JP7283657B2 - Sulfur positive electrode mixture and manufacturing method thereof, sulfur positive electrode, lithium sulfur solid state battery - Google Patents

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Description

本発明は、硫黄正極合材およびその製造方法、硫黄正極、リチウム硫黄固体電池に関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a sulfur positive electrode mixture, a manufacturing method thereof, a sulfur positive electrode, and a lithium sulfur solid state battery.

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イオン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、新たなリチウムイオン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, there is a demand for secondary batteries with high energy density and excellent load characteristics. expanding.
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 ion 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、1672mAhg-1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 mAhg -1 , 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.

現在に到るまで、様々なリチウムイオン二次電池の正極材料に関する研究がなされている。正極材料の中でも、硫黄は、その高容量という利点から正極材料として長年に渡り注目されてきた。正極活物質としての硫黄は、放電時にジスルフィド結合が開裂し、充電時にジスルフィド結合を再生成するという反応が繰り返されることで電極として機能する。有機ジスルフィド化合物の研究から、正極への応用が検討されてきた。近年、多数のジスルフィド結合を有するため、反応電子数が多く、高容量が期待できる単体硫黄が注目されている。硫黄は、常温常圧下で八員環構造を持つため、硫黄をS8と表示すると、充放電における全反応式を下記の式(1)で表すことができる。 Up to now, various researches have been made on positive electrode materials for lithium ion secondary batteries. Among positive electrode materials, sulfur has been attracting attention as a positive electrode material for many years due to its advantage of high capacity. Sulfur as a positive electrode active material functions as an electrode by repeating a reaction in which a disulfide bond is cleaved during discharge and a disulfide bond is regenerated during charge. From research on organic disulfide compounds, application to positive electrodes has been investigated. In recent years, elemental sulfur, which has a large number of disulfide bonds and thus has a large number of reactive electrons and is expected to have a high capacity, has attracted attention. Since sulfur has an eight-membered ring structure under normal temperature and pressure, if sulfur is represented as S8, the entire reaction formula in charging and discharging can be represented by the following formula (1).

Figure 0007283657000001
Figure 0007283657000001

硫黄が放電によって最終生成物であるLiSになるまで反応すると仮定した場合、硫黄を含む正極(硫黄正極)の容量値が1675mAhg-1と計算される。硫黄正極の容量値は、LiCoOの理論容量値の約6倍であり、実際に観測されるLiCoOの容量値の10倍に相当する。硫黄正極の容量値は、正極として最も大きな値である。硫黄正極は、作動電圧がLiCoO等からなる従来の正極の50%~60%程度であり、作動電圧が低いという点では、高電圧化という観点からは好ましくない。しかしながら、硫黄正極は、電池の電圧と容量の積で表されるエネルギー密度が2500Whkg-1、2800Whkg-1であるため、高い電圧よりも電池自体の容量が求められる据え置き型蓄電デバイス等に適用することでその利用価値が非常に高まる。 Assuming that sulfur reacts to the final product Li 2 S upon discharge, the capacity value of the positive electrode containing sulfur (sulfur positive electrode) is calculated to be 1675 mAhg −1 . The capacity value of the sulfur positive electrode is about 6 times the theoretical capacity value of LiCoO 2 and corresponds to 10 times the actually observed capacity value of LiCoO 2 . The capacity value of the sulfur positive electrode is the largest value as a positive electrode. The operating voltage of the sulfur positive electrode is about 50% to 60% of that of the conventional positive electrode made of LiCoO 2 or the like, and the fact that the operating voltage is low is not preferable from the viewpoint of increasing the voltage. However, the sulfur positive electrode has an energy density of 2500 Whkg -1 and 2800 Whkg -1 , which is expressed as the product of battery voltage and capacity. This greatly increases its utility value.

硫黄の利点としては、資源が豊富であることも挙げられる。
一方、硫黄に関する1つ目の課題としては、硫黄の活物質としての利用率が低いことが挙げられる。 リチウムイオン伝導性のある電解液を用いた液系のリチウム硫黄電池では、硫黄が電解液と常に全面接触している状態であることが多いため、リチウムイオンの伝導経路の確保は比較的難しくない。硫黄の室温(20℃)における電子伝導度は、1×10-30Scm-1と極めて低い。また、硫黄の放電によって生成するLiSも電子伝導度が1×10-13Scm-1 以下であるため、電極複合体内の電子伝導度を向上させるためには、カーボン等の電子伝導性を有する物質を硫黄と混合する手法が用いられていた。
Another advantage of sulfur is that it is an abundant resource.
On the other hand, the first problem with sulfur is that the utilization rate of sulfur as an active material is low. In a liquid-type lithium-sulfur battery that uses an electrolyte with lithium ion conductivity, sulfur is often in full contact with the electrolyte, so it is not difficult to secure a conduction path for lithium ions. . The electron conductivity of sulfur at room temperature (20° C.) is extremely low at 1×10 −30 Scm −1 . In addition, Li 2 S generated by sulfur discharge also has an electronic conductivity of 1×10 −13 Scm −1 or less. A technique of mixing a substance with sulfur with sulfur has been used.

しかしながら、電子伝導性を有する物質と複合化したとしても、全ての硫黄に十分な電子伝導経路を確保することは難しい。さらに、硫黄に導電助剤を加える必要があることを考慮すると、電極内の硫黄比率が低下することは避けられず、正極の単位質量、単位体積あたりの容量はさらに低い値となってしまう。従って、液系のリチウム硫黄電池の正極として容量を高めるためには、硫黄の利用率を高めながら、硫黄以外の導電助剤の添加量を低く抑えることが重要である。 However, even if it is combined with a substance having electron conductivity, it is difficult to ensure sufficient electron conduction paths for all sulfur. Furthermore, considering that it is necessary to add a conductive agent to sulfur, it is inevitable that the sulfur ratio in the electrode will decrease, and the capacity per unit mass and unit volume of the positive electrode will be even lower. Therefore, in order to increase the capacity of the positive electrode of a liquid-type lithium-sulfur battery, it is important to increase the utilization rate of sulfur while suppressing the amount of conductive additives other than sulfur.

硫黄に関する2つ目の課題としては、溶解反応の進行が挙げられる。液系のリチウム硫黄電池では、充放電中における反応中間体である多硫化リチウム(LiS、n=2~8)が電解液に対して溶解性がある。特に、多硫化リチウム(LiS)は、n=4~8のときの溶解度が大きい。従って、多硫化リチウムが電解液中に溶解、流出するため、正極中の硫黄量が減少していき、サイクル中の容量低下が著しい。 A second problem with sulfur is the progress of the dissolution reaction. In a liquid-type lithium-sulfur battery, lithium polysulfide (LiS n , n=2 to 8), which is a reaction intermediate during charging and discharging, is soluble in the electrolyte. In particular, lithium polysulfide (LiS n ) has a high solubility when n=4-8. Therefore, since lithium polysulfide dissolves and flows out into the electrolyte, the amount of sulfur in the positive electrode decreases, resulting in a significant decrease in capacity during cycling.

硫黄に関する3つ目の課題としては、充放電中の体積変化が挙げられる。硫黄は、上記の式(1)で表される放電反応よってLiSになることによって、体積が1.8倍に膨張し、硫黄の周りの導電助剤を押し拡げる。そして、充電反応によって、硫黄が再び収縮した際に、硫黄と導電助剤の接触が失われ、硫黄が孤立する。孤立した硫黄は、電子を受け取ることができなくなるため、活物質として機能しなくなる。充放電を繰り返すに従って孤立した硫黄の割合が増加し、正極の容量が低下する。 A third problem related to sulfur is volume change during charging and discharging. Sulfur expands by 1.8 times in volume by becoming Li 2 S through the discharge reaction represented by the above formula (1), and spreads the conductive aid around sulfur. Then, when the sulfur shrinks again due to the charging reaction, the contact between the sulfur and the conductive aid is lost, and the sulfur is isolated. Isolated sulfur can no longer accept electrons, so it no longer functions as an active material. As charge and discharge are repeated, the ratio of isolated sulfur increases and the capacity of the positive electrode decreases.

リチウムを含まない硫黄正極を備えるリチウムイオン二次電池を構成するためには、負極にはリチウム含有材料を用いる必要がある。硫黄の反応電位が正極材料としてはそれほど高くない。そのため、硫黄正極を備えるリチウムイオン二次電池から取り出せる電圧を大きくするためや、硫黄正極の高容量を活かすためには、負極としては、酸化還元電位が最も卑であり、理論容量が3861mAhg-1と非常に大きい金属の状態のリチウムが多用される。 In order to construct a lithium-ion secondary battery with a sulfur positive electrode that does not contain lithium, it is necessary to use a lithium-containing material for the negative electrode. The reaction potential of sulfur is not so high as a positive electrode material. Therefore, in order to increase the voltage that can be obtained from a lithium ion secondary battery equipped with a sulfur positive electrode and to take advantage of the high capacity of the sulfur positive electrode, the negative electrode has the lowest oxidation-reduction potential and a theoretical capacity of 3861 mAhg -1 . And lithium in the very large metallic state is often used.

リチウムイオン二次電池の電極が活物質として電気化学的に機能するためには、電極複合体内のイオン伝導度と電子伝導度がともに十分な値である必要がある。そこで、まず電極複合体内の電子伝導度を向上させるために、カーボン等の電子伝導性を有する物質を硫黄と混合する手法が用いられていた。LiCoO等の従来の正極材料に比べて、電子伝導度が著しく低い硫黄を電極の活物質として用いるためには、硫黄と相性がよい導電助剤とその複合化方法の選択が特に重要である。導電助剤との複合化方法としては、例えば、機械特性と電子伝導度に優れるカーボンナノチューブと複合化する方法、厚さが薄く、高比表面積、高柔軟性、高機械的強度等特性を兼ね備えるグラフェンと複合化する方法、細孔を有するポーラスカーボンと複合化する方法等が挙げられる。硫黄と複合化する導電助剤として、ポーラスカーボンを選択することにより、硫黄への電子伝導経路を確保し、多硫化リチウムの溶出や充放電反応に伴う体積変化による導電助剤からの硫黄の孤立を抑制できる。硫黄-ポーラスカーボン複合体の作製方法としては、種々の方法が挙げられる。 In order for the electrode of a lithium ion secondary battery to electrochemically function as an active material, both the ionic conductivity and the electronic conductivity in the electrode composite must be sufficient values. Therefore, in order to improve the electronic conductivity in the electrode composite, a method of mixing a substance having electronic conductivity such as carbon with sulfur has been used. In order to use sulfur, which has significantly lower electronic conductivity than conventional positive electrode materials such as LiCoO2 , as an active material for electrodes, it is particularly important to select a conductive aid that is compatible with sulfur and a method for combining it. . As a method of compositing with a conductive aid, for example, a method of compositing with a carbon nanotube that is excellent in mechanical properties and electronic conductivity, and has characteristics such as thin thickness, high specific surface area, high flexibility, and high mechanical strength. Examples include a method of forming a composite with graphene, a method of forming a composite with porous carbon having pores, and the like. By selecting porous carbon as a conductive aid that combines with sulfur, the electron conduction path to sulfur is secured, and sulfur is isolated from the conductive aid due to volume changes due to elution of lithium polysulfide and charge-discharge reactions. can be suppressed. There are various methods for producing a sulfur-porous carbon composite.

本発明者である菅野等は、三次元的なハニカム構造を有するカーボンレプリカを導電助剤として用い、その細孔内に気相蒸着法により硫黄を導入して、リチウムイオン導電体である固体電解質を混合することで、高い特性を有する全固体リチウム硫黄電池の作製を試みてきた(例えば、非特許文献1参照)。 Sugano et al., the present inventor, used a carbon replica having a three-dimensional honeycomb structure as a conductive aid, introduced sulfur into the pores by a vapor deposition method, and produced a solid electrolyte that is a lithium ion conductor. By mixing, we have attempted to produce an all-solid-state lithium-sulfur battery with high characteristics (see, for example, Non-Patent Document 1).

上述の通り、液系のリチウム硫黄電池では、充放電中における反応中間体である多硫化リチウムの溶出によって容量が低下するという課題があった。これに対して、電解液を固体電解質で代替した全固体リチウム硫黄電池は、多硫化リチウムの溶出が一切起きないばかりでなく、多硫化リチウムの溶出に伴うシャトル効果等の弊害も防ぐことができる。しかし、その一方で、全固体リチウム硫黄電池は、固体電解質を適用することにより、新たな欠点が生じる。液系のリチウム硫黄電池では、電解液が流体であるため、硫黄と電解液との接触が常に保たれている。そのため、膨張収縮に伴って、硫黄が孤立することに起因する容量の低下は、硫黄と導電助剤との間の接触不良を低減することで改善できた。しかし、全固体リチウム硫黄電池では、固相固相界面において硫黄と固体電解質とが接触するため、良好なリチウムイオン伝導経路を構築することは難易度が高い。また、電解液は、その流動性により常に硫黄との接触を保つことができるが、固体電解質は硫黄の膨張収縮によって接触が失われやすい。したがって、固体電解質を用いる場合には、電解液を用いる場合よりも一層、正極合材の合成方法と複合化方法を考慮する必要がある。 As described above, the liquid-type lithium-sulfur battery has the problem that the capacity decreases due to the elution of lithium polysulfide, which is a reaction intermediate during charging and discharging. On the other hand, an all-solid lithium-sulfur battery in which the electrolytic solution is replaced with a solid electrolyte not only does not cause any elution of lithium polysulfide, but also prevents adverse effects such as the shuttle effect accompanying the elution of lithium polysulfide. . On the other hand, however, all-solid-state lithium-sulfur batteries have new drawbacks due to the application of solid electrolytes. In a liquid-based lithium-sulfur battery, the electrolyte is a fluid, so contact between the sulfur and the electrolyte is always maintained. Therefore, the decrease in capacity due to isolation of sulfur due to expansion and contraction could be improved by reducing poor contact between sulfur and the conductive aid. However, in an all-solid-state lithium-sulfur battery, it is difficult to construct a good lithium-ion conduction path because the sulfur contacts the solid electrolyte at the solid-solid interface. Also, the electrolyte can always keep contact with sulfur due to its fluidity, but the solid electrolyte tends to lose contact due to expansion and contraction of sulfur. Therefore, when using a solid electrolyte, it is necessary to consider the method of synthesizing and compositing the positive electrode mixture more than when using an electrolytic solution.

All-solid-state lithiumu-sulfur batteries with three-dimensional mesoporous electrode structures. Journal of Power Sources 330,120-126,(2016).All-solid-state lithium-sulfur batteries with three-dimensional mesoporous electro structures. Journal of Power Sources 330, 120-126, (2016).

上述の通り、全固体リチウム硫黄電池では、サイクルを重ねるに従って、硫黄と、電子伝導性カーボンおよびリチウムイオン伝導性の固体電解質との接触面積が減少し、容量維持率が低下するという課題があった。 As described above, in the all-solid-state lithium-sulfur battery, as the cycles are repeated, the contact area between the sulfur, the electronically conductive carbon and the lithium ion conductive solid electrolyte is reduced, and the capacity retention rate is reduced. There was a problem. .

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、サイクルを重ねるに従って、硫黄と固体電解質との接触面積が減少することを抑制し、容量維持率が低下することを抑制できる硫黄正極合材およびその製造方法、硫黄正極合材を含む硫黄正極、その硫黄正極を備える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. It is an object of the present invention to provide a material and a manufacturing method thereof, a sulfur positive electrode containing the sulfur positive electrode mixture, and a lithium-sulfur solid state battery including the sulfur positive electrode.

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]三次元的なハニカム構造を有し、細孔径が5nm以上20nm以下である細孔を有するカーボンレプリカと、少なくとも前記細孔内に内包された硫黄および固体電解質と、を含み、前記硫黄および前記固体電解質を内包した状態で前記細孔の容積が0.5cm/g以上2.5cm/g以下であり、
前記固体電解質がLi PS Clである、硫黄正極合材。
In order to solve the above problems, the present invention employs the following configuration.
[1] A carbon replica having a three-dimensional honeycomb structure and having pores with a pore diameter of 5 nm or more and 20 nm or less, and at least sulfur contained in the pores and a solid electrolyte, wherein the sulfur and the volume of the pores is 0.5 cm 3 /g or more and 2.5 cm 3 /g or less in a state where the solid electrolyte is included ,
A sulfur positive electrode mixture, wherein the solid electrolyte is Li 6 PS 5 Cl.

[2]比表面積が100m/g以上300m/g以下である、[1]に記載の硫黄正極合材
[3]集電体と、該集電体上に形成された正極合材層と、を備え、前記正極合材層は、[1]または記載の硫黄正極合材を含有する、硫黄正極。
][]に記載の硫黄正極と、リチウム負極と、固体電解質層と、を備え、前記固体電解質層は、前記硫黄正極と前記リチウム負極との間に配置される、リチウム硫黄固体電池。
]三次元的なハニカム構造を有し、細孔径が5nm以上20nm以下である細孔を有するカーボンレプリカの表面および細孔内に、気相蒸着法により、硫黄を蒸着させて、硫黄-カーボンレプリカ複合体を作製する工程と、前記硫黄-カーボンレプリカ複合体と固体電解質であるLi PS Clを含むアルコール溶液を撹拌、混合して混合溶液を作製する工程と、前記混合溶液に含まれるアルコールを蒸発させて、少なくとも前記細孔内に前記固体電解質を析出させる工程と、を有する、硫黄正極合材の製造方法。
[2] The sulfur positive electrode mixture according to [1], which has a specific surface area of 100 m 2 /g or more and 300 m 2 /g or less .
[3] A current collector and a positive electrode mixture layer formed on the current collector, wherein the positive electrode mixture layer contains the sulfur positive electrode mixture according to [1] or [ 2 ] , sulfur positive electrode.
[ 4 ] A lithium-sulfur solid state battery comprising a sulfur positive electrode according to [ 3 ], a lithium negative electrode, and a solid electrolyte layer, wherein the solid electrolyte layer is disposed between the sulfur positive electrode and the lithium negative electrode .
[ 5 ] Sulfur is vapor-deposited on the surface and in the pores of a carbon replica having a three-dimensional honeycomb structure and pores with a pore diameter of 5 nm or more and 20 nm or less by a vapor deposition method. a step of preparing a carbon replica composite; a step of stirring and mixing an alcohol solution containing the sulfur-carbon replica composite and a solid electrolyte Li 6 PS 5 Cl to prepare a mixed solution; and depositing the solid electrolyte at least in the pores.

本発明によれば、サイクルを重ねるに従って、硫黄と固体電解質との接触面積が減少することを抑制し、容量維持率が低下することを抑制できる硫黄正極合材およびその製造方法、硫黄正極合材を含む硫黄正極、その硫黄正極を備えるリチウム硫黄固体電池を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to the present invention, a sulfur positive electrode mixture, a method for producing the same, and a sulfur positive electrode mixture that can suppress a decrease in the contact area between sulfur and a solid electrolyte and a decrease in capacity retention rate as cycles are repeated. and a lithium-sulfur solid-state battery comprising the sulfur positive electrode.

本発明の一実施形態に係る硫黄正極合材の要部の一例を模式的に示す断面図である。1 is a cross-sectional view schematically showing an example of a main part of a sulfur positive electrode mixture according to one embodiment of the present invention; FIG. 本発明の一実施形態に係る硫黄正極の要部の一例を模式的に示す断面図である。1 is a cross-sectional view schematically showing an example of a main part of a sulfur positive electrode according to one embodiment of the present invention; FIG. 本発明の一実施形態に係るリチウム硫黄固体電池の要部の一例を模式的に示す断面図である。1 is a cross-sectional view schematically showing an example of a main part of a lithium-sulfur solid-state battery according to one embodiment of the present invention; FIG. 実施例および比較例の電池セルの容量維持率を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing capacity retention rates of battery cells of Examples and Comparative Examples. 実施例および比較例の硫黄正極合材のX線回折測定の結果を示す図である。FIG. 4 shows the results of X-ray diffraction measurement of sulfur positive electrode mixtures of Examples and Comparative Examples. 実施例および比較例の硫黄正極合材の細孔容積の測定の結果を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing results of measurement of pore volumes of sulfur positive electrode mixtures of Examples and Comparative Examples.

<<硫黄正極合材>>
本発明の一実施形態に係る硫黄正極合材は、三次元的なハニカム構造を有し、細孔径が5nm以上20nm以下である細孔を有するカーボンレプリカと、少なくとも前記細孔内に内包された硫黄および固体電解質と、を含み、前記硫黄および前記固体電解質を内包した状態で前記細孔の容積が0.5cm/g以上2.5cm/g以下である。
本実施形態の硫黄正極合材が、三次元的なハニカム構造を有し、細孔径が5nm以上20nm以下である細孔を有するカーボンレプリカと、少なくとも前記細孔内に内包された硫黄および固体電解質と、を含み、前記硫黄および前記固体電解質を内包した状態で前記細孔の容積が0.5cm/g以上2.5cm/g以下であることにより、導電助剤であるカーボンレプリカを介して、硫黄と固体電解質との接触面積を増大させ、硫黄と固体電解質との間で、電子およびイオンの伝導経路を構築することができる。これにより、サイクルを重ねるに従って、硫黄と固体電解質との接触面積が減少することを抑制し、容量維持率が低下することを抑制できる。
<< Sulfur positive electrode mixture >>
A sulfur positive electrode mixture according to one embodiment of the present invention includes a carbon replica having a three-dimensional honeycomb structure and pores having a pore diameter of 5 nm or more and 20 nm or less, and at least Sulfur and a solid electrolyte are included, and the volume of the pores is 0.5 cm 3 /g or more and 2.5 cm 3 /g or less in a state in which the sulfur and the solid electrolyte are included.
The sulfur positive electrode mixture of the present embodiment has a three-dimensional honeycomb structure, a carbon replica having pores with a pore diameter of 5 nm or more and 20 nm or less, and sulfur and a solid electrolyte contained at least in the pores. And, the volume of the pores is 0.5 cm 3 /g or more and 2.5 cm 3 /g or less in a state where the sulfur and the solid electrolyte are included, so that the carbon replica that is a conductive aid can be used to increase the contact area between sulfur and the solid electrolyte, and to build electron and ion conduction paths between the sulfur and the solid electrolyte. As a result, it is possible to suppress a decrease in the contact area between sulfur and the solid electrolyte as the number of cycles increases, thereby suppressing a decrease in the capacity retention rate.

以下、図面を参照しながら、本実施形態の硫黄正極合材について、詳細に説明する。
なお、以降の説明で用いる図は、本発明の特徴を分かり易くするために、便宜上、要部となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率等が実際と同じであるとは限らない。
Hereinafter, the sulfur positive electrode mixture of this embodiment will be described in detail with reference to the drawings.
In the drawings used in the following description, in order to make it easier to understand the features of the present invention, there are cases where the main parts are enlarged for convenience, and the dimensional ratio of each component is the same as the actual one. not necessarily.

図1は、本実施形態の硫黄正極合材の要部の一例を模式的に示す断面図である。
ここに示す硫黄正極合材1は、カーボンレプリカ11と、硫黄12と、固体電解質13と、を含んで構成されている。
カーボンレプリカ11は、三次元的なハニカム構造(クローズドセル構造)を有する。硫黄正極合材1において、少なくともカーボンレプリカ11のハニカム構造を形成する複数のセル(細孔)11a内に、硫黄12と固体電解質13が内包されている。なお、図1に示すように、硫黄12と固体電解質13は、カーボンレプリカ11の表面11bに存在していてもよい。
FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing an example of the essential part of the sulfur positive electrode mixture of this embodiment.
The sulfur positive electrode mixture 1 shown here includes a carbon replica 11 , sulfur 12 and a solid electrolyte 13 .
The carbon replica 11 has a three-dimensional honeycomb structure (closed cell structure). In the sulfur positive electrode mixture 1 , sulfur 12 and a solid electrolyte 13 are included in at least a plurality of cells (pores) 11 a forming a honeycomb structure of the carbon replica 11 . Note that the sulfur 12 and the solid electrolyte 13 may exist on the surface 11b of the carbon replica 11, as shown in FIG.

硫黄正極合材1は、硫黄および固体電解質を内包した状態で、カーボンレプリカ11の細孔11aの容積が0.5cm/g以上2.5cm/g以下である。 In the sulfur positive electrode mixture 1, the volume of the pores 11a of the carbon replica 11 is 0.5 cm 3 /g or more and 2.5 cm 3 /g or less in a state in which sulfur and a solid electrolyte are included.

カーボンレプリカ11の細孔11aの容積を測定する方法は、窒素吸脱着測定法である。 A method for measuring the volume of the pores 11a of the carbon replica 11 is a nitrogen adsorption/desorption measurement method.

硫黄正極合材1は、比表面積が100m/g以上300m/g以下であることが好ましい。 The sulfur positive electrode mixture 1 preferably has a specific surface area of 100 m 2 /g or more and 300 m 2 /g or less.

硫黄正極合材1の比表面積は、比表面積計を用いて、窒素(N)吸着によるBET法により測定される。 The specific surface area of the sulfur positive electrode mixture 1 is measured by the BET method based on nitrogen (N 2 ) adsorption using a specific surface area meter.

硫黄正極合材1の平均粒子径は、50nm以上1000nm以下であることが好ましい。ここでは、硫黄正極合材1の粒子径とは、走査型電子顕微鏡で観察される粒子の最大辺の長さのことである。
平均粒子径が上記の上限値を超えると、複合体の混合が不十分となり、電池性能が低下する。
The average particle size of the sulfur positive electrode mixture 1 is preferably 50 nm or more and 1000 nm or less. Here, the particle diameter of the sulfur positive electrode mixture 1 means the length of the maximum side of the particles observed with a scanning electron microscope.
If the average particle size exceeds the above upper limit, the composite will be insufficiently mixed, resulting in deterioration of battery performance.

硫黄正極合材1の平均粒子径を測定する方法は、走査型電子顕微鏡で硫黄正極合材1を観察する方法である。 A method for measuring the average particle size of the sulfur positive electrode mixture 1 is a method of observing the sulfur positive electrode mixture 1 with a scanning electron microscope.

カーボンレプリカ11の細孔径(細孔11aの開口径)は5nm以上20nm以下であり、8nm以上15nm以下であることが好ましい。
カーボンレプリカ11の細孔径が上記の上限値を超えると、出力特性およびサイクル特性が低下する。
The pore diameter (opening diameter of the pore 11a) of the carbon replica 11 is 5 nm or more and 20 nm or less, preferably 8 nm or more and 15 nm or less.
If the pore diameter of the carbon replica 11 exceeds the above upper limit, the output characteristics and cycle characteristics will deteriorate.

カーボンレプリカ11の細孔径を測定する方法は、窒素吸脱着測定法である。 A method for measuring the pore diameter of the carbon replica 11 is a nitrogen adsorption/desorption measurement method.

固体電解質13としては、例えば、アルジロダイト(LiPSCl)、アルジロダイト(LiPSBr)、LiSnS等が挙げられる。これらの中でも、イオン導電率の観点から、アルジロダイト(LiPSCl)が好ましい。 Examples of the solid electrolyte 13 include aldirodite (Li 6 PS 5 Cl), aldirodite (Li 6 PS 5 Br), Li 4 SnS 4 and the like. Among these, aldirodite (Li 6 PS 5 Cl) is preferable from the viewpoint of ionic conductivity.

固体電解質13は、カーボンレプリカ11の細孔11a内およびカーボンレプリカ11の表面11bに結晶として存在する。 The solid electrolyte 13 exists as crystals inside the pores 11 a of the carbon replica 11 and on the surface 11 b of the carbon replica 11 .

<<硫黄正極合材の製造方法>>
本発明の一実施形態に係る硫黄正極合材の製造方法は、三次元的なハニカム構造を有し、細孔径が5nm以上20nm以下である細孔を有するカーボンレプリカの表面および細孔内に、気相蒸着法により、硫黄を蒸着させて、硫黄-カーボンレプリカ複合体を作製する工程(以下、「第1の工程」という。)と、前記硫黄-カーボンレプリカ複合体と固体電解質を含むアルコール溶液を撹拌、混合して混合溶液を作製する工程(以下、「第2の工程」という。)と、前記混合溶液に含まれるアルコールを蒸発させて、少なくとも前記細孔内に前記固体電解質を析出させる工程(以下、「第3の工程」という。)と、を有する。
本実施形態の硫黄正極合材の製造方法が、上記の第1の工程、上記の第2の工程および上記の第3の工程を有することにより、少なくともカーボンレプリカ細孔内に、硫黄および固体電解質を内包させることができる。これにより、カーボンレプリカ細孔内において、導電助剤であるカーボンレプリカを介して、硫黄と固体電解質との接触面積を増大させ、硫黄と固体電解質との間で、電子およびイオンの伝導経路を構築することができる。これにより、サイクルを重ねるに従って、硫黄と固体電解質との接触面積が減少することを抑制し、容量維持率が低下することを抑制可能な硫黄正極合材が得られる。
<<Method for producing sulfur positive electrode mixture>>
A method for producing a sulfur positive electrode mixture according to an embodiment of the present invention is a carbon replica having a three-dimensional honeycomb structure and having pores with a pore diameter of 5 nm or more and 20 nm or less. A step of depositing sulfur by a vapor deposition method to prepare a sulfur-carbon replica composite (hereinafter referred to as a "first step"), and an alcohol solution containing the sulfur-carbon replica composite and a solid electrolyte. are stirred and mixed to prepare a mixed solution (hereinafter referred to as a "second step"), and the alcohol contained in the mixed solution is evaporated to deposit the solid electrolyte at least in the pores. and a step (hereinafter referred to as “third step”).
By having the above first step, the above second step, and the above third step, the method for producing a sulfur positive electrode mixture of the present embodiment contains sulfur and a solid electrolyte at least in the pores of the carbon replica. can be included. As a result, the contact area between the sulfur and the solid electrolyte is increased through the carbon replica, which is a conductive aid, in the pores of the carbon replica, and a conduction path for electrons and ions is constructed between the sulfur and the solid electrolyte. can do. This makes it possible to obtain a sulfur positive electrode mixture that can suppress a decrease in the contact area between sulfur and the solid electrolyte and a decrease in the capacity retention rate as the number of cycles increases.

「第1の工程」
第1の工程では、三次元的なハニカム構造を有し、細孔径が5nm以上20nm以下である細孔を有するカーボンレプリカを準備する。
カーボンレプリカとしては、上記のものを合成してもよいし、市販品を用いてもよい。
"First step"
In the first step, a carbon replica having a three-dimensional honeycomb structure and pores with diameters of 5 nm or more and 20 nm or less is prepared.
As the carbon replica, the above may be synthesized, or a commercially available product may be used.

第1の工程では、気相蒸着法により、カーボンレプリカの表面および細孔内に硫黄を蒸着させる。気相蒸着法について説明する。
まず、ガラス管に、カーボンレプリカと粉末状の硫黄を投入する。
次いで、ガラス管内を真空引きして、真空状態とする。
次いで、ガラス管の端部の開口部を溶接し、ガラス管内にカーボンレプリカと硫黄を封入する。
次いで、ガラス管内のカーボンレプリカと硫黄を焼成する。
以上の方法により、カーボンレプリカの表面および細孔内に、硫黄を蒸着させて、硫黄-カーボンレプリカ複合体を得る。
In the first step, sulfur is deposited on the surface and pores of the carbon replica by vapor deposition. A vapor deposition method will be described.
First, a carbon replica and powdered sulfur are put into a glass tube.
Next, the inside of the glass tube is evacuated to a vacuum state.
Next, the openings at the ends of the glass tube are welded, and the carbon replica and sulfur are sealed inside the glass tube.
Then, the carbon replica and sulfur in the glass tube are fired.
By the above method, sulfur is deposited on the surface and inside the pores of the carbon replica to obtain a sulfur-carbon replica composite.

また、得られた硫黄-カーボンレプリカ複合体に、ボールミル処理を施す。これにより、凝集した硫黄-カーボンレプリカ複合体を解砕して、第2の工程におけるアルコール溶液に対する分散性を向上する。 Also, the obtained sulfur-carbon replica composite is subjected to a ball mill treatment. As a result, the aggregated sulfur-carbon replica composite is pulverized to improve the dispersibility in the alcohol solution in the second step.

「第2の工程」
第2の工程では、第1の工程で得られた硫黄-カーボンレプリカ複合体と固体電解質を含むアルコール溶液を混合して混合溶液を作製する。
"Second process"
In the second step, the sulfur-carbon replica composite obtained in the first step and an alcohol solution containing a solid electrolyte are mixed to prepare a mixed solution.

固体電解質を含むアルコール溶液を調製するには、例えば、上記の固体電解質とアルコールを、撹拌子とともに容器に入れて、撹拌子により、固体電解質とアルコールを撹拌、混合する。 To prepare an alcohol solution containing a solid electrolyte, for example, the above solid electrolyte and alcohol are placed in a container together with a stirrer, and the solid electrolyte and alcohol are stirred and mixed with the stirrer.

アルコールとしては、例えば、エタノール、メタノール等が挙げられる。 Alcohols include, for example, ethanol and methanol.

上記の混合溶液を作製するには、例えば、上記の硫黄-カーボンレプリカ複合体と固体電解質を含むアルコール溶液を容器に入れて、硫黄-カーボンレプリカ複合体とアルコール溶液を撹拌、混合する。 To prepare the mixed solution, for example, the alcohol solution containing the sulfur-carbon replica composite and the solid electrolyte is placed in a container, and the sulfur-carbon replica composite and the alcohol solution are stirred and mixed.

「第3の工程」
第3の工程では、第2の工程で得られた混合溶液に含まれるアルコールを蒸発させて、少なくともカーボンレプリカの細孔内に固体電解質を析出させる。
アルコールを蒸発させる温度は、特に限定されず、アルコールの沸点に応じて適宜調整される。
また、アルコールを加熱する時間は、特に限定されず、混合溶液に含まれるアルコールの量に応じて適宜調整される。
"Third process"
In the third step, the alcohol contained in the mixed solution obtained in the second step is evaporated to deposit a solid electrolyte at least in the pores of the carbon replica.
The temperature for evaporating the alcohol is not particularly limited, and is appropriately adjusted according to the boiling point of the alcohol.
Moreover, the time for heating the alcohol is not particularly limited, and is appropriately adjusted according to the amount of alcohol contained in the mixed solution.

第3の工程では、カーボンレプリカの細孔内だけでなく、カーボンレプリカの表面にも固体電解質を析出させてもよい。 In the third step, the solid electrolyte may be deposited not only inside the pores of the carbon replica but also on the surface of the carbon replica.

以上の工程により、本実施形態の硫黄正極合材が得られる。 Through the steps described above, the sulfur positive electrode mixture of the present embodiment is obtained.

<<硫黄正極>>
本発明の一実施形態に係る硫黄正極は、集電体と、該集電体上に形成された正極合材層と、を備え、前記正極合材層は、本発明の一実施形態に係る硫黄正極合材を含有する。
本実施形態の硫黄正極が、本実施形態の硫黄正極合材を含有していることにより、サイクルを重ねるに従って、硫黄と固体電解質との接触面積が減少することを抑制し、容量維持率が低下することを抑制できる。
<<Sulfur positive electrode>>
A sulfur positive electrode according to one embodiment of the present invention includes a current collector and a positive electrode mixture layer formed on the current collector, and the positive electrode mixture layer is the positive electrode mixture layer according to one embodiment of the present invention. Contains a sulfur positive electrode mixture.
Since the sulfur positive electrode of the present embodiment contains the sulfur positive electrode mixture of the present embodiment, it is possible to suppress the decrease in the contact area between sulfur and the solid electrolyte as the number of cycles increases, and the capacity retention rate decreases. can be suppressed.

以下、図面を参照しながら、本実施形態の硫黄正極の構造について、詳細に説明する。
なお、以降の説明で用いる図は、本発明の特徴を分かり易くするために、便宜上、要部となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率等が実際と同じであるとは限らない。
Hereinafter, the structure of the sulfur positive electrode of this embodiment will be described in detail with reference to the drawings.
In the drawings used in the following description, in order to make it easier to understand the features of the present invention, there are cases where the main parts are enlarged for convenience, and the dimensional ratio of each component is the same as the actual one. not necessarily.

図2は、本実施形態の硫黄正極の要部の一例を模式的に示す断面図である。
ここに示す硫黄正極20は、集電体21と、正極合材層22と、備えて構成されている。
硫黄正極20において、正極合材層22は、集電体21の一方の面(図2において上面)21a側に配置されている。
FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing an example of the main part of the sulfur positive electrode of this embodiment.
The sulfur positive electrode 20 shown here includes a current collector 21 and a positive electrode mixture layer 22 .
In the sulfur positive electrode 20 , the positive electrode mixture layer 22 is arranged on one surface (upper surface in FIG. 2 ) 21 a of the current collector 21 .

[集電体]
硫黄正極20において、集電体21は、正極集電体として機能し得る。
集電体21としては、導電性シートが用いられる。
導電性シートの形態としては、例えば、箔やメッシュ等が挙げられる。
[Current collector]
In the sulfur positive electrode 20, the current collector 21 can function as a positive electrode current collector.
A conductive sheet is used as the current collector 21 .
Examples of the form of the conductive sheet include foil and mesh.

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および比率は、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, their combination and ratio can be arbitrarily selected according to the purpose.

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、50μm~30000μmであることが好ましく、100μm~3000μm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 50 μm to 30000 μm, more preferably 100 μm to 3000 μm.

なお、導電性シートの表面における凹凸度が高い場合等、導電性シートの厚さが導電性シートの部位によって明確に変動している場合には、最大の厚さを導電性シートの厚さとする(導電性シートの最も厚い部位の厚さを導電性シートの厚さとする)。これは、導電性シートに限らず、すべての層(後述する硫黄正極、リチウム負極、固体電解質およびリチウムイオン伝導層)の厚さについても、同様である。 In addition, when the thickness of the conductive sheet clearly varies depending on the part of the conductive sheet, such as when the surface of the conductive sheet has a high degree of unevenness, the maximum thickness is taken as the thickness of the conductive sheet. (The thickness of the thickest part of the conductive sheet is defined as the thickness of the conductive sheet). This applies not only to the thickness of the conductive sheet, but also to the thickness of all layers (a sulfur positive electrode, a lithium negative electrode, a solid electrolyte and a lithium ion conductive layer, which will be described later).

[正極合材層]
正極合材層22は、本実施形態の硫黄正極合材を含有する。
[Positive electrode composite layer]
The positive electrode mixture layer 22 contains the sulfur positive electrode mixture of the present embodiment.

<<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、本発明の一実施形態に係る硫黄正極と、リチウム負極と、固体電解質層と、を備え、前記固体電解質層は、前記硫黄正極と前記リチウム負極との間に配置される。
本実施形態のリチウム硫黄固体電池が、本実施形態の硫黄正極を備えていることにより、サイクルを重ねるに従って、硫黄と固体電解質との接触面積が減少することを抑制し、容量維持率が低下することを抑制できる。
<<Lithium sulfur solid state battery>>
A lithium-sulfur solid-state battery according to an embodiment of the present invention includes a sulfur positive electrode according to an embodiment of the present invention, a lithium negative electrode, and a solid electrolyte layer, wherein the solid electrolyte layer comprises the sulfur positive electrode and the lithium It is arranged between the negative electrode.
Since the lithium-sulfur solid-state battery of the present embodiment includes the sulfur positive electrode of the present embodiment, the contact area between sulfur and the solid electrolyte is prevented from decreasing as the number of cycles increases, and the capacity retention rate decreases. can be suppressed.

以下、図面を参照しながら、本実施形態のリチウム硫黄固体電池の構造について、詳細に説明する。
なお、以降の説明で用いる図は、本発明の特徴を分かり易くするために、便宜上、要部となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率等が実際と同じであるとは限らない。
Hereinafter, the structure of the lithium-sulfur solid state battery of the present embodiment will be described in detail with reference to the drawings.
In the drawings used in the following description, in order to make it easier to understand the features of the present invention, there are cases where the main parts are enlarged for convenience, and the dimensional ratio of each component is the same as the actual one. not necessarily.

図1は、本実施形態のリチウム硫黄固体電池の要部の一例を模式的に示す断面図である。
ここに示すリチウム硫黄固体電池100は、硫黄正極110と、リチウム負極120と、固体電解質層130と、を備えて構成されている。
リチウム硫黄固体電池100において、固体電解質層130は、硫黄正極110とリチウム負極120との間に配置されている。すなわち、リチウム硫黄固体電池100においては、硫黄正極110、固体電解質層130およびリチウム負極120がこの順に、これらの厚さ方向において積層されている。
FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing an example of the essential part of the lithium-sulfur solid-state battery of this embodiment.
A lithium-sulfur solid-state battery 100 shown here includes a sulfur positive electrode 110 , a lithium negative electrode 120 , and a solid electrolyte layer 130 .
In lithium-sulfur solid-state battery 100 , solid electrolyte layer 130 is disposed between sulfur positive electrode 110 and lithium negative electrode 120 . That is, in lithium-sulfur solid-state battery 100, sulfur positive electrode 110, solid electrolyte layer 130, and lithium negative electrode 120 are stacked in this order in the thickness direction.

リチウム硫黄固体電池100においては、例えば、硫黄正極110およびリチウム負極120に、さらに、それぞれ外部回路との接続用の端子が設けられる。
また、リチウム硫黄固体電池100においては、さらに必要に応じて、上述の硫黄正極110、固体電解質層130およびリチウム負極120の積層構造全体が、容器中に収納される。
また、リチウム硫黄固体電池100は、さらに必要に応じて、硫黄正極110中の溶融状態にある硫黄が、リチウム硫黄固体電池100の外部に漏出することを抑制する機構(漏出抑制機構)を備えていてもよい。例えば、前記容器が、このような漏出抑制機構を兼ねてもよい。
次に、本実施形態のリチウム硫黄固体電池の各層の構成について、詳細に説明する。
In the lithium-sulfur solid-state battery 100, for example, the sulfur positive electrode 110 and the lithium negative electrode 120 are further provided with terminals for connection to external circuits.
Further, in the lithium-sulfur solid-state battery 100, the entire laminated structure of the above-described sulfur positive electrode 110, solid electrolyte layer 130 and lithium negative electrode 120 is housed in a container, if necessary.
In addition, the lithium-sulfur solid-state battery 100 further includes a mechanism (leakage suppression mechanism) that suppresses the molten sulfur in the sulfur positive electrode 110 from leaking to the outside of the lithium-sulfur solid-state battery 100, if necessary. may For example, the container may also serve as such a leakage suppression mechanism.
Next, the configuration of each layer of the lithium-sulfur solid-state battery of this embodiment will be described in detail.

<硫黄正極>
硫黄正極110は、上述の硫黄正極20からなる。
<Sulfur positive electrode>
The sulfur cathode 110 is composed of the sulfur cathode 20 described above.

<リチウム負極>
本実施形態のリチウム硫黄固体電池100におけるリチウム負極120は、公知のものであってよい。
<Lithium negative electrode>
The lithium negative electrode 120 in the lithium-sulfur solid-state battery 100 of this embodiment may be a known one.

リチウム負極120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、リチウム負極120の厚さは、10μm~2000μmであることが好ましく、100μm~1000μmであることがより好ましい。 The thickness of the lithium negative electrode 120 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 lithium negative electrode 120 is preferably 10 μm to 2000 μm, more preferably 100 μm to 1000 μm.

<固体電解質>
本実施形態のリチウム硫黄固体電池100における固体電解質層130の構成材料は、特に限定されず、結晶性材料、アモルファス材料およびガラス材料のいずれであってもよい。
固体電解質層130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 layer 130 in the lithium-sulfur solid-state battery 100 of the present embodiment 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 layer 130 includes, for example, a material containing no sulfide and containing an oxide (in this specification, may be referred to as an “oxide-based material”), at least sulfide known materials, such as materials containing substances (which may be referred to herein as "sulfide-based materials").

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および比率は、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, the elements to be added may be of one type or two or more types, and when two or more types are added, their combination and ratio 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・26B3・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 , and 63Li2S . 36SiS2.1Li3PO4 , 57Li2S.38SiS2.5Li4SiO4 , 70Li2S.30P2S5 ( LISPS ) , 50Li2S.50GeS2 , Li7P3S11 , Li3 . _ 25 P 0.95 S 4 and the like.

固体電解質層130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および比率は、目的に応じて任意に選択できる。 The constituent materials of the solid electrolyte layer 130 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.

固体電解質層130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 layer 130 is preferably the above-described oxide-based material because it has high stability in the air and can produce a highly dense solid electrolyte.

固体電解質層130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、固体電解質層130の厚さは、10μm~1200μmであることが好ましい。固体電解質層130の厚さが前記下限値以上であることで、その製造および取り扱い性がより良好となる。固体電解質層130の厚さが前記上限値以下であることで、リチウム硫黄固体電池100の抵抗値がより低減される。 The thickness of the solid electrolyte layer 130 is not particularly limited, and may be appropriately set according to the purpose of the battery to which it is applied. Generally, it is preferable that the thickness of the solid electrolyte layer 130 is 10 μm to 1200 μm. When the thickness of the solid electrolyte layer 130 is equal to or greater than the lower limit, the manufacturing and handling properties thereof are further improved. Since the thickness of the solid electrolyte layer 130 is equal to or less than the upper limit, the resistance value of the lithium-sulfur solid-state battery 100 is further reduced.

固体電解質層130は、例えば、その目的とする種類に応じて、金属酸化物、金属水酸化物、金属硫化物等の原料を選択し、この原料を焼成することで製造できる。原料の使用量は、固体電解質層130における各金属の原子数比等を考慮して、適宜設定すればよい。 The solid electrolyte layer 130 can be manufactured, for example, by selecting raw materials such as metal oxides, metal hydroxides, and metal sulfides according to the intended type and firing the raw materials. The amount of raw material to be used may be appropriately set in consideration of the atomic number ratio of each metal in the solid electrolyte layer 130 .

本実施形態のリチウム硫黄固体電池100は、上述のものに限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で、これまでに説明したものにおいて、一部の構成が変更、削除または追加されたものであってもよい。 The lithium-sulfur solid-state battery 100 of the present embodiment is not limited to the above-described ones, and part of the configuration has been changed, deleted, or added to the ones described so far without departing from the spirit of the present invention. can be anything.

<他の層>
例えば、本実施形態のリチウム硫黄固体電池100は、硫黄正極110、固体電解質層130およびリチウム負極120のいずれにも該当しない、1種または2種以上の他の層を、1種ごとに1層または2層以上備えていてもよい。
前記他の層は、本発明の効果を損なわない限り特に限定されず、目的に応じて任意に選択できる。
前記他の層としては、例えば、後述する金のスパッタ層、リチウムイオン伝導層等が挙げられる。
<Other layers>
For example, the lithium-sulfur solid-state battery 100 of the present embodiment includes one or more other layers that do not correspond to any of the sulfur positive electrode 110, the solid electrolyte layer 130, and the lithium negative electrode 120, one layer for each type. Alternatively, it may have two or more layers.
The other layer is not particularly limited as long as it does not impair the effects of the present invention, and can be arbitrarily selected according to the purpose.
Examples of the other layer include a gold sputtered layer and a lithium ion conductive layer, which will be described later.

[金のスパッタ層]
本実施形態のリチウム硫黄固体電池100は、前記固体電解質層130と前記リチウム負極120との間に配置された、金のスパッタ層を備えていてもよい。
例えば、リチウム負極120と固体電解質層130との間に、金のスパッタ層が配置され、これら3層がこの順で、互いに直接接触しているリチウム硫黄固体電池100においては、金のスパッタ層が配置されていない場合よりも、リチウム負極界面での界面抵抗値が低減される。
[Sputtered gold layer]
The lithium-sulfur solid-state battery 100 of this embodiment may comprise a gold sputtered layer interposed between the solid electrolyte layer 130 and the lithium anode 120 .
For example, in the lithium-sulfur solid-state battery 100 in which a gold sputtered layer is arranged between the lithium negative electrode 120 and the solid electrolyte layer 130, and these three layers are in direct contact with each other in this order, the gold sputtered layer is The interfacial resistance value at the lithium anode interface is reduced compared to when it is not arranged.

金のスパッタ層の厚さは、50nm以上であることが好ましく、100nm~200nmであることがより好ましい。 The thickness of the sputtered gold layer is preferably 50 nm or more, more preferably 100 nm to 200 nm.

[リチウムイオン伝導層]
本実施形態のリチウム硫黄固体電池100は、前記固体電解質層130と前記リチウム負極120との間に配置されたリチウムイオン伝導層を備えていてもよい。
前記リチウムイオン伝導層は、イオン液体を含有し、かつ、前記リチウム負極120と前記固体電解質層130との間でリチウムイオンを伝導させる層である。
[Lithium ion conductive layer]
The lithium-sulfur solid-state battery 100 of this embodiment may include a lithium-ion conductive layer disposed between the solid electrolyte layer 130 and the lithium negative electrode 120 .
The lithium ion conductive layer is a layer that contains an ionic liquid and conducts lithium ions between the lithium negative electrode 120 and the solid electrolyte layer 130 .

リチウムイオン伝導層は、より具体的には、その一方の面(本明細書においては、「第1面」と称することがある)から他方の面(本明細書においては、「第2面」と称することがある)にまで到達する空隙部を多数有している。したがって、リチウムイオン伝導層を介して、リチウム負極120と固体電解質層130との間においては、液状物や微細な物質の移動が可能となっている。
さらに、リチウムイオン伝導層は、この空隙部等に、イオン液体を保持している。このイオン液体中には、リチウムイオンが溶解可能である。したがって、リチウムイオン伝導層を介して、リチウム負極120と固体電解質層130との間(リチウムイオン伝導層中のその厚さの方向)においては、リチウムイオンが容易に伝導可能となっている。
More specifically, the lithium ion conductive layer has one surface (in this specification, sometimes referred to as the “first surface”) to the other surface (in this specification, the “second surface”). (sometimes referred to as )). Therefore, liquid substances and fine substances can move between the lithium negative electrode 120 and the solid electrolyte layer 130 via the lithium ion conductive layer.
Furthermore, the lithium ion conductive layer retains the ionic liquid in the voids and the like. Lithium ions can be dissolved in this ionic liquid. Therefore, lithium ions can be easily conducted between the lithium negative electrode 120 and the solid electrolyte layer 130 (thickness direction in the lithium ion conductive layer) through the lithium ion conductive layer.

リチウムイオン伝導層のうち、前記空隙部を有し、イオン液体を保持するとともに、リチウムイオン伝導層の形状を維持している部位を、本明細書においては、「本体部」と称する。すなわち、リチウムイオン伝導層は、前記本体部と、前記本体部によって保持されているイオン液体と、を含む。 In the present specification, the portion of the lithium ion conductive layer that has the voids, holds the ionic liquid, and maintains the shape of the lithium ion conductive layer is referred to as a "main body portion". That is, the lithium ion conductive layer includes the body portion and the ionic liquid retained by the body portion.

本実施形態のリチウム硫黄固体電池100においては、リチウムイオン伝導層が存在することにより、リチウムイオン伝導層中のイオン液体によって、リチウムイオン伝導層中、換言するとリチウム負極と固体電解質との間、において、金属リチウムの析出が抑制される。
ここで、「リチウムイオン伝導層中で金属リチウムの析出が抑制される」とは、「リチウムイオン伝導層中で金属リチウムが全く析出しないか、またはリチウムイオン伝導層中で金属リチウムが析出したとしても、その析出量が微量であること」を意味する。したがって、リチウムイオン伝導層は、リチウム負極120と固体電解質層130との間で、円滑にリチウムイオンを伝導させる。さらに、このように金属リチウムの析出が抑制されることで、固体電解質層130中においても、金属リチウムの析出が抑制される。すなわち、リチウム硫黄固体電池100においては、リチウムイオン伝導層から、固体電解質層130を介して、硫黄正極110までの間で、金属リチウムが連続的に析出することが抑制される。その結果、リチウム硫黄固体電池100においては、例えば、充放電を行ったときに、短絡(ショート)と固体電解質層130の割れの発生を抑制できる。
In the lithium-sulfur solid-state battery 100 of the present embodiment, due to the presence of the lithium ion conductive layer, the ionic liquid in the lithium ion conductive layer causes the lithium ion conductive layer, in other words, between the lithium negative electrode and the solid electrolyte. , the deposition of metallic lithium is suppressed.
Here, "the deposition of metallic lithium is suppressed in the lithium ion conductive layer" means "no metallic lithium is deposited in the lithium ion conductive layer, or even if metallic lithium is deposited in the lithium ion conductive layer, also means that the amount of precipitation is very small." Therefore, the lithium ion conductive layer smoothly conducts lithium ions between the lithium negative electrode 120 and the solid electrolyte layer 130 . Furthermore, by suppressing the deposition of metallic lithium in this way, the deposition of metallic lithium is also suppressed in the solid electrolyte layer 130 . That is, in the lithium-sulfur solid-state battery 100, the continuous deposition of metallic lithium from the lithium-ion conductive layer through the solid electrolyte layer 130 to the sulfur positive electrode 110 is suppressed. As a result, in the lithium-sulfur solid-state battery 100, for example, short circuits and cracks in the solid electrolyte layer 130 can be suppressed during charging and discharging.

(本体部)
リチウムイオン伝導層の本体部としては、例えば、多孔質体、または、繊維状の材料が集合し、層を構成している繊維質のもの(本明細書においては、「繊維集合体」と称することがある)等が挙げられる。
(main body)
The main body of the lithium ion conductive layer may be, for example, a porous body or a fibrous material in which a fibrous material is aggregated to form a layer (referred to as a "fiber aggregate" in this specification). sometimes), etc.

前記本体部は、リチウム硫黄固体電池100の作動時の温度条件下において、リチウム負極120と反応せず、溶解せず、変質しないものが好ましい。ここで、「本体部の変質」とは、本体部の成分の組成が変化することを意味する。リチウム硫黄固体電池100の作動時の温度は、上述のとおり、例えば、110℃~160℃である。したがって、リチウムイオン伝導層の本体部は、このような温度条件下において安定なものが好ましい。 The main body preferably does not react with the lithium negative electrode 120 under the temperature conditions during operation of the lithium-sulfur solid-state battery 100, does not dissolve, and does not deteriorate. Here, "alteration of the main body" means that the composition of the components of the main body changes. The operating temperature of the lithium-sulfur solid-state battery 100 is, for example, 110° C. to 160° C., as described above. Therefore, the body of the lithium ion conductive layer is preferably stable under such temperature conditions.

このような本体部のうち、前記多孔質体または繊維集合体の構成材料としては、例えば、合成樹脂、ガラス、紙類等が挙げられ、合成樹脂またはガラスであることが好ましい。
なかでも、前記本体部の構成材料は、ポリイミドまたはガラスであることがより好ましい。すなわち、リチウムイオン伝導層は、その構成材料として、ポリイミドまたはガラスを含むことがより好ましい。
Examples of the constituent material of the porous body or fiber assembly of the main body include synthetic resin, glass, and paper, and synthetic resin or glass is preferable.
Among others, it is more preferable that the constituent material of the main body is polyimide or glass. That is, the lithium ion conductive layer more preferably contains polyimide or glass as its constituent material.

リチウムイオン伝導層の本体部の構成材料は、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および比率は、目的に応じて任意に選択できる。 The constituent material of the body portion of the lithium ion conductive layer 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.

(イオン液体)
リチウムイオン伝導層が含有するイオン液体としては、上述の硫黄正極110が含有するイオン液体と同様のもの(例えば、170℃未満の温度で液状のイオン性化合物、溶媒和イオン液体等)が挙げられる。
(ionic liquid)
Examples of the ionic liquid contained in the lithium ion conductive layer include those similar to the ionic liquid contained in the above-described sulfur positive electrode 110 (for example, an ionic compound that is liquid at a temperature of less than 170° C., a solvated ionic liquid, etc.). .

リチウムイオン伝導層が含有するイオン液体は、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および比率は、目的に応じて任意に選択できる。 The ionic liquid contained in the lithium ion conductive layer 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.

リチウムイオン伝導層が含有するイオン液体は、上述の硫黄正極が含有するイオン液体と同一であってもよいし、異なっていてもよい。 The ionic liquid contained in the lithium ion conductive layer may be the same as or different from the ionic liquid contained in the sulfur positive electrode described above.

リチウムイオン伝導層が含有するイオン液体は、グライム-リチウム塩錯体からなる溶媒和イオン液体であることが好ましい。リチウムイオン伝導層がこのようなイオン液体を含有することで、固体電解質層130中での金属リチウムの析出抑制効果がより高くなる。 The ionic liquid contained in the lithium ion conductive layer is preferably a solvated ionic liquid comprising a glyme-lithium salt complex. By containing such an ionic liquid in the lithium ion conductive layer, the effect of suppressing deposition of metallic lithium in the solid electrolyte layer 130 is enhanced.

リチウムイオン伝導層のイオン液体の含有量は、特に限定されない。
ただし、リチウムイオン伝導層の前記本体部中の空隙部の合計体積に対する、リチウムイオン伝導層に保持されているイオン液体の合計体積の割合([リチウムイオン伝導層に保持されているイオン液体の合計体積]/[リチウムイオン伝導層の本体部中の空隙部の合計体積]×100)は、常温下において、80~120体積%であることが好ましい。
前記割合が前記下限値以上であることで、固体電解質層130中での金属リチウムの析出抑制効果がより高くなる。前記割合が前記上限値以下であることで、イオン液体の過剰使用が抑制される。
前記割合が100体積%より大きくなり得るのは、リチウムイオン伝導層中、前記本体部の空隙部以外にも、イオン液体が存在し得るからである。
なお、本明細書において、「常温」とは、特に冷やしたり、熱したりしない温度、すなわち平常の温度を意味し、例えば、15℃~25℃の温度等が挙げられる。
The content of the ionic liquid in the lithium ion conductive layer is not particularly limited.
However, the ratio of the total volume of the ionic liquid retained in the lithium ion conductive layer to the total volume of the voids in the main body of the lithium ion conductive layer ([Total ionic liquid retained in the lithium ion conductive layer Volume]/[total volume of voids in main body of lithium ion conductive layer]×100) is preferably 80 to 120% by volume at room temperature.
When the ratio is equal to or higher than the lower limit, the effect of suppressing precipitation of metallic lithium in solid electrolyte layer 130 is further enhanced. Excessive use of the ionic liquid is suppressed because the ratio is equal to or less than the upper limit.
The reason why the ratio can be greater than 100% by volume is that the ionic liquid can exist in the lithium ion conductive layer in addition to the voids of the main body.
In this specification, the term "ordinary temperature" means a temperature at which no particular cooling or heating is applied, that is, a normal temperature.

リチウムイオン伝導層は、1層(単層)からなるものであってもよいし、2層以上の複数層からなるものであってもよい。リチウムイオン伝導層が複数層からなる場合、これら複数層は、互いに同一でも異なっていてもよく、これら複数層の組み合わせは特に限定されない。
なお、本明細書においては、リチウムイオン伝導層の場合に限らず、「複数層が互いに同一でも異なっていてもよい」とは、「すべての層が同一であってもよいし、すべての層が異なっていてもよいし、一部の層のみが同一であってもよい」ことを意味し、さらに「複数層が互いに異なる」とは、「各層の構成材料および厚さの少なくとも一方が互いに異なる」ことを意味する。
The lithium ion conductive layer may consist of one layer (single layer), or may consist of multiple layers of two or more layers. When the lithium ion conductive layer consists of multiple layers, these multiple layers may be the same or different, and the combination of these multiple layers is not particularly limited.
In this specification, not only in the case of the lithium ion conductive layer, the phrase "multiple layers may be the same or different" means "all layers may be the same or all layers may be the same. may be different, or only some of the layers may be the same", and further, "the plurality of layers are different from each other" means that "at least one of the constituent material and thickness of each layer is different from each other. means 'different'.

リチウムイオン伝導層の厚さは、特に限定されない。
複数層からなるリチウムイオン伝導層の厚さとは、リチウムイオン伝導層を構成する全ての層の合計の厚さを意味する。
The thickness of the lithium ion conductive layer is not particularly limited.
The thickness of the lithium ion conductive layer consisting of multiple layers means the total thickness of all layers constituting the lithium ion conductive layer.

ただし、固体電解質層130中での金属リチウムの析出抑制効果がより高くなる点では、リチウムイオン伝導層の厚さは、10μm以上であることが好ましい。リチウムイオン伝導層の厚さが、前記下限値以上であることで、リチウムイオン伝導層中で金属リチウムが析出しなくなるか、または、リチウムイオン伝導層中で微量の金属リチウムが析出したとしても、その影響が固体電解質層130中に及ぶことがない。結果として、リチウム硫黄固体電池100においては、リチウムイオン伝導層から固体電解質層130を介して、硫黄正極110までの間で、金属リチウムが連続的に析出することが抑制される。 However, the thickness of the lithium ion conductive layer is preferably 10 μm or more in order to further enhance the effect of suppressing deposition of metallic lithium in the solid electrolyte layer 130 . When the thickness of the lithium ion conductive layer is equal to or greater than the lower limit value, metallic lithium is not deposited in the lithium ion conductive layer, or even if a trace amount of metallic lithium is deposited in the lithium ion conductive layer, The influence does not extend into the solid electrolyte layer 130 . As a result, in the lithium-sulfur solid-state battery 100, continuous deposition of metallic lithium from the lithium-ion conductive layer through the solid electrolyte layer 130 to the sulfur positive electrode 110 is suppressed.

一方、リチウムイオン伝導層の厚さが過剰にならない(より適正となる)点では、リチウムイオン伝導層の厚さは、100μm以下であることが好ましい。
通常、リチウムイオン伝導層が薄くなるほど、リチウムイオン伝導層での抵抗値が減少し、リチウム硫黄固体電池100のエネルギー密度が高くなる。
On the other hand, the thickness of the lithium ion conductive layer is preferably 100 μm or less so that the thickness of the lithium ion conductive layer does not become excessive (more appropriate).
Generally, the thinner the lithium ion conductive layer, the lower the resistance value in the lithium ion conductive layer and the higher the energy density of the lithium-sulfur solid-state battery 100 .

本実施形態のリチウム硫黄固体電池100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100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 100 of this embodiment has excellent battery characteristics as described above, and is highly safe. Taking advantage of these features, the lithium-sulfur solid-state battery 100 is suitable for use as, for example, household power sources; emergency power sources; power sources for airplanes, electric vehicles, and the like.

<<リチウム硫黄固体電池の製造方法>>
本実施形態のリチウム硫黄固体電池は、例えば、前記硫黄正極、固体電解質およびリチウム負極をこの順に、これらの厚さ方向において積層する工程と、を有する製造方法により、製造できる。
例えば、本実施形態のリチウム硫黄固体電池は、硫黄正極を作製する工程として、上述の特定の工程を行う点以外は、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。
<<Method for producing lithium-sulfur solid-state battery>>
The lithium-sulfur solid-state battery of the present embodiment can be manufactured, for example, by a manufacturing method including a step of laminating the sulfur positive electrode, the solid electrolyte and the lithium negative electrode in this order in the thickness direction.
For example, the lithium-sulfur solid-state battery of the present embodiment can be manufactured in the same manner as known lithium-sulfur solid-state batteries, except that the specific steps described above are performed as the step of manufacturing the sulfur positive electrode.

<他の層を作製する工程>
本実施形態の、前記他の層を備えたリチウム硫黄固体電池を製造する場合には、上述の製造方法において、他の層を、その種類に応じて適したタイミングおよび方法で、作製すればよい。
<Step of Producing Another Layer>
In the case of producing a lithium-sulfur solid-state battery comprising the other layer of the present embodiment, in the above-described production method, the other layer may be produced with a timing and method suitable for the type. .

[金のスパッタ層を作製する工程]
金のスパッタ層は、目的とする箇所(通常は、前記固体電解質層130のリチウム負極120側となる表面)に、公知の方法により、金をスパッタリングすることで、作製できる。
[Step of producing gold sputter layer]
The sputtered gold layer can be produced by sputtering gold onto a target portion (usually, the surface of the solid electrolyte layer 130 on the lithium negative electrode 120 side) by a known method.

[リチウムイオン伝導層を作製する工程]
リチウムイオン伝導層は、例えば、前記本体部の構成材料と、イオン液体と、必要に応じて溶媒と、を含有する第1原料組成物を調製し、リチウムイオン伝導層の形成対象面に、前記第1原料組成物を塗工し、必要に応じて乾燥させることで形成できる。この方法は、本体部とリチウムイオン伝導層の形成を同時に行う方法である。溶媒を用いない場合には、塗工した第1原料組成物の乾燥は不要である。
[Step of Producing Lithium Ion Conductive Layer]
For the lithium ion conductive layer, for example, a first raw material composition containing a constituent material of the main body, an ionic liquid, and optionally a solvent is prepared, and the lithium ion conductive layer is formed on the surface to be formed with the above It can be formed by coating the first raw material composition and drying it if necessary. This method is a method of forming the main body and the lithium ion conductive layer at the same time. When no solvent is used, drying of the coated first raw material composition is unnecessary.

第1原料組成物の調製時において、各原料の添加および混合時の温度並びに時間は、各原料が劣化しない限り特に限定されない。
例えば、混合時の温度は、15℃~50℃であってもよいが、これは一例である。
各原料を混合する方法は、特に限定されず、撹拌棒、撹拌子また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。
In the preparation of the first raw material composition, the temperature and time for adding and mixing each raw material are not particularly limited as long as each raw material does not deteriorate.
For example, the temperature during mixing may be 15° C. to 50° C., but this is an example.
The method of mixing each raw material is not particularly limited, and 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, etc. It may be appropriately selected from the methods.

第1原料組成物は、公知の方法で、リチウムイオン伝導層の形成対象面に塗工できる。
塗工する第1原料組成物の温度は、リチウムイオン伝導層の形成対象面、本体部の構成材料、イオン液体および溶媒等が劣化しない限り特に限定されない。例えば、このときの第1原料組成物の温度は、15℃~50℃であってもよいが、これは一例である。
The first raw material composition can be applied to the formation target surface of the lithium ion conductive layer by a known method.
The temperature of the first raw material composition to be applied is not particularly limited as long as the surface to be formed of the lithium ion conductive layer, the constituent material of the main body, the ionic liquid, the solvent, and the like are not deteriorated. For example, the temperature of the first raw material composition at this time may be 15° C. to 50° C., but this is an example.

第1原料組成物を乾燥させる場合には、その乾燥は、公知の方法で常圧下または減圧下で行うことができる。第1原料組成物の乾燥温度は、特に限定されず、例えば、20℃~100℃であってもよいが、これは一例である。 When drying the first raw material composition, the drying can be performed under normal pressure or reduced pressure by a known method. The drying temperature of the first raw material composition is not particularly limited, and may be, for example, 20° C. to 100° C., but this is an example.

リチウムイオン伝導層の形成対象面が、リチウム硫黄固体電池中でのリチウムイオン伝導層の配置面(例えば、固体電解質のリチウム負極側の面、リチウム負極の固体電解質側の面等)である場合には、形成したリチウムイオン伝導層は、他の箇所へ移動させる必要はなく、このままの配置とすればよい。
一方、リチウムイオン伝導層の形成対象面が、リチウム硫黄固体電池中でのリチウムイオン伝導層の配置面ではない場合には、形成したリチウムイオン伝導層は、この面から剥離させ、リチウム硫黄固体電池中での目的とする配置面に貼り合わせることで、移動させればよい。
When the surface to be formed of the lithium ion conductive layer is the surface on which the lithium ion conductive layer is arranged in the lithium sulfur solid state battery (for example, the surface of the lithium negative electrode side of the solid electrolyte, the surface of the solid electrolyte side of the lithium negative electrode, etc.) , the formed lithium ion conductive layer does not need to be moved to another location, and can be left as it is.
On the other hand, when the target surface for forming the lithium ion conductive layer is not the surface on which the lithium ion conductive layer is arranged in the lithium sulfur solid state battery, the formed lithium ion conductive layer is peeled off from this surface, and the lithium sulfur solid state battery It can be moved by sticking it to the desired placement surface inside.

また、リチウムイオン伝導層は、例えば、イオン液体を前記本体部中に含浸させるか、または、イオン液体と、溶媒と、を含有する混合液を調製し、前記混合液を前記本体部中に含浸させ、必要に応じて含浸後の前記本体部を乾燥させることでも形成できる。この方法は、あらかじめ形成済みの本体部を用いる方法である。溶媒を用いない場合には、含浸後の前記本体部の乾燥は不要である。
この場合には、本体部は、リチウム硫黄固体電池中でのリチウムイオン伝導層の配置面には配置しておかずに、独立して取り扱い、リチウムイオン伝導層を形成した後、得られたリチウムイオン伝導層を、さらに、リチウム硫黄固体電池中での目的とする配置面に貼り合わせることが好ましい。
Further, the lithium ion conductive layer is formed, for example, by impregnating the main body with an ionic liquid, or by preparing a mixed liquid containing an ionic liquid and a solvent, and impregnating the main body with the mixed liquid. It can also be formed by drying the impregnated main body if necessary. This method is a method using a pre-formed main body. When no solvent is used, drying of the main body after impregnation is unnecessary.
In this case, the main body is not placed on the surface of the lithium-sulfur solid-state battery on which the lithium-ion conductive layer is arranged, but is handled independently, and after forming the lithium-ion conductive layer, the lithium ions obtained Preferably, the conductive layer is further laminated to the intended placement surface in the lithium-sulphur solid state battery.

前記本体部は、例えば、前記本体部の構成材料を含有する第2原料組成物を調製し、この第2原料組成物を成形するなど、公知の方法により作製できる。
また、前記本体部は、市販品であってもよい。
The main body can be produced by a known method, for example, by preparing a second raw material composition containing constituent materials of the main body and molding the second raw material composition.
Also, the body portion may be a commercially available product.

前記イオン液体または混合液を前記本体部中に含浸させる方法としては、例えば、前記イオン液体または混合液を前記本体部に塗工する方法、前記本体部を前記イオン液体または混合液中に浸漬する方法等が挙げられる。 Examples of the method for impregnating the main body with the ionic liquid or the mixed liquid include a method of coating the main body with the ionic liquid or the mixed liquid, and a method of immersing the main body in the ionic liquid or the mixed liquid. methods and the like.

前記イオン液体または混合液は、公知の方法で、前記本体部に塗工できる。
前記本体部に含浸させる、前記イオン液体または混合液の温度は、前記本体部、イオン液体および溶媒等の各原料が劣化しない限り特に限定されない。例えば、含浸時の前記イオン液体または混合液の温度は、15℃~50℃であってもよいが、これは一例である。
The ionic liquid or mixed solution can be applied to the main body by a known method.
The temperature of the ionic liquid or mixed liquid with which the main body is impregnated is not particularly limited as long as the raw materials such as the main body, the ionic liquid and the solvent do not deteriorate. For example, the temperature of the ionic liquid or mixed liquid during impregnation may be 15° C. to 50° C., but this is an example.

混合液を含浸後の前記本体部の乾燥は、公知の方法で常圧下または減圧下で行うことができる。このときの乾燥温度は、特に限定されず、例えば、20℃~100℃であってもよいが、これは一例である。 Drying of the main body after being impregnated with the mixed liquid can be performed under normal pressure or reduced pressure by a known method. The drying temperature at this time is not particularly limited, and may be, for example, 20° C. to 100° C., but this is just an example.

以下、実施例により本発明をさらに具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。 EXAMPLES The present invention will be described in more detail with reference to examples below, but the present invention is not limited to the following examples.

[実施例]
「硫黄正極合材の製造」
三次元的なハニカム構造を有し、細孔径が10nmである細孔を有するカーボンレプリカを準備した。
内径10mmのガラス管に、カーボンレプリカと粉末状の硫黄(純度:99.99%、結晶子径:75μm、高純度化学研究所社製)を投入した。カーボンレプリカと硫黄の混合比を、質量比で70質量%:30質量%とした。
次いで、ガラス管内を真空引きして、真空状態とした。
次いで、ガラス管の端部の開口部を溶接し、ガラス管内にカーボンレプリカと硫黄を封入した。
次いで、ガラス管内のカーボンレプリカと硫黄を焼成した。焼成条件を、次の通りとした。室温から200℃まで1時間かけて昇温した後、200℃にて2時間保持し、その後、自然放冷により、200℃から室温まで冷却した。
以上の方法により、カーボンレプリカの表面および細孔内に、硫黄を蒸着させて、硫黄-カーボンレプリカ複合体を得た。
得られた硫黄-カーボンレプリカ複合体に、10分間、ボールミル処理を施した。
次に、硫黄-カーボンレプリカ複合体と固体電解質としてアルジロダイト(LiPSCl)を含むアルコール溶液を撹拌、混合して混合溶液を作製した。このとき、カーボンレプリカと硫黄とアルジロダイトとの混合比を、質量比で21質量%:9質量%:70質量%とした。
アルコールとしては、エタノール(超脱水、純度:99.5%、和光純薬工業社製)を用いた。
アルコール溶液におけるアルジロダイトの含有量を10質量%とした。
混合溶液における硫黄-カーボンレプリカ複合体およびアルジロダイトの合計含有量が10質量%となるように、硫黄-カーボンレプリカ複合体とアルコール溶液を混合した。
次に、混合溶液を150℃で1時間加熱して、混合溶液に含まれるエタノールを蒸発させ、カーボンレプリカの表面および細孔内に固体電解質を析出させたて、実施例の硫黄正極合材を得た。
[Example]
"Manufacturing of Sulfur Cathode Mixture"
A carbon replica having a three-dimensional honeycomb structure and pores with a pore diameter of 10 nm was prepared.
A carbon replica and powdered sulfur (purity: 99.99%, crystallite size: 75 μm, manufactured by Kojundo Chemical Laboratory Co., Ltd.) were put into a glass tube with an inner diameter of 10 mm. The mixing ratio of carbon replica and sulfur was 70% by mass:30% by mass.
Next, the inside of the glass tube was evacuated to a vacuum state.
Next, the opening at the end of the glass tube was welded, and a carbon replica and sulfur were sealed inside the glass tube.
The carbon replica and sulfur in the glass tube were then fired. Firing conditions were as follows. After raising the temperature from room temperature to 200° C. over 1 hour, it was held at 200° C. for 2 hours, and then cooled from 200° C. to room temperature by natural cooling.
By the above method, sulfur was deposited on the surface and inside the pores of the carbon replica to obtain a sulfur-carbon replica composite.
The resulting sulfur-carbon replica composite was ball milled for 10 minutes.
Next, an alcohol solution containing a sulfur-carbon replica composite and an aldirodite (Li 6 PS 5 Cl) as a solid electrolyte was stirred and mixed to prepare a mixed solution. At this time, the mixing ratio of the carbon replica, sulfur and aldirodite was 21% by mass:9% by mass:70% by mass.
As the alcohol, ethanol (super-dehydrated, purity: 99.5%, manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) was used.
The content of aldirodite in the alcohol solution was set to 10% by mass.
The sulfur-carbon replica composite and the alcohol solution were mixed so that the total content of the sulfur-carbon replica composite and aldirodite in the mixed solution was 10% by mass.
Next, the mixed solution was heated at 150° C. for 1 hour to evaporate the ethanol contained in the mixed solution, deposit a solid electrolyte on the surface and in the pores of the carbon replica, and prepare the sulfur positive electrode mixture of the example. Obtained.

「硫黄正極の製造」
カーボンクロス(質量7mg、直径10mm、厚さ1000μmの円形状)の一方の面上に、硫黄正極合材とバインダーを含むスラリーを塗布して塗膜を形成し、この塗膜をカーボンクロスとともに加熱し、カーボンクロスの一方の面上に、硫黄正極合材を含む正極合材層を形成し、実施例の硫黄正極を得た。
"Manufacturing of Sulfur Cathode"
A slurry containing a sulfur positive electrode mixture and a binder is applied to one surface of a carbon cloth (mass 7 mg, diameter 10 mm, thickness 1000 μm) to form a coating film, and the coating film is heated together with the carbon cloth. Then, a positive electrode mixture layer containing the sulfur positive electrode mixture was formed on one surface of the carbon cloth to obtain the sulfur positive electrode of the example.

「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)およ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)、およ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18mm、厚さ1.5mm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、酸化ジルコニウムおよ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15mm、厚さ1.0mm)を得た。
"Manufacturing 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 18 mm and a thickness of 1.5 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 15 mm, thickness of 1.0 mm) was obtained.

(金のスパッタ層の形成)
円形状のポリイミドテープ(厚さ0.09mm、直径18mm)に対して、同心となる直径10mmの円をくり抜いてリング状とし、マスキングテープとした。
次いで、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、このマスキングテープを貼り付けた。
次いで、この負極側となる露出面(負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)に対して、金をスパッタリングすることにより、金のスパッタ層を形成した。金のスパッタ層を形成後、マスキングテープをAlドープLLZ成形体から剥がした。
(Formation of gold sputter layer)
A circular polyimide tape (thickness: 0.09 mm, diameter: 18 mm) was hollowed out concentrically with a diameter of 10 mm to form a ring-shaped masking tape.
Next, this masking tape was attached to the negative electrode side surface of the Al-doped LLZ compact obtained above.
Next, gold was sputtered onto the exposed surface to serve as the negative electrode (the region not masked with the masking tape of the surface to serve as the negative electrode), thereby forming a sputtered layer of gold. After forming the gold sputter layer, the masking tape was removed from the Al-doped LLZ compact.

(リチウム硫黄固体電池の製造)
ステンレス鋼製電気化学試験用電池セル容器を用いて、この容器内に、上記で得られた硫黄正極を載置し、この硫黄正極上に、AlドープLLZ成形体を、その正極側となる表面を硫黄正極側に向けて、載置した。
次いで、このAlドープLLZ成形体に設けられた金のスパッタ層上に、負極としてリチウム箔(直径10mm、厚さ600μm)を載置して、密着させた。
次いで、この負極上に、負極集電体としてスレンレス鋼箔(直径15mm、厚さ500μm)を載置した。
次いで、この負極集電体上にステンレス鋼製ワッシャーを載置し、最後に上蓋を閉じた。
以上により、負極、金のスパッタ層、固体電解質および硫黄正極がこの順に積層された構成を有する実施例の電池セル(リチウム硫黄固体電池)を得た。
(Manufacturing of Lithium Sulfur Solid State Battery)
Using a stainless steel battery cell container for electrochemical tests, the sulfur positive electrode obtained above is placed in this container, and the Al-doped LLZ molded body is placed on the sulfur positive electrode so that the positive electrode side surface is was placed facing the sulfur positive electrode side.
Next, a lithium foil (10 mm in diameter, 600 μm in thickness) as a negative electrode was placed on the sputtered gold layer provided on the Al-doped LLZ molded body and brought into close contact therewith.
Next, a stainless steel foil (diameter 15 mm, thickness 500 μm) was placed on the negative electrode as a negative electrode current collector.
Next, a stainless steel washer was placed on the negative electrode current collector, and finally the top lid was closed.
As a result, a battery cell (lithium-sulfur solid state battery) of Example having a structure in which the negative electrode, the sputtered gold layer, the solid electrolyte, and the sulfur positive electrode were laminated in this order was obtained.

[比較例]
「硫黄正極合材の製造」
実施例と同様にして、硫黄-カーボンレプリカ複合体を得た。
得られた硫黄-カーボンレプリカ複合体に、10分間、ボールミル処理を施した。
次に、硫黄-カーボンレプリカ複合体に、アルジロダイト(LiPSCl)を加えて、これらに、10分間、ボールミル処理を施して、比較例の硫黄正極合材を得た。
このとき、カーボンレプリカと硫黄とアルジロダイトとの混合比を、質量比で21質量%:9質量%:70質量%とした。
[Comparative example]
"Manufacturing of Sulfur Cathode Mixture"
A sulfur-carbon replica composite was obtained in the same manner as in Examples.
The resulting sulfur-carbon replica composite was ball milled for 10 minutes.
Next, algyrodite (Li 6 PS 5 Cl) was added to the sulfur-carbon replica composite, and they were subjected to ball milling for 10 minutes to obtain a sulfur positive electrode mixture of a comparative example.
At this time, the mixing ratio of the carbon replica, sulfur and aldirodite was 21% by mass:9% by mass:70% by mass.

「硫黄正極の製造」
比較例の硫黄正極合材を用いたこと以外は実施例と同様にして、比較例の硫黄正極を得た。
"Manufacturing of Sulfur Cathode"
A sulfur positive electrode of Comparative Example was obtained in the same manner as in Example except that the sulfur positive electrode mixture of Comparative Example was used.

「リチウム硫黄固体電池の製造」
比較例の硫黄正極を用いたこと以外は実施例と同様にして、比較例の電池セル(リチウム硫黄固体電池)を得た。
"Manufacturing Lithium Sulfur Solid State Battery"
A battery cell (lithium sulfur solid state battery) of Comparative Example was obtained in the same manner as in Example except that the sulfur positive electrode of Comparative Example was used.

[評価]
<電池特性の評価>
実施例および比較例で得られた電池セルの容量維持率を評価した。
環境温度25℃にて、硫黄正極の電圧がLi-Inの平衡電圧に対して0.4Vになるまで電流値0.0376mAにて定電流放電を行い、0.4Vに到達した後、60分間定電圧充電を行った。休止した後、環境温度25℃、硫黄正極の電圧がLi-Inの平衡電圧に対して2.4Vになるまで0.0376mAの定電流充電を行った。この試験を30サイクル繰り返し、2サイクル目の放電容量に対する各サイクル目の放電容量を容量維持率とした。結果を図4に示す。
図4から、本実施例の電池セルは、比較例の電池セルと比較すると、良好な電池特性を有していることが確認された。
[evaluation]
<Evaluation of battery characteristics>
The capacity retention ratios of the battery cells obtained in Examples and Comparative Examples were evaluated.
At an environmental temperature of 25 ° C., constant current discharge is performed at a current value of 0.0376 mA until the voltage of the sulfur positive electrode reaches 0.4 V with respect to the Li-In equilibrium voltage, and after reaching 0.4 V, 60 minutes. Constant voltage charging was performed. After resting, the battery was charged at a constant current of 0.0376 mA at an environmental temperature of 25° C. until the voltage of the sulfur positive electrode reached 2.4 V with respect to the equilibrium voltage of Li—In. This test was repeated for 30 cycles, and the discharge capacity at each cycle relative to the discharge capacity at the second cycle was taken as the capacity retention rate. The results are shown in FIG.
From FIG. 4, it was confirmed that the battery cell of this example had better battery characteristics than the battery cell of the comparative example.

<硫黄正極合材の組成分析>
実施例および比較例で得られた硫黄正極合材の組成分析を行った。
実施例および比較例で得られた硫黄正極合材を若干量採取し、150℃にて1時間真空乾燥させて得られた粉末を、X線回折測定(X線回折装置:全自動水平型多目的X線回折装置、株式会社リガク製)により分析した。結果を図5に示す。図5には、参考例1として、アルジロダイト(LiPSCl)のX線回折パターンも示した。
図5から、本実施例の硫黄正極合材は、アルジロダイト(LiPSCl)のX線回折パターンと同様のX線回折パターンを示すため、カーボンレプリカの細孔内にアルジロダイト(LiPSCl)を内包していると考えられる。
<Composition analysis of sulfur positive electrode mixture>
A composition analysis was performed on the sulfur positive electrode mixtures obtained in Examples and Comparative Examples.
A small amount of the sulfur positive electrode mixture obtained in Examples and Comparative Examples was sampled and vacuum-dried at 150 ° C. for 1 hour. Analysis was performed using an X-ray diffractometer (manufactured by Rigaku Corporation). The results are shown in FIG. As Reference Example 1, FIG. 5 also shows an X-ray diffraction pattern of aldirodite (Li 6 PS 5 Cl).
From FIG. 5, since the sulfur positive electrode mixture of this example exhibits an X-ray diffraction pattern similar to that of aldirodite (Li 6 PS 5 Cl), aldirodite (Li 6 PS) is present in the pores of the carbon replica. 5 Cl).

<硫黄正極合材の細孔容積の測定>
実施例および比較例で得られた硫黄正極合材の細孔容積の測定を行った。
実施例および比較例で得られた硫黄正極合材の細孔容積を、BET法により、比表面積計(商品名:BELSORP-mini、株式会社マイクロトラック・ベル製)を用いて測定した。結果を図6に示す。図6には、参考例2として、カーボンレプリカのみの細孔容積の分布と、参考例3として、硫黄-カーボンレプリカ複合体の細孔容積の分布とを示した。
図6から、本実施例の硫黄正極合材は、細孔容積のピークが減少していることから、カーボンレプリカの細孔内にアルジロダイト(LiPSCl)を内包していると考えられる。
<Measurement of pore volume of sulfur positive electrode mixture>
Pore volumes of the sulfur positive electrode mixtures obtained in Examples and Comparative Examples were measured.
The pore volumes of the sulfur positive electrode mixtures obtained in Examples and Comparative Examples were measured by the BET method using a specific surface area meter (trade name: BELSORP-mini, manufactured by Microtrack Bell Co., Ltd.). The results are shown in FIG. FIG. 6 shows, as Reference Example 2, the pore volume distribution of only the carbon replica, and as Reference Example 3, the pore volume distribution of the sulfur-carbon replica composite.
From FIG. 6, the sulfur positive electrode mixture of this example has a reduced pore volume peak, so it is considered that aldirodite (Li 6 PS 5 Cl) is included in the pores of the carbon replica. .

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.

1・・・硫黄正極合材、11・・・カーボンレプリカ、12・・・硫黄、13・・・固体電解質、20・・・硫黄正極、21・・・集電体、22・・・正極合材層、100・・・リチウム硫黄固体電池、110・・・硫黄正極、120・・・リチウム負極、130・・・固体電解質層 Reference Signs List 1 Sulfur positive electrode mixture, 11 Carbon replica, 12 Sulfur, 13 Solid electrolyte, 20 Sulfur positive electrode, 21 Current collector, 22 Positive electrode mixture Material layer 100 Lithium sulfur solid battery 110 Sulfur positive electrode 120 Lithium negative electrode 130 Solid electrolyte layer

Claims (5)

三次元的なハニカム構造を有し、細孔径が5nm以上20nm以下である細孔を有するカーボンレプリカと、少なくとも前記細孔内に内包された硫黄および固体電解質と、を含み、
前記硫黄および前記固体電解質を内包した状態で前記細孔の容積が0.5cm/g以上2.5cm/g以下であり、
前記固体電解質がLi PS Clである、硫黄正極合材。
A carbon replica having a three-dimensional honeycomb structure and having pores with a pore diameter of 5 nm or more and 20 nm or less, and sulfur and a solid electrolyte contained in at least the pores,
The pore volume is 0.5 cm 3 /g or more and 2.5 cm 3 /g or less in a state in which the sulfur and the solid electrolyte are included ,
A sulfur positive electrode mixture, wherein the solid electrolyte is Li 6 PS 5 Cl.
比表面積が100m/g以上300m/g以下である、請求項1に記載の硫黄正極合材。 The sulfur positive electrode mixture according to claim 1, having a specific surface area of 100 m 2 /g or more and 300 m 2 /g or less. 集電体と、該集電体上に形成された正極合材層と、を備え、
前記正極合材層は、請求項1または2に記載の硫黄正極合材を含有する、硫黄正極。
A current collector and a positive electrode mixture layer formed on the current collector,
A sulfur positive electrode, wherein the positive electrode mixture layer contains the sulfur positive electrode mixture according to claim 1 or 2 .
請求項に記載の硫黄正極と、リチウム負極と、固体電解質層と、を備え、
前記固体電解質層は、前記硫黄正極と前記リチウム負極との間に配置される、リチウム硫黄固体電池。
A sulfur positive electrode according to claim 3 , a lithium negative electrode, and a solid electrolyte layer,
A lithium-sulfur solid-state battery, wherein the solid electrolyte layer is disposed between the sulfur positive electrode and the lithium negative electrode.
三次元的なハニカム構造を有し、細孔径が5nm以上20nm以下である細孔を有するカーボンレプリカの表面および細孔内に、気相蒸着法により、硫黄を蒸着させて、硫黄-カーボンレプリカ複合体を作製する工程と、
前記硫黄-カーボンレプリカ複合体と固体電解質であるLi PS Clを含むアルコール溶液を撹拌、混合して混合溶液を作製する工程と、
前記混合溶液に含まれるアルコールを蒸発させて、少なくとも前記細孔内に前記固体電解質を析出させる工程と、を有する、硫黄正極合材の製造方法。
Sulfur is deposited on the surface and in the pores of a carbon replica having a three-dimensional honeycomb structure and pores with a pore diameter of 5 nm or more and 20 nm or less by a vapor deposition method to form a sulfur-carbon replica composite. creating a body;
a step of stirring and mixing an alcohol solution containing the sulfur-carbon replica composite and a solid electrolyte Li 6 PS 5 Cl to prepare a mixed solution;
evaporating the alcohol contained in the mixed solution to deposit the solid electrolyte at least in the pores.
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