JP7683531B2 - 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.
特許第4982866号公報(特許文献1)には、リチウムイオン伝導性固体電解質(硫化物固体電解質)を用いた全固体リチウム電池(硫化物系全固体電池)において、正極活物質の表面がリチウムイオン伝導性酸化物で被覆され、該リチウムイオン伝導性酸化物が正極活物質と硫化物固体電解質との間に介在することにより、高電位での硫化物固体電解質と正極活物質との接触界面における高抵抗層の形成を抑制する技術が開示されている。 Patent Publication No. 4982866 (Patent Document 1) discloses a technology in which, in an all-solid-state lithium battery (sulfide-based all-solid-state battery) using a lithium ion conductive solid electrolyte (sulfide solid electrolyte), the surface of the positive electrode active material is coated with a lithium ion conductive oxide, and the lithium ion conductive oxide is interposed between the positive electrode active material and the sulfide solid electrolyte, thereby suppressing the formation of a high resistance layer at the contact interface between the sulfide solid electrolyte and the positive electrode active material at high potential.
硫化物系全固体電池(以下「全固体電池」と略記され得る。)において、硫化物固体電解質が正極活物質粒子等と直接接触すると、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。 In sulfide-based all-solid-state batteries (hereinafter may be abbreviated as "all-solid-state batteries"), if the sulfide solid electrolyte comes into direct contact with the positive electrode active material particles, etc., 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, thereby reducing the deterioration of the sulfide solid electrolyte.
従来、コーティング膜の材料として、LiNbO3およびLi3PO4が知られている。LiNbO3は、Li3PO4に比して低抵抗を有し得る。そのため、LiNbO3の普及が進んでいる。ただし、本発明者らの新たな知見によれば、高電圧下における耐久性に関しては、Li3PO4等のリン化合物がLiNbO3に比して優位である。したがって、低抵抗を有するリン系コーティング膜の開発が望まれる。 Conventionally, LiNbO3 and Li3PO4 are known as materials for coating films. LiNbO3 can have a lower resistance than Li3PO4 . Therefore, LiNbO3 is becoming more and more popular. However, according to the new findings of the present inventors, phosphorus compounds such as Li3PO4 are superior to LiNbO3 in terms of durability under high voltage. Therefore, the development of a phosphorus-based coating film having a low resistance is desired.
本開示の目的は、低抵抗を有するコーティング膜を提供することである。 The objective of this disclosure is to provide a coating film with low resistance.
[1] 正極活物質粒子と、前記正極活物質粒子の表面の少なくとも一部を被覆するコーティング膜と、を備え、
前記コーティング膜は、ガラスネットワーク形成元素である第1元素および遷移元素である第2元素の少なくとも一方を含み、
前記コーティング膜の断面のラマン分光スペクトルにおいて、600~200cm-1の範囲内にピークトップを有するピークが存在する、複合粒子。
[1] A positive electrode active material particle and a coating film covering at least a part of the surface of the positive electrode active material particle,
The coating film contains at least one of a first element which is a glass network forming element and a second element which is a transition element,
Composite particles, wherein a peak having a peak top is present in the range of 600 to 200 cm −1 in a Raman spectroscopy spectrum of a cross section of the coating film.
上記[1]の複合粒子によれば、低抵抗を有するコーティング膜(特に、高電圧下における耐久性に優れるリン系コーティング膜)を提供することができる。 The composite particles of [1] above can provide a coating film with low resistance (especially a phosphorus-based coating film with excellent durability under high voltage).
本発明者らは、種々のコーティング膜のラマン分光スペクトルを検討した結果、第1元素(ガラスネットワーク形成元素)および第2元素(遷移元素)の少なくとも一方を含むコーティング膜について、その断面のラマン分光スペクトルにおいて、(ラマンシフト値が)600~200cm-1の範囲内にピークトップを有する少なくとも1つのピークが存在する場合、該コーティング膜が低抵抗を有することを見出した。 The present inventors have investigated the Raman spectroscopy spectra of various coating films and found that, as a result of examining the Raman spectroscopy spectra of various coating films, when a coating film containing at least one of a first element (a glass network forming element) and a second element (a transition element) has at least one peak having a peak top within a range of 600 to 200 cm −1 (in terms of Raman shift value) in the Raman spectroscopy spectrum of its cross section, the coating film has low resistance.
[2] 前記第1元素は、ホウ素、珪素、窒素、硫黄、ゲルマニウム、および水素からなる群より選択される少なくとも1種である、[1]に記載の複合粒子。 [2] The composite particle according to [1], wherein the first element is at least one element selected from the group consisting of boron, silicon, nitrogen, sulfur, germanium, and hydrogen.
[3] 前記第2元素は、第2遷移元素および第3遷移元素からなる群より選択される少なくとも1種である、[1]または[2]に記載の複合粒子。 [3] The composite particle according to [1] or [2], wherein the second element is at least one selected from the group consisting of second transition elements and third transition elements.
[4] 前記コーティング膜の断面のラマン分光スペクトルにおいて、さらに、1250~1050cm-1および800~630cm-1の範囲内にピークトップを有するピークが存在する、[1]~[3]のいずれかに記載の複合粒子。 [4] The composite particle according to any one of [1] to [3], wherein the Raman spectrum of the cross section of the coating film further includes peaks having peak tops within the ranges of 1250 to 1050 cm −1 and 800 to 630 cm −1.
本発明者らは、種々のコーティング膜のラマン分光スペクトルを検討した結果、第1元素(ガラスネットワーク形成元素)および第2元素(遷移元素)の少なくとも一方を含むコーティング膜について、その断面のラマン分光スペクトルにおいて、さらに、(ラマンシフト値が)1250~1050cm-1および800~630cm-1の範囲内にピークトップを有するピークが存在する場合、該コーティング膜が低抵抗を有するとともに、高電圧下における耐久性に優れることが期待されることを見出した。 The present inventors have investigated the Raman spectroscopy spectra of various coating films, and as a result have found that, for a coating film containing at least one of a first element (a glass network forming element) and a second element (a transition element), when the Raman spectroscopy spectrum of the cross section of the coating film further contains peaks having peak tops within the ranges of 1250 to 1050 cm −1 and 800 to 630 cm −1 (in terms of Raman shift value), the coating film is expected to have low resistance and excellent durability under high voltage.
[5] 前記コーティング膜は、リン化合物を含み、
前記リン化合物は、前記第1元素および前記第2元素の少なくとも一方と、リンとを含み、
前記コーティング膜において、下記式(1)の関係を満たす、請求項1に記載の複合粒子。
CLi/(CP+CE1+CE2)≦2.5 …(1)
(上記式(1)中、
CLi、CP、CE1、CE2は、X線光電子分光法により測定される元素濃度を示し、
CLiは、リチウムの元素濃度を示し、
CPは、リンの元素濃度を示し、
CE1は、前記第1元素の元素濃度を示し、
CE2は、前記第2元素の元素濃度を示す。)
[5] The coating film contains a phosphorus compound,
the phosphorus compound contains phosphorus and at least one of the first element and the second element,
The composite particle according to
C Li /(C P +C E1 +C E2 )≦2.5…(1)
(In the above formula (1),
C Li , C P , C E1 , and C E2 are element concentrations measured by X-ray photoelectron spectroscopy;
C Li represents the elemental concentration of lithium,
C P represents the elemental concentration of phosphorus,
C E1 represents the element concentration of the first element,
C E2 indicates the element concentration of the second element.
従来のリン系コーティング膜(Li3PO4)において、Liの組成比は「3.0」である。Li3PO4において、Li+はキャリアであると考えられる。よって、キャリアが多い程、イオン伝導性の向上が期待される。換言すれば、リン化合物中のLiの組成比が大きい程、電池抵抗の低減が期待される。 In the conventional phosphorus-based coating film (Li 3 PO 4 ), the Li composition ratio is "3.0". In Li 3 PO 4 , Li + is considered to be a carrier. Therefore, the more carriers there are, the more improved ion conductivity is expected. In other words, the higher the Li composition ratio in the phosphorus compound, the more reduced the battery resistance is expected.
ところが、本開示の新知見によると、リン化合物中のLiの組成比が小さく、なおかつリン化合物に特定元素が添加されることにより、LiNbO3と同等以上のイオン伝導性が発現し得る。すなわち、複合粒子は上記式(1)の関係を満たし、かつリン化合物は第1元素および第2元素からなる群より選択される少なくとも1種を含む。 However, according to the new findings of the present disclosure, when the composition ratio of Li in the phosphorus compound is small and a specific element is added to the phosphorus compound, ion conductivity equal to or greater than that of LiNbO 3 can be exhibited. That is, the composite particles satisfy the relationship of the above formula (1), and the phosphorus compound includes at least one element selected from the group consisting of the first element and the second element.
第1元素はガラスネットワーク形成元素である。第1元素は、酸素(O)と結合することにより、ネットワーク構造を有する酸化物ガラスを形成し得る。コーティング膜(例えば、リン化合物)は、酸化物であると考えられる。コーティング膜に第1元素が添加されることにより、該コーティング膜中に、例えば「POx a-」、「BOy b-」、「SiOz c-」等の複数種のアニオンが生成され得る。複数種のアニオンが共存することにより、混合アニオン効果が発現し得る。混合アニオン効果により、キャリア(カチオン)の移動が促進され得る。さらに、キャリアが少量であることにより、キャリアの移動がいっそう促進されると考えられる。 The first element is a glass network forming element. The first element can form an oxide glass having a network structure by bonding with oxygen (O). The coating film (e.g., a phosphorus compound) is considered to be an oxide. By adding the first element to the coating film, multiple types of anions such as "PO x a- ", "BO y b- ", and "SiO z c- " can be generated in the coating film. The coexistence of multiple types of anions can produce a mixed anion effect. The mixed anion effect can promote the movement of carriers (cations). Furthermore, it is considered that the small amount of carriers further promotes the movement of carriers.
第2元素は遷移元素である。遷移元素は、Pよりも大きいイオン半径を有する。コーティング膜がリン(リン化合物)を含む場合、第2元素の添加により、リン化合物の結晶化が阻害され得る。すなわち、部分的な構造欠陥(秩序の乱れ)がリン化合物に導入され得る。構造欠陥の導入により、キャリアの移動が促進され得る。さらに、キャリアが少量であることにより、キャリアの移動がいっそう促進されると考えられる。 The second element is a transition element. The transition element has an ionic radius larger than that of P. When the coating film contains phosphorus (a phosphorus compound), the addition of the second element may inhibit crystallization of the phosphorus compound. That is, partial structural defects (disorder) may be introduced into the phosphorus compound. The introduction of structural defects may promote carrier movement. Furthermore, it is believed that the small amount of carriers further promotes carrier movement.
以上の作用の相乗により、本開示のリン系コーティング膜は、LiNbO3と同等以上の低抵抗を有し得る。リン系コーティング膜が低抵抗を有することにより、高電圧下における耐久性と、高出力との両立が期待される。 Due to the synergistic effects of the above, the phosphorus-based coating film of the present disclosure can have a low resistance equal to or greater than that of LiNbO 3. Since the phosphorus-based coating film has a low resistance, it is expected to achieve both durability under high voltage and high output.
[6] [1]~[5]のいずれかに記載の複合粒子と、硫化物固体電解質と、を含む、正極。 [6] A positive electrode comprising the composite particles according to any one of [1] to [5] and a sulfide solid electrolyte.
[7] [6]に記載の正極を含む、全固体電池。 [7] An all-solid-state battery comprising the positive electrode described in [6].
[8] (a)コーティング液と正極活物質粒子とを混合することにより、混合物を準備すること、および
(b)前記混合物を乾燥することにより、複合粒子を製造すること、
を含み、
前記コーティング液は、溶質と溶媒とを含み、
前記溶質は、ガラスネットワーク形成元素である第1元素および遷移元素である第2元素の少なくとも一方を含む、
複合粒子の製造方法。
[8] (a) preparing a mixture by mixing a coating liquid and positive electrode active material particles; and (b) producing composite particles by drying the mixture.
Including,
The coating liquid includes a solute and a solvent,
The solute contains at least one of a first element which is a glass network forming element and a second element which is a transition element;
A method for producing composite particles.
正極活物質粒子の表面に付着したコーティング液が乾燥することにより、正極活物質粒子の表面にコーティング膜が生成し得る。すなわち、上記[1]に記載のコーティング膜が生成し得る。 When the coating liquid attached to the surface of the positive electrode active material particles dries, a coating film can be formed on the surface of the positive electrode active material particles. In other words, the coating film described in [1] above can be formed.
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.
なお、本明細書において、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。 In this specification, elements expressed in the singular form also 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)."
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」と表現されているとき、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.
<複合粒子>
図2を参照して、複合粒子5は、正極活物質粒子1とコーティング膜2とを備える。複合粒子5は、例えば「被覆正極活物質」等と称され得る。
<Composite particles>
2, the
複合粒子5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5が、2個以上の正極活物質粒子1を含んでいてもよい。複合粒子5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。
The
なお、本明細書において、「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。 In this specification, "D50" refers to the particle size at which the cumulative frequency from the small particle size side reaches 50% in the volume-based particle size distribution. D50 can be measured by a laser diffraction method.
《コーティング膜》
コーティング膜2は、正極活物質粒子1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2は、複合粒子5のシェルである。
<Coating film>
The
コーティング膜2は、第1元素(E1)および第2元素(E2)の少なくとも一方を含む。E1およびE2については後述する。
The
コーティング膜2の断面(複合粒子5の断面のコーティング膜2の部分)のラマン分光スペクトルにおいて、ラマンシフト値が600~200cm-1の範囲内にピークトップ(極大位置)を有するピークが存在する。
In the Raman spectrum of the cross section of the coating film 2 (the portion of the
コーティング膜2の断面のラマン分光スペクトルにおいて、さらに、ラマンシフト値が1250~1050cm-1および800~630cm-1の範囲内にピークトップを有するピークが存在することが好ましい。
In the Raman spectrum of the cross section of the
コーティング膜2の断面についてラマン分光スペクトルは、ラマン分光装置を用いて種々公知の方法により取得し得る。上記のピークは、例えば、S/N比を30以上に設定した場合に検出されるピークである。なお、断面試料は、後述の(膜厚測定)と同様の手順に従って作製される。
The Raman spectrum of the cross section of the
(リン化合物)
コーティング膜2は、さらに、リン(P)を含み得る。コーティング膜2は、例えば、リン化合物を含み得る。
(Phosphorus compounds)
The
リン化合物は、第1元素(E1)および第2元素(E2)の少なくとも一方と、Pとを含む。なお、本明細書において、第1元素が「E1」と略記され、第2元素が「E2」と略記され得る。 The phosphorus compound contains at least one of a first element (E1) and a second element (E2), and P. In this specification, the first element may be abbreviated as "E1" and the second element may be abbreviated as "E2."
第1元素(E1)は、ガラス形成能を有する元素(ガラスネットワーク形成元素)、すなわち、Oと結合することによりネットワーク構造を有する酸化物ガラスを形成し得る元素である。E1の添加により、混合アニオン効果の発現が期待される。 The first element (E1) is an element with glass-forming ability (glass network forming element), that is, an element that can form an oxide glass having a network structure by bonding with O. The addition of E1 is expected to produce a mixed anion effect.
E1は、例えば、ホウ素(B)、珪素(Si)、窒素(N)、硫黄(S)、ゲルマニウム(Ge)、および水素(H)からなる群より選択される少なくとも1種である。E1は、例えば、BおよびSiからなる群より選択される少なくとも1種である。E1は、単独で酸化物ガラスを形成していてもよい。E1は、Pと共に複合酸化物ガラスを形成していてもよい。 E1 is, for example, at least one selected from the group consisting of boron (B), silicon (Si), nitrogen (N), sulfur (S), germanium (Ge), and hydrogen (H). E1 is, for example, at least one selected from the group consisting of B and Si. E1 may form an oxide glass by itself. E1 may form a composite oxide glass together with P.
第2元素(E2)は、遷移元素である。「遷移元素」は、周期表の第3族~第11族の元素である。 The second element (E2) is a transition element. "Transition elements" are elements in groups 3 to 11 of the periodic table.
E2は、Pよりも大きいイオン半径を有する。E2は、リン化合物の結晶化を阻害し得る。E2は、例えば、第1遷移元素(3d遷移元素)、第2遷移元素(4d遷移元素)、第3遷移元素(5d、4f遷移元素)、および第4遷移元素からなる群より選択される少なくとも1種である。E2は、例えば、第2遷移元素および第3遷移元素からなる群より選択される少なくとも1種である。第3遷移元素は、ランタノイドを含む。すなわちE2は、例えばランタノイドを含んでいてもよい。 E2 has a larger ionic radius than P. E2 can inhibit the crystallization of phosphorus compounds. E2 is, for example, at least one element selected from the group consisting of first transition elements (3d transition elements), second transition elements (4d transition elements), third transition elements (5d, 4f transition elements), and fourth transition elements. E2 is, for example, at least one element selected from the group consisting of second transition elements and third transition elements. The third transition elements include lanthanoids. That is, E2 may include, for example, lanthanoids.
E2は、例えば、ランタン(La)、セリウム(Ce)、プラセオジム(Pr)、ネオジム(Nd)、プロメチウム(Pm)、サマリウム(Sm)、ユウロピウム(Eu)、ガドリニウム(Gd)、テルビウム(Tb)、ジスプロシウム(Dy)、ホルミウム(Ho)、エルビウム(Er)、ツリウム(Tm)、イッテルビウム(Yb)、ルテチウム(Lu)、スカンジウム(Sc)、銅(Cu)、Y、ジルコニウム(Zr)、モリブデン(Mo)、テクネチウム(Tc)、ルテニウム(Ru)、ロジウム(Rh)、パラジウム(Pd)、銀(Ag)、ハフニウム(Hf)、タンタル(Ta)、タングステン(W)、レニウム(Re)、オスミウム(Os)、イリジウム(Ir)、白金(Pt)、および金(Au)からなる群より選択される少なくとも1種である。
E2は、例えば、La、Ce、Zr、およびYからなる群より選択される少なくとも1種である。E2は、例えば、La、Ce、およびYからなる群より選択される少なくとも1種である。
E2 is, for example, at least one selected from the group consisting of lanthanum (La), cerium (Ce), praseodymium (Pr), neodymium (Nd), promethium (Pm), samarium (Sm), europium (Eu), gadolinium (Gd), terbium (Tb), dysprosium (Dy), holmium (Ho), erbium (Er), thulium (Tm), ytterbium (Yb), lutetium (Lu), scandium (Sc), copper (Cu), Y, zirconium (Zr), molybdenum (Mo), technetium (Tc), ruthenium (Ru), rhodium (Rh), palladium (Pd), silver (Ag), hafnium (Hf), tantalum (Ta), tungsten (W), rhenium (Re), osmium (Os), iridium (Ir), platinum (Pt), and gold (Au).
E2 is, for example, at least one selected from the group consisting of La, Ce, Zr, and Y. E2 is, for example, at least one selected from the group consisting of La, Ce, and Y.
リン化合物(または複合粒子)中に含まれるPの比率は、複合粒子5の総量に対して、例えば、1~10質量%である。
The ratio of P contained in the phosphorus compound (or composite particle) is, for example, 1 to 10 mass % relative to the total amount of the
リン化合物は、例えば、Li、O、炭素(C)等をさらに含んでいてもよい。 The phosphorus compound may further contain, for example, Li, O, carbon (C), etc.
リン化合物は、例えば、リン酸骨格を含んでいてもよい。すなわち、リン化合物はリン酸化合物であってもよい。リン化合物がリン酸骨格を含むとき、例えば、TOF-SIMS(Time-of-Flight Secondary Ion Mass Spectrometry)により、複合粒子5を分析すると、PO2
-やPO3
-等のフラグメントが検出され得る。
The phosphorus compound may include, for example, a phosphate skeleton. That is, the phosphorus compound may be a phosphate compound. When the phosphorus compound includes a phosphate skeleton, fragments such as PO 2 - and PO 3 - can be detected by analyzing the
コーティング膜(またはリン化合物)において、Liの組成比「CLi/(CP+CE1+CE2)」は、2.5以下である〔上記式(1)参照〕。Liの組成比が2.5以下であり、なおかつ、E1およびE2の少なくとも一方が存在することにより、電池抵抗が顕著に低減され得る。 In the coating film (or phosphorus compound), the Li composition ratio "C Li /(C P +C E1 +C E2 )" is 2.5 or less [see formula (1)]. When the Li composition ratio is 2.5 or less and at least one of E1 and E2 is present, the battery resistance can be significantly reduced.
上記Liの組成比は、例えば、2.38以下であってもよいし、2.26以下であってもよいし、2.18以下であってもよいし、2.03以下であってもよいし、1.89以下であってもよいし、1.73以下であってもよいし、1.42以下であってもよいし、1.1以下であってもよい。Liの組成比は、例えば、0.1以上であってもよいし、0.5以上であってもよいし、1.05以上であってもよい。Liの組成比は、例えば、1.05~2.38であってもよい。
なお、Liの組成比は、ゼロであってもよい。すなわち、コーティング膜(複合粒子)の表面にLiが存在していなくてもよく、コーティング膜(またはリン化合物)が全くLiを含んでいなくてもよい。
The Li composition ratio may be, for example, 2.38 or less, 2.26 or less, 2.18 or less, 2.03 or less, 1.89 or less, 1.73 or less, 1.42 or less, or 1.1 or less. The Li composition ratio may be, for example, 0.1 or more, 0.5 or more, or 1.05 or more. The Li composition ratio may be, for example, 1.05 to 2.38.
The composition ratio of Li may be zero. That is, Li may not be present on the surface of the coating film (composite particle), and the coating film (or the phosphorus compound) may not contain Li at all.
(Liの組成比のXPS測定)
複合粒子の表面におけるLiの組成比「CLi/(CP+CE1+CE2)」は、次の手順でXPSにより測定され得る。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装置にセットされる。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。Li1sスペクトルのピーク面積(積分値)が、Liの元素濃度(CLi)に変換される。P2pスペクトルのピーク面積が、Pの元素濃度(CP)に変換される。E1およびE2については、その種類に応じて、適切なスペクトルが選択される。例えばBの場合、B1sスペクトルのピーク面積が、Bの元素濃度(CE1)に変換される。例えばLaの場合、La3d5スペクトルのピーク面積が、Laの元素濃度(CE2)に変換される。CP、CE1およびCE2の合計で、CLiが除されることにより、粒子表面におけるLiの組成比が求まる。
(XPS Measurement of Li Composition Ratio)
The Li composition ratio "C Li /(C P +C E1 +C E2 )" on the surface of the composite particle can be measured by XPS in the following procedure. An XPS device is prepared. For example, an XPS device "Product name PHI X-tool" (or an equivalent product) manufactured by ULVAC-PHI, Inc. may be used. A sample powder consisting of composite particles is set in the XPS device. Narrow scan analysis is performed with a pass energy of 224 eV. The measurement data is processed by analysis software. For example, analysis software "Product name MulTiPak" (or an equivalent product) manufactured by ULVAC-PHI, Inc. may be used. The peak area (integral value) of the Li1s spectrum is converted to the elemental concentration of Li (C Li ). The peak area of the P2p spectrum is converted to the elemental concentration of P (C P ). Appropriate spectra are selected for E1 and E2 depending on their types. For example, in the case of B, the peak area of the B1s spectrum is converted to the element concentration of B (C E1 ). For example, in the case of La, the peak area of the La3d5 spectrum is converted to the element concentration of La (C E2 ). The composition ratio of Li on the particle surface is obtained by dividing C Li by the sum of C P , C E1 and C E2 .
例えば、コーティング膜が複数種のE1を含む場合、CE1は、複数種のE1の合計元素濃度を示す。E2およびCE2についても同様である。 For example, when a coating film contains multiple types of E1, C E1 indicates the total element concentration of the multiple types of E1. The same applies to E2 and C E2 .
XPSによる組成比「CLi/(CP+CE1+CE2)」は、コーティング膜(リン化合物)におけるLiの組成比を反映するが、コーティング膜におけるLiの組成比と等価ではない。XPSにおいては、下地(正極活物質粒子)の組成も反映され得るためである。例えば、XPSにおいて下地のLiが検出されることにより、XPSによるLiの組成比が、実際のコーティング膜におけるLiの組成比より大きくなる可能性もある。 The composition ratio "C Li /(C P +C E1 +C E2 )" by XPS reflects the composition ratio of Li in the coating film (phosphorus compound), but is not equivalent to the composition ratio of Li in the coating film. This is because the composition of the base (positive electrode active material particles) may also be reflected in XPS. For example, if Li in the base is detected in XPS, the composition ratio of Li by XPS may be larger than the Li composition ratio in the actual coating film.
リン化合物の化学組成は、例えば下記式(2)により表されてもよい。
LiwE1
xE2
yPOz …(2)
上記式(2)中、E1はE1を示す。E2はE2を示す。w、x、y、zは、任意の数である。w、x、y、zは、例えば、複合粒子5の断面のコーティング膜2の部分がSTEM-EDX(Scanning Transmission Electron Microscope - Energy Dispersive X-ray Spectroscopy)等により分析されることにより特定され得る。断面試料は、後述の(膜厚測定)と同様の手順に従って作製される。
The chemical composition of the phosphorus compound may be represented, for example, by the following formula (2).
Li w E 1 x E 2 y PO z …(2)
In the above formula (2), E1 represents E1. E2 represents E2. w, x, y, and z are arbitrary numbers. w, x, y, and z can be identified, for example, by analyzing the portion of the
具体的なリン化合物としては、例えば、Li3PO4(LPO)、BPO4(BPO)およびPOx(P4O6、P2O5等)からなる群より選択される少なくとも1種が挙げられる。 Specific examples of the phosphorus compound include at least one selected from the group consisting of Li 3 PO 4 (LPO), BPO 4 (BPO) and POx (P 4 O 6, P 2 O 5 , etc.).
複合粒子5において、正極活物質粒子1の表面のコーティング膜2による被覆率は、例えば70%以上であってもよい。被覆率が70%以上であることにより、電池抵抗の低減が期待される。被覆率は、例えば、85%以上であってもよいし、88%以上であってもよいし、89%以上であってもよいし、90%以上であってもよいし、94%以上であってもよいし、95%以上であってもよいし、97%以上であってもよい。被覆率は、例えば100%であってもよいし、99%以下であってもよい。被覆率は、例えば、85~97%であってもよいし、90~97%であってもよい。
In the
(被覆率のXPS測定)
被覆率もXPSにより測定される。パスエネルギーを120eVとした点以外は上記の(Liの組成比のXPS測定)と同様にして得られる測定データが解析されることにより、C1s、O1s、P1s、M2p3等の各ピーク面積(強度値)から、各元素の比率(元素濃度)が求まる。下記式(3)により、被覆率が求まる。
θ=(P+E1+E2)/(P+E1+E2+M)×100 …(3)
上記式(3)中、θは被覆率(%)を示す。P、E1、E2、Mは、各元素の比率を示す。
(XPS Measurement of Coverage Ratio)
The coverage is also measured by XPS. The measurement data obtained in the same manner as in the above (XPS measurement of Li composition ratio) except that the pass energy is set to 120 eV is analyzed, and the ratio (element concentration) of each element is obtained from each peak area (intensity value) of C1s, O1s, P1s, M2p3, etc. The coverage is calculated by the following formula (3).
θ=(P+E1+E2)/(P+E1+E2+M)×100...(3)
In the above formula (3), θ represents the coverage (%), and P, E1, E2, and M represent the ratios of each element.
「M2p3」および上記式(3)中のMは、正極活物質粒子の構成元素であって、LiおよびO以外の元素を示す。すなわち、正極活物質粒子は下記式(4)により表されてもよい。
LiMO2 …(4)
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種であってもよい。Mが複数の元素を含むとき、各元素の組成比の合計は1であってもよい。
“M2p3” and M in the above formula (3) are constituent elements of the positive electrode active material particles and represent an element other than Li and O. That is, the positive electrode active material particles may be represented by the following formula (4).
LiMO2 ... (4)
M may be composed of one element or multiple elements. M may be, for example, at least one element selected from the group consisting of nickel (Ni), cobalt (Co), manganese (Mn) and aluminum (Al). When M contains 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」であるとき、上記式(3)は、下記式(3’)に変形され得る。
θ=(P+E1+E2)/(P+E1+E2+Ni+Co+Mn)×100 …(3’)
上記式(3’)中のNiは、Ni2p3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 (3) can be transformed into the following formula (3').
θ=(P+E1+E2)/(P+E1+E2+Ni+Co+Mn)×100...(3')
In the above formula (3'), Ni represents the element ratio of nickel determined from the peak area of Ni2p3, Co represents the element ratio of cobalt determined from the peak area of Co2p3, and Mn represents the element ratio of manganese determined from the peak area of Mn2p3.
コーティング膜2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。
The
(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. For 10 composite particles, the film thickness is measured in 20 fields of view. The arithmetic average of the film thicknesses at a total of 200 points is regarded as the film thickness.
なお、正極および電池において、上述のリン化合物を含有し、低抵抗を有するリン系コーティング膜を備える複合粒子を用いることで、高電圧下における耐久性と、高出力との両立が期待される。 In addition, by using composite particles that contain the above-mentioned phosphorus compound and have a phosphorus-based coating film with low resistance in the positive electrode and battery, it is expected that durability under high voltage and high output can be achieved at the same time.
《正極活物質粒子》
正極活物質粒子1は、複合粒子5のコアである。正極活物質粒子1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1(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。
《Cathode active material particles》
The positive electrode
正極活物質粒子1は、任意の成分を含み得る。正極活物質粒子1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Li(Ni1/3Co1/3Mn1/3)O2、Li(Ni0.5Co0.2Mn0.3)O2、Li(Ni0.8Co0.1Mn0.1)O2等を含んでいてもよい。
The positive electrode
<全固体電池>
図3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100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50を収納していてもよい。発電要素50は、正極10とセパレータ層30と負極20とを含む。すなわち全固体電池100は、正極10とセパレータ層30と負極20とを含む。
<All-solid-state battery>
3 is a conceptual diagram showing an all-solid-state battery in this embodiment. The all-solid-
《正極》
正極10は層状である。正極10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 electrode》
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30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(被覆正極活物質)と硫化物固体電解質とを含む。すなわち正極10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、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、O、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 S. The sulfide solid electrolyte may include, for example, Li, P, and S. The sulfide solid electrolyte may further include, for example, O, Si, etc. The sulfide solid electrolyte may further include, for example, a halogen, etc. The sulfide solid electrolyte may further include, for example, iodine (I), bromine (Br), etc. 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 contain, 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 contain any component. The conductive material may contain, 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20は層状である。負極20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、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 electrode》
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30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30は、正極10と負極20との間に介在している。セパレータ層30は、正極10を負極20から分離している。セパレータ層30は、硫化物固体電解質を含む。セパレータ層30はバインダをさらに含んでいてもよい。セパレータ層30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30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4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)混合物の準備」および「(b)複合粒子の製造」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>
4 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 a mixture" and "(b) production of composite particles". This production method may further include, for example, "(c) heat treatment" or the like.
《(a)混合物の準備》
本製造方法は、コーティング液と正極活物質粒子とを混合する(正極活物質粒子の表面にコーティング液を付着させる)ことにより、混合物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 the mixture
The present manufacturing method includes preparing a mixture by mixing a coating liquid with positive electrode active material particles (applying the coating liquid to the surfaces of the positive electrode active material particles). Details of the positive electrode active material particles are as described above.
混合物は、例えば、懸濁液であっても湿粉であってもよく、混合物において、正極活物質粒子の表面にコーティング液が付着していればよい。例えば、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、正極活物質粒子を含む粉末中に、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 mixture may be, for example, a suspension or a wet powder, and it is sufficient that the coating liquid adheres to the surfaces of the positive electrode active material particles in the mixture. For example, a suspension may be formed by dispersing positive electrode active material particles (powder) in a coating liquid. For example, a wet powder may be formed by spraying a coating liquid into a powder containing positive electrode active material particles. In this manufacturing method, any mixing device, granulating device, etc. may be used.
コーティング液は、溶質(溶質および分散質を含む)と溶媒(溶媒および分散媒または溶媒)とを含む。溶質は、コーティング膜の原料として、第1元素(E1)および第2元素(E2)の少なくとも一方を含む。溶質は、さらにリン(P)を含み得る。コーティング液は、例えば、懸濁物(不溶解成分)、沈殿物等をさらに含んでいてもよい。 The coating liquid contains a solute (including a solute and a dispersoid) and a solvent (a solvent and a dispersion medium or a solvent). The solute contains at least one of a first element (E1) and a second element (E2) as a raw material for the coating film. The solute may further contain phosphorus (P). The coating liquid may further contain, for example, a suspended solid (undissolved component), a precipitate, etc.
溶質の総量は、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。 The total amount of solutes 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.
溶媒は、溶質が溶解する限り、任意の成分を含み得る。溶媒は、例えば、水、アルコール等を含んでいてもよい。溶媒は、例えば、イオン交換水等を含んでいてもよい。 The solvent may contain any component as long as the solute dissolves in the solvent. The solvent may contain, for example, water, alcohol, etc. The solvent may contain, for example, ion-exchanged water, etc.
E1およびE2の詳細は、前述の通りである。
溶質は、例えば、E1のオキソ酸、およびE1の酸化物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。溶質は、例えば、ホウ酸、ケイ酸、硝酸、硫酸、およびゲルマニウム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。溶質は、例えば、オルトホウ酸、メタホウ酸等を含んでいてもよい。
溶質は、例えば、E2の酸化物を含んでいてもよい。溶質は、例えば、酸化ランタン、酸化セリウム、および酸化イットリウム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 details of E1 and E2 are as described above.
The solute may include, for example, at least one selected from the group consisting of an oxoacid of E1 and an oxide of E1. The solute may include, for example, at least one selected from the group consisting of boric acid, silicic acid, nitric acid, sulfuric acid, and germanic acid. The solute may include, for example, orthoboric acid, metaboric acid, etc.
The solute may include, for example, an oxide of E2. The solute may include, for example, at least one selected from the group consisting of lanthanum oxide, cerium oxide, and yttrium oxide.
溶質は、例えば、リン酸化合物を含んでいてもよい。これにより、溶質はPを含み得る。リン酸化合物は、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種であってもよい。リン酸化合物は、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種であってもよい。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、連続性を有するコーティング膜が生成されやすくなると考えられる。コーティング膜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 solute may include, for example, a phosphoric acid compound. This allows the solute to include P. The phosphoric acid compound may be, 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 phosphoric acid compound may be, for example, at least one selected from the group consisting of metaphosphoric acid and polyphosphoric acid. Metaphosphoric acid and polyphosphoric acid may have a longer molecular chain than other phosphoric acid compounds. It is believed that the phosphoric acid compound has a longer molecular chain, which makes it easier to generate a coating film having continuity. For example, an improvement in coverage is expected due to the coating film having continuity.
上記のコーティング液において、例えば、下記式(5)の関係が満たされていてもよい。
0.040<(nE1+nE2)/nP≦1.51 …(5)
上記式(5)中、
nPは、コーティング液中におけるPのモル濃度を示す。
nE1は、コーティング液中における第1元素のモル濃度を示す。
nE2は、コーティング液中における第2元素のモル濃度を示す。
In the above coating liquid, for example, the relationship of the following formula (5) may be satisfied.
0.040<( nE1 + nE2 ) /nP≦1.51… (5)
In the above formula (5),
n P represents the molar concentration of P in the coating liquid.
n E1 represents the molar concentration of the first element in the coating liquid.
n E2 represents the molar concentration of the second element in the coating liquid.
「(nE1+nE2)/nP」は、コーティング液中におけるPに対する、第1元素(E1)および第2元素(E2)の合計のモル比(物質量比)を示す。該モル比が0.040超1.51以下である場合、電池抵抗の低減が期待される。 "(n E1 + n E2 )/n P " represents the molar ratio (substance amount ratio) of the sum of the first element (E1) and the second element (E2) to P in the coating liquid. When the molar ratio is more than 0.040 and not more than 1.51, a reduction in battery resistance is expected.
上記モル比は、例えば、1.03以下であってもよいし、0.67以下であってもよいし、0.48以下であってもよいし、0.098以下であってもよいし、0.051以下であってもよい。モル比は、例えば、0.048以上であってもよいし、0.10以上であってもよい。モル比は、例えば、0.048~1.03であってもよい。 The molar ratio may be, for example, 1.03 or less, 0.67 or less, 0.48 or less, 0.098 or less, or 0.051 or less. The molar ratio may be, for example, 0.048 or more, or 0.10 or more. The molar ratio may be, for example, 0.048 to 1.03.
(ICP測定)
コーティング液中の上記モル比「(nE1+nE2)/nP」は、次の手順で測定される。0.01gのコーティング液が純水で希釈されることにより、100mLの試料液が準備される。P、E1、E2の水溶液(1000ppm、10000ppm)が準備される。0.01gの水溶液が純水で希釈されることにより、標準液が準備される。ICP-AES(Inductively Coupled Plasma Atomic Emission Spectroscopy)装置が準備される。ICP-AES装置により、標準液の発光強度が測定される。標準液の発光強度から、検量線が作成される。ICP-AES装置により、試料液(コーティング液の希釈液)の発光強度が測定される。試料液の発光強度と、検量線とから、コーティング液におけるP、E1、E2の質量濃度が求まる。さらにP、E1、E2の質量濃度がモル濃度に変換される。E1のモル濃度(nE1)と、E2のモル濃度(nE2)との合計が、Pのモル濃度(nP)で除されることにより、モル比が求まる。
(ICP measurement)
The molar ratio "(n E1 +n E2 )/n P " in the coating liquid is measured by the following procedure. 100 mL of sample liquid is prepared by diluting 0.01 g of the coating liquid with pure water. Aqueous solutions of P, E1, and E2 (1000 ppm, 10000 ppm) are prepared. A standard solution is prepared by diluting 0.01 g of the aqueous solution with pure water. An ICP-AES (Inductively Coupled Plasma Atomic Emission Spectroscopy) device is prepared. The emission intensity of the standard solution is measured by the ICP-AES device. A calibration curve is created from the emission intensity of the standard solution. The emission intensity of the sample liquid (diluted solution of the coating liquid) is measured by the ICP-AES device. The mass concentrations of P, E1, and E2 in the coating liquid are determined from the emission intensity of the sample liquid and the calibration curve. Furthermore, the mass concentrations of P, E1, and E2 are converted to molar concentrations. The molar ratio is calculated by dividing the sum of the molar concentration of E1 (n E1 ) and the molar concentration of E2 (n E2 ) by the molar concentration of P (n P ).
溶質は、さらにLiを含んでいてよく、例えば、リチウム化合物をさらに含んでいてもよい。リチウム化合物は、例えば、水酸化リチウム、炭酸リチウム、硝酸リチウム等であってもよい。 The solute may further contain Li, for example, a lithium compound. The lithium compound may be, for example, lithium hydroxide, lithium carbonate, lithium nitrate, etc.
P、E1およびE2の合計に対する、Liのモル比「nLi/(nP+nE1+nE2)」は、例えば、1.1未満であってもよいし、1.0以下であってもよいし、0.45以下であってもよいし、0.1以下であってもよいし、0.05以下であってもよい。なお、モル比「nLi/(nP+nE1+nE2)」は、例えばゼロであってもよい。すなわち、溶質はLiを含んでいなくてもよい。nLiは、ICP測定における検出限界未満であってもよい。モル比「nLi/(nP+nE1+nE2)」が小さい程、粒子表面におけるLiの組成比が低減することが期待される。 The molar ratio of Li to the total of P, E1 and E2, "n Li / (n P + n E1 + n E2 )", may be, for example, less than 1.1, 1.0 or less, 0.45 or less, 0.1 or less, or 0.05 or less. The molar ratio "n Li / (n P + n E1 + n E2 )" may be, for example, zero. That is, the solute may not contain Li. n Li may be less than the detection limit in ICP measurement. It is expected that the smaller the molar ratio "n Li / (n P + n E1 + n E2 )", the lower the composition ratio of Li on the particle surface.
《(b)複合粒子の製造》
本製造方法は、上記の混合物を乾燥することにより、複合粒子を製造することを含む。正極活物質粒子の表面に付着したコーティング液が乾燥することにより、コーティング膜が生成され、複合粒子が製造される。本製造方法においては、任意の乾燥方法が使用され得る。
(b) Production of Composite Particles
The present manufacturing method includes drying the mixture to manufacture the composite particles. The coating solution attached to the surface of the positive electrode active material particles is dried to produce a coating film, and the composite particles are manufactured. In the present manufacturing method, any drying method can be used.
混合物が正極活物質粒子およびコーティング液を含む懸濁液である場合は、例えば、スプレードライ法により、複合粒子が形成されてもよい。すなわち、正極活物質粒子およびコーティング液を含む懸濁液がノズルから噴霧され、噴霧された液滴が、例えば熱風により、乾燥されることによって、複合粒子が形成され得る。スプレードライ法の使用により、例えば、被覆率の向上が期待される。 When the mixture is a suspension containing positive electrode active material particles and a coating liquid, the composite particles may be formed, for example, by a spray drying method. That is, the suspension containing positive electrode active material particles and a coating liquid is sprayed from a nozzle, and the sprayed droplets are dried, for example, by hot air, to form the composite particles. By using the spray drying method, for example, an improvement in the coverage rate is expected.
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、複合粒子が製造されてもよい。転動流動層コーティング装置においては、「(a)混合物の準備」(正極活物質粒子の表面へのコーティング液の付着)および「(b)複合粒子の製造」が同時に実施され得る。 For example, the composite particles may be produced by a tumbling fluidized bed coating apparatus. In the tumbling fluidized bed coating apparatus, "(a) preparation of the mixture" (adhesion of the coating liquid to the surface of the positive electrode active material particles) and "(b) production of the composite particles" can be carried out simultaneously.
《(c)熱処理》
本製造方法は、複合粒子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。
(c) Heat Treatment
The present manufacturing method may include subjecting the composite particles to a heat treatment. The coating film may be fixed by the heat treatment. The heat treatment may also be referred to as "calcination." 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.
<比較例1>
〔複合粒子の調製〕
870.4質量部の過酸化水素水(質量濃度 30%)が容器に投入された。次に、987.4質量部のイオン交換水と、44.2質量部のリン酸〔P2O5・3H2O〕とが容器に投入された。次に、87.9質量部のアンモニア水(質量濃度 28%)が容器に投入された。容器の内容物が十分攪拌されることにより、溶液が調製された。溶液は、Pのペルオキソ錯体を含むと考えられる。さらに、0.1質量部の水酸化リチウム・1水和物(LiOH・H2O)が溶液に溶解されることにより、コーティング液が調製された。
<Comparative Example 1>
[Preparation of Composite Particles]
870.4 parts by mass of hydrogen peroxide solution (
正極活物質粒子として、Li(Ni1/3Co1/3Mn1/3)O2が準備された。50質量部の正極活物質粒子の粉末が、53.7質量部のコーティング液に分散されることにより、懸濁液が調製された。懸濁液のスプレードライによって、複合粒子の粉末が調製された。 Li(Ni1 / 3Co1 / 3Mn1 /3 ) O2 was prepared as the positive electrode active material particles. 50 parts by mass of the positive electrode active material particles were dispersed in 53.7 parts by mass of the coating liquid to prepare a suspension. The suspension was spray-dried to prepare a composite particle powder.
得られた複合粒子が大気雰囲気下で熱処理された。熱処理温度は200℃であった。熱処理時間は5時間であった。これにより、厚さ20nmのコーティング膜を有する実施例1の複合粒子(被覆正極活物質)が得られた。なお、実施例1の複合粒子において、コーティング膜はLi3PO4(LPO)を含むと考えられる。 The obtained composite particles were heat-treated in an air atmosphere. The heat treatment temperature was 200° C. The heat treatment time was 5 hours. As a result, the composite particles (coated positive electrode active material) of Example 1 having a coating film with a thickness of 20 nm were obtained. Note that, in the composite particles of Example 1, the coating film is considered to contain Li 3 PO 4 (LPO).
〔全固体電池の作製〕
(正極の作製)
下記材料が準備された。
硫化物固体電解質:LiIを含むLi2S-P2S5系ガラスセラミックス(D50:0.8μm)
導電材:VGCF(気相法炭素繊維)
バインダ:SBR(ブタジエンゴム)
分散媒:ヘプタン
正極集電体:Al箔
[Fabrication of all-solid-state batteries]
(Preparation of Positive Electrode)
The following materials were prepared:
Sulfide solid electrolyte: Li 2 S-P 2 S 5 -based glass ceramics containing LiI (D50: 0.8 μm)
Conductive material: VGCF (vapor grown carbon fiber)
Binder: SBR (butadiene rubber)
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、正極スラリーが調製された。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=7/3(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0.7質量部であった。超音波ホモジナイザー(エスエムテー製:UH-50)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 = 7/3 (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 0.7 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 (manufactured by SMT: UH-50). 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 .
(負極の作製)
フィルミックス装置(プライミクス製30-L型)の混練容器に、硫化物固体電解質(LiIを含むLi2S-P2S5系ガラスセラミックス、D50:0.8μm)と、1質量%の導電助剤(VGCF)と、2質量%のバインダー(SBR)と、ヘプタンとを投入し、20000rpmで30分間撹拌した。
次いで、負極活物質(Li4Ti5O12粒子、D50:1μm)と固体電解質とを体積比率が6:4となるように、混練容器に投入し、フィルミックス装置を用いて15000rpmで60分間撹拌することにより、負極合剤を調製した。調製された負極合剤を銅箔上に塗工し、100℃にて30分間乾燥させた。これにより負極原反が製造された。負極原反から、円盤状の負極が切り出された。負極の面積は1cm2であった。
(Preparation of negative electrode)
A sulfide solid electrolyte (Li 2 S-P 2 S 5 -based glass ceramics containing LiI, D50: 0.8 μm), 1 mass % of a conductive additive (VGCF), 2 mass % of a binder (SBR), and heptane were added to a kneading vessel of a Filmix device (30-L type manufactured by Primix) and stirred at 20,000 rpm for 30 minutes.
Next, the negative electrode active material (Li 4 Ti 5 O 12 particles, D50:1 μm) and the solid electrolyte were put into a kneading container so that the volume ratio was 6:4, and the mixture was stirred at 15,000 rpm for 60 minutes using a Filmix device to prepare a negative electrode mixture. The prepared negative electrode mixture was applied to a copper foil and dried at 100 ° C. for 30 minutes. This produced a negative electrode raw material. A disk-shaped negative electrode was cut out from the negative electrode raw material. The area of the negative electrode was 1 cm 2 .
(セパレータ層の作製)
内径断面積1cm2の筒状セラミックスに、64.8mgの硫化物固体電解質(LiIを含むLi2S-P2S5系ガラスセラミックス、D50:2.5μm)を入れ、平滑にした後、1ton/cm2でプレスし、セパレータ層(固体電解質層)を作製した。
(Preparation of Separator Layer)
64.8 mg of a sulfide solid electrolyte ( Li2S - P2S5 -based glass ceramics containing LiI, D50: 2.5 μm) was placed in a cylindrical ceramic having an inner cross-sectional area of 1 cm2 , smoothed, and then pressed at 1 ton/ cm2 to prepare a separator layer (solid electrolyte layer).
(電池の作製)
固体電解質層の一方の面に作製された正極を重ね、固体電解質層の他方の面に作製された負極を重ね合わせて、6ton/cm2で1分間のプレスを行った。次いで、正極および負極に端子(ステンレス棒)が入れられた状態で、1tonで拘束することにより、全固体電池(全固体リチウムイオン電池)が作製された。
(Battery Construction)
The fabricated positive electrode was placed on one side of the solid electrolyte layer, and the fabricated negative electrode was placed on the other side of the solid electrolyte layer, and pressed at 6 ton/cm 2 for 1 minute. Next, with terminals (stainless steel rods) inserted into the positive electrode and negative electrode, they were restrained at 1 ton to fabricate an all-solid-state battery (all-solid-state lithium-ion battery).
<実施例1>
実施例1では、166質量部のイオン交換水に、10.8質量部のオルトリン酸(85%、キシダ化学社製)が溶解されることにより、溶液が調製された。さらにモル比「nLi/(nP+nE1+nE2)」が0.45となるように、溶液に水酸化リチウム・1水和物が溶解されることにより、コーティング液が調製された。それ以外の点は比較例1と同様にして、実施例1の複合粒子および電池が作製された。なお、実施例1の複合粒子において、コーティング膜は、例えば、Li0.5PO3などのLixPOy(x、yは任意の数である。)を含むと考えられる。
Example 1
In Example 1, 10.8 parts by mass of orthophosphoric acid (85%, Kishida Chemical Co., Ltd.) was dissolved in 166 parts by mass of ion-exchanged water to prepare a solution. Furthermore, lithium hydroxide monohydrate was dissolved in the solution so that the molar ratio "n Li / (n P + n E1 + n E2 )" was 0.45 to prepare a coating solution. The composite particles and battery of Example 1 were produced in the same manner as Comparative Example 1 except for the above. In addition, in the composite particles of Example 1, the coating film is considered to include Li x PO y (x and y are arbitrary numbers), such as Li 0.5 PO 3 .
<実施例2>
実施例2では、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、コーティング液が調製された。それ以外の点は比較例1と同様にして、実施例2の複合粒子および電池が作製された。なお、実施例2の複合粒子において、コーティング膜は、例えば、BOなどのBOx(xは任意の数である。)を含むと考えられる。
Example 2
In Example 2, a coating 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 for this, the composite particles and battery of Example 2 were produced in the same manner as in Comparative Example 1. In the composite particles of Example 2, the coating film is considered to contain, for example, BO x (x is any number) such as BO.
<実施例3>
実施例3では、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、溶液が調製された。さらにモル比「(nE1+nE2)/nP」が1.0となるように、溶液にホウ酸(ナカライテスク社製)が溶解されることにより、コーティング液が調製された。それ以外の点は比較例1と同様にして、実施例3の複合粒子および電池が作製された。なお、実施例3の複合粒子において、コーティング膜は、例えば、BPOXなどのBxPOy(x、yは任意の数である。)を含むと考えられる。
Example 3
In Example 3, a 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. Furthermore, a coating solution was prepared by dissolving boric acid (manufactured by Nacalai Tesque, Inc.) in the solution so that the molar ratio "(n E1 + n E2 )/n P " was 1.0. In other respects, the composite particles and the battery of Example 3 were produced in the same manner as in Comparative Example 1. In addition, in the composite particles of Example 3, the coating film is considered to include, for example, B x PO y (x and y are any numbers), such as BPO X.
<実施例4>
実施例4では、複合粒子の熱処理の温度が400℃に変更された。それ以外の点は実施例3と同様にして、実施例4の複合粒子および電池が作製された。なお、実施例4の複合粒子において、コーティング膜は、例えば、BPOXなどのBxPOy(x、yは任意の数である。)を含むと考えられる。
Example 4
In Example 4, the temperature of the heat treatment of the composite particles was changed to 400° C. Except for this, the composite particles and the battery of Example 4 were produced in the same manner as in Example 3. Note that in the composite particles of Example 4, the coating film is considered to contain, for example, B x PO y (x and y are arbitrary numbers), such as BPO X.
<評価>
〔複合粒子(コーティング膜)のラマン分光スペクトルの測定〕
上記実施例および比較例の各々の複合粒子について、コーティング膜の断面を対象としたラマン分光スペクトルが測定された。図1に、実施例および比較例の各々の複合粒子(コーティング膜)のラマン分光スペクトルが示される。また、表1に、ラマン分光スペクトルの各ピークのピークトップにおけるラマンシフト値が示される。ラマン分光スペクトルの測定条件は以下のとおりである。
<Evaluation>
[Measurement of Raman Spectrum of Composite Particles (Coating Film)]
For each of the composite particles of the above examples and comparative examples, the Raman spectroscopy spectrum was measured for the cross section of the coating film. FIG. 1 shows the Raman spectroscopy spectrum of each of the composite particles (coating film) of the examples and comparative examples. Table 1 also shows the Raman shift value at the peak top of each peak of the Raman spectroscopy spectrum. The measurement conditions of the Raman spectroscopy spectrum are as follows.
(ラマン分光測定条件)
ラマン分光装置: 「DXR3xi イメージング顕微ラマン」(サーモフィッシャーサイエンティフィック株式会社)
レーザーエネルギー: 1.5mW
露光時間: 50~100Hz
スキャン回数: 100
(Raman spectroscopy measurement conditions)
Raman spectrometer: "DXR3xi Raman Imaging Microscope" (Thermo Fisher Scientific Co., Ltd.)
Laser energy: 1.5mW
Exposure time: 50-100Hz
Number of scans: 100
〔電池の反応抵抗〕
上記の実施例および比較例の各々の電池(全固体電池)について、以下の方法により出力特性(反応抵抗)が評価された。
[Battery reaction resistance]
For each of the batteries (all-solid-state batteries) of the above-mentioned Examples and Comparative Examples, the output characteristics (reaction resistance) were evaluated by the following method.
(初期容量の確認)
各々の電池について、1/3Cレートにて定電流-定電圧(CC-CV)充電および定電流(CC)放電が3サイクル繰り返された。3サイクル目の放電容量が初期容量として確認された。なお、「C」は電流レートの単位である。「1C」は、1時間の充電により、SOC(充電率:State of Charge)が0%から100%に到達する電流レートを示す。
(Checking the initial capacity)
For each battery, constant current-constant voltage (CC-CV) charging and constant current (CC) discharging were repeated for three cycles at a 1/3C rate. The discharge capacity at the third cycle was confirmed as the initial capacity. Note that "C" is the unit of current rate. "1C" indicates the current rate at which the SOC (State of Charge) reaches 100% from 0% by charging for one hour.
(反応抵抗の測定)
上記の初期容量が確認された電池が、1/3CレートにてSOC(充電率)が50%の状態まで充電された。その後、電池の交流インピーダンスが10mV、0.1~106Hzの条件で測定された。交流インピーダンスの測定結果に基づいて作成されたCole-Coleプロットに対して円弧をフィッティングし、フィッティングした円弧と実軸との交点の2点間の距離を反応抵抗(放電抵抗)として測定した。
(Measurement of reaction resistance)
The battery with the above initial capacity confirmed was charged at a 1/3 C rate to a state of SOC (charge rate) of 50%. Then, the AC impedance of the battery was measured under conditions of 10 mV and 0.1 to 10 6 Hz. An arc was fitted to a Cole-Cole plot created based on the AC impedance measurement results, and the distance between the two intersection points of the fitted arc and the real axis was measured as the reaction resistance (discharge resistance).
表1に、放電抵抗の測定結果(比較例1の放電抵抗を1.00としたときの比率)が示される。なお、放電抵抗が小さい程、電池の出力特性(放電レート)が高いことを示す。 Table 1 shows the measurement results of the discharge resistance (ratio when the discharge resistance of Comparative Example 1 is set to 1.00). Note that the smaller the discharge resistance, the higher the battery output characteristics (discharge rate).
表1に示される結果から、コーティング膜の断面のラマン分光スペクトルにおいて600~200cm-1の範囲内にピークトップを有するピークが存在する実施例1~4の電池(複合粒子)は、コーティング膜の断面のラマン分光スペクトルにおいて当該ピークが存在しない比較例1の電池(複合粒子)に比べて、反応抵抗が顕著に低いことが分かる。なお、実施例3および4においては、600~200cm-1の範囲内にピークトップを有するピークが3つ存在している。 From the results shown in Table 1, it can be seen that the batteries (composite particles) of Examples 1 to 4, in which the Raman spectrum of the cross section of the coating film has a peak with a peak top in the range of 600 to 200 cm −1 , have significantly lower reaction resistance than the battery (composite particles) of Comparative Example 1, in which the Raman spectrum of the cross section of the coating film does not have such a peak. Note that in Examples 3 and 4, there are three peaks with peak tops in the range of 600 to 200 cm −1 .
また、実施例1、3および4では、コーティング膜の断面のラマン分光スペクトルにおいて、さらに、1250~1050cm-1および800~630cm-1の範囲内にピークトップを有する少なくとも1つのピークも存在している。この場合、該コーティング膜が低抵抗を有するとともに、高電圧下における耐久性に優れることが期待される。 In Examples 1, 3, and 4, the Raman spectrum of the cross section of the coating film further has at least one peak having a peak top within the range of 1250 to 1050 cm −1 and 800 to 630 cm −1 . In this case, the coating film is expected to have low resistance and excellent durability under high voltage.
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.
1 正極活物質粒子、2 コーティング膜、5 複合粒子、10 正極、20 負極、30 セパレータ層、50 発電要素、100 全固体電池。 1 Positive electrode active material particles, 2 Coating film, 5 Composite particles, 10 Positive electrode, 20 Negative electrode, 30 Separator layer, 50 Power generating element, 100 All-solid-state battery.
Claims (6)
前記コーティング膜は、リン化合物を含み、
前記リン化合物は、ガラスネットワーク形成元素である第1元素および遷移元素である第2元素の少なくとも一方と、リンと、を含み、
前記第1元素は、ホウ素、珪素、およびゲルマニウムからなる群より選択される少なくとも1種であり、
前記コーティング膜の断面のラマン分光スペクトルにおいて、600~200cm-1の範囲内にピークトップを有するピークが存在し、
前記コーティング膜において、下記式(1)の関係を満たす、複合粒子。
CLi/(CP+CE1+CE2)≦2.5 …(1)
(上記式(1)中、
CLi、CP、CE1、CE2は、X線光電子分光法により測定される元素濃度を示し、
CLiは、リチウムの元素濃度を示し、
CPは、リンの元素濃度を示し、
CE1は、前記第1元素の元素濃度を示し、
CE2は、前記第2元素の元素濃度を示す。) A positive electrode active material particle and a coating film that covers at least a part of a surface of the positive electrode active material particle,
The coating film contains a phosphorus compound,
The phosphorus compound contains phosphorus and at least one of a first element which is a glass network forming element and a second element which is a transition element,
the first element is at least one selected from the group consisting of boron, silicon, and germanium;
In the Raman spectroscopy spectrum of a cross section of the coating film, a peak having a peak top in the range of 600 to 200 cm
The composite particle, in the coating film, satisfies the relationship of the following formula (1):
C Li /(C P +C E1 +C E2 )≦2.5…(1)
(In the above formula (1),
C Li , C P , C E1 , and C E2 are element concentrations measured by X-ray photoelectron spectroscopy;
C Li represents the elemental concentration of lithium,
C P represents the elemental concentration of phosphorus,
C E1 represents the element concentration of the first element,
C E2 indicates the element concentration of the second element.
(a)コーティング液と正極活物質粒子とを混合することにより、混合物を準備すること、および
(b)前記混合物を乾燥することにより、複合粒子を製造すること、
を含み、
前記コーティング液は、溶質と溶媒とを含み、
前記溶質は、前記第1元素および前記第2元素の少なくとも一方と、リンと、を含む、
複合粒子の製造方法。 A method for producing the composite particle according to claim 1, comprising the steps of:
(a) preparing a mixture by mixing a coating liquid with positive electrode active material particles; and (b) producing composite particles by drying the mixture.
Including,
The coating liquid includes a solute and a solvent,
The solute includes at least one of the first element and the second element, and phosphorus.
A method for producing composite particles.
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