JP6812940B2 - Manufacturing method of active material layer for all-solid-state battery and manufacturing method of all-solid-state battery - Google Patents

Manufacturing method of active material layer for all-solid-state battery and manufacturing method of all-solid-state battery Download PDF

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Description

本開示は、全固体電池用活物質層の製造方法および全固体電池の製造方法に関する。 The present disclosure relates to a method for producing an active material layer for an all-solid-state battery and a method for producing an all-solid-state battery.

全固体電池は、正極活物質層および負極活物質層の間に固体電解質層を有する電池であり、可燃性の有機溶媒を含む電解液を有する液系電池に比べて、安全装置の簡素化が図りやすいという利点を有する。特許文献1には、第1固体電解質層を有する負極電極体と、第2固体電解質層を有する正極電極体とを、第1固体電解質層および第2固体電解質層を接触するように積層させた積層体を加熱プレスする接合工程を有する全固体電池の製造方法が開示されている。 An all-solid-state battery is a battery having a solid electrolyte layer between a positive electrode active material layer and a negative electrode active material layer, and has a simpler safety device than a liquid-based battery having an electrolytic solution containing a flammable organic solvent. It has the advantage of being easy to plan. In Patent Document 1, a negative electrode body having a first solid electrolyte layer and a positive electrode body having a second solid electrolyte layer are laminated so that the first solid electrolyte layer and the second solid electrolyte layer are in contact with each other. A method for manufacturing an all-solid-state battery having a joining step of heating and pressing the laminate is disclosed.

また、特許文献2には、正極活物質および固体電解質粉末を混合し、ペレットを作製し、300℃10分熱処理を行うことが開示されている。また、特許文献3には、正極活物質および硫化物ガラスを含有する正極合材と、ガラスセラミックスと、負極活物質および硫化物ガラスを含有する負極合材とをこの順に有するペレット(積層体)を作製し、ガラス転移温度以上の温度で焼成することが開示されている。また、特許文献4には、特定の条件でプレス工程を行う、全固体電池の製造方法が開示されている。また、特許文献5には、電極活物質と、電極活物質の表面に融着し、実質的に架橋硫黄を有しない硫化物固体電解質材料と、を含有する電極活物質層の製造方法が開示されている。 Further, Patent Document 2 discloses that a positive electrode active material and a solid electrolyte powder are mixed to prepare pellets, and heat treatment is performed at 300 ° C. for 10 minutes. Further, Patent Document 3 describes a pellet (laminate) having a positive electrode mixture containing a positive electrode active material and sulfide glass, glass ceramics, and a negative electrode mixture containing a negative electrode active material and sulfide glass in this order. Is disclosed to be prepared and fired at a temperature equal to or higher than the glass transition temperature. Further, Patent Document 4 discloses a method for manufacturing an all-solid-state battery in which a pressing process is performed under specific conditions. Further, Patent Document 5 discloses a method for producing an electrode active material layer containing an electrode active material and a sulfide solid electrolyte material that is fused to the surface of the electrode active material and has substantially no crosslinked sulfur. Has been done.

特開2015−008073号公報JP 2015-008073 特許第6071171号Patent No. 6071171 特開2010−097812号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2010-07812 特開2017−010816号公報JP-A-2017-010816 特開2011−060649号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2011-060649

全固体電池の高機能化のため、全固体電池の出力特性の向上が求められている。本開示は、上記実情に鑑みてなされたものあり、出力特性が良好な全固体電池用活物質層の製造方法を提供することを主目的とする。 In order to improve the functionality of all-solid-state batteries, it is required to improve the output characteristics of all-solid-state batteries. The present disclosure has been made in view of the above circumstances, and an object of the present disclosure is to provide a method for producing an active material layer for an all-solid-state battery having good output characteristics.

上記課題を解決するために、本開示においては、活物質および非晶質の硫化物固体電解質を含有する合材層を準備する準備工程と、上記合材層を、上記硫化物固体電解質の結晶化温度以上の温度で加熱しながらロールプレスするホットロールプレス工程とを有し、上記硫化物固体電解質が、Li元素、P元素およびS元素を含有し、PS 3−をアニオン構造の主体として含有するイオン伝導体と、LiIと、を含有する材料であり、上記ホットロールプレス工程において印加する線圧が、15kN/cm以上、50kN/cm以下である、全固体電池用活物質層の製造方法を提供する。 In order to solve the above problems, in the present disclosure, a preparatory step of preparing a mixture layer containing an active material and an amorphous sulfide solid electrolyte, and the mixture layer being formed into crystals of the sulfide solid electrolyte. and a hot roll press process of roller-pressing while heating at temperature above the temperature, the sulfide solid electrolyte, Li elements contained P element and S elements, PS 4 3- as principal anionic structure Production of an active material layer for an all-solid-state battery, which is a material containing an ionic conductor and LiI, and the linear pressure applied in the hot roll press step is 15 kN / cm or more and 50 kN / cm or less. Provide a method.

本開示によれば、非晶質の硫化物固体電解質を用い、所定のホットロールプレスを行うことにより、出力特性が良好な全固体電池用活物質を得ることができる。 According to the present disclosure, an active material for an all-solid-state battery having good output characteristics can be obtained by performing a predetermined hot roll press using an amorphous sulfide solid electrolyte.

上記開示では、上記ホットロールプレス工程において印加する線圧が、35kN/cm以下であってもよい。 In the above disclosure, the linear pressure applied in the hot roll pressing step may be 35 kN / cm or less.

上記開示では、上記ホットロールプレス工程における加熱温度が、195℃以上であってもよい。 In the above disclosure, the heating temperature in the hot roll pressing step may be 195 ° C. or higher.

上記開示では、上記ホットロールプレス工程における加熱温度が、上記硫化物固体電解質の結晶化温度よりも5℃以上高く、上記ホットロールプレス工程において印加する線圧が、20kN/cm以上、35kN/cm以下であってもよい。 In the above disclosure, the heating temperature in the hot roll pressing step is 5 ° C. or more higher than the crystallization temperature of the sulfide solid electrolyte, and the linear pressure applied in the hot roll pressing step is 20 kN / cm or more and 35 kN / cm. It may be as follows.

また、本開示においては、活物質および非晶質の硫化物固体電解質を含有する合材層を準備する準備工程と、上記合材層を、上記硫化物固体電解質のガラス転移温度以上結晶化温度未満の温度で加熱しながらロールプレスするホットロールプレス工程と、上記ホットロールプレス工程後に、上記合材層を、上記硫化物固体電解質の結晶化温度以上の温度で加熱する後加熱工程とを有し、上記硫化物固体電解質が、Li元素、P元素およびS元素を含有し、PS 3−をアニオン構造の主体として含有するイオン伝導体と、LiIと、を含有する材料であり、上記ホットロールプレス工程において印加する線圧が、15kN/cm以上、50kN/cm以下である、全固体電池用活物質層の製造方法を提供する。 Further, in the present disclosure, a preparatory step for preparing a mixture layer containing an active material and an amorphous sulfide solid electrolyte, and a crystallization temperature for the mixture layer above the glass transition temperature of the sulfide solid electrolyte. It includes a hot roll press step of rolling pressing while heating at a temperature lower than the above, and a post-heating step of heating the mixture layer at a temperature equal to or higher than the crystallization temperature of the sulfide solid electrolyte after the hot roll pressing step. and, the sulfide solid electrolyte contains a Li element, P element, and S elements, an ion conductor containing PS 4 3- as principal anionic structure, a material containing, and LiI, the hot Provided is a method for producing an active material layer for an all-solid-state battery, wherein the linear pressure applied in the roll press step is 15 kN / cm or more and 50 kN / cm or less.

本開示によれば、非晶質の硫化物固体電解質を用い、所定のホットロールプレスおよび所定の後加熱を行うことにより、出力特性が良好な全固体電池用活物質を得ることができる。 According to the present disclosure, an active material for an all-solid-state battery having good output characteristics can be obtained by performing a predetermined hot roll press and a predetermined post-heating using an amorphous sulfide solid electrolyte.

上記開示では、上記ホットロールプレス工程において印加する線圧が、35kN/cm以下であってもよい。 In the above disclosure, the linear pressure applied in the hot roll pressing step may be 35 kN / cm or less.

上記開示では、上記ホットロールプレス工程における加熱温度が、165℃以上であってもよい。 In the above disclosure, the heating temperature in the hot roll pressing step may be 165 ° C. or higher.

また、本開示においては、正極活物質層と、負極活物質層と、上記正極活物質層および上記負極活物質層の間に形成された固体電解質層とを有する全固体電池の製造方法であって、上記正極活物質層および上記負極活物質層の少なくとも一方を、上述した全固体電池用活物質層の製造方法により形成する活物質層形成工程を有する、全固体電池の製造方法を提供する。 Further, in the present disclosure, it is a method for manufacturing an all-solid battery having a positive electrode active material layer, a negative electrode active material layer, and a solid electrolyte layer formed between the positive electrode active material layer and the negative electrode active material layer. The present invention provides a method for producing an all-solid battery, which comprises an active material layer forming step of forming at least one of the positive electrode active material layer and the negative electrode active material layer by the above-mentioned method for producing an active material layer for an all-solid battery. ..

本開示によれば、上述した製造方法を用いて活物質層を形成することにより、出力特性が良好な全固体電池を得ることができる。 According to the present disclosure, an all-solid-state battery having good output characteristics can be obtained by forming the active material layer by using the above-mentioned production method.

本開示においては、出力特性が良好な全固体電池用活物質層を得ることができるという効果を奏する。 In the present disclosure, it is possible to obtain an active material layer for an all-solid-state battery having good output characteristics.

本開示の全固体電池用活物質層の製造方法の一例を示す概略断面図である。It is the schematic sectional drawing which shows an example of the manufacturing method of the active material layer for an all-solid-state battery of this disclosure. 本開示における全固体電池用活物質層を例示する概略断面図である。It is the schematic sectional drawing which illustrates the active material layer for an all-solid-state battery in this disclosure. 本開示の全固体電池の製造方法の一例を示す概略断面図である。It is the schematic sectional drawing which shows an example of the manufacturing method of the all-solid-state battery of this disclosure. 実施例1〜3および比較例1〜3で得られた全固体電池の出力特性の結果である。It is a result of the output characteristics of the all-solid-state battery obtained in Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 to 3. 実施例4、5および比較例1、3で得られた全固体電池の出力特性の結果である。It is a result of the output characteristics of the all-solid-state battery obtained in Examples 4 and 5 and Comparative Examples 1 and 3. 実施例1〜3および比較例1、3で作製した正極活物質層の充填率の結果である。It is a result of the filling rate of the positive electrode active material layer produced in Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 and 3.

以下、本開示の全固体電池用活物質層の製造方法および全固体電池の製造方法について、詳細に説明する。なお、本開示においては、全固体電池用活物質層を、単に「活物質層」と称する場合がある。 Hereinafter, the method for producing the active material layer for an all-solid-state battery and the method for producing an all-solid-state battery of the present disclosure will be described in detail. In the present disclosure, the active material layer for an all-solid-state battery may be simply referred to as an "active material layer".

A.全固体電池用活物質層の製造方法
図1は、本開示の全固体電池用活物質層の製造方法の一例を示す概略断面図である。図1においては、まず、活物質1および非晶質の硫化物固体電解質2を含有する合材層10aを準備する(図1(a)、準備工程)。非晶質の硫化物固体電解質2は、Li元素、P元素およびS元素を含有し、PS 3−をアニオン構造の主体として含有するイオン伝導体と、LiIと、を有する材料である。次に、合材層10aを、所定の温度および線圧でホットロールプレスする(図1(b)、ホットロールプレス工程)。ホットロールプレスの際、硫化物固体電解質2の結晶化温度以上の温度で加熱してもよく、硫化物固体電解質2のガラス転移温度以上結晶化温度未満の温度で加熱してもよい。後者の場合、ホットロールプレス工程後に、合材層10aを、硫化物固体電解質2の結晶化温度以上の温度で加熱することが好ましい(後加熱工程)。これにより、活物質層10が得られる(図1(c))。
A. Method for Manufacturing Active Material Layer for All-Solid-State Battery FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing an example of the method for manufacturing the active material layer for all-solid-state battery of the present disclosure. In FIG. 1, first, a mixture layer 10a containing an active material 1 and an amorphous sulfide solid electrolyte 2 is prepared (FIG. 1 (a), preparation step). Sulfide solid electrolyte 2 of the amorphous contains a Li element, P element, S element, a material having an ion conductor containing PS 4 3- as principal anionic structure, and LiI, the. Next, the mixture layer 10a is hot-roll pressed at a predetermined temperature and linear pressure (FIG. 1 (b), hot roll press step). During the hot roll press, the sulfide solid electrolyte 2 may be heated at a temperature equal to or higher than the crystallization temperature of the sulfide solid electrolyte 2, or may be heated at a temperature equal to or higher than the glass transition temperature of the sulfide solid electrolyte 2 and lower than the crystallization temperature. In the latter case, it is preferable to heat the mixture layer 10a at a temperature equal to or higher than the crystallization temperature of the sulfide solid electrolyte 2 after the hot roll pressing step (post-heating step). As a result, the active material layer 10 is obtained (FIG. 1 (c)).

本開示によれば、非晶質の硫化物固体電解質を用い、所定のホットロールプレスを行うこと、または、所定のホットロールプレスおよび所定の後加熱を行うことにより、出力特性が良好な全固体電池用活物質を得ることができる。一般的に、ロールプレスは、平面プレスに比べて、生産性が良いという特性を有する。しかしながら、ロールプレスを用いる場合、線圧が高すぎると、活物質層に亀裂が生じ、出力特性が低下する可能性があり、線圧が低すぎると、活物質層を十分に緻密化できず、出力特性が低下する可能性がある。これに対して、本開示においては、所定の線圧でホットロールプレスを行うことで、出力特性が良好な全固体電池用活物質を得ることができる。 According to the present disclosure, an all-solid state having good output characteristics is obtained by performing a predetermined hot roll press or a predetermined hot roll press and a predetermined post-heating using an amorphous sulfide solid electrolyte. An active material for a battery can be obtained. In general, roll presses have the property of being more productive than flat presses. However, when using a roll press, if the linear pressure is too high, the active material layer may crack and the output characteristics may deteriorate, and if the linear pressure is too low, the active material layer cannot be sufficiently densified. , The output characteristics may deteriorate. On the other hand, in the present disclosure, an active material for an all-solid-state battery having good output characteristics can be obtained by performing a hot roll press at a predetermined linear pressure.

さらに、本開示においては、硫化物固体電解質の結晶化温度以上の温度で熱処理(ホットロールプレスまたは後加熱)を行うことで、硫化物固体電解質のLiイオン伝導性を向上させることができ、その結果、出力特性が良好な全固体電池用活物質を得ることができる。結晶化温度以上という高温状態において、ロールプレスの線圧の影響を予測することは困難であるが、本開示においては、後述する実施例のように、出力特性が良好な全固体電池用活物質を得ることができた。特に、線圧が比較的低い範囲(例えば、15kN/cm以上、35kN/cm以下の範囲)において、良好な出力特性が得られた。 Further, in the present disclosure, the Li ion conductivity of the sulfide solid electrolyte can be improved by performing heat treatment (hot roll press or post-heating) at a temperature equal to or higher than the crystallization temperature of the sulfide solid electrolyte. As a result, an active material for an all-solid-state battery having good output characteristics can be obtained. Although it is difficult to predict the effect of the linear pressure of the roll press in a high temperature state of the crystallization temperature or higher, in the present disclosure, as in the examples described later, an active material for an all-solid-state battery having good output characteristics. I was able to get. In particular, good output characteristics were obtained in a range where the linear pressure was relatively low (for example, a range of 15 kN / cm or more and 35 kN / cm or less).

また、ロールプレスは、平面プレスに比べて、生産性が良いが加熱時間が短くなるという特性を有する。そのため、非晶質の硫化物固体電解質が十分に結晶化するかを予測することは困難であるが、本開示においては、後述する実施例のように、出力特性が良好な全固体電池用活物質を得ることができた。
以下、本開示の全固体電池用活物質層について、さらに詳細に説明する。
Further, the roll press has a characteristic that the productivity is good but the heating time is shortened as compared with the flat press. Therefore, it is difficult to predict whether the amorphous sulfide solid electrolyte will crystallize sufficiently. However, in the present disclosure, as in the examples described later, the activity for an all-solid-state battery having good output characteristics I was able to get the substance.
Hereinafter, the active material layer for an all-solid-state battery of the present disclosure will be described in more detail.

1.準備工程
本開示における準備工程は、活物質および非晶質の硫化物固体電解質を含有する合材層を準備する工程である。合材層に熱処理を行うことで活物質層が得られる。なお、合材層は、自ら作製してもよく、他者から購入してもよい。
1. 1. Preparation Step The preparation step in the present disclosure is a step of preparing a mixture layer containing an active material and an amorphous sulfide solid electrolyte. An active material layer can be obtained by heat-treating the mixture layer. The mixture layer may be produced by oneself or may be purchased from another person.

(1)硫化物固体電解質
本開示における硫化物固体電解質は、非晶質である。「非晶質」とは、加熱により結晶性が向上可能な状態をいい、完全な非晶質であってもよく、僅かに結晶性を有していてもよい。また、「完全な非晶質」とは、X線回折により結晶のピークが観測されない状態をいう。硫化物固体電解質は、例えばX線回折測定において、ハローパターンが観測されることが好ましい。
(1) Sulfide solid electrolyte The sulfide solid electrolyte in the present disclosure is amorphous. “Amorphous” refers to a state in which the crystallinity can be improved by heating, and may be completely amorphous or may have slight crystallinity. Further, "completely amorphous" means a state in which no crystal peak is observed by X-ray diffraction. For the sulfide solid electrolyte, it is preferable that a halo pattern is observed, for example, in X-ray diffraction measurement.

本開示における硫化物固体電解質は、Li元素、P元素およびS元素を含有し、PS 3−をアニオン構造の主体として含有するイオン伝導体と、LiIと、を含有する。硫化物固体電解質は、さらに、LiBrを含有していてもよく、含有していなくてもよい。また、LiIおよびLiBrの少なくとも一部は、それぞれ、LiI成分およびLiBr成分としてイオン伝導体の構造中に取り込まれた状態で存在することが好ましい。 Sulfide solid electrolyte in the present disclosure contains a Li element, P element, and S elements, containing the ion conductor containing PS 4 3- as principal anionic structure, and LiI, the. The sulfide solid electrolyte may or may not further contain LiBr. Further, it is preferable that at least a part of LiI and LiBr exists in a state of being incorporated into the structure of the ionic conductor as a LiI component and a LiBr component, respectively.

上記イオン伝導体は、Li元素、P元素およびS元素を含有し、PS 3−をアニオン構造の主体として含有する。PS 3−は、オルト組成のアニオン構造に該当する。オルトとは、一般的に、同じ酸化物を水和して得られるオキソ酸の中で、最も水和度の高いものをいう。本開示においては、硫化物で最もLiSが付加している結晶組成をオルト組成という。例えば、LiS−P系ではLiPSがオルト組成に該当する。 The ion conductor contains a Li element, P element, and S elements, containing PS 4 3- as principal anionic structures. PS 4 3- corresponds to the anion structure of the ortho-composition. Ortho generally refers to the highest degree of hydration among oxo acids obtained by hydrating the same oxide. In the present disclosure, that ortho-composition of the crystal composition, appended most Li 2 S in sulfides. For example, in the Li 2 SP 2 S 5 system, Li 3 PS 4 corresponds to the ortho composition.

「PS 3−をアニオン構造の主体とする」とは、PS 3−の割合が、イオン伝導体における全アニオン構造の中で最も多いことをいう。全アニオン構造におけるPS 3−の割合は、例えば60mol%以上であり、70mol%以上であってもよく、80mol%以上であってもよく、90mol%以上であってもよい。PS 3−の割合は、ラマン分光法、NMR、XPS等により決定することができる。 The "PS 4 3- and mainly anionic structure", the percentage of PS 4 3- is, refers to the most common among all anion structures in the ionic conductor. PS 4 3- percentage of the total anionic structures are, for example not less than 60 mol%, may be more than 70 mol%, may be more than 80 mol%, may be more than 90 mol%. PS 4 3- ratio of can be determined Raman spectroscopy, NMR, by XPS or the like.

また、硫化物固体電解質におけるLiIの割合は、例えば1mol%以上であり、10mol%以上であってもよい。一方、上記LiIの割合は、例えば30mol%以下であり、25mol%以下であってもよい。なお、上記LiIの割合は、上記イオン伝導体の割合よりも少ないことが好ましい。また、硫化物固体電解質におけるLiBrの割合は、例えば1mol%以上であり、10mol%以上であってもよい。一方、上記LiBrの割合は、例えば30mol%以下であり、25mol%以下であってもよい。なお、上記LiBrの割合は、上記イオン伝導体の割合よりも少ないことが好ましい。また、上記LiBrおよび上記LiIの合計割合は、上記イオン伝導体の割合よりも少ないことが好ましい。 The proportion of LiI in the sulfide solid electrolyte is, for example, 1 mol% or more, and may be 10 mol% or more. On the other hand, the ratio of LiI is, for example, 30 mol% or less, and may be 25 mol% or less. The ratio of LiI is preferably smaller than the ratio of the ionic conductor. The ratio of LiBr in the sulfide solid electrolyte is, for example, 1 mol% or more, and may be 10 mol% or more. On the other hand, the ratio of LiBr is, for example, 30 mol% or less, and may be 25 mol% or less. The ratio of LiBr is preferably smaller than the ratio of the ionic conductor. Further, the total ratio of the LiBr and the LiI is preferably smaller than the ratio of the ionic conductor.

本開示における硫化物固体電解質は、LiS、PおよびLiIを含有する原料組成物を非晶質化した材料であることが好ましい。原料組成物において、LiSおよびPの合計に対するLiSの割合は、例えば72mol%以上であり、74mol%以上であってもよい。一方、上記LiSの割合は、例えば78mol%以下であり、76mol%以下であってもよい。原料組成物を非晶質化する方法としては、例えば、メカニカルミリングおよび溶融急冷法が挙げられる。メカニカルミリングは、原料組成物を、機械的エネルギーを付与しながら混合する方法であり、例えばボールミル、振動ミルが挙げられる。 The sulfide solid electrolyte in the present disclosure is preferably a material obtained by amorphizing a raw material composition containing Li 2 S, P 2 S 5 and Li I. In the raw material composition, the ratio of Li 2 S to the total of Li 2 S and P 2 S 5 is, for example, 72 mol% or more, and may be 74 mol% or more. On the other hand, the ratio of the Li 2 S is, for example, less 78 mol%, may be not more than 76 mol%. Examples of the method for amorphizing the raw material composition include mechanical milling and melt quenching. Mechanical milling is a method of mixing raw material compositions while applying mechanical energy, and examples thereof include ball mills and vibration mills.

硫化物固体電解質の結晶化温度は、例えば170℃以上であり、180℃以上であってもよく、190℃以上であってもよい。一方、硫化物固体電解質の結晶化温度は、例えば230℃以下であり、210℃以下であってもよい。また、硫化物固体電解質の形状としては、例えば、粒子状が挙げられる。硫化物固体電解質の平均粒径(D50)は、例えば0.1μm以上であり、0.5μm以上であってもよい。一方、上記平均粒径(D50)は、例えば50μm以下であり、5μm以下であってもよい。なお、平均粒径は、例えば、レーザー回折式粒度分布計、走査型電子顕微鏡(SEM)による測定から算出できる。また、合材層における硫化物固体電解質の割合は、例えば1体積%以上であり、10体積%以上であってもよい。一方、上記硫化物固体電解質の割合は、例えば60体積%以下であり、50体積%以下であってもよい。 The crystallization temperature of the sulfide solid electrolyte is, for example, 170 ° C. or higher, 180 ° C. or higher, or 190 ° C. or higher. On the other hand, the crystallization temperature of the sulfide solid electrolyte is, for example, 230 ° C. or lower, and may be 210 ° C. or lower. Further, as the shape of the sulfide solid electrolyte, for example, a particulate form can be mentioned. The average particle size (D 50 ) of the sulfide solid electrolyte is, for example, 0.1 μm or more, and may be 0.5 μm or more. On the other hand, the average particle size (D 50 ) is, for example, 50 μm or less, and may be 5 μm or less. The average particle size can be calculated from, for example, measurement by a laser diffraction type particle size distribution meter or a scanning electron microscope (SEM). The proportion of the sulfide solid electrolyte in the mixture layer is, for example, 1% by volume or more, and may be 10% by volume or more. On the other hand, the proportion of the sulfide solid electrolyte is, for example, 60% by volume or less, and may be 50% by volume or less.

(2)活物質
本開示における活物質は、後述するホットロールプレス工程に耐えることができる程度の耐熱性を有することが好ましい。活物質の一例としては、酸化物活物質が挙げられる。酸化物活物質としては、例えば、LiCoO、LiMnO、LiNiO、LiVO、LiNi1/3Co1/3Mn1/3等の岩塩層状型活物質、LiMn、Li(Ni0.5Mn1.5)O等のスピネル型活物質、LiFePO、LiMnPO、LiNiPO、LiCuPO等のオリビン型活物質が挙げられる。
(2) Active Material The active material in the present disclosure preferably has heat resistance sufficient to withstand the hot roll press process described later. An example of an active material is an oxide active material. Examples of the oxide active material include rock salt layered active materials 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 , Li ( Examples thereof include spinel-type active materials such as Ni 0.5 Mn 1.5 ) O 4 and olivine-type active materials such as LiFePO 4 , LiMnPO 4 , LiNiPO 4 , and LiCuPO 4 .

また、活物質の表面は、コート層で被覆されていてもよい。コート層により、活物質と硫化物固体電解質とが反応することを抑制できる。コート層としては、例えば、LiNbO、LiPO、LiPON等のLiイオン伝導性酸化物が挙げられる。コート層の平均厚さは、例えば1nm以上である。一方、コート層の平均厚さは、例えば20nm以下であり、10nm以下であってもよい。 Further, the surface of the active material may be coated with a coat layer. The coat layer can suppress the reaction between the active material and the sulfide solid electrolyte. Examples of the coat layer include Li ion conductive oxides such as LiNbO 3 , Li 3 PO 4 , and LiPON. The average thickness of the coat layer is, for example, 1 nm or more. On the other hand, the average thickness of the coat layer is, for example, 20 nm or less, and may be 10 nm or less.

活物質の形状としては、例えば、粒子状が挙げられる。活物質の平均粒径(D50)は、例えば、0.1μm以上、50μm以下である。なお、平均粒径は、例えば、レーザー回折式粒度分布計、走査型電子顕微鏡(SEM)による測定から算出できる。また、合材層における活物質の割合は、例えば40体積%以上であり、50体積%以上であってもよい。一方、上記活物質の割合は、例えば99体積%以下であり、80体積%以下であってもよい。 Examples of the shape of the active material include particulate matter. The average particle size (D 50 ) of the active material is, for example, 0.1 μm or more and 50 μm or less. The average particle size can be calculated from, for example, measurement by a laser diffraction type particle size distribution meter or a scanning electron microscope (SEM). Further, the ratio of the active material in the mixture layer is, for example, 40% by volume or more, and may be 50% by volume or more. On the other hand, the ratio of the active material is, for example, 99% by volume or less, and may be 80% by volume or less.

(3)合材層
合材層は、活物質および非晶質の硫化物固体電解質を少なくとも含有する。さらに、合材層は、導電化材および結着材の少なくとも一方を含有していてもよい。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、カーボンファイバー等の炭素材料が挙げられる。結着材としては、例えば、PVdF、PTFE等のフッ素系バインダー、ブタジエンゴム等のゴムバインダー、アクリル系バインダーが挙げられる。
(3) Mixture layer The mixture layer contains at least an active material and an amorphous sulfide solid electrolyte. Further, the mixture layer may contain at least one of a conductive material and a binder. Examples of the conductive material include carbon materials such as acetylene black, ketjen black, and carbon fiber. Examples of the binder include a fluorine-based binder such as PVdF and PTFE, a rubber binder such as butadiene rubber, and an acrylic binder.

例えば図2(a)に示すように、合材層10aは、一方の面側に、基材11を有していてもよい。基材は、合材層を保持できる部材であれば特に限定されないが、集電体であることが好ましい。全固体電池の製造工程が簡略化できるからである。集電体の材料は、典型的には金属である。正極集電体に適した材料としては、例えば、SUS、アルミニウム、ニッケル、鉄、チタン、カーボンが挙げられる。一方、負極集電体に適した材料としては、例えば、SUS、銅、ニッケル、カーボンが挙げられる。 For example, as shown in FIG. 2A, the mixture layer 10a may have the base material 11 on one surface side. The base material is not particularly limited as long as it is a member capable of holding the mixture layer, but is preferably a current collector. This is because the manufacturing process of the all-solid-state battery can be simplified. The material of the current collector is typically metal. Examples of materials suitable for the positive electrode current collector include SUS, aluminum, nickel, iron, titanium, and carbon. On the other hand, examples of materials suitable for the negative electrode current collector include SUS, copper, nickel, and carbon.

また、例えば図2(b)に示すように、合材層10aは、一方の面側に、固体電解質層12を有していてもよい。なお、図2(b)では、基材11、合材層10aおよび固体電解質層12がこの順に積層されている。固体電解質層は、硫化物固体電解質を含有することが好ましい。硫化物固体電解質として、例えば、上述した硫化物固体電解質と同じ材料を例示できる。また、固体電解質層に含まれる硫化物固体電解質は、非晶質であってもよく、結晶であってもよい。 Further, for example, as shown in FIG. 2B, the mixture layer 10a may have the solid electrolyte layer 12 on one surface side. In FIG. 2B, the base material 11, the mixture layer 10a, and the solid electrolyte layer 12 are laminated in this order. The solid electrolyte layer preferably contains a sulfide solid electrolyte. As the sulfide solid electrolyte, for example, the same material as the sulfide solid electrolyte described above can be exemplified. Further, the sulfide solid electrolyte contained in the solid electrolyte layer may be amorphous or crystalline.

また、図示しないが、合材層は、一方の面側に、固体電解質層および対極活物質層を有していてもよい。この場合、全固体電池の発電要素(正極活物質層、固体電解質層、負極活物質層)を効率良く得ることができる。 Further, although not shown, the mixture layer may have a solid electrolyte layer and a counterpolar active material layer on one surface side. In this case, the power generation elements (positive electrode active material layer, solid electrolyte layer, negative electrode active material layer) of the all-solid-state battery can be efficiently obtained.

(4)合材層の作製方法
合材層の作製方法は、所望の合材層を得ることができる方法であれば特に限定されないが、例えばスラリー法が挙げられる。スラリー法では、スラリーを基材に塗工し、乾燥することで、合材層を得る。
(4) Method for producing a mixture layer The method for producing a mixture layer is not particularly limited as long as it can obtain a desired mixture layer, and examples thereof include a slurry method. In the slurry method, a mixture layer is obtained by applying a slurry to a substrate and drying it.

スラリーの調製方法としては、例えば、活物質および非晶質の硫化物固体電解質を分散媒中で混練する方法が挙げられる。分散媒は、活物質および非晶質の硫化物固体電解質と反応しない材料であることが好ましい。混練方法としては、例えば、超音波ホモジナイザー、振盪器、薄膜旋廻型ミキサー、ディゾルバー、ホモミキサー、ニーダー、ロールミル、サンドミル、アトライター、ボールミル、バイブレーターミル、高速インペラーミル等が挙げられる。塗工方法としては、例えば、ドクターブレード法、ダイコート法、グラビアコート法、スプレー塗工法、静電塗工法、バー塗工法等が挙げられる。 Examples of the method for preparing the slurry include a method of kneading an active material and an amorphous sulfide solid electrolyte in a dispersion medium. The dispersion medium is preferably a material that does not react with the active material and the amorphous sulfide solid electrolyte. Examples of the kneading method include an ultrasonic homogenizer, a shaker, a thin film rotating mixer, a dissolver, a homomixer, a kneader, a roll mill, a sand mill, an attritor, a ball mill, a vibrator mill, a high-speed impeller mill and the like. Examples of the coating method include a doctor blade method, a die coating method, a gravure coating method, a spray coating method, an electrostatic coating method, a bar coating method and the like.

2.ホットロールプレス工程および後加熱工程
本開示におけるホットロールプレス工程は、合材層を、所定の温度で加熱しながらロールプレスする工程である。また、本開示における後加熱工程は、ホットロールプレス工程後に、合材層を、所定の温度で加熱する工程である。
2. 2. Hot roll pressing step and post-heating step The hot roll pressing step in the present disclosure is a step of rolling pressing the mixture layer while heating it at a predetermined temperature. Further, the post-heating step in the present disclosure is a step of heating the mixture layer at a predetermined temperature after the hot roll pressing step.

ホットロールプレス工程において印加する線圧は、通常、15kN/cm以上であり、20kN/cm以上であってもよい。線圧が低すぎると、出力特性が十分に向上しない可能性がある。一方、上記線圧は、通常、50kN/cm以下であり、40kN/cm以下であってもよく、35kN/cm以下であってもよい。線圧が高すぎると、短絡が生じやすくなる可能性がある。 The linear pressure applied in the hot roll press step is usually 15 kN / cm or more, and may be 20 kN / cm or more. If the linear pressure is too low, the output characteristics may not be sufficiently improved. On the other hand, the linear pressure is usually 50 kN / cm or less, may be 40 kN / cm or less, or may be 35 kN / cm or less. If the linear pressure is too high, a short circuit may easily occur.

本開示においては、ホットロールプレスの際、硫化物固体電解質の結晶化温度以上の温度で加熱することが好ましい。硫化物固体電解質の結晶化温度は、例えば熱分析(DTA、DSC)により測定することができる。硫化物固体電解質の結晶化温度をTとする。本開示においては、ホットロールプレスの際、(T+3)℃以上の温度で加熱してもよく、(T+5)℃以上の温度で加熱してもよく、(T+10)℃以上の温度で加熱してもよい。一方、加熱温度の上限は、特に限定されないが、例えば(T+50)℃であり、(T+30)℃であってもよい。ホットロールプレスでの加熱温度は、例えば195℃以上であり、200℃以上であってもよく、205℃以上であってもよく、210℃以上であってもよい。一方、上記加熱温度は、例えば245℃以下であり、225℃以下であってもよい。 In the present disclosure, it is preferable to heat the sulfide solid electrolyte at a temperature equal to or higher than the crystallization temperature during the hot roll press. The crystallization temperature of the sulfide solid electrolyte can be measured, for example, by thermal analysis (DTA, DSC). Let T c be the crystallization temperature of the sulfide solid electrolyte. In the present disclosure, the hot roll press may be heated at a temperature of (T c + 3) ° C. or higher, may be heated at a temperature of (T c + 5) ° C. or higher, or may be heated at a temperature of (T c + 10) ° C. or higher. It may be heated at the temperature of. On the other hand, the upper limit of the heating temperature is not particularly limited, but may be, for example, (T c + 50) ° C. or (T c + 30) ° C. The heating temperature in the hot roll press is, for example, 195 ° C. or higher, may be 200 ° C. or higher, may be 205 ° C. or higher, or may be 210 ° C. or higher. On the other hand, the heating temperature is, for example, 245 ° C. or lower, and may be 225 ° C. or lower.

また、ホットロールプレス工程における加熱温度が、Tよりも5℃以上高く、ホットロールプレス工程において印加する線圧が、20kN/cm以上、35kN/cm以下であることが好ましい。線圧が相対的に高い場合(例えば50kN/cmの場合)と同等の出力特性が得られるからである。線圧が低いことで、例えばロールプレス装置の小型化を図ることができ、生産効率を向上させることができる。上記加熱温度は、Tよりも10℃以上高くてもよく、Tよりも15℃以上高くてもよい。 Further, it is preferable that the heating temperature in the hot roll pressing step is 5 ° C. or more higher than T c , and the linear pressure applied in the hot roll pressing step is 20 kN / cm or more and 35 kN / cm or less. This is because the output characteristics equivalent to those when the linear pressure is relatively high (for example, when the linear pressure is 50 kN / cm) can be obtained. Since the linear pressure is low, for example, the roll press apparatus can be miniaturized and the production efficiency can be improved. The heating temperature may be higher 10 ° C. or higher than T c, may be higher 15 ℃ higher than T c.

一方、本開示においては、ホットロールプレスの際、硫化物固体電解質のガラス転移温度以上結晶化温度未満の温度で加熱し、その後、硫化物固体電解質の結晶化温度以上の温度で加熱する後加熱工程を行うことが好ましい。硫化物固体電解質のガラス転移温度(T)は、例えば熱分析(DTA、DSC)により測定することができる。本開示においては、ホットロールプレスの際、(T+5)℃以上の温度で加熱してもよく、(T+10)℃以上の温度で加熱してもよく、(T+15)℃以上の温度で加熱してもよい。ホットロールプレスでの加熱温度は、例えば165℃以上であり、170℃以上であってもよく、175℃以上であってもよい。また、本開示においては、後加熱の際、(T+3)℃以上の温度で加熱してもよく、(T+5)℃以上の温度で加熱してもよく、(T+10)℃以上の温度で加熱してもよい。一方、加熱温度の上限は、特に限定されないが、例えば(T+50)℃であり、(T+30)℃であってもよい。後加熱での加熱温度は、例えば195℃以上であり、200℃以上であってもよく、205℃以上であってもよく、210℃以上であってもよい。一方、上記加熱温度は、例えば245℃以下であり、225℃以下であってもよい。 On the other hand, in the present disclosure, at the time of hot roll pressing, the sulfide solid electrolyte is heated at a temperature equal to or higher than the glass transition temperature and lower than the crystallization temperature, and then heated at a temperature equal to or higher than the crystallization temperature of the sulfide solid electrolyte. It is preferable to carry out the step. The glass transition temperature ( TG ) of the sulfide solid electrolyte can be measured, for example, by thermal analysis (DTA, DSC). In the present disclosure, the hot roll press may be heated at a temperature of ( TG +5) ° C. or higher, may be heated at a temperature of ( TG +10) ° C. or higher, or may be heated at a temperature of ( TG +15) ° C. or higher. It may be heated at the temperature of. The heating temperature in the hot roll press is, for example, 165 ° C. or higher, 170 ° C. or higher, or 175 ° C. or higher. Further, in the present disclosure, the post-heating may be performed at a temperature of (T c + 3) ° C. or higher, or may be heated at a temperature of (T c + 5) ° C. or higher, or (T c + 10) ° C. It may be heated at the above temperature. On the other hand, the upper limit of the heating temperature is not particularly limited, but may be, for example, (T c + 50) ° C. or (T c + 30) ° C. The heating temperature in the post-heating may be, for example, 195 ° C. or higher, 200 ° C. or higher, 205 ° C. or higher, or 210 ° C. or higher. On the other hand, the heating temperature is, for example, 245 ° C. or lower, and may be 225 ° C. or lower.

ホットロールプレス工程における加熱方法は特に限定されないが、例えば、加熱したロールを用いる方法、炉を用いる方法が挙げられる。また、後加熱工程における加熱方法も特に限定されないが、例えば、炉を用いる方法が挙げられる。 The heating method in the hot roll pressing step is not particularly limited, and examples thereof include a method using a heated roll and a method using a furnace. Further, the heating method in the post-heating step is not particularly limited, and examples thereof include a method using a furnace.

ホットロールプレス工程において、ロールの送り速度は、所望の活物質層を得ることができる速度であれば特に限定されないが、例えば100m/min以下であり、10m/min以下であってもよい。一方、ロールの送り速度は、例えば0.1m/min以上であり、0.3m/min以上であってもよく、0.5m/min以上であってもよい。また、後加熱工程における加熱時間は、特に限定されない。また、加熱雰囲気としては、例えば、不活性ガス雰囲気(例えばArガス雰囲気)、減圧雰囲気が挙げられる。 In the hot roll pressing step, the feed rate of the roll is not particularly limited as long as the desired active material layer can be obtained, but may be, for example, 100 m / min or less, and may be 10 m / min or less. On the other hand, the feed rate of the roll may be, for example, 0.1 m / min or more, 0.3 m / min or more, or 0.5 m / min or more. Further, the heating time in the post-heating step is not particularly limited. Examples of the heating atmosphere include an inert gas atmosphere (for example, Ar gas atmosphere) and a reduced pressure atmosphere.

3.全固体電池用活物質層
本開示により得られる全固体電池用活物質層は、活物質および結晶性の硫化物固体電解質を含有する。
3. 3. Active material layer for all-solid-state batteries The active material layer for all-solid-state batteries obtained by the present disclosure contains an active material and a crystalline sulfide solid electrolyte.

結晶性の硫化物固体電解質は、Liイオン伝導度が高いことが好ましい。中でも、硫化物固体電解質は、CuKα線を用いたX線回折測定において、2θ=20.2°±0.5°、23.6°±0.5°にピークを有することが好ましい。このピークは、Liイオン伝導性が高い結晶相のピークである。なお、この結晶相を、高Liイオン伝導相と称する場合がある。また、高Liイオン伝導相は、2θ=20.2°、23.6°の他に、通常、2θ=29.4°、37.8°、41.1°、47.0°にピークを有する。これらのピーク位置についても、±0.5°の範囲内で前後していてもよい。 The crystalline sulfide solid electrolyte preferably has high Li ion conductivity. Above all, the sulfide solid electrolyte preferably has peaks at 2θ = 20.2 ° ± 0.5 ° and 23.6 ° ± 0.5 ° in the X-ray diffraction measurement using CuKα ray. This peak is a peak of a crystal phase having high Li ion conductivity. In addition, this crystal phase may be referred to as a high Li ion conduction phase. In addition to 2θ = 20.2 ° and 23.6 °, the high Li ion conduction phase usually peaks at 2θ = 29.4 °, 37.8 °, 41.1 °, and 47.0 °. Have. These peak positions may also move back and forth within a range of ± 0.5 °.

結晶性の硫化物固体電解質は、CuKα線を用いたX線回折測定において、2θ=21.0°±0.5°、28.0°±0.5°にピークを有しないことが好ましい。このピークは、高Liイオン伝導相よりLiイオン伝導性が低い結晶相のピークである。なお、この結晶相を、低Liイオン伝導相と称する場合がある。また、低Liイオン伝導相は、2θ=21.0°、28.0°の他に、通常、2θ=32.0°、33.4°、38.7°、42.8°、44.2°にピークを有する。これらのピーク位置についても、±0.5°の範囲内で前後していてもよい。2θ=20.2°のピーク強度(I20.2)に対する2θ=21.0°のピーク強度(I21.0)の値(I21.0/I20.2)は、例えば、0.4以下であり、0.2以下であることが好ましく、0.1以下であることがより好ましい。なお、I21.0/I20.2は0であってもよい。 The crystalline sulfide solid electrolyte preferably has no peak at 2θ = 21.0 ° ± 0.5 ° and 28.0 ° ± 0.5 ° in the X-ray diffraction measurement using CuKα ray. This peak is a peak of a crystal phase having lower Li ion conductivity than a high Li ion conductive phase. In addition, this crystal phase may be referred to as a low Li ion conduction phase. In addition to 2θ = 21.0 ° and 28.0 °, the low Li ion conduction phase is usually 2θ = 32.0 °, 33.4 °, 38.7 °, 42.8 °, 44. It has a peak at 2 °. These peak positions may also move back and forth within a range of ± 0.5 °. The value (I 21.0 / I 20.2 ) of the peak intensity (I 21.0 ) of 2θ = 21.0 ° with respect to the peak intensity (I 20.2 ) of 2θ = 20.2 ° is, for example, 0. It is 4 or less, preferably 0.2 or less, and more preferably 0.1 or less. In addition, I 21.0 / I 20.2 may be 0.

結晶性の硫化物固体電解質は、高Liイオン伝導相のピークである2θ=20.2°のピークの半値幅が小さいことが好ましい。半値幅は、例えば0.51°以下であり、0.50°以下であることが好ましく、0.45°以下であることがより好ましい。なお、半値幅は、2θ=20.2°のピークの半値全幅(FWHM)をいう。 The crystalline sulfide solid electrolyte preferably has a small half-value width of the peak of 2θ = 20.2 °, which is the peak of the high Li ion conductive phase. The full width at half maximum is, for example, 0.51 ° or less, preferably 0.50 ° or less, and more preferably 0.45 ° or less. The full width at half maximum refers to the full width at half maximum (FWHM) of the peak at 2θ = 20.2 °.

活物質層は、充填率が高いことが好ましい。出力特性が向上するからである。活物質層の充填率は、例えば84%以上であり、86%以上であってもよく、88%以上であってもよい。一方、活物質層の充填率は、例えば100%以下である。また、活物質層の厚さは、例えば、0.1μm以上、1000μm以下である。また、活物質層は、全固体電池に用いられ、正極活物質層として用いられてもよく、負極活物質層として用いられてもよい。 The active material layer preferably has a high filling rate. This is because the output characteristics are improved. The filling rate of the active material layer is, for example, 84% or more, may be 86% or more, or may be 88% or more. On the other hand, the filling rate of the active material layer is, for example, 100% or less. The thickness of the active material layer is, for example, 0.1 μm or more and 1000 μm or less. Further, the active material layer may be used in an all-solid-state battery and may be used as a positive electrode active material layer or a negative electrode active material layer.

B.全固体電池の製造方法
図3は、本開示の全固体電池の製造方法の一例を示す概略断面図である。なお、図3は、正極活物質層の形成時に、上記「A.全固体電池用活物質層の製造方法」に記載された方法を適用した場合を示している。
B. Manufacturing Method of All-Solid State Battery FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing an example of the manufacturing method of the all-solid-state battery of the present disclosure. Note that FIG. 3 shows a case where the method described in "A. Method for producing active material layer for all-solid-state battery" is applied when forming the positive electrode active material layer.

図3においては、まず、正極集電体24、正極活物質層となる合材層21a、および、第一固体電解質層23aをこの順に有する積層体を準備する(図3(a))。次に、この積層体に対して、上述したホットロールプレス工程を行い、正極集電体24、正極活物質層21、および、第一固体電解質層23aをこの順に有する正極積層体を得る(図3(b))。次に、任意の方法により、負極集電体25、負極活物質層22、および、第二固体電解質層23bをこの順に有する負極積層体を準備する(図3(c))。次に、中間固体電解質層23cの一方の面側に、正極積層体の第一固体電解質層23aを配置し、他方の面側に、負極積層体の第二固体電解質層23bを配置する(図3(d))。この積層体を厚さ方向にプレスすることにより、正極活物質層21と、負極活物質層22と、正極活物質層21および負極活物質層22の間に形成された固体電解質層23と、正極活物質層21の集電を行う正極集電体24と、負極活物質層22の集電を行う負極集電体25とを有する全固体電池20が得られる(図3(e))。 In FIG. 3, first, a laminate having the positive electrode current collector 24, the mixture layer 21a serving as the positive electrode active material layer, and the first solid electrolyte layer 23a in this order is prepared (FIG. 3A). Next, the above-mentioned hot roll press step is performed on this laminate to obtain a positive electrode laminate having a positive electrode current collector 24, a positive electrode active material layer 21, and a first solid electrolyte layer 23a in this order (FIG. FIG. 3 (b)). Next, a negative electrode laminate having the negative electrode current collector 25, the negative electrode active material layer 22, and the second solid electrolyte layer 23b in this order is prepared by an arbitrary method (FIG. 3 (c)). Next, the first solid electrolyte layer 23a of the positive electrode laminate is arranged on one surface side of the intermediate solid electrolyte layer 23c, and the second solid electrolyte layer 23b of the negative electrode laminate is arranged on the other surface side (FIG. 3 (d)). By pressing this laminate in the thickness direction, the positive electrode active material layer 21, the negative electrode active material layer 22, and the solid electrolyte layer 23 formed between the positive electrode active material layer 21 and the negative electrode active material layer 22 An all-solid-state battery 20 having a positive electrode current collector 24 that collects electricity from the positive electrode active material layer 21 and a negative electrode current collector 25 that collects electricity from the negative electrode active material layer 22 can be obtained (FIG. 3 (e)).

本開示によれば、上述した製造方法を用いて活物質層を形成することにより、出力特性が良好な全固体電池を得ることができる。本開示においては、正極活物質層および負極活物質層の少なくとも一方を、上記「A.全固体電池用活物質層の製造方法」に記載された方法で形成する。その他の工程、例えば固体電解質層を形成する固体電解質層形成工程については、特に限定されず、任意の方法が採用できる。 According to the present disclosure, an all-solid-state battery having good output characteristics can be obtained by forming the active material layer by using the above-mentioned production method. In the present disclosure, at least one of the positive electrode active material layer and the negative electrode active material layer is formed by the method described in "A. Method for producing active material layer for all-solid-state battery". The other steps, for example, the solid electrolyte layer forming step of forming the solid electrolyte layer are not particularly limited, and any method can be adopted.

また、全固体電池は、通常、リチウムイオン電池である。全固体電池は、一次電池であってもよく、二次電池であってもよいが、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、車載用電池として有用だからである。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、角型が挙げられる。 The all-solid-state battery is usually a lithium-ion battery. The all-solid-state battery may be a primary battery or a secondary battery, but is preferably a secondary battery. This is because it can be repeatedly charged and discharged, and is useful as an in-vehicle battery, for example. Examples of the shape of the all-solid-state battery include a coin type, a laminated type, a cylindrical type, and a square type.

なお、本開示は、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、本開示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開示の技術的範囲に包含される。 The present disclosure is not limited to the above embodiment. The above embodiment is an example, and any object having substantially the same structure as the technical idea described in the claims of the present disclosure and exhibiting the same effect and effect is the present invention. Included in the technical scope of the disclosure.

本開示をさらに具体的に説明する。 The present disclosure will be described in more detail.

[製造例]
出発原料として、硫化リチウム(LiS、日本化学工業社製)、五硫化二リン(P、アルドリッチ社製)およびヨウ化リチウム(LiI、アルドリッチ社製)を用いた。次に、LiS、PおよびLiIを、15LiI・85(0.75LiS・0.25P)のモル比となるように秤量した。秤量した出発原料をメノウ乳鉢で5分間混合し、その混合物を遊星型ボールミルの容器(ZrO製)に投入し、脱水ヘプタンを投入し、さらにZrOボールを投入し、容器を完全に密閉した。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、40時間メカニカルミリングを行った。その後、100℃で乾燥することによりヘプタンを除去し、硫化物ガラス(非晶質の硫化物固体電解質A)を得た。なお、非晶質の硫化物固体電解質Aは、ガラス転移温度が100℃〜150℃であり、結晶化温度が195℃であった。
[Manufacturing example]
As starting materials, lithium sulfide (Li 2 S, manufactured by Nippon Chemical Industrial Co., Ltd.) was used diphosphorus pentasulfide (P 2 S 5, Aldrich) and lithium iodide (LiI, Aldrich). Next, Li 2 S, P 2 S 5 and Li I were weighed to a molar ratio of 15 LiI · 85 (0.75 Li 2 S · 0.25 P 2 S 5 ). The weighed starting ingredients were mixed in an agate mortar for 5 minutes, the mixture was placed in a planetary ball mill container (manufactured by ZrO 2 ), dehydrated heptane was added, and ZrO 2 balls were added, and the container was completely sealed. .. This container was attached to a planetary ball mill machine (P7 manufactured by Fritsch), and mechanical milling was performed at a base rotation speed of 500 rpm for 40 hours. Then, heptane was removed by drying at 100 ° C. to obtain sulfide glass (amorphous sulfide solid electrolyte A). The amorphous sulfide solid electrolyte A had a glass transition temperature of 100 ° C. to 150 ° C. and a crystallization temperature of 195 ° C.

得られた硫化物ガラスをガラス管の中に入れ、そのガラス管をSUS製密閉容器に入れた。その密閉容器に対して、195℃で10時間熱処理を行い、ガラスセラミックス(結晶性の硫化物固体電解質B)を得た。得られたガラスセラミックスは、CuKα線を用いたXRD測定において、2θ=20.2°、23.6°、29.4°、37.8°、41.1°、47.0°にピークを有しており、これらのピークは、高Liイオン伝導性相のピークに該当する。 The obtained sulfide glass was placed in a glass tube, and the glass tube was placed in a closed container made of SUS. The closed container was heat-treated at 195 ° C. for 10 hours to obtain glass ceramics (crystalline sulfide solid electrolyte B). The obtained glass ceramics peaked at 2θ = 20.2 °, 23.6 °, 29.4 °, 37.8 °, 41.1 °, and 47.0 ° in XRD measurement using CuKα ray. These peaks correspond to the peaks of the high Li ion conductive phase.

[実施例1]
(正極活物質層準備工程)
正極活物質層の原材料としての正極合剤を、ポリプロピレン(PP)製の容器に入れた。これを、超音波分散装置(エスエムテー社製、型式:UH−50)で合計150秒間にわたって撹拌し、かつ振盪器(柴田科学株式会社製、型式:TTM−1)で合計20分間にわたって振盪することによって、正極活物質スラリーを調製した。
[Example 1]
(Positive electrode active material layer preparation process)
The positive electrode mixture as a raw material for the positive electrode active material layer was placed in a polypropylene (PP) container. This is stirred with an ultrasonic disperser (manufactured by SMT, model: UH-50) for a total of 150 seconds, and shaken with a shaker (manufactured by Shibata Kagaku Co., Ltd., model: TTM-1) for a total of 20 minutes. To prepare a positive electrode active material slurry.

アプリケーターを使用して、ブレード法によって、この正極活物質スラリーを、正極集電体としてのAl箔上に塗工した。これを、ホットプレート上で30分間にわたって100℃で乾燥させ、正極集電体上に正極活物質層(合材層)を形成した。 Using an applicator, this positive electrode active material slurry was applied onto an Al foil as a positive electrode current collector by the blade method. This was dried on a hot plate at 100 ° C. for 30 minutes to form a positive electrode active material layer (mixture layer) on the positive electrode current collector.

正極合剤の構成は以下の通りである。
・正極活物質としてのLiNi1/3Co1/3Mn1/3(平均粒径6μm)
・分散媒としての酪酸ブチル
・導電助剤としてのVGCF
・バインダーとしてのPVdF系バインダーの酪酸ブチル溶液(5質量%)
・硫化物固体電解質としての、非晶質の硫化物固体電解質A(平均粒径0.5μm)
The composition of the positive electrode mixture is as follows.
-LiNi 1/3 Co 1/3 Mn 1/3 O 2 as positive electrode active material (average particle size 6 μm)
-Butyl butyrate as a dispersion medium-VGCF as a conductive aid
-Butyl butyrate solution of PVdF binder as a binder (5% by mass)
Amorphous sulfide solid electrolyte A as a sulfide solid electrolyte (average particle size 0.5 μm)

(負極活物質層準備工程)
負極活物質層の原材料としての負極合剤を、ポリプロピレン(PP)製の容器に入れた。これを、超音波分散装置(エスエムテー社製、型式:UH−50)で合計120秒間にわたって撹拌し、かつ振盪器(柴田科学株式会社製、型式:TTM−1)で合計20分間にわたって振盪することによって、負極活物質スラリーを調製した。
(Negative electrode active material layer preparation process)
The negative electrode mixture as a raw material for the negative electrode active material layer was placed in a polypropylene (PP) container. This is stirred with an ultrasonic disperser (manufactured by SMT, model: UH-50) for a total of 120 seconds, and shaken with a shaker (manufactured by Shibata Kagaku Co., Ltd., model: TTM-1) for a total of 20 minutes. To prepare a negative electrode active material slurry.

アプリケーターを使用して、ブレード法によって、この負極活物質スラリーを、負極極集電体としてのCu箔上に塗工した。これを、ホットプレート上で30分間にわたって100℃で乾燥させ、負極集電体上に負極活物質層を形成した。 Using an applicator, this negative electrode active material slurry was applied onto Cu foil as a negative electrode current collector by the blade method. This was dried on a hot plate at 100 ° C. for 30 minutes to form a negative electrode active material layer on the negative electrode current collector.

負極合剤の構成は以下の通りである。
・負極活物質としての天然黒鉛系カーボン(三菱化学株式会社製、平均粒径10μm)
・分散媒としての酪酸ブチル
・バインダーとしてのPVdF系バインダーの酪酸ブチル溶液(5質量%)
・硫化物固体電解質としての、LiIを含有しているLiS−P系ガラスセラミックス(平均粒径0.5μm)
The composition of the negative electrode mixture is as follows.
-Natural graphite-based carbon as a negative electrode active material (manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation, average particle size 10 μm)
-Butyl butyrate as a dispersion medium-Butyl butyrate solution of PVdF-based binder as a binder (5% by mass)
-Li 2 SP 2 S 5 series glass ceramics containing LiI as a sulfide solid electrolyte (average particle size 0.5 μm)

(第一固体電解質層準備工程)
第一固体電解質層の原材料としての電解質合剤を、ポリプロピレン(PP)製の容器に入れた。これを、超音波分散装置(エスエムテー社製、型式:UH−50)で30秒間にわたって撹拌し、かつ振盪器(柴田科学株式会社製、型式:TTM−1)で30分間にわたって振盪することによって、第一固体電解質スラリーを調製した。
(First solid electrolyte layer preparation process)
The electrolyte mixture as a raw material for the first solid electrolyte layer was placed in a polypropylene (PP) container. This is stirred with an ultrasonic disperser (manufactured by SMT, model: UH-50) for 30 seconds, and shaken with a shaker (manufactured by Shibata Kagaku Co., Ltd., model: TTM-1) for 30 minutes. A first solid electrolyte slurry was prepared.

アプリケーターを使用して、ブレード法によって、第一固体電解質スラリーを、剥離シートとしてのAl箔上に塗工した。これを、ホットプレート上で30分間にわたって100℃で乾燥させ、剥離シート上に第一固体電解質層を形成した。 Using an applicator, the first solid electrolyte slurry was applied onto the Al foil as a release sheet by the blade method. This was dried on a hot plate at 100 ° C. for 30 minutes to form a first solid electrolyte layer on the release sheet.

電解質合剤の構成は以下の通りである。
・硫化物固体電解質としての、LiIを含有しているLiS−P系ガラスセラミックス(平均粒径2.0μm)
・分散媒としてのヘプタン
・バインダーとしてのBR系バインダーのヘプタン溶液(5質量%)
The composition of the electrolyte mixture is as follows.
-Li 2 SP 2 S 5 series glass ceramics containing LiI as a sulfide solid electrolyte (average particle size 2.0 μm)
-Heptane as a dispersion medium-Heptane solution of BR-based binder as a binder (5% by mass)

(第二固体電解質層準備工程)
第一固体電解質層準備工程と同様にして、剥離シート上に第二固体電解質層を形成した。
(Second solid electrolyte layer preparation process)
A second solid electrolyte layer was formed on the release sheet in the same manner as in the first solid electrolyte layer preparation step.

(中間固体電解質層準備工程)
中間固体電解質層の原材料としての電解質合剤を、ポリプロピレン(PP)製の容器に入れた。これを、超音波分散装置(エスエムテー社製、型式:UH−50)で30秒間にわたって撹拌し、かつ振盪器(柴田科学株式会社製、型式:TTM−1)で30分間にわたって振盪することによって、中間固体電解質スラリーを調製した。
(Intermediate solid electrolyte layer preparation process)
The electrolyte mixture as a raw material for the intermediate solid electrolyte layer was placed in a polypropylene (PP) container. This is stirred with an ultrasonic disperser (manufactured by SMT, model: UH-50) for 30 seconds, and shaken with a shaker (manufactured by Shibata Scientific Technology, model: TTM-1) for 30 minutes. An intermediate solid electrolyte slurry was prepared.

アプリケーターを使用して、ブレード法によって、中間固体電解質スラリーを、剥離シートとしてのAl箔上に塗工した。これを、ホットプレート上で30分間にわたって100℃で乾燥させ、剥離シートおよび中間固体電解質層を有する転写シートを得た。 Using an applicator, the intermediate solid electrolyte slurry was applied onto the Al foil as a release sheet by the blade method. This was dried on a hot plate at 100 ° C. for 30 minutes to obtain a release sheet and a transfer sheet having an intermediate solid electrolyte layer.

電解質合剤の構成は以下の通りである。
・硫化物固体電解質としての、LiIを含有しているLiS−P系ガラス(平均粒径1.0μm)
・分散媒としてのヘプタン
・バインダーとしてのBR系バインダーのヘプタン溶液(5質量%)
The composition of the electrolyte mixture is as follows.
-Li 2 SP 2 S 5 glass containing LiI as a sulfide solid electrolyte (average particle size 1.0 μm)
-Heptane as a dispersion medium-Heptane solution of BR-based binder as a binder (5% by mass)

(正極積層体作製工程)
正極集電体、正極活物質層(合材層)、および第一固体電解質層をこの順で積層した。この積層体をロールプレス機にセットし、第一プレス工程として、プレス圧力15kN/cm、プレス温度195℃でプレスし(送り速度0.5m/min)、正極積層体を得た。なお、送り速度0.5m/minは、1秒間に約1cm移動する速度に該当し、合材層がロールに接している時間(加熱加圧時間)は、平面プレスに比べて極端に短い。また、プレス温度は、非接触式温度計で測定したロール表面の温度である。また、プレス圧力を25kN/cm、35kN/cm、50kN/cmに変更して、同様に正極積層体を得た。
(Positive electrode laminate manufacturing process)
The positive electrode current collector, the positive electrode active material layer (mixture layer), and the first solid electrolyte layer were laminated in this order. This laminate was set in a roll press machine and pressed at a press pressure of 15 kN / cm and a press temperature of 195 ° C. (feed speed 0.5 m / min) as the first press step to obtain a positive electrode laminate. The feed rate of 0.5 m / min corresponds to a speed of moving about 1 cm per second, and the time during which the mixture layer is in contact with the roll (heating and pressurizing time) is extremely shorter than that of a flat press. The press temperature is the temperature of the roll surface measured by a non-contact thermometer. Further, the press pressure was changed to 25 kN / cm, 35 kN / cm, and 50 kN / cm to obtain a positive electrode laminate in the same manner.

(負極積層体作製工程)
負極集電体、負極活物質層、および第二固体電解質層をこの順で積層した。この積層体をロールプレス機にセットし、第二プレス工程として、プレス圧力20kN/cm、プレス温度25℃でプレスし、負極積層体を得た。
(Negative electrode laminate manufacturing process)
The negative electrode current collector, the negative electrode active material layer, and the second solid electrolyte layer were laminated in this order. This laminate was set in a roll press machine and pressed at a press pressure of 20 kN / cm and a press temperature of 25 ° C. as a second press step to obtain a negative electrode laminate.

次に、負極積層体と転写シートとを、負極積層体の第二固体電解質層と、転写シートの中間固体電解質層とが対向するように積層した。この積層体を平面一軸プレス機にセットし、プレス圧力100MPa、プレス温度25℃で、10秒間にわたってプレスした。その後、転写シートを剥がし、中間固体電解質層を有する負極積層体を得た。 Next, the negative electrode laminate and the transfer sheet were laminated so that the second solid electrolyte layer of the negative electrode laminate and the intermediate solid electrolyte layer of the transfer sheet faced each other. This laminate was set in a flat uniaxial press and pressed at a press pressure of 100 MPa and a press temperature of 25 ° C. for 10 seconds. Then, the transfer sheet was peeled off to obtain a negative electrode laminate having an intermediate solid electrolyte layer.

なお、負極積層体の面積が正極積層体の面積より大きくなるように、負極積層体および正極積層体を作製した。正極積層体および負極積層体の面積比は、1.00:1.08であった。 The negative electrode laminate and the positive electrode laminate were prepared so that the area of the negative electrode laminate was larger than the area of the positive electrode laminate. The area ratio of the positive electrode laminate and the negative electrode laminate was 1.00: 1.08.

(全固体電池作製工程)
正極積層体と、中間固体電解質層を有する負極積層体とを、正極積層体の第一固体電解質層と、中間固体電解質層とが対向するように積層した。この積層体を平面一軸プレス機にセットし、第三プレス工程として、プレス圧力200MPa、プレス温度120℃で、1分間にわたってプレスした。これによって、全固体電池を得た。
(All-solid-state battery manufacturing process)
The positive electrode laminate and the negative electrode laminate having the intermediate solid electrolyte layer were laminated so that the first solid electrolyte layer of the positive electrode laminate and the intermediate solid electrolyte layer faced each other. This laminate was set in a flat uniaxial press and pressed for 1 minute at a press pressure of 200 MPa and a press temperature of 120 ° C. as a third press step. As a result, an all-solid-state battery was obtained.

[実施例2]
正極積層体作製工程におけるプレス温度を205℃に変更したこと以外は、実施例1と同様にして全固体電池を得た。
[Example 2]
An all-solid-state battery was obtained in the same manner as in Example 1 except that the press temperature in the positive electrode laminate manufacturing step was changed to 205 ° C.

[実施例3]
正極積層体作製工程におけるプレス温度を215℃に変更したこと以外は、実施例1と同様にして全固体電池を得た。
[Example 3]
An all-solid-state battery was obtained in the same manner as in Example 1 except that the press temperature in the positive electrode laminate manufacturing step was changed to 215 ° C.

[実施例4]
正極積層体作製工程を、以下のように変更したこと以外は、実施例1と同様にして全固体電池を得た。具体的には、正極集電体、正極活物質層(合材層)、および第一固体電解質層をこの順で積層した。この積層体をロールプレス機にセットし、第一プレス工程として、プレス圧力15kN/cm、プレス温度165℃でプレスし(送り速度0.5m/min)、その後、ホットプレート上で5分間にわたって195℃で後加熱し、正極積層体を得た。また、プレス圧力を25kN/cm、35kN/cm、50kN/cmに変更して、同様に正極積層体を得た。
[Example 4]
An all-solid-state battery was obtained in the same manner as in Example 1 except that the process for producing the positive electrode laminate was changed as follows. Specifically, the positive electrode current collector, the positive electrode active material layer (mixture layer), and the first solid electrolyte layer were laminated in this order. This laminate is set in a roll press machine, and as the first pressing step, it is pressed at a pressing pressure of 15 kN / cm and a pressing temperature of 165 ° C. (feeding speed 0.5 m / min), and then 195 on a hot plate for 5 minutes. After heating at ° C., a positive electrode laminate was obtained. Further, the press pressure was changed to 25 kN / cm, 35 kN / cm, and 50 kN / cm to obtain a positive electrode laminate in the same manner.

[実施例5]
後加熱温度を205℃に変更したこと以外は、実施例1と同様にして全固体電池を得た。
[Example 5]
An all-solid-state battery was obtained in the same manner as in Example 1 except that the post-heating temperature was changed to 205 ° C.

[比較例1]
正極活物質層に用いる硫化物固体電解質を、結晶性の硫化物固体電解質Bに変更し、正極積層体作製工程におけるプレス温度を165℃に変更したこと以外は、実施例1と同様にして全固体電池を得た。
[Comparative Example 1]
All of the same as in Example 1 except that the sulfide solid electrolyte used for the positive electrode active material layer was changed to the crystalline sulfide solid electrolyte B and the press temperature in the positive electrode laminate manufacturing step was changed to 165 ° C. Obtained a solid state battery.

[比較例2]
正極活物質層に用いる硫化物固体電解質を、結晶性の硫化物固体電解質Bに変更し、正極積層体作製工程におけるプレス温度を205℃に変更したこと以外は、実施例1と同様にして全固体電池を得た。
[Comparative Example 2]
All of the same as in Example 1 except that the sulfide solid electrolyte used for the positive electrode active material layer was changed to the crystalline sulfide solid electrolyte B and the press temperature in the positive electrode laminate manufacturing step was changed to 205 ° C. Obtained a solid state battery.

[比較例3]
正極積層体作製工程におけるプレス温度を165℃に変更したこと以外は、実施例1と同様にして全固体電池を得た。なお、各実施例および各比較例における、硫化物固体電解質の状態、プレス温度、後加熱温度を表1に示す。
[Comparative Example 3]
An all-solid-state battery was obtained in the same manner as in Example 1 except that the press temperature in the positive electrode laminate manufacturing step was changed to 165 ° C. Table 1 shows the state of the sulfide solid electrolyte, the press temperature, and the post-heating temperature in each Example and each Comparative Example.

Figure 0006812940
Figure 0006812940

[評価]
[出力特性評価]
実施例1〜5および比較例1〜3で得られた全固体電池に対して、出力特性評価を行った。具体的には、0.3mAで4.4VまでCCCV充電した後、0.3mAで3.0VまでCCCV放電を行った。その後、3.5Vまで再び充電を行い、60mWから180mWの間で定出力放電を行い、2.5Vまで5秒間、放電可能な出力値を求めた。なお、比較例1においてプレス圧力50kN/cmの条件で作製した全固体電池の出力値を100とし、各々の全固体電池の出力特性(出力比)を評価した。その結果を図4および図5に示す。
[Evaluation]
[Output characteristic evaluation]
The output characteristics of the all-solid-state batteries obtained in Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 to 3 were evaluated. Specifically, after CCCV charging to 4.4 V at 0.3 mA, CCCV discharging was performed to 3.0 V at 0.3 mA. Then, the battery was charged again to 3.5 V, a constant output discharge was performed between 60 mW and 180 mW, and an output value capable of discharging to 2.5 V for 5 seconds was determined. In Comparative Example 1, the output value of the all-solid-state battery manufactured under the condition of the press pressure of 50 kN / cm was set to 100, and the output characteristics (output ratio) of each all-solid-state battery were evaluated. The results are shown in FIGS. 4 and 5.

図4に示すように、実施例1〜3は、比較例1〜3に比べて出力特性が良好であった。比較例1は、線圧が低くなるほど、出力特性が大きく低下したが、実施例1〜3では、線圧が低くなっても、出力特性の低下が抑制された。特に、プレス温度が硫化物固体電解質の結晶化温度よりも5℃以上高い実施例2、3は、線圧20kN/cm以上35kN/cm以下の範囲(線圧が低い範囲)でも、50kN/cmの場合と同等の出力特性が得られた。このように、プレス温度を結晶化温度よりも高くすることが、ロールプレスの特性(平面プレスに比べて、生産効率は良いが加熱時間が短くなるいう特性)に適していることが示唆された。 As shown in FIG. 4, Examples 1 to 3 had better output characteristics than Comparative Examples 1 to 3. In Comparative Example 1, the output characteristic was significantly lowered as the linear pressure was lowered, but in Examples 1 to 3, the deterioration of the output characteristic was suppressed even when the linear pressure was lowered. In particular, Examples 2 and 3 in which the press temperature is 5 ° C. or higher higher than the crystallization temperature of the sulfide solid electrolyte are 50 kN / cm even in the range of linear pressure of 20 kN / cm or more and 35 kN / cm or less (range of low linear pressure). The same output characteristics as in the case of were obtained. In this way, it was suggested that raising the press temperature higher than the crystallization temperature is suitable for the characteristics of the roll press (the characteristic that the production efficiency is higher but the heating time is shorter than that of the flat press). ..

また、比較例2では、結晶性の硫化物固体電解質を用いた場合であっても、プレス温度を高くすることで、比較例1よりも出力特性が向上した。しかしながら、比較例2においても、比較例1と同様に、線圧が低くなるほど、出力特性が大きく低下した。また、プレス温度が同じである実施例2および比較例2を比べると、実施例2が比較例2よりも出力特性が大幅に向上した。なお、比較例3では、非晶質の硫化物固体電解質を用いているが、結晶化温度未満の温度で加熱しているため、硫化物固体電解質のLiイオン伝導度が向上せず、良好な出力特性が得られなかった。 Further, in Comparative Example 2, even when a crystalline sulfide solid electrolyte was used, the output characteristics were improved as compared with Comparative Example 1 by raising the press temperature. However, also in Comparative Example 2, as in Comparative Example 1, the lower the linear pressure, the greater the deterioration of the output characteristics. Further, when comparing Example 2 and Comparative Example 2 having the same press temperature, the output characteristics of Example 2 were significantly improved as compared with Comparative Example 2. In Comparative Example 3, an amorphous sulfide solid electrolyte is used, but since it is heated at a temperature lower than the crystallization temperature, the Li ion conductivity of the sulfide solid electrolyte is not improved, which is good. No output characteristics were obtained.

また、図5に示すように、結晶化温度以上の温度で後加熱を行った実施例4、5においても、実施例1〜3と同様の傾向が見られ、線圧が低くなっても、出力特性の低下が抑制された。 Further, as shown in FIG. 5, in Examples 4 and 5 in which the post-heating was performed at a temperature equal to or higher than the crystallization temperature, the same tendency as in Examples 1 to 3 was observed, and even if the linear pressure became low, The deterioration of output characteristics was suppressed.

[充填率測定]
実施例1〜3および比較例1、3で作製した正極活物質層の充填率を測定した。まず、正極活物質層の面積、厚さおよび質量から、正極活物質層の見かけの密度を算出した(正極活物質層の見かけの密度=質量/(厚さ×面積))。次に、正極活物質層の構成成分の真密度および含有量から、正極活物質層の真密度を算出した。(正極活物質層の真密度=質量/Σ(各構成成分の含有量/各構成成分の真密度))。真密度に対する見かけの密度を、充填率とした。その結果を図6に示す。
[Measurement of filling rate]
The filling rate of the positive electrode active material layer prepared in Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 and 3 was measured. First, the apparent density of the positive electrode active material layer was calculated from the area, thickness and mass of the positive electrode active material layer (apparent density of the positive electrode active material layer = mass / (thickness × area)). Next, the true density of the positive electrode active material layer was calculated from the true density and content of the constituent components of the positive electrode active material layer. (True density of positive electrode active material layer = mass / Σ (content of each component / true density of each component)). The apparent density with respect to the true density was defined as the filling factor. The result is shown in FIG.

図6に示すように、実施例1〜3および比較例3は、比較例1に比べて、充填率が高くなった。これは、ホットロールプレス時に、非晶質の硫化物固体電解質を含有する正極活物質層に対して、硫化物固体電解質のガラス転移温度以上の熱を加えることで、正極活物質層の緻密化が生じることが示唆された。特に、線圧が20kN/cm以上である場合、実施例1〜3は、比較例3よりも充填率が高くなった。また、比較例3では、正極活物質層の緻密化が生じているが、上述した図4に示すように、比較例3は、実施例1〜3に比べて、出力特性が低い。 As shown in FIG. 6, in Examples 1 to 3 and Comparative Example 3, the filling rate was higher than that in Comparative Example 1. This is because the positive electrode active material layer is densified by applying heat equal to or higher than the glass transition temperature of the sulfide solid electrolyte to the positive electrode active material layer containing the amorphous sulfide solid electrolyte during hot roll pressing. It was suggested that In particular, when the linear pressure was 20 kN / cm or more, Examples 1 to 3 had a higher filling rate than Comparative Example 3. Further, in Comparative Example 3, the positive electrode active material layer is densified, but as shown in FIG. 4 described above, Comparative Example 3 has lower output characteristics than Examples 1 to 3.

1 … 活物質
2 … 非晶質の硫化物固体電解質
10a … 合材層
10 … 活物質層
11 … 基材
12 … 固体電解質層
20 … 全固体電池
21a … 合材層
21 … 正極活物質層
22 … 負極活物質層
23 … 固体電解質層
24 … 正極集電体
25 … 負極集電体
1… Active material 2… Amorphous sulfide solid electrolyte 10a… Mixed material layer 10… Active material layer 11… Base material 12… Solid electrolyte layer 20… All-solid battery 21a… Mixed material layer 21… Positive electrode active material layer 22 … Negative electrode active material layer 23… Solid electrolyte layer 24… Positive electrode current collector 25… Negative electrode current collector

Claims (8)

活物質および非晶質の硫化物固体電解質を含有する合材層を準備する準備工程と、
前記合材層を、前記硫化物固体電解質の結晶化温度以上の温度で加熱しながらロールプレスするホットロールプレス工程とを有し、
前記硫化物固体電解質が、Li元素、P元素およびS元素を含有し、PS 3−をアニオン構造の主体として含有するイオン伝導体と、LiIと、を含有する材料であり、
前記ホットロールプレス工程において印加する線圧が、15kN/cm以上、50kN/cm以下である、全固体電池用活物質層の製造方法。
A preparatory step to prepare a mixture layer containing an active material and an amorphous sulfide solid electrolyte, and
It has a hot roll pressing step of rolling pressing the mixture layer while heating it at a temperature equal to or higher than the crystallization temperature of the sulfide solid electrolyte.
The sulfide solid electrolyte contains a Li element, P element, and S elements, an ion conductor containing PS 4 3- as principal anionic structure, a material containing a LiI,,
A method for producing an active material layer for an all-solid-state battery, wherein the linear pressure applied in the hot roll press step is 15 kN / cm or more and 50 kN / cm or less.
前記ホットロールプレス工程において印加する線圧が、35kN/cm以下である、請求項1に記載の全固体電池用活物質層の製造方法。 The method for producing an active material layer for an all-solid-state battery according to claim 1, wherein the linear pressure applied in the hot roll press step is 35 kN / cm or less. 前記ホットロールプレス工程における加熱温度が、195℃以上である、請求項1または請求項2に記載の全固体電池用活物質層の製造方法。 The method for producing an active material layer for an all-solid-state battery according to claim 1 or 2, wherein the heating temperature in the hot roll press step is 195 ° C. or higher. 前記ホットロールプレス工程における加熱温度が、前記硫化物固体電解質の結晶化温度よりも5℃以上高く、
前記ホットロールプレス工程において印加する線圧が、20kN/cm以上、35kN/cm以下である、請求項1から請求項3までのいずれかの請求項に記載の全固体電池用活物質層の製造方法。
The heating temperature in the hot roll press step is 5 ° C. or higher higher than the crystallization temperature of the sulfide solid electrolyte.
The production of the active material layer for an all-solid-state battery according to any one of claims 1 to 3, wherein the linear pressure applied in the hot roll press step is 20 kN / cm or more and 35 kN / cm or less. Method.
活物質および非晶質の硫化物固体電解質を含有する合材層を準備する準備工程と、
前記合材層を、前記硫化物固体電解質のガラス転移温度以上結晶化温度未満の温度で加熱しながらロールプレスするホットロールプレス工程と、
前記ホットロールプレス工程後に、前記合材層を、前記硫化物固体電解質の結晶化温度以上の温度で加熱する後加熱工程とを有し、
前記硫化物固体電解質が、Li元素、P元素およびS元素を含有し、PS 3−をアニオン構造の主体として含有するイオン伝導体と、LiIと、を含有する材料であり、
前記ホットロールプレス工程において印加する線圧が、15kN/cm以上、50kN/cm以下である、全固体電池用活物質層の製造方法。
A preparatory step to prepare a mixture layer containing an active material and an amorphous sulfide solid electrolyte, and
A hot roll press step of rolling pressing the mixture layer while heating it at a temperature equal to or higher than the glass transition temperature of the sulfide solid electrolyte and lower than the crystallization temperature.
After the hot roll press step, the mixture layer has a post-heating step of heating the mixture layer at a temperature equal to or higher than the crystallization temperature of the sulfide solid electrolyte.
The sulfide solid electrolyte contains a Li element, P element, and S elements, an ion conductor containing PS 4 3- as principal anionic structure, a material containing a LiI,,
A method for producing an active material layer for an all-solid-state battery, wherein the linear pressure applied in the hot roll press step is 15 kN / cm or more and 50 kN / cm or less.
前記ホットロールプレス工程において印加する線圧が、35kN/cm以下である、請求項5に記載の全固体電池用活物質層の製造方法。 The method for producing an active material layer for an all-solid-state battery according to claim 5, wherein the linear pressure applied in the hot roll press step is 35 kN / cm or less. 前記ホットロールプレス工程における加熱温度が、165℃以上である、請求項5または請求項6に記載の全固体電池用活物質層の製造方法。 The method for producing an active material layer for an all-solid-state battery according to claim 5 or 6, wherein the heating temperature in the hot roll press step is 165 ° C. or higher. 正極活物質層と、負極活物質層と、前記正極活物質層および前記負極活物質層の間に形成された固体電解質層とを有する全固体電池の製造方法であって、
前記正極活物質層および前記負極活物質層の少なくとも一方を、請求項1から請求項7までのいずれかの請求項に記載の全固体電池用活物質層の製造方法により形成する活物質層形成工程を有する、全固体電池の製造方法。
A method for manufacturing an all-solid-state battery, which comprises a positive electrode active material layer, a negative electrode active material layer, and a solid electrolyte layer formed between the positive electrode active material layer and the negative electrode active material layer.
Forming an active material layer in which at least one of the positive electrode active material layer and the negative electrode active material layer is formed by the method for producing an active material layer for an all-solid-state battery according to any one of claims 1 to 7. A method for manufacturing an all-solid-state battery having a step.
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