JP6894965B2 - Negative electrode materials for lithium-ion batteries, negative electrodes for lithium-ion batteries, and lithium-ion batteries - Google Patents

Negative electrode materials for lithium-ion batteries, negative electrodes for lithium-ion batteries, and lithium-ion batteries Download PDF

Info

Publication number
JP6894965B2
JP6894965B2 JP2019235914A JP2019235914A JP6894965B2 JP 6894965 B2 JP6894965 B2 JP 6894965B2 JP 2019235914 A JP2019235914 A JP 2019235914A JP 2019235914 A JP2019235914 A JP 2019235914A JP 6894965 B2 JP6894965 B2 JP 6894965B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
negative electrode
lithium ion
ion battery
electrode material
solid electrolyte
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2019235914A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2020047608A (en
JP2020047608A5 (en
Inventor
和久 出戸
和久 出戸
松山 敏也
敏也 松山
素志 田村
素志 田村
山本 一富
一富 山本
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Furukawa Co Ltd
Original Assignee
Furukawa Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from JP2018076924A external-priority patent/JP6873081B2/en
Application filed by Furukawa Co Ltd filed Critical Furukawa Co Ltd
Priority to JP2019235914A priority Critical patent/JP6894965B2/en
Publication of JP2020047608A publication Critical patent/JP2020047608A/en
Publication of JP2020047608A5 publication Critical patent/JP2020047608A5/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP6894965B2 publication Critical patent/JP6894965B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

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

Landscapes

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

Description

本発明は、リチウムイオン電池用負極材料、リチウムイオン電池用負極、およびリチウムイオン電池に関する。 The present invention relates to a negative electrode material for a lithium ion battery, a negative electrode for a lithium ion battery, and a lithium ion battery.

リチウムイオン電池は、一般的に、携帯電話やノートパソコンなどの小型携帯機器の電源として使用されている。また、最近では小型携帯機器以外に、電気自動車や電力貯蔵などの電源としてもリチウムイオン電池は使用され始めている。 Lithium-ion batteries are generally used as a power source for small portable devices such as mobile phones and laptop computers. Recently, in addition to small portable devices, lithium-ion batteries have begun to be used as power sources for electric vehicles and power storage.

リチウムイオン電池用負極活物質として、金属シリコンを主体とした活物質が知られている。シリコン系の負極活物質は、高容量のリチウムイオン電池が得られることから、黒鉛などの炭素材料系の負極活物質に代わるものとして研究が進められている(例えば、特許文献1)。 As a negative electrode active material for a lithium ion battery, an active material mainly composed of metallic silicon is known. Since a high-capacity lithium-ion battery can be obtained as a silicon-based negative electrode active material, research is underway as an alternative to a carbon material-based negative electrode active material such as graphite (for example, Patent Document 1).

特開2012−33440号Japanese Unexamined Patent Publication No. 2012-3340

ところが、シリコン系の負極活物質は、充放電に伴う体積変化が大きく、炭素材料系の負極活物質に比べてサイクル特性が劣っていた。そのため、シリコン系の負極活物質は、リチウムイオン電池用負極活物質としてはまだまだ満足するものではなかった。 However, the silicon-based negative electrode active material has a large volume change due to charging and discharging, and its cycle characteristics are inferior to those of the carbon material-based negative electrode active material. Therefore, the silicon-based negative electrode active material is still unsatisfactory as the negative electrode active material for lithium ion batteries.

本発明者らは、サイクル特性および放電容量に優れる、シリコン系の負極活物質を提供するため鋭意検討した。その結果、構成元素としてLi、P、およびSを含む硫化物固体電解質材料および構成元素としてLiおよびSiを含む合金材料を粉砕混合することにより得られるものがサイクル特性および放電容量に優れることを見出し、本発明に至った。 The present inventors have diligently studied to provide a silicon-based negative electrode active material having excellent cycle characteristics and discharge capacity. As a result, it was found that the sulfide solid electrolyte material containing Li, P, and S as a constituent element and the alloy material containing Li and Si as a constituent element are excellent in cycle characteristics and discharge capacity. , The present invention has been reached.

本発明によれば、
Li (ただし、4≦X≦15、1≦Y≦3、6≦Z≦14である。X、YおよびZは整数である。)により示される化合物を含む硫化物固体電解質材料と、
Li Si (ただし、7≦A≦25、3≦B≦7である。AおよびBは整数である。)により示される化合物を含む合金材料と、
炭素材料と、
のメカノケミカル処理物を含む、リチウムイオン電池用負極材料であって、
上記メカノケミカル処理物は、線源としてCuKα線を用いたX線回折では検出できない程度の結晶子サイズを有するSi微粒子を含む、
リチウムイオン電池用負極材料が提供される。


According to the present invention
A sulfide solid electrolyte containing a compound represented by Li X P Y S Z (where 4 ≦ X ≦ 15, 1 ≦ Y ≦ 3, 6 ≦ Z ≦ 14, where X, Y and Z are integers). Material and
An alloy material containing the compound indicated by Li A Si B (where 7 ≦ A ≦ 25, 3 ≦ B ≦ 7; A and B are integers) and
With carbon material
Negative electrode material for lithium-ion batteries , including mechanochemical treated products of
The mechanochemical treated product contains Si fine particles having a crystallite size that cannot be detected by X-ray diffraction using CuKα ray as a radiation source.
Negative electrode materials for lithium ion batteries are provided.


さらに、本発明によれば、
上記本発明のリチウムイオン電池用負極材料からなる負極活物質層を集電体の表面に形成してなる、リチウムイオン電池用負極が提供される。
Further, according to the present invention
Provided is a negative electrode for a lithium ion battery in which a negative electrode active material layer made of the negative electrode material for a lithium ion battery of the present invention is formed on the surface of a current collector.

さらに、本発明によれば、
上記リチウムイオン電池用負極と、電解質層と、正極とを備えた、リチウムイオン電池が提供される。
Further, according to the present invention
A lithium ion battery including the negative electrode for a lithium ion battery, an electrolyte layer, and a positive electrode is provided.

本発明によれば、サイクル特性および放電容量に優れるリチウムイオン電池を得ることができるシリコン系のリチウムイオン電池用負極材料、およびこれを用いた負極、並びにサイクル特性および放電容量に優れるリチウムイオン電池を提供することができる。 According to the present invention, a silicon-based negative electrode material for a lithium ion battery capable of obtaining a lithium ion battery having excellent cycle characteristics and discharge capacity, a negative electrode using the negative electrode material, and a lithium ion battery having excellent cycle characteristics and discharge capacity can be obtained. Can be provided.

本発明に係る実施形態のリチウムイオン電池の構造の一例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows an example of the structure of the lithium ion battery of embodiment which concerns on this invention.

以下に、本発明の実施形態について、図面を用いて説明する。図は概略図であり、実際の寸法比率とは必ずしも一致していない。なお、本実施形態では特に断りがなければ、正極材料により形成された層を正極活物質層と呼び、集電体上に正極活物質層を形成させたものを正極と呼ぶ。また、負極材料により形成された層を負極活物質層と呼び、集電体上に負極活物質層を形成させたものを負極と呼ぶ。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. The figure is a schematic view and does not necessarily match the actual dimensional ratio. In the present embodiment, unless otherwise specified, the layer formed of the positive electrode material is referred to as a positive electrode active material layer, and the layer formed of the positive electrode active material layer on the current collector is referred to as a positive electrode. Further, the layer formed of the negative electrode material is called a negative electrode active material layer, and the layer in which the negative electrode active material layer is formed on the current collector is called a negative electrode.

[リチウムイオン電池用負極材料]
はじめに、本実施形態のリチウムイオン電池用負極材料について説明する。
本実施形態のリチウムイオン電池用負極材料(以下、負極材料とも呼ぶ。)は、構成元素としてLi、P、およびSを含む硫化物固体電解質材料(以下、Li-P-S系固体電解質材料とも呼ぶ。)と、構成元素としてLiおよびSiを含む合金材料(以下、Li-Si系合金材料とも呼ぶ。)と、を粉砕混合することにより得られるものである。
[Negative electrode material for lithium-ion batteries]
First, the negative electrode material for a lithium ion battery of the present embodiment will be described.
The negative electrode material for a lithium ion battery of the present embodiment (hereinafter, also referred to as a negative electrode material) is a sulfide solid electrolyte material containing Li, P, and S as constituent elements (hereinafter, also referred to as a Li-PS-based solid electrolyte material). It is obtained by pulverizing and mixing an alloy material containing Li and Si as constituent elements (hereinafter, also referred to as a Li—Si based alloy material).

Li-P-S系固体電解質材料としては、例えば、Liにより示される化合物である。ここで、Xは好ましくは4以上15以下であり、より好ましくは5以上12以下であり、さらに好ましくは7以上11以下である。Yは好ましくは1以上3以下であり、より好ましくは2以上3以下である。Zは好ましくは6以上14以下であり、より好ましくは7以上13以下であり、さらに好ましくは9以上12以下である。具体的な化合物としては、例えば、Li1012、Li1112、Li1212、Li12、Li11、Li6、Li7、Li9、Li等が挙げられる。
ここで、Li-P-S系固体電解質材料は、例えば、LiS、P、必要に応じてLiN等を所定の割合で混合し、メカノケミカル処理等の混合粉砕をおこなうことにより製造することができる。
The Li-P-S-based solid electrolyte material is, for example, a compound represented by Li X P Y S Z. Here, X is preferably 4 or more and 15 or less, more preferably 5 or more and 12 or less, and further preferably 7 or more and 11 or less. Y is preferably 1 or more and 3 or less, and more preferably 2 or more and 3 or less. Z is preferably 6 or more and 14 or less, more preferably 7 or more and 13 or less, and further preferably 9 or more and 12 or less. Specific compounds include, for example, Li 10 P 3 S 12, Li 11 P 3 S 12, Li 12 P 3 S 12, Li 9 P 3 S 12, Li 7 P 3 S 11, Li 4 P 2 S 6 , Li 4 P 2 S 7, Li 8 P 2 S 9, Li 7 P 1 S 6 and the like.
Here, as the Li-P-S-based solid electrolyte material, for example, Li 2 S, P 2 S 5 , Li 3 N and the like are mixed at a predetermined ratio, and mixed pulverization such as mechanochemical treatment is performed. It can be manufactured by.

Li-Si系合金材料としては、例えば、LiSiにより示される化合物である。ここで、Aは好ましくは7以上25以下であり、より好ましくは13以上22以下である。Bは好ましくは3以上7以下であり、より好ましくは4以上5以下である。具体的な化合物としては、例えば、Li22Si5、Li13Si4、LiSi等が挙げられる。
Li-Si系合金材料は、例えば、LiとSiを所定の割合で溶融混合し、その後、粉砕することにより製造することができる。
The Li-Si alloy material is, for example, a compound represented by Li A Si B. Here, A is preferably 7 or more and 25 or less, and more preferably 13 or more and 22 or less. B is preferably 3 or more and 7 or less, and more preferably 4 or more and 5 or less. Specific examples of the compound include Li 22 Si 5, Li 13 Si 4, Li 7 Si 3, and the like.
The Li-Si alloy material can be produced, for example, by melting and mixing Li and Si at a predetermined ratio and then pulverizing the material.

Li-P-S系固体電解質材料に対するLi-Si系合金材料の反応モル比は、Si微粒子の生成量が増えることによるSi凝集体の形成または結晶化、およびSi微粒子がLiSおよびLi、P、Sを主成分とするガラス固体電解質中で均一に分散した状態を作り出す観点から、好ましくは1.5以上7.7以下であり、より好ましくは1.9以上3.7以下である。 Li-P-S-based reaction molar ratio of Li-Si-based alloy material for the solid electrolyte material, formation or crystallization of Si agglomerate due to the fact that the amount of Si fine particles increases, and Si particles Li 2 S and Li, From the viewpoint of creating a uniformly dispersed state in a glass solid electrolyte containing P and S as main components, it is preferably 1.5 or more and 7.7 or less, and more preferably 1.9 or more and 3.7 or less.

本実施形態の負極材料を用いると、リチウムイオン電池のサイクル特性を向上させることができる。この理由については必ずしも明らかではないが、以下の理由が推察される。
まず、Li1112とLi22Siとを粉砕混合することにより得られたものについて、線源としてCuKα線を用いたX線回折測定をおこなうと、Li1112由来の回折ピークとLi22Si由来の回折ピークは消失し、硫化リチウム(LiS)の回折ピークが検出される。
Li1112とLi22Siのピークが消失していることから、Li1112とLi22Siとは粉砕混合により反応し、ガラス化していることが確認できる。また、LiSのピークが検出されることから、Li1112とLi22Siとが反応してLiSが生成していることが確認できる。
ここで、Li1112とLi22Siとの反応によりLiSが生成していることから、Siも同時に生成していると考えられるが、Siの(111)面のピーク(2θ=28.4±0.3°)は検出されない。
そこで、Li1112とLi22Siとを粉砕混合することにより得られたものを350MPaでプレス成形して得られたφ9.5mm×1mmのペレット表面の任意部分φ100μm領域をX線光電子分光分析(XPS)(PHI社製QuanteraSXM)で分析するとLiの1s軌道スペクトル、Sの2p軌道スペクトルおよびSiの2p軌道スペクトルのように金属SiおよびLiSの結合エネルギーが検出される。その他にSiOx(x<2)、LiOH、LiO等の結合エネルギーが検出されるが、これらはペレット表面がわずかながら酸化されるためである。
このことから、本実施形態の負極材料は、線源としてCuKα線を用いたX線回折では検出できない程度の結晶子サイズを有するSi微粒子を含んでいることが理解できる。
以上から、本実施形態の負極材料は、このようなSi微粒子がLiSおよびLi、P、Sを主成分とする化合物からなる固体電解質中に適度な比率で均一に分散し、Siが極めて小さな微粒子であることから、充放電によって起こるSi微粒子の体積変化が固体電解質との接触不良を引き起こし難いため、これまでに無い良好なサイクル特性を実現できていると推察される。
ここで、線源としてCuKα線を用いたX線回折では検出できない程度の結晶子サイズは、以下のScherrerの式から算出すると、0.4nm以上2.0nm以下の範囲内である。
D=0.94λ/βcosθ
ただし、Dは結晶子径(Å)、βはX線回折ピークの半値幅、θはブラッグ角、λはX線(CuKα)の波長(1.54Å)である。
When the negative electrode material of the present embodiment is used, the cycle characteristics of the lithium ion battery can be improved. The reason for this is not always clear, but the following reasons can be inferred.
First, the material obtained by pulverizing and mixing Li 11 P 3 S 12 and Li 22 Si 5 was subjected to X-ray diffraction measurement using CuKα ray as a radiation source, and it was derived from Li 11 P 3 S 12. diffraction peaks from a diffraction peak and Li 22 Si 5 disappeared and the diffraction peak of lithium sulfide (Li 2 S) is detected.
Since the peaks of Li 11 P 3 S 12 and Li 22 Si 5 have disappeared, it can be confirmed that Li 11 P 3 S 12 and Li 22 Si 5 have reacted by pulverization and mixing and have been vitrified. Further, since the peak of Li 2 S is detected, it can be confirmed that Li 11 P 3 S 12 reacts with Li 22 Si 5 to generate Li 2 S.
Here, since Li 2 S is generated by the reaction between Li 11 P 3 S 12 and Li 22 Si 5 , it is considered that Si is also generated at the same time, but the peak of the (111) plane of Si (111) 2θ = 28.4 ± 0.3 °) is not detected.
Therefore, an arbitrary portion φ100 μm region of the φ9.5 mm × 1 mm pellet surface obtained by press-molding the product obtained by pulverizing and mixing Li 11 P 3 S 12 and Li 22 Si 5 at 350 MPa was X-rayed. When analyzed by photoelectron spectroscopy (XPS) (PHI Co. Quantera SXM) 1s orbital spectrum of Li, the bond energy of a metal Si and Li 2 S is detected as 2p orbital spectrum of 2p orbit spectrum and Si of S. In addition, binding energies of SiOx (x <2), LiOH, Li 2 O, etc. are detected because the pellet surface is slightly oxidized.
From this, it can be understood that the negative electrode material of the present embodiment contains Si fine particles having a crystallite size that cannot be detected by X-ray diffraction using CuKα ray as a radiation source.
From the above, the negative electrode material of the present embodiment, such Si particles Li 2 S and Li, P, and uniformly dispersed at an appropriate ratio to the solid electrolyte comprising a compound mainly containing S, Si is very Since it is a small fine particle, it is presumed that an unprecedentedly good cycle characteristic can be realized because the volume change of the Si fine particle caused by charging and discharging is unlikely to cause poor contact with the solid electrolyte.
Here, the crystallite size that cannot be detected by X-ray diffraction using CuKα ray as a radioactive source is in the range of 0.4 nm or more and 2.0 nm or less when calculated from the following Scherrer equation.
D = 0.94λ / βcosθ
However, D is the crystallite diameter (Å), β is the half width of the X-ray diffraction peak, θ is the Bragg angle, and λ is the wavelength of the X-ray (CuKα) (1.54 Å).

本実施形態の負極材料は、炭素材料をさらに含むのが好ましい。このような炭素材料としては、例えば、天然黒鉛、人造黒鉛等の黒鉛質材料;アセチレンブラック、ケチェンブラックなどのカーボンブラック;樹脂炭;炭素繊維;活性炭;ハードカーボン;ソフトカーボン;多孔質炭素(例えばCNovel、東洋炭素製)等が挙げられる。これらの中でも黒鉛質材料が特に好ましい。
このような炭素材料は負極活物質として機能するとともに導電助剤としても機能する。そのため、本実施形態の負極材料は、上記炭素材料をさらに含むことにより、得られるリチウムイオン電池の充放電容量をより一層向上させることができる。
The negative electrode material of the present embodiment preferably further contains a carbon material. Examples of such carbon materials include graphite materials such as natural graphite and artificial graphite; carbon black such as acetylene black and kechen black; resin carbon; carbon fiber; activated carbon; hard carbon; soft carbon; porous carbon ( For example, CNovell, manufactured by Toyo Carbon) and the like. Of these, graphitic materials are particularly preferred.
Such a carbon material functions not only as a negative electrode active material but also as a conductive auxiliary agent. Therefore, the negative electrode material of the present embodiment can further improve the charge / discharge capacity of the obtained lithium ion battery by further containing the carbon material.

Li-P-S系固体電解質材料およびLi-Si系合金材料の合計重量に対する上記炭素材料の混合重量の比は、好ましくは0.01以上1.5以下であり、より好ましくは0.05以上0.70以下であり、さらに好ましくは0.12以上0.40以下である。 The ratio of the mixed weight of the carbon material to the total weight of the Li-PS-based solid electrolyte material and the Li-Si-based alloy material is preferably 0.01 or more and 1.5 or less, and more preferably 0.05 or more. It is 0.70 or less, and more preferably 0.12 or more and 0.40 or less.

また、本実施形態の炭素材料は特に限定されないが、レーザー回折散乱式粒度分布測定法による重量基準粒度分布における平均粒子径d50が、好ましくは0.02μm以上30μm以下である。
炭素材料の平均粒子径d50を上記範囲内とすることにより、良好なハンドリング性を維持すると共に、より一層高密度の負極を作製することができる。
The carbon material of the present embodiment is not particularly limited, but the average particle size d 50 in the weight-based particle size distribution measured by the laser diffraction / scattering particle size distribution measurement method is preferably 0.02 μm or more and 30 μm or less.
By setting the average particle size d 50 of the carbon material within the above range, good handleability can be maintained and a higher density negative electrode can be produced.

そして、本実施形態の負極材料は特に限定されないが、その他の成分として、例えば、バインダー、増粘剤、および固体電解質材料等から選択される1種以上の材料を含んでもよい。 The negative electrode material of the present embodiment is not particularly limited, but other components may include, for example, one or more materials selected from a binder, a thickener, a solid electrolyte material, and the like.

本実施形態のバインダーはリチウムイオン電池に通常使用されるバインダーの中で有機溶剤系バインダーであれば特に限定されないが、例えば、ポリテトラフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデン、ポリイミドなどが挙げられる。これらのバインダーは一種単独で用いてもよく、二種以上を組み合わせて用いてもよい。 The binder of the present embodiment is not particularly limited as long as it is an organic solvent-based binder among the binders usually used for lithium ion batteries, and examples thereof include polytetrafluoroethylene, polyvinylidene fluoride, and polyimide. These binders may be used alone or in combination of two or more.

本実施形態の負極材料は、有機溶媒系バインダーを使用すると比較的粘性が得られ易いため通常は不要であるが、塗布に適したスラリーの流動性を調整する点から、増粘剤を含んでもよい。本実施形態の増粘剤としては膨潤性粘度鉱物のスクメタイト、ポリビニルカルボン酸アミドなどが挙げられる。これらの増粘剤は一種単独で用いてもよく、二種以上を組み合わせて用いてもよい。 The negative electrode material of the present embodiment is usually unnecessary because it is relatively easy to obtain viscosity when an organic solvent-based binder is used, but it may contain a thickener from the viewpoint of adjusting the fluidity of the slurry suitable for coating. Good. Examples of the thickener of the present embodiment include swellable viscous mineral scumetite and polyvinylcarboxylic acid amide. These thickeners may be used alone or in combination of two or more.

本実施形態の負極材料を全固体リチウムイオン電池用の負極に用いる場合は、本実施形態の負極材料は固体電解質材料を含んでいるのが好ましい。本実施形態の固体電解質材料としては、イオン伝導性および絶縁性を有するものであれば特に限定されないが、一般的に全固体リチウムイオン電池に用いられるものを用いることができる。例えば、硫化物固体電解質材料、酸化物固体電解質材料などを挙げることができる。これらの中でも、硫化物固体電解質材料が好ましい。これにより、出力特性に優れた全固体リチウムイオン電池とすることができる。 When the negative electrode material of the present embodiment is used for the negative electrode for an all-solid-state lithium-ion battery, the negative electrode material of the present embodiment preferably contains a solid electrolyte material. The solid electrolyte material of the present embodiment is not particularly limited as long as it has ionic conductivity and insulating properties, but a material generally used for an all-solid-state lithium-ion battery can be used. For example, a sulfide solid electrolyte material, an oxide solid electrolyte material, and the like can be mentioned. Among these, a sulfide solid electrolyte material is preferable. This makes it possible to obtain an all-solid-state lithium-ion battery having excellent output characteristics.

上記硫化物固体電解質材料としては、例えば、LiS−P材料、LiS−SiS材料、LiS−GeS材料、LiS−Al材料などが挙げられる。これらの中でも、リチウムイオン伝導性が優れており、かつ製造工工程が簡便である点から、LiS−P材料が好ましい。 Examples of the sulfide solid electrolyte material include Li 2 SP 2 S 5 material, Li 2 S-SiS 2 material, Li 2 S-GeS 2 material, Li 2 S-Al 2 S 3 material, and the like. .. Among these, the Li 2 SP 2 S 5 material is preferable because it has excellent lithium ion conductivity and the manufacturing process is simple.

本実施形態の負極材料中のバインダー、増粘剤、および固体電解質材料の配合量は、電池の使用用途などに応じて、適宜決定されるため特に限定されず、一般的に公知の情報に準じて設定することができる。 The blending amounts of the binder, the thickener, and the solid electrolyte material in the negative electrode material of the present embodiment are appropriately determined according to the intended use of the battery and the like, and are not particularly limited. Can be set.

[リチウムイオン電池用負極材料の製造方法]
つづいて、本実施形態の負極材料の製造方法について説明する。
本実施形態の負極材料は、Li-P-S系固体電解質材料とLi-Si系合金材料とを粉砕混合することにより得ることができる。Li-P-S系固体電解質材料およびLi-Si系合金材料としては前述したものが挙げられる。
[Manufacturing method of negative electrode material for lithium-ion batteries]
Subsequently, a method for producing the negative electrode material of the present embodiment will be described.
The negative electrode material of the present embodiment can be obtained by pulverizing and mixing a Li-PS-based solid electrolyte material and a Li-Si-based alloy material. Examples of the Li-PS-based solid electrolyte material and the Li-Si-based alloy material include those described above.

はじめに、Li-P-S系固体電解質材料に対するLi-Si系合金材料の混合モル比が好ましくは1.5以上7.7以下、より好ましくは1.9以上3.7以下となるように、Li-P-S系固体電解質材料とLi-Si系合金材料とを混合する。ここで、Li-P-S系固体電解質材料に対するLi-Si系合金材料の混合モル比が、通常は上記反応モル比となる。ここで、本実施形態の混合モル比は、例えば、ICP発光分光分析により求めることができるが、通常は仕込みの重量比から算出できる。 First, the mixing molar ratio of the Li—Si alloy material to the Li—P—S solid electrolyte material is preferably 1.5 or more and 7.7 or less, more preferably 1.9 or more and 3.7 or less. The Li-PS-based solid electrolyte material and the Li-Si-based alloy material are mixed. Here, the mixed molar ratio of the Li—Si alloy material to the Li—P—S solid electrolyte material is usually the above reaction molar ratio. Here, the mixed molar ratio of the present embodiment can be obtained by, for example, ICP emission spectroscopic analysis, but can usually be calculated from the weight ratio of the charged material.

つづいて、Li-P-S系固体電解質材料とLi-Si系合金材料とを粉砕混合する。
Li-P-S系固体電解質材料とLi-Si系合金材料とを粉砕混合する方法としてはLi-P-S系固体電解質材料とLi-Si系合金材料とを均一に粉砕混合できる方法であれば特に限定されないが、例えば、非活性雰囲気下でメカノケミカル処理によりおこなう方法が挙げられる。メカノケミカル処理を用いると、Li-P-S系固体電解質材料とLi-Si系合金材料とを微粒子状に粉砕しながら混合することができるため、Li-P-S系固体電解質材料と、Li-Si系合金材料との接触面積を大きくすることができる。これにより、Li-P-S系固体電解質材料と、Li-Si系合金材料との反応を促進することができる。
Subsequently, the Li-PS-based solid electrolyte material and the Li-Si-based alloy material are pulverized and mixed.
As a method of pulverizing and mixing the Li-P-S-based solid electrolyte material and the Li-Si-based alloy material, any method can uniformly pulverize and mix the Li-PS-based solid electrolyte material and the Li-Si-based alloy material. The method is not particularly limited, and examples thereof include a method of performing mechanochemical treatment in a non-active atmosphere. When the mechanochemical treatment is used, the Li-P-S-based solid electrolyte material and the Li-Si-based alloy material can be mixed while being crushed into fine particles. Therefore, the Li-P-S-based solid electrolyte material and Li -The contact area with Si-based alloy materials can be increased. Thereby, the reaction between the Li-P-S-based solid electrolyte material and the Li-Si-based alloy material can be promoted.

ここで、メカノケミカル処理とは、混合対象に、せん断力、衝突力または遠心力のような機械的エネルギーを加えつつ混合する方法である。メカノケミカル処理による粉砕混合をおこなう装置としては、ボールミル、ビーズミル、振動ミルなどの粉砕・分散機が挙げられる。 Here, the mechanochemical treatment is a method of mixing while applying mechanical energy such as shearing force, collision force or centrifugal force to the mixing target. Examples of devices that perform crushing and mixing by mechanochemical treatment include crushing and dispersing machines such as ball mills, bead mills, and vibration mills.

また、上記非活性雰囲気下とは、1〜10−5Paの真空雰囲気下または不活性ガス雰囲気下のことである。上記非活性雰囲気下では、水分の接触を避けるために露点が−50℃以下であることが好ましく、−60℃以下であることがより好ましい。上記不活性ガス雰囲気下とは、アルゴンガス、ヘリウムガス、窒素ガスなどの不活性ガスの雰囲気下のことである。これらの不活性ガスは、製品への不純物の混入を防止するために、高純度である程好ましい。混合系への不活性ガスの導入方法としては、混合系内が不活性ガス雰囲気で満たされる方法であれば特に限定されないが、不活性ガスをパージする方法、不活性ガスを一定量導入し続ける方法などが挙げられる。 The non-active atmosphere is a vacuum atmosphere of 1 to 10-5 Pa or an inert gas atmosphere. Under the non-active atmosphere, the dew point is preferably −50 ° C. or lower, and more preferably −60 ° C. or lower in order to avoid contact with moisture. The above-mentioned inert gas atmosphere is an atmosphere of an inert gas such as argon gas, helium gas, and nitrogen gas. The higher the purity of these inert gases, the more preferable they are, in order to prevent impurities from being mixed into the product. The method of introducing the inert gas into the mixed system is not particularly limited as long as the inside of the mixed system is filled with the inert gas atmosphere, but a method of purging the inert gas and continuing to introduce a certain amount of the inert gas. The method etc. can be mentioned.

Li-P-S系固体電解質材料と、Li-Si系合金材料とを粉砕混合するときの攪拌速度や処理時間、温度、反応圧力、混合物に加えられる重力加速度などの条件は、混合物の処理量によって適宜決定することができる。線源としてCuKα線を用いたX線回折測定において、LiSの回折ピーク(例えば、2θ=27.0°)が生成し、かつ、Li-P-S系固体電解質材料由来の回折ピーク(例えば、Li1112の場合、2θ=17.7°)およびLi-Si系合金材料由来の回折ピーク(例えば、Li22Siの場合、2θ=40.8°)が検出されない状態になるまで粉砕混合するのが好ましい。 Conditions such as stirring speed, processing time, temperature, reaction pressure, and gravitational acceleration applied to the mixture when crushing and mixing the Li-PS solid electrolyte material and the Li-Si alloy material are the processing amount of the mixture. Can be determined as appropriate. In X-ray diffraction measurement using a CuKα ray as a radiation source, a diffraction peak of Li 2 S (e.g., 2θ = 27.0 °) is generated, and, Li-P-S-based solid electrolyte material from the diffraction peak ( For example, in the case of Li 11 P 3 S 12 , 2θ = 17.7 °) and the diffraction peak derived from the Li—Si alloy material (for example, in the case of Li 22 Si 5 , 2θ = 40.8 °) are not detected. It is preferable to grind and mix until it becomes.

次いで、必要に応じて、得られた負極材料に炭素材料を混合する。なお、炭素材料は、Li-P-S系固体電解質材料とLi-Si系合金材料とを粉砕混合する際に添加して、Li-P-S系固体電解質材料およびLi-Si系合金材料と一緒に粉砕混合することもできる。
Li-P-S系固体電解質材料およびLi-Si系合金材料の合計重量に対する上記炭素材料の混合重量の比は、好ましくは0.01以上1.5以下であり、より好ましくは0.05以上0.70以下であり、さらに好ましくは0.12以上0.40以下である。炭素材料の混合量が上記範囲内であると、得られるリチウムイオン電池の充放電容量をより一層向上させることができる。
Then, if necessary, a carbon material is mixed with the obtained negative electrode material. The carbon material is added when the Li-PS-based solid electrolyte material and the Li-Si-based alloy material are pulverized and mixed to form the Li-PS-based solid electrolyte material and the Li-Si-based alloy material. It can also be pulverized and mixed together.
The ratio of the mixed weight of the carbon material to the total weight of the Li-PS-based solid electrolyte material and the Li-Si-based alloy material is preferably 0.01 or more and 1.5 or less, and more preferably 0.05 or more. It is 0.70 or less, more preferably 0.12 or more and 0.40 or less. When the mixing amount of the carbon material is within the above range, the charge / discharge capacity of the obtained lithium ion battery can be further improved.

Li-P-S系固体電解質材料およびLi-Si系合金材料を混合粉砕することにより得られた負極材料に炭素材料を混合する方法としては、前述したメカノケミカル処理による混合が挙げられる。 Examples of the method of mixing the carbon material with the negative electrode material obtained by mixing and pulverizing the Li-P-S-based solid electrolyte material and the Li-Si-based alloy material include the above-mentioned mixing by the mechanochemical treatment.

次いで、必要に応じて、バインダー、増粘剤、および固体電解質材料等から選択される1種以上の材料を混合する。これらの混合機としては、ボールミル、プラネタリーミキサーなど公知のものが使用でき、特に限定されない。混合方法も特に限定されず、公知の方法に準じておこなうことができる。 Then, if necessary, one or more materials selected from a binder, a thickener, a solid electrolyte material, and the like are mixed. As these mixers, known ones such as a ball mill and a planetary mixer can be used, and are not particularly limited. The mixing method is not particularly limited, and the mixing method can be carried out according to a known method.

以上の手順により、本実施形態に係る負極材料を得ることができる。 By the above procedure, the negative electrode material according to the present embodiment can be obtained.

[リチウムイオン電池用負極]
つぎに、本実施形態の負極材料を含むリチウムイオン電池用負極について説明する。
本実施形態のリチウムイオン電池用負極は特に限定されないが、例えば、本実施形態の負極材料からなる負極活物質層をステンレス箔などの集電体の表面に形成することにより得られる。
[Negative electrode for lithium-ion battery]
Next, the negative electrode for a lithium ion battery including the negative electrode material of the present embodiment will be described.
The negative electrode for a lithium ion battery of the present embodiment is not particularly limited, but can be obtained, for example, by forming a negative electrode active material layer made of the negative electrode material of the present embodiment on the surface of a current collector such as stainless steel foil.

本実施形態のリチウムイオン電池用負極の厚みや密度は、電池の使用用途などに応じて適宜決定されるため特に限定されず、一般的に公知の情報に準じて設定することができる。 The thickness and density of the negative electrode for a lithium ion battery of the present embodiment are appropriately determined according to the intended use of the battery and are not particularly limited, and can be set according to generally known information.

[リチウムイオン電池用負極の製造方法]
つぎに、本実施形態のリチウムイオン電池用負極の製造方法について説明する。
本実施形態のリチウムイオン電池用負極は特に限定されないが、一般的に公知の方法に準じて製造することができる。例えば、本実施形態の負極材料を圧縮成形、ロール成形などによりシート状、ペレット状などに成形して負極活物質層を形成する。そして、このようにして得られた負極活物質層と集電体とを積層することにより、本実施形態の負極を得ることができる。
また、本実施形態の負極材料を用いて負極スラリーを作製し、それを集電体に塗布して乾燥することにより、負極を製造することもできる。
[Manufacturing method of negative electrode for lithium ion battery]
Next, a method for manufacturing the negative electrode for a lithium ion battery of the present embodiment will be described.
The negative electrode for a lithium ion battery of the present embodiment is not particularly limited, but can be manufactured according to a generally known method. For example, the negative electrode material of the present embodiment is formed into a sheet shape, a pellet shape, or the like by compression molding, roll molding, or the like to form a negative electrode active material layer. Then, the negative electrode of the present embodiment can be obtained by laminating the negative electrode active material layer thus obtained and the current collector.
Further, a negative electrode can be manufactured by producing a negative electrode slurry using the negative electrode material of the present embodiment, applying the slurry to a current collector, and drying the slurry.

負極活物質層は、集電体の片面のみに形成しても両面に形成してもよい。負極活物質層の厚さ、長さや幅は、電池の大きさや用途に応じて、適宜決定することができる。 The negative electrode active material layer may be formed on only one side of the current collector or on both sides. The thickness, length and width of the negative electrode active material layer can be appropriately determined according to the size and application of the battery.

本実施形態の負極の製造に用いられる集電体としては特に限定されず、銅箔、ニッケル箔などリチウムイオン電池に使用可能な通常の集電体を使用することができる。 The current collector used for manufacturing the negative electrode of the present embodiment is not particularly limited, and a normal current collector such as a copper foil or a nickel foil that can be used for a lithium ion battery can be used.

本実施形態のリチウムイオン電池用負極は、必要に応じてプレスをおこない、負極の密度を調整してもよい。プレスの方法としては、一般的に公知の方法を用いることができる。 The negative electrode for a lithium ion battery of the present embodiment may be pressed as necessary to adjust the density of the negative electrode. As a pressing method, a generally known method can be used.

[リチウムイオン電池]
つぎに、本実施形態のリチウムイオン電池100について説明する。図1は、本発明に係る実施形態のリチウムイオン電池の構造の一例を示す断面図である。
[Lithium-ion battery]
Next, the lithium ion battery 100 of the present embodiment will be described. FIG. 1 is a cross-sectional view showing an example of the structure of the lithium ion battery according to the embodiment of the present invention.

本実施形態のリチウムイオン電池100は、例えば、正極110と、電解質層120と、負極130とを備えている。そして、負極130が、本実施形態のリチウムイオン電池用負極である。
本実施形態のリチウムイオン電池100は、一般的に公知の方法に準じて製造される。例えば、正極110、固体電解質層またはセパレーター、および負極130を重ねたものを、円筒型、コイン型、角型、フィルム型その他任意の形状に形成し、必要に応じて、非水電解液を封入することにより作製される。
The lithium ion battery 100 of the present embodiment includes, for example, a positive electrode 110, an electrolyte layer 120, and a negative electrode 130. The negative electrode 130 is the negative electrode for the lithium ion battery of the present embodiment.
The lithium ion battery 100 of the present embodiment is manufactured according to a generally known method. For example, a positive electrode 110, a solid electrolyte layer or a separator, and a negative electrode 130 are stacked to form a cylindrical shape, a coin shape, a square shape, a film shape, or any other shape, and if necessary, a non-aqueous electrolyte solution is sealed. It is produced by

電解質層120は、正極110および負極130の間に形成される層である。電解質層120とは、セパレーターに非水電解液を含浸させたものや、固体電解質を含む固体電解質層が挙げられる。 The electrolyte layer 120 is a layer formed between the positive electrode 110 and the negative electrode 130. Examples of the electrolyte layer 120 include a separator impregnated with a non-aqueous electrolyte solution and a solid electrolyte layer containing a solid electrolyte.

本実施形態のセパレーターとしては正極110と負極130を電気的に絶縁させ、リチウムイオンを透過する機能を有するものであれば特に限定されないが、例えば、多孔性膜を用いることができる。
多孔性膜としては微多孔性高分子フィルムが好適に使用され、材質としてポリオレフィン、ポリイミド、ポリフッ化ビニリデン、ポリエステルなどが挙げられる。特に、多孔性ポリオレフィンフィルムが好ましく、具体的には多孔性ポリエチレンフィルム、多孔性ポリプロピレンフィルムなどが挙げられる。
The separator of the present embodiment is not particularly limited as long as it has a function of electrically insulating the positive electrode 110 and the negative electrode 130 and transmitting lithium ions, and for example, a porous membrane can be used.
As the porous film, a microporous polymer film is preferably used, and examples of the material include polyolefin, polyimide, polyvinylidene fluoride, polyester and the like. In particular, a porous polyolefin film is preferable, and specific examples thereof include a porous polyethylene film and a porous polypropylene film.

本実施形態の非水電解液とは、電解質を溶媒に溶解させたものである。
上記電解質としては、公知のリチウム塩がいずれも使用でき、活物質の種類に応じて選択すればよい。例えば、LiClO、LiBF、LiPF、LiCFSO、LiCFCO、LiAsF、LiSbF、LiB10Cl10、LiAlCl、LiCl、LiBr、LiB(C、CFSOLi、CH SOLi、LiCFSO、LiCSO、Li(CFSON、低級脂肪酸カルボン酸リチウムなどが挙げられる。
The non-aqueous electrolyte solution of the present embodiment is one in which an electrolyte is dissolved in a solvent.
Any known lithium salt can be used as the electrolyte, and it may be selected according to the type of active material. For example, LiClO 4, LiBF 4, LiPF 6, LiCF 3 SO 3, LiCF 3 CO 2, LiAsF 6, LiSbF 6, LiB 10 Cl 10, LiAlCl 4, LiCl, LiBr, LiB (C 2 H 5) 4, CF 3 Examples thereof include SO 3 Li, CH 3 SO 3 Li, LiCF 3 SO 3 , LiC 4 F 9 SO 3 , Li (CF 3 SO 2 ) 2 N, and lower fatty acid lithium carboxylate.

上記電解質を溶解する溶媒としては、電解質を溶解させる液体として通常用いられるものであれば特に限定されず、エチレンカーボネート(EC)、プロピレンカーボネート(PC)、ブチレンカーボネート(BC)、ジメチルカーボネート(DMC)、ジエチルカーボネート(DEC)、メチルエチルカーボネート(MEC)、ビニレンカーボネート(VC)などのカーボネート類;γ−ブチロラクトン、γ−バレロラクトンなどのラクトン類;トリメトキシメタン、1,2−ジメトキシエタン、ジエチルエーテル、2−エトキシエタン、テトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフランなどのエーテル類;ジメチルスルホキシドなどのスルホキシド類;1,3−ジオキソラン、4−メチル−1,3−ジオキソランなどのオキソラン類;アセトニトリル、ニトロメタン、ホルムアミド、ジメチルホルムアミドなどの含窒素類;ギ酸メチル、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸ブチル、プロピオン酸メチル、プロピオン酸エチルなどの有機酸エステル類;リン酸トリエステルやジグライム類;トリグライム類;スルホラン、メチルスルホランなどのスルホラン類;3−メチル−2−オキサゾリジノンなどのオキサゾリジノン類;1,3−プロパンスルトン、1,4−ブタンスルトン、ナフタスルトンなどのスルトン類;などが挙げられる。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を組み合わせて使用してもよい。 The solvent for dissolving the electrolyte is not particularly limited as long as it is usually used as a liquid for dissolving the electrolyte, and ethylene carbonate (EC), propylene carbonate (PC), butylene carbonate (BC), and dimethyl carbonate (DMC). , Diethyl carbonate (DEC), methyl ethyl carbonate (MEC), vinylene carbonate (VC) and other solvents; γ-butyrolactone, γ-valerolactone and other lactones; trimethoxymethane, 1,2-dimethoxyethane, diethyl ether , 2-ethoxyethane, tetrahydrofuran, 2-methyl tetrahydrofuran and other ethers; dimethyl sulfoxide and other sulfoxides; 1,3-dioxolane, 4-methyl-1,3-dioxolane and other oxolanes; acetonitrile, nitromethane, formamide, Nitrogen-containing substances such as dimethylformamide; organic acid esters such as methyl formate, methyl acetate, ethyl acetate, butyl acetate, methyl propionate, ethyl propionate; phosphate triesters and jiglimes; triglimes; sulfolanes, methyl sulfolanes, etc. Sulfolans; oxazolidinones such as 3-methyl-2-oxazolidinone; sulton species such as 1,3-propanesulton, 1,4-butanesulton, naphthalusulton; and the like. These may be used individually by 1 type, or may be used in combination of 2 or more type.

正極110は特に限定されず、リチウムイオン電池に一般的に用いられているものを使用することができる。正極110は特に限定されないが、一般的に公知の方法に準じて製造することができる。例えば、正極活物質を含む正極活物質層をアルミ箔などの集電体の表面に形成することにより得ることができる。 The positive electrode 110 is not particularly limited, and those generally used for lithium ion batteries can be used. The positive electrode 110 is not particularly limited, but can be manufactured according to a generally known method. For example, it can be obtained by forming a positive electrode active material layer containing a positive electrode active material on the surface of a current collector such as an aluminum foil.

正極活物質層101の厚みや密度は、電池の使用用途などに応じて適宜決定されるため特に限定されず、一般的に公知の情報に準じて設定することができる。 The thickness and density of the positive electrode active material layer 101 are appropriately determined according to the intended use of the battery and the like, and are not particularly limited, and can be set according to generally known information.

本実施形態の正極活物質としては特に限定されず一般的に公知のものを使用することができる。例えば、リチウムコバルト酸化物(LiCoO)、リチウムニッケル酸化物(LiNiO)、リチウムマンガン酸化物(LiMn)などの複合酸化物;ポリアニリン、ポリピロールなどの導電性高分子;LiS、CuS、Li-Cu-S化合物、MoS、Li-Mo-S化合物などの硫化物を用いることができる。 The positive electrode active material of the present embodiment is not particularly limited, and generally known materials can be used. For example, lithium cobalt oxide (LiCoO 2), lithium nickel oxide (LiNiO 2), composite oxides such as lithium manganese oxide (LiMn 2 O 4); polyaniline, conductive polymers such as polypyrrole; Li 2 S, Sulfides such as CuS, Li-Cu-S compounds, MoS 2 , and Li-Mo-S compounds can be used.

正極活物質層は特に限定されないが、本実施形態の正極活物質以外の成分として、例えば、バインダー、増粘剤、導電助剤、固体電解質材料などから選択される1種以上の材料を含んでもよい。 The positive electrode active material layer is not particularly limited, but may contain one or more materials selected from, for example, a binder, a thickener, a conductive auxiliary agent, a solid electrolyte material, and the like as components other than the positive electrode active material of the present embodiment. Good.

正極活物質層中の各種材料の種類、配合割合は、電池の使用用途などに応じて、適宜決定されるため特に限定されず、一般的に公知の情報に準じて設定することができる。 The types and blending ratios of the various materials in the positive electrode active material layer are appropriately determined according to the intended use of the battery and the like, and are not particularly limited, and can be set according to generally known information.

本実施形態のリチウムイオン電池は電解質として、上述した非水電解液の代わりに、固体電解質材料を用いることによって全固体リチウムイオン電池とすることができる。
本実施形態の全固体リチウムイオン電池は、例えば、正極110、負極130、および、正極110と負極130との間に固体電解質により形成された固体電解質層(電解質層120)を有するものである。
本実施形態の固体電解質材料としては特に限定されないが、一般的に公知のものを用いることができる。例えば、上述した負極130に含ませる固体電解質材料と同様のものを用いることができる。
全固体リチウムイオン電池の負極材料として、本実施形態の負極材料を用いると、充放電容量、サイクル特性などの電池特性が良好で、かつ、高い安全性を有するリチウムイオン電池とすることができる。
The lithium ion battery of the present embodiment can be an all-solid-state lithium-ion battery by using a solid electrolyte material instead of the above-mentioned non-aqueous electrolyte solution as the electrolyte.
The all-solid lithium-ion battery of the present embodiment has, for example, a positive electrode 110, a negative electrode 130, and a solid electrolyte layer (electrolyte layer 120) formed of a solid electrolyte between the positive electrode 110 and the negative electrode 130.
The solid electrolyte material of the present embodiment is not particularly limited, but generally known materials can be used. For example, the same material as the solid electrolyte material contained in the negative electrode 130 described above can be used.
When the negative electrode material of the present embodiment is used as the negative electrode material of the all-solid-state lithium-ion battery, it is possible to obtain a lithium-ion battery having good battery characteristics such as charge / discharge capacity and cycle characteristics and having high safety.

以上、本発明の実施形態について述べたが、これらは本発明の例示であり、上記以外の様々な構成を採用することもできる。
なお、本発明は前述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良などは本発明に含まれるものである。
以下、参考形態の例を付記する。
<付記>
(付記1)
構成元素としてLi、P、およびSを含む硫化物固体電解質材料と、
構成元素としてLiおよびSiを含む合金材料と、
を粉砕混合することにより得られる、リチウムイオン電池用負極材料。
(付記2)
付記1に記載のリチウムイオン電池用負極材料において、
前記硫化物固体電解質材料は、Li (ただし、4≦X≦15、1≦Y≦3、6≦Z≦14である。)により示される化合物である、リチウムイオン電池用負極材料。
(付記3)
付記1または2に記載のリチウムイオン電池用負極材料において、
前記合金材料は、Li Si (ただし、7≦A≦25、3≦B≦7である。)により示される化合物である、リチウムイオン電池用負極材料。
(付記4)
付記1乃至3いずれか一つに記載のリチウムイオン電池用負極材料において、
前記硫化物固体電解質材料に対する前記合金材料の反応モル比が1.5以上7.7以下である、リチウムイオン電池用負極材料。
(付記5)
付記1乃至4いずれか一つに記載のリチウムイオン電池用負極材料において、
さらに炭素材料を含む、リチウムイオン電池用負極材料。
(付記6)
付記5に記載のリチウムイオン電池用負極材料において、
前記炭素材料は黒鉛質材料である、リチウムイオン電池用負極材料。
(付記7)
付記1乃至6いずれか一つに記載のリチウムイオン電池用負極材料において、
前記硫化物固体電解質材料および前記合金材料の合計重量に対する前記炭素材料の混合重量の比が0.01以上1.5以下である、リチウムイオン電池用負極材料。
(付記8)
線源としてCuKα線を用いたX線回折では検出できない程度の結晶子サイズを有するSi微粒子を含む、リチウムイオン電池用負極材料。
(付記9)
付記8に記載のリチウムイオン電池用負極材料において、
さらに炭素材料を含む、リチウムイオン電池用負極材料。
(付記10)
付記9に記載のリチウムイオン電池用負極材料において、
前記炭素材料は黒鉛質材料である、リチウムイオン電池用負極材料。
(付記11)
付記1乃至10いずれか一つに記載のリチウムイオン電池用負極材料からなる負極活物質層を集電体の表面に形成してなる、リチウムイオン電池用負極。
(付記12)
付記11に記載のリチウムイオン電池用負極と、電解質層と、正極とを備えた、リチウムイオン電池。
(付記13)
付記12に記載のリチウムイオン電池において、
前記電解質が固体電解質である、リチウムイオン電池。
Although the embodiments of the present invention have been described above, these are examples of the present invention, and various configurations other than the above can be adopted.
The present invention is not limited to the above-described embodiment, and modifications and improvements within the range in which the object of the present invention can be achieved are included in the present invention.
Hereinafter, an example of the reference form will be added.
<Additional notes>
(Appendix 1)
A sulfide solid electrolyte material containing Li, P, and S as constituent elements,
Alloy materials containing Li and Si as constituent elements
A negative electrode material for lithium-ion batteries, which is obtained by pulverizing and mixing.
(Appendix 2)
In the negative electrode material for lithium ion batteries described in Appendix 1,
The sulfide solid electrolyte material is a negative electrode for a lithium ion battery, which is a compound represented by Li X P Y S Z (where 4 ≦ X ≦ 15, 1 ≦ Y ≦ 3, 6 ≦ Z ≦ 14). material.
(Appendix 3)
In the negative electrode material for a lithium ion battery according to Appendix 1 or 2,
The alloy material is a negative electrode material for a lithium ion battery, which is a compound represented by Li A Si B (where 7 ≦ A ≦ 25, 3 ≦ B ≦ 7).
(Appendix 4)
In the negative electrode material for a lithium ion battery according to any one of Appendix 1 to 3,
A negative electrode material for a lithium ion battery, wherein the reaction molar ratio of the alloy material to the sulfide solid electrolyte material is 1.5 or more and 7.7 or less.
(Appendix 5)
In the negative electrode material for a lithium ion battery according to any one of Appendix 1 to 4.
Negative electrode material for lithium-ion batteries, including carbon material.
(Appendix 6)
In the negative electrode material for lithium ion batteries described in Appendix 5,
The carbon material is a graphite material, which is a negative electrode material for a lithium ion battery.
(Appendix 7)
In the negative electrode material for a lithium ion battery according to any one of Appendix 1 to 6,
A negative electrode material for a lithium ion battery, wherein the ratio of the mixed weight of the carbon material to the total weight of the sulfide solid electrolyte material and the alloy material is 0.01 or more and 1.5 or less.
(Appendix 8)
A negative electrode material for a lithium ion battery containing Si fine particles having a crystallite size that cannot be detected by X-ray diffraction using CuKα ray as a radiation source.
(Appendix 9)
In the negative electrode material for lithium ion batteries described in Appendix 8,
Negative electrode material for lithium-ion batteries, including carbon material.
(Appendix 10)
In the negative electrode material for lithium ion batteries described in Appendix 9,
The carbon material is a graphite material, which is a negative electrode material for a lithium ion battery.
(Appendix 11)
A negative electrode for a lithium ion battery, wherein a negative electrode active material layer made of the negative electrode material for a lithium ion battery according to any one of Supplementary note 1 to 10 is formed on the surface of a current collector.
(Appendix 12)
A lithium ion battery comprising the negative electrode for a lithium ion battery according to Appendix 11, an electrolyte layer, and a positive electrode.
(Appendix 13)
In the lithium ion battery described in Appendix 12,
A lithium ion battery in which the electrolyte is a solid electrolyte.

以下、本発明を実施例および比較例により説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。なお、以下の実施例・比較例では、「mAh/g」は負極材料1gあたりの容量密度を示す。 Hereinafter, the present invention will be described with reference to Examples and Comparative Examples, but the present invention is not limited thereto. In the following Examples / Comparative Examples, "mAh / g" indicates the capacity density per 1 g of the negative electrode material.

[1]測定方法
はじめに、以下の実施例、比較例における測定方法を説明する。
[1] Measurement method First, the measurement methods in the following examples and comparative examples will be described.

(1)X線回折分析
X線回折装置(リガク社製、RINT2000)を用いて、X線回折分析法により、実施例および比較例で得られた負極材料の回折スペクトルをそれぞれ求めた。なお、線源としてCuKα線を用いた。
(1) X-ray Diffraction Analysis Using an X-ray diffractometer (manufactured by Rigaku Co., Ltd., RINT2000), the diffraction spectra of the negative electrode materials obtained in Examples and Comparative Examples were obtained by X-ray diffraction analysis. In addition, CuKα ray was used as a radiation source.

(2)充放電試験
実施例および比較例で得られた負極材料15mgについてプレス成型を行い、負極を得た(直径φ=14mm、厚みt=0.15mm)。
次いで、固体電解質層(Li1012、150mg、直径φ=14mm、厚みt=0.6mm)、正極(LiMoS:アセチレンブラック(AB):Li1012=1:1:1(重量%)、45mg、直径φ=14mm、厚みt=0.15mm)をこの順で積層させて全固体リチウムイオン電池を作製した。
次いで、得られた全固体リチウムイオン電池について、電流値0.1mA、電流密度0.065mA/cm、測定電位0.9−3.5Vの条件で充放電を10回行った。得られた結果を表1に示す。ここで、1回目の放電容量を100%としたときの10回目の放電容量を放電容量変化率[%]とした。
(2) Charge / Discharge Test 15 mg of the negative electrode material obtained in Examples and Comparative Examples was press-molded to obtain a negative electrode (diameter φ = 14 mm, thickness t = 0.15 mm).
Next, the solid electrolyte layer (Li 10 P 3 S 12 , 150 mg, diameter φ = 14 mm, thickness t = 0.6 mm), positive electrode (Li 6 MoS 6 : acetylene black (AB): Li 10 P 3 S 12 = 1: 1: 1 (% by weight), 45 mg, diameter φ = 14 mm, thickness t = 0.15 mm) were laminated in this order to prepare an all-solid-state lithium-ion battery.
Next, the obtained all-solid-state lithium-ion battery was charged and discharged 10 times under the conditions of a current value of 0.1 mA, a current density of 0.065 mA / cm 2, and a measurement potential of 0.9-3.5 V. The results obtained are shown in Table 1. Here, the 10th discharge capacity when the 1st discharge capacity is 100% is defined as the discharge capacity change rate [%].

ここで、正極活物質であるLiMoSは以下の手順で作製した。
アルゴン雰囲気下で、MoS(和光純薬工業社製、970mg、6.1mmol)と、LiS(シグマアルドリッチジャパン社製、835mg、17.8mmol)と、S(シグマアルドリッチジャパン社製、194mg、6.1mmol)とをアルミナ製ボールミルポット(内容積400ml)に入れ、97rpmで、4日間処理を行うことにより得た。
Here, Li 6 MoS 6, which is a positive electrode active material, was produced by the following procedure.
Under an argon atmosphere, MoS 2 (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd., 970 mg, 6.1 mmol), Li 2 S (manufactured by Sigma-Aldrich Japan, 835 mg, 17.8 mmol), and S (manufactured by Sigma-Aldrich Japan, 194 mg). , 6.1 mmol) was placed in an alumina ball mill pot (internal volume 400 ml) and treated at 97 rpm for 4 days.

また、Li-P-S系固体電解質材料であるLi1012は以下の手順で作製した。
原料には、LiS(Alfa Aesar製、純度99.9%)、P(関東化学製試薬)を使用した。LiNは、以下の手順で作製した。
まず、窒素雰囲気のグローブボックス中で、Li箔(本城金属社製純度99.8%、厚さ0.5mm)にステンレス製の剣山を使用しφ1mm以下の穴を多数開けた。Li箔は穴の部分から黒紫色に変化し始め、そのまま、常温で24時間放置することでLi箔すべてが黒紫色のLiNに変化した。LiNは、メノウ乳鉢で粉砕後、ステンレス製篩で篩い分けし、75μm以下の粉末を回収し固体電解質材料の原料とした。
つづいて、アルゴングローブボックス中で各原料をLiS:P:LiN=71.1:23.7:5.3(モル%)になるように精秤し、これら粉末を20分間メノウ乳鉢で混合した。次いで、混合粉末2gを秤量し、φ10mmのジルコニア製ボール500gとともに、遊星ボールミル(フリッチュ社製、P−7)にて、100rpmで1時間混合粉砕した。次いで、400rpmで15時間混合粉砕した。混合粉砕後の粉末をプレス装置を用いて、270MPa、10分間プレスし、厚さ0.6mmの板状の混合物を得た。得られた混合物はカーボンボートに入れアルゴン気流中で300℃、2時間加熱処理し、粉末同士が融着し、固く焼結した、Li1012組成の固体電解質材料を得た。
Further, Li 10 P 3 S 12, which is a Li-P-S-based solid electrolyte material, was produced by the following procedure.
As raw materials, Li 2 S (manufactured by Alfa Aesar, purity 99.9%) and P 2 S 5 (reagent manufactured by Kanto Chemical Co., Inc.) were used. Li 3 N was prepared by the following procedure.
First, in a glove box with a nitrogen atmosphere, a stainless steel swordsman was used for Li foil (purity 99.8%, thickness 0.5 mm, manufactured by Honjo Metal Co., Ltd.) to make many holes of φ1 mm or less. The Li foil began to change to black-purple from the hole portion, and when left as it was at room temperature for 24 hours, all of the Li foil changed to black-purple Li 3 N. Li 3 N was pulverized in an agate mortar and then sieved with a stainless steel sieve, and a powder of 75 μm or less was recovered and used as a raw material for a solid electrolyte material.
Next, each raw material was precisely weighed in an argon glove box so that Li 2 S: P 2 S 5 : Li 3 N = 71.1: 23.7: 5.3 (mol%), and these powders were added. The mixture was mixed in an agate mortar for 20 minutes. Next, 2 g of the mixed powder was weighed and mixed and pulverized at 100 rpm for 1 hour with a planetary ball mill (Fritsch, P-7) together with 500 g of zirconia balls having a diameter of 10 mm. Then, it was mixed and pulverized at 400 rpm for 15 hours. The powder after mixing and crushing was pressed at 270 MPa for 10 minutes using a press device to obtain a plate-shaped mixture having a thickness of 0.6 mm. The obtained mixture was placed in a carbon boat and heat-treated in an argon air stream at 300 ° C. for 2 hours to obtain a solid electrolyte material having a Li 10 P 3 S 12 composition, in which the powders were fused to each other and hard-sintered.

[2]負極材料の製造
<実施例1>
アルゴン雰囲気下、ジルコニウム坩堝中で、Li箔(本城金属社製、1.04g)とSi粉末(古河機械金属社製、0.96g)を300℃、1時間溶融混合した。次いで、その混合物をアルミナ製ボールミルポットに入れ、さらにZrOボールを入れ、アルミナ製ボールミルポットを密閉した。次いで、アルミナ製ボールミルポットを97rpmで、27時間処理を行い、Li22Si組成のLi-Si合金1を得た。
[2] Production of Negative Electrode Material <Example 1>
In an argon atmosphere, Li foil (manufactured by Honjo Metal Co., Ltd., 1.04 g) and Si powder (manufactured by Furukawa Co., Ltd., 0.96 g) were melt-mixed at 300 ° C. for 1 hour in a zirconium crucible. Next, the mixture was placed in an alumina ball mill pot, further ZrO 2 balls were placed, and the alumina ball mill pot was sealed. Next, an alumina ball mill pot was treated at 97 rpm for 27 hours to obtain a Li-Si alloy 1 having a Li 22 Si 5 composition.

また、Li-P-S系固体電解質材料であるLi1112を以下の手順で作製した。
原料には、Li1012組成の固体電解質材料の作製と同様のものを用いた。
まず、アルゴングローブボックス中で各原料をLiS:P:LiN=67.5:22.5:10.0(モル%)になるように精秤し、これら粉末を20分間メノウ乳鉢で混合した。次いで、混合粉末2gを秤量し、φ10mmのジルコニア製ボール500gとともに、遊星ボールミル(フリッチュ社製、P−7)にて100rpmで1時間混合粉砕した。次いで、400rpmで15時間混合粉砕した。混合粉砕後の粉末はカーボンボートに入れアルゴン気流中で300℃、2時間加熱処理し、Li1112組成のLi-P-S系固体電解質材料1を得た。
In addition, Li 11 P 3 S 12 , which is a Li-P-S-based solid electrolyte material, was prepared by the following procedure.
As the raw material, the same material as in the preparation of the solid electrolyte material having the composition of Li 10 P 3 S 12 was used.
First, each raw material is precisely weighed in an argon glove box so that Li 2 S: P 2 S 5 : Li 3 N = 67.5: 22.5: 10.0 (mol%), and these powders are 20 Mix in agate mortar for minutes. Next, 2 g of the mixed powder was weighed and mixed and pulverized at 100 rpm for 1 hour with a planetary ball mill (Fritsch, P-7) together with 500 g of zirconia balls having a diameter of 10 mm. Then, it was mixed and pulverized at 400 rpm for 15 hours. The powder after mixing and crushing was placed in a carbon boat and heat-treated in an argon air stream at 300 ° C. for 2 hours to obtain a Li-PS-based solid electrolyte material 1 having a Li 11 P 3 S 12 composition.

次いで、アルゴングローブボックス中で各原料をLi-Si合金1:Li-P-S系固体電解質材料1:黒鉛(CGC−20、日本黒鉛工業社製、平均粒子径d50:21.7μm)=4:3:8(重量比)になるように精秤し、これらを10分間メノウ乳鉢で混合した。次いで、混合粉末1.0gを秤量し、これらをφ10mmのジルコニア製ボール500gとともに、アルミナ製ボールミルポット(内容積400mL)に入れ、97rpmで24時間混合粉砕し、負極材料1を得た。
得られた負極材料1のX線回折スペクトルを測定したところ、Li-P-S系固体電解質材料1であるLi1112およびLi-Si合金1であるLi22Siの回折ピークは消失し、LiSおよび黒鉛の回折ピークが検出された。また、Siの回折ピークは検出されなかった。一方、X線光電子分光分析(XPS)(PHI社製QuanteraSXM)により、Siが生成していることを確認した。
Next, in the argon glove box, each raw material is subjected to Li-Si alloy 1: Li-PS-based solid electrolyte material 1: graphite (CGC-20, manufactured by Nippon Graphite Industry Co., Ltd., average particle size d 50 : 21.7 μm) = The mixture was precisely weighed to a ratio of 4: 3: 8 (weight ratio), and these were mixed in an agate mortar for 10 minutes. Next, 1.0 g of the mixed powder was weighed, and these were placed in an alumina ball mill pot (internal volume 400 mL) together with 500 g of zirconia balls having a diameter of 10 mm, and mixed and pulverized at 97 rpm for 24 hours to obtain a negative electrode material 1.
When the X-ray diffraction spectrum of the obtained negative electrode material 1 was measured, the diffraction peaks of Li 11 P 3 S 12 which is a Li-PS-based solid electrolyte material 1 and Li 22 Si 5 which is a Li-Si alloy 1 were found. lost, the diffraction peak of Li 2 S and graphite was detected. Moreover, the diffraction peak of Si was not detected. On the other hand, it was confirmed by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) (QuantaraSXM manufactured by PHI) that Si was generated.

<実施例2>
Li-Si合金1:Li-P-S系固体電解質材料1:黒鉛(CGC−20、日本黒鉛工業社製)=4:3:4(重量比)に変更した以外は実施例1と同様にし、負極材料2を得た。
得られた負極材料2のX線回折スペクトルを測定したところ、Li-P-S系固体電解質材料1であるLi1112およびLi-Si合金1であるLi22Siの回折ピークは消失し、LiSおよび黒鉛の回折ピークが検出された。また、Siの回折ピークは検出されなかった。一方、XPSにより、Siが生成していることを確認した。
<Example 2>
Li-Si alloy 1: Li-PS-based solid electrolyte material 1: Graphite (CGC-20, manufactured by Nippon Graphite Industry Co., Ltd.) = 4: 3: 4 (weight ratio), except that it is the same as in Example 1. , Negative electrode material 2 was obtained.
When the X-ray diffraction spectrum of the obtained negative electrode material 2 was measured, the diffraction peaks of Li 11 P 3 S 12 which is a Li-PS-based solid electrolyte material 1 and Li 22 Si 5 which is a Li-Si alloy 1 were found. lost, the diffraction peak of Li 2 S and graphite was detected. Moreover, the diffraction peak of Si was not detected. On the other hand, it was confirmed by XPS that Si was generated.

<実施例3>
Li-Si合金1:Li-P-S系固体電解質材料1:黒鉛(CGC−20、日本黒鉛工業社製)=4:3:2(重量比)に変更した以外は実施例1と同様にし、負極材料3を得た。
得られた負極材料3のX線回折スペクトルを測定したところ、Li-P-S系固体電解質材料1であるLi1112およびLi-Si合金1であるLi22Siの回折ピークは消失し、LiSおよび黒鉛の回折ピークが検出された。また、Siの回折ピークは検出されなかった。一方、XPSにより、Siが生成していることを確認した。
<Example 3>
Li-Si alloy 1: Li-PS-based solid electrolyte material 1: Graphite (CGC-20, manufactured by Nippon Graphite Industry Co., Ltd.) = 4: 3: 2 (weight ratio), except that the same as in Example 1. , Negative electrode material 3 was obtained.
When the X-ray diffraction spectrum of the obtained negative electrode material 3 was measured, the diffraction peaks of Li 11 P 3 S 12 which is a Li-PS-based solid electrolyte material 1 and Li 22 Si 5 which is a Li-Si alloy 1 were found. lost, the diffraction peak of Li 2 S and graphite was detected. Moreover, the diffraction peak of Si was not detected. On the other hand, it was confirmed by XPS that Si was generated.

<実施例4>
Li-Si合金1:Li-P-S系固体電解質材料1:黒鉛(CGC−20、日本黒鉛工業社製)=4:3:0(重量比)に変更した以外は実施例1と同様にし、負極材料4を得た。
得られた負極材料4のX線回折スペクトルを測定したところ、Li-P-S系固体電解質材料1であるLi1112およびLi-Si合金1であるLi22Siの回折ピークは消失し、LiSの回折ピークが検出された。また、Siの回折ピークは検出されなかった。一方、XPSにより、Siが生成していることを確認した。
<Example 4>
Li-Si alloy 1: Li-PS-based solid electrolyte material 1: Graphite (CGC-20, manufactured by Nippon Graphite Industry Co., Ltd.) = 4: 3: 0 (weight ratio), except that it is the same as in Example 1. , Negative electrode material 4 was obtained.
When the X-ray diffraction spectrum of the obtained negative electrode material 4 was measured, the diffraction peaks of Li 11 P 3 S 12 which is a Li-PS-based solid electrolyte material 1 and Li 22 Si 5 which is a Li-Si alloy 1 were found. lost, the diffraction peak of Li 2 S was detected. Moreover, the diffraction peak of Si was not detected. On the other hand, it was confirmed by XPS that Si was generated.

<実施例5>
黒鉛(CGC−20、日本黒鉛工業社製)の代わりに、活性炭(クラレコールYP−17、クラレケミカル社製、平均粒子径d50:21.7μm)を用いた以外は実施例1と同様にし、負極材料5を得た。
得られた負極材料5のX線回折スペクトルを測定したところ、Li-P-S系固体電解質材料1であるLi1112およびLi-Si合金1であるLi22Siの回折ピークは消失し、LiSの回折ピークが検出された。また、Siの回折ピークは検出されなかった。一方、XPSにより、Siが生成していることを確認した。
<Example 5>
Same as in Example 1 except that activated carbon (Kuraraycol YP-17, manufactured by Kuraray Chemical Co., Ltd., average particle size d 50 : 21.7 μm) was used instead of graphite (CGC-20, manufactured by Nippon Graphite Industry Co., Ltd.). , Negative electrode material 5 was obtained.
When the X-ray diffraction spectrum of the obtained negative electrode material 5 was measured, the diffraction peaks of Li 11 P 3 S 12 which is a Li-PS-based solid electrolyte material 1 and Li 22 Si 5 which is a Li-Si alloy 1 were found. lost, the diffraction peak of Li 2 S was detected. Moreover, the diffraction peak of Si was not detected. On the other hand, it was confirmed by XPS that Si was generated.

<実施例6>
黒鉛(CGC−20、日本黒鉛工業社製)の代わりに、アセチレンブラック(電気化学工業製、平均粒子径d50:0.04μm)を用いた以外は実施例3と同様にし、負極材料6を得た。
得られた負極材料6のX線回折スペクトルを測定したところ、Li-P-S系固体電解質材料1であるLi1112およびLi-Si合金1であるLi22Siの回折ピークは消失し、LiSの回折ピークが検出された。また、Siの回折ピークは検出されなかった。一方、XPSにより、Siが生成していることを確認した。
<Example 6>
The same as in Example 3 except that acetylene black (manufactured by Electrochemical Industry, average particle size d 50 : 0.04 μm) was used instead of graphite (CGC-20, manufactured by Nippon Graphite Industry Co., Ltd.), and the negative electrode material 6 was used. Obtained.
When the X-ray diffraction spectrum of the obtained negative electrode material 6 was measured, the diffraction peaks of Li 11 P 3 S 12 which is a Li-PS-based solid electrolyte material 1 and Li 22 Si 5 which is a Li-Si alloy 1 were found. lost, the diffraction peak of Li 2 S was detected. Moreover, the diffraction peak of Si was not detected. On the other hand, it was confirmed by XPS that Si was generated.

<実施例7>
黒鉛(CGC−20、日本黒鉛工業社製)の代わりに、多孔質炭素(CNovel2200、東洋炭素社製、平均粒子径d50:9.5μm)を用いた以外は実施例3と同様にし、負極材料7を得た。
得られた負極材料7のX線回折スペクトルを測定したところ、Li-P-S系固体電解質材料1であるLi1112およびLi-Si合金1であるLi22Siの回折ピークは消失し、LiSの回折ピークが検出された。また、Siの回折ピークは検出されなかった。一方、XPSにより、Siが生成していることを確認した。
<Example 7>
Same as in Example 3 except that porous carbon (CNovel2200, manufactured by Toyo Tanso Co., Ltd., average particle size d 50 : 9.5 μm) was used instead of graphite (CGC-20, manufactured by Nippon Graphite Industry Co., Ltd.), and the negative electrode. Material 7 was obtained.
When the X-ray diffraction spectrum of the obtained negative electrode material 7 was measured, the diffraction peaks of Li 11 P 3 S 12 which is a Li-PS-based solid electrolyte material 1 and Li 22 Si 5 which is a Li-Si alloy 1 were found. lost, the diffraction peak of Li 2 S was detected. Moreover, the diffraction peak of Si was not detected. On the other hand, it was confirmed by XPS that Si was generated.

<実施例8>
Li-Si合金1の代わりに、LiSiを用いた以外は実施例3と同様にし、負極材料8を得た。
得られた負極材料8のX線回折スペクトルを測定したところ、Li-P-S系固体電解質材料1であるLi1112およびLiSiの回折ピークは消失し、LiSの回折ピークが検出された。また、Siの回折ピークは検出されなかった。一方、XPSにより、Siが生成していることを確認した。
<Example 8>
A negative electrode material 8 was obtained in the same manner as in Example 3 except that Li 7 Si 3 was used instead of the Li-Si alloy 1.
When the X-ray diffraction spectrum of the obtained negative electrode material 8 was measured, the diffraction peaks of Li 11 P 3 S 12 and Li 7 Si 3 which are Li-P-S-based solid electrolyte materials 1 disappeared, and Li 2 S A diffraction peak was detected. Moreover, the diffraction peak of Si was not detected. On the other hand, it was confirmed by XPS that Si was generated.

<比較例1>
Li-Si合金1:Li-P-S系固体電解質材料1:黒鉛(CGC−20、日本黒鉛工業社製)=0:3:8(重量比)に変更した以外は実施例1と同様にし、負極材料9を得た。
<Comparative example 1>
Li-Si alloy 1: Li-PS-based solid electrolyte material 1: Graphite (CGC-20, manufactured by Nippon Graphite Industry Co., Ltd.) = 0: 3: 8 (weight ratio), except that it is the same as in Example 1. , Negative electrode material 9 was obtained.

<比較例2>
アルゴングローブボックス中で各原料をLi-Si合金1:硫黄(S、シグマアルドリッチジャパン社製)=1:1.2(重量比)になるように精秤し、これらを10分間メノウ乳鉢で混合した。次いで、混合粉末2gを精秤し、これらをφ10mmのジルコニア製ボールとともに、アルミナ製ボールミルポット(内容積400mL)に入れ、97rpmで24時間混合粉砕し、混合粉砕後の粉末はX線回折でLiSおよびSiの回折ピークが検出され、LiSとSiの混合物に変化していることを確認した。このLiSとSiの混合物をLi−Si合金1の代わりに用いた以外は実施例1と同様にし、負極材料10を得た。ただし負極材料に含まれるSiの重量は、実施例1の46%である。
得られた負極材料10のX線回折スペクトルを測定したところ、Li-P-S系固体電解質材料1であるLi1112およびLi22Siの回折ピークは消失し、LiSおよび黒鉛の回折ピークが検出された。また、Siの回折ピークが検出された。Siの回折ピークからScherrerの式を用いて算出した結晶子サイズは370nmであった。
<Comparative example 2>
Each raw material is precisely weighed in an argon glove box so that Li-Si alloy 1: sulfur (S, manufactured by Sigma-Aldrich Japan) = 1: 1.2 (weight ratio), and these are mixed in an agate mortar for 10 minutes. did. Next, 2 g of the mixed powder was precisely weighed, placed in an alumina ball mill pot (internal volume 400 mL) together with a φ10 mm zirconia ball, mixed and pulverized at 97 rpm for 24 hours, and the powder after the mixed pulverization was Li by X-ray diffraction. 2 diffraction peaks of S and Si was detected, it was confirmed that changes to a mixture of Li 2 S and Si. The Li 2 except that a mixture of S and Si was used in place of Li-Si alloy 1 in the same manner as in Example 1 to obtain a negative electrode material 10. However, the weight of Si contained in the negative electrode material is 46% of that of Example 1.
When the X-ray diffraction spectrum of the obtained negative electrode material 10 was measured, the diffraction peaks of Li 11 P 3 S 12 and Li 22 Si 5 , which are Li-PS-based solid electrolyte materials 1, disappeared, and Li 2 S and Li 2 S and Li 22 Si 5 disappeared. Diffraction peaks of graphite were detected. Moreover, the diffraction peak of Si was detected. The crystallite size calculated from the diffraction peak of Si using Scherrer's equation was 370 nm.

<比較例3>
Li-Si合金1の代わりに、Si粉末(古河機械金属製、平均粒子径D50:2.0μm)を用いた以外は実施例1と同様にし、負極材料11を得た。
得られた負極材料11のX線回折スペクトルを測定したところ、Li-P-S系固体電解質材料1であるLi1112の回折ピークは消失し、Siおよび黒鉛の回折ピークが検出された。
<Comparative example 3>
A negative electrode material 11 was obtained in the same manner as in Example 1 except that Si powder (manufactured by Furukawa Co., Ltd., average particle size D 50: 2.0 μm) was used instead of the Li-Si alloy 1.
When the X-ray diffraction spectrum of the obtained negative electrode material 11 was measured , the diffraction peak of Li 11 P 3 S 12 which is the Li-PS-based solid electrolyte material 1 disappeared, and the diffraction peaks of Si and graphite were detected. It was.

(充放電試験結果)
以上の負極材料1〜11の充放電試験結果を表1に示す。
実施例で得られた負極材料1〜8は、比較例で得られた負極材料9〜11に比べて、放電容量変化率および放電容量に優れていた。
(Charge / discharge test results)
Table 1 shows the charge / discharge test results of the above negative electrode materials 1 to 11.
The negative electrode materials 1 to 8 obtained in the examples were superior in the discharge capacity change rate and the discharge capacity as compared with the negative electrode materials 9 to 11 obtained in the comparative examples.

Figure 0006894965
Figure 0006894965

100 リチウムイオン電池
110 正極
120 電解質層
130 負極
100 Lithium-ion battery 110 Positive electrode 120 Electrolyte layer 130 Negative electrode

Claims (12)

Li (ただし、4≦X≦15、1≦Y≦3、6≦Z≦14である。X、YおよびZは整数である。)により示される化合物を含む硫化物固体電解質材料と、
Li Si (ただし、7≦A≦25、3≦B≦7である。AおよびBは整数である。)により示される化合物を含む合金材料と、
炭素材料と、
のメカノケミカル処理物を含む、リチウムイオン電池用負極材料であって、
前記メカノケミカル処理物は、線源としてCuKα線を用いたX線回折では検出できない程度の結晶子サイズを有するSi微粒子を含む、
リチウムイオン電池用負極材料。
A sulfide solid electrolyte containing a compound represented by Li X P Y S Z (where 4 ≦ X ≦ 15, 1 ≦ Y ≦ 3, 6 ≦ Z ≦ 14, where X, Y and Z are integers). Material and
An alloy material containing the compound indicated by Li A Si B (where 7 ≦ A ≦ 25, 3 ≦ B ≦ 7; A and B are integers) and
With carbon material
Including the mechanochemical treatment product, a negative electrode material for lithium ion batteries,
The mechanochemical treated product contains Si fine particles having a crystallite size that cannot be detected by X-ray diffraction using CuKα ray as a radiation source.
Negative electrode material for lithium-ion batteries.
請求項1に記載のリチウムイオン電池用負極材料において、
前記硫化物固体電解質材料に対する前記合金材料の混合モル比が1.5以上7.7以下である、リチウムイオン電池用負極材料。
In the negative electrode material for a lithium ion battery according to claim 1,
A negative electrode material for a lithium ion battery, wherein the mixed molar ratio of the alloy material to the sulfide solid electrolyte material is 1.5 or more and 7.7 or less.
請求項1または2に記載のリチウムイオン電池用負極材料において、
前記炭素材料は黒鉛質材料である、リチウムイオン電池用負極材料。
In the negative electrode material for a lithium ion battery according to claim 1 or 2.
The carbon material is a graphite material, which is a negative electrode material for a lithium ion battery.
請求項1乃至いずれか一項に記載のリチウムイオン電池用負極材料において、
前記硫化物固体電解質材料および前記合金材料の合計重量に対する前記炭素材料の混合重量の比が0.01以上1.5以下である、リチウムイオン電池用負極材料。
The negative electrode material for a lithium ion battery according to any one of claims 1 to 3.
A negative electrode material for a lithium ion battery, wherein the ratio of the mixed weight of the carbon material to the total weight of the sulfide solid electrolyte material and the alloy material is 0.01 or more and 1.5 or less.
請求項1乃至4いずれか一項に記載のリチウムイオン電池用負極材料において、
以下のScherrerの式から算出される、前記Si微粒子の結晶子サイズが0.4nm以上2.0nm以下の範囲内であるリチウムイオン電池用負極材料。
D=0.94λ/βcosθ
(ただし、Dは結晶子径(Å)、βはX線回折ピークの半値幅、θはブラッグ角、λはX線(CuKα)の波長(1.54Å)である)
The negative electrode material for a lithium ion battery according to any one of claims 1 to 4.
A negative electrode material for a lithium ion battery, which is calculated from the following Scherrer equation and has a crystallite size of the Si fine particles in the range of 0.4 nm or more and 2.0 nm or less.
D = 0.94λ / βcosθ
(However, D is the crystallite diameter (Å), β is the half width of the X-ray diffraction peak, θ is the Bragg angle, and λ is the wavelength of the X-ray (CuKα) (1.54 Å).)
請求項1乃至いずれか一項に記載のリチウムイオン電池用負極材料からなる負極活物質層を集電体の表面に形成してなる、リチウムイオン電池用負極。 A negative electrode for a lithium ion battery, wherein a negative electrode active material layer made of the negative electrode material for a lithium ion battery according to any one of claims 1 to 5 is formed on the surface of a current collector. 請求項に記載のリチウムイオン電池用負極と、電解質層と、正極とを備えた、リチウムイオン電池。 A lithium ion battery comprising the negative electrode for a lithium ion battery according to claim 6, an electrolyte layer, and a positive electrode. 請求項に記載のリチウムイオン電池において、
前記電解質層が固体電解質層である、リチウムイオン電池。
In the lithium ion battery according to claim 7.
A lithium ion battery in which the electrolyte layer is a solid electrolyte layer.
リチウムイオン電池用負極材料を製造するための製造方法であって、
Li (ただし、4≦X≦15、1≦Y≦3、6≦Z≦14である。X、YおよびZは整数である。)により示される化合物を含む硫化物固体電解質材料と、Li Si (ただし、7≦A≦25、3≦B≦7である。AおよびBは整数である。)により示される化合物を含む合金材料と、炭素材料と、をメカノケミカル処理する工程を含む、リチウムイオン電池用負極材料の製造方法。
A manufacturing method for manufacturing negative electrode materials for lithium-ion batteries.
A sulfide solid electrolyte containing a compound represented by Li X P Y S Z (where 4 ≦ X ≦ 15, 1 ≦ Y ≦ 3, 6 ≦ Z ≦ 14, where X, Y and Z are integers). The material, an alloy material containing a compound represented by Li A Si B (where 7 ≦ A ≦ 25, 3 ≦ B ≦ 7, A and B are integers), and a carbon material are mechanochemicals. A method for producing a negative electrode material for a lithium ion battery, which comprises a processing step.
請求項9に記載のリチウムイオン電池用負極材料の製造方法において、
前記硫化物固体電解質材料に対する前記合金材料の混合モル比が1.5以上7.7以下である、リチウムイオン電池用負極材料の製造方法。
In the method for manufacturing a negative electrode material for a lithium ion battery according to claim 9.
A method for producing a negative electrode material for a lithium ion battery, wherein the mixed molar ratio of the alloy material to the sulfide solid electrolyte material is 1.5 or more and 7.7 or less.
請求項9または10に記載のリチウムイオン電池用負極材料の製造方法において、
前記炭素材料は黒鉛質材料である、リチウムイオン電池用負極材料の製造方法。
In the method for producing a negative electrode material for a lithium ion battery according to claim 9 or 10.
A method for producing a negative electrode material for a lithium ion battery, wherein the carbon material is a graphitic material.
請求項乃至11のいずれか一項に記載のリチウムイオン電池用負極材料の製造方法において、
前記硫化物固体電解質材料および前記合金材料の合計重量に対する前記炭素材料の混合重量の比が0.01以上1.5以下である、リチウムイオン電池用負極材料の製造方法。
In the method for producing a negative electrode material for a lithium ion battery according to any one of claims 9 to 11.
A method for producing a negative electrode material for a lithium ion battery, wherein the ratio of the mixed weight of the carbon material to the total weight of the sulfide solid electrolyte material and the alloy material is 0.01 or more and 1.5 or less.
JP2019235914A 2018-04-12 2019-12-26 Negative electrode materials for lithium-ion batteries, negative electrodes for lithium-ion batteries, and lithium-ion batteries Active JP6894965B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2019235914A JP6894965B2 (en) 2018-04-12 2019-12-26 Negative electrode materials for lithium-ion batteries, negative electrodes for lithium-ion batteries, and lithium-ion batteries

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2018076924A JP6873081B2 (en) 2018-04-12 2018-04-12 Negative electrode materials for lithium-ion batteries, negative electrodes for lithium-ion batteries, and lithium-ion batteries
JP2019235914A JP6894965B2 (en) 2018-04-12 2019-12-26 Negative electrode materials for lithium-ion batteries, negative electrodes for lithium-ion batteries, and lithium-ion batteries

Related Parent Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2018076924A Division JP6873081B2 (en) 2018-04-12 2018-04-12 Negative electrode materials for lithium-ion batteries, negative electrodes for lithium-ion batteries, and lithium-ion batteries

Publications (3)

Publication Number Publication Date
JP2020047608A JP2020047608A (en) 2020-03-26
JP2020047608A5 JP2020047608A5 (en) 2020-05-21
JP6894965B2 true JP6894965B2 (en) 2021-06-30

Family

ID=69901611

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2019235914A Active JP6894965B2 (en) 2018-04-12 2019-12-26 Negative electrode materials for lithium-ion batteries, negative electrodes for lithium-ion batteries, and lithium-ion batteries

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP6894965B2 (en)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113851609B (en) * 2021-08-26 2023-07-14 蜂巢能源科技有限公司 Silicon-based negative electrode plate, preparation method thereof and all-solid-state lithium ion battery
CN114914422B (en) * 2022-05-19 2024-03-15 武汉理工大学 Composite negative electrode suitable for sulfide all-solid-state battery, preparation method and lithium battery

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012243408A (en) * 2011-05-16 2012-12-10 Idemitsu Kosan Co Ltd Lithium-ion battery
JP5934340B2 (en) * 2012-03-22 2016-06-15 株式会社東芝 Electrochemical cell, method for producing electrochemical cell, battery pack and vehicle

Also Published As

Publication number Publication date
JP2020047608A (en) 2020-03-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6595031B2 (en) Solid electrolyte material, lithium ion battery, and method for producing solid electrolyte material
JP6338840B2 (en) Negative electrode material for lithium ion battery, negative electrode for lithium ion battery, and lithium ion battery
JP6441006B2 (en) Method for producing negative electrode material for lithium ion battery
JP6310713B2 (en) Solid electrolyte material, lithium ion battery, and method for producing solid electrolyte material
JP2017168449A (en) Solid electrolyte material for lithium ion battery, solid electrolyte for lithium ion battery, and lithium ion battery
US20220081296A1 (en) Lithium nitride composition for sulfide-based inorganic solid electrolyte material
JP6873081B2 (en) Negative electrode materials for lithium-ion batteries, negative electrodes for lithium-ion batteries, and lithium-ion batteries
JP6894965B2 (en) Negative electrode materials for lithium-ion batteries, negative electrodes for lithium-ion batteries, and lithium-ion batteries
JP6681211B2 (en) Positive electrode active material manufacturing method, positive electrode material manufacturing method, positive electrode manufacturing method, and lithium ion battery manufacturing method
JP6723707B2 (en) Positive electrode active material for lithium ion battery, positive electrode material, positive electrode, and lithium ion battery
JP2021108296A (en) Li-P-O-N SYSTEM INORGANIC SOLID ELECTROLYTE MATERIAL, METHOD OF USING THE Li-P-O-N SYSTEM INORGANIC SOLID ELECTROLYTE MATERIAL, SOLID ELECTROLYTE, SOLID ELECTROLYTE FILM, LITHIUM ION BATTERY, AND MANUFACTURING METHOD OF THE Li-P-O-N SYSTEM INORGANIC SOLID ELECTROLYTE MATERIAL
JP6356020B2 (en) Positive electrode active material for lithium ion battery, positive electrode material, positive electrode, and lithium ion battery
JP6389086B2 (en) Positive electrode active material for lithium ion battery, positive electrode material, positive electrode, and lithium ion battery
JP6001390B2 (en) Positive electrode active material for lithium ion battery, positive electrode material for lithium ion battery, positive electrode for lithium ion battery, lithium ion battery, and method for producing positive electrode active material for lithium ion battery
JP7005693B2 (en) Positive electrode active material for lithium-ion batteries, positive electrode materials, positive electrodes, and lithium-ion batteries
JP6427312B2 (en) Positive electrode active material for lithium ion battery, positive electrode material for lithium ion battery, positive electrode for lithium ion battery, lithium ion battery and method for producing positive electrode active material for lithium ion battery
JP2020053218A (en) Sulfide based inorganic solid electrolyte material, solid electrolyte, solid electrolyte membrane and lithium ion battery
JP6754849B2 (en) Positive electrode material, positive electrode, and lithium-ion batteries
JP6626182B2 (en) Anode material for lithium ion battery, anode for lithium ion battery, and lithium ion battery
JP6581258B2 (en) Positive electrode active material for lithium ion battery, positive electrode material for lithium ion battery, positive electrode for lithium ion battery, and lithium ion battery
JP6994894B2 (en) Sulfur-based inorganic solid electrolyte materials, solid electrolytes, solid electrolyte membranes and lithium-ion batteries
JP6794518B2 (en) Manufacturing method of solid electrolyte material
JP6062308B2 (en) Solid electrolyte material for lithium ion battery, solid electrolyte for lithium ion battery, lithium ion battery, and method for producing solid electrolyte material for lithium ion battery
JP6715913B2 (en) Positive electrode material, positive electrode, lithium ion battery, and method for manufacturing positive electrode material
CN115428099A (en) Sulfide-based inorganic solid electrolyte material, solid electrolyte membrane, and lithium ion battery

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20200124

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20200407

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20201021

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20201117

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20201224

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

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20210601

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20210604

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6894965

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150