JP7119214B2 - All-solid secondary battery and manufacturing method thereof - Google Patents

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Description

本発明は、全固体二次電池及びその製造方法に関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to an all-solid secondary battery and a manufacturing method thereof.

リチウムイオン二次電池は、負極と、正極と、負極と正極との間に挟まれた電解質とを有し、両極間にリチウムイオンを往復移動させることにより充電と放電を可能とした蓄電池である。リチウムイオン二次電池には従来から、電解質として有機電解液が用いられてきた。しかし、有機電解液は液漏れを生じやすく、また、過充電、過放電により電池内部で短絡が生じるおそれもあり、信頼性と安全性の更なる向上が求められている。
このような状況下、有機電解液に代えて、不燃性の無機固体電解質を用いた全固体二次電池の開発が進められている。全固体二次電池は負極、電解質及び正極の全てが固体からなり、有機電解液を用いた電池の課題とされる安全性若しくは信頼性を大きく改善することができ、また長寿命化も可能になるとされる。
A lithium-ion secondary battery has a negative electrode, a positive electrode, and an electrolyte sandwiched between the negative electrode and the positive electrode, and is a storage battery that can be charged and discharged by reciprocating lithium ions between the two electrodes. . Organic electrolytic solutions have been conventionally used as electrolytes in lithium ion secondary batteries. However, organic electrolytes tend to leak, and there is also a risk of short-circuiting inside the battery due to overcharge or overdischarge, and further improvements in reliability and safety are required.
Under such circumstances, the development of all-solid secondary batteries using nonflammable inorganic solid electrolytes instead of organic electrolytes is underway. An all-solid secondary battery consists of a negative electrode, an electrolyte, and a positive electrode, all of which are solid, and can greatly improve safety and reliability, which are problems of batteries using organic electrolytes, and also enable longer life. It is said that

一般に、金属イオンを両極間に往復移動させる二次電池は、通常、不可逆容量を有しており、電池製造後に初めて充電すると、金属イオンの発生源となる金属の量(全固体リチウムイオン二次電池の場合、リチウム量)が目減りして(放電容量の損失に繋がり)、目的とする電池容量を発現しないことがある。
上述の初回充電による金属量の目減り対策の1つとして、負極活物質層又は正極活物質層を形成する活物質とは別に対応する金属イオンを補充する技術が挙げられる。例えば、特許文献1には、非水系電解液を用いたリチウムイオン二次電池において、正極活物質及び特定のリチウム化合物を含む正極前駆体と、負極と、セパレータとからなる積層体に対して、非水系電解液の存在下で、正極前駆体と負極との間に特定の条件で電圧を印加してリチウム化合物を分解することにより、負極にリチウムイオンをプレドープする方法が記載されている。この方法では、リチウムイオンのプレドープに加えて、リチウム化合物の分解により生じた空孔内に非水系電解液を保持させることにより、リチウムイオン二次電池の高負荷充放電サイクル特性を良化できると記載されている。
In general, a secondary battery that reciprocates metal ions between both electrodes usually has an irreversible capacity. In the case of batteries, the amount of lithium) may decrease (leading to loss of discharge capacity), and the desired battery capacity may not be achieved.
As one of the countermeasures against the decrease in the amount of metal due to the above-described first charge, there is a technique of replenishing corresponding metal ions separately from the active material forming the negative electrode active material layer or the positive electrode active material layer. For example, in Patent Document 1, in a lithium ion secondary battery using a non-aqueous electrolytic solution, for a laminate consisting of a positive electrode precursor containing a positive electrode active material and a specific lithium compound, a negative electrode, and a separator, A method for pre-doping lithium ions into the negative electrode by decomposing the lithium compound by applying a voltage under specific conditions between the positive electrode precursor and the negative electrode in the presence of a non-aqueous electrolyte is described. In this method, in addition to the pre-doping of lithium ions, the high-load charge-discharge cycle characteristics of the lithium-ion secondary battery can be improved by retaining the non-aqueous electrolyte in the pores generated by the decomposition of the lithium compound. Have been described.

特許第6251452号公報Japanese Patent No. 6251452

しかし、全固体二次電池においては、電解質も固体であるため、特許文献1のように、固体電解質層を正極活物質層に生じる空孔に保持若しくは充填させることは難しい。半面、金属量の目減り(放電容量の損失量)を補償(カバー)するため金属イオンのプレドープ量を多くすればするほど、エネルギー密度の低下を招くことになる。 However, in an all-solid secondary battery, since the electrolyte is also solid, it is difficult to retain or fill the pores generated in the positive electrode active material layer with the solid electrolyte layer as in Patent Document 1. On the other hand, increasing the pre-doping amount of metal ions in order to compensate (cover) the decrease in the amount of metal (the amount of loss in discharge capacity) leads to a decrease in energy density.

本発明は、高い電池容量だけでなく、高いエネルギー密度をも実現する全固体二次電池及びその製造方法を提供することを課題とする。 An object of the present invention is to provide an all-solid secondary battery that achieves not only high battery capacity but also high energy density, and a method for manufacturing the same.

本発明者らは、負極活物質前駆体を含有する正極活物質層と固体電解質層との積層体を作製し、この積層体を充電した後に正極活物質層を圧縮することにより、電池容量とエネルギー密度についてより高性能な全固体二次電池を製造できることを見出した。本発明はこれらの知見に基づき更に検討を重ね、完成されるに至ったものである。 The present inventors prepared a laminate of a positive electrode active material layer containing a negative electrode active material precursor and a solid electrolyte layer, charged the laminate, and then compressed the positive electrode active material layer, thereby increasing the battery capacity and We have found that an all-solid secondary battery with higher energy density can be produced. The present invention has been completed through further studies based on these findings.

すなわち、上記の課題は以下の手段により解決された。
<1>無機固体電解質を含有する固体電解質層と、固体電解質層の一方の表面に正極活物質層とを有する全固体二次電池の製造方法であって、
正極活物質と負極活物質前駆体とを含有する正極用組成物を用いて、上記固体電解質層の一方の表面に正極活物質層を形成する工程と、
正極活物質層と固体電解質層とを含む積層体を充電する工程と、
充電する工程の後に、少なくとも正極活物質層を加圧して圧縮する工程と、
を有する、全固体二次電池の製造方法。
<2>圧縮する工程において、積層体を10~1000MPaの圧力で加圧する、<1>に記載の全固体二次電池の製造方法。
<3>圧力が、80MPa以上である、<2>に記載の全固体二次電池の製造方法。
<4>充電する工程を、積層体を積層方向に加圧拘束した状態で行う、<1>~<3>のいずれか1つに記載の全固体二次電池の製造方法。
<5>圧縮する工程を、積層体に電圧を印加しないで行う、<1>~<4>のいずれか1つに記載の全固体二次電池の製造方法。
<6>負極活物質前駆体が、アルカリ金属若しくはアルカリ土類金属の、炭酸塩、酸化物及び水酸化物から選択される少なくとも1種の化合物である、<1>~<5>のいずれか1つに記載の全固体二次電池の製造方法。
<7>全固体二次電池が、固体電解質層の他方の表面に負極活物質層を有する、<1>~<6>のいずれか1つに記載の全固体二次電池の製造方法。
<8>充電する工程の前に、ケイ素又はケイ素元素を含有する合金を含有する負極用組成物を用いて、負極活物質層を形成する工程を有する、<7>に記載の全固体二次電池の製造方法。
<9>上記<1>~<8>のいずれか1つに記載の全固体二次電池の製造方法により得られる全固体二次電池。
That is, the above problems have been solved by the following means.
<1> A method for manufacturing an all-solid secondary battery having a solid electrolyte layer containing an inorganic solid electrolyte and a positive electrode active material layer on one surface of the solid electrolyte layer,
forming a positive electrode active material layer on one surface of the solid electrolyte layer using a positive electrode composition containing a positive electrode active material and a negative electrode active material precursor;
charging a laminate including a positive electrode active material layer and a solid electrolyte layer;
A step of compressing at least the positive electrode active material layer after the step of charging;
A method for manufacturing an all-solid secondary battery.
<2> The method for producing an all-solid secondary battery according to <1>, wherein the laminate is pressurized at a pressure of 10 to 1000 MPa in the compressing step.
<3> The method for producing an all-solid secondary battery according to <2>, wherein the pressure is 80 MPa or more.
<4> The method for producing an all-solid secondary battery according to any one of <1> to <3>, wherein the charging step is performed while the laminate is pressed and constrained in the stacking direction.
<5> The method for producing an all-solid secondary battery according to any one of <1> to <4>, wherein the compressing step is performed without applying a voltage to the laminate.
<6> Any one of <1> to <5>, wherein the negative electrode active material precursor is at least one compound selected from carbonates, oxides and hydroxides of alkali metals or alkaline earth metals. 1. The manufacturing method of the all-solid-state secondary battery as described in 1 above.
<7> The method for producing an all-solid secondary battery according to any one of <1> to <6>, wherein the all-solid secondary battery has a negative electrode active material layer on the other surface of the solid electrolyte layer.
<8> The all-solid secondary according to <7>, which has a step of forming a negative electrode active material layer using a negative electrode composition containing silicon or an alloy containing a silicon element before the step of charging. Battery manufacturing method.
<9> An all-solid secondary battery obtained by the method for producing an all-solid secondary battery according to any one of <1> to <8> above.

本発明の全固体二次電池の製造方法によれば、高電池容量及び高エネルギー密度を示す全固体二次電池を製造できる。本発明の全固体二次電池は高電池容量及び高エネルギー密度を示す。
本発明の上記及び他の特徴及び利点は、適宜添付の図面を参照して、下記の記載からより明らかになるであろう。
According to the method for producing an all-solid secondary battery of the present invention, an all-solid secondary battery exhibiting high battery capacity and high energy density can be produced. The all-solid secondary battery of the present invention exhibits high battery capacity and high energy density.
The above and other features and advantages of the present invention will become more apparent from the following description, with appropriate reference to the accompanying drawings.

図1は本発明の全固体二次電池の好ましい実施形態を模式化して示す縦断面図である。FIG. 1 is a longitudinal sectional view schematically showing a preferred embodiment of the all-solid secondary battery of the present invention.

本発明の説明において、「~」を用いて表される数値範囲は、「~」の前後に記載される数値を下限値及び上限値として含む範囲を意味する。 In the description of the present invention, a numerical range represented using "-" means a range including the numerical values described before and after "-" as lower and upper limits.

[全固体二次電池]
まず、本発明の全固体二次電池の製造方法により製造される全固体二次電池(本発明の全固体二次電池ともいう。)について、説明する。
本発明の全固体二次電池は、正極活物質層と、この正極活物質層に対向する負極活物質層と、正極活物質層及び負極活物質層の間の固体電解質層とを有する。本発明の全固体二次電池は、好ましくは、正極活物質層、固体電解質層及び負極活物質層が互いに隣接している。
本発明において、負極活物質層は、特に断らない限り、予め形成した負極活物質層(負極活物質層を予め形成する形態における負極活物質層)に加えて、充電により析出する金属の層(負極活物質層を予め形成しない形態における負極活物質層)を包含する。
本発明において、全固体二次電池を構成する各層は、特定の機能を奏する限り、単層構造であっても複層構造であってもよい。
本発明の全固体二次電池は、上記構成(正極活物質層及び負極活物質層の間に固体電解質層)を有するものであれば、それ以外の構成は特に限定されず、例えば全固体二次電池に関する公知の構成を採用できる。
[All-solid secondary battery]
First, an all-solid secondary battery (also referred to as an all-solid secondary battery of the present invention) produced by the method for producing an all-solid secondary battery of the present invention will be described.
The all-solid secondary battery of the present invention has a positive electrode active material layer, a negative electrode active material layer facing the positive electrode active material layer, and a solid electrolyte layer between the positive electrode active material layer and the negative electrode active material layer. In the all-solid secondary battery of the present invention, the positive electrode active material layer, the solid electrolyte layer and the negative electrode active material layer are preferably adjacent to each other.
In the present invention, unless otherwise specified, the negative electrode active material layer is a layer of metal deposited by charging ( negative electrode active material layer in a form in which the negative electrode active material layer is not formed in advance).
In the present invention, each layer constituting the all-solid secondary battery may have a single layer structure or a multilayer structure as long as it exhibits a specific function.
The all-solid secondary battery of the present invention is not particularly limited to other configurations as long as it has the above-described configuration (solid electrolyte layer between the positive electrode active material layer and the negative electrode active material layer). A known configuration for secondary batteries can be employed.

図1は、全固体二次電池の一実施形態について、電池を構成する各構成層の積層状態を模式化して示す断面図である。本実施形態の全固体二次電池10は、負極側からみて、負極集電体1、負極活物質層2、固体電解質層3、正極活物質層4及び正極集電体5を、この順に積層してなる構造を有しており、隣接する層同士は直に接触している。
このような構造を有する本発明の全固体二次電池の充放電は、金属イオンのプレドープ以外は、通常の全固体二次電池と同様であるが、以下に簡単に説明する。
すなわち、充電時には、負極側に電子(e)が供給され、同時に正極活物質を構成するアルカリ金属又はアルカリ土類金属がイオン化して、固体電解質層3を通過(伝導)して負極側に移動し、アルカリ金属若しくはアルカリ土類金属のイオンが(還元されて)蓄積される。例えばリチウムイオン二次電池であれば、負極にリチウムイオン(Li)が蓄積されることになる。
また、詳細は後述するが、全固体二次電池の製造後に初めて充電すると、正極活物質層中の負極活物質前駆体が(酸化)分解されて、アルカリ金属若しくはアルカリ土類金属のイオン(全固体リチウムイオン二次電池の場合、リチウムイオン)が生成し、このイオンが固体電解質層を通過して負極側に移動し、補充(ドープ)される。このイオンの補充は、全固体二次電池の使用前に行われるので、使用時のイオンの補充と区別して、プレドープともいう。
一方、放電時には、負極に蓄積された金属イオンが正極側に戻され(移動し)、負極で発生した電子が作動部位6に供給され、正極に到達する。図示した全固体二次電池の例では、作動部位6に電球を採用しており、放電によりこれが点灯するようにされている。
FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing the lamination state of each constituent layer constituting the battery in one embodiment of an all-solid secondary battery. The all-solid secondary battery 10 of the present embodiment has a negative electrode current collector 1, a negative electrode active material layer 2, a solid electrolyte layer 3, a positive electrode active material layer 4, and a positive electrode current collector 5, which are laminated in this order when viewed from the negative electrode side. It has a structure in which adjacent layers are in direct contact with each other.
The charging and discharging of the all-solid secondary battery of the present invention having such a structure is the same as that of a normal all-solid secondary battery, except for the pre-doping of metal ions, and will be briefly described below.
That is, during charging, electrons (e ) are supplied to the negative electrode side, and at the same time, the alkali metal or alkaline earth metal constituting the positive electrode active material is ionized, passes (conducts) through the solid electrolyte layer 3, and flows to the negative electrode side. It migrates and accumulates (reduced) ions of alkali metals or alkaline earth metals. For example, in the case of a lithium ion secondary battery, lithium ions (Li + ) are accumulated in the negative electrode.
In addition, although the details will be described later, when the all-solid secondary battery is first charged after manufacturing, the negative electrode active material precursor in the positive electrode active material layer is (oxidized) decomposed, and alkali metal or alkaline earth metal ions (all In the case of a solid lithium ion secondary battery, lithium ions) are generated, and these ions pass through the solid electrolyte layer, move to the negative electrode side, and are replenished (doped). This supplementation of ions is performed before use of the all-solid-state secondary battery, so it is also called pre-doping to distinguish it from supplementation of ions during use.
On the other hand, during discharge, the metal ions accumulated in the negative electrode are returned (moved) to the positive electrode side, and electrons generated at the negative electrode are supplied to the operating portion 6 and reach the positive electrode. In the illustrated example of the all-solid secondary battery, a light bulb is adopted as the operating portion 6, and is designed to be lit by discharging.

本発明の全固体二次電池において、負極活物質層は種々の形態をとることができる。
負極活物質層として採りうる形態としては、例えば、後述する負極活物質を含有する負極活物質層、中でも高い電池容量を示すケイ素材料又はケイ素含有合金を含有する負極活物質層(Si負極ともいう。)、リチウム金属層、更には負極活物質層を有さずに、固体電解質層と負極集電体とが積層される形態(負極活物質層を予め形成しない形態)等が挙げられる。本発明の全固体二次電池は、求められる特性、製造条件等に応じて、負極活物質層の形態を適宜に選択できる。
In the all-solid secondary battery of the present invention, the negative electrode active material layer can take various forms.
Examples of forms that can be taken as the negative electrode active material layer include, for example, a negative electrode active material layer containing a negative electrode active material described later, especially a negative electrode active material layer containing a silicon material or a silicon-containing alloy exhibiting high battery capacity (also referred to as a Si negative electrode). ), a form in which a solid electrolyte layer and a negative electrode current collector are laminated without having a lithium metal layer or a negative electrode active material layer (a form in which a negative electrode active material layer is not formed in advance), and the like. In the all-solid-state secondary battery of the present invention, the form of the negative electrode active material layer can be appropriately selected according to required characteristics, manufacturing conditions, and the like.

負極活物質層を予め形成しない形態の全固体二次電池では、充電時に負極集電体に蓄積した、周期律表第一族に属する金属のイオン(アルカリ金属イオン)又は周期律表第二族に属する金属のイオン(アルカリ土類金属イオン)の一部が電子と結合し、負極活物質(例えば金属)として負極集電体上(固体電解質層との界面、又は固体電解質層中の空隙を含む。)に析出する現象を利用して、負極活物質層を形成する。すなわち、この形態の全固体二次電池は、負極集電体上に析出した金属を負極活物質層として機能させるものである。例えばリチウム金属は、負極活物質として汎用されている黒鉛に比べて10倍以上の理論容量を有するとされている。したがって、負極集電体上にリチウム金属を析出させることによりリチウム金属の層を形成することができ、しかも、負極活物質層を予め形成(積層)しない分だけ厚みをより薄くでき、エネルギー密度が更に向上した全固体二次電池を実現することが可能になる。
このように、負極活物質層を予め形成しない形態の全固体二次電池は、未充電の態様(負極活物質が析出していない態様)と、既充電の態様(負極活物質が析出している態様)との両態様を包含する。なお、本発明において、負極活物質層を予め形成しない形態の全固体二次電池とは、あくまで電池製造における層形成工程において負極活物質層を形成しないことを意味し、上記の通り、負極活物質層は、充電により負極用集電体上に形成されるものである。
In an all-solid-state secondary battery in which a negative electrode active material layer is not formed in advance, metal ions (alkali metal ions) belonging to group 1 of the periodic table or group 2 of the periodic table accumulated in the negative electrode current collector during charging Some of the metal ions (alkaline earth metal ions) belonging to ) is used to form the negative electrode active material layer. That is, the all-solid-state secondary battery of this form causes the metal deposited on the negative electrode current collector to function as a negative electrode active material layer. For example, lithium metal is said to have a theoretical capacity ten times or more that of graphite, which is commonly used as a negative electrode active material. Therefore, a layer of lithium metal can be formed by depositing lithium metal on the negative electrode current collector. It becomes possible to realize a further improved all-solid secondary battery.
Thus, the all-solid-state secondary battery in which the negative electrode active material layer is not formed in advance has an uncharged state (a state in which the negative electrode active material is not deposited) and a charged state (a state in which the negative electrode active material is deposited). It includes both aspects. In the present invention, the all-solid-state secondary battery in which the negative electrode active material layer is not formed in advance means that the negative electrode active material layer is not formed in the layer forming step in battery production. The material layer is formed on the negative electrode current collector by charging.

<固体電解質層>
固体電解質層3は、周期律表第一族若しくは第二族に属する金属のイオンの伝導性を有する無機固体電解質(粒子状である場合、無機固体電解質粒子ともいう。)と、本発明の効果を損なわない範囲で後述する成分とを含有し、通常、正極活物質及び/又は負極活物質を含有しない。
この固体電解質層は、上記イオンの伝導性を示す一方、電子絶縁性を示すセパレータとして機能する層であって、従来の全固体二次電池が備える固体電解質層を特に制限されることなく適用できる。この固体電解質層は、上記無機固体電解質の粒子で形成される。
固体電解質層中の、無機固体電解質等の含有量は、後述する固体電解質組成物の固形分100質量%中の含有量と同じである。
<Solid electrolyte layer>
The solid electrolyte layer 3 includes an inorganic solid electrolyte having ion conductivity of a metal belonging to Group 1 or Group 2 of the periodic table (when in the form of particles, it is also referred to as inorganic solid electrolyte particles), and the effects of the present invention. It contains the components described later within a range that does not impair the , and usually does not contain the positive electrode active material and / or the negative electrode active material.
This solid electrolyte layer is a layer that functions as a separator that exhibits electronic insulation while exhibiting the above-described ionic conductivity, and can be applied without particular limitation to the solid electrolyte layer provided in a conventional all-solid secondary battery. . This solid electrolyte layer is formed of particles of the inorganic solid electrolyte.
The content of the inorganic solid electrolyte and the like in the solid electrolyte layer is the same as the content in 100% by mass of the solid content of the solid electrolyte composition described later.

<正極活物質層>
正極活物質層は、周期律表第一族若しくは第二族に属する金属のイオンの伝導性を有する無機固体電解質と、正極活物質と、本発明の効果を損なわない範囲で後述する成分とを含有する。また、全固体二次電池の初回の未充電状態においては、後述する負極活物質前駆体を含有していることが好ましい態様の1つである。無機固体電解質、正極活物質、負極活物質前駆体等については後述する。
正極活物質層中の、正極活物質、無機固体電解質、負極活物質前駆体等の含有量は、後述する正極用組成物における固形分100質量%中の含有量と同じである。
<Positive electrode active material layer>
The positive electrode active material layer contains an inorganic solid electrolyte having ion conductivity of a metal belonging to Group 1 or Group 2 of the periodic table, a positive electrode active material, and components described later within a range that does not impair the effects of the present invention. contains. In addition, it is one of preferred embodiments that the all-solid secondary battery contains a negative electrode active material precursor, which will be described later, in the initial uncharged state. The inorganic solid electrolyte, positive electrode active material, negative electrode active material precursor, etc. will be described later.
The contents of the positive electrode active material, the inorganic solid electrolyte, the negative electrode active material precursor, and the like in the positive electrode active material layer are the same as the contents of 100% by mass solid content in the positive electrode composition described later.

正極活物質層に負極活物質前駆体を含有させると、全固体二次電池の製造時に活性の高い材料(例えばリチウム金属)を用いることなく、金属元素のイオンを補充(ドープ)することができ、電池容量を向上させることができる。更に、分解反応後の正極活物質層を圧縮する(分解により生じた空隙を圧潰する)ことにより、正極活物質層を薄層化して、全固体二次電池の(体積)エネルギー密度を高めることができる。
負極活物質前駆体を含有する正極活物質層は、上述の、Si負極又は負極活物質層を予め形成しない形態に適用することが好ましい。負極活物質層としてSi負極を採用する場合、ケイ素材料又はケイ素含有合金は不可逆容量が大きく、初回の充電による容量(可動リチウムイオン量)の目減りが大きくなる。また、負極活物質層を予め形成しない形態においても、Si負極と同様に初回の充電による容量の目減りが大きくなる。しかし、Si負極を備えた全固体二次電池及び負極活物質層を予め形成しない形態における全固体二次電池において、正極活物質層に負極活物質前駆体を含有させ、初回の充電時に分解反応させることにより、目減りした金属イオンを補充する(Si負極内に金属イオンを吸蔵させる)ことができる。また、正極活物質層に負極活物質前駆体を含有させると、充電時における金属イオン吸蔵による膨張、若しくは金属析出による膨張(負極活物質層の体積膨張)を、正極活物質層で負極活物質の前駆体の分解反応で発生した空隙によりキャンセルできるため、固体電解質層の破壊を防止でき、デンドライトの正極への到達(短絡の発生)を抑制できる。しかも、空隙を圧潰することにより、エネルギー密度を向上できる。
When the positive electrode active material layer contains the negative electrode active material precursor, ions of a metal element can be replenished (doped) without using a highly active material (for example, lithium metal) when manufacturing an all-solid secondary battery. , the battery capacity can be improved. Furthermore, by compressing the positive electrode active material layer after the decomposition reaction (crushing the voids generated by the decomposition), the positive electrode active material layer is made thinner and the (volume) energy density of the all-solid secondary battery is increased. can be done.
The positive electrode active material layer containing the negative electrode active material precursor is preferably applied to the above-described form in which the Si negative electrode or the negative electrode active material layer is not formed in advance. When a Si negative electrode is employed as the negative electrode active material layer, the silicon material or silicon-containing alloy has a large irreversible capacity, and the capacity (amount of movable lithium ions) is greatly reduced during the first charge. In addition, even in the case where the negative electrode active material layer is not formed in advance, the decrease in capacity due to the first charge is large, as in the case of the Si negative electrode. However, in an all-solid secondary battery having a Si negative electrode and an all-solid secondary battery in which the negative electrode active material layer is not formed in advance, the positive electrode active material layer contains the negative electrode active material precursor, and the decomposition reaction occurs during the first charge. It is possible to replenish the reduced metal ions (metal ions are occluded in the Si negative electrode). In addition, when the positive electrode active material layer contains the negative electrode active material precursor, expansion due to absorption of metal ions during charging or expansion due to metal deposition (volumetric expansion of the negative electrode active material layer) can be absorbed by the negative electrode active material layer. can be canceled by the voids generated by the decomposition reaction of the precursor, the breakage of the solid electrolyte layer can be prevented, and the arrival of dendrites to the positive electrode (occurrence of short circuit) can be suppressed. Moreover, by crushing the voids, the energy density can be improved.

<負極活物質層>
負極活物質層は、上述のように、負極活物質、所望により周期律表第一族若しくは第二族に属する金属のイオンの伝導性を有する無機固体電解質、更には後述する成分を含有する層、リチウム金属層等が採用される。無機固体電解質、負極活物質等については後述する。
負極活物質層を構成しうるリチウム金属層とは、リチウム金属の層を意味し、具体的には、リチウム粉末を堆積又は成形してなる層、リチウム箔及びリチウム蒸着膜等を包含する。
本発明において、負極活物質層は、充放電による体積膨張及び体積収縮が小さい点で、炭素質材料を含む負極活物質層が好ましい。一方、電池容量の点では、負極活物質層を予め形成しない形態が好ましく、高い電池容量を達成できる上、短絡の発生を効果的に防止できる点では、Si負極が好ましい。負極活物質層がSi負極又は負極活物質層を予め形成しない形態であると、初回充電により金属イオンを補充することがき、Si負極及び上記形態の利点を活かしつつも、電池容量及びエネルギー密度の向上を図ることができる。
負極活物質層中の、負極活物質、無機固体電解質等の含有量は、後述する負極用組成物における固形分100質量%中の含有量と同じである。
<Negative electrode active material layer>
As described above, the negative electrode active material layer is a layer containing a negative electrode active material, optionally an inorganic solid electrolyte having ion conductivity of a metal belonging to Group 1 or Group 2 of the periodic table, and further components described later. , a lithium metal layer, or the like. An inorganic solid electrolyte, a negative electrode active material, etc. are mentioned later.
A lithium metal layer that can constitute a negative electrode active material layer means a layer of lithium metal, and specifically includes a layer formed by depositing or molding lithium powder, a lithium foil, a lithium deposition film, and the like.
In the present invention, the negative electrode active material layer is preferably a negative electrode active material layer containing a carbonaceous material in that volume expansion and volume contraction due to charging and discharging are small. On the other hand, from the standpoint of battery capacity, a configuration in which the negative electrode active material layer is not formed in advance is preferable, and a Si negative electrode is preferable from the viewpoint that a high battery capacity can be achieved and the occurrence of a short circuit can be effectively prevented. When the negative electrode active material layer is in a form in which the Si negative electrode or the negative electrode active material layer is not formed in advance, metal ions can be replenished by the initial charge, and the advantages of the Si negative electrode and the above forms are utilized, while the battery capacity and energy density are improved. can be improved.
The contents of the negative electrode active material, the inorganic solid electrolyte, and the like in the negative electrode active material layer are the same as the contents in 100% by mass of the solid content in the negative electrode composition described later.

<負極活物質層、固体電解質層及び正極活物質層の厚さ>
負極活物質層、固体電解質層及び正極活物質層の厚さは、それぞれ、特に限定されない。各層の厚さは、それぞれ、10~1,000μmが好ましく、20μm以上500μm未満がより好ましい。負極活物質層を予め形成しない形態における負極活物質層の厚さは、充電により析出する金属量により変動するので、一義的に決定されない。全固体二次電池においては、正極活物質層、固体電解質層及び負極活物質層の少なくとも1層の厚さが、50μm以上500μm未満であることが更に好ましい。負極活物質層としてリチウム金属層を採用する場合、このリチウム金属層の厚さは、負極活物質層の上記厚さにかかわらず、例えば、0.01~100μmとすることができる。
<Thicknesses of Negative Electrode Active Material Layer, Solid Electrolyte Layer, and Positive Electrode Active Material Layer>
The thicknesses of the negative electrode active material layer, the solid electrolyte layer, and the positive electrode active material layer are not particularly limited. The thickness of each layer is preferably 10 to 1,000 μm, more preferably 20 μm or more and less than 500 μm. The thickness of the negative electrode active material layer in the form in which the negative electrode active material layer is not formed in advance varies depending on the amount of metal deposited by charging, and is not uniquely determined. In the all-solid secondary battery, the thickness of at least one of the positive electrode active material layer, the solid electrolyte layer and the negative electrode active material layer is more preferably 50 μm or more and less than 500 μm. When a lithium metal layer is employed as the negative electrode active material layer, the thickness of this lithium metal layer can be, for example, 0.01 to 100 μm regardless of the thickness of the negative electrode active material layer.

<集電体>
正極集電体5及び負極集電体1は、電子伝導体が好ましい。
本発明において、正極集電体及び負極集電体のいずれか、又は、両方を合わせて、単に、集電体と称することがある。
正極集電体を形成する材料としては、アルミニウム、アルミニウム合金、ステンレス鋼、ニッケル及びチタンなどの他に、アルミニウム又はステンレス鋼の表面にカーボン、ニッケル、チタンあるいは銀を処理させたもの(薄膜を形成したもの)が好ましく、その中でも、アルミニウム及びアルミニウム合金がより好ましい。
負極集電体を形成する材料としては、アルミニウム、銅、銅合金、ステンレス鋼、ニッケル及びチタンなどの他に、アルミニウム、銅、銅合金又はステンレス鋼の表面にカーボン、ニッケル、チタンあるいは銀を処理させたものが好ましく、アルミニウム、銅、銅合金及びステンレス鋼がより好ましい。
<Current collector>
The positive electrode current collector 5 and the negative electrode current collector 1 are preferably electronic conductors.
In the present invention, either one of the positive electrode current collector and the negative electrode current collector, or both of them may simply be referred to as the current collector.
Examples of materials for forming the positive electrode current collector include aluminum, aluminum alloys, stainless steel, nickel and titanium, as well as aluminum or stainless steel surfaces treated with carbon, nickel, titanium or silver (thin films are formed). ) are preferred, and among them, aluminum and aluminum alloys are more preferred.
Materials for forming the negative electrode current collector include aluminum, copper, copper alloys, stainless steel, nickel and titanium, and the surface of aluminum, copper, copper alloys or stainless steel is treated with carbon, nickel, titanium or silver. and more preferably aluminum, copper, copper alloys and stainless steel.

集電体の形状は、通常フィルムシート状のものが使用されるが、ネット、パンチされたもの、ラス体、多孔質体、発泡体、繊維群の成形体なども用いることができる。
集電体の厚みは、特に限定されないが、1~500μmが好ましい。
集電体表面は、表面処理により凹凸を付けることも好ましい。
As for the shape of the current collector, a film sheet is usually used, but a net, a punched one, a lath, a porous body, a foam, a molded body of fibers, and the like can also be used.
Although the thickness of the current collector is not particularly limited, it is preferably 1 to 500 μm.
It is also preferable that the surface of the current collector is roughened by surface treatment.

本発明において、負極集電体、負極活物質層、固体電解質層、正極活物質層及び正極集電体の各層の間又はその外側には、機能性の層若しくは部材等を適宜介在若しくは配設してもよい。また、各層は単層で構成されていても、複層で構成されていてもよい。 In the present invention, a functional layer or member is appropriately interposed or disposed between or outside each layer of the negative electrode current collector, the negative electrode active material layer, the solid electrolyte layer, the positive electrode active material layer, and the positive electrode current collector. You may Further, each layer may be composed of a single layer or may be composed of multiple layers.

<筐体>
本発明の全固体二次電池の製造方法により製造される全固体二次電池は、用途によっては、上記構造のまま全固体二次電池として使用してもよいが、乾電池等の形態とするためには更に適当な筐体に封入して用いることも好ましい。筐体は、金属性のものであっても、樹脂(プラスチック)製のものであってもよい。金属性のものを用いる場合には、例えば、アルミニウム合金及びステンレス鋼製のものを挙げることができる。金属性の筐体は、正極側の筐体と負極側の筐体に分けて、それぞれ正極集電体及び負極集電体と電気的に接続させることが好ましい。正極側の筐体と負極側の筐体とは、短絡防止用のガスケットを介して接合され、一体化されることが好ましい。
<Case>
The all-solid secondary battery manufactured by the method for manufacturing an all-solid secondary battery of the present invention may be used as an all-solid secondary battery with the above structure depending on the application. It is also preferable to enclose it in a suitable housing for use. The housing may be made of metal or resin (plastic). When using a metallic one, for example, an aluminum alloy and a stainless steel one can be used. It is preferable that the metal casing be divided into a positive electrode side casing and a negative electrode side casing and electrically connected to the positive electrode current collector and the negative electrode current collector, respectively. It is preferable that the housing on the positive electrode side and the housing on the negative electrode side are joined and integrated via a gasket for short-circuit prevention.

本発明の製造方法により製造される全固体二次電池は、高い電池溶量と、高い(体積)エネルギー密度を発揮する。すなわち、本発明の全固体二次電池は、初回の充電により負極活物質層に金属イオンがプレドープされており、負極活物質として不可逆容量が大きなケイ素材料又はケイ素含有合金を用いて形成した負極活物質層を備えていても、また負極活物質層を予め形成しない形態においても、十分な電池特性を発揮する。また、初回の充電により形成された空隙が圧潰された正極活物質層を備え、初回の充電前よりも小さな体積となるので、高いエネルギー密度を示す。
更に、全固体二次電池の構成層を固体粒子で形成しても、また全固体二次電池の(急速)充放電を繰り返しても、短絡の発生を抑制できる。このような短絡発生の抑制は、負極活物質層としてグラファイトからなる層及びリチウム金属層を採用しても、実現できる。
上記優れた特性を示す本発明の全固体二次電池は、構成層の積層方向(構成層の重ね方向、通常、構成層の厚さ方向)に加圧拘束された状態で、使用されることが好ましい。これにより、放電時に負極活物質量が減少しても、固体電界質層と負極活物質との接触が維持され、とりわけ負極活物質層として負極集電体上に析出した金属を機能させる形態においては充放電による金属の失活量(孤立金属量)を低減できるので、充放電による電池容量の低下が抑えられ、優れたサイクル特性をも示す。
The all-solid secondary battery manufactured by the manufacturing method of the present invention exhibits high battery solubility and high (volumetric) energy density. That is, in the all-solid secondary battery of the present invention, the negative electrode active material layer is pre-doped with metal ions by the first charge, and the negative electrode active material formed using a silicon material or a silicon-containing alloy having a large irreversible capacity as the negative electrode active material. Sufficient battery characteristics are exhibited even when the material layer is provided, or when the negative electrode active material layer is not formed in advance. In addition, since the positive electrode active material layer is provided in which the voids formed by the initial charging are crushed, the volume becomes smaller than that before the initial charging, and thus high energy density is exhibited.
Furthermore, even if the constituent layers of the all-solid secondary battery are formed of solid particles, and even if the (rapid) charging and discharging of the all-solid secondary battery are repeated, the occurrence of short circuits can be suppressed. Such suppression of the occurrence of a short circuit can also be realized by adopting a layer made of graphite and a lithium metal layer as the negative electrode active material layer.
The all-solid-state secondary battery of the present invention exhibiting the above-described excellent characteristics is used in a state in which the constituent layers are pressed and constrained in the lamination direction of the constituent layers (the stacking direction of the constituent layers, usually the thickness direction of the constituent layers). is preferred. As a result, even if the amount of the negative electrode active material decreases during discharge, the contact between the solid electrolyte layer and the negative electrode active material is maintained. can reduce the amount of metal deactivation (amount of isolated metal) due to charging and discharging, suppressing the decrease in battery capacity due to charging and discharging, and also exhibits excellent cycle characteristics.

<全固体二次電池の用途>
本発明の全固体二次電池は種々の用途に適用することができる。適用態様には特に限定はないが、例えば、電子機器に搭載する場合、ノートパソコン、ペン入力パソコン、モバイルパソコン、電子ブックプレーヤー、携帯電話、コードレスフォン子機、ページャー、ハンディーターミナル、携帯ファックス、携帯コピー、携帯プリンター、ヘッドフォンステレオ、ビデオムービー、液晶テレビ、ハンディークリーナー、ポータブルCD、ミニディスク、電気シェーバー、トランシーバー、電子手帳、電卓、携帯テープレコーダー、ラジオ、バックアップ電源、メモリーカードなどが挙げられる。その他民生用として、自動車(電気自動車等)、電動車両、モーター、照明器具、玩具、ゲーム機器、ロードコンディショナー、時計、ストロボ、カメラ、医療機器(ペースメーカー、補聴器、肩もみ機など)などが挙げられる。更に、各種軍需用、宇宙用として用いることができる。また、太陽電池と組み合わせることもできる。
<Application of all-solid secondary battery>
The all-solid secondary battery of the present invention can be applied to various uses. There are no particular restrictions on the mode of application, but for example, when installed in electronic equipment, notebook computers, pen-input computers, mobile computers, e-book players, mobile phones, cordless phone slaves, pagers, handy terminals, mobile faxes, mobile phones, etc. Copiers, portable printers, headphone stereos, video movies, liquid crystal televisions, handy cleaners, portable CDs, minidiscs, electric shavers, transceivers, electronic notebooks, calculators, portable tape recorders, radios, backup power sources, memory cards, etc. Other consumer products include automobiles (electric vehicles, etc.), electric vehicles, motors, lighting equipment, toys, game devices, road conditioners, clocks, strobes, cameras, and medical devices (pacemakers, hearing aids, shoulder massagers, etc.). . Furthermore, it can be used for various military applications and space applications. It can also be combined with a solar cell.

[本発明の全固体二次電池の製造方法]
次に、本発明の全固体二次電池の製造方法(本発明の製造方法ともいう。)について、説明する。
本発明の製造方法は、下記工程を順に行う。
(正極活物質層を)形成する工程:正極活物質と負極活物質前駆体とを含有する正極用組成物を用いて、固体電解質層の一方の表面に正極活物質層を(積層)形成する工程
(積層体を)充電する工程:正極活物質層と固体電解質層とを含む積層体を充電する工程
(正極活物質層を)圧縮する工程:充電する工程の後に、少なくとも正極活物質層を加圧して圧縮する工程
[Method for producing all-solid secondary battery of the present invention]
Next, the manufacturing method of the all-solid secondary battery of the present invention (also referred to as the manufacturing method of the present invention) will be described.
The manufacturing method of the present invention performs the following steps in order.
Step of forming (positive electrode active material layer): Using a positive electrode composition containing a positive electrode active material and a negative electrode active material precursor, a positive electrode active material layer is formed (laminated) on one surface of the solid electrolyte layer. Step of charging (the laminate): charging the laminate including the positive electrode active material layer and the solid electrolyte layer Compressing (the positive electrode active material layer): after the charging step, at least the positive electrode active material layer is Process of compressing under pressure

本発明の製造方法は、下記形成する工程を有することも好ましい。
(固体電解質層)を形成する工程:固体電解質層を、固体電解質を含有する固体電解質組成物を用いて、形成する工程
この形成する工程は、上記正極活物質層を形成する工程及び下記負極活物質層を形成する工程に対して前又は後に行うことができ、各形成する工程は、形成する各層の形態及び形成方法に応じて、適宜に実施順を決定できる。
The production method of the present invention also preferably includes the following forming step.
Step of forming a (solid electrolyte layer): A step of forming a solid electrolyte layer using a solid electrolyte composition containing a solid electrolyte. It can be performed before or after the step of forming the material layer, and the order of each forming step can be appropriately determined according to the form and forming method of each layer to be formed.

本発明の製造方法は、下記放電する工程を有していてもよい。
(積層体を)放電する工程:積層体を放電する工程
本発明の製造方法においては、上記放電する工程を圧縮する工程の後に有していてもいなくてもよく、圧縮する工程の前に上記放電する工程を有していないことが好ましい。
The manufacturing method of the present invention may have the following discharging step.
Step of discharging (laminate): Step of discharging the laminate In the production method of the present invention, the discharging step may or may not be provided after the compressing step, and before the compressing step. It is preferable not to have a step of discharging.

全固体二次電池が負極活物質層を予め形成する形態である場合、本発明の製造方法は、下記形成する工程を有することも好ましい。
(負極活物質層を)形成する工程:負極活物質、好ましくは、負極活物質としての炭素質材料、又は、ケイ素若しくはケイ素元素を含有する合金を含有する負極用組成物を用いて、負極活物質層を形成する工程
この形成する工程は、充電する工程の前に行うことが好ましい。
When the all-solid secondary battery is of a form in which the negative electrode active material layer is formed in advance, the manufacturing method of the present invention preferably includes the following forming step.
Step of forming (a negative electrode active material layer): Using a negative electrode active material, preferably a carbonaceous material as the negative electrode active material, or a negative electrode composition containing silicon or an alloy containing silicon element, Step of Forming Material Layer This step of forming is preferably performed before the step of charging.

本発明において、「工程を順に行う」とは、ある工程と他の工程とを行う時間的先後を意味するものであって、ある工程と他の工程との間に別の工程(休止工程を含む。)を行う態様も包含する。また、ある工程と他の工程とを順に行う態様には、時間、場所又は実施者を適宜に変更して行う態様も包含する。 In the present invention, "performing the steps in order" means the temporal precedence of performing a certain process and another process, and another process (resting process) is performed between a certain process and another process. including.) is also included. In addition, the embodiment in which a certain step and another step are performed in order also includes an embodiment in which the time, place, or performer is appropriately changed.

本発明の製造方法においては、固体電解質層、正極活物質層及び負極活物質層をそれぞれ形成する。各層を単独で形成してもよく、積層体として、2種以上の層を一括して若しくは順次形成してもよい。各層は、通常、シート状、板状に成形され、基材、他の層等を備えていてもよい。
基材としては、固体電解質層を支持できるものであれば特に限定されず、上述の集電体で説明した材料、有機材料、無機材料等のシート体(板状体)等が挙げられる。有機材料としては、各種ポリマー等が挙げられ、具体的には、ポリエチレンテレフタレート、ポリプロピレン、ポリエチレン、セルロース等が挙げられる。無機材料としては、例えば、ガラス及びセラミック等が挙げられる。
他の層としては、例えば、保護層(剥離シート)、集電体、コート層等が挙げられる。負極活物質層を予め形成しない形態に用いる固体電解質層は、その表面に負極集電体を有していることが好ましい。
本発明において、固体電解質層を含み、正極活物質層及び負極活物質層を有さないシートを固体電解質シート、負極活物質層を含むシートを負極シート、正極活物質層を含むシートを正極シートと称する。
各層の層厚は、本発明の全固体二次電池において説明する各層の層厚と同じである。
In the manufacturing method of the present invention, a solid electrolyte layer, a positive electrode active material layer and a negative electrode active material layer are formed respectively. Each layer may be formed alone, or two or more layers may be collectively or sequentially formed as a laminate. Each layer is usually shaped into a sheet or plate, and may be provided with a base material, other layers, and the like.
The base material is not particularly limited as long as it can support the solid electrolyte layer, and examples thereof include sheets (plates) of materials such as the materials described above for the current collector, organic materials, and inorganic materials. Examples of organic materials include various polymers, and specific examples include polyethylene terephthalate, polypropylene, polyethylene, cellulose, and the like. Examples of inorganic materials include glass and ceramics.
Other layers include, for example, a protective layer (release sheet), a current collector, a coat layer, and the like. The solid electrolyte layer used in the form in which the negative electrode active material layer is not formed in advance preferably has a negative electrode current collector on its surface.
In the present invention, a sheet containing a solid electrolyte layer and not having a positive electrode active material layer and a negative electrode active material layer is a solid electrolyte sheet, a sheet containing a negative electrode active material layer is a negative electrode sheet, and a sheet containing a positive electrode active material layer is a positive electrode sheet. called.
The layer thickness of each layer is the same as the layer thickness of each layer described in the all-solid secondary battery of the present invention.

全固体二次電池を製造するに際して、固体電解質層と、正極活物質層と、全固体二次電池が負極活物質層を予め有する形態である場合、負極活物質層とを形成(準備)する。 When manufacturing an all-solid secondary battery, a solid electrolyte layer, a positive electrode active material layer, and, if the all-solid secondary battery has a negative electrode active material layer in advance, a negative electrode active material layer are formed (prepared). .

<固体電解質層を形成する工程>
本工程を実施するに際して、固体電解質組成物を調製する。
固体電解質組成物は、無機固体電解質を含有し、更には、適宜、バインダー、分散媒、後述する導電助剤、その他の成分を含有する。
固体電解質組成物は、非水系組成物であることが好ましい。本発明において、非水系組成物とは、水分を含有しない態様に加えて、含水率(水分含有量ともいう。)が200ppm以下である形態をも包含する。固体電解質層の含水率は、150ppm以下であることが好ましく、100ppm以下であることがより好ましく、50ppm以下であることが更に好ましい。含水量は、固体電解質組成物中に含有している水の量(固体電解質組成物に対する質量割合)を示す。含水量は、固体電解質組成物を0.45μmのメンブレンフィルターでろ過し、カールフィッシャー滴定により求めることができる。
<Step of Forming Solid Electrolyte Layer>
In carrying out this step, a solid electrolyte composition is prepared.
The solid electrolyte composition contains an inorganic solid electrolyte, and further optionally contains a binder, a dispersion medium, a conductive aid to be described later, and other components.
The solid electrolyte composition is preferably a non-aqueous composition. In the present invention, the non-aqueous composition includes not only a form containing no water but also a form having a water content (also referred to as water content) of 200 ppm or less. The water content of the solid electrolyte layer is preferably 150 ppm or less, more preferably 100 ppm or less, and even more preferably 50 ppm or less. The water content indicates the amount of water contained in the solid electrolyte composition (mass ratio to the solid electrolyte composition). The water content can be obtained by filtering the solid electrolyte composition through a 0.45 μm membrane filter and performing Karl Fischer titration.

以下、固体電解質組成物が含有する成分及び含有しうる成分について説明する。 Components contained in the solid electrolyte composition and components that can be contained in the solid electrolyte composition are described below.

- 無機固体電解質 -
本発明において、無機固体電解質とは、無機の固体電解質のことであり、固体電解質とは、その内部においてイオンを移動させることができる固体状の電解質のことである。主たるイオン伝導性材料として有機物を含むものではないことから、有機固体電解質(ポリエチレンオキシド(PEO)などに代表される高分子電解質、リチウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド(LiTFSI)などに代表される有機電解質塩)とは明確に区別される。また、無機固体電解質は定常状態では固体であるため、通常カチオン及びアニオンに解離又は遊離していない。この点で、電解液、又は、ポリマー中でカチオン及びアニオンが解離若しくは遊離している無機電解質塩(LiPF、LiBF、LiFSI、LiClなど)とも明確に区別される。無機固体電解質は周期律表第一族若しくは第二族に属する金属のイオンの伝導性を有するものであれば特に制限されず電子伝導性を有さないものが一般的である。
- Inorganic solid electrolyte -
In the present invention, the inorganic solid electrolyte means an inorganic solid electrolyte, and the solid electrolyte means a solid electrolyte in which ions can move. Since the main ion-conducting materials do not contain organic substances, organic solid electrolytes (polymer electrolytes typified by polyethylene oxide (PEO), etc., organic electrolytes typified by lithium bis(trifluoromethanesulfonyl)imide (LiTFSI), etc.) electrolyte salt). Moreover, since the inorganic solid electrolyte is solid in a steady state, it is not usually dissociated or released into cations and anions. In this respect, it is also clearly distinguished from electrolytes or inorganic electrolyte salts in which cations and anions are dissociated or released in a polymer (LiPF 6 , LiBF 4 , LiFSI, LiCl, etc.). The inorganic solid electrolyte is not particularly limited as long as it has ion conductivity of a metal belonging to Group 1 or Group 2 of the periodic table, and generally does not have electronic conductivity.

無機固体電解質は、周期律表第一族若しくは第二族に属する金属のイオン伝導性を有する。無機固体電解質は、この種の製品に適用される固体電解質材料を適宜選定して用いることができる。無機固体電解質としては、(i)硫化物系無機固体電解質、(ii)酸化物系無機固体電解質、(iii)ハロゲン化物系無機固体電解質、及び、(iV)水素化物系固体電解質が挙げられ、高いイオン伝導度と粒子間界面接合の容易さの点で、硫化物系無機固体電解質が好ましい。本発明において、無機固体電解質は、この種の製品に適用される無機固体電解質材料を適宜選定して用いることができる。
本発明の全固体二次電池が全固体リチウムイオン二次電池である場合、無機固体電解質はリチウムイオンのイオン伝導度を有することが好ましい。
The inorganic solid electrolyte has ion conductivity of a metal belonging to Group 1 or Group 2 of the periodic table. As the inorganic solid electrolyte, a solid electrolyte material applicable to this type of product can be appropriately selected and used. Examples of inorganic solid electrolytes include (i) sulfide-based inorganic solid electrolytes, (ii) oxide-based inorganic solid electrolytes, (iii) halide-based inorganic solid electrolytes, and (iv) hydride-based solid electrolytes. A sulfide-based inorganic solid electrolyte is preferred in terms of high ionic conductivity and ease of interfacial bonding between particles. In the present invention, as the inorganic solid electrolyte, an inorganic solid electrolyte material applicable to this type of product can be appropriately selected and used.
When the all-solid secondary battery of the present invention is an all-solid lithium ion secondary battery, the inorganic solid electrolyte preferably has ion conductivity of lithium ions.

(i)硫化物系無機固体電解質
硫化物系無機固体電解質は、硫黄原子を含有し、かつ、周期律表第一族若しくは第二族に属する金属のイオン伝導性を有し、かつ、電子絶縁性を有する化合物が好ましい。硫化物系無機固体電解質は、元素として少なくともLi、S及びPを含有し、リチウムイオン伝導性を有しているものが好ましいが、目的又は場合に応じて、Li、S及びP以外の他の元素を含んでもよい。
(i) Sulfide-based inorganic solid electrolyte The sulfide-based inorganic solid electrolyte contains sulfur atoms, has the ion conductivity of a metal belonging to Group 1 or Group 2 of the periodic table, and is electronically insulating. A compound having a property is preferred. The sulfide-based inorganic solid electrolyte preferably contains at least Li, S and P as elements and has lithium ion conductivity. element may be included.

硫化物系無機固体電解質としては、例えば、下記式(1)で示される組成を満たすリチウムイオン伝導性硫化物系無機固体電解質が挙げられる。

a1b1c1d1e1 式(I)

式中、LはLi、Na及びKから選択される元素を示し、Liが好ましい。Mは、B、Zn、Sn、Si、Cu、Ga、Sb、Al及びGeから選択される元素を示す。Aは、I、Br、Cl及びFから選択される元素を示す。a1~e1は各元素の組成比を示し、a1:b1:c1:d1:e1は1~12:0~5:1:2~12:0~10を満たす。a1は1~9が好ましく、1.5~7.5がより好ましい。b1は0~3が好ましく、0~1がより好ましい。d1は2.5~10が好ましく、3.0~8.5がより好ましい。e1は0~5が好ましく、0~3がより好ましい。
Examples of sulfide-based inorganic solid electrolytes include lithium ion conductive sulfide-based inorganic solid electrolytes that satisfy the composition represented by the following formula (1).

L a1 M b1 P c1 S d1 A e1 Formula (I)

In the formula, L represents an element selected from Li, Na and K, with Li being preferred. M represents an element selected from B, Zn, Sn, Si, Cu, Ga, Sb, Al and Ge. A represents an element selected from I, Br, Cl and F; a1 to e1 indicate the composition ratio of each element, and a1:b1:c1:d1:e1 satisfies 1-12:0-5:1:2-12:0-10. a1 is preferably 1 to 9, more preferably 1.5 to 7.5. b1 is preferably 0-3, more preferably 0-1. d1 is preferably 2.5 to 10, more preferably 3.0 to 8.5. e1 is preferably 0 to 5, more preferably 0 to 3.

各元素の組成比は、下記のように、硫化物系無機固体電解質を製造する際の原料化合物の配合比を調整することにより制御できる。 The composition ratio of each element can be controlled by adjusting the compounding ratio of the raw material compounds when producing the sulfide-based inorganic solid electrolyte, as described below.

硫化物系無機固体電解質は、非結晶(ガラス)であっても結晶化(ガラスセラミックス化)していてもよく、一部のみが結晶化していてもよい。例えば、Li、P及びSを含有するLi-P-S系ガラス、又はLi、P及びSを含有するLi-P-S系ガラスセラミックスを用いることができる。
硫化物系無機固体電解質は、例えば硫化リチウム(LiS)、硫化リン(例えば五硫化二燐(P))、単体燐、単体硫黄、硫化ナトリウム、硫化水素、ハロゲン化リチウム(例えばLiI、LiBr、LiCl)及び上記Mで表される元素の硫化物(例えばSiS、SnS、GeS)の中の少なくとも2つ以上の原料の反応により製造することができる。
The sulfide-based inorganic solid electrolyte may be amorphous (glass), crystallized (glass-ceramics), or only partially crystallized. For example, Li--P--S type glass containing Li, P and S, or Li--P--S type glass ceramics containing Li, P and S can be used.
Sulfide-based inorganic solid electrolytes include, for example, lithium sulfide (Li 2 S), phosphorus sulfide (e.g., diphosphorus pentasulfide (P 2 S 5 )), elemental phosphorus, elemental sulfur, sodium sulfide, hydrogen sulfide, and lithium halides (e.g., LiI, LiBr, LiCl) and sulfides of the element represented by M (eg, SiS 2 , SnS, GeS 2 ) are reacted with at least two raw materials.

Li-P-S系ガラス及びLi-P-S系ガラスセラミックスにおける、LiSとPとの比率は、LiS:Pのモル比で、好ましくは60:40~90:10、より好ましくは68:32~78:22である。LiSとPとの比率をこの範囲にすることにより、リチウムイオン伝導度を高いものとすることができる。具体的には、リチウムイオン伝導度を好ましくは1×10-4S/cm以上、より好ましくは1×10-3S/cm以上とすることができる。上限は特にないが、1×10-1S/cm以下であることが実際的である。The ratio of Li 2 S and P 2 S 5 in the Li—P—S type glass and Li—P—S type glass ceramics is Li 2 S:P 2 S 5 molar ratio, preferably 60:40 to 90:10, more preferably 68:32 to 78:22. By setting the ratio of Li 2 S and P 2 S 5 within this range, the lithium ion conductivity can be increased. Specifically, the lithium ion conductivity can be preferably 1×10 −4 S/cm or higher, more preferably 1×10 −3 S/cm or higher. Although there is no particular upper limit, it is practical to be 1×10 −1 S/cm or less.

具体的な硫化物系無機固体電解質の例として、原料の組み合わせ例を下記に示す。例えば、LiS-P、LiS-P-LiCl、LiS-P-HS、LiS-P-HS-LiCl、LiS-LiI-P、LiS-LiI-LiO-P、LiS-LiBr-P、LiS-LiO-P、LiS-LiPO-P、LiS-P-P、LiS-P-SiS、LiS-P-SiS-LiCl、LiS-P-SnS、LiS-P-Al、LiS-GeS、LiS-GeS-ZnS、LiS-Ga、LiS-GeS-Ga、LiS-GeS-P、LiS-GeS-Sb、LiS-GeS-Al、LiS-SiS、LiS-Al、LiS-SiS-Al、LiS-SiS-P、LiS-SiS-P-LiI、LiS-SiS-LiI、LiS-SiS-LiSiO、LiS-SiS-LiPO、Li10GeP12などが挙げられる。ただし、各原料の混合比は問わない。このような原料組成物を用いて硫化物系無機固体電解質材料を合成する方法としては、例えば非晶質化法を挙げることができる。非晶質化法としては、例えば、メカニカルミリング法、溶液法及び溶融急冷法を挙げられる。常温での処理が可能になり、製造工程の簡略化を図ることができるからである。Examples of combinations of raw materials are shown below as specific examples of sulfide-based inorganic solid electrolytes. For example, Li 2 SP 2 S 5 , Li 2 SP 2 S 5 -LiCl, Li 2 SP 2 S 5 -H 2 S, Li 2 SP 2 S 5 -H 2 S-LiCl, Li 2 S—LiI—P 2 S 5 , Li 2 S—LiI—Li 2 OP 2 S 5 , Li 2 S—LiBr—P 2 S 5 , Li 2 S—Li 2 OP 2 S 5 , Li 2 S—Li 3 PO 4 —P 2 S 5 , Li 2 SP 2 S 5 —P 2 O 5 , Li 2 SP 2 S 5 —SiS 2 , Li 2 SP 2 S 5 —SiS 2 -LiCl, Li2SP2S5 - SnS, Li2SP2S5 - Al2S3 , Li2S - GeS2 , Li2S - GeS2 - ZnS , Li2S - Ga 2S3 , Li2S -- GeS2 -- Ga2S3 , Li2S -- GeS2 -- P2S5 , Li2S -- GeS2 -- Sb2S5 , Li2S -- GeS2 -- Al2S 3 , Li 2 S—SiS 2 , Li 2 S—Al 2 S 3 , Li 2 S—SiS 2 —Al 2 S 3 , Li 2 S—SiS 2 —P 2 S 5 , Li 2 S—SiS 2 —P 2S5-LiI, Li2S - SiS2 -LiI, Li2S - SiS2 - Li4SiO4 , Li2S - SiS2 - Li3PO4 , Li10GeP2S12 and the like. However, the mixing ratio of each raw material does not matter. An example of a method for synthesizing a sulfide-based inorganic solid electrolyte material using such a raw material composition is an amorphization method. Amorphization methods include, for example, a mechanical milling method, a solution method, and a melt quenching method. This is because the process can be performed at room temperature, and the manufacturing process can be simplified.

(ii) 酸化物系無機固体電解質
酸化物系無機固体電解質は、酸素原子を含有し、かつ、周期律表第一族若しくは第二族に属する金属のイオン伝導性を有し、かつ、電子絶縁性を有する化合物が好ましい。
酸化物系無機固体電解質は、イオン伝導度として、1×10-6S/cm以上であることが好ましく、5×10-6S/cm以上であることがより好ましく、1×10-5S/cm以上であることが特に好ましい。上限は特に限定されないが、1×10-1S/cm以下であることが実際的である。
(ii) Oxide-Based Inorganic Solid Electrolyte The oxide-based inorganic solid electrolyte contains oxygen atoms, has the ion conductivity of a metal belonging to Group 1 or Group 2 of the periodic table, and is electronically insulating. compounds having the properties are preferred.
The ion conductivity of the oxide-based inorganic solid electrolyte is preferably 1×10 −6 S/cm or more, more preferably 5×10 −6 S/cm or more, and 1×10 −5 S/cm or more. /cm or more is particularly preferable. Although the upper limit is not particularly limited, it is practically 1×10 −1 S/cm or less.

具体的な化合物例としては、例えばLixaLayaTiO〔xa=0.3~0.7、ya=0.3~0.7〕(LLT)、LixbLaybZrzbbb mbnb(MbbはAl、Mg、Ca、Sr、V、Nb、Ta、Ti、Ge、In、Snの少なくとも1種以上の元素でありxbは5≦xb≦10を満たし、ybは1≦yb≦4を満たし、zbは1≦zb≦4を満たし、mbは0≦mb≦2を満たし、nbは5≦nb≦20を満たす。)、Lixcyccc zcnc(MccはC、S、Al、Si、Ga、Ge、In、Snの少なくとも1種以上の元素でありxcは0<xc≦5を満たし、ycは0<yc≦1を満たし、zcは0<zc≦1を満たし、ncは0<nc≦6を満たす。)、Lixd(Al,Ga)yd(Ti,Ge)zdSiadmdnd(ただし、1≦xd≦3、0≦yd≦1、0≦zd≦2、0≦ad≦1、1≦md≦7、3≦nd≦13)、Li(3-2xe)ee xeeeO(xeは0以上0.1以下の数を表し、Meeは2価の金属原子を表す。Deeはハロゲン原子又は2種以上のハロゲン原子の組み合わせを表す。)、LixfSiyfzf(1≦xf≦5、0<yf≦3、1≦zf≦10)、Lixgygzg(1≦xg≦3、0<yg≦2、1≦zg≦10)、LiBO-LiSO、LiO-B-P、LiO-SiO、LiBaLaTa12、LiPO(4-3/2w)(wはw<1)、LISICON(Lithium super ionic conductor)型結晶構造を有するLi3.5Zn0.25GeO、ペロブスカイト型結晶構造を有するLa0.55Li0.35TiO、NASICON(Natrium super ionic conductor)型結晶構造を有するLiTi12、Li1+xh+yh(Al,Ga)xh(Ti,Ge)2-xhSiyh3-yh12(ただし、0≦xh≦1、0≦yh≦1)、ガーネット型結晶構造を有するLiLaZr12(LLZ)等が挙げられる。またLi、P及びOを含むリン化合物も望ましい。例えばリン酸リチウム(LiPO)、リン酸リチウムの酸素の一部を窒素で置換したLiPON、LiPOD(Dは、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zr、Nb、Mo、Ru、Ag、Ta、W、Pt、Au等から選ばれた少なくとも1種)等が挙げられる。また、LiAON(Aは、Si、B、Ge、Al、C、Ga等から選ばれた少なくとも1種)等も好ましく用いることができる。Specific compound examples include Li xa La ya TiO 3 [xa=0.3 to 0.7, ya=0.3 to 0.7] (LLT), Li xb La yb Zr zb M bb mb O nb (M bb is at least one element selected from Al, Mg, Ca, Sr, V, Nb, Ta, Ti, Ge, In, and Sn, xb satisfies 5≦xb≦10, and yb is 1≦yb ≦4, zb satisfies 1≦zb≦4, mb satisfies 0≦mb≦2, and nb satisfies 5≦nb≦20.), Li xc Byc M cc zc O nc (M cc is at least one element selected from C, S, Al, Si, Ga, Ge, In, and Sn, where xc satisfies 0<xc≦5, yc satisfies 0<yc≦1, and zc satisfies 0<zc≦ 1 and nc satisfies 0 < nc ≤ 6.), Li xd (Al, Ga) yd (Ti, Ge) zd Si ad P md Ond (where 1 ≤ xd ≤ 3, 0 ≤ yd ≤ 1 , 0 ≤ zd ≤ 2, 0 ≤ ad ≤ 1, 1 ≤ md ≤ 7, 3 ≤ nd ≤ 13), Li (3-2xe) M ee xe D ee O (xe is a number from 0 to 0.1 and M ee represents a divalent metal atom, D ee represents a halogen atom or a combination of two or more halogen atoms), Li xf Si yf O zf (1≦xf≦5, 0<yf≦3 , 1≦zf≦10), Li xg SygO zg (1≦xg≦3, 0<yg≦2, 1≦zg≦10), Li 3 BO 3 —Li 2 SO 4 , Li 2 OB 2 O 3 —P 2 O 5 , Li 2 O—SiO 2 , Li 6 BaLa 2 Ta 2 O 12 , Li 3 PO (4-3/2w) N w (w is w<1), LISICON (Lithium superionic conductor ) type crystal structure, La 0.55 Li 0.35 TiO 3 having a perovskite type crystal structure, and LiTi 2 P 3 having a NASICON ( Natrium superionic conductor) type crystal structure. O 12 , Li 1+xh+yh (Al, Ga) xh (Ti, Ge) 2-xh Si yh P 3-yh O 12 (where 0 ≤ xh ≤ 1, 0 ≤ yh ≤ 1), Li having a garnet crystal structure 7La3Zr _ 2 O 12 (LLZ) and the like. Phosphorus compounds containing Li, P and O are also desirable. For example, lithium phosphate (Li 3 PO 4 ), LiPON in which part of the oxygen in lithium phosphate is replaced with nitrogen, LiPOD 1 (D 1 is Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zr , Nb, Mo, Ru, Ag, Ta, W, Pt, Au, etc.). LiA 1 ON (A 1 is at least one selected from Si, B, Ge, Al, C, Ga, etc.) and the like can also be preferably used.

(iii)ハロゲン化物系無機固体電解質
ハロゲン化物系無機固体電解質は、ハロゲン原子を含有し、かつ、周期律表第一族若しくは第二族に属する金属のイオン伝導性を有し、かつ、電子絶縁性を有する化合物が好ましい。
ハロゲン化物系無機固体電解質としては、特に制限されないが、例えば、LiCl、LiBr、LiI、ADVANCED MATERIALS,2018,30,1803075に記載のLiYBr、LiYCl等の化合物が挙げられる。中でも、LiYBr、LiYClを好ましい。
(iii) Halide-Based Inorganic Solid Electrolyte The halide-based inorganic solid electrolyte contains halogen atoms, has the ion conductivity of a metal belonging to Group 1 or Group 2 of the periodic table, and is electronically insulating. compounds having the properties are preferred.
Examples of the halide-based inorganic solid electrolyte include, but are not limited to, compounds such as LiCl, LiBr, LiI, and Li 3 YBr 6 and Li 3 YCl 6 described in ADVANCED MATERIALS, 2018, 30, 1803075. Among them, Li 3 YBr 6 and Li 3 YCl 6 are preferable.

(iV)水素化物系無機固体電解質
水素化物系無機固体電解質は、水素原子を含有し、かつ、周期律表第一族若しくは第二族に属する金属のイオン伝導性を有し、かつ、電子絶縁性を有する化合物が好ましい。
水素化物系無機固体電解質としては、特に制限されないが、例えば、LiBH、Li(BHI、3LiBH-LiCl等が挙げられる。
(iv) Hydride-Based Inorganic Solid Electrolyte The hydride-based inorganic solid electrolyte contains hydrogen atoms, has the ion conductivity of a metal belonging to Group 1 or Group 2 of the periodic table, and is electronically insulating. compounds having the properties are preferred.
The hydride-based inorganic solid electrolyte is not particularly limited, but examples thereof include LiBH 4 , Li 4 (BH 4 ) 3 I, 3LiBH 4 --LiCl and the like.

無機固体電解質は粒子であることが好ましい。この場合、無機固体電解質の粒子径(体積平均粒子径)は特に限定されないが、0.01μm以上であることが好ましく、0.1μm以上であることがより好ましい。上限としては、100μm以下であることが好ましく、50μm以下であることがより好ましい。無機固体電解質の粒子径の測定は、以下の手順で行う。無機固体電解質粒子を、水(水に不安定な物質の場合はヘプタン)を用いて20mLサンプル瓶中で1質量%の分散液を希釈調製する。希釈後の分散液試料は、1kHzの超音波を10分間照射し、その直後に試験に使用する。この分散液試料を用い、レーザ回折/散乱式粒度分布測定装置LA-920(商品名、HORIBA社製)を用いて、温度25℃で測定用石英セルを使用してデータ取り込みを50回行い、体積平均粒子径を得る。その他の詳細な条件等は必要によりJIS Z 8828:2013「粒子径解析-動的光散乱法」の記載を参照する。1水準につき5つの試料を作製しその平均値を採用する。
無機固体電解質は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を用いてもよい。
無機固体電解質の、固体電解質組成物中の含有量は、特に制限されないが、分散性、界面抵抗の低減及び結着性の点で、固形分100質量%において、50質量%以上であることが好ましく、70質量%以上であることがより好ましく、90質量%以上であることが特に好ましい。上限としては、特に制限されず、100質量%とすることもできるが、同様の観点では、99.99質量%以下であることが好ましく、99.95質量%以下であることがより好ましく、99.9質量%以下であることが特に好ましい。
本発明において、固形分(固形成分)とは、固体電解質組成物を、1mmHgの気圧及び窒素雰囲気下、130℃で6時間乾燥処理を行ったときに、揮発若しくは蒸発して消失しない成分をいう。典型的には、後述の分散媒以外の成分を指す。
The inorganic solid electrolyte is preferably particles. In this case, the particle size (volume average particle size) of the inorganic solid electrolyte is not particularly limited, but is preferably 0.01 μm or more, more preferably 0.1 μm or more. The upper limit is preferably 100 μm or less, more preferably 50 μm or less. The particle size of the inorganic solid electrolyte is measured by the following procedure. A 1% by mass dispersion of inorganic solid electrolyte particles is prepared by diluting it in a 20 mL sample bottle with water (heptane for water-labile substances). The diluted dispersion sample is irradiated with ultrasonic waves of 1 kHz for 10 minutes and immediately used for the test. Using this dispersion sample, using a laser diffraction/scattering particle size distribution analyzer LA-920 (trade name, manufactured by HORIBA), data was taken 50 times using a quartz cell for measurement at a temperature of 25 ° C. Obtain the volume average particle size. For other detailed conditions, etc., refer to the description of JIS Z 8828:2013 "Particle Size Analysis-Dynamic Light Scattering Method" as necessary. Five samples are prepared for each level and the average value is adopted.
An inorganic solid electrolyte may be used individually by 1 type, and may use 2 or more types.
The content of the inorganic solid electrolyte in the solid electrolyte composition is not particularly limited, but in terms of dispersibility, reduction of interfacial resistance, and binding properties, it is preferable that the solid content is 100% by mass and 50% by mass or more. It is preferably 70% by mass or more, and particularly preferably 90% by mass or more. The upper limit is not particularly limited and may be 100% by mass, but from the same viewpoint, it is preferably 99.99% by mass or less, more preferably 99.95% by mass or less, and 99 0.9% by mass or less is particularly preferred.
In the present invention, the solid content (solid component) refers to a component that does not disappear by volatilization or evaporation when the solid electrolyte composition is dried at 130° C. for 6 hours under a pressure of 1 mmHg and a nitrogen atmosphere. . Typically, it refers to components other than the dispersion medium described below.

- バインダー -
固体電解質組成物は、無機固体電解質等の固体粒子を結着させるバインダーを含有していてもよい。
バインダーとしては有機ポリマーが挙げられ、全固体二次電池の製造に用いられる公知の有機ポリマーを特に制限されることなく用いることができる。このような有機ポリマーとしては、例えば、含フッ素樹脂、炭化水素系熱可塑性樹脂、アクリル樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリウレア樹脂、ポリアミド樹脂、ポリイミド樹脂、ポリエステル樹脂、ポリエーテル樹脂、ポリカーボネート樹脂、セルロース誘導体樹脂等が挙げられる。バインダーは粒子であることが好ましい。バインダーは1種を単独で用いても、2種以上を用いてもよい。固体電解質組成物がバインダーを含む場合、固体電解質組成物の固形分中のバインダーの含有量は、特に制限されないが、例えば、0.1~10質量%が好ましく、1~10質量%がより好ましく、2~5質量%が更に好ましい。
- Binder -
The solid electrolyte composition may contain a binder that binds solid particles such as an inorganic solid electrolyte.
Examples of binders include organic polymers, and known organic polymers used in the production of all-solid secondary batteries can be used without particular limitations. Examples of such organic polymers include fluorine-containing resins, hydrocarbon thermoplastic resins, acrylic resins, polyurethane resins, polyurea resins, polyamide resins, polyimide resins, polyester resins, polyether resins, polycarbonate resins, cellulose derivative resins, and the like. are mentioned. Preferably, the binder is particulate. A binder may be used individually by 1 type, or may use 2 or more types. When the solid electrolyte composition contains a binder, the content of the binder in the solid content of the solid electrolyte composition is not particularly limited, but is preferably 0.1 to 10% by mass, more preferably 1 to 10% by mass. , 2 to 5 mass % is more preferable.

- 分散媒 -
本発明の固体電解質組成物は、分散媒を含有することも好ましい。
分散媒は、固体電解質組成物に含まれる各成分を分散させるものであればよい。本発明において、分散媒は、水を含まない非水系分散媒が好ましく、通常、有機溶媒から選択される。本発明において、分散媒が水を含まないとは、水の含有率が0質量%である態様に加えて、0.1質量%以下である態様を包含する。ただし、固体電解質組成物中の水含有量は、好ましくは上記範囲内(非水系組成物)とする。
有機溶媒としては、特に制限されないが、アルコール化合物、エーテル化合物、アミド化合物、アミン化合物、ケトン化合物、芳香族化合物、脂肪族化合物、ニトリル化合物、エステル化合物等の各有機溶媒が挙げられる。
固体電解質組成物に含有される分散媒は、1種であっても、2種以上であってもよい。
分散媒の、固体電解質組成物中の含有量は、特に限定されず、20~80質量%が好ましく、30~70質量%がより好ましく、40~60質量%が特に好ましい。
- Dispersion medium -
The solid electrolyte composition of the present invention also preferably contains a dispersion medium.
The dispersion medium should just disperse each component contained in the solid electrolyte composition. In the present invention, the dispersion medium is preferably a non-aqueous dispersion medium containing no water, and is usually selected from organic solvents. In the present invention, the expression that the dispersion medium does not contain water includes not only the embodiment in which the content of water is 0% by mass, but also the embodiment in which the content is 0.1% by mass or less. However, the water content in the solid electrolyte composition is preferably within the above range (non-aqueous composition).
Examples of organic solvents include, but are not limited to, alcohol compounds, ether compounds, amide compounds, amine compounds, ketone compounds, aromatic compounds, aliphatic compounds, nitrile compounds, ester compounds, and the like.
The dispersion medium contained in the solid electrolyte composition may be of one type or two or more types.
The content of the dispersion medium in the solid electrolyte composition is not particularly limited, and is preferably 20 to 80% by mass, more preferably 30 to 70% by mass, and particularly preferably 40 to 60% by mass.

- 他の成分 -
固体電解質組成物は、他の成分を含有していてもよい。
他の成分としては、特に制限されないが、各種添加剤等が挙げられる。
上記添加剤としては、例えば、増粘剤、架橋剤(ラジカル重合、縮合重合又は開環重合により架橋反応するもの等)、重合開始剤(酸又はラジカルを熱又は光によって発生させるものなど)、消泡剤、レベリング剤、脱水剤、酸化防止剤等を含有することができる。
他の成分の、固体電解質組成物中の含有量は、特に制限されず、適宜設定される。
- Other ingredients -
The solid electrolyte composition may contain other components.
Other components include, but are not limited to, various additives.
Examples of the above additives include thickeners, cross-linking agents (such as those that undergo a cross-linking reaction by radical polymerization, condensation polymerization, or ring-opening polymerization), polymerization initiators (such as those that generate acid or radicals by heat or light), Antifoaming agents, leveling agents, dehydrating agents, antioxidants and the like can be contained.
The content of other components in the solid electrolyte composition is not particularly limited and is set as appropriate.

- 固体電解質組成物の調製 -
固体電解質組成物は、無機固体電解質、更に適宜の、バインダー、分散媒、他の成分等を、例えば通常用いる各種の混合機で混合することにより、例えば固体混合物若しくはスラリーとして、調製することができる。
混合方法は、特に制限されず、ボールミル、ビーズミル、ディスクミル等の公知の混合機を用いて行うことができる。また、混合条件も、特に制限されない。混合雰囲気としては、大気下、乾燥空気下(露点-20℃以下)及び不活性ガス中(例えばアルゴンガス中、ヘリウムガス中、窒素ガス中)等のいずれでもよい。無機固体電解質は水分と反応するため、混合は、乾燥空気下又は不活性ガス中で行うことが好ましい。
- Preparation of solid electrolyte composition -
The solid electrolyte composition can be prepared, for example, as a solid mixture or a slurry by mixing an inorganic solid electrolyte, an appropriate binder, a dispersion medium, other components, and the like, for example, with various commonly used mixers. .
The mixing method is not particularly limited, and can be performed using a known mixer such as a ball mill, bead mill, disc mill, and the like. Also, the mixing conditions are not particularly limited. The mixed atmosphere may be air, dry air (with a dew point of −20° C. or less), inert gas (eg, argon gas, helium gas, nitrogen gas), or the like. Since the inorganic solid electrolyte reacts with moisture, mixing is preferably performed under dry air or in an inert gas.

- 固体電解質層の形成 -
固体電解質層は、特に制限されないが、固体電解質組成物を加圧成形する成形法、又は、分散媒を含有する固体電解質組成物(スラリー)を塗布乾燥し、次いで好ましくは加圧する塗布乾燥法等により、作製できる。
固体電解質組成物の成形方法は、固体電解質組成物を層状又は膜状に成形できる方法であればよく、公知の各種成形方法を適用することができ、プレス成形(例えば油圧シリンダープレス機を用いたプレス成形)が好ましい。成形時の圧力は、特に限定されないが、通常、50~1500MPaの範囲に設定されることが好ましく、150~600MPaの範囲に設定されることがより好ましく、100~300MPaの範囲に設定されることが更に好ましい。成形(プレス)時間は、短時間(例えば数時間以内)でも、長時間(1日以上)でもよい。
固体電解質組成物の加圧と同時に加熱してもよいが、本発明においては、非加熱で予備成形することが好ましく、例えば、10~50℃の環境温度で成形することが好ましい。成形中の雰囲気としては、乾燥空気下又は不活性ガス中で行うことが好ましい。
- Formation of solid electrolyte layer -
The solid electrolyte layer is not particularly limited, but can be formed by a molding method in which a solid electrolyte composition is pressure-molded, or a coating drying method in which a solid electrolyte composition (slurry) containing a dispersion medium is coated and dried, and then preferably pressed, or the like. can be produced by
The method for molding the solid electrolyte composition may be any method as long as the solid electrolyte composition can be molded into a layer or film, and various known molding methods can be applied. press molding) is preferred. The pressure during molding is not particularly limited, but is usually set preferably in the range of 50 to 1500 MPa, more preferably set in the range of 150 to 600 MPa, and set in the range of 100 to 300 MPa. is more preferred. The molding (pressing) time may be short (for example, within several hours) or long (one day or longer).
Although heating may be performed simultaneously with pressurization of the solid electrolyte composition, in the present invention, preforming without heating is preferred. The atmosphere during molding is preferably dry air or inert gas.

固体電解質組成物(スラリー)の塗布方法としては、例えば、スピンコート塗布、ディップコート、スリット塗布、ストライプ塗布及びバーコート塗布等の湿式塗布法が挙げられる。乾燥温度は、特に限定されないが、例えば、30~300℃が好ましく、60~250℃がより好ましい。
固体電解質組成物の塗布乾燥層を加圧することが好ましい。加圧方法及び圧力としては、特に制限されず、例えば、上記固体電解質組成物の成形方法及び圧力と同様の方法及び圧力を適宜に採用できる。この加圧は、例えば、活物質層等を積層した後に行うこともできる。
Examples of the coating method of the solid electrolyte composition (slurry) include wet coating methods such as spin coating, dip coating, slit coating, stripe coating and bar coating. Although the drying temperature is not particularly limited, for example, 30 to 300°C is preferable, and 60 to 250°C is more preferable.
It is preferable to apply pressure to the dried layer of the solid electrolyte composition. The pressurizing method and pressure are not particularly limited, and for example, the same method and pressure as those of the solid electrolyte composition molding method and pressure can be appropriately employed. This pressurization can also be performed, for example, after laminating an active material layer or the like.

<負極活物質層を形成する工程>
全固体二次電池が負極活物質層を予め形成する形態である場合、本発明の製造方法において、負極活物質層を形成する工程を行う。
本工程を実施するに際して、負極用組成物を調製する。
負極用組成物は、負極活物質、好ましくは、無機固体電解質、導電助剤を含有し、更に適宜に、バインダー、分散媒、リチウム塩、その他の成分を含有する。この負極用組成物は、負極活物質そのものであってもよく、非水系組成物であることが好ましい。
負極用組成物に用いうる、無機固体電解質、バインダー、分散媒及びその他の成分は、上述の通りである。リチウム塩は、全固体二次電池に用いられるものを特に制限されることなく用いることができる。
<Step of Forming Negative Electrode Active Material Layer>
When the all-solid-state secondary battery is of a form in which the negative electrode active material layer is formed in advance, the step of forming the negative electrode active material layer is performed in the manufacturing method of the present invention.
When implementing this process, the composition for negative electrodes is prepared.
The negative electrode composition contains a negative electrode active material, preferably an inorganic solid electrolyte and a conductive aid, and further optionally contains a binder, a dispersion medium, a lithium salt and other components. This negative electrode composition may be the negative electrode active material itself, and is preferably a non-aqueous composition.
The inorganic solid electrolyte, binder, dispersion medium and other components that can be used in the negative electrode composition are as described above. Lithium salts used in all-solid secondary batteries can be used without particular limitations.

- 負極活物質 -
本発明に用いる負極活物質は、周期律表第一族若しくは第二族に属する金属元素のイオンの挿入放出が可能な物質である。負極活物質は、可逆的にリチウムイオンを挿入及び放出できるものが好ましい。その材料は、上記特性を有するものであれば、特に制限はなく、炭素質材料、金属若しくは半金属元素の酸化物(複合酸化物を含む。)、リチウム単体、リチウム合金、又は、リチウムと合金化(リチウムとの合金を形成)可能な負極活物質等が挙げられる。中でも、信頼性の点では、炭素質材料、半金属元素の酸化物、金属複合酸化物又はリチウム単体が好ましい。全固体二次電池の大容量化が可能となる点では、リチウムと合金化可能な負極活物質が好ましい。
- Negative electrode active material -
The negative electrode active material used in the present invention is a material capable of inserting and releasing ions of metal elements belonging to Group 1 or Group 2 of the periodic table. The negative electrode active material is preferably one capable of reversibly intercalating and deintercalating lithium ions. The material is not particularly limited as long as it has the above properties, carbonaceous material, metal or metalloid element oxide (including composite oxide), elemental lithium, lithium alloy, or lithium and alloy negative electrode active materials capable of forming an alloy with lithium, and the like. Among them, from the viewpoint of reliability, carbonaceous materials, metalloid element oxides, metal composite oxides, and elemental lithium are preferable. A negative electrode active material that can be alloyed with lithium is preferable from the viewpoint that the capacity of an all-solid secondary battery can be increased.

負極活物質として用いられる炭素質材料とは、実質的に炭素からなる材料である。例えば、石油ピッチ、アセチレンブラック(AB)等のカーボンブラック、黒鉛(天然黒鉛、気相成長黒鉛等の人造黒鉛等)、及びPAN(ポリアクリロニトリル)系の樹脂若しくはフルフリルアルコール樹脂等の各種の合成樹脂を焼成した炭素質材料を挙げることができる。更に、PAN系炭素繊維、セルロース系炭素繊維、ピッチ系炭素繊維、気相成長炭素繊維、脱水PVA(ポリビニルアルコール)系炭素繊維、リグニン炭素繊維、ガラス状炭素繊維及び活性炭素繊維等の各種炭素繊維類、メソフェーズ微小球体、グラファイトウィスカー並びに平板状の黒鉛等を挙げることもできる。
これらの炭素質材料は、黒鉛化の程度により難黒鉛化炭素質材料(ハードカーボンともいう。)と黒鉛系炭素質材料に分けることもできる。また炭素質材料は、特開昭62-22066号公報、特開平2-6856号公報、同3-45473号公報に記載される面間隔又は密度、結晶子の大きさを有することが好ましい。炭素質材料は、単一の材料でなくてもよく、特開平5-90844号公報記載の天然黒鉛と人造黒鉛の混合物、特開平6-4516号公報記載の被覆層を有する黒鉛等を用いることもできる。
炭素質材料としては、ハードカーボン又は黒鉛が好ましく用いられ、黒鉛がより好ましく用いられる。
A carbonaceous material used as a negative electrode active material is a material substantially composed of carbon. For example, petroleum pitch, carbon black such as acetylene black (AB), graphite (natural graphite, artificial graphite such as vapor-grown graphite, etc.), and various synthetics such as PAN (polyacrylonitrile)-based resin or furfuryl alcohol resin A carbonaceous material obtained by baking a resin can be mentioned. Furthermore, various carbon fibers such as PAN-based carbon fiber, cellulose-based carbon fiber, pitch-based carbon fiber, vapor growth carbon fiber, dehydrated PVA (polyvinyl alcohol)-based carbon fiber, lignin carbon fiber, vitreous carbon fiber and activated carbon fiber. , mesophase microspheres, graphite whiskers and tabular graphite.
These carbonaceous materials can be classified into non-graphitizable carbonaceous materials (also referred to as hard carbon) and graphitic carbonaceous materials according to the degree of graphitization. The carbonaceous material preferably has the interplanar spacing or density and crystallite size described in JP-A-62-22066, JP-A-2-6856 and JP-A-3-45473. The carbonaceous material may not be a single material, and a mixture of natural graphite and artificial graphite described in JP-A-5-90844, graphite having a coating layer described in JP-A-6-4516, etc. can be used. can also
As the carbonaceous material, hard carbon or graphite is preferably used, and graphite is more preferably used.

負極活物質として適用される金属若しくは半金属元素の酸化物としては、リチウムを吸蔵及び放出可能な酸化物であれば特に制限されず、金属元素の酸化物(金属酸化物)、金属元素の複合酸化物若しくは金属元素と半金属元素との複合酸化物(纏めて金属複合酸化物という。)、半金属元素の酸化物(半金属酸化物)が挙げられる。これらの酸化物としては、非晶質酸化物が好ましく、更に金属元素と周期律表第16族の元素との反応生成物であるカルコゲナイトも好ましく挙げられる。本発明において、半金属元素とは、金属元素と非半金属元素との中間の性質を示す元素をいい、通常、ホウ素、ケイ素、ゲルマニウム、ヒ素、アンチモン及びテルルの6元素を含み、更にはセレン、ポロニウム及びアスタチンの3元素を含む。また、非晶質とは、CuKα線を用いたX線回折法で、2θ値で20°~40°の領域に頂点を有するブロードな散乱帯を有するものを意味し、結晶性の回折線を有してもよい。2θ値で40°~70°に見られる結晶性の回折線の内最も強い強度が、2θ値で20°~40°に見られるブロードな散乱帯の頂点の回折線強度の100倍以下であるのが好ましく、5倍以下であるのがより好ましく、結晶性の回折線を有さないことが特に好ましい。 The oxide of a metal or metalloid element that is applied as a negative electrode active material is not particularly limited as long as it is an oxide that can occlude and release lithium. Examples include oxides, composite oxides of metal elements and metalloid elements (collectively referred to as metal composite oxides), and oxides of metalloid elements (semimetal oxides). As these oxides, amorphous oxides are preferable, and chalcogenite, which is a reaction product of a metal element and an element of Group 16 of the periodic table, is also preferable. In the present invention, the metalloid element refers to an element that exhibits intermediate properties between metal elements and non-metalloid elements, and usually includes the six elements boron, silicon, germanium, arsenic, antimony and tellurium, and further selenium. , polonium and astatine. In addition, the term "amorphous" means one having a broad scattering band with an apex in the region of 20° to 40° in 2θ value in an X-ray diffraction method using CuKα rays, and a crystalline diffraction line. may have. The strongest intensity among the crystalline diffraction lines seen at 2θ values of 40° to 70° is 100 times or less than the diffraction line intensity at the top of the broad scattering band seen at 2θ values of 20° to 40°. is preferable, more preferably 5 times or less, and it is particularly preferable not to have a crystalline diffraction line.

上記非晶質酸化物及びカルコゲナイドからなる化合物群の中でも、半金属元素の非晶質酸化物又は上記カルコゲナイドがより好ましく、周期律表第13(IIIB)族~15(VB)族の元素(例えば、Al、Ga、Si、Sn、Ge、Pb、Sb及びBi)から選択される1種単独若しくはそれらの2種以上の組み合わせからなる(複合)酸化物、又はカルコゲナイドが特に好ましい。好ましい非晶質酸化物及びカルコゲナイドの具体例としては、例えば、Ga、GeO、PbO、PbO、Pb、Pb、Pb、Sb、Sb、SbBi、SbSi、Sb、Bi、Bi、GeS、PbS、PbS、Sb又はSbが好ましく挙げられる。
Sn、Si、Geを中心とする非晶質酸化物に併せて用いることができる負極活物質としては、リチウムイオン又はリチウム金属を吸蔵及び/又は放出できる炭素質材料、リチウム単体、リチウム合金、リチウムと合金化可能な負極活物質が好適に挙げられる。
Among the compound group consisting of the above amorphous oxides and chalcogenides, amorphous oxides of metalloid elements or the above chalcogenides are more preferable, and elements of groups 13 (IIIB) to 15 (VB) of the periodic table (for example, , Al, Ga, Si, Sn, Ge, Pb, Sb and Bi) are particularly preferable. Specific examples of preferred amorphous oxides and chalcogenides include Ga 2 O 3 , GeO, PbO, PbO 2 , Pb 2 O 3 , Pb 2 O 4 , Pb 3 O 4 , Sb 2 O 3 and Sb 2 . O4 , Sb2O8Bi2O3 , Sb2O8Si2O3 , Sb2O5 , Bi2O3 , Bi2O4 , GeS , PbS , PbS2 , Sb2S3 or Sb2 S5 is preferred.
Examples of negative electrode active materials that can be used in combination with amorphous oxides mainly composed of Sn, Si, and Ge include carbonaceous materials capable of absorbing and/or releasing lithium ions or lithium metal, elemental lithium, lithium alloys, and lithium. and a negative electrode active material that can be alloyed with.

金属若しくは半金属元素の酸化物、とりわけ金属(複合)酸化物及び上記カルコゲナイドは、構成成分として、チタン及びリチウムの少なくとも一方を含有していることが、高電流密度充放電特性の観点で好ましい。リチウムを含有する金属複合酸化物(リチウム複合金属酸化物)としては、例えば、酸化リチウムと上記金属(複合)酸化物若しくは上記カルコゲナイドとの複合酸化物、より具体的には、LiSnOが挙げられる。
負極活物質、例えば金属酸化物は、チタン元素を含有すること(チタン酸化物)も好ましく挙げられる。具体的には、LiTi12(チタン酸リチウム[LTO])がリチウムイオンの吸蔵放出時の体積変動が小さいことから急速充放電特性に優れ、電極の劣化が抑制されリチウムイオン二次電池の寿命向上が可能となる点で好ましい。
From the viewpoint of high current density charge/discharge characteristics, the oxides of metals or semimetals, especially metal (composite) oxides and chalcogenides, preferably contain at least one of titanium and lithium as a constituent component. Examples of lithium-containing metal composite oxides (lithium composite metal oxides) include composite oxides of lithium oxide and the above metal (composite) oxides or chalcogenides, more specifically Li 2 SnO 2 . mentioned.
The negative electrode active material, for example, a metal oxide, preferably contains a titanium element (titanium oxide). Specifically, Li 4 Ti 5 O 12 (lithium titanate [LTO]) exhibits excellent rapid charge-discharge characteristics due to its small volume fluctuation during lithium ion occlusion and desorption, suppressing electrode deterioration and promoting lithium ion secondary It is preferable in that the life of the battery can be improved.

負極活物質としてのリチウム合金としては、二次電池の負極活物質として通常用いられる合金であれば特に制限されず、例えば、リチウムアルミニウム合金が挙げられる。 The lithium alloy as the negative electrode active material is not particularly limited as long as it is an alloy normally used as a negative electrode active material for secondary batteries, and examples thereof include lithium aluminum alloys.

リチウムと合金形成可能な負極活物質は、二次電池の負極活物質として通常用いられるものであれば特に制限されない。このような活物質は、全固体二次電池の充放電による膨張収縮が大きくなる。上記活物質として、ケイ素元素若しくはスズ元素を有する負極活物質(合金)、Al及びIn等の各金属が挙げられ、より高い電池容量を可能とするケイ素元素を有する負極活物質(ケイ素元素含有活物質)が好ましく、ケイ素元素の含有量が全構成元素の50mol%以上のケイ素元素含有活物質がより好ましい。
一般的に、これらの負極活物質を含有する負極(ケイ素元素含有活物質を含有するSi負極、スズ元素を有する活物質を含有するSn負極等)は、炭素負極(黒鉛及びアセチレンブラックなど)に比べて、より多くのLiイオンを吸蔵できる。すなわち、単位質量あたりのLiイオンの吸蔵量が増加する。そのため、電池容量を大きくすることができる。その結果、バッテリー駆動時間を長くすることができるという利点がある。
ケイ素元素含有活物質としては、例えば、Si、SiOx(0<x≦1)等のケイ素材料、更には、チタン、バナジウム、クロム、マンガン、ニッケル、銅、ランタン等を含むケイ素含有合金(例えば、LaSi、VSi、La-Si、Gd-Si、Ni-Si)、又は組織化した活物質(例えば、LaSi/Si)、他にも、SnSiO、SnSiS等のケイ素元素及びスズ元素を含有する活物質等が挙げられる。なお、SiOxは、それ自体を負極活物質(半金属酸化物)として用いることができ、また、全固体二次電池の稼働によりSiを生成するため、リチウムと合金化可能な負極活物質(その前駆体物質)として用いることができる。
スズ元素を有する負極活物質としては、例えば、Sn、SnO、SnO、SnS、SnS、更には上記ケイ素元素及びスズ元素を含有する活物質等が挙げられる。また、酸化リチウムとの複合酸化物、例えば、LiSnOを挙げることもできる。
The negative electrode active material capable of forming an alloy with lithium is not particularly limited as long as it is commonly used as a negative electrode active material for secondary batteries. Such an active material expands and contracts significantly during charging and discharging of an all-solid secondary battery. Examples of the active material include negative electrode active materials (alloys) containing silicon element or tin element, and metals such as Al and In. substance) is preferable, and a silicon element-containing active material having a silicon element content of 50 mol % or more of all constituent elements is more preferable.
In general, negative electrodes containing these negative electrode active materials (Si negative electrodes containing silicon element-containing active materials, Sn negative electrodes containing active materials containing tin elements, etc.) are used as carbon negative electrodes (graphite, acetylene black, etc.). In comparison, more Li ions can be occluded. That is, the amount of Li ions stored per unit mass increases. Therefore, the battery capacity can be increased. As a result, there is an advantage that the battery driving time can be lengthened.
Silicon element-containing active materials include, for example, silicon materials such as Si and SiOx (0<x≦1), and silicon-containing alloys containing titanium, vanadium, chromium, manganese, nickel, copper, lanthanum, etc. (for example, LaSi 2 , VSi 2 , La—Si, Gd—Si, Ni—Si) or organized active materials (e.g. LaSi 2 /Si), as well as elemental silicon and elemental tin such as SnSiO 3 , SnSiS 3 and active materials containing In addition, SiOx itself can be used as a negative electrode active material (semimetal oxide), and since Si is generated by the operation of the all-solid secondary battery, the negative electrode active material that can be alloyed with lithium (the can be used as a precursor substance).
Examples of negative electrode active materials containing tin include Sn, SnO, SnO 2 , SnS, SnS 2 , active materials containing silicon and tin, and the like. In addition, composite oxides with lithium oxide, such as Li 2 SnO 2 can also be mentioned.

本発明においては、上述の負極活物質を特に制限されることなく用いることができるが、電池容量の点では、負極活物質として、リチウムと合金化可能な負極活物質が好ましい態様であり、中でも、上記ケイ素材料又はケイ素含有合金(ケイ素元素を含有する合金)がより好ましく、ケイ素(Si)又はケイ素含有合金を含むことが更に好ましい。 In the present invention, the above-described negative electrode active material can be used without any particular limitation. , the above silicon materials or silicon-containing alloys (alloys containing elemental silicon) are more preferred, and silicon (Si) or silicon-containing alloys are even more preferred.

負極活物質の形状は特に制限されないが粒子状が好ましい。負極活物質の粒子径(体積平均粒子径)は、0.1~60μmが好ましい。所定の粒子径にするには、通常の粉砕機若しくは分級機が用いられる。例えば、乳鉢、ボールミル、サンドミル、振動ボールミル、衛星ボールミル、遊星ボールミル、旋回気流型ジェットミル、篩等が好適に用いられる。粉砕時には水、あるいはメタノール等の有機溶媒を共存させた湿式粉砕も行うことができる。所望の粒子径とするためには分級を行うことが好ましい。分級方法としては特に限定はなく、篩、風力分級機などを用いることができる。分級は乾式及び湿式ともに用いることができる。負極活物質粒子の平均粒子径は、上述の無機固体電解質の体積平均粒子径の測定方法と同様の方法により測定することができる。 Although the shape of the negative electrode active material is not particularly limited, it is preferably particulate. The particle size (volume average particle size) of the negative electrode active material is preferably 0.1 to 60 μm. A conventional pulverizer or classifier is used to obtain a predetermined particle size. For example, a mortar, a ball mill, a sand mill, a vibrating ball mill, a satellite ball mill, a planetary ball mill, a whirling current jet mill, a sieve, and the like are preferably used. At the time of pulverization, wet pulverization can also be performed in which water or an organic solvent such as methanol is allowed to coexist. Classification is preferably carried out in order to obtain a desired particle size. The classification method is not particularly limited, and a sieve, an air classifier, or the like can be used. Both dry and wet classification can be used. The average particle size of the negative electrode active material particles can be measured by the same method as the method for measuring the volume average particle size of the inorganic solid electrolyte described above.

本発明において、焼成法により得られた化合物の化学式は、測定方法として誘導結合プラズマ(ICP)発光分光分析法、簡便法として、焼成前後の粉体の質量差から算出できる。 In the present invention, the chemical formula of the compound obtained by the calcination method can be calculated by inductively coupled plasma (ICP) emission spectrometry as a measurement method, or from the difference in mass of the powder before and after calcination as a simple method.

負極活物質の表面は別の金属酸化物で表面被覆されていてもよい。表面被覆剤としてはTi、Nb、Ta、W、Zr、Al、Si又はLiを含有する金属酸化物等が挙げられる。具体的には、チタン酸スピネル、タンタル系酸化物、ニオブ系酸化物、ニオブ酸リチウム系化合物等が挙げられ、具体的には、LiTi12、LiTi、LiTaO、LiNbO、LiAlO、LiZrO、LiWO、LiTiO、Li、LiPO、LiMoO、LiBO、LiBO、LiCO、LiSiO、SiO、TiO、ZrO、Al、B等が挙げられる。
また、負極活物質を含む電極表面は硫黄又はリンで表面処理されていてもよい。
更に、負極活物質の粒子表面は、上記表面被覆の前後において活性光線又は活性気体(プラズマ等)により表面処理を施されていてもよい。
The surface of the negative electrode active material may be surface-coated with another metal oxide. Examples of surface coating agents include metal oxides containing Ti, Nb, Ta, W, Zr, Al, Si or Li. Specific examples include titanate spinel, tantalum-based oxides, niobium-based oxides, lithium niobate-based compounds, and specific examples include Li 4 Ti 5 O 12 , Li 2 Ti 2 O 5 and LiTaO 3 . , LiNbO3 , LiAlO2 , Li2ZrO3 , Li2WO4 , Li2TiO3 , Li2B4O7 , Li3PO4 , Li2MoO4 , Li3BO3 , LiBO2 , Li2CO 3 , Li 2 SiO 3 , SiO 2 , TiO 2 , ZrO 2 , Al 2 O 3 , B 2 O 3 and the like.
Moreover, the surface of the electrode containing the negative electrode active material may be surface-treated with sulfur or phosphorus.
Furthermore, the surface of the particles of the negative electrode active material may be surface-treated with actinic rays or an active gas (such as plasma) before and after the surface coating.

上記負極活物質は、1種を単独で用いても、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
負極活物質層を形成する場合、負極活物質層の単位面積(cm)当たりの負極活物質の質量(mg)(目付量)は特に限定されるものではない。設計された電池容量に応じて、適宜に決めることができる。
The negative electrode active materials may be used singly or in combination of two or more.
When the negative electrode active material layer is formed, the mass (mg) (basis weight) of the negative electrode active material per unit area (cm 2 ) of the negative electrode active material layer is not particularly limited. It can be determined appropriately according to the designed battery capacity.

- 導電助剤 -
負極用組成物は、導電助剤を含有することも好ましく、特に負極活物質としてのケイ素元素含有活物質は導電助剤と併用されることが好ましい。
導電助剤としては、特に制限はなく、一般的な導電助剤として知られているものを用いることができる。例えば、電子伝導性材料である、天然黒鉛、人造黒鉛などの黒鉛類、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、ファーネスブラックなどのカーボンブラック類、ニードルコークスなどの無定形炭素、気相成長炭素繊維若しくはカーボンナノチューブなどの炭素繊維類、グラフェン若しくはフラーレンなどの炭素質材料であってもよいし、銅、ニッケルなどの金属粉、金属繊維でもよく、ポリアニリン、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリアセチレン、ポリフェニレン誘導体など導電性高分子を用いてもよい。
本発明において、活物質と導電助剤とを併用する場合、上記の導電助剤のうち、電池を充放電した際にLiの挿入と放出が起きず、活物質として機能しないものを導電助剤とする。したがって、導電助剤の中でも、電池を充放電した際に活物質層中において活物質として機能しうるものは、導電助剤ではなく活物質に分類する。電池を充放電した際に活物質として機能するか否かは、一義的ではなく、活物質との組み合わせにより決定される。
導電助剤の形状は、特に制限されないが、粒子状が好ましい。
導電助剤は、1種を用いてもよいし、2種以上を用いてもよい。
- Conductive agent -
The negative electrode composition preferably contains a conductive aid, and it is particularly preferred that the silicon element-containing active material as the negative electrode active material is used in combination with the conductive aid.
There is no particular limitation on the conductive aid, and any commonly known conductive aid can be used. For example, electronic conductive materials such as natural graphite and artificial graphite, carbon blacks such as acetylene black, ketjen black and furnace black, amorphous carbon such as needle coke, vapor grown carbon fiber or carbon nanotube. Carbon fibers such as carbon fibers such as graphene or fullerene may be used, metal powders such as copper and nickel, metal fibers may be used, and conductive polymers such as polyaniline, polypyrrole, polythiophene, polyacetylene, and polyphenylene derivatives may be used. may be used.
In the present invention, when an active material and a conductive aid are used in combination, among the above conductive aids, a conductive aid that does not cause insertion and release of Li during charging and discharging of the battery and does not function as an active material. and Therefore, among the conductive aids, those that can function as an active material in the active material layer during charging and discharging of the battery are classified as active materials rather than conductive aids. Whether or not it functions as an active material when the battery is charged and discharged is not univocally determined by the combination with the active material.
The shape of the conductive aid is not particularly limited, but is preferably particulate.
1 type may be used for a conductive support agent, and 2 or more types may be used for it.

負極活物質の、負極用組成物中における含有量は、特に限定されず、固形分100質量%において、100質量%以下であることが好ましく、10~80質量%であることがより好ましく、20~80質量%であることが更に好ましい。
負極用組成物が無機固体電解質を含有する場合、負極用組成物中における無機固体電解質と負極活物質との合計含有量として、固形分100質量%において、5質量%以上であることが好ましく、10質量%以上であることがより好ましく、15質量%以上であることが特に好ましく、50質量%以上であることがより一層好ましく、70質量%以上であることが特に好ましく、90質量%以上であることが最も好ましい。上限としては、99.9質量%以下であることが好ましく、99.5質量%以下であることがより好ましく、99質量%以下であることが特に好ましい。
導電助剤の、負極用組成物中の含有量は、固形分100質量部に対して、0.1~20質量%が好ましく、0.5~10質量%がより好ましい。
バインダー及び分散媒の、負極用組成物中の含有量は、それぞれ、特に制限されず、例えば、上記固体電解質組成物における上記含有量とすることができる。
また、リチウム塩及び他の成分の、負極用組成物中の含有量は、それぞれ、特に制限されず、適宜設定され、例えば固体電解質組成物における上記含有量とすることができる。
The content of the negative electrode active material in the negative electrode composition is not particularly limited. More preferably, it is up to 80% by mass.
When the negative electrode composition contains an inorganic solid electrolyte, the total content of the inorganic solid electrolyte and the negative electrode active material in the negative electrode composition is preferably 5% by mass or more with respect to 100% by mass of solid content, It is more preferably 10% by mass or more, particularly preferably 15% by mass or more, even more preferably 50% by mass or more, particularly preferably 70% by mass or more, and 90% by mass or more. Most preferably there is. The upper limit is preferably 99.9% by mass or less, more preferably 99.5% by mass or less, and particularly preferably 99% by mass or less.
The content of the conductive aid in the negative electrode composition is preferably 0.1 to 20% by mass, more preferably 0.5 to 10% by mass, based on 100 parts by mass of the solid content.
The contents of the binder and the dispersion medium in the negative electrode composition are not particularly limited, and can be, for example, the above contents in the solid electrolyte composition.
In addition, the contents of the lithium salt and other components in the negative electrode composition are not particularly limited, and can be appropriately set, for example, to the above contents in the solid electrolyte composition.

- 負極用組成物の調製 -
負極用組成物は、上記固体電解質組成物の調製と同様の方法及び条件で、調製することができる。
- Preparation of negative electrode composition -
The negative electrode composition can be prepared in the same manner and under the same conditions as in the preparation of the solid electrolyte composition.

- 負極活物質層の形成 -
負極活物質層は、特に制限されないが、上記固体電解質層の形成と同様の方法及び条件で、調製することができる。負極活物質層の形成においては、塗布乾燥した負極用組成物を加圧と同時に加熱してもよい。加熱温度としては、特に制限されないが、一般的には30~300℃の範囲である。
負極活物質層を、固体電解質層の正極活物質層とは反対側(他方)の表面に形成する方法としては、特に制限されず、通常の方法を適用できる。例えば、固体電解質層と負極活物質層とをそれぞれ形成して両層を積層する方法、固体電解質層又は負極活物質層の表面に負極活物質層又は固体電解質層を形成する方法が挙げられる。
両層を積層する方法としては、特に制限されず、圧着積層する方法、負極活物質を固体電解質層の表面に載置して加圧する方法、貼りあわせる方法等が挙げられる。
圧着積層する方法は、特に限定されないが、例えば、固体電解質層の表面に負極活物質層を載置(配置)した後にプレスする方法が挙げられる。圧着積層する方法及び固体電解質層の表面で負極活物質を加圧する方法において、圧着積層又は加圧する方法及び条件は、両層を圧着できる限り特に制限されない。圧力は、負極活物質層を圧着可能な圧力であればよく、例えば、1MPa以上に設定することができ、1~150MPaが好ましく、5~60MPaがより好ましい。圧着積層又は加圧は加熱下で行ってもよいが、本発明においては、非加熱下で行うことが好ましく、例えば、0~50℃の環境温度で行うことがより好ましい。圧着積層又は加圧を行う雰囲気は、固体電解質組成物の調製時の雰囲気と同様である。
貼りあわせる方法は、特に制限されず、例えば、固体電解質層の表面に電解液を塗布した後に負極活物質層を載置(配置)する方法が挙げられる。用いる電解液としては、特に制限されない。
- Formation of negative electrode active material layer -
The negative electrode active material layer is not particularly limited, but can be prepared by the same method and conditions as those for forming the solid electrolyte layer. In forming the negative electrode active material layer, the applied and dried negative electrode composition may be heated at the same time as being pressurized. Although the heating temperature is not particularly limited, it is generally in the range of 30 to 300°C.
The method for forming the negative electrode active material layer on the surface of the solid electrolyte layer opposite to the positive electrode active material layer (the other side) is not particularly limited, and a normal method can be applied. For example, a method of forming a solid electrolyte layer and a negative electrode active material layer and stacking both layers, and a method of forming a negative electrode active material layer or a solid electrolyte layer on the surface of the solid electrolyte layer or the negative electrode active material layer can be mentioned.
The method for laminating both layers is not particularly limited, and examples thereof include a method of pressure lamination, a method of placing the negative electrode active material on the surface of the solid electrolyte layer and applying pressure, and a method of bonding.
The method of laminating under pressure is not particularly limited, but for example, a method of placing (arranging) the negative electrode active material layer on the surface of the solid electrolyte layer and then pressing. In the method of pressure-bonding lamination and the method of pressing the negative electrode active material on the surface of the solid electrolyte layer, the method and conditions for pressure-bonding lamination or pressure are not particularly limited as long as both layers can be pressure-bonded. The pressure may be any pressure that allows the negative electrode active material layer to be pressure-bonded. For example, it can be set to 1 MPa or more, preferably 1 to 150 MPa, more preferably 5 to 60 MPa. Although pressure lamination or pressurization may be carried out under heating, in the present invention, it is preferably carried out without heating, for example, it is more preferably carried out at an ambient temperature of 0 to 50°C. The atmosphere for pressure lamination or pressurization is the same as the atmosphere for preparing the solid electrolyte composition.
The method of bonding is not particularly limited, and for example, a method of placing (arranging) the negative electrode active material layer after applying the electrolytic solution to the surface of the solid electrolyte layer can be mentioned. The electrolytic solution to be used is not particularly limited.

固体電解質層又は負極活物質層の表面に負極活物質層又は固体電解質層を直接形成する方法としては、特に制限されないが、例えば、固体電解質層又は負極活物質層の表面上で負極用組成物又は固体電解質組成物を塗布乾燥する方法が挙げられる。塗布乾燥の方法及び条件としては、特に制限されず、例えば、固体電解質組成物の塗布乾燥方法及び条件を適用できる。 The method for directly forming the negative electrode active material layer or the solid electrolyte layer on the surface of the solid electrolyte layer or the negative electrode active material layer is not particularly limited. Alternatively, a method of coating and drying the solid electrolyte composition may be used. The coating and drying method and conditions are not particularly limited, and for example, the coating and drying method and conditions for the solid electrolyte composition can be applied.

全固体二次電池が負極活物質層を予め形成しない形態である場合、負極活物質層は、後述する充電する工程により形成する。この場合、上記負極活物質に代えて、周期律表第一族若しくは第二族に属する金属のイオンを発生する化合物(例えば正極活物質等)を用いる。この化合物から発生するイオンを負極集電体又はその近傍で電子と結合させて金属として析出させることで、負極活物質層を形成できる。 When the all-solid-state secondary battery is of a form in which the negative electrode active material layer is not formed in advance, the negative electrode active material layer is formed by the charging step described below. In this case, instead of the negative electrode active material, a compound that generates ions of a metal belonging to Group 1 or Group 2 of the periodic table (such as a positive electrode active material) is used. A negative electrode active material layer can be formed by combining ions generated from this compound with electrons on or in the vicinity of the negative electrode current collector and depositing them as metal.

<正極活物質層を形成する工程>
正極活物質層を形成する工程を実施するに際して、正極用組成物を調製する。
正極用組成物は、正極活物質、負極活物質前駆体、好ましくは、無機固体電解質、導電助剤を含有し、更に適宜に、バインダー、分散媒、リチウム塩、その他の成分を含有する。この正極用組成物は非水系組成物であることが好ましい。
正極用組成物に用いうる、無機固体電解質、導電助剤、バインダー、分散媒、リチウム塩及びその他の成分は、上述の通りである。
<Step of Forming Positive Electrode Active Material Layer>
When performing the step of forming the positive electrode active material layer, a positive electrode composition is prepared.
The positive electrode composition contains a positive electrode active material, a negative electrode active material precursor, preferably an inorganic solid electrolyte and a conductive aid, and further optionally contains a binder, a dispersion medium, a lithium salt and other components. This positive electrode composition is preferably a non-aqueous composition.
The inorganic solid electrolyte, conductive aid, binder, dispersion medium, lithium salt and other components that can be used in the positive electrode composition are as described above.

- 正極活物質 -
本発明に用いる正極活物質は、周期律表第一族若しくは第二族に属する金属元素のイオンの挿入放出が可能な物質である。正極活物質としては、金属酸化物(好ましくは遷移金属酸化物)が好ましい。
- Positive electrode active material -
The positive electrode active material used in the present invention is a material capable of inserting and releasing ions of metal elements belonging to Group 1 or Group 2 of the periodic table. A metal oxide (preferably a transition metal oxide) is preferable as the positive electrode active material.

正極活物質は、可逆的にリチウムイオンを挿入及び放出できるものが好ましい。その材料は、上記特性を有するものであれば、特に制限はなく、遷移金属酸化物、又は、有機物、硫黄などのLiと複合化できる元素や硫黄と金属の複合物などでもよい。
中でも、正極活物質としては、遷移金属酸化物を用いることが好ましく、遷移金属元素M(Co、Ni、Fe、Mn、Cu及びVから選択される1種以上の元素)を有する遷移金属酸化物がより好ましい。また、この遷移金属酸化物に元素M(リチウム以外の金属周期律表の第1(Ia)族の元素、第2(IIa)族の元素、Al、Ga、In、Ge、Sn、Pb、Sb、Bi、Si、P又はBなどの元素)を混合してもよい。混合量としては、遷移金属元素Mの量(100mol%)に対して0~30mol%が好ましい。Li/Mのモル比が0.3~2.2になるように混合して合成されたものが、より好ましい。
遷移金属酸化物の具体例としては、(MA)層状岩塩型構造を有する遷移金属酸化物、(MB)スピネル型構造を有する遷移金属酸化物、(MC)リチウム含有遷移金属リン酸化合物、(MD)リチウム含有遷移金属ハロゲン化リン酸化合物及び(ME)リチウム含有遷移金属ケイ酸化合物等が挙げられる。
The positive electrode active material is preferably one capable of reversibly intercalating and deintercalating lithium ions. The material is not particularly limited as long as it has the above properties, and may be a transition metal oxide, an element that can be combined with Li such as an organic substance or sulfur, or a composite of sulfur and a metal.
Among them, it is preferable to use a transition metal oxide as the positive electrode active material. things are more preferred. Further, the transition metal oxide may contain an element M b (an element of group 1 (Ia) of the periodic table of metals other than lithium, an element of group 2 (IIa) of the periodic table, Al, Ga, In, Ge, Sn, Pb, elements such as Sb, Bi, Si, P or B) may be mixed. The mixing amount is preferably 0 to 30 mol % with respect to the amount (100 mol %) of the transition metal element Ma. More preferred is one synthesized by mixing so that the Li/M a molar ratio is 0.3 to 2.2.
Specific examples of the transition metal oxide include (MA) a transition metal oxide having a layered rock salt structure, (MB) a transition metal oxide having a spinel structure, (MC) a lithium-containing transition metal phosphate compound, (MD ) lithium-containing transition metal halide phosphate compounds and (ME) lithium-containing transition metal silicate compounds.

(MA)層状岩塩型構造を有する遷移金属酸化物の具体例として、LiCoO(コバルト酸リチウム[LCO])、LiNi(ニッケル酸リチウム)、LiNi0.85Co0.10Al0.05(ニッケルコバルトアルミニウム酸リチウム[NCA])、LiNi1/3Co1/3Mn1/3(ニッケルマンガンコバルト酸リチウム[NMC])及びLiNi0.5Mn0.5(マンガンニッケル酸リチウム)が挙げられる。
(MB)スピネル型構造を有する遷移金属酸化物の具体例として、LiMn(LMO)、LiCoMnO、LiFeMn、LiCuMn、LiCrMn及びLiNiMnが挙げられる。
(MC)リチウム含有遷移金属リン酸化合物としては、例えば、LiFePO及びLiFe(PO等のオリビン型リン酸鉄塩、LiFeP等のピロリン酸鉄類、LiCoPO等のリン酸コバルト類並びにLi(PO(リン酸バナジウムリチウム)等の単斜晶ナシコン型リン酸バナジウム塩が挙げられる。
(MD)リチウム含有遷移金属ハロゲン化リン酸化合物としては、例えば、LiFePOF等のフッ化リン酸鉄塩、LiMnPOF等のフッ化リン酸マンガン塩及びLiCoPOF等のフッ化リン酸コバルト類が挙げられる。
(ME)リチウム含有遷移金属ケイ酸化合物としては、例えば、LiFeSiO、LiMnSiO及びLiCoSiO等が挙げられる。
本発明では、(MA)層状岩塩型構造を有する遷移金属酸化物が好ましく、LCO又はNMCがより好ましい。
(MA) Specific examples of transition metal oxides having a layered rocksalt structure include LiCoO 2 (lithium cobalt oxide [LCO]), LiNi 2 O 2 (lithium nickel oxide), LiNi 0.85 Co 0.10 Al 0.5 . 05O2 ( lithium nickel cobalt aluminum oxide [NCA]), LiNi1 / 3Co1 / 3Mn1 / 3O2 ( lithium nickel manganese cobaltate [NMC]) and LiNi0.5Mn0.5O2 ( lithium manganese nickelate).
(MB) Specific examples of transition metal oxides having a spinel structure include LiMn 2 O 4 (LMO), LiCoMnO 4 , Li 2 FeMn 3 O 8 , Li 2 CuMn 3 O 8 , Li 2 CrMn 3 O 8 and Li 2NiMn3O8 . _
Examples of (MC) lithium-containing transition metal phosphate compounds include olivine-type iron phosphate salts such as LiFePO 4 and Li 3 Fe 2 (PO 4 ) 3 , iron pyrophosphates such as LiFeP 2 O 7 , and LiCoPO 4 . and monoclinic Nasicon-type vanadium phosphates such as Li 3 V 2 (PO 4 ) 3 (lithium vanadium phosphate).
Examples of (MD) lithium-containing transition metal halogenated phosphate compounds include iron fluorophosphates such as Li 2 FePO 4 F, manganese fluorophosphates such as Li 2 MnPO 4 F, and Li 2 CoPO 4 F. and other cobalt fluoride phosphates.
(ME) Lithium-containing transition metal silicate compounds include, for example, Li 2 FeSiO 4 , Li 2 MnSiO 4 and Li 2 CoSiO 4 .
In the present invention, transition metal oxides having a (MA) layered rocksalt structure are preferred, and LCO or NMC is more preferred.

正極活物質の形状は特に制限されないが粒子状が好ましい。正極活物質の体積平均粒子径(球換算平均粒子径)は特に限定されない。例えば、0.1~50μmとすることができる。正極活物質を所定の粒子径にするには、通常の粉砕機や分級機を用いればよい。焼成法によって得られた正極活物質は、水、酸性水溶液、アルカリ性水溶液、有機溶剤にて洗浄した後使用してもよい。正極活物質粒子の平均粒子径は、上述の無機固体電解質の体積平均粒子径の測定方法と同様の方法により測定することができる。 Although the shape of the positive electrode active material is not particularly limited, it is preferably particulate. The volume average particle size (average particle size in terms of spheres) of the positive electrode active material is not particularly limited. For example, it can be 0.1 to 50 μm. An ordinary pulverizer or classifier may be used to make the positive electrode active material have a predetermined particle size. The positive electrode active material obtained by the calcination method may be washed with water, an acidic aqueous solution, an alkaline aqueous solution, or an organic solvent before use. The average particle size of the positive electrode active material particles can be measured by the same method as the method for measuring the volume average particle size of the inorganic solid electrolyte described above.

上記正極活物質の表面は、負極活物質と同様に、別の金属酸化物で表面被覆されていてもよい。
上記正極活物質は、1種を単独で用いても、2種以上を用いてもよい。
正極活物質層を形成する場合、正極活物質層の単位面積(cm)当たりの正極活物質の質量(mg)(目付量)は特に限定されるものではない。設計された電池容量に応じて、適宜に決めることができる。
The surface of the positive electrode active material may be surface-coated with another metal oxide, similar to the negative electrode active material.
The positive electrode active material may be used alone or in combination of two or more.
When the positive electrode active material layer is formed, the mass (mg) (basis weight) of the positive electrode active material per unit area (cm 2 ) of the positive electrode active material layer is not particularly limited. It can be determined appropriately according to the designed battery capacity.

- 負極活物質前駆体 -
負極活物質前駆体は、後述する充電する工程により、正極活物質層中において、周期律表第一族若しくは第二族に属する金属元素のイオン(金属イオン)を発生(放出)させる化合物である。発生する金属イオンが全固体二次電池の充電により負極活物質層等に到達して負極活物質層をプレドープする。全固体二次電池が負極活物質層を予め形成しない形態である場合、金属イオンが負極集電体に到達して電子と結合することにより金属として析出して、負極活物質層をプレドープする。
負極活物質前駆体は、このような特性若しくは機能を有するものであれば特に制限されず、上記金属元素を含む化合物が挙げられるが、全固体二次電池の材料として用いられる支持電解質としてのリチウム塩とは、初回充電時にリチウムイオンを放出して分解し、次回充電時にはリチウムイオンの放出に寄与しない点で、異なる。このように、負極活物質前駆体は、充放電によるリチウムイオンの可逆的な挿入及び放出ができない点で、上記正極活物質とも異なる化合物である。
- Negative electrode active material precursor -
The negative electrode active material precursor is a compound that generates (releases) ions (metal ions) of a metal element belonging to Group 1 or Group 2 of the periodic table in the positive electrode active material layer by the charging step described later. . The generated metal ions reach the negative electrode active material layer and the like by charging the all-solid secondary battery and pre-dope the negative electrode active material layer. When the all-solid-state secondary battery is in a form in which the negative electrode active material layer is not formed in advance, metal ions reach the negative electrode current collector and combine with electrons to precipitate as metal and pre-dope the negative electrode active material layer.
The negative electrode active material precursor is not particularly limited as long as it has such properties or functions, and examples include compounds containing the above metal elements. It is different from salt in that it decomposes by releasing lithium ions during the initial charge and does not contribute to the release of lithium ions during the next charge. As described above, the negative electrode active material precursor is a compound different from the above-described positive electrode active material in that lithium ions cannot be reversibly intercalated and released by charging and discharging.

負極活物質前駆体は、上記金属元素を含む無機化合物が好ましく、上記金属イオンと陰イオンとを発生させる無機塩がより好ましく、上記金属元素(アルカリ金属若しくはアルカリ土類金属)の炭酸塩、酸化物又は水酸化物が更に好ましく、炭酸塩から選択される化合物が特に好ましい。無機塩は、特に制限されないが、分解により、常温常圧、好ましくは充電環境において気体を発生させるものが好ましい。例えば、炭酸塩は、酸化分解により、金属元素のイオンと炭酸イオンを発生する。発生した金属元素のイオンは負極活物質層の構成材料となり、炭酸イオンは炭酸ガスに変化して正極活物質層中から外部に放出され(消失)する。そのため、炭酸塩は、分解物を含めて正極活物質層中に残存せず、炭酸塩の含有による電池特性(エネルギー密度)の低下を避けることができる。
全固体二次電池が全固体リチウムイオン二次電池である場合、負極活物質前駆体を形成する金属元素はリチウムが好ましい。
負極活物質前駆体としては、例えば、上記金属元素の、炭酸塩、酸化物、水酸化物、ハロゲン化物等の無機塩、上記金属元素のカルボン酸塩(例えばシュウ酸塩)等の有機塩が挙げられる。負極活物質前駆体としてのリチウム元素含む化合物(リチウム塩)としては、具体的には、例えば、炭酸リチウム、酸化リチウム、水酸化リチウム、フッ化リチウム、塩化リチウム、シュウ化リチウム、ヨウ化リチウム、窒化リチウム、硫化リチウム、リン化リチウム、硝酸リチウム、硫酸リチウム、リン酸リチウム、シュウ酸リチウム、ギ酸リチウム、酢酸リチウム等が挙げられ、炭酸リチウム、酸化リチウム又は水酸化リチウムが好ましく、空気中での安全に取り扱うことができる(吸湿性が低い)点で、炭酸リチウムがより好ましい。
The negative electrode active material precursor is preferably an inorganic compound containing the above metal element, more preferably an inorganic salt that generates the above metal ion and anion, and a carbonate or oxidation of the above metal element (alkali metal or alkaline earth metal). more preferred are compounds or hydroxides, particularly preferred are compounds selected from carbonates. The inorganic salt is not particularly limited, but is preferably one that generates gas by decomposition at normal temperature and normal pressure, preferably in a charging environment. For example, carbonates generate metal element ions and carbonate ions through oxidative decomposition. The generated ions of the metal element become constituent materials of the negative electrode active material layer, and the carbonate ions change to carbon dioxide gas and are discharged (disappeared) from the positive electrode active material layer to the outside. Therefore, the carbonate, including decomposition products, does not remain in the positive electrode active material layer, and deterioration of battery characteristics (energy density) due to carbonate inclusion can be avoided.
When the all-solid secondary battery is an all-solid lithium ion secondary battery, the metal element forming the negative electrode active material precursor is preferably lithium.
Examples of negative electrode active material precursors include inorganic salts such as carbonates, oxides, hydroxides, and halides of the above metal elements, and organic salts such as carboxylates (eg, oxalates) of the above metal elements. mentioned. Specific examples of the compound containing lithium element (lithium salt) as the negative electrode active material precursor include, for example, lithium carbonate, lithium oxide, lithium hydroxide, lithium fluoride, lithium chloride, lithium oxalate, lithium iodide, Lithium nitride, lithium sulfide, lithium phosphide, lithium nitrate, lithium sulfate, lithium phosphate, lithium oxalate, lithium formate, lithium acetate, etc., and lithium carbonate, lithium oxide or lithium hydroxide are preferred. Lithium carbonate is more preferable because it can be handled safely (low hygroscopicity).

正極用組成物は、負極活物質前駆体を1種含有していても、2種以上を含有していてもよい。
負極活物質前駆体の平均粒子径は、特に限定されないが、0.01~10μmであることが好ましく、0.1~1μmであることがより好ましい。平均粒子径は、上述の無機固体電解質粒子の平均粒子径と同様にして測定した値である。
The positive electrode composition may contain one type of negative electrode active material precursor, or may contain two or more types.
The average particle size of the negative electrode active material precursor is not particularly limited, but is preferably 0.01 to 10 μm, more preferably 0.1 to 1 μm. The average particle size is a value measured in the same manner as the average particle size of the inorganic solid electrolyte particles described above.

正極活物質の、正極用組成物中における含有量は、特に限定されず、固形分100質量%において、10~95質量%が好ましく、30~90質量%がより好ましく、50~85質量が更に好ましく、55~80質量%が特に好ましい。
正極用組成物が無機固体電解質を含有する場合、正極用組成物中における無機固体電解質と正極活物質との合計含有量として、固形分100質量%において、5質量%以上であることが好ましく、10質量%以上であることがより好ましく、15質量%以上であることが特に好ましく、50質量%以上であることがより一層好ましく、70質量%以上であることが特に好ましく、90質量%以上であることが最も好ましい。上限としては、99.9質量%以下であることが好ましく、99.5質量%以下であることがより好ましく、99質量%以下であることが特に好ましい。
負極活物質前駆体の、正極用組成物中の含有量は、補充する金属元素のイオン量等により変動するので、一義的に決定されないが、例えば、固形分100質量%において、50質量%以下であることが好ましく、5~30質量%であることがより好ましく、7~20質量%であることが更に好ましい。正極用組成物中の、正極活物質と負極活物質前駆体との合計含有量は、特に制限されず、好ましくは70~90質量%である。
導電助剤の、正極用組成物中の含有量は、固形分100質量部に対して、0.1~20質量%が好ましく、0.5~10質量%がより好ましい。
バインダー及び分散媒の、正極用組成物中の含有量は、それぞれ、特に制限されず、例えば、上記固体電解質組成物における上記含有量とすることができる。
他の成分の、正極用組成物中の含有量は、特に制限されず、適宜設定され、例えば固体電解質組成物で説明した上記含有量とすることができる。
The content of the positive electrode active material in the positive electrode composition is not particularly limited. 55 to 80 mass % is particularly preferred.
When the positive electrode composition contains an inorganic solid electrolyte, the total content of the inorganic solid electrolyte and the positive electrode active material in the positive electrode composition is preferably 5% by mass or more with respect to 100% by mass of solid content, It is more preferably 10% by mass or more, particularly preferably 15% by mass or more, even more preferably 50% by mass or more, particularly preferably 70% by mass or more, and 90% by mass or more. Most preferably there is. The upper limit is preferably 99.9% by mass or less, more preferably 99.5% by mass or less, and particularly preferably 99% by mass or less.
The content of the negative electrode active material precursor in the positive electrode composition varies depending on the amount of ions of the metal element to be replenished, etc., and is not uniquely determined. is preferred, more preferably 5 to 30% by mass, even more preferably 7 to 20% by mass. The total content of the positive electrode active material and the negative electrode active material precursor in the positive electrode composition is not particularly limited, and is preferably 70 to 90% by mass.
The content of the conductive aid in the positive electrode composition is preferably 0.1 to 20% by mass, more preferably 0.5 to 10% by mass, based on 100 parts by mass of the solid content.
The contents of the binder and the dispersion medium in the positive electrode composition are not particularly limited, and can be, for example, the above contents in the solid electrolyte composition.
The content of the other components in the positive electrode composition is not particularly limited, and can be set as appropriate, and can be, for example, the content described above for the solid electrolyte composition.

- 正極用組成物の調製 -
正極用組成物は、上記固体電解質組成物の調製と同様の方法及び条件で、調製することができる。
- Preparation of positive electrode composition -
The positive electrode composition can be prepared in the same manner and under the same conditions as in the preparation of the solid electrolyte composition.

- 正極活物質層の形成 -
正極活物質層は、特に制限されないが、上記固体電解質層の形成と同様の方法及び条件で、調製することができる。正極活物質層の形成においては、塗布乾燥した正極用組成物を加圧と同時に加熱することが好ましい。加熱温度としては、特に制限されないが、一般的には30~300℃の範囲である。
正極活物質層を、固体電解質層の負極活物質層とは反対側(一方)の表面に形成する方法としては、特に制限されず、通常の方法を適用できる。例えば、固体電解質層と正極活物質層とをそれぞれ形成して両層を積層する方法、固体電解質層又は正極活物質層の表面に正極活物質層又は固体電解質層を形成する方法が挙げられる。
正極活物質層を固体電解質層の一方の表面に形成する方法としては、負極活物質、負極活物質層又は負極用組成物に代えて正極活物質、正極活物質層又は正極用組成物を用いること以外は負極活物質層を固体電解質層の他方の表面に形成する方法と同様の方法が挙げられる。
- Formation of positive electrode active material layer -
The positive electrode active material layer is not particularly limited, but can be prepared by the same method and conditions as those for forming the solid electrolyte layer. In forming the positive electrode active material layer, it is preferable to heat the applied and dried positive electrode composition simultaneously with pressurization. Although the heating temperature is not particularly limited, it is generally in the range of 30 to 300°C.
The method for forming the positive electrode active material layer on the surface of the solid electrolyte layer on the opposite side (one side) of the solid electrolyte layer from the negative electrode active material layer is not particularly limited, and an ordinary method can be applied. For example, a method of forming a solid electrolyte layer and a positive electrode active material layer and stacking both layers, and a method of forming a positive electrode active material layer or a solid electrolyte layer on the surface of the solid electrolyte layer or the positive electrode active material layer can be used.
As a method for forming the positive electrode active material layer on one surface of the solid electrolyte layer, a positive electrode active material, a positive electrode active material layer, or a positive electrode composition is used instead of the negative electrode active material, the negative electrode active material layer, or the negative electrode composition. Other than that, the same method as the method of forming the negative electrode active material layer on the other surface of the solid electrolyte layer can be used.

上記のようにして、固体電解質層及び正極活物質層を形成する工程を行い、正極活物質層と固体電解質層とを含む積層体を作製する。また、全固体二次電池が負極活物質層を予め形成する態様である場合、更に負極活物質層を形成する工程を行い、正極活物質層と固体電解質層と負極活物質層とを含む積層体を作製する。
こうして得られる積層体は、初期充電及び圧縮を行う前の全固体二次電池であって、全固体二次電池前駆体ともいう。
As described above, the step of forming the solid electrolyte layer and the positive electrode active material layer is performed to produce a laminate including the positive electrode active material layer and the solid electrolyte layer. Further, when the all-solid secondary battery is in a mode in which a negative electrode active material layer is formed in advance, a step of forming a negative electrode active material layer is further performed, and a laminate including a positive electrode active material layer, a solid electrolyte layer, and a negative electrode active material layer Create a body.
The laminate thus obtained is an all-solid secondary battery before initial charging and compression, and is also called an all-solid secondary battery precursor.

<積層体を充電する工程>
本発明の製造方法においては、次いで、得られた積層体を充電する工程を行う。
充電条件は、正極活物質層中の負極活物質前駆体を酸化分解可能な条件であればよく、例えば、下記条件が挙げられる。
電流:0.05~1mA/cm
電圧:4.2~4.5V
充電時間:1~20時間
温度:25~60℃
充電する工程は、負極活物質前駆体の陰イオン(から発生する化合物)を積層体の外部に放出するため、積層体を密閉して行うのではなく、開放下で行うことが好ましい。このときの雰囲気は、固体電解質組成物の調製時と同様である。
充電する工程は、積層体を積層方向に加圧拘束して、行うことが好ましい。これにより、負極活物質層の体積変動による問題(例えば固体電解質層の損傷)を抑えることができる。このときの圧力は、特に限定されないが、0.05MPa以上が好ましく、1MPaがより好ましい。上限は、正極活物質層を圧縮しない圧力であればよく、例えば、10MPa未満が好ましく、8MPa以下がより好ましい。
本工程において、充電は1回行ってもよく、複数回行ってもよい。
<Step of charging the laminate>
In the manufacturing method of the present invention, the step of charging the obtained laminate is then performed.
The charging conditions may be any conditions as long as the negative electrode active material precursor in the positive electrode active material layer can be oxidatively decomposed, and examples thereof include the following conditions.
Current: 0.05-1mA/ cm2
Voltage: 4.2-4.5V
Charging time: 1-20 hours Temperature: 25-60°C
The step of charging releases the anions (compounds generated from) of the precursor of the negative electrode active material to the outside of the laminate, so it is preferable to perform the step in the open rather than sealing the laminate. The atmosphere at this time is the same as in the preparation of the solid electrolyte composition.
It is preferable that the step of charging is performed while pressurizing and constraining the stack in the stacking direction. This makes it possible to suppress problems due to volume fluctuation of the negative electrode active material layer (for example, damage to the solid electrolyte layer). The pressure at this time is not particularly limited, but is preferably 0.05 MPa or more, more preferably 1 MPa. The upper limit may be any pressure that does not compress the positive electrode active material layer, and is preferably less than 10 MPa, more preferably 8 MPa or less, for example.
In this step, charging may be performed once or multiple times.

この充電する工程により、正極活物質層中の負極活物質前駆体は、酸化分解されて、金属イオンと陰イオンとを発生させる。発生した金属イオンは負極活物質層又はその近傍まで移動して、負極活物質層をドープする。一方、陰イオンは、正極活物質層中に留まることもあるが、好ましくは気体に変化して積層体の外部に放出される。このように、本発明の製造方法においては、リチウム金属等を用いることなく、安全かつ簡潔にプレドープすることができる。
こうして、充電が完了すると、正極活物質層中には、酸化分解された負極活物質前駆体に由来する空隙が生じる。
充電後の正極活物質層における空隙率(負極活物質前駆体に由来する空隙を含む全空隙の空隙率)は、正極活物質の種類若しくは粒径、正極活物質層の形成条件、負極活物質前駆体の種類、粒径若しくは含有量等によって変動するので、一義的に決定されないが、例えば、5~30%とすることができ、15~25%であることが好ましい。
正極活物質層の空隙率は、次の方法で測定する。すなわち、正極活物質層の任意の断面を走査型電子顕微鏡(SEM)により観察し、得られたSEM写真を倍率3万倍で撮影し、視野3μm×2.5μm中の空隙の面積を求め、この面積を視野面積(7.5μm)で除した値(百分率)として算出する。
By this charging step, the negative electrode active material precursor in the positive electrode active material layer is oxidatively decomposed to generate metal ions and anions. The generated metal ions move to or near the negative electrode active material layer and dope the negative electrode active material layer. On the other hand, although the anions may remain in the positive electrode active material layer, they are preferably changed to gas and released to the outside of the laminate. Thus, in the production method of the present invention, pre-doping can be performed safely and simply without using lithium metal or the like.
Thus, when charging is completed, voids originating from the oxidatively decomposed negative electrode active material precursor are generated in the positive electrode active material layer.
The porosity of the positive electrode active material layer after charging (the porosity of the total voids including the voids derived from the negative electrode active material precursor) depends on the type or particle size of the positive electrode active material, conditions for forming the positive electrode active material layer, and the negative electrode active material. Since it varies depending on the type, particle size, content, etc. of the precursor, it is not unambiguously determined, but it can be, for example, 5 to 30%, preferably 15 to 25%.
The porosity of the positive electrode active material layer is measured by the following method. That is, an arbitrary cross section of the positive electrode active material layer is observed with a scanning electron microscope (SEM), the obtained SEM photograph is taken at a magnification of 30,000 times, and the area of the void in a field of view of 3 μm × 2.5 μm is obtained, It is calculated as a value (percentage) obtained by dividing this area by the visual field area (7.5 μm 2 ).

負極活物質層を予め形成しない形態の全固体二次電池では、周期律表第一族若しくは第二族に属する金属のイオンを析出させる足場となりうる負極集電体等を適宜に用いることができる。この充電する工程により、上記負極活物質前駆体の分解によるドープだけでなく、負極活物質層が形成される。 In all-solid-state secondary batteries in which a negative electrode active material layer is not formed in advance, a negative electrode current collector or the like that can serve as a scaffold for depositing ions of metals belonging to Group 1 or Group 2 of the periodic table can be appropriately used. . By this charging step, not only the dope due to the decomposition of the negative electrode active material precursor but also the negative electrode active material layer is formed.

<積層体を放電する工程>
本発明の製造方法においては、積層体を放電する工程を行うこともできる。
放電条件は、特に制限されず、例えば、下記条件が挙げられる。
電流:0.05~1mA/cm
電圧:2.5~3.0V
充電時間:1~20時間
温度:25~60℃
放電する工程は、負極活物質前駆体の陰イオンを積層体の外部に放出可能な点で、積層体を開放下で行うことが好ましい。このときの雰囲気は、固体電解質組成物の調製時と同様である。
放電する工程は、積層体を積層方向に加圧拘束して、行うことが好ましい。これにより、集電体と電極層の密着を維持することができる。このときの圧力は、特に限定されず、充電する工程における上記圧力範囲に設定することができ、充電する工程における圧力と同じでも異なってもよい。
本工程において、放電は1回行ってもよく、複数回行ってもよい。
<Step of discharging laminate>
In the production method of the present invention, a step of discharging the laminate can also be performed.
Discharge conditions are not particularly limited, and include, for example, the following conditions.
Current: 0.05-1mA/ cm2
Voltage: 2.5-3.0V
Charging time: 1-20 hours Temperature: 25-60°C
The step of discharging is preferably carried out with the laminate open, in that the negative ions of the precursor of the negative electrode active material can be released to the outside of the laminate. The atmosphere at this time is the same as in the preparation of the solid electrolyte composition.
The step of discharging is preferably performed while pressurizing and constraining the stack in the stacking direction. Thereby, the adhesion between the current collector and the electrode layer can be maintained. The pressure at this time is not particularly limited, and can be set within the above pressure range in the charging step, and may be the same as or different from the pressure in the charging step.
In this step, discharging may be performed once or multiple times.

この放電する工程により、負極活物質層又はその近傍から金属イオンが発生して、正極活物質層に到達する。しかし、金属イオン、更に金属イオンを取り込んだ正極活物質は負極活物質前駆体に由来する空隙を完全に埋めることはなく、正極活物質層は後述する圧縮する工程において圧潰される空隙を有している(残存している)。
放電後の正極活物質層の空隙率は、特に制限されないが、例えば、10%以上とすることができ、20%以上が好ましい。
負極活物質層を予め形成しない形態の全固体二次電池では、放電する工程により、充電する工程の実施により析出した金属がイオン化して正極活物質層に移動する(負極活物質層が減容若しくは消失する)。
本発明において、上記充電する工程による充電を初期充電といい、上記放電する工程による放電を初期放電という。また、初期充電と初期放電とを併せて初期化といい、初期化は、1回の初期充電と1回の初期放電を1サイクルとして、1サイクル行ってもよく、複数サイクル行ってもよい。
By this discharging step, metal ions are generated from the negative electrode active material layer or its vicinity and reach the positive electrode active material layer. However, the positive electrode active material incorporating metal ions and further metal ions does not completely fill the voids derived from the negative electrode active material precursor, and the positive electrode active material layer has voids that are crushed in the compression step described later. (remaining).
The porosity of the positive electrode active material layer after discharge is not particularly limited, but can be, for example, 10% or more, preferably 20% or more.
In the all-solid-state secondary battery in which the negative electrode active material layer is not formed in advance, the metal deposited by the charging step is ionized and moves to the positive electrode active material layer (the negative electrode active material layer is reduced in volume). or disappear).
In the present invention, charging by the charging step is called initial charging, and discharging by the discharging step is called initial discharging. The initial charge and the initial discharge are collectively referred to as initialization, and the initialization may be performed for one cycle or a plurality of cycles, with one initial charge and one initial discharge as one cycle.

<正極活物質層を圧縮する工程>
本発明の製造方法においては、次いで、正極活物質層を加圧して圧縮する工程を行う。
この工程により、充電後の正極活物質層に形成された空隙、又は放電後の正極活物質層に残存する空隙が圧潰され(押潰され)、正極活物質層が薄層化(緻密化)する。これにより、全固体二次電池の全厚(体積)が減少して、エネルギー密度が向上する。
圧縮する工程は、少なくとも正極活物質層を圧縮できればよいが、充電後の正極活物質層を圧縮することを考慮すると、全固体二次電池前駆体としての上記積層体を加圧することにより正極活物質層を圧縮することが好ましい。
<Step of Compressing Positive Electrode Active Material Layer>
In the manufacturing method of the present invention, the step of pressurizing and compressing the positive electrode active material layer is then performed.
Through this step, voids formed in the positive electrode active material layer after charging or voids remaining in the positive electrode active material layer after discharging are crushed (crushed), and the positive electrode active material layer is thinned (densified). do. As a result, the total thickness (volume) of the all-solid secondary battery is reduced, and the energy density is improved.
In the compressing step, it is sufficient that at least the positive electrode active material layer can be compressed. It is preferred to compress the material layer.

正極活物質層を加圧圧縮する方法は、特に制限されず、公知の各種加圧方法を適用することができ、プレス加圧(例えば油圧シリンダープレス機を用いたプレス加圧)が好ましい。本工程における圧力は、空隙を圧潰できる圧力であれば特に限定されず、上記充電する工程における加圧拘束よりも高いことが好ましい。圧力は、正極活物質の種類若しくは含有量、空隙量等に応じて適宜に決定されるが、例えば、10~1000MPaの範囲に設定されることが好ましい。圧力の下限としては、40MPa以上がより好ましく、50MPa以上が更に好ましく、60MPa以上が特に好ましく、80MPa以上が最も好ましく、上限としては、1000MPa以下がより好ましく、750MPa以下が更に好ましい。プレス時間は、特に制限されず、短時間(例えば数時間以内)でも、長時間(1日以上)でもよい。
正極活物質層の加圧圧縮と同時に加熱してもよいが、本発明においては、非加熱で加圧圧縮することが好ましく、例えば、10~50℃の環境温度で加圧圧縮することが好ましい。加圧圧縮中の雰囲気としては、特に限定されず、固体電解質組成物の混合雰囲気が挙げられる。
The method of pressurizing and compressing the positive electrode active material layer is not particularly limited, and various known pressurization methods can be applied, and pressurization (for example, pressurization using a hydraulic cylinder press) is preferable. The pressure in this step is not particularly limited as long as it is a pressure that can crush the voids, and is preferably higher than the pressure restraint in the charging step. The pressure is appropriately determined depending on the type or content of the positive electrode active material, the amount of voids, etc., and is preferably set in the range of 10 to 1000 MPa, for example. The lower limit of the pressure is more preferably 40 MPa or higher, more preferably 50 MPa or higher, particularly preferably 60 MPa or higher, most preferably 80 MPa or higher, and the upper limit is more preferably 1000 MPa or lower, and further preferably 750 MPa or lower. The pressing time is not particularly limited, and may be short (for example, within several hours) or long (one day or longer).
Although the positive electrode active material layer may be heated at the same time as being pressurized and compressed, in the present invention, it is preferable to pressurize and compress without heating. For example, it is preferable to pressurize and compress at an ambient temperature of 10 to 50°C. . The atmosphere during compression is not particularly limited, and includes a mixed atmosphere of the solid electrolyte composition.

圧縮する工程は、少なくとも正極活物質層、通常全固体二次電池前駆体に、電圧を印加しない(充放電しない)で行うことが好ましい。本発明において、電圧を印加しないとは、正極活物質層等に電圧をまったく印加しない態様に加えて、初期放電の終止電圧に相当する2.5~3.0Vの電圧を印加する態様を包含する。 The compressing step is preferably performed without applying voltage (not charging/discharging) to at least the positive electrode active material layer, usually the all-solid secondary battery precursor. In the present invention, "no voltage is applied" includes not only a mode in which no voltage is applied to the positive electrode active material layer, etc., but also a mode in which a voltage of 2.5 to 3.0 V corresponding to the final voltage of the initial discharge is applied. do.

正極活物質層の圧縮は、圧縮後の正極活物質層の空隙率が充電後の正極活物質層の空隙率よりも小さくなるまで、行う。この圧縮は、理想的には、負極活物質前駆体に由来する空隙が完全に圧潰するまで(充電前の正極活物質層の空隙率に到達するまで)行うが、現実的には、充電前の正極活物質層の空隙率の近傍まで行う。例えば、充電前の正極活物質層の空隙率よりも1.5%、好ましくは1%、より好ましくは0.5%高い空隙率まで圧縮する。
この圧縮する工程は、正極活物質層を圧縮(空隙を圧潰)する点で、全固体二次電池の使用時に好ましく適用する加圧拘束とは異なる。
The compression of the positive electrode active material layer is performed until the porosity of the positive electrode active material layer after compression becomes smaller than the porosity of the positive electrode active material layer after charging. Ideally, this compression is performed until the voids derived from the negative electrode active material precursor are completely crushed (until the porosity of the positive electrode active material layer before charging is reached), but in reality, it is performed before charging. up to the vicinity of the porosity of the positive electrode active material layer. For example, it is compressed to a porosity higher than the porosity of the positive electrode active material layer before charging by 1.5%, preferably 1%, more preferably 0.5%.
This compressing step compresses the positive electrode active material layer (crushing the voids), and is different from pressure restraint preferably applied when using an all-solid secondary battery.

一般に、全固体二次電池を製造するに際して、正極活物質層及び固体電解質層、全固体二次電池の形態によって更に負極活物質層を有する積層体(全固体二次電池前駆体)を、いずれかの層が圧縮されるような圧力で加圧することはない。負極活物質層及び正極活物質層に空隙が存在すると、両層の間に存在する固体電解質層に割れ若しくはヒビが発生して、二次電池として十分に機能しなくなるからである。
しかし、本発明の製造方法においては、正極活物質層を圧縮する工程は充電する工程の後に行われるため、圧縮する積層体の正極活物質層には負極活物質前駆体に由来する空隙が形成されており、負極活物質層の空隙は負極活物質層形成後からほとんど増加していない。このように正極活物質層及び負極活物質層について空隙量を設定して上記積層体を加圧する本発明の製造方法は、固体電解質層に割れ若しくはヒビを発生させることなく、正極活物質層を圧縮できる。固体電解質層の割れ等の発生は、圧縮する工程の直前に放電する工程を行わない(充電する工程と圧縮する工程とを放電する工程を介在せずに行う)と、より効果的に抑制できる。
In general, when producing an all-solid secondary battery, a laminate (all-solid secondary battery precursor) having a positive electrode active material layer, a solid electrolyte layer, and a negative electrode active material layer depending on the form of the all-solid secondary battery is It does not press with such pressure that the layer is compressed. This is because if voids exist in the negative electrode active material layer and the positive electrode active material layer, cracks or cracks will occur in the solid electrolyte layer existing between both layers, and the secondary battery will not function sufficiently.
However, in the manufacturing method of the present invention, since the step of compressing the positive electrode active material layer is performed after the step of charging, voids derived from the negative electrode active material precursor are formed in the positive electrode active material layer of the laminated body to be compressed. The number of voids in the negative electrode active material layer has hardly increased after the formation of the negative electrode active material layer. In the manufacturing method of the present invention, in which the void amount is set for the positive electrode active material layer and the negative electrode active material layer and the laminate is pressurized, the positive electrode active material layer can be formed without causing cracks or cracks in the solid electrolyte layer. Can be compressed. The occurrence of cracks and the like in the solid electrolyte layer can be more effectively suppressed by not performing the discharging step immediately before the compressing step (performing the charging step and the compressing step without intervening the discharging step). .

上述のようにして、圧縮する工程を実施して、初期充電、好ましくは初期化された全固体二次電池が製造される。この全固体二次電池は、上述のように、高電池容量及び高エネルギー密度を示す。 As described above, the compression step is performed to manufacture an initially charged, preferably initialized, all-solid secondary battery. This all-solid secondary battery exhibits high battery capacity and high energy density as described above.

以下に、実施例に基づき本発明について更に詳細に説明する。なお、本発明がこれにより限定して解釈されるものではない。以下の実施例において組成を表す「部」及び「%」は、特に断らない限り質量基準である。 The present invention will be described in more detail below based on examples. In addition, this invention is not limited and interpreted by this. "Parts" and "%" representing compositions in the following examples are based on mass unless otherwise specified.

<合成例1:硫化物系無機固体電解質Li-P-S系ガラスの合成>
硫化物系無機固体電解質として、T.Ohtomo,A.Hayashi,M.Tatsumisago,Y.Tsuchida,S.Hama,K.Kawamoto,Journal of Power Sources,233,(2013),pp231-235及びA.Hayashi,S.Hama,H.Morimoto,M.Tatsumisago,T.Minami,Chem.Lett.,(2001),pp872-873の非特許文献を参考にして、Li-P-S系ガラスを合成した。
<Synthesis Example 1: Synthesis of sulfide-based inorganic solid electrolyte Li—P—S-based glass>
As a sulfide-based inorganic solid electrolyte, T.I. Ohtomo, A.; Hayashi, M.; Tatsumisago, Y.; Tsuchida, S.; Hama, K.; Kawamoto, Journal of Power Sources, 233, (2013), pp231-235; Hayashi, S.; Hama, H.; Morimoto, M.; Tatsumisago, T.; Minami, Chem. Lett. , (2001), pp872-873, Li-P-S based glass was synthesized.

具体的には、アルゴンガス雰囲気下(露点-70℃)のグローブボックス内で、硫化リチウム(LiS、Aldrich社製、純度>99.98%)2.42g、五硫化二リン(P、Aldrich社製、純度>99%)3.90gをそれぞれ秤量し、メノウ製乳鉢に投入し、メノウ製乳棒を用いて、5分間混合した。なお、LiS及びPの混合比は、モル比でLiS:P=75:25とした。
ジルコニア製45mL容器(フリッチュ社製)に、直径5mmのジルコニアビーズを66個投入し、更に上記硫化リチウムと五硫化二リンの混合物全量を投入して、アルゴンガス雰囲気下で容器を密閉した。フリッチュ社製の遊星ボールミルP-7(商品名)にこの容器をセットし、温度25℃、回転数510rpmで20時間メカニカルミリングを行い、黄色粉体の硫化物系無機固体電解質(Li-P-S系ガラス)6.20gを得た。イオン伝導度は0.28mS/cmであった。Li-P-S系ガラスの上記測定方法による粒子径は1μmであった。
Specifically, in a glove box under an argon gas atmosphere (dew point −70° C.), 2.42 g of lithium sulfide (Li 2 S, manufactured by Aldrich, purity >99.98%), diphosphorus pentasulfide (P 2 S 5 , manufactured by Aldrich, purity >99%) (3.90 g) was weighed, put into an agate mortar, and mixed for 5 minutes using an agate pestle. The mixing ratio of Li 2 S and P 2 S 5 was Li 2 S:P 2 S 5 =75:25 in terms of molar ratio.
Sixty-six zirconia beads with a diameter of 5 mm were put into a 45 mL zirconia container (manufactured by Fritsch), and then the entire mixture of lithium sulfide and phosphorus pentasulfide was added, and the container was sealed under an argon gas atmosphere. This container is set in a planetary ball mill P-7 (trade name) manufactured by Fritsch, and mechanical milling is performed at a temperature of 25 ° C. and a rotation speed of 510 rpm for 20 hours to obtain a yellow powdery sulfide-based inorganic solid electrolyte (Li-P- S-based glass) 6.20 g was obtained. The ionic conductivity was 0.28 mS/cm. The particle size of the Li—P—S glass measured by the above measurement method was 1 μm.

実施例1
本例では、負極活物質前駆体を含有する正極活物質層と、Si負極(負極活物質層)とを有する全固体二次電池を製造した。
<固体電解質シートの作製>
合成した硫化物系無機固体電解質100mgを、マコール(登録商標)製の内径10mmのシリンダ中に入れて、アルゴンガス雰囲気下、25℃で、圧力を180MPaに設定して、1分間プレスした。こうして、硫化物系無機固体電解質(厚さ600μm)からなる固体電解質シートを得た。
Example 1
In this example, an all-solid secondary battery having a positive electrode active material layer containing a negative electrode active material precursor and a Si negative electrode (negative electrode active material layer) was manufactured.
<Preparation of solid electrolyte sheet>
100 mg of the synthesized sulfide-based inorganic solid electrolyte was placed in a Macor (registered trademark) cylinder with an inner diameter of 10 mm and pressed for 1 minute under an argon gas atmosphere at 25° C. and a pressure of 180 MPa. Thus, a solid electrolyte sheet made of a sulfide-based inorganic solid electrolyte (thickness: 600 μm) was obtained.

<負極シートの作製>
- 負極用組成物の調製 -
ジルコニア製45mL容器(フリッチュ社製)に、直径5mmのジルコニアビーズを66個投入し、上記合成例1で合成したLi-P-S系ガラス9.0g、バインダーとして変性ポリフッ化ビニリデン樹脂(PVDF)(4500-20(商品名)、アルケマ社製)の粒子1.3g、分散媒としてジイソブチルケトン12gを添加した後、この容器を遊星ボールミルP-7(商品名、フリッチュ社製)にセットし、温度25℃、回転数300rpmで2時間攪拌を続けた。
更にSi粉末(Silicon Powder、上記測定方法による平均粒径1~5μm、Alfa Aesar社製)9.0g及び導電助剤としてアセチレンブラック0.9gを加え、更にジイソブチルケトン5gを添加した後、この容器を遊星ボールミルP-7(商品名、フリッチュ社製)にセットし、温度25℃、回転数150rpmで5分攪拌を続けた。こうして負極用組成物(スラリー)を調製した。
- 負極活物質層の成膜 -
調製した負極用組成物を、厚さ8μmの銅箔上に、2mg/直径10mmの目付量で湿式塗布し、100℃で乾燥し、180MPaで仮プレスして、Si負極活物質層を形成した。
こうして、銅箔とSi負極活物質層(厚さ30μm)とを有する負極シートを作製した。
<Production of negative electrode sheet>
- Preparation of negative electrode composition -
66 zirconia beads with a diameter of 5 mm were put into a zirconia 45 mL container (manufactured by Fritsch), 9.0 g of the Li—P—S glass synthesized in Synthesis Example 1 above, and modified polyvinylidene fluoride resin (PVDF) as a binder. After adding 1.3 g of particles of (4500-20 (trade name), manufactured by Arkema) and 12 g of diisobutyl ketone as a dispersion medium, this container was set in a planetary ball mill P-7 (trade name, manufactured by Fritsch), Stirring was continued for 2 hours at a temperature of 25° C. and a rotation speed of 300 rpm.
Further, 9.0 g of Si powder (Silicon Powder, average particle size 1 to 5 μm according to the above measurement method, manufactured by Alfa Aesar) and 0.9 g of acetylene black as a conductive agent were added, and 5 g of diisobutyl ketone was added. was set in a planetary ball mill P-7 (trade name, manufactured by Fritsch), and stirring was continued for 5 minutes at a temperature of 25° C. and a rotation speed of 150 rpm. Thus, a negative electrode composition (slurry) was prepared.
- Formation of negative electrode active material layer -
The prepared negative electrode composition was wet-coated on a copper foil having a thickness of 8 μm at a basis weight of 2 mg/diameter of 10 mm, dried at 100° C., and temporarily pressed at 180 MPa to form a Si negative electrode active material layer. .
Thus, a negative electrode sheet having a copper foil and a Si negative electrode active material layer (thickness: 30 μm) was produced.

<固体電解質シートと負極シートとの積層>
作製した負極シートから直径10mmの円盤状に打ち抜いた円盤状負極シートのSi負極活物質層と、固体電解質シートから直径10mmの円盤状に打ち抜いた円盤状固体電解質シートの表面とが接するように、固体電解質シートに負極シートを積層して、アルゴンガス雰囲気下、25℃で、圧力を24MPaに設定して、1分間圧着した。こうして、固体電解質層が積層された負極シートを作製した。
<Lamination of Solid Electrolyte Sheet and Negative Electrode Sheet>
A disc-shaped negative electrode sheet having a diameter of 10 mm was punched out from the prepared negative electrode sheet so that the Si negative electrode active material layer of the disc-shaped negative electrode sheet was in contact with the surface of the disc-shaped solid electrolyte sheet which was punched out from the solid electrolyte sheet into a disc shape having a diameter of 10 mm. The negative electrode sheet was laminated on the solid electrolyte sheet, and pressure-bonded in an argon gas atmosphere at 25° C. and a pressure of 24 MPa for 1 minute. In this way, a negative electrode sheet laminated with a solid electrolyte layer was produced.

<正極シートの作製>
次いで、正極集電体と正極活物質層とからなる正極シートを作製した。
- 正極用組成物の調製 -
ジルコニア製45mL容器(フリッチュ社製)に、直径5mmのジルコニアビーズを66個投入し、上記合成例1で合成したLi-P-S系ガラス2.0gと、スチレンブタジエンゴム(商品コード182907、アルドリッチ社製)0.1gと、分散媒としてオクタン22gとを投入した。その後に、この容器をフリッチュ社製遊星ボールミルP-7にセットし、温度25℃で、回転数300rpmで2時間攪拌した。その後、正極活物質LiNi0.85Co0.10Al0.05(ニッケルコバルトアルミニウム酸リチウム)7.11gと、負極活物質前駆体としてLiCO(炭酸リチウム、平均粒子径1μm)0.79gを容器に投入し、再びこの容器を遊星ボールミルP-7にセットし、温度25℃、回転数100rpmで15分間混合を続けた。このようにして、負極活物質前駆体を含有する正極用組成物(スラリー)を得た。
次に、集電体となる厚み20μmのアルミニウム箔上に、上記で得られた正極用組成物を15mg/直径10mmの目付量でベーカー式アプリケーターにより塗布し、80℃2時間加熱して、正極用組成物を乾燥させた。その後、ヒートプレス機を用いて、所定の密度になるように乾燥させた正極層用組成物を加熱(120℃)しながら加圧(600MPa、1分)した。こうして、アルミニウム箔と正極活物質層(厚さ110μm)とを有する正極シートを作製した。
<Preparation of positive electrode sheet>
Next, a positive electrode sheet comprising a positive electrode current collector and a positive electrode active material layer was produced.
- Preparation of positive electrode composition -
66 zirconia beads with a diameter of 5 mm were added to a zirconia 45 mL container (manufactured by Fritsch), and 2.0 g of the Li—P—S glass synthesized in Synthesis Example 1 above and styrene-butadiene rubber (product code 182907, Aldrich Co., Ltd.) and 22 g of octane as a dispersion medium were added. After that, this container was set in a planetary ball mill P-7 manufactured by Fritsch, and stirred at a temperature of 25° C. and a rotation speed of 300 rpm for 2 hours. After that, 7.11 g of a positive electrode active material LiNi 0.85 Co 0.10 Al 0.05 O 2 (lithium nickel cobalt aluminum oxide) and Li 2 CO 3 (lithium carbonate, average particle size 1 μm) as a negative electrode active material precursor. 0.79 g was put into the container, and the container was again set in the planetary ball mill P-7, and the mixing was continued for 15 minutes at a temperature of 25° C. and a rotation speed of 100 rpm. Thus, a positive electrode composition (slurry) containing the negative electrode active material precursor was obtained.
Next, on an aluminum foil having a thickness of 20 μm as a current collector, the positive electrode composition obtained above is applied with a basis weight of 15 mg / diameter 10 mm with a baker applicator, heated at 80 ° C. for 2 hours, and the positive electrode The composition for drying was dried. Then, using a heat press, the positive electrode layer composition dried to a predetermined density was heated (120° C.) and pressurized (600 MPa, 1 minute). Thus, a positive electrode sheet having an aluminum foil and a positive electrode active material layer (thickness: 110 μm) was produced.

<全固体二次電池の製造>
- 積層体の作製 -
作製した正極シートから直径10mmの円盤状に打ち抜いた円盤状正極シートの正極活物質層を、固体電解質層が積層された円盤状負極シートの固体電解質層の表面に、リチウムイオン電池用電解液をポリエチレンオキシド(PEO)に混合した液を塗布することにより、貼り付けた。こうして、Si負極集電体と、Si負極活物質層と、固体電解質層と、正極活物質層と、正極集電体とからなる円盤状積層体(全固体二次電池前駆体)を得た。
- 充電する工程(初期充電) -
得られた円盤状積層体全体を積層方向に8MPaの拘束圧で拘束して、電流0.09mA/cm、電圧4.2V、充電時間20時間及び温度25℃の条件で、初期充電した。この初期充電により、炭酸リチウムから発生したリチウムイオンがSi負極活物質層にリチウム合金としてドープされ、炭酸ガスが電池外に放出された。初期充電後の正極活物質層を観測したところ、初期充電前の正極活物質層に対して空隙率(上記測定方法による)が7%増大し、15%となった。
- 圧縮する工程 -
初期充電後、円盤状積層体の拘束を外して、正極集電体とSi負極集電体との間に100MPaの圧力をかけて、初期充電後の円盤状積層体を積層方向に加圧して、正極活物質層を圧縮した。この圧縮は、ヒートプレス機を用いて、室温下(25℃)で、円盤状積層体に電圧を印加(充電及び放電)せずに、1時間かけて、行った。
この正極活物質層を観察したところ、初期充電前の正極活物質層に対して空隙率が1%増加した状態(初期充電前の正極活物質層における空隙率6%分の空隙を圧潰した状態)に圧縮(薄層化)されていた。
こうして、図1に示す層構成の全固体二次電池を製造した。
<Production of all-solid secondary battery>
- Production of laminate -
A positive electrode active material layer of a disk-shaped positive electrode sheet punched out from the prepared positive electrode sheet into a disk shape with a diameter of 10 mm is laminated with a solid electrolyte layer. It was attached by applying a liquid mixed with polyethylene oxide (PEO). Thus, a disk-shaped laminate (all-solid secondary battery precursor) composed of the Si negative electrode current collector, the Si negative electrode active material layer, the solid electrolyte layer, the positive electrode active material layer, and the positive electrode current collector was obtained. .
- Charging process (initial charging) -
The resulting disk-shaped laminate was constrained in the lamination direction with a confining pressure of 8 MPa, and was initially charged under conditions of a current of 0.09 mA/cm 2 , a voltage of 4.2 V, a charging time of 20 hours, and a temperature of 25°C. Due to this initial charge, lithium ions generated from lithium carbonate were doped into the Si negative electrode active material layer as a lithium alloy, and carbon dioxide gas was released to the outside of the battery. When the positive electrode active material layer after the initial charge was observed, the porosity (according to the above measurement method) increased by 7% to 15% compared to the positive electrode active material layer before the initial charge.
- Compression process -
After initial charging, the disk-shaped laminate was released from restraint, a pressure of 100 MPa was applied between the positive electrode current collector and the Si negative electrode current collector, and the disk-shaped laminate after the initial charge was pressed in the stacking direction. , compressed the positive electrode active material layer. This compression was performed using a heat press at room temperature (25° C.) for 1 hour without applying voltage (charging and discharging) to the disk-shaped laminate.
When this positive electrode active material layer was observed, it was found that the porosity of the positive electrode active material layer before initial charging was increased by 1% (a state in which the voids corresponding to the porosity of 6% in the positive electrode active material layer before initial charging were crushed). ) was compressed (thinned).
Thus, an all-solid secondary battery having the layer structure shown in FIG. 1 was manufactured.

比較例1
圧縮する工程における圧力を8MPaに設定したこと以外は、実施例1と同様にして、全固体二次電池を製造した。この全固体二次電池における正極活物質層は、空隙率が7%であり、圧縮する工程の前後において圧縮(薄層化)されていなかった。
Comparative example 1
An all-solid secondary battery was manufactured in the same manner as in Example 1, except that the pressure in the compressing step was set to 8 MPa. The positive electrode active material layer in this all-solid secondary battery had a porosity of 7% and was not compressed (thinned) before and after the compression step.

比較例2
本例では、負極活物質前駆体を含有しない正極活物質層と、Si負極(Si負極活物質層)とを有する全固体二次電池を製造した。
実施例1の全固体二次電池の製造方法において、下記の正極用組成物を用い(正極シートの作製は実施例1と同じである)、かつ圧縮する工程を行わなかったこと以外は、実施例1の全固体二次電池の製造と同様にして、負極活物質前駆体を含有しない正極活物質層を備えた全固体二次電池を製造した。
- 正極用組成物の調製 -
ジルコニア製45mL容器(フリッチュ社製)に、直径5mmのジルコニアビーズを66個投入し、上記合成例1で合成したLi-P-S系ガラス2.0gと、スチレンブタジエンゴム(商品コード182907、アルドリッチ社製)0.1gと、分散媒としてオクタン22gとを投入した。その後に、この容器をフリッチュ社製遊星ボールミルP-7にセットし、温度25℃で、回転数300rpmで2時間攪拌した。その後、正極活物質LiNi0.85Co0.10Al0.05(ニッケルコバルトアルミニウム酸リチウム)7.9gを容器に投入し、再びこの容器を遊星ボールミルP-7にセットし、温度25℃、回転数100rpmで15分間混合を続けた。このようにして、正極用組成物を得た。
Comparative example 2
In this example, an all-solid secondary battery having a positive electrode active material layer containing no negative electrode active material precursor and a Si negative electrode (Si negative electrode active material layer) was manufactured.
In the method for producing an all-solid secondary battery of Example 1, the following positive electrode composition was used (the positive electrode sheet was prepared in the same manner as in Example 1), and the compression step was not performed. An all-solid secondary battery having a positive electrode active material layer containing no negative electrode active material precursor was produced in the same manner as in the production of the all-solid secondary battery of Example 1.
- Preparation of positive electrode composition -
66 zirconia beads with a diameter of 5 mm were added to a zirconia 45 mL container (manufactured by Fritsch), and 2.0 g of the Li—P—S glass synthesized in Synthesis Example 1 above and styrene-butadiene rubber (product code 182907, Aldrich Co., Ltd.) and 22 g of octane as a dispersion medium were added. After that, this container was set in a planetary ball mill P-7 manufactured by Fritsch, and stirred at a temperature of 25° C. and a rotation speed of 300 rpm for 2 hours. After that, 7.9 g of the positive electrode active material LiNi 0.85 Co 0.10 Al 0.05 O 2 (lithium nickel-cobalt aluminum oxide) was put into the container, and the container was again set in the planetary ball mill P-7 and heated to 25°C. C. and 100 rpm, mixing was continued for 15 minutes. Thus, a positive electrode composition was obtained.

<評価:充放電サイクル特性試験>
充放電サイクル特性試験を行う前に、上記で作製した各全固体二次電池を積層方向に8MPaの拘束圧で拘束して、0.09mA/cm、終止電圧2.5V、充電時間18時間及び温度25℃の条件で、初期放電して、初期化した。
次いで、各全固体二次電池を用いて、下記条件により(急速)充放電を行い、充放電サイクル特性試験(過酷促進条件)を実施した。
(条件)
電流密度2.2mA/cmで4.25Vまで充電し、電流密度2.2mA/cmで2.5Vまで放電する充放電サイクルを1サイクルとして7サイクル繰り返して行った。
<Evaluation: Charge-discharge cycle characteristic test>
Before conducting the charge-discharge cycle characteristic test, each all-solid secondary battery prepared above was constrained in the stacking direction with a confining pressure of 8 MPa, 0.09 mA / cm 2 , final voltage 2.5 V, charging time 18 hours. Initial discharge was performed at a temperature of 25° C. for initialization.
Next, using each all-solid secondary battery, (rapid) charging and discharging were performed under the following conditions, and a charge-discharge cycle characteristics test (severe accelerated conditions) was carried out.
(conditions)
A charge/discharge cycle of charging to 4.25 V at a current density of 2.2 mA/cm 2 and discharging to 2.5 V at a current density of 2.2 mA/cm 2 was set as one cycle, and seven cycles were repeated.

充放電サイクル特性は、1サイクル毎に、充電容量及び放電容量を測定し、下記式から充放電効率を求めて、評価した。

式:充放電効率(%)=[放電容量/充電容量]×100
The charge-discharge cycle characteristics were evaluated by measuring the charge capacity and discharge capacity for each cycle and obtaining the charge-discharge efficiency from the following formula.

Formula: charge and discharge efficiency (%) = [discharge capacity / charge capacity] × 100

充放電サイクル特性試験の結果を下記に示す。
実施例1
実施例1の全固体二次電池は、7サイクルの放電容量が正極活物質NCAを7.9g用いた比較例2(正極活物質の目付量同一)と同等であった。これにより、この全固体二次電池は、比較例2と同等の放電容量を示すうえ、正極活物質層の薄層化により電池体積が減少しており、体積エネルギー密度が向上したことを確認した。
また、7サイクルの充放電効率が全て99%で安定していた。これにより、短絡の発生を抑制できることが分かる。しかも、負極活物質層の体積膨張収縮に起因する、負極活物質層と固体電解質層との界面剥離を防止でき、高い放電容量を維持している。
固体電解質層の断面部分をイオンビームミリング実施後、SEMにより観察したところ、割れ及びヒビの発生を確認できなかった。
The results of the charge/discharge cycle characteristic test are shown below.
Example 1
The all-solid secondary battery of Example 1 had a 7-cycle discharge capacity equivalent to that of Comparative Example 2 using 7.9 g of the positive electrode active material NCA (with the same basis weight of the positive electrode active material). As a result, it was confirmed that this all-solid secondary battery exhibited a discharge capacity equivalent to that of Comparative Example 2, and that the battery volume was reduced due to the thinning of the positive electrode active material layer, and the volumetric energy density was improved. .
Moreover, the charging/discharging efficiency of all 7 cycles was stable at 99%. It can be seen that this can suppress the occurrence of a short circuit. Moreover, interfacial peeling between the negative electrode active material layer and the solid electrolyte layer due to volume expansion and contraction of the negative electrode active material layer can be prevented, and a high discharge capacity is maintained.
When the cross section of the solid electrolyte layer was observed by SEM after ion beam milling, no cracks or cracks were observed.

比較例1
比較例1の全固体二次電池は、正極活物質層が圧縮されていないため、体積エネルギー密度の向上は確認できなかった。
比較例2
比較例2の全固体二次電池は、正極活物質層が負極活物質前駆体を含有していないので、Si負極活物質層のリチウム金属量の目減りを補償することができず、放電容量が十分ではない。また、正極活物質層の厚さは一定(不変)であるので、体積エネルギー密度の向上は確認できなかった。
Comparative example 1
In the all-solid secondary battery of Comparative Example 1, since the positive electrode active material layer was not compressed, no improvement in volumetric energy density could be confirmed.
Comparative example 2
In the all-solid secondary battery of Comparative Example 2, since the positive electrode active material layer does not contain the negative electrode active material precursor, it is not possible to compensate for the decrease in the amount of lithium metal in the Si negative electrode active material layer, and the discharge capacity is reduced. Not enough. Moreover, since the thickness of the positive electrode active material layer was constant (unchanged), no improvement in the volumetric energy density could be confirmed.

本発明をその実施態様とともに説明したが、我々は特に指定しない限り我々の発明を説明のどの細部においても限定しようとするものではなく、添付の請求の範囲に示した発明の精神と範囲に反することなく幅広く解釈されるべきであると考える。 While we have described our invention in conjunction with embodiments thereof, we do not intend to limit our invention in any detail to the description unless specified otherwise, which is contrary to the spirit and scope of the invention as set forth in the appended claims. I think it should be interpreted broadly.

本願は、2019年3月27日に日本国で特許出願された特願2019-060215に基づく優先権を主張するものであり、これはここに参照してその内容を本明細書の記載の一部として取り込む。 This application claims priority based on Japanese Patent Application No. 2019-060215 filed in Japan on March 27, 2019, the contents of which are incorporated herein by reference. taken in as a part.

1 負極集電体
2 負極活物質層
3 固体電解質層
4 正極活物質層
5 正極集電体
6 作動部位
10 全固体二次電池
1 negative electrode current collector 2 negative electrode active material layer 3 solid electrolyte layer 4 positive electrode active material layer 5 positive electrode current collector 6 operating part 10 all-solid secondary battery

Claims (9)

無機固体電解質を含有する固体電解質層と、前記固体電解質層の一方の表面に正極活物質層とを有する全固体二次電池の製造方法であって、
正極活物質と負極活物質前駆体とを含有する正極用組成物を用いて、前記固体電解質層の一方の表面に正極活物質層を形成する工程と、
前記正極活物質層と固体電解質層とを含む積層体を充電する工程と、
前記充電する工程の後に、少なくとも前記正極活物質層を加圧して圧縮する工程と、
前記圧縮する工程の後に、少なくとも前記正極活物質層が圧縮された積層体を放電する工程と、
を有する、全固体二次電池の製造方法。
A method for manufacturing an all-solid secondary battery having a solid electrolyte layer containing an inorganic solid electrolyte and a positive electrode active material layer on one surface of the solid electrolyte layer,
forming a positive electrode active material layer on one surface of the solid electrolyte layer using a positive electrode composition containing a positive electrode active material and a negative electrode active material precursor;
charging a laminate including the positive electrode active material layer and the solid electrolyte layer;
a step of pressurizing and compressing at least the positive electrode active material layer after the charging step;
After the compressing step, a step of discharging at least the laminated body in which the positive electrode active material layer is compressed;
A method for manufacturing an all-solid secondary battery.
前記圧縮する工程において、前記積層体を10~1000MPaの圧力で加圧する、請求項1に記載の全固体二次電池の製造方法。 2. The method for manufacturing an all-solid secondary battery according to claim 1, wherein in said compressing step, said laminate is pressurized with a pressure of 10 to 1000 MPa. 前記圧力が、80MPa以上である、請求項2に記載の全固体二次電池の製造方法。 3. The method for manufacturing an all-solid secondary battery according to claim 2, wherein said pressure is 80 MPa or higher. 前記充電する工程を、前記積層体を積層方向に加圧拘束した状態で行う、請求項1~3のいずれか1項に記載の全固体二次電池の製造方法。 4. The method for producing an all-solid secondary battery according to claim 1, wherein the charging step is performed while the laminate is pressurized and constrained in the stacking direction. 前記圧縮する工程を、前記積層体に電圧を印加しないで行う、請求項1~4のいずれか1項に記載の全固体二次電池の製造方法。 The method for manufacturing an all-solid secondary battery according to any one of claims 1 to 4, wherein the compressing step is performed without applying a voltage to the laminate. 前記負極活物質前駆体が、アルカリ金属若しくはアルカリ土類金属の、炭酸塩、酸化物及び水酸化物から選択される少なくとも1種の化合物である、請求項1~5のいずれか1項に記載の全固体二次電池の製造方法。 6. The negative electrode active material precursor according to any one of claims 1 to 5, wherein the negative electrode active material precursor is at least one compound selected from carbonates, oxides and hydroxides of alkali metals or alkaline earth metals. A method for manufacturing an all-solid secondary battery. 前記全固体二次電池が、前記固体電解質層の他方の表面に負極活物質層を有する、請求項1~6のいずれか1項に記載の全固体二次電池の製造方法。 The method for producing an all-solid secondary battery according to any one of claims 1 to 6, wherein said all-solid secondary battery has a negative electrode active material layer on the other surface of said solid electrolyte layer. 前記充電する工程の前に、ケイ素又はケイ素元素を含有する合金を含有する負極用組成物を用いて、前記負極活物質層を形成する工程を有する、請求項7に記載の全固体二次電池の製造方法。 The all-solid secondary battery according to claim 7, which has a step of forming the negative electrode active material layer using a negative electrode composition containing silicon or an alloy containing silicon element before the charging step. manufacturing method. 請求項1~8のいずれか1項に記載の全固体二次電池の製造方法により得られる全固体二次電池。
An all-solid secondary battery obtained by the method for producing an all-solid secondary battery according to any one of claims 1 to 8.
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