mentioned, for example. Moreover, as a metal used for an organic acid salt, an alkaline earth metal can be mentioned, for example. Among the alkaline earth metals, calcium is preferred. As a specific organic material, calcium acetate is mentioned, for example. Calcium acetate produces acetone by heating to 400 ° C. or higher. Moreover, EVA resin (ethylene-vinyl acetate copolymer resin) can be mentioned as an organic material which generate | occur | produces a ketone.

また、ヒドロキシル基を有し、相転移する有機材料としては、例えば、糖類を挙げることができる。糖類としては、例えば、キシリトール、マンニトール、エリスリトール、ガラシトール等を挙げることができる。例えば、マンニトール、エリスリトール、キシリトール、ガラシトールは95℃以上に熱することで融解する。   Moreover, as an organic material which has a hydroxyl group and carries out phase transition, saccharides can be mentioned, for example. Examples of saccharides include xylitol, mannitol, erythritol, and galacitol. For example, mannitol, erythritol, xylitol, and galactose are melted by heating to 95 ° C. or higher.

また、カルボニル基を有し、相転移する有機材料としては、例えば、糖類を挙げることができる。糖類としては、例えば、グルコースを挙げることができる。例えば、グルコースは146℃で融解する。
また、カルボニル基を有し、相転移する有機材料としては、シュウ酸・二水和物、マロン酸を挙げることができる。例えば、シュウ酸・二水和物は101℃、マロン酸は135℃で融解する。
Moreover, as an organic material which has a carbonyl group and carries out phase transition, saccharides can be mentioned, for example. As saccharides, glucose can be mentioned, for example. For example, glucose melts at 146 ° C.
Moreover, as an organic material which has a carbonyl group and carries out phase transition, oxalic acid dihydrate and malonic acid can be mentioned. For example, oxalic acid dihydrate melts at 101 ° C and malonic acid melts at 135 ° C.

本発明においては、上述した有機材料を1種のみ用いてもよく、2種以上組み合わせて用いても良い。有機材料の選択により、電池温度の上昇を抑制可能な温度域を調整することができる。   In the present invention, only one type of the organic material described above may be used, or two or more types may be used in combination. By selecting the organic material, it is possible to adjust the temperature range in which the rise of the battery temperature can be suppressed.

また、有機材料から生成されるヒドロキシル基またはカルボニル基は、硫化物固体電解質材料と反応するものである。また、例えば、硫化物固体電解質材料がオルト組成のアニオン構造(例えばPS 3−構造)を有する場合は、上記ヒドロキシル基またはカルボニル基はオルト組成のアニオン構造と反応するものであることが好ましい。 Moreover, the hydroxyl group or carbonyl group produced | generated from an organic material reacts with a sulfide solid electrolyte material. Also, for example, when the sulfide solid electrolyte material has an anion structure of ortho composition (for example, PS 4 3- structure), it is preferable that the hydroxyl group or the carbonyl group react with the anion structure of ortho composition.

有機材料は、正極層、固体電解質層または負極層に含有される。有機材料は、正極活物質層、固体電解質層および負極層の少なくともいずれかに含有されていれば特に限定されない。中でも、硫化物固体電解質材料と有機材料とが接するように配置されていることが好ましい。例えば短絡時において、有機材料から生成されるヒドロキシル基またはカルボニル基と硫化物固体電解質材料とを反応しやすくすることができるからである。   The organic material is contained in the positive electrode layer, the solid electrolyte layer or the negative electrode layer. The organic material is not particularly limited as long as it is contained in at least one of the positive electrode active material layer, the solid electrolyte layer, and the negative electrode layer. Among them, it is preferable that the sulfide solid electrolyte material and the organic material be disposed in contact with each other. For example, at the time of a short circuit, the hydroxyl group or carbonyl group generated from the organic material can be easily reacted with the sulfide solid electrolyte material.

有機材料は、例えば、固体電解質層中に含有されることが好ましい。固体電解質層に有機材料が含有される場合、有機材料の含有量としては、例えば、5重量%以上であることが好ましく、10重量%以上であることがより好ましく、20重量%以上であることがさらに好ましい。また、有機材料の含有量としては、例えば、50重量%以下であることが好ましく、40重量%以下であることがより好ましく、30重量%以下であることがさらに好ましい。有機材料の含有量が少ないと電池の上昇温度の上昇を十分に抑制することが困難となる可能性があるからであり、有機材料の含有量が多いと相対的に硫化物固体電解質材料の含有量が少なくなるため、通常使用時の電池性能が低下する可能性があるからである。
有機材料が固体電解質層中に含有される場合は、例えば、固体電解質層中に有機材料が均一に混合されていることが好ましい。80℃以上の温度において、硫化物固体電解質材料と有機材料とを反応させやすくすることができ、固体電解質層の抵抗を増加させやすいからである。
The organic material is preferably contained, for example, in the solid electrolyte layer. When the solid electrolyte layer contains an organic material, the content of the organic material is, for example, preferably 5% by weight or more, more preferably 10% by weight or more, and 20% by weight or more. Is more preferred. The content of the organic material is, for example, preferably 50% by weight or less, more preferably 40% by weight or less, and still more preferably 30% by weight or less. If the content of the organic material is small, it may be difficult to sufficiently suppress the rise in the temperature rise of the battery. If the content of the organic material is large, the content of the sulfide solid electrolyte material is relatively large. This is because the battery performance may decrease during normal use because the amount is reduced.
When the organic material is contained in the solid electrolyte layer, for example, it is preferable that the organic material be uniformly mixed in the solid electrolyte layer. This is because the sulfide solid electrolyte material and the organic material can be easily reacted at a temperature of 80 ° C. or more, and the resistance of the solid electrolyte layer can be easily increased.

一方、正極層または負極層に有機材料が含有される場合、有機材料の含有量としては、例えば、5重量%以上であることが好ましく、10重量%以上であることがより好ましく、20重量%以上であることがさらに好ましい。また、有機材料の含有量としては、例えば、40重量%以下であることが好ましく、30重量%以下であることがより好ましく、25重量%以下であることがさらに好ましい。有機材料の含有量が少ないと電池の上昇温度の上昇を十分に抑制することが困難となる可能性があるからであり、有機材料の含有量が多いと相対的に正極活物質または負極活物質の含有量が少なくなるため、通常使用時の電池性能が低下する可能性があるからである。   On the other hand, when the positive electrode layer or the negative electrode layer contains an organic material, the content of the organic material is, for example, preferably 5% by weight or more, more preferably 10% by weight or more, and 20% by weight It is more preferable that it is more than. The content of the organic material is, for example, preferably 40% by weight or less, more preferably 30% by weight or less, and still more preferably 25% by weight or less. If the content of the organic material is small, it may be difficult to sufficiently suppress the rise in the rising temperature of the battery. If the content of the organic material is large, the positive electrode active material or the negative electrode active material is relatively Since the content of H decreases, the battery performance during normal use may decrease.

有機材料が正極層または負極層に含有される場合、正極層中または負極層中に有機材料が均一に混合されていてもよく、固体電解質層側に多く分布するように設けられていても良い。例えば、正極層中または負極層中に硫化物固体電解質材料が含有されている場合は、有機材料が正極層中または負極層中に均一に混合されていることにより、有機材料から生成されたヒドロキシル基またはカルボニル基と、硫化物固体電解質材料とを反応させやすくすることができるからである。一方、有機材料が、正極層または負極層の固体電解質層側に多く分布するように設けられている場合は、固体電解質層および正極層または負極層の界面で、有機材料から生成されたヒドロキシル基またはカルボニル基と、硫化物固体電解質材料とを反応させやすくすることができるからである。   When the organic material is contained in the positive electrode layer or the negative electrode layer, the organic material may be uniformly mixed in the positive electrode layer or the negative electrode layer, or may be provided so as to be distributed more on the solid electrolyte layer side. . For example, when a sulfide solid electrolyte material is contained in the positive electrode layer or in the negative electrode layer, hydroxyl generated from the organic material is obtained by uniformly mixing the organic material in the positive electrode layer or in the negative electrode layer. This is because the group or the carbonyl group can be easily reacted with the sulfide solid electrolyte material. On the other hand, when the organic material is provided so as to be distributed more on the solid electrolyte layer side of the positive electrode layer or the negative electrode layer, the hydroxyl group generated from the organic material at the interface of the solid electrolyte layer and the positive electrode layer or the negative electrode layer Or, it is because the carbonyl group and the sulfide solid electrolyte material can be easily reacted.

2.固体電解質層
本発明における固体電解質層は、正極層および負極層の間に形成され、硫化物固体電解質材料を含有するものである。固体電解質層は、上述した有機材料を含有することが好ましい。
2. Solid Electrolyte Layer The solid electrolyte layer in the present invention is formed between the positive electrode layer and the negative electrode layer, and contains a sulfide solid electrolyte material. The solid electrolyte layer preferably contains the above-described organic material.

硫化物固体電解質材料としては、例えば、Liイオン伝導性を有するものが用いられる。上記硫化物固体電解質材料としては、例えば、LiI−LiS−SiS、LiI−LiS−P、LiI−LiPO−P、LiS−P、LiPS、LiS−P、LiS−P−LiI、LiS−P−LiO、LiS−P−LiO−LiI、LiS−SiS、LiS−SiS−LiI、LiS−SiS−LiBr、LiS−SiS−LiCl、LiS−SiS−B−LiI、LiS−SiS−P−LiI、LiS−B、LiS−P−Z(ただし、m、nは正の数。Zは、Ge、Zn、Gaのいずれか。)、LiS−GeS、LiS−SiS−LiPO、LiS−SiS−LiMO(ただし、x、yは正の数。Mは、P、Si、Ge、B、Al、Ga、Inのいずれか。)等が挙げられる。なお、上記「LiS−P」の記載は、LiSおよびPを含む原料組成物を用いてなる硫化物固体電解質材料を意味し、他の記載についても同様である。特に、硫化物固体電解質材料は、LiS−Pを主成分とする材料であることが好ましい。さらに、硫化物固体電解質材料は、ハロゲン(F、Cl、Br、I)を含有していることが好ましい。また、硫化物固体電解質材料は、オルト組成のアニオン構造((PS 3−構造)を主体とするものであることが好ましい。オルト組成のアニオン構造を有する硫化物固体電解質材料としては、例えば、LiPSや、xLiI・(100−x)(0.75LiS・0.25P)(xは0<x<30)等のPS骨格をするものが挙げられる。 As the sulfide solid electrolyte material, for example, one having Li ion conductivity is used. As the sulfide solid electrolyte material, for example, LiI-Li 2 S-SiS 2, LiI-Li 2 S-P 2 O 5, LiI-Li 3 PO 4 -P 2 S 5, Li 2 S-P 2 S 5, Li 3 PS 4, Li 2 S-P 2 S 5, Li 2 S-P 2 S 5 -LiI, Li 2 S-P 2 S 5 -Li 2 O, Li 2 S-P 2 S 5 -Li 2 O-LiI, Li 2 S -SiS 2, Li 2 S-SiS 2 -LiI, Li 2 S-SiS 2 -LiBr, Li 2 S-SiS 2 -LiCl, Li 2 S-SiS 2 -B 2 S 3 -LiI, Li 2 S-SiS 2 -P 2 S 5 -LiI, Li 2 S-B 2 S 3, Li 2 S-P 2 S 5 -Z m S n ( however, m, n is a positive number. Z is, Ge, Zn, one of Ga.), Li 2 S- GeS 2 Li 2 S-SiS 2 -Li 3 PO 4, Li 2 S-SiS 2 -Li x MO y ( provided that, x, y is a positive number .M is, P, Si, Ge, B , Al, Ga, In Or the like). Note that the description of “Li 2 S—P 2 S 5 ” means a sulfide solid electrolyte material formed using a raw material composition containing Li 2 S and P 2 S 5, and the same applies to other descriptions. is there. In particular, the sulfide solid electrolyte material is preferably a material having Li 2 S-P 2 S 5 as a main component. Further, the sulfide solid electrolyte material preferably contains halogen (F, Cl, Br, I). The sulfide solid electrolyte material is preferably mainly composed of an anion structure of ortho composition ((PS 4 3- structure). As a sulfide solid electrolyte material having an anion structure of ortho composition, for example, li 3 PS 4 and, xLiI · (100-x) (0.75Li 2 S · 0.25P 2 S 5) (x is 0 <x <30) include those of the PS 4 skeleton such.

また、硫化物固体電解質材料がLiS−P系である場合、LiSおよびPの割合は、モル比で、LiS:P=50:50〜100:0の範囲内であることが好ましく、中でもLiS:P=70:30〜80:20であることが好ましい。 When the sulfide solid electrolyte material is a Li 2 S-P 2 S 5 system, the ratio of Li 2 S and P 2 S 5 is, in molar ratio, Li 2 S: P 2 S 5 = 50: 50 It is preferable to be in the range of 100: 0, and in particular, it is preferable that Li 2 S: P 2 S 5 = 70: 30 to 80:20.

また、硫化物固体電解質材料は、硫化物ガラスであっても良く、結晶化硫化物ガラスであっても良く、固相法により得られる結晶質材料であっても良い。なお、硫化物ガラスは、例えば原料組成物に対してメカニカルミリング(ボールミル等)を行うことにより得ることができる。また、結晶化硫化物ガラスは、例えば硫化物ガラスを結晶化温度以上の温度で熱処理を行うことにより得ることができる。また、硫化物固体電解質材料の常温(25℃)におけるイオン伝導度(例えば、Liイオン伝導度)は、例えば、1×10−5S/cm以上であることが好ましく、1×10−4S/cm以上であることがより好ましい。イオン伝導度は交流インピーダンス法により測定することができる。 The sulfide solid electrolyte material may be a sulfide glass, a crystallized sulfide glass, or a crystalline material obtained by a solid phase method. The sulfide glass can be obtained, for example, by subjecting the raw material composition to mechanical milling (ball mill etc.). The crystallized sulfide glass can be obtained, for example, by heat-treating the sulfide glass at a temperature higher than the crystallization temperature. In addition, the ion conductivity (for example, Li ion conductivity) at a normal temperature (25 ° C.) of the sulfide solid electrolyte material is, for example, preferably 1 × 10 −5 S / cm or more, and 1 × 10 −4 S It is more preferable that it is / cm or more. The ionic conductivity can be measured by an alternating current impedance method.

本発明における硫化物固体電解質材料の形状としては、例えば真球状、楕円球状等の粒子形状、薄膜形状等が挙げられる。硫化物固体電解質材料が粒子形状である場合、その平均粒径(D50)は、特に限定されるものではないが、40μm以下であることが好ましく、20μm以下であることがより好ましく、10μm以下であることがさらに好ましい。正極層内の充填率向上を図りやすくなるからである。一方、平均粒径は、0.01μm以上であることが好ましく、0.1μm以上であることがより好ましい。なお、平均粒径は、例えば、粒度分布計により決定できる。 Examples of the shape of the sulfide solid electrolyte material in the present invention include particle shapes such as spherical and elliptical shapes, and thin film shapes. When the sulfide solid electrolyte material is in the form of particles, the average particle diameter (D 50 ) is not particularly limited, but is preferably 40 μm or less, more preferably 20 μm or less, and 10 μm or less It is further preferred that It is because it becomes easy to aim at the filling rate improvement in a positive electrode layer. On the other hand, the average particle diameter is preferably 0.01 μm or more, and more preferably 0.1 μm or more. In addition, an average particle diameter can be determined with a particle size distribution analyzer, for example.

固体電解質層における硫化物固体電解質材料の含有量は、例えば、10重量%〜100重量%の範囲内であることが好ましく、50重量%〜100重量%の範囲内であることがより好ましい。   The content of the sulfide solid electrolyte material in the solid electrolyte layer is, for example, preferably in the range of 10% by weight to 100% by weight, and more preferably in the range of 50% by weight to 100% by weight.

本工程により形成される固体電解質層は、上述した材料の他にも、必要に応じてポリフッ化ビニリデン(PVdF)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)等のフッ素含有結着材、アクリレートブタジエンゴム(ABR)等を含有していても良い。固体電解質層の厚さは、例えば、0.1μm〜1000μmの範囲内であることが好ましく、0.1μm〜300μmの範囲内であることがより好ましい。   The solid electrolyte layer formed by this step may be formed of a fluorine-containing binder such as polyvinylidene fluoride (PVdF) or polytetrafluoroethylene (PTFE), acrylate butadiene rubber (ABR), if necessary, in addition to the above-mentioned materials. Etc. may be contained. The thickness of the solid electrolyte layer is, for example, preferably in the range of 0.1 μm to 1000 μm, and more preferably in the range of 0.1 μm to 300 μm.

3.正極層
本発明における正極層は、少なくとも正極活物質を含有する層であり、必要に応じて、固体電解質材料、導電化材および結着材の少なくとも一つを含有していても良い。また、正極層は、有機材料を含有していても良い。
3. Positive Electrode Layer The positive electrode layer in the present invention is a layer containing at least a positive electrode active material, and may contain at least one of a solid electrolyte material, a conductive material, and a binder as needed. In addition, the positive electrode layer may contain an organic material.

正極活物質の種類は、全固体電池の種類に応じて適宜選択され、例えば、酸化物活物質、硫化物活物質等が挙げられる。酸化物活物質としては、例えば、LiCoO、LiMnO、LiNiO、LiVO、LiNi1/3Co1/3Mn1/3等の岩塩層状活物質、LiMn、LiNi0.5Mn1.5等のスピネル型活物質、LiFePO、LiMnPO等のオリビン型活物質、LiFeSiO、LiMnSiO等のSi含有活物質等が挙げられる。また上記以外の酸化物活物質としては、例えばLiTi12が挙げられる。 The kind of positive electrode active material is suitably selected according to the kind of all the solid batteries, for example, an oxide active material, a sulfide active material, etc. are mentioned. As the oxide active material, for example, a rock salt layered active material such as LiCoO 2 , LiMnO 2 , LiNiO 2 , LiVO 2 , LiNi 1/3 Co 1/3 Mn 1/3 O 2 , LiMn 2 O 4 , LiNi 0. 5 Spinel type active materials such as Mn 1.5 O 4 , olivine type active materials such as LiFePO 4 and LiMnPO 4 , Si-containing active materials such as Li 2 FeSiO 4 and Li 2 MnSiO 4, and the like. As the oxide active material other than the above, for example, Li 4 Ti 5 O 12 is used.

正極活物質の表面は、コート層で被覆されていても良い。正極活物質と硫化物固体電解質材料との反応を抑制できるからである。コート層の材料としては、例えば、LiNbO、LiPO、LiPON等のLiイオン伝導性酸化物を挙げることができる。コート層の平均厚さは、例えば1nm〜20nmの範囲内であることが好ましく、1nm〜10nmの範囲内であることがより好ましい。 The surface of the positive electrode active material may be coated with a coat layer. This is because the reaction between the positive electrode active material and the sulfide solid electrolyte material can be suppressed. As the material of the coating layer, for example, a LiNbO 3, Li 3 PO 4, Li ion conductive oxide such as LiPON. The average thickness of the coating layer is, for example, preferably in the range of 1 nm to 20 nm, and more preferably in the range of 1 nm to 10 nm.

正極活物質の形状は、例えば粒子状、薄膜状等が挙げられる。正極活物質が粒子状である場合、その平均粒径(D50)は、例えば、1nm〜100μmの範囲内であることが好ましく、中でも10nm〜30μmの範囲内であることが好ましい。正極活物質の平均粒径が小さすぎると、取り扱い性が悪くなる可能性があるからであり、一方、平均粒径が大きすぎると、平坦な正極層を得るのが困難になる場合があるからである。 Examples of the shape of the positive electrode active material include particles and thin films. When the positive electrode active material is in the form of particles, its average particle diameter (D 50 ) is, for example, preferably in the range of 1 nm to 100 μm, and more preferably in the range of 10 nm to 30 μm. When the average particle size of the positive electrode active material is too small, the handling property may be deteriorated. On the other hand, when the average particle size is too large, it may be difficult to obtain a flat positive electrode layer. It is.

正極層における正極活物質の含有量は、特に限定されるものではないが、例えば、40重量%〜99重量%の範囲内であることが好ましい。   Although content of the positive electrode active material in a positive electrode layer is not specifically limited, For example, it is preferable to exist in the range of 40 weight%-99 weight%.

正極層は、正極活物質の他に、硫化物固体電解質材料を含有することが好ましい。硫化物固体電解質材料の具体例については、上述した硫化物固体電解質材料と同様であるので、ここでの記載は省略する。   The positive electrode layer preferably contains a sulfide solid electrolyte material in addition to the positive electrode active material. About the specific example of a sulfide solid electrolyte material, since it is the same as that of the sulfide solid electrolyte material mentioned above, the description here is abbreviate | omitted.

本発明に用いられる正極層における硫化物固体電解質材料の含有量は、例えば、1重量%〜90重量%の範囲内であることが好ましく、10重量%〜80重量%の範囲内であることがより好ましい。   The content of the sulfide solid electrolyte material in the positive electrode layer used in the present invention is, for example, preferably in the range of 1 wt% to 90 wt%, and in the range of 10 wt% to 80 wt%. More preferable.

本発明における正極層は、上述した正極活物質および固体電解質材料の他に、導電化材および結着材の少なくとも一つをさらに含有していても良い。導電化材としては、例えば、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、カーボンナノチューブ、カーボンファイバー(VGCF)等が挙げられる。結着材としては、例えば、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)等のフッ素含有結着材、スチレンブタジエンゴム(SBR)、ブタジエンゴム(BR)等が挙げられる。正極層の厚さは、目的とする全固体電池の構成によって異なるものであるが、例えば、0.1μm〜1000μmの範囲内であることが好ましい。   The positive electrode layer in the present invention may further contain at least one of a conductive material and a binder in addition to the above-described positive electrode active material and solid electrolyte material. Examples of the conductive material include acetylene black, ketjen black, carbon nanotubes, carbon fibers (VGCF) and the like. Examples of the binder include fluorine-containing binders such as polyvinylidene fluoride (PVdF) and polytetrafluoroethylene (PTFE), styrene butadiene rubber (SBR), butadiene rubber (BR) and the like. The thickness of the positive electrode layer is different depending on the configuration of the desired all solid battery, but is preferably, for example, in the range of 0.1 μm to 1000 μm.

4.負極層
本発明における負極層は、少なくとも負極活物質を含有する層であり、必要に応じて、固体電解質材料、導電化材および結着材の少なくとも一つを含有していても良い。
4. Negative Electrode Layer The negative electrode layer in the present invention is a layer containing at least a negative electrode active material, and may contain at least one of a solid electrolyte material, a conductive material, and a binder, as required.

負極活物質としては、例えば金属活物質、カーボン活物質、酸化物活物質が挙げられる。金属活物質としては、例えばIn、Al、SiおよびSn等が挙げられる。一方、カーボン活物質としては、例えば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、ソフトカーボン等が挙げられる。また、酸化物活物質としては、例えばNb、LiTi12、SiO等を挙げることができる。 Examples of the negative electrode active material include a metal active material, a carbon active material, and an oxide active material. Examples of the metal active material include In, Al, Si and Sn. On the other hand, examples of the carbon active material include meso carbon micro beads (MCMB), highly oriented graphite (HOPG), hard carbon, soft carbon and the like. As oxide active material may include, for example Nb 2 O 5, Li 4 Ti 5 O 12, SiO and the like.

負極層は、負極活物質の他に、硫化物固体電解質材料を含有することが好ましい。第二硫化物固体電解質材料については、上述した内容と同様である。   The negative electrode layer preferably contains a sulfide solid electrolyte material in addition to the negative electrode active material. The second sulfide solid electrolyte material is the same as the contents described above.

なお、負極層に用いられる導電化材および結着材については、上述した正極層における場合と同様である。また、負極層の厚さは、例えば0.1μm〜1000μmの範囲内であることが好ましい。   The conductive material and the binder used in the negative electrode layer are the same as in the case of the positive electrode layer described above. Moreover, it is preferable that the thickness of a negative electrode layer exists in the range of 0.1 micrometer-1000 micrometers, for example.

5.その他の構成
また、本発明により得られる全固体電池は、正極層、負極層および固体電解質層を少なくとも有する。さらに通常は、正極活物質の集電を行う正極集電体、および負極活物質の集電を行う負極集電体を有する。正極集電体の材料としては、例えば、SUS、アルミニウム、ニッケル、鉄、チタン、およびカーボン等が挙げられる。一方、負極集電体の材料としては、例えば、SUS、銅、ニッケル、およびカーボン等が挙げられる。また、正極集電体および負極集電体の厚さや形状等については、全固体電池の用途等に応じて適宜選択することが好ましい。また、本発明において用いられる電池ケースには、一般的な全固体電池に使用される電池ケースを用いることができ、例えば、SUS製電池ケース等が挙げられる。また、本発明により得られる全固体電池は、発電要素を絶縁リングの内部に形成したものであっても良く、外装体により密封されたものであっても良い。外装体としては、一般的な電池に使用されるものを用いることができ、例えば、アルミラミネートフィルム等を挙げることができる。また、全固体電池としては、単層電池であっても良く、単層電池を複数積層させた積層電池であっても良い。
5. Other Configurations The all-solid-state battery obtained by the present invention at least has a positive electrode layer, a negative electrode layer, and a solid electrolyte layer. Furthermore, usually, it has a positive electrode current collector for collecting current of the positive electrode active material, and a negative electrode current collector for collecting current of the negative electrode active material. Examples of the material of the positive electrode current collector include SUS, aluminum, nickel, iron, titanium, carbon and the like. On the other hand, as a material of the negative electrode current collector, for example, SUS, copper, nickel, carbon and the like can be mentioned. The thickness, shape, and the like of the positive electrode current collector and the negative electrode current collector are preferably selected appropriately in accordance with the application and the like of the all-solid battery. Further, as the battery case used in the present invention, a battery case used for a general all-solid-state battery can be used, and examples thereof include a battery case made of SUS and the like. In the all-solid-state battery obtained by the present invention, the power generation element may be formed inside the insulating ring, or may be sealed by an outer package. As an exterior body, what is used for a general battery can be used, for example, an aluminum laminate film etc. can be mentioned. The all-solid-state battery may be a single-layer battery, or may be a stacked battery in which a plurality of single-layer batteries are stacked.

6.全固体電池
本発明により得られる全固体電池(全固体リチウム電池)は、一次電池であっても良く、二次電池であっても良いが、中でも二次電池であることが好ましい。繰り返し充放電でき、例えば、車載用電池等として有用だからである。本発明により得られる全固体電池を車載用電池として用いる場合、対象となる車両としては、電池を搭載しエンジンを搭載しない電気自動車や、電池およびエンジンの双方を搭載するハイブリッド自動車が挙げられる。本発明により得られる全固体電池の形状としては、例えば、コイン型、ラミネート型、円筒型および角型等が挙げられる。
6. All-Solid-State Battery The all-solid-state battery (all-solid lithium battery) obtained by the present invention may be a primary battery or a secondary battery, but among them, a secondary battery is preferable. This is because it can be repeatedly charged and discharged, and is useful, for example, as a vehicle-mounted battery. When the all-solid-state battery obtained by the present invention is used as a vehicle-mounted battery, target vehicles include an electric vehicle equipped with a battery and not equipped with an engine, and a hybrid vehicle equipped with both a battery and an engine. Examples of the shape of the all-solid-state battery obtained by the present invention include coin-type, laminate-type, cylindrical and square-type and the like.

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は、例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。   The present invention is not limited to the above embodiment. The above embodiment is an exemplification, and it has substantially the same configuration as the technical idea described in the claims of the present invention, and any one having the same function and effect can be used. It is included in the technical scope of the invention.

以下に実施例を示して本発明をさらに具体的に説明する。   Hereinafter, the present invention will be more specifically described by way of examples.

[実験例1]
(硫化物固体電解質材料の合成)
出発原料として、硫化リチウム(LiS)、五硫化二リン(P)およびヨウ化リチウム(LiI)を用いた。次に、Ar雰囲気下(露点−70℃)のグローブボックス内で、LiSおよびPを、75LiS・25Pのモル比(LiPS、オルト組成)となるように秤量した。次に、LiIが10mol%となるように、LiIを秤量した。この混合物2gを、遊星型ボールミルの容器(45cc、ZrO製)に投入し、脱水ヘプタン(水分量30ppm以下、4g)を投入し、さらにZrO2ボール(φ=5mm、53g)を投入し、容器を完全に密閉した(Ar雰囲気)。この容器を遊星型ボールミル機(フリッチュ製P7)に取り付け、台盤回転数500rpmで、1時間処理および15分休止のメカニカルミリングを40回行った。その後、得られた試料を、ホットプレート上でヘプタンを除去するように乾燥させ、硫化物固体電解質材料を得た。得られた硫化物固体電解質材料の組成は、10LiI・90(0.75LiS・0.25P)であった。
[Experimental Example 1]
(Synthesis of sulfide solid electrolyte material)
Lithium sulfide (Li 2 S), diphosphorus pentasulfide (P 2 S 5 ) and lithium iodide (LiI) were used as starting materials. Next, in a glove box under an Ar atmosphere (dew point -70 ° C.), Li 2 S and P 2 S 5 become a molar ratio of 75Li 2 S · 25P 2 S 5 (Li 3 PS 4 , ortho composition) As weighed. Next, LiI was weighed so that LiI would be 10 mol%. 2 g of this mixture is put into a container (45 cc, made of ZrO 2 ) of a planetary ball mill, dehydrated heptane (water content 30 ppm or less, 4 g) is put, and further ZrO 2 balls (φ = 5 mm, 53 g) are put, container Completely sealed (Ar atmosphere). This container was attached to a planetary ball mill (P7, manufactured by Fritsch), and was subjected to 40 cycles of treatment for 1 hour and mechanical milling at rest for 15 minutes at a table rotation speed of 500 rpm. The resulting sample was then dried on a hot plate to remove heptane to obtain a sulfide solid electrolyte material. The composition of the obtained sulfide solid electrolyte material was 10 LiI · 90 (0.75 Li 2 S · 0.25 P 2 S 5 ).

(硫化物固体電解質材料の微粒子化および結晶化)
合成された硫化物固体電解質材料を、下記の方法により微粒子化および結晶化することにより、平均粒径1.7μmの硫化物固体電解質材料を得た。
(Pulverization and crystallization of sulfide solid electrolyte material)
The synthesized sulfide solid electrolyte material was micronized and crystallized by the following method to obtain a sulfide solid electrolyte material having an average particle diameter of 1.7 μm.

硫化物固体電解質材料と、脱水ヘプタン(関東化学製)及びジブチルエーテルとの合計重量が10gであり、かつ、当該合計重量に占める硫化物固体電解質材料の重量の割合が10重量%となるように調製した。硫化物固体電解質材料、脱水ヘプタン、及びジブチルエーテルと、ZrOボール(φ0.6mm)40gとを、45mlのZrOポットに投入し、ポットを完全に密閉した(Ar雰囲気)。このポットを遊星型ボールミル機(フリッチュ製P7)に取り付け、自公転回転数150rpmにて、20時間の湿式メカニカルミリングを行うことにより、硫化物固体電解質材料を粉砕し、微粒子化させた。 The total weight of the sulfide solid electrolyte material, dehydrated heptane (manufactured by Kanto Chemical Co., Ltd.) and dibutyl ether is 10 g, and the ratio of the weight of the sulfide solid electrolyte material to the total weight is 10% by weight Prepared. The sulfide solid electrolyte material, dehydrated heptane and dibutyl ether, and 40 g of ZrO 2 balls (φ 0.6 mm) were charged into a 45 ml ZrO 2 pot, and the pot was completely sealed (Ar atmosphere). The pot was attached to a planetary ball mill (P7, manufactured by Fritsch), and wet mechanical milling was performed for 20 hours at a revolution speed of 150 rpm for pulverizing the sulfide solid electrolyte material into fine particles.

アルミニウム製のシャーレの上に、微粒子化で微粒子状にされた硫化物固体電解質材料を1g配置し、180℃に加熱したホットプレート上で2時間に亘って保持することにより、微粒子状の硫化物固体電解質材料を結晶化させた。   By placing 1 g of the finely divided sulfide solid electrolyte material on the aluminum petri dish and holding it on a hot plate heated to 180 ° C. for 2 hours, the particulate sulfide can be obtained. The solid electrolyte material was crystallized.

[実験例2]
実験例1で得られた硫化物固体電解質材料25gおよびエタノール(COH)25gを秤量し、同一容器内で十分に混合させた状態で放置した。1週間後に、エタノールを蒸発させて硫化物固体電解質材料の粉(SE粉)を採取した。
[Experimental Example 2]
25 g of the sulfide solid electrolyte material obtained in Experimental Example 1 and 25 g of ethanol (C 2 H 5 OH) were weighed and left in the same container in a state of being sufficiently mixed. One week later, ethanol was evaporated to collect a powder of sulfide solid electrolyte material (SE powder).

[実験例3]
エタノールの代わりにアセトンを用いたこと以外は、実験例2と同様とした。
[Experimental Example 3]
The same as in Experimental Example 2 except that acetone was used instead of ethanol.

[評価]
(Liイオン伝導度測定)
下記の評価セルを作製した。
得られた硫化物固体電解質材料を所定量秤量し、断面積1cmの絶縁された容器内で4.3tonで成型してペレット化し、厚さ0.5mmのペレットを得た。ペレット上下に金属棒を接触させ、上下が短絡しないように所定圧力で固定し、評価セルを得た。
作製した評価セルを25℃に調整後、交流インピーダンス法によりLiイオン伝導度を測定した。なお、測定にはソーラトロン1260を用い、測定条件は、印加電圧5mV、測定周波数域0.01MHz〜1MHzとし、100kHzの抵抗値を読み、厚さで補正し、リチウムイオン伝導度へ換算した。
結果を表1に示す。
[Evaluation]
(Li ion conductivity measurement)
The following evaluation cell was produced.
A predetermined amount of the obtained sulfide solid electrolyte material was weighed, and molded at 4.3 tons in an insulated container having a cross-sectional area of 1 cm 2 to form pellets with a thickness of 0.5 mm. A metal rod was brought into contact with the top and bottom of the pellet, and fixed at a predetermined pressure so that the top and bottom would not be short-circuited, to obtain an evaluation cell.
The prepared evaluation cell was adjusted to 25 ° C., and then the Li ion conductivity was measured by an alternating current impedance method. The measurement was carried out under the conditions of an applied voltage of 5 mV and a measurement frequency range of 0.01 MHz to 1 MHz. The resistance value of 100 kHz was read, corrected by the thickness, and converted to lithium ion conductivity.
The results are shown in Table 1.

(ラマン分光法測定)
得られた硫化物固体電解質材料をラマン分光法により測定したところ、実験例1では主骨格であるPS構造ピークが確認されたが、実験例2、3ではPS構造ピークが確認されなかった。
(Raman spectroscopy measurement)
The resulting sulfide solid electrolyte material was measured by Raman spectroscopy, but PS 4 structure peaks was confirmed that in Examples 1 main skeleton, PS 4 structure peaks in Examples 2 and 3 was not confirmed .

Figure 0006524785
Figure 0006524785

表1に示すように、硫化物固体電解質材料は、エタノール、アセトンと接することにより、抵抗が顕著に増加し、Liイオン伝導度が低下することが確認できた。   As shown in Table 1, it was confirmed that the resistance of the sulfide solid electrolyte material significantly increases and the Li ion conductivity decreases by contacting with ethanol and acetone.

1 … 正極層
2 … 負極層
3 … 固体電解質層
4 … 正極集電体
5 … 負極集電体
10 … 全固体電池
1 ... positive electrode layer 2 ... negative electrode layer 3 ... solid electrolyte layer 4 ... positive electrode current collector 5 ... negative electrode current collector 10 ... all solid battery

Claims (1)

正極活物質を含有する正極層と、負極活物質を含有する負極層と、前記正極層および前記負極層の間に形成され、硫化物固体電解質材料を含有する固体電解質層とを有する全固体電池であって、
前記正極層、前記固体電解質層または前記負極層が、有機材料を含有し、
前記有機材料は、80℃以上の温度で、ヒドロキシル基またはカルボニル基を生成する材料であり、
前記ヒドロキシル基を生成する前記有機材料は、キシリトール、マンニトール、エリスリトール、ガラシトールから選ばれる少なくとも一種であり、
前記カルボニル基を生成する前記有機材料は、酢酸カルシウム、エチレン−酢酸ビニル共重合樹脂、グルコース、シュウ酸・二水和物、マロン酸から選ばれる少なくとも一種であることを特徴とする全固体電池。
An all solid battery comprising a positive electrode layer containing a positive electrode active material, a negative electrode layer containing a negative electrode active material, and a solid electrolyte layer formed between the positive electrode layer and the negative electrode layer and containing a sulfide solid electrolyte material And
The positive electrode layer, the solid electrolyte layer, or the negative electrode layer contains an organic material,
The organic material is, at 80 ° C. or higher, Ri materials der to generate a hydroxyl group or a carbonyl group,
The organic material that generates the hydroxyl group is at least one selected from xylitol, mannitol, erythritol, and galacitol,
The organic material to produce the carbonyl group, calcium acetate, ethylene - vinyl acetate copolymer resin, glucose, oxalic acid dihydrate, all-solid-state cell according to at least one Der wherein Rukoto selected from malonic acid .
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