JP6954224B2 - Manufacturing method of all-solid-state battery - Google Patents

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Description

本開示は、全固体電池の製造方法に関する。 The present disclosure relates to a method for manufacturing an all-solid-state battery.

全固体電池は、正極層および負極層の間に固体電解質層を有する電池であり、可燃性の有機溶媒を含む電解液を有する液系電池に比べて、安全装置の簡素化が図りやすいという利点を有する。 The all-solid-state battery is a battery having a solid electrolyte layer between the positive electrode layer and the negative electrode layer, and has an advantage that the safety device can be easily simplified as compared with a liquid-based battery having an electrolytic solution containing a flammable organic solvent. Has.

例えば、特許文献1においては、電池前駆体を作製する組み立て工程と、その電池前駆体に対して、環境温度15℃以上、50℃以下の範囲内で最初の充電を行う初回充電工程とを有する固体電解質電池の製造方法が開示されている。また、特許文献2においては、40℃〜60℃の温度環境下で、電池に0.1MPa〜10MPaの拘束圧を付与しながら、定電圧充電を行う定電圧充電工程を有する全固体二次電池の製造方法が開示されている。さらに、特許文献3には、最初の充電において、0.3C以上3.6C以下で3.6Vまで定電流充電を行ったときの充電容量が50mAh/g以上90mAh/g以下である、全固体電池が開示されている。 For example, Patent Document 1 includes an assembly step for producing a battery precursor and an initial charging step for first charging the battery precursor within a range of an environmental temperature of 15 ° C. or higher and 50 ° C. or lower. A method for manufacturing a solid electrolyte battery is disclosed. Further, in Patent Document 2, an all-solid-state secondary battery having a constant voltage charging step of performing constant voltage charging while applying a restraining pressure of 0.1 MPa to 10 MPa to the battery in a temperature environment of 40 ° C. to 60 ° C. The manufacturing method of is disclosed. Further, Patent Document 3 states that, in the first charge, the charge capacity when a constant current charge is performed at 0.3 C or more and 3.6 C or less and up to 3.6 V is 50 mAh / g or more and 90 mAh / g or less. Batteries are disclosed.

一方、全固体電池に関する技術ではないものの、特許文献4においては、合金系負極へのプレドープを低充電レートで行うプレドープ工程と、初回充電をプレドープ時よりも高い充電レートで行う初回充電工程と、を有するリチウムイオン蓄電デバイスの製造方法が開示されている。 On the other hand, although it is not a technique relating to an all-solid-state battery, in Patent Document 4, a pre-doping step of pre-doping an alloy-based negative electrode at a low charging rate and an initial charging step of performing initial charging at a higher charging rate than at the time of pre-doping are described. A method for manufacturing a lithium ion power storage device having the above is disclosed.

特開2002−367676号公報JP-A-2002-376676 特開2016−081790号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2016-081790 特開2014−137868号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2014-137868 特開2012−212629号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2012-212629

Si系負極活物質は理論容量が大きいため、Si系負極活物質を用いた全固体電池は高エネルギー密度化を図りやすい。一方、Si系負極活物質は充放電時の体積変化が大きいため、充放電サイクルによる抵抗増加が生じやすい傾向にある。そのため、充放電サイクルによる抵抗増加を抑制した全固体電池が望まれている。また、製造設備コストの観点から、初期充電時間の短縮が望まれている。 Since the Si-based negative electrode active material has a large theoretical capacity, it is easy to increase the energy density of an all-solid-state battery using the Si-based negative electrode active material. On the other hand, since the volume of the Si-based negative electrode active material changes greatly during charging / discharging, the resistance tends to increase due to the charging / discharging cycle. Therefore, an all-solid-state battery that suppresses an increase in resistance due to a charge / discharge cycle is desired. Further, from the viewpoint of manufacturing equipment cost, it is desired to shorten the initial charging time.

本開示は、上記実情に鑑みてなされたものであり、初期充電時間の短縮を図りつつ、充放電サイクルによる抵抗増加を抑制した全固体電池を得ることが可能な全固体電池の製造方法を提供することを主目的とする。 The present disclosure has been made in view of the above circumstances, and provides a method for manufacturing an all-solid-state battery capable of obtaining an all-solid-state battery in which an increase in resistance due to a charge / discharge cycle is suppressed while shortening the initial charging time. The main purpose is to do.

本開示においては、Si系負極活物質を含有する負極層を有する全固体電池に対して、環境温度30℃以上60℃以下、充電レート1C以上4C未満の条件で初期充電を行う初期充電工程を有する、全固体電池の製造方法を提供する。 In the present disclosure, an initial charging step of performing an initial charge of an all-solid-state battery having a negative electrode layer containing a Si-based negative electrode active material under the conditions of an environmental temperature of 30 ° C. or higher and 60 ° C. or lower and a charging rate of 1C or higher and lower than 4C is performed. Provided is a method for manufacturing an all-solid-state battery.

本開示によれば、所定の環境温度および充電レートで初期充電を行うことで、初期充電時間の短縮を図りつつ、充放電サイクルによる抵抗増加を抑制した全固体電池を得ることできる。 According to the present disclosure, by performing initial charging at a predetermined environmental temperature and charging rate, it is possible to obtain an all-solid-state battery in which an increase in resistance due to a charge / discharge cycle is suppressed while shortening the initial charging time.

本開示においては、初期充電時間の短縮を図りつつ、充放電サイクルによる抵抗増加を抑制した全固体電池を得ることができるという効果を奏する。 In the present disclosure, it is possible to obtain an all-solid-state battery in which an increase in resistance due to a charge / discharge cycle is suppressed while shortening the initial charging time.

本開示の全固体電池の製造方法の一例を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows an example of the manufacturing method of the all-solid-state battery of this disclosure. 本開示における全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 all-solid-state battery in this disclosure. 実施例1〜3および比較例2における抵抗増加率の結果を示すグラフである。It is a graph which shows the result of the resistance increase rate in Examples 1 to 3 and Comparative Example 2. 実施例1〜3および比較例2における初期放電容量の結果を示すグラフである。It is a graph which shows the result of the initial discharge capacity in Examples 1 to 3 and Comparative Example 2. 実施例1、4および比較例3、4における初期抵抗の結果を示すグラフである。It is a graph which shows the result of the initial resistance in Examples 1 and 4 and Comparative Examples 3 and 4.

以下、本開示の全固体電池の製造方法について詳細に説明する。 Hereinafter, the method for manufacturing the all-solid-state battery of the present disclosure will be described in detail.

図1は、本開示の全固体電池の製造方法の一例を示すフローチャートである。まず、Si系負極活物質を含有する負極層を有する全固体電池(初期充電前の全固体電池)を準備する。この全固体電池に対して、所定の環境温度および充電レートで、初期充電を行う(初期充電工程)。これにより、初期充電後の全固体電池が得られる。 FIG. 1 is a flowchart showing an example of the manufacturing method of the all-solid-state battery of the present disclosure. First, an all-solid-state battery (all-solid-state battery before initial charging) having a negative electrode layer containing a Si-based negative electrode active material is prepared. The all-solid-state battery is initially charged at a predetermined environmental temperature and charging rate (initial charging step). As a result, an all-solid-state battery after initial charging can be obtained.

図2は、本開示における全固体電池の一例を示す概略断面図である。図2に示される全固体電池10は、正極層1、固体電解質層3および負極層2をこの順に有する電池である。さらに、全固体電池10は、正極層1の集電を行う正極集電体4と、負極層2の集電を行う負極集電体5と、電池ケース6とを有する。 FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing an example of the all-solid-state battery in the present disclosure. The all-solid-state battery 10 shown in FIG. 2 is a battery having a positive electrode layer 1, a solid electrolyte layer 3, and a negative electrode layer 2 in this order. Further, the all-solid-state battery 10 has a positive electrode current collector 4 that collects electricity from the positive electrode layer 1, a negative electrode current collector 5 that collects electricity from the negative electrode layer 2, and a battery case 6.

本開示によれば、所定の環境温度および充電レートで初期充電を行うことで、初期充電時間の短縮を図りつつ、充放電サイクルによる抵抗増加を抑制した全固体電池を得ることできる。ここで、上述したように、Si系負極活物質を用いた全固体電池は、高エネルギー密度化を図りやすい。一方、Si系負極活物質は、充放電時の体積変化が大きいため、充放電サイクルによる抵抗増加が生じやすい傾向にある。 According to the present disclosure, by performing initial charging at a predetermined environmental temperature and charging rate, it is possible to obtain an all-solid-state battery in which an increase in resistance due to a charge / discharge cycle is suppressed while shortening the initial charging time. Here, as described above, the all-solid-state battery using the Si-based negative electrode active material can easily achieve high energy density. On the other hand, since the volume of the Si-based negative electrode active material changes greatly during charging / discharging, the resistance tends to increase due to the charging / discharging cycle.

そこで、本発明者等が鋭意研究を進めたところ、初期充電の際に、Si系負極活物質に特定のLi吸蔵場を積極的に形成することで、充放電サイクルによる抵抗増加を抑制できるという知見を得た。具体的には、初期充電時にSi系負極活物質がLiと反応し合金を形成するが、その後の放電により、合金化したSi系負極活物質からLiが脱離する。その脱離部分はアモルファス化して残存し、Liと優先的に反応する。そのため、このようなLi吸蔵場を積極的に形成することで、Liと反応する際の応力集中が緩和され、抵抗増加が抑制される。本開示においては、初期充電時の環境温度を従来よりも高くすることで、Li吸蔵場の形成反応を促進でき、充放電サイクルによる抵抗増加を抑制できる。 Therefore, as a result of diligent research conducted by the present inventors, it is said that an increase in resistance due to a charge / discharge cycle can be suppressed by positively forming a specific Li storage field in the Si-based negative electrode active material at the time of initial charging. I got the knowledge. Specifically, the Si-based negative electrode active material reacts with Li to form an alloy during initial charging, but Li is desorbed from the alloyed Si-based negative electrode active material by the subsequent discharge. The desorbed portion is amorphized and remains, and reacts preferentially with Li. Therefore, by positively forming such a Li storage yard, the stress concentration at the time of reacting with Li is relaxed, and the increase in resistance is suppressed. In the present disclosure, by raising the environmental temperature at the time of initial charging higher than before, the formation reaction of the Li storage yard can be promoted, and the increase in resistance due to the charge / discharge cycle can be suppressed.

また、充電レートが低いと、Liイオンの拡散反応ではなく、活物質とLiイオンとの反応が律速となり、Li吸蔵場が均一に形成されやすい。これに対して、充電レートが高いと、活物質とLiイオンとの反応が律速になり、Li吸蔵場が偏って形成されやすい。具体的には、固体電解質層に近い位置に存在するSi系負極活物質のみがLiと反応するため、Li吸蔵場が偏って形成されやすい。その結果、Liと反応する際の応力集中が緩和されにくくなり、充放電サイクルによる抵抗増加が生じやすくなる。これに対して、本開示においては、初期充電時の環境温度を従来よりも高くすることで、Li吸蔵場が偏って形成されることを抑制できる。そのため、高い充電レートで初期充電を行った場合であっても、充放電サイクルによる抵抗増加を抑制した全固体電池を得ることができる。 Further, when the charging rate is low, the reaction between the active material and the Li ion becomes rate-determining instead of the diffusion reaction of the Li ion, and the Li storage yard is likely to be formed uniformly. On the other hand, when the charging rate is high, the reaction between the active material and the Li ion becomes rate-determining, and the Li storage yard is likely to be formed unevenly. Specifically, since only the Si-based negative electrode active material existing at a position close to the solid electrolyte layer reacts with Li, the Li storage yard is likely to be unevenly formed. As a result, the stress concentration at the time of reacting with Li is less likely to be relaxed, and the resistance is likely to increase due to the charge / discharge cycle. On the other hand, in the present disclosure, by raising the environmental temperature at the time of initial charging higher than before, it is possible to suppress the uneven formation of the Li storage yard. Therefore, even when the initial charge is performed at a high charge rate, it is possible to obtain an all-solid-state battery in which the resistance increase due to the charge / discharge cycle is suppressed.

さらに、本開示においては、高い充電レートで初期充電を行うことで、初期充電時間の短縮を図ることできる。例えば、低い充電レートで初期充電を行うと、初期充電の時間が長くなる。その場合、電池生産規模が大きくなるに従い、充放電設備(例えば、電源ユニット数、電池拘束治具数、充放電設備棚数、設置面積)が大規模になり、製造設備コストが急激に増加する。これに対して、本開示においては、高い充電レートで初期充電を行った場合であっても、充放電サイクルによる抵抗増加を抑制した全固体電池を得ることができる。そのため、初期充電時間の短縮を図ることができ、製造設備コストの増加を抑制できる。また、本開示においては、初期充電における環境温度の上限を特定することで、正極活物質の劣化に起因する初期放電容量の低下を抑制できる。 Further, in the present disclosure, the initial charging time can be shortened by performing the initial charging at a high charging rate. For example, if the initial charge is performed at a low charge rate, the initial charge time becomes longer. In that case, as the battery production scale increases, the charge / discharge equipment (for example, the number of power supply units, the number of battery restraint jigs, the number of charge / discharge equipment shelves, the installation area) becomes large, and the manufacturing equipment cost increases sharply. .. On the other hand, in the present disclosure, it is possible to obtain an all-solid-state battery in which an increase in resistance due to a charge / discharge cycle is suppressed even when the initial charge is performed at a high charge rate. Therefore, the initial charging time can be shortened, and an increase in manufacturing equipment cost can be suppressed. Further, in the present disclosure, by specifying the upper limit of the environmental temperature in the initial charge, it is possible to suppress the decrease in the initial discharge capacity due to the deterioration of the positive electrode active material.

本開示の全固体電池の製造方法は、Si系負極活物質を含有する負極層を有する全固体電池に対して、所定の環境温度および充電レートで初期充電を行う初期充電工程を有する。初期充電工程は、全固体電池を活性化する活性化工程として捉えることもできる。また、本開示において、「初期」と「初回」とは明確に区別される。「初期」は「初回」を含む概念であるが、「初回」よりも広い概念である。例えば、初回充電は、文字通り、1回目の充電を意味するが、初期充電は、必ずしも1回目の充電である必要はない。例えば、権利侵害回避を目的として、上記条件に合致しない充放電を数回行った場合であっても、その後、上記条件に合致する充電を行った場合には、その工程が、本開示における初期充電工程に該当する。初期充電は、例えば、1回目以上、10回目以下の充電であることが好ましい。 The method for manufacturing an all-solid-state battery of the present disclosure includes an initial charging step in which an all-solid-state battery having a negative electrode layer containing a Si-based negative electrode active material is initially charged at a predetermined ambient temperature and charging rate. The initial charging process can also be regarded as an activation process that activates the all-solid-state battery. Further, in the present disclosure, "initial" and "first time" are clearly distinguished. "Initial" is a concept that includes "first time", but is a broader concept than "first time". For example, the first charge literally means the first charge, but the initial charge does not necessarily have to be the first charge. For example, even if charging / discharging that does not meet the above conditions is performed several times for the purpose of avoiding infringement of rights, if charging that meets the above conditions is subsequently performed, the step is the initial stage in the present disclosure. Corresponds to the charging process. The initial charge is preferably, for example, the first charge or more and the tenth charge or less.

1.充電条件
本開示においては、所定の環境温度および充電レートで初期充電を行う。初期充電時の環境温度は、通常、30℃以上であり、35℃以上であってもよく、40℃以上であってもよい。初期充電時の環境温度が低すぎると、Li吸蔵場の形成反応が促進されない可能性がある。一方、初期充電時の環境温度は、通常、60℃以下であり、55℃以下であってもよい。初期充電時の環境温度が高すぎると、正極活物質の劣化に起因する初期放電容量の低下が生じる可能性がある。なお、全固体電池は、正確な品質検査をすること等を目的として、通常は、温度および湿度が調整された環境で製造される。そのため、例えば夏季で外気温が高い場合であっても、全固体電池の製造は、より温度が低く調整された環境で製造される。
1. 1. Charging conditions In this disclosure, initial charging is performed at a predetermined environmental temperature and charging rate. The environmental temperature at the time of initial charging is usually 30 ° C. or higher, may be 35 ° C. or higher, or may be 40 ° C. or higher. If the environmental temperature at the time of initial charging is too low, the formation reaction of the Li storage yard may not be promoted. On the other hand, the environmental temperature at the time of initial charging is usually 60 ° C. or lower, and may be 55 ° C. or lower. If the environmental temperature at the time of initial charging is too high, the initial discharge capacity may decrease due to deterioration of the positive electrode active material. The all-solid-state battery is usually manufactured in an environment in which the temperature and humidity are adjusted for the purpose of performing an accurate quality inspection and the like. Therefore, for example, even when the outside air temperature is high in summer, the all-solid-state battery is manufactured in an environment where the temperature is adjusted to be lower.

また、初期充電時の充電レートは、通常、1C以上であり、1.5C以上であってもよく、2C以上であってもよい。充電レートが低すぎると、初期充電時間の短縮を図れない可能性がある。一方、初期充電時の充電レートは、通常、4C未満であり、3.5C以下だってもよく、3C以下であってもよい。充電レートが高すぎると、充放電サイクルによる抵抗増加を抑制できない可能性がある。なお、充電レートとは、電池容量に対する充電電流値の相対的な比率をいう。例えば、定各容量40Ahの電池において、充電レート1Cでの充電とは40Aでの充電を意味する。 Further, the charging rate at the time of initial charging is usually 1C or more, may be 1.5C or more, or may be 2C or more. If the charging rate is too low, it may not be possible to shorten the initial charging time. On the other hand, the charging rate at the time of initial charging is usually less than 4C, may be 3.5C or less, or may be 3C or less. If the charge rate is too high, it may not be possible to suppress the increase in resistance due to the charge / discharge cycle. The charging rate refers to the relative ratio of the charging current value to the battery capacity. For example, in a battery having a constant capacity of 40 Ah, charging at a charging rate of 1 C means charging at 40 A.

初期充電工程においては、所定の高い電池電圧まで充電を行うことが好ましい。初期充電時の電池電圧を高くすることで、Li吸蔵場をより多く形成できる。本開示においては、電池電圧が4.45Vより大きくなるまで初期充電を行うことが好ましく、電池電圧が4.50V以上になるまで初期充電を行うことがより好ましく、電池電圧が4.55V以上になるまで初期充電を行うことがさらに好ましい。初期充電時の電池電圧が高すぎると、正極活物質の劣化に起因する初期放電容量の低下が生じる可能性がある。また、初期充電方法は、特に限定されず、一般的な充放電装置を用いる方法を採用できる。 In the initial charging step, it is preferable to charge the battery to a predetermined high battery voltage. By increasing the battery voltage at the time of initial charging, more Li storage areas can be formed. In the present disclosure, it is preferable to perform the initial charge until the battery voltage becomes larger than 4.45 V, more preferably to perform the initial charge until the battery voltage becomes 4.50 V or more, and the battery voltage becomes 4.55 V or more. It is more preferable to perform the initial charge until it becomes. If the battery voltage at the time of initial charging is too high, the initial discharge capacity may decrease due to deterioration of the positive electrode active material. Further, the initial charging method is not particularly limited, and a method using a general charging / discharging device can be adopted.

2.全固体電池
本開示における全固体電池は、正極層および負極層の間に固体電解質層を有する電池である。さらに、負極層は、Si系負極活物質を少なくとも含有する。全固体電池は、正極層の集電を行う正極集電体と、負極層の集電を行う負極集電体とを有することが好ましい。また、初期充電前の全固体電池は、自ら全固体電池を作製することで準備してもよく、他者から購入することで準備してもよい。
2. All-solid-state battery The all-solid-state battery in the present disclosure is a battery having a solid electrolyte layer between a positive electrode layer and a negative electrode layer. Further, the negative electrode layer contains at least a Si-based negative electrode active material. The all-solid-state battery preferably has a positive electrode current collector that collects electricity from the positive electrode layer and a negative electrode current collector that collects electricity from the negative electrode layer. Further, the all-solid-state battery before the initial charge may be prepared by making the all-solid-state battery by oneself, or may be prepared by purchasing from another person.

(1)負極層
本開示における負極層は、少なくともSi系負極活物質を含有する層である。また、負極層は、必要に応じて、固体電解質、導電助剤およびバインダーの少なくとも一つをさらに含有していてもよい。
(1) Negative electrode layer The negative electrode layer in the present disclosure is a layer containing at least a Si-based negative electrode active material. Further, the negative electrode layer may further contain at least one of a solid electrolyte, a conductive auxiliary agent and a binder, if necessary.

Si系負極活物質は、Si元素を含有し、Liと合金化可能な活物質である。Si系負極活物質としては、例えば、Si単体、Si合金が挙げられる。Si合金は、Si元素を主成分として含有することが好ましい。Si合金中のSi元素の割合は、例えば、50mol%以上であってもよく、70mol%以上であってもよく、90mol%以上であってもよい。 The Si-based negative electrode active material is an active material that contains a Si element and can be alloyed with Li. Examples of the Si-based negative electrode active material include Si simple substance and Si alloy. The Si alloy preferably contains a Si element as a main component. The ratio of the Si element in the Si alloy may be, for example, 50 mol% or more, 70 mol% or more, or 90 mol% or more.

Si系負極活物質の平均粒径(D50)は、特に限定されないが、例えば10nm以上であり、100nm以上であってもよい。一方、Si系負極活物質の平均粒径(D50)は、例えば50μm以下であり、20μm以下であってもよい。 The average particle size (D 50 ) of the Si-based negative electrode active material is not particularly limited, but is, for example, 10 nm or more, and may be 100 nm or more. On the other hand, the average particle size (D 50 ) of the Si-based negative electrode active material is, for example, 50 μm or less, and may be 20 μm or less.

負極層におけるSi系負極活物質の割合は、例えば、20体積%以上であり、30体積%以上であってもよく、40体積%以上であってもよい。一方、Si系負極活物質の割合は、例えば、80体積%以下であり、70体積%以下であってもよく、60体積%以下であってもよい。 The ratio of the Si-based negative electrode active material in the negative electrode layer is, for example, 20% by volume or more, 30% by volume or more, or 40% by volume or more. On the other hand, the ratio of the Si-based negative electrode active material may be, for example, 80% by volume or less, 70% by volume or less, or 60% by volume or less.

上記固体電解質としては、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−LiPO、LiI−P−LiPO、LiS−P−LiI、LiS−P−LiI−LiBr、LiS−P−LiO、LiS−P−LiO−LiI、LiS−P、LiI−LiS−P、LiS−SiS、LiS−SiS−LiI、LiS−SiS−LiI−LiBr、LiS−SiS−LiBr、LiS−SiS−LiCl、LiS−SiS−B−LiI、LiS−SiS−P−LiI、LiS−B、LiS−P−Z(ただし、m、nは正の数。Zは、Ge、Zn、Gaのいずれか。)、LiS−GeS、LiS−SiS−LiPO、LiS−SiS−LiMO(ただし、x、yは正の数。Mは、P、Si、Ge、B、Al、Ga、Inのいずれか。)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。 Examples of the solid electrolyte include inorganic solid electrolytes such as sulfide solid electrolytes and oxide solid electrolytes. The sulfide solid electrolyte, for example, Li 2 S-P 2 S 5, Li 2 S-P 2 S 5 -Li 3 PO 4, LiI-P 2 S 5 -Li 3 PO 4, Li 2 S-P 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- P 2 O 5 , LiI-Li 2 S-P 2 O 5 , Li 2 S-SiS 2 , Li 2 S-SiS 2- LiI, Li 2 S-SiS 2- LiI-LiBr, Li 2 S-SiS 2- LiBr, Li 2 S-SiS 2- LiCl, Li 2 S-SiS 2- B 2 S 3- LiI, Li 2 S-SiS 2- P 2 S 5 -Li I, Li 2 SB 2 S 3 , Li 2 SP 2 S 5- Z m S n (where m and n are positive numbers. Z is any of Ge, Zn, Ga), Li 2 S-GeS 2 , Li 2 S-SiS 2- Li 3 PO 4 , Li 2 S-SiS 2 -Li x MO y (where x, y are positive numbers, M is any of P, Si, Ge, B, Al, Ga, In). Be done. 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. ..

上記導電助剤としては、例えば、炭素材料が挙げられる。炭素材料としては、例えば、アセチレンブラック(AB)、ケッチェンブラック(KB)等の粒子状炭素材料、炭素繊維、カーボンナノチューブ(CNT)、カーボンナノファイバー(CNF)等の繊維状炭素材料が挙げられる。負極層における導電助剤の割合は、特に限定されず、適宜設定することができる。一方、導電助剤の割合を多くすることで、高い充電レートで初期充電を行った場合であっても、Li吸蔵場が偏って形成されることを抑制できる。負極層における導電助剤の割合は、例えば4.2体積%以上であり、4.8体積%以上であってもよく、7.0体積%以上であってもよい。一方、導電助剤の割合は、例えば9.2体積%以下であり、8.1体積%以下であってもよい。 Examples of the conductive auxiliary agent include a carbon material. Examples of the carbon material include particulate carbon materials such as acetylene black (AB) and Ketjen black (KB), and fibrous carbon materials such as carbon fibers, carbon nanotubes (CNT), and carbon nanofibers (CNF). .. The ratio of the conductive auxiliary agent in the negative electrode layer is not particularly limited and can be appropriately set. On the other hand, by increasing the proportion of the conductive auxiliary agent, it is possible to suppress the uneven formation of the Li storage yard even when the initial charge is performed at a high charging rate. The proportion of the conductive auxiliary agent in the negative electrode layer is, for example, 4.2% by volume or more, 4.8% by volume or more, or 7.0% by volume or more. On the other hand, the proportion of the conductive auxiliary agent is, for example, 9.2% by volume or less, and may be 8.1% by volume or less.

上記バインダーとしては、例えば、ブチレンゴム(BR)、スチレンブタジエンゴム(SBR)等のゴム系バインダー、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)等のフッ化物系バインダーが挙げられる。また、負極層の厚さは、例えば1μm以上であり、3μm以上であってもよい。一方、負極層の厚さは、例えば300μm以下であり、100μm以下であってもよい。 Examples of the 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 negative electrode layer is, for example, 1 μm or more, and may be 3 μm or more. On the other hand, the thickness of the negative electrode layer is, for example, 300 μm or less, and may be 100 μm or less.

(2)正極層
本開示における正極層は、少なくとも正極活物質を含有する層である。また、正極層は、必要に応じて、固体電解質、導電助剤およびバインダーの少なくとも一つをさらに含有していてもよい。
(2) Positive Electrode Layer The positive electrode layer in the present disclosure is a layer containing at least a positive electrode active material. Further, the positive electrode layer may further contain at least one of a solid electrolyte, a conductive auxiliary agent and a binder, if necessary.

正極活物質としては、例えば酸化物活物質が挙げられる。酸化物活物質としては、例えば、LiCoO、LiMnO、LiNiO、LiVO、LiNi1/3Co1/3Mn1/3等の岩塩層状型活物質、LiMn、LiTi12、Li(Ni0.5Mn1.5)O等のスピネル型活物質、LiFePO、LiMnPO、LiNiPO、LiCoPO等のオリビン型活物質が挙げられる。また、酸化物活物質として、例えば、Li1+xMn2−x−y(Mは、Al、Mg、Co、Fe、Ni、Znの少なくとも一種であり、0<x+y<2)で表されるLiMnスピネル活物質、チタン酸リチウムを用いてもよい。 Examples of the positive electrode active material include an oxide active material. Examples of the oxide active material include rock salt layered active materials such as LiCoO 2 , LiMnO 2 , LiNiO 2 , LiVO 2 , LiNi 1/3 Co 1/3 Mn 1/3 O 2 , LiMn 2 O 4 , Li 4 Examples thereof include spinel-type active materials such as Ti 5 O 12 and Li (Ni 0.5 Mn 1.5 ) O 4 , and olivine-type active materials such as LiFePO 4 , LiMnPO 4 , LiNiPO 4 , and LiCoPO 4. Further, as an oxide active material, for example, Li 1 + x Mn 2- x-y M y O 4 (M is, Al, Mg, Co, Fe, Ni, at least one of Zn, 0 <x + y < 2) with The represented LiMn spinel active material, lithium titanate, may be used.

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ることが好ましい。正極活物質と固体電解質との副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以上であり、1nm以上であってもよい。一方、コート層の厚さは、例えば100nm以下であり、20nm以下であってもよい。また、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%以上であることが好ましい。 It is preferable that a coat layer containing a Li ion conductive oxide is formed on the surface of the positive electrode active material. This is because the side reaction between the positive electrode active material and the solid electrolyte can be suppressed. Examples of the Li ion conductive oxide include LiNbO 3 , Li 4 Ti 5 O 12 , and Li 3 PO 4 . The thickness of the coat layer is, for example, 0.1 nm or more, and may be 1 nm or more. On the other hand, the thickness of the coat layer is, for example, 100 nm or less, and may be 20 nm or less. The coverage of the coat layer on the surface of the positive electrode active material is, for example, 50% or more, preferably 80% or more.

正極層に用いられる固体電解質、導電助剤およびバインダーについては、上述した負極層における場合と同様である。正極層の厚さは、例えば1μm以上であり、3μm以上であってもよい。一方、正極層の厚さは、例えば300μm以下であり、100μm以下であってもよい。 The solid electrolyte, the conductive auxiliary agent, and the binder used for the positive electrode layer are the same as those for the negative electrode layer described above. The thickness of the positive electrode layer is, for example, 1 μm or more, and may be 3 μm or more. On the other hand, the thickness of the positive electrode layer is, for example, 300 μm or less, and may be 100 μm or less.

(3)固体電解質層
本開示における固体電解質層は、正極層および負極層の間に形成される層である。また、固体電解質層は、少なくとも固体電解質を含有し、必要に応じて、バインダーをさらに含有していてもよい。
(3) Solid Electrolyte Layer The solid electrolyte layer in the present disclosure is a layer formed between a positive electrode layer and a negative electrode layer. In addition, the solid electrolyte layer contains at least a solid electrolyte, and may further contain a binder, if necessary.

固体電解質層に用いられる固体電解質およびバインダーについては、上述した負極層における場合と同様である。また、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%以上であり、50重量%以上であってもよい。一方、固体電解質層における固体電解質の含有量は、100重量%であってもよく、100重量%未満であってもよい。固体電解質層の厚さは、例えば0.1μm以上であり、1μm以上であってもよい。固体電解質層の厚さは、例えば300μm以下であり、100μm以下であってもよい。 The solid electrolyte and the binder used in the solid electrolyte layer are the same as in the case of the negative electrode layer described above. The content of the solid electrolyte in the solid electrolyte layer is, for example, 10% by weight or more, and may be 50% by weight or more. On the other hand, the content of the solid electrolyte in the solid electrolyte layer may be 100% by weight or less than 100% by weight. The thickness of the solid electrolyte layer is, for example, 0.1 μm or more, and may be 1 μm or more. The thickness of the solid electrolyte layer is, for example, 300 μm or less, and may be 100 μm or less.

(4)その他の構成
本開示における全固体電池は、通常、正極層の集電を行う正極集電体、および負極層の集電を行う負極集電体を有する。正極集電体の材料としては、例えば、SUS、アルミニウム、ニッケル、鉄、チタンおよびカーボンが挙げられる。一方、負極集電体の材料としては、例えば、SUS、銅、ニッケルおよびカーボンが挙げられる。なお、正極集電体および負極集電体の厚さ、形状については、電池の用途に応じて適宜選択することが好ましい。また、本開示に用いられる電池ケースには、一般的な電池の電池ケースを用いることができ、例えばSUS製電池ケースが挙げられる。
(4) Other Configuration The all-solid-state battery in the present disclosure usually has a positive electrode current collector that collects electricity in the positive electrode layer and a negative electrode current collector that collects electricity in the negative electrode layer. Examples of the material of the positive electrode current collector include SUS, aluminum, nickel, iron, titanium and carbon. On the other hand, examples of the material of the negative electrode current collector include SUS, copper, nickel and carbon. The thickness and shape of the positive electrode current collector and the negative electrode current collector are preferably selected as appropriate according to the application of the battery. Further, as the battery case used in the present disclosure, a battery case of a general battery can be used, and examples thereof include a battery case made of SUS.

また、本開示における全固体電池は、少なくとも正極層、固体電解質層および負極層に対して、厚さ方向に拘束圧を付与する拘束治具を有していてもよい。拘束圧は、例えば3MPa以上であり、5MPa以上であってもよい。一方、拘束圧は、例えば100MPa以下であり、50MPa以下であってもよく、20MPa以下であってもよい。 Further, the all-solid-state battery in the present disclosure may have a restraining jig that applies a restraining pressure to at least the positive electrode layer, the solid electrolyte layer, and the negative electrode layer in the thickness direction. The restraining pressure is, for example, 3 MPa or more, and may be 5 MPa or more. On the other hand, the restraining pressure is, for example, 100 MPa or less, 50 MPa or less, or 20 MPa or less.

(5)全固体電池
本開示における全固体電池は、初期充電により、Si系負極活物質の一部がアモルファス化する。すなわち、初期充電前後で、Si系負極活物質のアモルファス化率が増加する。アモルファス化率は、例えば、透過型電子顕微鏡(TEM)による観察で求めることができる。
(5) All-solid-state battery In the all-solid-state battery of the present disclosure, a part of the Si-based negative electrode active material is amorphized by initial charging. That is, the amorphization rate of the Si-based negative electrode active material increases before and after the initial charging. The amorphization rate can be determined, for example, by observation with a transmission electron microscope (TEM).

また、本開示における全固体電池は、一次電池であってもよく、二次電池であってもよいが、後者が好ましい。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。なお、二次電池には、二次電池の一次電池的使用(充電後、一度の放電だけを目的とした使用)も含まれる。全固体電池の形状としては、例えば、コイン型、ラミネート型、円筒型および角型が挙げられる。 Further, the all-solid-state battery in the present disclosure may be a primary battery or a secondary battery, but the latter is preferable. This is because it can be charged and discharged repeatedly and is useful as an in-vehicle battery, for example. The secondary battery also includes the use as a primary battery of the secondary battery (use for the purpose of discharging only once after charging). 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、本開示における全固体電池は、正極層、固体電解質層および負極層の発電要素を一つのみ有していてもよく、二以上有していてもよい。後者の場合、複数の発電要素は、並列接続されていてもよく、直列接続されていてもよい。 Further, the all-solid-state battery in the present disclosure may have only one power generation element of the positive electrode layer, the solid electrolyte layer, and the negative electrode layer, or may have two or more power generation elements. In the latter case, the plurality of power generation elements may be connected in parallel or in series.

3.全固体電池システムの製造方法
本開示においては、Si系負極活物質を含有する負極層を有する全固体電池と、上記全固体電池の充放電を制御する制御装置とを有する全固体電池システムの製造方法であって、特定の環境温度および充電レートで初期充電を行う初期充電工程を有する、全固体電池システムの製造方法することができる。
3. 3. Method for manufacturing an all-solid-state battery system In the present disclosure, in the present disclosure, a manufacturing of an all-solid-state battery system having an all-solid-state battery having a negative electrode layer containing a Si-based negative electrode active material and a control device for controlling charging and discharging of the all-solid-state battery. A method of manufacturing an all-solid-state battery system that comprises an initial charging step of performing initial charging at a particular ambient temperature and charging rate.

初期充電工程については、基本的に、上述した内容と同様である。また、初期充電工程では、制御装置により制御される電池電圧によりも高い電圧まで初期充電を行うことが好ましい。制御装置は、電池電圧の上限を制御する機能を少なくとも有する。すなわち、通常使用時の充電によって電池電圧が増加した際に、所定の値になった段階で充電を停止する。電池電圧の上限は、通常、4.35V以下であり、4.30V以下であってもよく、4.25V以下であってもよい。また、制御装置は、電池電圧の下限を制御する機能を有することが好ましい。すなわち、通常使用時の放電によって電池電圧が低下した際に、所定の値になった段階で放電を停止する。電池電圧の下限は、全固体電池システムの用途に応じて適宜設定され、特に限定されないが、例えば2V以上であり、2.5V以上であってもよく、3.0V以上であってもよい。本開示においては、一般的な制御装置を用いることができる。 The initial charging process is basically the same as described above. Further, in the initial charging step, it is preferable to perform initial charging to a voltage higher than the battery voltage controlled by the control device. The control device has at least a function of controlling the upper limit of the battery voltage. That is, when the battery voltage increases due to charging during normal use, charging is stopped when the value reaches a predetermined value. The upper limit of the battery voltage is usually 4.35 V or less, may be 4.30 V or less, or may be 4.25 V or less. Further, the control device preferably has a function of controlling the lower limit of the battery voltage. That is, when the battery voltage drops due to the discharge during normal use, the discharge is stopped when the value reaches a predetermined value. The lower limit of the battery voltage is appropriately set according to the application of the all-solid-state battery system, and is not particularly limited, but may be, for example, 2 V or more, 2.5 V or more, or 3.0 V or more. In the present disclosure, a general control device can be used.

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

[製造例]
(負極層の作製)
ポリプロピレン(PP)製容器に、ヘプタンと、ブチレンゴム(BR)系バインダーを5重量%の割合で含有するヘプタン溶液と、負極活物質(Si)と、硫化物固体電解質(LiIを含むLiS−P系ガラスセラミックス、平均粒径D50=1.5μm)と、導電助剤(VGCF)とを添加し、超音波分散装置(エスエムテー製 UH−50)で30秒間撹拌した。その後、振とう器(柴田科学株式会社制、TTM−1)で30分間振とうした。これにより負極スラリーを得た。得られた負極スラリーを、アプリケーターを使用してブレード法にて負極集電体(Cu箔)上に塗工し、100℃のホットプレート上で30分間乾燥した。以上により、負極層および負極集電体を有する負極積層体を得た。
[Manufacturing example]
(Preparation of negative electrode layer)
Polypropylene (PP) container made, heptane and the heptane solution containing butylene rubber (BR) based binder at a ratio of 5 wt%, and a negative electrode active material (Si), a sulfide solid electrolyte (Li including LiI 2 S- P 2 S 5 based glass ceramics, the average particle diameter D 50 = 1.5 [mu] m), was added conductive auxiliary agent and (VGCF), and stirred for 30 seconds with an ultrasonic dispersing device (manufactured by SMT Ltd. UH-50). After that, it was shaken for 30 minutes with a shaker (Shibata Scientific Technology Co., Ltd., TTM-1). As a result, a negative electrode slurry was obtained. The obtained negative electrode slurry was applied onto a negative electrode current collector (Cu foil) by a blade method using an applicator, and dried on a hot plate at 100 ° C. for 30 minutes. From the above, a negative electrode laminate having a negative electrode layer and a negative electrode current collector was obtained.

(正極層の作製)
ポリプロピレン(PP)製容器に、ヘプタンと、ブチレンゴム(BR)系バインダーを5重量%の割合で含有するヘプタン溶液と、正極活物質(LiNi1/3Co1/3Mn1/3、平均粒径D50=4μm)と、硫化物固体電解質(LiIを含むLiS−P系ガラスセラミックス、平均粒径D50=0.8μm)と、導電助剤(VGCF)とを添加し、超音波分散装置(エスエムテー製 UH−50)で30秒間撹拌した。その後、振とう器(柴田科学株式会社制、TTM−1)で3分間振とうした。さらに、超音波分散装置で30秒間撹拌し、振とう器で3分間振とうした。これにより、正極スラリーを得た。得られた正極スラリーを、アプリケーターを使用してブレード法にて正極集電体(Al箔、昭和電工社製SDX)上に塗工し、100℃のホットプレート上で30分間乾燥した。以上により、正極層および正極集電体を有する正極積層体を得た。
(Preparation of positive electrode layer)
A heptane solution containing heptane and a butylene rubber (BR) -based binder in a proportion of 5% by weight in a polypropylene (PP) container, and a positive electrode active material (LiNi 1/3 Co 1/3 Mn 1/3 O 2) , average. Particle size D 50 = 4 μm), sulfide solid electrolyte (Li 2 SP 2 S 5 glass ceramics containing Li I, average particle size D 50 = 0.8 μm), and a conductive additive (VGCF) are added. Then, the mixture was stirred with an ultrasonic disperser (UH-50 manufactured by SMT) for 30 seconds. After that, it was shaken for 3 minutes with a shaker (Shibata Scientific Technology Co., Ltd., TTM-1). Further, the mixture was stirred with an ultrasonic disperser for 30 seconds and shaken with a shaker for 3 minutes. As a result, a positive electrode slurry was obtained. The obtained positive electrode slurry was applied onto a positive electrode current collector (Al foil, SDX manufactured by Showa Denko KK) by a blade method using an applicator, and dried on a hot plate at 100 ° C. for 30 minutes. From the above, a positive electrode laminate having a positive electrode layer and a positive electrode current collector was obtained.

(固体電解質層の作製)
ポリプロピレン(PP)製容器に、ヘプタンと、ブチレンゴム(BR)系バインダーを5重量%の割合で含有するヘプタン溶液と、硫化物固体電解質(LiIを含むLiS−P系ガラスセラミックス)とを添加し、超音波分散装置(エスエムテー社製UH−50)で30秒間撹拌した。その後、振とう器(柴田科学社製TTM−1)で30分間振とうした。これにより、固体電解質スラリーを得た。得られたスラリーを、アプリケーターを使用してブレード法にて剥離シート(Al箔)上に塗工し、100℃のホットプレート上で30分間乾燥した。以上により、固体電解質層および剥離シートを有する転写部材を得た。同様の方法で、転写部材を合計3つ準備した。
(Preparation of solid electrolyte layer)
A heptane solution containing heptane and a butylene rubber (BR) binder in a proportion of 5% by weight in a polypropylene (PP) container, and a sulfide solid electrolyte (Li 2 SP 2 S 5 glass ceramics containing LiI). Was added, and the mixture was stirred with an ultrasonic disperser (UH-50 manufactured by SMT) for 30 seconds. Then, it was shaken for 30 minutes with a shaker (TTM-1 manufactured by Shibata Scientific Technology Co., Ltd.). As a result, a solid electrolyte slurry was obtained. The obtained slurry was applied onto a release sheet (Al foil) by a blade method using an applicator, and dried on a hot plate at 100 ° C. for 30 minutes. From the above, a transfer member having a solid electrolyte layer and a release sheet was obtained. A total of three transfer members were prepared in the same manner.

(評価用電池の作製)
負極積層体および転写部材を、負極層および固体電解質層が接するように配置した。得られた積層体をロール間ギャップ100μm、送り速度0.5m/minの条件で、ロールプレスを用いて5kN/cmの圧力を印加した。その後、剥離シートを剥がし、第一積層体を得た。次に、正極積層体および転写部材を、正極層および固体電解質層が接するように配置した。得られた積層体をロール間ギャップ100μm、送り速度0.5m/minの条件で、ロールプレスを用いて5kN/cmの圧力を印加した。その後、剥離シートを剥がし、第二積層体を得た。
(Manufacturing of evaluation battery)
The negative electrode laminate and the transfer member were arranged so that the negative electrode layer and the solid electrolyte layer were in contact with each other. A pressure of 5 kN / cm was applied to the obtained laminate using a roll press under the conditions of a gap between rolls of 100 μm and a feed rate of 0.5 m / min. Then, the release sheet was peeled off to obtain a first laminated body. Next, the positive electrode laminate and the transfer member were arranged so that the positive electrode layer and the solid electrolyte layer were in contact with each other. A pressure of 5 kN / cm was applied to the obtained laminate using a roll press under the conditions of a gap between rolls of 100 μm and a feed rate of 0.5 m / min. Then, the release sheet was peeled off to obtain a second laminated body.

第一積層体および第二積層体を円形に打ち抜いた。第一積層体および転写部材を、第一積層体の固体電解質層と、転写部材の固体電解質層とが接するように配置し、転写部材の剥離シートを剥がし、第三積層体を得た。次に、第三積層体および第二積層体を、第三積層体の固体電解質層と、第二積層体の固体電解質層とが接するように配置した。得られた積層体を、温度130℃、圧力200MPaの条件でプレスした。得られた積層体に拘束治具を用いて10MPaの拘束圧を付与し、評価用電池を得た。 The first laminated body and the second laminated body were punched out in a circular shape. The first laminate and the transfer member were arranged so that the solid electrolyte layer of the first laminate and the solid electrolyte layer of the transfer member were in contact with each other, and the release sheet of the transfer member was peeled off to obtain a third laminate. Next, the third laminated body and the second laminated body were arranged so that the solid electrolyte layer of the third laminated body and the solid electrolyte layer of the second laminated body were in contact with each other. The obtained laminate was pressed under the conditions of a temperature of 130 ° C. and a pressure of 200 MPa. A restraining pressure of 10 MPa was applied to the obtained laminate using a restraining jig to obtain an evaluation battery.

[実施例1]
製造例1で得られた評価用電池に対して、以下の条件で充放電を行った。なお、特に断りがない限り、各操作における環境温度は25℃とした。まず、初回充電として、環境温度40℃、0.5時間率(2C)で、4.55Vまで定電流−定電圧充電(終止電流1/100C)を行った。次に、初回放電として、2.5Vまで定電流−定電圧放電を行った。次に、4.35Vまで定電流−定電圧充電を行い、2.5Vまで定電流−定電圧放電を行うことで、初期放電容量を求めた。次に、SOC(state of charge)の調整のため、3.9Vまで定電流−定電圧充電を行い、3.7Vまで定電流−定電圧放電を行った。次に、電流値17.15mA/cmで5秒間放電し、その前後の電圧変化ΔVを電流値で除することで、初期抵抗を求めた。次に、0.5時間率(2C)で4.22Vまで充電した後に3.14Vまで放電を行うサイクルを300回繰り返した。次に、SOC(state of charge)の調整のため、3.9Vまで定電流−定電圧充電を行い、3.7Vまで定電流−定電圧放電を行った。次に、電流値17.15mA/cmで5秒間放電し、その前後の電圧変化ΔVを電流値で除することで、サイクル試験後の抵抗を求めた。初期抵抗に対するサイクル試験後の抵抗の割合を、抵抗増加率とした。
[Example 1]
The evaluation battery obtained in Production Example 1 was charged and discharged under the following conditions. Unless otherwise specified, the environmental temperature in each operation was set to 25 ° C. First, as the initial charging, constant current-constant voltage charging (termination current 1 / 100C) was performed up to 4.55V at an environmental temperature of 40 ° C. and a 0.5 hour rate (2C). Next, as the initial discharge, constant current-constant voltage discharge was performed up to 2.5 V. Next, the initial discharge capacity was obtained by performing constant current-constant voltage charging up to 4.35 V and constant current-constant voltage discharge up to 2.5 V. Next, in order to adjust the SOC (state of charge), constant current-constant voltage charging was performed up to 3.9 V, and constant current-constant voltage discharge was performed up to 3.7 V. Next, the battery was discharged at a current value of 17.15 mA / cm 2 for 5 seconds, and the voltage change ΔV before and after that was divided by the current value to obtain the initial resistance. Next, the cycle of charging to 4.22 V at a 0.5 hour rate (2C) and then discharging to 3.14 V was repeated 300 times. Next, in order to adjust the SOC (state of charge), constant current-constant voltage charging was performed up to 3.9 V, and constant current-constant voltage discharge was performed up to 3.7 V. Next, the battery was discharged at a current value of 17.15 mA / cm 2 for 5 seconds, and the voltage change ΔV before and after that was divided by the current value to obtain the resistance after the cycle test. The ratio of the resistance after the cycle test to the initial resistance was defined as the resistance increase rate.

[実施例2]
初回充電における環境温度を50℃に変更したこと以外は、実施例1と同様にして充放電を行った。
[Example 2]
Charging and discharging were carried out in the same manner as in Example 1 except that the environmental temperature in the initial charging was changed to 50 ° C.

[実施例3]
初回充電における環境温度を60℃に変更したこと以外は、実施例1と同様にして充放電を行った。
[Example 3]
Charging and discharging were carried out in the same manner as in Example 1 except that the environmental temperature in the initial charging was changed to 60 ° C.

[比較例1]
初回充電における環境温度を25℃とし、初回充電における充電レートを10時間率(0.1C)に変更したこと以外は、実施例1と同様にして充放電を行った。
[Comparative Example 1]
Charging and discharging were carried out in the same manner as in Example 1 except that the environmental temperature in the initial charging was set to 25 ° C. and the charging rate in the initial charging was changed to a 10-hour rate (0.1C).

[比較例2]
初回充電における環境温度を25℃に変更したこと以外は、実施例1と同様にして充放電を行った。実施例1〜3および比較例2における抵抗増加率および初期放電容量の結果を、それぞれ図3および図4に示す。なお、図3における抵抗増加率は、比較例1における抵抗増加率を1とした場合の相対値である。また、図4における初期放電容量は、比較例1における初期放電容量を1とした場合の相対値である。
[Comparative Example 2]
Charging and discharging were carried out in the same manner as in Example 1 except that the environmental temperature in the initial charging was changed to 25 ° C. The results of the resistance increase rate and the initial discharge capacity in Examples 1 to 3 and Comparative Example 2 are shown in FIGS. 3 and 4, respectively. The resistance increase rate in FIG. 3 is a relative value when the resistance increase rate in Comparative Example 1 is 1. The initial discharge capacity in FIG. 4 is a relative value when the initial discharge capacity in Comparative Example 1 is 1.

図3に示すように、実施例1〜3では、比較例2に比べて、サイクル試験後の抵抗増加率が低かった。これは、初回充電温度(初回充電時の環境温度)を上げることで、負極層に含まれる固体電解質のLiイオン伝導度が増加し、負極活物質(Si)におけるLi吸蔵場量が増加したためであると推測される。また、実施例1および比較例2の結果から、例えば初回充電温度が30℃である場合でも、サイクル試験後の抵抗増加率が低くなることが示唆された。また、図4に示すように、実施例1〜3の初期放電容量は、比較例2の初期放電容量とほぼ同等であった。なお、実施例1〜3を比べると、初回充電温度が高くなるほど、初期放電容量が若干低下する傾向が見られた。初回充電温度が高すぎると、正極活物質の劣化が生じ、初期放電容量が低下すると推測される。一方、初回充電温度が60℃以下である場合、初期放電容量が低下しにくいことが示唆された。 As shown in FIG. 3, in Examples 1 to 3, the rate of increase in resistance after the cycle test was lower than that in Comparative Example 2. This is because by raising the initial charging temperature (environmental temperature at the time of initial charging), the Li ion conductivity of the solid electrolyte contained in the negative electrode layer increased, and the amount of Li storage in the negative electrode active material (Si) increased. It is presumed that there is. In addition, the results of Example 1 and Comparative Example 2 suggest that the resistance increase rate after the cycle test is low even when the initial charging temperature is, for example, 30 ° C. Further, as shown in FIG. 4, the initial discharge capacities of Examples 1 to 3 were substantially the same as the initial discharge capacities of Comparative Example 2. Comparing Examples 1 to 3, there was a tendency that the initial discharge capacity slightly decreased as the initial charge temperature increased. It is presumed that if the initial charge temperature is too high, the positive electrode active material deteriorates and the initial discharge capacity decreases. On the other hand, it was suggested that the initial discharge capacity is unlikely to decrease when the initial charge temperature is 60 ° C. or lower.

[実施例4]
初回充電における充電レートを0.33時間率(3C)に変更したこと以外は、実施例1と同様にして充放電を行った。
[Example 4]
Charging and discharging were performed in the same manner as in Example 1 except that the charging rate in the initial charging was changed to the 0.33 hour rate (3C).

[比較例3]
初回充電における充電レートを10時間率(0.1C)に変更したこと以外は、実施例1と同様にして充放電を行った。
[Comparative Example 3]
Charging and discharging were performed in the same manner as in Example 1 except that the charging rate in the initial charging was changed to a 10-hour rate (0.1 C).

[比較例4]
初回充電における充電レートを0.25時間率(4C)に変更したこと以外は、実施例1と同様にして充放電を行った。実施例1、4および比較例3、4における初期抵抗の結果を図5に示す。なお、図5における初期抵抗は、比較例1における初期抵抗を1とした場合の相対値である。
[Comparative Example 4]
Charging and discharging were performed in the same manner as in Example 1 except that the charging rate in the initial charging was changed to the 0.25 hour rate (4C). The results of the initial resistance in Examples 1 and 4 and Comparative Examples 3 and 4 are shown in FIG. The initial resistance in FIG. 5 is a relative value when the initial resistance in Comparative Example 1 is 1.

図5に示すように、充電レート高い実施例1、4は、充電レート高い比較例3と同等の初期抵抗が得られた。すなわち、充電レートを増加させても、初期抵抗の増加が抑制された。これは、初回充電温度(初回充電時の環境温度)を上げることで、負極層に含まれる固体電解質のLiイオン伝導度が増加し、高い充電レートであっても、Liイオンの拡散反応が律速になることを抑制できたためであると推測される。また、実施例1および比較例3の結果から、例えば初回充電レートが1Cである場合でも、初期抵抗の増加が抑制されることが示唆された。一方、比較例4では、初期抵抗が大幅に増加した。充電レートが高すぎると、Liイオンの拡散反応が律速になるためであると推測される。そのため、初回充電レートは4C未満であることが好ましいことが確認された。 As shown in FIG. 5, Examples 1 and 4 having a high charge rate obtained initial resistance equivalent to that of Comparative Example 3 having a high charge rate. That is, even if the charging rate was increased, the increase in the initial resistance was suppressed. This is because by raising the initial charge temperature (environmental temperature at the time of initial charge), the Li ion conductivity of the solid electrolyte contained in the negative electrode layer increases, and the diffusion reaction of Li ions is rate-determining even at a high charge rate. It is presumed that this is because it was possible to suppress the situation. Moreover, from the results of Example 1 and Comparative Example 3, it was suggested that the increase in the initial resistance was suppressed even when the initial charge rate was 1C, for example. On the other hand, in Comparative Example 4, the initial resistance increased significantly. It is presumed that if the charging rate is too high, the diffusion reaction of Li ions becomes rate-determining. Therefore, it was confirmed that the initial charge rate is preferably less than 4C.

1 … 正極層
2 … 負極層
3 … 固体電解質層
4 … 正極集電体
5 … 負極集電体
10 … 全固体電池
1 ... Positive electrode layer 2 ... Negative electrode layer 3 ... Solid electrolyte layer 4 ... Positive electrode current collector 5 ... Negative electrode current collector 10 ... All-solid-state battery

Claims (1)

Si系負極活物質を含有する負極層を有する全固体電池に対して、環境温度40℃以上60℃以下、充電レートC以上3C以下の条件で初期充電を行う初期充電工程を有する、全固体電池の製造方法。 An all-solid-state battery having an initial charging step in which an all-solid-state battery having a negative electrode layer containing a Si-based negative electrode active material is initially charged under the conditions of an environmental temperature of 40 ° C. or higher and 60 ° C. or lower and a charging rate of 2 C or higher and 3 C or lower. Battery manufacturing method.
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