Deprecated: The each() function is deprecated. This message will be suppressed on further calls in /home/zhenxiangba/zhenxiangba.com/public_html/phproxy-improved-master/index.php on line 456
JP7685870B2 - Electrolyte composition, electrolyte sheet and secondary battery - Google Patents
[go: Go Back, main page]

JP7685870B2 - Electrolyte composition, electrolyte sheet and secondary battery - Google Patents

Electrolyte composition, electrolyte sheet and secondary battery Download PDF

Info

Publication number
JP7685870B2
JP7685870B2 JP2021077381A JP2021077381A JP7685870B2 JP 7685870 B2 JP7685870 B2 JP 7685870B2 JP 2021077381 A JP2021077381 A JP 2021077381A JP 2021077381 A JP2021077381 A JP 2021077381A JP 7685870 B2 JP7685870 B2 JP 7685870B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
electrolyte
oxide
layer
ionic liquid
electrolyte composition
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2021077381A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2022171018A (en
Inventor
直也 野原
広幸 松浦
洋 山本
正聡 上木
彩子 近藤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Niterra Co Ltd
Original Assignee
NGK Spark Plug Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by NGK Spark Plug Co Ltd filed Critical NGK Spark Plug Co Ltd
Priority to JP2021077381A priority Critical patent/JP7685870B2/en
Publication of JP2022171018A publication Critical patent/JP2022171018A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP7685870B2 publication Critical patent/JP7685870B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

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

Landscapes

  • Conductive Materials (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)

Description

本発明は電解質組成物、電解質シート及び二次電池に関する。 The present invention relates to an electrolyte composition, an electrolyte sheet, and a secondary battery.

Li,La及びZrを含む酸化物LiLaZr12、電解質塩、イオン液体およびポリマーを含む電解質組成物は知られている(特許文献1)。 An electrolyte composition containing an oxide containing Li, La and Zr, Li 7 La 3 Zr 2 O 12 , an electrolyte salt, an ionic liquid and a polymer is known (Patent Document 1).

特許第6562184号公報Patent No. 6562184

先行技術において、LiLaZr12からなる塩基性の酸化物およびポリマーが分散した電解質組成物が、ゲル化(非流動化)することがある。電解質組成物がゲル化すると、電解質組成物の構成成分の分散状態にばらつきが生じたりシートが成形できなくなったりする。 In the prior art, an electrolyte composition in which a basic oxide made of Li 7 La 3 Zr 2 O 12 and a polymer are dispersed may gel (become non-fluid). When the electrolyte composition gels, the dispersion state of the components of the electrolyte composition becomes uneven and it becomes impossible to mold a sheet.

本発明はこの問題点を解決するためになされたものであり、ゲル化を低減できる電解質組成物、電解質シート及び二次電池を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve this problem, and aims to provide an electrolyte composition, an electrolyte sheet, and a secondary battery that can reduce gelation.

この目的を達成するために本発明の電解質組成物は、Li,La及びZrを含む酸化物、電解質塩、イオン液体、及び、ポリマーを含み、酸化物は、ガーネット型構造を有し、Liの一部がMgで置換され、Laの一部がSrで置換されている。イオン液体はピロリジニウムカチオンを含み、ポリマーは-CHCF-を含む。 To achieve this object, the electrolyte composition of the present invention comprises an oxide containing Li, La and Zr, an electrolyte salt, an ionic liquid and a polymer, the oxide having a garnet structure, with a portion of Li being substituted with Mg and a portion of La being substituted with Sr, the ionic liquid containing a pyrrolidinium cation and the polymer containing -CH 2 CF 2 -.

本発明の電解質シートは電解質組成物からなる。本発明の二次電池は、順に正極層、電解質層および負極層を含み、正極層、電解質層および負極層の少なくとも1つに電解質組成物が含まれる。 The electrolyte sheet of the present invention is made of an electrolyte composition. The secondary battery of the present invention includes, in order, a positive electrode layer, an electrolyte layer, and a negative electrode layer, and at least one of the positive electrode layer, the electrolyte layer, and the negative electrode layer includes the electrolyte composition.

本発明の電解質組成物によれば、構成成分の相互作用が起こり難くなるのでゲル化を低減できる。電解質組成物を含む電解質シート及び二次電池によれば構成成分の分散状態のばらつきを低減できる。 The electrolyte composition of the present invention reduces gelation because interactions between the components are less likely to occur. An electrolyte sheet and a secondary battery containing the electrolyte composition can reduce variation in the dispersion state of the components.

一実施の形態における二次電池の断面図である。1 is a cross-sectional view of a secondary battery according to an embodiment.

以下、本発明の好ましい実施の形態について添付図面を参照して説明する。図1は一実施の形態における二次電池10の模式的な断面図である。本実施形態における二次電池10は、発電要素が固体で構成されたリチウムイオン固体電池である。発電要素が固体で構成されているとは、発電要素の骨格が固体で構成されていることを意味し、例えば骨格中に液体が含浸した形態を排除するものではない。 Below, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a secondary battery 10 in one embodiment. In this embodiment, the secondary battery 10 is a lithium ion solid-state battery in which the power generating element is made of a solid. The power generating element being made of a solid means that the skeleton of the power generating element is made of a solid, and does not exclude, for example, a form in which the skeleton is impregnated with a liquid.

図1に示すように二次電池10は、順に正極層11、電解質層14及び負極層15を含む。正極層11、電解質層14及び負極層15はケース(図示せず)に収容されている。 As shown in FIG. 1, the secondary battery 10 includes, in order, a positive electrode layer 11, an electrolyte layer 14, and a negative electrode layer 15. The positive electrode layer 11, the electrolyte layer 14, and the negative electrode layer 15 are housed in a case (not shown).

正極層11は集電層12と複合層13とが重ね合わされている。集電層12は導電性を有する部材である。集電層12の材料はNi,Ti,Fe及びAlから選ばれる金属、これらの2種以上の元素を含む合金やステンレス鋼、炭素材料が例示される。 The positive electrode layer 11 is made up of a current collecting layer 12 and a composite layer 13 superimposed on each other. The current collecting layer 12 is a conductive member. Examples of materials for the current collecting layer 12 include metals selected from Ni, Ti, Fe, and Al, alloys containing two or more of these elements, stainless steel, and carbon materials.

複合層13は、活物質19及び電解質組成物(後述する)を含む。電解質組成物はイオン伝導性を有する酸化物18を含む。複合層13の抵抗を低くするために、複合層13に導電助剤が含まれていても良い。導電助剤は、カーボンブラック、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、炭素繊維、Ni、Pt及びAgが例示される。 The composite layer 13 contains an active material 19 and an electrolyte composition (described later). The electrolyte composition contains an oxide 18 having ion conductivity. To reduce the resistance of the composite layer 13, the composite layer 13 may contain a conductive additive. Examples of the conductive additive include carbon black, acetylene black, ketjen black, carbon fiber, Ni, Pt, and Ag.

活物質19は、遷移金属を有する金属酸化物、硫黄系活物質、有機系活物質が例示される。遷移金属を有する金属酸化物は、Mn,Co,Ni,Fe,Cr及びVの中から選択される1種以上の元素とLiとを含む金属酸化物が例示される。遷移金属を有する金属酸化物は、LiCoO,LiNi0.8Co0.15Al0.05,LiMn,LiNiVO,LiNi0.5Mn1.5,LiNi1/3Mn1/3Co1/3及びLiFePOが例示される。 The active material 19 may be, for example, a metal oxide having a transition metal, a sulfur-based active material, or an organic active material. The metal oxide having a transition metal may be , for example , a metal oxide containing Li and one or more elements selected from Mn, Co, Ni, Fe, Cr, and V. The metal oxide having a transition metal may be, for example, LiCoO2 , LiNi0.8Co0.15Al0.05O2 , LiMn2O4 , LiNiVO4 , LiNi0.5Mn1.5O4 , LiNi1 / 3Mn1 / 3Co1 / 3O4 , or LiFePO4 .

活物質19と酸化物18との反応の抑制を目的として、活物質19の表面に被覆層を設けることができる。被覆層は、Al,ZrO,LiNbO,LiTi12,LiTaO,LiNbO,LiAlO,LiZrO,LiWO,LiTiO,Li,LiPO及びLiMoOが例示される。 A coating layer may be provided on the surface of the active material 19 in order to suppress a reaction between the active material 19 and the oxide 18. Examples of the coating layer include Al2O3 , ZrO2 , LiNbO3 , Li4Ti5O12, LiTaO3 , LiNbO3, LiAlO2 , Li2ZrO3 , Li2WO4 , Li2TiO3 , Li2B4O7 , Li3PO4 , and Li2MoO4 .

硫黄系活物質は、S,TiS,NiS,FeS,LiS,MoS及び硫黄-カーボンコンポジットが例示される。有機系活物質は、2,2,6,6-テトラメチルピペリジノキシル-4-イルメタクリレートやポリテトラメチルピペリジノキシルビニルエーテルに代表されるラジカル化合物、キノン化合物、ラジアレン化合物、テトラシアキノジメタン、及び、フェナジンオキシドが例示される。 Examples of sulfur-based active materials include S, TiS 2 , NiS, FeS 2 , Li 2 S, MoS 3 , and sulfur-carbon composites. Examples of organic active materials include radical compounds such as 2,2,6,6-tetramethylpiperidinoxyl-4-yl methacrylate and polytetramethylpiperidinoxyl vinyl ether, quinone compounds, radialene compounds, tetracyaquinodimethane, and phenazine oxide.

電解質層14は電解質組成物からなる。電解質組成物は酸化物18、電解液およびポリマーを含む。酸化物18は、Li,La,Zr及びOを含むガーネット型構造のリチウムイオン伝導性を有する固体電解質である。ガーネット型構造の酸化物の基本組成はLiLa12(M=Nb,Ta)である。酸化物18は、基本組成の5価のMカチオンを4価のカチオンに置換したLiLaZr12の、Liの一部がMgで置換され、Laの一部がSrで置換されている。酸化物18は、例えば立方晶系(空間群Ia-3d(-は回反操作を意味するオーバーラインを示す)、JCPDS:84-1753)の結晶構造をとる。 The electrolyte layer 14 is made of an electrolyte composition. The electrolyte composition includes an oxide 18, an electrolyte solution, and a polymer. The oxide 18 is a solid electrolyte having a garnet-type structure and lithium ion conductivity containing Li, La, Zr, and O. The basic composition of the oxide having a garnet-type structure is Li 5 La 3 M 2 O 12 (M=Nb, Ta). The oxide 18 is Li 7 La 3 Zr 2 O 12 in which the pentavalent M cation in the basic composition is replaced with a tetravalent cation, with part of the Li replaced with Mg and part of the La replaced with Sr. The oxide 18 has a crystal structure of, for example, a cubic system (space group Ia-3d (- indicates an overline that means a reversal operation), JCPDS: 84-1753).

酸化物18は、Li元素の2%以上がMgで置換されているものが好ましい。特に各元素のモル比が以下の(1)から(3)を全て満たすもの、又は、各元素のモル比が以下の(4)から(6)を全て満たすものが、より好ましい。
(1)1.33≦Li/(La+Sr)≦3
(2)0≦Mg/(La+Sr)≦0.5
(3)0≦Sr/(La+Sr)≦0.67
(4)2.0≦Li/(La+Sr)≦2.5
(5)0.01≦Mg/(La+Sr)≦0.14
(6)0.04≦Sr/(La+Sr)≦0.17。
The oxide 18 is preferably one in which 2% or more of the Li element is substituted with Mg. In particular, it is more preferable that the molar ratio of each element satisfies all of the following (1) to (3), or the molar ratio of each element satisfies all of the following (4) to (6).
(1) 1.33≦Li/(La+Sr)≦3
(2) 0≦Mg/(La+Sr)≦0.5
(3) 0≦Sr/(La+Sr)≦0.67
(4) 2.0≦Li/(La+Sr)≦2.5
(5) 0.01≦Mg/(La+Sr)≦0.14
(6) 0.04≦Sr/(La+Sr)≦0.17.

酸化物18は、Li,La,Zr,Mg及びSr以外に、Al,Si,Ti,V,Ga,Y,Nb,Sn,Sb,Ba,Hf,Ta,W,Bi,Rb及びランタノイド(Laは除く)からなる群より選択される少なくとも1種の元素を含むことができる。 In addition to Li, La, Zr, Mg, and Sr, oxide 18 may contain at least one element selected from the group consisting of Al, Si, Ti, V, Ga, Y, Nb, Sn, Sb, Ba, Hf, Ta, W, Bi, Rb, and lanthanides (excluding La).

電解質層14の断面に現出する酸化物18の円相当径のメジアン径は、0.5-10μm、好ましくは4-10μm、より好ましくは4-6μmである。酸化物18の表面積を適度な大きさにし、酸化物18の表面に介在する電解液と酸化物18との間のリチウムイオンの移動量を確保するためである。 The median diameter of the circle-equivalent diameter of the oxide 18 appearing in the cross section of the electrolyte layer 14 is 0.5-10 μm, preferably 4-10 μm, and more preferably 4-6 μm. This is to ensure that the surface area of the oxide 18 is of an appropriate size and to ensure the amount of lithium ions that can move between the electrolyte present on the surface of the oxide 18 and the oxide 18.

酸化物18のメジアン径を求めるには、まず電解質層14の断面(研磨面や集束イオンビーム(FIB)を照射して得られた面、イオンミリングによって得られた面)に現出する酸化物18の走査型電子顕微鏡(SEM)による画像を解析して、酸化物18の粒子ごとの面積から円相当径を算出し、体積基準の粒度分布を求める。メジアン径は、粒度分布における頻度の積算値が50%となる円相当径である。粒度分布を求める画像は、精度を確保するため、電解質層14のうち400μm以上の面積とする。 To obtain the median diameter of the oxide 18, first, a scanning electron microscope (SEM) image of the oxide 18 appearing on the cross section of the electrolyte layer 14 (a polished surface, a surface obtained by irradiating with a focused ion beam (FIB), or a surface obtained by ion milling) is analyzed, and a circular equivalent diameter is calculated from the area of each particle of the oxide 18 to obtain a volume-based particle size distribution. The median diameter is the circular equivalent diameter at which the integrated value of the frequency in the particle size distribution is 50%. To ensure accuracy, the image for obtaining the particle size distribution should have an area of 400 μm2 or more of the electrolyte layer 14.

電解質層14に含まれる電解液は、電解質塩が溶解したイオン液体を含む。イオン液体は、カチオン及びアニオンからなる化合物であり、常温常圧で液体である。イオン液体が電解液を構成するので、電解液の難燃性を向上できる。電解液の各種物性および機能は、電解質塩およびイオン液体の種類、塩濃度により決定される。 The electrolyte solution contained in the electrolyte layer 14 includes an ionic liquid in which an electrolyte salt is dissolved. An ionic liquid is a compound consisting of a cation and an anion, and is liquid at room temperature and pressure. Since the ionic liquid constitutes the electrolyte solution, the flame retardancy of the electrolyte solution can be improved. The various physical properties and functions of the electrolyte solution are determined by the type and salt concentration of the electrolyte salt and ionic liquid.

電解質塩は、正極層11と負極層15との間のカチオンの授受のために用いられる化合物である。電解質塩は例えばリチウム塩である。電解質塩のアニオンは、ハロゲン化物イオン(I,Cl,Br等),SCN,BF ,BF(CF,BF(C,PF ,ClO ,SbF ,N(SOF) ,N(SOCF ,N(SO ,B(C ,B(O ,C(SOF) ,C(SOCF ,CFCOO,CFSO,CSO,B(O ,RCOO(Rは炭素数1-4のアルキル基、フェニル基またはナフチル基)等が例示される。 The electrolyte salt is a compound used for transferring cations between the positive electrode layer 11 and the negative electrode layer 15. The electrolyte salt is, for example, a lithium salt. The anions of the electrolyte salt are halide ions (I - , Cl - , Br - , etc.), SCN - , BF 4 - , BF 3 (CF 3 ) - , BF 3 (C 2 F 5 ) - , PF 6 - , ClO 4 - , SbF 6 - , N(SO 2 F) 2 - , N(SO 2 CF 3 ) 2 - , N(SO 2 C 2 F 5 ) 2 - , B(C 6 H 5 ) 4 - , B(O 2 C 2 H 4 ) 2 - , C(SO 2 F) 3 - , C(SO 2 CF 3 ) 3 - , CF 3 COO - , CF 3 SO 2 Examples include O , C 6 F 5 SO 2 O , B(O 2 C 2 O 2 ) 2 , RCOO (R is an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms, a phenyl group, or a naphthyl group).

電解質塩のアニオンは、スルホニル基-S(=O)-を有するN(SOF) ,N(SOCF ,N(SO 等のスルホニルイミドが好ましい。スルホニルイミドアニオンは、塩濃度が高くなっても電解液の粘度上昇およびイオン伝導率低下の影響が小さく、さらに安定性が高く抵抗が低い被膜(SEI)の形成により、電解液の還元分解を低減し、還元側電位窓を拡張できるからである。N(SOF) を略称で[FSI]:ビス(フルオロスルホニル)イミドアニオンと呼び、N(SOCF を略称で[TFSI]:ビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミドアニオンと呼ぶ場合がある。 The anion of the electrolyte salt is preferably a sulfonylimide having a sulfonyl group -S(=O) 2 -, such as N(SO 2 F) 2 - , N(SO 2 CF 3 ) 2 - , or N(SO 2 C 2 F 5 ) 2 - . This is because the sulfonylimide anion is less affected by the increase in viscosity of the electrolyte and the decrease in ionic conductivity even when the salt concentration is high, and further, by forming a highly stable and low-resistance coating (SEI), it is possible to reduce the reductive decomposition of the electrolyte and expand the reduction-side potential window. N(SO 2 F) 2 - may be abbreviated as [FSI] - : bis(fluorosulfonyl)imide anion, and N(SO 2 CF 3 ) 2 - may be abbreviated as [TFSI] - : bis(trifluoromethanesulfonyl)imide anion.

イオン液体のカチオン成分はピロリジニウムカチオンを有する。ピロリジニウムカチオンは、例えば式(1)で表される五員環化合物である。 The cationic component of the ionic liquid has a pyrrolidinium cation. The pyrrolidinium cation is, for example, a five-membered ring compound represented by formula (1).

Figure 0007685870000001
Figure 0007685870000001

式(1)中、R及びRは、それぞれ独立に、炭素数が1-10のアルキル基を示す。アルキル基は置換基を有していても良い。R及びRで表されるアルキル基(置換基を含む)の炭素数は、好ましくは1-5、より好ましくは1-4である。電解液のイオン伝導度を確保するためである。 In formula (1), R 1 and R 2 each independently represent an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms. The alkyl group may have a substituent. The number of carbon atoms of the alkyl group (including the substituent) represented by R 1 and R 2 is preferably 1 to 5, more preferably 1 to 4. This is to ensure the ionic conductivity of the electrolyte.

置換基は特に制限がない。置換基は、アルキル基、シクロアルキル基、アリール基、ヒドロキシル基、カルボキシル基、ニトロ基、トリフルオロメチル基、アミド基、カルバモイル基、エステル基、カルボニルオキシ基、シアノ基、ハロゲノ基、アルコキシ基、アリールオキシ基、スルホンアミド基などが例示される。 There are no particular limitations on the substituent. Examples of the substituent include an alkyl group, a cycloalkyl group, an aryl group, a hydroxyl group, a carboxyl group, a nitro group, a trifluoromethyl group, an amide group, a carbamoyl group, an ester group, a carbonyloxy group, a cyano group, a halogeno group, an alkoxy group, an aryloxy group, and a sulfonamide group.

イオン液体のアニオン成分は特に限定されない。アニオン成分はBF ,N(SOF) 等の無機アニオン、B(C ,CHSO ,CFSO ,N(SOCF ,N(SO 等の有機アニオンが例示される。イオン液体は、N-メチル-N-プロピルピロリジニウム ビス(フルオロスルホニル)イミド(P13-FSI)、N-メチル-N-プロピルピロリジニウム ビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド(P13-TFSI)が例示される。電解質塩がスルホニルイミドアニオンを含む場合に、イオン液体もスルホニルイミドアニオンを含むと、電解液に含まれるリチウムイオンとアニオンとの配位(相互作用)が制御し易くなるので好ましい。 The anion component of the ionic liquid is not particularly limited. Examples of the anion component include inorganic anions such as BF 4 - and N(SO 2 F) 2 - , and organic anions such as B(C 6 H 5 ) 4 - , CH 3 SO 3 - , CF 3 SO 3 - , N(SO 2 CF 3 ) 2 - , and N(SO 2 C 4 F 9 ) 2 - . Examples of the ionic liquid include N-methyl-N-propylpyrrolidinium bis(fluorosulfonyl)imide (P13-FSI) and N-methyl-N-propylpyrrolidinium bis(trifluoromethanesulfonyl)imide (P13-TFSI). When the electrolyte salt contains a sulfonylimide anion, it is preferable that the ionic liquid also contains a sulfonylimide anion, since this makes it easier to control the coordination (interaction) between the lithium ion and the anion contained in the electrolyte.

電解質層14に含まれるポリマーは、酸化物18を結着するバインダーが例示される。ポリマーは-CHCF-を含むフッ化ビニリデン系ポリマーを含む。フッ化ビニリデン系ポリマーは機械的強度が高いからである。フッ化ビニリデン系ポリマーは-CHCF-を含む限り、特に制限がない。フッ化ビニリデン系ポリマーは、フッ化ビニリデンの単独重合体、フッ化ビニリデンと共重合性モノマーとの共重合体が例示される。 An example of the polymer contained in the electrolyte layer 14 is a binder that binds the oxide 18. The polymer includes a vinylidene fluoride-based polymer that contains -CH 2 CF 2 -. This is because vinylidene fluoride-based polymers have high mechanical strength. There are no particular limitations on the vinylidene fluoride-based polymer as long as it contains -CH 2 CF 2 -. Examples of the vinylidene fluoride-based polymer include a homopolymer of vinylidene fluoride and a copolymer of vinylidene fluoride and a copolymerizable monomer.

共重合性モノマーは、ハロゲン含有モノマー(フッ化ビニリデンを除く)、非ハロゲン系の共重合性モノマーが挙げられる。ハロゲン含有モノマーは、塩化ビニル等の塩素含有モノマー;トリフルオロエチレン、テトラフルオロエチレン、クロロトリフルオロエチレン、ヘキサフルオロプロピレン、ペルフルオロアルキルビニルエーテル等のフッ素含有モノマーが例示される。非ハロゲン系の共重合性モノマーは、エチレン、プロピレン等のオレフィン;アクリル酸、メタクリル酸、これらのエステル又は塩等のアクリルモノマー;アクリロニトリル、酢酸ビニル、スチレン等のビニルモノマーが例示される。共重合性モノマーの1種または2種以上がフッ化ビニリデンに重合して共重合体を構成する。 Examples of the copolymerizable monomer include halogen-containing monomers (excluding vinylidene fluoride) and non-halogen copolymerizable monomers. Examples of the halogen-containing monomer include chlorine-containing monomers such as vinyl chloride; and fluorine-containing monomers such as trifluoroethylene, tetrafluoroethylene, chlorotrifluoroethylene, hexafluoropropylene, and perfluoroalkyl vinyl ether. Examples of the non-halogen copolymerizable monomer include olefins such as ethylene and propylene; acrylic monomers such as acrylic acid, methacrylic acid, and esters or salts thereof; and vinyl monomers such as acrylonitrile, vinyl acetate, and styrene. One or more types of the copolymerizable monomers are polymerized to vinylidene fluoride to form a copolymer.

電解質組成物は、フッ化ビニリデン系ポリマー以外の他のポリマーを含んでも良い。ポリマー中のフッ化ビニリデン系ポリマーの含有量は、例えば80-100重量%である。他のポリマーは、フッ素化樹脂(フッ化ビニリデン系ポリマーを除く)、ポリオレフィン、スチレンブタジエンゴムなどのゴム状重合体、ポリイミド、ポリビニルピロリドン、ポリビニルアルコール、セルロースエーテルが例示される。フッ素化樹脂は、完全フッ素化樹脂、部分フッ素化樹脂、フッ素化樹脂共重合体が挙げられる。完全フッ素化樹脂はポリテトラフルオロエチレンが例示される。部分フッ素化樹脂は、ポリクロロトリフルオロエチレン、ポリフッ化ビニルが例示される。フッ素化樹脂共重合体は、4フッ化エチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体、4フッ化エチレン・6フッ化プロピレン共重合体、エチレン4フッ化エチレン共重合体、エチレン・クロロトリフルオロエチレン共重合体が例示される。 The electrolyte composition may contain other polymers besides the vinylidene fluoride polymer. The content of the vinylidene fluoride polymer in the polymer is, for example, 80-100% by weight. Examples of other polymers include fluorinated resins (excluding vinylidene fluoride polymers), polyolefins, rubber-like polymers such as styrene butadiene rubber, polyimides, polyvinylpyrrolidone, polyvinyl alcohol, and cellulose ethers. Examples of fluorinated resins include fully fluorinated resins, partially fluorinated resins, and fluorinated resin copolymers. An example of fully fluorinated resins is polytetrafluoroethylene. Examples of partially fluorinated resins are polychlorotrifluoroethylene and polyvinyl fluoride. Examples of fluorinated resin copolymers include tetrafluoroethylene-perfluoroalkylvinyl ether copolymers, tetrafluoroethylene-hexafluoropropylene copolymers, ethylene-tetrafluoroethylene copolymers, and ethylene-chlorotrifluoroethylene copolymers.

電解質層14にポリマーを溶かす溶媒が含まれていても良い。電解質層14は、酸化物18、電解質塩、イオン液体、ポリマー及び溶媒を含む電解質組成物をシート状に成形して得られる。電解質組成物に含まれる溶媒の少なくとも一部は、電解質層14を得るためのシート成形後の減圧乾燥などによって気化し、電解質層14から消失している。電解質層14に残留する溶媒の種類および量は、ガスクロマトグラフ質量分析法(GC-MS)によって求められる。 The electrolyte layer 14 may contain a solvent that dissolves the polymer. The electrolyte layer 14 is obtained by forming an electrolyte composition containing an oxide 18, an electrolyte salt, an ionic liquid, a polymer, and a solvent into a sheet. At least a portion of the solvent contained in the electrolyte composition is vaporized by vacuum drying or the like after the sheet is formed to obtain the electrolyte layer 14, and disappears from the electrolyte layer 14. The type and amount of the solvent remaining in the electrolyte layer 14 can be determined by gas chromatography-mass spectrometry (GC-MS).

電解質組成物に含まれる溶媒は、非プロトン性の極性溶媒である。溶媒の分類は、I.M. Kolthoff, Anal. Chem. 46,1992(1974)に従う。Kolthoffの分類では、溶媒は、酸性と塩基性を共に有しプロトンを授受できる「両性」と、水素結合が可能な水素原子をもたない「非プロトン性」と、に大別され、後者は、塩基性が強く陽イオンに溶媒和し易い「親プロトン性」と、塩基性が弱く陽イオンに溶媒和し難い「疎プロトン性」と、に細分される。非プロトン性の溶媒は、プロトンを失った後にアニオンが安定に存在するとは考えられないような溶媒である。酸化物18は極性溶媒に分散され易い。 The solvent contained in the electrolyte composition is an aprotic polar solvent. The classification of solvents follows I. M. Kolthoff, Anal. Chem. 46, 1992 (1974). In Kolthoff's classification, solvents are broadly divided into "amphoteric" that have both acidity and basicity and can donate and receive protons, and "aprotic" that do not have hydrogen atoms capable of hydrogen bonding, and the latter are further divided into "protophilic" that are highly basic and easily solvate with cations, and "protophilic" that are weakly basic and difficult to solvate with cations. An aprotic solvent is a solvent in which an anion is not thought to exist stably after losing a proton. Oxide 18 is easily dispersed in a polar solvent.

非プロトン性の極性溶媒のうち親プロトン性溶媒は、N,N-ジメチルホルムアミド、N,N-ジメチルアセトアミド、ヘキサメチルリン酸トリアミド、ジメチルスルホキシド、N-メチル-2-ピロリドン、ピリジン、ジオキサン、テトラヒドロフラン、エーテルが例示される。非プロトン性の極性溶媒のうち疎プロトン性溶媒は、プロピレンカーボネート、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、エチルメチルカーボネート、スルホラン、アセトニトリル、アセトン、イソブチルメチルケトン、ニトロメタン、メチルエチルケトン、テトラメチルシランが例示される。電解質組成物には、これらの極性溶媒の1種または2種以上が含まれる。 Examples of protophilic solvents among aprotic polar solvents include N,N-dimethylformamide, N,N-dimethylacetamide, hexamethylphosphoric triamide, dimethyl sulfoxide, N-methyl-2-pyrrolidone, pyridine, dioxane, tetrahydrofuran, and ether. Examples of protophilic solvents among aprotic polar solvents include propylene carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, ethyl methyl carbonate, sulfolane, acetonitrile, acetone, isobutyl methyl ketone, nitromethane, methyl ethyl ketone, and tetramethylsilane. The electrolyte composition contains one or more of these polar solvents.

溶媒やイオン液体に含まれる水分は、それぞれ200ppm以下、より好ましくは100ppm以下、特に10ppm以下が好適である。溶媒やイオン液体に含まれる水分と酸化物18との反応を低減するためである。 The moisture content of the solvent and ionic liquid is preferably 200 ppm or less, more preferably 100 ppm or less, and particularly preferably 10 ppm or less. This is to reduce the reaction between the moisture in the solvent and ionic liquid and the oxide 18.

有機化合物が分散した電解質組成物がゲル化(非流動化)する推定メカニズムは以下のとおりである。まず、電解質組成物に含まれる僅かな水分と、Li,La及びZrを含む塩基性の酸化物と、が反応し、酸化物の表面にLiOHやLiが生じる。これにより系内のOHが増加し、塩基性が強まる。 The presumed mechanism by which an electrolyte composition with an organic compound dispersed therein gels (becomes non- fluid ) is as follows: First, a small amount of moisture contained in the electrolyte composition reacts with a basic oxide containing Li, La, and Zr, producing LiOH and Li2O3 on the surface of the oxide. This increases OH- in the system, strengthening its basicity.

イオン液体はカチオン種によるが、塩基によってカチオンからプロトンが脱離し易いものがある。カチオンからプロトンが脱離すると電解液のイオン伝導性は低下し、脱離したプロトンはOHと反応して水を発生する。発生した水は、前述のとおり酸化物と反応してさらに塩基性が強まる。 Ionic liquids depend on the type of cation, but some bases make it easier for protons to be released from the cation. When protons are released from the cation, the ionic conductivity of the electrolyte decreases, and the released protons react with OH- to generate water. As mentioned above, the generated water reacts with oxides to further strengthen its basicity.

フッ化ビニリデン系ポリマーは、塩基性条件下でHFの脱離によりポリエン構造が形成され易い。フッ化ビニリデン系ポリマーのポリエン化により電解質組成物はゲル化する。さらに脱離したHF由来の電気化学反応により、意図しないSEIが形成され、SEIの抵抗は上昇する。 Under basic conditions, vinylidene fluoride polymers are prone to forming polyene structures due to the elimination of HF. The polyene conversion of vinylidene fluoride polymers causes the electrolyte composition to gel. Furthermore, an unintended SEI is formed due to an electrochemical reaction caused by the elimination of HF, and the resistance of the SEI increases.

これに対し電解質組成物は、ピロリジニウムカチオンを含むイオン液体と、Li,La及びZrを含みLiの一部がMgで置換されLaの一部がSrで置換された酸化物18と、を含む。酸化物18の果たす役割は不明であるが、ピロリジニウムカチオンのプロトンは脱離し難く、酸化物18やピロリジニウムカチオンの相互作用によってフッ化ビニリデン系ポリマーのポリエン化が起こり難くなり、電解質組成物のゲル化が低減すると推察される。さらにHF由来の電気化学反応が起こり難いので、SEIの抵抗を低く保つことができる。 In contrast, the electrolyte composition contains an ionic liquid containing a pyrrolidinium cation, and an oxide 18 containing Li, La, and Zr, with some of the Li replaced with Mg and some of the La replaced with Sr. The role of the oxide 18 is unclear, but it is presumed that the protons of the pyrrolidinium cation are difficult to remove, and the interaction between the oxide 18 and the pyrrolidinium cation makes it difficult for the vinylidene fluoride polymer to become polyenated, reducing gelation of the electrolyte composition. Furthermore, since electrochemical reactions derived from HF are difficult to occur, the resistance of the SEI can be kept low.

電解質層14(電解質組成物)において、酸化物18とイオン液体の合計量に対するイオン液体の含有量(体積%)は、50体積%以下(但し0体積%は除く)が好適である。即ち酸化物:イオン液体=(100-X):X、0<X≦50である。酸化物18と酸化物18との間に介在するイオン液体によってイオン伝導性を確保しつつイオン液体の染み出しの発生を低減するためである。 In the electrolyte layer 14 (electrolyte composition), the content (volume %) of the ionic liquid relative to the total amount of the oxide 18 and the ionic liquid is preferably 50 volume % or less (excluding 0 volume %). That is, oxide:ionic liquid = (100 - X): X, 0 < X ≦ 50. This is to reduce the occurrence of seepage of the ionic liquid while ensuring ionic conductivity by the ionic liquid interposed between the oxides 18.

イオン液体の含有量(体積%)は、電解質層14を凍結させ、又は、4官能性のエポキシ系樹脂などに電解質層14を埋め込み固めた後、電解質層14の断面から無作為に選択した5000倍の視野を対象に、エネルギー分散型X線分光器(EDS)が搭載されたSEMを用いて分析し、求める。分析は、La,Zr,Sの分布を特定したり反射電子像のコントラストを画像解析したりして、酸化物18の面積およびイオン液体の面積を特定し、電解質層14の断面における面積の割合を電解質層14における体積の割合とみなしてイオン液体の含有量(体積%)を得る。 The content (volume %) of the ionic liquid is determined by freezing the electrolyte layer 14 or by embedding the electrolyte layer 14 in a tetrafunctional epoxy resin or the like and then analyzing a randomly selected cross section of the electrolyte layer 14 at a magnification of 5000 times using an SEM equipped with an energy dispersive X-ray spectrometer (EDS). The analysis involves identifying the distribution of La, Zr, and S and performing image analysis of the contrast of the reflected electron image to identify the area of the oxide 18 and the area of the ionic liquid, and the content (volume %) of the ionic liquid is obtained by regarding the area ratio in the cross section of the electrolyte layer 14 as the volume ratio in the electrolyte layer 14.

電解質組成物のリチウムイオン伝導率は、酸化物18、電解質塩およびイオン液体の種類や塩濃度等により決定される。電解質組成物の25℃におけるリチウムイオン伝導率は4.0×10-5S/cm以上であるのが好ましい。電解質組成物を含む二次電池10の出力密度を確保するためである。 The lithium ion conductivity of the electrolyte composition is determined by the types of oxide 18, electrolyte salt, and ionic liquid, the salt concentration, etc. The lithium ion conductivity of the electrolyte composition at 25° C. is preferably 4.0×10 −5 S/cm or more in order to ensure the output density of secondary battery 10 containing the electrolyte composition.

電解質組成物は電解液由来のアニオンを含むため、電解質組成物のリチウムイオン伝導率は、シート状に成形した電解質組成物の両面に集電体を密着させた対称セルの、交流インピーダンス法によって算出した全イオン伝導率にリチウムイオンの輸率を乗じて算出される。リチウムイオンの輸率は交流インピーダンス法と定常状態直流法によって求める。 Since the electrolyte composition contains anions derived from the electrolyte solution, the lithium ion conductivity of the electrolyte composition is calculated by multiplying the total ion conductivity calculated by the AC impedance method of a symmetrical cell in which current collectors are attached to both sides of a sheet of electrolyte composition, by the transport number of the lithium ion. The transport number of the lithium ion is determined by the AC impedance method and the steady-state DC method.

輸率は以下のようにして算出する。まず、交流インピーダンス測定によってセルの抵抗値RS0を解析する。交流インピーダンス測定の条件は、温度25℃、電圧10mV、周波数7MHz-100mHzとする。 The transport number is calculated as follows: First, the resistance value R S0 of the cell is analyzed by AC impedance measurement, which is performed under the conditions of a temperature of 25° C., a voltage of 10 mV, and a frequency of 7 MHz to 100 mHz.

次に、セルに定電圧Vを印加した直後の初期電流値Iを測定し、以下の式Aに従い、セルの初期抵抗値Rを算出する。R=V/I・・・A
初期電流値の測定条件は、電圧10mV、トータル時間6秒、測定間隔0.0002秒とする。
Next, the initial current value I0 is measured immediately after applying a constant voltage V to the cell, and the initial resistance value R0 of the cell is calculated according to the following formula A: R0 = V/ I0 ...A
The conditions for measuring the initial current value are a voltage of 10 mV, a total time of 6 seconds, and a measurement interval of 0.0002 seconds.

抵抗値RS0及び初期抵抗値Rを以下の式Bに代入して界面抵抗RINTを算出する。RINT=R-RS0・・・B
次に、セルに定電圧Vを印加して定常状態となった後の電流値Iを測定し、以下の式Cに従い、セルの定常状態における抵抗値Rを算出する。R=V/I・・・C
定常状態における電流値の測定条件は、電圧10mV、トータル時間10時間、測定間隔60秒とする。
The resistance value R S0 and the initial resistance value R 0 are substituted into the following formula B to calculate the interface resistance R INT : R INT =R 0 -R S0 ... B
Next, a constant voltage V is applied to the cell, and the current value I after the cell reaches a steady state is measured. The resistance value R P of the cell in the steady state is calculated according to the following formula C: R P = V/I...C
The conditions for measuring the current value in the steady state are a voltage of 10 mV, a total time of 10 hours, and a measurement interval of 60 seconds.

セルが定常状態となった後に、前述の条件で、交流インピーダンス測定によってセルの抵抗値Rを解析する。抵抗値R、抵抗値R及び界面抵抗RINTを以下の式Dに代入して輸率tLiを算出する。tLi=R/(R-RINT)・・・D
電解質層14(電解質組成物)において、酸化物18とイオン液体とを合わせた量に対するポリマーの量(体積%)は、10体積%以下(但し0体積%は除く)が好適である。即ち酸化物とイオン液体とを合わせた量:ポリマーの量=(100-Y):Y、0<Y≦10である。ポリマーによって電解質層14の成形性を確保すると共に電解質層14のイオン伝導性の低下を低減するためである。ポリマーの含有量(体積%)は、上記と同様にSEM-EDSによる分析によって求めた電解質層14の断面の面積%から特定できる。
After the cell reaches a steady state, the resistance value R S of the cell is analyzed by AC impedance measurement under the above-mentioned conditions. The transport number t Li is calculated by substituting the resistance value R S , the resistance value R P and the interface resistance R INT into the following formula D. t Li = R S / (R P - R INT ) ... D
In the electrolyte layer 14 (electrolyte composition), the amount of polymer (volume %) relative to the combined amount of oxide 18 and ionic liquid is preferably 10 volume % or less (excluding 0 volume %). That is, combined amount of oxide and ionic liquid: amount of polymer=(100-Y):Y, where 0<Y≦10. This is to ensure the formability of the electrolyte layer 14 by the polymer and to reduce a decrease in the ionic conductivity of the electrolyte layer 14. The polymer content (volume %) can be determined from the area % of the cross section of the electrolyte layer 14 determined by SEM-EDS analysis in the same manner as above.

負極層15は集電層16と複合層17とが重ね合わされている。集電層16は導電性を有する部材である。集電層16の材料はNi,Ti,Fe,Cu及びSiから選ばれる金属、これらの元素の2種以上を含む合金やステンレス鋼、炭素材料が例示される。 The negative electrode layer 15 is made up of a current collecting layer 16 and a composite layer 17 superimposed on each other. The current collecting layer 16 is a conductive member. Examples of materials for the current collecting layer 16 include metals selected from Ni, Ti, Fe, Cu, and Si, alloys containing two or more of these elements, stainless steel, and carbon materials.

複合層17は、活物質20及び電解質組成物を含む。電解質組成物は酸化物18を含む。複合層17の抵抗を低くするために、複合層17に導電助剤が含まれていても良い。導電助剤は、カーボンブラック、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、炭素繊維、Ni、Pt及びAgが例示される。活物質20は、Li、Li-Al合金、LiTi12、黒鉛、In、Si、Si-Li合金、及び、SiOが例示される。電解質層14と同様に、複合層13,17にポリマーが含まれていても良い。 The composite layer 17 includes an active material 20 and an electrolyte composition. The electrolyte composition includes an oxide 18. In order to reduce the resistance of the composite layer 17, the composite layer 17 may include a conductive additive. Examples of the conductive additive include carbon black, acetylene black, ketjen black, carbon fiber, Ni, Pt, and Ag. Examples of the active material 20 include Li, a Li-Al alloy, Li 4 Ti 5 O 12 , graphite, In, Si, a Si-Li alloy, and SiO. As with the electrolyte layer 14, the composite layers 13 and 17 may include a polymer.

二次電池10は、例えば以下のように製造される。電解質塩を溶解したイオン液体と酸化物18とを混合したものに、ポリマーを溶媒に溶かした溶液を混合し、スラリーを作る。テープ成形後、乾燥して電解質層14のためのグリーンシート(電解質シート)を得る。 The secondary battery 10 is manufactured, for example, as follows. A mixture of an ionic liquid in which an electrolyte salt is dissolved and an oxide 18 is mixed with a solution in which a polymer is dissolved in a solvent to create a slurry. After tape casting, the mixture is dried to obtain a green sheet (electrolyte sheet) for the electrolyte layer 14.

電解質塩を溶解したイオン液体と酸化物18とを混合したものに活物質19を混合し、さらにポリマーを溶媒に溶かした溶液を混合し、スラリーを作る。集電層12の上にテープ成形後、乾燥して正極層11のためのグリーンシート(正極シート)を得る。 The active material 19 is mixed with a mixture of an ionic liquid in which an electrolyte salt is dissolved and an oxide 18, and then a solution in which a polymer is dissolved in a solvent is mixed to create a slurry. After tape casting on the current collecting layer 12, it is dried to obtain a green sheet (positive electrode sheet) for the positive electrode layer 11.

電解質塩を溶解したイオン液体と酸化物18とを混合したものに活物質20を混合し、さらにポリマーを溶媒に溶かした溶液を混合し、スラリーを作る。集電層16の上にテープ成形後、乾燥して負極層15のためのグリーンシート(負極シート)を得る。 The active material 20 is mixed with a mixture of an ionic liquid in which an electrolyte salt is dissolved and an oxide 18, and then a solution in which a polymer is dissolved in a solvent is mixed to create a slurry. After tape casting on the current collecting layer 16, it is dried to obtain a green sheet (negative electrode sheet) for the negative electrode layer 15.

電解質シート、正極シート及び負極シートをそれぞれ所定の形に裁断した後、正極シート、電解質シート、負極シートの順に重ね、互いに圧着して一体化する。集電層12,16にそれぞれ端子(図示せず)を接続しケース(図示せず)に封入して、順に正極層11、電解質層14及び負極層15を含む二次電池10が得られる。 After cutting the electrolyte sheet, positive electrode sheet, and negative electrode sheet into a predetermined shape, the positive electrode sheet, electrolyte sheet, and negative electrode sheet are stacked in this order and pressed together to form an integrated unit. Terminals (not shown) are connected to the current collecting layers 12 and 16, respectively, and the assembly is sealed in a case (not shown), resulting in a secondary battery 10 that includes, in order, a positive electrode layer 11, an electrolyte layer 14, and a negative electrode layer 15.

本発明を実施例によりさらに詳しく説明するが、本発明はこの実施例に限定されるものではない。 The present invention will be explained in more detail with reference to examples, but the present invention is not limited to these examples.

(酸化物の調製)
Li6.95Mg0.15La2.75Sr0.25Zr2.012となるように、LiCO,MgO,La(OH),SrCO,ZrOを秤量した。LiCOは、焼成時のLiの揮発を考慮し、元素換算で15mol%程度過剰にした。秤量した原料およびエタノールをジルコニア製ボールと共にナイロン製ポットに投入し、ボールミルで15時間粉砕混合した。ポットから取り出したスラリーを乾燥後、MgO製の板の上で仮焼成(1100℃で10時間)した。仮焼成後の粉末およびエタノールをナイロン製ポットに投入し、ボールミルで15時間粉砕混合した。
(Preparation of oxide)
Li2CO3 , MgO, La(OH) 3 , SrCO3 , and ZrO2 were weighed to obtain Li6.95Mg0.15La2.75Sr0.25Zr2.0O12 . Li2CO3 was weighed out to about 15 mol % excess in terms of element , taking into account the volatilization of Li during firing. The weighed raw materials and ethanol were put into a nylon pot together with zirconia balls, and were pulverized and mixed in a ball mill for 15 hours. The slurry taken out of the pot was dried, and then pre-fired (1100°C for 10 hours) on a MgO plate. The pre-fired powder and ethanol were put into a nylon pot, and were pulverized and mixed in a ball mill for 15 hours.

ポットから取り出したスラリーを乾燥後、直径12mmの金型に投入し、プレス成形により厚さが1.5mm程度の成形体を得た。冷間静水等方圧プレス機(CIP)を用いて1.5t/cmの静水圧をさらに成形体に加えた。成形体と同じ組成の仮焼粉末で成形体を覆い、還元雰囲気において焼成(1100℃で4時間)し、酸化物の焼結体を得た。交流インピーダンス法によって求めた焼結体のリチウムイオン伝導率は1.0×10-3S/cmであった。リチウムイオン伝導率の測定条件は、温度25℃、電圧10mV、周波数7MHz-100mHzとした。Ar雰囲気において焼結体を粉砕して、実施例における酸化物の粉末(以下「LLZ-Sr」と称す)を得た。 The slurry taken out of the pot was dried, then put into a die with a diameter of 12 mm, and pressed to obtain a molded body with a thickness of about 1.5 mm. A hydrostatic pressure of 1.5 t/cm 2 was further applied to the molded body using a cold isostatic press (CIP). The molded body was covered with a calcined powder of the same composition as the molded body, and fired in a reducing atmosphere (at 1100°C for 4 hours) to obtain a sintered body of oxide. The lithium ion conductivity of the sintered body obtained by the AC impedance method was 1.0 x 10 -3 S/cm. The measurement conditions for the lithium ion conductivity were a temperature of 25°C, a voltage of 10 mV, and a frequency of 7 MHz to 100 mHz. The sintered body was pulverized in an Ar atmosphere to obtain a powder of the oxide in the example (hereinafter referred to as "LLZ-Sr").

Li6.6LaTa0.4Zr1.612となるように、LiCO,La(OH),Ta,ZrOを秤量した後、LLZ-Srを調製する場合と同様に混合、仮焼成、焼成、粉砕し、比較例における酸化物の粉末(以下「LLZ-Ta」と称す)を得た。 Li2CO3 , La(OH ) 3 , Ta2O5 , and ZrO2 were weighed out to obtain Li6.6La3Ta0.4Zr1.6O12 , and then mixed, pre - fired, fired, and pulverized in the same manner as in preparing LLZ - Sr to obtain an oxide powder in the comparative example (hereinafter referred to as "LLZ-Ta").

(電解液の調製)
イオン液体N-メチル-N-プロピルピロリジニウム ビス(フルオロスルホニル)イミド(P13-FSI、試薬特級)に、電解質塩LiN(SOF)を1mol/dm又は3mol/dm複合し、種々の電解液を得た。
(Preparation of Electrolyte)
The ionic liquid N-methyl-N-propylpyrrolidinium bis(fluorosulfonyl)imide (P13-FSI, special grade reagent) was combined with the electrolyte salt LiN(SO 2 F) 2 at 1 mol/dm 3 or 3 mol/dm 3 to obtain various electrolyte solutions.

イオン液体1-エチル-3-メチルイミダゾリウム ビス(フルオロスルホニル)イミド(EMI-FSI、試薬特級)に、電解質塩LiN(SOF)を1mol/dm又は3mol/dm複合し、種々の電解液を得た。 The ionic liquid 1-ethyl-3-methylimidazolium bis(fluorosulfonyl)imide (EMI-FSI, special reagent grade) was combined with the electrolyte salt LiN(SO 2 F) 2 at 1 mol/dm 3 or 3 mol/dm 3 to obtain various electrolyte solutions.

(実施例1)
酸化物:電解液=61:39(体積比)となるように、P13-FSIを含む塩濃度3mol/dmの電解液とLLZ-SrとをAr雰囲気において乳鉢で混合し、複合粉末を得た。Ar雰囲気において複合粉末18g、フッ化ビニリデン(PVDF)0.864g及びジメチルカーボネート(DMC)7.776gを混合し、実施例1におけるスラリーを得た。
Example 1
A composite powder was obtained by mixing an electrolyte containing P13-FSI with a salt concentration of 3 mol/dm3 and LLZ-Sr in a mortar in an Ar atmosphere so that the oxide:electrolyte ratio was 61:39 (volume ratio). 18 g of the composite powder, 0.864 g of polyvinylidene fluoride (PVDF), and 7.776 g of dimethyl carbonate (DMC) were mixed in an Ar atmosphere to obtain the slurry in Example 1.

(実施例2)
酸化物:電解液=61:39(体積比)となるように、P13-FSIを含む塩濃度1mol/dmの電解液とLLZ-SrとをAr雰囲気において乳鉢で混合し、複合粉末を得た。Ar雰囲気において複合粉末18g、フッ化ビニリデン0.864g及びプロピレンカーボネート(PC)7.776gを混合し、実施例2におけるスラリーを得た。
Example 2
A composite powder was obtained by mixing an electrolyte containing P13-FSI with a salt concentration of 1 mol/ dm3 and LLZ-Sr in a mortar in an Ar atmosphere so that the oxide:electrolyte ratio was 61:39 (volume ratio). 18 g of the composite powder, 0.864 g of vinylidene fluoride, and 7.776 g of propylene carbonate (PC) were mixed in an Ar atmosphere to obtain a slurry in Example 2.

(実施例3)
ジメチルカーボネートをプロピレンカーボネートに代えた以外は、実施例1と同様にして、実施例3におけるスラリーを得た。
Example 3
A slurry in Example 3 was obtained in the same manner as in Example 1, except that dimethyl carbonate was replaced with propylene carbonate.

(実施例4)
プロピレンカーボネートをN-メチル-2-ピロリドン(NMP)に代えた以外は、実施例2と同様にして、実施例4におけるスラリーを得た。
Example 4
The slurry in Example 4 was obtained in the same manner as in Example 2, except that propylene carbonate was replaced with N-methyl-2-pyrrolidone (NMP).

(実施例5)
ジメチルカーボネートをN-メチル-2-ピロリドンに代えた以外は、実施例1と同様にして、実施例4におけるスラリーを得た。
Example 5
The slurry in Example 4 was obtained in the same manner as in Example 1, except that dimethyl carbonate was replaced with N-methyl-2-pyrrolidone.

(比較例1)
酸化物:電解液=61:39(体積比)となるように、EMI-FSIを含む塩濃度1mol/dmの電解液とLLZ-SrとをAr雰囲気において乳鉢で混合し、複合粉末を得た。Ar雰囲気において複合粉末18g、フッ化ビニリデン0.864g及びN-メチル-2-ピロリドン7.776gを混合し、比較例1におけるスラリーを得た。
(Comparative Example 1)
A composite powder was obtained by mixing an electrolyte containing EMI-FSI with a salt concentration of 1 mol/ dm3 and LLZ-Sr in a mortar in an Ar atmosphere so that the oxide:electrolyte ratio was 61:39 (volume ratio). 18 g of the composite powder, 0.864 g of vinylidene fluoride, and 7.776 g of N-methyl-2-pyrrolidone were mixed in an Ar atmosphere to obtain a slurry in Comparative Example 1.

(比較例2)
電解液を、EMI-FSIを含む塩濃度3mol/dmの電解液に代えた以外は、比較例1と同様にして、比較例2におけるスラリーを得た。
(Comparative Example 2)
A slurry in Comparative Example 2 was obtained in the same manner as in Comparative Example 1, except that the electrolytic solution was changed to an electrolytic solution containing EMI-FSI and having a salt concentration of 3 mol/dm 3.

(比較例3)
N-メチル-2-ピロリドンをN,N-ジメチルホルムアミド(DMF)に代えた以外は、比較例1と同様にして、比較例3におけるスラリーを得た。
(Comparative Example 3)
A slurry in Comparative Example 3 was obtained in the same manner as in Comparative Example 1, except that N-methyl-2-pyrrolidone was replaced with N,N-dimethylformamide (DMF).

(比較例4)
LLZ-SrをLLZ-Taに代えた以外は、実施例5と同様にして、比較例4におけるスラリーを得た。
(Comparative Example 4)
A slurry in Comparative Example 4 was obtained in the same manner as in Example 5, except that LLZ-Sr was replaced with LLZ-Ta.

(試験方法および結果)
実施例および比較例におけるスラリーをそれぞれビーカーに入れ、25℃のAr雰囲気の容器内に放置した。スラリーを調製してから1時間後、8時間後、24時間後のスラリーの状態を目視により確認し、ゲル化(非流動化)と着色の有無を判定した。結果は表1に記した。スラリーの少なくとも一部がゲル化したものは+、スラリーが全くゲル化していないものは-と表記した。
(Test Method and Results)
The slurries in the examples and comparative examples were each placed in a beaker and left in a container in an Ar atmosphere at 25°C. The state of the slurry was visually confirmed 1 hour, 8 hours, and 24 hours after the slurry was prepared, and the presence or absence of gelation (non-fluidity) and coloration was judged. The results are shown in Table 1. Slurries in which at least a part had gelled were marked with +, and slurries in which no gelation had occurred at all were marked with -.

Figure 0007685870000002
Figure 0007685870000002

表1に示すように、実施例1-3におけるスラリーは、24時間後もゲル化せず着色もしなかった。実施例4,5におけるスラリーは、8時間後はゲル化せず着色もしなかったが、24時間後はゲル化し着色(褐色に変色)した。比較例1-4におけるスラリーは、1時間後にゲル化し着色した。 As shown in Table 1, the slurry in Example 1-3 did not gel or discolor even after 24 hours. The slurries in Examples 4 and 5 did not gel or discolor after 8 hours, but gelled and discolored (turned brown) after 24 hours. The slurry in Comparative Example 1-4 gelled and discolored after 1 hour.

実施例4,5及び比較例1,2のスラリーには、非プロトン性かつ親プロトン性の極性溶媒であるNMPが含まれていた。NMPがスラリーに含まれる実施例4,5と比較例1,2とを対比すると、ピロリジニウムカチオンを含む実施例4,5のスラリーは8時間後までゲル化および着色が起こらず、イミダゾリウムカチオンを含む比較例1,2のスラリーは1時間後にゲル化し着色した。スラリーの着色およびゲル化は、HFの脱離によるフッ化ビニリデンのポリエン化に起因すると推察される。ピロリジニウムカチオン及びLLZ-Srを含む実施例4,5は、比較例1,2に比べ、スラリーの構成成分の相互作用が起こり難く、ゲル化および着色が起こらなかったと推察される。 The slurries of Examples 4 and 5 and Comparative Examples 1 and 2 contained NMP, which is an aprotic and protophilic polar solvent. Comparing Examples 4 and 5, which contain NMP, with Comparative Examples 1 and 2, the slurries of Examples 4 and 5, which contain pyrrolidinium cations, did not gel or discolor until 8 hours later, while the slurries of Comparative Examples 1 and 2, which contain imidazolium cations, gelled and discolored after 1 hour. It is presumed that the coloring and gelation of the slurry is due to the polyenization of vinylidene fluoride caused by the elimination of HF. It is presumed that in Examples 4 and 5, which contain pyrrolidinium cations and LLZ-Sr, the components of the slurry are less likely to interact with each other than in Comparative Examples 1 and 2, and therefore gelation and discoloration did not occur.

比較例3のスラリーには、比較例1,2のスラリーと同様に、イミダゾリウムカチオン、及び、非プロトン性かつ親プロトン性の極性溶媒であるDMFが含まれていた。比較例3のスラリーもHFの脱離によるフッ化ビニリデンのポリエン化が起こり、ゲル化および着色が生じたと推察される。 The slurry of Comparative Example 3, like the slurries of Comparative Examples 1 and 2, contained imidazolium cations and DMF, an aprotic and protophilic polar solvent. It is presumed that the slurry of Comparative Example 3 also experienced polyenation of vinylidene fluoride due to the elimination of HF, resulting in gelation and coloration.

実施例5及び比較例4のスラリーには、ピロリジニウムカチオン及びNMPが含まれていた。実施例5と比較例4とを対比すると、LLZ-Srを含む実施例5のスラリーは8時間後までゲル化および着色が起こらず、LLZ-Taを含む比較例4のスラリーは1時間後にゲル化および着色が生じた。実施例2,3,5及び比較例4の結果から、LLZ-SrはHFの脱離を抑える作用があり、フッ化ビニリデンのポリエン化に起因するスラリーのゲル化および着色を抑えたと推察される。 The slurries of Example 5 and Comparative Example 4 contained pyrrolidinium cations and NMP. Comparing Example 5 and Comparative Example 4, the slurry of Example 5 containing LLZ-Sr did not gel or discolor until 8 hours later, while the slurry of Comparative Example 4 containing LLZ-Ta gelled and discolored after 1 hour. From the results of Examples 2, 3, 5 and Comparative Example 4, it is presumed that LLZ-Sr has the effect of suppressing the desorption of HF, and suppressed the gelation and discoloration of the slurry caused by the polyenation of vinylidene fluoride.

実施例1-3及び実施例4,5のスラリーには、ピロリジニウムカチオンが含まれていた。実施例1-3と実施例4,5とを対比すると、非プロトン性かつ疎プロトン性の極性溶媒であるDMC又はPCを含む実施例1-3のスラリーは24時間後もゲル化および着色が起こらず、非プロトン性かつ親プロトン性の極性溶媒であるNMPを含む実施例4,5のスラリーは24時間後にゲル化し着色した。非プロトン性かつ疎プロトン性の極性溶媒は、親プロトン性の極性溶媒に比べて塩基性が弱いので、スラリーの構成成分の相互作用が起こり難くなり、ゲル化および変色の低減に有利に作用したと推察される。 The slurries of Examples 1-3 and 4 and 5 contained pyrrolidinium cations. Comparing Examples 1-3 and 4 and 5, the slurry of Example 1-3, which contains DMC or PC, an aprotic and protophilic polar solvent, did not gel or discolor even after 24 hours, while the slurries of Examples 4 and 5, which contain NMP, an aprotic and protophilic polar solvent, gelled and discolored after 24 hours. Since aprotic and protophilic polar solvents are less basic than protophilic polar solvents, it is presumed that this is advantageous in reducing interactions between the components of the slurry and reducing gelation and discoloration.

この実施例によれば、Li,La及びZrを含むガーネット型構造の酸化物であってLiの一部がMgで置換されLaの一部がSrで置換された酸化物、ピロリジニウムカチオンを含むイオン液体、電解質塩、フッ化ビニリデン系ポリマーを含む電解質組成物は、ゲル化を低減できることが明らかになった。電解質組成物が溶媒を含む場合、溶媒は、非プロトン性の極性溶媒が好ましく、特に非プロトン性かつ疎プロトン性の極性溶媒がより好ましいことが明らかになった。この電解質組成物を含む電解質シート及び二次電池は、構成成分の分散状態のばらつきを低減できるので、性能のばらつきを小さくできる。 According to this example, it has been revealed that an electrolyte composition containing an oxide having a garnet structure containing Li, La, and Zr, in which part of the Li is replaced with Mg and part of the La is replaced with Sr, an ionic liquid containing a pyrrolidinium cation, an electrolyte salt, and a vinylidene fluoride polymer can reduce gelation. When the electrolyte composition contains a solvent, it has been revealed that the solvent is preferably an aprotic polar solvent, and in particular, an aprotic and protophobic polar solvent is more preferable. An electrolyte sheet and a secondary battery containing this electrolyte composition can reduce the variation in the dispersion state of the components, and therefore can reduce the variation in performance.

以上、実施の形態に基づき本発明を説明したが、本発明は上記実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で種々の改良変形が可能であることは容易に推察できるものである。 The present invention has been described above based on the embodiments, but the present invention is in no way limited to the above embodiments, and it can be easily imagined that various improvements and modifications are possible within the scope of the invention without departing from its spirit.

実施形態では、二次電池10として、集電層12の片面に複合層13が設けられた正極層11、及び、集電層16の片面に複合層17が設けられた負極層15を備えるものを説明したが、必ずしもこれに限られるものではない。例えば集電層12の両面に複合層13と複合層17とをそれぞれ設けた電極層(いわゆるバイポーラ電極)を備える二次電池に、実施形態における各要素を適用することは当然可能である。バイポーラ電極と電解質層14とを交互に積層しケース(図示せず)に収容すれば、いわゆるバイポーラ構造の二次電池が得られる。 In the embodiment, the secondary battery 10 is described as having a positive electrode layer 11 with a composite layer 13 provided on one side of a current collecting layer 12, and a negative electrode layer 15 with a composite layer 17 provided on one side of a current collecting layer 16, but this is not necessarily limited to this. For example, it is of course possible to apply each element in the embodiment to a secondary battery having an electrode layer (so-called bipolar electrode) in which a composite layer 13 and a composite layer 17 are provided on both sides of a current collecting layer 12. If the bipolar electrodes and electrolyte layers 14 are alternately stacked and housed in a case (not shown), a so-called bipolar structure secondary battery is obtained.

実施形態では、複合層13,17及び電解質層14が全て電解質組成物を含む場合について説明したが、必ずしもこれに限られるものではない。二次電池は、複合層13,17及び電解質層14の少なくとも1つが電解質組成物を含んでいれば良い。 In the embodiment, the composite layers 13, 17 and the electrolyte layer 14 all contain an electrolyte composition, but this is not necessarily limited to this. The secondary battery may be any battery in which at least one of the composite layers 13, 17 and the electrolyte layer 14 contains an electrolyte composition.

実施形態では、電解質組成物を含むリチウムイオン電池(二次電池)を例示して電極層(正極層11及び負極層15)及び電解質層14を備える二次電池10を説明したが、必ずしもこれに限られるものではない。他の二次電池としては、リチウム硫黄電池、リチウム酸素電池、リチウム空気電池などが挙げられる。 In the embodiment, a lithium ion battery (secondary battery) containing an electrolyte composition is used as an example to describe a secondary battery 10 having electrode layers (positive electrode layer 11 and negative electrode layer 15) and an electrolyte layer 14, but this is not necessarily limited to this. Other examples of secondary batteries include lithium sulfur batteries, lithium oxygen batteries, and lithium air batteries.

10 二次電池
11 正極層
14 電解質層(電解質シート)
15 負極層
18 酸化物
10 Secondary battery 11 Positive electrode layer 14 Electrolyte layer (electrolyte sheet)
15 negative electrode layer 18 oxide

Claims (4)

Li,La及びZrを含む酸化物、電解質塩、イオン液体、及び、ポリマーを含む電解質組成物であって、
前記酸化物は、ガーネット型構造を有し、前記Liの一部がMgで置換され、前記Laの一部がSrで置換されており、
前記イオン液体は、ピロリジニウムカチオンを含み、
前記ポリマーは、-CHCF-を含み、
前記酸化物と前記イオン液体の合計量に対する前記イオン液体の含有量は50体積%以下である電解質組成物。
An electrolyte composition comprising an oxide containing Li, La and Zr, an electrolyte salt, an ionic liquid, and a polymer,
The oxide has a garnet structure, a part of the Li is substituted with Mg, and a part of the La is substituted with Sr,
The ionic liquid comprises a pyrrolidinium cation;
the polymer comprises -CH 2 CF 2 - ;
the content of the ionic liquid relative to the total amount of the oxide and the ionic liquid is 50 volume % or less .
前記ピロリジニウムカチオンは、N-メチル-N-プロピルピロリジニウムである請求項1記載の電解質組成物。 The electrolyte composition according to claim 1, wherein the pyrrolidinium cation is N-methyl-N-propylpyrrolidinium. 請求項1又は2に記載の電解質組成物からなる電解質シート。 An electrolyte sheet comprising the electrolyte composition according to claim 1 or 2. 順に正極層、電解質層および負極層を含み、
前記正極層、前記電解質層および前記負極層の少なくとも1つに、請求項1又は2に記載の電解質組成物が含まれる二次電池。
The cathode layer, the electrolyte layer, and the anode layer are included in the stack,
A secondary battery comprising the electrolyte composition according to claim 1 or 2 in at least one of the positive electrode layer, the electrolyte layer and the negative electrode layer.
JP2021077381A 2021-04-30 2021-04-30 Electrolyte composition, electrolyte sheet and secondary battery Active JP7685870B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2021077381A JP7685870B2 (en) 2021-04-30 2021-04-30 Electrolyte composition, electrolyte sheet and secondary battery

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2021077381A JP7685870B2 (en) 2021-04-30 2021-04-30 Electrolyte composition, electrolyte sheet and secondary battery

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2022171018A JP2022171018A (en) 2022-11-11
JP7685870B2 true JP7685870B2 (en) 2025-05-30

Family

ID=83945795

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2021077381A Active JP7685870B2 (en) 2021-04-30 2021-04-30 Electrolyte composition, electrolyte sheet and secondary battery

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP7685870B2 (en)

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110931852A (en) 2019-12-18 2020-03-27 合肥工业大学 Composite solid electrolyte, method for preparing same, and lithium secondary solid battery comprising same
JP2021018860A (en) 2019-07-18 2021-02-15 日本特殊陶業株式会社 Power storage device

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2021018860A (en) 2019-07-18 2021-02-15 日本特殊陶業株式会社 Power storage device
CN110931852A (en) 2019-12-18 2020-03-27 合肥工业大学 Composite solid electrolyte, method for preparing same, and lithium secondary solid battery comprising same

Also Published As

Publication number Publication date
JP2022171018A (en) 2022-11-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP7819217B2 (en) Lithium ion conductor, sheet and power storage device
CN109449487A (en) A kind of lithium ion battery high concentration electrolyte and preparation method thereof and lithium ion battery
JP7689631B2 (en) Composite, sheet, electrochemical element, and power storage device
JP7685870B2 (en) Electrolyte composition, electrolyte sheet and secondary battery
JP2022162582A (en) Electrolyte composition, power storage device, and cell system
JP7666984B2 (en) Electrolyte composition, electrolyte sheet and secondary battery
EP4333125A1 (en) Solid electrolyte, electrolyte composition, electrolyte sheet and power storage device
JP7666983B2 (en) Electrolyte composition, electrolyte sheet and secondary battery
JP2024125456A (en) Secondary battery and manufacturing method thereof
JP7773309B2 (en) Electrolyte composition, electrolyte sheet and electricity storage device
JP7666982B2 (en) Electrolyte composition, electrolyte sheet and secondary battery
JP7751155B2 (en) Particles, composites, sheets and electricity storage devices
JP7812011B2 (en) Mixture, sheet, electrochemical element and electricity storage device
JP2022171030A (en) Solid electrolyte, electrolyte composition, electrolyte sheet and power storage device
JP7784821B2 (en) Positive electrode mixture layer and lithium ion secondary battery
JP7838131B2 (en) Aggregates, sheets, separators, electrodes, and energy storage devices
JP7713794B2 (en) Electrolyte composition, electricity storage device and battery system
JP2024079929A (en) Mixture, sheet and electrochemical element
TW202448802A (en) Ion conductor, composite, sheet, electrode, insulator and power storage device
WO2025182452A1 (en) Solid electrolyte, ion conductor, sheet, and power storage device
WO2025143134A1 (en) Mixture, sheet, electrode, separator, and power storage device
WO2025263586A1 (en) Powder, ion conductor, sheet, electrode, separator, and power storage device
JP2025132313A (en) Solid electrolyte, ionic conductor, sheet and electricity storage device
WO2026009724A1 (en) Powder, ion conductor, sheet, electrode, separator, and power storage device
WO2025182728A1 (en) Electrode and power storage device

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20240307

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20250107

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20250305

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

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20250507

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20250520

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 7685870

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150