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JP7660807B2 - All-solid-state chloride ion battery and method for producing same - Google Patents
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All-solid-state chloride ion battery and method for producing same Download PDF

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特許法第30条第2項適用 特許法第30条第2項適用、第61回電池討論会公園予稿集、発明者による全固体塩化物イオン電池及びその製造方法の公開(令和2年11月11日)Patent Law Article 30, Paragraph 2 Applies Patent Law Article 30, Paragraph 2 Applies, 61st Battery Symposium Koen Proceedings, Disclosure of All-Solid-State Chloride Ion Battery and Its Manufacturing Method by Inventor (November 11, 2020)

特許法第30条第2項適用 特許法第30条第2項適用、第61回電池討論会(オンライン討論会)、発明者による全固体塩化物イオン電池及びその製造方法の公開(令和2年11月20日)Patent Law Article 30, Paragraph 2 Applies Patent Law Article 30, Paragraph 2 Applies, 61st Battery Symposium (online symposium), Inventor discloses all-solid-state chloride ion battery and its manufacturing method (November 20, 2020)

本発明は、全固体塩化物イオン電池およびその製造方法に関する。 The present invention relates to an all-solid-state chloride ion battery and a method for manufacturing the same.

リチウムイオン電池は、Liをキャリアとして用いる電池であり、高電圧が特徴である。一方で、F等のハロゲン化物イオンをキャリアとして用いるハロゲン化物イオン電池は、理論的には、現行のリチウムイオン電池よりも1.5~3倍のエネルギー密度を持つと言われており、ポストリチウムイオン電池の有力な候補として期待されている。その中でも、資源量豊富な塩化物を用いた塩化物イオン電池は、コストパフォーマンスに優れるという利点も兼ね備えている。 Lithium ion batteries use Li + as a carrier and are characterized by their high voltage. On the other hand, halide ion batteries that use halide ions such as F - as a carrier are said to have theoretically 1.5 to 3 times the energy density of current lithium ion batteries, and are expected to be a promising candidate for post-lithium ion batteries. Among them, chloride ion batteries, which use chlorides, which are abundant resources, also have the advantage of excellent cost performance.

例えば、非特許文献1には、正極にBiCl、非水系電解質に1M[OMIM]Cl in [BMIM]BF、負極にLiを用いた塩化物イオン電池の充放電プロファイルが報告されている([OMIM]Clは1-メチル-3-オクチルイミダゾリウムクロリドの略称で、[BMIM]BFは、1-ブチル-3-メチルイミダゾリウムテトラフルオロボラートの略称である)。理論容量は255mAh/gであり、初回容量は約180mAh/gであったことが記載されている。 For example, Non-Patent Document 1 reports the charge/discharge profile of a chloride ion battery using BiCl 3 for the positive electrode, 1M [OMIM]Cl in [BMIM]BF 4 for the non-aqueous electrolyte, and Li for the negative electrode ([OMIM]Cl is an abbreviation for 1-methyl-3-octylimidazolium chloride, and [BMIM]BF 4 is an abbreviation for 1-butyl-3-methylimidazolium tetrafluoroborate). It states that the theoretical capacity was 255 mAh/g and the initial capacity was about 180 mAh/g.

X. Zhao, S. Ren, M. Bruns, and M. Fichtner, “Chloride ion battery: A new member in the rechargeable battery family”, J. Power Sources, 2014, 245, pp.706-711.X. Zhao, S. Ren, M. Bruns, and M. Fichtner, “Chloride ion battery: A new member in the rechargeable battery family”, J. Power Sources, 2014, 245, pp.706-711.

しかしながら、非特許文献1に記載された充放電プロファイルによれば、この非水系の塩化物イオン電池では、3サイクル目で初回可逆容量の約50%まで低下してしまっている。これは、塩化物イオン電池の電極材料に用いられる金属塩化物は、イオン結合性のため、基本的に極性溶媒に対する溶解性が高く、サイクル特性に乏しいという問題があった。 However, according to the charge/discharge profile described in Non-Patent Document 1, in this non-aqueous chloride ion battery, the initial reversible capacity drops to about 50% at the third cycle. This is because the metal chlorides used in the electrode materials of chloride ion batteries have ionic bonds, and therefore are basically highly soluble in polar solvents, resulting in poor cycle characteristics.

そこで本発明は、上記の問題点に鑑み、サイクル特性が向上された充放電可能な全固体塩化物イオン電池およびその製造方法を提供することを目的とする。 In view of the above problems, the present invention aims to provide a chargeable and dischargeable all-solid-state chloride ion battery with improved cycle characteristics and a method for manufacturing the same.

上記の目的を達成するために、本発明は、その一態様として、正極層と、負極層と、前記正極層と前記負極層との間に配置された固体電解質層とを備える全固体塩化物イオン電池であって、前記固体電解質層は、Pb1-XCl2-X(式中、Mは、Na、K及びRbから成る群から選ばれた一以上のアルカリ金属元素であり、Xは、0<X<1を満たす数である)で表される化合物を含むものである。 In order to achieve the above object, one aspect of the present invention provides an all-solid-state chloride ion battery including a positive electrode layer, a negative electrode layer, and a solid electrolyte layer disposed between the positive electrode layer and the negative electrode layer, the solid electrolyte layer containing a compound represented by Pb1 - XMxCl2 -X (wherein M is one or more alkali metal elements selected from the group consisting of Na, K, and Rb, and X is a number satisfying 0<X<1).

また、本発明は、別の態様として、全固体塩化物イオン電池の製造方法であって、PbClとMCl(Mは、Na、K及びRbから成る群から選ばれた一以上のアルカリ金属元素である)とを含有する混合物にメカニカルミリング処理を施して、固体電解質を得る工程と、正極材料と、負極材料との間に、前記固体電解質を配置した状態で押圧する工程であって、正極層と負極層と前記正極層と前記負極層との間に配置された固体電解質層とを備える全固体塩化物イオン電池を得る、工程とを含む。 In addition, as another aspect, the present invention provides a method for producing an all-solid-state chloride ion battery, the method including the steps of: subjecting a mixture containing PbCl2 and MCl (M is one or more alkali metal elements selected from the group consisting of Na, K, and Rb) to a mechanical milling process to obtain a solid electrolyte; and pressing the solid electrolyte between a positive electrode material and a negative electrode material, thereby obtaining an all-solid-state chloride ion battery including a positive electrode layer, a negative electrode layer, and a solid electrolyte layer disposed between the positive electrode layer and the negative electrode layer.

このように本発明によれば、PbClにMClをドープしたPb1-XCl2-Xで表される化合物を、固体電解質に採用し、全固体塩化物イオン電池として構成することで、サイクル特性が向上された充放電可能な全固体塩化物イオン電池およびその製造方法を提供することができる。 As described above, according to the present invention, by employing a compound represented by Pb1 - XM2Cl2 -X, which is obtained by doping PbCl2 with MCl, as a solid electrolyte and configuring an all-solid-state chloride ion battery, it is possible to provide a chargeable and dischargeable all-solid-state chloride ion battery with improved cycle characteristics and a method for producing the same.

本発明に係る全固体塩化物イオン電池の一実施の形態を模式的に示す断面である。1 is a cross-sectional view showing a schematic diagram of an embodiment of an all-solid-state chloride ion battery according to the present invention. 本発明に係る全固体塩化物イオン電池の製造方法の一実施の形態の一部を示すフロー図である。FIG. 1 is a flow chart showing a part of an embodiment of a method for producing an all-solid-state chloride ion battery according to the present invention. 本発明に係る全固体塩化物イオン電池に用いる固体電解質の例と、参照化合物とのXRDパターンである。1 shows XRD patterns of an example of a solid electrolyte used in an all-solid-state chloride ion battery according to the present invention and a reference compound. 交流インピーダンス試験で使用したHSセルを模式的に示す分解斜視図である。FIG. 2 is an exploded perspective view showing a schematic diagram of an HS cell used in an AC impedance test. 図4のHSセルに挿入した試料を模式的に示す断面図である。FIG. 5 is a cross-sectional view showing a schematic diagram of a sample inserted into the HS cell of FIG. 4. 交流インピーダンス試験の結果を示すグラフである。1 is a graph showing the results of an AC impedance test. 充放電試験に用いたPEEKセルを模式的に示す分解斜視図である。FIG. 2 is an exploded perspective view showing a typical example of a PEEK cell used in a charge/discharge test. 実施例の全固体塩化物イオン電池の充放電曲線を示すグラフである。1 is a graph showing charge/discharge curves of the all-solid-state chloride ion battery of the example. 実施例の全固体塩化物イオン電池および参考例の非水系の塩化物イオン電池のサイクル特性を示すグラフである。1 is a graph showing cycle characteristics of an all-solid-state chloride ion battery of an example and a nonaqueous chloride ion battery of a reference example.

以下、添付の図面を参照して、本発明に係る全固体塩化物イオン電池およびその製造方法の一実施の形態について、詳細に説明する。 Below, an embodiment of the all-solid-state chloride ion battery and its manufacturing method according to the present invention will be described in detail with reference to the attached drawings.

本実施の形態の全固体塩化物イオン電池10は、図1に示すように、正極層13と、負極層11と、正極層と負極層との間に配置された固体電解質層12とを備える。固体電解質層12は、Pb1-XCl2-X(式中、Mは、Na、K及びRbから成る群から選ばれた一以上のアルカリ金属元素であり、Xは、0<X<1を満たす数である)で表される化合物を含む。また、任意に、正極層の外側、すなわち、固体電解質層とは反対側に、保護層14を更に備えてもよい。各層について、詳細に説明する。 As shown in Fig. 1, the all-solid-state chloride ion battery 10 of this embodiment includes a positive electrode layer 13, a negative electrode layer 11, and a solid electrolyte layer 12 disposed between the positive electrode layer and the negative electrode layer. The solid electrolyte layer 12 includes a compound represented by Pb1 - XMxCl2 -X (wherein M is one or more alkali metal elements selected from the group consisting of Na, K, and Rb, and X is a number satisfying 0<X<1). Optionally, the battery may further include a protective layer 14 on the outside of the positive electrode layer, i.e., on the side opposite to the solid electrolyte layer. Each layer will be described in detail.

固体電解質層12は、固体電解質としてPb1-XCl2-Xで表される化合物を含み、これは塩化鉛(PbCl)にアルカリ金属の塩化物(MCl)がドープされたものである。固体電解質としてPbClを用いることで、正極層13の正極活物質(BiClなど)の溶出を抑制しつつ、更にこれにMClをドープしたことにより、全固体塩化物イオン電池10のサイクル特性を向上させることができる。これは、推測であるが、MClのドープによって、PbClの結晶構造のClサイトに空孔が形成され、Clのイオン伝導度が向上したため、サイクル特性が向上したと考えられる。 The solid electrolyte layer 12 contains a compound represented by Pb1 - XMxCl2 -X as a solid electrolyte, which is lead chloride ( PbCl2 ) doped with an alkali metal chloride (MCl). By using PbCl2 as a solid electrolyte, it is possible to suppress the elution of the positive electrode active material ( BiCl3 , etc.) of the positive electrode layer 13, and by further doping it with MCl, it is possible to improve the cycle characteristics of the all-solid-state chloride ion battery 10. This is speculation, but it is believed that the doping with MCl forms vacancies in the Cl - sites of the crystal structure of PbCl2 , improving the ionic conductivity of Cl- , and thus improving the cycle characteristics.

ドープに用いるアルカリ金属の塩化物(MCl)は、ナトリウム(Na)、カリウム(K)、ルビジウム(Rb)の各塩化物またはこれら塩化物の組み合わせであれば、上記の通りにPbClの結晶構造のClサイトに空孔が形成され、Clのイオン伝導度を向上させることができる。MClのドープ量を表す上記式中のXは、例えば、0.01≦X≦0.1を満たす数が好ましく、0.01≦X≦0.03を満たす数がより好ましい。 If the alkali metal chloride (MCl) used for doping is a chloride of sodium (Na), potassium (K), rubidium (Rb), or a combination of these chlorides, vacancies are formed in the Cl- site of the crystal structure of PbCl2 as described above, and the ionic conductivity of Cl- can be improved. X in the above formula representing the doping amount of MCl is preferably a number that satisfies, for example, 0.01≦X≦0.1, and more preferably a number that satisfies, for example, 0.01≦X≦0.03.

固体電解質層12は、固体電解質粒子を加圧成形することにより得られる圧粉体であることが好ましい。固体電解質粒子は、焼結されたものではなく、また塩化物であることから可塑性に優れた柔らかい材料であり、加圧成形することにより粒子間が互いに密着するとともに、隣接する正極層13及び負極層11とも密着することができる。 The solid electrolyte layer 12 is preferably a green compact obtained by pressure molding solid electrolyte particles. The solid electrolyte particles are not sintered, and because they are chlorides, they are a soft material with excellent plasticity. By pressure molding, the particles can adhere to each other and also to the adjacent positive electrode layer 13 and negative electrode layer 11.

固体電解質層12の厚さは1μm以上が好ましく、100μm以上がより好ましい。一方、固体電解質層12の厚さは、1000μm以下が好ましく、500μm以下がより好ましい。 The thickness of the solid electrolyte layer 12 is preferably 1 μm or more, and more preferably 100 μm or more. On the other hand, the thickness of the solid electrolyte layer 12 is preferably 1000 μm or less, and more preferably 500 μm or less.

正極層13は、少なくとも正極活物質を含有する電極合材を含む。正極活物質としては、金属塩化物が好ましく、例えば、塩化ビスマス(BiCl)、塩化ガリウム(GaCl)、塩化インジウム(InCl)などの貧金属の塩化物、塩化銅(CuCl)、塩化銀(AgCl)などの貴金属の塩化物、塩化ニッケル(NiCl)、塩化コバルト(CoCl)、塩化鉄(FeCl)の鉄族元素の塩化物、その他、塩化バナジウム(VCl)が挙げられる。 The positive electrode layer 13 includes an electrode mixture containing at least a positive electrode active material. The positive electrode active material is preferably a metal chloride, and examples of the positive electrode active material include chlorides of poor metals such as bismuth chloride (BiCl 3 ), gallium chloride (GaCl 3 ), and indium chloride (InCl 3 ), chlorides of precious metals such as copper chloride (CuCl) and silver chloride (AgCl), chlorides of iron group elements such as nickel chloride (NiCl 2 ), cobalt chloride (CoCl 2 ), and iron chloride (FeCl 2 ), and vanadium chloride (VCl 3 ).

正極層13の電極合材は、一般にはイオン伝導性を示さないため、固体電解質を含んでもよい。正極層13の電極合材に用いる固体電解質としては、固体電解質層12と同様に、Pb1-XCl2-X(式中、Mは、Na、K及びRbから成る群から選ばれた一以上のアルカリ金属元素であり、Xは、0<X<1を満たす数である)で表される化合物が好ましい。その他、固体電解質として、例えば、SnClや、SrCl、BaClなどを用いてもよい。 The electrode mixture of the positive electrode layer 13 generally does not exhibit ion conductivity, and may therefore contain a solid electrolyte. As the solid electrolyte used for the electrode mixture of the positive electrode layer 13, a compound represented by Pb 1-X M X Cl 2-X (wherein M is one or more alkali metal elements selected from the group consisting of Na, K, and Rb, and X is a number satisfying 0<X<1) is preferred, as with the solid electrolyte layer 12. Other examples of the solid electrolyte that may be used include SnCl 2 , SrCl 2 , and BaCl 2 .

正極層13の電極合材における固体電解質の割合は、正極活物質100質量部に対して、50質量部以上が好ましく、100質量部以上がより好ましい。一方、電極合材における固体電解質の割合は、200質量部以下が好ましく、150質量部以下がより好ましい。 The proportion of solid electrolyte in the electrode mixture of the positive electrode layer 13 is preferably 50 parts by mass or more, and more preferably 100 parts by mass or more, per 100 parts by mass of the positive electrode active material. On the other hand, the proportion of solid electrolyte in the electrode mixture is preferably 200 parts by mass or less, and more preferably 150 parts by mass or less.

正極層13の電極合材は、一般に電子伝導性を有さないため、導電剤を含んでもよい。導電剤としては、例えば、炭素材料や金属化合物などを用いてもよい。炭素材料としては、例えば、カーボンブラック(例えばアセチレンブラックや、ケッチェンブラック、ファーネスブラックなど)や、グラファイト粉末、繊維状炭素材料などが挙げられる。金属化合物としては、例えば、電子伝導性を有する金属、金属合金、金属酸化物が挙げられる。 The electrode mixture of the positive electrode layer 13 generally does not have electronic conductivity, and may therefore contain a conductive agent. Examples of the conductive agent include carbon materials and metal compounds. Examples of the carbon material include carbon black (e.g., acetylene black, ketjen black, furnace black, etc.), graphite powder, and fibrous carbon materials. Examples of the metal compound include metals, metal alloys, and metal oxides that have electronic conductivity.

正極層13の電極合材における導電剤の割合は、炭素材料の場合、正極活物質100質量部に対して、10質量部以上が好ましく、30質量部以上がより好ましい。一方、電極合材における導電剤の割合は、100質量部以下が好ましく、50質量部以下がより好ましい。 In the case of a carbon material, the proportion of the conductive agent in the electrode mixture of the positive electrode layer 13 is preferably 10 parts by mass or more, and more preferably 30 parts by mass or more, per 100 parts by mass of the positive electrode active material. On the other hand, the proportion of the conductive agent in the electrode mixture is preferably 100 parts by mass or less, and more preferably 50 parts by mass or less.

正極層13は、電極合材粒子を加圧成形することにより得られる圧粉体であることが好ましい。電極合材粒子は、焼結されたものではなく、また、塩化物を含むことから可塑性に優れた柔らかい材料であり、加圧成形することにより粒子間が互いに密着するとともに、隣接する固体電解質層12とも密着することができる。 The positive electrode layer 13 is preferably a compact obtained by pressure molding electrode mixture particles. The electrode mixture particles are not sintered, and since they contain chlorides, they are a soft material with excellent plasticity. By pressure molding, the particles can adhere to each other and also to the adjacent solid electrolyte layer 12.

正極層13の厚さは、1μm以上が好ましく、100μm以上がより好ましい。一方、正極層13の厚さは、1000μm以下が好ましく、500μm以下がより好ましい。 The thickness of the positive electrode layer 13 is preferably 1 μm or more, and more preferably 100 μm or more. On the other hand, the thickness of the positive electrode layer 13 is preferably 1000 μm or less, and more preferably 500 μm or less.

負極層11は、少なくとも負極活物質を含む。負極活物質としては、正極活物質よりも低い電位を有する活物質が用いられる。このような活物質としては、例えば、鉛(Pb)やスズ(Sn)などの金属単体、合金、その酸化物、およびその塩化物が挙げられる。 The negative electrode layer 11 contains at least a negative electrode active material. As the negative electrode active material, an active material having a lower potential than the positive electrode active material is used. Examples of such active materials include simple metals such as lead (Pb) and tin (Sn), alloys, oxides thereof, and chlorides thereof.

負極層11は、負極活物質粒子を加圧成形することにより得られる圧粉体であってもよいし、負極活物質の箔または板であってもよい。負極層11の厚さは、1μm以上が好ましく、100μm以上がより好ましい。一方、負極層11の厚さは、1000μm以下が好ましく、500μm以下がより好ましい。 The negative electrode layer 11 may be a compact obtained by pressure molding negative electrode active material particles, or may be a foil or plate of negative electrode active material. The thickness of the negative electrode layer 11 is preferably 1 μm or more, and more preferably 100 μm or more. On the other hand, the thickness of the negative electrode layer 11 is preferably 1000 μm or less, and more preferably 500 μm or less.

保護層14は、任意に設けることができる層であり、保護層14によって集電体と電極合材の接触を防ぎ、両者の反応を抑制するため、サイクル特性を更に向上させることができる。保護層14は、固体電解質と導電剤とを含有する保護材料を含むことが好ましい。保護材料に用いる固体電解質としては、固体電解質層12と同様に、Pb1-XCl2-X(式中、Mは、Na、K及びRbから成る群から選ばれた一以上のアルカリ金属元素であり、Xは、0<X<1を満たす数である)で表される化合物が好ましい。その他、固体電解質として、例えば、SnClや、SrCl、BaClなどを用いてもよい。また、保護材料に用いる導電剤としては、正極層13の電極合材と同様の炭素材料および金属化合物を用いてもよい。 The protective layer 14 is a layer that can be provided arbitrarily, and the protective layer 14 prevents contact between the current collector and the electrode mixture and suppresses the reaction between them, thereby further improving the cycle characteristics. The protective layer 14 preferably includes a protective material containing a solid electrolyte and a conductive agent. As the solid electrolyte used for the protective material, a compound represented by Pb 1-X M X Cl 2-X (wherein M is one or more alkali metal elements selected from the group consisting of Na, K, and Rb, and X is a number satisfying 0<X<1) is preferable, as with the solid electrolyte layer 12. In addition, for example, SnCl 2 , SrCl 2 , BaCl 2 , etc. may be used as the solid electrolyte. In addition, as the conductive agent used for the protective material, a carbon material and a metal compound similar to those of the electrode mixture of the positive electrode layer 13 may be used.

保護層14は、保護材料粒子を加圧成形することにより得られる圧粉体であることが好ましい。保護層14は電池の充放電容量に関与しないため、その厚さは薄い方が好ましく、500μm以下が好ましく、100μm以下がより好ましい。厚さの下限は、特に限定されないが、例えば、1μm以上が好ましい。 The protective layer 14 is preferably a green compact obtained by pressure molding protective material particles. Since the protective layer 14 does not affect the charge/discharge capacity of the battery, it is preferable that the thickness of the protective layer 14 is thin, preferably 500 μm or less, and more preferably 100 μm or less. There is no particular limit to the lower limit of the thickness, but for example, 1 μm or more is preferable.

このような構成の全固体塩化物イオン電池10によれば、固体電解質層12の固体電解質に、Pb1-XCl2-Xで表される化合物を用いたことから、正極層13のBiClなどの正極活物質の固体電解質層12への溶出を抑制することができるともに、固体電解質層12のイオン伝導度を向上し、全固体塩化物イオン電池10のサイクル特性を向上することができる。 In the all-solid-state chloride ion battery 10 having such a configuration, the compound represented by Pb1 - XMxCl2 -X is used for the solid electrolyte of the solid electrolyte layer 12. This makes it possible to suppress the elution of the positive electrode active material such as BiCl3 of the positive electrode layer 13 into the solid electrolyte layer 12, and also to improve the ionic conductivity of the solid electrolyte layer 12, thereby improving the cycle characteristics of the all-solid-state chloride ion battery 10.

次に、本実施の形態の全固体塩化物イオン電池の製造方法について説明する。本方法は、図2に示すように、固体電解質の2つの原料21a、21bとして、例えば、PbClとKClとを混合し、この混合物にメカニカルミリング処理を施して固体電解質23を得る第1のメカニカルミリング工程22と、正極材料と、負極材料との間に、固体電解質23を配置した状態で押圧して全固体塩化物イオン電池を得る押圧工程(図示省略)とを含む。 Next, a method for manufacturing the all-solid-state chloride ion battery according to the present embodiment will be described. As shown in Fig. 2, the method includes a first mechanical milling step 22 in which, for example, PbCl2 and KCl are mixed as two raw materials 21a and 21b of the solid electrolyte, and the mixture is subjected to mechanical milling to obtain a solid electrolyte 23, and a pressing step (not shown) in which the solid electrolyte 23 is placed between a positive electrode material and a negative electrode material and pressed to obtain an all-solid-state chloride ion battery.

本方法は、任意に、固体電解質23と導電剤24とを混合し、この混合物にメカニカルミリング処理を施して、固体電解質が導電剤でコートされた導電性コート材26を得る第2のメカニカルミリング工程25を更に含んでもよい。導電性コート材26は、保護層を形成するための保護材料として使用でき、押圧工程において、保護材料、正極材料、固体電解質、および負極材料の順に配置した状態で押圧することで、全固体塩化物イオン電池を得る。 Optionally, the method may further include a second mechanical milling step 25 in which the solid electrolyte 23 and the conductive agent 24 are mixed and the mixture is subjected to a mechanical milling process to obtain a conductive coating material 26 in which the solid electrolyte is coated with the conductive agent. The conductive coating material 26 can be used as a protective material for forming a protective layer, and in the pressing step, the protective material, the positive electrode material, the solid electrolyte, and the negative electrode material are arranged in this order and pressed to obtain an all-solid-state chloride ion battery.

また、本方法は、任意に、導電性コート材26と正極活物質27とを混合し、この混合物にメカニカルミリング処理を施して電極合材29を得る第3のメカニカルミリング工程28を更に含んでもよい。電極合材29は、押圧工程において、正極材料として用いる。上記の各工程について、詳細に説明する。 Optionally, the method may further include a third mechanical milling step 28 in which the conductive coating material 26 and the positive electrode active material 27 are mixed and the mixture is subjected to a mechanical milling process to obtain an electrode mixture 29. The electrode mixture 29 is used as a positive electrode material in the pressing step. Each of the above steps will be described in detail.

第1のメカニカルミリング工程22では、先ず、固体電解質としてPb1-XCl2-Xで表される化合物を得るために、その原料となるPbClとMClを、所望する組成となるように混合する。すなわち、mol比で、PbCl:MClが1-X:Xとなるように混合する。そして、PbClとMClの各粉末の混合物にメカニカルミリング処理を施すことで、Pb1-XCl2-Xで表される化合物の粉末を得ることができる。Xは、0<X<1を満たす数であり、例えば、図2に示すように、MClとしてKClを用い、X=0.02とする場合、PbClとKClを0.98:0.02のmol比で混合することで、Pb0.980.02Cl1.98の固体電解質23を得ることができる。 In the first mechanical milling step 22, first, in order to obtain a compound represented by Pb 1-X M X Cl 2-X as a solid electrolyte, the raw materials PbCl 2 and MCl are mixed to have a desired composition. That is, they are mixed so that the molar ratio of PbCl 2 : MCl is 1-X:X. Then, by subjecting the mixture of powders of PbCl 2 and MCl to mechanical milling, a powder of the compound represented by Pb 1-X M X Cl 2-X can be obtained. X is a number that satisfies 0<X<1. For example, as shown in FIG. 2, when KCl is used as MCl and X=0.02, a solid electrolyte 23 of Pb 0.98 K 0.02 Cl 1.98 can be obtained by mixing PbCl 2 and KCl in a molar ratio of 0.98:0.02.

メカニカルミリング処理としては、例えば、ボールミル、振動ミル、ターボミル、メカノフュージョン、ディスクミル等を用いることができる。メカニカルミリング処理の回転数および処理時間は、原料のPbClとMClの各粉末が、Pb1-XCl2-Xで表される化合物の粉末となるまで行えばよく、例えば、回転数は400~600rpmで、処理時間は3~12時間である。メカニカルミリング処理は、乾式で行ってもよいし、湿式で行ってもよい。 For example, a ball mill, a vibration mill, a turbo mill, a mechanofusion mill, a disk mill, etc. can be used for the mechanical milling process. The rotation speed and processing time of the mechanical milling process may be such that the raw material PbCl2 and MCl powders are converted into powders of the compound represented by Pb1- XMxCl2 -X , and for example, the rotation speed is 400 to 600 rpm and the processing time is 3 to 12 hours. The mechanical milling process may be performed in a dry or wet manner.

第2のメカニカルミリング工程25では、先ず、固体電解質23と導電剤24とを混合する。固体電解質23は、図2に示すように、第1のメカニカルミリング工程22で得られた固体電解質23が好ましいが、本発明はこれに限定されず、その他、固体電解質として、SnClや、SrCl、BaClなどを用いてもよい。導電剤24の具体例、および固体電解質23と導電剤24の配合割合は、上記の正極層の説明において記載していることから、ここでの説明は省略する。 In the second mechanical milling step 25, first, the solid electrolyte 23 and the conductive agent 24 are mixed. As shown in Fig. 2, the solid electrolyte 23 is preferably the solid electrolyte 23 obtained in the first mechanical milling step 22, but the present invention is not limited thereto, and other solid electrolytes such as SnCl2 , SrCl2 , and BaCl2 may be used. Specific examples of the conductive agent 24 and the blending ratio of the solid electrolyte 23 and the conductive agent 24 are described in the above description of the positive electrode layer, and therefore will not be described here.

そして、固体電解質23と導電剤24を含有する混合物にメカニカルミリング処理を施して、導電性コート材26を得る。導電性コート材26は、固体電解質粒子の表面が導電剤でコートされた粒子の集まりである。例えば、図2に示すように、固体電解質23としてPb0.980.02Cl1.98、導電剤24としてカーボンブラック(C)を用いた場合、導電性コート材26として、Pb0.980.02Cl1.98粒子の表面がカーボンコートされた粒子の集まりを得ることができ、本明細書ではPb0.980.02Cl1.98/Cと表す。 Then, the mixture containing the solid electrolyte 23 and the conductive agent 24 is subjected to mechanical milling to obtain the conductive coating material 26. The conductive coating material 26 is a collection of particles in which the surfaces of the solid electrolyte particles are coated with the conductive agent. For example, as shown in FIG. 2, when Pb 0.98 K 0.02 Cl 1.98 is used as the solid electrolyte 23 and carbon black (C) is used as the conductive agent 24, a collection of particles in which the surfaces of Pb 0.98 K 0.02 Cl 1.98 particles are carbon-coated can be obtained as the conductive coating material 26, which is represented in this specification as Pb 0.98 K 0.02 Cl 1.98 /C.

メカニカルミリング処理に用いる装置は、第1のメカニカルミリング工程と同様である。メカニカルミリング処理の回転数および処理時間は、固体電解質粒子の表面が導電剤で覆われるまで行えばよく、例えば、回転数は400~600rpmで、処理時間は3~12時間である。メカニカルミリング処理は、乾式で行ってもよいし、湿式で行ってもよい。 The equipment used for the mechanical milling process is the same as that used in the first mechanical milling process. The rotation speed and processing time of the mechanical milling process may be such that the surface of the solid electrolyte particles is covered with the conductive agent, for example, the rotation speed is 400 to 600 rpm and the processing time is 3 to 12 hours. The mechanical milling process may be performed in a dry or wet manner.

第3のメカニカルミリング工程28では、先ず、導電性コート材26と正極活物質27とを混合する。導電性コート材26は、図2に示すように、第2のメカニカルミリング工程25で得られた導電性コート材26が好ましいが、本発明はこれに限定されず、その他の固体電解質の粒子にその他の導電剤をコートされた粒子の集まりを用いてもよい。導電性コート材26と正極活物質27の配合割合は、導電性コート材26中の固体電解質の質量と正極活物質との質量との割合で決まる。固体電解質と正極活物質との割合、および正極活物質の具体例は、上記の正極層の説明において記載していることから、ここでの説明は省略する。 In the third mechanical milling process 28, first, the conductive coating material 26 and the positive electrode active material 27 are mixed. As shown in FIG. 2, the conductive coating material 26 obtained in the second mechanical milling process 25 is preferable, but the present invention is not limited to this, and a collection of particles in which particles of other solid electrolytes are coated with other conductive agents may be used. The mixing ratio of the conductive coating material 26 and the positive electrode active material 27 is determined by the ratio of the mass of the solid electrolyte in the conductive coating material 26 to the mass of the positive electrode active material. The ratio of the solid electrolyte to the positive electrode active material and specific examples of the positive electrode active material are described in the description of the positive electrode layer above, so a description thereof will be omitted here.

そして、導電性コート材26と正極活物質27を含有する混合物にメカニカルミリング処理を施して、電極合材29を得る。電極合材29は、導電性コート材と正極活物質との混合物である。例えば、図2に示すように、導電性コート材26としてPb0.980.02Cl1.98/C、正極活物質27として塩化ビスマス(BiCl)を用いた場合、得られる電極合材29は、本明細書ではBiCl/Pb0.980.02Cl1.98/Cと表す。 Then, the mixture containing the conductive coating material 26 and the positive electrode active material 27 is subjected to mechanical milling to obtain an electrode mixture 29. The electrode mixture 29 is a mixture of the conductive coating material and the positive electrode active material. For example, as shown in FIG. 2, when Pb 0.98 K 0.02 Cl 1.98 /C is used as the conductive coating material 26 and bismuth chloride (BiCl 3 ) is used as the positive electrode active material 27, the obtained electrode mixture 29 is represented in this specification as BiCl 3 /Pb 0.98 K 0.02 Cl 1.98 /C.

メカニカルミリング処理に用いる装置は、第1のメカニカルミリング工程と同様である。メカニカルミリング処理の回転数および処理時間は、導電性コート材と正極活物質との混合物が得られるまで行えばよく、例えば、回転数は100~400rpmで、処理時間は3~12時間である。メカニカルミリング処理は、乾式で行ってもよいし、湿式で行ってもよい。 The equipment used for the mechanical milling process is the same as that used in the first mechanical milling process. The rotation speed and processing time of the mechanical milling process may be such that the process is continued until a mixture of the conductive coating material and the positive electrode active material is obtained. For example, the rotation speed is 100 to 400 rpm, and the processing time is 3 to 12 hours. The mechanical milling process may be performed in a dry or wet manner.

押圧工程(図示省略)では、上記により得られた正極合材29および固体電解質23、並びに負極材料の順に配置した状態で押圧することで、正極層、固体電解質層、および負極層を順に備えた全固体塩化物イオン電池を形成することができる。負極材料としては、負極活物質を用いることができる。負極活物質については、上記の負極層の説明において記載していることから、ここでの説明は省略する。また、保護層を更に備えた全固体塩化物イオン電池を形成するためには、上記により得られた導電性コート材26、正極合材29および固体電解質23、並びに負極材料の順に配置した状態で押圧すればよい。 In the pressing process (not shown), the positive electrode composite 29 and solid electrolyte 23 obtained above, and the negative electrode material are arranged in this order and pressed to form an all-solid-state chloride ion battery having a positive electrode layer, a solid electrolyte layer, and a negative electrode layer in this order. A negative electrode active material can be used as the negative electrode material. The negative electrode active material is described in the description of the negative electrode layer above, so a description of the negative electrode active material is omitted here. In addition, in order to form an all-solid-state chloride ion battery further comprising a protective layer, the conductive coating material 26 obtained above, the positive electrode composite 29 and solid electrolyte 23, and the negative electrode material are arranged in this order and pressed.

押圧時の圧力は、上記により得られた固体電解質23の粒子が塑性変形を起こし、緻密な固体電解質層を形成することができる圧力であればよく、例えば、255~510MPaが好ましい。押圧時の温度は、常温でよい。焼成などの加熱処理は不要である。 The pressure during pressing may be any pressure that can cause the particles of the solid electrolyte 23 obtained above to undergo plastic deformation and form a dense solid electrolyte layer, and is preferably, for example, 255 to 510 MPa. The temperature during pressing may be room temperature. No heating process such as sintering is required.

このような工程の全固体塩化物イオン電池の製造方法によれば、電池を構成する固体電解質層、正極層、および任意の保護層の各材料である固体電解質23、電極合材29、および導電性コート材を効率的に得ることができるとともに、電池の構成材料を加圧成形するという容易な製造工程で、可逆的な充放電が可能な全固体塩化物イオン電池を得ることができる。また、焼成の必要がないことから、副反応による高抵抗化を回避することもできる。 According to the manufacturing method of the all-solid-state chloride ion battery using such processes, the solid electrolyte 23, electrode mixture 29, and conductive coating material, which are the materials for the solid electrolyte layer, positive electrode layer, and optional protective layer that make up the battery, can be efficiently obtained, and an all-solid-state chloride ion battery capable of reversible charging and discharging can be obtained through the simple manufacturing process of pressure-molding the constituent materials of the battery. In addition, since there is no need for sintering, it is also possible to avoid high resistance due to side reactions.

[1.固体電解質]
メノウ乳鉢でPbClとKClを、mol比で0.99:0.01、0.98:0.02、0.97:0.03の3種類の割合で混合し、それぞれ混合物に遊星型ボールミル(Fritch社製、Premium line P-7)で600rpm、12時間のメカニカルミリング処理を行った。得られた各サンプルについて、X線回折(XRD)測定装置(Rigaku社製、品番:Miniflex600)を用いて、XRDパターンを得た。また、比較のためにPbClのみのXRDパターンも得た。その結果を図3に示す。
[1. Solid electrolyte]
PbCl2 and KCl were mixed in an agate mortar in three molar ratios of 0.99:0.01, 0.98:0.02, and 0.97:0.03, and each mixture was subjected to mechanical milling at 600 rpm for 12 hours using a planetary ball mill (Premium line P-7, manufactured by Fritch Co., Ltd.). For each sample obtained, an XRD pattern was obtained using an X-ray diffraction (XRD) measuring device (Miniflex600, manufactured by Rigaku Co., Ltd.). In addition, an XRD pattern of only PbCl2 was also obtained for comparison. The results are shown in FIG. 3.

また、得られた各サンプルについて、図4に示すHSセル(宝泉社製)を用いて、交流インピーダンス試験を行った。HSセル40は、図4に示すように、フランジ付きセル容器41、試料セル50、シリンダ状ガイド42、フランジ付きセル蓋43、および押圧部材44を順に重ね合わせて、4組のボルト46とナット47でフランジ付きセル容器41とフランジ付きセル蓋43とを固定して電池評価試験用のセルとするものである。試料セル50は、図5に示すように、先ず、上記サンプルを510MPaで一軸加圧成型することにより直径10mmのペレット52に調製し、このペレット52の両面にPtスパッタを施してPt層51a、51bを形成したものを用いた。そして、25~160℃の温度範囲で、交流インピーダンス試験を行った。また、比較のため、PbClについても同様に試料セルを作製して試験を行った。その結果を図6に示す。 In addition, an AC impedance test was performed on each of the obtained samples using an HS cell (manufactured by Hosen Co., Ltd.) shown in FIG. 4. As shown in FIG. 4, the HS cell 40 is a cell for battery evaluation test, in which a flanged cell container 41, a sample cell 50, a cylindrical guide 42, a flanged cell lid 43, and a pressing member 44 are stacked in order, and the flanged cell container 41 and the flanged cell lid 43 are fixed with four sets of bolts 46 and nuts 47. As shown in FIG. 5, the sample cell 50 was first prepared by uniaxially pressurizing the above sample at 510 MPa to prepare a pellet 52 with a diameter of 10 mm, and Pt layers 51a and 51b were formed on both sides of the pellet 52 by Pt sputtering. Then, an AC impedance test was performed in the temperature range of 25 to 160°C. For comparison, a sample cell was also prepared in the same manner for PbCl 2 and tested. The results are shown in FIG. 6.

図3に示すXRDパターンにより結晶構造を同定した。XRDパターンの分析結果から、PbClにKClをドープしたPb1-XCl2-X(X=0.01、0.02、0.03)は、KClのドープ量によらず、ボールミルの前後で結晶構造が変化しないことがわかった。 The crystal structure was identified by the XRD pattern shown in Figure 3. From the analysis results of the XRD pattern, it was found that the crystal structure of Pb1 - XMxCl2 -X (X = 0.01, 0.02, 0.03) in which PbCl2 was doped with KCl did not change before and after ball milling, regardless of the amount of KCl doped.

また、図6に示すアレニウスプロットから、PbClは、KClをドープしていないものと比べて、KClをドープしたものはClイオン伝導度が2~3桁向上することが明らかになった。特に、KClを2mol%ドープしたPbClが最も高いClイオン伝導度を示し、160oCで2.28×10-4S/cmであった。これはKClのドープによりPbClの結晶構造においてClサイトに空孔が形成され、Clのイオン伝導度が向上したためと考えられる。 In addition, the Arrhenius plot shown in Figure 6 reveals that the Cl - ion conductivity of PbCl2 doped with KCl is improved by 2 to 3 orders of magnitude compared to that of PbCl2 not doped with KCl. In particular, PbCl2 doped with 2 mol% KCl showed the highest Cl - ion conductivity, 2.28 x 10-4 S/cm at 160oC. This is thought to be because the doping with KCl creates vacancies at the Cl - sites in the crystal structure of PbCl2 , improving the Cl - ion conductivity.

[2.全固体塩化物イオン電池]
上記により得られたサンプルを固体電解質として使用して全固体塩化物イオン電池を作製するとともに、充放電試験を行った。
[2. All-solid-state chloride ion battery]
The sample obtained above was used as a solid electrolyte to fabricate an all-solid-state chloride ion battery, and a charge/discharge test was performed.

先ず、PbClにKClを2mol%ドープしたサンプル(Pb0.980.02Cl1.98)にアセチレンブラックを5:1の質量比で混合した。そして、この混合物に遊星型ボールミルで600rpm、12時間のメカニカルミリング処理を施し、カーボンコート材(Pb0.980.02Cl1.98/C)を得た。更に、これにBiClを2:1の質量比で混合した。そして、この混合物に遊星型ボールミルで150rpm、12時間のメカニカルミリング処理を行い、電極合材(BiCl/Pb0.980.02Cl1.98/C)を作製した。 First, acetylene black was mixed with a sample (Pb 0.98 M 0.02 Cl 1.98 ) in which PbCl 2 was doped with 2 mol% KCl in a mass ratio of 5:1. Then, this mixture was subjected to mechanical milling treatment at 600 rpm for 12 hours in a planetary ball mill to obtain a carbon coating material (Pb 0.98 M 0.02 Cl 1.98 /C). Furthermore, BiCl 3 was mixed with this in a mass ratio of 2:1. Then, this mixture was subjected to mechanical milling treatment at 150 rpm for 12 hours in a planetary ball mill to produce an electrode composite material (BiCl 3 /Pb 0.98 M 0.02 Cl 1.98 /C).

固体電解質に上記のPbClにKClを2mol%ドープしたサンプルを170mg用い、保護材料に、上記のカーボンコート材を30mg用い、正極材料に上記の電極合材を30mg用い、負極材料にPb板を用いた。なお、負極のPbは正極である電極合材の質量に対して過剰量仕込んだ。そして、保護材料、正極材料、固体電解質、および負極材料の順に配置し、常温、510MPaの圧力で押圧して、保護層、正極層、固体電解質層および負極層が順に積層された直径10mmのコイン状の全固体セルを得た。 170 mg of the sample obtained by doping 2 mol% of KCl in the above PbCl2 was used as the solid electrolyte, 30 mg of the above carbon coating material was used as the protective material, 30 mg of the above electrode mixture was used as the positive electrode material, and a Pb plate was used as the negative electrode material. The negative electrode Pb was charged in an excess amount relative to the mass of the electrode mixture, which is the positive electrode. The protective material, the positive electrode material, the solid electrolyte, and the negative electrode material were then arranged in this order, and pressed at room temperature with a pressure of 510 MPa to obtain a coin-shaped all-solid-state cell with a diameter of 10 mm in which the protective layer, the positive electrode layer, the solid electrolyte layer, and the negative electrode layer were stacked in this order.

このようにして得られた全固体セルを、図7示すPEEKセル(MTI Japan社製)を用いて、充放電試験を行った。PEEKセル70は、図7に示すように、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)製の負極側プレート71、全固体セル10’、シリンダ状ガイド72、およびPEEK製の正極側プレート73を順に重ね合わせて電池評価試験用のセルとするものである。全固体セル10’は、図1に示すように、保護層14、正極層13、固体電解質層12および負極層11が順に積層されたものである。そして、グローブボックス内で、160℃、0.1mA/cmの条件で充放電試験を行った。その結果を図8、図9に示す。 The all-solid-state cell thus obtained was subjected to a charge-discharge test using a PEEK cell (manufactured by MTI Japan) shown in FIG. 7. The PEEK cell 70 is a cell for battery evaluation test, which is prepared by stacking a negative electrode side plate 71 made of polyether ether ketone (PEEK), an all-solid-state cell 10', a cylindrical guide 72, and a positive electrode side plate 73 made of PEEK in order, as shown in FIG. 7. The all-solid-state cell 10' is a cell in which a protective layer 14, a positive electrode layer 13, a solid electrolyte layer 12, and a negative electrode layer 11 are stacked in order, as shown in FIG. 1. Then, a charge-discharge test was carried out in a glove box under the conditions of 160° C. and 0.1 mA/cm 2. The results are shown in FIG. 8 and FIG. 9.

図8は、全固体セルの充放電プロファイルを示す。図8に示すように、初回放電と充電容量は、それぞれ187mAh/gと158mAh/gであった。これらは、それぞれ約2.2電子反応と1.9電子反応に相当する。 Figure 8 shows the charge/discharge profile of the all-solid-state cell. As shown in Figure 8, the initial discharge and charge capacities were 187 mAh/g and 158 mAh/g, respectively. These correspond to approximately 2.2 and 1.9 electron reactions, respectively.

図9は、全固体セル(実施例)のサイクル特性を示す。図9に示すように、全固体セルは比較的に良好なサイクル特性を示し、30サイクル目でも初回可逆容量の85%程度に維持されていることがわかった。比較のため、正極にBiCl、負極にLi、電解液として、1-ブチル-3-メチルイミダゾリウムテトラフルオロボレートを溶媒とする1Mの1-メチル-3-オクチルイミダゾリウムクロリドのイオン液体を用いた非水系セルの充放電試験の結果(非特許文献1)を、参考例として図9に併せて示した。図9に示すように、この非水系セルでは、3サイクル目で初回可逆容量の約50%まで低下することが報告されており、本発明の全固体塩化物イオン電池では、サイクル特性が大幅に向上することが明らかになった。 FIG. 9 shows the cycle characteristics of the all-solid-state cell (Example). As shown in FIG. 9, the all-solid-state cell exhibits relatively good cycle characteristics, and it was found that the initial reversible capacity was maintained at about 85% even at the 30th cycle. For comparison, the results of a charge-discharge test of a non-aqueous cell using BiCl 3 for the positive electrode, Li for the negative electrode, and an ionic liquid of 1M 1-methyl-3-octylimidazolium chloride in a solvent of 1-butyl-3-methylimidazolium tetrafluoroborate as an electrolyte (Non-Patent Document 1) are also shown in FIG. 9 as a reference example. As shown in FIG. 9, it has been reported that the initial reversible capacity of this non-aqueous cell decreases to about 50% at the third cycle, and it has been revealed that the cycle characteristics of the all-solid-state chloride ion battery of the present invention are significantly improved.

10 全固体塩化物イオン電池
11 負極層
12 固体電解質層
13 正極層
14 保護層
22 第1のメカニカルミリング工程
25 第2のメカニカルミリング工程
28 第3のメカニカルミリング工程
40 HSセル
50 試料セル
70 PEEKセル
REFERENCE SIGNS LIST 10 All-solid-state chloride ion battery 11 Anode layer 12 Solid electrolyte layer 13 Cathode layer 14 Protective layer 22 First mechanical milling step 25 Second mechanical milling step 28 Third mechanical milling step 40 HS cell 50 Sample cell 70 PEEK cell

Claims (6)

正極層と、負極層と、前記正極層と前記負極層との間に配置された固体電解質層とを備える全固体塩化物イオン電池であって、
前記固体電解質層が、Pb1-XCl2-X(式中、Mは、Na、K及びRbから成る群から選ばれた一以上のアルカリ金属元素であり、Xは、0.01≦X≦0.1を満たす数である)で表される化合物を含む全固体塩化物イオン電池。
An all-solid-state chloride ion battery comprising a positive electrode layer, a negative electrode layer, and a solid electrolyte layer disposed between the positive electrode layer and the negative electrode layer,
The solid electrolyte layer includes a compound represented by Pb 1-X M X Cl 2-X (wherein M is one or more alkali metal elements selected from the group consisting of Na, K and Rb, and X is a number satisfying 0.01≦X≦0.1 ).
前記式中のXが0.01≦X≦0.03を満たす数である請求項1に記載の全固体塩化物イオン電池。 The all-solid-state chloride ion battery according to claim 1, wherein X in the formula is a number that satisfies 0.01≦X≦0.03. 前記正極層の前記固体電解質層とは反対側に、保護層を更に備え、この保護層が、Pb1-XCl2-X(式中、Mは、Na、K及びRbから成る群から選ばれた一以上のアルカリ金属元素であり、Xは、0<X<1を満たす数である)で表される化合物と、導電剤とを含む請求項1又は2に記載の全固体塩化物イオン電池。 3. The all-solid-state chloride ion battery according to claim 1 or 2, further comprising a protective layer on the opposite side of the positive electrode layer to the solid electrolyte layer, the protective layer containing a compound represented by Pb 1-X M X Cl 2- X (wherein M is one or more alkali metal elements selected from the group consisting of Na, K and Rb, and X is a number satisfying 0<X<1) and a conductive agent. PbClとMCl(Mは、Na、K及びRbから成る群から選ばれた一以上のアルカリ金属元素である)とをmol比で1-X:X(=PbCl :MCl)(Xは、0.01≦X≦0.1を満たす数である)で含有する混合物にメカニカルミリング処理を施して、固体電解質を得る工程と、
正極材料と、負極材料との間に、前記固体電解質を配置した状態で押圧する工程であって、正極層と負極層と前記正極層と前記負極層との間に配置された固体電解質層とを備える全固体塩化物イオン電池を得る、工程と
を含む全固体塩化物イオン電池の製造方法。
A step of subjecting a mixture containing PbCl 2 and MCl (M is one or more alkali metal elements selected from the group consisting of Na, K, and Rb) in a molar ratio of 1-X:X (=PbCl 2 :MCl) (X is a number satisfying 0.01≦X≦0.1) to a mechanical milling process to obtain a solid electrolyte;
and pressing the solid electrolyte disposed between a positive electrode material and a negative electrode material to obtain an all-solid-state chloride ion battery including a positive electrode layer, a negative electrode layer, and a solid electrolyte layer disposed between the positive electrode layer and the negative electrode layer.
前記固体電解質の一部と金属塩化物を含む正極活物質とを含有する混合物にメカニカルミリング処理を施して、前記正極材料として電極合材を得る工程を更に含む、請求項4に記載の全固体塩化物イオン電池の製造方法。 The method for producing an all-solid-state chloride ion battery according to claim 4, further comprising a step of subjecting a mixture containing a part of the solid electrolyte and a positive electrode active material containing a metal chloride to a mechanical milling process to obtain an electrode mixture as the positive electrode material. 前記固体電解質の別の一部と導電剤とを含有する混合物にメカニカルミリング処理を施して、保護材料を得る工程を更に含み、
前記押圧する工程において、前記保護材料、前記正極材料、前記固体電解質、および前記負極材料の順に配置した状態で押圧して、保護層、前記正極層、前記固体電解質層、および前記負極層の順に積層された全固体塩化物イオン電池を得る、請求項4又は5に記載の全固体塩化物イオン電池の製造方法。
The method further includes a step of subjecting the mixture containing another part of the solid electrolyte and the conductive agent to a mechanical milling process to obtain a protective material,
6. The method for producing an all-solid-state chloride ion battery according to claim 4 or 5, wherein in the pressing step, pressing is performed while the protective material, the positive electrode material, the solid electrolyte, and the negative electrode material are arranged in this order, to obtain an all-solid-state chloride ion battery in which a protective layer, the positive electrode layer, the solid electrolyte layer, and the negative electrode layer are stacked in this order.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102906925A (en) 2010-03-18 2013-01-30 布莱克光电有限公司 Electrochemical hydrogen catalyst power system
JP2013179025A (en) 2012-02-03 2013-09-09 Idemitsu Kosan Co Ltd Alkali ion electrolyte composition

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
外島忍ら,塩化物第一鉛の固体電解質としての特性,電気化学および工業物理化学,日本,電気化学会,1968年01月05日,36,69-73
新関良夫ら,塩化鉛(II)固体電解質の研究I. 塩化鉛(II)の導電率に及ぼすアルカリ金属塩化物添加の影響,電気化学および工業物理化学,日本,電気化学会,1979年03月05日,47,178-183

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