JP7263977B2 - All-solid battery - Google Patents

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Description

本開示は、全固体電池に関する。 The present disclosure relates to all-solid-state batteries.

近年におけるパソコン、ビデオカメラおよび携帯電話等の情報関連機器や通信機器等の急速な普及に伴い、その電源として利用される電池の開発が重要視されている。また、自動車産業界等においても、電気自動車用あるいはハイブリッド自動車用の高出力かつ高容量の電池の開発が進められている。
電池の中でもリチウム二次電池は、金属の中で最大のイオン化傾向を持つリチウムを負極として用いるため、正極との電位差が大きく、高い出力電圧が得られるという点で注目されている。
また、全固体電池は、正極と負極の間に介在する電解質として、有機溶媒を含む電解液に替えて固体電解質を用いるという点で注目されている。
2. Description of the Related Art In recent years, with the rapid spread of information-related equipment and communication equipment such as personal computers, video cameras, and mobile phones, the development of batteries used as power sources for these devices has been emphasized. In addition, in the automobile industry and the like, development of high-output and high-capacity batteries for electric vehicles or hybrid vehicles is underway.
Among batteries, lithium secondary batteries are attracting attention because they use lithium, which has the highest ionization tendency among metals, as the negative electrode, resulting in a large potential difference from the positive electrode and high output voltage.
In addition, all-solid-state batteries are attracting attention in that they use a solid electrolyte instead of an electrolyte solution containing an organic solvent as an electrolyte interposed between a positive electrode and a negative electrode.

特許文献1には、負極集電体を被覆し、充電時にリチウム合金層を介して金属リチウムが析出可能な被覆層と、を備えることを特徴とする、全固体型二次電池用負極が開示され、被覆層には亜鉛を含むことが記載されている。 Patent Document 1 discloses a negative electrode for an all-solid secondary battery, which is characterized by comprising a coating layer that covers a negative electrode current collector and allows metallic lithium to deposit through a lithium alloy layer during charging. and that the coating layer contains zinc.

特開2018-129159号公報JP 2018-129159 A

Znを被覆した集電箔上で金属Liを析出-溶解した場合、Znが析出した金属Li内へ拡散するため、電池のサイクル特性が低い。本開示は、上記実情に鑑みてなされたものであり、サイクル特性が良好な全固体電池を提供することを主目的とする。 When metallic Li is deposited and dissolved on a Zn-coated collector foil, Zn diffuses into the deposited metallic Li, resulting in low cycle characteristics of the battery. The present disclosure has been made in view of the above circumstances, and a main object thereof is to provide an all-solid-state battery with good cycle characteristics.

本開示においては、負極の反応として金属リチウムの析出-溶解反応を利用した全固体電池であって、
前記全固体電池の満充電時において、負極集電体と、負極層と、Li-Zn-O複合酸化物を含む保護層と、固体電解質層と、正極層と、をこの順に有することを特徴とする全固体電池を提供する。
In the present disclosure, an all-solid-state battery that utilizes a deposition-dissolution reaction of metallic lithium as a negative electrode reaction,
When the all-solid-state battery is fully charged, it has a negative electrode current collector, a negative electrode layer, a protective layer containing a Li—Zn—O composite oxide, a solid electrolyte layer, and a positive electrode layer in this order. to provide an all-solid-state battery.

本開示は、サイクル特性が良好な全固体電池を提供することができる。 The present disclosure can provide an all-solid-state battery with good cycle characteristics.

本開示の全固体電池の一例を示す断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram showing an example of an all-solid-state battery of the present disclosure. 各評価用電池の充放電試験後の抵抗増加率を示すグラフである。4 is a graph showing the rate of increase in resistance of each evaluation battery after a charge/discharge test. 各保護層中のLiの元素比率を示すグラフである。4 is a graph showing the element ratio of Li in each protective layer.

本開示においては、負極の反応として金属リチウムの析出-溶解反応を利用した全固体電池であって、
前記全固体電池の満充電時において、負極集電体と、負極層と、Li-Zn-O複合酸化物を含む保護層と、固体電解質層と、正極層と、をこの順に有することを特徴とする全固体電池を提供する。
In the present disclosure, an all-solid-state battery that utilizes a deposition-dissolution reaction of metallic lithium as a negative electrode reaction,
When the all-solid-state battery is fully charged, it has a negative electrode current collector, a negative electrode layer, a protective layer containing a Li—Zn—O composite oxide, a solid electrolyte layer, and a positive electrode layer in this order. to provide an all-solid-state battery.

本開示において、リチウム二次電池とは、負極活物質に金属リチウム及びリチウム合金の少なくともいずれか一方を用い、負極の反応として金属リチウムの析出-溶解反応を利用した電池をいう。また、本開示において負極とは、負極層を含むものを意味する。
本開示において、全固体電池の満充電時とは、全固体電池の充電状態値(SOC:State of Charge)が100%の状態の時を意味する。SOCは、電池の満充電容量に対する充電容量の割合を示すものであり、満充電容量がSOC100%である。
SOCは、例えば、全固体電池の開放電圧(OCV:Open Circuit Voltage)から推定してもよい。
In the present disclosure, a lithium secondary battery refers to a battery that uses at least one of metallic lithium and a lithium alloy as a negative electrode active material, and that utilizes deposition-dissolution reaction of metallic lithium as a negative electrode reaction. Further, in the present disclosure, a negative electrode means one including a negative electrode layer.
In the present disclosure, when the all-solid-state battery is fully charged means when the state-of-charge (SOC) value of the all-solid-state battery is 100%. The SOC indicates the ratio of the charge capacity to the full charge capacity of the battery, and the full charge capacity is SOC 100%.
The SOC may be estimated, for example, from the open circuit voltage (OCV) of the all-solid-state battery.

全固体電池において、負極層に金属Liを用いた場合、Liは高い反応性(還元力)を示すため、硫化物系固体電解質(SE)と反応して高抵抗層が生成する。
例えば、全固体電池のサイクル試験中に固体電解質層と負極層との間に高抵抗層が発生し、全固体電池の充放電効率が低下し、電池寿命が速く尽きるという問題がある。
上記問題を解決するために負極集電体上にZnを含む保護層を形成した場合、当該保護層を備える全固体電池は、サイクル特性が低いという問題がある。
全固体電池のサイクル特性が低いのは、以下の理由によると考えられる。まず、Ni箔等の集電体上の保護層に含まれるZnは電子伝導性がありイオン伝導性がないため、全固体電池の充電時に保護層と固体電解質層との間に金属Liが析出する。そして、保護層に含まれるZnと、析出した金属Liとの界面で合金化反応が進行する。Zn-Li合金は固溶するため、Znは析出した金属Li内へ拡散する。しかし、合金化反応により得られたZn-Li合金中のZn濃度が低いため、形成されたZn-Li合金層は、Zn-Li合金層と固体電解質層との界面での、金属Liと硫化物系固体電解質との反応を抑制する効果が低い。そのため、全固体電池の充放電に伴う金属Liの析出・溶解中に硫化物系固体電解質の還元分解が進行して高抵抗層が形成され、全固体電池の可逆容量が低下し、サイクル特性が低下する。
合金化反応により得られたZn-Li合金層と固体電解質層との界面でのZn-Li合金中のZn濃度は金属Liの析出量が多いほど低くなる。そのため、電気自動車(EV)用途などで電池の高容量化のため、全固体電池中の金属Li析出量を増加させた設計で従来技術を適用すると、Zn-Li合金層による硫化物系固体電解質の還元分解の抑制効果がさらに低下するため、全固体電池の劣化が加速することが容易に想定される。
In all-solid-state batteries, when metallic Li is used for the negative electrode layer, since Li exhibits high reactivity (reducing power), it reacts with a sulfide-based solid electrolyte (SE) to form a high-resistance layer.
For example, there is a problem that a high resistance layer is formed between the solid electrolyte layer and the negative electrode layer during the cycle test of the all-solid-state battery, the charge-discharge efficiency of the all-solid-state battery is lowered, and the battery life is quickly exhausted.
When a protective layer containing Zn is formed on the negative electrode current collector in order to solve the above problem, an all-solid-state battery including the protective layer has a problem of low cycle characteristics.
The low cycle characteristics of all-solid-state batteries are considered to be due to the following reasons. First, since the Zn contained in the protective layer on the current collector such as Ni foil is electronically conductive but not ionic conductive, metal Li precipitates between the protective layer and the solid electrolyte layer during charging of the all-solid-state battery. do. Then, an alloying reaction proceeds at the interface between Zn contained in the protective layer and the deposited metal Li. Since the Zn—Li alloy forms a solid solution, Zn diffuses into the precipitated metal Li. However, since the Zn concentration in the Zn—Li alloy obtained by the alloying reaction is low, the Zn—Li alloy layer formed is due to the metal Li and sulfidation at the interface between the Zn—Li alloy layer and the solid electrolyte layer. The effect of suppressing the reaction with the solid electrolyte is low. As a result, the reductive decomposition of the sulfide-based solid electrolyte progresses during the deposition and dissolution of metal Li during charging and discharging of the all-solid-state battery, forming a high-resistance layer, reducing the reversible capacity of the all-solid-state battery, and reducing the cycle characteristics. descend.
The Zn concentration in the Zn--Li alloy at the interface between the Zn--Li alloy layer obtained by the alloying reaction and the solid electrolyte layer decreases as the amount of metal Li precipitated increases. Therefore, in order to increase the capacity of the battery for electric vehicle (EV) applications, etc., if the conventional technology is applied with a design that increases the amount of metal Li deposited in the all-solid-state battery, a sulfide-based solid electrolyte with a Zn-Li alloy layer Since the effect of suppressing the reductive decomposition of is further reduced, it is easily assumed that the deterioration of the all-solid-state battery is accelerated.

本研究者らは、負極集電体と固体電解質層との間にLi-Zn-O複合酸化物を含む保護層を配置することでサイクル特性が良好な全固体電池を提供することができることを明らかにした。
保護層に含まれるLi-Zn-O複合酸化物はイオン伝導性を有するため、全固体電池の充電時に金属Liは保護層と負極集電体との間に析出する。そして、全固体電池の充電時にLi-Zn-O複合酸化物を含む保護層が、析出した金属リチウムからなる負極層と固体電解質層との間に存在することで、金属Liと硫化物系固体電解質との直接接触を防ぎ、金属Liによる硫化物系固体電解質の還元分解を抑制することができ、結果として全固体電池のサイクル特性が良好となる。
The researchers found that by placing a protective layer containing a Li—Zn—O composite oxide between the negative electrode current collector and the solid electrolyte layer, it is possible to provide an all-solid-state battery with good cycle characteristics. clarified.
Since the Li—Zn—O composite oxide contained in the protective layer has ionic conductivity, metal Li is deposited between the protective layer and the negative electrode current collector during charging of the all-solid-state battery. Then, when the all-solid-state battery is charged, the protective layer containing the Li—Zn—O composite oxide is present between the negative electrode layer made of the deposited metal lithium and the solid electrolyte layer, so that the metal Li and the sulfide-based solid Direct contact with the electrolyte can be prevented, and reductive decomposition of the sulfide-based solid electrolyte by metal Li can be suppressed, resulting in good cycle characteristics of the all-solid-state battery.

図1は、本開示の満充電時の全固体電池の一例を示す断面模式図である。
図1に示すように、全固体電池100は、負極集電体11と固体電解質層12と正極層13と正極集電体14をこの順に備え、負極集電体11と固体電解質層12との間に負極集電体11側から順に負極層15とLi-Zn-O複合酸化物を含む保護層16を備える。なお、負極層15が金属リチウムからなる場合、初回充電前や完全放電後の全固体電池100は、負極層15が溶解して消失していてもよい。
FIG. 1 is a cross-sectional schematic diagram showing an example of a fully charged all-solid-state battery of the present disclosure.
As shown in FIG. 1, the all-solid-state battery 100 includes a negative electrode current collector 11, a solid electrolyte layer 12, a positive electrode layer 13, and a positive electrode current collector 14 in this order. Between them, a negative electrode layer 15 and a protective layer 16 containing a Li—Zn—O composite oxide are provided in this order from the negative electrode current collector 11 side. When the negative electrode layer 15 is made of metallic lithium, the negative electrode layer 15 may dissolve and disappear in the all-solid-state battery 100 before the initial charge or after the complete discharge.

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

[負極層]
負極層は、負極活物質を含む。
負極活物質としては、金属リチウム(Li)及びリチウム合金等が挙げられ、リチウム合金としては、Li-Au、Li-Mg、Li-Sn、Li-Si、Li-Al、Li-B、Li-C、Li-Ca、Li-Ga、Li-Ge、Li-As、Li-Se、Li-Ru、Li-Rh、Li-Pd、Li-Ag、Li-Cd、Li-In、Li-Sb、Li-Ir、Li-Pt、Li-Hg、Li-Pb、Li-Bi、Li-Zn、Li-Tl、Li-Te、及びLi-At等が挙げられる。負極層には負極活物質として金属リチウム又はリチウム合金が主成分として含まれていれば、その他、従来公知の負極活物質が含まれていてもよい。本開示において、主成分とは、全固体電池の満充電時の負極層の総質量を100質量%としたとき50質量%以上含まれる成分を意味する。
負極層の厚みは、特に限定されないが、全固体電池の満充電時において30nm以上5000nm以下であってもよい。
本開示においては、例えば全固体電池の初回充電により、負極活物質として金属リチウムを析出させてなる負極層を設けても良い。
[Negative electrode layer]
The negative electrode layer contains a negative electrode active material.
Examples of the negative electrode active material include metallic lithium (Li) and lithium alloys. Examples of lithium alloys include Li—Au, Li—Mg, Li—Sn, Li—Si, Li—Al, Li—B, Li— C, Li—Ca, Li—Ga, Li—Ge, Li—As, Li—Se, Li—Ru, Li—Rh, Li—Pd, Li—Ag, Li—Cd, Li—In, Li—Sb, Li--Ir, Li--Pt, Li--Hg, Li--Pb, Li--Bi, Li--Zn, Li--Tl, Li--Te and Li--At. As long as the negative electrode layer contains metallic lithium or a lithium alloy as a negative electrode active material as a main component, it may also contain other conventionally known negative electrode active materials. In the present disclosure, the main component means a component that is contained in an amount of 50% by mass or more when the total mass of the negative electrode layer when the all-solid-state battery is fully charged is 100% by mass.
The thickness of the negative electrode layer is not particularly limited, but may be 30 nm or more and 5000 nm or less when the all-solid-state battery is fully charged.
In the present disclosure, for example, a negative electrode layer formed by depositing metallic lithium as a negative electrode active material may be provided by initial charging of an all-solid-state battery.

[保護層]
保護層は、Li-Zn-O複合酸化物を含み、負極集電体と固体電解質層との間に配置される層であり、全固体電池の満充電時には負極層と固体電解質層との間に配置されていてもよい。
本開示の全固体電池は、保護層が負極集電体と固体電解質層との間に配置されることにより、保護層が固体電解質層と析出した金属Liとの直接接触を防ぎ、析出した金属Liによる固体電解質の還元分解を抑制するため、全固体電池のサイクル特性が良好となる。
Li-Zn-O複合酸化物は、リチウム元素と亜鉛元素と酸素元素を所定の割合で含むものであれば特に限定されない。
Li-Zn-O複合酸化物中のリチウム元素の元素比率は、特に限定されないが、1.3atomic%以上12.2atomic%以下であってもよい。Li-Zn-O複合酸化物中のリチウム元素の元素比率は、例えば、保護層の原料層であるZnO層の厚みを制御することによって制御することができる。
Li-Zn-O複合酸化物中の元素比率は、誘導結合プラズマ(ICP)分析又はX線光電子分光法(XPS)によりLi-Zn-O複合酸化物の解析を行うことにより算出することができる。また、Li-Zn-O複合酸化物中の元素比率は、Li-Zn-O複合酸化物中に含まれる元素の原子量と、原料に対するLi-Zn-O複合酸化物の質量の変化量から算出することもできる。
保護層の形成方法は特に限定されず、例えば、電子ビーム蒸着装置を用いて、負極集電体の少なくとも一面上又は固体電解質層の少なくとも一面上に保護層の原料としてZnOを蒸着してZnOを含むZnO層(原料層)を形成し、その後の前駆体電池の充電により、正極層から移動してきたリチウムイオンとZnOとを反応させ、ZnOをLi-Zn-O複合酸化物にして保護層としてもよい。
ZnO層の厚みは、特に限定されないが30nm以上300nm以下であってもよい。
保護層の形成方法の別の例としては、電子ビーム蒸着装置を用いて、負極集電体の少なくとも一面上又は固体電解質層の少なくとも一面上にLi-Zn-O複合酸化物を蒸着して保護層としてもよい。
[Protective layer]
The protective layer contains a Li—Zn—O composite oxide, is a layer arranged between the negative electrode current collector and the solid electrolyte layer, and is between the negative electrode layer and the solid electrolyte layer when the all-solid-state battery is fully charged. may be placed in
In the all-solid-state battery of the present disclosure, the protective layer is arranged between the negative electrode current collector and the solid electrolyte layer, so that the protective layer prevents direct contact between the solid electrolyte layer and the deposited metal Li, and the deposited metal Since the reductive decomposition of the solid electrolyte by Li is suppressed, the cycle characteristics of the all-solid-state battery are improved.
The Li--Zn--O composite oxide is not particularly limited as long as it contains lithium element, zinc element and oxygen element in a predetermined ratio.
The element ratio of the lithium element in the Li—Zn—O composite oxide is not particularly limited, but may be 1.3 atomic % or more and 12.2 atomic % or less. The element ratio of the lithium element in the Li—Zn—O composite oxide can be controlled, for example, by controlling the thickness of the ZnO layer, which is the material layer of the protective layer.
The element ratio in the Li—Zn—O composite oxide can be calculated by analyzing the Li—Zn—O composite oxide by inductively coupled plasma (ICP) analysis or X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). . In addition, the element ratio in the Li—Zn—O composite oxide is calculated from the atomic weight of the element contained in the Li—Zn—O composite oxide and the amount of change in the mass of the Li—Zn—O composite oxide with respect to the raw material. You can also
The method for forming the protective layer is not particularly limited. A ZnO layer (raw material layer) containing good too.
The thickness of the ZnO layer is not particularly limited, but may be 30 nm or more and 300 nm or less.
Another example of the method for forming the protective layer is protection by depositing a Li—Zn—O composite oxide on at least one surface of the negative electrode current collector or on at least one surface of the solid electrolyte layer using an electron beam vapor deposition apparatus. It may be layered.

[固体電解質層]
固体電解質層は、少なくとも固体電解質を含む。
固体電解質層に含有させる固体電解質としては、全固体電池に使用可能な公知の固体電解質を適宜用いることができ、酸化物系固体電解質、及び硫化物系固体電解質等が挙げられる。
硫化物系固体電解質としては、例えば、LiS-P、LiS-SiS、LiX-LiS-SiS、LiX-LiS-P、LiX-LiO-LiS-P、LiX-LiS-P、LiX-LiPO-P、及びLiPS等が挙げられる。なお、上記「LiS-P」の記載は、LiSおよびPを含む原料組成物を用いてなる材料を意味し、他の記載についても同様である。また、上記LiXの「X」は、ハロゲン元素を示す。上記LiXを含む原料組成物中にLiXは1種又は2種以上含まれていてもよい。LiXが2種以上含まれる場合、2種以上の混合比率は特に限定されるものではない。
硫化物系固体電解質における各元素のモル比は、原料における各元素の含有量を調整することにより制御できる。また、硫化物系固体電解質における各元素のモル比や組成は、例えば、ICP発光分析法で測定することができる。
[Solid electrolyte layer]
The solid electrolyte layer contains at least a solid electrolyte.
As the solid electrolyte to be contained in the solid electrolyte layer, known solid electrolytes that can be used in all-solid-state batteries can be appropriately used, and examples thereof include oxide-based solid electrolytes and sulfide-based solid electrolytes.
Examples of sulfide solid electrolytes include Li 2 SP 2 S 5 , Li 2 S—SiS 2 , LiX—Li 2 S—SiS 2 , LiX—Li 2 SP 2 S 5 , LiX—Li 2 O—Li 2 SP 2 S 5 , LiX—Li 2 SP 2 O 5 , LiX—Li 3 PO 4 —P 2 S 5 , Li 3 PS 4 and the like. The above description of "Li 2 SP 2 S 5 " means a material obtained by using a raw material composition containing Li 2 S and P 2 S 5 , and the same applies to other descriptions. "X" in LiX above represents a halogen element. One or more kinds of LiX may be contained in the raw material composition containing LiX. When two or more types of LiX are included, the mixing ratio of the two or more types is not particularly limited.
The molar ratio of each element in the sulfide-based solid electrolyte can be controlled by adjusting the content of each element in the raw material. Also, the molar ratio and composition of each element in the sulfide-based solid electrolyte can be measured, for example, by ICP emission spectrometry.

硫化物系固体電解質は、硫化物ガラスであってもよく、結晶化硫化物ガラス(ガラスセラミックス)であってもよく、原料組成物に対する固相反応処理により得られる結晶質材料であってもよい。
硫化物系固体電解質の結晶状態は、例えば、硫化物系固体電解質に対してCuKα線を使用した粉末X線回折測定を行うことにより確認することができる。
The sulfide-based solid electrolyte may be sulfide glass, crystallized sulfide glass (glass ceramics), or a crystalline material obtained by solid-phase reaction treatment of a raw material composition. .
The crystalline state of the sulfide-based solid electrolyte can be confirmed, for example, by subjecting the sulfide-based solid electrolyte to powder X-ray diffraction measurement using CuKα rays.

硫化物ガラスは、原料組成物(例えばLiSおよびPの混合物)を非晶質処理することにより得ることができる。非晶質処理としては、例えば、メカニカルミリングが挙げられる。 Sulfide glass can be obtained by subjecting a raw material composition (for example, a mixture of Li 2 S and P 2 S 5 ) to amorphous processing. Examples of amorphous processing include mechanical milling.

ガラスセラミックスは、例えば、硫化物ガラスを熱処理することにより得ることができる。
熱処理温度は、硫化物ガラスの熱分析測定により観測される結晶化温度(Tc)よりも高い温度であればよく、通常、195℃以上である。一方、熱処理温度の上限は特に限定されない。
硫化物ガラスの結晶化温度(Tc)は、示差熱分析(DTA)により測定することができる。
熱処理時間は、ガラスセラミックスの所望の結晶化度が得られる時間であれば特に限定されるものではないが、例えば1分間~24時間の範囲内であり、中でも、1分間~10時間の範囲内が挙げられる。
熱処理の方法は特に限定されるものではないが、例えば、焼成炉を用いる方法を挙げることができる。
Glass-ceramics can be obtained, for example, by heat-treating sulfide glass.
The heat treatment temperature may be any temperature higher than the crystallization temperature (Tc) observed by thermal analysis measurement of sulfide glass, and is usually 195° C. or higher. On the other hand, the upper limit of the heat treatment temperature is not particularly limited.
The crystallization temperature (Tc) of sulfide glass can be measured by differential thermal analysis (DTA).
The heat treatment time is not particularly limited as long as the desired crystallinity of the glass-ceramics is obtained. is mentioned.
The method of heat treatment is not particularly limited, but for example, a method using a kiln can be mentioned.

酸化物系固体電解質としては、例えばLi6.25LaZrAl0.2512、LiPO、及びLi3+xPO4-x(1≦x≦3)等が挙げられる。 Examples of oxide-based solid electrolytes include Li 6.25 La 3 Zr 2 Al 0.25 O 12 , Li 3 PO 4 and Li 3+x PO 4-x N x (1≦x≦3).

固体電解質の形状は、取扱い性が良いという観点から粒子状であってもよい。
また、固体電解質の粒子の平均粒径(D50)は、特に限定されないが、下限が0.5μm以上であってもよく、上限が2μm以下であってもよい。
The shape of the solid electrolyte may be particulate from the viewpoint of ease of handling.
Moreover, the average particle diameter (D50) of the particles of the solid electrolyte is not particularly limited, but the lower limit may be 0.5 μm or more and the upper limit may be 2 μm or less.

本開示において、粒子の平均粒径は、特記しない限り、レーザー回折・散乱式粒子径分布測定により測定される体積基準のメディアン径(D50)の値である。また、本開示においてメディアン径(D50)とは、粒径の小さい粒子から順に並べた場合に、粒子の累積体積が全体の体積の半分(50%)となる径(体積平均径)である。 In the present disclosure, unless otherwise specified, the average particle diameter of particles is the volume-based median diameter (D50) measured by laser diffraction/scattering particle size distribution measurement. In the present disclosure, the median diameter (D50) is the diameter (volume average diameter) at which the cumulative volume of particles is half (50%) of the total volume when the particles are arranged in order from the smallest particle size.

固体電解質は、1種単独で、又は2種以上のものを用いることができる。また、2種以上の固体電解質を用いる場合、2種以上の固体電解質を混合してもよく、又は2層以上の固体電解質それぞれの層を形成して多層構造としてもよい。
固体電解質層中の固体電解質の割合は、特に限定されるものではないが、例えば50質量%以上であり、60質量%以上100質量%以下の範囲内であってもよく、70質量%以上100質量%以下の範囲内であってもよく、100質量%であってもよい。
Solid electrolytes can be used singly or in combination of two or more. Moreover, when using two or more kinds of solid electrolytes, two or more kinds of solid electrolytes may be mixed, or two or more layers of each solid electrolyte may be formed to form a multilayer structure.
The proportion of the solid electrolyte in the solid electrolyte layer is not particularly limited. It may be within the range of mass % or less, and may be 100 mass %.

固体電解質層には、可塑性を発現させる等の観点から、バインダーを含有させることもできる。そのようなバインダーとしては、後述する正極層に用いられるバインダーとして例示した材料等を例示することができる。ただし、高出力化を図り易くするために、固体電解質の過度の凝集を防止し且つ均一に分散された固体電解質を有する固体電解質層を形成可能にする等の観点から、固体電解質層に含有させるバインダーは5質量%以下としてもよい。 The solid electrolyte layer may contain a binder from the viewpoint of exhibiting plasticity. Examples of such a binder include the materials exemplified as binders used in the positive electrode layer to be described later. However, in order to facilitate high output, it is contained in the solid electrolyte layer from the viewpoint of preventing excessive aggregation of the solid electrolyte and making it possible to form a solid electrolyte layer having a uniformly dispersed solid electrolyte. The binder may be 5% by mass or less.

固体電解質層の厚みは特に限定されるものではなく、通常0.1μm以上1mm以下である。
固体電解質層を形成する方法としては、固体電解質及び必要に応じ他の成分を含む固体電解質材料の粉末を加圧成形する方法等が挙げられる。固体電解質材料の粉末を加圧成形する場合には、通常、1MPa以上600MPa以下程度のプレス圧を負荷する。
加圧方法としては、特に制限されないが、後述する正極層の形成において例示する加圧方法が挙げられる。
The thickness of the solid electrolyte layer is not particularly limited, and is usually 0.1 μm or more and 1 mm or less.
Examples of the method for forming the solid electrolyte layer include a method of pressure-molding powder of a solid electrolyte material containing a solid electrolyte and, if necessary, other components. When the solid electrolyte material powder is pressure-molded, a press pressure of about 1 MPa to 600 MPa is normally applied.
The pressurization method is not particularly limited, but includes the pressurization method exemplified in the later-described formation of the positive electrode layer.

[正極層]
正極層は、正極活物質を含み、任意成分として、固体電解質、導電材、及びバインダー等が含まれていてもよい。
[Positive electrode layer]
The positive electrode layer contains a positive electrode active material, and may contain a solid electrolyte, a conductive material, a binder, and the like as optional components.

正極活物質の種類について特に制限はなく、全固体電池の活物質として使用可能な材料をいずれも採用可能である。全固体電池が全固体リチウム二次電池の場合は、正極活物質は、例えば、金属リチウム(Li)、リチウム合金、LiCoO、LiNiCo1-x(0<x<1)、LiNi1/3Co1/3Mn1/3、LiMnO、異種元素置換Li-Mnスピネル(例えばLiMn1.5Ni0.5、LiMn1.5Al0.5、LiMn1.5Mg0.5、LiMn1.5Co0.5、LiMn1.5Fe0.5、及びLiMn1.5Zn0.5等)、チタン酸リチウム(例えばLiTi12)、リン酸金属リチウム(例えばLiFePO、LiMnPO、LiCoPO、及びLiNiPO等)、LiCoN、LiSiO、及びLiSiO等のリチウム化合物、遷移金属酸化物(例えばV、及びMoO等)、TiS、Si、SiO、並びにリチウム貯蔵性金属間化合物(例えばMgSn、MgGe、MgSb、及びCuSb等)等を挙げることができる。リチウム合金としては、負極活物質に用いられるリチウム合金として例示したリチウム合金等が挙げられる。
正極活物質の形状は特に限定されるものではないが、粒子状であってもよい。
正極活物質の表面には、Liイオン伝導性酸化物を含有するコート層が形成されていても良い。正極活物質と、固体電解質との反応を抑制できるからである。
Liイオン伝導性酸化物としては、例えば、LiNbO、LiTi12、及び、LiPO等が挙げられる。コート層の厚さは、例えば、0.1nm以上であり、1nm以上であっても良い。一方、コート層の厚さは、例えば、100nm以下であり、20nm以下であっても良い。正極活物質の表面におけるコート層の被覆率は、例えば、70%以上であり、90%以上であっても良い。
There are no particular restrictions on the type of positive electrode active material, and any material that can be used as an active material for an all-solid-state battery can be used. When the all-solid battery is an all-solid lithium secondary battery, the positive electrode active material is, for example, metallic lithium (Li), lithium alloy, LiCoO 2 , LiNi x Co 1-x O 2 (0<x<1), LiNi 1/3 Co 1/3 Mn 1/3 O 2 , LiMnO 2 , heteroelement-substituted Li—Mn spinels (e.g., LiMn 1.5 Ni 0.5 O 4 , LiMn 1.5 Al 0.5 O 4 , LiMn 1 .5Mg0.5O4 , LiMn1.5Co0.5O4 , LiMn1.5Fe0.5O4 , and LiMn1.5Zn0.5O4 , etc. ) , lithium titanate ( e.g. Li 4 Ti 5 O 12 ), lithium metal phosphates (e.g. LiFePO 4 , LiMnPO 4 , LiCoPO 4 and LiNiPO 4 ), lithium compounds such as LiCoN, Li 2 SiO 3 and Li 4 SiO 4 , transition metal oxides (e.g. V 2 O 5 and MoO 3 etc.), TiS 2 , Si, SiO 2 and lithium storage intermetallic compounds (e.g. Mg 2 Sn, Mg 2 Ge, Mg 2 Sb and Cu 3 Sb etc.) etc. can be mentioned. Examples of lithium alloys include the lithium alloys exemplified as the lithium alloys used for the negative electrode active material.
Although the shape of the positive electrode active material is not particularly limited, it may be particulate.
A coat layer containing a Li ion conductive oxide may be formed on the surface of the positive electrode active material. This is because the reaction between the positive electrode active material and the solid electrolyte can be suppressed.
Li ion conductive oxides include, for example, LiNbO 3 , Li 4 Ti 5 O 12 , Li 3 PO 4 and the like. The thickness of the coat layer is, for example, 0.1 nm or more, and may be 1 nm or more. On the other hand, the thickness of the coat layer is, for example, 100 nm or less, and may be 20 nm or less. The coverage of the coat layer on the surface of the positive electrode active material is, for example, 70% or more, and may be 90% or more.

固体電解質は、そのような固体電解質としては、上述した固体電解質層に含有させることが可能な固体電解質を例示することができる。
正極層における固体電解質の含有量は、特に限定されないが、全固体電池の初回充電前の正極層の総質量を100質量%としたとき、例えば1質量%~80質量%の範囲内であってもよい。
The solid electrolyte can be exemplified by solid electrolytes that can be contained in the solid electrolyte layer described above.
The content of the solid electrolyte in the positive electrode layer is not particularly limited, but when the total mass of the positive electrode layer before the first charge of the all-solid-state battery is 100% by mass, for example, it is in the range of 1% by mass to 80% by mass. good too.

導電材としては、公知のものを用いることができ、例えば、炭素材料、及び金属粒子等が挙げられる。炭素材料としては、例えば、アセチレンブラックやファーネスブラック等のカーボンブラック、VGCF、カーボンナノチューブ、及び、カーボンナノファイバーからなる群より選ばれる少なくとも一種を挙げることができ、中でも、電子伝導性の観点から、VGCF、カーボンナノチューブ、及び、カーボンナノファイバーからなる群より選ばれる少なくとも一種であってもよい。金属粒子としては、Ni、Cu、Fe、及びSUS等の粒子が挙げられる。
正極層における導電材の含有量は特に限定されるものではない。
As the conductive material, a known material can be used, and examples thereof include carbon materials, metal particles, and the like. Examples of the carbon material include at least one selected from the group consisting of carbon black such as acetylene black and furnace black, VGCF, carbon nanotubes, and carbon nanofibers. At least one selected from the group consisting of VGCF, carbon nanotubes, and carbon nanofibers may be used. Metal particles include particles of Ni, Cu, Fe, SUS, and the like.
The content of the conductive material in the positive electrode layer is not particularly limited.

バインダーとしては、アクリロニトリルブタジエンゴム(ABR)、ブタジエンゴム(BR)、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)、スチレンブタジエンゴム(SBR)等を例示することができる。正極層におけるバインダーの含有量は特に限定されるものではない。 Examples of binders include acrylonitrile-butadiene rubber (ABR), butadiene rubber (BR), polyvinylidene fluoride (PVdF), styrene-butadiene rubber (SBR), and the like. The content of the binder in the positive electrode layer is not particularly limited.

正極層の厚みについては特に限定されるものではない。 The thickness of the positive electrode layer is not particularly limited.

正極層は、従来公知の方法で形成することができる。
例えば、正極活物質、及び、必要に応じ他の成分を溶媒中に投入し、撹拌することにより、正極層用スラリーを作製し、当該正極層用スラリーを正極集電体等の支持体の一面上に塗布して乾燥させることにより、正極層が得られる。
溶媒は、例えば酢酸ブチル、酪酸ブチル、ヘプタン、及びN-メチル-2-ピロリドン等が挙げられる。
正極集電体等の支持体の一面上に正極層用スラリーを塗布する方法は、特に限定されず、ドクターブレード法、メタルマスク印刷法、静電塗布法、ディップコート法、スプレーコート法、ロールコート法、グラビアコート法、及びスクリーン印刷法等が挙げられる。
支持体としては、自己支持性を有するものを適宜選択して用いることができ、特に限定はされず、例えばCu及びAlなどの金属箔等を用いることができる。
The positive electrode layer can be formed by a conventionally known method.
For example, the positive electrode active material and, if necessary, other components are put into a solvent and stirred to prepare a positive electrode layer slurry. The positive electrode layer is obtained by coating on top and drying.
Solvents include, for example, butyl acetate, butyl butyrate, heptane, N-methyl-2-pyrrolidone, and the like.
The method for applying the positive electrode layer slurry onto one surface of a support such as a positive electrode current collector is not particularly limited, and may be a doctor blade method, a metal mask printing method, an electrostatic coating method, a dip coating method, a spray coating method, a roll coating method, or the like. Examples include a coating method, a gravure coating method, and a screen printing method.
As the support, one having self-supporting properties can be appropriately selected and used, and there is no particular limitation. For example, metal foils such as Cu and Al can be used.

また、正極層の形成方法の別の方法として、正極活物質及び必要に応じ他の成分を含む正極合剤の粉末を加圧成形することにより正極層を形成してもよい。正極合剤の粉末を加圧成形する場合には、通常、1MPa以上600MPa以下程度のプレス圧を負荷する。
加圧方法としては、特に制限されないが、例えば、平板プレス、及びロールプレス等を用いて圧力を付加する方法等が挙げられる。
As another method of forming the positive electrode layer, the positive electrode layer may be formed by pressure-molding a powder of a positive electrode mixture containing the positive electrode active material and, if necessary, other components. When the powder of the positive electrode mixture is pressure-molded, a press pressure of about 1 MPa to 600 MPa is normally applied.
The pressurizing method is not particularly limited, but examples thereof include a method of applying pressure using a flat plate press, a roll press, and the like.

[正極集電体]
全固体電池は、通常、正極層の集電を行う正極集電体を有する。
正極集電体としては、全固体電池の集電体として使用可能な公知の金属を用いることができる。そのような金属としては、Cu、Ni、Al、V、Au、Pt、Mg、Fe、Ti、Co、Cr、Zn、Ge、及びInからなる群から選択される一又は二以上の元素を含む金属材料を例示することができる。正極集電体としては、例えばSUS、アルミニウム、ニッケル、鉄、チタンおよびカーボン等が挙げられる。
正極集電体の形態は特に限定されるものではなく、箔状、及びメッシュ状等、種々の形態とすることができる。
[Positive collector]
An all-solid-state battery usually has a positive electrode current collector that collects the current of the positive electrode layer.
A known metal that can be used as a current collector for an all-solid battery can be used as the positive electrode current collector. Such metals include one or more elements selected from the group consisting of Cu, Ni, Al, V, Au, Pt, Mg, Fe, Ti, Co, Cr, Zn, Ge, and In. A metal material can be exemplified. Examples of positive electrode current collectors include SUS, aluminum, nickel, iron, titanium and carbon.
The shape of the positive electrode current collector is not particularly limited, and various shapes such as a foil shape and a mesh shape can be used.

全固体電池は、必要に応じ、正極層、負極層、及び、固体電解質層等を収容する外装体を備える。
外装体の形状としては、特に限定されないが、ラミネート型等を挙げることができる。
外装体の材質は、電解質に安定なものであれば特に限定されないが、ポリプロピレン、ポリエチレン、及び、アクリル樹脂等の樹脂等が挙げられる。
An all-solid-state battery is provided with an exterior body that accommodates a positive electrode layer, a negative electrode layer, a solid electrolyte layer, and the like, if necessary.
The shape of the exterior body is not particularly limited, but a laminate type or the like can be mentioned.
The material of the exterior body is not particularly limited as long as it is stable in the electrolyte, and examples thereof include polypropylene, polyethylene, and resins such as acrylic resins.

全固体電池としては、一次電池であっても良く、二次電池であっても良いが、中でも二次電池であってもよい。繰り返し充放電でき、例えば車載用電池として有用だからである。また、全固体電池は、全固体リチウム二次電池であってもよい。
全固体電池の形状としては、例えば、コイン型、ラミネート型、円筒型、及び角型等を挙げることができる。
The all-solid-state battery may be a primary battery, a secondary battery, or a secondary battery. This is because they can be repeatedly charged and discharged, and are useful, for example, as batteries for vehicles. Also, the all-solid battery may be an all-solid lithium secondary battery.
Examples of the shape of the all-solid-state battery include coin type, laminate type, cylindrical type, rectangular type, and the like.

本開示の全固体電池の製造方法は、例えば、まず、固体電解質材料の粉末を加圧成形することにより固体電解質層を形成する。そして、固体電解質層の一面上でリチウム元素を含む正極活物質を含む正極合剤の粉末を加圧成形することにより正極層を得る。その後、負極集電体の一面上にZnOを、電子ビーム蒸着装置を用いて蒸着してZnO層を形成し負極集電体-ZnO層積層体を得て、固体電解質層の正極層を形成した面とは反対側の面上にZnO層が固体電解質層と接するように負極集電体-ZnO層積層体を取り付ける。そして、必要に応じて正極層の固体電解質層とは反対側の面上に正極集電体を取り付けて前駆体電池とし、前駆体電池を充電することによりZnO層をLi-Zn-O複合酸化物を含む保護層にして本開示の全固体電池としてもよい。
この場合、固体電解質材料の粉末、及び正極合剤の粉末を加圧成形する際のプレス圧は、通常1MPa以上600MPa以下程度である。
加圧方法としては、特に制限されないが、正極層の形成において例示した加圧方法が挙げられる。
In the manufacturing method of the all-solid-state battery of the present disclosure, for example, first, the solid electrolyte layer is formed by pressure-molding the powder of the solid electrolyte material. Then, a positive electrode layer is obtained by pressure-molding a positive electrode mixture powder containing a positive electrode active material containing a lithium element on one surface of the solid electrolyte layer. After that, ZnO was vapor-deposited on one surface of the negative electrode current collector using an electron beam vapor deposition apparatus to form a ZnO layer, thereby obtaining a negative electrode current collector-ZnO layer laminate and forming a positive electrode layer of the solid electrolyte layer. A negative electrode current collector-ZnO layer laminate is mounted on the surface opposite to the surface so that the ZnO layer is in contact with the solid electrolyte layer. Then, if necessary, a positive electrode current collector is attached to the surface of the positive electrode layer opposite to the solid electrolyte layer to form a precursor battery, and the ZnO layer is subjected to Li—Zn—O composite oxidation by charging the precursor battery. The all-solid-state battery of the present disclosure may be a protective layer containing a substance.
In this case, the press pressure when the powder of the solid electrolyte material and the powder of the positive electrode material mixture is pressure-molded is usually about 1 MPa or more and 600 MPa or less.
The pressurization method is not particularly limited, but includes the pressurization method exemplified in the formation of the positive electrode layer.

(実施例1)
保護層の原料としてZnOを準備し、電子ビーム蒸着装置を用いて、負極集電体としてのCu箔の一面上に厚さ30nmのZnOを成膜して、Cu箔の一面上に保護層の原料層としてZnO層を形成した。
そして、硫化物系固体電解質として、LiBrおよびLiIを含むLiS-P系材料を101.7mg準備し、当該硫化物系固体電解質を6ton/cmの圧力でプレスし、固体電解質層(厚さ500μm)を得た。
次に、金属Li箔(厚さ150μm)を固体電解質層の一面上に配置し、固体電解質層の金属Li箔を配置した面とは反対側の面上に固体電解質層とZnO層とが接触するようにZnO層を一面上に有するCu箔を配置し、これらを1ton/cmの圧力でプレス成型して、その後、成型体を2N・mで拘束し、Li金属箔、固体電解質層、ZnO層、Cu箔をこの順に有する評価用電池1を得た。
(Example 1)
ZnO is prepared as a raw material for the protective layer, and an electron beam vapor deposition apparatus is used to form a ZnO film having a thickness of 30 nm on one side of a Cu foil as a negative electrode current collector, and a protective layer is formed on one side of the Cu foil. A ZnO layer was formed as a raw material layer.
Then, as a sulfide-based solid electrolyte, 101.7 mg of Li 2 SP 2 S 5- based material containing LiBr and LiI was prepared, and the sulfide-based solid electrolyte was pressed at a pressure of 6 tons/cm 2 to form a solid electrolyte. A layer (500 μm thick) was obtained.
Next, a metal Li foil (thickness of 150 μm) was placed on one side of the solid electrolyte layer, and the solid electrolyte layer and the ZnO layer were brought into contact with each other on the side opposite to the side of the solid electrolyte layer on which the metal Li foil was placed. A Cu foil having a ZnO layer on one side is arranged so as to be so that the Li metal foil, the solid electrolyte layer, An evaluation battery 1 having a ZnO layer and a Cu foil in this order was obtained.

(実施例2)
電子ビーム蒸着装置を用いて、Cu箔の一面上にZnO層を100nm成膜したこと以外は実施例1と同様の方法で評価用電池2を得た。
(Example 2)
Evaluation battery 2 was obtained in the same manner as in Example 1, except that a ZnO layer of 100 nm was formed on one surface of the Cu foil using an electron beam vapor deposition apparatus.

(実施例3)
電子ビーム蒸着装置を用いて、Cu箔の一面上にZnO層を300nm成膜したこと以外は実施例1と同様の方法で評価用電池3を得た。
(Example 3)
Evaluation battery 3 was obtained in the same manner as in Example 1, except that a ZnO layer of 300 nm was formed on one surface of the Cu foil using an electron beam vapor deposition apparatus.

(比較例1)
電子ビーム蒸着装置を用いて、Cu箔の一面上にZnO層の代わりにZn層を100nm成膜したこと以外は実施例1と同様の方法で評価用電池C1を得た。
(Comparative example 1)
An evaluation battery C1 was obtained in the same manner as in Example 1, except that a Zn layer of 100 nm was formed on one surface of the Cu foil instead of the ZnO layer using an electron beam vapor deposition apparatus.

[充放電試験]
25℃の恒温槽に評価用電池1を1時間静置し、評価用電池1内の温度を均一化した。
次に評価用電池1を、電流密度435μA/cmの一定電流で充電してLi-Zn-O複合酸化物を含む保護層と負極層を形成し、評価用電池1の充電容量が4.35mAh/cmに到達した時点で充電を停止した。これにより、評価用電池1は、Li-Zn-O複合酸化物を含む保護層と負極層を有する構成の全固体リチウム二次電池となった。
そして、10分後に評価用電池1を電流密度435μA/cmの一定電流で放電し金属Liを溶解させ、評価用電池1の電圧が1.0Vに到達した時点で放電を終了した。
評価用電池1の充放電効率を下記の式より求めた。
充放電効率(%)=(放電容量;1.0V到達時点の容量[mAh/cm]÷充電容量;4.35[mAh/cm])×100
そして、上記充電開始から放電終了までを1サイクルとして、合計7サイクル充放電を繰り返した。評価用電池1の1サイクル後の容量1mAhに相当する金属リチウムの溶解過電圧と電流値から1サイクル後の抵抗値を算出し、7サイクル後の容量1mAhに相当する金属リチウムの溶解過電圧と電流値から7サイクル後の抵抗値を算出し、1サイクル後の抵抗値と7サイクル後の抵抗値から7サイクル後の抵抗増加率を算出した。結果を表1及び図2に示す。
また、初回充電時に形成した保護層の複合酸化物中のLi元素の元素比率は1サイクル目の充電時の充電開始時の負極の開回路電位から負極電位0V(Li基準)までの充電容量から算出した。結果を表1及び図3に示す。
評価用電池2~3、C1についても、評価用電池1と同様の方法で、各評価用電池の抵抗増加率及び各保護層のLi-Zn-O複合酸化物又はLi-Zn合金中のLi元素の元素比率を算出した。結果を表1及び図3に示す。
[Charging and discharging test]
The evaluation battery 1 was placed in a constant temperature bath at 25° C. for 1 hour to equalize the temperature inside the evaluation battery 1 .
Next, evaluation battery 1 was charged at a constant current density of 435 μA/cm 2 to form a protective layer containing a Li—Zn—O composite oxide and a negative electrode layer. Charging was stopped when 35 mAh/cm 2 was reached. As a result, the evaluation battery 1 was an all-solid lithium secondary battery having a protective layer containing a Li--Zn--O composite oxide and a negative electrode layer.
After 10 minutes, evaluation battery 1 was discharged at a constant current density of 435 μA/cm 2 to dissolve metal Li, and discharge was terminated when the voltage of evaluation battery 1 reached 1.0V.
The charge/discharge efficiency of Evaluation Battery 1 was obtained from the following formula.
Charge-discharge efficiency (%) = (discharge capacity; capacity at the time of reaching 1.0 V [mAh/cm 2 ]/charge capacity; 4.35 [mAh/cm 2 ]) × 100
A total of 7 cycles of charge/discharge were repeated, with one cycle from the start of charge to the end of discharge. The resistance value after one cycle is calculated from the dissolution overvoltage and current value of metallic lithium corresponding to the capacity of 1 mAh after one cycle of the evaluation battery 1, and the dissolution overvoltage and current value of metallic lithium corresponding to the capacity of 1 mAh after 7 cycles. From the resistance value after 1 cycle and the resistance value after 7 cycles, the resistance increase rate after 7 cycles was calculated. The results are shown in Table 1 and FIG.
In addition, the element ratio of the Li element in the composite oxide of the protective layer formed during the first charge is calculated from the charge capacity from the open circuit potential of the negative electrode at the start of charging during the first cycle charge to the negative electrode potential of 0 V (based on Li). Calculated. The results are shown in Table 1 and FIG.
For evaluation batteries 2 to 3 and C1, the same method as for evaluation battery 1 was used to determine the resistance increase rate of each evaluation battery and the Li—Zn—O composite oxide or Li—Zn alloy of each protective layer. Element ratios of the elements were calculated. The results are shown in Table 1 and FIG.

Figure 0007263977000001
Figure 0007263977000001

[評価結果]
Li-Zn合金を含む保護層を有する比較例1の評価用電池C1の抵抗増加率は108%である。
一方、Li-Zn-O複合酸化物を含む保護層を有する実施例1~3の評価用電池1~3の抵抗増加率は、比較例1の評価用電池C1の抵抗増加率よりも低い。特に、満充電時の保護層中のLi元素比率が12.2atomic%の実施例1の評価用電池1では、抵抗増加率が14%と低く、電池特性が優れている。
したがって、本開示によれば、サイクル特性が良好な全固体電池を提供することができることが実証された。
[Evaluation results]
The resistance increase rate of the evaluation battery C1 of Comparative Example 1, which has a protective layer containing a Li—Zn alloy, is 108%.
On the other hand, the resistance increase rate of the evaluation batteries 1 to 3 of Examples 1 to 3 having a protective layer containing a Li—Zn—O composite oxide is lower than the resistance increase rate of the evaluation battery C1 of Comparative Example 1. In particular, in the evaluation battery 1 of Example 1 in which the Li element ratio in the protective layer at full charge is 12.2 atomic %, the resistance increase rate is as low as 14%, and the battery characteristics are excellent.
Therefore, according to the present disclosure, it was demonstrated that an all-solid-state battery with good cycle characteristics can be provided.

11 負極集電体
12 固体電解質層
13 正極層
14 正極集電体
15 負極層
16 保護層
100 全固体電池
11 negative electrode current collector 12 solid electrolyte layer 13 positive electrode layer 14 positive electrode current collector 15 negative electrode layer 16 protective layer 100 all-solid battery

Claims (1)

負極の反応として金属リチウムの析出-溶解反応を利用した全固体電池であって、
前記全固体電池の満充電時において、負極集電体と、負極層と、Li-Zn-O複合酸化物を含む保護層と、固体電解質層と、正極層と、をこの順に有し、
前記Li-Zn-O複合酸化物中のLi元素の元素比率が、1.3atomic%以上12.2atomic%以下であることを特徴とする全固体電池。
An all-solid-state battery that utilizes a deposition-dissolution reaction of metallic lithium as a negative electrode reaction,
When the all-solid-state battery is fully charged, it has a negative electrode current collector, a negative electrode layer, a protective layer containing a Li—Zn—O composite oxide, a solid electrolyte layer, and a positive electrode layer in this order,
An all-solid battery , wherein the element ratio of the Li element in the Li—Zn—O composite oxide is 1.3 atomic % or more and 12.2 atomic % or less .
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