JP7376393B2 - Positive electrode for all-solid-state secondary batteries and all-solid-state secondary batteries - Google Patents
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Description
本発明は、負荷特性および高温貯蔵特性に優れた全固体二次電池と、前記全固体二次電池を構成し得る正極に関するものである。 The present invention relates to an all-solid-state secondary battery with excellent load characteristics and high-temperature storage characteristics, and a positive electrode that can constitute the all-solid-state secondary battery.
近年、携帯電話、ノート型パーソナルコンピュータなどのポータブル電子機器の発達や、電気自動車の実用化などに伴い、小型・軽量で、かつ高容量・高エネルギー密度の二次電池が必要とされるようになってきている。 In recent years, with the development of portable electronic devices such as mobile phones and notebook personal computers, and the practical use of electric vehicles, there has been a need for small, lightweight, high-capacity, and high-energy-density secondary batteries. It has become to.
現在、この要求に応え得るリチウム二次電池、特にリチウムイオン二次電池では、正極活物質にコバルト酸リチウム(LiCoO2)、ニッケル酸リチウム(LiNiO2)などのリチウム含有複合酸化物が用いられ、負極活物質に黒鉛などが用いられ、非水電解質として有機溶媒とリチウム塩とを含む有機電解液が用いられている。 Currently, lithium secondary batteries that can meet this demand, especially lithium ion secondary batteries, use lithium-containing composite oxides such as lithium cobalt oxide (LiCoO 2 ) and lithium nickel oxide (LiNiO 2 ) as positive electrode active materials. Graphite or the like is used as the negative electrode active material, and an organic electrolyte containing an organic solvent and a lithium salt is used as the nonaqueous electrolyte.
そして、リチウムイオン二次電池の適用機器の更なる発達に伴って、リチウムイオン二次電池の更なる長寿命化・高容量化・高エネルギー密度化が求められていると共に、長寿命化・高容量化・高エネルギー密度化したリチウムイオン二次電池の信頼性も高く求められている。 With the further development of equipment to which lithium ion secondary batteries are applied, there is a need for lithium ion secondary batteries to have a longer lifespan, higher capacity, and higher energy density. Lithium-ion secondary batteries with higher capacity and higher energy density are also required to be highly reliable.
しかし、リチウムイオン二次電池に用いられている有機電解液は、可燃性物質である有機溶媒を含んでいるため、電池に短絡などの異常事態が発生した際に、有機電解液が異常発熱する可能性がある。また、近年のリチウムイオン二次電池の高エネルギー密度化および有機電解液中の有機溶媒量の増加傾向に伴い、より一層リチウムイオン二次電池の信頼性が求められている。 However, the organic electrolyte used in lithium-ion secondary batteries contains an organic solvent, which is a flammable substance, so when an abnormal situation such as a short circuit occurs in the battery, the organic electrolyte can generate abnormal heat. there is a possibility. Furthermore, with the recent trend towards higher energy densities in lithium ion secondary batteries and an increase in the amount of organic solvents in organic electrolytes, there is a demand for even greater reliability in lithium ion secondary batteries.
以上のような状況において、有機溶媒を用いない全固体型のリチウム二次電池(全固体二次電池)が注目されている。全固体二次電池は、従来の有機溶媒系電解質に代えて、有機溶媒を用いない固体電解質の成形体を用いるものであり、固体電解質の異常発熱の虞がなく、高い安全性を備えている。 Under the above circumstances, all-solid-state lithium secondary batteries (all-solid-state secondary batteries) that do not use organic solvents are attracting attention. All-solid-state secondary batteries use a molded solid electrolyte that does not use organic solvents instead of conventional organic solvent-based electrolytes, and are highly safe as there is no risk of abnormal heat generation of the solid electrolyte. .
また、全固体二次電池においては、種々の改良が試みられている。例えば、固体電解質は、正極活物質と直接接触することで抵抗層を形成してしまう場合のあることが知られているが、このような劣化による電池特性の低下を抑制するために、固体電解質との反応を抑制するための層を、正極活物質の表面に設ける技術が開発されている(特許文献1、2など)。
Furthermore, various improvements have been attempted in all-solid-state secondary batteries. For example, it is known that a solid electrolyte may form a resistance layer when it comes into direct contact with a positive electrode active material. A technique has been developed in which a layer for suppressing the reaction with the positive electrode active material is provided on the surface of the positive electrode active material (
ところで、現在、全固体二次電池においては、その適用分野が急速に拡大しており、例えば大きな電流値での放電が求められる用途への適用も考えられることから、これに応え得るように負荷特性を高めることが求められる。 By the way, the field of application of all-solid-state secondary batteries is currently expanding rapidly, and for example, applications that require discharging at large current values are considered. It is required to improve the characteristics.
本発明は、前記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、負荷特性および高温貯蔵特性に優れた全固体二次電池と、前記全固体二次電池を構成し得る正極とを提供することにある。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and its purpose is to provide an all-solid-state secondary battery with excellent load characteristics and high-temperature storage characteristics, and a positive electrode that can constitute the all-solid-state secondary battery. There is a particular thing.
本発明の全固体二次電池用正極は、正極活物質、導電助剤および固体電解質を含有する正極合剤の成形体を有し、前記正極活物質として、Li基準で2.5V相当の電圧まで完全放電させたときに、下記一般式(1)
LiaCo1-b-cMgbM1
cO2 (1)
〔前記一般式(1)中、M1は、Al、Ni、Mn、Na、Fe、Cu、Zr、Ti、Bi、Ca、F、P、Sr、W、Ba、Nb、Si、Zn、Mo、V、Sn、Sb、Ta、Ge、Cr、K、SおよびErよりなる群から選択される少なくとも1種の元素であり、a<1、0<b≦0.1、0≦c≦0.05である〕で表されるリチウムコバルト酸化物を含有し、前記正極活物質の表面に、前記正極活物質と前記固体電解質との反応を抑制するための反応抑制層が形成されていることを特徴とするものである。
The positive electrode for an all-solid-state secondary battery of the present invention has a molded positive electrode mixture containing a positive electrode active material, a conductive additive, and a solid electrolyte, and the positive electrode active material has a voltage equivalent to 2.5 V based on Li. When the battery is fully discharged, the following general formula (1)
Li a Co 1-b-c Mg b M 1 c O 2 (1)
[In the general formula (1), M 1 is Al, Ni, Mn, Na, Fe, Cu, Zr, Ti, Bi, Ca, F, P, Sr, W, Ba, Nb, Si, Zn, Mo , V, Sn, Sb, Ta, Ge, Cr, K, S and Er, and a<1, 0<b≦0.1, 0≦c≦0 .05], and a reaction suppression layer is formed on the surface of the positive electrode active material to suppress the reaction between the positive electrode active material and the solid electrolyte. It is characterized by:
また、本発明の全固体二次電池は、正極、負極、および前記正極と前記負極との間に介在する固体電解質層を有し、前記正極として、本発明の全固体二次電池用正極を有することを特徴とするものである。 Further, the all-solid-state secondary battery of the present invention includes a positive electrode, a negative electrode, and a solid electrolyte layer interposed between the positive electrode and the negative electrode, and the positive electrode for an all-solid-state secondary battery of the present invention is used as the positive electrode. It is characterized by having.
本発明によれば、負荷特性および高温貯蔵特性に優れた全固体二次電池と、前記全固体二次電池を構成し得る正極とを提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide an all-solid-state secondary battery with excellent load characteristics and high-temperature storage characteristics, and a positive electrode that can constitute the all-solid-state secondary battery.
<全固体二次電池用正極>
本発明の全固体二次電池用正極は、正極活物質、導電助剤および固体電解質を含有する正極合剤の成形体を有している。そして、固体電解質との反応を抑制するための反応抑制層を有する正極活物質を使用する。
<Cathode for all-solid-state secondary batteries>
The positive electrode for an all-solid-state secondary battery of the present invention has a molded body of a positive electrode mixture containing a positive electrode active material, a conductive additive, and a solid electrolyte. Then, a positive electrode active material having a reaction suppression layer for suppressing reaction with the solid electrolyte is used.
正極合剤の成形体内において、正極活物質と固体電解質とが直接接触すると、固体電解質が酸化して抵抗層を形成し、これが成形体内のイオン伝導性低下を引き起こす虞がある。なお、このような固体電解質の劣化反応は、電池が高温環境下に置かれたときに生じやすい。そこで、本発明においては、正極活物質の表面に、固体電解質との反応を抑制する反応抑制層を設け、正極活物質と固体電解質との直接の接触を防止している。 When the positive electrode active material and the solid electrolyte come into direct contact in the molded body of the positive electrode mixture, the solid electrolyte is oxidized to form a resistance layer, which may cause a decrease in the ionic conductivity within the molded body. Note that such a deterioration reaction of the solid electrolyte is likely to occur when the battery is placed in a high temperature environment. Therefore, in the present invention, a reaction suppression layer for suppressing the reaction with the solid electrolyte is provided on the surface of the positive electrode active material to prevent direct contact between the positive electrode active material and the solid electrolyte.
また、本発明の全固体二次電池用正極は、正極活物質として、Li基準で2.5V相当の電圧まで完全放電させたときに、前記一般式(1)で表されるリチウムコバルト酸化物(A)を使用する。 In addition, the positive electrode for an all-solid-state secondary battery of the present invention uses a lithium cobalt oxide represented by the general formula (1) as a positive electrode active material when completely discharged to a voltage equivalent to 2.5 V based on Li. Use (A).
リチウムコバルト酸化物(A)は、Li量が制限されており、これを使用することで、電池の負荷特性を高めることが可能となる。なお、有機電解液を有する二次電池においては、通常、Li量が制限されたリチウムコバルト酸化物を正極活物質に使用すると、高温環境下に置かれたときの電池特性の低下が生じやすい(すなわち高温貯蔵特性が低下しやすい)。しかしながら、理由は定かではないが、リチウムコバルト酸化物(A)を固体電解質と組み合わせた場合には、前記のような高温貯蔵特性の低下を引き起こすことなく、電池の負荷特性を高めることができる。 Lithium cobalt oxide (A) has a limited amount of Li, and its use makes it possible to improve the load characteristics of the battery. In addition, in a secondary battery having an organic electrolyte, if lithium cobalt oxide with a limited amount of Li is used as the positive electrode active material, the battery characteristics tend to deteriorate when placed in a high-temperature environment ( In other words, high-temperature storage characteristics tend to deteriorate). However, although the reason is not clear, when lithium cobalt oxide (A) is combined with a solid electrolyte, the load characteristics of the battery can be improved without causing the above-mentioned deterioration of high-temperature storage characteristics.
このように、本発明においては、正極活物質における反応抑制層の固体電解質の劣化を抑えることによる電池特性の低下(特に高温貯蔵時の電池特性の低下)抑制作用と、リチウムコバルト酸化物(A)と固体電解質との組み合わせによる作用とによって、全固体二次電池の負荷特性向上と高温貯蔵特性向上との両立を可能としている。 As described above, in the present invention, the effect of suppressing the deterioration of battery characteristics (especially the deterioration of battery characteristics during high-temperature storage) by suppressing the deterioration of the solid electrolyte of the reaction suppression layer in the positive electrode active material, and the effect of suppressing the deterioration of battery characteristics during high-temperature storage, and ) and the effect of the combination with the solid electrolyte, it is possible to simultaneously improve the load characteristics and high-temperature storage characteristics of the all-solid-state secondary battery.
全固体二次電池用正極としては、正極合剤を成形してなる成形体(ペレットなど)や、正極合剤の成形体からなる層(正極合剤層)を集電体上に形成してなる構造のものなどが挙げられる。 As a positive electrode for an all-solid-state secondary battery, a molded body (pellet, etc.) formed by molding a positive electrode mixture, or a layer (positive electrode mixture layer) made of a molded positive electrode mixture formed on a current collector. Examples include those with a structure such as
リチウムコバルト酸化物(A)は、Li基準で2.5V相当の電圧まで完全放電させたときに、前記一般式(1)を満たすものであるが、ここでいうリチウムコバルト酸化物(A)の組成は、以下の方法により求められる(後記の実施例に記載の正極活物質であるリチウムコバルト酸化物の組成は、この方法で求めたものである)。充放電条件としてはLi基準で2.5Vまで0.02C相当の電流値で電池を放電する。放電後の電池を解体し、正極合剤の成形体を取り出し、水に溶かすことで固体電解質を分離する。その後、分級処理を行いリチウムコバルト酸化物(A)のみを分離し、ICP分析により活物質の組成を算出する。なお、本明細書における正極活物質中の金属元素量を測定するためのICP分析では、活物質を約0.5g精秤して100mlビーカーに入れ、王水10mlを加え、液量が約10mlになるまで加熱濃縮し、冷却した後、アドバンテック株式会社製の定量濾紙「No.5A」で固形物を分離し、濾液および洗液を100mlメスフラスコに入れて定容希釈した後、サーモフィッシャー社製のICP分析装置「iCAP7600」を用いて測定する方法を採用している。 The lithium cobalt oxide (A) satisfies the above general formula (1) when completely discharged to a voltage equivalent to 2.5V on Li basis, but the lithium cobalt oxide (A) here The composition is determined by the following method (the composition of lithium cobalt oxide, which is a positive electrode active material described in Examples below, is determined by this method). As charge/discharge conditions, the battery is discharged at a current value equivalent to 0.02C up to 2.5V based on Li. After discharging, the battery is disassembled, the positive electrode mixture molded body is taken out, and the solid electrolyte is separated by dissolving it in water. Thereafter, a classification process is performed to separate only lithium cobalt oxide (A), and the composition of the active material is calculated by ICP analysis. In addition, in the ICP analysis for measuring the amount of metal elements in the positive electrode active material in this specification, approximately 0.5 g of the active material is accurately weighed, placed in a 100 ml beaker, and 10 ml of aqua regia is added, so that the liquid volume is approximately 10 ml. After cooling, solid matter was separated using quantitative filter paper "No. 5A" manufactured by Advantech Corporation. A method of measurement is adopted using the ICP analyzer "iCAP7600" manufactured by Manufacturer.
正極活物質として使用されるリチウムコバルト酸化物(A)において、Liの量aは、全固体二次電池の負荷特性を高める観点から、1未満であり、0.98以下であることが好ましい。また、リチウムコバルト酸化物(A)におけるLiの量aは、リチウムコバルト酸化物(A)の真密度と可逆性とを高める観点から、0.9以上であることが好ましい。 In the lithium cobalt oxide (A) used as the positive electrode active material, the amount a of Li is less than 1, and preferably 0.98 or less, from the viewpoint of improving the load characteristics of the all-solid-state secondary battery. Further, the amount a of Li in the lithium cobalt oxide (A) is preferably 0.9 or more from the viewpoint of increasing the true density and reversibility of the lithium cobalt oxide (A).
リチウムコバルト酸化物(A)において、Mgおよび元素M1は、リチウムコバルト酸化物(A)の安定性(高電圧領域での安定性や熱安定性)を高め、Coイオンの溶出を抑制する作用を有している。さらに、元素M1は、電池の連続充電特性(電池の充電を継続しても、微小な短絡が発生する時間が非常に長い特性)を高める作用も有している。 In the lithium cobalt oxide (A), Mg and element M1 have the effect of increasing the stability (stability in a high voltage region and thermal stability) of the lithium cobalt oxide (A) and suppressing the elution of Co ions. have. Furthermore, element M 1 also has the effect of enhancing the continuous charging characteristics of the battery (characteristics in which a minute short circuit takes a very long time even if the battery continues to be charged).
リチウムコバルト酸化物(A)において、Mgの量bは、0より多いが、前記の作用をより有効に発揮させる観点から、0.01以上であることが好ましい。 In the lithium cobalt oxide (A), the amount b of Mg is more than 0, but is preferably 0.01 or more from the viewpoint of exhibiting the above-mentioned effect more effectively.
他方、リチウムコバルト酸化物(A)は、元素M1を含有していなくてもよい(その量cは0でもよい)が、前記の作用を有効に発揮させる観点からは、元素M1の量cは、0.01以上であることが好ましい。 On the other hand, the lithium cobalt oxide (A) does not need to contain the element M 1 (the amount c may be 0), but from the viewpoint of effectively exerting the above effect, the amount of the element M 1 It is preferable that c is 0.01 or more.
ただし、リチウムコバルト酸化物(A)中のMgや元素M1の量が多すぎると、Coの量が少なくなりすぎて、その作用を十分に確保できない虞がある。よって、コバルト酸リチウム(A)において、Mgの量bは、0.1以下であり、0.05以下であることが好ましい。また、リチウムコバルト酸化物(A)において、元素M1の量cは、0.05以下であり、0.02以下であることが好ましい。 However, if the amount of Mg or element M1 in the lithium cobalt oxide (A) is too large, the amount of Co will be too small, and there is a possibility that its effect cannot be sufficiently ensured. Therefore, in lithium cobalt oxide (A), the amount b of Mg is 0.1 or less, preferably 0.05 or less. Further, in the lithium cobalt oxide (A), the amount c of element M1 is 0.05 or less, preferably 0.02 or less.
正極活物質には、リチウムコバルト酸化物(A)のみを使用してもよく、リチウムコバルト酸化物(A)と他の正極活物質とを併用してもよい。リチウムコバルト酸化物(A)と併用し得る他の正極活物質としては、従来から知られているリチウムイオン二次電池に正極活物資として用いられているものと同様の、リチウムイオンを吸蔵・放出可能な活物質が挙げられる。ただし、正極活物質にリチウムコバルト酸化物(A)と他の正極活物質とを併用する場合、全正極活物質中の、リチウムコバルト酸化物(A)の割合を、60質量%以上とすることが好ましい。なお、正極活物質の全てをリチウムコバルト酸化物(A)としてもよいため、全正極活物質中のリチウムコバルト酸化物(A)の好適含有量の上限値は、100質量%である。 As the positive electrode active material, lithium cobalt oxide (A) alone may be used, or lithium cobalt oxide (A) and other positive electrode active materials may be used together. Other positive electrode active materials that can be used in combination with lithium cobalt oxide (A) include those that absorb and release lithium ions, such as those used as positive electrode active materials in conventionally known lithium ion secondary batteries. Possible active materials include: However, when using lithium cobalt oxide (A) and other positive electrode active materials together as the positive electrode active material, the proportion of lithium cobalt oxide (A) in the total positive electrode active material must be 60% by mass or more. is preferred. Note that since all of the positive electrode active material may be lithium cobalt oxide (A), the upper limit of the preferable content of lithium cobalt oxide (A) in all the positive electrode active materials is 100% by mass.
正極活物質は、その表面に、固体電解質との反応を抑制するための反応抑制層を有している。 The positive electrode active material has a reaction suppression layer on its surface for suppressing reaction with the solid electrolyte.
反応抑制層は、イオン伝導性を有し、正極活物質と固体電解質との反応を抑制できる材料で構成されていればよい。反応抑制層を構成し得る材料としては、例えば、Liと、Nb、P、B、Si、Ge、TiおよびZrよりなる群から選択される少なくとも1種の元素とを含む酸化物、より具体的には、LiNbO3などのNb含有酸化物、Li3PO4、Li3BO3、Li4SiO4、Li4GeO4、LiTiO3、LiZrO3などが挙げられる。反応抑制層は、これらの酸化物のうちの1種のみを含有していてもよく、また、2種以上を含有していてもよく、さらに、これらの酸化物のうちの複数種が複合化合物を形成していてもよい。これらの酸化物の中でも、Nb含有酸化物を使用することが好ましく、LiNbO3を使用することがより好ましい。 The reaction suppression layer may be made of a material that has ionic conductivity and can suppress the reaction between the positive electrode active material and the solid electrolyte. Examples of materials that can constitute the reaction suppression layer include, for example, oxides containing Li and at least one element selected from the group consisting of Nb, P, B, Si, Ge, Ti, and Zr; Examples include Nb-containing oxides such as LiNbO 3 , Li 3 PO 4 , Li 3 BO 3 , Li 4 SiO 4 , Li 4 GeO 4 , LiTiO 3 , LiZrO 3 and the like. The reaction suppression layer may contain only one type of these oxides, or may contain two or more types of these oxides, and may further contain multiple types of these oxides in a composite compound. may be formed. Among these oxides, it is preferable to use Nb-containing oxides, and it is more preferable to use LiNbO 3 .
反応抑制層は、正極活物質:100質量部に対して0.1~1.0質量部で表面に存在することが好ましい。この範囲であればリチウムコバルト酸化物と固体電解質との反応を良好に抑制し、負荷特性の低下を防止することができる。 The reaction suppression layer is preferably present on the surface in an amount of 0.1 to 1.0 parts by mass based on 100 parts by mass of the positive electrode active material. Within this range, the reaction between the lithium cobalt oxide and the solid electrolyte can be suppressed well, and deterioration of load characteristics can be prevented.
正極活物質の表面に反応抑制層を形成する方法としては、ゾルゲル法、メカノフュージョン法、CVD法、PVD法などが挙げられる。 Examples of methods for forming a reaction suppression layer on the surface of the positive electrode active material include a sol-gel method, a mechanofusion method, a CVD method, and a PVD method.
正極合剤における正極活物質の含有量は、60~95質量%であることが好ましい。 The content of the positive electrode active material in the positive electrode mixture is preferably 60 to 95% by mass.
正極の導電助剤には、黒鉛(天然黒鉛、人造黒鉛)、グラフェン、カーボンブラック、カーボンナノファイバー、カーボンナノチューブなどの炭素材料などを使用することができる。正極合剤における導電助剤の含有量は、1~10質量%であることが好ましい。 Carbon materials such as graphite (natural graphite, artificial graphite), graphene, carbon black, carbon nanofibers, carbon nanotubes, etc. can be used as the conductive agent of the positive electrode. The content of the conductive additive in the positive electrode mixture is preferably 1 to 10% by mass.
正極の固体電解質としては、リチウムイオン伝導性を有していれば特に限定されず、例えば、硫化物系固体電解質、水素化物系固体電解質、酸化物系固体電解質などが使用できる。 The solid electrolyte of the positive electrode is not particularly limited as long as it has lithium ion conductivity, and for example, sulfide-based solid electrolytes, hydride-based solid electrolytes, oxide-based solid electrolytes, etc. can be used.
硫化物系固体電解質としては、例えば、Li2S-P2S5、Li2S-SiS2、Li2S-P2S5-GeS2、Li2S-B2S3系ガラスなどの粒子が挙げられる他、近年、リチウムイオン伝導性が高いものとして注目されているLGPS系のもの(Li10GeP2S12など)や、アルジロダイト系のもの〔Li6PS5Clなどの、Li7-x+yPS6-xClx+y(ただし、0.05≦y≦0.9、-3.0x+1.8≦y≦-3.0x+5.7)で表されるもの、Li7-aPS6-aClbBrc(ただし、a=b+c、0<a≦1.8、0.1≦b/c≦10.0)で表されるものなど〕も使用することができる。これらの中でも、特にリチウムイオン伝導性が高く、化学的に安定性の高いアルジロダイト系材料が好ましく用いられる。 Examples of sulfide-based solid electrolytes include Li 2 S-P 2 S 5 , Li 2 S-SiS 2 , Li 2 S-P 2 S 5 -GeS 2 , Li 2 S-B 2 S 3- based glass, and the like. In addition to particles, there are also LGPS-based particles (such as Li 10 GeP 2 S 12 ), which have recently attracted attention as having high lithium ion conductivity, and argyrodite-based particles [such as Li 6 PS 5 Cl, Li 7 -x+y PS 6-x Cl x+y (0.05≦y≦0.9, -3.0x+1.8≦y≦-3.0x+5.7), Li 7-a PS 6- a Cl b Br c (wherein a=b+c, 0<a≦1.8, 0.1≦b/c≦10.0) can also be used. Among these, argyrodite-based materials, which have particularly high lithium ion conductivity and high chemical stability, are preferably used.
水素化物系固体電解質としては、例えば、LiBH4、LIBH4と下記のアルカリ金属化合物との固溶体(例えば、LiBH4とアルカリ金属化合物とのモル比が1:1~20:1のもの)などが挙げられる。前記固溶体におけるアルカリ金属化合物としては、ハロゲン化リチウム(LiI、LiBr、LiF、LiClなど)、ハロゲン化ルビジウム(RbI、RbBr、RbiF、RbClなど)、ハロゲン化セシウム(CsI、CsBr、CsF、CsClなど)、リチウムアミド、ルビジウムアミドおよびセシウムアミドよりなる群から選択される少なくとも1種が挙げられる。 Examples of the hydride solid electrolyte include LiBH 4 and a solid solution of LIBH 4 and the following alkali metal compound (for example, one in which the molar ratio of LiBH 4 and the alkali metal compound is 1:1 to 20:1). Can be mentioned. Examples of the alkali metal compounds in the solid solution include lithium halides (LiI, LiBr, LiF, LiCl, etc.), rubidium halides (RbI, RbBr, RbiF, RbCl, etc.), and cesium halides (CsI, CsBr, CsF, CsCl, etc.). , lithium amide, rubidium amide, and cesium amide.
酸化物系固体電解質としては、例えば、Li7La3Zr2O12、LiTi(PO4)3、LiGe(PO4)3、LiLaTiO3などが挙げられる。 Examples of the oxide solid electrolyte include Li 7 La 3 Zr 2 O 12 , LiTi(PO 4 ) 3 , LiGe(PO 4 ) 3 , and LiLaTiO 3 .
固体電解質は、先に例示したもののうちの1種または2種以上を使用することができる、前記例示の固体電解質の中でも、リチウムイオン伝導性が高く、また、正極合剤の成形性を高める機能を有していることから、硫化物系固体電解質を用いることがより好ましい。 The solid electrolyte can be one or more of the ones listed above.Among the solid electrolytes listed above, it has a high lithium ion conductivity and also has a function of improving the formability of the positive electrode mixture. It is more preferable to use a sulfide-based solid electrolyte.
正極合剤における固体電解質の含有量は、4~30質量%であることが好ましい。 The content of the solid electrolyte in the positive electrode mixture is preferably 4 to 30% by mass.
正極合剤には、樹脂製のバインダは含有させなくてもよく、含有させてもよい。樹脂製のバインダとしては、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)などのフッ素樹脂などが挙げられる。ただし、樹脂製のバインダは正極合剤中において抵抗成分として作用するため、その量はできるだけ少ないことが望ましい。よって、正極合剤においては、樹脂製のバインダを含有させないか、含有させる場合にはその含有量を0.5質量%以下とすることが好ましい。正極合剤における樹脂製のバインダの含有量は0.3質量%以下であることがより好ましく、0質量%である(すなわち、樹脂製のバインダを含有させない)ことがさらに好ましい。 The positive electrode mixture does not need to contain a resin binder, or may contain it. Examples of the resin binder include fluororesins such as polyvinylidene fluoride (PVDF). However, since the resin binder acts as a resistance component in the positive electrode mixture, it is desirable that its amount be as small as possible. Therefore, it is preferable that the positive electrode mixture does not contain a resin binder, or if it contains a resin binder, the content thereof is 0.5% by mass or less. The content of the resinous binder in the positive electrode mixture is more preferably 0.3% by mass or less, and even more preferably 0% by mass (that is, no resinous binder is contained).
正極に集電体を使用する場合、その集電体としては、アルミニウムやステンレス鋼などの金属の箔、パンチングメタル、網、エキスパンドメタル、発泡メタル;カーボンシート;などを用いることができる。 When a current collector is used for the positive electrode, metal foil such as aluminum or stainless steel, punched metal, net, expanded metal, foamed metal, carbon sheet, etc. can be used as the current collector.
正極合剤の成形体は、例えば、正極活物質、導電助剤および固体電解質、さらには必要に応じて添加されるバインダなどを混合して調製した正極合剤を、加圧成形などによって圧縮することで形成することができる。 A positive electrode mixture molded body is produced by, for example, compressing a positive electrode mixture prepared by mixing a positive electrode active material, a conductive additive, a solid electrolyte, and a binder added as necessary, etc. by pressure molding or the like. It can be formed by
集電体を有する正極の場合には、前記のような方法で形成した正極合剤の成形体を集電体と圧着するなどして貼り合わせることで製造することができる。 In the case of a positive electrode having a current collector, it can be manufactured by bonding a molded body of the positive electrode mixture formed by the method described above to the current collector by pressing or the like.
正極合剤の成形体の厚み(集電体を有する正極の場合は、集電体の片面あたりの正極合剤の成形体の厚み。以下、同じ。)は、電池の高容量化の観点から、200μm以上であることが好ましい。なお、電池の負荷特性は、一般に正極や負極を薄くすることで向上しやすいが、本発明によれば、正極合剤の成形体が200μm以上と厚い場合においても、その負荷特性を高めることが可能である。よって、本発明においては、正極合剤の成形体の厚みが例えば200μm以上の場合に、その効果がより顕著となる。また、正極合剤の成形体の厚みは、通常、2000μm以下である。 The thickness of the positive electrode mixture molded body (in the case of a positive electrode with a current collector, the thickness of the positive electrode mixture molded body per one side of the current collector; the same applies hereinafter) is determined from the viewpoint of increasing the capacity of the battery. , 200 μm or more. Note that the load characteristics of a battery are generally easily improved by making the positive electrode and negative electrode thinner, but according to the present invention, the load characteristics can be improved even when the molded body of the positive electrode mixture is as thick as 200 μm or more. It is possible. Therefore, in the present invention, the effect becomes more pronounced when the thickness of the molded body of the positive electrode mixture is, for example, 200 μm or more. Further, the thickness of the molded body of the positive electrode mixture is usually 2000 μm or less.
<全固体二次電池>
本発明の全固体二次電池は、正極、負極、および前記正極と前記負極との間に介在する固体電解質層とを有し、正極が本発明の全固体二次電池用正極である。
<All-solid-state secondary battery>
The all-solid-state secondary battery of the present invention has a positive electrode, a negative electrode, and a solid electrolyte layer interposed between the positive electrode and the negative electrode, and the positive electrode is the positive electrode for an all-solid-state secondary battery of the present invention.
(負極)
全固体二次電池の負極は、負極活物質、導電助剤および固体電解質などを含む負極合剤の成形体を有するものであり、例えば、前記成形体のみからなる負極や、前記成形体と集電体とが一体化してなる構造の負極などが挙げられる。
(Negative electrode)
The negative electrode of an all-solid-state secondary battery has a molded body of a negative electrode mixture containing a negative electrode active material, a conductive aid, a solid electrolyte, etc. For example, a negative electrode consisting only of the molded body, or a negative electrode composed of the molded body and a mixture thereof. Examples include a negative electrode that is integrated with an electric body.
負極活物質としては、例えば、黒鉛、熱分解炭素類、コークス類、ガラス状炭素類、有機高分子化合物の焼成体、メソカーボンマイクロビーズ(MCMB)、炭素繊維などのリチウムを吸蔵・放出可能な炭素系材料の1種または2種以上の混合物が用いられる。また、Si、Sn、Ge、Bi、Sb、Inなどの元素を含む単体、化合物およびその合金;リチウム含有窒化物またはリチウム含有酸化物などのリチウム金属に近い低電圧で充放電できる化合物;リチウム金属;リチウム/アルミニウム合金;も、負極活物質として用いることができる。 Examples of negative electrode active materials include graphite, pyrolytic carbons, cokes, glassy carbons, fired bodies of organic polymer compounds, mesocarbon microbeads (MCMB), carbon fibers, and other materials that can occlude and release lithium. One or a mixture of two or more carbon-based materials may be used. Also, simple substances, compounds, and alloys thereof containing elements such as Si, Sn, Ge, Bi, Sb, and In; compounds that can be charged and discharged at low voltages close to those of lithium metal, such as lithium-containing nitrides or lithium-containing oxides; lithium metal ; Lithium/aluminum alloy; can also be used as the negative electrode active material.
負極合剤における負極活物質の含有量は、50~95質量%であることが好ましい。 The content of the negative electrode active material in the negative electrode mixture is preferably 50 to 95% by mass.
負極の導電助剤には、黒鉛(天然黒鉛、人造黒鉛)、グラフェン、カーボンブラック、カーボンナノファイバー、カーボンナノチューブなどの炭素材料などを使用することができる。負極合剤における導電助剤の含有量は1~10質量%であることが好ましい。 Carbon materials such as graphite (natural graphite, artificial graphite), graphene, carbon black, carbon nanofibers, carbon nanotubes, etc. can be used as the conductive agent for the negative electrode. The content of the conductive additive in the negative electrode mixture is preferably 1 to 10% by mass.
負極の固体電解質には、正極合剤に含有させ得る固体電解質として先に例示したものと同じもののうちの1種または2種以上を使用することができる。前記例示の固体電解質の中でも、リチウムイオン伝導性が高く、また、負極合剤の成形性を高める機能を有していることから、硫化物系固体電解質を用いることがより好ましい。 As the solid electrolyte of the negative electrode, one or more of the solid electrolytes exemplified above as solid electrolytes that can be included in the positive electrode mixture can be used. Among the solid electrolytes mentioned above, it is more preferable to use a sulfide-based solid electrolyte because it has high lithium ion conductivity and also has a function of improving the moldability of the negative electrode mixture.
負極合剤における固体電解質の含有量は、4~49質量%であることが好ましい。 The content of the solid electrolyte in the negative electrode mixture is preferably 4 to 49% by mass.
負極合剤には、樹脂製のバインダは含有させなくてもよく、含有させてもよい。樹脂製のバインダとしては、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)などのフッ素樹脂などが挙げられる。ただし、樹脂製のバインダは負極合剤中においても抵抗成分として作用するため、その量はできるだけ少ないことが望ましい。よって、負極合剤においては、樹脂製のバインダを含有させないか、含有させる場合にはその含有量を0.5質量%以下とすることが好ましい。負極合剤における樹脂製のバインダの含有量は0.3質量%以下であることがより好ましく、0質量%である(すなわち、樹脂製のバインダを含有させない)ことがさらに好ましい。 The negative electrode mixture does not need to contain a resin binder, or may contain it. Examples of the resin binder include fluororesins such as polyvinylidene fluoride (PVDF). However, since the resin binder also acts as a resistance component in the negative electrode mixture, it is desirable that its amount be as small as possible. Therefore, it is preferable that the negative electrode mixture does not contain a resin binder, or if it contains a resin binder, the content thereof is 0.5% by mass or less. The content of the resinous binder in the negative electrode mixture is more preferably 0.3% by mass or less, and even more preferably 0% by mass (that is, no resinous binder is contained).
負極に集電体を用いる場合、その集電体としては、銅製やニッケル製の箔、パンチングメタル、網、エキスパンドメタル、発泡メタル;カーボンシート;などを用いることができる。 When a current collector is used for the negative electrode, copper or nickel foil, punched metal, net, expanded metal, foamed metal, carbon sheet, etc. can be used as the current collector.
負極合剤の成形体は、例えば、負極活物質、導電助剤および固体電解質、さらには必要に応じて添加されるバインダなどを混合して調製した負極合剤を、加圧成形などによって圧縮することで形成することができる。 A negative electrode mixture molded body is produced by, for example, compressing a negative electrode mixture prepared by mixing a negative electrode active material, a conductive additive, a solid electrolyte, and a binder added as necessary, etc. by pressure molding or the like. It can be formed by
集電体を有する負極の場合には、前記のような方法で形成した負極合剤の成形体を集電体と圧着するなどして貼り合わせることで製造することができる。 In the case of a negative electrode having a current collector, it can be manufactured by bonding a molded negative electrode mixture formed by the method described above to the current collector by pressing or the like.
負極合剤の成形体の厚み(集電体を有する負極の場合は、集電体の片面あたりの正極合剤の成形体の厚み。以下、同じ。)は、電池の高容量化の観点から、200μm以上であることが好ましい。なお、電池の負荷特性は、一般に正極や負極を薄くすることで向上しやすいが、本発明によれば、負極合剤の成形体が200μm以上と厚い場合においても、その負荷特性を高めることが可能である。よって、本発明においては、負極合剤の成形体の厚みが例えば200μm以上の場合に、その効果がより顕著となる。そして、本発明においては、正極合剤の成形体の厚みが200μm以上であり、かつ負極合剤の成形体の厚みが200μm以上である場合に、その効果が特に顕著となる。また、負極合剤の成形体の厚みは、通常、3000μm以下である。 The thickness of the molded body of the negative electrode mixture (in the case of a negative electrode with a current collector, the thickness of the molded body of the positive electrode mixture per one side of the current collector; the same applies hereinafter) is determined from the viewpoint of increasing the capacity of the battery. , 200 μm or more. Note that the load characteristics of a battery are generally easily improved by making the positive electrode and the negative electrode thinner, but according to the present invention, the load characteristics can be improved even when the molded body of the negative electrode mixture is as thick as 200 μm or more. It is possible. Therefore, in the present invention, the effect becomes more pronounced when the thickness of the molded body of the negative electrode mixture is, for example, 200 μm or more. In the present invention, the effect becomes particularly remarkable when the thickness of the molded body of the positive electrode mixture is 200 μm or more and the thickness of the molded body of the negative electrode mixture is 200 μm or more. Further, the thickness of the molded body of the negative electrode mixture is usually 3000 μm or less.
(固体電解質層)
固体電解質層における固体電解質には、正極の固体電解質として先に例示したものと同じもののうちの1種または2種以上を使用することができる。ただし、電池特性をより優れたものとするためには、硫化物系固体電解質を含有させることが望ましく、正極、負極および固体電解質層の全てに硫化物系固体電解質を含有させることがより望ましい。
(solid electrolyte layer)
As the solid electrolyte in the solid electrolyte layer, one or more of the same solid electrolytes as those exemplified above as the solid electrolyte of the positive electrode can be used. However, in order to improve battery characteristics, it is desirable to contain a sulfide-based solid electrolyte, and it is more desirable to contain a sulfide-based solid electrolyte in all of the positive electrode, negative electrode, and solid electrolyte layer.
固体電解質層は、樹脂製の不織布などの多孔質体を支持体として有していてもよい。 The solid electrolyte layer may have a porous material such as a resin nonwoven fabric as a support.
固体電解質層は、固体電解質を加圧成形などによって圧縮する方法;固体電解質を溶媒に分散させて調製した固体電解質層形成用組成物を基材や正極、負極の上に塗布して乾燥し、必要に応じてプレス処理などの加圧成形を行う方法:などで形成することができる。 A solid electrolyte layer is formed by compressing a solid electrolyte by pressure molding or the like; a solid electrolyte layer-forming composition prepared by dispersing a solid electrolyte in a solvent is applied onto a base material, a positive electrode, and a negative electrode, and dried. It can be formed by a method of performing pressure forming such as press treatment as necessary.
固体電解質層形成用組成物に使用する溶媒は、固体電解質を劣化させ難いものを選択することが好ましい。特に、硫化物系固体電解質や水素化物系固体電解質は、微少量の水分によって化学反応を起こすため、ヘキサン、ヘプタン、オクタン、ノナン、デカン、デカリン、トルエン、キシレンなどの炭化水素溶媒に代表される非極性非プロトン性溶媒を使用することが好ましい。特に、含有水分量を0.001質量%(10ppm)以下とした超脱水溶媒を使用することがより好ましい。また、三井・デュポンフロロケミカル社製の「バートレル(登録商標)」、日本ゼオン社製の「ゼオローラ(登録商標)」、住友3M社製の「ノベック(登録商標)」などのフッ素系溶媒、並びに、ジクロロメタン、ジエチルエーテルなどの非水系有機溶媒を使用することもできる。 The solvent used in the solid electrolyte layer forming composition is preferably selected from a solvent that does not easily deteriorate the solid electrolyte. In particular, sulfide-based solid electrolytes and hydride-based solid electrolytes cause chemical reactions with minute amounts of water, so hydrocarbon solvents such as hexane, heptane, octane, nonane, decane, decalin, toluene, and xylene are typical. Preference is given to using non-polar aprotic solvents. In particular, it is more preferable to use a super dehydrated solvent with a water content of 0.001% by mass (10 ppm) or less. In addition, fluorinated solvents such as "Vertrell (registered trademark)" manufactured by Mitsui-DuPont Fluorochemicals, "Zeorolla (registered trademark)" manufactured by Nippon Zeon, and "Novec (registered trademark)" manufactured by Sumitomo 3M, Non-aqueous organic solvents such as , dichloromethane and diethyl ether can also be used.
固体電解質層の厚みは、100~300μmであることが好ましい。 The thickness of the solid electrolyte layer is preferably 100 to 300 μm.
(電極体)
正極と負極とは、固体電解質層を介して積層した積層電極体や、さらにこの積層電極体を巻回した巻回電極体の形態で、電池に用いることができる。
(electrode body)
The positive electrode and the negative electrode can be used in a battery in the form of a laminated electrode body laminated with a solid electrolyte layer in between, or a wound electrode body in which this laminated electrode body is further wound.
なお、電極体を形成するに際しては、正極と負極と固体電解質層とを積層した状態で加圧成形することが、電極体の機械的強度を高める観点から好ましい。 Note that when forming the electrode body, it is preferable to press-mold the positive electrode, the negative electrode, and the solid electrolyte layer in a laminated state from the viewpoint of increasing the mechanical strength of the electrode body.
(電池の形態)
本発明の全固体二次電池の一例を模式的に表す断面図を図1に示す。図1に示す電池1は、外装缶40と、封口缶50と、これらの間に介在する樹脂製のガスケット60で形成された外装体内に、正極10、負極20、および正極10と負極20との間に介在する固体電解質層30が封入されている。
(Battery form)
A cross-sectional view schematically showing an example of the all-solid-state secondary battery of the present invention is shown in FIG. The
封口缶50は、外装缶40の開口部にガスケット60を介して嵌合しており、外装缶40の開口端部が内方に締め付けられ、これによりガスケット60が封口缶50に当接することで、外装缶40の開口部が封口されて素子内部が密閉構造となっている。
The sealing can 50 is fitted into the opening of the
外装缶および封口缶にはステンレス鋼製のものなどが使用できる。また、ガスケットの素材には、ポリプロピレン、ナイロンなどを使用できるほか、電池の用途との関係で耐熱性が要求される場合には、テトラフルオロエチレン-パーフルオロアルコキシエチレン共重合体(PFA)などのフッ素樹脂、ポリフェニレンエーテル(PEE)、ポリスルフォン(PSF)、ポリアリレート(PAR)、ポリエーテルスルフォン(PES)、ポリフェニレンスルフィド(PPS)、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)などの融点が240℃を超える耐熱樹脂を使用することもできる。また、電池が耐熱性を要求される用途に適用される場合、その封口には、ガラスハーメチックシールを利用することもできる。 Stainless steel can be used for the outer can and sealed can. In addition, polypropylene, nylon, etc. can be used as the material for the gasket, and if heat resistance is required due to battery usage, materials such as tetrafluoroethylene-perfluoroalkoxyethylene copolymer (PFA) can be used. Heat-resistant materials with melting points exceeding 240°C such as fluororesin, polyphenylene ether (PEE), polysulfone (PSF), polyarylate (PAR), polyether sulfone (PES), polyphenylene sulfide (PPS), and polyether ether ketone (PEEK) Resins can also be used. Furthermore, when the battery is used in applications requiring heat resistance, a glass hermetic seal can also be used to seal the battery.
また、図2および図3に、本発明の全固体二次電池の他の例を模式的に表す図面を示す。図2は全固体二次電池の平面図であり、図3は図2のI-I線断面図である。 Further, FIGS. 2 and 3 are diagrams schematically showing other examples of the all-solid-state secondary battery of the present invention. FIG. 2 is a plan view of the all-solid-state secondary battery, and FIG. 3 is a sectional view taken along line II in FIG. 2.
図2および図3に示す全固体二次電池100は、2枚の金属ラミネートフィルムで構成したラミネートフィルム外装体500内に、正極、固体電解質層および本発明の負極からなる電極体200を収容しており、ラミネートフィルム外装体500は、その外周部において、上下の金属ラミネートフィルムを熱融着することにより封止されている。なお、図3では、図面が煩雑になることを避けるために、ラミネートフィルム外装体500を構成している各層や、電極体を構成している正極、負極およびセパレータを区別して示していない。
The all-solid-state
電極体200の有する正極は、電池100内で正極外部端子300と接続しており、また、図示していないが、電極体200の有する負極も、電池100内で負極外部端子400と接続している。そして、正極外部端子300および負極外部端子400は、外部の機器などと接続可能なように、片端側をラミネートフィルム外装体500の外側に引き出されている。
The positive electrode of the
全固体二次電池の形態は、図1に示すような、外装缶と封口缶とガスケットとで構成された外装体を有するもの、すなわち、一般にコイン形電池やボタン形電池と称される形態のものや、図2および図3に示すような、樹脂フィルムや金属-樹脂ラミネートフィルムで構成された外装体を有するもの以外にも、金属製で有底筒形(円筒形や角筒形)の外装缶と、その開口部を封止する封止構造とを有する外装体を有するものであってもよい。 The form of an all-solid-state secondary battery is one that has an exterior body composed of an exterior can, a sealed can, and a gasket, as shown in Figure 1, that is, a type that is generally referred to as a coin-shaped battery or a button-shaped battery. In addition to those with exterior bodies made of resin films or metal-resin laminate films as shown in Figures 2 and 3, there are It may have an exterior body that includes an exterior can and a sealing structure that seals the opening of the exterior can.
本発明の全固体二次電池は、高電圧充電状態での安定性に優れるリチウムコバルト酸化物(A)を正極活物質として使用している。よって、本発明の全固体二次電池は、従来の有機電解液を有するリチウムイオン二次電池と同様に、充電時の終止電圧を4.2V程度に設定して使用することも可能であるが、これより高い4.3V以上を終止電圧とする充電を行う方法で使用してもよく、このような方法で充電して高容量化を図りつつ高温下で使用しても、良好な放電特性と貯蔵特性とを発揮できる。ただし、全固体二次電池の充電時の終止電圧は4.6V以下であることが好ましい。 The all-solid-state secondary battery of the present invention uses lithium cobalt oxide (A), which has excellent stability in a high-voltage charging state, as a positive electrode active material. Therefore, the all-solid-state secondary battery of the present invention can be used with the final voltage set at about 4.2V during charging, similar to conventional lithium-ion secondary batteries having organic electrolytes. , it may be used in a charging method with a higher final voltage of 4.3 V or higher, and even if it is charged in this way to increase the capacity and is used at high temperatures, it will maintain good discharge characteristics. and storage properties. However, the final voltage during charging of the all-solid-state secondary battery is preferably 4.6V or less.
本発明の全固体二次電池は、従来から知られている二次電池と同様の用途に適用し得るが、有機電解液に代えて固体電解質を有していることから耐熱性に優れており、高温に曝されるような用途に好ましく使用することができる。 The all-solid-state secondary battery of the present invention can be applied to the same applications as conventionally known secondary batteries, but it has excellent heat resistance because it has a solid electrolyte instead of an organic electrolyte. It can be preferably used in applications that are exposed to high temperatures.
以下、実施例に基づいて本発明を詳細に述べる。ただし、下記実施例は、本発明を制限するものではない。 Hereinafter, the present invention will be described in detail based on Examples. However, the following examples do not limit the present invention.
実施例1
<正極の作製>
表面にLiNbO3からなる層を有するLi0.98Co0.95Mg0.05O2(正極活物質)と、平均粒子径が4μmのアルジロダイト型構造を有する硫化物系固体電解質(Li6PS5Cl)と、アセチレンブラック(導電助剤)とを、60:35:5の質量比で混合し、よく混練して正極合剤を調製した。次に、前記正極合剤:15mgを直径:10mmの粉末成形金型に入れ、プレス機を用いて加圧成形を行い、円柱形状の正極合剤成形体よりなる正極を作製した。なお、Li0.98Co0.95Mg0.05O2の表面のLiNbO3からなる層の量は、Li0.98Co0.95Mg0.05O2:100質量部に対して0.5質量部であった。
Example 1
<Preparation of positive electrode>
Li 0.98 Co 0.95 Mg 0.05 O 2 (positive electrode active material) having a layer consisting of LiNbO 3 on the surface, and a sulfide-based solid electrolyte (Li 6 PS) having an argyrodite structure with an average particle size of 4 μm. 5 Cl) and acetylene black (conductive support agent) were mixed at a mass ratio of 60:35:5 and thoroughly kneaded to prepare a positive electrode mixture. Next, 15 mg of the positive electrode mixture was placed in a powder molding mold with a diameter of 10 mm, and pressure molded using a press to produce a positive electrode made of a cylindrical positive electrode mixture molded body. Note that the amount of the layer made of LiNbO 3 on the surface of Li 0.98 Co 0.95 Mg 0.05 O 2 is 0 per 100 parts by mass of Li 0.98 Co 0.95 Mg 0.05 O 2 It was .5 parts by mass.
<固体電解質層の形成>
次に、前記粉末成形金型内の前記正極合剤成形体の上に、正極の作製に用いたものと同じ硫化物系固体電解質:15mgを投入し、プレス機を用いて加圧成形を行い、前記正極合剤成形体の上に固体電解質層を形成した。
<Formation of solid electrolyte layer>
Next, 15 mg of the same sulfide solid electrolyte as that used for producing the positive electrode was placed on top of the positive electrode mixture molded body in the powder molding mold, and pressure molding was performed using a press machine. A solid electrolyte layer was formed on the positive electrode mixture molded body.
<積層電極体の形成>
対極として、LiおよびIn金属を円柱形状に成形して重ねたものを使用した。この対極を、前記粉末成形金型内の固体電解質層の、正極とは反対側の面上に投入し、プレス機を用いて加圧成形を行い、積層電極体を作製した。
<Formation of laminated electrode body>
As a counter electrode, a stack of Li and In metal formed into a cylindrical shape was used. This counter electrode was placed on the surface of the solid electrolyte layer in the powder molding die opposite to the positive electrode, and pressure molded using a press machine to produce a laminated electrode body.
<モデルセルの組み立て>
前記の積層電極体を使用し、図2に示すものと同様の平面構造のモデルセルを作製した。ラミネートフィルム外装体を構成するアルミニウムラミネートフィルムの、外装体の内側となる面に、正極集電箔(SUS箔)および対極集電箔(SUS箔)を、間にある程度の間隔を設けつつ横に並べて貼り付けた。前記各集電箔には、前記積層電極体の正極側表面または対極側表面と対向する本体部と、前記本体部からセルの外部に向けて突出する正極外部端子300および対極外部端子400となる部分とを備えた形状に切断したものを用いた。
<Assembling the model cell>
A model cell having a planar structure similar to that shown in FIG. 2 was manufactured using the laminated electrode body described above. A positive electrode current collector foil (SUS foil) and a counter electrode current collector foil (SUS foil) are placed horizontally on the inside surface of the exterior body of the aluminum laminate film that constitutes the laminate film exterior body, with a certain amount of space between them. I pasted them side by side. Each of the current collector foils has a main body portion facing the positive electrode side surface or the counter electrode side surface of the laminated electrode body, and a positive electrode
前記ラミネートフィルム外装体の対極集電箔上に前記積層電極体を載せ、正極集電箔が前記積層電極体の正極上に配置されるように前記ラミネートフィルム外装体で前記積層電極体を包み、真空下で前記ラミネートフィルム外装体の残りの3辺を熱融着によって封止して、モデルセルを得た。 The laminated electrode body is placed on the counter electrode current collector foil of the laminated film exterior body, and the laminated electrode body is wrapped with the laminated film exterior body so that the positive electrode current collector foil is disposed on the positive electrode of the laminated electrode body, The remaining three sides of the laminate film exterior body were sealed by heat sealing under vacuum to obtain a model cell.
実施例2
正極活物質を、表面にLiNbO3からなる層を有するLi0.98Co0.99Mg0.01O2(Li0.98Co0.99Mg0.01O2の表面のLiNbO3からなる層の量が、Li0.98Co0.99Mg0.01O2:100質量部に対して0.5質量部)に変更した以外は、実施例1と同様にしてモデルセルを作製した。
Example 2
The positive electrode active material is made of Li 0.98 Co 0.99 Mg 0.01 O 2 with a layer made of LiNbO 3 on the surface (consisting of LiNbO 3 on the surface of Li 0.98 Co 0.99 Mg 0.01 O 2 ). A model cell was produced in the same manner as in Example 1, except that the amount of the layer was changed to 0.5 parts by mass per 100 parts by mass of Li 0.98 Co 0.99 Mg 0.01 O 2 .
実施例3
正極活物質を、表面にLiNbO3からなる層を有するLi0.98Co0.9Mg0.1O2(Li0.98Co0.9Mg0.1O2の表面のLiNbO3からなる層の量が、Li0.98Co0.9Mg0.1O2:100質量部に対して0.5質量部)に変更した以外は、実施例1と同様にしてモデルセルを作製した。
Example 3
The positive electrode active material is made of Li 0.98 Co 0.9 Mg 0.1 O 2 with a layer made of LiNbO 3 on the surface (consisting of LiNbO 3 on the surface of Li 0.98 Co 0.9 Mg 0.1 O 2 ) . A model cell was produced in the same manner as in Example 1, except that the amount of the layer was changed to 0.5 parts by mass per 100 parts by mass of Li 0.98 Co 0.9 Mg 0.1 O 2 .
実施例4
正極活物質を、表面にLiNbO3からなる層を有するLi0.95Co0.99Mg0.01O2(Li0.95Co0.99Mg0.01O2の表面のLiNbO3からなる層の量が、Li0.95Co0.99Mg0.01O2:100質量部に対して0.5質量部)に変更した以外は、実施例1と同様にしてモデルセルを作製した。
Example 4
The positive electrode active material is made of Li 0.95 Co 0.99 Mg 0.01 O 2 with a layer made of LiNbO 3 on the surface (consisting of LiNbO 3 on the surface of Li 0.95 Co 0.99 Mg 0.01 O 2 ). A model cell was produced in the same manner as in Example 1, except that the amount of the layer was changed to 0.5 parts by mass per 100 parts by mass of Li 0.95 Co 0.99 Mg 0.01 O 2 .
実施例5
正極活物質を、表面にLiNbO3からなる層を有するLi0.95Co0.95Mg0.05O2(Li0.95Co0.95Mg0.05O2の表面のLiNbO3からなる層の量が、Li0.95Co0.95Mg0.05O2:100質量部に対して0.5質量部)に変更した以外は、実施例1と同様にしてモデルセルを作製した。
Example 5
The positive electrode active material is made of Li 0.95 Co 0.95 Mg 0.05 O 2 (Li 0.95 Co 0.95 Mg 0.05 O 2 with a layer made of LiNbO 3 on the surface). A model cell was produced in the same manner as in Example 1, except that the amount of the layer was changed to 0.5 parts by mass per 100 parts by mass of Li 0.95 Co 0.95 Mg 0.05 O 2 .
実施例6
正極活物質を、表面にLiNbO3からなる層を有するLi0.95Co0.9Mg0.1O2(Li0.95Co0.9Mg0.1O2の表面のLiNbO3からなる層の量が、Li0.95Co0.9Mg0.1O2:100質量部に対して0.5質量部)に変更した以外は、実施例1と同様にしてモデルセルを作製した。
Example 6
The positive electrode active material is made of Li 0.95 Co 0.9 Mg 0.1 O 2 with a layer made of LiNbO 3 on the surface (consisting of LiNbO 3 on the surface of Li 0.95 Co 0.9 Mg 0.1 O 2 ) . A model cell was produced in the same manner as in Example 1, except that the amount of the layer was changed to 0.5 parts by mass per 100 parts by mass of Li 0.95 Co 0.9 Mg 0.1 O 2 .
実施例7
正極活物質を、表面にLiNbO3からなる層を有するLi0.98Co0.9Mg0.05Al0.05O2(Li0.98Co0.9Mg0.05Al0.05O2の表面のLiNbO3からなる層の量が、Li0.98Co0.9Mg0.05Al0.05O2:100質量部に対して0.5質量部)に変更した以外は、実施例1と同様にしてモデルセルを作製した。
Example 7
The positive electrode active material was made of Li 0.98 Co 0.9 Mg 0.05 Al 0.05 O 2 (Li 0.98 Co 0.9 Mg 0.05 Al 0.05 O) having a layer of LiNbO 3 on the surface. Except that the amount of the layer consisting of LiNbO 3 on the surface of 2 was changed to 0.5 parts by mass per 100 parts by mass of Li 0.98 Co 0.9 Mg 0.05 Al 0.05 O 2 A model cell was produced in the same manner as in Example 1.
実施例8
正極活物質を、表面にLiNbO3からなる層を有するLi0.98Co0.94Mg0.01Al0.05O2(Li0.98Co0.94Mg0.01Al0.05O2の表面のLiNbO3からなる層の量が、Li0.98Co0.94Mg0.01Al0.05O2:100質量部に対して0.5質量部)に変更した以外は、実施例1と同様にしてモデルセルを作製した。
Example 8
The positive electrode active material was made of Li 0.98 Co 0.94 Mg 0.01 Al 0.05 O 2 (Li 0.98 Co 0.94 Mg 0.01 Al 0.05 O) having a layer of LiNbO 3 on the surface. Except that the amount of the layer consisting of LiNbO 3 on the surface of No. 2 was changed to 0.5 parts by mass relative to 100 parts by mass of Li 0.98 Co 0.94 Mg 0.01 Al 0.05 O 2 A model cell was produced in the same manner as in Example 1.
実施例9
正極活物質を、表面にLiNbO3からなる層を有するLi0.98Co0.85Mg0.1Al0.05O2(Li0.98Co0.85Mg0.1Al0.05O2の表面のLiNbO3からなる層の量が、Li0.98Co0.85Mg0.1Al0.05O2:100質量部に対して0.5質量部)に変更した以外は、実施例1と同様にしてモデルセルを作製した。
Example 9
The positive electrode active material was made of Li 0.98 Co 0.85 Mg 0.1 Al 0.05 O 2 (Li 0.98 Co 0.85 Mg 0.1 Al 0.05 O) having a layer made of LiNbO 3 on the surface. Except that the amount of the layer consisting of LiNbO 3 on the surface of No. 2 was changed to 0.5 parts by mass relative to 100 parts by mass of Li 0.98 Co 0.85 Mg 0.1 Al 0.05 O 2 A model cell was produced in the same manner as in Example 1.
実施例10
正極活物質を、表面にLiNbO3からなる層を有するLi0.98Co0.9Mg0.05Al0.04Ti0.01O2(Li0.98Co0.9Mg0.05Al0.04Ti0.01O2の表面のLiNbO3からなる層の量が、Li0.98Co0.9Mg0.05Al0.04Ti0.01O2:100質量部に対して0.5質量部)に変更した以外は、実施例1と同様にしてモデルセルを作製した。
Example 10
The positive electrode active material was made of Li 0.98 Co 0.9 Mg 0.05 Al 0.04 Ti 0.01 O 2 (Li 0.98 Co 0.9 Mg 0.05 Al) having a layer of LiNbO 3 on the surface. The amount of the layer consisting of LiNbO 3 on the surface of 0.04 Ti 0.01 O 2 is based on 100 parts by mass of Li 0.98 Co 0.9 Mg 0.05 Al 0.04 Ti 0.01 O 2 A model cell was produced in the same manner as in Example 1, except that the amount was changed to 0.5 parts by mass).
比較例1
正極活物質を、表面にLiNbO3からなる層を有するLiCo0.95Mg0.05O2(LiCo0.95Mg0.05O2の表面のLiNbO3からなる層の量が、LiCo0.95Mg0.05O2:100質量部に対して0.5質量部)に変更した以外は、実施例1と同様にしてモデルセルを作製した。
Comparative example 1
The positive electrode active material is LiCo 0.95 Mg 0.05 O 2 having a layer made of LiNbO 3 on the surface (the amount of the layer made of LiNbO 3 on the surface of LiCo 0.95 Mg 0.05 O 2 is LiCo 0.95 Mg 0.05 O 2 ). A model cell was produced in the same manner as in Example 1, except that the amount of 95 Mg 0.05 O 2 was changed to 0.5 parts by mass per 100 parts by mass).
比較例2
正極活物質を、表面にLiNbO3からなる層を有するLi1.02Co0.95Mg0.05O2(Li1.02Co0.95Mg0.05O2の表面のLiNbO3からなる層の量が、Li1.02Co0.95Mg0.05O2:100質量部に対して0.5質量部)に変更した以外は、実施例1と同様にしてモデルセルを作製した。
Comparative example 2
The positive electrode active material is made of Li 1.02 Co 0.95 Mg 0.05 O 2 with a layer made of LiNbO 3 on the surface (consisting of LiNbO 3 on the surface of Li 1.02 Co 0.95 Mg 0.05 O 2 ). A model cell was produced in the same manner as in Example 1, except that the amount of the layer was changed to 0.5 parts by mass per 100 parts by mass of Li 1.02 Co 0.95 Mg 0.05 O 2 .
比較例3
正極活物質を、表面にLiNbO3からなる層を有するLi0.98CoO2(Li0.98CoO2の表面のLiNbO3からなる層の量が、Li0.98CoO2:100質量部に対して0.5質量部)に変更した以外は、実施例1と同様にしてモデルセルを作製した。
Comparative example 3
The positive electrode active material was made of Li 0.98 CoO 2 having a layer made of LiNbO 3 on the surface (the amount of the layer made of LiNbO 3 on the surface of Li 0.98 CoO 2 was 100 parts by mass of Li 0.98 CoO 2 ) . A model cell was produced in the same manner as in Example 1, except that the amount was changed to 0.5 parts by mass).
比較例4
正極活物質を、表面にLiNbO3からなる層を有するLiCoO2(LiCoO2の表面のLiNbO3からなる層の量が、LiCoO2:100質量部に対して0.5質量部)に変更した以外は、実施例1と同様にしてモデルセルを作製した。
Comparative example 4
Except that the positive electrode active material was changed to LiCoO 2 having a layer made of LiNbO 3 on the surface (the amount of the layer made of LiNbO 3 on the surface of LiCoO 2 was 0.5 parts by mass per 100 parts by mass of LiCoO 2 ). A model cell was prepared in the same manner as in Example 1.
比較例5
正極活物質を、表面にLiNbO3からなる層を有するLi1.02CoO2(Li1.02CoO2の表面のLiNbO3からなる層の量が、Li1.02CoO2:100質量部に対して0.5質量部)に変更した以外は、実施例1と同様にしてモデルセルを作製した。
Comparative example 5
The positive electrode active material was made of Li 1.02 CoO 2 having a layer made of LiNbO 3 on the surface (the amount of the layer made of LiNbO 3 on the surface of Li 1.02 CoO 2 was 100 parts by mass of Li 1.02 CoO 2 ). A model cell was produced in the same manner as in Example 1, except that the amount was changed to 0.5 parts by mass).
比較例6
正極活物質を、表面にLiNbO3からなる層を有するLi0.98Co0.95Al0.05O2(Li0.98Co0.95Al0.05O2の表面のLiNbO3からなる層の量が、Li0.98Co0.95Al0.05O2:100質量部に対して0.5質量部)に変更した以外は、実施例1と同様にしてモデルセルを作製した。
Comparative example 6
The positive electrode active material is made of Li 0.98 Co 0.95 Al 0.05 O 2 with a layer made of LiNbO 3 on the surface (consisting of LiNbO 3 on the surface of Li 0.98 Co 0.95 Al 0.05 O 2 ). A model cell was produced in the same manner as in Example 1, except that the amount of the layer was changed to 0.5 parts by mass per 100 parts by mass of Li 0.98 Co 0.95 Al 0.05 O 2 .
比較例7
正極活物質を、表面にLiNbO3からなる層を有するLiCo0.95Al0.05O2(LiCo0.95Al0.05O2の表面のLiNbO3からなる層の量が、LiCo0.95Al0.05O2:100質量部に対して0.5質量部)に変更した以外は、実施例1と同様にしてモデルセルを作製した。
Comparative example 7
The positive electrode active material is LiCo 0.95 Al 0.05 O 2 having a layer of LiNbO 3 on the surface (the amount of the layer of LiNbO 3 on the surface of LiCo 0.95 Al 0.05 O 2 is LiCo 0.95 Al 0.05 O 2 ). A model cell was produced in the same manner as in Example 1, except that the amount of 95 Al 0.05 O 2 was changed to 0.5 parts by mass per 100 parts by mass).
比較例8
正極活物質を、表面にLiNbO3からなる層を有するLi1.02Co0.95Al0.05O2(Li1.02Co0.95Al0.05O2の表面のLiNbO3からなる層の量が、Li1.02Co0.95Al0.05O2:100質量部に対して0.5質量部)に変更した以外は、実施例1と同様にしてモデルセルを作製した。
Comparative example 8
The positive electrode active material is made of Li 1.02 Co 0.95 Al 0.05 O 2 with a layer made of LiNbO 3 on the surface (consisting of LiNbO 3 on the surface of Li 1.02 Co 0.95 Al 0.05 O 2 ). A model cell was produced in the same manner as in Example 1, except that the amount of the layer was changed to 0.5 parts by mass per 100 parts by mass of Li 1.02 Co 0.95 Al 0.05 O 2 .
比較例9
正極活物質を、表面にLiNbO3からなる層を有するLi0.98Co0.85Mg0.15O2(Li0.98Co0.85Mg0.15O2の表面のLiNbO3からなる層の量が、Li0.98Co0.85Mg0.15O2:100質量部に対して0.5質量部)に変更した以外は、実施例1と同様にしてモデルセルを作製した。
Comparative example 9
The positive electrode active material is made of Li 0.98 Co 0.85 Mg 0.15 O 2 (Li 0.98 Co 0.85 Mg 0.15 O 2 with a layer made of LiNbO 3 on the surface). A model cell was produced in the same manner as in Example 1, except that the amount of the layer was changed to 0.5 parts by mass per 100 parts by mass of Li 0.98 Co 0.85 Mg 0.15 O 2 .
比較例10
正極活物質を、表面にLiNbO3からなる層を有するLi0.98Co0.87Mg0.05Al0.08O2(Li0.98Co0.87Mg0.05Al0.08O2の表面のLiNbO3からなる層の量が、Li0.98Co0.87Mg0.05Al0.08O2:100質量部に対して0.5質量部)に変更した以外は、実施例1と同様にしてモデルセルを作製した。
Comparative example 10
The positive electrode active material was made of Li 0.98 Co 0.87 Mg 0.05 Al 0.08 O 2 (Li 0.98 Co 0.87 Mg 0.05 Al 0.08 O) having a layer made of LiNbO 3 on the surface. Except that the amount of the layer consisting of LiNbO 3 on the surface of 2 was changed to 0.5 parts by mass per 100 parts by mass of Li 0.98 Co 0.87 Mg 0.05 Al 0.08 O 2 A model cell was produced in the same manner as in Example 1.
比較例11
正極活物質を、表面にLiNbO3からなる層を持たないLi0.98Co0.95Mg0.05O2に変更した以外は、実施例1と同様にしてモデルセルを作製した。
Comparative example 11
A model cell was produced in the same manner as in Example 1, except that the positive electrode active material was changed to Li 0.98 Co 0.95 Mg 0.05 O 2 which does not have a layer made of LiNbO 3 on the surface.
参考例1
実施例1と同様にして作製した正極と、実施例1で使用したものと同じ対極との間に、厚みが20μmのPE製セパレータを挟んで重ねて積層電極体を作製した。この積層電極体と、有機電解液(エチレンカーボネートとジエチルカーボネートとの体積比1:2の混合溶媒に、1MのLiPF6を溶解させた溶液)とを、実施例1で用いたものと同じラミネートフィルム外装体内に封入して、モデルセルを作製した。
Reference example 1
A positive electrode produced in the same manner as in Example 1 and a counter electrode identical to that used in Example 1 were stacked with a PE separator having a thickness of 20 μm sandwiched therebetween to produce a laminated electrode body. This laminated electrode body and an organic electrolyte (a solution of 1M LiPF 6 dissolved in a mixed solvent of ethylene carbonate and diethyl carbonate at a volume ratio of 1:2) were mixed into the same laminate as used in Example 1. A model cell was produced by encapsulating it in a film exterior.
参考例2
正極活物質を、表面にLiNbO3からなる層を有するLi1.02Co0.95Mg0.05O2(Li1.02Co0.95Mg0.05O2の表面のLiNbO3からなる層の量が、Li1.02Co0.95Mg0.05O2:100質量部に対して0.5質量部)に変更した以外は、参考例1と同様にしてモデルセルを作製した。
Reference example 2
The positive electrode active material is made of Li 1.02 Co 0.95 Mg 0.05 O 2 with a layer made of LiNbO 3 on the surface (consisting of LiNbO 3 on the surface of Li 1.02 Co 0.95 Mg 0.05 O 2 ). A model cell was produced in the same manner as in Reference Example 1, except that the amount of the layer was changed to 0.5 parts by mass per 100 parts by mass of Li 1.02 Co 0.95 Mg 0.05 O 2 .
実施例、比較例および参考例で作製したモデルセルについて、下記の方法で負荷特性および高温貯蔵特性を評価した。 The model cells produced in Examples, Comparative Examples, and Reference Examples were evaluated for load characteristics and high-temperature storage characteristics using the following methods.
〔負荷特性評価〕
各モデルセルについて、0.1Cの電流値で電圧がLi基準で4.3Vになるまで定電流充電し、続いて電流値が0.01Cになるまで定電圧充電を行った後に0.1Cの電流値で電圧がLi基準で2.5Vになるまで放電させて、初期容量を測定した。
[Load characteristics evaluation]
For each model cell, constant current charging was performed at a current value of 0.1C until the voltage reached 4.3V based on Li, then constant voltage charging was performed until the current value reached 0.01C, and then 0.1C The initial capacity was measured by discharging until the current value reached a voltage of 2.5 V based on Li.
初期容量測定後の各モデルセルについて、放電時の電流値を1Cに変更した以外は、初期容量測定時と同じ条件で充電し放電させて1C放電容量を測定した。そして、各電池の1C放電容量を初期容量(0.1C放電容量)で除した値を百分率で表して容量維持率を求め、各モデルセルの負荷特性を評価した。 After the initial capacity measurement, each model cell was charged and discharged under the same conditions as the initial capacity measurement, except that the current value during discharge was changed to 1C, and the 1C discharge capacity was measured. Then, the value obtained by dividing the 1C discharge capacity of each battery by the initial capacity (0.1C discharge capacity) was expressed as a percentage to determine the capacity retention rate, and the load characteristics of each model cell were evaluated.
なお、実施例1および参考例1のモデルセルについては、充電終止電圧を4.5Vに変更した以外は前記と同じ条件で初期容量および1C放電容量を求め、この条件での容量維持率も算出した。 For the model cells of Example 1 and Reference Example 1, the initial capacity and 1C discharge capacity were determined under the same conditions as above, except that the end-of-charge voltage was changed to 4.5V, and the capacity retention rate under these conditions was also calculated. did.
〔高温貯蔵特性評価〕
各モデルセルについて、負荷特性評価時と同じ条件で初期容量を求めた。続いて、各モデルセルについて、初期容量測定時と同じ条件で充電した後に60℃の環境下で5日間貯蔵し、その後に各電池の温度を室温に戻してから、初期容量と同じ条件で放電させた。さらに、放電後の各電池を、初期容量と同じ条件で充電し放電させて回復容量を求めた。そして、各電池について、回復容量を初期容量で除した値を百分率で表して回復容量維持率を求め、高温貯蔵特性を評価した。
[Evaluation of high temperature storage characteristics]
For each model cell, the initial capacity was determined under the same conditions as when evaluating load characteristics. Next, each model cell was charged under the same conditions as when measuring the initial capacity, stored for 5 days at 60°C, and then the temperature of each battery was returned to room temperature, and then discharged under the same conditions as the initial capacity. I let it happen. Furthermore, each battery after discharge was charged and discharged under the same conditions as the initial capacity to determine the recovery capacity. Then, for each battery, the recovered capacity retention rate was determined by dividing the recovered capacity by the initial capacity and expressed as a percentage, and the high temperature storage characteristics were evaluated.
各モデルセルの構成を表1に示し、前記の各評価結果を表2に示す。なお、表2における実施例1および参考例の欄の括弧書きの電圧は、充電終止電圧を意味している。 Table 1 shows the configuration of each model cell, and Table 2 shows the evaluation results. Note that the voltages in parentheses in the column of Example 1 and Reference Examples in Table 2 mean the end-of-charge voltage.
表1および表2に示す通り、実施例1~10で作製したモデルセルは、表面に反応抑制層を有するリチウムコバルト酸化物(A)を正極活物質とした正極を有しており、負荷特性評価時の容量維持率、および高温貯蔵特性評価時の回復容量維持率のいずれもが高く、優れた負荷特性および高温貯蔵特性を有していた。また、実施例1で作製したモデルセルについては、充電終止電圧を4.5Vと高めても、負荷特性および高温貯蔵特性が良好であった。 As shown in Tables 1 and 2, the model cells produced in Examples 1 to 10 had positive electrodes using lithium cobalt oxide (A) as a positive electrode active material with a reaction suppression layer on the surface, and had load characteristics. Both the capacity retention rate at the time of evaluation and the recovery capacity retention rate at the time of high-temperature storage characteristics evaluation were high, and it had excellent load characteristics and high-temperature storage characteristics. Furthermore, the model cell produced in Example 1 had good load characteristics and high-temperature storage characteristics even when the end-of-charge voltage was increased to 4.5V.
これに対し、比較例1~10で作製したモデルセルは、構成元素の量が前記一般式(1)を満たさないリチウムコバルト酸化物を正極活物質とした正極を有しており、負荷特性評価時の容量維持率が低く、負荷特性が劣っていた。また、比較例11で作製したモデルセルは、表面に反応抑制層を有しない正極活物質を用いた正極を有しており、負荷特性評価時の容量維持率および高温貯蔵特性評価時の回復容量維持率のいずれもが低く、負荷特性および高温貯蔵特性の両者が劣っていた。 On the other hand, the model cells prepared in Comparative Examples 1 to 10 have positive electrodes using lithium cobalt oxide as a positive electrode active material in which the amount of constituent elements does not satisfy the general formula (1), and the load characteristics were evaluated. The capacity retention rate was low and the load characteristics were poor. In addition, the model cell prepared in Comparative Example 11 has a positive electrode using a positive electrode active material that does not have a reaction suppression layer on the surface, and has a capacity retention rate when evaluating load characteristics and a recovery capacity when evaluating high temperature storage characteristics. Both retention rates were low, and both load characteristics and high temperature storage characteristics were poor.
なお、固体電解質に代えて有機電解液を使用したモデルセルのうち、表面に反応抑制層を有するリチウムコバルト酸化物(A)を正極活物質とした正極を有する参考例1のモデルセルでは、負荷特性評価時の容量維持率は高いものの、高温貯蔵特性評価時の回復容量維持率が低かった。また、構成元素の量が前記一般式(1)を満たさないリチウムコバルト酸化物を正極活物質とした正極を有する参考例2のモデルセルは、負荷特性評価時の容量維持率および高温貯蔵特性評価時の回復容量維持率のいずれもが低かった。 Note that among the model cells using an organic electrolyte instead of a solid electrolyte, the model cell of Reference Example 1, which has a positive electrode using lithium cobalt oxide (A) having a reaction suppression layer on the surface as a positive electrode active material, Although the capacity retention rate during property evaluation was high, the recovery capacity retention rate during high-temperature storage property evaluation was low. In addition, the model cell of Reference Example 2, which has a positive electrode using lithium cobalt oxide as a positive electrode active material whose amount of constituent elements does not satisfy the above general formula (1), has a capacity retention rate during load characteristic evaluation and high-temperature storage characteristic evaluation. Both recovery capacity maintenance rates were low.
1、100 全固体二次電池
10 正極
20 負極
30 固体電解質層
40 外装缶
50 封口缶
60 ガスケット
200 電極体
300 正極外部端子
400 負極外部端子
500 ラミネートフィルム外装体
1,100 All-solid
Claims (3)
前記正極活物質として、Li基準で2.5V相当の電圧まで完全放電させたときに、下記一般式(1)
LiaCo1-b-cMgbM1 cO2 (1)
〔前記一般式(1)中、M1は、Al、Ni、Mn、Na、Fe、Cu、Zr、Ti、Bi、Ca、F、P、Sr、W、Ba、Nb、Si、Zn、Mo、V、Sn、Sb、Ta、Ge、Cr、K、SおよびErよりなる群から選択される少なくとも1種の元素であり、a<1、0<b≦0.1、0≦c≦0.05である〕で表されるリチウムコバルト酸化物を含有し、
前記正極活物質の表面に、前記正極活物質と前記固体電解質との反応を抑制するための反応抑制層が形成されていることを特徴とする全固体二次電池用正極。 A positive electrode for an all-solid-state secondary battery having a molded positive electrode mixture containing a positive electrode active material, a conductive additive, and a solid electrolyte,
As the positive electrode active material, when fully discharged to a voltage equivalent to 2.5V based on Li, the following general formula (1)
Li a Co 1-b-c Mg b M 1 c O 2 (1)
[In the general formula (1), M 1 is Al, Ni, Mn, Na, Fe, Cu, Zr, Ti, Bi, Ca, F, P, Sr, W, Ba, Nb, Si, Zn, Mo , V, Sn, Sb, Ta, Ge, Cr, K, S and Er, and a<1, 0<b≦0.1, 0≦c≦0 contains a lithium cobalt oxide represented by
A positive electrode for an all-solid-state secondary battery, characterized in that a reaction suppression layer for suppressing a reaction between the positive electrode active material and the solid electrolyte is formed on the surface of the positive electrode active material.
前記正極として、請求項1または2に記載の全固体二次電池用正極を有することを特徴とする全固体二次電池。 An all-solid-state secondary battery comprising a positive electrode, a negative electrode, and a solid electrolyte layer interposed between the positive electrode and the negative electrode,
An all-solid-state secondary battery comprising, as the positive electrode, the positive electrode for an all-solid-state secondary battery according to claim 1 or 2.
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Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004014296A (en) | 2002-06-06 | 2004-01-15 | Nichia Chem Ind Ltd | Cathode active material for lithium ion secondary batteries |
| JP2011159534A (en) | 2010-02-02 | 2011-08-18 | Toyota Motor Corp | Lithium battery |
| JP2011181527A (en) | 2005-11-02 | 2011-09-15 | Agc Seimi Chemical Co Ltd | Lithium-containing composite oxide |
| JP2013045515A (en) | 2011-08-22 | 2013-03-04 | Sumitomo Electric Ind Ltd | Positive electrode active material for nonaqueous electrolyte secondary battery and production method therefor, positive electrode for nonaqueous electrolyte secondary battery and nonaqueous electrolyte secondary battery |
| JP2018120673A (en) | 2017-01-23 | 2018-08-02 | ソニー株式会社 | Positive electrode active material, positive electrode, battery, battery pack, electronic equipment, electric motor vehicle, power storage device and electric power system |
| JP2019040709A (en) | 2017-08-24 | 2019-03-14 | 株式会社日立製作所 | All-solid-state lithium ion secondary battery and manufacturing method thereof |
-
2020
- 2020-03-09 JP JP2020039485A patent/JP7376393B2/en active Active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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