JP7652121B2 - Composite particle, positive electrode, all-solid-state battery, and method for producing composite particle - Google Patents
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Description
本開示は、複合粒子、正極、全固体電池、および複合粒子の製造方法に関する。 The present disclosure relates to composite particles, positive electrodes, all-solid-state batteries, and methods for producing composite particles.
特開2010-135090号公報(特許文献1)は、正極活物質の表面に、PLD(Pulsed Laser Deposition)法により反応抑制部を形成することを開示する。 JP 2010-135090 A (Patent Document 1) discloses forming a reaction suppression portion on the surface of the positive electrode active material by the PLD (Pulsed Laser Deposition) method.
硫化物系全固体電池(以下「全固体電池」と略記され得る。)が開発されている。全固体電池は、硫化物固体電解質を含む。硫化物固体電解質が正極活物質粒子と直接接触すると、硫化物固体電解質が劣化し得る。硫化物固体電解質(イオン伝導パス)の劣化により、電池抵抗が増大し得る。そこで、正極活物質粒子の表面にコーティング膜を形成することが提案されている。コーティング膜が正極活物質粒子と硫化物固体電解質との直接接触を阻害することにより、硫化物固体電解質の劣化が軽減され得る。これにより初期抵抗の低減が期待される。 A sulfide-based all-solid-state battery (hereinafter may be abbreviated as "all-solid-state battery") has been developed. The all-solid-state battery contains a sulfide solid electrolyte. If the sulfide solid electrolyte comes into direct contact with the positive electrode active material particles, the sulfide solid electrolyte may deteriorate. The deterioration of the sulfide solid electrolyte (ion conduction path) may increase the battery resistance. Therefore, it has been proposed to form a coating film on the surface of the positive electrode active material particles. The coating film prevents direct contact between the positive electrode active material particles and the sulfide solid electrolyte, which may reduce the deterioration of the sulfide solid electrolyte. This is expected to reduce the initial resistance.
従来、気相法(例えばPLD法等)により、コーティング膜を形成することが提案されている。気相法に代えて、液相法によりコーティング膜を形成することも考えられる。すなわち、正極活物質粒子の表面において、コーティング液を乾燥することにより、コーティング膜を形成することが考えられる。液相法の採用により、例えば、量産性の向上等が期待される。しかしながら、液相法においては、初期抵抗の低減効果が小さい傾向がある。 Conventionally, it has been proposed to form a coating film by a gas phase method (e.g., PLD method, etc.). Instead of the gas phase method, it is also possible to form a coating film by a liquid phase method. That is, it is possible to form a coating film by drying a coating liquid on the surface of the positive electrode active material particles. By adopting the liquid phase method, for example, it is expected to improve mass productivity. However, the liquid phase method tends to have a small effect on reducing the initial resistance.
本開示の目的は、初期抵抗の低減にある。 The purpose of this disclosure is to reduce initial resistance.
以下、本開示の技術的構成および作用効果が説明される。ただし本明細書の作用メカニズムは推定を含む。作用メカニズムは本開示の技術的範囲を限定しない。 The technical configuration and effects of the present disclosure are explained below. However, the mechanism of action in this specification includes assumptions. The mechanism of action does not limit the technical scope of the present disclosure.
1.複合粒子は、正極活物質粒子とコーティング膜とを含む。コーティング膜は、正極活物質粒子の表面の少なくとも一部を被覆している。コーティング膜は、第1層と第2層とを含む。第1層は、リン化合物を含む。第2層は、ホウ素化合物を含む。 1. The composite particle includes a positive electrode active material particle and a coating film. The coating film covers at least a portion of the surface of the positive electrode active material particle. The coating film includes a first layer and a second layer. The first layer includes a phosphorus compound. The second layer includes a boron compound.
従来、コーティング膜は単層構造を有する。これに対して、上記「1.」に記載のコーティング膜は、特定の多層構造を有する。すなわち、コーティング膜は第1層と第2層とを含む。第1層はリン化合物を含み、第2層はホウ素化合物を含む。メカニズムの詳細は不明ながら、コーティング膜が第1層および第2層を含むことにより、初期抵抗の低減が期待される。 Conventionally, coating films have a single-layer structure. In contrast, the coating film described in "1." above has a specific multilayer structure. That is, the coating film includes a first layer and a second layer. The first layer includes a phosphorus compound, and the second layer includes a boron compound. Although the details of the mechanism are unknown, it is expected that the coating film including the first and second layers will reduce the initial resistance.
2.上記「1.」に記載の複合粒子において、コーティング膜は、例えば、第1積層部を含んでいてもよい。第1積層部においては、第1層が、正極活物質粒子と第2層との間に介在している。 2. In the composite particle described in "1." above, the coating film may include, for example, a first laminate portion. In the first laminate portion, the first layer is interposed between the positive electrode active material particle and the second layer.
上記「1.」に記載のコーティング膜において、第1層と第2層との積層順序は、任意である。例えば、第1層、第2層の順序で、第1層と第2層とが積層された部分があってもよい。 In the coating film described in "1." above, the first layer and the second layer may be stacked in any order. For example, there may be a portion in which the first layer and the second layer are stacked in the order of the first layer and the second layer.
3.上記「1.」に記載の複合粒子において、コーティング膜は、例えば、第2積層部を含んでいてもよい。第2積層部においては、第2層が、正極活物質粒子と第1層との間に介在している。 3. In the composite particle described in "1." above, the coating film may include, for example, a second laminated portion. In the second laminated portion, the second layer is interposed between the positive electrode active material particle and the first layer.
例えば、第2層、第1層の順序で、第2層と第1層とが積層された部分があってもよい。 For example, there may be a portion in which the second layer and the first layer are stacked in the order of the second layer and the first layer.
4.上記「1.」から「3.」のいずれか1項に記載の複合粒子は、例えば、95%以上の被覆率を有していてもよい。被覆率は、X線光電子分光法(X-ray Photoelectron Spectroscopy,XPS)により測定される。 4. The composite particles described in any one of "1." to "3." above may have a coverage of, for example, 95% or more. The coverage is measured by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS).
コーティング膜が多層構造を有することにより、例えば、被覆率の向上が期待される。被覆率の向上により、例えば、初期抵抗の低減等が期待される。 By having a coating film with a multi-layer structure, for example, it is expected that the coverage rate will be improved. By improving the coverage rate, for example, it is expected that the initial resistance will be reduced.
5.正極は、上記「1.」から「4.」のいずれか1項に記載の複合粒子と、硫化物固体電解質とを含む。 5. The positive electrode contains the composite particles described in any one of "1." to "4." above and a sulfide solid electrolyte.
6.全固体電池は、上記「5.」に記載の正極を含む。 6. The all-solid-state battery includes the positive electrode described in "5." above.
7.複合粒子の製造方法は、下記(a)および(b)を含む。
(a)正極活物質粒子を準備する。
(b)正極活物質粒子の表面にコーティング膜を形成することにより、複合粒子を製造する。
上記(b)は、下記(b1)および(b2)を含む。
(b1)第1コーティング液を乾燥することにより、第1層を形成する。
(b2)第2コーティング液を乾燥することにより、第2層を形成する。
第1層は、リン化合物を含む。第2層は、ホウ素化合物を含む。
7. A method for producing composite particles includes the following (a) and (b):
(a) Positive electrode active material particles are prepared.
(b) A coating film is formed on the surface of the positive electrode active material particles to produce composite particles.
The above (b) includes the following (b1) and (b2).
(b1) The first coating liquid is dried to form a first layer.
(b2) The second coating liquid is dried to form a second layer.
The first layer includes a phosphorus compound, and the second layer includes a boron compound.
上記「7.」に記載の製造方法によれば、上記「1.」に記載の複合粒子が製造され得る。 The manufacturing method described in "7." above can produce the composite particles described in "1." above.
8.上記「7.」に記載の複合粒子の製造方法において、コーティング膜は、第1積層部を含むように形成されてもよい。第1積層部においては、第1層が、正極活物質粒子と第2層との間に介在している。 8. In the method for producing composite particles described in "7." above, the coating film may be formed to include a first laminated portion. In the first laminated portion, a first layer is interposed between the positive electrode active material particles and the second layer.
上記「8.」に記載の製造方法によれば、上記「2.」に記載の複合粒子が製造され得る。 The manufacturing method described in "8." above can produce the composite particles described in "2." above.
9.上記「7.」に記載の複合粒子の製造方法において、コーティング膜は、第2積層部を含むように形成されてもよい。第2積層部においては、第2層が、正極活物質粒子と第1層との間に介在している。 9. In the method for producing composite particles described in "7." above, the coating film may be formed to include a second laminated portion. In the second laminated portion, the second layer is interposed between the positive electrode active material particles and the first layer.
上記「9.」に記載の製造方法によれば、上記「3.」に記載の複合粒子が製造され得る。 The manufacturing method described in "9." above can produce the composite particles described in "3." above.
以下、本開示の実施形態(以下「本実施形態」と略記され得る。)、および本開示の実施例(以下「本実施例」と略記され得る。)が説明される。ただし、本実施形態および本実施例は、本開示の技術的範囲を限定しない。 Below, an embodiment of the present disclosure (hereinafter may be abbreviated as "this embodiment") and an example of the present disclosure (hereinafter may be abbreviated as "this example") are described. However, this embodiment and this example do not limit the technical scope of the present disclosure.
<用語および定義等>
「備える」、「含む」、「有する」、および、これらの変形(例えば「から構成される」等)の記載は、オープンエンド形式である。オープンエンド形式は必須要素に加えて、追加要素をさらに含んでいてもよいし、含んでいなくてもよい。「からなる」との記載はクローズド形式である。ただしクローズド形式であっても、通常において付随する不純物であったり、本開示技術に無関係であったりする付加的な要素は排除されない。「実質的に…からなる」との記載はセミクローズド形式である。セミクローズド形式においては、本開示技術の基本的かつ新規な特性に実質的に影響しない要素の付加が許容される。
<Terms and definitions>
The words "comprise,""include,""have," and variations thereof (e.g., "consisting of") are open-ended. The open-ended form may or may not include additional elements in addition to the required elements. The words "consisting of" are closed-ended. However, the closed form does not exclude additional elements that are normally associated with the technology or that are unrelated to the technology disclosed. The words "consisting essentially of" are semi-closed. The semi-closed form allows for the addition of elements that do not substantially affect the basic and novel characteristics of the technology disclosed.
「してもよい」、「し得る」等の表現は、義務的な意味「しなければならないという意味」ではなく、許容的な意味「する可能性を有するという意味」で使用されている。 Expressions such as "may" and "may" are used in the permissive sense, meaning "there is a possibility," rather than in the obligatory sense, meaning "must."
単数形で表現される要素は、特に断りの無い限り、複数形も含む。例えば「粒子」は「1つの粒子」のみならず、「粒子の集合体(粉体、粉末、粒子群)」も意味し得る。 Elements expressed in the singular form include the plural form unless otherwise specified. For example, a "particle" can mean not only "one particle" but also "an aggregate of particles (powder, powder, particle group)."
各種方法に含まれる複数のステップ、動作および操作等は、特に断りのない限り、その実行順序が記載順序に限定されない。例えば、複数のステップが同時進行してもよい。例えば複数のステップが相前後してもよい。 Unless otherwise specified, the order of execution of multiple steps, actions, operations, etc. included in various methods is not limited to the order described. For example, multiple steps may proceed simultaneously. For example, multiple steps may be performed in sequence.
例えば「m~n%」等の数値範囲は、特に断りのない限り、上限値および下限値を含む。すなわち「m~n%」は、「m%以上n%以下」の数値範囲を示す。また「m%以上n%以下」は「m%超n%未満」を含む。さらに数値範囲内から任意に選択された数値が、新たな上限値または下限値とされてもよい。例えば、数値範囲内の数値と、本明細書中の別の部分、表中、図中等に記載された数値とが任意に組み合わされることにより、新たな数値範囲が設定されてもよい。 For example, a numerical range such as "m-n%" includes the upper and lower limits unless otherwise specified. That is, "m-n%" indicates a numerical range of "m% or more and n% or less." Furthermore, "m% or more and n% or less" includes "more than m% and less than n%." Furthermore, a numerical value arbitrarily selected from within the numerical range may be set as a new upper or lower limit. For example, a new numerical range may be set by arbitrarily combining a numerical value within the numerical range with a numerical value described in another part of this specification, in a table, in a figure, etc.
全ての数値は用語「約」によって修飾されている。用語「約」は、例えば±5%、±3%、±1%等を意味し得る。全ての数値は、本開示技術の利用形態によって変化し得る近似値であり得る。全ての数値は有効数字で表示され得る。測定値は、複数回の測定における平均値であり得る。測定回数は、3回以上であってもよいし、5回以上であってもよいし、10回以上であってもよい。一般に測定回数が多い程、平均値の信頼性が向上することが期待される。測定値は有効数字の桁数に基づいて、四捨五入により端数処理され得る。測定値は、例えば測定装置の検出限界等に伴う誤差等を含み得る。 All numerical values are modified by the term "about." The term "about" may mean, for example, ±5%, ±3%, ±1%, etc. All numerical values may be approximations that may vary depending on the manner in which the disclosed technology is used. All numerical values may be expressed with significant figures. Measurements may be average values of multiple measurements. The number of measurements may be three or more, five or more, or ten or more. In general, the more measurements are made, the more reliable the average value is expected to be. Measurements may be rounded off based on the number of significant figures. Measurements may include errors associated with, for example, the detection limits of the measuring device.
幾何学的な用語(例えば「平行」、「垂直」、「直交」等)は、厳密な意味に解されるべきではない。例えば「平行」は、厳密な意味での「平行」から多少ずれていてもよい。幾何学的な用語は、例えば、設計上、作業上、製造上等の公差、誤差等を含み得る。各図中の寸法関係は、実際の寸法関係と一致しない場合がある。本開示技術の理解を助けるために、各図中の寸法関係(長さ、幅、厚さ等)が変更されている場合がある。さらに一部の構成が省略されている場合もある。 Geometric terms (e.g., "parallel," "perpendicular," "orthogonal," etc.) should not be interpreted in a strict sense. For example, "parallel" may deviate slightly from the strict meaning of "parallel." Geometric terms may include, for example, tolerances, errors, etc. in design, operation, manufacturing, etc. The dimensional relationships in each figure may not match the actual dimensional relationships. In order to facilitate understanding of the disclosed technology, the dimensional relationships (length, width, thickness, etc.) in each figure may be changed. Furthermore, some configurations may be omitted.
「上層」、「下層」は、コーティング膜中における2つの層の間の相対的な位置関係を示す。上層は、2つの層のうち、正極活物質粒子から遠い側の層を示す。下層は、2つの層のうち、正極活物質粒子に近い側の層を示す。 "Upper layer" and "lower layer" refer to the relative positional relationship between two layers in the coating film. The upper layer refers to the layer of the two layers that is farther from the positive electrode active material particles. The lower layer refers to the layer of the two layers that is closer to the positive electrode active material particles.
化合物が化学量論的組成式(例えば「LiCoO2」等)によって表現されている場合、該化学量論的組成式は該化合物の代表例に過ぎない。化合物は、非化学量論的組成を有していてもよい。例えば、コバルト酸リチウムが「LiCoO2」と表現されている時、特に断りのない限り、コバルト酸リチウムは「Li/Co/O=1/1/2」の組成比に限定されず、任意の組成比でLi、CoおよびOを含み得る。さらに、微量元素によるドープ、置換等も許容され得る。 When a compound is expressed by a stoichiometric composition formula (e.g., "LiCoO 2 ", etc.), the stoichiometric composition formula is merely a representative example of the compound. The compound may have a non-stoichiometric composition. For example, when lithium cobalt oxide is expressed as "LiCoO 2 ", unless otherwise specified, the lithium cobalt oxide is not limited to a composition ratio of "Li/Co/O = 1/1/2" and may contain Li, Co, and O in any composition ratio. Furthermore, doping, substitution, etc. with trace elements may also be allowed.
「D50」は、体積基準の粒子径分布において、粒子径が小さい側からの頻度の累積が50%に到達する粒子径を示す。D50は、レーザ回折法により測定され得る。 "D50" refers to the particle size at which the cumulative frequency from the smaller particle size side reaches 50% in the volume-based particle size distribution. D50 can be measured by a laser diffraction method.
《XPS/被覆率の測定》
被覆率は、次の手順で測定される。XPS装置が準備される。例えば、アルバック・ファイ社製のXPS装置「製品名 PHI X-tool」(またはこれと同等品)が使用されてもよい。複合粒子からなる試料粉末がXPSにセットされる。224eVのパスエネルギーにより、ナロースキャン分析が実施される。測定データが解析ソフトフェアにより処理される。例えば、アルバック・ファイ社製の解析ソフトフェア「製品名 MulTiPak」(またはこれと同等品)が使用されてもよい。測定データが解析されることにより、C1s、O1s、P2p、B1s、M2p(またはM2p3/2)等の各ピーク面積から、各元素の比率(元素濃度)が求まる。下記式(1)により、被覆率が求まる。
θ=(P+B)/(P+B+M)×100…(1)
上記式(1)中、θは被覆率(%)を示す。P(リン)、B(ホウ素)、Mは、各元素の比率を示す。
<XPS/Coverage Measurement>
The coverage is measured by the following procedure. An XPS device is prepared. For example, an XPS device manufactured by ULVAC-PHI, Inc., product name: PHI X-tool (or an equivalent product) may be used. A sample powder consisting of composite particles is set in the XPS. Narrow scan analysis is performed with a pass energy of 224 eV. The measurement data is processed by analysis software. For example, analysis software manufactured by ULVAC-PHI, Inc., product name: MulTiPak (or an equivalent product) may be used. The measurement data is analyzed to determine the ratio (element concentration) of each element from the peak areas of C1s, O1s, P2p, B1s, M2p (or M2p 3/2 ), etc. The coverage is calculated by the following formula (1).
θ=(P+B)/(P+B+M)×100...(1)
In the above formula (1), θ represents the coverage (%), and P (phosphorus), B (boron), and M represent the ratio of each element.
M2p、M2p3/2および上記式(1)中の「M」は、正極活物質粒子の構成元素であって、Liおよび酸素(O)以外の元素を示す。すなわち、正極活物質粒子は下記式(2)により表されてもよい。
LiMO2…(2)
Mは、1種の元素からなっていてもよいし、複数の元素からなっていてもよい。Mは、例えば、ニッケル(Ni)、コバルト(Co)、マンガン(Mn)およびアルミニウム(Al)からなる群より選択される少なくとも1種を含んでいてもよい。Mが複数の元素を含む時、各元素の組成比の合計は1であってもよい。
M2p, M2p 3/2 , and “M” in the above formula (1) are constituent elements of the positive electrode active material particles and represent an element other than Li and oxygen (O). That is, the positive electrode active material particles may be represented by the following formula (2).
LiMO2 ...(2)
M may be composed of one element or multiple elements. M may include, for example, at least one element selected from the group consisting of nickel (Ni), cobalt (Co), manganese (Mn) and aluminum (Al). When M includes multiple elements, the sum of the composition ratios of the elements may be 1.
例えば、正極活物質粒子が「LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2」である時、上記式(1)は、下記式(1’)に変形され得る。
θ=(P+B)/(P+B+Ni+Co+Mn)×100…(1’)
上記式(1’)中のNiは、Ni2p3/2のピーク面積から求まるニッケルの元素比率を示す。Coは、Co2p3/2のピーク面積から求まるコバルトの元素比率を示す。Mnは、Mn2p3/2のピーク面積から求まるマンガンの元素比率を示す。
For example, when the positive electrode active material particles are "LiNi 1/3 Co 1/3 Mn 1/3 O 2 ", the above formula (1) can be transformed into the following formula (1').
θ=(P+B)/(P+B+Ni+Co+Mn)×100...(1')
In the above formula (1'), Ni represents the element ratio of nickel determined from the peak area of Ni2p3 /2 , Co represents the element ratio of cobalt determined from the peak area of Co2p3 /2 , and Mn represents the element ratio of manganese determined from the peak area of Mn2p3 /2 .
《膜厚測定》
膜厚(コーティング膜の厚さ)は、次の手順で測定され得る。複合粒子が樹脂材料に包埋されることにより、試料が準備される。イオンミリング装置により、試料に断面出し加工が施される。例えば、日立ハイテクノロジーズ社製のイオンミリング装置「製品名 Arblade(登録商標)5000」(またはこれと同等品)が使用されてもよい。試料の断面がSEM(Scanning Electron Microscope)により観察される。例えば、日立ハイテクノロジーズ社製のSEM装置「製品名 SU8030」(またはこれと同等品)が使用されてもよい。10個の複合粒子について、それぞれ、20個の視野で膜厚が測定される。合計で200箇所の膜厚の算術平均が、膜厚とみなされる。
<Film thickness measurement>
The film thickness (thickness of the coating film) can be measured by the following procedure. A sample is prepared by embedding composite particles in a resin material. A cross-section is processed on the sample by an ion milling device. For example, an ion milling device "Product name Arblade (registered trademark) 5000" (or an equivalent product) manufactured by Hitachi High-Technologies Corporation may be used. The cross-section of the sample is observed by a SEM (Scanning Electron Microscope). For example, an SEM device "Product name SU8030" (or an equivalent product) manufactured by Hitachi High-Technologies Corporation may be used. The film thickness is measured in 20 fields of view for each of 10 composite particles. The arithmetic average of the film thicknesses at a total of 200 points is regarded as the film thickness.
<複合粒子>
図1は、本実施形態における複合粒子を示す概念図である。複合粒子100は、例えば「被覆正極活物質」等と称され得る。複合粒子100は、正極活物質粒子110とコーティング膜120とを含む。複合粒子100は、例えば凝集体を形成していてもよい。すなわち1個の複合粒子100が、2個以上の正極活物質粒子110を含んでいてもよい。複合粒子100は、例えば、1~50μmのD50を有していてもよいし、1~20μmのD50を有していてもよいし、5~15μmのD50を有していてもよい。
<Composite particles>
FIG. 1 is a conceptual diagram showing a composite particle in this embodiment. The
《コーティング膜》
コーティング膜120は、複合粒子100のシェルである。コーティング膜120は、正極活物質粒子110の表面の少なくとも一部を被覆している。コーティング膜120は、第1層121と第2層122とを含む。
<Coating film>
The
〈積層構造〉
例えば、コーティング膜120は、第1層121と第2層122とをそれぞれ単独で含んでいてもよい。例えば、コーティング膜120は、複数の第1層121と、複数の第2層122とを含んでいてもよい。例えば、第1層121と第2層122とが交互に積層されていてもよい。第1層121および第2層122の合計は、例えば、2~10層であってもよいし、2~4層であってもよい。
<Layered structure>
For example, the
第1層121と第2層122とを含む限り、コーティング膜120は、追加の層をさらに含んでいてもよい。コーティング膜120は、例えば、第3層、第4層(不図示)をさらに含んでいてもよい。第3層および第4層は、第1層121および第2層122と異なる組成を有していてもよい。
As long as the
第1層121と第2層122との積層順序は任意である。コーティング膜120は、例えば、第1積層構造(第1積層部)を含んでいてもよい(図1参照)。第1積層構造においては、第1層121が、正極活物質粒子110と第2層122との間に介在する。すなわち、第1層121が下層であり、第2層122が上層である。
The
コーティング膜120は、例えば、第2積層構造(第2積層部)を含んでいてもよい。図2は、第2積層構造を示す概念図である。第2積層構造においては、第2層122が、正極活物質粒子110と第1層121との間に介在する。すなわち、第2層122が下層であり、第1層121が上層である。
The
第1層121と第2層122とは、全体的に重なっていてもよいし、部分的に重なっていてもよい。例えばコーティング膜120は、部分的に単層構造を含んでいてもよい。図3は、第3積層構造を示す概念図である。図3では、一例として、下層が第1層121であり、かつ上層が第2層122である。もちろん、下層が第2層122であり、かつ上層が第1層121であってもよい。例えば、下層の被覆率は、上層の被覆率に比して低くてもよい。例えば、上層の一部が正極活物質粒子110の表面に接していてもよい。
The
図4は、第4積層構造を示す概念図である。例えば、下層の被覆率は、上層の被覆率に比して高くてもよい。例えば、下層の一部がコーティング膜120の表面に露出していてもよい。
Figure 4 is a conceptual diagram showing the fourth layered structure. For example, the coverage of the lower layer may be higher than the coverage of the upper layer. For example, a portion of the lower layer may be exposed on the surface of the
〈第1層〉
第1層121は、リン化合物を含む。リン化合物は、少なくともPを含む化合物を示す。第1層121は、例えば、リン酸化合物を含んでいてもよい。第1層121は、例えば、リン酸骨格を含んでいてもよい。リン酸骨格の存在は、TOF-SIMS(Time-of-Flight Secondary Ion Mass Spectrometry)により確認され得る。第1層121がリン酸骨格を含む時、複合粒子100のTOF-SIMSにおいて、PO2
-、PO3
-等のフラグメントが検出され得る。
<First Layer>
The
第1層121は、Liをさらに含んでいてもよい。リン化合物は、例えば、下記式(3)により表されてもよい。
Liy1POx1…(3)
上記式(3)中、y1、x1は任意の数である。y1、x1は、例えばXPS等により特定され得る。y1は、例えば、0≦y1<2.5の関係を満たしていてもよい。y1が2.5未満であることにより、初期抵抗の低減が期待される。y1は、例えば1.5以下であってもよいし、1以下であってもよいし、0.5以下であってもよいし、ゼロであってもよい。
The
Li y1 PO x1 …(3)
In the above formula (3), y1 and x1 are any numbers. y1 and x1 can be identified, for example, by XPS or the like. y1 may, for example, satisfy the relationship 0≦y1<2.5. By making y1 less than 2.5, a reduction in initial resistance is expected. y1 may, for example, be 1.5 or less, 1 or less, 0.5 or less, or zero.
〈第2層〉
第2層122は、ホウ素化合物を含む。ホウ素化合物は、少なくともBを含む化合物を示す。第2層122は、例えば、ホウ酸化合物を含んでいてもよい。第2層122は、例えば、ホウ酸骨格を含んでいてもよい。ホウ酸骨格の存在は、TOF-SIMSにより確認され得る。第2層122がホウ酸骨格を含む時、複合粒子100のTOF-SIMSにおいて、BO2
-やBO3
-等のフラグメントが検出され得る。
<Second Layer>
The
第2層122は、Liをさらに含んでいてもよい。ホウ素化合物は、例えば、下記式(4)により表されてもよい。
Liy2BOx2…(4)
上記式(4)中、y2、x2は任意の数である。y2、x2は、例えばXPS等により特定され得る。y2は、例えば、0≦y2<2.5の関係を満たしていてもよい。y2が2.5未満であることにより、初期抵抗の低減が期待される。y2は、例えば1.5以下であってもよいし、1以下であってもよいし、0.5以下であってもよいし、ゼロであってもよい。
The
Li y2 BO x2 …(4)
In the above formula (4), y2 and x2 are any numbers. y2 and x2 can be identified, for example, by XPS or the like. y2 may, for example, satisfy the relationship 0≦y2<2.5. By making y2 less than 2.5, a reduction in initial resistance is expected. y2 may, for example, be 1.5 or less, 1 or less, 0.5 or less, or zero.
〈膜厚〉
コーティング膜120(膜全体)は、例えば、5~100nmの厚さを有していてもよいし、5~50nmの厚さを有していてもよいし、10~30nmの厚さを有していてもよいし、20~30nmの厚さを有していてもよい。
<Film Thickness>
The coating film 120 (the entire film) may have a thickness of, for example, 5 to 100 nm, may have a thickness of 5 to 50 nm, may have a thickness of 10 to 30 nm, or may have a thickness of 20 to 30 nm.
第1層121の厚さ(t1)と、第2層122の厚さ(t2)とは、例えば、「t1/t2=1/9~9/1」の関係を満たしていてもよいし、「t1/t2=3/7~7/3」の関係を満たしていてもよいし、「t1/t2=4/6~6/4」の関係を満たしていてもよい。
The thickness (t1) of the
〈被覆率〉
被覆率は、例えば95%以上であってもよい。被覆率が95%以上であることにより、初期抵抗の低減が期待される。被覆率は、例えば、95~100%であってもよいし、96~100%であってもよい。
<Coverage rate>
The coverage may be, for example, 95% or more. By having a coverage of 95% or more, a reduction in initial resistance is expected. The coverage may be, for example, 95 to 100%, or 96 to 100%.
《正極活物質粒子》
正極活物質粒子110は、複合粒子100のコアである。正極活物質粒子110は、二次粒子(一次粒子の集合体)であってもよい。正極活物質粒子110(二次粒子)は、例えば、1~50μmのD50を有していてもよいし、1~20μmのD50を有していてもよいし、5~15μmのD50を有していてもよい。一次粒子は、例えば、0.1~3μmの最大フェレ径を有していてもよい。
<Positive electrode active material particles>
The positive electrode
正極活物質粒子110は、任意の成分を含み得る。正極活物質粒子110は、例えば、LiCoO2、LiNiO2、LiMnO2、LiMn2O4、Li(NiCoMn)O2、Li(NiCoAl)O2、およびLiFePO4からなる群より選択される少なくとも1種を含んでいてもよい。例えば「Li(NiCoMn)O2」における「(NiCoMn)」は、括弧内の組成比の合計が1であることを示す。合計が1である限り、個々の成分量は任意である。Li(NiCoMn)O2は、例えばLiNi1/3Co1/3Mn1/3O2、LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2、LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2等を含んでいてもよい。Li(NiCoAl)O2は、例えばLiNi0.8Co0.15Al0.05O2等を含んでいてもよい。
The positive electrode
<全固体電池>
図5は、本実施形態における全固体電池を示す概念図である。全固体電池200は、発電要素250を含む。全固体電池200は、例えば、外装体(不図示)を含んでいてもよい。外装体は、例えば、金属箔ラミネートフィルム製のパウチ等であってもよい。外装体が、発電要素250を収納していてもよい。発電要素250は、正極210とセパレータ層230と負極220とを含む。すなわち全固体電池200は、正極210とセパレータ層230と負極220とを含む。
<All-solid-state battery>
5 is a conceptual diagram showing an all-solid-state battery in this embodiment. The all-solid-
《正極》
正極210は層状である。正極210は、例えば、正極活物質層と、正極集電体とを含んでいてもよい。例えば、正極集電体の表面に正極合材が塗着されることにより、正極活物質層が形成されていてもよい。正極集電体は、例えば、Al箔等を含んでいてもよい。正極集電体は、例えば、5~50μmの厚さを有していてもよい。
Positive pole
The
正極活物質層は、例えば、10~200μmの厚さを有していてもよい。正極活物質層は、セパレータ層230に密着している。正極活物質層は正極合材を含む。正極合材は、複合粒子と硫化物固体電解質とを含む。すなわち正極210は、複合粒子と硫化物固体電解質とを含む。複合粒子の詳細は、前述のとおりである。
The positive electrode active material layer may have a thickness of, for example, 10 to 200 μm. The positive electrode active material layer is in close contact with the
硫化物固体電解質は、正極活物質層内にイオン伝導パスを形成し得る。硫化物固体電解質の配合量は、100体積部の複合粒子(正極活物質)に対して、例えば、1~200体積部であってもよいし、50~150体積部であってもよいし、50~100体積部であってもよい。硫化物固体電解質は、硫黄(S)を含む。硫化物固体電解質は、例えば、Li、P、およびSを含んでいてもよい。硫化物固体電解質は、例えば、酸素(O)、珪素(Si)等をさらに含んでいてもよい。硫化物固体電解質は、例えばハロゲン等をさらに含んでいてもよい。硫化物固体電解質は、例えばヨウ素(I)、臭素(Br)等をさらに含んでいてもよい。硫化物固体電解質は、例えばガラスセラミックス型であってもよいし、アルジロダイト型であってもよい。硫化物固体電解質は、例えば、LiI-LiBr-Li3PS4、Li2S-SiS2、LiI-Li2S-SiS2、LiI-Li2S-P2S5、LiI-Li2O-Li2S-P2S5、LiI-Li2S-P2O5、LiI-Li3PO4-P2S5、Li2S-P2S5、およびLi3PS4からなる群より選択される少なくとも1種を含んでいてもよい。 The sulfide solid electrolyte can form an ion conduction path in the positive electrode active material layer. The amount of the sulfide solid electrolyte may be, for example, 1 to 200 parts by volume, 50 to 150 parts by volume, or 50 to 100 parts by volume, relative to 100 parts by volume of the composite particles (positive electrode active material). The sulfide solid electrolyte includes sulfur (S). The sulfide solid electrolyte may include, for example, Li, P, and S. The sulfide solid electrolyte may further include, for example, oxygen (O), silicon (Si), or the like. The sulfide solid electrolyte may further include, for example, a halogen, or the like. The sulfide solid electrolyte may further include, for example, iodine (I), bromine (Br), or the like. The sulfide solid electrolyte may be, for example, a glass ceramic type or an argyrodite type. The sulfide solid electrolyte may include at least one selected from the group consisting of , for example, LiI-LiBr-Li3PS4, Li2S-SiS2, LiI-Li2S-SiS2 , LiI - Li2S - P2S5 , LiI - Li2O - Li2S -P2S5 , LiI- Li2S -P2O5 , LiI- Li3PO4 - P2S5 , Li2S- P2S5 , and Li3PS4 .
例えば、「LiI-LiBr-Li3PS4」は、LiIとLiBrとLi3PS4とが任意のモル比で混合されることにより生成された硫化物固体電解質を示す。例えば、メカノケミカル法により硫化物固体電解質が生成されてもよい。「Li2S-P2S5」はLi3PS4を含む。Li3PS4は、例えばLi2SとP2S5とが「Li2S/P2S5=75/25(モル比)」で混合されることにより生成され得る。 For example, "LiI-LiBr-Li 3 PS 4 " indicates a sulfide solid electrolyte produced by mixing LiI, LiBr, and Li 3 PS 4 in any molar ratio. For example, the sulfide solid electrolyte may be produced by a mechanochemical method. "Li 2 S-P 2 S 5 " includes Li 3 PS 4. Li 3 PS 4 can be produced, for example, by mixing Li 2 S and P 2 S 5 in "Li 2 S/P 2 S 5 = 75/25 (molar ratio)".
正極活物質層は、例えば導電材をさらに含んでいてもよい。導電材は、正極活物質層内に電子伝導パスを形成し得る。導電材の配合量は、100質量部の複合粒子(正極活物質)に対して、例えば0.1~10質量部であってもよい。導電材は、任意の成分を含み得る。導電材は、例えば、カーボンブラック、気相成長炭素繊維(VGCF)、カーボンナノチューブ(CNT)およびグラフェンフレークからなる群より選択される少なくとも1種を含んでいてもよい。 The positive electrode active material layer may further include, for example, a conductive material. The conductive material may form an electronic conduction path within the positive electrode active material layer. The amount of the conductive material may be, for example, 0.1 to 10 parts by mass per 100 parts by mass of the composite particles (positive electrode active material). The conductive material may include any component. The conductive material may include, for example, at least one selected from the group consisting of carbon black, vapor grown carbon fiber (VGCF), carbon nanotubes (CNT), and graphene flakes.
正極活物質層は、例えばバインダをさらに含んでいてもよい。バインダの配合量は、100質量部の複合粒子(正極活物質)に対して、例えば0.1~10質量部であってもよい。バインダは任意の成分を含み得る。バインダは、例えば、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)、フッ化ビニリデン-ヘキサフルオロプロピレン共重合体(PVdF-HFP)、スチレンブタジエンゴム(SBR)、およびポリテトラフルオロエチレン(PTFE)からなる群より選択される少なくとも1種を含んでいてもよい。 The positive electrode active material layer may further contain, for example, a binder. The amount of binder may be, for example, 0.1 to 10 parts by mass per 100 parts by mass of the composite particles (positive electrode active material). The binder may contain any component. The binder may contain, for example, at least one selected from the group consisting of polyvinylidene fluoride (PVdF), vinylidene fluoride-hexafluoropropylene copolymer (PVdF-HFP), styrene butadiene rubber (SBR), and polytetrafluoroethylene (PTFE).
《負極》
負極220は層状である。負極220は、例えば、負極活物質層と、負極集電体とを含んでいてもよい。例えば、負極集電体の表面に負極合材が塗着されることにより、負極活物質層が形成されていてもよい。負極集電体は、例えば、銅(Cu)箔、Ni箔等を含んでいてもよい。負極集電体は、例えば、5~50μmの厚さを有していてもよい。
Negative pole
The
負極活物質層は、例えば、10~200μmの厚さを有していてもよい。負極活物質層は、セパレータ層230に密着している。負極活物質層は負極合材を含む。負極合材は、負極活物質粒子と硫化物固体電解質とを含む。負極合材は、導電材およびバインダをさらに含んでいてもよい。負極合材と正極合材との間で、硫化物固体電解質は同種であってもよいし、異種であってもよい。負極活物質粒子は、任意の成分を含み得る。負極活物質粒子は、例えば、黒鉛、Si、SiOx(0<x<2)、およびLi4Ti5O12からなる群より選択される少なくとも1種を含んでいてもよい。
The negative electrode active material layer may have a thickness of, for example, 10 to 200 μm. The negative electrode active material layer is in close contact with the
《セパレータ層》
セパレータ層230は、正極210と負極220との間に介在している。セパレータ層230は、正極210を負極220から分離している。セパレータ層230は、硫化物固体電解質を含む。セパレータ層230はバインダをさらに含んでいてもよい。セパレータ層230と正極合材との間で、硫化物固体電解質は同種であってもよいし、異種であってもよい。セパレータ層230と負極合材との間で、硫化物固体電解質は同種であってもよいし、異種であってもよい。
<Separator layer>
The
<複合粒子の製造方法>
図6は、本実施形態における複合粒子の製造方法の概略フローチャートである。以下「本実施形態における複合粒子の製造方法」が「本製造方法」と略記され得る。本製造方法は、「(a)正極活物質粒子の準備」および「(b)コーティング膜の形成」を含む。本製造方法は、例えば「(c)熱処理」等をさらに含んでいてもよい。
<Method of Manufacturing Composite Particles>
6 is a schematic flow chart of the method for producing composite particles in this embodiment. Hereinafter, the "method for producing composite particles in this embodiment" may be abbreviated as "this production method". This production method includes "(a) preparation of positive electrode active material particles" and "(b) formation of a coating film". This production method may further include, for example, "(c) heat treatment" or the like.
《(a)正極活物質粒子の準備》
本製造方法は、正極活物質粒子を準備することを含む。正極活物質粒子の詳細は、前述のとおりである。
(a) Preparation of Positive Electrode Active Material Particles
The present manufacturing method includes preparing positive electrode active material particles, the details of which are as described above.
《(b)コーティング膜の形成》
本製造方法は、正極活物質粒子の表面にコーティング膜を形成することにより、複合粒子を製造することを含む。本製造方法は、「(b1)第1層の形成」および「(b2)第2層の形成」を含む。ここでは、一例として、第1積層構造(図1参照)の形成方法が説明される。例えば「(b1)第1層の形成」、「(b2)第2層の形成」の順序が逆転されることにより、第2積層構造(図2参照)が形成されてもよい。
(b) Formation of Coating Film
This manufacturing method includes manufacturing composite particles by forming a coating film on the surface of positive electrode active material particles. This manufacturing method includes "(b1) formation of a first layer" and "(b2) formation of a second layer". Here, as an example, a method of forming a first stacked structure (see FIG. 1) is described. For example, the order of "(b1) formation of a first layer" and "(b2) formation of a second layer" may be reversed to form a second stacked structure (see FIG. 2).
〈(b1)第1層の形成〉
本製造方法は、第1コーティング液を乾燥することにより、第1層を形成することを含む。第1コーティング液が準備される。第1コーティング液は、第1溶質と第1溶媒とを含む。第1溶質は、第1層の原料を含む。
(b1) Formation of the first layer
The method includes forming a first layer by drying a first coating liquid. A first coating liquid is prepared. The first coating liquid includes a first solute and a first solvent. The first solute includes a material for the first layer.
溶質量は、100質量部の溶媒に対して、例えば、0.1~20質量部であってもよいし、1~15質量部であってもよいし、5~10質量部であってもよい。第1溶媒は、第1溶質が溶解し得る限り、任意の成分を含み得る。第1溶媒は、例えば、水、アルコール等を含んでいてもよい。第1溶媒は、例えば、イオン交換水、エタノール等を含んでいてもよい。 The amount of solute may be, for example, 0.1 to 20 parts by mass, 1 to 15 parts by mass, or 5 to 10 parts by mass per 100 parts by mass of the solvent. The first solvent may contain any component as long as the first solute can be dissolved in it. The first solvent may contain, for example, water, alcohol, etc. The first solvent may contain, for example, ion-exchanged water, ethanol, etc.
第1溶質は、例えば、リン酸化合物を含んでいてもよい。第1溶質は、例えば、無水リン酸(P2O5)、オルトリン酸、ピロリン酸、メタリン酸〔(HPO3)n〕、およびポリリン酸からなる群より選択される少なくとも1種を含んでいてもよい。第1溶質は、例えば、メタリン酸、およびポリリン酸からなる群より選択される少なくとも1種を含んでいてもよい。メタリン酸およびポリリン酸は、その他のリン酸化合物に比して、長い分子鎖を有し得る。リン酸化合物が長い分子鎖を有することにより、連続性を有する膜(第1層)が生成されやすくなると考えられる。第1層が連続性を有することにより、例えば、被覆率の向上が期待される。 The first solute may include, for example, a phosphoric acid compound. The first solute may include, for example, at least one selected from the group consisting of phosphoric anhydride (P 2 O 5 ), orthophosphoric acid, pyrophosphoric acid, metaphosphoric acid [(HPO 3 ) n ], and polyphosphoric acid. The first solute may include, for example, at least one selected from the group consisting of metaphosphoric acid and polyphosphoric acid. Metaphosphoric acid and polyphosphoric acid may have a long molecular chain compared to other phosphoric acid compounds. It is considered that a film (first layer) having continuity is easily generated by the phosphoric acid compound having a long molecular chain. For example, an improvement in coverage is expected by the first layer having continuity.
第1溶質は、例えば、リチウム化合物をさらに含んでいてもよい。第1溶質は、例えば、水酸化リチウム、炭酸リチウム、硝酸リチウム等を含んでいてもよい。 The first solute may further include, for example, a lithium compound. The first solute may include, for example, lithium hydroxide, lithium carbonate, lithium nitrate, etc.
第1コーティング液と、正極活物質粒子とが混合されることにより、第1混合物が形成されてもよい。第1混合物は、例えば、懸濁液であってもよいし、湿粉であってもよい。例えば、第1コーティング液中に正極活物質粒子(粉末)が分散されることにより、懸濁液が形成されてもよい。例えば、粉末中に、第1コーティング液が噴霧されることにより、湿粉が形成されてもよい。本製造方法においては、任意の混合装置、造粒装置等が使用され得る。 The first mixture may be formed by mixing the first coating liquid with the positive electrode active material particles. The first mixture may be, for example, a suspension or a wet powder. For example, the suspension may be formed by dispersing the positive electrode active material particles (powder) in the first coating liquid. For example, the wet powder may be formed by spraying the first coating liquid into the powder. In this manufacturing method, any mixing device, granulating device, etc. may be used.
例えば、第1混合物が乾燥されることにより、第1層が形成され得る。すなわち、正極活物質粒子の表面に付着した第1コーティング液が乾燥することにより、第1層が生成され得る。本製造方法においては、任意の乾燥方法が使用され得る。 For example, the first layer can be formed by drying the first mixture. That is, the first layer can be generated by drying the first coating liquid attached to the surface of the positive electrode active material particles. Any drying method can be used in this manufacturing method.
例えば、スプレードライ法により、第1コーティング液が乾燥されてもよい。すなわち、懸濁液がノズルから噴霧されることにより、液滴が形成される。液滴は、正極活物質粒子と第1コーティング液とを含む。例えば、熱風により、液滴が乾燥されることにより、第1複合粒子(中間製品)が形成され得る。 For example, the first coating liquid may be dried by a spray drying method. That is, the suspension is sprayed from a nozzle to form droplets. The droplets contain the positive electrode active material particles and the first coating liquid. For example, the droplets may be dried by hot air to form the first composite particles (intermediate product).
スプレードライ用の懸濁液の固形分率は、体積分率で、例えば、1~50%であってもよいし、10~30%であってもよい。ノズル径は、例えば、0.1~10mmであってもよいし、0.1~1mmであってもよい。熱風温度は、例えば、100~200℃であってもよい。 The solid content of the suspension for spray drying may be, for example, 1 to 50% or 10 to 30% by volume. The nozzle diameter may be, for example, 0.1 to 10 mm or 0.1 to 1 mm. The hot air temperature may be, for example, 100 to 200°C.
例えば、転動流動層コーティング装置により、第1混合物が形成され、かつ第1コーティング液が乾燥されてもよい。 For example, the first mixture may be formed and the first coating liquid may be dried using a tumbling fluidized bed coating apparatus.
〈(b2)第2層の形成〉
本製造方法は、第2コーティング液を乾燥することにより、第2層を形成することを含む。第2コーティング液が準備される。第2コーティング液は、第2溶質と第2溶媒とを含む。第2溶質は、第2層の原料を含む。
(b2) Formation of the second layer
The method includes forming a second layer by drying a second coating liquid. A second coating liquid is prepared. The second coating liquid includes a second solute and a second solvent. The second solute includes a raw material for the second layer.
溶質量は、100質量部の溶媒に対して、例えば、0.1~20質量部であってもよいし、1~10質量部であってもよいし、1~5質量部であってもよい。第2溶媒は、第2溶質が溶解し得る限り、任意の成分を含み得る。第2溶媒は、例えば、水、アルコール等を含んでいてもよい。第2溶媒は、例えば、イオン交換水、エタノール等を含んでいてもよい。 The amount of solute may be, for example, 0.1 to 20 parts by mass, 1 to 10 parts by mass, or 1 to 5 parts by mass per 100 parts by mass of the solvent. The second solvent may contain any component as long as the second solute can be dissolved in it. The second solvent may contain, for example, water, alcohol, etc. The second solvent may contain, for example, ion-exchanged water, ethanol, etc.
第2溶質は、例えば、ホウ酸化合物を含んでいてもよい。第2溶質は、例えば、オルトホウ酸、メタホウ酸、および四ホウ酸からなる群より選択される少なくとも1種を含んでいてもよい。 The second solute may include, for example, a boric acid compound. The second solute may include, for example, at least one selected from the group consisting of orthoboric acid, metaboric acid, and tetraboric acid.
第2溶質は、例えば、リチウム化合物をさらに含んでいてもよい。第2溶質は、例えば、水酸化リチウム、炭酸リチウム、硝酸リチウム等を含んでいてもよい。 The second solute may further include, for example, a lithium compound. The second solute may include, for example, lithium hydroxide, lithium carbonate, lithium nitrate, etc.
第2コーティング液と、第1複合粒子(中間製品)とが混合されることにより、第2混合物が形成されてもよい。第2混合物が乾燥されることにより、第2層が形成され得る。すなわち、第1複合粒子の表面に付着した第2コーティング液が乾燥することにより、第2層が生成されてもよい。第2層の生成により、第2複合粒子(最終製品)が製造され得る。第2複合粒子は、図1の複合粒子100に相当する。第2コーティング液は、第1コーティング液と同様に、例えば、スプレードライ法により、乾燥されてもよい。
The second coating liquid may be mixed with the first composite particle (intermediate product) to form a second mixture. The second mixture may be dried to form a second layer. That is, the second coating liquid attached to the surface of the first composite particle may be dried to generate a second layer. The second composite particle (final product) may be produced by generating the second layer. The second composite particle corresponds to the
《(c)熱処理》
本製造方法は、第1複合粒子(中間製品)、第2複合粒子(最終製品)に熱処理を施すことを含んでいてもよい。熱処理によりコーティング膜(各層)が定着し得る。熱処理は「焼成」とも称され得る。本製造方法においては、任意の熱処理装置が使用され得る。熱処理温度は、例えば、150~300℃であってもよい。熱処理時間は、例えば、1~10時間であってもよい。例えば、空気中で熱処理が実施されてもよいし、不活性雰囲気下で熱処理が実施されてもよい。第1複合粒子または第2複合粒子に熱処理が施されてもよいし、第1複合粒子および第2複合粒子に熱処理が施されてもよい。
(c) Heat Treatment
The present manufacturing method may include subjecting the first composite particle (intermediate product) and the second composite particle (final product) to a heat treatment. The coating film (each layer) may be fixed by the heat treatment. The heat treatment may also be called "baking". In the present manufacturing method, any heat treatment device may be used. The heat treatment temperature may be, for example, 150 to 300°C. The heat treatment time may be, for example, 1 to 10 hours. For example, the heat treatment may be performed in air or in an inert atmosphere. The heat treatment may be performed on the first composite particle or the second composite particle, or the heat treatment may be performed on the first composite particle and the second composite particle.
<試料の作製>
以下のように、No.1~6に係る複合粒子、正極、全固体電池が製造された。以下、例えば「No.1に係る複合粒子」等が「No.1」と略記され得る。
<Sample Preparation>
Composite particles, positive electrodes, and all-solid-state batteries according to Nos. 1 to 6 were produced as follows. Hereinafter, for example, "composite particles according to No. 1" may be abbreviated as "No. 1".
《No.1》
No.1においては、正極活物質粒子に対して1回のコーティング処理が実施された。
"No. 1"
In No. 1, the positive electrode active material particles were subjected to a single coating treatment.
166質量部のイオン交換水に、10.8質量部のメタリン酸(富士フイルム和光純薬社製)が溶解されることにより、第1コーティング液(リン酸溶液)が準備された。 The first coating liquid (phosphoric acid solution) was prepared by dissolving 10.8 parts by mass of metaphosphoric acid (manufactured by Fujifilm Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) in 166 parts by mass of ion-exchanged water.
正極活物質粒子として、LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2が準備された。50質量部の正極活物質粒子の粉末が、53.7質量部の第1コーティング液に分散されることにより、懸濁液が準備された。BUCHI社製のスプレードライヤー「製品名 Mini Spray Dryer B-290」(以下同様である)が準備された。懸濁液がスプレードライヤーに供給されることにより、複合粒子の粉末が製造された。スプレードライヤーの給気温度は200℃であり、給気風量は0.45m3/minであった。複合粒子が空気中で熱処理された。熱処理温度は200℃であった。熱処理時間は5時間であった。No.1のコーティング膜(第1層)は、リン化合物(POx1)を含むと考えられる〔上記式(3)参照〕。 LiNi 1/3 Co 1/3 Mn 1/3 O 2 was prepared as the positive electrode active material particles. A suspension was prepared by dispersing 50 parts by mass of the positive electrode active material particles in 53.7 parts by mass of the first coating liquid. A spray dryer "Product name Mini Spray Dryer B-290" (hereinafter the same) manufactured by BUCHI was prepared. The suspension was supplied to the spray dryer to produce a powder of composite particles. The supply air temperature of the spray dryer was 200° C., and the supply air volume was 0.45 m 3 /min. The composite particles were heat-treated in air. The heat treatment temperature was 200° C. The heat treatment time was 5 hours. It is considered that the coating film (first layer) of No. 1 contains a phosphorus compound (PO x1 ) [see the above formula (3)].
下記材料が準備された。
硫化物固体電解質:10LiI-15LiBr-75Li3PS4
導電材:VGCF
バインダ:SBR
分散媒:ヘプタン
正極集電体:Al箔
The following materials were prepared:
Sulfide solid electrolyte: 10LiI-15LiBr-75Li 3 PS 4
Conductive material: VGCF
Binder: SBR
Dispersion medium: heptane Positive electrode current collector: Al foil
複合粒子と、硫化物固体電解質と、導電材と、バインダと、分散媒とが混合されることにより、正極スラリーが準備された。複合粒子と硫化物固体電解質との混合比は「複合粒子/硫化物固体電解質=6/4(体積比)」であった。導電材の配合量は、100質量部の複合粒子に対して3質量部であった。バインダの配合量は、100質量部の複合粒子に対して3質量部であった。超音波ホモジナイザーにより、正極スラリーが十分攪拌された。正極スラリーが正極集電体の表面に塗工されることにより、塗膜が形成された。ホットプレートにより、塗膜が100℃で30分間乾燥された。これにより正極原反が製造された。正極原反から、円盤状の正極が切り出された。正極の面積は1cm2であった。 The composite particles, the sulfide solid electrolyte, the conductive material, the binder, and the dispersion medium were mixed to prepare a positive electrode slurry. The mixing ratio of the composite particles and the sulfide solid electrolyte was "composite particles/sulfide solid electrolyte = 6/4 (volume ratio)". The amount of the conductive material was 3 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the composite particles. The amount of the binder was 3 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the composite particles. The positive electrode slurry was sufficiently stirred by an ultrasonic homogenizer. The positive electrode slurry was applied to the surface of the positive electrode current collector to form a coating film. The coating film was dried at 100 ° C. for 30 minutes by a hot plate. This produced a positive electrode raw sheet. A disk-shaped positive electrode was cut out from the positive electrode raw sheet. The area of the positive electrode was 1 cm 2 .
負極およびセパレータ層が準備された。負極活物質粒子は黒鉛であった。正極、セパレータ層および負極の間で、同種の硫化物固体電解質が使用された。筒状治具内において、正極とセパレータ層と負極とが積層されることにより、積層体が形成された。積層体がプレスされることにより、発電要素が形成された。発電要素に端子が接続されることにより、全固体電池が形成された。 A negative electrode and a separator layer were prepared. The negative electrode active material particles were graphite. The same type of sulfide solid electrolyte was used between the positive electrode, the separator layer, and the negative electrode. A laminate was formed by stacking the positive electrode, the separator layer, and the negative electrode in a cylindrical jig. A power generating element was formed by pressing the laminate. A terminal was connected to the power generating element to form an all-solid-state battery.
《No.2》
No.2においては、正極活物質粒子に対して1回のコーティング処理が実施された。
"No. 2"
In No. 2, the positive electrode active material particles were subjected to a single coating treatment.
166質量部のイオン交換水に、6.7質量部のホウ酸(ナカライテスク社製)が溶解されることにより、第2コーティング液(ホウ酸溶液)が準備された。第1コーティング液(リン酸溶液)に代えて、第2コーティング液が使用されることを除いては、No.1と同様に、複合粒子、正極および全固体電池が製造された。No.2のコーティング膜(第2層)は、ホウ素化合物(BOx2)を含むと考えられる〔上記式(4)参照〕。 A second coating liquid (boric acid solution) was prepared by dissolving 6.7 parts by mass of boric acid (manufactured by Nacalai Tesque, Inc.) in 166 parts by mass of ion-exchanged water. Except that the second coating liquid was used instead of the first coating liquid (phosphoric acid solution), composite particles, a positive electrode, and an all-solid-state battery were manufactured in the same manner as in No. 1. The coating film (second layer) of No. 2 is considered to contain a boron compound (BO x2 ) [see formula (4) above].
《No.3》
No.3においては、1種類のコーティング液により、正極活物質粒子に対して2回のコーティング処理が実施された。
"No. 3"
In No. 3, the positive electrode active material particles were subjected to two coating treatments using one type of coating liquid.
正極活物質粒子として、LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2が準備された。50質量部の正極活物質粒子の粉末が、26.9質量部の第1コーティング液(リン酸溶液)に分散されることにより、懸濁液が準備された。懸濁液がスプレードライヤーに供給されることにより、第1複合粒子の粉末が製造された。スプレードライヤーの給気温度は200℃であり、給気風量は0.45m3/minであった。 LiNi1 / 3Co1 / 3Mn1 / 3O2 was prepared as the positive electrode active material particles. 50 parts by mass of the positive electrode active material particles powder was dispersed in 26.9 parts by mass of a first coating liquid (phosphoric acid solution) to prepare a suspension. The suspension was supplied to a spray dryer to produce a powder of the first composite particles. The supply air temperature of the spray dryer was 200°C, and the supply air volume was 0.45 m3 /min.
50質量部の第1複合粒子の粉末が、26.9質量部の第1コーティング液(リン酸溶液)に分散されることにより、懸濁液が準備された。懸濁液がスプレードライヤーに供給されることにより、第2複合粒子の粉末が製造された。スプレードライヤーの給気温度は200℃であり、給気風量は0.45m3/minであった。第2複合粒子が空気中で熱処理された。熱処理温度は200℃であった。熱処理時間は5時間であった。これ以降、No.1と同様に、正極および全固体電池が製造された。 A suspension was prepared by dispersing 50 parts by mass of the powder of the first composite particles in 26.9 parts by mass of the first coating liquid (phosphoric acid solution). The suspension was supplied to a spray dryer to produce a powder of the second composite particles. The supply air temperature of the spray dryer was 200° C., and the supply air volume was 0.45 m 3 /min. The second composite particles were heat-treated in air. The heat treatment temperature was 200° C. The heat treatment time was 5 hours. After this, a positive electrode and an all-solid-state battery were manufactured in the same manner as in No. 1.
《No.4》
No.4においては、1種類のコーティング液により、正極活物質粒子に対して2回のコーティング処理が実施された。
"No. 4"
In No. 4, the positive electrode active material particles were subjected to two coating treatments using one type of coating liquid.
第1コーティング液(リン酸溶液)に代えて、第2コーティング液(ホウ酸溶液)が使用されることを除いては、No.3と同様に、第2複合粒子、正極および全固体電池が製造された。 A second composite particle, a positive electrode, and an all-solid-state battery were manufactured in the same manner as in No. 3, except that a second coating liquid (boric acid solution) was used instead of the first coating liquid (phosphoric acid solution).
《No.5》
No.5においては、2種類のコーティング液により、正極活物質粒子に対して2回のコーティング処理が実施された。
"No. 5"
In No. 5, the positive electrode active material particles were subjected to two coating treatments using two different coating solutions.
正極活物質粒子として、LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2が準備された。50質量部の正極活物質粒子の粉末が、26.9質量部の第2コーティング液(ホウ酸溶液)に分散されることにより、懸濁液が準備された。懸濁液がスプレードライヤーに供給されることにより、第1複合粒子の粉末が製造された。スプレードライヤーの給気温度は200℃であり、給気風量は0.45m3/minであった。 LiNi1 / 3Co1 / 3Mn1 / 3O2 was prepared as the positive electrode active material particles. 50 parts by mass of the positive electrode active material particles powder was dispersed in 26.9 parts by mass of the second coating liquid (boric acid solution) to prepare a suspension. The suspension was supplied to a spray dryer to produce a powder of the first composite particles. The supply air temperature of the spray dryer was 200°C, and the supply air volume was 0.45 m3 /min.
50質量部の第1複合粒子の粉末が、26.9質量部の第1コーティング液(リン酸溶液)に分散されることにより、懸濁液が準備された。懸濁液がスプレードライヤーに供給されることにより、第2複合粒子の粉末が製造された。スプレードライヤーの給気温度は200℃であり、給気風量は0.45m3/minであった。第2複合粒子が空気中で熱処理された。熱処理温度は200℃であった。熱処理時間は5時間であった。これ以降、No.1と同様に、正極および全固体電池が製造された。 A suspension was prepared by dispersing 50 parts by mass of the powder of the first composite particles in 26.9 parts by mass of the first coating liquid (phosphoric acid solution). The suspension was supplied to a spray dryer to produce a powder of the second composite particles. The supply air temperature of the spray dryer was 200° C., and the supply air volume was 0.45 m 3 /min. The second composite particles were heat-treated in air. The heat treatment temperature was 200° C. The heat treatment time was 5 hours. After this, a positive electrode and an all-solid-state battery were manufactured in the same manner as in No. 1.
《No.6》
No.6においては、2種類のコーティング液により、正極活物質粒子に対して2回のコーティング処理が実施された。No.6は、No.5とコーティング液の使用順序が異なる。
"No. 6"
In No. 6, the positive electrode active material particles were coated twice with two types of coating liquid. No. 6 differs from No. 5 in the order of using the coating liquids.
正極活物質粒子として、LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2が準備された。50質量部の正極活物質粒子の粉末が、26.9質量部の第1コーティング液(リン酸溶液)に分散されることにより、懸濁液が準備された。懸濁液がスプレードライヤーに供給されることにより、第1複合粒子の粉末が製造された。スプレードライヤーの給気温度は200℃であり、給気風量は0.45m3/minであった。 LiNi1 / 3Co1 / 3Mn1 / 3O2 was prepared as the positive electrode active material particles. 50 parts by mass of the positive electrode active material particles powder was dispersed in 26.9 parts by mass of a first coating liquid (phosphoric acid solution) to prepare a suspension. The suspension was supplied to a spray dryer to produce a powder of the first composite particles. The supply air temperature of the spray dryer was 200°C, and the supply air volume was 0.45 m3 /min.
50質量部の第1複合粒子の粉末が、26.9質量部の第2コーティング液(ホウ酸溶液)に分散されることにより、懸濁液が準備された。懸濁液がスプレードライヤーに供給されることにより、第2複合粒子の粉末が製造された。スプレードライヤーの給気温度は200℃であり、給気風量は0.45m3/minであった。第2複合粒子が空気中で熱処理された。熱処理温度は200℃であった。熱処理時間は5時間であった。これ以降、No.1と同様に、正極および全固体電池が製造された。 A suspension was prepared by dispersing 50 parts by mass of the powder of the first composite particles in 26.9 parts by mass of the second coating liquid (boric acid solution). The suspension was supplied to a spray dryer to produce a powder of the second composite particles. The supply air temperature of the spray dryer was 200° C., and the supply air volume was 0.45 m 3 /min. The second composite particles were heat-treated in air. The heat treatment temperature was 200° C. The heat treatment time was 5 hours. Thereafter, a positive electrode and an all-solid-state battery were manufactured in the same manner as in No. 1.
<評価>
全固体電池の初期抵抗が測定された。測定結果は、下記表1に示される。下記表1の初期抵抗は相対値である。No.5の初期抵抗の値が基準(1.0)である。その他の試料の初期抵抗は、基準に対する比で表される。
<Evaluation>
The initial resistance of the all-solid-state battery was measured. The measurement results are shown in Table 1 below. The initial resistance in Table 1 below is a relative value. The initial resistance value of No. 5 is the reference (1.0). The initial resistances of the other samples are expressed as a ratio to the reference.
<結果>
リン化合物と、ホウ素化合物との間では、被覆率に差があるものの、初期抵抗は略同等である(No.1、2)。
<Results>
Although there is a difference in coverage between the phosphorus compound and the boron compound, the initial resistance is approximately the same (Nos. 1 and 2).
1種類のコーティング液で2回コーティング処理を行うことにより、僅かに被覆率が上昇する傾向がみられる。しかし初期抵抗は殆ど変化していない(No.3、4)。 By performing the coating process twice with one type of coating solution, there is a tendency for the coverage rate to increase slightly. However, there is almost no change in the initial resistance (No. 3, 4).
互いに異なる2種類のコーティング液により、2回コーティング処理を行うことにより、被覆率が顕著に向上し、かつ初期抵抗が低減する傾向がみられる(No.5、6)。第1層(リン化合物)と第2層(ホウ素化合物)との間における、何らかの相互作用により、相乗効果が得られていると考えられる。 By performing the coating process twice using two different types of coating liquid, the coverage rate significantly improved and the initial resistance tended to decrease (No. 5, 6). It is believed that some kind of interaction between the first layer (phosphorus compound) and the second layer (boron compound) produced a synergistic effect.
本実施形態および本実施例は、全ての点で例示である。本実施形態および本実施例は、制限的ではない。本開示の技術的範囲は、特許請求の範囲の記載と均等の意味および範囲内における全ての変更を包含する。例えば、本実施形態および本実施例から、任意の構成が抽出され、それらが任意に組み合わされることも当初から予定されている。 The present embodiment and the present examples are illustrative in all respects. The present embodiment and the present examples are not limiting. The technical scope of the present disclosure includes all modifications within the meaning and scope equivalent to the description of the claims. For example, it is contemplated from the beginning that any configuration may be extracted from the present embodiment and the present examples and that they may be combined in any desired manner.
100 複合粒子、110 正極活物質粒子、120 コーティング膜、121 第1層、122 第2層、200 全固体電池、210 正極、220 負極、230 セパレータ層、250 発電要素。 100 Composite particle, 110 Positive electrode active material particle, 120 Coating film, 121 First layer, 122 Second layer, 200 All-solid-state battery, 210 Positive electrode, 220 Negative electrode, 230 Separator layer, 250 Power generating element.
Claims (7)
コーティング膜と、
を含み、
前記コーティング膜は、前記正極活物質粒子の表面の少なくとも一部を被覆しており、
前記コーティング膜は、第1層と第2層とを含み、
前記第1層は、リン化合物を含み、
前記第2層は、ホウ素化合物を含み、
前記コーティング膜は、第2積層部を含み、
前記第2積層部においては、前記第2層が、前記正極活物質粒子と前記第1層との間に介在している、
複合粒子。 Positive electrode active material particles;
A coating film;
Including,
the coating film covers at least a part of the surface of the positive electrode active material particle,
The coating film includes a first layer and a second layer,
the first layer comprises a phosphorus compound;
the second layer includes a boron compound;
The coating film includes a second laminated portion,
In the second laminated portion, the second layer is interposed between the positive electrode active material particles and the first layer.
Composite particles.
前記被覆率は、X線光電子分光法により測定される、
請求項1に記載の複合粒子。 A coverage rate of 95% or more;
The coverage is measured by X-ray photoelectron spectroscopy.
The composite particle according to claim 1 .
正極。 The composite particle according to claim 1 or 2 and a sulfide solid electrolyte are included.
Positive electrode.
全固体電池。 The positive electrode according to claim 3 ,
All-solid-state battery.
(b)前記正極活物質粒子の表面にコーティング膜を形成することにより、複合粒子を製造すること、
を含み、
前記(b)は、
(b1)第1コーティング液を乾燥することにより、第1層を形成すること、および
(b2)第2コーティング液を乾燥することにより、第2層を形成すること、
を含み、
前記第1層は、リン化合物を含み、
前記第2層は、ホウ素化合物を含む、
複合粒子の製造方法。 (a) preparing positive electrode active material particles; and (b) forming a coating film on the surfaces of the positive electrode active material particles to produce composite particles.
Including,
The (b) is
(b1) drying a first coating liquid to form a first layer; and (b2) drying a second coating liquid to form a second layer.
Including,
the first layer comprises a phosphorus compound;
The second layer includes a boron compound.
A method for producing composite particles.
前記第1積層部においては、前記第1層が、前記正極活物質粒子と前記第2層との間に介在している、
請求項5に記載の複合粒子の製造方法。 The coating film is formed to include a first laminated portion,
In the first laminated portion, the first layer is interposed between the positive electrode active material particles and the second layer.
The method for producing composite particles according to claim 5 .
前記第2積層部においては、前記第2層が、前記正極活物質粒子と前記第1層との間に介在している、
請求項5に記載の複合粒子の製造方法。 The coating film is formed to include a second laminated portion,
In the second laminated portion, the second layer is interposed between the positive electrode active material particles and the first layer.
The method for producing composite particles according to claim 5 .
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