Deprecated: The each() function is deprecated. This message will be suppressed on further calls in /home/zhenxiangba/zhenxiangba.com/public_html/phproxy-improved-master/index.php on line 456
JP7374664B2 - Solid electrolyte sheet and all-solid lithium secondary battery - Google Patents
[go: Go Back, main page]

JP7374664B2 - Solid electrolyte sheet and all-solid lithium secondary battery - Google Patents

Solid electrolyte sheet and all-solid lithium secondary battery Download PDF

Info

Publication number
JP7374664B2
JP7374664B2 JP2019156567A JP2019156567A JP7374664B2 JP 7374664 B2 JP7374664 B2 JP 7374664B2 JP 2019156567 A JP2019156567 A JP 2019156567A JP 2019156567 A JP2019156567 A JP 2019156567A JP 7374664 B2 JP7374664 B2 JP 7374664B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
solid electrolyte
base material
porous base
insulating porous
electrolyte sheet
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2019156567A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2021034325A (en
Inventor
修明 松本
秀昭 片山
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Maxell Ltd
Original Assignee
Maxell Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Maxell Ltd filed Critical Maxell Ltd
Priority to JP2019156567A priority Critical patent/JP7374664B2/en
Publication of JP2021034325A publication Critical patent/JP2021034325A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP7374664B2 publication Critical patent/JP7374664B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries

Landscapes

  • Cell Separators (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)

Description

本発明は、形状保持性に優れ、大面積化が可能な固体電解質シートと、前記固体電解質シートを有し、放電特性に優れた全固体リチウム二次電池に関するものである。 The present invention relates to a solid electrolyte sheet that has excellent shape retention and can be made to have a large area, and an all-solid lithium secondary battery that includes the solid electrolyte sheet and has excellent discharge characteristics.

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(LiCoO)、ニッケル酸リチウム(LiNiO)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安全性および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. There is also a high demand for safety and reliability of lithium-ion secondary batteries with increased capacity and high energy density.

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安全性および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. In addition, with the recent trend toward higher energy density of lithium ion secondary batteries and an increase in the amount of organic solvent in organic electrolytes, there is a demand for even greater safety and reliability of 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が注目されている。全固体型のリチウム二次電池は、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 that do not use organic solvents are attracting attention. All-solid-state lithium secondary batteries use a molded solid electrolyte that does not use organic solvents instead of conventional organic solvent-based electrolytes, and there is no risk of abnormal heat generation of the solid electrolyte, ensuring high safety. We are prepared.

他方、固体電解質の成形体は、脆いために加工性に乏しく、固体電解質の薄膜化、大面積化が困難である。そのため、電池製造時の固体電解質の取り扱い性が悪く、また固体電解質の成形体が厚くなることから、固体電解質のリチウムイオン伝導性が低くなり、電池性能が低下する問題もある。 On the other hand, solid electrolyte molded bodies are brittle and have poor workability, making it difficult to form solid electrolytes into thin films and to enlarge the area. As a result, the solid electrolyte is difficult to handle during battery manufacture, and the molded solid electrolyte becomes thick, resulting in a decrease in lithium ion conductivity of the solid electrolyte, resulting in a decrease in battery performance.

その一方で、このような問題を解決するための技術も検討されている。例えば、特許文献1、2には、不織布などの多孔性基材からなる基材の空隙に固体電解質を充填することで、リチウムイオン伝導性と強度とを兼ね備えた固体電解質シートとし、この固体電解質シートを用いて全固体二次電池を構成することが提案されている。 On the other hand, techniques to solve such problems are also being considered. For example, in Patent Documents 1 and 2, a solid electrolyte sheet having both lithium ion conductivity and strength is obtained by filling the voids of a porous base material such as a nonwoven fabric with a solid electrolyte, and this solid electrolyte It has been proposed to construct an all-solid-state secondary battery using sheets.

このうち、特許文献1においては、多孔性基材の空隙に固体電解質を固定するに際し、多孔性基材の骨格部表面に付着させた粘着剤に、固体電解質を付着させる手法を採用している。また、特許文献2においては、固体電解質の粒子径と不織布の開口径との関係を調整する手法を採用している。 Among these, in Patent Document 1, when fixing a solid electrolyte in the voids of a porous base material, a method is adopted in which the solid electrolyte is attached to an adhesive attached to the surface of the skeleton of the porous base material. . Moreover, in Patent Document 2, a method is adopted in which the relationship between the particle diameter of the solid electrolyte and the opening diameter of the nonwoven fabric is adjusted.

特開2015-153460号公報(特許請求の範囲など)JP2015-153460A (claims, etc.) 特開2016-139482号公報(特許請求の範囲など)JP 2016-139482 (claims, etc.)

特許文献1、2に記載の技術は、固体電解質のみで構成したシートに比べて、ある程度の強度を高めることを可能としているものの、全固体リチウム二次電池用の固体電解質シートに求められている形状保持性を満たすには、未だ改善の余地がある。 Although the techniques described in Patent Documents 1 and 2 make it possible to increase the strength to a certain extent compared to sheets made only of solid electrolytes, they are required for solid electrolyte sheets for all-solid lithium secondary batteries. There is still room for improvement in satisfying the shape retention requirements.

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、形状保持性に優れ、大面積化が可能な固体電解質シートと、前記固体電解質シートを有し、放電特性に優れた全固体リチウム二次電池とを提供することにある。 The present invention has been made in view of the above-mentioned circumstances, and its purpose is to provide a solid electrolyte sheet that has excellent shape retention and can be made into a large area, and a solid electrolyte sheet that has the solid electrolyte sheet and has excellent discharge characteristics. The purpose of the present invention is to provide a solid-state lithium secondary battery.

本発明の固体電解質シートは、絶縁性多孔質基材を支持体とし、前記絶縁性多孔質基材は、樹脂の繊維で構成されており、前記絶縁性多孔質基材の坪量をx(g/m)、前記絶縁性多孔質基材の引張強度をy(N)としたときに、y/x≧0.45であり、前記絶縁性多孔質基材の内部に固体電解質粒子とバインダとを含有していることを特徴とするものである。 The solid electrolyte sheet of the present invention uses an insulating porous base material as a support, the insulating porous base material is composed of resin fibers, and the basis weight of the insulating porous base material is x( g/m 2 ), where y (N) is the tensile strength of the insulating porous base material, y/x≧0.45, and solid electrolyte particles are present inside the insulating porous base material. It is characterized by containing a binder.

また、本発明の固体電解質シートの別の態様は、絶縁性多孔質基材を支持体とし、前記絶縁性多孔質基材は、液晶ポリエステルの繊維で構成されており、前記絶縁性多孔質基材の内部に固体電解質粒子とバインダとを含有していることを特徴とするものである。 In another aspect of the solid electrolyte sheet of the present invention, an insulating porous base material is used as a support, the insulating porous base material is composed of liquid crystal polyester fibers, and the insulating porous base material is made of liquid crystal polyester fibers. The material is characterized by containing solid electrolyte particles and a binder inside the material.

さらに、本発明の全固体リチウム二次電池は、正極と、負極と、前記正極と前記負極との間に挿入された本発明のいずれかの態様の固体電解質シートとを有することを特徴とするものである。 Furthermore, the all-solid-state lithium secondary battery of the present invention is characterized by having a positive electrode, a negative electrode, and the solid electrolyte sheet according to any aspect of the present invention inserted between the positive electrode and the negative electrode. It is something.

本発明によれば、形状保持性に優れ、大面積化が可能な固体電解質シートと、前記固体電解質シートを有し、放電特性に優れた全固体リチウム二次電池とを提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a solid electrolyte sheet that has excellent shape retention and can be made to have a large area, and an all-solid lithium secondary battery that includes the solid electrolyte sheet and has excellent discharge characteristics.

本発明の固体電解質シートの一例を模式的に表す平面図である。FIG. 1 is a plan view schematically showing an example of a solid electrolyte sheet of the present invention. 本発明の全固体リチウム二次電池の一例を模式的に表す断面図である。1 is a cross-sectional view schematically showing an example of an all-solid-state lithium secondary battery of the present invention.

本発明の第一の態様の固体電解質シートは、絶縁性多孔質基材を支持体とし、前記絶縁性多孔質基材は、樹脂の繊維で構成されており、前記絶縁性多孔質基材の坪量をx(g/m)、前記絶縁性多孔質基材の引張強度をy(N)としたときに、y/x≧0.45であり、前記絶縁性多孔質基材の内部に固体電解質粒子とバインダとを含有している。 The solid electrolyte sheet of the first aspect of the present invention uses an insulating porous base material as a support, the insulating porous base material is made of resin fibers, and the insulating porous base material is made of resin fibers. When the basis weight is x (g/m 2 ) and the tensile strength of the insulating porous base material is y (N), y/x≧0.45, and the inside of the insulating porous base material contains solid electrolyte particles and a binder.

支持体を有する固体電解質シートの強度を高めるには、引張強度(y)の大きい支持体を使用すればよく、例えば、多孔質基材からなる支持体の場合、一般にその坪量を大きくすれば引張強度を高めることができる。しかしながら、多孔質基材の坪量を大きくするとイオン伝導性が低下する傾向にあるため、このような多孔質基材を有する固体電解質シートを使用すると、全固体リチウム二次電池の放電特性が低下してしまう。 In order to increase the strength of a solid electrolyte sheet having a support, it is sufficient to use a support with a high tensile strength (y). For example, in the case of a support made of a porous base material, generally if the basis weight is increased, Tensile strength can be increased. However, as the basis weight of the porous base material increases, the ionic conductivity tends to decrease, so if a solid electrolyte sheet with such a porous base material is used, the discharge characteristics of an all-solid-state lithium secondary battery will deteriorate. Resulting in.

そこで、本発明の固体電解質シートにおいては、固体電解質粒子を保持する支持体を、坪量当たりの引張強度(y/x)が0.45N/(g/m)以上の絶縁性多孔質基材で構成することとした。すなわち、前記絶縁性多孔質基材は、基材を構成する繊維の引張強度が大きいため、坪量を大きくしたり厚みを厚くしたりして引張強度を高める必要がなく、固体電解質シートのイオン伝導性と形状維持性を高め、全固体リチウム二次電池の放電特性を向上させることができる。 Therefore, in the solid electrolyte sheet of the present invention, the support holding the solid electrolyte particles is made of an insulating porous base having a tensile strength per basis weight (y/x) of 0.45 N/(g/m 2 ) or more. We decided to construct it from wood. In other words, since the insulating porous base material has a high tensile strength of the fibers constituting the base material, there is no need to increase the tensile strength by increasing the basis weight or thickness, and the ions of the solid electrolyte sheet It can enhance conductivity and shape retention, and improve the discharge characteristics of all-solid-state lithium secondary batteries.

坪量当たりの引張強度が前記の値を満たす絶縁製多孔質基材は、例えば、液晶ポリエステルの繊維を用いて形成することができる。 An insulating porous base material whose tensile strength per basis weight satisfies the above value can be formed using, for example, liquid crystal polyester fibers.

すなわち、本発明の第二の態様の固体電解質シートは、支持体となる絶縁性多孔質基材が、液晶ポリエステルの繊維で構成されている。このような絶縁性多孔質基材であれば、坪量当たりの引張強度を例えば0.45N/(g/m)以上と大きくできるため、固体電解質シートのイオン伝導性と形状維持性を高め、全固体リチウム二次電池の放電特性を向上させることができる。 That is, in the solid electrolyte sheet of the second aspect of the present invention, the insulating porous base material serving as the support is composed of liquid crystal polyester fibers. With such an insulating porous base material, the tensile strength per basis weight can be increased to, for example, 0.45 N/(g/m 2 ) or more, which improves the ionic conductivity and shape retention of the solid electrolyte sheet. , it is possible to improve the discharge characteristics of an all-solid-state lithium secondary battery.

さらに、本発明の固体電解質シートにおいては、第一の態様、第二の態様のいずれにおいても、前記絶縁性多孔質基材を使用することに加えて、固体電解質粒子同士を結着するバインダを、固体電解質粒子と共に前記絶縁性多孔質基材の内部に含有させている。 Furthermore, in the solid electrolyte sheet of the present invention, in both the first and second aspects, in addition to using the insulating porous base material, a binder that binds the solid electrolyte particles to each other is used. , is contained inside the insulating porous base material together with the solid electrolyte particles.

本発明の固体電解質シートでは、絶縁性多孔質基材による前記の作用とバインダによる作用とによって全体の強度を高め得るため、前記基材の内部に充填された固体電解質粒子の脱落や前記固体電解質シートの亀裂によるイオン伝導性の低下を防ぐことができ、形状保持性が向上して大面積化が可能となる。具体的には、前記固体電解質シートの面積を1cm以上、好ましくは10cm以上とすることができる。 In the solid electrolyte sheet of the present invention, the overall strength can be increased by the above-mentioned action of the insulating porous base material and the action of the binder. It is possible to prevent a decrease in ion conductivity due to cracks in the sheet, improve shape retention, and make it possible to increase the area. Specifically, the area of the solid electrolyte sheet can be 1 cm 2 or more, preferably 10 cm 2 or more.

そして、本発明の固体電解質シートを用いて全固体リチウム二次電池を構成することにより、高容量・高エネルギー密度で放電特性に優れた全固体リチウム二次電池を提供することができる。 By constructing an all-solid lithium secondary battery using the solid electrolyte sheet of the present invention, it is possible to provide an all-solid lithium secondary battery with high capacity, high energy density, and excellent discharge characteristics.

以下、本発明の実施形態について、詳細に説明する。 Embodiments of the present invention will be described in detail below.

<固体電解質シート>
図1に固体電解質シートの一例を模式的に表す平面図を示す。図1に示す固体電解質シート10は、絶縁性多孔質基材11と、絶縁性多孔質基材11を構成する繊維同士の隙間(空孔)に充填された固体電解質粒子12とバインダ13とを有している。そして、バインダ13によって、固体電解質粒子12同士あるいは固体電解質粒子12と絶縁性多孔質基材11とが結着され固定されている。
<Solid electrolyte sheet>
FIG. 1 shows a plan view schematically showing an example of a solid electrolyte sheet. The solid electrolyte sheet 10 shown in FIG. 1 includes an insulating porous base material 11, solid electrolyte particles 12 filled in gaps (pores) between fibers constituting the insulating porous base material 11, and a binder 13. have. Then, the solid electrolyte particles 12 or the solid electrolyte particles 12 and the insulating porous base material 11 are bound and fixed by the binder 13.

第一の態様の固体電解質シートにおいては、絶縁性多孔質基材の坪量当たりの引張強度が、0.45N/(g/m)以上、好ましくは0.7N/(g/m)以上、より好ましくは1N/(g/m)以上である。これにより、イオン伝導の障害となり難く、全体の強度が大きい絶縁性多孔質基材となるため、固体電解質シートのイオン伝導性と強度を良好に高めることができる。なお、絶縁性多孔質基材の坪量当たりの引張強度の上限値は、通常、7N/(g/m)程度である。 In the solid electrolyte sheet of the first aspect, the tensile strength per basis weight of the insulating porous base material is 0.45 N/(g/m 2 ) or more, preferably 0.7 N/(g/m 2 ). It is more preferably 1N/(g/m 2 ) or more. This results in an insulating porous base material that is less likely to impede ion conduction and has high overall strength, so that the ion conductivity and strength of the solid electrolyte sheet can be favorably increased. Note that the upper limit of the tensile strength per basis weight of the insulating porous base material is usually about 7N/(g/m 2 ).

さらに、第二の態様の固体電解質シートにおいても、絶縁性多孔質基材の坪量当たりの引張強度は、前記の範囲であることが好ましい。 Furthermore, also in the solid electrolyte sheet of the second embodiment, the tensile strength per basis weight of the insulating porous base material is preferably within the above range.

本明細書でいう絶縁性多孔質基材の坪量当たりの引張強度は、長さ50mm、幅15mmの試験片を切り出し、チャック間距離を30mmとして引張速度:120mm/分で引張試験を行って求められる値である。なお、絶縁性多孔質基材が方向性を有する場合、例えば、MD方向とTD方向を有する場合には、MD方向の引張強度よりもTD方向の引張強度が低くなることがあるが、その場合は、引張強度が低くなる方向(TD方向)での値をその基材の引張強度とすればよい。 The tensile strength per basis weight of the insulating porous substrate referred to in this specification is determined by cutting out a test piece with a length of 50 mm and a width of 15 mm, and conducting a tensile test at a tensile speed of 120 mm/min with a distance between chucks of 30 mm. This is the required value. In addition, when the insulating porous base material has directionality, for example, when it has MD direction and TD direction, the tensile strength in the TD direction may be lower than the tensile strength in the MD direction. The value in the direction in which the tensile strength decreases (TD direction) may be taken as the tensile strength of the base material.

また、第一の態様の固体電解質シートおよび第二の態様の固体電解質シートにおいては、絶縁性多孔質基材の坪量が、10g/m以下であることが好ましく、より好ましくは、7g/m以下であり、特に好ましくは、5g/m以下である。このように坪量の小さな絶縁性多孔質基材を使用することで、固体電解質シート内でのイオン伝導性がより良好となるため、全固体リチウム二次電池の放電特性をさらに向上させることができる。また、固体電解質シートの形状維持のため、絶縁性多孔質基材の坪量は、2g/m以上であることが好ましい。 Further, in the solid electrolyte sheet of the first embodiment and the solid electrolyte sheet of the second embodiment, the basis weight of the insulating porous base material is preferably 10 g/m 2 or less, more preferably 7 g/m 2 or less. m 2 or less, particularly preferably 5 g/m 2 or less. By using an insulating porous base material with a small basis weight, the ionic conductivity within the solid electrolyte sheet is improved, which can further improve the discharge characteristics of all-solid-state lithium secondary batteries. can. Further, in order to maintain the shape of the solid electrolyte sheet, the basis weight of the insulating porous base material is preferably 2 g/m 2 or more.

樹脂の繊維で構成された絶縁性多孔質基材としては、不織布や織布、メッシュなどが挙げられるが、不織布が好ましい。 Examples of the insulating porous base material made of resin fibers include nonwoven fabrics, woven fabrics, and meshes, with nonwoven fabrics being preferred.

また、前記繊維を構成する樹脂は、ポリエチレンテレフタレート(PET)、アラミド、ポリアリレート(液晶ポリエステルなど)などを用いることができる。ただし、繊維自体の強度が高くても、不織布などの基材を構成したときの強度が高くなるとは限らず、繊維同士がきちんと絡み合わされ強度が高められたような基材を用いる必要がある。また、基材の強度が高い場合でも、坪量が低すぎる場合には、固体電解質粒子を保持し難くなるため、一定以上の坪量の基材を用いることが望ましい。 Moreover, polyethylene terephthalate (PET), aramid, polyarylate (liquid crystal polyester, etc.), etc. can be used as the resin constituting the fiber. However, even if the strength of the fiber itself is high, it does not necessarily mean that the strength of a base material such as a nonwoven fabric will be high; it is necessary to use a base material in which the fibers are properly intertwined with each other to increase the strength. Furthermore, even if the strength of the base material is high, if the basis weight is too low, it will be difficult to hold the solid electrolyte particles, so it is desirable to use a base material with a basis weight above a certain level.

第二の態様の固体電解質シートにおいては、液晶ポリエステルの繊維で構成された絶縁性多孔質基材を使用する。また、第一の態様の固体電解質シートにおいても、液晶ポリエステルの繊維で構成された絶縁性多孔質基材を使用することが好ましい。 In the solid electrolyte sheet of the second embodiment, an insulating porous base material made of liquid crystal polyester fibers is used. Also, in the solid electrolyte sheet of the first embodiment, it is preferable to use an insulating porous base material made of liquid crystal polyester fibers.

絶縁性多孔質基材を構成する液晶ポリエステルは、例えば、以下の(1)~(6)のいずれかの構造単位の組み合わせによって構成されたものが挙げられる。 Examples of the liquid crystal polyester constituting the insulating porous base material include those constituted by a combination of any of the following structural units (1) to (6).

Figure 0007374664000001
Figure 0007374664000001

Figure 0007374664000002
Figure 0007374664000002

これらの液晶ポリエステルの中でも、パラヒドロキシ安息香酸由来の構造単位と2-ヒドロキシ-6-ナフトエ酸由来の構造単位とを有する共重合体〔前記(5)の組み合わせ〕が好ましい。 Among these liquid crystal polyesters, a copolymer having a structural unit derived from parahydroxybenzoic acid and a structural unit derived from 2-hydroxy-6-naphthoic acid [the combination of (5) above] is preferred.

絶縁性多孔質基材を構成する樹脂は、耐熱温度が200℃以上であることが好ましく、これにより、固体電解質シートの耐熱性、ひいてはこれを用いた全固体リチウム二次電池の耐熱性がより向上する。前記液晶ポリエステルは、前記の耐熱温度を満たしている。 The resin constituting the insulating porous base material preferably has a heat resistance temperature of 200°C or higher, thereby improving the heat resistance of the solid electrolyte sheet and, by extension, the heat resistance of the all-solid lithium secondary battery using the same. improves. The liquid crystal polyester satisfies the above-mentioned heat resistance temperature.

本明細書でいう樹脂の耐熱温度は、樹脂が融点(融解温度)を有する場合は、JIS K 7121に規定の方法で示差走査熱量計(DSC)を用いて求められる融解温度を意味し、樹脂が融点を有しない場合は、JIS K 7206に規定の方法に従って求められる軟化点を意味している。 The heat resistant temperature of the resin as used herein means the melting temperature determined using a differential scanning calorimeter (DSC) according to the method specified in JIS K 7121, when the resin has a melting point (melting temperature). If it does not have a melting point, it means a softening point determined according to the method specified in JIS K 7206.

液晶ポリエステルの繊維で構成された絶縁性多孔質基材としては、不織布や織布、メッシュなどが挙げられるが、不織布が好ましい。 Examples of the insulating porous base material made of liquid crystal polyester fibers include nonwoven fabrics, woven fabrics, meshes, etc., and nonwoven fabrics are preferred.

液晶ポリエステルなどの繊維で構成された不織布は、例えばメルトブロー法によって製造することができる。メルトブロー法であれば、不織布を構成する樹脂の繊維の径を小さくすることが容易であるため、良好なイオン透過性を保持しつつ、繊維同士の絡み合いが多く、坪量当たりの引張強度が前記の値を満たすような大きな強度の不織布を得ることができる。 Nonwoven fabrics made of fibers such as liquid crystal polyester can be manufactured, for example, by a melt blowing method. With the melt blow method, it is easy to reduce the diameter of the resin fibers that make up the nonwoven fabric, so while maintaining good ion permeability, the fibers are often entangled with each other, and the tensile strength per basis weight is It is possible to obtain a nonwoven fabric with high strength that satisfies the value of .

絶縁性多孔質基材を構成する樹脂の繊維は、必要に応じて不織布などで通常添加されている添加剤(無機フィラー、酸化防止剤、紫外線吸収剤など)を含有していてもよい。 The resin fibers constituting the insulating porous base material may contain additives (inorganic fillers, antioxidants, ultraviolet absorbers, etc.) that are normally added to nonwoven fabrics, etc., as necessary.

絶縁性多孔質基材を構成する液晶ポリエステルの繊維の径は、2~10μmであることが好ましい。 The diameter of the liquid crystal polyester fibers constituting the insulating porous base material is preferably 2 to 10 μm.

また、第一の態様の固体電解質シートおよび第二の態様の固体電解質シートにおいては、絶縁性多孔質基材の厚みが、50μm以下であることが好ましく、30μm以下であることがより好ましく、20μm以下であることが特に好ましい。このように厚みの薄い絶縁性多孔質基材を使用することで、固体電解質シートの厚みを低減することができるので、全固体リチウム二次電池の内部抵抗を減少させ、放電特性をさらに向上させることができる。本発明においては、絶縁性多孔質基材の坪量当たりの引張強度が、0.45N/(g/m)以上であることにより、あるいは、液晶ポリエステルの繊維で構成されていることにより、厚みが薄くなっても、固体電解質シートの形状を良好に維持することができる。 Further, in the solid electrolyte sheet of the first embodiment and the solid electrolyte sheet of the second embodiment, the thickness of the insulating porous base material is preferably 50 μm or less, more preferably 30 μm or less, and 20 μm or less. The following is particularly preferred. By using such a thin insulating porous base material, the thickness of the solid electrolyte sheet can be reduced, which reduces the internal resistance of the all-solid-state lithium secondary battery and further improves the discharge characteristics. be able to. In the present invention, the tensile strength per basis weight of the insulating porous base material is 0.45 N/(g/m 2 ) or more, or by being composed of liquid crystal polyester fibers, Even if the thickness is reduced, the shape of the solid electrolyte sheet can be maintained well.

固体電解質シートに使用可能な固体電解質粒子を構成する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 constituting the solid electrolyte particles that can be used in the solid electrolyte sheet is not particularly limited as long as it has lithium ion conductivity, and examples include sulfide-based solid electrolytes, hydride-based solid electrolytes, and oxide-based solid electrolytes. Solid electrolytes etc. can be used.

硫化物系固体電解質としては、例えば、LiS-P、LiS-SiS、LiS-P-GeS、LiS-B系ガラスなどが挙げられる他、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(Li10GeP12など)やアルジロダイト系(LiPSCl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 the above, LGPS type (Li 10 GeP 2 S 12, etc.) and argyrodite type (Li 6 PS 5 Cl, etc.), which have recently attracted attention as having high lithium ion conductivity, 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、LiBH、LIBHと下記のアルカリ金属化合物との固溶体(例えば、LiBH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、LiLaZr12、LiTi(PO、LiGe(PO、LiLaTiO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 .

前記例示の固体電解質の中でも、リチウムイオン伝導性の高い硫化物系固体電解質を用いることがより好ましい。 Among the solid electrolytes mentioned above, it is more preferable to use a sulfide-based solid electrolyte with high lithium ion conductivity.

固体電解質粒子は、1種を単独で用いることができるが、2種以上を併用することもできる。また、前記例示の固体電解質の粒子を2種以上併用する場合は、それぞれの固体電解質粒子を混合してもよいし、固体電解質シートの厚み方向に、それぞれの固体電解質粒子が異なる領域を層状に形成するように存在させてもよい。 Although one type of solid electrolyte particles can be used alone, two or more types can also be used in combination. In addition, when using two or more types of solid electrolyte particles as exemplified above, each solid electrolyte particle may be mixed, or each solid electrolyte particle may be layered in different regions in the thickness direction of the solid electrolyte sheet. It may be present so as to form.

固体電解質粒子のサイズとしては、絶縁性多孔質基材の空孔内への充填性をより高め、良好なリチウムイオン伝導性を確保する観点から、平均粒子径が、5μm以下であることが好ましく、2μm以下であることがより好ましい。ただし、固体電解質粒子のサイズが小さすぎると、取扱い性が低下したり、より多くの量のバインダが必要となって抵抗値が増大したりする虞がある。よって、固体電解質粒子の平均粒子径は、0.3μm以上であることが好ましく、0.5μm以上であることがより好ましい。 Regarding the size of the solid electrolyte particles, it is preferable that the average particle diameter is 5 μm or less, from the viewpoint of further increasing the filling property into the pores of the insulating porous base material and ensuring good lithium ion conductivity. , more preferably 2 μm or less. However, if the size of the solid electrolyte particles is too small, there is a risk that the handleability may be reduced or a larger amount of binder may be required, resulting in an increase in resistance value. Therefore, the average particle diameter of the solid electrolyte particles is preferably 0.3 μm or more, more preferably 0.5 μm or more.

本明細書でいう固体電解質粒子や、その他の粒子(正極活物質粒子、負極活物質粒子など)の平均粒子径は、例えば、レーザー散乱粒度分布計(例えば、HORIBA社製「LA-920」)を用い、これらの粒子を溶解したり膨潤させたりしない媒体に、粒子を分散させて測定した数平均粒子径である。 The average particle diameter of the solid electrolyte particles and other particles (positive electrode active material particles, negative electrode active material particles, etc.) referred to in this specification can be determined using, for example, a laser scattering particle size analyzer (for example, "LA-920" manufactured by HORIBA). This is the number average particle diameter measured by dispersing the particles in a medium that does not dissolve or swell the particles.

固体電解質シートのバインダは、固体電解質と反応しないものが望ましく、ブチルゴム、クロロピレンゴム、アクリル樹脂およびフッ素樹脂よりなる群から選択される少なくとも一種の樹脂が好ましく用いられる。 The binder of the solid electrolyte sheet is preferably one that does not react with the solid electrolyte, and at least one resin selected from the group consisting of butyl rubber, chloropyrene rubber, acrylic resin, and fluororesin is preferably used.

固体電解質シートにおける絶縁性多孔質基材の割合(空孔部分を除く実体積の割合)は、良好なリチウムイオン伝導性を確保する観点から、30体積%以下であることが好ましく、25体積%以下であることがより好ましい。ただし、固体電解質シートにおける絶縁性多孔質基材の割合が小さすぎると、固体電解質シートの形状保持性の向上効果が小さくなる虞がある。よって、固体電解質シートの強度をより高める観点からは、固体電解質シートにおける絶縁性多孔質基材の割合は、5体積%以上であることが好ましく、10体積%以上であることがより好ましい。 From the perspective of ensuring good lithium ion conductivity, the proportion of the insulating porous base material in the solid electrolyte sheet (the proportion of the actual volume excluding pores) is preferably 30% by volume or less, and 25% by volume. It is more preferable that it is below. However, if the proportion of the insulating porous base material in the solid electrolyte sheet is too small, the effect of improving the shape retention of the solid electrolyte sheet may be reduced. Therefore, from the viewpoint of further increasing the strength of the solid electrolyte sheet, the proportion of the insulating porous base material in the solid electrolyte sheet is preferably 5% by volume or more, and more preferably 10% by volume or more.

また、固体電解質シートにおけるバインダの含有量は、固体電解質シートの形状保持性をより高める観点から、固体電解質粒子とバインダとの総量中、0.5質量%以上であることが好ましく、1質量%以上であることが好ましく、また、バインダの量をある程度制限して、リチウムイオン伝導性の低下を抑制する観点からは、5質量%以下であることが好ましく、3質量%以下であることが好ましい。 Further, from the viewpoint of further improving the shape retention of the solid electrolyte sheet, the content of the binder in the solid electrolyte sheet is preferably 0.5% by mass or more, and 1% by mass based on the total amount of the solid electrolyte particles and the binder. It is preferably at least 5% by mass, and preferably at most 3% by mass, from the viewpoint of limiting the amount of binder to some extent and suppressing a decrease in lithium ion conductivity. .

固体電解質シートの厚みは、固体電解質シートを用いる電池の正極-負極間距離を適正にして、短絡の発生や抵抗増大を抑制する観点から、5μm以上であることが好ましく、10μm以上であることがより好ましく、また、50μm以下であることが好ましく、30μm以下であることがより好ましい。 The thickness of the solid electrolyte sheet is preferably 5 μm or more, and preferably 10 μm or more, from the viewpoint of optimizing the distance between the positive electrode and the negative electrode of a battery using the solid electrolyte sheet and suppressing the occurrence of short circuits and increases in resistance. More preferably, it is 50 μm or less, and more preferably 30 μm or less.

固体電解質シートの製造方法については特に制限はないが、固体電解質粒子をバインダとともに溶媒に分散させてスラリーなどとし、これを湿式で絶縁性多孔質基材の空孔に充填する工程を備える方法で製造することが好ましい。これにより、固体電解質シートの強度が向上し、大面積の固体電解質シートの製造が容易となる。 There are no particular restrictions on the method for manufacturing the solid electrolyte sheet, but a method that includes a step of dispersing solid electrolyte particles in a solvent together with a binder to form a slurry or the like, and filling the pores of an insulating porous base material with the slurry using a wet process. Preferably, it is manufactured. This improves the strength of the solid electrolyte sheet and facilitates the manufacture of a large-area solid electrolyte sheet.

固体電解質粒子およびバインダを含むスラリーを絶縁性多孔質基材の空孔に充填する際の充填方法としては、スクリーン印刷法、ドクターブレード法、浸漬法などの塗工法が採用できる。 As a filling method for filling the pores of the insulating porous base material with a slurry containing solid electrolyte particles and a binder, coating methods such as a screen printing method, a doctor blade method, and a dipping method can be employed.

前記スラリーは、固体電解質粒子およびバインダを溶媒に投入し、混合して調製する。スラリーの溶媒は、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 slurry is prepared by adding solid electrolyte particles and a binder to a solvent and mixing them. It is preferable to select a solvent for the slurry 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.

前記のように絶縁性多孔質基材の空孔にスラリーを充填した後には、乾燥によってスラリーの溶媒を除去し、必要に応じて加圧成形を行うことで、固体電解質シートを得ることができる。 After filling the pores of the insulating porous base material with the slurry as described above, a solid electrolyte sheet can be obtained by removing the solvent of the slurry by drying and performing pressure molding if necessary. .

なお、前記の通り、固体電解質シートの製造方法は、前記の湿式法に制限されず、例えば、絶縁性多孔質基材の空孔に、固体電解質粒子とバインダ粒子との混合物を乾式で充填し、その後に加圧成形を行う方法で固体電解質シートを製造してもよい。 As mentioned above, the method for manufacturing the solid electrolyte sheet is not limited to the wet method described above, and for example, the pores of an insulating porous base material may be filled with a mixture of solid electrolyte particles and binder particles using a dry method. The solid electrolyte sheet may be manufactured by a method in which the sheet is then subjected to pressure molding.

また、固体電解質とバインダとの混合物を成形して得られるシートを、絶縁性多孔質基材の空孔に固体電解質粒子およびバインダを充填したシートの片面または両面に貼り付けて、固体電解質シートとしてもよい。この場合、固体電解質とバインダとの混合物を成形して得られるシートにおいては、固体電解質として、比較的柔軟性の高い硫化物系固体電解質を使用することが好ましい。 Alternatively, a sheet obtained by molding a mixture of a solid electrolyte and a binder may be pasted on one or both sides of a sheet in which the pores of an insulating porous base material are filled with solid electrolyte particles and a binder to form a solid electrolyte sheet. Good too. In this case, in a sheet obtained by molding a mixture of a solid electrolyte and a binder, it is preferable to use a relatively flexible sulfide-based solid electrolyte as the solid electrolyte.

<全固体リチウム二次電池>
本発明の全固体リチウム二次電池(以下、単に「電池」という場合がある)は、正極と負極とを有し、さらに、正極と負極との間に挿入された本発明の固体電解質シートを有するものである。
<All-solid-state lithium secondary battery>
The all-solid lithium secondary battery of the present invention (hereinafter sometimes simply referred to as "battery") has a positive electrode and a negative electrode, and further includes a solid electrolyte sheet of the present invention inserted between the positive electrode and the negative electrode. It is something that you have.

本発明の全固体リチウム二次電池の一例を模式的に表す断面図を図2に示す。図2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20、負極30、および正極20と負極30との間に挿入された固体電解質シート10が封入されている。 FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing an example of the all-solid-state lithium secondary battery of the present invention. The battery 1 shown in FIG. 2 includes a positive electrode 20, a negative electrode 30, and a positive electrode 20 and a negative electrode 30 in an external case formed of an external can 40, a sealed can 50, and a resin gasket 60 interposed between these. A solid electrolyte sheet 10 inserted between them is enclosed.

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 outer can 40 via a gasket 60, and the open end of the outer can 40 is tightened inward, causing the gasket 60 to come into contact with the sealing can 50. The opening of the outer can 40 is sealed, so that the inside of the element has a hermetically sealed structure.

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.

次に、全固体リチウム二次電池の、固体電解質シート以外の構成要素について説明する。 Next, components other than the solid electrolyte sheet of the all-solid lithium secondary battery will be explained.

(正極)
全固体リチウム二次電池の正極は、正極活物質を含み、また、通常、固体電解質を含有している。
(positive electrode)
The positive electrode of an all-solid-state lithium secondary battery contains a positive electrode active material and usually also contains a solid electrolyte.

正極活物質は、従来から知られているリチウムイオン二次電池に用いられている正極活物質、すなわち、Liイオンを吸蔵・放出可能な活物質であれば特に制限はない。正極活物質の具体例としては、LiMMn2-x(ただし、Mは、Li、B、Mg、Ca、Sr、Ba、Ti、V、Cr、Fe、Co、Ni、Cu、Al、Sn、Sb、In、Nb、Mo、W、Y、RuおよびRh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、0.01≦x≦0.5)で表されるスピネル型リチウムマンガン複合酸化物、LiMn(1-y-x)Ni(2-k)(ただし、Mは、Co、Mg、Al、B、Ti、V、Cr、Fe、Cu、Zn、Zr、Mo、Sn、Ca、SrおよびW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、0.8≦x≦1.2、0<y<0.5、0≦z≦0.5、k+l<1、-0.1≦k≦0.2、0≦l≦0.1)で表される層状化合物、LiCo1-x(ただし、Mは、Al、Mg、Ti、Zr、Fe、Ni、Cu、Zn、Ga、Ge、Nb、Mo、Sn、SbおよびBa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、0≦x≦0.5)で表されるリチウムコバルト複合酸化物、LiNi1-x(ただし、Mは、Al、Mg、Ti、Zr、Fe、Co、Cu、Zn、Ga、Ge、Nb、Mo、Sn、SbおよびBa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、0≦x≦0.5)で表されるリチウムニッケル複合酸化物、LiM1-xPO(ただし、Mは、Fe、MnおよびCoよりなる群から選択される少なくとも1種の元素で、Nは、Al、Mg、Ti、Zr、Ni、Cu、Zn、Ga、Ge、Nb、Mo、Sn、SbおよびBa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、0≦x≦0.5)で表されるオリビン型複合酸化物、LiTi12で表されるリチウムチタン複合酸化物などが挙げられ、これらのうちの1種のみを用いてもよく、2種以上を併用してもよい。 The positive electrode active material is not particularly limited as long as it is a positive electrode active material used in conventionally known lithium ion secondary batteries, that is, an active material capable of intercalating and releasing Li ions. Specific examples of positive electrode active materials include LiM x Mn 2-x O 4 (where M is Li, B, Mg, Ca, Sr, Ba, Ti, V, Cr, Fe, Co, Ni, Cu, Al , Sn, Sb, In, Nb, Mo, W, Y, Ru, and Rh, and is at least one element selected from the group consisting of 0.01≦x≦0.5). Manganese composite oxide, Li x Mn (1-y-x) Ni y M z O (2-k) F l (M is Co, Mg, Al, B, Ti, V, Cr, Fe, Cu , Zn, Zr, Mo, Sn, Ca, Sr and W, and 0.8≦x≦1.2, 0<y<0.5, 0≦z ≦0.5, k+l<1, -0.1≦k≦0.2, 0≦l≦0.1), LiCo 1-x M x O 2 (where M is Al , Mg, Ti, Zr, Fe, Ni, Cu, Zn, Ga, Ge, Nb, Mo, Sn, Sb and Ba, and 0≦x≦0.5 ) Lithium cobalt composite oxide, LiNi 1-x M x O 2 (where M is Al, Mg, Ti, Zr, Fe, Co, Cu, Zn, Ga, Ge, Nb, Mo, Sn LiM 1-x N x PO 4 (where M is at least one element selected from the group consisting of , Sb and Ba, and 0≦x≦0.5) , Fe, Mn and Co, where N is Al, Mg, Ti, Zr, Ni, Cu, Zn, Ga, Ge, Nb, Mo, Sn, Sb and Ba. At least one element selected from the group consisting of olivine type composite oxide represented by 0≦x≦0.5), lithium titanium composite oxide represented by Li 4 Ti 5 O 12 , etc. Only one type of these may be used, or two or more types may be used in combination.

正極活物質のサイズとしては、表面積を大きくして充放電を容易にする観点から、平均粒子径が、50μm以下であることが好ましく、30μm以下であることがより好ましい。ただし、正極活物質のサイズが小さすぎると、取扱い性が低下したり、より多くの量のバインダが必要となって抵抗値が増大したりする虞がある。よって、正極活物質の平均粒子径は、0.1μm以上であることが好ましく、3.0μm以上であることがより好ましい。 As for the size of the positive electrode active material, from the viewpoint of increasing the surface area and facilitating charging and discharging, the average particle diameter is preferably 50 μm or less, more preferably 30 μm or less. However, if the size of the positive electrode active material is too small, there is a risk that the handleability may deteriorate or a larger amount of binder may be required, resulting in an increase in resistance value. Therefore, the average particle diameter of the positive electrode active material is preferably 0.1 μm or more, more preferably 3.0 μm or more.

正極の固体電解質には、固体電解質シートの固体電解質粒子を構成す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。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い。 As the solid electrolyte of the positive electrode, one or more of the solid electrolytes exemplified above as the solid electrolyte constituting the solid electrolyte particles of the solid electrolyte sheet can be used. In order to improve battery characteristics, it is desirable to include a sulfide solid electrolyte.

正極には、例えば、正極活物質および固体電解質、さらには必要に応じて添加される導電助剤やバインダを含有する正極合剤からなる層(正極合剤層)を、集電体の片面または両面に形成した構造のものや、前記正極合剤をペレット状などに加圧成形した成形体(正極合剤成形体)を使用することができる。 For the positive electrode, for example, a layer (positive electrode mixture layer) consisting of a positive electrode mixture containing a positive electrode active material, a solid electrolyte, and further a conductive agent and a binder added as necessary is placed on one side of the current collector or It is possible to use a structure in which the positive electrode mixture is formed on both sides, or a molded body obtained by pressure molding the positive electrode mixture into a pellet shape (positive electrode mixture molded body).

正極のバインダとしては、例えば、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)などのフッ素樹脂などが使用できる。また、正極の導電助剤としては、例えば、カーボンブラックなどの炭素材料などが使用できる。 As the binder for the positive electrode, for example, a fluororesin such as polyvinylidene fluoride (PVDF) can be used. Further, as a conductive additive for the positive electrode, for example, a carbon material such as carbon black can be used.

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.

正極を製造するに際しては、例えば、集電体を有する正極の場合には、正極活物質、および固体電解質、さらには必要に応じて添加される導電助剤、バインダなどをキシレンなどの溶媒に分散させた正極合剤含有組成物(ペースト、スラリーなど)を、集電体に塗布し、乾燥した後、必要に応じてカレンダ処理などの加圧成形をして、集電体の表面に正極合剤の層(正極合剤層)を形成する方法が採用できる。 When manufacturing a positive electrode, for example, in the case of a positive electrode with a current collector, the positive electrode active material, solid electrolyte, and conductive additives and binders added as necessary are dispersed in a solvent such as xylene. The positive electrode mixture-containing composition (paste, slurry, etc.) is applied to the current collector, dried, and then subjected to pressure molding such as calendering as necessary to apply the positive electrode mixture to the surface of the current collector. A method of forming a layer of agent (positive electrode mixture layer) can be adopted.

正極合剤含有組成物に使用する溶媒は、固体電解質シート形成用のスラリーに使用する溶媒と同様に、固体電解質を劣化させ難いものを選択することが望ましく、固体電解質シート形成用のスラリーの溶媒として先に例示した各種溶媒を使用することが好ましく、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特に好ましい。 As with the solvent used in the slurry for forming the solid electrolyte sheet, it is desirable to select a solvent that does not easily deteriorate the solid electrolyte, and the solvent used in the positive electrode mixture-containing composition is the same as the solvent used in the slurry for forming the solid electrolyte sheet. It is preferable to use the various solvents exemplified above, and it is particularly preferable to use a super dehydrated solvent with a moisture content of 0.001% by mass (10 ppm) or less.

また、正極合剤の成形体からなる正極の場合には、正極活物質、および固体電解質、さらには必要に応じて添加される導電助剤、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。 In the case of a positive electrode made of a molded positive electrode mixture, a positive electrode mixture prepared by mixing a positive electrode active material, a solid electrolyte, and a conductive additive, a binder, etc. added as necessary, is used. It can be formed by compression using pressure molding or the like.

正極における正極合剤の組成としては、例えば、正極活物質の含有量が50~90質量%であることが好ましく、固体電解質の含有量が10~50質量%であることが好ましく、バインダの含有量が0.1~10質量%であることが好ましい。また、正極合剤に導電助剤を含有させる場合、その含有量は0.1~10質量%であることが好ましい。さらに、集電体を有する正極における正極合剤層の厚みや正極合剤成形体の厚みは、50~1000μmであることが好ましい。 As for the composition of the positive electrode mixture in the positive electrode, for example, the content of the positive electrode active material is preferably 50 to 90% by mass, the content of the solid electrolyte is preferably 10 to 50% by mass, and the content of the binder is preferably 50 to 90% by mass. Preferably, the amount is between 0.1 and 10% by weight. Further, when a conductive additive is contained in the positive electrode mixture, the content is preferably 0.1 to 10% by mass. Further, the thickness of the positive electrode mixture layer and the thickness of the positive electrode mixture molded body in the positive electrode having a current collector are preferably 50 to 1000 μm.

全固体リチウム二次電池の負極としては、従来から知られているリチウムイオン二次電池に用いられている負極活物質、すなわち、Liイオンを吸蔵・放出可能な活物質を含有する負極が使用される。 As the negative electrode of the all-solid-state lithium secondary battery, a negative electrode active material used in conventionally known lithium ion secondary batteries, that is, a negative electrode containing an active material capable of intercalating and releasing Li ions, is used. Ru.

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.

負極活物質のサイズとしては、表面積を大きくして充放電を容易にする観点から、平均粒子径が、50μm以下であることが好ましく、30μm以下であることがより好ましい。ただし、負極活物質のサイズが小さすぎると、取扱い性が低下したり、より多くの量のバインダが必要となって抵抗値が増大したりする虞がある。よって、負極活物質の平均粒子径は、0.1μm以上であることが好ましく、0.5μm以上であることがより好ましい。 As for the size of the negative electrode active material, from the viewpoint of increasing the surface area and facilitating charging and discharging, the average particle diameter is preferably 50 μm or less, more preferably 30 μm or less. However, if the size of the negative electrode active material is too small, there is a risk that the handleability may be reduced or a larger amount of binder may be required, resulting in an increase in resistance value. Therefore, the average particle diameter of the negative electrode active material is preferably 0.1 μm or more, more preferably 0.5 μm or more.

負極には、負極活物質に、固体電解質や、ブチルゴム、クロロピレンゴム、アクリル樹脂およびフッ素樹脂などのバインダ、さらには必要に応じて導電助剤(カーボンブラックなどの炭素材料など)適宜添加した負極合剤を、加圧成形などにより圧縮してペレット状などの成形体(負極合剤成形体)としたものや、集電体を芯材として成形体(負極合剤層)に仕上げたもの、または前記の各種合金やリチウム金属の箔を単独、もしくは集電体上に活物質層として積層したものなどを用いることができる。 The negative electrode contains a negative electrode active material, a solid electrolyte, a binder such as butyl rubber, chloropyrene rubber, acrylic resin, and fluororesin, and, if necessary, a conductive additive (carbon material such as carbon black, etc.) added appropriately. The mixture is compressed by pressure molding etc. into a molded object such as a pellet (negative electrode mixture molded object), or a molded object (negative electrode mixture layer) using a current collector as a core material, Alternatively, foils of the aforementioned various alloys or lithium metal may be used alone, or may be laminated as an active material layer on a current collector.

負極に固体電解質を含有させる場合、その固体電解質には、固体電解質シートの固体電解質粒子を構成す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。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い。 When the negative electrode contains a solid electrolyte, one or more of the same solid electrolytes as those exemplified above as the solid electrolyte constituting the solid electrolyte particles of the solid electrolyte sheet can be used for the solid electrolyte. . In order to improve battery characteristics, it is desirable to include a sulfide solid electrolyte.

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.

負極活物質および固体電解質などを含有する負極合剤層を有する負極を製造するに際して使用する負極合剤含有組成物(ペースト、スラリーなど)は、例えば、負極活物質および固体電解質、さらには、バインダや必要に応じて使用する導電助剤などを溶媒に分散させて調製する。この場合、バインダは溶媒に溶解していてもよい。 A negative electrode mixture-containing composition (paste, slurry, etc.) used when manufacturing a negative electrode having a negative electrode mixture layer containing a negative electrode active material, a solid electrolyte, etc., includes, for example, a negative electrode active material, a solid electrolyte, and a binder. It is prepared by dispersing in a solvent a conductive additive, etc. to be used as necessary. In this case, the binder may be dissolved in a solvent.

負極合剤含有組成物に使用する溶媒も、固体電解質シート形成用のスラリーに使用する溶媒と同様に、固体電解質を劣化させ難いものを選択することが望ましく、固体電解質シート形成用のスラリーの溶媒として先に例示した各種溶媒を使用することが好ましく、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特に好ましい。 As with the solvent used in the slurry for forming a solid electrolyte sheet, it is desirable to select a solvent that does not easily deteriorate the solid electrolyte as the solvent used in the negative electrode mixture-containing composition. It is preferable to use the various solvents exemplified above, and it is particularly preferable to use a super dehydrated solvent with a moisture content of 0.001% by mass (10 ppm) or less.

負極活物質および固体電解質を含有する負極合剤の成形体や、集電体の表面に負極合剤の層(負極合剤層)を有する負極の場合、負極合剤の組成としては、例えば、負極活物質の含有量が50~80質量%であることが好ましく、固体電解質の含有量が20~50質量%であることが好ましく、バインダの含有量が0.1~10質量%であることが好ましい。また、負極合剤に導電助剤を含有させる場合には、その含有量は0.1~10質量%であることが好ましい。さらに、集電体を有する負極における負極合剤層の厚みや負極合剤成形体の厚みは、50~1000μmであることが好ましい。 In the case of a negative electrode mixture molded body containing a negative electrode active material and a solid electrolyte, or a negative electrode having a negative electrode mixture layer (negative electrode mixture layer) on the surface of a current collector, the composition of the negative electrode mixture is, for example, The content of the negative electrode active material is preferably 50 to 80% by mass, the content of the solid electrolyte is preferably 20 to 50% by mass, and the content of the binder is 0.1 to 10% by mass. is preferred. Further, when a conductive additive is contained in the negative electrode mixture, the content thereof is preferably 0.1 to 10% by mass. Further, the thickness of the negative electrode mixture layer and the thickness of the negative electrode mixture molded body in the negative electrode having a current collector are preferably 50 to 1000 μm.

(電極体)
正極と負極とは、本発明の固体電解質シート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 that is laminated with the solid electrolyte sheet of the present invention interposed therebetween, or a wound electrode body that is further wound with this laminated electrode body.

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シート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 pressure-mold the positive electrode, the negative electrode, and the solid electrolyte sheet in a laminated state from the viewpoint of increasing the mechanical strength of the electrode body.

(電池の形態)
全固体リチウム二次電池の形態は、図2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に限定されず、例えば、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や、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。
(Battery form)
The form of all-solid-state lithium secondary battery is one that has an outer case composed of an outer can, a sealed can, and a gasket as shown in Figure 2, that is, a form that is generally referred to as a coin-type battery or a button-type battery. Examples include those with an exterior made of resin film or metal-resin laminate film, metal exterior cans with a bottom (cylindrical or rectangular), and their openings. It may have an exterior body having a sealing structure for sealing the portion.

本発明の全固体リチウム二次電池は、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 lithium 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. Therefore, 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.

<正極>
溶媒としてキシレンを用い、平均粒子径3μmの表面にLiとNbの非晶質複合酸化物が形成されたLiNi0.6Co0.2Mn0.2と、硫化物系固体電解質(LiPSCl)、導電助剤であるカーボンナノチューブ(昭和電工社製「VGCF」(商品名)〕と、アクリル樹脂バインダとを、質量比で50:44:3:3の割合とし、固形分比が50%となるように混合し、シンキーミキサーで10分間撹拌して均一なスラリーを調製した。このスラリーを、厚みが20μmのAl箔上にアプリケータを用いてギャップを200μmとして塗布し、120℃で真空乾燥を行って正極を得た。
<Positive electrode>
Using xylene as a solvent, LiNi 0.6 Co 0.2 Mn 0.2 O 2 with an amorphous composite oxide of Li and Nb formed on the surface with an average particle size of 3 μm, and a sulfide-based solid electrolyte (Li 6 PS 5 Cl), carbon nanotubes as a conductive agent (“VGCF” (trade name) manufactured by Showa Denko) and an acrylic resin binder in a mass ratio of 50:44:3:3, and the solid content They were mixed so that the ratio was 50% and stirred for 10 minutes with a thin mixer to prepare a uniform slurry.This slurry was applied onto an Al foil with a thickness of 20 μm using an applicator with a gap of 200 μm. Vacuum drying was performed at 120°C to obtain a positive electrode.

<負極>
溶媒としてキシレンを用い、平均粒子径20μmの黒鉛と、硫化物系固体電解質(LiPSCl)と、アクリル樹脂バインダとを、質量比で50:47:3の割合とし、固形分比が50%となるように混合し、シンキーミキサーで10分間撹拌して均一なスラリーを調製した。このスラリーを、厚みが20μmのSUS箔上にアプリケータを用いてギャップを200μmとして塗布し、120℃で真空乾燥を行って負極を得た。
<Negative electrode>
Using xylene as a solvent, graphite with an average particle size of 20 μm, sulfide solid electrolyte (Li 6 PS 5 Cl), and acrylic resin binder were mixed in a mass ratio of 50:47:3, and the solid content ratio was The mixture was mixed to a concentration of 50% and stirred for 10 minutes using a sinky mixer to prepare a uniform slurry. This slurry was applied onto a 20 μm thick SUS foil using an applicator with a gap of 200 μm, and vacuum dried at 120° C. to obtain a negative electrode.

実施例1
絶縁性多孔質基材として、メルトブロー方式により作製され、全芳香族ポリエステルからなる液晶ポリエステルの繊維で構成された不織布〔クラレフレックス株式会社製、ベクルス(商品名)、厚み:16μm、坪量:4g/m、引張強度:5N〕を用いた。この基材の坪量当たりの引張強度は、1.25N/(g/m)であった。
Example 1
As an insulating porous base material, a nonwoven fabric made by a melt-blowing method and composed of liquid crystal polyester fibers made of fully aromatic polyester [manufactured by Kurareflex Co., Ltd., Veccles (trade name), thickness: 16 μm, basis weight: 4 g] /m 2 , tensile strength: 5N]. The tensile strength per basis weight of this base material was 1.25 N/(g/m 2 ).

含有水分量を0.001質量%(10ppm)以下とした超脱水溶媒として、キシレン(「超脱水」グレード)を用い、平均粒子径:1.0μmの硫化物系固体電解質(LiPSCl)と、アクリル樹脂バインダと、分散剤とを、質量比で100:3:1の割合とし、かつ固形分比が40%となるように混合し、シンキーミキサーで10分間攪拌して均一なスラリーを調製し、前記スラリー中に前記不織布を通して引き上げた後、120℃で1時間の真空乾燥を行い、厚み:18μmの固体電解質シートを作製した。 Xylene (“super dehydrated” grade) was used as a super dehydrated solvent with a moisture content of 0.001% by mass (10 ppm) or less, and a sulfide solid electrolyte (Li 6 PS 5 Cl) with an average particle size of 1.0 μm was used. ), an acrylic resin binder, and a dispersant at a mass ratio of 100:3:1 and a solid content ratio of 40%, and stirred for 10 minutes with a thin mixer to form a uniform slurry. was prepared, passed through the nonwoven fabric into the slurry and pulled up, and then vacuum dried at 120° C. for 1 hour to produce a solid electrolyte sheet with a thickness of 18 μm.

実施例2
絶縁性多孔質基材を、厚み:18μm、坪量:6g/m、引張強度:10Nの液晶ポリエステルの繊維で構成された不織布に変更した以外は実施例1と同様にして、厚み: 20μmの固体電解質シートを作製した。前記基材の坪量当たりの引張強度は、1.67N/(g/m)であった。
Example 2
The same procedure as in Example 1 was carried out except that the insulating porous base material was changed to a nonwoven fabric made of liquid crystal polyester fibers having a thickness of 18 μm, basis weight: 6 g/m 2 , and tensile strength of 10 N, and a thickness of 20 μm. A solid electrolyte sheet was prepared. The tensile strength per basis weight of the base material was 1.67 N/(g/m 2 ).

実施例3
絶縁性多孔質基材を、厚み:46μm、坪量:9g/m、引張強度:4.2Nの液晶ポリエステルの繊維で構成された不織布に変更した以外は実施例1と同様にして、厚み:50μmの固体電解質シートを作製した。。前記基材の坪量当たりの引張強度は、0.47N/(g/m)であった。
Example 3
The same procedure as in Example 1 was carried out, except that the insulating porous base material was changed to a nonwoven fabric made of liquid crystal polyester fibers having a thickness of 46 μm, a basis weight of 9 g/m 2 , and a tensile strength of 4.2 N. : A 50 μm solid electrolyte sheet was produced. . The tensile strength per basis weight of the base material was 0.47 N/(g/m 2 ).

比較例1
絶縁性多孔質基材として、厚み:16μm、坪量:4g/m、引張強度:1.5Nのポリエチレンテレフタレートの繊維で構成された不織布を用いた以外は、実施例1と同様にして、厚み:18μmの固体電解質シートを作製した。前記基材の坪量当たりの引張強度は、0.38N/(g/m)であった。
Comparative example 1
In the same manner as in Example 1, except that a nonwoven fabric composed of polyethylene terephthalate fibers having a thickness of 16 μm, a basis weight of 4 g/m 2 , and a tensile strength of 1.5 N was used as the insulating porous base material. A solid electrolyte sheet with a thickness of 18 μm was produced. The tensile strength per basis weight of the base material was 0.38 N/(g/m 2 ).

実施例1~3および比較例1の固体電解質シートに使用した絶縁性多孔質基材の物性値を表1に示す。 Table 1 shows the physical properties of the insulating porous substrate used in the solid electrolyte sheets of Examples 1 to 3 and Comparative Example 1.

Figure 0007374664000003
Figure 0007374664000003

実施例1~3および比較例1の固体電解質シートを用い、露点管理された雰囲気下で、以下のようにして全固体リチウム二次電池を10個ずつ作製した。 Using the solid electrolyte sheets of Examples 1 to 3 and Comparative Example 1, ten all-solid-state lithium secondary batteries were manufactured in the following manner in an atmosphere with a controlled dew point.

実施例4
正極、負極および実施例1の固体電解質シートを、いずれも10mmφの大きさに打抜き、SUSの上下ピンの間に正極-固体電解質シート-負極の順に重ね、PETの筒に入れて10トン/cmで加圧したまま保持し、大気に触れない封止状態のセル(全固体リチウム二次電池)を構成した。
Example 4
The positive electrode, the negative electrode, and the solid electrolyte sheet of Example 1 were all punched out to a size of 10 mmφ, stacked in the order of positive electrode - solid electrolyte sheet - negative electrode between upper and lower SUS pins, and placed in a PET tube at 10 tons/cm. 2 was maintained under pressure to form a sealed cell (all-solid lithium secondary battery) that was not exposed to the atmosphere.

実施例5~6、比較例2
固体電解質シートを、実施例2のもの(実施例5)、実施例3のもの(実施例6)または比較例1のもの(比較例2)に変更した以外は、実施例4と同様にして全固体リチウム二次電池を作製した。
Examples 5-6, Comparative Example 2
The same procedure as in Example 4 was carried out except that the solid electrolyte sheet was changed to that of Example 2 (Example 5), that of Example 3 (Example 6), or that of Comparative Example 1 (Comparative Example 2). An all-solid-state lithium secondary battery was fabricated.

実施例4~6および比較例2の全固体リチウム二次電池を、加圧したままの状態で、0.05Cの電流値で電圧が4.2Vになるまで定電流充電し、続いて所定の電流値で電圧が2.7Vになるまで0.05Cの定電流放電を行う充放電試験を行い、正極活物質1g当たりの放電容量を測定した。 The all-solid-state lithium secondary batteries of Examples 4 to 6 and Comparative Example 2 were charged at a constant current with a current value of 0.05C until the voltage reached 4.2V while being pressurized. A charge/discharge test was conducted in which constant current discharge was performed at 0.05 C until the voltage reached 2.7 V, and the discharge capacity per 1 g of positive electrode active material was measured.

このとき、固体電解質シートにおける固体電解質粒子の脱落やシートの割れに起因して、比較例2の電池のうちの4個において短絡が認められた。 At this time, short circuits were observed in four of the batteries of Comparative Example 2 due to falling off of the solid electrolyte particles in the solid electrolyte sheet and cracking of the sheet.

前記短絡した電池を除き、残りの電池について、さらに、充電電流値および放電電流値を、それぞれ1.0Cに変更した以外は前記と同じ条件で充放電試験を行い、正極活物質1g当たりの放電容量を測定した。 Excluding the short-circuited battery, the remaining batteries were subjected to a charge/discharge test under the same conditions as above, except that the charging current value and discharging current value were each changed to 1.0C, and the discharge per 1g of positive electrode active material was performed. Capacity was measured.

また、0.05Cの電流値での充放電において、充電電気量に対する放電電気量の割合から充放電効率を求めた。 Further, in charging and discharging at a current value of 0.05C, the charging and discharging efficiency was determined from the ratio of the amount of discharged electricity to the amount of charged electricity.

前記の測定結果の平均値を表2に示す。 Table 2 shows the average values of the above measurement results.

Figure 0007374664000004
Figure 0007374664000004

表2に示す通り、実施例4の全固体リチウム二次電池は、同じ厚みの固体電解質シートを用いた比較例2の電池に比べて、充放電効率、および各電流値での放電容量のいずれもが優れており、良好な放電特性を有していた。 As shown in Table 2, the all-solid lithium secondary battery of Example 4 had better charge/discharge efficiency and discharge capacity at each current value than the battery of Comparative Example 2 using a solid electrolyte sheet of the same thickness. The discharge characteristics were excellent.

実施例4の電池に使用した実施例1の固体電解質シートは、その作製に用いた絶縁性多孔質基材の坪量当たりの引張強度が高く、比較例2の電池に使用した比較例1の固体電解質シートに比べて形状維持性が高くなっていることから、放電特性が向上したと考えられる。 The solid electrolyte sheet of Example 1 used in the battery of Example 4 has a higher tensile strength per basis weight of the insulating porous base material used for its production, and has a higher tensile strength than that of Comparative Example 1 used in the battery of Comparative Example 2. It is thought that the discharge characteristics were improved because the shape retention was higher than that of the solid electrolyte sheet.

また、実施例4~6の電池の放電容量の比較から、絶縁性多孔質基材の坪量が小さくなるほど放電特性が向上することがわかる。 Further, from a comparison of the discharge capacities of the batteries of Examples 4 to 6, it can be seen that the smaller the basis weight of the insulating porous base material, the better the discharge characteristics.

1 全固体リチウム二次電池
10 固体電解質シート
11 絶縁性多孔質基材
12 固体電解質粒子
13 バインダ
20 正極
30 負極
40 外装缶
50 封口缶
60 ガスケット
1 All solid lithium secondary battery 10 Solid electrolyte sheet 11 Insulating porous base material 12 Solid electrolyte particles 13 Binder 20 Positive electrode 30 Negative electrode 40 Exterior can 50 Sealed can 60 Gasket

Claims (16)

絶縁性多孔質基材を支持体とする固体電解質シートであって、
前記絶縁性多孔質基材は、樹脂の繊維で構成されており、
前記絶縁性多孔質基材の坪量をx(g/m)、前記絶縁性多孔質基材の引張強度をy(N)としたときに、xが7以下で、y/x≧0.45であり、
前記絶縁性多孔質基材の内部に固体電解質粒子とバインダとを含有していることを特徴とする固体電解質シート。
A solid electrolyte sheet having an insulating porous base material as a support,
The insulating porous base material is composed of resin fibers,
When the basis weight of the insulating porous base material is x (g/m 2 ) and the tensile strength of the insulating porous base material is y (N), x is 7 or less and y/x≧0 .45,
A solid electrolyte sheet comprising solid electrolyte particles and a binder inside the insulating porous base material.
前記絶縁性多孔質基材のxが、(g/m)以である請求項1に記載の固体電解質シート。 The solid electrolyte sheet according to claim 1, wherein x of the insulating porous base material is 2 (g/ m2 ) or more . 絶縁性多孔質基材を支持体とする固体電解質シートであって、
前記絶縁性多孔質基材は、液晶ポリエステルの繊維で構成されており、
前記絶縁性多孔質基材の内部に固体電解質粒子とバインダとを含有していることを特徴とする固体電解質シート。
A solid electrolyte sheet having an insulating porous base material as a support,
The insulating porous base material is composed of liquid crystal polyester fibers,
A solid electrolyte sheet comprising solid electrolyte particles and a binder inside the insulating porous base material.
前記液晶ポリエステルは、パラヒドロキシ安息香酸由来の構造単位と2-ヒドロキシ-6-ナフトエ酸由来の構造単位とを有する共重合体である請求項3に記載の固体電解質シート。 4. The solid electrolyte sheet according to claim 3, wherein the liquid crystal polyester is a copolymer having a structural unit derived from parahydroxybenzoic acid and a structural unit derived from 2-hydroxy-6-naphthoic acid. 前記繊維を構成する樹脂は、耐熱温度が200℃以上である請求項1~4のいずれかに記載の固体電解質シート。 The solid electrolyte sheet according to any one of claims 1 to 4, wherein the resin constituting the fiber has a heat resistance temperature of 200°C or higher. 固体電解質粒子とバインダとの総量中、前記バインダの割合が、0.5~5質量%である請求項1~5のいずれかに記載の固体電解質シート。 The solid electrolyte sheet according to any one of claims 1 to 5, wherein the proportion of the binder in the total amount of solid electrolyte particles and binder is 0.5 to 5% by mass. 前記絶縁性多孔質基材は、織布または不織布である請求項1~6のいずれかに記載の固体電解質シート。 The solid electrolyte sheet according to any one of claims 1 to 6, wherein the insulating porous base material is a woven fabric or a nonwoven fabric. 前記固体電解質粒子として、硫化物系固体電解質粒子を含有している請求項1~7のいずれかに記載の固体電解質シート。 The solid electrolyte sheet according to any one of claims 1 to 7, containing sulfide-based solid electrolyte particles as the solid electrolyte particles. 前記絶縁性多孔質基材の割合が30体積%以下である請求項1~8のいずれかに記載の固体電解質シート。 The solid electrolyte sheet according to any one of claims 1 to 8, wherein the proportion of the insulating porous base material is 30% by volume or less. 前記絶縁性多孔質基材の割合が5体積%以上である請求項9に記載の固体電解質シート。 The solid electrolyte sheet according to claim 9, wherein the proportion of the insulating porous base material is 5% by volume or more. 前記固体電解質粒子の平均粒子径が、0.3~5μmである請求項1~10のいずれかに記載の固体電解質シート。 The solid electrolyte sheet according to any one of claims 1 to 10, wherein the solid electrolyte particles have an average particle diameter of 0.3 to 5 μm. 絶縁性多孔質基材を支持体とする固体電解質シートであって、A solid electrolyte sheet having an insulating porous base material as a support,
前記絶縁性多孔質基材は、樹脂の繊維で構成されており、The insulating porous base material is composed of resin fibers,
前記絶縁性多孔質基材の坪量をx(g/mThe basis weight of the insulating porous base material is x (g/m 2 )、前記絶縁性多孔質基材の引張強度をy(N)としたときに、y/x≧0.45であり、), when the tensile strength of the insulating porous base material is y (N), y/x≧0.45,
前記絶縁性多孔質基材の内部に固体電解質粒子とバインダとを含有しており、The insulating porous base material contains solid electrolyte particles and a binder,
前記絶縁性多孔質基材の割合が30体積%以下であることを特徴とする固体電解質シート。A solid electrolyte sheet characterized in that the proportion of the insulating porous base material is 30% by volume or less.
前記絶縁性多孔質基材の割合が5体積%以上である請求項12に記載の固体電解質シート。The solid electrolyte sheet according to claim 12, wherein the proportion of the insulating porous base material is 5% by volume or more. 前記絶縁性多孔質基材の厚みが、50μm以下である請求項1~1のいずれかに記載の固体電解質シート。 The solid electrolyte sheet according to any one of claims 1 to 13 , wherein the insulating porous base material has a thickness of 50 μm or less. 厚みが50μm以下である請求項1~1のいずれかに記載の固体電解質シート。 The solid electrolyte sheet according to any one of claims 1 to 14 , having a thickness of 50 μm or less. 正極と、負極と、前記正極と前記負極との間に挿入された請求項1~1のいずれかに記載の固体電解質シートとを有することを特徴とする全固体リチウム二次電池。 An all-solid lithium secondary battery comprising a positive electrode, a negative electrode, and the solid electrolyte sheet according to any one of claims 1 to 15 inserted between the positive electrode and the negative electrode.
JP2019156567A 2019-08-29 2019-08-29 Solid electrolyte sheet and all-solid lithium secondary battery Active JP7374664B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2019156567A JP7374664B2 (en) 2019-08-29 2019-08-29 Solid electrolyte sheet and all-solid lithium secondary battery

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2019156567A JP7374664B2 (en) 2019-08-29 2019-08-29 Solid electrolyte sheet and all-solid lithium secondary battery

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2021034325A JP2021034325A (en) 2021-03-01
JP7374664B2 true JP7374664B2 (en) 2023-11-07

Family

ID=74677623

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2019156567A Active JP7374664B2 (en) 2019-08-29 2019-08-29 Solid electrolyte sheet and all-solid lithium secondary battery

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP7374664B2 (en)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7715575B2 (en) * 2021-08-24 2025-07-30 ニッポン高度紙工業株式会社 Support for lithium ion secondary battery using solid electrolyte, and lithium ion secondary battery using the same
CN118339676A (en) * 2021-12-27 2024-07-12 三井金属矿业株式会社 Complex active substances
EP4459712A4 (en) * 2021-12-27 2025-08-20 Mitsui Mining & Smelting Co Ltd ACTIVE COMPOSITE MATERIAL

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005005024A (en) 2003-06-10 2005-01-06 Nbc Inc Woven fabric for solid electrolyte support and solid electrolyte sheet for lithium battery
JP2007179758A (en) 2005-12-27 2007-07-12 Kuraray Co Ltd Separator
JP2015153460A (en) 2014-02-10 2015-08-24 古河機械金属株式会社 Solid electrolyte sheet, all-solid lithium ion battery, and method of manufacturing solid electrolyte sheet
JP2016031789A (en) 2014-07-25 2016-03-07 ニッポン高度紙工業株式会社 Solid electrolyte sheet and all solid state secondary battery
JP2016139482A (en) 2015-01-26 2016-08-04 三星電子株式会社Samsung Electronics Co.,Ltd. Solid electrolyte sheet and all-solid secondary battery
WO2018212568A1 (en) 2017-05-15 2018-11-22 주식회사 엘지화학 Method for manufacturing solid electrolyte membrane for solid-state battery and solid electrolyte membrane manufactured by same method
JP2020024860A (en) 2018-08-08 2020-02-13 三菱製紙株式会社 Nonwoven fabric for supporting solid electrolyte and solid electrolyte sheet

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005005024A (en) 2003-06-10 2005-01-06 Nbc Inc Woven fabric for solid electrolyte support and solid electrolyte sheet for lithium battery
JP2007179758A (en) 2005-12-27 2007-07-12 Kuraray Co Ltd Separator
JP2015153460A (en) 2014-02-10 2015-08-24 古河機械金属株式会社 Solid electrolyte sheet, all-solid lithium ion battery, and method of manufacturing solid electrolyte sheet
JP2016031789A (en) 2014-07-25 2016-03-07 ニッポン高度紙工業株式会社 Solid electrolyte sheet and all solid state secondary battery
JP2016139482A (en) 2015-01-26 2016-08-04 三星電子株式会社Samsung Electronics Co.,Ltd. Solid electrolyte sheet and all-solid secondary battery
WO2018212568A1 (en) 2017-05-15 2018-11-22 주식회사 엘지화학 Method for manufacturing solid electrolyte membrane for solid-state battery and solid electrolyte membrane manufactured by same method
JP2020024860A (en) 2018-08-08 2020-02-13 三菱製紙株式会社 Nonwoven fabric for supporting solid electrolyte and solid electrolyte sheet

Also Published As

Publication number Publication date
JP2021034325A (en) 2021-03-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP7538195B2 (en) Method for manufacturing solid electrolyte sheet and method for manufacturing all-solid-state lithium secondary battery
JP7579643B2 (en) All-solid-state lithium secondary battery and method for producing same
JP7345263B2 (en) Manufacturing method for all-solid-state lithium secondary battery
CN115699356B (en) Negative electrode for all-solid-state secondary batteries, their manufacturing method and all-solid-state secondary batteries
JP7374664B2 (en) Solid electrolyte sheet and all-solid lithium secondary battery
JP7401359B2 (en) Electrodes for all-solid-state batteries and all-solid-state batteries
JP7278090B2 (en) All-solid lithium secondary battery and manufacturing method thereof
JP2020126790A (en) All solid lithium secondary battery
JP7768974B2 (en) Solid electrolyte laminate sheet, all-solid-state secondary battery, and method for manufacturing all-solid-state secondary battery
JP2025169435A (en) All-solid-state secondary battery and method for manufacturing the same
WO2024237330A1 (en) Solid electrolyte sheet and all-solid-state battery
JPWO2024237330A5 (en)
US20240387947A1 (en) All-solid-state battery
JP7805307B2 (en) Anode for all-solid-state secondary battery and all-solid-state secondary battery
JP7657576B2 (en) Positive electrode for all-solid-state battery and all-solid-state battery
JP7830494B2 (en) all solid state battery
JP7376393B2 (en) Positive electrode for all-solid-state secondary batteries and all-solid-state secondary batteries
JP7797395B2 (en) Anode for all-solid-state secondary battery and all-solid-state secondary battery
JP7576400B2 (en) Positive electrode for all-solid-state secondary battery and all-solid-state secondary battery
JP7143943B2 (en) Negative electrode active material, negative electrode and secondary battery
WO2024253075A1 (en) All-solid-state battery and method for manufacturing same
JP2024131954A (en) All-solid-state battery
WO2023149290A1 (en) Battery
JP2021144867A (en) All-solid type secondary battery

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20220526

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20230118

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20230118

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20230315

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20230623

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20230810

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20231020

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20231025

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 7374664

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150