JP7436984B2 - Solid electrolyte composition, molded article using the same, and all-solid-state secondary battery - Google Patents

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Description

本発明は、高圧のみならず低圧でプレス成形した場合でも、優れたイオン伝導性を示す固体電解質組成物、それを用いた成形体、及び全固体二次電池に関する。 The present invention relates to a solid electrolyte composition that exhibits excellent ionic conductivity even when press-molded not only at high pressure but also at low pressure, a molded article using the same, and an all-solid-state secondary battery.

近年、蓄電デバイス、特にリチウム電池は、携帯電話やノート型パソコン等の小型電子機器、電気自動車や電力貯蔵用として広く使用されている。尚、本明細書において、リチウム電池という用語は、いわゆるリチウムイオン二次電池も含む概念として用いる。 In recent years, power storage devices, particularly lithium batteries, have been widely used in small electronic devices such as mobile phones and notebook computers, electric vehicles, and for power storage. Note that in this specification, the term lithium battery is used as a concept that also includes so-called lithium ion secondary batteries.

現在市販されているリチウム電池は、主にリチウムを吸蔵放出可能な材料を含む正極及び負極、リチウム塩と非水溶媒からなる非水電解液から構成され、非水溶媒としては、エチレンカーボネート(EC)、プロピレンカーボネート(PC)等の環状カーボネート類やジメチルカーボネート(DMC)、ジエチルカーボネート(DEC)等の鎖状カーボネート類が使用されている。リチウム電池はこのように可燃性の有機溶媒を含む電解液が使用されているため、液漏れの対策、また短絡時に発火する恐れがあることから短絡時の温度上昇を抑える安全装置の取り付け、短絡防止の構造が必要になる。
このような状況下で有機電解液に代えて、無機固体電解質を用いた全固体二次電池が注目されている。全固体電池は正極、負極および電解質すべてが固体からなるため、有機電解液を用いた電池の課題である安全性、信頼性をより改善できる可能性があり、また安全装置の簡略化が図れることから高エネルギー密度化が可能となるため、電気自動車や大型蓄電池等への応用が期待されている。
Lithium batteries currently on the market are mainly composed of positive and negative electrodes containing materials that can absorb and release lithium, and a non-aqueous electrolyte consisting of lithium salt and a non-aqueous solvent. The non-aqueous solvent is ethylene carbonate (EC). ), cyclic carbonates such as propylene carbonate (PC), and chain carbonates such as dimethyl carbonate (DMC) and diethyl carbonate (DEC). As lithium batteries use an electrolyte containing flammable organic solvents, measures must be taken to prevent leakage, and safety devices must be installed to prevent temperature rise during short circuits, as there is a risk of ignition in the event of a short circuit. A prevention structure is needed.
Under these circumstances, all-solid-state secondary batteries using inorganic solid electrolytes instead of organic electrolytes are attracting attention. Since the positive electrode, negative electrode, and electrolyte of all-solid-state batteries are all made of solid materials, it is possible to further improve safety and reliability, which is an issue with batteries that use organic electrolytes, and it is also possible to simplify safety devices. Since it is possible to achieve high energy density from this material, it is expected to be applied to electric vehicles, large storage batteries, etc.

電解液を用いる従来のリチウムイオン電池とは異なり全固体電池では、優れたイオン伝導性や長期サイクル特性を実現するという観点より、良好な固体-固体界面を形成することが非常に重要である。良好な固-固界面を形成するために、固体電解質はそれ自身のイオン伝導性だけでなく、高い成形性を有することが非常に重要である。全固体電池に用いられる固体電解質材料として、ガーネット型で立方晶のLiLaZr12(LLZ)などの酸化物固体電解質が多く報告されており高いイオン伝導性を有することが示されているが、これらの酸化物固体電解質は高温での焼結をせずに加圧成型のみにより成形しただけでは、良好な固体-固体界面が形成できず、成形体の導電率が著しく減少してしまう。また高温での熱処理により成形体を緻密化することはできるが、電極合材層として使用する場合、電極材料と酸化物固体電解質が高温での熱処理時に反応する懸念がある。一方、LiS-Pなどからなる硫化物系固体電解質の場合、高い成形性を有しており、室温での加圧のみで、粒子同士の界面がほとんどなく空隙の少なく、比較的緻密な成形体が得られることが報告されている。硫化物系固体電解質はこの性質により固体電解質間および電極材料-電解質の界面を構築する上で高温での焼結が必要でなくなるため、電池製造のプロセスを簡素化でき、また熱処理によって生じる電極-電解質界面での反応も低減できることが期待される。更に電池製造のプロセスの簡素化に加え、全固体電池において良好な電極-電解質界面および電解質-電解質界面を形成し、空隙の少ない緻密な成形体を用いることで長期サイクルにおいても界面を良好に保持することができ、長期にわたって連続的なイオンおよび電子のパスを形成することができる。しかしながら上記のように硫化物系固体電解質を用いることで室温での加圧のみで成形体を緻密化することができるものの、成形体を緻密化するためには非常に高圧で成形する必要がある。非特許文献1にはLiS:P=75:25の硫化物系ガラスにおいて成型圧を変化させたときの成形体のイオン伝導度が報告されており、例えば成型圧を360MPaから180MPaにすると相対密度が低下しイオン伝導度が20%ほど低下することが報告されている。 Unlike conventional lithium-ion batteries that use electrolytes, in all-solid-state batteries, it is extremely important to form a good solid-solid interface from the viewpoint of achieving excellent ionic conductivity and long-term cycle characteristics. In order to form a good solid-solid interface, it is very important that the solid electrolyte has not only its own ionic conductivity but also high formability. As a solid electrolyte material used in all-solid-state batteries, many oxide solid electrolytes such as garnet-type cubic Li 7 La 3 Zr 2 O 12 (LLZ) have been reported and have been shown to have high ionic conductivity. However, if these oxide solid electrolytes are formed only by pressure molding without sintering at high temperatures, a good solid-solid interface cannot be formed, and the conductivity of the compact decreases significantly. It ends up. Furthermore, although it is possible to densify the molded body by heat treatment at a high temperature, when used as an electrode composite material layer, there is a concern that the electrode material and the oxide solid electrolyte may react during the heat treatment at a high temperature. On the other hand, sulfide-based solid electrolytes such as Li 2 S-P 2 S 5 have high moldability, and can be formed with only pressurization at room temperature, with almost no interfaces between particles and fewer voids. It has been reported that a precisely dense molded body can be obtained. This property of sulfide-based solid electrolytes eliminates the need for high-temperature sintering to construct interfaces between solid electrolytes and between electrode materials and electrolytes, which simplifies the battery manufacturing process. It is expected that reactions at the electrolyte interface can also be reduced. Furthermore, in addition to simplifying the battery manufacturing process, it forms a good electrode-electrolyte interface and electrolyte-electrolyte interface in all-solid-state batteries, and maintains the interface well even during long cycles by using a dense molded body with few voids. can form continuous ion and electron paths over long periods of time. However, as mentioned above, by using a sulfide-based solid electrolyte, it is possible to densify a molded body simply by applying pressure at room temperature, but in order to make the molded body densified, it is necessary to mold it under extremely high pressure. . Non-Patent Document 1 reports the ionic conductivity of a molded body when the molding pressure is changed in a sulfide glass with Li 2 S: P 2 S 5 = 75:25. For example, when the molding pressure is changed from 360 MPa to It has been reported that when the pressure is set to 180 MPa, the relative density decreases and the ionic conductivity decreases by about 20%.

A. Sakuda, A. Hayashi, and M. Tatsumisago, Sci. Rep., 3 (2013) 2261A. Sakuda, A. Hayashi, and M. Tatsumisago, Sci. Rep., 3 (2013) 2261

本発明は、高圧のみならず低圧でプレス成形した場合でも、優れたイオン伝導性を示す固体電解質組成物、それを用いた成形体、及び全固体二次電池を提供するものである。 The present invention provides a solid electrolyte composition that exhibits excellent ionic conductivity even when press-molded not only at high pressure but also at low pressure, a molded article using the same, and an all-solid-state secondary battery.

本発明者らは、低圧での成形によっても、優れたイオン伝導性を実現すべく、研究を重ねた結果、周期律表第1族に属する金属イオンの伝導性を有する無機固体電解質に特定のカルボン酸エステル化合物を含有させることで、低圧での成形においても簡便に高いイオン伝導性を示すものとすることができることを見出し、本発明を完成した。 As a result of repeated research, the present inventors have developed a specific inorganic solid electrolyte that has conductivity for metal ions belonging to Group 1 of the periodic table in order to achieve excellent ion conductivity even when molded at low pressure. The present invention was completed based on the discovery that by containing a carboxylic acid ester compound, high ionic conductivity can be easily achieved even when molded at low pressure.

本発明は、固体電解質組成物、それを用いた成形体、及び全固体二次電池に関する。 The present invention relates to a solid electrolyte composition, a molded article using the same, and an all-solid-state secondary battery.

すなわち、本発明は、下記(1)~(3)を提供するものである。 That is, the present invention provides the following (1) to (3).

(1)周期律表第1族に属する金属イオンの伝導性を有する無機固体電解質と、下記一般式(I)で表されるカルボン酸エステル化合物を含有する固体電解質組成物。 (1) A solid electrolyte composition containing an inorganic solid electrolyte having conductivity for metal ions belonging to Group 1 of the periodic table and a carboxylic acid ester compound represented by the following general formula (I).

Figure 0007436984000001
(R~Rはそれぞれ独立しており、少なくとも1つの水素原子がハロゲン原子で置換されていてもよい炭素数1~12のアルキル基を表す。)
Figure 0007436984000001
(R 1 to R 4 are each independent and represent an alkyl group having 1 to 12 carbon atoms, in which at least one hydrogen atom may be substituted with a halogen atom.)

(2)固体電解質組成物を加圧することによって得られた成形体であって、前記成形体が(1)に記載の固体電解質組成物を含む成形体。 (2) A molded article obtained by pressurizing a solid electrolyte composition, the molded article containing the solid electrolyte composition according to (1).

(3)正極活物質層、負極活物質層および固体電解質層を備えた全固体二次電池であって、前記正極活物質層、前記負極活物質層および前記固体電解質層の少なくとも1つの層が(1)に記載の固体電解質組成物を含む層である全固体二次電池。 (3) An all-solid-state secondary battery comprising a positive electrode active material layer, a negative electrode active material layer, and a solid electrolyte layer, wherein at least one layer of the positive electrode active material layer, the negative electrode active material layer, and the solid electrolyte layer is An all-solid-state secondary battery that is a layer containing the solid electrolyte composition according to (1).

本発明によれば、高圧のみならず低圧でのプレス成形においても優れたイオン伝導性を示す固体電解質組成物、それを用いた成形体、及び全固体二次電池を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a solid electrolyte composition that exhibits excellent ionic conductivity not only in high-pressure press molding but also in low-pressure press molding, a molded article using the same, and an all-solid-state secondary battery.

本発明は、固体電解質組成物それを用いた成形体及び、全固体二次電池に関する。 The present invention relates to a solid electrolyte composition, a molded article using the same, and an all-solid-state secondary battery.

〔固体電解質組成物〕
本発明の固体電解質組成物は、周期律表第1族に属する金属イオンの伝導性を有する無機固体電解質と、一般式(I)で表されるカルボン酸エステル化合物とを含有することを特徴とする。
[Solid electrolyte composition]
The solid electrolyte composition of the present invention is characterized by containing an inorganic solid electrolyte having conductivity for metal ions belonging to Group 1 of the periodic table, and a carboxylic acid ester compound represented by general formula (I). do.

〔周期律表〕
本発明の周期律表とは、IUPAC(国際純正応用化学連合)の規定に基づく長周期型の元素の周期律表をいう。
[Periodic table]
The periodic table of the present invention refers to the periodic table of long-period elements based on the regulations of IUPAC (International Union of Pure and Applied Chemistry).

〔カルボン酸エステル化合物〕
本発明で用いるカルボン酸エステル化合物は、下記一般式(I)で表される。
[Carboxylic acid ester compound]
The carboxylic acid ester compound used in the present invention is represented by the following general formula (I).

Figure 0007436984000002
(R~Rはそれぞれ独立しており、少なくとも1つの水素原子がハロゲン原子で置換されていてもよい炭素数1~12のアルキル基を表す。)
Figure 0007436984000002
(R 1 to R 4 are each independent and represent an alkyl group having 1 to 12 carbon atoms, in which at least one hydrogen atom may be substituted with a halogen atom.)

前記一般式(I)中のR~Rはそれぞれ独立しており、少なくとも1つの水素原子がハロゲン原子で置換されていてもよい炭素数1~12のアルキル基を表す。なお、RとRとは、互いに結合し、環構造を形成していてもよい。 R 1 to R 4 in the general formula (I) are each independent and represent an alkyl group having 1 to 12 carbon atoms, in which at least one hydrogen atom may be substituted with a halogen atom. Note that R 1 and R 2 may be bonded to each other to form a ring structure.

前記一般式(I)中のR~Rとしては、炭素数1~12のアルキル基(水素原子が置換されていないアルキル基)、炭素数1~12のハロゲン化アルキル基(少なくとも1つの水素原子がハロゲン原子で置換されているアルキル基)が好適に挙げられ、より好ましくは炭素数1~6のアルキル基、炭素数1~6のハロゲン化アルキル基である。R~Rのいずれもが、炭素数1~6のアルキル基である態様であるか、あるいは、R~Rのいずれもが、炭素数1~6のアルキル基であり、かつ、Rが、炭素数1~6のハロゲン化アルキル基である態様であることがさらに好ましい。なお、炭素数1~12のハロゲン化アルキル基としては、カルボン酸エステル構造を構成する酸素原子と結合する炭素原子以外の炭素原子が、ハロゲン原子で置換されたものであることが好ましい。ハロゲン原子としては特に限定されないが、フッ素原子であることが好ましい。 R 1 to R 4 in the general formula (I) include an alkyl group having 1 to 12 carbon atoms (an alkyl group in which no hydrogen atom is substituted), a halogenated alkyl group having 1 to 12 carbon atoms (at least one Preferred examples include alkyl groups in which a hydrogen atom is substituted with a halogen atom, and more preferred are alkyl groups having 1 to 6 carbon atoms and halogenated alkyl groups having 1 to 6 carbon atoms. All of R 1 to R 4 are an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, or all of R 1 to R 3 are an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, and More preferably, R 4 is a halogenated alkyl group having 1 to 6 carbon atoms. The halogenated alkyl group having 1 to 12 carbon atoms is preferably one in which carbon atoms other than the carbon atoms bonded to the oxygen atoms constituting the carboxylic acid ester structure are substituted with halogen atoms. The halogen atom is not particularly limited, but is preferably a fluorine atom.

一般式(I)としては、具体的に以下の化合物が好適に挙げられる。 Preferred examples of general formula (I) include the following compounds.

Figure 0007436984000003
Figure 0007436984000003

上記化合物の中でも好ましくは、ピバリン酸メチル(構造式1)、ピバリン酸エチル(構造式2)、ピバリン酸ブチル(構造式3)、ピバリン酸ヘキシル(構造式4)、ピバリン酸オクチル(構造式5)、ピバリン酸トリフルオロエチル(構造式8)、及び1-メチルシクロプロパン-1-カルボン酸メチル(構造式14)である。より好ましくは、ピバリン酸メチル(構造式1)、ピバリン酸エチル(構造式2)、ピバリン酸ブチル(構造式3)、ピバリン酸ヘキシル(構造式4)、及びピバリン酸トリフルオロエチル(構造式8)である。 Among the above compounds, preferred are methyl pivalate (Structural formula 1), ethyl pivalate (Structural formula 2), butyl pivalate (Structural formula 3), hexyl pivalate (Structural formula 4), and octyl pivalate (Structural formula 5). ), trifluoroethyl pivalate (Structure 8), and methyl 1-methylcyclopropane-1-carboxylate (Structure 14). More preferably, methyl pivalate (Structural Formula 1), ethyl pivalate (Structural Formula 2), butyl pivalate (Structural Formula 3), hexyl pivalate (Structural Formula 4), and trifluoroethyl pivalate (Structural Formula 8) ).

本発明の固体電解質組成物が、低圧でのプレス成形においても優れたイオン伝導性を有する理由は必ずしも明確ではないが、以下のように考えられる。
本発明の固体電解質組成物は、周期律表第1族に属する金属イオンの伝導性を有する無機固体電解質と特定のカルボン酸エステル化合物とを含む。通常カルボン酸エステル化合物を多量に添加すると無機固体電解質、特に硫化物系固体電解質と複合化する際に過剰に溶解するとともにカルボン酸エステル化合物と反応してしまい、無機固体電解質が本来有する良好なイオン伝導性が得られない。一方で、本発明で用いるカルボン酸エステル化合物はカルボニル基の隣のα炭素上のすべての水素原子がアルキル基で置換された構造を備えるものである。そして、この構造により無機固体電解質との好ましくない反応が抑制されるとともに無機固体電解質を適度に溶解させることができる。これにより、低圧プレスにより成形される空隙の多い成形体においても、溶解した無機固体電解質で空隙が満たされ、優れたイオン伝導性を示すものと考えられる。そして、本発明の固体電解質組成物を用いることで、低圧での成形(たとえば、108~180MPaの圧力での成形)においても優れたイオン伝導性を有する成形体ができることから、全固体二次電池に用いることで電池製造のプロセスを簡素化でき、更にそれほど強い拘束治具を使用せずに長期にわたって連続的なイオンのパスを形成することができるため、優れた電池特性を実現することが期待される。
The reason why the solid electrolyte composition of the present invention has excellent ionic conductivity even when press-molded at low pressure is not necessarily clear, but it is thought to be as follows.
The solid electrolyte composition of the present invention includes an inorganic solid electrolyte having conductivity of metal ions belonging to Group 1 of the periodic table and a specific carboxylic acid ester compound. Normally, if a large amount of carboxylic acid ester compound is added, it will dissolve excessively and react with the carboxylic acid ester compound when complexed with an inorganic solid electrolyte, especially a sulfide solid electrolyte, and the good ions inherent in the inorganic solid electrolyte will be dissolved. Conductivity cannot be obtained. On the other hand, the carboxylic acid ester compound used in the present invention has a structure in which all hydrogen atoms on the α carbon next to the carbonyl group are substituted with an alkyl group. This structure suppresses undesirable reactions with the inorganic solid electrolyte and allows the inorganic solid electrolyte to be appropriately dissolved. As a result, even in a molded article with many voids formed by low-pressure pressing, the voids are filled with the dissolved inorganic solid electrolyte, and it is thought that excellent ionic conductivity is exhibited. In addition, by using the solid electrolyte composition of the present invention, a molded product having excellent ionic conductivity can be obtained even when molded at low pressure (for example, molded at a pressure of 108 to 180 MPa), so it is possible to produce a molded product that has excellent ionic conductivity even when molded at low pressure (for example, molded at a pressure of 108 to 180 MPa). By using this method, it is possible to simplify the battery manufacturing process, and it is also possible to form a continuous ion path over a long period of time without using very strong restraint jigs, so it is expected to achieve excellent battery characteristics. be done.

本発明の固体電解質組成物において、前記一般式(I)で表されるカルボン酸エステル化合物のそれぞれの含有量は、固体電解質組成物全体100体積%に対して、0.05体積%以上、20体積%以下が好ましい。該含有量は、固体電解質組成物全体100体積%に対して、0.1体積%以上がより好ましく、1体積%以上がさらに好ましく、2.5体積%以上が特に好ましい。また、その上限は、18体積%以下がより好ましく、15体積%以下がさらに好ましく、13.5体積%以下が特に好ましい。 In the solid electrolyte composition of the present invention, the content of each of the carboxylic acid ester compounds represented by the general formula (I) is 0.05% by volume or more and 20% by volume based on 100% by volume of the entire solid electrolyte composition. It is preferably less than % by volume. The content is more preferably 0.1% by volume or more, even more preferably 1% by volume or more, particularly preferably 2.5% by volume or more, based on 100% by volume of the entire solid electrolyte composition. Moreover, the upper limit is more preferably 18 volume% or less, further preferably 15 volume% or less, and particularly preferably 13.5 volume% or less.

〔無機固体電解質〕
無機固体電解質は、無機の固体電解質のことであり、固体電解質とは、その内部においてイオンを移動させることができる固体状の電解質のことである。無機固体電解質は定常状態では固体であるため、通常カチオンおよびアニオンに解離または遊離していない。無機固体電解質は周期律表第1族に属する金属イオンの伝導性を有するものであれば特に限定されず電子伝導性をほとんど有さないものが一般的である。
[Inorganic solid electrolyte]
An inorganic solid electrolyte is an inorganic solid electrolyte, and a solid electrolyte is a solid electrolyte that can move ions within it. Since inorganic solid electrolytes are solid in a steady state, they are usually not dissociated or liberated into cations and anions. The inorganic solid electrolyte is not particularly limited as long as it has conductivity for metal ions belonging to Group 1 of the periodic table, and generally has almost no electronic conductivity.

本発明において、無機固体電解質は、周期律表第1族に属する金属イオンの伝導性を有する。無機固体電解質は、(A)硫化物系無機固体電解質と(B)酸化物無機固体電解質が代表例として挙げられる。本発明において、高いイオン伝導性を有し、室温での加圧のみで、粒界の少ない緻密な成形体ができるため、硫化物系固体電解質が好ましく用いられる。 In the present invention, the inorganic solid electrolyte has conductivity of metal ions belonging to Group 1 of the periodic table. Representative examples of the inorganic solid electrolyte include (A) a sulfide-based inorganic solid electrolyte and (B) an oxide-based inorganic solid electrolyte. In the present invention, a sulfide-based solid electrolyte is preferably used because it has high ionic conductivity and can form a dense compact with few grain boundaries simply by applying pressure at room temperature.

(A)硫化物系無機固体電解質
硫化物系無機固体電解質は、硫黄原子(S)を含有し、かつ、周期律表第1族に属する金属イオンの伝導性を有し、かつ、電子絶縁性を有するものが好ましい。前記硫化物系無機固体電解質は周期律表第1族に属する金属元素を有する硫化物と下記一般式(II)で表される硫化物の少なくとも1種を反応させるにより製造することができ、一般式(II)で表される硫化物を2種以上併用しても良い。
(A) Sulfide-based inorganic solid electrolyte The sulfide-based inorganic solid electrolyte contains a sulfur atom (S), has conductivity of metal ions belonging to Group 1 of the periodic table, and has electronic insulating properties. It is preferable to have the following. The sulfide-based inorganic solid electrolyte can be produced by reacting a sulfide containing a metal element belonging to Group 1 of the periodic table with at least one sulfide represented by the following general formula (II). Two or more types of sulfides represented by formula (II) may be used in combination.

Figure 0007436984000004
(MはP、Si、Ge、B、Al、Ga、及びSbのいずれかを示し、x及びyは、Mの種類に応じて、化学量論比を与える数を示す。)
Figure 0007436984000004
(M represents any one of P, Si, Ge, B, Al, Ga, and Sb, and x and y represent numbers that give the stoichiometric ratio depending on the type of M.)

前記周期律表第1族に属する金属元素を有する硫化物は硫化リチウム、硫化ナトリウム、および硫化カリウムのいずれかを示し、硫化リチウムおよび硫化ナトリウムがより好ましく、硫化リチウムが更に好ましい。 The sulfide containing a metal element belonging to Group 1 of the periodic table is lithium sulfide, sodium sulfide, or potassium sulfide, with lithium sulfide and sodium sulfide being more preferred, and lithium sulfide being even more preferred.

一般式(II)で表される硫化物としては、P、SiS、GeS、B、Al、GaおよびSbのいずれかであることが好ましく、Pが特に好ましい。 The sulfide represented by general formula (II) is any one of P 2 S 5 , SiS 2 , GeS 2 , B 2 S 3 , Al 2 S 3 , Ga 2 S 3 and Sb 2 S 5 is preferred, and P 2 S 5 is particularly preferred.

前記のように製造された硫化物系無機固体電解質における各元素の組成比は、前記周期律表第1族に属する金属元素を有する硫化物、前記一般式(II)で表される硫化物および単体硫黄の配合量を調整することにより制御できる。 The composition ratio of each element in the sulfide-based inorganic solid electrolyte produced as described above is as follows: a sulfide having a metal element belonging to Group 1 of the periodic table, a sulfide represented by the general formula (II), and It can be controlled by adjusting the amount of elemental sulfur.

本発明で用いる硫化物系無機固体電解質は非結晶ガラスであっても良く、結晶化ガラスであっても良く、結晶性材料であっても良い。 The sulfide-based inorganic solid electrolyte used in the present invention may be amorphous glass, crystallized glass, or a crystalline material.

硫化物系無機固体電解質として、具体的に以下の組み合わせが好適に挙げられるが特に限定されない。
LiS-P、LiS-P-Al、LiS-GeS、LiS-Ga、LiS-GeS-Ga、LiS-GeS-P、LiS-GeS-Sb、LiS-GeS-Al、LiS-SiS、LiS-Al、LiS-SiS-Al、LiS-SiS-P、Li10GeP12
Preferred examples of the sulfide-based inorganic solid electrolyte include, but are not particularly limited to, the following combinations.
Li 2 S-P 2 S 5 , Li 2 S-P 2 S 5 -Al 2 S 3 , Li 2 S-GeS 2 , Li 2 S-Ga 2 S 3 , Li 2 S-GeS 2 -Ga 2 S 3 , Li 2 S-GeS 2 -P 2 S 5 , Li 2 S-GeS 2 -Sb 2 S 5 , Li 2 S-GeS 2 -Al 2 S 3 , Li 2 S-SiS 2 , Li 2 S-Al 2 S3 , Li2S - SiS2 - Al2S3 , Li2S - SiS2 -P2S5 , Li10GeP2S12 .

前記組み合わせのなかでも、LiS-Pを組み合わせて製造されるLPSガラスおよびLPSガラスセラミックスが好ましい。 Among the above combinations, LPS glass and LPS glass ceramics produced by combining Li 2 SP 2 S 5 are preferred.

前記周期律表第1族に属する金属元素を有する硫化物と前記一般式(II)で表される硫化物の混合割合は、固体電解質として使用可能であれば、特に限定されないが、50:50~90:10(モル比)の割合であることが好ましい。前記周期律表第1族に属する金属元素を有する硫化物のモル比が50以上、90以下であれば十分にイオン伝導性を高めることができる。その混合比(モル比)は60:40~80:40であることがより好ましく、70:30~80:20が更に好ましい。 The mixing ratio of the sulfide having a metal element belonging to Group 1 of the periodic table and the sulfide represented by the general formula (II) is not particularly limited as long as it can be used as a solid electrolyte, but may be 50:50. The ratio is preferably 90:10 (molar ratio). If the molar ratio of the sulfide containing a metal element belonging to Group 1 of the periodic table is 50 or more and 90 or less, the ionic conductivity can be sufficiently improved. The mixing ratio (molar ratio) is more preferably from 60:40 to 80:40, even more preferably from 70:30 to 80:20.

前記硫化物系無機固体電解質は、イオン伝導性を高めるために周期律表第1族に属する金属元素を有する硫化物と前記一般式(II)で表される硫化物以外に、LiI、LiBr、LiCl、及びLiFから選ばれる少なくとも1種のハロゲン化リチウムや酸化リチウム、リン酸リチウム等のリチウム塩を含んでも良い。ただし、前記硫化物系無機固体電解質とこれらリチウム塩の混合割合は、60:40~95:5(モル比)の割合であることが好ましく、より好ましくは80:20~95:5である。 The sulfide-based inorganic solid electrolyte contains LiI, LiBr, It may also contain at least one lithium salt selected from LiCl and LiF, such as lithium halide, lithium oxide, and lithium phosphate. However, the mixing ratio of the sulfide-based inorganic solid electrolyte and these lithium salts is preferably 60:40 to 95:5 (molar ratio), more preferably 80:20 to 95:5.

また上記以外の硫化物系無機固体電解質として、LiPSClやLiPSBrなどのアルジェロダイト型固体電解質も好適に挙げられる。 In addition, as sulfide-based inorganic solid electrolytes other than those mentioned above, algerodite-type solid electrolytes such as Li 6 PS 5 Cl and Li 6 PS 5 Br are also suitable.

前記硫化物系無機固体電解質の製造方法は、固相法、メカニカルミリング法、溶液法、溶液振とう法、溶融急冷法等が好適に挙げられるが特に限定されない。 The method for producing the sulfide-based inorganic solid electrolyte is preferably a solid phase method, a mechanical milling method, a solution method, a solution shaking method, a melt quenching method, etc., but is not particularly limited.

(B)酸化物無機固体電解質 (B) Oxide inorganic solid electrolyte

酸化物系無機固体電解質は、酸素原子を含有し、かつ、周期律表第1族に属する金属イオン伝導性を有し、かつ、電子絶縁性を有するものが好ましい。 The oxide-based inorganic solid electrolyte preferably contains an oxygen atom, has metal ion conductivity belonging to Group 1 of the periodic table, and has electronic insulation properties.

酸化物無機固体電解質としては、例えば、LISICON(Lithium super ionic conductor)型結晶構造を有するLi3.5Zn0.25GeO、ペロブスカイト型結晶構造を有するLa0.55Li0.35TiO、NASICON(Natrium super ionic conductor)型結晶構造を有するLiTi12、ガーネット型結晶構造を有するLiLaZr12(LLZ)、リン酸リチウム(LiPO)、リン酸リチウムの酸素の一部を窒素で置換したLiPON、LiBO-LiSO、LiO-B-P、LiO-SiO、およびLiBaLaTa12等が好適に挙げられる。 Examples of the oxide inorganic solid electrolyte include Li 3.5 Zn 0.25 GeO 4 having a LISICON (Lithium super ionic conductor) type crystal structure, La 0.55 Li 0.35 TiO 3 having a perovskite type crystal structure, LiTi 2 P 3 O 12 with a NASICON (Natrium super ionic conductor) type crystal structure, Li 7 La 3 Zr 2 O 12 (LLZ) with a garnet type crystal structure, lithium phosphate (Li 3 PO 4 ), lithium phosphate LiPON in which a part of the oxygen in is replaced with nitrogen, Li 3 BO 3 -Li 2 SO 4 , Li 2 O-B 2 O 3 -P 2 O 5 , Li 2 O-SiO 2 , and Li 6 BaLa 2 Ta 2 Preferred examples include O 12 and the like.

無機固体電解質の体積平均粒径は特に限定されないが、0.01μm以上であることが好ましく、0.1μm以上であることがより好ましい。上限としては、100μm以下であることが好ましく、50μm以下であることがより好ましい。 Although the volume average particle diameter of the inorganic solid electrolyte is not particularly limited, it is preferably 0.01 μm or more, more preferably 0.1 μm or more. The upper limit is preferably 100 μm or less, more preferably 50 μm or less.

〔固体電解質組成物の調製方法〕
本発明の固体電解質組成物の調製方法は、特に限定されず、例えば、前記無機固体電解質の粉末に対して、特定の割合のカルボン酸エステル化合物を添加し遊星ミル等で混合する方法、無機固体電解質を含むスラリーにカルボン酸エステル化合物を添加する方法が好適に挙げられる。
[Method for preparing solid electrolyte composition]
The method for preparing the solid electrolyte composition of the present invention is not particularly limited. A preferred method is to add a carboxylic acid ester compound to a slurry containing an electrolyte.

本発明の固体電解質組成物は、全固体二次電池に使用することができる。 The solid electrolyte composition of the present invention can be used in all-solid secondary batteries.

〔全固体二次電池〕
本発明の全固体二次電池は、正極、負極及び正極と負極間に位置する固体電解質層からなり、固体電解質層、正極、及び負極のいずれかに本発明の固体電解質組成物が含まれていれば正極、負極等の構成部材は特に制限なく使用できる。
[All-solid-state secondary battery]
The all-solid-state secondary battery of the present invention comprises a positive electrode, a negative electrode, and a solid electrolyte layer located between the positive electrode and the negative electrode, and the solid electrolyte composition of the present invention is contained in any of the solid electrolyte layer, the positive electrode, and the negative electrode. If so, the constituent members such as the positive electrode and the negative electrode can be used without any particular restrictions.

〔固体電解質層〕
固体電解質層は、少なくとも固体電解質を含み、例えば、本発明の固体電解質組成物を含有してもよいし、正極、及び負極のどちらかに本発明の固体電解質組成物が含まれていれば、本発明の固体電解質組成物以外の固体電解質組成物を含有してもよい。また固体電解質層の成形方法は、特に限定されず、例えば、固体電解質の粉末とカルボン酸エステル化合物を加圧成型する方法や、固体電解質の粉末とカルボン酸エステル化合物を混合後、この固体電解質組成物スラリーを集電体のアルミニウム箔やステンレス製のラス板等に塗布して、乾燥、加圧成型する方法などが好適に挙げることができる。
[Solid electrolyte layer]
The solid electrolyte layer contains at least a solid electrolyte, and may, for example, contain the solid electrolyte composition of the present invention, or if either the positive electrode or the negative electrode contains the solid electrolyte composition of the present invention, It may contain solid electrolyte compositions other than the solid electrolyte composition of the present invention. The method for forming the solid electrolyte layer is not particularly limited, and examples include a method of press-molding solid electrolyte powder and a carboxylic acid ester compound, or a method of mixing solid electrolyte powder and a carboxylic acid ester compound, and then forming the solid electrolyte layer. Preferred examples include a method in which a slurry is applied to an aluminum foil or stainless steel lath plate as a current collector, dried, and pressure-molded.

例えば、リチウム二次電池用正極活物質としては、コバルト、マンガン、及びニッケルからなる群より選ばれる1種又は2種以上を含有するリチウムとの複合金属酸化物が使用される。これらの正極活物質は、1種単独で用いるか又は2種以上を組み合わせて用いることができる。
このようなリチウム複合金属酸化物としては、例えば、LiCoO、LiCo1-x(但し、MはSn、Mg、Fe、Ti、Al、Zr、Cr、V、Ga、Zn、及びCuから選ばれる1種又は2種以上の元素、0.001≦x≦0.05)、LiMn、LiNiO、LiCo1-xNi(0.01<x<1)、LiCo1/3Ni1/3Mn1/3、LiNi0.5Mn0.3Co0.2、LiNi0.8Mn0.1Co0.1、LiNi0.8Co0.15Al0.05、LiMnOとLiMO(Mは、Co、Ni、Mn、Fe等の遷移金属)との固溶体、及びLiNi1/2Mn3/2から選ばれる1種以上が好適に挙げられ、2種以上がより好適である。また、LiCoOとLiMn、LiCoOとLiNiO、LiMnとLiNiOのように併用してもよい。
For example, as a positive electrode active material for a lithium secondary battery, a composite metal oxide containing lithium and one or more selected from the group consisting of cobalt, manganese, and nickel is used. These positive electrode active materials can be used alone or in combination of two or more.
Examples of such lithium composite metal oxides include LiCoO 2 , LiCo 1-x M x O 2 (where M is Sn, Mg, Fe, Ti, Al, Zr, Cr, V, Ga, Zn, and One or more elements selected from Cu, 0.001≦x≦0.05), LiMn 2 O 4 , LiNiO 2 , LiCo 1-x Ni x O 2 (0.01<x<1), LiCo 1/3 Ni 1/3 Mn 1/3 O 2 , LiNi 0.5 Mn 0.3 Co 0.2 O 2 , LiNi 0.8 Mn 0.1 Co 0.1 O 2 , LiNi 0.8 Co 0.15 Al 0.05 O 2 , a solid solution of Li 2 MnO 3 and LiMO 2 (M is a transition metal such as Co, Ni, Mn, Fe, etc.), and LiNi 1/2 Mn 3/2 O 4 One or more types are preferably mentioned, and two or more types are more preferable. Further, they may be used in combination, such as LiCoO 2 and LiMn 2 O 4 , LiCoO 2 and LiNiO 2 , and LiMn 2 O 4 and LiNiO 2 .

更に、正極活物質として、リチウム含有オリビン型リン酸塩を用いることもできる。特に鉄、コバルト、ニッケルおよびマンガンから選ばれる少なくとも1種以上含むリチウム含有オリビン型リン酸塩が好ましい。その具体例としては、LiFePO、LiCoPO、LiNiPO、LiMnPO等が挙げられる。
これらのリチウム含有オリビン型リン酸塩の一部は他元素で置換してもよく、鉄、コバルト、ニッケル、マンガンの一部をCo、Mn、Ni、Mg、Al、B、Ti、V、Nb、Cu、Zn、Mo、Ca、Sr、W及びZr等から選ばれる1種以上の元素での置換が可能であり、またはこれらの他元素を含有する化合物や炭素材料で被覆することもできる。これらの中では、LiFePOまたはLiMnPOが好ましい。
また、リチウム含有オリビン型リン酸塩は、例えば前記の正極活物質と混合して用いることもできる。
Furthermore, a lithium-containing olivine-type phosphate can also be used as the positive electrode active material. Particularly preferred is a lithium-containing olivine-type phosphate containing at least one selected from iron, cobalt, nickel, and manganese. Specific examples include LiFePO 4 , LiCoPO 4 , LiNiPO 4 , LiMnPO 4 and the like.
A part of these lithium-containing olivine-type phosphates may be substituted with other elements, and a part of iron, cobalt, nickel, and manganese may be replaced with Co, Mn, Ni, Mg, Al, B, Ti, V, and Nb. , Cu, Zn, Mo, Ca, Sr, W, Zr, etc., or may be coated with a compound or carbon material containing these other elements. Among these, LiFePO4 or LiMnPO4 are preferred.
Moreover, the lithium-containing olivine-type phosphate can also be used, for example, in mixture with the above-mentioned positive electrode active material.

正極の導電剤は、化学変化を起こさない電子伝導材料であれば特に制限はない。例えば、天然黒鉛(鱗片状黒鉛等)、人造黒鉛等のグラファイト、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、チャンネルブラック、ファーネスブラック、ランプブラック、サーマルブラック等のカーボンブラック等が挙げられる。また、グラファイトとカーボンブラックを適宜混合して用いてもよい。導電剤の正極合剤への添加量は、1~10質量%が好ましく、特に2~5質量%が好ましい。 The conductive agent for the positive electrode is not particularly limited as long as it is an electron conductive material that does not undergo chemical changes. Examples include graphite such as natural graphite (scaly graphite, etc.), artificial graphite, and carbon black such as acetylene black, Ketjen black, channel black, furnace black, lamp black, and thermal black. Further, graphite and carbon black may be mixed and used as appropriate. The amount of the conductive agent added to the positive electrode mixture is preferably 1 to 10% by mass, particularly preferably 2 to 5% by mass.

〔正極活物質層〕
正極活物質層は、前記の正極活物質および固体電解質を少なくとも含有し、必要に応じてアセチレンブラック、カーボンブラック等の導電剤、及びポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、スチレンとブタジエンの共重合体(SBR)、アクリロニトリルとブタジエンの共重合体(NBR)、カルボキシメチルセルロース(CMC)、エチレンプロピレンジエンターポリマー等の結着剤等を含んでも良い。正極合剤層の成形方法は、特に限定されず、例えば、前記正極合剤の粉末を加圧成型する方法や正極合剤の粉末を溶剤に加えてスラリーにした後、この正極合剤を集電体のアルミニウム箔やステンレス製のラス板等に塗布して、乾燥、加圧成型する方法などが好適に挙げることができる。
[Cathode active material layer]
The positive electrode active material layer contains at least the above-mentioned positive electrode active material and solid electrolyte, and optionally contains a conductive agent such as acetylene black or carbon black, and polytetrafluoroethylene (PTFE), polyvinylidene fluoride (PVDF), or styrene. It may also contain a binder such as a copolymer of acrylonitrile and butadiene (SBR), a copolymer of acrylonitrile and butadiene (NBR), carboxymethyl cellulose (CMC), or ethylene propylene diene terpolymer. The method for forming the positive electrode mixture layer is not particularly limited, and examples include a method of press-molding the positive electrode mixture powder, or a method of adding the positive electrode mixture powder to a solvent to form a slurry, and then collecting the positive electrode mixture. Preferred methods include applying the coating to an aluminum foil of an electric body, a stainless steel lath plate, etc., drying it, and molding it under pressure.

リチウム二次電池用負極活物質としては、リチウム金属やリチウム合金、及びリチウムを吸蔵及び放出することが可能な炭素材料〔易黒鉛化炭素や、(002)面の面間隔が0.37nm(ナノメータ)以上の難黒鉛化炭素や、(002)面の面間隔が0.34nm以下の黒鉛など〕、スズ(単体)、スズ化合物、ケイ素(単体)、ケイ素化合物、LiTi12などのチタン酸リチウム化合物等を1種単独又は2種以上を組み合わせて用いることができる。
これらの中では、リチウムイオンの吸蔵及び放出能力において、人造黒鉛や天然黒鉛等の高結晶性の炭素材料を使用することが更に好ましく、格子面(002)の面間隔(d002)が0.340nm以下、特に0.335~0.337nmである黒鉛型結晶構造を有する炭素材料を使用することが特に好ましい。
また、高結晶性の炭素材料(コア材)はコア材よりも低結晶性の炭素材料によって被膜されていると、特性が一段と良好となるので好ましい。被覆の炭素材料の結晶性は、TEMにより確認することができる。
Negative electrode active materials for lithium secondary batteries include lithium metal, lithium alloys, and carbon materials capable of intercalating and deintercalating lithium (e.g., easily graphitizable carbon, and (002) plane spacing of 0.37 nm (nanometer)). ) or more non-graphitizable carbon, graphite with a (002) plane spacing of 0.34 nm or less], tin (single substance), tin compounds, silicon (single substance), silicon compounds, Li 4 Ti 5 O 12 , etc. Lithium titanate compounds and the like can be used alone or in combination of two or more.
Among these, it is more preferable to use highly crystalline carbon materials such as artificial graphite and natural graphite in terms of lithium ion absorption and desorption ability, and the interplanar spacing (d 002 ) of the lattice plane (002) is 0. It is particularly preferred to use a carbon material with a graphite-type crystal structure of 340 nm or less, in particular 0.335 to 0.337 nm.
Further, it is preferable that the highly crystalline carbon material (core material) is coated with a carbon material that is lower in crystallinity than the core material because the properties will be even better. The crystallinity of the coating carbon material can be confirmed by TEM.

また、負極活物質としてのリチウムを吸蔵及び放出可能な金属化合物としては、Si、Ge、Sn、Pb、P、Sb、Bi、Al、Ga、In、Ti、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Ag、Mg、Sr、Ba等の金属元素を少なくとも1種含有する化合物が挙げられる。これらの金属化合物は単体、合金、酸化物、窒化物、硫化物、硼化物、リチウムとの合金等、何れの形態で用いてもよいが、単体、合金、酸化物、リチウムとの合金の何れかが高容量化できるので好ましい。中でも、Si、Ge及びSnから選ばれる少なくとも1種の元素を含有するものが好ましく、Si及びSnから選ばれる少なくとも1種の元素を含むものが電池を高容量化できるので特に好ましい。 Metal compounds capable of intercalating and deintercalating lithium as negative electrode active materials include Si, Ge, Sn, Pb, P, Sb, Bi, Al, Ga, In, Ti, Mn, Fe, Co, Ni, and Cu. Examples include compounds containing at least one metal element such as , Zn, Ag, Mg, Sr, and Ba. These metal compounds may be used in any form such as a simple substance, an alloy, an oxide, a nitride, a sulfide, a boride, an alloy with lithium, etc.; This is preferable because it can increase the capacity. Among these, those containing at least one element selected from Si, Ge, and Sn are preferable, and those containing at least one element selected from Si and Sn are particularly preferable because they can increase the capacity of the battery.

また、負極活物質としてのリチウムを吸蔵及び放出可能なチタン原子を含有する金属酸化物が挙げられる。これらのチタンを含有する金属酸化物は充放電時の膨張収縮が小さく、難燃性であるため、電池の安全性を高める面では好ましい。中でも、LiTi12を含有するものが電池特性を向上させるため好ましい。 Other examples include metal oxides containing titanium atoms that can insert and release lithium as negative electrode active materials. These titanium-containing metal oxides have small expansion and contraction during charging and discharging and are flame retardant, so they are preferable in terms of improving battery safety. Among these, those containing Li 4 Ti 5 O 12 are preferred because they improve battery characteristics.

〔負極活物質層〕
負極活物質層は、負極活物質および固体電解質を少なくとも含有し、上記の正極の作製と同様な導電剤、結着剤を含んでも良い。
負極合剤層の成形方法は、特に限定されず、例えば、前記負極合剤の粉末を加圧成型する方法や負極合剤の粉末を溶剤に加えてスラリーにした後、この負極合剤を集電体の銅箔等に塗布して、乾燥、加圧成型する方法などが好適に挙げることができる。
[Negative electrode active material layer]
The negative electrode active material layer contains at least a negative electrode active material and a solid electrolyte, and may also contain the same conductive agent and binder as those used in producing the positive electrode.
The method for forming the negative electrode mixture layer is not particularly limited, and examples include a method of pressure molding the negative electrode mixture powder, a method of adding the negative electrode mixture powder to a solvent to form a slurry, and then collecting the negative electrode mixture. Preferred examples include a method in which it is applied to a copper foil or the like of an electric body, dried, and pressure-molded.

正極活物質および負極活物質の表面は別の金属酸化物で表面被覆されていてもよい。表面被覆剤としてはTi,Nb、Ta,W,Zr、Al,SiまたはLiを含有する金属酸化物等が挙げられる。具体的には、LiTi12,LiTi,LiTaO,LiNbO,LiAlO,LiZrO,LiWO,LiTiO,Li,LiPO,LiMoO,LiBO,LiBO,LiCO,LiSiO,SiO,TiO,ZrO,Al,B等が挙げられる。 The surfaces of the positive electrode active material and the negative electrode active material may be coated with another metal oxide. Examples of the surface coating agent include metal oxides containing Ti, Nb, Ta, W, Zr, Al, Si, or Li. Specifically, Li 4 Ti 5 O 12 , Li 2 Ti 2 O 5 , LiTaO 3 , LiNbO 3 , LiAlO 2 , Li 2 ZrO 3 , Li 2 WO 4 , Li 2 TiO 3 , Li 2 B 4 O 7 , Examples include Li 3 PO 4 , Li 2 MoO 4 , Li 3 BO 3 , LiBO 2 , Li 2 CO 3 , Li 2 SiO 3 , SiO 2 , TiO 2 , ZrO 2 , Al 2 O 3 , B 2 O 3 etc. .

リチウム電池の構造には特に限定はなく、単層または複層のセパレータを有するコイン型電池、円筒型電池、角型電池、ラミネート電池等を適用できる。 There are no particular limitations on the structure of the lithium battery, and coin-type batteries, cylindrical batteries, prismatic batteries, laminate batteries, etc. having a single-layer or multi-layer separator can be applied.

[実施例1]
〔硫化物系無機固体電解質の合成〕
アルゴン雰囲気下のグローブボックス内で、硫化リチウム(LiS)及び五硫化二リン(P)をLiS:P=75:25のモル比になるように秤量し、メノウ乳鉢で混合し、原料組成物を得た。
次に、80mLのジルコニアポットにジルコニアボール(直径5mm、160g)と得られた原料組成物2gを投入し、アルゴン雰囲気下で容器を密閉した。このポットを遊星型ボールミル機にセットし、回転数510rpmで16時間メカニカルミリングを行い、黄色粉体の硫化物系無機固体電解質(LPSガラス)を得た。
[Example 1]
[Synthesis of sulfide-based inorganic solid electrolyte]
In a glove box under an argon atmosphere, lithium sulfide (Li 2 S) and diphosphorus pentasulfide (P 2 S 5 ) were weighed so that the molar ratio of Li 2 S:P 2 S 5 =75:25, A raw material composition was obtained by mixing in an agate mortar.
Next, zirconia balls (diameter 5 mm, 160 g) and 2 g of the obtained raw material composition were placed in an 80 mL zirconia pot, and the container was sealed under an argon atmosphere. This pot was set in a planetary ball mill, and mechanical milling was performed at a rotation speed of 510 rpm for 16 hours to obtain a yellow powder of sulfide-based inorganic solid electrolyte (LPS glass).

〔硫化物系固体電解質組成物の調製〕
80mLのジルコニアポットにジルコニアボール(直径4mm、20g)を投入し、上記で合成した硫化物系固体電解質(LPSガラス)とカルボン酸エステル化合物としてピバリン酸メチル(MTMA)をLPSガラス:MTMA=96:4の体積比になるように投入した。その後、このポットを遊星型ボールミル機にセットし、回転数200rpmで15分間撹拌を続け、実施例1の硫化物系固体電解質組成物を調製した。
[Preparation of sulfide solid electrolyte composition]
A zirconia ball (diameter 4 mm, 20 g) was placed in an 80 mL zirconia pot, and the sulfide solid electrolyte (LPS glass) synthesized above and methyl pivalate (MTMA) as a carboxylic acid ester compound were added to LPS glass: MTMA = 96: It was added so that the volume ratio was 4. Thereafter, this pot was set in a planetary ball mill, and stirring was continued for 15 minutes at a rotation speed of 200 rpm to prepare the sulfide-based solid electrolyte composition of Example 1.

[実施例2~3、比較例1、参考例1]
カルボン酸エステル化合物として、下記表1に記載の化合物を使用し、その配合量を、表1に示す量に変えた以外は実施例1の硫化物系固体電解質組成物と同様にして、下記表1に記載の硫化物系固体電解質組成物を調製した。
[Examples 2 to 3, Comparative Example 1, Reference Example 1]
The sulfide-based solid electrolyte composition of Example 1 was prepared in the same manner as the sulfide-based solid electrolyte composition of Example 1, except that the compounds shown in Table 1 below were used as the carboxylic acid ester compounds, and the blended amounts were changed to the amounts shown in Table 1. The sulfide-based solid electrolyte composition described in 1 was prepared.

〔硫化物系固体電解質組成物の各物性測定〕
上記硫化物系固体電解質組成物をそれぞれ100mg秤量し、これらの試料を、プレス圧を変えて室温(25℃)で10分プレスすることでペレットを作製した。なお、プレス圧は、表1に示す圧力とした。
<イオン伝導性測定>
上記ペレットの上下面に金の薄膜をスパッタ法で製膜し、インピーダンス測定を行うことで固体電解質層の伝導度を算出した。イオン伝導度は固体電解質層の厚さと、Cole-coleプロットの実軸上の抵抗値から算出した。結果を表1に示す。
<相対密度の評価>
上記ペレットの体積およびペレット中に含まれるLPSガラスの質量から計算されるLPSガラスのペレット密度とLPSガラスの密度(真密度)から計算される密度を用いて相対密度は下記の式にて算出した。
相対密度(%)= (LPSガラスのペレット密度/LPSガラスの密度(真密度))×100
結果を表1に示す。
[Measurement of physical properties of sulfide-based solid electrolyte composition]
100 mg of each of the above sulfide-based solid electrolyte compositions was weighed out, and these samples were pressed at room temperature (25° C.) for 10 minutes at varying pressing pressures to produce pellets. Note that the press pressure was as shown in Table 1.
<Ionic conductivity measurement>
The conductivity of the solid electrolyte layer was calculated by forming thin gold films on the upper and lower surfaces of the pellets by sputtering and measuring the impedance. The ionic conductivity was calculated from the thickness of the solid electrolyte layer and the resistance value on the real axis of the Cole-Cole plot. The results are shown in Table 1.
<Evaluation of relative density>
The relative density was calculated using the following formula using the pellet density of LPS glass calculated from the volume of the above pellet and the mass of LPS glass contained in the pellet and the density calculated from the density (true density) of LPS glass. .
Relative density (%) = (LPS glass pellet density/LPS glass density (true density)) x 100
The results are shown in Table 1.

Figure 0007436984000005
Figure 0007436984000005

上記表1において、本発明の硫化物系固体電解質組成物の実施例1~3では、180MPaと低圧プレスによって成形したとしても比較例1に比べ高いイオン伝導性を有しており、高圧プレス(360MPa)によってLPSガラスを成形した参考例1と比較しても低圧プレスにもかかわらず同等のイオン伝導性を有していることがわかる。
上記結果より、本発明の硫化物系固体電解質組成物を用いることで、低圧での成形においても優れたイオン伝導性を有する成形体を得ることができることから、電池製造のプロセスを簡素化でき、更にそれほど強い拘束治具を使用せずに長期にわたって連続的なイオンのパスを形成することができるため、優れた電池特性を有することが期待される。
In Table 1 above, Examples 1 to 3 of the sulfide-based solid electrolyte compositions of the present invention have higher ionic conductivity than Comparative Example 1 even when molded by a low-pressure press of 180 MPa. Even when compared with Reference Example 1 in which LPS glass was molded under a pressure of 360 MPa), it can be seen that it has the same ionic conductivity despite the low-pressure pressing.
From the above results, by using the sulfide-based solid electrolyte composition of the present invention, it is possible to obtain a molded body with excellent ionic conductivity even when molded at low pressure, so that the battery manufacturing process can be simplified. Furthermore, since a continuous ion path can be formed over a long period of time without using a very strong restraint jig, it is expected to have excellent battery characteristics.

Claims (4)

周期律表第1族に属する金属イオンの伝導性を有する無機固体電解質と、下記一般式(I)で表されるカルボン酸エステル化合物とを含有する固体電解質組成物であって、
前記カルボン酸エステル化合物が固体電解質組成物に対して1体積%以上、20体積%以下の割合で含有されていることを特徴とする固体電解質組成物。
Figure 0007436984000006
(R~Rはそれぞれ独立しており、少なくとも1つの水素原子がハロゲン原子で置換されていてもよい炭素数1~12のアルキル基を表す。)
A solid electrolyte composition containing an inorganic solid electrolyte having conductivity for metal ions belonging to Group 1 of the periodic table and a carboxylic acid ester compound represented by the following general formula (I),
A solid electrolyte composition, characterized in that the carboxylic acid ester compound is contained in a proportion of 1% by volume or more and 20% by volume or less based on the solid electrolyte composition.
Figure 0007436984000006
(R 1 to R 4 are each independent and represent an alkyl group having 1 to 12 carbon atoms, in which at least one hydrogen atom may be substituted with a halogen atom.)
前記無機固体電解質が、硫化物系固体電解質であることを特徴とする請求項1に記載の固体電解質組成物。 The solid electrolyte composition according to claim 1 , wherein the inorganic solid electrolyte is a sulfide-based solid electrolyte. 固体電解質組成物を加圧することによって得られた成形体であって、前記成形体が請求項1または2に記載の固体電解質組成物からなる成形体。 A molded body obtained by pressurizing a solid electrolyte composition, the molded body comprising the solid electrolyte composition according to claim 1 or 2 . 正極活物質層、負極活物質層および固体電解質層を備えた全固体二次電池であって、前記正極活物質層、前記負極活物質層および前記固体電解質層の少なくとも1つの層が請求項1または2の固体電解質組成物を含む層である全固体二次電池。
An all-solid-state secondary battery comprising a positive electrode active material layer, a negative electrode active material layer, and a solid electrolyte layer, wherein at least one layer of the positive electrode active material layer, the negative electrode active material layer, and the solid electrolyte layer is Or an all-solid-state secondary battery which is a layer containing the solid electrolyte composition of 2 .
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