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JP7718042B2 - Composite solid electrolyte, all-solid-state battery, method for producing composite solid electrolyte, and method for producing all-solid-state battery - Google Patents
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JP7718042B2 - Composite solid electrolyte, all-solid-state battery, method for producing composite solid electrolyte, and method for producing all-solid-state battery - Google Patents

Composite solid electrolyte, all-solid-state battery, method for producing composite solid electrolyte, and method for producing all-solid-state battery

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JP7718042B2 JP2020186846A JP2020186846A JP7718042B2 JP 7718042 B2 JP7718042 B2 JP 7718042B2 JP 2020186846 A JP2020186846 A JP 2020186846A JP 2020186846 A JP2020186846 A JP 2020186846A JP 7718042 B2 JP7718042 B2 JP 7718042B2
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Description

本発明は、複合固体電解質、全固体電池、複合固体電解質の製造方法及び全固体電池の製造方法に関する。 The present invention relates to a composite solid electrolyte, an all-solid-state battery, a method for manufacturing a composite solid electrolyte, and a method for manufacturing an all-solid-state battery.

リチウムイオン非水電解質二次電池に代表される非水電解質二次電池は、エネルギー密度の高さから、パーソナルコンピュータ、通信端末等の電子機器、自動車等に多用されている。上記非水電解質二次電池は、一般的には、電気的に隔離された一対の電極を有する電極体、及び電極間に介在する非水電解質を備え、両電極間でイオンの受け渡しを行うことで充放電するよう構成される。 Non-aqueous electrolyte secondary batteries, typified by lithium-ion non-aqueous electrolyte secondary batteries, are widely used in electronic devices such as personal computers and communication terminals, as well as automobiles, due to their high energy density. Non-aqueous electrolyte secondary batteries generally comprise an electrode assembly having a pair of electrically isolated electrodes and a non-aqueous electrolyte sandwiched between the electrodes, and are configured to charge and discharge by transferring ions between the electrodes.

近年、非水電解質二次電池の安全性の向上を目的として、非水電解質として有機溶媒等を含有する液体の電解質に代えて硫化物固体電解質等を使用する全固体電池が提案されている(特許文献1参照)。 In recent years, with the aim of improving the safety of non-aqueous electrolyte secondary batteries, all-solid-state batteries have been proposed that use sulfide solid electrolytes or the like as non-aqueous electrolytes instead of liquid electrolytes containing organic solvents or the like (see Patent Document 1).

硫化物固体電解質としては、70LiS・30Pガラスセラミックス及び60LiS・25P・10LiNガラスセラミックスが、10-3S/cm以上の高いイオン伝導度を示すことが報告されている(Solid State Ionics,177,2721(2006)、Solid State Ionics,304,85(2016))。 As sulfide solid electrolytes, 70Li 2 S·30P 2 S 5 glass ceramics and 60Li 2 S·25P 2 S 5 ·10Li 3 N glass ceramics have been reported to exhibit high ionic conductivity of 10 −3 S/cm or more (Solid State Ionics, 177, 2721 (2006), Solid State Ionics, 304, 85 (2016)).

しかしながら、Si:Cu:硫化物固体電解質(77.5LiS・22.5P)が1:1:5(m/m/m)の構成を有する全固体Li-Siハーフセルにより印加圧力とサイクル特性との関係を評価した場合に、ケイ素の孤立化が生じない程度の高い圧力(230MPa)を印加した状態であってもクーロン効率が低いことが報告されている(Journal of the electrochemical society,160,1,A77(2013))。また、硫化物固体電解質は、本質的に耐酸化性及び当該複合固体電解質の耐還元性が低いことが第一原理計算より明らかにされている(ACS Appl.Mater.Interfaces,7,23685(2015))。 However, when the relationship between applied pressure and cycle performance was evaluated using an all-solid-state Li-Si half cell having a Si:Cu:sulfide solid electrolyte (77.5Li 2 S · 22.5P 2 S 5 ) composition of 1:1:5 (m/m/m), it was reported that the Coulombic efficiency was low even when a high pressure (230 MPa) was applied that did not cause silicon isolation (Journal of the electrochemical society, 160, 1, A77 (2013)). Furthermore, first-principles calculations have revealed that sulfide solid electrolytes inherently have low oxidation resistance and low reduction resistance (ACS Appl. Mater. Interfaces, 7, 23685 (2015)).

特開2000-340257号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-340257

ハイブリッド電気自動車(以下、「HEV」ともいう。)やハイブリッド式の産業機械(重機、建機等)に用いられる非水電解質二次電池等の蓄電素子においては、充放電サイクルにおけるクーロン効率の低下を抑制することが求められており、全固体電池においてもさらなるクーロン効率の低下の抑制が望まれる。 In energy storage devices such as nonaqueous electrolyte secondary batteries used in hybrid electric vehicles (hereinafter also referred to as "HEVs") and hybrid industrial machinery (heavy machinery, construction machinery, etc.), there is a need to suppress the decrease in coulombic efficiency during charge/discharge cycles, and further suppression of the decrease in coulombic efficiency is also desired in all-solid-state batteries.

本発明は、以上のような事情に基づいてなされたものであり、全固体電池の充放電サイクルにおけるクーロン効率の低下を抑制できる複合固体電解質の提供を目的とする。 The present invention was made based on the above circumstances, and aims to provide a composite solid electrolyte that can suppress the decrease in coulombic efficiency during the charge-discharge cycle of an all-solid-state battery.

上記課題を解決するためになされた本発明の一側面は、硫化物固体電解質と、添加剤とを含み、上記添加剤がS=O結合を有する硫黄系環状化合物、硝酸リチウム又はこれらの組み合わせである複合固体電解質である。 One aspect of the present invention, which has been made to solve the above problems, is a composite solid electrolyte that includes a sulfide solid electrolyte and an additive, wherein the additive is a sulfur-based cyclic compound having an S=O bond, lithium nitrate, or a combination thereof.

本発明の他の一側面は、硫化物固体電解質と添加剤とを混合して複合固体電解質を作製することを備え、上記添加剤がS=O結合を有する硫黄系環状化合物、硝酸リチウム又はこれらの組み合わせである複合固体電解質の製造方法である。 Another aspect of the present invention is a method for producing a composite solid electrolyte, comprising mixing a sulfide solid electrolyte with an additive to produce a composite solid electrolyte, wherein the additive is a sulfur-based cyclic compound having an S=O bond, lithium nitrate, or a combination thereof.

本発明の一側面に係る複合固体電解質は、全固体電池の充放電サイクルにおけるクーロン効率の低下を抑制できる。 A composite solid electrolyte according to one aspect of the present invention can suppress a decrease in coulombic efficiency during charge-discharge cycles of an all-solid-state battery.

図1は、本発明の一実施形態における全固体電池を示す模式的断面図である。FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing an all-solid-state battery according to one embodiment of the present invention. 図2は、実施例及び参考例の充放電サイクル数とクーロン効率との関係を示すグラフである。FIG. 2 is a graph showing the relationship between the number of charge/discharge cycles and the coulombic efficiency for the examples and the reference example.

本発明の一側面は、硫化物固体電解質と、添加剤とを含み、上記添加剤がS=O結合を有する硫黄系環状化合物、硝酸リチウム又はこれらの組み合わせである複合固体電解質である。 One aspect of the present invention is a composite solid electrolyte comprising a sulfide solid electrolyte and an additive, wherein the additive is a sulfur-based cyclic compound having an S=O bond, lithium nitrate, or a combination thereof.

本発明者らは、全固体電池の充放電サイクルにおけるクーロン効率の低下に対する抑制効果の向上を図る上で、硫化物固体電解質の耐還元性を向上させることが必要であると考え、検討を行ったところ、特定の添加剤を用いることで、硫化物固体電解質に耐還元性を付与できることを知見した。そして、特定の添加剤と硫化物固体電解質とを組み合わせることにより、固体電解質の耐還元性を高め、全固体電池の充放電サイクルにおけるクーロン効率の低下を抑制できるのではないかと考え、本発明に至った。 The inventors believed that improving the reduction resistance of sulfide solid electrolytes was necessary to improve the effect of suppressing the decline in Coulombic efficiency during the charge-discharge cycles of all-solid-state batteries. Upon conducting research, they discovered that the use of specific additives could impart reduction resistance to sulfide solid electrolytes. They then hypothesized that combining specific additives with sulfide solid electrolytes could enhance the reduction resistance of solid electrolytes and suppress the decline in Coulombic efficiency during the charge-discharge cycles of all-solid-state batteries, leading to the present invention.

当該複合固体電解質は、硫化物固体電解質と、添加剤とを含み、上記添加剤がS=O結合を有する硫黄系環状化合物、硝酸リチウム又はこれらの組み合わせであることで、全固体電池の充放電サイクルにおけるクーロン効率の低下を抑制できる。この理由については定かでは無いが、以下の理由が推測される。一般的な硫化物固体電解質は、還元分解されやすく、大きな還元分解容量を示すことが知られている。当該複合固体電解質は、上記S=O結合を有する硫黄系環状化合物を硫化物固体電解質と組み合わせて、負極又は上記負極と正極との間に介在する電解質層の固体電解質として用いることで、上記S=O結合を有する硫黄系環状化合物が還元により開環して、電子絶縁性のLiSおよびLiOを形成することが考えられる。これにより、極薄の電子絶縁性の被膜が負極又は電解質層の表面上に形成されるため、上記硫化物固体電解質の継続的な還元分解が抑制され、クーロン効率が向上したと推測される。一般的なリチウムイオン非水電解液二次電池に用いられる非水電解液の還元分解電位は1.0V未満(例えばエチレンカーボネートは約0.6V)であるため、例えばリチウムイオン非水電解液二次電池において添加剤としてS=O結合を有する硫黄系環状化合物である1,3-プロペンスルトンを使用した場合、非水電解液の他の構成成分よりも先に上記1,3-プロペンスルトンが分解して負極の表面上に被膜形成することで、非水電解液の分解を抑制できると推測される。これに対し、上記硫化物固体電解質は1,3-プロペンスルトンよりも高い還元分解電位を有しているため、当該複合固体電解質においては、リチウムイオン非水電解液二次電池の非水電解液とは異なったメカニズムによって、効果が得られると考えられる。
一方、当該複合固体電解質は、硫化物固体電解質よりも還元電位が高い硝酸リチウムを硫化物固体電解質と組み合わせて、負極又は上記負極と正極との間に介在する電解質層の固体電解質として用いることで、硝酸リチウムが硫化物固体電解質より先に還元分解される。その結果、負極表面上に硝酸リチウムの還元分解による電子絶縁性の薄い被膜(SEI:Solid Electrolyte Interphase)が形成される。
従って、当該複合固体電解質は、負極側で生じる継続的な固体電解質の還元分解が抑制されるとともに、充放電サイクルにおけるクーロン効率の低下を抑制できる。ここで、「SEI」とは、初回充電時に電解質の還元分解にともなって負極表面上に生じる被膜であり、その後の電解質の還元分解が抑制される不働態として機能すると同時に、リチウムイオン伝導によって負極と電解質との界面でのリチウムイオン脱挿入の場を提供する。
The composite solid electrolyte includes a sulfide solid electrolyte and an additive, and the additive is a sulfur-based cyclic compound having an S═O bond, lithium nitrate, or a combination thereof, thereby suppressing a decrease in Coulombic efficiency during the charge-discharge cycles of an all-solid-state battery. While the reason for this is unclear, the following reason is presumed. It is known that general sulfide solid electrolytes are susceptible to reductive decomposition and exhibit a large reductive decomposition capacity. The composite solid electrolyte is formed by combining the sulfur-based cyclic compound having an S═O bond with a sulfide solid electrolyte and using it as a solid electrolyte in the negative electrode or in the electrolyte layer interposed between the negative electrode and the positive electrode. It is believed that the sulfur-based cyclic compound having an S═O bond undergoes ring-opening by reduction to form electronically insulating Li 2 S and Li 2 O. This results in the formation of an extremely thin, electronically insulating coating on the surface of the negative electrode or the electrolyte layer, thereby suppressing continuous reductive decomposition of the sulfide solid electrolyte and improving the Coulombic efficiency. The reductive decomposition potential of nonaqueous electrolytes used in typical lithium-ion nonaqueous electrolyte secondary batteries is less than 1.0 V (e.g., ethylene carbonate is approximately 0.6 V). Therefore, when 1,3-propene sultone, a sulfur-based cyclic compound having an S═O bond, is used as an additive in a lithium-ion nonaqueous electrolyte secondary battery, it is presumed that the 1,3-propene sultone decomposes before the other components of the nonaqueous electrolyte to form a coating on the surface of the negative electrode, thereby suppressing decomposition of the nonaqueous electrolyte. In contrast, the sulfide solid electrolyte has a higher reductive decomposition potential than 1,3-propene sultone, and therefore, it is believed that the effects of this composite solid electrolyte are achieved through a mechanism different from that of the nonaqueous electrolyte of a lithium-ion nonaqueous electrolyte secondary battery.
On the other hand, in the composite solid electrolyte, lithium nitrate, which has a higher reduction potential than a sulfide solid electrolyte, is combined with the sulfide solid electrolyte and used as the solid electrolyte in the negative electrode or in the electrolyte layer interposed between the negative electrode and the positive electrode, so that the lithium nitrate is reductively decomposed before the sulfide solid electrolyte, and as a result, a thin electronically insulating coating (SEI: Solid Electrolyte Interphase) is formed on the surface of the negative electrode due to the reductive decomposition of lithium nitrate.
Therefore, the composite solid electrolyte can suppress continuous reductive decomposition of the solid electrolyte on the negative electrode side and can suppress a decrease in Coulombic efficiency during charge-discharge cycles. Here, the "SEI" refers to a coating that forms on the negative electrode surface in conjunction with reductive decomposition of the electrolyte during the initial charge. The "SEI" functions as a passive layer that suppresses subsequent reductive decomposition of the electrolyte, and at the same time, provides a site for lithium ion insertion/extraction at the interface between the negative electrode and the electrolyte through lithium ion conduction.

上記複合固体電解質における上記添加剤の含有割合が5質量%以上20質量%以下であることが好ましい。上記添加剤の含有割合が5質量%以上20質量%以下であることで、当該複合固体電解質の耐還元性がより向上し、全固体電池の充放電サイクルにおけるクーロン効率の低下に対する抑制効果をより高めることができる。 The content of the additive in the composite solid electrolyte is preferably 5% by mass or more and 20% by mass or less. By having the content of the additive be 5% by mass or more and 20% by mass or less, the reduction resistance of the composite solid electrolyte is further improved, and the effect of suppressing the decrease in coulombic efficiency during the charge/discharge cycle of the all-solid-state battery can be further enhanced.

上記硫黄系環状化合物が環状スルホン酸エステルであることが好ましい。上記硫黄系環状化合物が環状スルホン酸エステルであることで、当該複合固体電解質の耐還元性がより向上し、全固体電池の充放電サイクルにおけるクーロン効率の低下に対する抑制効果をより高めることができる。 The sulfur-based cyclic compound is preferably a cyclic sulfonate ester. When the sulfur-based cyclic compound is a cyclic sulfonate ester, the reduction resistance of the composite solid electrolyte is further improved, and the effect of suppressing the decrease in coulombic efficiency during the charge-discharge cycle of the all-solid-state battery can be further enhanced.

本発明の他の一側面に係る全固体電池は、負極と、正極と、上記負極及び上記正極の間に介在する電解質層とを備え、上記負極、上記電解質層又はこれらの組み合わせが当該複合固体電解質を含有する。当該全固体電池は、上記負極、上記電解質層又はこれらの組み合わせが当該複合固体電解質を含有するので、添加剤が硫化物固体電解質より先に還元分解される。その結果、負極側で添加剤の還元分解による電子絶縁性の被膜が形成されて、負極側で生じる継続的な上記硫化物固体電解質の還元分解が抑制されるとともに、充放電サイクルにおけるクーロン効率の低下に対する抑制効果が優れる。 An all-solid-state battery according to another aspect of the present invention comprises a negative electrode, a positive electrode, and an electrolyte layer interposed between the negative electrode and the positive electrode, wherein the negative electrode, the electrolyte layer, or a combination thereof contains the composite solid electrolyte. In the all-solid-state battery, the negative electrode, the electrolyte layer, or a combination thereof contains the composite solid electrolyte, so the additive is reductively decomposed before the sulfide solid electrolyte. As a result, an electronically insulating coating is formed on the negative electrode side due to the reductive decomposition of the additive, which suppresses the continuous reductive decomposition of the sulfide solid electrolyte on the negative electrode side and is highly effective in suppressing a decrease in coulombic efficiency during charge-discharge cycles.

本発明の他の一側面に係る複合固体電解質の製造方法は、硫化物固体電解質と添加剤とを混合して複合固体電解質を作製することを備え、上記添加剤がS=O結合を有する硫黄系環状化合物、硝酸リチウム又はこれらの組み合わせである。 A method for producing a composite solid electrolyte according to another aspect of the present invention includes mixing a sulfide solid electrolyte with an additive to produce a composite solid electrolyte, wherein the additive is a sulfur-based cyclic compound having an S=O bond, lithium nitrate, or a combination thereof.

当該複合固体電解質の製造方法が、硫化物固体電解質と添加剤とを混合して複合固体電解質を作製することを備え、上記添加剤がS=O結合を有する硫黄系環状化合物、硝酸リチウム又はこれらの組み合わせであることで、耐還元性を有し、全固体電池の充放電サイクルにおけるクーロン効率の低下に対する抑制効果が優れる複合固体電解質を製造できる。 The method for producing this composite solid electrolyte involves mixing a sulfide solid electrolyte with an additive to produce a composite solid electrolyte. The additive is a sulfur-based cyclic compound having an S=O bond, lithium nitrate, or a combination thereof, making it possible to produce a composite solid electrolyte that is reduction-resistant and has an excellent effect of suppressing a decrease in coulombic efficiency during the charge-discharge cycle of an all-solid-state battery.

当該複合固体電解質の製造方法が、上記複合固体電解質における上記添加剤の含有割合が5質量%以上20質量%以下であることが好ましい。上記添加剤の含有割合が5質量%以上20質量%以下であることで、耐還元性がより向上し、全固体電池の充放電サイクルにおけるクーロン効率の低下に対する抑制効果がより優れる複合固体電解質を製造できる。 In the method for producing the composite solid electrolyte, the content of the additive in the composite solid electrolyte is preferably 5% by mass or more and 20% by mass or less. By having the content of the additive in the composite solid electrolyte be 5% by mass or more and 20% by mass or less, it is possible to produce a composite solid electrolyte that has improved reduction resistance and is more effective in suppressing a decrease in coulomb efficiency during the charge-discharge cycle of an all-solid-state battery.

本発明の他の一側面に係る全固体電池の製造方法は、当該複合固体電解質又は当該複合固体電解質の製造方法で得られた複合固体電解質を用いて、負極及び電解質層の少なくとも1つを作製することを備える。当該全固体電池の製造方法が、当該複合固体電解質又は当該複合固体電解質の製造方法で得られた複合固体電解質を用いて、負極及び電解質層の少なくとも1つを作製することを備えるので、充放電サイクルにおけるクーロン効率の低下に対する抑制効果が優れる全固体電池を製造できる。 A method for manufacturing an all-solid-state battery according to another aspect of the present invention comprises fabricating at least one of an anode and an electrolyte layer using the composite solid electrolyte or a composite solid electrolyte obtained by the method for manufacturing the composite solid electrolyte. Because the method for manufacturing an all-solid-state battery comprises fabricating at least one of an anode and an electrolyte layer using the composite solid electrolyte or a composite solid electrolyte obtained by the method for manufacturing the composite solid electrolyte, it is possible to manufacture an all-solid-state battery that is excellent in suppressing a decrease in coulombic efficiency during charge-discharge cycles.

以下、本発明に係る複合固体電解質、全固体電池、複合固体電解質の製造方法及び全固体電池の製造方法の実施形態について詳説する。 Embodiments of the composite solid electrolyte, all-solid-state battery, method for manufacturing a composite solid electrolyte, and method for manufacturing an all-solid-state battery according to the present invention are described in detail below.

<複合固体電解質>
当該複合固体電解質は、硫化物固体電解質と、添加剤とを含み、上記添加剤がS=O結合を有する硫黄系環状化合物、硝酸リチウム又はこれらの組み合わせである。当該複合固体電解質は、硫化物固体電解質と、添加剤とを含み、上記添加剤がS=O結合を有する硫黄系環状化合物、硝酸リチウム又はこれらの組み合わせであることで、耐還元性に優れ、全固体電池の充放電サイクルにおけるクーロン効率の低下を抑制できる。当該複合固体電解質は、イオン伝導性を必要とする任意の用途に用いることができる。中でも、当該複合固体電解質は、リチウム全固体電池に用いられることが好ましい。
<Composite solid electrolyte>
The composite solid electrolyte includes a sulfide solid electrolyte and an additive, wherein the additive is a sulfur-based cyclic compound having an S═O bond, lithium nitrate, or a combination thereof. The composite solid electrolyte includes a sulfide solid electrolyte and an additive, wherein the additive is a sulfur-based cyclic compound having an S═O bond, lithium nitrate, or a combination thereof. This composite solid electrolyte has excellent reduction resistance and can suppress a decrease in coulombic efficiency during the charge/discharge cycle of an all-solid-state battery. The composite solid electrolyte can be used in any application requiring ionic conductivity. In particular, the composite solid electrolyte is preferably used in a lithium all-solid-state battery.

上記硫化物固体電解質としては、リチウムイオン伝導性が高いことが好ましく、例えばLiS-P、LiS-P-LiI、LiS-P-LiCl、LiS-P-LiBr、LiS-P-LiO、LiS-P-LiO-LiI、LiS-P-LiN、LiS-SiS、LiS-SiS-LiI、LiS-SiS-LiBr、LiS-SiS-LiCl、LiS-SiS-B-LiI、LiS-SiS-P-LiI、LiS-B、LiS-P-Z2n(ただし、m、nは正の数、Zは、Ge、Zn、Gaのいずれかである。)、LiS-GeS、LiS-SiS-LiPO、LiS-SiS-LiMO(ただし、x、yは正の数、Mは、P、Si、Ge、B、Al、Ga、Inのいずれかである。)、Li10GeP12等を挙げることができる。これらの中でも、リチウムイオン伝導性が良好な観点から、LiS-Pが好ましく、xLiS・(100-x)P(70≦x≦80)がより好ましい。 The sulfide solid electrolyte preferably has high lithium ion conductivity, and examples thereof include Li 2 S—P 2 S 5 , Li 2 S—P 2 S 5 —LiI, Li 2 S—P 2 S 5 —LiCl, Li 2 S—P 2 S 5 —LiBr, Li 2 S—P 2 S 5 —Li 2 O, Li 2 S—P 2 S 5 —Li 2 O—LiI, Li 2 S—P 2 S 5 —Li 3 N, Li 2 S—SiS 2 , Li 2 S—SiS 2 —LiI, Li 2 S—SiS 2 —LiBr, Li 2 S—SiS 2 —LiCl, and Li 2 S—SiS 2 —B. 2S3 - LiI, Li2S -SiS2- P2S5 - LiI , Li2S - B2S3 , Li2S - P2S5 - ZmS2n (where m and n are positive numbers and Z is Ge, Zn or Ga), Li2S - GeS2 , Li2S - SiS2 - Li3PO4 , Li2S - SiS2 - LixMOy (where x and y are positive numbers and M is P, Si, Ge, B, Al, Ga or In ) , Li10GeP2S12 and the like can be mentioned. Among these, Li 2 S—P 2 S 5 is preferred, and xLi 2 S·(100−x)P 2 S 5 (70≦x≦80) is more preferred from the viewpoint of good lithium ion conductivity.

添加剤は、S=O結合を有する硫黄系環状化合物、硝酸リチウム又はこれらの組み合わせである。当該複合固体電解質は、上記S=O結合を有する硫黄系環状化合物を添加剤として用いることで、上記硫黄系環状化合物が還元により開環して、電子絶縁性のLiSおよびLiOを形成することが考えられる。これにより、極薄の電子絶縁性の被膜が負極又は電解質層の表面上に形成されると考えられる。一方、当該複合固体電解質は、硫化物固体電解質よりも還元電位が高い硝酸リチウムを添加剤として用いることで、硝酸リチウムが硫化物固体電解質より先に還元分解される。その結果、負極又は電解質層の表面上にSEIが形成される。このように、当該複合固体電解質は、負極側で生じる継続的な上記硫化物固体電解質の還元分解が抑制されるとともに、充放電サイクルにおけるクーロン効率の低下を抑制できる。 The additive is a sulfur-based cyclic compound having an S═O bond, lithium nitrate, or a combination thereof. It is believed that by using the sulfur-based cyclic compound having an S═O bond as an additive in the composite solid electrolyte, the sulfur-based cyclic compound undergoes ring-opening by reduction to form electronically insulating Li 2 S and Li 2 O. This is believed to result in the formation of an extremely thin electronically insulating coating on the surface of the negative electrode or electrolyte layer. On the other hand, by using lithium nitrate, which has a higher reduction potential than the sulfide solid electrolyte, as an additive in the composite solid electrolyte, the lithium nitrate is reductively decomposed before the sulfide solid electrolyte. As a result, an SEI is formed on the surface of the negative electrode or electrolyte layer. In this way, the composite solid electrolyte can suppress continuous reductive decomposition of the sulfide solid electrolyte on the negative electrode side and suppress a decrease in coulombic efficiency during charge-discharge cycles.

上記S=O結合を有する硫黄系環状化合物としては、スルトン系化合物、環状サルフェート化合物、環状サルファイト化合物、スルホラン系化合物、環状ジスルホネート系化合物、スルホ安息香酸無水物等が挙げられる。 Examples of the sulfur-based cyclic compounds having the S=O bond include sultone compounds, cyclic sulfate compounds, cyclic sulfite compounds, sulfolane compounds, cyclic disulfonate compounds, and sulfobenzoic anhydride.

スルトン化合物としては、1,3-プロパンスルトン、1,3-プロペンスルトン、2,4-ブタンスルトン、1,4-ブタンスルトン等が挙げられる。 Examples of sultone compounds include 1,3-propane sultone, 1,3-propene sultone, 2,4-butane sultone, and 1,4-butane sultone.

環状サルファイト化合物としては、エチレンサルファイト、1,2-プロピレングリコールサルファイト、トリメチレンサルファイト、1,3-ブチレングリコールサルファイト等が挙げられる。 Examples of cyclic sulfite compounds include ethylene sulfite, 1,2-propylene glycol sulfite, trimethylene sulfite, and 1,3-butylene glycol sulfite.

スルホラン系化合物としては、スルホラン、3-スルホレン、1,1-ジオキソチオフェン、3-メチルスルホラン、3-メチル-2,5-ジヒドロチオフェン-1,1-ジオキシド、3-スルホレン-3-カルボン酸メチル等が挙げられる。 Sulfolane compounds include sulfolane, 3-sulfolene, 1,1-dioxothiophene, 3-methylsulfolane, 3-methyl-2,5-dihydrothiophene-1,1-dioxide, and methyl 3-sulfolene-3-carboxylate.

環状ジスルホネート系化合物としては、メチレン-メタンジスルホン酸エステル、エチレン-メタンジスルホン酸エステル等が挙げられる。 Examples of cyclic disulfonate compounds include methylene-methane disulfonate ester and ethylene-methane disulfonate ester.

上記硫黄系環状化合物としては、環状スルホン酸エステルであることが好ましい。上記硫黄系環状化合物が環状スルホン酸エステルであることで、当該複合固体電解質の耐還元性がより向上し、全固体電池の充放電サイクルにおけるクーロン効率の低下に対する抑制効果をより高めることができる。 The sulfur-based cyclic compound is preferably a cyclic sulfonate ester. When the sulfur-based cyclic compound is a cyclic sulfonate ester, the reduction resistance of the composite solid electrolyte is further improved, and the effect of suppressing the decrease in coulombic efficiency during the charge-discharge cycle of the all-solid-state battery can be further enhanced.

当該複合固体電解質における上記添加剤の含有割合の下限としては、1質量%が好ましく、3質量%がより好ましく、5質量%がさらに好ましい。一方、上記添加剤の含有割合の上限としては、20質量%が好ましく、18質量%がより好ましく、15質量%がさらに好ましい。上記添加剤の含有割合が上記範囲であることで、当該複合固体電解質の耐還元性がより向上し、全固体電池の充放電サイクルにおけるクーロン効率の低下に対する抑制効果をより高めることができる。当該複合固体電解質における上記添加剤の含有割合の好ましい範囲は、リチウムイオン非水電解液二次電池における添加剤の含有割合と比べて高くなっている。これは、リチウムイオン非水電解液二次電池では負極-非水電解液界面で添加剤が消費されても、バルクからの拡散により負極-非水電解液界面に添加剤が供給されるため、添加剤の含有割合が少ない範囲であっても効果を得ることができる。一方、全固体電池においては、固体電解質中に粒子状の添加剤が分散された状態で存在することから、上記リチウムイオン非水電解液二次電池のような状態が生じにくくなる結果、添加剤の含有割合がリチウムイオン非水電解液二次電池のように少ない範囲では効果が得がたいためと推測される。 The lower limit of the additive content in the composite solid electrolyte is preferably 1% by mass, more preferably 3% by mass, and even more preferably 5% by mass. Meanwhile, the upper limit of the additive content is preferably 20% by mass, more preferably 18% by mass, and even more preferably 15% by mass. By ensuring that the additive content is within this range, the reduction resistance of the composite solid electrolyte is further improved, and the effect of suppressing the decrease in coulombic efficiency during the charge-discharge cycle of the all-solid-state battery can be further enhanced. The preferred range of the additive content in the composite solid electrolyte is higher than the additive content in a lithium-ion nonaqueous electrolyte secondary battery. This is because, even if the additive is consumed at the negative electrode-nonaqueous electrolyte interface in a lithium-ion nonaqueous electrolyte secondary battery, the additive is supplied to the negative electrode-nonaqueous electrolyte interface by diffusion from the bulk, allowing the additive to be effective even at a low additive content range. On the other hand, in all-solid-state batteries, particulate additives are present in a dispersed state in the solid electrolyte, making it difficult for the above-mentioned state to occur in non-aqueous lithium-ion electrolyte secondary batteries. As a result, it is thought that the effect is difficult to obtain when the additive content is as low as in non-aqueous lithium-ion electrolyte secondary batteries.

当該複合固体電解質の25℃におけるイオン伝導度の下限としては、1.0×10-5S/cmが好ましく、5.0×10-5S/cmがより好ましく、1.0×10-4がさらに好ましい。当該複合固体電解質の25℃におけるイオン伝導度が上記範囲であることで、全固体電池の高率充放電性能を向上できる。 The lower limit of the ionic conductivity of the composite solid electrolyte at 25° C. is preferably 1.0×10 −5 S/cm, more preferably 5.0×10 −5 S/cm, and even more preferably 1.0×10 −4 . When the ionic conductivity of the composite solid electrolyte at 25° C. is within the above range, the high-rate charge/discharge performance of the all-solid-state battery can be improved.

当該複合固体電解質は、全固体電池の負極用固体電解質及び電解質層用固体電解質として好適に使用できる。 This composite solid electrolyte can be suitably used as a solid electrolyte for the negative electrode and electrolyte layer of all-solid-state batteries.

<全固体電池>
当該全固体電池は、負極と、正極と、上記負極及び上記正極の間に介在する電解質層とを備える。図1は、本発明の一実施形態における全固体電池10を示す模式的断面図である。二次電池である全固体電池10は、負極1と、正極2とが固体電解質層3を介して配置される。負極1は、負極基材4及び負極合剤層5を有し、負極基材4が負極1の最外層となる。正極2は、正極基材7及び正極合剤層6を有し、正極基材7が正極2の最外層となる。図1に示す全固体電池10においては、正極基材7上に、正極合剤層6、固体電解質層3、負極合剤層5及び負極基材4がこの順で積層されている。
<All-solid-state battery>
The all-solid-state battery includes a negative electrode, a positive electrode, and an electrolyte layer interposed between the negative electrode and the positive electrode. FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing an all-solid-state battery 10 according to one embodiment of the present invention. The all-solid-state battery 10, which is a secondary battery, includes a negative electrode 1 and a positive electrode 2 arranged with a solid electrolyte layer 3 interposed therebetween. The negative electrode 1 includes a negative electrode substrate 4 and a negative electrode mixture layer 5, with the negative electrode substrate 4 being the outermost layer of the negative electrode 1. The positive electrode 2 includes a positive electrode substrate 7 and a positive electrode mixture layer 6, with the positive electrode substrate 7 being the outermost layer of the positive electrode 2. In the all-solid-state battery 10 shown in FIG. 1 , the positive electrode mixture layer 6, the solid electrolyte layer 3, the negative electrode mixture layer 5, and the negative electrode substrate 4 are stacked in this order on the positive electrode substrate 7.

当該全固体電池は、負極1、固体電解質層3又はこれらの組み合わせが当該複合固体電解質を含有する。当該全固体電池は、負極1、固体電解質層3又はこれらの組み合わせが当該複合固体電解質を含有するので、充放電サイクルにおけるクーロン効率の低下に対する抑制効果が優れる。 In this all-solid-state battery, the anode 1, the solid electrolyte layer 3, or a combination thereof contains the composite solid electrolyte. Because the anode 1, the solid electrolyte layer 3, or a combination thereof contains the composite solid electrolyte, this all-solid-state battery is highly effective in suppressing a decrease in coulombic efficiency during charge-discharge cycles.

当該全固体電池は、当該複合固体電解質以外のその他の固体電解質を併せて用いるようにしてもよい。その他の固体電解質としては、当該複合固体電解質以外の硫化物固体電解質であってもよいし、酸化物系固体電解質、ドライポリマー電解質、ゲルポリマー電解質、疑似固体電解質であってもよい。 The all-solid-state battery may also use a solid electrolyte other than the composite solid electrolyte. The other solid electrolyte may be a sulfide solid electrolyte other than the composite solid electrolyte, an oxide-based solid electrolyte, a dry polymer electrolyte, a gel polymer electrolyte, or a quasi-solid electrolyte.

当該複合固体電解質以外の硫化物固体電解質としては、上述の硫化物固体電解質を用いることができる。 As a sulfide solid electrolyte other than this composite solid electrolyte, the sulfide solid electrolytes described above can be used.

[負極]
負極1は、負極基材4と、この負極基材4の表面に積層される負極合剤層5とを備える。負極1は負極基材4と負極合剤層5との間に図示しない中間層を有していてもよい。
[Negative electrode]
The negative electrode 1 includes a negative electrode substrate 4 and a negative electrode mixture layer 5 laminated on the surface of the negative electrode substrate 4. The negative electrode 1 may have an intermediate layer (not shown) between the negative electrode substrate 4 and the negative electrode mixture layer 5.

(負極基材)
負極基材4は導電性を有する層である。負極基材4の材質としては、導電体であれば限定されない。例えば、銅、アルミニウム、チタン、ニッケル、タンタル、ニオブ、ハフニウム、ジルコニウム、亜鉛、タングステン、ビスマス、アンチモン、金、銀、鉄、白金、クロム、スズ、インジウム及びこれらの一種以上を含む合金並びにステンレス合金からなる群から選択される一種以上の金属を挙げることができる。
(Negative electrode substrate)
The negative electrode substrate 4 is a layer having electrical conductivity. The material of the negative electrode substrate 4 is not limited as long as it is an electrical conductor. For example, the material may be one or more metals selected from the group consisting of copper, aluminum, titanium, nickel, tantalum, niobium, hafnium, zirconium, zinc, tungsten, bismuth, antimony, gold, silver, iron, platinum, chromium, tin, indium, alloys containing one or more of these metals, and stainless steel alloys.

負極基材4の平均厚さの下限としては、3μmが好ましく、5μmがより好ましく、8μmがさらに好ましい。負極基材4の平均厚さの上限としては、200μmが好ましく、100μmがより好ましく、50μmがさらに好ましい。負極基材4の平均厚さを上記下限以上とすることで、負極基材4の強度を十分に高くできるため、負極1を良好に形成できる。負極基材4の平均厚さを上記上限以下とすることで、他の構成要素の体積を十分に確保できる。 The lower limit of the average thickness of the negative electrode substrate 4 is preferably 3 μm, more preferably 5 μm, and even more preferably 8 μm. The upper limit of the average thickness of the negative electrode substrate 4 is preferably 200 μm, more preferably 100 μm, and even more preferably 50 μm. By setting the average thickness of the negative electrode substrate 4 to be equal to or greater than the above lower limit, the strength of the negative electrode substrate 4 can be sufficiently increased, allowing for a satisfactory formation of the negative electrode 1. By setting the average thickness of the negative electrode substrate 4 to be equal to or less than the above upper limit, sufficient volume for the other components can be ensured.

(負極合剤層)
負極合剤層5は、負極活物質を含むいわゆる負極合剤から形成することができる。負極合剤は、負極活物質と固体電解質とを含む混合物又は複合体を含有してもよい。固体電解質は当該複合固体電解質であってもよい。また、負極合剤は、負極活物質と混合物又は複合体を形成していない当該複合固体電解質を含有してもよい。負極合剤は、必要に応じて、当該複合固体電解質以外の固体電解質、導電剤、バインダー、フィラー等の任意成分を含む。
(Negative electrode mixture layer)
The negative electrode mixture layer 5 can be formed from a so-called negative electrode mixture containing a negative electrode active material. The negative electrode mixture may contain a mixture or composite containing a negative electrode active material and a solid electrolyte. The solid electrolyte may be the composite solid electrolyte. The negative electrode mixture may also contain the composite solid electrolyte that does not form a mixture or composite with the negative electrode active material. The negative electrode mixture may contain optional components such as a solid electrolyte other than the composite solid electrolyte, a conductive agent, a binder, a filler, etc., as necessary.

〈負極活物質〉
負極活物質としては、公知の負極活物質の中から適宜選択できる。リチウムイオン二次電池用の負極活物質としては、通常、リチウムイオンを吸蔵及び放出することができる材料が用いられる。負極活物質としては、例えば、金属Li;Si、Sn等の金属又は半金属;Si酸化物、Ti酸化物、Sn酸化物等の金属酸化物又は半金属酸化物;LiTi12、LiTiO2、TiNb等のチタン含有酸化物;ポリリン酸化合物;炭化ケイ素;黒鉛(グラファイト)、非黒鉛質炭素(易黒鉛化性炭素又は難黒鉛化性炭素)等の炭素材料等が挙げられる。これらの材料の中でも、黒鉛及び非黒鉛質炭素が好ましい。負極活物質層においては、これら材料の1種を単独で用いてもよく、2種以上を混合して用いてもよい。
<Negative electrode active material>
The negative electrode active material can be appropriately selected from known negative electrode active materials. A material capable of absorbing and releasing lithium ions is typically used as the negative electrode active material for lithium ion secondary batteries. Examples of negative electrode active materials include metal Li; metals or semimetals such as Si and Sn; metal oxides or semimetal oxides such as Si oxide, Ti oxide, and Sn oxide; titanium-containing oxides such as Li 4 Ti 5 O 12 , LiTiO 2 , and TiNb 2 O 7 ; polyphosphate compounds; silicon carbide; carbon materials such as graphite and non-graphitic carbon (easily graphitizable carbon or non-graphitizable carbon). Among these materials, graphite and non-graphitic carbon are preferred. In the negative electrode active material layer, one of these materials may be used alone, or two or more may be mixed and used.

「黒鉛」とは、充放電前又は放電状態において、X線回折法により決定される(002)面の平均格子面間隔(d002)が0.33nm以上0.34nm未満の炭素材料をいう。黒鉛としては、天然黒鉛、人造黒鉛が挙げられる。安定した物性の材料を入手できるという観点で、人造黒鉛が好ましい。 "Graphite" refers to a carbon material in which the average lattice spacing (d 002 ) of the (002) plane, as determined by X-ray diffraction before charge/discharge or in a discharged state, is 0.33 nm or more and less than 0.34 nm. Examples of graphite include natural graphite and artificial graphite. Artificial graphite is preferred from the viewpoint of being able to obtain a material with stable physical properties.

「非黒鉛質炭素」とは、充放電前又は放電状態においてX線回折法により決定される(002)面の平均格子面間隔(d002)が0.34nm以上0.42nm以下の炭素材料をいう。非黒鉛質炭素としては、難黒鉛化性炭素や、易黒鉛化性炭素が挙げられる。非黒鉛質炭素としては、例えば、樹脂由来の材料、石油ピッチまたは石油ピッチ由来の材料、石油コークスまたは石油コークス由来の材料、植物由来の材料、アルコール由来の材料等が挙げられる。 "Non-graphitic carbon" refers to a carbon material in which the average lattice spacing (d 002 ) of the (002) plane, as determined by X-ray diffraction before charge/discharge or in a discharged state, is 0.34 nm or more and 0.42 nm or less. Examples of non-graphitic carbon include non-graphitizable carbon and graphitizable carbon. Examples of non-graphitic carbon include resin-derived materials, petroleum pitch or petroleum pitch-derived materials, petroleum coke or petroleum coke-derived materials, plant-derived materials, and alcohol-derived materials.

ここで、「放電状態」とは、負極活物質として炭素材料を含む負極を作用極として、金属Liを対極として用いた単極電池において、開回路電圧が0.7V以上である状態をいう。開回路状態での金属Li対極の電位は、Liの酸化還元電位とほぼ等しいため、上記単極電池における開回路電圧は、Liの酸化還元電位に対する炭素材料を含む負極の電位とほぼ同等である。つまり、上記単極電池における開回路電圧が0.7V以上であることは、負極活物質である炭素材料から、充放電に伴い吸蔵放出可能なリチウムイオンが十分に放出されていることを意味する。 Here, "discharged state" refers to a state in which the open circuit voltage of a single-electrode battery using a negative electrode containing a carbon material as the negative electrode active material as the working electrode and metallic Li as the counter electrode is 0.7 V or higher. Because the potential of the metallic Li counter electrode in the open circuit state is approximately equal to the redox potential of Li, the open circuit voltage of the single-electrode battery is approximately equal to the potential of the negative electrode containing the carbon material relative to the redox potential of Li. In other words, an open circuit voltage of 0.7 V or higher in the single-electrode battery means that sufficient lithium ions capable of being absorbed and released during charging and discharging have been released from the carbon material, which is the negative electrode active material.

「難黒鉛化性炭素」とは、上記d002が0.36nm以上0.42nm以下の炭素材料をいう。 The term "non-graphitizable carbon" refers to a carbon material having the above d 002 of 0.36 nm or more and 0.42 nm or less.

「易黒鉛化性炭素」とは、上記d002が0.34nm以上0.36nm未満の炭素材料をいう。 The term "easily graphitizable carbon" refers to a carbon material having the above d 002 of 0.34 nm or more and less than 0.36 nm.

負極合剤における負極活物質の含有量の下限としては、10質量%が好ましく、15質量%がより好ましい。負極活物質の含有量の上限としては、60質量%が好ましく、70質量%がより好ましく、80質量%がさらに好ましく、90質量%がよりさらに好ましく、95質量%が特に好ましい。負極活物質の含有量を上記範囲とすることで、当該全固体電池の電気容量を高めることができる。 The lower limit of the content of the negative electrode active material in the negative electrode mixture is preferably 10% by mass, and more preferably 15% by mass. The upper limit of the content of the negative electrode active material is preferably 60% by mass, more preferably 70% by mass, even more preferably 80% by mass, even more preferably 90% by mass, and particularly preferably 95% by mass. By keeping the content of the negative electrode active material within the above range, the electrical capacity of the all-solid-state battery can be increased.

〈混合物又は複合体〉
上記混合物とは、負極活物質及び当該複合固体電解質をメカニカルミリング等で混合することにより作製される混合物である。例えば、負極活物質と当該複合固体電解質との混合物は、粒子状の負極活物質及び粒子状の当該複合固体電解質を混合して得ることができる。
上記複合体としては、負極活物質及び当該複合固体電解質間で化学的又は物理的な結合を有する複合体、負極活物質及び当該複合固体電解質を機械的に複合化させた複合体等が挙げられる。上記複合体は、一粒子内に負極活物質及び当該複合固体電解質が存在しているものであり、例えば、負極活物質及び当該複合固体電解質が凝集状態を形成しているもの、負極活物質の表面の少なくとも一部に当該複合固体電解質含有被膜が形成されているものなどが挙げられる。
上記混合物又は複合体は、当該複合固体電解質以外の固体電解質を含有してもよい。
負極合剤が含有する負極活物質及び当該複合固体電解質が、混合物又は複合体を構成することで、高いイオン伝導度を維持しつつ当該複合固体電解質の耐還元性を向上できるので、充放電サイクルにおけるクーロン効率の低下に対する抑制効果が優れる。
<Mixture or Complex>
The mixture is a mixture prepared by mixing the negative electrode active material and the composite solid electrolyte by mechanical milling, etc. For example, the mixture of the negative electrode active material and the composite solid electrolyte can be obtained by mixing particulate negative electrode active material and particulate composite solid electrolyte.
Examples of the composite include a composite in which the negative electrode active material and the composite solid electrolyte are chemically or physically bonded, a composite in which the negative electrode active material and the composite solid electrolyte are mechanically combined, etc. The composite is one in which the negative electrode active material and the composite solid electrolyte exist within a single particle, and examples of the composite include one in which the negative electrode active material and the composite solid electrolyte form an aggregated state, and one in which the composite solid electrolyte-containing coating is formed on at least a portion of the surface of the negative electrode active material.
The mixture or composite may contain a solid electrolyte other than the composite solid electrolyte.
When the negative electrode active material contained in the negative electrode mixture and the composite solid electrolyte form a mixture or a composite, the reduction resistance of the composite solid electrolyte can be improved while maintaining high ionic conductivity, and therefore, the effect of suppressing a decrease in coulombic efficiency during charge-discharge cycles is excellent.

負極合剤が当該複合固体電解質を含有する場合、負極合剤における当該複合固体電解質の含有量の下限としては、5質量%であってもよく、10質量%が好ましい。負極合剤における当該複合固体電解質の含有量の上限は、90質量%が好ましく、85質量%がより好ましく、80質量%がさらに好ましく、75質量%が特に好ましい。負極合剤における当該複合固体電解質の含有量を上記範囲とすることで、上記負極が当該複合固体電解質を含有する場合に全固体電池の充放電サイクルにおけるクーロン効率の低下に対する抑制効果をより向上できる。 When the negative electrode mixture contains the composite solid electrolyte, the lower limit of the content of the composite solid electrolyte in the negative electrode mixture may be 5% by mass, and preferably 10% by mass. The upper limit of the content of the composite solid electrolyte in the negative electrode mixture is preferably 90% by mass, more preferably 85% by mass, even more preferably 80% by mass, and particularly preferably 75% by mass. By setting the content of the composite solid electrolyte in the negative electrode mixture within this range, the effect of suppressing the decrease in coulombic efficiency during the charge-discharge cycle of an all-solid-state battery can be further improved when the negative electrode contains the composite solid electrolyte.

負極合剤は、当該複合固体電解質以外の固体電解質を含有してもよい。負極合剤が当該複合固体電解質以外の固体電解質を含有する場合、負極合剤における固体電解質の全含有量の下限としては、5質量%であってもよく、10質量%が好ましい。負極合剤における固体電解質の全含有量の上限は、90質量%が好ましく、85質量%がより好ましく、80質量%がさらに好ましく、75質量%が特に好ましい。固体電解質の全含有量を上記範囲とすることで、当該全固体電池の電気容量を高めることができる。 The negative electrode mixture may contain a solid electrolyte other than the composite solid electrolyte. When the negative electrode mixture contains a solid electrolyte other than the composite solid electrolyte, the lower limit of the total content of solid electrolytes in the negative electrode mixture may be 5% by mass, and preferably 10% by mass. The upper limit of the total content of solid electrolytes in the negative electrode mixture is preferably 90% by mass, more preferably 85% by mass, even more preferably 80% by mass, and particularly preferably 75% by mass. By keeping the total content of solid electrolytes within the above range, the electrical capacity of the all-solid-state battery can be increased.

〈その他の任意の成分〉
上記導電剤としては、特に限定されない。このような導電剤としては、天然又は人造の黒鉛、ファーネスブラック、アセチレンブラック、ケッチェンブラック等のカーボンブラック、金属、導電性セラミックスなどが挙げられる。導電剤の形状としては、粉状、繊維状等が挙げられる。上記負極合剤における導電剤の含有量としては、例えば0.5質量%以上30質量%以下とすることができる。上記負極合剤は、導電剤を含有しなくてもよい。
<Other optional ingredients>
The conductive agent is not particularly limited. Examples of such conductive agents include natural or artificial graphite, carbon black such as furnace black, acetylene black, and ketjen black, metals, and conductive ceramics. The conductive agent may be in the form of powder or fiber. The content of the conductive agent in the negative electrode mixture may be, for example, 0.5% by mass or more and 30% by mass or less. The negative electrode mixture may not contain a conductive agent.

上記バインダーとしては、特に限定されない。バインダーとしては、例えば、フッ素樹脂(ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)等)、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリアクリル、ポリイミド等の熱可塑性樹脂;エチレン-プロピレン-ジエンゴム(EPDM)、スルホン化EPDM、スチレンブタジエンゴム(SBR)、フッ素ゴム等のエラストマー;多糖類高分子等が挙げられる。 The binder is not particularly limited. Examples of binders include thermoplastic resins such as fluororesins (polytetrafluoroethylene (PTFE), polyvinylidene fluoride (PVDF), etc.), polyethylene, polypropylene, polyacrylic, and polyimide; elastomers such as ethylene-propylene-diene rubber (EPDM), sulfonated EPDM, styrene-butadiene rubber (SBR), and fluororubber; and polysaccharide polymers.

上記フィラーとしては、特に限定されない。フィラーとしては、ポリプロピレン、ポリエチレン等のポリオレフィン、二酸化ケイ素、アルミナ、二酸化チタン、酸化カルシウム、酸化ストロンチウム、酸化バリウム、酸化マグネシウム、アルミノケイ酸塩等の無機酸化物、水酸化マグネシウム、水酸化カルシウム、水酸化アルミニウム等の水酸化物、炭酸カルシウム等の炭酸塩、フッ化カルシウム、フッ化バリウム、硫酸バリウム等の難溶性のイオン結晶、窒化アルミニウム、窒化ケイ素等の窒化物、タルク、モンモリロナイト、ベーマイト、ゼオライト、アパタイト、カオリン、ムライト、スピネル、オリビン、セリサイト、ベントナイト、マイカ等の鉱物資源由来物質又はこれらの人造物等が挙げられる。 The filler is not particularly limited. Examples of fillers include polyolefins such as polypropylene and polyethylene; inorganic oxides such as silicon dioxide, alumina, titanium dioxide, calcium oxide, strontium oxide, barium oxide, magnesium oxide, and aluminosilicates; hydroxides such as magnesium hydroxide, calcium hydroxide, and aluminum hydroxide; carbonates such as calcium carbonate; sparingly soluble ionic crystals such as calcium fluoride, barium fluoride, and barium sulfate; nitrides such as aluminum nitride and silicon nitride; mineral-derived substances such as talc, montmorillonite, boehmite, zeolite, apatite, kaolin, mullite, spinel, olivine, sericite, bentonite, and mica; and synthetic versions of these.

負極合剤層5の平均厚さの下限としては、30μmが好ましく、60μmがより好ましい。負極合剤層5の平均厚さの上限としては、1000μmが好ましく、500μmがより好ましく、200μmがさらに好ましい。負極合剤層5の平均厚さを上記下限以上とすることで、高いエネルギー密度を有する全固体電池を得ることができる。負極合剤層5の平均厚さを上記上限以下とすることで、高率放電性能に優れ、活物質利用率の高い負極を備える全固体電池を得ることができる。 The lower limit of the average thickness of the negative electrode mixture layer 5 is preferably 30 μm, more preferably 60 μm. The upper limit of the average thickness of the negative electrode mixture layer 5 is preferably 1000 μm, more preferably 500 μm, and even more preferably 200 μm. By setting the average thickness of the negative electrode mixture layer 5 to the above lower limit or more, an all-solid-state battery with a high energy density can be obtained. By setting the average thickness of the negative electrode mixture layer 5 to the above upper limit or less, an all-solid-state battery with excellent high-rate discharge performance and a negative electrode with a high active material utilization rate can be obtained.

(中間層)
上記中間層は、負極基材4の表面の被覆層であり、炭素粒子等の導電性粒子を含むことで負極基材4と負極合剤層5との接触抵抗を低減する。中間層の構成は特に限定されず、例えば樹脂バインダー及び導電性粒子を含有する組成物により形成できる。
(middle class)
The intermediate layer is a coating layer on the surface of the negative electrode substrate 4, and contains conductive particles such as carbon particles to reduce the contact resistance between the negative electrode substrate 4 and the negative electrode mixture layer 5. The configuration of the intermediate layer is not particularly limited, and the intermediate layer can be formed, for example, from a composition containing a resin binder and conductive particles.

[固体電解質層]
固体電解質層3は、固体電解質層用電解質を含有する。固体電解質層用電解質としては、上述の当該複合固体電解質以外にも、例えば酸化物系固体電解質、その他の硫化物固体電解質、ドライポリマー電解質、ゲルポリマー電解質、疑似固体電解質などを挙げることができる。これらの中では、イオン伝導度が良好であり、界面形成が容易であるなどの観点から硫化物固体電解質が好ましく、当該複合固体電解質がより好ましい。固体電解質層3が、当該複合固体電解質を含有することで、高いイオン伝導度を維持しつつ当該複合固体電解質の耐還元性を向上できるので、充放電サイクルにおけるクーロン効率の低下に対する抑制効果が優れる。
[Solid electrolyte layer]
The solid electrolyte layer 3 contains an electrolyte for the solid electrolyte layer. In addition to the above-mentioned composite solid electrolyte, examples of the electrolyte for the solid electrolyte layer include oxide-based solid electrolytes, other sulfide solid electrolytes, dry polymer electrolytes, gel polymer electrolytes, and pseudo-solid electrolytes. Among these, sulfide solid electrolytes are preferred, and the composite solid electrolyte is more preferred, from the viewpoints of good ionic conductivity and ease of interface formation. By including the composite solid electrolyte in the solid electrolyte layer 3, the reduction resistance of the composite solid electrolyte can be improved while maintaining high ionic conductivity, resulting in an excellent effect of suppressing a decrease in Coulomb efficiency during charge-discharge cycles.

固体電解質層用電解質は、結晶構造を有してもよく、結晶構造を有さない非晶質であってもよい。固体電解質層用電解質には、LiPO等の酸化物やハロゲン、ハロゲン化合物等を添加してもよい。 The electrolyte for the solid electrolyte layer may have a crystalline structure or may be amorphous without a crystalline structure. An oxide such as Li3PO4 , a halogen, a halogen compound, or the like may be added to the electrolyte for the solid electrolyte layer.

固体電解質層3の平均厚さの下限としては、1μmが好ましく、3μmがより好ましい。固体電解質層3の平均厚さの上限としては、50μmが好ましく、20μmがより好ましい。固体電解質層3の平均厚さを上記下限以上とすることで、正極と負極とを確実に絶縁することが可能となる。固体電解質層3の平均厚さを上記上限以下とすることで、全固体電池のエネルギー密度を高めることが可能となる。 The lower limit of the average thickness of the solid electrolyte layer 3 is preferably 1 μm, more preferably 3 μm. The upper limit of the average thickness of the solid electrolyte layer 3 is preferably 50 μm, more preferably 20 μm. By making the average thickness of the solid electrolyte layer 3 equal to or greater than the above lower limit, it is possible to reliably insulate the positive electrode and negative electrode. By making the average thickness of the solid electrolyte layer 3 equal to or less than the above upper limit, it is possible to increase the energy density of the all-solid-state battery.

[正極]
正極2は、正極基材7と、この正極基材7の表面に積層される正極合剤層6とを備える。正極2は、負極1と同様、正極基材7と正極合剤層6との間に中間層を有していてもよい。この中間層は負極1の中間層と同様の構成とすることができる。
[Positive electrode]
The positive electrode 2 includes a positive electrode substrate 7 and a positive electrode mixture layer 6 laminated on the surface of the positive electrode substrate 7. Similar to the negative electrode 1, the positive electrode 2 may have an intermediate layer between the positive electrode substrate 7 and the positive electrode mixture layer 6. This intermediate layer may have the same configuration as the intermediate layer of the negative electrode 1.

(正極基材)
正極基材7は、負極基材4と同様の構成とすることができる。正極基材7の材質としては、導電体であれば限定されない。例えば、銅、アルミニウム、チタン、ニッケル、タンタル、ニオブ、ハフニウム、ジルコニウム、亜鉛、タングステン、ビスマス、アンチモン、金、銀、鉄、白金、クロム、スズ、インジウム及びこれらの一種以上を含む合金、並びにステンレス合金からなる群から選択される一種以上の金属を挙げることができる。
(Positive electrode substrate)
The positive electrode substrate 7 can have the same configuration as the negative electrode substrate 4. The material of the positive electrode substrate 7 is not limited as long as it is a conductor. For example, it can be one or more metals selected from the group consisting of copper, aluminum, titanium, nickel, tantalum, niobium, hafnium, zirconium, zinc, tungsten, bismuth, antimony, gold, silver, iron, platinum, chromium, tin, indium, alloys containing one or more of these metals, and stainless steel alloys.

正極基材7の平均厚さの下限としては、3μmが好ましく、5μmがより好ましい。正極基材7の平均厚さの上限としては、200μmが好ましく、100μmがより好ましく、50μmがさらに好ましい。正極基材7の平均厚さを上記下限以上とすることで、正極基材7の強度を十分に高くできるため、正極2を良好に形成できる。正極基材7の平均厚さを上記上限以下とすることで、他の構成要素の体積を十分に確保できる。 The lower limit of the average thickness of the positive electrode substrate 7 is preferably 3 μm, and more preferably 5 μm. The upper limit of the average thickness of the positive electrode substrate 7 is preferably 200 μm, more preferably 100 μm, and even more preferably 50 μm. By making the average thickness of the positive electrode substrate 7 equal to or greater than the above lower limit, the strength of the positive electrode substrate 7 can be sufficiently increased, allowing for a satisfactory formation of the positive electrode 2. By making the average thickness of the positive electrode substrate 7 equal to or less than the above upper limit, sufficient volume can be secured for the other components.

(正極合剤層)
正極合剤層6は、正極活物質を含むいわゆる正極合剤から形成することができる。正極合剤は、正極活物質と上記硫化物固体電解質とを含む混合物又は複合体を含有してもよい。正極合剤は、正極活物質と混合物又は複合体を形成していない上記硫化物固体電解質を含有してもよい。上記硫化物固体電解質は、当該複合固体電解質であってもよい。正極合剤層6を形成する正極合剤は、負極合剤と同様、必要に応じて、上記硫化物固体電解質以外の固体電解質、導電剤、バインダー、フィラー等の任意成分を含む。
(Positive electrode mixture layer)
The positive electrode mixture layer 6 can be formed from a so-called positive electrode mixture containing a positive electrode active material. The positive electrode mixture may contain a mixture or composite containing a positive electrode active material and the sulfide solid electrolyte. The positive electrode mixture may contain the sulfide solid electrolyte that does not form a mixture or composite with the positive electrode active material. The sulfide solid electrolyte may be the composite solid electrolyte. Like the negative electrode mixture, the positive electrode mixture that forms the positive electrode mixture layer 6 may contain optional components such as a solid electrolyte other than the sulfide solid electrolyte, a conductive agent, a binder, a filler, etc., as necessary.

〈正極活物質〉
正極合剤層6に含まれる正極活物質としては、全固体電池に通常用いられる公知のものが使用できる。上記正極活物質としては、正極活物質としては、通常、リチウムイオンを吸蔵及び放出することができる材料が用いられる。正極活物質としては、例えば、α-NaFeO型結晶構造を有するリチウム遷移金属複合酸化物、スピネル型結晶構造を有するリチウム遷移金属複合酸化物、ポリアニオン化合物、カルコゲン化合物、硫黄等が挙げられる。α-NaFeO型結晶構造を有するリチウム遷移金属複合酸化物として、例えば、Li[LiNi1-x]O(0≦x<0.5)、Li[LiNiγCo(1-x-γ)]O(0≦x<0.5、0<γ<1)、Li[LiCo(1-x)]O(0≦x<0.5)、Li[LiNiγMn(1-x-γ)]O(0≦x<0.5、0<γ<1)、Li[LiNiγMnβCo(1-x-γ-β)]O(0≦x<0.5、0<γ、0<β、0.5<γ+β<1)、Li[LiNiγCoβAl(1-x-γ-β)]O(0≦x<0.5、0<γ、0<β、0.5<γ+β<1)等が挙げられる。スピネル型結晶構造を有するリチウム遷移金属複合酸化物として、LiMn、LiNiγMn(2-γ)等が挙げられる。ポリアニオン化合物として、LiFePO、LiMnPO、LiNiPO、LiCoPO、Li(PO、LiMnSiO、LiCoPOF等が挙げられる。カルコゲン化合物として、二硫化チタン、二硫化モリブデン、二酸化モリブデン等が挙げられる。これらの材料中の原子又はポリアニオンは、他の元素からなる原子又はアニオン種で一部が置換されていてもよい。これらの材料は表面が他の材料で被覆されていてもよい。正極活物質層においては、これら材料の1種を単独で用いてもよく、2種以上を混合して用いてもよい。正極合剤層6においては、これら化合物の1種を単独で用いてもよく、2種以上を混合して用いてもよい。
<Cathode active material>
The positive electrode active material contained in the positive electrode mixture layer 6 can be a known material commonly used in all-solid-state batteries. As the positive electrode active material, a material capable of absorbing and releasing lithium ions is typically used. Examples of the positive electrode active material include lithium transition metal composite oxides having an α-NaFeO 2 crystal structure, lithium transition metal composite oxides having a spinel crystal structure, polyanion compounds, chalcogen compounds, and sulfur. Examples of lithium transition metal composite oxides having α-NaFeO type 2 crystal structure include Li[Li x Ni 1-x ]O 2 (0≦x<0.5), Li[Li x Ni γ Co (1-x-γ) ]O 2 (0≦x<0.5, 0<γ<1), Li[Li x Co (1-x) ]O 2 (0≦x<0.5), Li[Li x Ni γ Mn (1-x-γ) ]O 2 (0≦x<0.5, 0<γ<1), Li[Li x Ni γ Mn β Co (1-x-γ-β) ]O 2 (0≦x<0.5, 0<γ, 0<β, 0.5<γ+β<1), Li[Li x Ni γ Co β Al (1-x-γ-β) ) ]O 2 (0≦x<0.5, 0<γ, 0<β, 0.5<γ+β<1), etc. Examples of lithium transition metal composite oxides having a spinel crystal structure include Li x Mn 2 O 4 and Li x Ni γ Mn (2-γ) O 4 , etc. Examples of polyanion compounds include LiFePO 4 , LiMnPO 4 , LiNiPO 4 , LiCoPO 4 , Li 3 V 2 (PO 4 ) 3 , Li 2 MnSiO 4 , and Li 2 CoPO 4 F, etc. Examples of chalcogen compounds include titanium disulfide, molybdenum disulfide, and molybdenum dioxide. Atoms or polyanions in these materials may be partially substituted with atoms or anion species of other elements. The surfaces of these materials may be coated with other materials. In the positive electrode active material layer, one of these materials may be used alone, or two or more may be mixed and used. In the positive electrode mixture layer 6, one of these compounds may be used alone, or two or more may be mixed and used.

また、正極活物質としては、Li-Al、Li-In、Li-Sn、Li-Pb、Li-Bi、Li-Ga、Li-Sr、Li-Si、Li-Zn、Li-Cd、Li-Ca、Li-Ba等のリチウム合金や上記一般式で表される化合物以外のMnO、FeO、TiO、V、V13、TiS等の、反応電位が負極材料よりも貴な材料を用いることができる。 In addition, as the positive electrode active material, lithium alloys such as Li-Al, Li-In, Li-Sn, Li-Pb, Li-Bi, Li-Ga, Li-Sr, Li-Si, Li-Zn, Li-Cd, Li-Ca, and Li-Ba, and materials other than the compounds represented by the above general formula, such as MnO 2 , FeO 2 , TiO 2 , V 2 O 5 , V 6 O 13 , and TiS 2 , which have a reaction potential more noble than that of the negative electrode material, can be used.

正極合剤における正極活物質の含有量の下限としては、10質量%が好ましく、15質量%がより好ましい。正極活物質の含有量の上限としては、60質量%が好ましく、70質量%がより好ましく、80質量%がさらに好ましく、90質量%がよりさらに好ましく、95質量%が特に好ましい。正極活物質の含有量を上記範囲とすることで、当該全固体電池の電気容量を高めることができる。 The lower limit of the content of the positive electrode active material in the positive electrode mixture is preferably 10% by mass, and more preferably 15% by mass. The upper limit of the content of the positive electrode active material is preferably 60% by mass, more preferably 70% by mass, even more preferably 80% by mass, even more preferably 90% by mass, and particularly preferably 95% by mass. By keeping the content of the positive electrode active material within the above range, the electrical capacity of the all-solid-state battery can be increased.

〈混合物又は複合体〉
上記混合物とは、正極活物質及び上記硫化物固体電解質等をメカニカルミリング等で混合することにより作製される混合物である。例えば、正極活物質と上記硫化物固体電解質等との混合物は、粒子状の正極活物質及び粒子状の上記硫化物固体電解質等を混合して得ることができる。
上記複合体としては、正極活物質及び上記硫化物固体電解質等間で化学的又は物理的な結合を有する複合体、正極活物質及び上記硫化物固体電解質等を機械的に複合化させた複合体等が挙げられる。上記複合体は、一粒子内に正極活物質及び上記硫化物固体電解質等が存在しているものであり、例えば、正極活物質及び上記硫化物固体電解質等が凝集状態を形成しているもの、正極活物質の表面の少なくとも一部に上記硫化物固体電解質等含有被膜が形成されているものなどが挙げられる。
<Mixture or Complex>
The mixture is a mixture prepared by mixing the positive electrode active material and the sulfide solid electrolyte, etc., by mechanical milling, etc. For example, the mixture of the positive electrode active material and the sulfide solid electrolyte, etc., can be obtained by mixing a particulate positive electrode active material and a particulate sulfide solid electrolyte, etc.
Examples of the composite include a composite having a chemical or physical bond between the positive electrode active material and the sulfide solid electrolyte, etc., and a composite obtained by mechanically combining the positive electrode active material and the sulfide solid electrolyte, etc. The composite is one in which the positive electrode active material and the sulfide solid electrolyte, etc. are present within a single particle, and examples include one in which the positive electrode active material and the sulfide solid electrolyte, etc. form an aggregated state, and one in which a coating containing the sulfide solid electrolyte, etc. is formed on at least a portion of the surface of the positive electrode active material.

正極合剤が固体電解質を含有する場合、固体電解質の含有量の下限としては、5質量%であってもよく、10質量%が好ましい。正極合剤における固体電解質の含有量の上限は、90質量%が好ましく、85質量%がより好ましく、80質量%がさらに好ましく、75質量%が特に好ましい。固体電解質の含有量を上記範囲とすることで、当該全固体電池の電気容量を高めることができる。 When the positive electrode mixture contains a solid electrolyte, the lower limit of the solid electrolyte content may be 5% by mass, and preferably 10% by mass. The upper limit of the solid electrolyte content in the positive electrode mixture is preferably 90% by mass, more preferably 85% by mass, even more preferably 80% by mass, and particularly preferably 75% by mass. By keeping the solid electrolyte content within the above range, the electrical capacity of the all-solid-state battery can be increased.

正極合剤層6の平均厚さの下限としては、30μmが好ましく、60μmがより好ましい。正極合剤層6の平均厚さの上限としては、1000μmが好ましく、500μmがより好ましく、200μmがさらに好ましい。正極合剤層6の平均厚さを上記下限以上とすることで、高いエネルギー密度を有する全固体電池を得ることができる。正極合剤層6の平均厚さを上記上限以下とすることで、高率放電性能に優れ、活物質利用率の高い正極を備える全固体電池を得ることができる。 The lower limit of the average thickness of the positive electrode mixture layer 6 is preferably 30 μm, more preferably 60 μm. The upper limit of the average thickness of the positive electrode mixture layer 6 is preferably 1000 μm, more preferably 500 μm, and even more preferably 200 μm. By setting the average thickness of the positive electrode mixture layer 6 to the above lower limit or more, an all-solid-state battery with a high energy density can be obtained. By setting the average thickness of the positive electrode mixture layer 6 to the above upper limit or less, an all-solid-state battery with excellent high-rate discharge performance and a positive electrode with a high active material utilization rate can be obtained.

<複合固体電解質の製造方法>
当該複合固体電解質の製造方法は、硫化物固体電解質と添加剤とを混合して複合固体電解質を作製することを備える。上記添加剤としては、上述のS=O結合を有する硫黄系環状化合物、硝酸リチウム又はこれらの組み合わせを用いる。
<Method of manufacturing composite solid electrolyte>
The method for producing the composite solid electrolyte includes mixing a sulfide solid electrolyte with an additive, which is the sulfur-based cyclic compound having an S═O bond, lithium nitrate, or a combination thereof.

上記複合固体電解質を作製する方法としては、例えば(1)始めに硫化物固体電解質を合成した後、添加剤を混合して複合固体電解質を合成する方法、(2)硫化物固体電解質の出発原料と添加剤とを混合して、添加剤を含む複合固体電解質前駆体を作製した後、上記複合固体電解質前駆体から複合固体電解質を合成する方法等が挙げられる。 Examples of methods for producing the above-mentioned composite solid electrolyte include (1) a method in which a sulfide solid electrolyte is first synthesized, and then an additive is mixed therein to synthesize the composite solid electrolyte; and (2) a method in which the starting material for the sulfide solid electrolyte is mixed with an additive to produce a composite solid electrolyte precursor containing the additive, and then the composite solid electrolyte is synthesized from the composite solid electrolyte precursor.

(1)硫化物固体電解質合成後に添加剤を含む複合固体電解質を合成する方法
本方法においては、硫化物固体電解質合成工程後、複合固体電解質合成工程が行われる。
(1) Method of synthesizing a composite solid electrolyte containing an additive after synthesizing a sulfide solid electrolyte In this method, a composite solid electrolyte synthesis step is carried out after a sulfide solid electrolyte synthesis step.

(硫化物固体電解質合成工程)
本工程では、例えば、以下の手順により、硫化物固体電解質を作製する。
所定のモル比の硫化物固体電解質の出発原料(LiS、P等)を乳鉢等で混合した後、硫化物固体電解質を作製する。硫化物固体電解質を作製する方法としては、例えばメカニカルミリング法、溶融急冷法等を用いることができる。
硫化物固体電解質ガラスセラミックスを作製する場合は、硫化物固体電解質を作製後に、結晶化温度以上で熱処理することにより、硫化物固体電解質ガラスセラミックスを作製することができる。上記結晶化温度は、示差走査熱計(DSC)による測定で求めることができる。
(Sulfide solid electrolyte synthesis process)
In this step, for example, the sulfide solid electrolyte is produced by the following procedure.
Starting materials for the sulfide solid electrolyte ( Li2S , P2S5 , etc. ) are mixed in a predetermined molar ratio in a mortar or the like, and then the sulfide solid electrolyte is produced. Methods for producing the sulfide solid electrolyte include, for example, mechanical milling and melt quenching.
In the case of producing a sulfide solid electrolyte glass ceramic, a sulfide solid electrolyte is produced and then heat-treated at a temperature equal to or higher than the crystallization temperature, whereby the sulfide solid electrolyte glass ceramic can be produced. The crystallization temperature can be determined by measurement using a differential scanning calorimeter (DSC).

(複合固体電解質合成工程)
本工程では、例えばメカニカルミリング法等を用いて上記硫化物固体電解質と、添加剤とを混合し、硫化物固体電解質と添加剤とを混合することにより、複合固体電解質を合成する。上記複合固体電解質における添加剤の含有割合の好ましい範囲は、上述した通りである。
(Composite solid electrolyte synthesis process)
In this step, the sulfide solid electrolyte is mixed with an additive by, for example, mechanical milling, etc., to synthesize a composite solid electrolyte. The preferred range of the content of the additive in the composite solid electrolyte is as described above.

(2)硫化物固体電解質の出発原料と添加剤との混合後に複合固体電解質を合成する方法
本方法においては、硫化物固体電解質の出発原料(LiS、P等)と、添加剤とを混合して、添加剤を含む複合固体電解質前駆体を作製する。その後、例えばメカニカルミリング法、溶融急冷法、熱処理等により、複合固体電解質を作製することができる。
(2) Method of synthesizing a composite solid electrolyte after mixing a starting material of a sulfide solid electrolyte with an additive: In this method, a starting material of a sulfide solid electrolyte (such as Li2S or P2S5 ) is mixed with an additive to prepare a composite solid electrolyte precursor containing the additive. The composite solid electrolyte can then be prepared by, for example, mechanical milling, melt quenching, or heat treatment.

当該複合固体電解質の製造方法は、硫化物固体電解質と上記添加剤とを混合して複合固体電解質を作製することを備えるので、耐還元性を有し、全固体電池の充放電サイクルにおけるクーロン効率の低下に対する抑制効果が優れる複合固体電解質を製造できる。 This method for producing a composite solid electrolyte involves mixing a sulfide solid electrolyte with the additive to produce a composite solid electrolyte. This makes it possible to produce a composite solid electrolyte that is reduction-resistant and has an excellent effect of suppressing a decrease in coulombic efficiency during the charge-discharge cycle of an all-solid-state battery.

<全固体電池の製造方法>
当該全固体電池の製造方法は、当該複合固体電解質又は当該複合固体電解質の製造方法で得られた複合固体電解質を用いて、負極及び電解質層の少なくとも1つを作製することを備える。また、当該全固体電池の製造方法は、その他の工程として、例えば負極合剤作製工程と、固体電解質層用電解質作製工程と、正極合剤作製工程と、負極、固体電解質層及び正極を積層する積層工程とを備えていてもよい。当該複合固体電解質及び当該複合固体電解質の製造方法で得られた複合固体電解質の詳細は、上述の通りである。
<Method of manufacturing all-solid-state battery>
The method for producing an all-solid-state battery includes fabricating at least one of an anode and an electrolyte layer using the composite solid electrolyte or a composite solid electrolyte obtained by the method for producing the composite solid electrolyte. The method for producing an all-solid-state battery may also include other steps, such as a step of preparing an anode mixture, a step of preparing an electrolyte for the solid electrolyte layer, a step of preparing a cathode mixture, and a step of stacking the anode, the solid electrolyte layer, and the positive electrode. Details of the composite solid electrolyte and the composite solid electrolyte obtained by the method for producing the composite solid electrolyte are as described above.

(負極合剤作製工程)
本工程では、負極を形成するための負極合剤が作製される。負極合剤が、負極活物質と、当該複合固体電解質とを含む混合物又は複合体を含有する場合、本工程では、例えばメカニカルミリング法等を用いて負極活物質と、当該複合固体電解質とを混合し、負極活物質と当該複合固体電解質との混合物又は複合体を作製することを備える。また、上記メカニカルミリング法を用いずに、負極合剤を作製してもよい。この場合、例えば、負極活物質、固体電解質、導電剤等を含有する負極合剤ペーストを作製することと、負極基材に塗布することを備えていてもよい。なお、負極合剤が当該複合固体電解質を含む場合、当該複合固体電解質又は当該複合固体電解質の製造方法で得られた複合固体電解質を用いる。
(Negative electrode mixture preparation process)
In this step, an anode mixture for forming an anode is prepared. When the anode mixture contains a mixture or composite including an anode active material and the composite solid electrolyte, this step includes, for example, mixing the anode active material and the composite solid electrolyte using a mechanical milling method or the like to prepare a mixture or composite of the anode active material and the composite solid electrolyte. Alternatively, the anode mixture may be prepared without using the mechanical milling method. In this case, for example, the method may include preparing an anode mixture paste containing an anode active material, a solid electrolyte, a conductive agent, etc., and applying the paste to an anode substrate. When the anode mixture contains the composite solid electrolyte, the composite solid electrolyte or a composite solid electrolyte obtained by the method for producing the composite solid electrolyte is used.

(固体電解質層作製工程)
本工程では、固体電解質層が作製される。本工程では、固体電解質層用電解質の所定の材料をメカニカルミリング法により処理して得ることができる。溶融急冷法により固体電解質層用電解質の所定の材料を溶融温度以上に加熱して所定の比率で両者を溶融混合し、急冷することにより固体電解質層用電解質を作製してもよい。その他の固体電解質層用電解質の合成方法としては、例えば減圧封入して焼成する固相法、溶解析出などの液相法、気相法(PLD)、メカニカルミリング後にアルゴン雰囲気下で焼成する方法などが挙げられる。なお、固体電解質層用電解質が当該複合固体電解質である場合は、固体電解質層用電解質として、当該複合固体電解質又は当該複合固体電解質の製造方法で得られた複合固体電解質を用いる。
(Solid electrolyte layer production process)
In this process, a solid electrolyte layer is produced. In this process, the solid electrolyte layer can be obtained by processing a predetermined material for the solid electrolyte layer electrolyte using a mechanical milling method. The solid electrolyte layer electrolyte may also be produced by heating the predetermined material for the solid electrolyte layer electrolyte above its melting temperature using a melt quenching method, melting and mixing the two at a predetermined ratio, and then quenching. Other methods for synthesizing the solid electrolyte layer electrolyte include, for example, a solid-phase method in which the solid electrolyte is sealed under reduced pressure and fired, a liquid-phase method such as solution deposition, a gas-phase method (PLD), and a method in which the solid electrolyte is fired in an argon atmosphere after mechanical milling. When the solid electrolyte layer electrolyte is the composite solid electrolyte, the composite solid electrolyte or a composite solid electrolyte obtained by the method for producing the composite solid electrolyte is used as the solid electrolyte layer electrolyte.

(正極合剤作製工程)
本工程では、正極を形成するための正極合剤が作製される。正極合剤の作製方法としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。例えば、正極活物質の圧縮成形、正極合剤の所定の材料のメカニカルミリング処理、正極活物質のターゲット材料を用いたスパッタリング等が挙げられる。正極合剤が、正極活物質と硫化物固体電解質とを含む混合物又は複合体を含有する場合、本工程では、例えばメカニカルミリング法等を用いて正極活物質と、硫化物固体電解質とを混合し、正極活物質と硫化物固体電解質との混合物又は複合体を作製することを備える。また、上記負極合剤作製工程と同様、上記メカニカルミリング法を用いずに、正極合剤を作製してもよい。この場合、例えば、正極活物質、固体電解質、導電剤等を含有する正極合剤ペーストを作製することと、正極基材に塗布することを備えていてもよい。
(Positive electrode mixture preparation process)
In this process, a cathode mixture for forming a cathode is prepared. The method for preparing the cathode mixture is not particularly limited and can be appropriately selected depending on the purpose. Examples include compression molding of a cathode active material, mechanical milling of a predetermined material for the cathode mixture, and sputtering using a target material for the cathode active material. When the cathode mixture contains a mixture or composite containing a cathode active material and a sulfide solid electrolyte, this process includes, for example, mixing the cathode active material and the sulfide solid electrolyte using a mechanical milling method or the like to prepare a mixture or composite of the cathode active material and the sulfide solid electrolyte. Similarly to the negative electrode mixture preparation process, the cathode mixture may also be prepared without using the mechanical milling method. In this case, for example, the process may include preparing a cathode mixture paste containing a cathode active material, a solid electrolyte, a conductive agent, etc., and applying the paste to a cathode substrate.

(積層工程)
本工程は、負極基材及び負極合剤層を有する負極、固体電解質層、並びに正極基材及び正極合剤層を有する正極が積層される。本工程では、負極、固体電解質層、及び正極を順次積層してもよいし、この逆であってもよく、各層の積層の順序は特に問わない。上記負極は、例えば負極基材及び負極合剤を加圧成型することにより形成され、上記固体電解質層は、例えば固体電解質層用電解質を加圧成型することにより形成され、上記正極は、例えば正極基材及び正極合剤を加圧成型することにより形成される。
(Lamination process)
In this step, a negative electrode having a negative electrode substrate and a negative electrode mixture layer, a solid electrolyte layer, and a positive electrode having a positive electrode substrate and a positive electrode mixture layer are laminated. In this step, the negative electrode, the solid electrolyte layer, and the positive electrode may be laminated in this order or vice versa, and the order of lamination of the layers is not particularly important. The negative electrode is formed, for example, by pressure molding the negative electrode substrate and the negative electrode mixture, the solid electrolyte layer is formed, for example, by pressure molding an electrolyte for the solid electrolyte layer, and the positive electrode is formed, for example, by pressure molding the positive electrode substrate and the positive electrode mixture.

負極基材、負極合剤、固体電解質層用電解質、正極基材及び正極合剤を一度に加圧成型することにより、負極、固体電解質層及び正極が積層されてもよい。正極、負極、又はこれらの層を予め成形し、固体電解質層と加圧成型して積層してもよい。 The negative electrode, solid electrolyte layer, and positive electrode may be laminated by pressure molding the negative electrode substrate, negative electrode mixture, electrolyte for the solid electrolyte layer, positive electrode substrate, and positive electrode mixture all at once. The positive electrode, negative electrode, or a layer thereof may be molded in advance, and then pressure molded together with the solid electrolyte layer to laminate them.

当該全固体電池の製造方法は、当該複合固体電解質又は当該複合固体電解質の製造方法で得られた複合固体電解質を用いて、負極及び電解質層の少なくとも1つを作製することを備えるので、充放電サイクルにおけるクーロン効率の低下に対する抑制効果が優れる全固体電池を製造できる。 The method for manufacturing this all-solid-state battery involves fabricating at least one of the negative electrode and the electrolyte layer using the composite solid electrolyte or the composite solid electrolyte obtained by the method for manufacturing the composite solid electrolyte, thereby enabling the manufacture of an all-solid-state battery that is excellent at suppressing the decline in coulombic efficiency during charge-discharge cycles.

[その他の実施形態]
本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、上記実施形態の他に、種々の変更、改良を施した態様で実施することができる。
[Other embodiments]
The present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be practiced in various forms with various modifications and improvements in addition to the above-described embodiment.

本発明に係る全固体電池は、その他の構成として例えば中間層や接着層のように、負極、正極及び固体電解質層以外の層を備えていてもよい。 The all-solid-state battery according to the present invention may also include layers other than the negative electrode, positive electrode, and solid electrolyte layer, such as an intermediate layer or adhesive layer.

<実施例>
以下、実施例によって本発明をさらに具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
<Example>
The present invention will be described in more detail below with reference to examples, but the present invention is not limited to the following examples.

[複合固体電解質の作製]
(実施例1)
露点-50℃以下のアルゴン雰囲気のグローブボックス内でLiS(99.98質量%、Aldrich製)及びP(99質量%、Aldrich製)をモル比で75:25となるように秤量した後に、乳鉢で混合した。この混合試料を、密閉式のジルコニアポットに投入した。遊星ボールミル(FRITSCH社製、型番Premium line P-7)によって公転回転数510rpmで45時間のミリング処理を行い、75LiS・25Pを得た。
[Preparation of composite solid electrolyte]
Example 1
In a glove box with an argon atmosphere having a dew point of -50°C or less, Li 2 S (99.98% by mass, manufactured by Aldrich) and P 2 S 5 (99% by mass, manufactured by Aldrich) were weighed to a molar ratio of 75:25, and then mixed in a mortar. This mixed sample was placed in a sealed zirconia pot. Milling was performed for 45 hours at an orbital rotation speed of 510 rpm using a planetary ball mill (manufactured by FRITSCH, model number Premium line P-7) to obtain 75Li 2 S·25P 2 S 5 .

次に、75LiS・25Pと添加剤である硝酸リチウムとを質量比で90:10となるように秤量・混合した後に、遊星型ボールミルを用いて公転回転数370rpmで2時間メカニカルミリングすることにより、実施例1の複合固体電解質を合成した。 Next, 75Li2S · 25P2S5 and lithium nitrate as an additive were weighed and mixed in a mass ratio of 90:10, and then mechanically milled using a planetary ball mill at an orbital rotation speed of 370 rpm for 2 hours to synthesize the composite solid electrolyte of Example 1.

(実施例2)
添加剤を環状スルホン酸エステルである1,3-プロペンスルトン(PRS)に変更したこと以外は実施例1と同様にして、実施例2の複合固体電解質を合成した。
Example 2
A composite solid electrolyte of Example 2 was synthesized in the same manner as in Example 1, except that the additive was changed to 1,3-propene sultone (PRS), which is a cyclic sulfonic acid ester.

(比較例1)
実施例1における添加剤を混合する前の75LiS・25Pを比較例1とした。
(Comparative Example 1)
The 75Li 2 S·25P 2 S 5 in Example 1 before mixing with the additive was used as Comparative Example 1.

(比較例2)
添加剤をヨウ化リチウムに変更したこと以外は実施例1と同様にして、比較例2の複合固体電解質を合成した。
(Comparative Example 2)
A composite solid electrolyte of Comparative Example 2 was synthesized in the same manner as in Example 1, except that the additive was changed to lithium iodide.

[耐還元性評価セルの作製]
内径10mmのポリカーボネート製チューブに、実施例1、実施例2、比較例1及び比較例2それぞれの固体電解質を120mg挿入した後に360MPaで加圧成型した。圧力解放後に、対極側に金属Li箔を、作用極側に金属ln箔をそれぞれ貼り合わせた後に、120MPaで加圧成型し、ペレットを得た。これを宝泉製HSセル内に挿入することにより耐還元性評価用セルを作製した。なお、各耐還元性評価セル内におけるペレットは、HSセル内のバネにより5MPa程度加圧された状態になっている。
[Fabrication of Reduction Resistance Evaluation Cell]
120 mg of each of the solid electrolytes of Example 1, Example 2, Comparative Example 1, and Comparative Example 2 was inserted into a polycarbonate tube with an inner diameter of 10 mm, and then pressure-molded at 360 MPa. After releasing the pressure, a metal Li foil was attached to the counter electrode side, and a metal In foil was attached to the working electrode side, and then pressure-molded at 120 MPa to obtain pellets. These were inserted into a Hohsen HS cell to prepare a cell for evaluating reduction resistance. The pellets in each reduction resistance evaluation cell were pressurized to about 5 MPa by a spring in the HS cell.

[評価]
(充放電サイクル試験:クーロン効率)
(1)充放電サイクル試験
各耐還元性評価セルを、50℃の恒温槽内に30分保管した後、電流密度0.1mAhcm-1で、充放電時間10時間の定電流定電圧充放電を行った。充電は、充電終止電圧0.2Vとした。放電は、放電終止電圧1.1Vとした。充電及び放電の工程の後、それぞれ30分間の休止を設けた。これら充電及び放電の工程を1サイクルとして、実施例1、実施例2及び比較例1については3サイクル繰り返し、比較例2については4サイクル繰り返した。充電、放電及び休止ともに、50℃の恒温槽内で行った。
(2)クーロン効率
上記充放電サイクル試験における各耐還元性評価セルについて、1から5サイクルにおける充電電気量(Ah)に対する1から5サイクルにおける放電容量(Ah)の百分率を1から5サイクルにおける「クーロン効率(%)」として求めた。結果を図2に示す。
[evaluation]
(Charge-discharge cycle test: Coulomb efficiency)
(1) Charge-Discharge Cycle Test Each reduction resistance evaluation cell was stored in a constant temperature bath at 50°C for 30 minutes, and then subjected to constant current and constant voltage charge-discharge at a current density of 0.1 mAhcm -1 for a charge-discharge time of 10 hours. The charge cut-off voltage for charge was 0.2 V. The discharge cut-off voltage for discharge was 1.1 V. A 30-minute pause was provided after each charge and discharge step. These charge and discharge steps constitute one cycle, and three cycles were repeated for Example 1, Example 2, and Comparative Example 1, and four cycles were repeated for Comparative Example 2. The charge, discharge, and pause were all performed in a constant temperature bath at 50°C.
(2) Coulombic efficiency For each reduction resistance evaluation cell in the charge-discharge cycle test, the percentage of the discharge capacity (Ah) in the first to fifth cycles relative to the amount of electricity (Ah) charged in the first to fifth cycles was calculated as the "Coulombic efficiency (%)" in the first to fifth cycles. The results are shown in Figure 2.

図2に示されるように、S=O結合を有する硫黄系環状化合物又は硝酸リチウムを添加剤として含む実施例1及び実施例2の複合固体電解質は、添加剤を含まない比較例1及び添加剤としてヨウ化リチウムを含む比較例2と比べて充放電サイクルにおけるクーロン効率低下に対する抑制効果が優れていた。 As shown in Figure 2, the composite solid electrolytes of Examples 1 and 2, which contained a sulfur-based cyclic compound having an S=O bond or lithium nitrate as an additive, were more effective in suppressing the decrease in coulombic efficiency during charge-discharge cycles than Comparative Example 1, which contained no additive, and Comparative Example 2, which contained lithium iodide as an additive.

以上の結果から、本発明の一側面に係る複合固体電解質は、全固体電池の充放電サイクルにおけるクーロン効率の低下を抑制できることが示された。 These results demonstrate that the composite solid electrolyte according to one aspect of the present invention can suppress the decrease in coulombic efficiency during the charge-discharge cycle of an all-solid-state battery.

本発明に係る複合固体電解質及び全固体電池は、充放電サイクルにおけるクーロン効率の低下に対する抑制効果が優れるので、例えばHEV用の全固体電池及びそれに用いられる固体電解質として好適に用いられる。 The composite solid electrolyte and all-solid-state battery according to the present invention are highly effective in suppressing the decline in coulombic efficiency during charge-discharge cycles, and are therefore suitable for use, for example, as all-solid-state batteries for HEVs and the solid electrolytes used therein.

1 負極
2 正極
3 固体電解質層
4 負極基材
5 負極合剤層
6 正極合剤層
7 正極基材
10 全固体電池
1 Negative electrode 2 Positive electrode 3 Solid electrolyte layer 4 Negative electrode substrate 5 Negative electrode mixture layer 6 Positive electrode mixture layer 7 Positive electrode substrate 10 All-solid-state battery

Claims (13)

硫化物固体電解質と、添加剤とを含み、
上記添加剤がS=O結合を有する硫黄系環状化合物であり、
上記硫黄系環状化合物が1,3-プロペンスルトンである複合固体電解質
(但し、上記硫化物固体電解質が(Li S) -(P -(YX (YはGe、Si及びSnからなる群より選ばれる少なくとも1種であり、XはS、Se及びTeからなる群より選ばれる少なくとも1種であり、l、m及びnはそれぞれ0以上であり、l、m及びnのうち少なくとも2つは0よりも大きい)を含み、且つ、溶媒可溶性の前駆体として溶媒とリチウム塩とを含む電解液に含まれる場合を除く)
A sulfide solid electrolyte and an additive are included,
the additive is a sulfur-based cyclic compound having an S═O bond,
The composite solid electrolyte wherein the sulfur-based cyclic compound is 1,3-propene sultone
(However, this does not include the case where the sulfide solid electrolyte comprises (Li 2 S) l -(P 2 S 5 ) m -(YX 2 ) n (Y is at least one selected from the group consisting of Ge, Si and Sn, X is at least one selected from the group consisting of S, Se and Te, l, m and n are each 0 or greater, and at least two of l, m and n are greater than 0), and is contained in an electrolyte solution containing a solvent and a lithium salt as a solvent-soluble precursor.)
硫化物固体電解質と、添加剤とを含み、
上記添加剤がS=O結合を有する硫黄系環状化合物であり、
上記添加剤の含有割合が5質量%超である複合固体電解質
(但し、上記硫化物固体電解質が(Li S) -(P -(YX (YはGe、Si及びSnからなる群より選ばれる少なくとも1種であり、XはS、Se及びTeからなる群より選ばれる少なくとも1種であり、l、m及びnはそれぞれ0以上であり、l、m及びnのうち少なくとも2つは0よりも大きい)を含み、且つ、溶媒可溶性の前駆体として溶媒とリチウム塩とを含む電解液に含まれる場合を除く)
A sulfide solid electrolyte and an additive are included,
the additive is a sulfur-based cyclic compound having an S═O bond,
A composite solid electrolyte in which the content of the additive exceeds 5 mass %.
(However, this does not include the case where the sulfide solid electrolyte comprises (Li 2 S) l -(P 2 S 5 ) m -(YX 2 ) n (Y is at least one selected from the group consisting of Ge, Si and Sn, X is at least one selected from the group consisting of S, Se and Te, l, m and n are each 0 or greater, and at least two of l, m and n are greater than 0), and is contained in an electrolyte solution containing a solvent and a lithium salt as a solvent-soluble precursor.)
硫化物固体電解質と、添加剤とを含み、
上記添加剤が硝酸リチウムであり、
上記添加剤の含有割合が5質量%超である複合固体電解質。
A sulfide solid electrolyte and an additive are included,
the additive is lithium nitrate,
A composite solid electrolyte having a content of the additive of more than 5 mass %.
硫化物固体電解質と、添加剤とを含み、
上記添加剤が硝酸リチウムであり、
負極用である複合固体電解質
(但し、上記硫化物固体電解質が(Li S) -(P -(YX (YはGe、Si及びSnからなる群より選ばれる少なくとも1種であり、XはS、Se及びTeからなる群より選ばれる少なくとも1種であり、l、m及びnはそれぞれ0以上であり、l、m及びnのうち少なくとも2つは0よりも大きい)を含み、且つ、溶媒可溶性の前駆体として溶媒とリチウム塩とを含む電解液に含まれる場合を除く)
A sulfide solid electrolyte and an additive are included,
the additive is lithium nitrate,
Composite solid electrolyte for the negative electrode
(However, this does not include the case where the sulfide solid electrolyte comprises (Li 2 S) l -(P 2 S 5 ) m -(YX 2 ) n (Y is at least one selected from the group consisting of Ge, Si and Sn, X is at least one selected from the group consisting of S, Se and Te, l, m and n are each 0 or greater, and at least two of l, m and n are greater than 0), and is contained in an electrolyte solution containing a solvent and a lithium salt as a solvent-soluble precursor.)
上記複合固体電解質における上記添加剤の含有割合が20質量%以下である請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の複合固体電解質。 The composite solid electrolyte according to any one of claims 1 to 4, wherein the content of the additive in the composite solid electrolyte is 20 mass% or less. 上記硫黄系環状化合物が環状スルホン酸エステルである請求項2に記載の複合固体電解質。 The composite solid electrolyte according to claim 2, wherein the sulfur-based cyclic compound is a cyclic sulfonate ester. 負極と、正極と、上記負極及び上記正極の間に介在する電解質層とを備え、
上記負極、上記電解質層又はこれらの組み合わせが請求項1から請求項6のいずれか1項に記載の複合固体電解質を含有する全固体電池。
a negative electrode, a positive electrode, and an electrolyte layer interposed between the negative electrode and the positive electrode;
7. An all-solid-state battery, wherein the negative electrode, the electrolyte layer, or a combination thereof contains the composite solid electrolyte according to claim 1.
硫化物固体電解質と添加剤とを混合して複合固体電解質を作製することを備え、
上記添加剤がS=O結合を有する硫黄系環状化合物であり、
硫黄系環状化合物が1,3-プロペンスルトンである複合固体電解質の製造方法
(但し、上記硫化物固体電解質が(Li S) -(P -(YX (YはGe、Si及びSnからなる群より選ばれる少なくとも1種であり、XはS、Se及びTeからなる群より選ばれる少なくとも1種であり、l、m及びnはそれぞれ0以上であり、l、m及びnのうち少なくとも2つは0よりも大きい)を含み、且つ、溶媒可溶性の前駆体として溶媒とリチウム塩とを含む電解液に含まれる場合を除く)
mixing a sulfide solid electrolyte with an additive to prepare a composite solid electrolyte;
the additive is a sulfur-based cyclic compound having an S═O bond,
Method for producing a composite solid electrolyte in which the sulfur-based cyclic compound is 1,3-propene sultone
(However, this does not include the case where the sulfide solid electrolyte comprises (Li 2 S) l -(P 2 S 5 ) m -(YX 2 ) n (Y is at least one selected from the group consisting of Ge, Si and Sn, X is at least one selected from the group consisting of S, Se and Te, l, m and n are each 0 or greater, and at least two of l, m and n are greater than 0), and is contained in an electrolyte solution containing a solvent and a lithium salt as a solvent-soluble precursor.)
硫化物固体電解質と添加剤とを混合して複合固体電解質を作製することを備え、
上記添加剤がS=O結合を有する硫黄系環状化合物であり、
上記添加剤の含有割合が5質量%超である複合固体電解質の製造方法
(但し、上記硫化物固体電解質が(Li S) -(P -(YX (YはGe、Si及びSnからなる群より選ばれる少なくとも1種であり、XはS、Se及びTeからなる群より選ばれる少なくとも1種であり、l、m及びnはそれぞれ0以上であり、l、m及びnのうち少なくとも2つは0よりも大きい)を含み、且つ、溶媒可溶性の前駆体として溶媒とリチウム塩とを含む電解液に含まれる場合を除く)
mixing a sulfide solid electrolyte with an additive to prepare a composite solid electrolyte;
the additive is a sulfur-based cyclic compound having an S═O bond,
A method for producing a composite solid electrolyte in which the content of the additive exceeds 5 mass %
(However, this does not include the case where the sulfide solid electrolyte comprises (Li 2 S) l -(P 2 S 5 ) m -(YX 2 ) n (Y is at least one selected from the group consisting of Ge, Si and Sn, X is at least one selected from the group consisting of S, Se and Te, l, m and n are each 0 or greater, and at least two of l, m and n are greater than 0), and is contained in an electrolyte solution containing a solvent and a lithium salt as a solvent-soluble precursor.)
硫化物固体電解質と添加剤とを混合して複合固体電解質を作製することを備え、
上記添加剤が硝酸リチウムであり、
上記添加剤の含有割合が5質量%超である複合固体電解質の製造方法。
mixing a sulfide solid electrolyte with an additive to prepare a composite solid electrolyte;
the additive is lithium nitrate,
A method for producing a composite solid electrolyte, wherein the content of the additive exceeds 5 mass %.
硫化物固体電解質と添加剤とを混合して複合固体電解質を作製することを備え、
上記添加剤が硝酸リチウムであり、
負極用である複合固体電解質の製造方法
(但し、上記硫化物固体電解質が(Li S) -(P -(YX (YはGe、Si及びSnからなる群より選ばれる少なくとも1種であり、XはS、Se及びTeからなる群より選ばれる少なくとも1種であり、l、m及びnはそれぞれ0以上であり、l、m及びnのうち少なくとも2つは0よりも大きい)を含み、且つ、溶媒可溶性の前駆体として溶媒とリチウム塩とを含む電解液に含まれる場合を除く)
mixing a sulfide solid electrolyte with an additive to prepare a composite solid electrolyte;
the additive is lithium nitrate,
A method for manufacturing a composite solid electrolyte for use as an anode
(However, this does not include the case where the sulfide solid electrolyte comprises (Li 2 S) l -(P 2 S 5 ) m -(YX 2 ) n (Y is at least one selected from the group consisting of Ge, Si and Sn, X is at least one selected from the group consisting of S, Se and Te, l, m and n are each 0 or greater, and at least two of l, m and n are greater than 0), and is contained in an electrolyte solution containing a solvent and a lithium salt as a solvent-soluble precursor.)
上記複合固体電解質における上記添加剤の含有割合が20質量%以下である請求項8から請求項11のいずれか1項に記載の複合固体電解質の製造方法。 The method for producing a composite solid electrolyte according to any one of claims 8 to 11, wherein the content of the additive in the composite solid electrolyte is 20 mass% or less. 請求項1から請求項6のいずれか1項に記載の複合固体電解質又は請求項8から請求項12のいずれか1項に記載の複合固体電解質の製造方法で得られた複合固体電解質を用いて、負極及び電解質層の少なくとも1つを作製することを備える全固体電池の製造方法。
13. A method for producing an all-solid-state battery, comprising: producing at least one of a negative electrode and an electrolyte layer using the composite solid electrolyte according to any one of claims 1 to 6 or the composite solid electrolyte obtained by the method for producing a composite solid electrolyte according to any one of claims 8 to 12.
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20160172706A1 (en) 2014-12-10 2016-06-16 GM Global Technology Operations LLC Electrolyte and electrode structure
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Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20160172706A1 (en) 2014-12-10 2016-06-16 GM Global Technology Operations LLC Electrolyte and electrode structure
JP2017147173A (en) 2016-02-19 2017-08-24 富士フイルム株式会社 Solid electrolyte composition, sheet for all-solid type secondary battery, all-solid type secondary battery, and methods for manufacturing sheet for all-solid type secondary battery and all-solid type secondary battery
CN107645013A (en) 2016-07-22 2018-01-30 中国科学院物理研究所 Compound quasi-solid electrolyte, its preparation method and the lithium battery or lithium ion battery containing it
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