JP6946836B2 - Lithium solid-state battery and manufacturing method of lithium solid-state battery - Google Patents

Lithium solid-state battery and manufacturing method of lithium solid-state battery Download PDF

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Description

本開示は、リチウム固体電池に関する。 The present disclosure relates to a lithium solid state battery.

近年におけるパソコン、ビデオカメラおよび携帯電話等の情報関連機器や通信機器等の
急速な普及に伴い、その電源として利用される電池の開発が重要視されている。また、自
動車産業界等においても、電気自動車用あるいはハイブリッド自動車用の高出力かつ高容
量の電池の開発が進められている。現在、種々の電池の中でも、エネルギー密度が高いと
いう観点から、リチウム電池が注目を浴びている。
With the rapid spread of information-related devices such as personal computers, video cameras and mobile phones, and communication devices in recent years, the development of batteries used as their power sources has been emphasized. In addition, the automobile industry and the like are also developing high-output and high-capacity batteries for electric vehicles or hybrid vehicles. Currently, among various batteries, lithium batteries are attracting attention from the viewpoint of high energy density.

現在市販されているリチウム電池は、可燃性の有機溶媒を含む電解液が使用されている
ため、短絡時の温度上昇を抑える安全装置の取り付けや短絡防止のための構造が必要とな
る。これに対し、電解液を固体電解質層に変えて、電池を全固体化したリチウム電池は、
電池内に可燃性の有機溶媒を用いないので、安全装置の簡素化が図れ、製造コストや生産
性に優れると考えられている。
Since the lithium battery currently on the market uses an electrolytic solution containing a flammable organic solvent, it is necessary to attach a safety device that suppresses a temperature rise at the time of a short circuit and a structure for preventing the short circuit. On the other hand, a lithium battery in which the electrolyte is changed to a solid electrolyte layer and the battery is completely solidified is used.
Since no flammable organic solvent is used in the battery, it is considered that the safety device can be simplified and the manufacturing cost and productivity are excellent.

また、リチウム電池の分野において、デンドライトに起因する短絡の発生が知られてい
る。短絡は、充電時に負極活物質層に析出したリチウムが、正極活物質層の方向へ成長し、
物理的に負極活物質層及び正極活物質層が接触することによって生じる。デンドライトの
成長に起因する短絡を防止するために、幾つかの検討がなされている。例えば、特許文献
1においては、金属リチウムとカーボンブラックおよび固体電解質との混合体からなる負
極を備えるリチウム二次電池が開示されている。一方、特許文献2においては、負極反応
を金属リチウムの析出・溶解反応としたリチウム二次電池において、金属リチウムの析出・
溶解が生じる第1の電極(銅箔)と、金属リチウムのデンドライト析出を防ぐ第2の電極
(LiTiO)を備えるリチウム二次電池が開示されている。
Further, in the field of lithium batteries, the occurrence of short circuits due to dendrites is known. In the short circuit, lithium deposited on the negative electrode active material layer during charging grows in the direction of the positive electrode active material layer, and the short circuit occurs.
It is generated by the physical contact between the negative electrode active material layer and the positive electrode active material layer. Several studies have been made to prevent short circuits due to the growth of dendrites. For example, Patent Document 1 discloses a lithium secondary battery including a negative electrode composed of a mixture of metallic lithium, carbon black, and a solid electrolyte. On the other hand, in Patent Document 2, in a lithium secondary battery in which the negative electrode reaction is a precipitation / dissolution reaction of metallic lithium, the precipitation / dissolution of metallic lithium is performed.
A lithium secondary battery including a first electrode (copper foil) in which dissolution occurs and a second electrode (Li x TiO 2) for preventing dendrite precipitation of metallic lithium is disclosed.

特開2016−100088号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2016-100088 特開平10−302794号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 10-302794

従来技術においても、デンドライトの成長に関して十分に抑制されておらず、さらなるデンドライト成長の抑制が求められている。本開示は、上記実情に鑑みてなされたものであり、デンドライト成長を抑制したリチウム固体電池を提供することを主目的とする。 Even in the prior art, the growth of dendrites is not sufficiently suppressed, and further suppression of dendrite growth is required. The present disclosure has been made in view of the above circumstances, and an object of the present disclosure is to provide a lithium solid-state battery in which dendrite growth is suppressed.

上記課題を解決するために、本開示においては、負極集電体、固体電解質層、正極活物質層および正極集電体をこの順で備え、前記負極集電体と前記固体電解質層との間にLi吸蔵層を有し、前記Li吸蔵層の空隙率は60%以上100%未満であることを特徴とするリチウム固体電池を提供する。 In order to solve the above problems, in the present disclosure, a negative electrode current collector, a solid electrolyte layer, a positive electrode active material layer, and a positive electrode current collector are provided in this order, and between the negative electrode current collector and the solid electrolyte layer. Provided is a lithium solid-state battery having a Li storage layer and having a void ratio of 60% or more and less than 100%.

本開示によれば、負極集電体と前記固体電解質層との間にLi吸蔵層が設けられ、Li
吸蔵層が所定の空隙率を有することによって、Li吸蔵層中において金属リチウムを分散
させて析出させることができ、金属リチウムの析出に起因するデンドライト成長を抑制し
たリチウム固体電池を得ることができる。
According to the present disclosure, a Li storage layer is provided between the negative electrode current collector and the solid electrolyte layer, and Li
When the storage layer has a predetermined void ratio, metallic lithium can be dispersed and precipitated in the Li storage layer, and a lithium solid-state battery in which dendrite growth caused by precipitation of metallic lithium is suppressed can be obtained.

またLi吸蔵層を設け、金属リチウムの析出に起因するデンドライト成長を抑制するこ
とによって、デンドライト成長に起因する電池の短絡も抑制することができる。
Further, by providing the Li storage layer and suppressing the dendrite growth caused by the precipitation of metallic lithium, the short circuit of the battery due to the dendrite growth can also be suppressed.

上記開示においては、上記Li吸蔵層の空隙率が78%以上86%以下であっても良い。 In the above disclosure, the porosity of the Li storage layer may be 78% or more and 86% or less.

上記開示においては、上記Li吸蔵層が、炭素材料を含有していても良い。 In the above disclosure, the Li storage layer may contain a carbon material.

上記開示においては、上記Li吸蔵層に用いた炭素材料が、ケッチェンブラックをさら
に含有していても良い。
In the above disclosure, the carbon material used for the Li storage layer may further contain Ketjen black.

上記開示においては、上記Li吸蔵層が、固体電解質を含有していても良い。 In the above disclosure, the Li storage layer may contain a solid electrolyte.

上記開示においては、Li吸蔵層が、炭素材料に対する固体電解質の重量比が0.5以
下であっても良い。
In the above disclosure, the Li storage layer may have a weight ratio of the solid electrolyte to the carbon material of 0.5 or less.

本開示のリチウム固体電池は、金属リチウムのデンドライト成長を抑制できるという
効果を奏する。
The lithium solid-state battery of the present disclosure has an effect of suppressing the growth of dendrites of metallic lithium.

本開示のリチウム固体電池の比較形態を示す概略断面図である。It is the schematic sectional drawing which shows the comparative form of the lithium solid-state battery of this disclosure. 本開示のリチウム固体電池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 lithium solid-state battery of this disclosure. 実施例および比較例のLi吸蔵層の空隙率に対する可逆容量比を示す図である。It is a figure which shows the reversible volume ratio with respect to the porosity of the Li storage layer of an Example and a comparative example. 実施例および比較例のLi吸蔵層を構成する固体電解質と炭素材料の重量比に対する可逆容量比を示す図である。It is a figure which shows the reversible volume ratio with respect to the weight ratio of the solid electrolyte which constitutes the Li storage layer of an Example and a comparative example, and a carbon material.

以下、本開示のリチウム固体電池、およびリチウム固体電池の製造方法について、詳
細に説明する。但し、以下の実施の形態に限定される訳ではない。また、説明を明確にす
るため、以下の記載および図面は、適宜、簡略化されている。
Hereinafter, the lithium solid-state battery of the present disclosure and a method for manufacturing the lithium solid-state battery will be described in detail. However, the present invention is not limited to the following embodiments. In addition, the following description and drawings have been simplified as appropriate to clarify the description.

リチウム固体電池
まず、本開示のリチウム固体電池は、2つの形態に大別できる。以下、本開示のリチウ
ム固体電池について、実施形態および比較形態に分けて説明する。
Lithium solid-state battery First, the lithium solid-state battery of the present disclosure can be roughly classified into two forms. Hereinafter, the lithium solid-state battery of the present disclosure will be described separately for embodiments and comparative embodiments.

1. 比較形態
図1は、比較形態のリチウム固体電池を示す概略断面図である。
1. 1. Comparative Form FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing a lithium solid-state battery in a comparative form.

図1に示すように、比較形態のリチウム固体電池11は、負極集電体1、固体電解質層
3、正極活物質層4および正極集電体5をこの順で備え、実施形態とは異なり、負極集電
体1及び固体電解質層3の間にはLi吸蔵層を備えない。
As shown in FIG. 1, the lithium solid-state battery 11 of the comparative embodiment includes the negative electrode current collector 1, the solid electrolyte layer 3, the positive electrode active material layer 4, and the positive electrode current collector 5 in this order, and is different from the embodiment. No Li storage layer is provided between the negative electrode current collector 1 and the solid electrolyte layer 3.

2. 実施形態
図2は、実施形態のリチウム固体電池の一例を示す概略断面図である。
2. FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing an example of the lithium solid-state battery of the embodiment.

図2に示すように、実施形態のリチウム固体電池10は、負極集電体1、固体電解質層
3、正極活物質層4および正極集電体5をこの順で備え、負極集電体1及び固体電解質層
3の間にはLi吸蔵層2を備える。また、固体電解質層3は固体電解質を含有している。
本開示においては、Li吸蔵層2の空隙率が60%以上100%未満の範囲内であること
を大きな特徴とする。
As shown in FIG. 2, the lithium solid-state battery 10 of the embodiment includes a negative electrode current collector 1, a solid electrolyte layer 3, a positive electrode active material layer 4, and a positive electrode current collector 5 in this order, and includes the negative electrode current collector 1 and the negative electrode current collector 5. A Li storage layer 2 is provided between the solid electrolyte layers 3. Further, the solid electrolyte layer 3 contains a solid electrolyte.
A major feature of the present disclosure is that the porosity of the Li storage layer 2 is within the range of 60% or more and less than 100%.

実施形態によれば、負極集電体と固体電解質層の間に空隙を有するLi吸蔵層が形成さ
れ、さらに、Li吸蔵層の空隙率が、60%以上100%未満であることによって、金属
リチウムのデンドライト成長を抑制したリチウム固体電池とすることができる。
According to the embodiment, a Li storage layer having voids is formed between the negative electrode current collector and the solid electrolyte layer, and the void ratio of the Li storage layer is 60% or more and less than 100%, whereby metallic lithium is formed. It is possible to obtain a lithium solid-state battery in which the growth of occlusion is suppressed.

金属リチウムのデンドライト成長を抑制できる理由は、次のように推測される。まず、
負極集電体と固体電解質層の間にLi吸蔵層を備えない場合(比較形態に相当)、正極活
物質層からリチウムイオンが、負極集電体から電子が伝導し、固体電解質層と負極集電体
の界面が金属リチウムの析出点となり、金属リチウムが析出する。析出した金属リチウム
は固体電解質層の空隙を沿って、正極活物質層に向かって金属リチウムのデンドライトが
成長し、デンドライトが正極活物質層側まで成長、さらに電池の短絡が発生すると推測さ
れる。一方、負極集電体と固体電解質層の間にLi吸蔵層を備え、Li吸蔵層の空隙率が、
60%以上100%未満の場合(実施形態に相当)、析出した金属リチウムをLi吸蔵層
内の空隙内に析出させることができるため、デンドライトが正極活物質層側まで成長する
ことを抑制することができる。さらにデンドライトが正極活物質層側まで成長することを
抑制することができるため、デンドライトに起因する短絡の発生も抑制できると推測され
る。
The reason why the dendrite growth of metallic lithium can be suppressed is presumed as follows. first,
When the Li storage layer is not provided between the negative electrode current collector and the solid electrolyte layer (corresponding to the comparative form), lithium ions are conducted from the positive electrode active material layer and electrons are conducted from the negative electrode current collector, and the solid electrolyte layer and the negative electrode collection are conducted. The interface of the electric body serves as a precipitation point of metallic lithium, and metallic lithium is deposited. It is presumed that the deposited metallic lithium grows dendrites of metallic lithium toward the positive electrode active material layer along the voids of the solid electrolyte layer, the dendrites grow to the positive electrode active material layer side, and the battery is short-circuited. On the other hand, a Li storage layer is provided between the negative electrode current collector and the solid electrolyte layer, and the porosity of the Li storage layer is increased.
When it is 60% or more and less than 100% (corresponding to the embodiment), the precipitated metallic lithium can be precipitated in the voids in the Li storage layer, so that dendrites are suppressed from growing to the positive electrode active material layer side. Can be done. Furthermore, since it is possible to suppress the growth of dendrites to the positive electrode active material layer side, it is presumed that the occurrence of short circuits due to dendrites can also be suppressed.

Li吸蔵層の空隙率が60%以下の場合、金属リチウムを析出させる空隙が少ないため、
析出した金属リチウムはLi吸蔵層の空隙以外、例えば固体電解質層の空隙で析出してし
まい、特に金属リチウムが析出しやすい高電流密度での充電時において、正極活物質層へ
のデンドライトの成長抑制が不十分となり、Li吸蔵層からデンドライトが、正極活物質
層側まで顕著に成長すると推測される。
When the porosity of the Li storage layer is 60% or less, there are few voids for precipitating metallic lithium.
The precipitated metallic lithium precipitates in the voids of the solid electrolyte layer other than the voids of the Li storage layer, for example, and suppresses the growth of dendrite on the positive electrode active material layer especially when charging at a high current density where metallic lithium tends to precipitate. Is insufficient, and it is presumed that dendrite grows remarkably from the Li occlusion layer to the positive electrode active material layer side.

さらに、より好ましくはLi吸蔵層の空隙率が78%以上86%以下である。金属リチ
ウムのデンドライト成長を抑制するだけでなく、Li吸蔵層に析出した金属を可逆的に溶
解が可能である。その理由は、次のように推測される。Li吸蔵層の空隙率が86%以上
の場合、金属リチウムを析出させる空隙が多いため、金属リチウムはLi吸蔵層の空隙内
で分散して析出し、正極活物質層へのデンドライト成長を抑制できる。しかし、空隙によ
って金属リチウムとリチウムイオン伝導パスとして作用する固体電解質との接触点が減少
するため、充電時空隙内に析出した金属リチウムは、放電時に溶解することが困難となり、
電池の可逆容量が減少してしまうと推測される。
Further, more preferably, the porosity of the Li storage layer is 78% or more and 86% or less. Not only can it suppress the dendrite growth of metallic lithium, but it can also reversibly dissolve the metal deposited in the Li occlusion layer. The reason is presumed as follows. When the void ratio of the Li storage layer is 86% or more, there are many voids for precipitating metallic lithium, so that metallic lithium is dispersed and precipitated in the voids of the Li storage layer, and the growth of dendrite in the positive electrode active material layer can be suppressed. .. However, since the contact points between the metallic lithium and the solid electrolyte acting as a lithium ion conduction path are reduced by the voids, it becomes difficult for the metallic lithium deposited in the voids during charging to dissolve during discharge.
It is presumed that the reversible capacity of the battery will decrease.

これに対して、Li吸蔵層の空隙率が78%以上86%以下であることによって、デン
ドライトが正極活物質層側まで成長することを抑制できる。また、Li吸蔵層の空隙率が
86%以上の場合に比べて、可逆的に析出・溶解させることができる金属リチウムが増加
し、電池の可逆容量を増加させることができると推測される。このように実施形態におい
ては、デンドライト成長の抑制と電池の可逆容量の増加を両立させることができる。
以下、リチウム固体電池に関して、構成ごとに説明する。
On the other hand, when the porosity of the Li storage layer is 78% or more and 86% or less, it is possible to suppress the growth of dendrites to the positive electrode active material layer side. Further, it is presumed that the amount of metallic lithium that can be reversibly precipitated and dissolved increases and the reversible capacity of the battery can be increased as compared with the case where the void ratio of the Li storage layer is 86% or more. As described above, in the embodiment, it is possible to suppress the growth of dendrites and increase the reversible capacity of the battery at the same time.
Hereinafter, the lithium solid-state battery will be described for each configuration.

(1) 負極集電体
負極集電体の材料は、Liと合金化しない材料であることが好ましく、例えばSUS、
銅、ニッケル等を挙げることができる。負極集電体の形態としては、例えば、箔状、板状
等を挙げることができる。負極集電体の平面視形状は、特に限定されるものではないが、
例えば、円状、楕円状、矩形状、任意の多角形状等を挙げることができる。また、負極集
電体の厚さは、形状によって異なるものであるが、例えば1μm〜50μmの範囲内であ
り、5μm〜20μmの範囲内であることが好ましい。
(1) Negative electrode current collector The material of the negative electrode current collector is preferably a material that does not alloy with Li, for example, SUS.
Copper, nickel and the like can be mentioned. Examples of the form of the negative electrode current collector include a foil shape and a plate shape. The plan-view shape of the negative electrode current collector is not particularly limited, but
For example, a circular shape, an elliptical shape, a rectangular shape, an arbitrary polygonal shape, or the like can be mentioned. The thickness of the negative electrode current collector varies depending on the shape, but is preferably in the range of, for example, 1 μm to 50 μm, and preferably in the range of 5 μm to 20 μm.

(2)Li吸蔵層
Li吸蔵層は、炭素材料もしくは、炭素材料と固体電解質から構成される混合体である。
また、本開示において、下記で述べる算出方法によって求められるLi吸蔵層の空隙率は、
通常、60%以上、100%未満であることが好ましく、78%以上、86%以下である
ことがより好ましい。具体的には、後述する実施例に記載する方法を用いることによって、
Li吸蔵層の空隙率を求めることができる。
(2) Li storage layer The Li storage layer is a carbon material or a mixture composed of a carbon material and a solid electrolyte.
Further, in the present disclosure, the porosity of the Li storage layer obtained by the calculation method described below is determined.
Usually, it is preferably 60% or more and less than 100%, and more preferably 78% or more and 86% or less. Specifically, by using the method described in Examples described later,
The porosity of the Li storage layer can be determined.

(2−1)炭素材料
炭素材料としては、例えば、ケッチェンブラック(KB)、気相成長カーボンファイバ
(VGCF)、アセチレンブラック(AB)、活性炭、ファーネスブラック、カーボンナ
ノチューブ(CNT)、グラフェン等を挙げることができる。用いる炭素材料としては、
ケッチェンブラック(KB)が好ましい。ケッチェンブラックの場合、層間にリチウムイ
オンが挿入されにくいため、金属リチウムの析出・溶解電位よりも貴な電位で充放電が進
行しにくく、電池のエネルギー密度向上のために好ましい。
(2-1) Carbon material Examples of the carbon material include Ketjen black (KB), vapor-grown carbon fiber (VGCF), acetylene black (AB), activated carbon, furnace black, carbon nanotube (CNT), graphene and the like. Can be mentioned. The carbon material used is
Ketjen Black (KB) is preferred. In the case of Ketjen Black, since lithium ions are less likely to be inserted between layers, charging / discharging is less likely to proceed at a potential noble than the precipitation / dissolution potential of metallic lithium, which is preferable for improving the energy density of the battery.

炭素材料の平均粒径(D50)は、例えば10nm〜10μmの範囲内であることが好ま
しく、15nm〜5μmの範囲内であることがより好ましい。なお、平均粒径は、レーザ
ー回折式の粒度分布計により算出された値、またはSEM等の電子顕微鏡を用いた画像解
析に基づいて測定された値を用いることができる。
The average particle size (D 50 ) of the carbon material is preferably in the range of, for example, 10 nm to 10 μm, and more preferably in the range of 15 nm to 5 μm. As the average particle size, a value calculated by a laser diffraction type particle size distribution meter or a value measured based on image analysis using an electron microscope such as SEM can be used.

(2−2)固体電解質
Li吸蔵層中の固体電解質は、全固体リチウムイオン電池に使用できるものであれば、
特に制限はないが、例えば、硫化物固体電解質、酸化物固体電解質等の無機固体電解質が
挙げられる。硫化物固体電解質としては、例えば、LiS−P、LiS−P
−LiI、LiS−P−LiI−LiBr、LiS−P−LiO、Li
−P−LiO−LiI、LiS−SiS、LiS−SiS−LiI、Li
−SiS−LiBr、LiS−SiS−LiCl、LiS−SiS−B−Li
I、LiS−SiS−P−LiI、LiS−B、LiS−P−Z
(ただし、m、nは正の数。Zは、Ge、Zn、Gaのいずれか。)、LiS−GeS
、LiS−SiS−LiPO、LiS−SiS−LiMO(ただし、x、y
は正の数。Mは、P、Si、Ge、B、Al、Ga、Inのいずれか。)等が挙げられる。
また、酸化物固体電解質としては、例えば、LiO−B−P、LiO−Si
、LiLaTa12、LiLaZr12、LiBaLaTa12、Li
PO(4−3/2w)(w<1)、Li3.6Si0.60.4等が挙げられる。なお、上
記「LiS−P」の記載は、LiSおよびPを含む原料組成物を用いてなる
硫化物固体電解質を意味し、他の記載についても同様である。
(2-2) Solid electrolyte If the solid electrolyte in the Li storage layer can be used for an all-solid-state lithium-ion battery,
The present invention is not particularly limited, and examples thereof include inorganic solid electrolytes such as sulfide solid electrolytes and oxide solid electrolytes. Examples of the sulfide solid electrolyte include Li 2 SP 2 S 5 and Li 2 SP 2 S 5.
-LiI, Li 2 S-P 2 S 5 -LiI-LiBr, Li 2 S-P 2 S 5 -Li 2 O, Li 2 S
-P 2 S 5 -Li 2 O-LiI, Li 2 S-SiS 2 , Li 2 S-SiS 2 -Li I, Li 2 S
-SiS 2- LiBr, Li 2 S-SiS 2- LiCl, Li 2 S-SiS 2- B 2 S 3-Li
I, Li 2 S-SiS 2 -P 2 S 5 -LiI, Li 2 S-B 2 S 3, Li 2 S-P 2 S 5 -Z m S
n (where m and n are positive numbers. Z is any of Ge, Zn and Ga.), Li 2 S-GeS
2 , Li 2 S-SiS 2 -Li 3 PO 4 , Li 2 S-SiS 2 -Li x MO y (however, x, y
Is a positive number. M is any of P, Si, Ge, B, Al, Ga, and In. ) Etc. can be mentioned.
Examples of the oxide solid electrolyte include Li 2 O-B 2 O 3- P 2 O 3 and Li 2 O-Si.
O 2 , Li 5 La 3 Ta 2 O 12 , Li 7 La 3 Zr 2 O 12 , Li 6 BaLa 2 Ta 2 O 12 , Li
Examples thereof include 3 PO (4-3 / 2w) N w (w <1), Li 3.6 Si 0.6 P 0.4 O 4. The above description of "Li 2 SP 2 S 5 " means a sulfide solid electrolyte made by using a raw material composition containing Li 2 S and P 2 S 5, and the same applies to other descriptions. ..

特に、硫化物固体電解質は、Li、A(Aは、P、Si、Ge、AlおよびBの少なく
とも一種である)、およびSを含有するイオン伝導体を備えることが好ましい。さらに、
上記イオン伝導体は、オルト組成のアニオン構造(PS 3−構造、SiS 4−構造、Ge
4−構造、AlS 3−構造、BS 3−構造)をアニオンの主成分として有することが好
ましい。化学安定性の高い硫化物固体電解質とすることができるからである。オルト組成
のアニオン構造の割合は、イオン伝導体における全アニオン構造に対して、70mol%
以上であることが好ましく、90mol%以上であることがより好ましい。オルト組成の
アニオン構造の割合は、ラマン分光法、NMR、XPS等により決定することができる。
In particular, the sulfide solid electrolyte preferably comprises an ionic conductor containing Li, A (A is at least one of P, Si, Ge, Al and B), and S. Moreover,
The ion conductor is an anion structure (PS 4 3- structure ortho-composition, SiS 4 4-structure, Ge
It is preferable to have S 4 4- structure, AlS 3 3- structure, BS 3 3- structure) as the main component of the anion. This is because it can be a sulfide solid electrolyte having high chemical stability. The ratio of the anion structure of the ortho composition is 70 mol% with respect to the total anion structure in the ionic conductor.
It is preferably 90 mol% or more, and more preferably 90 mol% or more. The proportion of anionic structure in the ortho composition can be determined by Raman spectroscopy, NMR, XPS and the like.

硫化物固体電解質は、上記イオン伝導体に加えて、ハロゲン化リチウムを含有していて
も良い。ハロゲン化リチウムとしては、例えば、LiF、LiCl、LiBrおよびLi
Iを挙げることができ、中でも、LiCl、LiBrおよびLiIが好ましい。硫化物固
体電解質におけるLiX(X=I、Cl、Br)の割合は、例えば、5mol%〜30m
ol%の範囲内であり、15mol%〜25mol%の範囲内であっても良い。
The sulfide solid electrolyte may contain lithium halide in addition to the above-mentioned ionic conductor. Examples of lithium halide include LiF, LiCl, LiBr and Li.
I can be mentioned, and among them, LiCl, LiBr and LiI are preferable. The ratio of LiX (X = I, Cl, Br) in the sulfide solid electrolyte is, for example, 5 mol% to 30 m.
It is in the range of ol%, and may be in the range of 15 mol% to 25 mol%.

固体電解質は、結晶性材料であっても良く、非晶質材料であっても良い。また、固体電
解質は、ガラスであっても良く、結晶化ガラス(ガラスセラミックス)であっても良い。
固体電解質の形状としては、例えば粒子状が挙げられる。
The solid electrolyte may be a crystalline material or an amorphous material. Further, the solid electrolyte may be glass or crystallized glass (glass ceramics).
Examples of the shape of the solid electrolyte include particulate matter.

固体電解質の平均粒径(D50)は、例えば50nm〜10μmの範囲内であることが好
ましく、100nm〜5μmの範囲内であることが好ましい。なお、平均粒径は、レーザ
ー回折式の粒度分布計により算出された値、またはSEM等の電子顕微鏡を用いた画像解
析に基づいて測定された値を用いることができる。
The average particle size (D 50 ) of the solid electrolyte is preferably in the range of, for example, 50 nm to 10 μm, and preferably in the range of 100 nm to 5 μm. As the average particle size, a value calculated by a laser diffraction type particle size distribution meter or a value measured based on image analysis using an electron microscope such as SEM can be used.

Li吸蔵層中の炭素材料と固体電解質の比率は、これら2種類の材料の重量比に関して、
炭素材料:固体電解質=1:1〜10:0であることが好ましく、炭素材料:固体電解質
=2:1〜10:0であることがより好ましい。
The ratio of carbon material to solid electrolyte in the Li storage layer is the weight ratio of these two materials.
The carbon material: solid electrolyte = 1: 1 to 10: 0 is preferable, and the carbon material: solid electrolyte = 2: 1 to 10: 0 is more preferable.

炭素材料と固体電解質から構成される混合体を作製する方法としては、例えば、乳鉢と
乳棒を用いた手混ぜ混合や、ホモジナイザー、メカニカルミリング等を挙げることができ
る。メカニカルミリングは、乾式メカニカルミリングであっても良く、湿式メカニカルミ
リングであっても良い。
Examples of the method for producing a mixture composed of a carbon material and a solid electrolyte include manual mixing using a mortar and a pestle, a homogenizer, and mechanical milling. The mechanical milling may be a dry mechanical milling or a wet mechanical milling.

メカニカルミリングは、炭素材料と固体電解質を、機械的エネルギーを付与しながら混
合する方法であれば特に限定されるものではないが、例えばボールミル、振動ミル、ター
ボミル、メカノフュージョン、ディスクミル等を挙げることができ、中でもボールミルが
好ましく、特に遊星型ボールミルが好ましい。
Mechanical milling is not particularly limited as long as it is a method of mixing a carbon material and a solid electrolyte while applying mechanical energy, and examples thereof include a ball mill, a vibration mill, a turbo mill, a mechanofusion, and a disc mill. Of these, ball mills are preferable, and planetary ball mills are particularly preferable.

ホモジナイザーを用いて混合体を作製する際に用いられる液体としては、硫化水素が発
生しない程度の非プロトン性を有していることが好ましく、具体的には、極性の非プロト
ン性液体、無極性の非プロトン性液体等の非プロトン性液体を挙げることができる。
The liquid used when preparing the mixture using the homogenizer preferably has an aprotic property that does not generate hydrogen sulfide. Specifically, a polar aprotic liquid or a non-polar liquid. An aprotic liquid such as the aprotic liquid of the above can be mentioned.

本開示におけるLi吸蔵層は、下記で述べる算出方法によって求められるLi吸蔵層の
空隙率が上述した範囲内にあることを特徴とする。
The Li storage layer in the present disclosure is characterized in that the porosity of the Li storage layer obtained by the calculation method described below is within the above range.

(3) 固体電解質層
固体電解質層は、正極活物質層および負極集電体の間に形成される層である。また、固
体電解質層は、固体電解質を少なくとも含有し、必要に応じて、結着材をさらに含有して
いても良い。固体電解質層に用いられる固体電解質については、上記「(2−2)固体電
解質」に記載した内容と同様であるので、ここでの記載は省略する。なお固体電解質層に
用いられる固体電解質は、Li吸蔵層と同じ固体電解質を用いても良く、Li吸蔵層とは
異なる固体電解質を用いても良い。
(3) Solid Electrolyte Layer The solid electrolyte layer is a layer formed between the positive electrode active material layer and the negative electrode current collector. Further, the solid electrolyte layer may contain at least a solid electrolyte, and may further contain a binder, if necessary. The solid electrolyte used in the solid electrolyte layer is the same as that described in "(2-2) Solid electrolyte" above, and thus the description thereof is omitted here. As the solid electrolyte used for the solid electrolyte layer, the same solid electrolyte as the Li storage layer may be used, or a solid electrolyte different from the Li storage layer may be used.

固体電解質層における固体電解質の含有量は、例えば、10重量%〜100重量%の範
囲内であり、50重量%〜100重量%の範囲内であっても良い。また、固体電解質層の
厚さは、例えば、0.1μm〜1mmの範囲内であり、0.1μm〜700μmの範囲内
であっても良い。
The content of the solid electrolyte in the solid electrolyte layer is, for example, in the range of 10% by weight to 100% by weight, and may be in the range of 50% by weight to 100% by weight. The thickness of the solid electrolyte layer is, for example, in the range of 0.1 μm to 1 mm, and may be in the range of 0.1 μm to 700 μm.

(4) 正極活物質層
正極活物質層は、少なくとも正極活物質を含有する層であり、必要に応じて、固体電解
質、導電化材および結着材の少なくとも一つを含有していても良い。正極活物質は、通常、
Liを含有する。正極活物質としては、例えば酸化物活物質を挙げることができ、具体的
には、LiCoO、LiMnO、LiNiO、LiVO、LiNi1/3Co1/3Mn
1/3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
ビン型活物質等を挙げることができる。また、LiFeSiO、LiMnSiO
のSi含有酸化物を正極活物質として用いても良く、LiSや多硫化リチウム等の硫化
物を正極活物質として用いても良い。正極活物質の平均粒径(D50)は、例えば10nm
〜50μmの範囲内であることが好ましく、100nm〜30μmの範囲内であることが
より好ましく、1μm〜20μmの範囲内であることがさらに好ましい。なお、平均粒径
は、レーザー回折式の粒度分布計により算出された値、またはSEM等の電子顕微鏡を用
いた画像解析に基づいて測定された値を用いることができる。
(4) Positive Electrode Active Material Layer The positive electrode active material layer is a layer containing at least a positive electrode active material, and may contain at least one of a solid electrolyte, a conductive material, and a binder, if necessary. .. Positive electrode active material is usually
Contains Li. Examples of the positive electrode active material include an oxide active material, and specifically, LiCoO 2 , LiMnO 2 , LiNiO 2 , LiVO 2 , LiNi 1/3 Co 1/3 Mn.
Rock salt layered active material such as 1/3 O 2 , spinel type active material such as LiMn 2 O 4 , Li (Ni 0.5 Mn 1.5 ) O 4 , LiFePO 4 , LiMnPO 4 , LiNiPO 4 , LiCuPO 4, etc. Olivin type active material and the like can be mentioned. Further, may be used Li 2 FeSiO 4, Li 2 MnSiO Si -containing oxide such as 4 as the positive electrode active material, it may be used Li 2 S and polysulfides sulfides such as lithium as the positive electrode active material. The average particle size (D 50 ) of the positive electrode active material is, for example, 10 nm.
It is preferably in the range of ~ 50 μm, more preferably in the range of 100 nm to 30 μm, and even more preferably in the range of 1 μm to 20 μm. As the average particle size, a value calculated by a laser diffraction type particle size distribution meter or a value measured based on image analysis using an electron microscope such as SEM can be used.

また、正極活物質の表面には、Liイオン伝導性酸化物を含有するコート層が形成され
ていても良い。正極活物質と、固体電解質(との反応を抑制できるからである。Liイオ
ン伝導性酸化物としては、例えば、LiNbO、LiTi12、LiPOが挙げら
れる。コート層の厚さは、例えば、0.1nm〜100nmの範囲内であり、1nm〜2
0nmの範囲内であっても良い。正極活物質表面におけるコート層の被覆率は、例えば、
50%以上であり、80%以上であっても良い。
Further, a coat layer containing a Li ion conductive oxide may be formed on the surface of the positive electrode active material. This is because the reaction between the positive electrode active material and the solid electrolyte (because it can be suppressed. Examples of the Li ion conductive oxide include LiNbO 3 , Li 4 Ti 5 O 12 , and Li 3 PO 4 of the coat layer. The thickness is, for example, in the range of 0.1 nm to 100 nm and 1 nm to 2
It may be in the range of 0 nm. The coverage of the coat layer on the surface of the positive electrode active material is, for example,
It is 50% or more, and may be 80% or more.

正極活物質層は、さらに固体電解質を含有していても良い。固体電解質の種類は特に限
定されるものではないが、例えば、硫化物固体電解質を挙げることができる。硫化物固体
電解質としては、上述した硫化物固体電解質と同様の材料を用いることができる。
The positive electrode active material layer may further contain a solid electrolyte. The type of the solid electrolyte is not particularly limited, and examples thereof include a sulfide solid electrolyte. As the sulfide solid electrolyte, the same material as the sulfide solid electrolyte described above can be used.

正極活物質層は、さらに導電化材を含有していても良い。導電化材の添加により、正極
活物質層の導電性を向上させることができる。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を挙げることができる。また、正極活
物質層は、結着材を含有していても良い。結着材の種類としては、例えば、ブチレンゴム
(BR)、スチレンブタジエンゴム(SBR)等のゴム系結着材、ポリフッ化ビニリデン
(PVDF)等のフッ化物系結着材等を挙げることができる。また、正極活物質層の厚さ
は、例えば0.1μm〜1000μmの範囲内であることが好ましい。
The positive electrode active material layer may further contain a conductive material. By adding the conductive material, the conductivity of the positive electrode active material layer can be improved. Examples of the conductive material include acetylene black, ketjen black, carbon fiber and the like. Further, the positive electrode active material layer may contain a binder. Examples of the type of binder include rubber-based binders such as butylene rubber (BR) and styrene-butadiene rubber (SBR), and fluoride-based binders such as polyvinylidene fluoride (PVDF). The thickness of the positive electrode active material layer is preferably in the range of, for example, 0.1 μm to 1000 μm.

(5) 正極集電体
リチウム固体電池は、通常、正極活物質層の集電を行う正極集電体を有する。正極集電
体の材料としては、例えばSUS、アルミニウム、ニッケル、鉄、チタンおよびカーボン
等を挙げることができる。正極集電体の厚さや形状等については、電池の用途等に応じて
適宜選択することが好ましい。
(5) Positive Electrode Current Collector A lithium solid-state battery usually has a positive electrode current collector that collects electricity from the positive electrode active material layer. Examples of the material of the positive electrode current collector include SUS, aluminum, nickel, iron, titanium and carbon. It is preferable to appropriately select the thickness and shape of the positive electrode current collector according to the application of the battery and the like.

(6)その他の構成
本開示においては、組み立て時にLi吸蔵層と負極集電体の間に負極活物質層を設けた
リチウム固体電池、または、組み立て時にLi吸蔵層と負極集電体の間に負極活物質層を
設けず、その後充電により、負極活物質として金属リチウムを析出させたリチウム固体電
池であっても良い。また初回充電後、負極集電体と固体電解質層間に析出した金属リチウ
ムは、負極活物質として用いられる。
(6) Other configurations In the present disclosure, a lithium solid-state battery in which a negative electrode active material layer is provided between the Li storage layer and the negative electrode current collector at the time of assembly, or between the Li storage layer and the negative electrode current collector at the time of assembly. A lithium solid-state battery in which the negative electrode active material layer is not provided and metallic lithium is precipitated as the negative electrode active material by charging thereafter may be used. Further, after the initial charging, the metallic lithium precipitated between the negative electrode current collector and the solid electrolyte layer is used as the negative electrode active material.

(7) リチウム固体電池
実施形態のリチウム固体電池は、負極集電体、固体電解質層、正極活物質層、正極集電
体およびLi吸蔵層を有するものであれば、特に限定されるものではない。また、全固体
電池は、一次電池であっても良く、二次電池であっても良いが、中でも二次電池であるこ
とが好ましい。繰り返し充放電でき、例えば車載用電池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、円筒型および角型が挙げられる。
(7) Lithium solid-state battery The lithium solid-state battery of the embodiment is not particularly limited as long as it has a negative electrode current collector, a solid electrolyte layer, a positive electrode active material layer, a positive electrode current collector, and a Li storage layer. .. Further, the all-solid-state battery may be a primary battery or a secondary battery, but a secondary battery is preferable. This is because it can be charged and discharged repeatedly 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.

また、本開示においては、上記に記載した正極活物質層または固体電解質層とを重ねる
ように配置し、プレスするプレス工程を有する全固体電池の製造方法を提供することもで
きる。プレス圧は特に限定されないが、例えば、1ton/cm以上であり、4ton
/cm以上であっても良い。
Further, in the present disclosure, it is also possible to provide a method for producing an all-solid-state battery having a pressing step of arranging and pressing the positive electrode active material layer or the solid electrolyte layer described above so as to overlap each other. The press pressure is not particularly limited, but is, for example, 1 ton / cm 2 or more and 4 ton.
It may be / cm 2 or more.

なお、比較形態は上述した実施形態の各構成とほぼ同様の内容であるため、個々での記
載は省略する。
Since the comparative form has almost the same contents as each configuration of the above-described embodiment, the description of each is omitted.

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-described 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.

[実施例1]
(硫化物固体電解質の作製)
LiS(ロックウッドリチウム社製)0.550g、P(アルドリッチ社製)0.887g、LiI(アルドリッチ社製)0.285g、及びLiBr(高純度化学研究所製)0.277gを秤量し、これらをメノウ乳鉢で5分間混合した。この混合物に、さらに脱水ヘプタン(関東化学工業社製)4gを加え、遊星型ボールミルを用い40時間メカニカルミリングすることにより、硫化物固体電解質を得た。
[Example 1]
(Preparation of sulfide solid electrolyte)
Li 2 S (manufactured by Rockwood Lithium) 0.550 g, P 2 S 5 (manufactured by Aldrich) 0.887 g, LiI (manufactured by Aldrich) 0.285 g, and LiBr (manufactured by High Purity Chemical Laboratory) 0.277 g Weighed and mixed in an agate mortar for 5 minutes. Further, 4 g of dehydrated heptane (manufactured by Kanto Chemical Industry Co., Ltd.) was added to this mixture, and mechanical milling was performed for 40 hours using a planetary ball mill to obtain a sulfide solid electrolyte.

(正極材の調製)
正極活物質にLiNi1/3Co1/3Mn1/3(日亜化学工業社製)を使用した。この
正極活物質には、予めLiNbOの表面処理が施されている。この正極活物質、導電材
カーボンとしてVGCF(昭和電工社製)および上記硫化物固体電解質を重量比で85.
3:1.3:13.4となるように秤量し、混合したものを正極活物質となる正極材とし
た。
(Preparation of positive electrode material)
LiNi 1/3 Co 1/3 Mn 1/3 O 2 (manufactured by Nichia Corporation) was used as the positive electrode active material. The positive electrode active material is previously subjected to surface treatment of LiNbO 3. As the positive electrode active material, the conductive material carbon, VGCF (manufactured by Showa Denko KK) and the above-mentioned sulfide solid electrolyte were used in a weight ratio of 85.
Weighed so as to have a ratio of 3: 1.3: 13.4, and the mixture was used as a positive electrode material to be a positive electrode active material.

(Li吸蔵層材料の調製)
炭素材料としてケッチェンブラック(ライオン・スペシャリティ・ケミカルズ社製 E
CP600JD:KB、D50=34nm)と、固体電解質(SE)として上記硫化物固体
電解質(D50=0.5μm)を用い、重量比でKB:SE=2:1となるように秤量し、
手混ぜ混合後、ヘプタンを加え、ホモジナイザー(株式会社エスエムテー製、UH−50)
を用い3分間混合したものをLi吸蔵層の材料であるLi吸蔵層材料を得た。
(Preparation of Li storage layer material)
Ketjen Black as a carbon material (manufactured by Lion Specialty Chemicals Co., Ltd. E)
CP600JD: KB, D 50 = 34 nm) and the above-mentioned sulfide solid electrolyte (D 50 = 0.5 μm) as the solid electrolyte (SE) were used, and weighed so that the weight ratio was KB: SE = 2: 1.
After mixing by hand, add heptane and homogenizer (manufactured by SMT Co., Ltd., UH-50).
The Li storage layer material, which is the material of the Li storage layer, was obtained by mixing the mixture for 3 minutes.

(リチウム固体電池の作製)
セラミックス製の型(断面積:1cm、円筒型の容器を使用)に上記硫化物固体電解
質を101.7mg秤量し、1ton/cmでプレスすることにより、固体電解質層を
形成した。固体電解質層の片面に対し、上記正極材31.3 mgを加え、6ton/c
でプレスすることにより正極活物質層を形成した。固体電解質層に対し正極活物質層
とは反対側に上記Li吸蔵層材料を2 mg/cmを加えた。また、正極活物質層側に
正極集電体(アルミ箔)を、負極層側に負極集電体(SUS箔)を、それぞれ配置し、作
製したリチウム固体電池を0.2Nで拘束することによって、実施例1のリチウム固体電
池が得られた。なお、硫化物固体電解質を用いる作業は、いずれも、乾燥Ar雰囲気のグ
ローブボックス中で行った。
(Manufacturing of lithium solid-state battery)
A solid electrolyte layer was formed by weighing 101.7 mg of the sulfide solid electrolyte in a ceramic mold (cross-sectional area: 1 cm 2 , using a cylindrical container) and pressing at 1 ton / cm 2. 31.3 mg of the above positive electrode material was added to one side of the solid electrolyte layer, and 6 ton / c.
A positive electrode active material layer was formed by pressing with m 2. 2 mg / cm 2 of the above Li storage layer material was added to the solid electrolyte layer on the side opposite to the positive electrode active material layer. Further, by arranging a positive electrode current collector (aluminum foil) on the positive electrode active material layer side and a negative electrode current collector (SUS foil) on the negative electrode layer side, and restraining the produced lithium solid-state battery with 0.2N. , The lithium solid-state battery of Example 1 was obtained. All the operations using the sulfide solid electrolyte were performed in a glove box in a dry Ar atmosphere.

[実施例2]
Li吸蔵層に用いられるケッチェンブラック(KB)と、固体電解質(SE)の重量比
をKB:SE=4:1に変更した以外は、実施例1と同様にリチウム固体電池を得た。
[Example 2]
A lithium solid-state battery was obtained in the same manner as in Example 1 except that the weight ratio of Ketjen black (KB) used for the Li storage layer and the solid electrolyte (SE) was changed to KB: SE = 4: 1.

[実施例3]
Li吸蔵層に用いられるケッチェンブラック(KB)と、固体電解質(SE)の重量比
をKB:SE=9:1に変更した以外は、実施例1と同様にリチウム固体電池を得た。
[Example 3]
A lithium solid-state battery was obtained in the same manner as in Example 1 except that the weight ratio of Ketjen black (KB) used for the Li storage layer and the solid electrolyte (SE) was changed to KB: SE = 9: 1.

[実施例4]
Li吸蔵層に用いられるケッチェンブラック(KB)と、固体電解質(SE)の重量比
をKB:SE=10:0に変更した以外は、実施例1と同様にリチウム固体電池を得た。
[Example 4]
A lithium solid-state battery was obtained in the same manner as in Example 1 except that the weight ratio of Ketjen black (KB) used for the Li storage layer and the solid electrolyte (SE) was changed to KB: SE = 10: 0.

[比較例1]
負極集電体と固体電解質層の間にLi吸蔵層を設けなかった以外は、実施例1と同様に
リチウム固体電池を得た。
[Comparative Example 1]
A lithium solid-state battery was obtained in the same manner as in Example 1 except that the Li storage layer was not provided between the negative electrode current collector and the solid electrolyte layer.

[比較例2]
Li吸蔵層に用いられるケッチェンブラック(KB)と、固体電解質(SE)の重量比
をKB:SE=1:2に変更した以外は、実施例1と同様にリチウム固体電池を得た。
[Comparative Example 2]
A lithium solid-state battery was obtained in the same manner as in Example 1 except that the weight ratio of Ketjen black (KB) used for the Li storage layer and the solid electrolyte (SE) was changed to KB: SE = 1: 2.

[評価]
(Li吸蔵層の空隙率の算出方法)
実施例1〜実施例4と、比較例2の各Li吸蔵層は下記で述べる方法によって、Li吸
蔵層の空隙率を算出した。
[evaluation]
(Calculation method of porosity of Li storage layer)
For each of the Li storage layers of Examples 1 to 4 and Comparative Example 2, the porosity of the Li storage layer was calculated by the method described below.

まず、円筒型の容器に負極集電体、硫化物固体電解質を配置し、1ton/cmでプ
レスすることにより、固体電解質層を形成した。固体電解質層の片面に対し、上記正極材
を加え、6ton/cmでプレスすることにより正極活物質層を形成、負極集電体と固
体電解質層の間にLi吸蔵層を有さない状態のリチウム固体電池(セル)を作製した。作
製したリチウム固体電池を0.2Nで拘束後、マイクロメータを用いて、セルを構成する
各集電体、正極活物質層および固体電解質層が積層する積層方向に対するセルの高さ(H
)を測定した。
First, a negative electrode current collector and a sulfide solid electrolyte were placed in a cylindrical container and pressed at 1 ton / cm 2 to form a solid electrolyte layer. The positive electrode material is added to one side of the solid electrolyte layer and pressed at 6 ton / cm 2 to form a positive electrode active material layer, and there is no Li storage layer between the negative electrode current collector and the solid electrolyte layer. A lithium solid-state battery (cell) was manufactured. After restraining the produced lithium solid-state battery with 0.2N, using a micrometer, the height of the cell with respect to the stacking direction in which each current collector, the positive electrode active material layer, and the solid electrolyte layer constituting the cell are laminated (H).
1 ) was measured.

負極集電体と固体電解質層の間に設けるLi吸蔵層のLi吸蔵層材料の重量(w)を秤
量し、負極集電体と固体電解質層の間にLi吸蔵層材料を配置し、4ton/cmでプ
レスすることによりLi吸蔵層を形成。0.2Nでセルを拘束した後に、Li吸蔵層を形
成したセルの、上述したセルの高さの測定方法と同様に、セル高さ(H)をマイクロメ
ータによって測定した。その後、HとHの差(H−H)からLi吸蔵層の上記積層
方向に対する厚み(d)を算出した。
The weight (w) of the Li storage layer material of the Li storage layer provided between the negative electrode current collector and the solid electrolyte layer is weighed, and the Li storage layer material is placed between the negative electrode current collector and the solid electrolyte layer, and 4 ton / A Li occlusion layer is formed by pressing with cm 2. After restraining the cell at 0.2 N, the cell height (H 2 ) of the cell on which the Li storage layer was formed was measured by a micrometer in the same manner as the above-mentioned method for measuring the cell height. Then, the thickness (d) of the Li storage layer with respect to the stacking direction was calculated from the difference between H 2 and H 1 (H 2- H 1).

上述したLi吸蔵層の重量(w)と、Li吸蔵層に用いた炭素材料であるケッチェンブ
ラックの真密度、および用いた固体電解質の真密度から、Li吸蔵層におけるLi吸蔵層
材料の占有体積(V)を算出した。
Based on the weight (w) of the Li storage layer described above, the true density of Ketjenblack, which is a carbon material used for the Li storage layer, and the true density of the solid electrolyte used, the volume occupied by the Li storage layer material in the Li storage layer. (V 1 ) was calculated.

Li吸蔵層の厚み(d)とセルの底面積の積から、Li吸蔵層におけるLi吸蔵層材料
の実際の体積(V)を算出した。VからVを差し引いた体積の値を空間体積(V
−V)を算出し、分母にV、分子にVとした値に対して100を掛け合わせるこ
とによって、Li吸蔵層の空隙率(%)を算出した。
The actual volume (V 2 ) of the Li storage layer material in the Li storage layer was calculated from the product of the thickness (d) of the Li storage layer and the bottom area of the cell. The value of the volume obtained by subtracting V 1 from V 2 is the spatial volume (V 3 =
V 2- V 1 ) was calculated, and the porosity (%) of the Li storage layer was calculated by multiplying the value of V 2 for the denominator and V 3 for the numerator by 100.

表1は実施例および比較例のLi吸蔵層の重量比、空隙率および可逆容量比を示す表で
ある。表1に示すように、実施例1〜実施例4と、比較例2の結果から、ケッチェンブラ
ックの割合が多いほど、Li吸蔵層の空隙率が大きくなることが確認された。
Table 1 is a table showing the weight ratio, porosity and reversible volume ratio of the Li storage layers of Examples and Comparative Examples. As shown in Table 1, from the results of Examples 1 to 4 and Comparative Example 2, it was confirmed that the larger the proportion of Ketjen black, the larger the porosity of the Li occlusion layer.

Figure 0006946836
Figure 0006946836

(充放電測定)
実施例1〜実施例4と、比較例1〜比較例2で得られたリチウム固体電池を用い、予め
60 ℃の恒温槽で3時間放置した後に充放電測定を行った。測定条件は、25℃、電流
密度8.7 mA/cm、一定電流充電し、充電容量が4.35 mAh/cmに到達
すると充電を終了し、10分間電池を休止させた。その後、25℃、電流密度0.435
mA/cm、CC放電し、下限電圧が3.0 Vに到達すると放電を終了した。なお、
充電は負極集電体上でのリチウム析出、放電は負極集電体上でのリチウム溶解に対応し、
本開示のリチウム固体電池は、充電からスタートする。
(Charge / discharge measurement)
Using the lithium solid-state batteries obtained in Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 to 2, the charge / discharge measurement was performed after leaving the batteries in a constant temperature bath at 60 ° C. for 3 hours in advance. The measurement conditions were 25 ° C., current density 8.7 mA / cm 2 , constant current charging, and when the charging capacity reached 4.35 mAh / cm 2 , charging was terminated and the battery was allowed to rest for 10 minutes. Then, at 25 ° C, the current density is 0.435.
The discharge was completed at mA / cm 2 , CC, and when the lower limit voltage reached 3.0 V. note that,
Charging corresponds to lithium precipitation on the negative electrode current collector, and discharging corresponds to lithium dissolution on the negative electrode current collector.
The lithium solid-state battery of the present disclosure starts from charging.

その結果を、図3および図4に示す。電池の可逆容量比は、上記記載の通り、比較例2
の放電容量の値を100とした場合、実施例1−4および比較例1−2の放電容量比(可
逆容量比)の値を示す。なお、図3ではLi吸蔵層の空隙率に対して、上述した可逆容量
比をプロットしており、図5ではケッチェンブラック(KB)に対する固体電解質(SE)
の重量比に対し、可逆容量比をプロットしたグラフである。
The results are shown in FIGS. 3 and 4. The reversible capacity ratio of the battery is as described above in Comparative Example 2.
When the value of the discharge capacity of is 100, the value of the discharge capacity ratio (reversible capacity ratio) of Examples 1-4 and Comparative Example 1-2 is shown. In addition, in FIG. 3, the above-mentioned reversible volume ratio is plotted with respect to the porosity of the Li storage layer, and in FIG. 5, the solid electrolyte (SE) with respect to Ketjen black (KB) is plotted.
It is a graph which plotted the reversible volume ratio with respect to the weight ratio of.

金属リチウムのデンドライト成長に起因する短絡が発生した場合、正極活物質層側で正
極活物質が自己放電を起こしてしまう。そのため、上述した放電時の放電容量、つまり可
逆容量が低下してしまう。図3より、負極集電体と固体電解質層の間にLi吸蔵層を有す
る実施例1〜実施例4は、比較例1よりも可逆容量比が大きかった。このことから、負極
集電体と固体電解質層の間にLi吸蔵層を設けることによって、デンドライトに起因する
短絡が抑制され、正極活物質層側の正極活物質の自己放電が抑制されたことが確認された。
また実施例1〜実施例4は、比較例2よりも可逆容量が大きい値を示した。この結果から、
Li吸蔵層の空隙率が特定の値の範囲内にあることによっても、デンドライトに起因する
短絡を抑制できることも確認された。
When a short circuit occurs due to the dendrite growth of metallic lithium, the positive electrode active material self-discharges on the positive electrode active material layer side. Therefore, the discharge capacity at the time of discharge, that is, the reversible capacity described above is lowered. From FIG. 3, Examples 1 to 4 having a Li storage layer between the negative electrode current collector and the solid electrolyte layer had a larger reversible capacity ratio than Comparative Example 1. From this, it was found that by providing the Li storage layer between the negative electrode current collector and the solid electrolyte layer, the short circuit caused by dendrite was suppressed, and the self-discharge of the positive electrode active material on the positive electrode active material layer side was suppressed. confirmed.
Further, Examples 1 to 4 showed a value having a larger reversible capacity than Comparative Example 2. from this result,
It was also confirmed that the short circuit caused by dendrite can be suppressed by keeping the porosity of the Li occlusal layer within a specific value range.

また図4より、実施例1〜実施例4と比較例2を比較すると、負極集電体と固体電解質
層の間に、ケッチェンブラック(KB)に対する固体電解質(SE)の重量比が特定の値
を有するLi吸蔵層が設けられることによって、デンドライトに起因する短絡が抑制され、
正極活物質層側の正極活物質の自己放電が抑制されたことが確認された。
Further, from FIG. 4, when Example 1 to Example 4 and Comparative Example 2 are compared, the weight ratio of the solid electrolyte (SE) to the Ketjen black (KB) between the negative electrode current collector and the solid electrolyte layer is specific. By providing the Li storage layer having a value, the short circuit caused by the dendrite is suppressed, and the short circuit is suppressed.
It was confirmed that the self-discharge of the positive electrode active material on the positive electrode active material layer side was suppressed.

1 ・・・負極集電体
2 ・・・Li吸蔵層
3 ・・・固体電解質層
4 ・・・正極活物質層
5 ・・・正極集電体
10、11 ・・・リチウム固体電池



1 ... Negative electrode current collector 2 ... Li storage layer 3 ... Solid electrolyte layer 4 ... Positive electrode active material layer 5 ... Positive electrode current collectors 10, 11 ... Lithium solid-state battery



Claims (5)

負極集電体、無機固体電解質層、正極活物質層および正極集電体をこの順で備え、前記負極集電体と前記無機固体電解質層との間にLi吸蔵層を有し、前記Li吸蔵層の空隙率は78%以上86%以下であることを特徴とする、リチウム固体電池。 A negative electrode current collector, an inorganic solid electrolyte layer, a positive electrode active material layer, and a positive electrode current collector are provided in this order, and a Li storage layer is provided between the negative electrode current collector and the inorganic solid electrolyte layer, and the Li storage layer is provided. A lithium solid-state battery characterized in that the void ratio of the layer is 78% or more and 86% or less. 前記負極集電体は、箔状または板状であることを特徴とする請求項1に記載のリチウム固体電池。 The lithium solid-state battery according to claim 1, wherein the negative electrode current collector has a foil shape or a plate shape. 前記Li吸蔵層には、炭素材料が含まれることを特徴とする請求項1または請求項2に記載のリチウム固体電池。 The lithium solid-state battery according to claim 1 or 2 , wherein the Li storage layer contains a carbon material. 前記Li吸蔵層には、無機固体電解質が含まれることを特徴とする請求項1から請求項までのいずれかの請求項に記載のリチウム固体電池。 The lithium solid-state battery according to any one of claims 1 to 3 , wherein the Li storage layer contains an inorganic solid electrolyte. 前記Li吸蔵層には、炭素材料が含まれ、
前記Li吸蔵層には、無機固体電解質が含まれ、
前記Li吸蔵層は、前記炭素材料に対する前記無機固体電解質の重量比が0.5以下であることを特徴とする請求項1または請求項2に記載のリチウム固体電池。
The Li storage layer contains a carbon material and contains
The Li storage layer contains an inorganic solid electrolyte, and the Li storage layer contains an inorganic solid electrolyte.
The lithium solid-state battery according to claim 1 or 2 , wherein the Li storage layer has a weight ratio of the inorganic solid electrolyte to the carbon material of 0.5 or less.
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