JP7345748B2 - Manufacturing method for secondary batteries - Google Patents

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Description

本発明は、例えば、携帯型電子機器や電気自動車に用いられる二次電池の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a secondary battery used, for example, in portable electronic devices and electric vehicles.

リチウムイオン二次電池は、モバイル機器や電気自動車等に不可欠な、高容量で軽量な電源としての地位を確立している。現行のリチウムイオン二次電池には、電解質として可燃性の有機系電解液が主に用いられているため、発火等の危険性が懸念されている。この問題を解決する方法として、有機系電解液に代えて固体電解質を使用したリチウムイオン全固体二次電池の開発が進められている(例えば特許文献1参照)。 Lithium-ion secondary batteries have established themselves as high-capacity, lightweight power sources that are essential for mobile devices, electric vehicles, etc. Current lithium ion secondary batteries mainly use flammable organic electrolytes as electrolytes, which raises concerns about the risk of fire. As a method to solve this problem, development of a lithium ion all-solid-state secondary battery using a solid electrolyte in place of an organic electrolyte is underway (for example, see Patent Document 1).

また、リチウムは世界的な原材料の高騰の懸念があるため、リチウムに代わる材料としてナトリウムも注目されており、固体電解質としてNASICON型のNaZrSiPO12からなるナトリウムイオン伝導性結晶を使用したナトリウムイオン全固体電池が提案されている(例えば特許文献2参照)。その他、β-アルミナ(理論組成式:NaO・11Al)やβ’’-アルミナ(理論組成式:NaO・5.3Al)、LiO安定化β’’-アルミナ(Na1.7Li0.3Al10.717)、MgO安定化β’’-アルミナ((Al10.32Mg0.6816)(Na1.68O))といったベータアルミナ系固体電解質やNaYSi12も高いナトリウムイオン伝導性を示すことが知られており、これらの固体電解質もナトリウムイオン全固体二次電池用として使用することができる。 In addition, due to concerns about the worldwide rise in raw material prices for lithium, sodium is also attracting attention as an alternative material to lithium, and sodium ion conductive crystals made of NASICON type Na 3 Zr 2 Si 2 PO 12 are being used as solid electrolytes. A sodium ion all-solid-state battery has been proposed (see, for example, Patent Document 2). In addition, β-alumina (theoretical composition formula: Na 2 O 11Al 2 O 3 ), β''-alumina (theoretical composition formula: Na 2 O 5.3Al 2 O 3 ), Li 2 O stabilized β'' - Beta such as alumina (Na 1.7 Li 0.3 Al 10.7 O 17 ), MgO stabilized β''-alumina ((Al 10.32 Mg 0.68 O 16 ) (Na 1.68 O)) Alumina-based solid electrolytes and Na 5 YSi 4 O 12 are also known to exhibit high sodium ion conductivity, and these solid electrolytes can also be used for sodium ion all-solid-state secondary batteries.

特開平5-205741号公報Japanese Patent Application Publication No. 5-205741 特開2010-15782号公報Japanese Patent Application Publication No. 2010-15782

二次電池を構成する電極層や固体電解質層は通常、原料粉末をペースト化またはグリーンシート化した後、焼成することにより作製される。しかしながら、このような方法では各層の作製に長時間を要するという問題がある。また、微細な構造を有する層を作製することが困難である。 The electrode layer and solid electrolyte layer that constitute a secondary battery are usually produced by turning raw material powder into a paste or green sheet, and then firing it. However, such a method has a problem in that it takes a long time to fabricate each layer. Furthermore, it is difficult to produce a layer having a fine structure.

本発明は以上のような状況に鑑みてなされたものであり、二次電池を構成する電極層や固体電解質層を短時間で作製することが可能であり、また微細な構造を有する電極層や固体電解質層を作製することも可能である方法を提供することを目的とする。 The present invention was made in view of the above-mentioned circumstances, and it is possible to produce electrode layers and solid electrolyte layers that constitute a secondary battery in a short time, and it also makes it possible to produce electrode layers and solid electrolyte layers that have a fine structure. It is an object of the present invention to provide a method that is also capable of producing a solid electrolyte layer.

本発明の二次電池の製造方法は、レーザー光吸収成分を含有する粉末材料に対してレーザー光を照射することにより、粉末材料を焼結させ電極層または固体電解質層を形成することを特徴とする。このようにすれば、粉末材料に含まれるレーザー光吸収成分がレーザー光を吸収し、粉末材料が軟化流動して融着結合(焼結)するため、二次電池を構成する電極層や固体電解質層を短時間で作製することができる。また、レーザー光をピンポイントで所定位置に照射することで、微細な構造を有する電極層や固体電解質層を作製することも可能である。 The method for manufacturing a secondary battery of the present invention is characterized by sintering the powder material and forming an electrode layer or a solid electrolyte layer by irradiating the powder material containing a laser light absorbing component with laser light. do. In this way, the laser light-absorbing component contained in the powder material absorbs the laser light, and the powder material softens and flows, resulting in fusion bonding (sintering). Layers can be created in a short time. Further, by pinpointing a laser beam to a predetermined position, it is also possible to produce an electrode layer or a solid electrolyte layer having a fine structure.

本発明の二次電池の製造方法は、粉末材料が酸化物粉末であることが好ましい。 In the method for manufacturing a secondary battery of the present invention, the powder material is preferably an oxide powder.

本発明の二次電池の製造方法は、レーザー光吸収成分が、遷移金属酸化物及び希土類元素酸化物から選択される少なくとも1種であることが好ましい。 In the method for manufacturing a secondary battery of the present invention, the laser light absorbing component is preferably at least one selected from transition metal oxides and rare earth element oxides.

本発明の二次電池の製造方法は、レーザー光吸収成分が、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Er、Nd、Sm及びDyから選択される少なくとも1種の酸化物であることが好ましい。 In the method for manufacturing a secondary battery of the present invention, the laser light absorbing component is at least one oxide selected from Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Er, Nd, Sm, and Dy. It is preferable that

本発明の二次電池の製造方法は、粉末材料が、酸化物換算のモル%でレーザー光吸収成分を0.3~70%含有することが好ましい。 In the method for producing a secondary battery of the present invention, it is preferable that the powder material contains 0.3 to 70% of a laser light absorbing component in terms of mol% in terms of oxide.

本発明の二次電池の製造方法は、粉末材料がガラスであることが好ましい。このようにすれば、レーザー光の照射により粉末材料を容易に軟化流動させることができる。 In the method for manufacturing a secondary battery of the present invention, it is preferable that the powder material is glass. In this way, the powder material can be easily softened and fluidized by laser beam irradiation.

本発明の二次電池の製造方法は、粉末材料が、電極活物質粉末、固体電解質粉末または固体電解質融着用粉末であることが好ましい。 In the method for manufacturing a secondary battery of the present invention, the powder material is preferably an electrode active material powder, a solid electrolyte powder, or a solid electrolyte fusion powder.

本発明の二次電池の製造方法は、レーザー光の波長が750~1600nmであることが好ましい。 In the method for manufacturing a secondary battery of the present invention, it is preferable that the wavelength of the laser light is 750 to 1600 nm.

本発明の二次電池の製造方法は、レーザー光が、半導体レーザー、YAGレーザー、YbファイバレーザーまたはYVOレーザーであることが好ましい。 In the method for manufacturing a secondary battery of the present invention, the laser light is preferably a semiconductor laser, a YAG laser, a Yb fiber laser, or a YVO 4 laser.

本発明の粉末材料は、レーザー光を照射して焼結させることにより、二次電池の電極層または固体電解質層を形成するために使用される粉末材料であって、レーザー光吸収成分を含有することを特徴とする。 The powder material of the present invention is a powder material used to form an electrode layer or a solid electrolyte layer of a secondary battery by irradiating and sintering with laser light, and contains a laser light absorbing component. It is characterized by

本発明の製造方法によれば、二次電池を構成する電極層や固体電解質層を短時間で作製することが可能であり、また微細な構造を有する電極層や固体電解質層を作製することも可能である。 According to the manufacturing method of the present invention, it is possible to manufacture electrode layers and solid electrolyte layers that constitute a secondary battery in a short time, and it is also possible to manufacture electrode layers and solid electrolyte layers that have fine structures. It is possible.

本発明の二次電池の製造方法は、レーザー光吸収成分を含有する粉末材料に対してレーザー光を照射することにより、粉末材料を焼結させ電極層または固体電解質層を形成することを特徴とする。粉末材料としては、例えば酸化物粉末が使用される。 The method for manufacturing a secondary battery of the present invention is characterized by sintering the powder material and forming an electrode layer or a solid electrolyte layer by irradiating the powder material containing a laser light absorbing component with laser light. do. For example, oxide powder is used as the powder material.

レーザー光吸収成分としては、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Er、Nd、Sm及びDyから選択される少なくとも1種の酸化物、具体的には、TiO、V、Cr、MnO、FeO、CoO、NiO、CuO等の遷移金属酸化物や、Er、Nd、Sm、Dy等の希土類元素酸化物が挙げられる。これらは単独または2種以上を混合して使用することができる。なかでもレーザー光の吸収能に優れるCuO、FeOまたはNiOが好ましい。 As the laser light absorption component, at least one oxide selected from Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Er, Nd, Sm and Dy, specifically, TiO 2 , V Oxidation of transition metal oxides such as 2 O 5 , Cr 2 O 3 , MnO, FeO, CoO, NiO, CuO, and rare earth elements such as Er 2 O 3 , Nd 2 O 3 , Sm 2 O 3 , Dy 2 O 3 Things can be mentioned. These can be used alone or in combination of two or more. Among these, CuO, FeO, or NiO, which have excellent laser light absorption ability, are preferred.

粉末材料は、組成として酸化物換算のモル%でレーザー光吸収成分を0.3~70%、0.5~60%、特に1~50%含有することが好ましい。レーザー光吸収成分の含有量が少なすぎると、レーザー光を十分に吸収することができないため、粉末材料が軟化流動せず、電極層や固体電解質層の作製が困難になる傾向がある。一方、レーザー光吸収成分の含有量が多すぎても、粉末材料が軟化流動しにくい。また後述するように、粉末材料を電極活物質粉末や固体電解質粉末等の機能性粉末として使用した場合に、当該機能性粉末としての性能が得られない恐れがある。 The powder material preferably contains 0.3 to 70%, 0.5 to 60%, particularly 1 to 50% of a laser light absorbing component in terms of mole % in terms of oxide. If the content of the laser light-absorbing component is too small, the laser light cannot be absorbed sufficiently, so the powder material does not soften and flow, which tends to make it difficult to fabricate electrode layers and solid electrolyte layers. On the other hand, even if the content of the laser light absorbing component is too large, the powder material is difficult to soften and flow. Furthermore, as will be described later, when the powder material is used as a functional powder such as an electrode active material powder or a solid electrolyte powder, there is a possibility that the performance of the functional powder may not be obtained.

粉末材料の平均粒子径は0.01~15μm、0.05~12μm、特に0.1~10μmであることが好ましい。粉末材料の平均粒子径が小さすぎると、粉末材料同士の凝集力が強くなり、ペースト化した際に分散性に劣る傾向がある。その結果、均質な電極層や固体電解質層が得にくくなる。その結果、電池の内部抵抗が大きくなり作動電圧が低下しやすくなる、あるいは、電極密度が低下して電池の単位体積あたりの容量が低下する、等の不具合が発生する恐れがある。一方、粉末材料の平均粒子径が大きすぎると、電極層及び固体電解質層の緻密性や表面平滑性に劣る傾向がある。また、粉末材料が電極活物質粉末である場合、イオン拡散性が低下して内部抵抗が大きくなる傾向がある。 The average particle diameter of the powder material is preferably 0.01 to 15 μm, 0.05 to 12 μm, particularly 0.1 to 10 μm. If the average particle diameter of the powder material is too small, the cohesive force between the powder materials becomes strong and the dispersibility tends to be poor when formed into a paste. As a result, it becomes difficult to obtain a homogeneous electrode layer or solid electrolyte layer. As a result, problems may occur, such as the internal resistance of the battery becoming larger and the operating voltage tending to decrease, or the electrode density decreasing and the capacity per unit volume of the battery decreasing. On the other hand, if the average particle diameter of the powder material is too large, the density and surface smoothness of the electrode layer and solid electrolyte layer tend to be poor. Furthermore, when the powder material is an electrode active material powder, ion diffusivity tends to decrease and internal resistance increases.

なお、本発明において、平均粒子径はD50(体積基準の平均粒子径)を意味し、レーザー回折散乱法により測定された値を指すものとする。 In the present invention, the average particle diameter means D 50 (volume-based average particle diameter), and refers to a value measured by a laser diffraction scattering method.

粉末材料としては、ガラスまたはセラミックスが挙げられる。粉末材料がガラスである場合は、軟化点が比較的低いため、レーザー光の照射により容易に軟化流動させることができる。 Powder materials include glass or ceramics. When the powder material is glass, it has a relatively low softening point, so it can be easily softened and fluidized by irradiation with laser light.

粉末材料は、例えば電極活物質粉末(結晶化前の電極活物質前駆体ガラス粉末を含む)、固体電解質粉末、固体電解質融着用粉末としての形態を取り得る。以下、主にナトリウムイオン二次電池用に関する各形態について詳細に説明する。なお、上述したレーザー光吸収成分を含有する粉末材料であれば、リチウムイオン二次電池用等の電極活物質粉末、固体電解質粉末、固体電解質融着用粉末にも、本発明を適用することができる。 The powder material can take the form of, for example, an electrode active material powder (including an electrode active material precursor glass powder before crystallization), a solid electrolyte powder, or a solid electrolyte fusion powder. Hereinafter, various embodiments mainly related to sodium ion secondary batteries will be described in detail. The present invention can also be applied to electrode active material powder, solid electrolyte powder, solid electrolyte fusion powder for lithium ion secondary batteries, etc., as long as the powder material contains the above-mentioned laser light absorbing component. .

(1)粉末材料が電極活物質粉末である場合
正極活物質粉末としては、例えばリン酸塩、珪酸塩及びホウ酸塩のうち少なくとも一種を含み、ナトリウムを吸蔵・放出可能であるもの、具体的には酸化物換算のモル%で、NaO 8~55%、CrO+FeO+MnO+CoO+NiO 10~70%、P+SiO+B 15~70%を含有するものが挙げられる。各成分をこのように限定した理由を以下に説明する。なお、以下の各成分の含有量に関する説明において、特に断りのない限り、「%」は「モル%」を意味する。また本明細書において、「○+○+・・・」は該当する各成分の合量を意味する。
(1) When the powder material is an electrode active material powder The positive electrode active material powder includes, for example, at least one of phosphates, silicates, and borates, and is capable of occluding and releasing sodium; Examples include those containing 8 to 55% of Na 2 O, 10 to 70% of CrO+FeO+MnO+CoO+NiO, and 15 to 70% of P 2 O 5 +SiO 2 +B 2 O 3 in terms of mol% in oxide terms. The reason why each component is limited in this way will be explained below. In addition, in the description regarding the content of each component below, unless otherwise specified, "%" means "mol%". Moreover, in this specification, "○+○+..." means the total amount of each corresponding component.

NaOは、充放電の際に正極活物質と負極活物質との間を移動するナトリウムイオンの供給源となる。NaOの含有量は8~55%、15~45%、特に25~35%であることが好ましい。NaOが少なすぎると、吸蔵及び放出に寄与するナトリウムイオンが少なくなるため、放電容量が低下する傾向にある。一方、NaOが多すぎると、NaPO等の充放電に寄与しない異種結晶が析出しやすくなるため、放電容量が低下する傾向にある。 Na 2 O serves as a source of sodium ions that move between the positive electrode active material and the negative electrode active material during charging and discharging. The content of Na 2 O is preferably 8 to 55%, 15 to 45%, particularly 25 to 35%. If there is too little Na 2 O, there will be fewer sodium ions that contribute to occlusion and release, and the discharge capacity will tend to decrease. On the other hand, if there is too much Na 2 O, foreign crystals such as Na 3 PO 4 that do not contribute to charging and discharging tend to precipitate, so that the discharge capacity tends to decrease.

CrO、FeO、MnO、CoO、NiOはレーザー光吸収成分である。また、充放電の際に各遷移元素の価数が変化してレドックス反応を起こすことにより、ナトリウムイオンの吸蔵及び放出の駆動力として作用する成分である。なかでも、NiO及びMnOは酸化還元電位を高める効果が大きい。また、FeOは充放電において特に構造を安定化させやすく、サイクル特性を向上させやすい。CrO+FeO+MnO+CoO+NiOの含有量は10~70%、15~60%、20~55%、23~50%、25~40%、特に26~36%であることが好ましい。CrO+FeO+MnO+CoO+NiOが少なすぎると、充放電に伴うレドックス反応が起こりにくくなり、吸蔵及び放出されるナトリウムイオンが少なくなるため放電容量が低下する傾向にある。またレーザー光吸収能に劣り、レーザー光を照射した際に粉末材料が十分に軟化流動しないおそれがある。一方、CrO+FeO+MnO+CoO+NiOが多すぎると、異種結晶が析出して放電容量が低下する傾向にある。 CrO, FeO, MnO, CoO, and NiO are laser light absorbing components. In addition, the valence of each transition element changes during charging and discharging, causing a redox reaction, thereby acting as a driving force for storing and releasing sodium ions. Among them, NiO and MnO have a large effect of increasing the redox potential. Moreover, FeO is particularly easy to stabilize the structure during charging and discharging, and is easy to improve cycle characteristics. The content of CrO+FeO+MnO+CoO+NiO is preferably 10-70%, 15-60%, 20-55%, 23-50%, 25-40%, particularly 26-36%. If CrO+FeO+MnO+CoO+NiO is too small, redox reactions accompanying charging and discharging become difficult to occur, and fewer sodium ions are occluded and released, which tends to reduce discharge capacity. In addition, the laser light absorption ability is poor, and there is a possibility that the powder material will not be sufficiently softened and fluidized when irradiated with laser light. On the other hand, if there is too much CrO+FeO+MnO+CoO+NiO, foreign crystals tend to precipitate and the discharge capacity decreases.

、SiO及びBは3次元網目構造を形成するため、正極活物質の構造を安定化させる効果を有する。特に、P、SiOがイオン伝導性に優れるために好ましく、Pが最も好ましい。P+SiO+Bの含有量は15~70%であり、20~60%、特に25~45%であることが好ましい。P+SiO+Bが少なすぎると、繰り返し充放電した際に放電容量が低下しやすくなる傾向にある。一方、P+SiO+Bが多すぎると、P等の充放電に寄与しない異種結晶が析出する傾向にある。なお、P、SiO及びBの各成分の含有量は各々0~70%、15~70%、20~60%、特に25~45%であることが好ましい。 Since P 2 O 5 , SiO 2 and B 2 O 3 form a three-dimensional network structure, they have the effect of stabilizing the structure of the positive electrode active material. In particular, P 2 O 5 and SiO 2 are preferred because they have excellent ionic conductivity, and P 2 O 5 is most preferred. The content of P 2 O 5 +SiO 2 +B 2 O 3 is 15 to 70%, preferably 20 to 60%, particularly 25 to 45%. If P 2 O 5 +SiO 2 +B 2 O 3 is too small, the discharge capacity tends to decrease during repeated charging and discharging. On the other hand, if P 2 O 5 +SiO 2 +B 2 O 3 is too large, foreign crystals such as P 2 O 5 that do not contribute to charging and discharging tend to precipitate. The content of each component of P 2 O 5 , SiO 2 and B 2 O 3 is preferably 0 to 70%, 15 to 70%, 20 to 60%, particularly 25 to 45%.

また、正極活物質としての効果を損なわない範囲で、上記成分に加えて種々の成分を含有させることでガラス化を容易にすることができる。このような成分としては、酸化物表記でMgO、CaO、SrO、BaO、ZnO、CuO、Al、GeO、Nb、ZrO、Sbが挙げられ、特に網目形成酸化物として働くAlや活物質成分となるVが好ましい。上記成分の含有量は、合量で0~30%、0.1~20%、特に0.5~10%であることが好ましい。 Further, vitrification can be facilitated by containing various components in addition to the above components within a range that does not impair the effect as a positive electrode active material. Such components include MgO, CaO, SrO, BaO, ZnO, CuO, Al 2 O 3 , GeO 2 , Nb 2 O 5 , ZrO 2 , and Sb 2 O 5 in oxide notation, and in particular, network formation Al 2 O 3 which acts as an oxide and V 2 O 5 which serves as an active material component are preferable. The total content of the above components is preferably 0 to 30%, 0.1 to 20%, particularly 0.5 to 10%.

負極活物質粉末としては、特にリン酸塩、珪酸塩及びホウ酸塩のうち少なくとも一種を含み、ナトリウムを吸蔵・放出可能であるもの、具体的には酸化物換算のモル%で、SnO 0~90%、Bi 0~90%、Nb 0~90%、TiO+V+Cr+MnO+FeO+CoO+NiO+CuO+Er+Nd+Sm+Dy 0.3~70%、SiO+B+P 5~75%、NaO 0~80%を含有するものが挙げられる。上記構成にすることにより、負極活物質成分であるSnイオン、Biイオン、Tiイオン、FeイオンまたはNbイオンが、Si、BまたはPを含有する酸化物マトリクス中により均一に分散した構造が形成される。また、NaOを含有することにより、より一層ナトリウムイオン伝導性に優れた材料となる。結果として、ナトリウムイオンを吸蔵及び放出する際の体積変化を抑制でき、より一層サイクル特性に優れた負極活物質を得ることが可能となる。 The negative electrode active material powder is particularly one that contains at least one of phosphate, silicate, and borate and is capable of absorbing and desorbing sodium, specifically, SnO 0 to 0 in terms of mol% in terms of oxide. 90%, Bi 2 O 3 0-90%, Nb 2 O 5 0-90%, TiO 2 +V 2 O 5 +Cr 2 O 3 +MnO + FeO + CoO + NiO + CuO + Er 2 O 3 +Nd 2 O 3 +Sm 2 O 3 +Dy 2 O 3 0. 3 70%, SiO 2 +B 2 O 3 +P 2 O 5 5-75%, and Na 2 O 0-80%. With the above configuration, a structure is formed in which the negative electrode active material components Sn ions, Bi ions, Ti ions, Fe ions, or Nb ions are more uniformly dispersed in the oxide matrix containing Si, B, or P. Ru. Moreover, by containing Na 2 O, the material becomes even more excellent in sodium ion conductivity. As a result, it is possible to suppress the volume change when occluding and releasing sodium ions, and it is possible to obtain a negative electrode active material with even better cycle characteristics.

負極活物質粉末の組成を上記の通り限定した理由を以下に説明する。 The reason why the composition of the negative electrode active material powder is limited as described above will be explained below.

SnO、Bi及びNbは、アルカリイオンを吸蔵及び放出するサイトとなる負極活物質成分である。これらの成分を含有させることにより、負極活物質の単位質量当たりの放電容量がより大きくなり、かつ、初回充放電時の充放電効率(充電容量に対する放電容量の比率)がより向上しやすくなる。但し、これらの成分の含有量が多すぎると、充放電時のナトリウムイオンの吸蔵及び放出に伴う体積変化を緩和できずに、サイクル特性が低下する傾向がある。以上に鑑み、各成分の含有量範囲は以下の通りとすることが好ましい。 SnO, Bi 2 O 3 and Nb 2 O 5 are negative electrode active material components that serve as sites for occluding and releasing alkali ions. By containing these components, the discharge capacity per unit mass of the negative electrode active material becomes larger, and the charge/discharge efficiency (ratio of discharge capacity to charge capacity) at the time of initial charge/discharge is more likely to be improved. However, if the content of these components is too large, the volume change accompanying storage and release of sodium ions during charging and discharging cannot be alleviated, and cycle characteristics tend to deteriorate. In view of the above, it is preferable that the content range of each component is as follows.

SnOの含有量は、0~90%、45~85%、55~75%、特に60~72%であることが好ましい。 The content of SnO is preferably 0 to 90%, 45 to 85%, 55 to 75%, particularly 60 to 72%.

Biの含有量は、0~90%、10~70%、15~65%、特に25~55%であることが好ましい。 The content of Bi 2 O 3 is preferably 0 to 90%, 10 to 70%, 15 to 65%, particularly 25 to 55%.

Nbの含有量は、0~90%、7~79%、9~69%、11~59%、13~49%、特に15~39%であることが好ましい。なお、SnO+Bi+Nbは、0~90%、5~85%、特に10~80%であることが好ましい。 The content of Nb 2 O 5 is preferably 0 to 90%, 7 to 79%, 9 to 69%, 11 to 59%, 13 to 49%, particularly 15 to 39%. Note that SnO+Bi 2 O 3 +Nb 2 O 5 is preferably 0 to 90%, 5 to 85%, particularly 10 to 80%.

TiO、V、Cr、MnO、FeO、CoO、NiO、CuO、Er、Nd、Sm及びDyはレーザー光吸収成分である。またこれらの成分は、SnO、Bi及びNbと同様、アルカリイオンを吸蔵及び放出するサイトとなる負極活物質成分として機能し得る。TiO+V+Cr+MnO+FeO+CoO+NiO+CuO+Er+Nd+Sm+Dyの含有量は0.3~70%、0.5~60%、特に1~50%であることが好ましい。これらの成分の含有量が少なすぎると、レーザー光を十分に吸収することができないため、負極活物質粉末(粉末材料)が軟化流動せず、電極層の作製が困難になる傾向がある。一方、これらの成分の含有量が多すぎても、負極活物質粉末が軟化流動せず、電極層の作製が困難になる傾向がある。また負極活物質としての性能が得られない恐れがある。 TiO 2 , V 2 O 5 , Cr 2 O 3 , MnO, FeO, CoO, NiO, CuO, Er 2 O 3 , Nd 2 O 3 , Sm 2 O 3 and Dy 2 O 3 are laser light absorbing components. Further, like SnO, Bi 2 O 3 and Nb 2 O 5 , these components can function as negative electrode active material components that serve as sites for occluding and releasing alkali ions. The content of TiO 2 +V 2 O 5 +Cr 2 O 3 +MnO+FeO+CoO+NiO+CuO+Er 2 O 3 +Nd 2 O 3 +Sm 2 O 3 +Dy 2 O 3 is 0.3 to 70%, 0.5 to 60%, especially 1 to 50%. It is preferable that there be. If the content of these components is too small, the laser light cannot be absorbed sufficiently, so that the negative electrode active material powder (powder material) does not soften and flow, which tends to make it difficult to prepare the electrode layer. On the other hand, if the content of these components is too large, the negative electrode active material powder tends to not soften and flow, making it difficult to prepare the electrode layer. Moreover, there is a possibility that the performance as a negative electrode active material may not be obtained.

SiO、B及びPは、網目形成酸化物であり、上記負極活物質成分におけるナトリウムイオンの吸蔵及び放出サイトを取り囲み、サイクル特性をより一層向上させる作用がある。なかでも、SiO及びPは、サイクル特性をより一層向上させるだけでなく、ナトリウムイオン伝導性に優れるため、レート特性をより一層向上させる効果がある。 SiO 2 , B 2 O 3 and P 2 O 5 are network-forming oxides that surround the sodium ion occlusion and release sites in the negative electrode active material component and have the effect of further improving cycle characteristics. Among them, SiO 2 and P 2 O 5 not only further improve the cycle characteristics but also have excellent sodium ion conductivity, so they have the effect of further improving the rate characteristics.

SiO+B+Pは、5~85%、6~79%、7~69%、8~59%、9~49%、特に10~39%であることが好ましい。SiO+B+Pが少なすぎると、充放電時のナトリウムイオンの吸蔵及び放出に伴う負極活物質成分の体積変化を緩和できず構造破壊を起こすため、サイクル特性が低下しやすくなる。一方、SiO+B+Pが多すぎると、相対的に負極活物質成分の含有量が少なくなり、負極活物質の単位質量当たりの充放電容量が小さくなる傾向がある。 SiO 2 +B 2 O 3 +P 2 O 5 is preferably 5 to 85%, 6 to 79%, 7 to 69%, 8 to 59%, 9 to 49%, particularly 10 to 39%. If SiO 2 + B 2 O 3 + P 2 O 5 is too small, the volume change of the negative electrode active material component due to occlusion and release of sodium ions during charging and discharging cannot be alleviated, resulting in structural destruction, which tends to deteriorate cycle characteristics. Become. On the other hand, when SiO 2 +B 2 O 3 +P 2 O 5 is too large, the content of the negative electrode active material component tends to be relatively small, and the charge/discharge capacity per unit mass of the negative electrode active material tends to be small.

なお、SiO、B及びPの各々の含有量の好ましい範囲は以下の通りである。 In addition, the preferable range of each content of SiO2 , B2O3 , and P2O5 is as follows.

SiOの含有量は、0~75%、5~75%、7~60%、10~50%、12~40%、特に20~35%であることが好ましい。SiOの含有量が多すぎると、放電容量が低下しやすくなる。 The content of SiO 2 is preferably 0 to 75%, 5 to 75%, 7 to 60%, 10 to 50%, 12 to 40%, particularly 20 to 35%. If the content of SiO 2 is too large, the discharge capacity tends to decrease.

の含有量は、5~75%、7~60%、10~50%、12~40%、特に20~35%であることが好ましい。Pの含有量が少なすぎると、上記の効果が得られにくくなる。一方、Pの含有量が多すぎると、放電容量が低下しやすくなるとともに、耐水性が低下しやすくなる。また、水系電極ペーストを作製した際に、望まない異種結晶が生じてPネットワークが切断されるため、サイクル特性が低下しやすくなる。 The content of P 2 O 5 is preferably 5 to 75%, 7 to 60%, 10 to 50%, 12 to 40%, particularly 20 to 35%. If the content of P 2 O 5 is too low, it will be difficult to obtain the above effects. On the other hand, if the content of P 2 O 5 is too high, the discharge capacity will tend to decrease, and the water resistance will also tend to decrease. Further, when a water-based electrode paste is produced, undesired foreign crystals are generated and the P 2 O 5 network is cut, so that cycle characteristics tend to deteriorate.

の含有量は、0~75%、5~75%、7~60%、10~50%、12~40%、特に20~35%であることが好ましい。Bの含有量が多すぎると、放電容量が低下しやすくなるとともに、化学的耐久性が低下しやすくなる。 The content of B 2 O 3 is preferably 0 to 75%, 5 to 75%, 7 to 60%, 10 to 50%, 12 to 40%, particularly 20 to 35%. If the content of B 2 O 3 is too high, the discharge capacity will tend to decrease, and the chemical durability will also tend to decrease.

NaOは、初回充電時に負極活物質中にナトリウムイオンを吸収させにくくさせることにより、初回放電容量を向上させる成分である。また、ナトリウムイオン伝導性を高め、負極の作動電圧を低下させる効果もある。NaOの含有量は0~80%、1~70%、特に5~60%であることが好ましい。NaOの含有量が多すぎると、ナトリウムイオンを含む異種結晶(Na、NaPO等)が多量に形成され、サイクル特性が低下しやすくなる。また活物質成分の含有量が相対的に少なくなるため、放電容量が低下する傾向にある。 Na 2 O is a component that improves the initial discharge capacity by making it difficult for sodium ions to be absorbed into the negative electrode active material during initial charging. It also has the effect of increasing sodium ion conductivity and lowering the operating voltage of the negative electrode. The content of Na 2 O is preferably 0 to 80%, 1 to 70%, particularly 5 to 60%. If the content of Na 2 O is too high, a large amount of heterogeneous crystals (Na 4 P 2 O 7 , NaPO 4 , etc.) containing sodium ions are formed, and the cycle characteristics tend to deteriorate. Furthermore, since the content of the active material component becomes relatively small, the discharge capacity tends to decrease.

なお、電極活物質粉末に、後述する固体電解質粉末や、カーボン粉末等の導電助剤を混合して、電極合材として使用してもよい。 Note that the electrode active material powder may be mixed with a conductive additive such as solid electrolyte powder or carbon powder, which will be described later, and used as an electrode mixture.

(2)粉末材料が固体電解質粉末である場合
固体電解質粉末としては、酸化物換算のモル%で、NaO 1~80%、SiO+B+P 1~80%、TiO+V+Cr+MnO+FeO+CoO+NiO+CuO+Er+Nd+Sm+Dy 0.3~70%、を含有するものが挙げられる。各成分をこのように限定した理由を以下に説明する。
(2) When the powder material is a solid electrolyte powder As a solid electrolyte powder, Na 2 O 1-80%, SiO 2 +B 2 O 3 +P 2 O 5 1-80%, TiO 2 +V 2 O 5 +Cr 2 O 3 +MnO+FeO+CoO+NiO+CuO+Er 2 O 3 +Nd 2 O 3 +Sm 2 O 3 + Dy 2 O 3 0.3 to 70%. The reason why each component is limited in this way will be explained below.

NaOはナトリウムイオン伝導性を高める成分である。NaOの含有量は1~80%、5~70%、特に10~60%であることが好ましい。NaOの含有量は0~80%、1~70%、特に5~60%であることが好ましい。NaOの含有量が少なすぎると、ナトリウムイオン伝導性に劣る傾向がある。一方、NaOの含有量が多すぎても、かえってナトリウムイオン伝導性に劣る傾向がある。 Na 2 O is a component that increases sodium ion conductivity. The content of Na 2 O is preferably 1 to 80%, 5 to 70%, particularly 10 to 60%. The content of Na 2 O is preferably 0 to 80%, 1 to 70%, particularly 5 to 60%. If the content of Na 2 O is too low, sodium ion conductivity tends to be poor. On the other hand, if the content of Na 2 O is too high, the sodium ion conductivity tends to be rather poor.

SiO、B及びPは、網目形成酸化物であり、網目形成酸化物であり、固体電解質粉末の軟化流動性を高める成分である。またナトリウムイオン伝導性を向上させる効果もある。SiO+B+Pは、1~80%、5~79%、10~79%、特に20~69%であることが好ましい。SiO+B+Pが少なすぎると、軟化流動しにくくなったり、化学的耐久性が低下する傾向がある。一方、SiO+B+Pの含有量が多すぎると、ナトリウムイオン伝導性が低下する傾向がある。 SiO 2 , B 2 O 3 and P 2 O 5 are network-forming oxides, and are components that enhance the softening fluidity of the solid electrolyte powder. It also has the effect of improving sodium ion conductivity. SiO 2 +B 2 O 3 +P 2 O 5 is preferably 1 to 80%, 5 to 79%, 10 to 79%, particularly 20 to 69%. If SiO 2 +B 2 O 3 +P 2 O 5 is too small, it tends to become difficult to soften and flow, and chemical durability tends to decrease. On the other hand, if the content of SiO 2 +B 2 O 3 +P 2 O 5 is too large, sodium ion conductivity tends to decrease.

なお、SiO、B及びPの各成分の含有量は、0~80%、1~80%、5~79%、10~79%、特に20~69%であることが好ましい。 The content of each component of SiO 2 , B 2 O 3 and P 2 O 5 should be 0 to 80%, 1 to 80%, 5 to 79%, 10 to 79%, especially 20 to 69%. is preferred.

TiO、V、Cr、MnO、FeO、CoO、NiO、CuO、Er、Nd、Sm及びDyはレーザー光吸収成分である。TiO+V+Cr+MnO+FeO+CoO+NiO+CuO+Er+Nd+Sm+Dyの含有量は0.3~70%、0.5~60%、特に1~50%であることが好ましい。これらの成分の含有量が少なすぎると、レーザー光を十分に吸収することができないため、固体電解質粉末(粉末材料)が軟化流動せず、固体電解質層の作製が困難になる傾向がある。一方、これらの成分の含有量が多すぎても、固体電解質粉末が軟化流動せず、固体電解質層の作製が困難になる傾向がある。また固体電解質としての性能が得られない恐れがある。 TiO 2 , V 2 O 5 , Cr 2 O 3 , MnO, FeO, CoO, NiO, CuO, Er 2 O 3 , Nd 2 O 3 , Sm 2 O 3 and Dy 2 O 3 are laser light absorbing components. The content of TiO 2 +V 2 O 5 +Cr 2 O 3 +MnO+FeO+CoO+NiO+CuO+Er 2 O 3 +Nd 2 O 3 +Sm 2 O 3 +Dy 2 O 3 is 0.3 to 70%, 0.5 to 60%, especially 1 to 50%. It is preferable that there be. If the content of these components is too small, laser light cannot be absorbed sufficiently, so the solid electrolyte powder (powder material) does not soften and flow, which tends to make it difficult to produce a solid electrolyte layer. On the other hand, if the content of these components is too large, the solid electrolyte powder tends to not soften and flow, making it difficult to produce a solid electrolyte layer. Furthermore, there is a possibility that the performance as a solid electrolyte may not be obtained.

(3)粉末材料が固体電解質融着用粉末である場合
固体電解質融着用粉末としては、酸化物換算のモル%で、NaO 0~80%、SiO+B+P 1~80%、TiO+V+Cr+MnO+FeO+CoO+NiO+CuO+Er+Nd+Sm+Dy 0.3~70%、を含有するものが挙げられる。各成分をこのように限定した理由を以下に説明する。
(3) When the powder material is a solid electrolyte fusion powder The solid electrolyte fusion powder contains 0 to 80% Na 2 O, SiO 2 + B 2 O 3 + P 2 O 5 1 to 80% in terms of oxide mole%. 80%, TiO 2 +V 2 O 5 +Cr 2 O 3 +MnO+FeO+CoO+NiO+CuO+Er 2 O 3 +Nd 2 O 3 +Sm 2 O 3 +Dy 2 O 3 0.3 to 70%. The reason why each component is limited in this way will be explained below.

NaOはナトリウムイオン伝導性を高める成分である。NaOの含有量は0~80%、1~80%、5~70%、特に10~60%であることが好ましい。NaOの含有量が多すぎても、かえってナトリウムイオン伝導性に劣る傾向がある。 Na 2 O is a component that increases sodium ion conductivity. The content of Na 2 O is preferably 0 to 80%, 1 to 80%, 5 to 70%, particularly 10 to 60%. Even if the content of Na 2 O is too high, the sodium ion conductivity tends to be rather poor.

SiO、B及びPは、網目形成酸化物であり、固体電解質融着用粉末の軟化流動性を高める成分である。またナトリウムイオン伝導性を向上させる効果もある。SiO+B+Pは、1~80%、5~79%、10~79%、特に20~69%であることが好ましい。SiO+B+Pが少なすぎると、軟化流動しにくくなったり、化学的耐久性が低下する傾向がある。一方、SiO+B+Pの含有量が多すぎると、ナトリウムイオン伝導性が低下する傾向がある。 SiO 2 , B 2 O 3 and P 2 O 5 are network-forming oxides, and are components that enhance the softening fluidity of the powder for solid electrolyte fusion. It also has the effect of improving sodium ion conductivity. SiO 2 +B 2 O 3 +P 2 O 5 is preferably 1 to 80%, 5 to 79%, 10 to 79%, particularly 20 to 69%. If SiO 2 +B 2 O 3 +P 2 O 5 is too small, it tends to become difficult to soften and flow, and chemical durability tends to decrease. On the other hand, if the content of SiO 2 +B 2 O 3 +P 2 O 5 is too large, sodium ion conductivity tends to decrease.

なお、SiO、B及びPの各成分の含有量は、0~80%、1~80%、5~79%、10~79%、特に20~69%であることが好ましい。 The content of each component of SiO 2 , B 2 O 3 and P 2 O 5 should be 0 to 80%, 1 to 80%, 5 to 79%, 10 to 79%, especially 20 to 69%. is preferred.

TiO、V、Cr、MnO、FeO、CoO、NiO、CuO、Er、Nd、Sm及びDyはレーザー光吸収成分である。TiO+V+Cr+MnO+FeO+CoO+NiO+CuO+Er+Nd+Sm+Dyの含有量は0.3~70%、0.5~60%、特に1~50%であることが好ましい。これらの成分の含有量が少なすぎると、レーザー光を十分に吸収することができないため、固体電解質融着用粉末(粉末材料)が軟化流動せず、固体電解質層の作製が困難になる傾向がある。一方、これらの成分の含有量が多すぎても、固体電解質融着用粉末が軟化流動せず、固体電解質層の作製が困難になる傾向がある。 TiO 2 , V 2 O 5 , Cr 2 O 3 , MnO, FeO, CoO, NiO, CuO, Er 2 O 3 , Nd 2 O 3 , Sm 2 O 3 and Dy 2 O 3 are laser light absorbing components. The content of TiO 2 +V 2 O 5 +Cr 2 O 3 +MnO+FeO+CoO+NiO+CuO+Er 2 O 3 +Nd 2 O 3 +Sm 2 O 3 +Dy 2 O 3 is 0.3 to 70%, 0.5 to 60%, especially 1 to 50%. It is preferable that there be. If the content of these components is too low, the laser light cannot be absorbed sufficiently, so the solid electrolyte fusion powder (powder material) will not soften and flow, making it difficult to create a solid electrolyte layer. . On the other hand, if the content of these components is too large, the solid electrolyte fusion powder does not soften and flow, and it tends to be difficult to prepare a solid electrolyte layer.

レーザー光は近赤外領域~赤外領域、具体的には波長750~1600nm、900~1400nm、950~1200nm、特に1000~1100nmであると、レーザー光吸収成分に吸収させやすいため好ましい。 It is preferable that the laser beam has a wavelength in the near-infrared region to the infrared region, specifically, a wavelength of 750 to 1,600 nm, 900 to 1,400 nm, 950 to 1,200 nm, and especially 1,000 to 1,100 nm because it is easily absorbed by the laser light absorption component.

レーザー光としては、上記のような領域の波長の光を照射できるものであることが好ましく、例えば半導体レーザー、YAGレーザー、Ybファイバレーザー、YVOレーザーが挙げられる。 The laser beam is preferably one that can irradiate light with a wavelength in the above range, and includes, for example, a semiconductor laser, a YAG laser, a Yb fiber laser, and a YVO 4 laser.

なお粉末材料は、レーザー光照射後に必要に応じて、所定の温度及び雰囲気で焼成を行って結晶化させてもよい。 Note that the powder material may be crystallized by firing at a predetermined temperature and atmosphere as necessary after the laser beam irradiation.

以下、本発明を実施例に基づいて詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be explained in detail based on Examples, but the present invention is not limited to these Examples.

(実施例1-1~1-11:粉末材料が正極活物質前駆体ガラス粉末である実施例)
(a)正極活物質前駆体粉末の作製
表1は実施例1-1~1-11を示す。
(Examples 1-1 to 1-11: Examples in which the powder material is positive electrode active material precursor glass powder)
(a) Preparation of positive electrode active material precursor powder Table 1 shows Examples 1-1 to 1-11.

Figure 0007345748000001
Figure 0007345748000001

表1に示す組成になるよう、原料バッチを調製した。原料としては、炭酸ナトリウム(NaCO)、メタリン酸ナトリウム(NaPO)、リン酸二水素ナトリウム(NaHPO)、液体リン酸(HPO)、酸化ニッケル(NiO)、シュウ酸鉄(FeC)、酸化マンガン(MnO)、酸化マグネシウム(MgO)またはシリカ(SiO)を使用した。原料バッチを黒鉛坩堝に入れて、窒素雰囲気中1200℃で1時間溶融し、得られた溶融ガラスを水冷ローラーに流し込んで急冷することでフィルム状ガラスを得た。フィルム状ガラスをボールミルで粉砕することで、平均粒子径D50が0.6μmの正極活物質前駆体ガラス粉末(粉末材料)を得た。なお本実施例において、粉末材料中のレーザー光吸収成分はNiO、FeO、MnOである。 A raw material batch was prepared to have the composition shown in Table 1. Raw materials include sodium carbonate (Na 2 CO 3 ), sodium metaphosphate (NaPO 3 ), sodium dihydrogen phosphate (NaH 2 PO 4 ), liquid phosphoric acid (H 3 PO 4 ), nickel oxide (NiO), and Iron acid (FeC 2 O 4 ), manganese oxide (MnO), magnesium oxide (MgO) or silica (SiO 2 ) were used. The raw material batch was placed in a graphite crucible and melted at 1200° C. for 1 hour in a nitrogen atmosphere, and the resulting molten glass was poured into a water-cooled roller and rapidly cooled to obtain a film-like glass. A positive electrode active material precursor glass powder (powder material) having an average particle diameter D50 of 0.6 μm was obtained by pulverizing the film-like glass with a ball mill. In this example, the laser light absorbing components in the powder material are NiO, FeO, and MnO.

(b)固体電解質粉末の作製
β’’-アルミナまたはNASICON結晶(NaZrPSi12)をボールミルで粉砕して空気分級することで、平均粒子径2.5μmの固体電解質粉末を得た。
(b) Preparation of solid electrolyte powder Solid electrolyte powder with an average particle size of 2.5 μm was obtained by crushing β''-alumina or NASICON crystal (Na 3 Zr 2 PSi 2 O 12 ) with a ball mill and air classification. Ta.

(c)正極合材ペーストの作製
正極活物質前駆体ガラス粉末、固体電解質粉末、導電助剤としてアセチレンブラックを、質量比で71:25:4の割合で混合して正極合材を得た。正極合材100質量部に対して、バインダとしてポリプロピレンカーボネート(PPC)10質量部を添加し、溶剤としてN-メチルピロリドンを固形分濃度(正極合材及びバインダの合量)が60質量%になるように添加し、混練することで正極合材ペーストを作製した。
(c) Preparation of positive electrode composite material paste A positive electrode composite material was obtained by mixing a positive electrode active material precursor glass powder, a solid electrolyte powder, and acetylene black as a conductive additive in a mass ratio of 71:25:4. To 100 parts by mass of the positive electrode composite material, 10 parts by mass of polypropylene carbonate (PPC) is added as a binder, and N-methylpyrrolidone is used as a solvent so that the solid content concentration (total amount of the positive electrode composite material and binder) is 60% by mass. A positive electrode composite paste was prepared by adding and kneading the mixture as follows.

(d)正極合材層の形成
正極合材ペーストを、正極合材中に用いた固体電解質粉末と同じ材質の厚み0.5mmの固体電解質層(固体電解質シート)上に、長さ4mm、線幅0.8mm、厚さ70μmとなるように印刷塗布することにより正極合材層を形成した。正極合材層に対して、大気中350℃で1時間焼成することでバインダ及び溶剤を除去した後、波長1080nmのYbファイバレーザーを用いて表1に記載の条件でレーザー光を照射した。SEM(走査型電子顕微鏡)観察により、レーザー光によりガラス粉末である正極活物質前駆体ガラス粉末が軟化流動し、正極合材同士、及び、正極合材層と固体電解質層が融着接合がされているのが確認できたものを「可」、正極活物質前駆体ガラス粉末が軟化流動せず融着接合されていなかったものを「否」として評価した。
(d) Formation of positive electrode composite layer The positive electrode composite paste was placed on a 0.5 mm thick solid electrolyte layer (solid electrolyte sheet) made of the same material as the solid electrolyte powder used in the positive electrode composite material, and a 4 mm long wire A positive electrode composite material layer was formed by printing and coating to have a width of 0.8 mm and a thickness of 70 μm. After removing the binder and solvent from the positive electrode composite layer by baking it in the air at 350° C. for 1 hour, it was irradiated with laser light under the conditions listed in Table 1 using a Yb fiber laser with a wavelength of 1080 nm. SEM (scanning electron microscopy) observation shows that the glass powder, which is a positive electrode active material precursor, is softened and fluidized by laser light, and the positive electrode composite materials and the positive electrode composite layer and solid electrolyte layer are fused and bonded. Those in which it was confirmed that the positive electrode active material precursor glass powder was not softened and flowed and were not fused and bonded were evaluated as "fail".

(e)試験電池の作製
正極合材層に対し、表1に記載の結晶化条件で焼成を行い、正極合材層中の正極活物質前駆体を結晶化させて正極活物質とした。X線回折装置により、正極合材層中の正極活物質結晶を同定した結果を表1に示す。なお正極活物質結晶の他、いずれの試料においても固体電解質由来の結晶が確認された。
(e) Preparation of test battery The positive electrode composite layer was fired under the crystallization conditions listed in Table 1 to crystallize the positive electrode active material precursor in the positive electrode composite layer to obtain a positive electrode active material. Table 1 shows the results of identifying the positive electrode active material crystals in the positive electrode composite material layer using an X-ray diffraction apparatus. In addition to the positive electrode active material crystals, crystals derived from the solid electrolyte were confirmed in all samples.

正極合材層表面に集電体である金属アルミニウム薄膜をスパッタ法により形成した後、固体電解質層の正極合材層が形成された面と反対側の面に金属ナトリウムを貼り付けCR2032型試験電池を作製した。試験電池について充放電試験を行ったところ、作動することが確認できた。 After forming a metal aluminum thin film as a current collector on the surface of the positive electrode composite layer by sputtering, metallic sodium was pasted on the surface of the solid electrolyte layer opposite to the surface on which the positive electrode composite layer was formed to form a CR2032 type test battery. was created. When the test battery was subjected to a charge/discharge test, it was confirmed that it worked.

(実施例2-1~2-10:粉末材料が正極活物質前駆体結晶粉末である実施例)
表2は実施例2-1~2-10を示す。
(Examples 2-1 to 2-10: Examples in which the powder material is positive electrode active material precursor crystal powder)
Table 2 shows Examples 2-1 to 2-10.

Figure 0007345748000002
Figure 0007345748000002

(a)正極活物質粉末の作製
表2に示す組成になるよう原料バッチを調製し、実施例1-1~1-11と同様にしてフィルム状ガラスを得た。フィルム状ガラスを窒素またはアルゴンの不活性雰囲気中、あるいは水素と不活性ガスの混合ガス雰囲気中、500~600℃で予め結晶化させた後、ボールミルで粉砕することで平均粒子径D50が0.8μmの正極活物質前駆体結晶粉末(粉末材料)を得た。なお本実施例において、粉末材料中のレーザー光吸収成分はNiO、FeO、MnOである。
(a) Preparation of positive electrode active material powder A raw material batch was prepared to have the composition shown in Table 2, and film glass was obtained in the same manner as in Examples 1-1 to 1-11. Film glass is pre-crystallized at 500 to 600°C in an inert atmosphere of nitrogen or argon, or a mixed gas atmosphere of hydrogen and an inert gas, and then pulverized with a ball mill to reduce the average particle size D50 to 0. .8 μm positive electrode active material precursor crystal powder (powder material) was obtained. In this example, the laser light absorbing components in the powder material are NiO, FeO, and MnO.

(b)固体電解質粉末の作製
NASICON結晶(NaZrPSi12)をボールミルで粉砕し空気分級することで平均粒子径2.5μmの固体電解質粉末を得た。
(b) Preparation of solid electrolyte powder NASICON crystal (Na 3 Zr 2 PSi 2 O 12 ) was ground in a ball mill and air classified to obtain a solid electrolyte powder with an average particle size of 2.5 μm.

(c)正極合材ペーストの作製
正極活物質前駆体ガラス粉末の代わりに、上記(a)で得られた正極活物質前駆体結晶粉末を使用したこと以外は、実施例1-1~1-11と同様にして正極合材ペーストを作製した。
(c) Preparation of positive electrode composite paste Examples 1-1 to 1- except that the positive electrode active material precursor crystal powder obtained in (a) above was used instead of the positive electrode active material precursor glass powder. A positive electrode composite paste was prepared in the same manner as in Example 11.

(d)正極合材層の形成
正極合材ペーストを、正極合材中に用いた固体電解質粉末と同じ材質の厚み0.5mmの固体電解質層(固体電解質シート)上に、長さ4mm、線幅0.8mm、厚さ70μmとなるように印刷塗布することにより正極合材層を形成した。正極合材層に対して、大気中350℃で1時間焼成することでバインダ及び溶剤を除去した後、波長1080nmのYbファイバレーザーを用いて表2に記載の条件でレーザー光を照射した。ここで各実施例とも、レーザー照射により正極活物質前駆体結晶粉末が融解して非晶質となり、正極合材同士、及び、正極合材層と固体電解質層が融着接合がされていることが確認された。
(d) Formation of positive electrode composite layer The positive electrode composite paste was placed on a 0.5 mm thick solid electrolyte layer (solid electrolyte sheet) made of the same material as the solid electrolyte powder used in the positive electrode composite material, and a 4 mm long wire A positive electrode composite material layer was formed by printing and coating to have a width of 0.8 mm and a thickness of 70 μm. After removing the binder and solvent from the positive electrode composite layer by baking it in the air at 350° C. for 1 hour, it was irradiated with laser light under the conditions listed in Table 2 using a Yb fiber laser with a wavelength of 1080 nm. In each example, the positive electrode active material precursor crystal powder is melted by laser irradiation and becomes amorphous, and the positive electrode composite materials and the positive electrode composite layer and solid electrolyte layer are fused and bonded. was confirmed.

(e)試験電池の作製
正極合材層に対し、表2に記載の結晶化条件で焼成を行った。これにより、レーザー照射により溶解して非晶質化した正極活物質前駆体結晶粉末を結晶化させて正極活物質とした。X線回折装置により、正極合材層中の正極活物質結晶を同定した結果を表2に示す。なお正極活物質結晶の他、いずれの試料においても固体電解質由来の結晶が確認された。
その後、実施例1-1~1-11と同様の手順で試験電池を作製し、充放電試験を行ったところ、作動することが確認できた。
(e) Preparation of test battery The positive electrode composite material layer was fired under the crystallization conditions listed in Table 2. As a result, the positive electrode active material precursor crystal powder, which had been melted and amorphized by laser irradiation, was crystallized to form a positive electrode active material. Table 2 shows the results of identifying the positive electrode active material crystals in the positive electrode composite material layer using an X-ray diffraction device. In addition to the positive electrode active material crystals, crystals derived from the solid electrolyte were confirmed in all samples.
Thereafter, test batteries were prepared in the same manner as in Examples 1-1 to 1-11, and when a charge/discharge test was performed, it was confirmed that they worked.

(実施例3-1~3-2:粉末材料が負極活物質粉末である実施例)
表3は実施例3-1~3-2を示す。
(Examples 3-1 to 3-2: Examples in which the powder material is negative electrode active material powder)
Table 3 shows Examples 3-1 to 3-2.

Figure 0007345748000003
Figure 0007345748000003

(a)負極活物質粉末の作製
表3に示す組成になるよう、原料バッチを調製した。原料としては、炭酸ナトリウム(NaCO)、酸化ビスマス(Bi)、酸化エルビウム(Er)、酸化銅(CuO)、酸化ホウ素(B)またはシリカ(SiO)を使用した。原料バッチを白金坩堝に入れて、1100℃で1時間溶融し、得られた溶融ガラスを水冷ローラーに流し込んで急冷することでフィルム状ガラスを得た。フィルム状ガラスをボールミルで粉砕することで、平均粒子径D50が0.8μmの負極活物質粉末(粉末材料)を得た。なお本実施例において、粉末材料中のレーザー光吸収成分はEr、CuOである。
(a) Preparation of negative electrode active material powder A raw material batch was prepared to have the composition shown in Table 3. Raw materials include sodium carbonate (Na 2 CO 3 ), bismuth oxide (Bi 2 O 3 ), erbium oxide (Er 2 O 3 ), copper oxide (CuO), boron oxide (B 2 O 3 ), or silica (SiO 2 )It was used. A raw material batch was placed in a platinum crucible and melted at 1100° C. for 1 hour, and the resulting molten glass was poured into a water-cooled roller and rapidly cooled to obtain a film-like glass. A negative electrode active material powder (powder material) having an average particle diameter D50 of 0.8 μm was obtained by pulverizing the film-like glass with a ball mill. In this example, the laser light absorbing components in the powder material are Er 2 O 3 and CuO.

(b)固体電解質粉末の作製
β’’-アルミナをボールミルで粉砕し空気分級することで平均粒子径2.5μmの固体電解質粉末を得た。
(b) Preparation of solid electrolyte powder β''-alumina was ground in a ball mill and air classified to obtain a solid electrolyte powder with an average particle size of 2.5 μm.

(c)負極合材ペーストの作製
負極活物質粉末、固体電解質粉末、導電助剤としてアセチレンブラックを、質量比で89:10:1の割合で混合して負極合材を得た。負極合材100質量部に対して、バインダとしてポリプロピレンカーボネート7質量部を添加し、溶剤としてN-メチルピロリドンを固形分濃度(負極合材及びバインダの合量)が65質量%になるように添加し、混練することで負極合材ペーストを作製した。
(c) Preparation of negative electrode composite material paste A negative electrode composite material was obtained by mixing negative electrode active material powder, solid electrolyte powder, and acetylene black as a conductive additive in a mass ratio of 89:10:1. To 100 parts by mass of the negative electrode composite material, 7 parts by mass of polypropylene carbonate was added as a binder, and N-methylpyrrolidone was added as a solvent so that the solid content concentration (total amount of negative electrode composite material and binder) was 65% by mass. A negative electrode composite material paste was prepared by kneading the mixture.

(d)負極合材層の形成
負極合材ペーストを、負極合材中に用いた固体電解質粉末と同じ材質の厚み0.5mmの固体電解質層(固体電解質シート)上に、長さ4mm、線幅0.8mm、厚さ70μmとなるように印刷塗布することにより負極合材層を形成した。負極合材層に対して、大気中320℃で1時間焼成することで、バインダ及び有機溶剤を除去した後、波長1080nmのYbファイバレーザーを用いて表3に記載の条件でレーザー光を照射した。ここで各実施例とも、レーザー照射により負極活物質粉末が融解流動して、負極合材同士、及び、負極合材層と固体電解質層が融着接合がされていることが確認された。また、X線回折装置により負極合材層における結晶の同定を行った結果、いずれの試料においても負極活物質は非晶質であることが確認されるとともに、固体電解質粉末由来の結晶が確認された。
(d) Formation of negative electrode composite material layer A negative electrode composite material paste is placed on a 0.5 mm thick solid electrolyte layer (solid electrolyte sheet) made of the same material as the solid electrolyte powder used in the negative electrode composite material, and a 4 mm long wire A negative electrode composite layer was formed by printing and coating to a width of 0.8 mm and a thickness of 70 μm. The negative electrode composite layer was baked in the air at 320°C for 1 hour to remove the binder and organic solvent, and then irradiated with laser light under the conditions listed in Table 3 using a Yb fiber laser with a wavelength of 1080 nm. . In each of the examples, it was confirmed that the negative electrode active material powder melted and flowed due to laser irradiation, and the negative electrode composite materials and the negative electrode composite material layer and the solid electrolyte layer were fused and bonded. In addition, as a result of identifying the crystals in the negative electrode composite material layer using an X-ray diffraction device, it was confirmed that the negative electrode active material was amorphous in all samples, and crystals derived from the solid electrolyte powder were confirmed. Ta.

(e)試験電池の作製
負極合材層表面に集電体である金属アルミニウム薄膜をスパッタ法により形成した後、固体電解質層の負極合材層が形成された面と反対側の面に金属ナトリウムを貼り付けCR2032型試験電池を作製した。試験電池について充放電試験を行ったところ、作動することが確認できた。
(e) Preparation of test battery After forming a metal aluminum thin film as a current collector on the surface of the negative electrode composite layer by sputtering, metallic sodium A CR2032 type test battery was prepared. When the test battery was subjected to a charge/discharge test, it was confirmed that it worked.

(実施例4-1~4-3:粉末材料が固体電解質融着用粉末である実施例)
表4は実施例4-1~4-3を示す。
(Examples 4-1 to 4-3: Examples in which the powder material is a powder for solid electrolyte fusion)
Table 4 shows Examples 4-1 to 4-3.

Figure 0007345748000004
Figure 0007345748000004

(a)固体電解質融着用粉末の作製
表4に示す組成になるよう原料バッチを調製し、実施例1-1~1-11と同様にしてフィルム状ガラスを得た。フィルム状ガラスをボールミルで粉砕することで平均粒子径D50が1.5μmの固体電解質融着用粉末(粉末材料)を得た。なお本実施例において、粉末材料中のレーザー光吸収成分はCuOである。
(a) Preparation of Solid Electrolyte Fusion Powder A raw material batch was prepared to have the composition shown in Table 4, and film glass was obtained in the same manner as in Examples 1-1 to 1-11. A solid electrolyte fusion powder (powder material) having an average particle diameter D50 of 1.5 μm was obtained by pulverizing the film-like glass with a ball mill. In this example, the laser light absorbing component in the powder material is CuO.

(b)固体電解質粉末の作製
NASICON結晶(NaZrPSi12)をボールミルで粉砕し空気分級することで平均粒子径2.5μmの固体電解質粉末を得た。
(b) Preparation of solid electrolyte powder NASICON crystal (Na 3 Zr 2 PSi 2 O 12 ) was ground in a ball mill and air classified to obtain a solid electrolyte powder with an average particle size of 2.5 μm.

(c)固体電解質合材ペーストの作製
固体電解質粉末と固体電解質融着用粉末を、質量比72:28で混合して固体電解質合材を作製した。固体電解質合材100質量部に対して、バインダとしてポリプロピレンカーボネート10質量部を添加し、溶剤としてN-メチルピロリドンを固形分濃度(固体電解質合材及びバインダの合量)が70質量%になるように添加し、混練することで固体電解質合材ペーストを作製した。
(c) Preparation of solid electrolyte mixture paste A solid electrolyte mixture was prepared by mixing solid electrolyte powder and solid electrolyte fusion powder at a mass ratio of 72:28. To 100 parts by mass of the solid electrolyte mixture, 10 parts by mass of polypropylene carbonate was added as a binder, and N-methylpyrrolidone was added as a solvent so that the solid content concentration (total amount of solid electrolyte mixture and binder) was 70% by mass. A solid electrolyte mixture paste was prepared by adding the mixture to the solid electrolyte mixture and kneading it.

(d)正極合材層の作製
実施例1-1~1-11で作製した正極合材ペーストをポリエチレンテレフタレート(PET)シート上に厚さ100μmで塗布し、大気中80℃で1時間乾燥して正極合材グリーンシートを作製した。正極合材グリーンシートをプレスし、45mm×45mmのサイズに切断してPETシートから離型した後、H/N=4/96(体積%)雰囲気中、500℃で焼成することにより結晶化させて正極合材層(正極合材シート)を作製した。
(d) Preparation of positive electrode composite material layer The positive electrode composite material paste prepared in Examples 1-1 to 1-11 was applied to a thickness of 100 μm on a polyethylene terephthalate (PET) sheet, and dried in the air at 80°C for 1 hour. A positive electrode composite green sheet was prepared. After pressing the positive electrode composite green sheet, cutting it into a size of 45 mm x 45 mm and releasing it from the PET sheet, it is crystallized by firing at 500°C in an atmosphere of H 2 /N 2 = 4/96 (volume %). A positive electrode composite material layer (positive electrode composite material sheet) was prepared.

(e)固体電解質合材層の形成
正極合材層の表面に固体電解質合材ペーストを、長さ20mm、線幅0.8mm、厚み150μmのラインが30列×2行、間隔0.5mmで並ぶように印刷塗布することにより固体電解質合材層を形成した。固体電解質合材層を大気中80℃で乾燥し、窒素中350℃で焼成することでバインダ及び有機溶剤を除去した後、波長1080nmのYbファイバレーザーを用いて表4に記載の条件でレーザー光を照射した。ここで各実施例とも、レーザー照射により固体電解質融着用粉末が軟化流動して、固体電解質合材同士、及び、正極合材層と固体電解質合材層が融着接合がされていることが確認された。
(e) Formation of solid electrolyte composite material layer Solid electrolyte composite material paste was applied to the surface of the positive electrode composite material layer in the form of 30 columns x 2 rows of lines with a length of 20 mm, a line width of 0.8 mm, and a thickness of 150 μm, with an interval of 0.5 mm. A solid electrolyte composite material layer was formed by printing and coating in a lined manner. After drying the solid electrolyte composite layer in the air at 80°C and baking it in nitrogen at 350°C to remove the binder and organic solvent, it was exposed to laser light under the conditions listed in Table 4 using a Yb fiber laser with a wavelength of 1080 nm. was irradiated. In each example, it was confirmed that the solid electrolyte fusion powder softened and flowed due to laser irradiation, and the solid electrolyte composite materials and the positive electrode composite material layer and the solid electrolyte composite material layer were fused and bonded. It was done.

(f)試験電池の作製
正極合材層の表面に集電体である金属アルミニウム薄膜をスパッタ法により形成した後、固体電解質合材層の正極合材層が形成された面と反対側の面に金属ナトリウムを貼り付けCR2032型試験電池を作製した。試験電池について充放電試験を行ったところ、作動することが確認できた。
(f) Preparation of test battery After forming a metal aluminum thin film as a current collector on the surface of the positive electrode composite layer by sputtering, the surface of the solid electrolyte composite layer opposite to the surface on which the positive electrode composite layer was formed A CR2032 type test battery was prepared by pasting metallic sodium onto the battery. When the test battery was subjected to a charge/discharge test, it was confirmed that it worked.

(実施例5-1~5-3:粉末材料が固体電解質粉末である実施例)
表5は実施例5-1~5-3を示す。
(Examples 5-1 to 5-3: Examples in which the powder material is solid electrolyte powder)
Table 5 shows Examples 5-1 to 5-3.

Figure 0007345748000005
Figure 0007345748000005

(a)固体電解質粉末の作製
実施例4-1~4-3で作製した固体電解質融着用粉末を、本実施例では固体電解質粉末(粉末材料)として使用した。
(a) Production of solid electrolyte powder The solid electrolyte fusion powders produced in Examples 4-1 to 4-3 were used as the solid electrolyte powder (powder material) in this example.

(b)固体電解質ペーストの作製
固体電解質粉末100質量部に対して、バインダとしてポリプロピレンカーボネート10質量部を添加し、溶剤としてN-メチルピロリドンを固形分濃度(固体電解質粉末及びバインダの合量)が70質量%になるように添加し、混練することで固体電解質ペーストを作製した。
(b) Preparation of solid electrolyte paste 10 parts by mass of polypropylene carbonate as a binder was added to 100 parts by mass of solid electrolyte powder, and N-methylpyrrolidone was added as a solvent until the solid content concentration (total amount of solid electrolyte powder and binder) was adjusted to 100 parts by mass. A solid electrolyte paste was prepared by adding it to a concentration of 70% by mass and kneading it.

(c)正極合材層の作製
実施例4-1~4-3で作製した正極合材層(正極合材シート)を使用した。
(c) Preparation of positive electrode composite material layer The positive electrode composite material layers (positive electrode composite material sheets) produced in Examples 4-1 to 4-3 were used.

(d)固体電解質層の形成
固体電解質合材ペーストの代わりに上記(b)で作製した固体電解質ペーストを使用したこと以外は、実施例4-1~4-3と同様にして、正極合材層上に固体電解質層を形成した。固体電解質合材層を大気中80℃で乾燥し、窒素中350℃で焼成することでバインダ及び有機溶剤を除去した後、波長1080nmのYbファイバレーザーを用いて表5に記載の条件でレーザー光を照射した。ここで各実施例とも、レーザー照射により固体電解質粉末が軟化流動して、固体電解質粉末同士、及び、正極合材層と固体電解質層が融着接合がされていることが確認された。
(d) Formation of solid electrolyte layer The positive electrode mixture was prepared in the same manner as in Examples 4-1 to 4-3, except that the solid electrolyte paste prepared in (b) above was used instead of the solid electrolyte mixture paste. A solid electrolyte layer was formed on the layer. After drying the solid electrolyte composite layer in the air at 80°C and baking it in nitrogen at 350°C to remove the binder and organic solvent, it was exposed to laser light under the conditions listed in Table 5 using a Yb fiber laser with a wavelength of 1080nm. was irradiated. In each of the examples, it was confirmed that the solid electrolyte powders were softened and fluidized by laser irradiation, and the solid electrolyte powders and the positive electrode composite layer and the solid electrolyte layer were fused and bonded.

(e)試験電池の作製
実施例4-1~4-3と同様の手順で試験電池を作製し、充放電試験を行ったところ、作動することが確認できた。
(e) Production of test batteries Test batteries were produced in the same manner as in Examples 4-1 to 4-3, and a charge/discharge test was conducted, and it was confirmed that they worked.

(比較例6-1:粉末材料が正極活物質前駆体ガラス粉末である比較例)
表6は比較例6-1を示す。
(Comparative Example 6-1: Comparative example where the powder material is positive electrode active material precursor glass powder)
Table 6 shows Comparative Example 6-1.

Figure 0007345748000006
Figure 0007345748000006

(a)正極活物質前駆体ガラス粉末の作製
表6に示す組成になるよう原料バッチを調製し、実施例1-1~1-11と同様にして平均粒子径D50が0.8μmの正極活物質前駆体ガラス粉末(粉末材料)を得た。なお本実施例において、粉末材料中にレーザー光吸収成分は含まれていない。
(a) Preparation of positive electrode active material precursor glass powder A raw material batch was prepared to have the composition shown in Table 6, and a positive electrode with an average particle diameter D50 of 0.8 μm was prepared in the same manner as in Examples 1-1 to 1-11. An active material precursor glass powder (powder material) was obtained. In this example, the powder material does not contain a laser light absorbing component.

(b)固体電解質粉末の作製
NASICON結晶(NaZrPSi12)をボールミルで粉砕し空気分級することで平均粒子径2.5μmの固体電解質粉末を得た。
(b) Preparation of solid electrolyte powder NASICON crystal (Na 3 Zr 2 PSi 2 O 12 ) was ground in a ball mill and air classified to obtain a solid electrolyte powder with an average particle size of 2.5 μm.

(c)正極合材ペーストの作製
上記(a)で得られた正極活物質前駆体ガラス粉末を使用して、実施例1-1~1-11と同様にして正極合材ペーストを作製した。
(c) Preparation of positive electrode composite paste Using the positive electrode active material precursor glass powder obtained in (a) above, positive electrode composite pastes were produced in the same manner as in Examples 1-1 to 1-11.

(d)正極合材層の形成
正極合材ペーストを、正極合材中に用いた固体電解質粉末と同じ材質の厚み0.5mmの固体電解質層(固体電解質シート)上に、長さ4mm、線幅0.8mm、厚さ70μmとなるように印刷塗布することにより正極合材層を形成した。正極合材層に対して、大気中350℃で1時間焼成することでバインダ及び溶剤を除去した後、波長1080nmのYbファイバレーザーを用いて表6に記載の条件でレーザー光を照射した。その結果、レーザー照射により正極活物質前駆体ガラス粉末が融解せず、正極合材同士、及び、正極合材層と固体電解質層が融着接合されていなかった。
(d) Formation of positive electrode composite layer The positive electrode composite paste was placed on a 0.5 mm thick solid electrolyte layer (solid electrolyte sheet) made of the same material as the solid electrolyte powder used in the positive electrode composite material, and a 4 mm long wire A positive electrode composite material layer was formed by printing and coating to have a width of 0.8 mm and a thickness of 70 μm. After removing the binder and solvent from the positive electrode composite layer by baking it in the air at 350° C. for 1 hour, it was irradiated with laser light under the conditions listed in Table 6 using a Yb fiber laser with a wavelength of 1080 nm. As a result, the positive electrode active material precursor glass powder was not melted by laser irradiation, and the positive electrode composite materials and the positive electrode composite material layer and the solid electrolyte layer were not fused and bonded.

(比較例7-1~7-2:粉末材料が負極活物質粉末である比較例)
表7は比較例7-1~7-2を示す。
(Comparative Examples 7-1 to 7-2: Comparative examples where the powder material is negative electrode active material powder)
Table 7 shows Comparative Examples 7-1 and 7-2.

Figure 0007345748000007
Figure 0007345748000007

(a)負極活物質粉末の作製
表7に示す組成になるよう原料バッチを調製し、実施例3-1~3-3と同様にして、平均粒子径D50が0.8μmの負極活物質粉末(粉末材料)を得た。なお本実施例において、粉末材料中にレーザー光吸収成分は含まれていない。
(a) Preparation of negative electrode active material powder A raw material batch was prepared to have the composition shown in Table 7, and a negative electrode active material having an average particle diameter D50 of 0.8 μm was prepared in the same manner as in Examples 3-1 to 3-3. A powder (powder material) was obtained. In this example, the powder material does not contain a laser light absorbing component.

(b)固体電解質粉末の作製
β’’-アルミナをボールミルで粉砕し空気分級することで平均粒子径2.5μmの固体電解質粉末を得た。
(b) Preparation of solid electrolyte powder β''-alumina was ground in a ball mill and air classified to obtain a solid electrolyte powder with an average particle size of 2.5 μm.

(c)負極合材ペーストの作製
上記の負極活物質粉末及び固体電解質粉末を使用し、実施例3-1~3-3と同様にして負極合材ペーストを作製した。
(c) Preparation of negative electrode composite paste A negative electrode composite paste was produced in the same manner as in Examples 3-1 to 3-3 using the above negative electrode active material powder and solid electrolyte powder.

(d)負極合材層の形成
上記負極合材ペーストを用いて実施例3-1~3-3と同様の方法で、負極合材中に用いた固体電解質粉末と同じ材質の厚み0.5mmの固体電解質層(固体電解質シート)上に負極合材層を形成した。
(d) Formation of negative electrode composite material layer Using the above negative electrode composite material paste, the same material as the solid electrolyte powder used in the negative electrode composite material was made in the same manner as in Examples 3-1 to 3-3 to a thickness of 0.5 mm. A negative electrode composite material layer was formed on the solid electrolyte layer (solid electrolyte sheet).

次に、負極合材層表面に、波長1080nmのYbファイバレーザーを用いて表7に記載の条件でレーザー光を照射した。その結果、レーザー照射により負極活物質粉末が融解せず、負極合材同士、及び、負極合材層と固体電解質層が融着接合されていなかった。 Next, the surface of the negative electrode composite material layer was irradiated with laser light under the conditions listed in Table 7 using a Yb fiber laser with a wavelength of 1080 nm. As a result, the negative electrode active material powder was not melted by laser irradiation, and the negative electrode composite materials and the negative electrode composite material layer and the solid electrolyte layer were not fused and bonded.

(比較例8-1:粉末材料が固体電解質融着用粉末である比較例)
表8は比較例8-1を示す。
(Comparative Example 8-1: Comparative example where the powder material is a powder for solid electrolyte fusion)
Table 8 shows Comparative Example 8-1.

Figure 0007345748000008
Figure 0007345748000008

(a)固体電解質融着用粉末の作製
表8に示す組成になるよう原料バッチを調製し、実施例1-1~1-11と同様にしてフィルム状ガラスを得た。フィルム状ガラスをボールミルで粉砕することで平均粒子径D50が1.5μmの固体電解質融着用粉末(粉末材料)を得た。なお本実施例において、粉末材料中にレーザー光吸収成分は含まれていない。
(a) Preparation of powder for solid electrolyte fusion A raw material batch was prepared to have the composition shown in Table 8, and film glass was obtained in the same manner as in Examples 1-1 to 1-11. A solid electrolyte fusion powder (powder material) having an average particle diameter D50 of 1.5 μm was obtained by pulverizing the film-like glass with a ball mill. In this example, the powder material does not contain a laser light absorbing component.

(b)固体電解質粉末の作製
β’’アルミナをボールミルで粉砕し空気分級することで平均粒子径2.5μmの固体電解質粉末を得た。
(b) Preparation of solid electrolyte powder Solid electrolyte powder with an average particle diameter of 2.5 μm was obtained by pulverizing β'' alumina with a ball mill and air classification.

(c)固体電解質合材ペーストの作製
上記の固体電解質融着用粉末と固体電解質粉末を用いて、実施例4-1~4-3と同様にして固体電解質合材ペーストを作製した。
(c) Preparation of solid electrolyte composite paste A solid electrolyte composite paste was produced in the same manner as in Examples 4-1 to 4-3 using the solid electrolyte fusion powder and solid electrolyte powder described above.

(d)正極合材層の作製
実施例4-1~4-3と同様にして正極合材層(正極合材シート)を作製した。
(d) Preparation of positive electrode composite material layer A positive electrode composite material layer (positive electrode composite material sheet) was produced in the same manner as in Examples 4-1 to 4-3.

(e)固体電解質合材層の形成
上記固体電解質合材ペーストを用いて実施例4-1~4-3と同様の方法で、上記正極合材層上に固体電解質合材前駆体層を形成した。
(e) Formation of solid electrolyte composite layer A solid electrolyte composite precursor layer is formed on the positive electrode composite layer using the solid electrolyte composite paste in the same manner as in Examples 4-1 to 4-3. did.

次に、固体電解質前駆体層に波長1080nmのYbファイバレーザーを用いて表8に記載の条件でレーザー光を照射した。その結果、レーザー照射により固体電解質融着用粉末が融解せず、固体電解質合材同士、及び、正極合材層と固体電解質合材層が融着接合されていなかった。 Next, the solid electrolyte precursor layer was irradiated with laser light using a Yb fiber laser with a wavelength of 1080 nm under the conditions listed in Table 8. As a result, the solid electrolyte fusion powder was not melted by laser irradiation, and the solid electrolyte composite materials and the positive electrode composite material layer and the solid electrolyte composite material layer were not fused and bonded.

本発明は、例えば、移動体通信機器、携帯用電子機器、電動自転車、電動二輪車、電気自動車等の主電源等に使用される二次電池の製造に好適である。 INDUSTRIAL APPLICATION This invention is suitable for the manufacture of the secondary battery used, for example as the main power supply of a mobile communication device, a portable electronic device, an electric bicycle, an electric two-wheeled vehicle, an electric vehicle, etc.

Claims (8)

レーザー光吸収成分を含有する粉末材料に対してレーザー光を照射することにより、前記粉末材料を焼結させ電極層を形成する二次電池の製造方法であって、
前記レーザー光吸収成分が、CrO、FeO、MnO、CoO、及びNiOからなる群から選択される少なくとも1種であり、
前記粉末材料が、酸化物換算のモル%で、Na15~55%、CrO+FeO+MnO+CoO+NiO 20~70%、P+SiO+B 15~60%を含有する正極活物質粉末である、二次電池の製造方法。
A method for manufacturing a secondary battery, comprising irradiating a powder material containing a laser light absorbing component with laser light to sinter the powder material to form an electrode layer, the method comprising:
The laser light absorption component is at least one selected from the group consisting of CrO, FeO, MnO, CoO, and NiO,
The powder material is a positive electrode active material powder containing 15 to 55% of Na 2 O, 20 to 70% of CrO+FeO+MnO+CoO+NiO, and 15 to 60 % of P 2 O 5 +SiO 2 +B 2 O 3 in terms of mol% in oxide terms. , a method for manufacturing a secondary battery.
レーザー光吸収成分を含有する粉末材料に対してレーザー光を照射することにより、前記粉末材料を焼結させ電極層を形成する二次電池の製造方法であって、
前記レーザー光吸収成分が、TiO、V、Cr、MnO、FeO、CoO、NiO、CuO、Er、Nd、Sm、及びDyからなる群から選択される少なくとも1種であり、
前記粉末材料が、酸化物換算のモル%で、B 2570%、Nb 0~49%、TiO+V+Cr+MnO+FeO+CoO+NiO+CuO+Er+Nd+Sm+Dy 0.3~50%、SiO 2050%、Na20%を含有する負極活物質粉末である、二次電池の製造方法。
A method for manufacturing a secondary battery, comprising irradiating a powder material containing a laser light absorbing component with laser light to sinter the powder material to form an electrode layer, the method comprising:
The laser light absorption component is TiO2 , V2O5 , Cr2O3 , MnO, FeO, CoO, NiO, CuO, Er2O3 , Nd2O3 , Sm2O3 , and Dy2O3 . At least one species selected from the group consisting of;
The powder material has a mole percentage of B i 2 O 3 25 to 70 %, Nb 2 O 5 0 to 49 %, TiO 2 +V 2 O 5 +Cr 2 O 3 +MnO+FeO+CoO+NiO+CuO+Er 2 O 3 +Nd 2 O 3 in terms of mol% in terms of oxides. A method for producing a secondary battery, which is a negative electrode active material powder containing +Sm 2 O 3 +Dy 2 O 3 0.3 to 50 %, SiO 2 20 to 50 %, and Na 2 O 5 to 20 %.
レーザー光吸収成分を含有する粉末材料に対してレーザー光を照射することにより、前記粉末材料を焼結させ固体電解質層を形成する二次電池の製造方法であって、
前記レーザー光吸収成分が、TiO、V、Cr、MnO、FeO、CoO、NiO、CuO、Er、Nd、Sm、及びDyからなる群から選択される少なくとも1種であり、
前記粉末材料が、酸化物換算のモル%で、NaO 1~32.7%、SiO+B+P 50~80%、TiO+V+Cr+MnO+FeO+CoO+NiO+CuO+Er+Nd+Sm+Dy 0.3~30%を含有する固体電解質粉末である、二次電池の製造方法。
A method for manufacturing a secondary battery, comprising: irradiating a powder material containing a laser light absorbing component with laser light to sinter the powder material to form a solid electrolyte layer, the method comprising:
The laser light absorption component is TiO2 , V2O5 , Cr2O3 , MnO, FeO, CoO, NiO, CuO, Er2O3 , Nd2O3 , Sm2O3 , and Dy2O3 . At least one species selected from the group consisting of;
The powder material contains Na 2 O 1 to 32.7 %, SiO 2 +B 2 O 3 +P 2 O 5 50 to 80%, TiO 2 +V 2 O 5 +Cr 2 O 3 +MnO + FeO + CoO + NiO + CuO + Er 2 in terms of mol% in terms of oxides. A method for producing a secondary battery, which is a solid electrolyte powder containing 0.3 to 30 % of O 3 + Nd 2 O 3 +Sm 2 O 3 +Dy 2 O 3.
前記レーザー光の波長が750~1600nmであることを特徴とする請求項1~3のいずれか一項に記載の二次電池の製造方法。 The method for manufacturing a secondary battery according to any one of claims 1 to 3, wherein the wavelength of the laser light is 750 to 1600 nm. 前記レーザー光が、半導体レーザー、YAGレーザー、YbファイバレーザーまたはYVOレーザーであることを特徴とする請求項1~4のいずれか一項に記載の二次電池の製造方法。 5. The method for manufacturing a secondary battery according to claim 1, wherein the laser beam is a semiconductor laser, a YAG laser, a Yb fiber laser, or a YVO 4 laser. レーザー光を照射して焼結させることにより、二次電池の電極層を形成するために使用され、レーザー光吸収成分を含有する粉末材料であって、
前記レーザー光吸収成分が、CrO、FeO、MnO、CoO、及びNiOからなる群から選択される少なくとも1種であり、
前記粉末材料が、酸化物換算のモル%で、Na15~55%、CrO+FeO+MnO+CoO+NiO 20~70%、P+SiO+B 15~60%を含有する正極活物質粉末である、粉末材料。
A powder material containing a laser light absorbing component and used to form an electrode layer of a secondary battery by irradiating and sintering with laser light,
The laser light absorption component is at least one selected from the group consisting of CrO, FeO, MnO, CoO, and NiO,
The powder material is a positive electrode active material powder containing 15 to 55% of Na 2 O, 20 to 70% of CrO+FeO+MnO+CoO+NiO, and 15 to 60 % of P 2 O 5 +SiO 2 +B 2 O 3 in terms of mol% in oxide terms. , powder material.
レーザー光を照射して焼結させることにより、二次電池の電極層を形成するために使用され、レーザー光吸収成分を含有する粉末材料であって、
前記レーザー光吸収成分が、TiO、V、Cr、MnO、FeO、CoO、NiO、CuO、Er、Nd、Sm、及びDyからなる群から選択される少なくとも1種であり、
前記粉末材料が、酸化物換算のモル%で、B 2570%、Nb 0~49%、TiO+V+Cr+MnO+FeO+CoO+NiO+CuO+Er+Nd+Sm+Dy 0.3~50%、SiO 2050%、Na20%を含有する負極活物質粉末である、粉末材料。
A powder material containing a laser light absorbing component and used to form an electrode layer of a secondary battery by irradiating and sintering with laser light,
The laser light absorption component is TiO2 , V2O5 , Cr2O3 , MnO, FeO, CoO, NiO, CuO, Er2O3 , Nd2O3 , Sm2O3 , and Dy2O3 . At least one species selected from the group consisting of;
The powder material has a mole percentage of B i 2 O 3 25 to 70 %, Nb 2 O 5 0 to 49 %, TiO 2 +V 2 O 5 +Cr 2 O 3 +MnO+FeO+CoO+NiO+CuO+Er 2 O 3 +Nd 2 O 3 in terms of mol% in terms of oxides. A powder material that is a negative electrode active material powder containing +Sm 2 O 3 +Dy 2 O 3 0.3 to 50 %, SiO 2 20 to 50 %, and Na 2 O 5 to 20 %.
レーザー光を照射して焼結させることにより、二次電池の固体電解質層を形成するために使用され、レーザー光吸収成分を含有する粉末材料であって、
前記レーザー光吸収成分が、TiO、V、Cr、MnO、FeO、CoO、NiO、CuO、Er、Nd、Sm、及びDyからなる群から選択される少なくとも1種であり、
前記粉末材料が、酸化物換算のモル%で、NaO 1~32.7%、SiO+B+P 50~80%、TiO+V+Cr+MnO+FeO+CoO+NiO+CuO+Er+Nd+Sm+Dy 0.3~30%を含有する固体電解質粉末である、粉末材料。
A powder material containing a laser light absorbing component, which is used to form a solid electrolyte layer of a secondary battery by irradiating and sintering with laser light,
The laser light absorption component is TiO2 , V2O5 , Cr2O3 , MnO, FeO, CoO, NiO, CuO, Er2O3 , Nd2O3 , Sm2O3 , and Dy2O3 . At least one species selected from the group consisting of;
The powder material contains Na 2 O 1 to 32.7 %, SiO 2 +B 2 O 3 +P 2 O 5 50 to 80%, TiO 2 +V 2 O 5 +Cr 2 O 3 +MnO + FeO + CoO + NiO + CuO + Er 2 in terms of mol% in terms of oxides. A powder material which is a solid electrolyte powder containing 0.3 to 30 % of O 3 +Nd 2 O 3 +Sm 2 O 3 +Dy 2 O 3 .
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