JP7125043B2 - Sulfur cathode and lithium sulfur solid state battery - Google Patents

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Description

本発明は、硫黄正極及びリチウム硫黄固体電池に関する。 The present invention relates to sulfur cathodes and lithium-sulfur solid-state batteries.

近年、電子機器や通信機器等のポータブル化やコードレス化が急速に進展している。これら電子機器や通信機器の電源として、エネルギー密度が高く、負荷特性に優れた二次電池が要望されており、高電圧、高エネルギー密度で、サイクル特性にも優れるリチウム二次電池の利用が拡大している。
一方、電気自動車の普及や、自然エネルギーの利用の推進には、さらに大きなエネルギー密度の電池が必要とされる。そこで、LiCoO等のリチウム複合酸化物を正極の構成材料とするリチウムイオン二次電池に替わる、新たなリチウム二次電池の開発が望まれている。
2. Description of the Related Art In recent years, electronic devices, communication devices, and the like are rapidly becoming portable and cordless. As a power source for these electronic devices and communication devices, secondary batteries with high energy density and excellent load characteristics are in demand, and the use of lithium secondary batteries with high voltage, high energy density and excellent cycle characteristics is expanding. is doing.
On the other hand, the popularization of electric vehicles and the promotion of the use of natural energy require batteries with even higher energy densities. Therefore, it is desired to develop a new lithium secondary battery to replace the lithium ion secondary battery in which a lithium composite oxide such as LiCoO 2 is used as a constituent material of the positive electrode.

硫黄は、1672mAh/gと極めて高い理論容量密度を有しており、硫黄を正極の構成材料とするリチウム硫黄電池は、電池の中でも、理論的に最も高エネルギー密度を達成できる可能性を有している。そこで、リチウム硫黄電池の研究開発が盛んに行われるようになってきている。 Sulfur has an extremely high theoretical capacity density of 1672 mAh / g, and a lithium-sulfur battery that uses sulfur as a positive electrode constituent material has the potential to achieve the highest theoretical energy density among batteries. ing. Therefore, research and development of lithium-sulfur batteries have been actively carried out.

リチウム硫黄電池の電解質として、有機電解液を用いた場合には、充放電の際などに硫黄分子や反応中間体(例えば、多硫化リチウム等)等が有機電解液中に溶解して拡散することで、自己放電や負極の劣化が惹き起こされ、電池性能が低下するという問題点がある。
そこで、このような問題点を解決するために、電解液に塩酸や硝酸等の酸を添加して電解液を改質する方法(特許文献1参照)、正極の構成材料として、ケッチェンブラックに硫黄ナノ粒子を内包した複合体を用いる方法(特許文献2参照)等が提案されている。
When an organic electrolyte is used as the electrolyte for a lithium-sulfur battery, sulfur molecules and reaction intermediates (e.g., lithium polysulfide, etc.) dissolve and diffuse into the organic electrolyte during charging and discharging. Therefore, there is a problem that self-discharge and deterioration of the negative electrode are induced, and the battery performance is deteriorated.
Therefore, in order to solve such problems, a method of modifying the electrolyte by adding an acid such as hydrochloric acid or nitric acid to the electrolyte (see Patent Document 1), Ketjenblack as a constituent material of the positive electrode A method using a composite containing sulfur nanoparticles (see Patent Document 2) and the like have been proposed.

特開2013-114920号公報JP 2013-114920 A 特開2012-204332号公報JP 2012-204332 A

しかし、特許文献1及び2で開示されている方法では、電解質自体が液状であるため、硫黄分子や反応中間体が電解液に溶解することを完全には抑制できず、十分な効果を得られないという問題点があった。
このような電解液を用いた場合の問題点を解決する方法として、固体電解質を用いる方法がある。しかし、固体電解質を備えたリチウム硫黄固体電池は、まだ技術的に十分に検討されておらず、大きな改善の余地がある。
However, in the methods disclosed in Patent Documents 1 and 2, since the electrolyte itself is in a liquid state, the dissolution of sulfur molecules and reaction intermediates in the electrolyte cannot be completely suppressed, and sufficient effects cannot be obtained. There was a problem that there was no
A method of using a solid electrolyte is available as a method of solving the problem when using such an electrolytic solution. However, lithium-sulfur solid-state batteries with solid electrolytes have not yet been fully explored technically and have significant room for improvement.

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、新規のリチウム硫黄固体電池を提供することを課題とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a novel lithium-sulfur solid-state battery.

上記課題を解決するため、本発明は、以下の構成を採用する。
[1].空隙部を多数有する導電性シートを備え、前記空隙部は、前記導電性シートの外部に対して開口しており、前記導電性シートは、前記空隙部に、硫黄、導電助剤、バインダー及びイオン液体を含有し、前記イオン液体が、グライム-リチウム塩錯体からなる群より選択される1種又は2種以上の溶媒和イオン液体と、1-エチル-3-メチルイミダゾリウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド、1-ブチル-3-メチルイミダゾリウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド、1-メチル-1-プロピルピロリジニウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド、1-ブチル-1-メチルピロリジニウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド、1-ブチルピリジニウムビス(トリフルオロメチルスルホニル)イミド、1-ブチル-3-メチルピリジニウムビス(トリフルオロメチルスルホニル)イミド、テトラブチルホスホニウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド、トリブチルドデシルホスホニウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド、1-メチル-3-プロピルイミダゾリウムビス(トリフルオロメチルスルホニル)イミド、1-ヘキシル-3-メチルイミダゾリウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド、ブチルトリメチルアンモニウムビス(トリフルオロメチルスルホニル)イミド及びトリメチルへキシルアンモニウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミドからなる群より選択される1種又は2種以上のイオン性化合物と、の混合物である、硫黄正極。
[2].前記イオン液体における、[前記溶媒和イオン液体の混合量(質量)]:[前記イオン性化合物の混合量(質量)]の質量比が、99:1~80:20である、[1]に記載の硫黄正極。
[3].前記硫黄正極において、前記導電性シートの質量に対する、前記硫黄の質量の割合が30質量%以下である、[1]又は[2]に記載の硫黄正極。
In order to solve the above problems, the present invention employs the following configuration.
[1]. A conductive sheet having a large number of voids, the voids being open to the outside of the conductive sheet, and the conductive sheet containing sulfur, a conductive aid, a binder and ions in the voids. containing a liquid, wherein the ionic liquid is one or more solvated ionic liquids selected from the group consisting of glyme-lithium salt complexes, and 1-ethyl-3-methylimidazolium bis(trifluoromethanesulfonyl) imide, 1-butyl-3-methylimidazolium bis(trifluoromethanesulfonyl)imide, 1-methyl-1-propylpyrrolidinium bis(trifluoromethanesulfonyl)imide, 1-butyl-1-methylpyrrolidinium bis(trifluoro methanesulfonyl)imide, 1-butylpyridinium bis(trifluoromethylsulfonyl)imide, 1-butyl-3-methylpyridinium bis(trifluoromethylsulfonyl)imide, tetrabutylphosphonium bis(trifluoromethanesulfonyl)imide, tributyldodecylphosphonium bis (trifluoromethanesulfonyl)imide, 1-methyl-3-propylimidazolium bis(trifluoromethylsulfonyl)imide, 1-hexyl-3-methylimidazolium bis(trifluoromethanesulfonyl)imide, butyltrimethylammonium bis(trifluoromethyl) and one or more ionic compounds selected from the group consisting of trimethylhexylammonium bis(trifluoromethanesulfonyl)imide and trimethylhexylammonium bis(trifluoromethanesulfonyl)imide.
[2]. [1], wherein the mass ratio of [mixed amount (mass) of the solvated ionic liquid]:[mixed amount (mass) of the ionic compound] in the ionic liquid is 99:1 to 80:20; A sulfur cathode as described.
[3]. The sulfur positive electrode according to [1] or [2], wherein in the sulfur positive electrode, the mass ratio of sulfur to the mass of the conductive sheet is 30% by mass or less.

[4].前記溶媒和イオン液体が、トリグライム-リチウムビス(フルオロスルホニル)イミド錯体、テトラグライム-リチウムビス(フルオロスルホニル)イミド錯体、トリグライム-リチウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド錯体、及びテトラグライム-リチウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド錯体からなる群より選択される1種又は2種以上である、[1]~[3]のいずれか一項に記載の硫黄正極。
[5].前記導電性シートの構成材料が、炭素、銅、アルミニウム、チタン、ニッケル又はステンレス鋼である、[1]~[4]のいずれか一項に記載の硫黄正極。
[6].[1]~[5]のいずれか一項に記載の硫黄正極と、リチウムからなる負極と、固体電解質と、を備えた、リチウム硫黄固体電池。
[4]. The solvated ionic liquids include triglyme-lithium bis(fluorosulfonyl)imide complex, tetraglyme-lithium bis(fluorosulfonyl)imide complex, triglyme-lithium bis(trifluoromethanesulfonyl)imide complex, and tetraglyme-lithium bis(trifluoro The sulfur positive electrode according to any one of [1] to [3], which is one or more selected from the group consisting of romethanesulfonyl)imide complexes.
[5]. The sulfur positive electrode according to any one of [1] to [4], wherein the constituent material of the conductive sheet is carbon, copper, aluminum, titanium, nickel or stainless steel.
[6]. A lithium-sulfur solid-state battery comprising the sulfur positive electrode according to any one of [1] to [5], a negative electrode made of lithium, and a solid electrolyte.

本発明によれば、新規のリチウム硫黄固体電池が提供される。 SUMMARY OF THE INVENTION In accordance with the present invention, a novel lithium-sulfur solid-state battery is provided.

実施例1の電池セルについての、内部抵抗の測定結果を示すグラフである。4 is a graph showing measurement results of internal resistance of the battery cell of Example 1. FIG. 参考例1の電池セルについての、内部抵抗の測定結果を示すグラフである。5 is a graph showing measurement results of internal resistance of a battery cell of Reference Example 1. FIG. 参考例2の電池セルについての、内部抵抗の測定結果を示すグラフである。5 is a graph showing measurement results of internal resistance of a battery cell of Reference Example 2. FIG. 参考例3の電池セルについての、内部抵抗の測定結果を示すグラフである。4 is a graph showing measurement results of internal resistance of a battery cell of Reference Example 3. FIG. 参考例4の電池セルについての、内部抵抗の測定結果を示すグラフである。4 is a graph showing measurement results of internal resistance of a battery cell of Reference Example 4. FIG. 参考例5の電池セルについての、内部抵抗の測定結果を示すグラフである。10 is a graph showing the measurement results of the internal resistance of the battery cell of Reference Example 5. FIG. 参考例6の電池セルについての、内部抵抗の測定結果を示すグラフである。10 is a graph showing the measurement results of the internal resistance of the battery cell of Reference Example 6. FIG. 比較例1の電池セルについての、充放電試験の結果を示すグラフである。4 is a graph showing the results of a charge/discharge test for the battery cell of Comparative Example 1. FIG.

<<硫黄正極>>
本発明の一実施形態に係る硫黄正極は、空隙部を多数有する導電性シートを備え、前記空隙部は、前記導電性シートの外部に対して開口しており、前記導電性シートは、前記空隙部に、硫黄、導電助剤、バインダー及びイオン液体を含有し、前記イオン液体が、グライム-リチウム塩錯体からなる群より選択される1種又は2種以上の溶媒和イオン液体と、1-エチル-3-メチルイミダゾリウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド(本明細書においては、「EMITFSI」と略記することがある)、1-ブチル-3-メチルイミダゾリウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド(本明細書においては、「BMITFSI」と略記することがある)、1-メチル-1-プロピルピロリジニウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド(本明細書においては、「P13TFSI」と略記することがある)、1-ブチル-1-メチルピロリジニウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド(本明細書においては、「P14TFSI」と略記することがある)、1-ブチルピリジニウムビス(トリフルオロメチルスルホニル)イミド、1-ブチル-3-メチルピリジニウムビス(トリフルオロメチルスルホニル)イミド、テトラブチルホスホニウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド、トリブチルドデシルホスホニウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド、1-メチル-3-プロピルイミダゾリウムビス(トリフルオロメチルスルホニル)イミド、1-ヘキシル-3-メチルイミダゾリウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド、ブチルトリメチルアンモニウムビス(トリフルオロメチルスルホニル)イミド及びトリメチルへキシルアンモニウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミドからなる群より選択される1種又は2種以上のイオン性化合物(本明細書においては、「必須イオン性化合物」と略記することがある)と、の混合物となっているものである。
<<Sulfur positive electrode>>
A sulfur positive electrode according to one embodiment of the present invention includes a conductive sheet having a large number of voids, the voids opening to the outside of the conductive sheet, and the conductive sheet having the voids Part contains sulfur, a conductive aid, a binder and an ionic liquid, and the ionic liquid is one or more solvated ionic liquids selected from the group consisting of glyme-lithium salt complexes, and 1-ethyl -3-methylimidazolium bis (trifluoromethanesulfonyl) imide (this specification may be abbreviated as "EMITFSI"), 1-butyl-3-methylimidazolium bis (trifluoromethanesulfonyl) imide (this specification In the book, it may be abbreviated as "BMITFSI"), 1-methyl-1-propylpyrrolidinium bis (trifluoromethanesulfonyl) imide (herein, it may be abbreviated as "P13TFSI"), 1-butyl-1-methylpyrrolidinium bis (trifluoromethanesulfonyl) imide (herein sometimes abbreviated as "P14TFSI"), 1-butylpyridinium bis (trifluoromethylsulfonyl) imide, 1- Butyl-3-methylpyridinium bis(trifluoromethylsulfonyl)imide, tetrabutylphosphonium bis(trifluoromethanesulfonyl)imide, tributyldodecylphosphonium bis(trifluoromethanesulfonyl)imide, 1-methyl-3-propylimidazolium bis(trifluoro methylsulfonyl)imide, 1-hexyl-3-methylimidazolium bis(trifluoromethanesulfonyl)imide, butyltrimethylammonium bis(trifluoromethylsulfonyl)imide and trimethylhexylammonium bis(trifluoromethanesulfonyl)imide It is a mixture of one or two or more ionic compounds (hereinafter sometimes abbreviated as "essential ionic compound").

本実施形態の硫黄正極は、リチウム硫黄固体電池用の正極として、好適である。 The sulfur positive electrode of this embodiment is suitable as a positive electrode for a lithium sulfur solid state battery.

<導電性シート>
前記空隙部は、硫黄正極の導電性シート以外の構成成分、すなわち、硫黄、導電助剤、バインダー及びイオン液体を保持し、導電性シートは、正極集電体として機能し得る。
また、空隙部は、導電性シートの外部に対して開口しており、導電性シートに対して、後から上述の硫黄等の各成分を加えることで、これら成分を保持させることが可能となっている。
<Conductive sheet>
The voids hold components other than the conductive sheet of the sulfur positive electrode, that is, sulfur, a conductive aid, a binder, and an ionic liquid, and the conductive sheet can function as a positive electrode current collector.
In addition, the voids are open to the outside of the conductive sheet, and by adding the above-mentioned components such as sulfur to the conductive sheet later, it is possible to retain these components. ing.

導電性シート中の空隙部は、上記の条件を満たす限り、その形状は特に限定されない。
例えば、空隙部は、1個又は2個以上の他の空隙部と連結しいてもよいし、他の空隙部と連結することなく、独立していてもよい。
また、連結している空隙部、及び連結していない空隙部は、いずれも、導電性シートの一方の表面から反対側の他方の表面まで貫通していてもよいし、貫通することなく、導電性シートの内部で行き止まりとなっていてもよい。
また、連結している空隙部、及び連結していない空隙部は、いずれも、導電性シートの一方の表面から導電性シートの内部を経由して、再び同じ表面に到達していてもよい。
The shape of the voids in the conductive sheet is not particularly limited as long as the above conditions are satisfied.
For example, a void may be connected to one or more other voids, or may be independent without being connected to other voids.
In addition, both the connected voids and the unconnected voids may penetrate from one surface of the conductive sheet to the other surface on the opposite side, or may not penetrate. It may be a dead end inside the sex sheet.
Both the connected voids and the unconnected voids may reach the same surface again from one surface of the conductive sheet via the inside of the conductive sheet.

導電性シートの形態としては、例えば、多孔質体;織布又は不織布等の、繊維状の材料が互いに絡み合ったもの等が挙げられる。 The form of the conductive sheet includes, for example, a porous body; a woven fabric, a non-woven fabric, or the like in which fibrous materials are entangled with each other.

導電性シートの構成材料は、導電性を有していればよいが、硫黄との反応性を有しないものが好ましい。
導電性シートの構成材料として、より具体的には、例えば、炭素、金属(単体金属、合金)等が挙げられる。
なかでも、導電性シートの好ましい構成材料としては、正極集電体の構成材料が挙げられ、より具体的には、例えば、炭素、銅、アルミニウム、チタン、ニッケル、ステンレス鋼等が挙げられる。
The constituent material of the conductive sheet may be conductive, but preferably has no reactivity with sulfur.
More specifically, examples of the constituent material of the conductive sheet include carbon, metals (single metals, alloys), and the like.
Among them, preferred constituent materials of the conductive sheet include constituent materials of the positive electrode current collector, more specifically, carbon, copper, aluminum, titanium, nickel, stainless steel, and the like.

導電性シートの構成材料は、1種のみでもよいし、2種以上でもよく、2種以上である場合、それらの組み合わせ及び比率は、目的に応じて任意に選択できる。 The constituent materials of the conductive sheet may be of one type or two or more types, and when two or more types are used, the combination and ratio thereof can be arbitrarily selected according to the purpose.

好ましい導電性シートとしては、例えば、カーボンフェルト、カーボンクロス等が挙げられる。 Preferred conductive sheets include, for example, carbon felt and carbon cloth.

導電性シートの厚さは、特に限定されず、適用する電池の目的に応じて適宜設定すればよい。通常、導電性シートの厚さは、100~30000μmであることが好ましく、200~1000μmであることがより好ましい。 The thickness of the conductive sheet is not particularly limited, and may be appropriately set according to the purpose of the battery to be applied. Generally, the thickness of the conductive sheet is preferably 100-30000 μm, more preferably 200-1000 μm.

<導電助剤>
前記導電助剤は、公知のものでよく、具体的なものとしては、例えば、黒鉛(グラファイト);ケッチェンブラック、アセチレンブラック等のカーボンブラック;カーボンナノチューブ;グラフェン;フラーレン等が挙げられる。
硫黄正極が含有する導電助剤は、1種のみでもよいし、2種以上でもよく、2種以上である場合、それらの組み合わせ及び比率は、目的に応じて任意に選択できる。
<Conductivity aid>
The conductive aid may be a known one, and specific examples thereof include graphite; carbon black such as ketjen black and acetylene black; carbon nanotube; graphene; fullerene and the like.
The conductive aid contained in the sulfur positive electrode may be of one type or two or more types, and when two or more types are used, the combination and ratio thereof can be arbitrarily selected according to the purpose.

硫黄正極において、硫黄、導電助剤、バインダー及びイオン液体の総含有量に対する、硫黄及び導電助剤の合計含有量の割合は、特に限定されないが、65~85質量%であることが好ましく、70~80質量%であることがより好ましい。前記合計含有量の割合が前記下限値以上であることで、電池の充放電特性がより向上する。前記合計含有量の割合が前記上限値以下であることで、硫黄及び導電助剤以外の成分を用いたことによる効果が、より顕著に得られる。 In the sulfur positive electrode, the ratio of the total content of sulfur and conductive aid to the total content of sulfur, conductive aid, binder and ionic liquid is not particularly limited, but is preferably 65 to 85% by mass, and 70 More preferably, it is up to 80% by mass. When the ratio of the total content is equal to or higher than the lower limit, the charge/discharge characteristics of the battery are further improved. When the ratio of the total content is equal to or less than the upper limit, the effect of using components other than sulfur and the conductive aid can be obtained more remarkably.

硫黄正極において、[硫黄の含有量(質量部)]:[導電助剤の含有量(質量部)]の質量比は、特に限定されないが、30:70~70:30であることが好ましく、45:55~65:35であることがより好ましい。硫黄の含有量の比率が高いほど、電池の充放電特性がより向上し、導電助剤の含有量の比率が高いほど、硫黄正極の導電性がより向上する。 In the sulfur positive electrode, the mass ratio of [sulfur content (parts by mass)]:[conductivity aid content (parts by mass)] is not particularly limited, but is preferably 30:70 to 70:30, It is more preferably 45:55 to 65:35. The higher the sulfur content ratio, the better the charge/discharge characteristics of the battery, and the higher the conductive aid content ratio, the better the conductivity of the sulfur positive electrode.

硫黄正極において、硫黄及び導電助剤は、複合体を形成していてもよい。
例えば、硫黄と、炭素含有材料(例えば、ケッチェンブラック等)と、を混合し、焼成することで、硫黄-炭素複合体が得られる。このような、複合体も、硫黄正極の含有成分として好適である。
In the sulfur positive electrode, sulfur and the conductive aid may form a composite.
For example, a sulfur-carbon composite can be obtained by mixing sulfur and a carbon-containing material (eg, Ketjenblack, etc.) and firing the mixture. Such a composite is also suitable as a component contained in the sulfur positive electrode.

<バインダー>
前記バインダーは、公知のものでよく、具体的なものとしては、例えば、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリフッ化ビニリデン-六フッ化プロピレン共重合体(PVDF-HFP)、ポリアクリル酸(PAA)、ポリアクリル酸リチウム(PAALi)、スチレンブタジエンゴム(SBR)、ポリビニルアルコール(PVA)、ポリエチレンオキサイド(PEO)、ポリエチレングリコール(PEG)、カルボキシメチルセルロース(CMC)、ポリアクリルニトリル(PAN)、ポリイミド(PI)等が挙げられる。
硫黄正極が含有するバインダーは、1種のみでもよいし、2種以上でもよく、2種以上である場合、それらの組み合わせ及び比率は、目的に応じて任意に選択できる。
<Binder>
The binder may be a known one, and specific examples include polyvinylidene fluoride (PVDF), polyvinylidene fluoride-propylene hexafluoride copolymer (PVDF-HFP), polyacrylic acid (PAA), Polylithium acrylate (PAALi), styrene-butadiene rubber (SBR), polyvinyl alcohol (PVA), polyethylene oxide (PEO), polyethylene glycol (PEG), carboxymethylcellulose (CMC), polyacrylonitrile (PAN), polyimide (PI) etc.
The binder contained in the sulfur positive electrode may be of one type or two or more types, and when there are two or more types, the combination and ratio thereof can be arbitrarily selected according to the purpose.

硫黄正極において、硫黄、導電助剤、バインダー及びイオン液体の総含有量に対する、バインダーの含有量の割合は、特に限定されないが、2~15質量%であることが好ましく、6~10質量%であることがより好ましい。前記含有量の割合が前記下限値以上であることで、硫黄正極の構造をより安定して維持できる。前記含有量の割合が前記上限値以下であることで、電池の充放電特性がより向上する。 In the sulfur positive electrode, the ratio of the content of the binder to the total content of sulfur, conductive aid, binder and ionic liquid is not particularly limited, but is preferably 2 to 15% by mass, and 6 to 10% by mass. It is more preferable to have When the content ratio is equal to or higher than the lower limit, the structure of the sulfur positive electrode can be more stably maintained. When the content ratio is equal to or less than the upper limit, the charge/discharge characteristics of the battery are further improved.

<イオン液体>
前記イオン液体は、後述するリチウム硫黄固体電池等の電池において、リチウムイオンを容易に移動させるための成分である。硫黄正極がイオン液体を含有していることにより、硫黄正極と固体電解質との接触面積が小さいものの、イオン液体が硫黄正極と固体電解質との間でリチウムイオンを移動させる。したがって、前記硫黄正極を用いた固体電池は、電解液を用いていないにも関わらず、硫黄正極界面での界面抵抗値が小さく、優れた電池特性を有する。
<Ionic liquid>
The ionic liquid is a component for easily moving lithium ions in a battery such as a lithium-sulfur solid-state battery described later. Since the sulfur positive electrode contains the ionic liquid, although the contact area between the sulfur positive electrode and the solid electrolyte is small, the ionic liquid moves lithium ions between the sulfur positive electrode and the solid electrolyte. Therefore, the solid-state battery using the sulfur positive electrode has a small interfacial resistance value at the interface of the sulfur positive electrode and has excellent battery characteristics in spite of not using an electrolytic solution.

硫黄正極は、イオン液体として、グライム-リチウム塩錯体からなる群より選択される1種又は2種以上の溶媒和イオン液体と、1-エチル-3-メチルイミダゾリウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド(EMITFSI)、1-ブチル-3-メチルイミダゾリウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド(BMITFSI)、1-メチル-1-プロピルピロリジニウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド(P13TFSI)、1-ブチル-1-メチルピロリジニウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド(P14TFSI)、1-ブチルピリジニウムビス(トリフルオロメチルスルホニル)イミド、1-ブチル-3-メチルピリジニウムビス(トリフルオロメチルスルホニル)イミド、テトラブチルホスホニウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド、トリブチルドデシルホスホニウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド、1-メチル-3-プロピルイミダゾリウムビス(トリフルオロメチルスルホニル)イミド、1-ヘキシル-3-メチルイミダゾリウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド、ブチルトリメチルアンモニウムビス(トリフルオロメチルスルホニル)イミド及びトリメチルへキシルアンモニウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミドからなる群より選択される1種又は2種以上のイオン性化合物(必須イオン性化合物)と、の混合物を含有する。
このように、硫黄正極が、1種又は2種以上の溶媒和イオン液体と、1種又は2種以上の前記必須イオン性化合物という、特定範囲の組み合わせのイオン液体を含有することにより、この硫黄正極を用いた固体電池は、硫黄正極界面での界面抵抗値が顕著に小さく、特に優れた電池特性を有する。
The sulfur positive electrode contains, as an ionic liquid, one or more solvated ionic liquids selected from the group consisting of glyme-lithium salt complexes, and 1-ethyl-3-methylimidazolium bis(trifluoromethanesulfonyl)imide ( EMITFSI), 1-butyl-3-methylimidazolium bis(trifluoromethanesulfonyl)imide (BMITFSI), 1-methyl-1-propylpyrrolidinium bis(trifluoromethanesulfonyl)imide (P13TFSI), 1-butyl-1- methylpyrrolidinium bis(trifluoromethanesulfonyl)imide (P14TFSI), 1-butylpyridinium bis(trifluoromethylsulfonyl)imide, 1-butyl-3-methylpyridinium bis(trifluoromethylsulfonyl)imide, tetrabutylphosphonium bis ( trifluoromethanesulfonyl)imide, tributyldodecylphosphonium bis(trifluoromethanesulfonyl)imide, 1-methyl-3-propylimidazolium bis(trifluoromethylsulfonyl)imide, 1-hexyl-3-methylimidazolium bis(trifluoromethanesulfonyl)imide one or more ionic compounds (essential ionic compounds) selected from the group consisting of imide, butyltrimethylammonium bis(trifluoromethylsulfonyl)imide and trimethylhexylammonium bis(trifluoromethanesulfonyl)imide; contains a mixture of
In this way, the sulfur positive electrode contains an ionic liquid in a specific range of combinations of one or more solvated ionic liquids and one or more of the essential ionic compounds. A solid battery using a positive electrode has a remarkably small interfacial resistance value at the sulfur positive electrode interface, and has particularly excellent battery characteristics.

[溶媒和イオン液体(グライム-リチウム塩錯体)]
前記グライム-リチウム塩錯体におけるリチウム塩としては、例えば、リチウムビス(フルオロスルホニル)イミド(LiN(SOF)、本明細書においては、「LiFSI」と略記することがある)、リチウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド(LiN(SOCF、本明細書においては、「LiTFSI」と略記することがある)等が挙げられる。
[Solvated ionic liquid (glyme-lithium salt complex)]
Examples of the lithium salt in the glyme-lithium salt complex include lithium bis(fluorosulfonyl)imide (LiN(SO 2 F) 2 , herein sometimes abbreviated as “LiFSI”), lithium bis ( trifluoromethanesulfonyl)imide (LiN(SO 2 CF 3 ) 2 , sometimes abbreviated as “LiTFSI” in this specification), and the like.

前記グライム-リチウム塩錯体におけるグライムとしては、例えば、トリエチレングリコールジメチルエーテル(CH(OCHCHOCH、トリグライム)、テトラエチレングリコールジメチルエーテル(CH(OCHCHOCH、テトラグライム)等が挙げられる。 Examples of glyme in the glyme-lithium salt complex include triethylene glycol dimethyl ether (CH 3 (OCH 2 CH 2 ) 3 OCH 3 , triglyme), tetraethylene glycol dimethyl ether (CH 3 (OCH 2 CH 2 ) 4 OCH 3 , tetraglyme) and the like.

前記グライム-リチウム塩錯体としては、例えば、グライム1分子とリチウム塩1分子とで構成された錯体等が挙げられるが、グライム-リチウム塩錯体はこれに限定されない。 Examples of the glyme-lithium salt complex include a complex composed of one glyme molecule and one lithium salt molecule, but the glyme-lithium salt complex is not limited thereto.

前記グライム-リチウム塩錯体は、例えば、リチウム塩とグライムとを、リチウム塩(モル):グライム(モル)のモル比が、好ましくは10:90~90:10となるように、混合することで作製できる。 The glyme-lithium salt complex is obtained, for example, by mixing a lithium salt and glyme such that the molar ratio of lithium salt (mol): glyme (mol) is preferably 10:90 to 90:10. can be made.

好ましいグライム-リチウム塩錯体としては、例えば、トリグライム-LiFSI錯体、テトラグライム-LiFSI錯体、トリグライム-LiTFSI錯体、テトラグライム-LiTFSI錯体等が挙げられる。
すなわち、グライム-リチウム塩錯体(溶媒和イオン液体)は、トリグライム-LiFSI錯体、テトラグライム-LiFSI錯体、トリグライム-LiTFSI錯体、及びテトラグライム-LiTFSI錯体からなる群より選択される1種又は2種以上であることが好ましい。
Preferred glyme-lithium salt complexes include, for example, triglyme-LiFSI complex, tetraglyme-LiFSI complex, triglyme-LiTFSI complex, tetraglyme-LiTFSI complex, and the like.
That is, the glyme-lithium salt complex (solvated ionic liquid) is one or more selected from the group consisting of triglyme-LiFSI complex, tetraglyme-LiFSI complex, triglyme-LiTFSI complex, and tetraglyme-LiTFSI complex. is preferably

グライム-リチウム塩錯体は、リチウム塩とグライムとを、リチウム塩(モル):グライム(モル)のモル比を10:90~90:10として混合して得られたものが好ましく、リチウム塩(モル):グライム(モル)のモル比を25:75~75:25として混合して得られたものがより好ましく、リチウム塩(モル):グライム(モル)のモル比を40:60~60:40として混合して得られたものが特に好ましい。このような混合モル比のグライム-リチウム塩錯体を用いることで、固体電池の硫黄正極界面での界面抵抗値がより小さくなる。 The glyme-lithium salt complex is preferably obtained by mixing a lithium salt and glyme at a molar ratio of lithium salt (mol):glyme (mol) of 10:90 to 90:10. ):glyme (mol) is more preferably mixed at a molar ratio of 25:75 to 75:25, and the molar ratio of lithium salt (mol):glyme (mol) is 40:60 to 60:40. Those obtained by mixing as are particularly preferable. By using the glyme-lithium salt complex with such a mixed molar ratio, the interfacial resistance value at the sulfur positive electrode interface of the solid battery becomes smaller.

より好ましいグライム-リチウム塩錯体としては、例えば、LiFSIとトリグライムとを、LiFSI(モル):トリグライム(モル)のモル比を10:90~90:10として混合して得られたもの;LiFSIとテトラグライムとを、LiFSI(モル):テトラグライム(モル)のモル比を10:90~90:10として混合して得られたもの;LiTFSIとトリグライムとを、LiTFSI(モル):トリグライム(モル)のモル比を10:90~90:10として混合して得られたもの;LiTFSIとテトラグライムとを、LiTFSI(モル):テトラグライム(モル)のモル比を10:90~90:10として混合して得られたもの等が挙げられる。 More preferred glyme-lithium salt complexes include, for example, those obtained by mixing LiFSI and triglyme at a molar ratio of LiFSI (mol): triglyme (mol) of 10:90 to 90:10; obtained by mixing glyme and LiFSI (mol): tetraglyme (mol) at a molar ratio of 10:90 to 90:10; obtained by mixing at a molar ratio of 10:90 to 90:10; and the like.

さらに好ましいグライム-リチウム塩錯体としては、例えば、LiFSIとトリグライムとを、LiFSI(モル):トリグライム(モル)のモル比を25:75~75:25として混合して得られたもの;LiFSIとテトラグライムとを、LiFSI(モル):テトラグライム(モル)のモル比を25:75~75:25として混合して得られたもの;LiTFSIとトリグライムとを、LiTFSI(モル):トリグライム(モル)のモル比を25:75~75:25として混合して得られたもの;LiTFSIとテトラグライムとを、LiTFSI(モル):テトラグライム(モル)のモル比を25:75~75:25として混合して得られたもの等が挙げられる。 Further preferred glyme-lithium salt complexes include, for example, those obtained by mixing LiFSI and triglyme at a molar ratio of LiFSI (mol): triglyme (mol) of 25:75 to 75:25; obtained by mixing glyme and LiFSI (mol): tetraglyme (mol) at a molar ratio of 25:75 to 75:25; obtained by mixing at a molar ratio of 25:75 to 75:25; and the like.

特に好ましいグライム-リチウム塩錯体としては、例えば、LiFSIとトリグライムとを、LiFSI(モル):トリグライム(モル)のモル比を40:60~60:40として混合して得られたもの;LiFSIとテトラグライムとを、LiFSI(モル):テトラグライム(モル)のモル比を40:60~60:40として混合して得られたもの;LiTFSIとトリグライムとを、LiTFSI(モル):トリグライム(モル)のモル比を40:60~60:40として混合して得られたもの;LiTFSIとテトラグライムとを、LiTFSI(モル):テトラグライム(モル)のモル比を40:60~60:40として混合して得られたもの等が挙げられる。 Particularly preferred glyme-lithium salt complexes include, for example, those obtained by mixing LiFSI and triglyme at a molar ratio of LiFSI (mol): triglyme (mol) of 40:60 to 60:40; obtained by mixing glyme and LiFSI (mol): tetraglyme (mol) at a molar ratio of 40: 60 to 60: 40; obtained by mixing at a molar ratio of 40:60 to 60:40; and the like.

硫黄正極が含有するグライム-リチウム塩錯体が2種以上である場合、それらの組み合わせ及び比率は、目的に応じて任意に選択できる。 When two or more glyme-lithium salt complexes are contained in the sulfur positive electrode, the combination and ratio thereof can be arbitrarily selected depending on the purpose.

[必須イオン性化合物]
前記必須イオン性化合物は、EMITFSI、BMITFSI、P13TFSI、P14TFSI、1-ブチルピリジニウムビス(トリフルオロメチルスルホニル)イミド、1-ブチル-3-メチルピリジニウムビス(トリフルオロメチルスルホニル)イミド、テトラブチルホスホニウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド、トリブチルドデシルホスホニウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド、1-メチル-3-プロピルイミダゾリウムビス(トリフルオロメチルスルホニル)イミド、1-ヘキシル-3-メチルイミダゾリウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド、ブチルトリメチルアンモニウムビス(トリフルオロメチルスルホニル)イミド及びトリメチルへキシルアンモニウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミドからなる群より選択される1種又は2種以上である。
硫黄正極が含有する必須イオン性化合物が2種以上である場合、それらの組み合わせ及び比率は、目的に応じて任意に選択できる。
[Essential ionic compound]
The essential ionic compounds include EMITFSI, BMITFSI, P13TFSI, P14TFSI, 1-butylpyridinium bis(trifluoromethylsulfonyl)imide, 1-butyl-3-methylpyridinium bis(trifluoromethylsulfonyl)imide, tetrabutylphosphonium bis( trifluoromethanesulfonyl)imide, tributyldodecylphosphonium bis(trifluoromethanesulfonyl)imide, 1-methyl-3-propylimidazolium bis(trifluoromethylsulfonyl)imide, 1-hexyl-3-methylimidazolium bis(trifluoromethanesulfonyl)imide It is one or more selected from the group consisting of imide, butyltrimethylammonium bis(trifluoromethylsulfonyl)imide and trimethylhexylammonium bis(trifluoromethanesulfonyl)imide.
When two or more essential ionic compounds are contained in the sulfur positive electrode, their combination and ratio can be arbitrarily selected according to the purpose.

前記溶媒和イオン液体(グライム-リチウム塩錯体)と、前記必須イオン性化合物と、の混合物である前記イオン液体において、[溶媒和イオン液体の混合量(質量)]:[必須イオン性化合物の混合量(質量)]の質量比は、99:1~80:20であることが好ましく、96:4~84:16であることがより好ましく、93:7~87:13であることが特に好ましい。前記質量比がこのような範囲内であることで、固体電池の硫黄正極界面での界面抵抗値がより小さくなる。 In the ionic liquid that is a mixture of the solvated ionic liquid (glyme-lithium salt complex) and the essential ionic compound, [mixed amount (mass) of solvated ionic liquid]: [Mixing of essential ionic compound amount (mass)] is preferably 99:1 to 80:20, more preferably 96:4 to 84:16, and particularly preferably 93:7 to 87:13. . When the mass ratio is within such a range, the interfacial resistance value at the sulfur positive electrode interface of the solid battery becomes smaller.

硫黄正極において、硫黄、導電助剤、バインダー及びイオン液体の総含有量に対する、イオン液体の含有量の割合は、特に限定されないが、3~30質量%であることが好ましく、10~20質量%であることがより好ましい。前記含有量の割合が前記下限値以上であることで、硫黄正極の導電性がより向上する。前記含有量の割合が前記上限値以下であることで、電池の充放電特性がより向上する。 In the sulfur positive electrode, the ratio of the content of the ionic liquid to the total content of sulfur, conductive aid, binder and ionic liquid is not particularly limited, but is preferably 3 to 30% by mass, and 10 to 20% by mass. is more preferable. When the content ratio is equal to or higher than the lower limit value, the conductivity of the sulfur positive electrode is further improved. When the content ratio is equal to or less than the upper limit, the charge/discharge characteristics of the battery are further improved.

硫黄正極は、溶媒和イオン液体(グライム-リチウム塩錯体)及び必須イオン性化合物として、同じ種類のアニオン部で構成されたものを含有していることが好ましい。換言すると、硫黄正極中の溶媒和イオン液体を構成しているアニオン部と、硫黄正極中の必須イオン性化合物を構成しているアニオン部とは、同じ種類であることが好ましい。より具体的には、硫黄正極中の溶媒和イオン液体を構成しているアニオン部と、硫黄正極中の必須イオン性化合物を構成しているアニオン部とは、いずれも、ビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミドアニオン(「ビス(トリフルオロメチルスルホニル)イミドアニオン」ともいう)であることが好ましい。
このような組み合わせのイオン液体を含有していることで、電池の充放電特性がより向上する。
Preferably, the sulfur cathode contains anion moieties of the same type as the solvated ionic liquid (glyme-lithium salt complex) and the essential ionic compound. In other words, the anion part forming the solvated ionic liquid in the sulfur positive electrode and the anion part forming the essential ionic compound in the sulfur positive electrode are preferably of the same type. More specifically, both the anion part constituting the solvated ionic liquid in the sulfur positive electrode and the anion part constituting the essential ionic compound in the sulfur positive electrode are bis(trifluoromethanesulfonyl) It is preferably an imide anion (also referred to as "bis(trifluoromethylsulfonyl)imide anion").
By containing such a combination of ionic liquids, the charge/discharge characteristics of the battery are further improved.

[その他の成分]
硫黄正極は、本発明の効果を損なわない範囲内において、導電性シート以外の構成成分として、硫黄、導電助剤、バインダー及びイオン液体以外に、その他の成分(ただし、後述する溶媒を除く)を含有していてもよい。
前記その他の成分は、特に限定されず、目的に応じて任意に選択できる。
前記その他の成分としては、例えば、前記必須イオン性化合物及び溶媒和イオン液体(グライム-リチウム塩錯体)以外のイオン液体(本明細書においては、「他のイオン液体」)等が挙げられる。
なお、本明細書においては、単なる「イオン液体」との記載は、特に断りのない限り、これまでに説明した、「溶媒和イオン液体(グライム-リチウム塩錯体)」、「必須イオン性化合物」、又は「溶媒和イオン液体(グライム-リチウム塩錯体)と、必須イオン性化合物と、の混合物」を意味する。
[Other ingredients]
The sulfur positive electrode contains other components (excluding the solvent described later) in addition to sulfur, a conductive aid, a binder, and an ionic liquid as constituent components other than the conductive sheet within a range that does not impair the effects of the present invention. may contain.
The other components are not particularly limited and can be arbitrarily selected according to the purpose.
Examples of the other components include ionic liquids other than the essential ionic compound and the solvated ionic liquid (glyme-lithium salt complex) (herein, "other ionic liquids").
It should be noted that, in the present specification, the description of a mere "ionic liquid" refers to the "solvated ionic liquid (glyme-lithium salt complex)" and "essential ionic compound" described above, unless otherwise specified. or "a mixture of a solvated ionic liquid (glyme-lithium salt complex) and an essential ionic compound".

(他のイオン液体)
前記他のイオン液体は、例えば、公知のものから適宜選択できる。
ただし、他のイオン液体は、例えば、170℃未満の温度範囲で、硫黄の溶解度が低いものほど好ましく、硫黄を溶解させないものが特に好ましい。
(other ionic liquids)
The other ionic liquid can be appropriately selected from known ones, for example.
However, other ionic liquids, for example, in a temperature range of less than 170° C., preferably have a lower sulfur solubility, and particularly preferably do not dissolve sulfur.

他のイオン液体としては、例えば、170℃未満の温度で液状のイオン性化合物等が挙げられる。 Other ionic liquids include, for example, ionic compounds that are liquid at a temperature of less than 170°C.

他のイオン液体を構成するカチオン部は、有機カチオン及び無機カチオンのいずれでもよいが、有機カチオンであることが好ましい。
他のイオン液体を構成するアニオン部も、有機アニオン及び無機アニオンのいずれでもよい。
The cation moiety constituting the other ionic liquid may be either an organic cation or an inorganic cation, but is preferably an organic cation.
The anion part constituting the other ionic liquid may be either an organic anion or an inorganic anion.

前記カチオン部のうち、有機カチオンとしては、例えば、イミダゾリウムカチオン(imidazolium cation)、ピリジニウムカチオン(pyridinium cation)、ピロリジニウムカチオン(pyrrolidinium cation)、ホスホニウムカチオン(phosphonium cation)、アンモニウムカチオン(ammonium cation)、スルホニウムカチオン(sulfonium cation)等が挙げられる。
ただし、前記有機カチオンは、これらに限定されない。
Among the cation moieties, organic cations include, for example, imidazolium cation, pyridinium cation, pyrrolidinium cation, phosphonium cation, and ammonium cation. , sulfonium cation, and the like.
However, the organic cation is not limited to these.

前記アニオン部のうち、有機アニオンとしては、例えば、メチルサルフェートアニオン(CHSO )、エチルサルフェートアニオン(CSO )等のアルキルサルフェートアニオン(alkylsulfate anion);
トシレートアニオン(CHSO );
メタンスルホネートアニオン(CHSO )、エタンスルホネートアニオン(CSO )、ブタンスルホネートアニオン(CSO )等のアルカンスルホネートアニオン(alkanesulfonate anion);
トリフルオロメタンスルホネートアニオン(CFSO )、ペンタフルオロエタンスルホネートアニオン(CSO )、ヘプタフルオロプロパンスルホネートアニオン(CSO )、ノナフルオロブタンスルホネートアニオン(CSO )等のパーフルオロアルカンスルホネートアニオン(perfluoroalkanesulfonate anion);
ビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミドアニオン((CFSO)N)、ビス(ノナフルオロブタンスルホニル)イミドアニオン((CSO)N)、ノナフルオロ-N-[(トリフルオロメタン)スルホニル]ブタンスルホニルイミドアニオン((CFSO)(CSO)N)、N,N-ヘキサフルオロ-1,3-ジスルホニルイミドアニオン(SOCFCFCFSO)等のパーフルオロアルカンスルホニルイミドアニオン(perfluoroalkanesulfonylimide anion);
アセテートアニオン(CHCOO);
ハイドロジェンサルフェートアニオン(HSO );等が挙げられる。
ただし、前記有機アニオンは、これらに限定されない。
Among the anion moieties, organic anions include alkylsulfate anions such as methylsulfate anion (CH 3 SO 4 ) and ethylsulfate anion (C 2 H 5 SO 4 );
Tosylate anion (CH 3 C 6 H 4 SO 3 );
alkanesulfonate anions such as methanesulfonate anion (CH 3 SO 3 ), ethanesulfonate anion (C 2 H 5 SO 3 ), butanesulfonate anion (C 4 H 9 SO 3 );
trifluoromethanesulfonate anion (CF 3 SO 3 ), pentafluoroethanesulfonate anion (C 2 F 5 SO 3 ), heptafluoropropanesulfonate anion (C 3 H 7 SO 3 ), nonafluorobutanesulfonate anion (C 4 perfluoroalkanesulfonate anions such as H 9 SO 3 );
Bis(trifluoromethanesulfonyl)imide anion ((CF 3 SO 2 )N ), bis(nonafluorobutanesulfonyl)imide anion ((C 4 F 9 SO 2 )N ), nonafluoro-N-[(trifluoromethane) sulfonyl]butanesulfonylimide anion ((CF 3 SO 2 )(C 4 F 9 SO 2 )N ), N,N-hexafluoro-1,3-disulfonylimide anion (SO 2 CF 2 CF 2 CF 2 SO 2 N ) and other perfluoroalkanesulfonylimide anions;
Acetate anion (CH 3 COO );
hydrogen sulfate anion (HSO 4 ); and the like.
However, the organic anions are not limited to these.

前記アニオン部のうち、無機アニオンとしては、例えば、ビス(フルオロスルホニル)イミドアニオン(N(SOF) );ヘキサフルオロホスフェートアニオン(PF );テトラフルオロボレートアニオン(BF );塩化物イオン(Cl)、臭化物イオン(Br)、ヨウ化物イオン(I)等のハライドアニオン(halide anion);テトラクロロアルミネートアニオン(AlCl )、チオシアネートアニオン(SCN)等が挙げられる。
ただし、前記無機アニオンは、これらに限定されない。
Among the anion moieties, inorganic anions include, for example, bis(fluorosulfonyl)imide anion (N(SO 2 F) 2 ); hexafluorophosphate anion (PF 6 ); tetrafluoroborate anion (BF 4 ). ; halide anions such as chloride ions (Cl ), bromide ions (Br ), iodide ions (I ); tetrachloroaluminate anions (AlCl 4 ), thiocyanate anions (SCN ), etc. is mentioned.
However, the inorganic anions are not limited to these.

他のイオン液体である前記イオン性化合物としては、例えば、上記のいずれかのカチオン部と、上記のいずれかのアニオン部と、の組み合わせで構成されたものが挙げられる。
例えば、カチオン部がイミダゾリウムカチオンである他のイオン液体としては、1-エチル-3-メチルイミダゾリウムクロライド、1-ブチル-3-メチルイミダゾリウムクロライド、1-エチル-3-メチルイミダゾリウムメタンスルホネート、1-ブチル-3-メチルイミダゾリウムメタンスルホネート、1,2,3-トリメチルイミダゾリウムメチルサルフェート、メチルイミダゾリウムクロライド、メチルイミダゾリウムハイドロジェンサルフェート、1-エチル-3-メチルイミダゾリウムハイドロジェンサルフェート、1-ブチル-3-メチルイミダゾリウムハイドロジェンサルフェート、1-ブチル-3-メチルイミダゾリウムハイドロジェンサルフェート、1-エチル-3-メチルイミダゾリウムテトラクロロアルミネート、1-ブチル-3-メチルイミダゾリウムテトラクロロアルミネート、1-エチル-3-メチルイミダゾリウムアセテート、1-ブチル-3-メチルイミダゾリウムアセテート、1-エチル-3-メチルイミダゾリウムエチルサルフェート、1-ブチル-3-メチルイミダゾリウムメチルサルフェート、1-エチル-3-メチルイミダゾリウムチオシアネート、1-ブチル-3-メチルイミダゾリウムチオシアネート、1-エチル-2,3-ジメチルイミダゾリウムエチルサルフェート等が挙げられる。
Examples of the ionic compound, which is another ionic liquid, include those composed of a combination of any of the above cation moieties and any of the above anion moieties.
For example, other ionic liquids whose cation moiety is an imidazolium cation include 1-ethyl-3-methylimidazolium chloride, 1-butyl-3-methylimidazolium chloride, and 1-ethyl-3-methylimidazolium methanesulfonate. , 1-butyl-3-methylimidazolium methanesulfonate, 1,2,3-trimethylimidazolium methylsulfate, methylimidazolium chloride, methylimidazolium hydrogensulfate, 1-ethyl-3-methylimidazolium hydrogensulfate, 1-butyl-3-methylimidazolium hydrogen sulfate, 1-butyl-3-methylimidazolium hydrogen sulfate, 1-ethyl-3-methylimidazolium tetrachloroaluminate, 1-butyl-3-methylimidazolium tetra chloroaluminate, 1-ethyl-3-methylimidazolium acetate, 1-butyl-3-methylimidazolium acetate, 1-ethyl-3-methylimidazolium ethylsulfate, 1-butyl-3-methylimidazolium methylsulfate, 1-ethyl-3-methylimidazolium thiocyanate, 1-butyl-3-methylimidazolium thiocyanate, 1-ethyl-2,3-dimethylimidazolium ethylsulfate and the like.

硫黄正極が含有するその他の成分は、1種のみでもよいし、2種以上でもよく、2種以上である場合、それらの組み合わせ及び比率は、目的に応じて任意に選択できる。 The other components contained in the sulfur positive electrode may be of one type or two or more types, and when there are two or more types, the combination and ratio thereof can be arbitrarily selected according to the purpose.

硫黄正極において、硫黄、導電助剤、バインダー及びイオン液体の総含有量に対する、前記その他の成分の含有量の割合は、特に限定されないが、10質量%以下であることが好ましく、5質量%以下であることがより好ましく、3質量%以下であることがさらに好ましく、1質量%以下であることが特に好ましく、0質量%であってもよい。 In the sulfur positive electrode, the content ratio of the other components to the total content of sulfur, conductive aid, binder and ionic liquid is not particularly limited, but is preferably 10% by mass or less, and 5% by mass or less. is more preferably 3% by mass or less, particularly preferably 1% by mass or less, and may be 0% by mass.

硫黄正極において、導電性シートの質量に対する、硫黄、導電助剤、バインダー及びイオン液体の合計質量の割合は、10~50質量%であることが好ましく、25~35質量%であることがより好ましい。 In the sulfur positive electrode, the ratio of the total mass of sulfur, conductive aid, binder and ionic liquid to the mass of the conductive sheet is preferably 10 to 50 mass%, more preferably 25 to 35 mass%. .

硫黄正極が、先の説明のとおり、特定範囲の組み合わせのイオン液体を含有することにより、硫黄正極においては、硫黄の使用量を従来よりも大幅に低減できる。その結果、硫黄正極の導電性を、より向上させることが可能である。
例えば、硫黄正極において、導電性シートの質量に対する、硫黄の質量の割合は、30質量%以下であることが好ましく、20質量%以下であることがより好ましい。前記硫黄の質量の割合が前記上限値以下であることで、硫黄正極の導電性がより高くなる。
As described above, the sulfur positive electrode contains a combination of ionic liquids within a specific range, so that the amount of sulfur used in the sulfur positive electrode can be significantly reduced compared to conventional methods. As a result, it is possible to further improve the conductivity of the sulfur positive electrode.
For example, in the sulfur positive electrode, the mass ratio of sulfur to the mass of the conductive sheet is preferably 30% by mass or less, more preferably 20% by mass or less. When the mass ratio of sulfur is equal to or less than the upper limit, the conductivity of the sulfur positive electrode is further increased.

硫黄正極において、導電性シートの質量に対する、硫黄の質量の割合の下限値は、本発明の効果を損なわない限り、特に限定されない。例えば、前記硫黄の質量の割合は、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い。前記硫黄の質量の割合が前記下限値以上であることで、この硫黄正極を用いた固体電池の充放電容量がより多くなる。 In the sulfur positive electrode, the lower limit of the mass ratio of sulfur to the mass of the conductive sheet is not particularly limited as long as the effects of the present invention are not impaired. For example, the mass ratio of sulfur is preferably 5% by mass or more, more preferably 10% by mass or more. When the mass ratio of sulfur is equal to or higher than the lower limit, the charge/discharge capacity of a solid battery using this sulfur positive electrode is increased.

<<硫黄正極の製造方法>>
前記硫黄正極は、例えば、硫黄、導電助剤、バインダー及びイオン液体を含有する正極材を、前記導電性シートに含浸させる工程を有する製造方法で、製造できる。
そして、前記製造方法は、さらに、含浸させた正極材を乾燥させる工程等、他の工程を有していてもよい。
<<Method for producing sulfur positive electrode>>
The sulfur positive electrode can be manufactured, for example, by a manufacturing method including a step of impregnating the conductive sheet with a positive electrode material containing sulfur, a conductive aid, a binder, and an ionic liquid.
The manufacturing method may further include other steps such as a step of drying the impregnated positive electrode material.

[正極材]
好ましい前記正極材としては、例えば、硫黄、導電助剤、バインダー、イオン液体、溶媒、及び必要に応じて前記その他の成分を含有するものが挙げられる。
[Cathode material]
Preferable positive electrode materials include, for example, those containing sulfur, a conductive aid, a binder, an ionic liquid, a solvent, and, if necessary, the other components described above.

前記溶媒は、上述の硫黄等の各成分を溶解又は分散させ、正極材に適度な流動性を付与するための成分である。
なお、本明細書においては、特に断りのない限り、如何なるイオン液体も溶媒には包含されない(すべてのイオン液体は溶媒として取り扱わない)ものとする。
The solvent is a component for dissolving or dispersing each component such as sulfur described above and imparting appropriate fluidity to the positive electrode material.
In this specification, unless otherwise specified, any ionic liquid is not included in the solvent (all ionic liquids are not treated as solvents).

溶媒は、上述の硫黄等の各成分の種類に応じて任意に選択でき、好ましいものとしては、有機溶媒が挙げられる。
前記有機溶媒としては、例えば、メタノール、エタノール、1-プロパノール、2-プロパノール等のアルコール;N-メチルピロリドン(NMP)、N,N-ジメチルホルムアミド(DMF)等のアミド;アセトン等のケトン等が挙げられる。
正極材が含有する溶媒は、1種のみでもよいし2種以上でもよく、2種以上である場合、それらの組み合わせ及び比率は、目的に応じて任意に選択できる。
正極材の溶媒の含有量は、特に限定されず、溶媒以外の成分の種類に応じて、適宜調節できる。
The solvent can be arbitrarily selected according to the type of each component such as sulfur described above, and organic solvents are preferred.
Examples of the organic solvent include alcohols such as methanol, ethanol, 1-propanol and 2-propanol; amides such as N-methylpyrrolidone (NMP) and N,N-dimethylformamide (DMF); ketones such as acetone. mentioned.
The solvent contained in the positive electrode material may be of one type or two or more types, and when two or more types are used, the combination and ratio thereof can be arbitrarily selected according to the purpose.
The content of the solvent in the positive electrode material is not particularly limited, and can be adjusted as appropriate according to the types of components other than the solvent.

正極材における、溶媒以外の成分の総含有量に対する、硫黄の含有量の割合は、硫黄正極における、硫黄、導電助剤、バインダー、イオン液体及び前記その他の成分の総含有量に対する、硫黄の含有量の割合と同じである。これは、硫黄以外の、導電助剤、バインダー、イオン液体及び前記その他の成分の場合でも同じである。
したがって、正極材における、溶媒以外の成分の総含有量に対する、硫黄及び導電助剤の合計含有量の割合は、硫黄正極における、硫黄、導電助剤、バインダー、イオン液体及び前記その他の成分の総含有量に対する、硫黄及び導電助剤の合計含有量の割合と同じである。
The ratio of the sulfur content to the total content of components other than the solvent in the positive electrode material is the sulfur content relative to the total content of sulfur, conductive aid, binder, ionic liquid and other components in the sulfur positive electrode. It is the same as the proportion of quantity. This is the same for conductive aids, binders, ionic liquids and other components other than sulfur.
Therefore, the ratio of the total content of sulfur and the conductive aid to the total content of components other than the solvent in the positive electrode material is the total amount of sulfur, the conductive aid, the binder, the ionic liquid and the other components in the sulfur positive electrode. It is the same as the ratio of the total content of sulfur and conductive aid to the content.

正極材は、上述の硫黄等の各成分を配合することで得られる。
各成分の配合時における添加順序は特に限定されず、2種以上の成分を同時に添加してもよい。
溶媒を用いる場合には、溶媒を溶媒以外のいずれかの成分(すなわち、上述の硫黄、導電助剤、バインダー、イオン液体及び前記その他の成分のいずれかの成分)と混合して、この成分を予め希釈しておくことで用いてもよいし、上述の溶媒以外のいずれかの成分を予め希釈しておくことなく、溶媒をこれら成分と混合することで用いてもよい。
A positive electrode material is obtained by blending each component such as the above-described sulfur.
There are no particular restrictions on the order of addition of each component when blending, and two or more components may be added at the same time.
When using a solvent, the solvent is mixed with any component other than the solvent (that is, any component of the above sulfur, conductive aid, binder, ionic liquid and other components), and this component is It may be used by diluting in advance, or may be used by mixing the solvent with any of the components other than the above-mentioned solvent without diluting them in advance.

配合時に各成分を混合する方法は特に限定されず、撹拌棒、撹拌子又は撹拌翼等を回転させて混合する方法;ミキサーを用いて混合する方法;超音波を加えて混合する方法等、公知の方法から適宜選択すればよい。
各成分の添加及び混合時の温度並びに時間は、各成分が劣化しない限り特に限定されない。通常、混合時の温度は、15~30℃であることが好ましい。
The method of mixing each component at the time of blending is not particularly limited, and known methods include a method of mixing by rotating a stirring rod, a stirrer, or a stirring blade; a method of mixing using a mixer; a method of mixing by applying ultrasonic waves. method can be selected as appropriate.
The temperature and time during the addition and mixing of each component are not particularly limited as long as each component does not deteriorate. Generally, the temperature during mixing is preferably 15 to 30°C.

各成分を添加及び混合して得られた組成物は、そのまま正極材として用いてもよいし、例えば、添加した溶媒の一部を留去等によって除去するなど、得られた組成物に何らかの操作を追加して行って得られたものを、正極材として用いてもよい。 The composition obtained by adding and mixing each component may be used as it is as a positive electrode material, or the obtained composition may be subjected to some operation such as removing part of the added solvent by distillation or the like. may be used as a positive electrode material.

正極材の導電性シートへの含浸は、例えば、液状である正極材を導電性シートに塗工する方法、液状である正極材に導電性シートを浸漬する方法等により、行うことができる。
導電性シートへ含浸させる正極材の温度は、特に限定されないが、例えば、15~30℃とすることができる。ただし、これは一例である。
The impregnation of the conductive sheet with the positive electrode material can be performed, for example, by coating the conductive sheet with the positive electrode material in a liquid state, by immersing the conductive sheet in the positive electrode material in a liquid state, or the like.
Although the temperature of the positive electrode material impregnated into the conductive sheet is not particularly limited, it can be, for example, 15 to 30.degree. However, this is an example.

正極材の乾燥は、公知の方法で常圧下又は減圧下で行うことができる。例えば、好ましくは70~90℃、8~24時間の条件で乾燥させることができるが、乾燥条件はこれに限定されない。 Drying of the positive electrode material can be performed under normal pressure or reduced pressure by a known method. For example, it is preferably dried under conditions of 70 to 90° C. for 8 to 24 hours, but the drying conditions are not limited thereto.

<<リチウム硫黄固体電池>>
本発明の一実施形態に係るリチウム硫黄固体電池は、前記硫黄正極と、リチウムからなる負極と、固体電解質と、を備えたものである。
本実施形態のリチウム硫黄固体電池は、上述の硫黄正極を備えている点以外は、公知のリチウム硫黄固体電池と同じ構成とすることができる。
<<Lithium sulfur solid state battery>>
A lithium-sulfur solid-state battery according to an embodiment of the present invention includes the sulfur positive electrode, a negative electrode made of lithium, and a solid electrolyte.
The lithium-sulfur solid-state battery of the present embodiment can have the same configuration as a known lithium-sulfur solid-state battery, except that it includes the sulfur positive electrode described above.

本実施形態のリチウム硫黄固体電池は、上述の硫黄正極を備えて構成されていることにより、十分な充放電容量を達成可能であり、優れた電池特性を有する。 Since the lithium-sulfur solid-state battery of the present embodiment includes the sulfur positive electrode described above, it can achieve a sufficient charge/discharge capacity and has excellent battery characteristics.

<硫黄正極>
本実施形態のリチウム硫黄固体電池における硫黄正極は、先に説明したものである。
<Sulfur positive electrode>
The sulfur positive electrode in the lithium-sulfur solid-state battery of this embodiment has been described above.

<負極>
本実施形態のリチウム硫黄固体電池における負極は、リチウムからなり(リチウム負極であり)、公知のリチウム負極を用いることができる。
<Negative Electrode>
The negative electrode in the lithium-sulfur solid-state battery of the present embodiment is made of lithium (is a lithium negative electrode), and a known lithium negative electrode can be used.

負極の厚さは、特に限定されず、適用する電池の目的に応じて適宜設定すればよい。通常、負極の厚さは、10~2000μmであることが好ましく、100~1000μmであることがより好ましい。 The thickness of the negative electrode is not particularly limited, and may be appropriately set according to the purpose of the battery to which it is applied. Generally, the thickness of the negative electrode is preferably 10-2000 μm, more preferably 100-1000 μm.

<固体電解質>
前記固体電解質の構成材料は、特に限定されず、結晶性材料、アモルファス材料及びガラス材料のいずれであってもよい。
固体電解質の構成材料として、より具体的には、例えば、硫化物を含まず、かつ酸化物を含むもの(本明細書においては「酸化物系材料」と称することがある)、少なくとも硫化物を含むもの(本明細書においては「硫化物系材料」と称することがある)等、公知のものが挙げられる。
<Solid electrolyte>
The constituent material of the solid electrolyte is not particularly limited, and may be any of a crystalline material, an amorphous material and a glass material.
More specifically, the constituent material of the solid electrolyte includes, for example, a material containing no sulfide and containing an oxide (hereinafter sometimes referred to as an "oxide-based material"), at least a sulfide. well-known materials such as those containing (sometimes referred to as “sulfide-based material” in this specification).

前記酸化物系材料としては、例えば、LiLaZr12(LLZ)、Li2.9PO3.30.46(LIPON)、La0.51Li0.34TiO2.94、Li1.3Al0.3Ti1.7(PO、50LiSiO・50LiBO、Li3.6Si0.60.4、Li1.07Al0.69Ti1.46(PO、Li1.5Al0.5Ge1.5(PO等が挙げられる。
また、前記酸化物系材料としては、例えば、LiLaZr12(LLZ)等の複合酸化物に、アルミニウム、タンタル、ニオブ、ビスマス等の元素が添加(ドープ)されたものも挙げられる。ここで、添加される元素は、1種のみでもよいし、2種以上でもよく、2種以上である場合、それらの組み合わせ及び比率は、目的に応じて任意に選択できる。
Examples of the oxide-based material include Li7La3Zr2O12 ( LLZ ), Li2.9PO3.3N0.46 ( LIPON ) , La0.51Li0.34TiO2.94 , Li1.3Al0.3Ti1.7 ( PO4 ) 3 , 50Li4SiO4.50Li3BO3 , Li3.6Si0.6P0.4O4 , Li1.07Al0 _ _ _ .69 Ti 1.46 (PO 4 ) 3 , Li 1.5 Al 0.5 Ge 1.5 (PO 4 ) 3 and the like.
Examples of the oxide-based material include those obtained by adding (doping) elements such as aluminum, tantalum, niobium, and bismuth to composite oxides such as Li 7 La 3 Zr 2 O 12 (LLZ). be done. Here, only one element or two or more elements may be added, and when two or more elements are added, the combination and ratio thereof can be arbitrarily selected according to the purpose.

前記硫化物系材料としては、例えば、Li10GeP12(LGPS)、Li3.25Ge0.250.75、30LiS・26B・44LiI、63LiS・36SiS・1LiPO、57LiS・38SiS・5LiSiO、70LiS・30P(LISPS)、50LiS・50GeS、Li11、Li3.250.95等が挙げられる。 Examples of the sulfide - based material include Li10GeP2S12 ( LGPS ), Li3.25Ge0.25P0.75S4 , 30Li2S.26B2S3.44LiI , 63Li2S . 36SiS2.1Li3PO4 , 57Li2S.38SiS2.5Li4SiO4 , 70Li2S.30P2S5 ( LISPS ) , 50Li2S.50GeS2 , Li7P3S11 , Li3.25 _ _ P 0.95 S 4 and the like.

固体電解質の構成材料は、1種のみでもよいし、2種以上でもよく、2種以上である場合、それらの組み合わせ及び比率は、目的に応じて任意に選択できる。 The constituent materials of the solid electrolyte may be of one type or two or more types, and when there are two or more types, their combination and ratio can be arbitrarily selected according to the purpose.

固体電解質の構成材料は、大気中における安定性が高く、緻密性が高い固体電解質を作製できる点から、前記酸化物系材料であることが好ましい。 The constituent material of the solid electrolyte is preferably the above-described oxide-based material because it has high stability in the air and can produce a highly dense solid electrolyte.

固体電解質の厚さは、特に限定されず、適用する電池の目的に応じて適宜設定すればよい。通常、固体電解質の厚さは、10~1000μmであることが好ましく、50~500μmであることがより好ましい。 The thickness of the solid electrolyte is not particularly limited, and may be appropriately set according to the purpose of the battery to which it is applied. Generally, the thickness of the solid electrolyte is preferably 10-1000 μm, more preferably 50-500 μm.

<<リチウム硫黄固体電池の製造方法>>
前記リチウム硫黄固体電池は、前記硫黄正極を用いる点以外は、公知のリチウム硫黄固体電池の場合と同じ方法で製造できる。すなわち、硫黄正極、固体電解質及び負極をこの順に、これらの厚さ方向において積層することで、本実施形態のリチウム硫黄固体電池を製造できる。
<<Method for producing lithium-sulfur solid-state battery>>
The lithium-sulfur solid-state battery can be manufactured in the same manner as a known lithium-sulfur solid-state battery, except that the sulfur positive electrode is used. That is, the lithium-sulfur solid-state battery of the present embodiment can be manufactured by laminating the sulfur positive electrode, the solid electrolyte and the negative electrode in this order in the thickness direction.

本実施形態のリチウム硫黄固体電池は、100℃以下の温度条件下に置いておくことが好ましい。このようにすることで、イオン液体の気化を抑制でき、リチウム硫黄固体電池は、より優れた電池特性を発現する。 The lithium-sulfur solid-state battery of the present embodiment is preferably kept under temperature conditions of 100° C. or less. By doing so, vaporization of the ionic liquid can be suppressed, and the lithium-sulfur solid state battery exhibits better battery characteristics.

本実施形態のリチウム硫黄固体電池は、上記のとおり優れた電池特性を有し、しかも安全性が高い。前記リチウム硫黄固体電池は、このような特長を生かして、例えば、家庭用電源;非常用電源;飛行機、電気自動車等の電源等として用いるのに好適である。 The lithium-sulfur solid-state battery of the present embodiment has excellent battery characteristics as described above and is highly safe. Taking advantage of these features, the lithium-sulfur solid-state battery is suitable for use as, for example, household power sources; emergency power sources; and power sources for airplanes, electric vehicles, and the like.

以下、具体的実施例により、本発明についてより詳細に説明する。ただし、本発明は、以下に示す実施例に、何ら限定されるものではない。 The present invention will be described in more detail below with reference to specific examples. However, the present invention is by no means limited to the examples shown below.

<<リチウム硫黄固体電池の製造>>
[実施例1]
<硫黄正極の製造>
[正極材の製造]
粉砕した硫黄(5質量部)にケッチェンブラック(1質量部)を添加して30分混合し、150℃で6時間熱処理した後、さらに250℃で5時間熱処理することで、硫黄及びケッチェンブラックの複合体を得た。得られた複合体について、熱重量測定を行った結果、硫黄の含有率は51.2質量%(炭素の含有率は48.8質量%)であった。得られた複合体を、室温で1日真空乾燥させた。次いで、グローブボックス内において、この複合体(1.313質量部(このうち、硫黄は0.673質量部、ケッチェンブラックは0.640質量部))に、KFポリマー(12質量%のポリフッ化ビニリデンを含有するN-メチルピロリドン溶液、クレハ社製)(1.217質量部)を添加した。次いで、得られた混合物を撹拌しながら、ここへN-メチルピロリドンを少しずつ、合計で1028質量部添加し、さらに、テトラグライム-LiTFSI錯体(0.198質量部)と、EMITFSI(0.022質量部)と、を添加することにより、スラリー状の正極材を得た。ここで、テトラグライム-LiTFSI錯体は、LiTFSIとテトラグライムとを、LiTFSI(モル):テトラグライム(モル)のモル比を50:50として混合して得られたものである。また、[テトラグライム-LiTFSI錯体の使用量(質量)]:[EMITFSIの使用量(質量)]の質量比は、90:10であった。
<<Manufacturing of Lithium Sulfur Solid State Battery>>
[Example 1]
<Production of sulfur cathode>
[Manufacturing of positive electrode material]
Ketjen black (1 part by mass) was added to pulverized sulfur (5 parts by mass) and mixed for 30 minutes, heat-treated at 150 ° C. for 6 hours, and then heat-treated at 250 ° C. for 5 hours to obtain sulfur and Ketjen. A black composite was obtained. As a result of thermogravimetric measurement of the obtained composite, the sulfur content was 51.2% by mass (the carbon content was 48.8% by mass). The resulting composite was vacuum dried at room temperature for 1 day. Then, in a glove box, this composite (1.313 parts by weight (of which sulfur is 0.673 parts by weight and Ketjenblack is 0.640 parts by weight)) is added to KF polymer (12% by weight of polyfluorinated An N-methylpyrrolidone solution containing vinylidene, manufactured by Kureha Corporation (1.217 parts by mass) was added. Then, while stirring the resulting mixture, N-methylpyrrolidone was added little by little to a total of 1028 parts by mass, and further, tetraglyme-LiTFSI complex (0.198 parts by mass) and EMITFSI (0.022 parts by mass), to obtain a slurry-like positive electrode material. Here, the tetraglyme-LiTFSI complex is obtained by mixing LiTFSI and tetraglyme at a LiTFSI (mol):tetraglyme (mol) molar ratio of 50:50. In addition, the mass ratio of [amount of tetraglyme-LiTFSI complex used (mass)]:[amount of EMITFSI used (mass)] was 90:10.

[硫黄正極の製造]
カーボンクロス(質量0.00592g、直径8mm、厚さ250μmの円形状)に、上記で得られた正極材を塗布して、正極材をカーボンクロスの内部に十分に含浸させた。
次いで、この含浸済みカーボンクロスを、80℃で12時間乾燥させることで、N-メチルピロリドンを完全に除去し、硫黄正極(0.0076g)を得た。
[Production of sulfur cathode]
The positive electrode material obtained above was applied to a carbon cloth (mass: 0.00592 g, diameter: 8 mm, thickness: 250 μm, circular shape) to sufficiently impregnate the inside of the carbon cloth with the positive electrode material.
Next, the impregnated carbon cloth was dried at 80° C. for 12 hours to completely remove N-methylpyrrolidone and obtain a sulfur positive electrode (0.0076 g).

得られた硫黄正極において、導電性シート(カーボンクロス)の質量に対する、硫黄、導電助剤(ケッチェンブラック)、バインダー(ポリフッ化ビニリデン)及びイオン液体(テトラグライム-LiTFSI錯体と、EMITFSIと、の混合物)の合計質量の割合は、28.4質量%であった。
また、得られた硫黄正極において、導電性シート(カーボンクロス)の質量に対する、硫黄の質量の割合は、11.4質量%であった。
In the obtained sulfur positive electrode, sulfur, conductive aid (Ketjenblack), binder (polyvinylidene fluoride) and ionic liquid (tetraglyme-LiTFSI complex and EMITFSI with respect to the mass of the conductive sheet (carbon cloth) mixture) was 28.4% by weight.
In the obtained sulfur positive electrode, the mass ratio of sulfur to the mass of the conductive sheet (carbon cloth) was 11.4% by mass.

<リチウム硫黄固体電池の製造>
[固体電解質の製造]
水酸化ランタン(純度99.99%、高純度化学研究所社製)(40.38g)、水酸化リチウム(純度98.0%、関東化学社製)(20.44g)及び酸化ジルコニウム(東ソー社製)(17.47g)を秤量し、これらをボールミルで2時間粉砕しながら混合した。得られた粉体(73.10g)を秤量し、焼成用セラミック容器に移し、電気炉を用いて900℃で15時間焼成した後、降温速度5℃/minで冷却して、最終的に室温まで冷却し、リチウム-ランタン-ジルコニウム複合酸化物を得た。
得られた複合酸化物(54.67g)、及び酸化アルミニウム(γ-アルミナ、純度99.99%、高純度化学研究所社製)(0.90g)を秤量し、これらをボールミルで2時間粉砕しながら混合した。両軸プレス機を用いて、得られた混合物を成形することにより、直径15mm、厚さ1mmの円板状ペレットを作製した。
マザーパウダー(水酸化ランタン、水酸化リチウム、酸化ジルコニウム及び酸化アルミニウムの混合粉末)を敷いた焼成用セラミック容器に、上記で得られたペレット(0.5g)を移し、さらにマザーパウダーでペレットを覆い、電気炉を用いて焼成した。焼成条件は以下のとおりである。すなわち、昇温速度5℃/minで室温から1200℃まで昇温し、そのまま24時間、1200℃を維持し、ここから降温速度5℃/minで冷却して、最終的に室温まで冷却した。次いで、ペレットに付着したマザーパウダーを研磨により除去した。
以上により、固体電解質として、ペレット状の、アルミニウムがドープされたリチウム-ランタン-ジルコニウム複合酸化物(AlドープLLZ)成形体(Li6.25Al0.25LaZr12、直径11mm、厚さ0.5mm、質量0.26g)を得た。
<Production of lithium-sulfur solid-state battery>
[Production of solid electrolyte]
Lanthanum hydroxide (purity 99.99%, Kojundo Chemical Laboratory Co., Ltd.) (40.38 g), lithium hydroxide (purity 98.0%, Kanto Chemical Co., Ltd.) (20.44 g) and zirconium oxide (Tosoh Corporation ) (17.47 g) were weighed and mixed while pulverizing in a ball mill for 2 hours. The obtained powder (73.10 g) was weighed, transferred to a ceramic container for firing, fired at 900 ° C. for 15 hours using an electric furnace, cooled at a temperature decrease rate of 5 ° C./min, and finally cooled to room temperature. to obtain a lithium-lanthanum-zirconium composite oxide.
The resulting composite oxide (54.67 g) and aluminum oxide (γ-alumina, purity 99.99%, manufactured by Kojundo Chemical Laboratory Co., Ltd.) (0.90 g) were weighed and ground in a ball mill for 2 hours. while mixing. A disk-shaped pellet having a diameter of 15 mm and a thickness of 1 mm was produced by molding the obtained mixture using a double-axis press.
Transfer the pellets (0.5 g) obtained above to a ceramic container for firing spread with mother powder (mixed powder of lanthanum hydroxide, lithium hydroxide, zirconium oxide and aluminum oxide), and cover the pellets with mother powder. , was fired using an electric furnace. Firing conditions were as follows. That is, the temperature was raised from room temperature to 1,200° C. at a temperature elevation rate of 5° C./min, maintained at 1,200° C. for 24 hours, cooled at a temperature drop rate of 5° C./min, and finally cooled to room temperature. Next, the mother powder adhering to the pellet was removed by polishing.
As described above, a pellet-shaped aluminum-doped lithium-lanthanum-zirconium composite oxide (Al-doped LLZ) compact (Li 6.25 Al 0.25 La 3 Zr 2 O 12 , diameter 11 mm, A thickness of 0.5 mm and a mass of 0.26 g) were obtained.

[リチウム硫黄固体電池の製造]
上記で得られたAlドープLLZ成形体の負極側となる表面に、金をスパッタリングした。これは、後述する評価時において、負極に起因する電池特性の影響を可能な限り排除して、硫黄正極の電池特性をより高精度に評価するためである。金のスパッタ層を介在させてAlドープLLZ成形体と負極を接触させることで、これらを確実に接触させて、抵抗を低減している。
一方、AlドープLLZ成形体の正極側となる表面には、上記で得られた硫黄正極を貼り合わせて、硫黄正極及び固体電解質が積層されて構成された積層物を得た。
[Production of lithium-sulfur solid-state battery]
Gold was sputtered onto the negative electrode side surface of the Al-doped LLZ compact obtained above. This is to eliminate as much as possible the influence of the battery characteristics caused by the negative electrode during evaluation, which will be described later, and to more accurately evaluate the battery characteristics of the sulfur positive electrode. By bringing the Al-doped LLZ molded body and the negative electrode into contact with each other with a gold sputtered layer interposed therebetween, they are reliably brought into contact with each other and the resistance is reduced.
On the other hand, the sulfur positive electrode obtained above was attached to the positive electrode side surface of the Al-doped LLZ molded body to obtain a laminate composed of the sulfur positive electrode and the solid electrolyte laminated.

次いで、市販のコイン型電池セル容器を用いて、下蓋にリング状のガスケットをはめ込み、下蓋の上にステンレス鋼製ワッシャーを載置した。このワッシャーの上に、ステンレス鋼製で、外径15mm、厚さ0.3mmの円板状である負極集電体を載置し、この負極集電体の上に、負極としてリチウム箔(直径8mm、厚さ600μm)を載置した。さらに、この負極に上記の金のスパッタ層を重ね合せることで、負極の上に硫黄正極及び固体電解質の積層物を載置し、この積層物の硫黄正極の上に、正極集電体としてアルミニウム箔(直径8mm、厚さ20μm)を載置した。最後に上蓋を閉じることで、評価用の電池セル(リチウム硫黄固体電池)を得た。 Next, using a commercially available coin-shaped battery cell container, a ring-shaped gasket was fitted to the lower lid, and a stainless steel washer was placed on the lower lid. A disk-shaped negative electrode current collector made of stainless steel and having an outer diameter of 15 mm and a thickness of 0.3 mm was placed on the washer, and a lithium foil (diameter 8 mm, thickness 600 μm) was placed. Furthermore, by superimposing the above sputtered gold layer on the negative electrode, a laminate of the sulfur positive electrode and the solid electrolyte is placed on the negative electrode, and aluminum is placed on the sulfur positive electrode of the laminate as a positive electrode current collector. A foil (8 mm diameter, 20 μm thickness) was placed. Finally, the upper lid was closed to obtain a battery cell (lithium-sulfur solid state battery) for evaluation.

[参考例1]
正極材の製造時において、硫黄及びケッチェンブラックの前記複合体の使用量を、1.313質量部に代えて1.068質量部(このうち、硫黄は0.547質量部、ケッチェンブラックは0.521質量部)とした点、及びテトラグライム-LiTFSI錯体(0.198質量部)と、EMITFSI(0.022質量部)と、を添加するのに代えて、EMITFSI(0.179質量部)のみを添加した点、以外は、実施例1の場合と同じ方法で、硫黄正極を製造し、評価用の電池セル(リチウム硫黄固体電池)を製造した。
[Reference example 1]
At the time of manufacturing the positive electrode material, the amount of the composite of sulfur and Ketjenblack used was replaced with 1.313 parts by mass to 1.068 parts by mass (of which 0.547 parts by mass of sulfur and Ketjenblack 0.521 parts by mass), and instead of adding tetraglyme-LiTFSI complex (0.198 parts by mass) and EMITFSI (0.022 parts by mass), EMITFSI (0.179 parts by mass ) was added in the same manner as in Example 1 to produce a sulfur positive electrode and to produce a battery cell (lithium sulfur solid state battery) for evaluation.

[参考例2]
正極材の製造時において、硫黄及びケッチェンブラックの前記複合体の使用量を、1.313質量部に代えて1.144質量部(このうち、硫黄は0.586質量部、ケッチェンブラックは0.558質量部)とした点、及びテトラグライム-LiTFSI錯体(0.198質量部)と、EMITFSI(0.022質量部)と、を添加するのに代えて、BMITFSI(0.192質量部)のみを添加した点、以外は、実施例1の場合と同じ方法で、硫黄正極を製造し、評価用の電池セル(リチウム硫黄固体電池)を製造した。
[Reference example 2]
At the time of manufacturing the positive electrode material, the amount of the composite of sulfur and Ketjenblack used is replaced with 1.313 parts by mass to 1.144 parts by mass (of which 0.586 parts by mass of sulfur and Ketjenblack 0.558 parts by mass), and instead of adding tetraglyme-LiTFSI complex (0.198 parts by mass) and EMITFSI (0.022 parts by mass), BMITFSI (0.192 parts by mass ) was added in the same manner as in Example 1 to produce a sulfur positive electrode and to produce a battery cell (lithium sulfur solid state battery) for evaluation.

[参考例3]
正極材の製造時において、硫黄及びケッチェンブラックの前記複合体の使用量を、1.313質量部に代えて1.221質量部(このうち、硫黄は0.625質量部、ケッチェンブラックは0.596質量部)とした点、及びテトラグライム-LiTFSI錯体(0.198質量部)と、EMITFSI(0.022質量部)と、を添加するのに代えて、P13TFSI(0.205質量部)のみを添加した点、以外は、実施例1の場合と同じ方法で、硫黄正極を製造し、評価用の電池セル(リチウム硫黄固体電池)を製造した。
[Reference example 3]
At the time of manufacturing the positive electrode material, the amount of the composite of sulfur and Ketjenblack used was changed to 1.221 parts by mass instead of 1.313 parts by mass (of which 0.625 parts by mass of sulfur and Ketjenblack 0.596 parts by mass), and instead of adding tetraglyme-LiTFSI complex (0.198 parts by mass) and EMITFSI (0.022 parts by mass), P13TFSI (0.205 parts by mass) ) was added in the same manner as in Example 1 to produce a sulfur positive electrode and to produce a battery cell (lithium sulfur solid state battery) for evaluation.

[参考例4]
正極材の製造時において、硫黄及びケッチェンブラックの前記複合体の使用量を、1.313質量部に代えて1.145質量部(このうち、硫黄は0.586質量部、ケッチェンブラックは0.559質量部)とした点、及びテトラグライム-LiTFSI錯体(0.198質量部)と、EMITFSI(0.022質量部)と、を添加するのに代えて、P14TFSI(0.198質量部)のみを添加した点、以外は、実施例1の場合と同じ方法で、硫黄正極を製造し、評価用の電池セル(リチウム硫黄固体電池)を製造した。
[Reference Example 4]
At the time of manufacturing the positive electrode material, the amount of the composite of sulfur and Ketjenblack used was replaced with 1.313 parts by mass to 1.145 parts by mass (of which 0.586 parts by mass of sulfur and Ketjenblack 0.559 parts by mass), and instead of adding tetraglyme-LiTFSI complex (0.198 parts by mass) and EMITFSI (0.022 parts by mass), P14TFSI (0.198 parts by mass ) was added in the same manner as in Example 1 to produce a sulfur positive electrode and to produce a battery cell (lithium sulfur solid state battery) for evaluation.

<<電池特性の評価>>
[試験例1]
実施例1及び参考例1~4で得られた電池セルについて、以下に示す交流インピーダンス法により、内部抵抗を測定した。
すなわち、電池セルを100℃の恒温槽内に静置し、周波数範囲3MHz~0.1Hzにおける交流インピーダンス測定を行った。このときの測定結果を図1~5に示す。図1が実施例1の電池セルについての測定結果であり、図2が参考例1の電池セルについての測定結果であり、図3が参考例2の電池セルについての測定結果であり、図4が参考例3の電池セルについての測定結果であり、図5が参考例4の電池セルについての測定結果である。
<<Evaluation of battery characteristics>>
[Test Example 1]
The internal resistance of the battery cells obtained in Example 1 and Reference Examples 1 to 4 was measured by the AC impedance method described below.
That is, the battery cells were placed in a constant temperature bath at 100° C., and AC impedance was measured in a frequency range of 3 MHz to 0.1 Hz. The measurement results at this time are shown in FIGS. 1 shows the measurement results of the battery cell of Example 1, FIG. 2 shows the measurement results of the battery cell of Reference Example 1, FIG. 3 shows the measurement results of the battery cell of Reference Example 2, and FIG. is the measurement result of the battery cell of Reference Example 3, and FIG. 5 is the measurement result of the battery cell of Reference Example 4. FIG.

図1に示す、実施例1で得られた電池セルでの測定結果には、硫黄正極及びリチウム負極の反応抵抗に相当すると考えられる円弧部分と、リチウムイオンの拡散抵抗に相当すると考えられる直線部分がある。この測定結果より、実施例1の電池セルにおける、硫黄正極界面での界面抵抗値は、400Ω・cmであることが判った。
実施例1で得られた電池セルは、硫黄正極界面での界面抵抗値の低減効果を有することが確認された。
The measurement results of the battery cell obtained in Example 1 shown in FIG. There is From this measurement result, it was found that the interfacial resistance value at the sulfur positive electrode interface in the battery cell of Example 1 was 400 Ω·cm.
It was confirmed that the battery cell obtained in Example 1 has the effect of reducing the interfacial resistance value at the sulfur positive electrode interface.

図2に示す、参考例1で得られた電池セルでの測定結果には、硫黄正極及びリチウム負極の反応抵抗に相当すると考えられる円弧部分と、リチウムイオンの拡散抵抗に相当すると考えられる直線部分がある。この測定結果より、参考例1の電池セルにおける、硫黄正極界面での界面抵抗値は、1400Ω・cmであることが判った。 The measurement results of the battery cell obtained in Reference Example 1 shown in FIG. There is From this measurement result, it was found that the interfacial resistance value at the interface of the sulfur positive electrode in the battery cell of Reference Example 1 was 1400 Ω·cm.

図3~5に示す、参考例2~4で得られた電池セルでの測定結果にも、硫黄正極及びリチウム負極の反応抵抗に相当すると考えられる円弧部分と、リチウムイオンの拡散抵抗に相当すると考えられる直線部分がある。これらの測定結果より、硫黄正極界面での界面抵抗値は、参考例2の電池セルでは2100Ω・cmであり、参考例3の電池セルでは1800Ω・cmであり、参考例4の電池セルでは800Ω・cmであることが判った。 The measurement results of the battery cells obtained in Reference Examples 2 to 4 shown in FIGS. There is a straight line part to consider. From these measurement results, the interfacial resistance value at the sulfur positive electrode interface was 2100 Ω cm for the battery cell of Reference Example 2, 1800 Ω cm for the battery cell of Reference Example 3, and 800 Ω cm for the battery cell of Reference Example 4.・It turned out to be cm.

参考例1~4で得られた電池セルでは、イオン液体として、前記必須イオン性化合物のみを用いており、このような電池セルも、硫黄正極界面での界面抵抗値の低減効果を有することが確認された。
ただし、図1と図2~5との比較から明らかなうように、実施例1で得られた電池セルの方が、参考例1~4で得られた電池セルよりも、硫黄正極界面での界面抵抗値が顕著に小さく、前記界面抵抗値の低減効果に特に優れていた。このように、正極材において、前記必須イオン性化合物と溶媒和イオン液体を併用した場合に、電池特性の向上で顕著な効果が得られることが確認された。
参考例1~4で得られた電池セルは、正極材において、前記必須イオン性化合物以外に、溶媒和イオン液体を併用することで、電池特性の向上が見込まれるものであった。
In the battery cells obtained in Reference Examples 1 to 4, only the essential ionic compound is used as the ionic liquid, and such battery cells also have the effect of reducing the interfacial resistance value at the sulfur positive electrode interface. confirmed.
However, as is clear from the comparison between FIG. 1 and FIGS. 2 to 5, the battery cells obtained in Example 1 have a higher sulfur positive electrode interface than the battery cells obtained in Reference Examples 1 to 4. The interfacial resistance value was remarkably small, and the effect of reducing the interfacial resistance value was particularly excellent. As described above, it was confirmed that when the essential ionic compound and the solvated ionic liquid are used together in the positive electrode material, a remarkable effect of improving the battery characteristics can be obtained.
The battery cells obtained in Reference Examples 1 to 4 were expected to have improved battery characteristics by using a solvated ionic liquid in addition to the essential ionic compound in the positive electrode material.

<<リチウム硫黄固体電池の製造>>
[参考例5]
正極材の製造時において、硫黄及びケッチェンブラックの前記複合体(1.313質量部)に代えて、硫黄(16.0質量部)及びグラファイト粉末(KS4、1.6質量部)を用いた点、及びテトラグライム-LiTFSI錯体(0.198質量部)と、EMITFSI(0.022質量部)と、を添加するのに代えて、テトラグライム-LiTFSI錯体(2.95質量部)のみを添加した点、以外は、実施例1の場合と同じ方法で、硫黄正極を製造し、評価用の電池セル(リチウム硫黄固体電池)を製造した。
得られた硫黄正極において、導電性シート(カーボンクロス)の質量に対する、硫黄の質量の割合は、270質量%であった。
<<Manufacturing of Lithium Sulfur Solid State Battery>>
[Reference Example 5]
In the production of the positive electrode material, sulfur (16.0 parts by mass) and graphite powder (KS4, 1.6 parts by mass) were used instead of the composite of sulfur and Ketjenblack (1.313 parts by mass). Instead of adding points, and tetraglyme-LiTFSI complex (0.198 parts by weight) and EMITFSI (0.022 parts by weight), only tetraglyme-LiTFSI complex (2.95 parts by weight) was added. A sulfur positive electrode was manufactured in the same manner as in Example 1, except that the above points were changed, and a battery cell (lithium sulfur solid state battery) for evaluation was manufactured.
In the obtained sulfur positive electrode, the mass ratio of sulfur to the mass of the conductive sheet (carbon cloth) was 270% by mass.

[参考例6]
正極材の製造時において、硫黄及びケッチェンブラックの前記複合体の使用量を、1.313質量部に代えて5.671質量部(このうち、硫黄は2.908質量部、ケッチェンブラックは2.763質量部)とした点、テトラグライム-LiTFSI錯体(0.198質量部)と、EMITFSI(0.022質量部)と、を添加するのに代えて、テトラグライム-LiTFSI錯体(0.95質量部)のみを添加した点、及びカーボンクロスの直径を8mmに代えて14mmとした点以外は、実施例1の場合と同じ方法で、硫黄正極を製造し、評価用の電池セル(リチウム硫黄固体電池)を製造した。
得られた硫黄正極において、導電性シート(カーボンクロス)の質量に対する、硫黄の質量の割合は、15.1質量%であった。
[Reference Example 6]
At the time of manufacturing the positive electrode material, the amount of the composite of sulfur and Ketjenblack used was replaced with 1.313 parts by mass to 5.671 parts by mass (of which sulfur is 2.908 parts by mass, Ketjenblack is 2.763 parts by mass), instead of adding the tetraglyme-LiTFSI complex (0.198 parts by mass) and EMITFSI (0.022 parts by mass), the tetraglyme-LiTFSI complex (0.022 parts by mass) was added. 95 parts by mass) was added, and the diameter of the carbon cloth was changed to 14 mm instead of 8 mm. Sulfur solid state battery) was manufactured.
In the obtained sulfur positive electrode, the mass ratio of sulfur to the mass of the conductive sheet (carbon cloth) was 15.1% by mass.

<<電池特性の評価>>
[試験例2]
参考例5~6で得られた電池セルについて、試験例1の場合と同じ方法で、内部抵抗を測定し、硫黄正極界面での界面抵抗値を求めた。参考例5の電池セルについての測定結果を図6に示し、参考例6の電池セルについての測定結果を図7に示す。
<<Evaluation of battery characteristics>>
[Test Example 2]
For the battery cells obtained in Reference Examples 5 and 6, the internal resistance was measured in the same manner as in Test Example 1 to obtain the interfacial resistance value at the sulfur positive electrode interface. The measurement results for the battery cell of Reference Example 5 are shown in FIG. 6, and the measurement results for the battery cell of Reference Example 6 are shown in FIG.

その結果、参考例5の電池セルにおける、硫黄正極界面での界面抵抗値は、3750Ω・cmであった。
参考例6の電池セルにおける、硫黄正極界面での界面抵抗値は、2500Ω・cmであった。
As a result, the interfacial resistance value at the interface of the sulfur positive electrode in the battery cell of Reference Example 5 was 3750 Ω·cm.
In the battery cell of Reference Example 6, the interfacial resistance value at the sulfur positive electrode interface was 2500 Ω·cm.

参考例6では、参考例5と比較して、導電助剤の種類を変えて、導電性シート(カーボンクロス)の質量に対する、硫黄の質量の割合を低減したことにより、参考例5の場合よりも、前記界面抵抗値を低減できた。
実施例1では、参考例6の場合とは異なり、イオン液体として、溶媒和イオン液体(テトラグライム-LiTFSI錯体)に加えて、前記必須イオン性化合物(EMITFSI)も用いたことにより、参考例6の場合よりも、さらに前記界面抵抗値を大幅に低減できた。
このように、硫黄正極の製造時に、溶媒和イオン液体及び前記必須イオン性化合物を併用することにより、導電性シートの質量に対する、硫黄の質量の割合を、大幅に低減し、電池特性を損なうことなく、前記界面抵抗値を大幅に低減できることが確認された。
In Reference Example 6, compared to Reference Example 5, the type of conductive aid was changed to reduce the mass ratio of sulfur to the mass of the conductive sheet (carbon cloth), so that the Also, the interface resistance value could be reduced.
In Example 1, unlike the case of Reference Example 6, in addition to the solvated ionic liquid (tetraglyme-LiTFSI complex) as the ionic liquid, the essential ionic compound (EMITFSI) was also used. The interfacial resistance value could be significantly reduced more than in the case of .
In this way, by using the solvated ionic liquid and the essential ionic compound together in the production of the sulfur positive electrode, the mass ratio of sulfur to the mass of the conductive sheet can be significantly reduced, and the battery characteristics can be impaired. It was confirmed that the interfacial resistance value can be significantly reduced.

[比較例1]
粉砕した硫黄(1.00g)にケッチェンブラック(0.50g)を添加して30分混合し、155℃で6時間熱処理させることで、硫黄及びケッチェンブラックの混合物を得た。次いで、グローブボックス内において、この混合物(0.180g)に、KFポリマー(12質量%のポリフッ化ビニリデンを含有するN-メチルピロリドン溶液、クレハ社製)(0.167g)を添加した後、得られた混合物を撹拌しながら、ここへN-メチルピロリドンを少しずつ、合計で1.0mL添加することにより、スラリー状の比較用正極材を得た。
[Comparative Example 1]
Ketjenblack (0.50g) was added to pulverized sulfur (1.00g), mixed for 30 minutes, and heat-treated at 155°C for 6 hours to obtain a mixture of sulfur and Ketjenblack. Next, in the glove box, KF polymer (N-methylpyrrolidone solution containing 12% by mass of polyvinylidene fluoride, manufactured by Kureha Co., Ltd.) (0.167 g) was added to this mixture (0.180 g). While stirring the obtained mixture, N-methylpyrrolidone was added little by little to a total of 1.0 mL to obtain a slurry-like positive electrode material for comparison.

マスキングテープとして、同心となる直径8mmの円がくり抜かれた形状のポリイミドテープ(厚さ0.09mm)を、実施例1で製造したものと同じAlドープLLZ成形体(固体電解質)の正極側となる表面に貼り付けた。次いで、この正極側となる露出面(正極側となる表面のうち、マスキングテープでマスキングされていない領域)の中央部に、上記で得られた比較用正極材を付着させた。そして、スライドガラスの端面でこの比較用正極材を摺り切るように、スライドガラスを2、3度往復させることで、比較用正極材を、前記露出面の全体に平らでかつ均等に行き渡るように広げて塗布した。
次いで、真空乾燥機を用いて、この塗布済みAlドープLLZ成形体を、80℃で一昼夜乾燥させて、N-メチルピロリドンをすべて除去することで、AlドープLLZ成形体上に比較用の硫黄正極を形成した。
次いで、AlドープLLZ成形体からマスキングテープを剥がし、比較用の硫黄正極及び固体電解質が積層された、比較用の積層物を得た。硫黄正極形成前後のAlドープLLZ成形体の質量差から求めた比較用の硫黄正極の形成量は、0.00075gであった。
As a masking tape, a polyimide tape (thickness 0.09 mm) in a shape in which concentric circles with a diameter of 8 mm were hollowed out was used on the positive electrode side of the same Al-doped LLZ molded body (solid electrolyte) produced in Example 1. affixed to any surface. Next, the comparative positive electrode material obtained above was adhered to the central portion of the exposed surface serving as the positive electrode side (the region not masked with the masking tape of the surface serving as the positive electrode). Then, the slide glass is reciprocated two or three times so that the end face of the slide glass slides over the comparative positive electrode material, so that the comparative positive electrode material is evenly distributed over the entire exposed surface. Spread and apply.
Next, using a vacuum dryer, this coated Al-doped LLZ molded body was dried at 80° C. for a day and night to remove all N-methylpyrrolidone, and a sulfur positive electrode for comparison was deposited on the Al-doped LLZ molded body. formed.
Next, the masking tape was peeled off from the Al-doped LLZ compact to obtain a laminate for comparison in which a sulfur positive electrode and a solid electrolyte for comparison were laminated. The amount of sulfur positive electrode formed for comparison, which was obtained from the difference in mass of the Al-doped LLZ compact before and after forming the sulfur positive electrode, was 0.00075 g.

上記で得られた比較用の積層物を用いた点以外は、実施例1の場合と同じ方法で、比較用の電池セル(リチウム硫黄固体電池)を得た。 A battery cell (lithium-sulfur solid state battery) for comparison was obtained in the same manner as in Example 1, except that the laminate for comparison obtained above was used.

<<電池特性の評価>>
[試験例3]
比較例1で得られた電池セルについて、以下に示す方法により、硫黄正極の電池特性を評価した。
すなわち、電池セルを100℃で12時間保管した後、定電流を10μA、電圧範囲を1.0~3.5Vとして、充放電試験を行った。このときの電池セルの試験結果を図8に示す。
<<Evaluation of battery characteristics>>
[Test Example 3]
Regarding the battery cell obtained in Comparative Example 1, the battery characteristics of the sulfur positive electrode were evaluated by the method shown below.
That is, after storing the battery cells at 100° C. for 12 hours, a charge/discharge test was performed with a constant current of 10 μA and a voltage range of 1.0 to 3.5 V. FIG. 8 shows the test results of the battery cells at this time.

その結果、比較例1の電池セルにおいては、初期放電容量が250mAh/g程度であるものの、初期放電時の電圧が安定せず、平坦な放電曲線を示さず、放電状態が安定しなかった。さらに、これ以降の充放電曲線は、平坦な曲線を示さず、容量も25mAh/g未満であった。すなわち、比較例1の硫黄正極は、電池特性が不十分であった。
比較例1の電池セルは、比較用の硫黄正極がイオン液体を含有しておらず、実施例1及び参考例1~6の電池セルよりも、電池特性が明らかに劣っていた。
As a result, although the battery cell of Comparative Example 1 had an initial discharge capacity of about 250 mAh/g, the voltage during the initial discharge was not stable, the discharge curve was not flat, and the discharge state was not stable. Furthermore, the charge-discharge curve after this did not show a flat curve, and the capacity was less than 25 mAh/g. That is, the sulfur positive electrode of Comparative Example 1 had insufficient battery characteristics.
In the battery cell of Comparative Example 1, the sulfur positive electrode for comparison did not contain an ionic liquid, and the battery characteristics were clearly inferior to those of the battery cells of Example 1 and Reference Examples 1-6.

本発明は、リチウム硫黄固体電池の分野全般で利用可能である。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be used in the general field of lithium-sulfur solid state batteries.

Claims (6)

固体電解質を備えたリチウム硫黄固体電池用の硫黄正極であって、
前記硫黄正極は、空隙部を多数有する導電性シートを備え、
前記空隙部は、前記導電性シートの外部に対して開口しており、
前記導電性シートは、前記空隙部に、硫黄、導電助剤、バインダー及びイオン液体を含有し、
前記イオン液体が、グライム-リチウム塩錯体からなる群より選択される1種又は2種以上の溶媒和イオン液体と、1-エチル-3-メチルイミダゾリウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド、1-ブチル-3-メチルイミダゾリウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド、1-メチル-1-プロピルピロリジニウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド、1-ブチル-1-メチルピロリジニウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド、1-ブチルピリジニウムビス(トリフルオロメチルスルホニル)イミド、1-ブチル-3-メチルピリジニウムビス(トリフルオロメチルスルホニル)イミド、テトラブチルホスホニウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド、トリブチルドデシルホスホニウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド、1-メチル-3-プロピルイミダゾリウムビス(トリフルオロメチルスルホニル)イミド、1-ヘキシル-3-メチルイミダゾリウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド、ブチルトリメチルアンモニウムビス(トリフルオロメチルスルホニル)イミド及びトリメチルへキシルアンモニウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミドからなる群より選択される1種又は2種以上のイオン性化合物と、の混合物である、硫黄正極。
A sulfur positive electrode for a lithium-sulphur solid state battery with a solid electrolyte, comprising:
The sulfur positive electrode includes a conductive sheet having a large number of voids,
The void is open to the outside of the conductive sheet,
The conductive sheet contains sulfur, a conductive aid, a binder and an ionic liquid in the voids,
The ionic liquid is one or more solvated ionic liquids selected from the group consisting of glyme-lithium salt complexes, 1-ethyl-3-methylimidazolium bis(trifluoromethanesulfonyl)imide, and 1-butyl -3-methylimidazolium bis(trifluoromethanesulfonyl)imide, 1-methyl-1-propylpyrrolidinium bis(trifluoromethanesulfonyl)imide, 1-butyl-1-methylpyrrolidinium bis(trifluoromethanesulfonyl)imide, 1-butylpyridinium bis(trifluoromethylsulfonyl)imide, 1-butyl-3-methylpyridinium bis(trifluoromethylsulfonyl)imide, tetrabutylphosphonium bis(trifluoromethanesulfonyl)imide, tributyldodecylphosphonium bis(trifluoromethanesulfonyl) imide, 1-methyl-3-propylimidazolium bis(trifluoromethylsulfonyl)imide, 1-hexyl-3-methylimidazolium bis(trifluoromethanesulfonyl)imide, butyltrimethylammonium bis(trifluoromethylsulfonyl)imide and trimethyl and one or more ionic compounds selected from the group consisting of hexylammonium bis(trifluoromethanesulfonyl)imide.
前記イオン液体における、[前記溶媒和イオン液体の混合量(質量)]:[前記イオン性化合物の混合量(質量)]の質量比が、99:1~80:20である、請求項1に記載の硫黄正極。 The mass ratio of [mixed amount (mass) of the solvated ionic liquid]:[mixed amount (mass) of the ionic compound] in the ionic liquid is 99: 1 to 80: 20. A sulfur cathode as described. 前記硫黄正極において、前記導電性シートの質量に対する、前記硫黄の質量の割合が30質量%以下である、請求項1又は2に記載の硫黄正極。 3. The sulfur positive electrode according to claim 1, wherein the sulfur positive electrode has a mass ratio of 30% by mass or less with respect to the mass of the conductive sheet. 前記溶媒和イオン液体が、トリグライム-リチウムビス(フルオロスルホニル)イミド錯体、テトラグライム-リチウムビス(フルオロスルホニル)イミド錯体、トリグライム-リチウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド錯体、及びテトラグライム-リチウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド錯体からなる群より選択される1種又は2種以上である、請求項1~3のいずれか一項に記載の硫黄正極。 The solvated ionic liquids include triglyme-lithium bis(fluorosulfonyl)imide complex, tetraglyme-lithium bis(fluorosulfonyl)imide complex, triglyme-lithium bis(trifluoromethanesulfonyl)imide complex, and tetraglyme-lithium bis(trifluoro The sulfur positive electrode according to any one of claims 1 to 3, which is one or more selected from the group consisting of romethanesulfonyl)imide complexes. 前記導電性シートの構成材料が、炭素、銅、アルミニウム、チタン、ニッケル又はステンレス鋼である、請求項1~4のいずれか一項に記載の硫黄正極。 The sulfur positive electrode according to any one of claims 1 to 4, wherein the constituent material of said conductive sheet is carbon, copper, aluminum, titanium, nickel or stainless steel. 請求項1~5のいずれか一項に記載の硫黄正極と、リチウムからなる負極と、固体電解質と、を備えた、リチウム硫黄固体電池。 A lithium sulfur solid state battery comprising the sulfur positive electrode according to any one of claims 1 to 5, a negative electrode made of lithium, and a solid electrolyte.
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