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JP7147709B2 - positive electrode mixture - Google Patents
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Description

本開示は、正極合材に関する。 The present disclosure relates to positive electrode composite materials.

近年におけるパソコン、ビデオカメラおよび携帯電話等の情報関連機器や通信機器等の急速な普及に伴い、その電源として利用される電池の開発が重要視されている。また、自動車産業界等においても、電気自動車用あるいはハイブリッド自動車用の高出力かつ高容量の電池の開発が進められている。
硫黄を正極活物質として用いた硫黄電池の開発が進められている。硫黄は、理論容量が1675mAh/gと非常に高いといった特徴を有する。また、硫黄電池の分野では硫黄の利用率を向上させ、硫黄電池の充放電容量を増加させる試みがなされてきた。
2. Description of the Related Art In recent years, with the rapid spread of information-related equipment and communication equipment such as personal computers, video cameras, and mobile phones, the development of batteries used as power sources for these devices has been emphasized. In addition, in the automobile industry and the like, development of high-output and high-capacity batteries for electric vehicles or hybrid vehicles is underway.
Sulfur batteries using sulfur as a positive electrode active material are being developed. Sulfur is characterized by a very high theoretical capacity of 1675 mAh/g. Also, in the field of sulfur batteries, attempts have been made to improve the utilization rate of sulfur and increase the charge/discharge capacity of sulfur batteries.

特許文献1には、硫黄の利用率を向上させ、硫黄電池の充放電容量を大きくすることが可能な正極合材が開示されている。 Patent Literature 1 discloses a positive electrode mixture that can improve the utilization rate of sulfur and increase the charge/discharge capacity of a sulfur battery.

特開2019-033067号公報JP 2019-033067 A

電池の高容量化が求められている。本開示は、上記実情に鑑みてなされたものであり、
電池の放電容量を向上させることができる正極合材を提供することを主目的とする。
There is a demand for higher capacity batteries. This disclosure has been made in view of the above circumstances,
A main object of the present invention is to provide a positive electrode mixture that can improve the discharge capacity of a battery.

本開示においては、S元素を有する正極活物質と、B元素およびS元素を有する第1の含硫化合物と、P元素およびS元素を有する第2の含硫化合物と、導電助剤とを含有し、
Li元素を実質的に含有せず、
前記第1の含硫化合物と前記第2の含硫化合物の合計質量に対する前記第2の含硫化合物の質量比が0.320~0.558であることを特徴とする、全固体電池用の正極合材を提供する。
In the present disclosure, a positive electrode active material having an S element, a first sulfur-containing compound having a B element and an S element, a second sulfur-containing compound having a P element and an S element, and a conductive aid. death,
does not substantially contain the Li element,
The mass ratio of the second sulfur-containing compound to the total mass of the first sulfur-containing compound and the second sulfur-containing compound is 0.320 to 0.558, for an all-solid-state battery A cathode composite is provided.

本開示は、電池の放電容量を向上させることができる正極合材を提供することができる。 The present disclosure can provide a positive electrode mixture that can improve the discharge capacity of a battery.

本開示において用いられる全固体電池の一例を示す断面模式図である。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is a cross-sectional schematic diagram which shows an example of the all-solid-state battery used in this indication. 正極合材中の含硫化合物の質量比{P/(B+P)}と下限電圧1.5V設定時の全固体電池の放電容量との関係を示すグラフである。A graph showing the relationship between the mass ratio {P 2 S 5 /(B 2 S 3 +P 2 S 5 )} of the sulfur-containing compound in the positive electrode mixture and the discharge capacity of the all-solid-state battery when the lower limit voltage is set to 1.5 V. be.

本開示においては、S元素を有する正極活物質と、B元素およびS元素を有する第1の含硫化合物と、P元素およびS元素を有する第2の含硫化合物と、導電助剤とを含有し、
Li元素を実質的に含有せず、
前記第1の含硫化合物と前記第2の含硫化合物の合計質量に対する前記第2の含硫化合物の質量比が0.320~0.558であることを特徴とする、全固体電池用の正極合材を提供する。
In the present disclosure, a positive electrode active material having an S element, a first sulfur-containing compound having a B element and an S element, a second sulfur-containing compound having a P element and an S element, and a conductive aid. death,
does not substantially contain the Li element,
The mass ratio of the second sulfur-containing compound to the total mass of the first sulfur-containing compound and the second sulfur-containing compound is 0.320 to 0.558, for an all-solid-state battery A cathode composite is provided.

硫黄電池の中でもリチウム硫黄電池は、通常使用電圧は上限電圧3.1V-下限電圧1.5Vを想定しているが、電池の充放電時の電圧のバラつき等により電池の電圧が1.5V以下に達する可能性があり、1.5V以下でも劣化することなく且つ高容量な正極合材が求められている。
全固体電池用の正極合材として、高価な硫化リチウム(LiS)の代替としてのS元素を有する正極活物質と、P元素およびS元素を有する含硫化合物と、導電助剤とを含有する正極合材は、Liを挿入するとLiを挿入した状態での当該正極合材のイオン伝導度が低く、且つ、電池電圧1.5V以下では副反応が生じ、電池の充放電ごとに放電容量が低くなる(不可逆容量が多くなる)という問題がある。これは、電池電圧1.5V以下では、P元素およびS元素を有する含硫化合物が還元し、正極合材が劣化するためであると考えられる。
また、全固体電池用の正極合材として、S元素を有する正極活物質と、B元素およびS元素を有する含硫化合物と、導電助剤とを含有する正極合材は、下限電圧を1Vに設定した時でも良好なサイクル特性を示すが、電池の放電容量が低いという問題がある。これは、高容量化にはS元素を有する正極活物質と含硫化合物が反応して複合化することが必要だが、複合化するのに必要なB元素およびS元素を有する含硫化合物の量がP元素およびS元素を有する含硫化合物に比べて多いためであると考えられる。
本研究者らは、B元素およびS元素を有する第1の含硫化合物と、P元素およびS元素を有する第2の含硫化合物を特定の割合で含有する正極合材を電池に用いることで当該電池の充放電反応における当該正極合材の耐還元性を向上させ、電池の放電容量(特に下限電圧1.5V設定時の放電容量)を向上させることができることを見出した。
Lithium-sulfur batteries, among sulfur batteries, are usually assumed to have an upper limit voltage of 3.1 V and a lower limit voltage of 1.5 V. There is a demand for a positive electrode mixture that does not deteriorate even at 1.5 V or less and has a high capacity.
As a positive electrode mixture for all-solid-state batteries, it contains a positive electrode active material having an S element as an alternative to expensive lithium sulfide (Li 2 S), a sulfur-containing compound having P elements and S elements, and a conductive aid. When Li is inserted into the positive electrode mixture, the ion conductivity of the positive electrode mixture in the state where Li is inserted is low, and a side reaction occurs at a battery voltage of 1.5 V or less, and the discharge capacity increases each time the battery is charged and discharged. is low (irreversible capacity increases). This is probably because the sulfur-containing compound containing the P element and the S element is reduced at a battery voltage of 1.5 V or less, and the positive electrode mixture deteriorates.
In addition, as a positive electrode mixture for an all-solid-state battery, a positive electrode mixture containing a positive electrode active material having an S element, a sulfur-containing compound having a B element and an S element, and a conductive aid has a lower limit voltage of 1 V. Good cycle characteristics are exhibited even when set, but there is a problem that the discharge capacity of the battery is low. This is because the positive electrode active material having the S element and the sulfur-containing compound must react to form a composite in order to increase the capacity. is more than the sulfur-containing compound containing P element and S element.
The researchers have found that a positive electrode mixture containing a first sulfur-containing compound containing B and S elements and a second sulfur-containing compound containing P and S elements in a specific ratio can be used in a battery. It was found that the reduction resistance of the positive electrode mixture in the charge/discharge reaction of the battery can be improved, and the discharge capacity of the battery (especially the discharge capacity when the lower limit voltage is set to 1.5 V) can be improved.

1.正極活物質
正極活物質は、S元素を有する。S元素を有する正極活物質としては種々の材料が採用できる。例えば、正極活物質は、単体硫黄であってもよい。単体硫黄としては、例えばS硫黄が挙げられる。S硫黄は、α硫黄(斜方硫黄)、β硫黄(単斜硫黄)、γ硫黄(単斜硫黄)という3つの結晶形を有し得るが、いずれの結晶形であってもよい。
1. Positive electrode active material The positive electrode active material has an S element. Various materials can be used as the positive electrode active material containing the S element. For example, the positive electrode active material may be elemental sulfur. Elemental sulfur includes, for example, S8 sulfur. S8 sulfur can have three crystal forms: alpha sulfur (orthorhombic sulfur), beta sulfur (monoclinic sulfur) and gamma sulfur (monoclinic sulfur), but can be any crystal form.

正極合材に含有される正極活物質の量は特に限定されるものではなく、目的とする電池性能に応じて適宜決定すればよい。例えば、正極合材は、正極活物質を10質量%以上80質量%以下含有していてもよい。下限は15質量%以上であってもよく、20質量%以上であってもよく、25質量%以上であってもよい。上限は70質量%以下であってもよく、60質量%以下であってもよい。正極活物質の含有量が多すぎると、電池の正極層におけるイオン伝導性および電子伝導性が不足する場合がある。 The amount of the positive electrode active material contained in the positive electrode mixture is not particularly limited, and may be appropriately determined according to the intended battery performance. For example, the positive electrode mixture may contain 10% by mass or more and 80% by mass or less of the positive electrode active material. The lower limit may be 15% by mass or more, 20% by mass or more, or 25% by mass or more. The upper limit may be 70% by mass or less, or 60% by mass or less. If the content of the positive electrode active material is too high, the ionic conductivity and electronic conductivity of the positive electrode layer of the battery may be insufficient.

正極活物質の一部または全部は、後述する含硫化合物に固溶していてもよい。言い換えると、正極合材は、正極活物質と含硫化合物との固溶体を含有していてもよい。また、正極活物質におけるS元素と、含硫化合物におけるS元素とは化学結合(S-S結合)を有していてもよい。 Part or all of the positive electrode active material may be dissolved in the sulfur-containing compound described below. In other words, the positive electrode mixture may contain a solid solution of the positive electrode active material and the sulfur-containing compound. Further, the S element in the positive electrode active material and the S element in the sulfur-containing compound may have a chemical bond (SS bond).

2.含硫化合物
本開示における正極合材は、含硫化合物として、B元素およびS元素を有する第1の含硫化合物(以下B含硫化合物と称する場合がある)と、P元素およびS元素を有する第2の含硫化合物(以下P含硫化合物と称する場合がある)を少なくとも含有する。
本開示における正極合材は、含硫化合物中の前記第1の含硫化合物と前記第2の含硫化合物の合計質量に対する前記第2の含硫化合物の質量比{P含硫化合物/(B含硫化合物+P含硫化合物)}が0.320~0.558であればよい。
2. Sulfur-containing compound The positive electrode mixture in the present disclosure includes, as sulfur-containing compounds, a first sulfur-containing compound (hereinafter sometimes referred to as a B sulfur-containing compound) having a B element and an S element, and a P element and an S element. It contains at least a second sulfur-containing compound (hereinafter sometimes referred to as a P sulfur-containing compound).
The positive electrode mixture in the present disclosure is the mass ratio of the second sulfur-containing compound to the total mass of the first sulfur-containing compound and the second sulfur-containing compound in the sulfur-containing compound {P sulfur-containing compound / (B Sulfur-containing compound + P sulfur-containing compound)} should be 0.320 to 0.558.

電池の放電時に、キャリアイオンは負極層から固体電解質層を介して正極層に伝導するが、正極層に到達したキャリアイオンは、正極活物質と反応し、イオン伝導性の低い放電生成物(例えば、LiSやNaS)を生じ得る。そのため、正極層に含硫化合物が存在しない場合、放電生成物のイオン伝導性が低いため、正極層内のイオン伝導パスが不足し、放電反応が進行し難くなる場合がある。これに対して、正極層に含硫化合物が存在する場合、放電生成物のイオン伝導性が低くても、含硫化合物により正極層内のイオン伝導パスが確保されるため、放電反応が進行しやすい。また、B元素とS元素とを有する第1の含硫化合物は、正極合材において高い耐還元性を発揮することから、副反応による正極合材の劣化を抑えることもできる。したがって、B元素およびS元素を有する第1の含硫化合物と、P元素およびS元素を有する第2の含硫化合物を特定の割合で含有する正極合材を電池に用いることで当該電池の充放電反応における当該正極合材の耐還元性を向上させ、電池の放電容量(特に下限電圧1.5V設定時の放電容量)を向上させることができる。 When the battery is discharged, carrier ions are conducted from the negative electrode layer through the solid electrolyte layer to the positive electrode layer, but the carrier ions that reach the positive electrode layer react with the positive electrode active material to form discharge products with low ion conductivity (e.g., , Li 2 S and Na 2 S). Therefore, when the sulfur-containing compound is not present in the positive electrode layer, the ionic conductivity of the discharge products is low, and the ion conduction paths in the positive electrode layer are insufficient, which may make it difficult for the discharge reaction to proceed. On the other hand, when a sulfur-containing compound is present in the positive electrode layer, even if the ionic conductivity of the discharge products is low, the sulfur-containing compound secures an ion conducting path in the positive electrode layer, so that the discharge reaction proceeds. Cheap. In addition, since the first sulfur-containing compound containing the B element and the S element exhibits high resistance to reduction in the positive electrode mixture, deterioration of the positive electrode mixture due to side reactions can be suppressed. Therefore, the first sulfur-containing compound containing the B element and the S element and the second sulfur-containing compound containing the P element and the S element are used in the battery in a specific ratio for the positive electrode mixture, thereby charging the battery. The reduction resistance of the positive electrode mixture in the discharge reaction can be improved, and the discharge capacity of the battery (especially the discharge capacity when the lower limit voltage is set to 1.5 V) can be improved.

正極合材は、B元素およびS元素を有する第1の含硫化合物と、P元素およびS元素を有する第2の含硫化合物のみを含有していてもよく、他の元素(例えば、Ge、Sn、SiまたはAl)およびS元素を有する第3の含硫化合物をさらに含有していてもよい。後者の場合、正極合材は、B元素およびS元素を有する第1の含硫化合物と、P元素およびS元素を有する第2の含硫化合物を、含硫化合物の主体として含有するものであってもよい。具体的には、正極合材に含まれる含硫化合物の全体を100質量%として、B元素およびS元素を有する第1の含硫化合物と、P元素およびS元素を有する第2の含硫化合物を合わせて50質量%以上100質量%以下含有していてもよい。 The positive electrode mixture may contain only the first sulfur-containing compound having the B element and the S element and the second sulfur-containing compound having the P element and the S element, and other elements (for example, Ge, Sn, Si or Al) and a third sulfur-containing compound having S element may be further contained. In the latter case, the positive electrode mixture contains, as main sulfur-containing compounds, a first sulfur-containing compound containing B and S elements and a second sulfur-containing compound containing P and S elements. may Specifically, the total sulfur-containing compound contained in the positive electrode mixture is 100% by mass, and the first sulfur-containing compound having B element and S element and the second sulfur-containing compound having P element and S element may be contained in a total amount of 50% by mass or more and 100% by mass or less.

正極合材において含硫化合物は種々の形態を採り得る。例えば、正極合材はオルト組成の構造を有する含硫化合物を含有していてもよい。すなわち、B元素およびS元素を有する第1の含硫化合物はB元素のオルト構造を備えていてもよい。B元素のオルト構造は、具体的には、BS構造である。
また、P元素およびS元素を有する第2の含硫化合物は、P元素のオルト構造を備えていてもよい。P元素のオルト構造は、具体的には、PS構造である。
また、含硫化合物は、M元素(Mは、例えば、Ge、Sn、SiまたはAlである)のオルト構造を備えていてもよい。M元素のオルト構造としては、例えば、GeS構造、SnS構造、SiS構造、AlS構造が挙げられる。
また、正極合材は含硫化合物として硫化物を含有していてもよい。すなわち、第1の含硫化合物はB元素の硫化物(B)を有していてもよい。一方、P元素およびS元素を有する第2の含硫化合物は、P元素の硫化物(例えばP)を有していてもよい。
また、含硫化合物は、M元素の硫化物(M)を有していてもよい。ここで、xおよびyは、Mの種類に応じてSとの電気的中性を与える整数である。硫化物(M)としては、例えば、GeS、SnS、SiS、Alが挙げられる。また、これらの硫化物は、例えば、出発原料の残留物であってもよい。
The sulfur-containing compound in the positive electrode mixture can take various forms. For example, the positive electrode mixture may contain a sulfur-containing compound having an ortho-composition structure. That is, the first sulfur-containing compound containing the B element and the S element may have the ortho structure of the B element. The ortho structure of the B element is specifically the BS3 structure.
Also, the second sulfur-containing compound containing the P element and the S element may have an ortho structure of the P element. The ortho structure of the P element is specifically the PS4 structure.
The sulfur-containing compound may also have an ortho structure of the M element (M is, for example, Ge, Sn, Si or Al). The ortho structure of the M element includes, for example, GeS4 structure, SnS4 structure, SiS4 structure, and AlS3 structure.
Moreover, the positive electrode mixture may contain a sulfide as a sulfur-containing compound. That is, the first sulfur-containing compound may have a sulfide of element B (B 2 S 3 ). On the other hand, the second sulfur-containing compound containing P element and S element may contain a sulfide of P element (for example, P 2 S 5 ).
Moreover, the sulfur-containing compound may have a sulfide of the M element (M x S y ). Here, x and y are integers that give electroneutrality with S depending on the type of M. Sulfides (M x S y ) include, for example, GeS 2 , SnS 2 , SiS 2 and Al 2 S 3 . These sulfides may also be, for example, residues of starting materials.

本開示の正極合材は、含硫化合物としてB元素およびS元素を有する第1の含硫化合物(B含硫化合物)と、P元素およびS元素を有する第2の含硫化合物(P含硫化合物)を少なくとも含有し、当該含硫化合物中の前記第1の含硫化合物と前記第2の含硫化合物の合計質量に対する前記第2の含硫化合物の質量比{P含硫化合物/(B含硫化合物+P含硫化合物)}が0.320~0.558である含硫化物が含まれていれば、当該正極合材に含有される当該含硫化合物の量は、特に限定されるものではなく、目的とする電池性能に応じて適宜決定すればよい。例えば、正極合材は、含硫化合物を10質量%以上80質量%以下含有していてもよい。下限は15質量%以上であってもよく、20質量%以上であってもよく、25質量%以上であってもよい。上限は70質量%以下であってもよく、60質量%以下であってもよい。含硫化物の含有量が多すぎると、相対的に正極活物質の含有量が少なくなり、十分な容量を有する正極合材が得られない場合がある。 The positive electrode mixture of the present disclosure includes a first sulfur-containing compound (B sulfur-containing compound) having B element and S element as sulfur-containing compounds, and a second sulfur-containing compound (P sulfur-containing compound) having P element and S element. compound), and the mass ratio of the second sulfur-containing compound to the total mass of the first sulfur-containing compound and the second sulfur-containing compound in the sulfur-containing compound {P sulfur-containing compound / (B Sulfur-containing compound + P sulfur-containing compound)} is 0.320 to 0.558, the amount of the sulfur-containing compound contained in the positive electrode mixture is particularly limited. Instead, it may be determined as appropriate according to the intended battery performance. For example, the positive electrode mixture may contain 10% by mass or more and 80% by mass or less of the sulfur-containing compound. The lower limit may be 15% by mass or more, 20% by mass or more, or 25% by mass or more. The upper limit may be 70% by mass or less, or 60% by mass or less. If the content of the sulfide is too high, the content of the positive electrode active material becomes relatively small, and a positive electrode mixture having sufficient capacity may not be obtained.

3.導電助剤
導電助剤は、正極合材の電子伝導性を向上させる機能を有する。また、導電助剤は、例えば原料混合物にメカニカルミリングを行う際に、単体硫黄(正極活物質)を還元する還元剤として機能すると推測される。導電助剤は、正極合材において分散して存在していてもよい。
3. Conductive Aid The conductive aid has a function of improving the electronic conductivity of the positive electrode mixture. In addition, it is presumed that the conductive aid functions as a reducing agent that reduces elemental sulfur (positive electrode active material), for example, when performing mechanical milling on the raw material mixture. The conductive aid may exist dispersedly in the positive electrode mixture.

導電助剤としては、例えば炭素材料、金属材料が挙げられる。炭素材料としては、例えば、気相成長カーボンファイバ(VGCF)、アセチレンブラック、活性炭、ファーネスブラック、カーボンナノチューブ、ケッチェンブラック、及びグラフェン等が挙げられる。正極合材においては2種以上の導電助剤を混合して用いてもよい。
正極合材に含有される導電助剤の量は特に限定されるものではなく、目的とする電池性能に応じて適宜決定すればよい。例えば、正極合材は、導電助剤を5質量%以上50質量%以下含有していてもよい。下限は10質量%以上であってもよい。上限は40質量%以下であってもよい。導電助剤の含有量が多すぎると、相対的に正極活物質の含有量が少なくなり、十分な容量を有する正極合材が得られない場合がある。
Examples of conductive aids include carbon materials and metal materials. Examples of carbon materials include vapor grown carbon fiber (VGCF), acetylene black, activated carbon, furnace black, carbon nanotubes, ketjen black, and graphene. In the positive electrode composite material, two or more conductive aids may be mixed and used.
The amount of the conductive agent contained in the positive electrode mixture is not particularly limited, and may be appropriately determined according to the intended battery performance. For example, the positive electrode mixture may contain 5% by mass or more and 50% by mass or less of the conductive aid. The lower limit may be 10% by mass or more. The upper limit may be 40% by mass or less. If the content of the conductive aid is too high, the content of the positive electrode active material is relatively low, and a positive electrode mixture having sufficient capacity may not be obtained.

4.実質的に含有しない元素
4-1.Li元素
従来技術として、Li元素を有するイオン伝導体(固体電解質)を含有する正極合材が知られている。例えば、原料としてLiSを用いたイオン伝導体が公知である。しかしながら、LiSは耐水性が低いことから、このような正極合材を用いた電池は、容量が低くなる傾向がある。これに対し、本開示の正極合材はLi元素を実質的に含有しないことから、上記したような容量の低下を抑えることができる。
「Li元素を実質的に含有しない」とは、正極合材に含まれる全ての元素に対するLi元素の割合が、20mol%以下であることをいう。Li元素の割合は、16mol%以下であってもよく、8mol%以下であってもよく、4mol%以下であってもよく、0mol%(検出限界以下)であってもよい。
なお、本開示において正極合材とは、全固体電池に組み込まれて初回のLi挿入(初回放電)を行う前の状態の材料を意味する。そのため、初回放電後の全固体電池の正極層にはLi元素が実質的に含まれていてもよい。
4. Substantially free elements 4-1. Li element As a prior art, a positive electrode mixture containing an ion conductor (solid electrolyte) having Li element is known. For example, an ion conductor using Li 2 S as a raw material is known. However, since Li 2 S has low water resistance, a battery using such a positive electrode mixture tends to have a low capacity. On the other hand, since the positive electrode compound material of the present disclosure does not substantially contain the Li element, it is possible to suppress the decrease in capacity as described above.
“Substantially free of Li element” means that the ratio of Li element to all elements contained in the positive electrode mixture is 20 mol % or less. The proportion of the Li element may be 16 mol % or less, 8 mol % or less, 4 mol % or less, or 0 mol % (below the detection limit).
In the present disclosure, the positive electrode mixture means a material in a state before being incorporated into an all-solid-state battery and performing initial Li insertion (initial discharge). Therefore, the positive electrode layer of the all-solid-state battery after the initial discharge may substantially contain the Li element.

4-2.Na元素
Li元素と同様の観点から、本開示の正極合材は、Na元素を実質的に含有しなくてもよい。
「Na元素を実質的に含有しない」とは、正極合材に含まれる全ての元素に対するNa元素の割合が、20mol%以下であることをいう。Na元素の割合は、16mol%以下であってもよく、8mol%以下であってもよく、4mol%以下であってもよく、0mol%(検出限界以下)であってもよい。
4-2. Na element From the same viewpoint as the Li element, the positive electrode mixture of the present disclosure may not substantially contain the Na element.
“Substantially free of Na element” means that the ratio of Na element to all elements contained in the positive electrode mixture is 20 mol % or less. The proportion of Na element may be 16 mol % or less, 8 mol % or less, 4 mol % or less, or 0 mol % (below the detection limit).

5.正極合材
本開示における正極合材は、正極活物質、B元素およびS元素を有する第1の含硫化合物とP元素およびS元素を有する第2の含硫化合物を含む含硫化合物および導電助剤のみを含有していてもよく、さらにバインダー等の他の材料を含有していてもよい。
バインダーとしては、アクリロニトリルブタジエンゴム(ABR)、ブタジエンゴム(BR)、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)、スチレンブタジエンゴム(SBR)等を例示することができる。正極合材におけるバインダーの含有量は特に限定されるものではない。
正極合材の形状は、粉体状であってもよいし、複数の粒子が凝集・結合してなる塊状であってもよいし、これら以外の形状であってもよい。目的とする電池の形態等に応じて、種々の形状を採り得る。
5. Positive electrode mixture The positive electrode mixture in the present disclosure includes a positive electrode active material, a sulfur-containing compound containing a first sulfur-containing compound having B and S elements and a second sulfur-containing compound having P and S elements, and a conductive aid. It may contain only the agent, or may contain other materials such as a binder.
Examples of binders include acrylonitrile-butadiene rubber (ABR), butadiene rubber (BR), polyvinylidene fluoride (PVdF), styrene-butadiene rubber (SBR), and the like. The content of the binder in the positive electrode mixture is not particularly limited.
The shape of the positive electrode mixture may be a powder, a mass formed by aggregation and bonding of a plurality of particles, or other shapes. Various shapes can be adopted depending on the form of the intended battery.

6.正極合材の製造方法
本開示における正極合材の製造方法は、少なくとも(1)S元素を有する正極活物質、B元素およびS元素を有する第1の含硫化合物とP元素およびS元素を有する第2の含硫化合物を含む含硫化合物および導電助剤を含有し、且つ、Li元素を実質的に含有しない原料を準備する準備工程、及び、(2)前記原料を混合して正極合材を得る混合工程を有する。
6. Method for producing positive electrode mixture The method for producing a positive electrode mixture in the present disclosure includes at least (1) a positive electrode active material having an S element, a first sulfur-containing compound having a B element and an S element, and a P element and an S element. A preparation step of preparing a raw material containing a sulfur-containing compound and a conductive agent containing a second sulfur-containing compound and substantially free of Li element, and (2) mixing the raw materials to produce a positive electrode mixture It has a mixing step to obtain

(1)準備工程
準備工程は、S元素を有する正極活物質と、B元素およびS元素を有する第1の含硫化合物とP元素およびS元素を有する第2の含硫化合物を含む含硫化合物と、導電助剤とを含有し、且つ、Li元素を実質的に含有しない原料を準備する工程である。原料は、自ら作製してもよく、他者から購入してもよい。
(1) Preparing step The preparing step includes a sulfur-containing compound containing a positive electrode active material having an S element, a first sulfur-containing compound having a B element and an S element, and a second sulfur-containing compound having a P element and an S element. and a conductive aid, and preparing a raw material substantially free of the Li element. The raw materials may be produced by oneself or may be purchased from others.

原料は、正極活物質、含硫化物および導電助剤のみを含有していてもよく、さらに他の材料を含有していてもよい。また、原料は上述の通りLi元素を実質的に含有しない。原料はNa元素を実質的に含有していなくてもよい。 The raw material may contain only the positive electrode active material, the sulfide, and the conductive aid, and may further contain other materials. Moreover, the raw material does not substantially contain the Li element as described above. The raw material may not substantially contain Na element.

正極活物質は、上述の通り、単体硫黄であってもよい。単体硫黄は、純度が高いことが好ましい。
B元素及びS元素を有する第1の硫化物としては、例えば、Bが挙げられる。P元素およびS元素を有する第2の含硫化合物としては、例えば、Pが挙げられる。原料は、含硫化物として、第1の硫化物と第2の含硫化合物のみを含有していてもよく、他の元素の含硫化物をさらに含有していてもよい。他の元素の含硫化物としては、例えば、GeS、SnS、SiS、Alが挙げられる。
導電助剤については、上述の通りであり、ここでは説明を省略する。
The positive electrode active material may be elemental sulfur, as described above. Elemental sulfur is preferably of high purity.
Examples of the first sulfide containing the B element and the S element include B 2 S 3 . Examples of the second sulfur-containing compound having P element and S element include P 2 S 5 . The raw material may contain only the first sulfide and the second sulfur-containing compound as sulfides, or may further contain sulfides of other elements. Sulfides of other elements include, for example, GeS 2 , SnS 2 , SiS 2 and Al 2 S 3 .
The conductive aid is as described above, and the description is omitted here.

原料における正極活物質、含硫化物および導電助剤の含有量は、上述した正極合材における正極活物質、含硫化物および導電助剤の含有量と同様の含有量とすることができる。 The contents of the positive electrode active material, the sulfide, and the conductive aid in the raw material can be the same as the contents of the positive electrode active material, the sulfide, and the conductive aid in the positive electrode mixture described above.

(2)混合工程
混合工程は、前記原料を混合して正極合材を得る工程である。原料を混合する手段は特に限定されるものではない。例えば、メカニカルミリングによって原料を混合してもよい。メカニカルミリングにより、原料をより容易に非晶質化することができる。
(2) Mixing step The mixing step is a step of mixing the raw materials to obtain a positive electrode mixture. The means for mixing raw materials is not particularly limited. For example, the raw materials may be mixed by mechanical milling. Mechanical milling can more easily amorphize the raw material.

メカニカルミリングは、正極合材を、機械的エネルギーを付与しながら混合する方法であれば特に限定されるものではないが、例えばボールミル、振動ミル、ターボミル、メカノフュージョン、ディスクミルが挙げられる。原料の非晶質化を一層容易とする観点から、遊星型ボールミルを採用してもよい。 Mechanical milling is not particularly limited as long as it is a method of mixing the positive electrode mixture while applying mechanical energy, and examples thereof include ball mill, vibration mill, turbo mill, mechanofusion, and disk mill. A planetary ball mill may be employed from the viewpoint of making the raw material more amorphous.

メカニカルミリングは、乾式メカニカルミリングであってもよく、湿式メカニカルミリングであってもよい。湿式メカニカルミリングに用いられる液体としては、例えば、硫化水素が発生しない程度の非プロトン性を有するものが挙げられる。具体的には、極性の非プロトン性液体、無極性の非プロトン性液体等の非プロトン性液体が挙げられる。 The mechanical milling may be dry mechanical milling or wet mechanical milling. Examples of liquids used in wet mechanical milling include liquids having aprotic properties such that hydrogen sulfide is not generated. Specific examples include aprotic liquids such as polar aprotic liquids and non-polar aprotic liquids.

メカニカルミリングの条件は、所望の正極合材が得られるように適宜設定される。例えば、遊星型ボールミルを用いる場合、容器に原料混合物および粉砕用ボールを加え、所定の台盤回転数および時間で処理を行う。台盤回転数は、例えば200rpm以上であり、300rpm以上であってもよく、500rpm以上であってもよい。一方、台盤回転数は、例えば800rpm以下であり、600rpm以下であってもよい。また、遊星型ボールミルの処理時間は、例えば30分間以上であり、5時間以上であってもよい。一方、遊星型ボールミルの処理時間は、例えば100時間以下であり、60時間以下であってもよい。遊星型ボールミルに用いられる容器および粉砕用ボールの材料としては、例えばZrO、Alが挙げられる。粉砕用ボールの径は、例えば、1mm以上、20mm以下である。メカニカルミリングは、不活性ガス雰囲気(例えばArガス雰囲気)で行なうことが好ましい。 The mechanical milling conditions are appropriately set so as to obtain a desired positive electrode mixture. For example, when a planetary ball mill is used, a raw material mixture and grinding balls are added to a container and processed at a predetermined table rotation speed and time. The table rotation speed is, for example, 200 rpm or more, may be 300 rpm or more, or may be 500 rpm or more. On the other hand, the table rotation speed is, for example, 800 rpm or less, and may be 600 rpm or less. Moreover, the processing time of the planetary ball mill is, for example, 30 minutes or more, and may be 5 hours or more. On the other hand, the processing time of the planetary ball mill is, for example, 100 hours or less, and may be 60 hours or less. Examples of materials for containers and grinding balls used in planetary ball mills include ZrO 2 and Al 2 O 3 . The diameter of the grinding balls is, for example, 1 mm or more and 20 mm or less. Mechanical milling is preferably performed in an inert gas atmosphere (for example, an Ar gas atmosphere).

7.全固体電池
図1は、本開示において用いられる全固体電池の一例を示す断面模式図である。
図1に示すように、全固体電池100は、正極層12及び正極集電体14を含む正極16と、負極層13及び負極集電体15を含む負極17と、正極層12と負極層13の間に配置される固体電解質層11とを備える。
7. 1. All-solid-state battery FIG. 1 is a cross-sectional schematic diagram showing an example of an all-solid-state battery used in the present disclosure.
As shown in FIG. 1, the all-solid-state battery 100 includes a positive electrode 16 including a positive electrode layer 12 and a positive electrode current collector 14, a negative electrode 17 including a negative electrode layer 13 and a negative electrode current collector 15, a positive electrode layer 12 and a negative electrode layer 13. and a solid electrolyte layer 11 disposed between.

正極層は上述した正極合材からなる。
正極層の厚さは、特に限定されるものではないが、例えば、0.1μm以上1000μm以下であってもよい。
また、正極層の目付量は、特に限定されるものではないが、例えば、3mg/cm以上であってもよいし、4mg/cm以上であってもよいし、5mg/cm以上であってもよい。
正極層は、例えば、上記の正極合材をプレスすることにより、容易に形成することができる。
The positive electrode layer is made of the above-described positive electrode mixture.
The thickness of the positive electrode layer is not particularly limited, but may be, for example, 0.1 μm or more and 1000 μm or less.
The basis weight of the positive electrode layer is not particularly limited, but may be, for example, 3 mg/cm 2 or more, 4 mg/cm 2 or more, or 5 mg/cm 2 or more. There may be.
The positive electrode layer can be easily formed, for example, by pressing the above positive electrode mixture.

負極層は、少なくとも負極活物質を含有する層である。
負極活物質は、Li元素を有していてもよい。このような負極活物質としては、リチウム単体又はリチウム合金が挙げられる。リチウム合金としては、例えば、Li-In合金が挙げられる。負極活物質は、Na元素を有していてもよい。このような負極活物質としては、ナトリウム単体又はナトリウム合金が挙げられる。
負極層は、必要に応じて、固体電解質、導電助剤及びバインダーのうちの少なくとも一つを含有していてもよい。固体電解質については、後述する固体電解質層に含まれ得る固体電解質から適宜選択すればよい。導電助剤及びバインダーについては、上述した正極合材に含まれ得る導電助剤及びバインダーから適宜選択すればよい。
負極層の厚さは、特に限定されるものではないが、例えば、0.1μm以上1000μm以下であってもよい。
負極層は、例えば、上述の負極活物質等をプレスすることにより、容易に形成可能である。或いは、負極層として上記材料からなる箔を採用してもよい。
The negative electrode layer is a layer containing at least a negative electrode active material.
The negative electrode active material may contain Li element. As such a negative electrode active material, elemental lithium or a lithium alloy may be mentioned. Lithium alloys include, for example, Li—In alloys. The negative electrode active material may contain Na element. As such a negative electrode active material, elemental sodium or a sodium alloy may be mentioned.
The negative electrode layer may contain at least one of a solid electrolyte, a conductive aid and a binder, if necessary. The solid electrolyte may be appropriately selected from solid electrolytes that can be included in the solid electrolyte layer described later. The conductive aid and binder may be appropriately selected from the conductive aids and binders that can be contained in the positive electrode mixture described above.
The thickness of the negative electrode layer is not particularly limited, but may be, for example, 0.1 μm or more and 1000 μm or less.
The negative electrode layer can be easily formed by, for example, pressing the negative electrode active material described above. Alternatively, a foil made of the above materials may be employed as the negative electrode layer.

固体電解質層は、少なくとも固体電解質を含有する層であり、必要に応じて、バインダーを含有していてもよい。
固体電解質としては、例えば、硫化物系固体電解質、酸化物系固体電解質、窒化物系固体電解質、ハロゲン化物系固体電解質が挙げられ、中でも、硫化物系固体電解質が好ましい。
硫化物系固体電解質は、Li元素と、A元素(Aは、P、Ge、Si、Sn、B及びAlの少なくとも1種である)と、S元素とを有することが好ましい。硫化物系固体電解質は、ハロゲン元素をさらに有していてもよい。ハロゲン元素としては、例えば、F元素、Cl元素、Br元素、I元素が挙げられる。また、硫化物系固体電解質は、O元素をさらに有していてもよい。
硫化物系固体電解質としては、例えば、LiS-P、LiS-P-LiI、LiS-P-GeS、LiS-P-LiO、LiS-P-LiO-LiI、LiS-P-LiI-LiBr、LiS-SiS、LiS-SiS-LiI、LiS-SiS-LiBr、LiS-SiS-LiCl、LiS-SiS-B-LiI、LiS-SiS-P-LiI、LiS-B、LiS-P-Z(ただし、m、nは正の数。Zは、Ge、Zn又はGaのいずれか。)、LiS-GeS、LiS-SiS-LiPO、LiS-SiS-LiMO(ただし、x、yは正の数。Mは、P、Si、Ge、B、Al、Ga又はInのいずれか。)が挙げられる。
固体電解質は、1種単独で、又は2種以上のものを用いることができる。また、2種以上の固体電解質を用いる場合、2種以上の固体電解質を混合してもよく、又は2層以上の固体電解質それぞれの層を形成して多層構造としてもよい。
固体電解質層に含まれる固体電解質の割合は、特に限定されるものではないが、例えば、50体積%以上であってもよいし、70体積%以上であってもよいし、90体積%以上であってもよい。固体電解質層に用いられるバインダーについては、上述した正極合材に含まれ得るバインダーから適宜選択すればよい。
固体電解質層の厚さは、特に限定されるものではないが、例えば、0.1μm以上1000μm以下であってもよい。固体電解質層は、例えば、上述の固体電解質等をプレスすることにより、容易に形成可能である。
The solid electrolyte layer is a layer containing at least a solid electrolyte, and may contain a binder as needed.
Examples of solid electrolytes include sulfide-based solid electrolytes, oxide-based solid electrolytes, nitride-based solid electrolytes, and halide-based solid electrolytes. Among them, sulfide-based solid electrolytes are preferred.
The sulfide-based solid electrolyte preferably contains Li element, A element (A is at least one of P, Ge, Si, Sn, B and Al), and S element. The sulfide-based solid electrolyte may further contain a halogen element. Halogen elements include, for example, F element, Cl element, Br element, and I element. Moreover, the sulfide-based solid electrolyte may further have an O element.
Examples of sulfide-based solid electrolytes include Li 2 SP 2 S 5 , Li 2 SP 2 S 5 -LiI, Li 2 SP 2 S 5 -GeS 2 , Li 2 SP 2 S 5 -Li2O, Li2SP2S5 - Li2O - LiI, Li2SP2S5 - LiI - LiBr, Li2S - SiS2 , Li2S - SiS2 - LiI, Li 2S—SiS 2 —LiBr, Li 2 S—SiS 2 —LiCl, Li 2 S—SiS 2 —B 2 S 3 —LiI, Li 2 S—SiS 2 —P 2 S 5 —LiI, Li 2 S B 2 S 3 , Li 2 SP 2 S 5 -Z m S n (where m and n are positive numbers and Z is either Ge, Zn or Ga), Li 2 S—GeS 2 , Li 2S—SiS 2 —Li 3 PO 4 , Li 2 S—SiS 2 —Li x MO y (where x and y are positive numbers and M is P, Si, Ge, B, Al, Ga or In). Either.).
Solid electrolytes can be used singly or in combination of two or more. Moreover, when using two or more kinds of solid electrolytes, two or more kinds of solid electrolytes may be mixed, or two or more layers of each solid electrolyte may be formed to form a multilayer structure.
The proportion of the solid electrolyte contained in the solid electrolyte layer is not particularly limited, but may be, for example, 50 volume % or more, 70 volume % or more, or 90 volume % or more. There may be. The binder used for the solid electrolyte layer may be appropriately selected from the binders that can be contained in the positive electrode mixture described above.
The thickness of the solid electrolyte layer is not particularly limited, but may be, for example, 0.1 μm or more and 1000 μm or less. The solid electrolyte layer can be easily formed, for example, by pressing the solid electrolyte described above.

正極集電体の材料としては、例えばSUS、アルミニウム、ニッケル、鉄、チタンおよびカーボン等が挙げられる。
一方、負極集電体の材料としては、例えばSUS、銅、ニッケルおよびカーボン等が挙げられる。
正極集電体および負極集電体は、例えば、箔状であってもよいし、メッシュ状であってもよい。
Examples of materials for the positive electrode current collector include SUS, aluminum, nickel, iron, titanium and carbon.
On the other hand, examples of materials for the negative electrode current collector include SUS, copper, nickel and carbon.
The positive electrode current collector and the negative electrode current collector may be foil-shaped or mesh-shaped, for example.

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

本開示における全固体電池は、硫黄電池であってもよい。硫黄電池とは、正極活物質として単体硫黄を用いた電池を意味する。本開示における全固体電池は、リチウム硫黄電池(LiS電池)あってもよく、ナトリウム硫黄電池(NaS電池)であってもよい。全固体電池は、一次電池であってもよく、二次電池であってもよいが、後者が好ましい。繰り返し充放電でき、例えば車載用電池として有用だからである。なお、二次電池には、二次電池の一次電池的使用(充電後、一度の放電だけを目的とした使用)も含まれる。
全固体電池の形状としては、例えば、コイン型、ラミネート型、円筒型、及び角型等を挙げることができる。
The all-solid-state battery in the present disclosure may be a sulfur battery. A sulfur battery means a battery using elemental sulfur as a positive electrode active material. The all-solid-state battery in the present disclosure may be a lithium-sulfur battery (LiS battery) or a sodium-sulfur battery (NaS battery). The all-solid-state battery may be a primary battery or a secondary battery, but the latter is preferred. This is because they can be repeatedly charged and discharged, and are useful, for example, as batteries for vehicles. The secondary battery also includes use of a secondary battery as a primary battery (use for the purpose of discharging only once after charging).
Examples of the shape of the all-solid-state battery include coin type, laminate type, cylindrical type, rectangular type, and the like.

本開示の全固体電池の製造方法は、特に限定されず、従来公知の方法を採用することができる。 The method for manufacturing the all-solid-state battery of the present disclosure is not particularly limited, and conventionally known methods can be adopted.

(実施例1)
(正極合材の作製)
単体硫黄S(正極活物質、高純度化学製)、B(第1の含硫化物)、P(第2の含硫化物)およびVGCF(導電助剤)を準備した。これらを、表1記載の質量比となるように秤量し、各原料をメノウ乳鉢で15分間混練し、原料を得た。得られた原料を遊星ボールミルの容器(45cc、ZrO製)に投入し、さらにZrOボール(φ=4mm、96g)を投入し、容器を完全に密封した。この容器を遊星ボールミル機(フリッチュ製P7)に取り付け、1時間メカニカルミリング(台盤回転数500rpm)、15分停止、逆回転で1時間メカニカルミリング(台盤回転数500rpm)、15分停止のサイクルを繰り返し、合計48時間メカニカルミリングを行った。これにより、正極合材を得た。
(Example 1)
(Production of positive electrode mixture)
Elementary sulfur S (positive electrode active material, manufactured by Kojundo Chemical Co., Ltd.), B 2 S 3 (first sulfide-containing compound), P 2 S 5 (second sulfide-containing compound) and VGCF (conduction aid) were prepared. These were weighed so as to have the mass ratio shown in Table 1, and each raw material was kneaded in an agate mortar for 15 minutes to obtain a raw material. The obtained raw material was put into a planetary ball mill container (45 cc, made of ZrO 2 ), and further ZrO 2 balls (φ=4 mm, 96 g) were put in, and the container was completely sealed. This container is attached to a planetary ball mill machine (P7 made by Fritsch), mechanical milling for 1 hour (500 rpm of table rotation), stop for 15 minutes, reverse rotation for 1 hour mechanical milling (500 rpm of table rotation), cycle of 15 minutes stop was repeated, and mechanical milling was performed for a total of 48 hours. Thus, a positive electrode mixture was obtained.

(全固体電池の作製)
1cmのセラミックス製の型に固体電解質を100mg入れ、1ton/cmでプレスし、固体電解質層を得た。その片側に正極合材を7.8mg(目付量:7.8mg/cm)入れ、6ton/cmでプレスして正極層を作成した。その逆側に、負極層であるリチウム金属箔を配置して、1ton/cmでプレスすることで、発電要素を得た。正極層側にAl箔(正極集電体)、負極層側にCu箔(負極集電体)を配置した。これにより、全固体電池を得た。
(Fabrication of all-solid-state battery)
100 mg of solid electrolyte was placed in a 1 cm 2 ceramic mold and pressed at 1 ton/cm 2 to obtain a solid electrolyte layer. 7.8 mg (weight per unit area: 7.8 mg/cm 2 ) of the positive electrode mixture was added to one side of the laminate and pressed at 6 ton/cm 2 to form a positive electrode layer. A lithium metal foil as a negative electrode layer was placed on the opposite side and pressed at 1 ton/cm 2 to obtain a power generating element. Al foil (positive current collector) was placed on the positive electrode layer side, and Cu foil (negative electrode current collector) was placed on the negative electrode layer side. Thus, an all-solid battery was obtained.

[実施例2および比較例1~4]
各原料を表1記載の質量比となるように秤量したこと以外は、実施例1と同様にして、正極合材および全固体電池を得た。
[Example 2 and Comparative Examples 1 to 4]
A positive electrode mixture and an all-solid battery were obtained in the same manner as in Example 1, except that each raw material was weighed so as to have the mass ratio shown in Table 1.

Figure 0007147709000001
Figure 0007147709000001

(充放電試験)
実施例1~2、比較例1~4で得られた全固体電池に対して、充放電試験を行った。充放電試験は、以下の手順で行った。なお、温度環境は25℃とし、1Cは4.56mA/cmに該当する。
(1)0.1Cで1.5Vまで放電、10分間休止し
(2)0.1Cで3.1Vまで充電、10分間休止、0.1Cで1.5Vまで放電、10分間休止し、これを合計5サイクル
(3)0.1Cで3.1Vまで充電、10分間休止、0.1Cで1Vまで放電、10分間休止し、これを合計20サイクル
(Charging and discharging test)
A charge/discharge test was performed on the all-solid-state batteries obtained in Examples 1-2 and Comparative Examples 1-4. The charge/discharge test was performed in the following procedure. Note that the temperature environment is 25° C., and 1 C corresponds to 4.56 mA/cm 2 .
(1) discharge to 1.5 V at 0.1 C, rest for 10 minutes; (2) charge to 3.1 V at 0.1 C, rest for 10 minutes, discharge to 1.5 V at 0.1 C, rest for 10 minutes; A total of 5 cycles (3) Charge to 3.1 V at 0.1 C, rest for 10 minutes, discharge to 1 V at 0.1 C, rest for 10 minutes, total 20 cycles

上記の手順(3)の充放電試験後、0.1Cで3.1Vまで充電、10分間休止、0.1Cで1.5Vまで放電したときの放電容量を測定して得られた、正極合材中の含硫化合物の質量比{P/(B+P)}と下限電圧1.5V設定時の全固体電池の放電容量との関係を図2に示す。
図2に示すように、BとPを表1に示す質量比で含む実施例1~2、比較例2~3は、Bのみを含む比較例1よりも下限電圧1.5Vでの放電容量が高い。これは、Bに加えてPを含むことによりイオン伝導性が向上したためであると考えられる。
一方、図2に示すように、BとPを表1に示す質量比で含む実施例1~2は、Pのみを含む比較例4よりも下限電圧1.5Vでも電池の放電容量が高い。これは、Pに加えてBを特定の量含むことにより電池の充放電サイクルに対する正極合材の耐還元性が向上したためであると考えられる。なお、比較例2~3が比較例4よりも電池の放電容量が低いのは、正極合材に用いた含硫化物中のBの質量比が少なすぎるため、耐還元性が充分でないためと考えられる。
したがって、正極合材中の含硫化合物の質量比{P/(B+P)}が0.320~0.558である含硫化物を含む正極合材は、イオン伝導性と電池の充放電サイクルに対する耐還元性を両立し、当該正極合材を用いた全固体電池は、下限電圧1.5Vでの放電容量を向上させることができることが明らかとなった。
After the charge-discharge test of the above procedure (3), charge to 3.1 V at 0.1 C, rest for 10 minutes, discharge to 1.5 V at 0.1 C, and measure the discharge capacity. FIG. 2 shows the relationship between the mass ratio of sulfur-containing compounds in the material {P 2 S 5 /(B 2 S 3 +P 2 S 5 )} and the discharge capacity of the all-solid-state battery when the lower limit voltage is set to 1.5V.
As shown in FIG. 2, Examples 1 and 2 and Comparative Examples 2 and 3 containing B 2 S 3 and P 2 S 5 in the mass ratio shown in Table 1 are higher than Comparative Example 1 containing only B 2 S 3 . High discharge capacity at lower limit voltage 1.5V. It is considered that this is because the ionic conductivity was improved by including P 2 S 5 in addition to B 2 S 3 .
On the other hand, as shown in FIG. 2, Examples 1 and 2 containing B 2 S 3 and P 2 S 5 at the mass ratios shown in Table 1 had a lower limit voltage of 1.5 than Comparative Example 4 containing only P 2 S 5 . The discharge capacity of the battery is high even at 5V. It is believed that this is because the addition of a specific amount of B 2 S 3 in addition to P 2 S 5 improved the resistance to reduction of the positive electrode mixture against charge-discharge cycles of the battery. The reason why the discharge capacity of the battery in Comparative Examples 2 and 3 is lower than that in Comparative Example 4 is that the mass ratio of B 2 S 3 in the sulfide used for the positive electrode mixture is too small, and the reduction resistance is sufficient. This is probably because it is not
Therefore, the positive electrode mixture containing a sulfur-containing compound in which the mass ratio {P 2 S 5 /(B 2 S 3 +P 2 S 5 )} of the sulfur-containing compound in the positive electrode mixture is 0.320 to 0.558, It was found that an all-solid-state battery using the positive electrode mixture, which has both ionic conductivity and resistance to reduction during charge-discharge cycles of the battery, can improve the discharge capacity at the lower limit voltage of 1.5V.

11 固体電解質層
12 正極層
13 負極層
14 正極集電体
15 負極集電体
16 正極
17 負極
100 全固体電池
11 Solid electrolyte layer 12 Positive electrode layer 13 Negative electrode layer 14 Positive electrode current collector 15 Negative electrode current collector 16 Positive electrode 17 Negative electrode 100 All-solid battery

Claims (1)

全固体電池用の正極合材であって、
S元素を有する正極活物質と、B元素およびS元素を有する第1の含硫化合物と、P元素およびS元素を有する第2の含硫化合物と、導電助剤とを含有し、
前記正極合材に含まれる全ての元素に対するLi元素の割合が、20mol%以下であり
前記第1の含硫化合物と前記第2の含硫化合物の合計質量に対する前記第2の含硫化合物の質量比が0.320~0.558であることを特徴とする、全固体電池用の正極合材。
A positive electrode mixture for an all-solid-state battery,
Containing a positive electrode active material having an S element, a first sulfur-containing compound having a B element and an S element, a second sulfur-containing compound having a P element and an S element, and a conductive aid,
The ratio of the Li element to all the elements contained in the positive electrode mixture is 20 mol% or less ,
The mass ratio of the second sulfur-containing compound to the total mass of the first sulfur-containing compound and the second sulfur-containing compound is 0.320 to 0.558, for an all-solid-state battery Positive electrode compound.
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