JP7773309B2 - Electrolyte composition, electrolyte sheet and electricity storage device - Google Patents
Electrolyte composition, electrolyte sheet and electricity storage deviceInfo
- Publication number
- JP7773309B2 JP7773309B2 JP2021077418A JP2021077418A JP7773309B2 JP 7773309 B2 JP7773309 B2 JP 7773309B2 JP 2021077418 A JP2021077418 A JP 2021077418A JP 2021077418 A JP2021077418 A JP 2021077418A JP 7773309 B2 JP7773309 B2 JP 7773309B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- electrolyte
- solid electrolyte
- layer
- powder
- examples
- 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
Links
Classifications
-
- Y—GENERAL 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
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
Landscapes
- Conductive Materials (AREA)
- Secondary Cells (AREA)
Description
本発明は電解質組成物、電解質シート及び蓄電デバイスに関する。 The present invention relates to an electrolyte composition, an electrolyte sheet, and an electricity storage device.
Li,La,Zr及びOを含むガーネット型構造の固体電解質は知られている(特許文献1)。 A solid electrolyte with a garnet structure containing Li, La, Zr, and O is known (Patent Document 1).
先行技術においてLi,La,Zr及びOを含むガーネット型構造の固体電解質と有機化合物とを混ぜたときに、有機化合物が固体電解質と反応してゲル化(非流動化)することがある。ゲル状態になると固体電解質の分散状態にばらつきが生じる。 In prior art, when a garnet-type solid electrolyte containing Li, La, Zr, and O is mixed with an organic compound, the organic compound can react with the solid electrolyte, causing it to gel (become non-fluid). This gelling can cause variations in the dispersion of the solid electrolyte.
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、電解質シート及び蓄電デバイスを提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve this problem, and an object of the present invention is to provide an electrolyte composition, an electrolyte sheet, and an electricity storage device that can reduce gelation.
この目的を達成するために本発明の固体電解質は、Li,La,Zr及びOを含むガーネット型構造の固体電解質のうち、体積基準の粒度分布における頻度の積算値が10%となる粒子径以上の粒子において、粒子の輪郭の面積/包絡線内面積として定義される包絡度の個数平均値が0.8以上である。 To achieve this objective, the solid electrolyte of the present invention is a garnet-type solid electrolyte containing Li, La, Zr, and O, in which, for particles having a particle size equal to or greater than the particle size at which the cumulative frequency in the volume-based particle size distribution is 10%, the number-average envelope ratio, defined as the area of the particle outline divided by the area within the envelope, is 0.8 or greater.
本発明の電解質組成物は、固体電解質と、イミダゾリウムカチオンを含むイオン液体と、リチウム塩と、-CH2CF2-を含むポリマーと、を含む。本発明の電解質シートは電解質組成物からなる。本発明の蓄電デバイスは、電解質組成物からなる電解質層を含む。 The electrolyte composition of the present invention includes a solid electrolyte, an ionic liquid containing an imidazolium cation, a lithium salt, and a polymer containing —CH 2 CF 2 —. The electrolyte sheet of the present invention is made of the electrolyte composition. The electricity storage device of the present invention includes an electrolyte layer made of the electrolyte composition.
本発明の固体電解質によれば塩基性が弱まるので、固体電解質と有機化合物との相互作用が起こり難くなり、ゲル化を低減できる。固体電解質を含む電解質組成物、電解質組成物を含む電解質シート及び蓄電デバイスによれば、固体電解質の分散状態のばらつきを低減できる。 The solid electrolyte of the present invention has weakened basicity, making it less likely for the solid electrolyte to interact with organic compounds, thereby reducing gelation. An electrolyte composition containing the solid electrolyte, an electrolyte sheet containing the electrolyte composition, and an electricity storage device can reduce variation in the dispersion state of the solid electrolyte.
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蓄電デバイス10の模式的な断面図である。本実施形態における蓄電デバイス10は、発電要素が固体で構成された固体電池からなる二次電池である。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。 Preferred embodiments of the present invention will now be described with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of an electricity storage device 10 in one embodiment. The electricity storage device 10 in this embodiment is a secondary battery that is a solid-state battery in which the power generation element is made of a solid. "The power generation element is made of a solid" means that the skeleton of the power generation 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に示すように蓄電デバイス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 electricity storage device 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は電解質組成物からなる。電解質組成物は、固体電解質18、活物質19、ポリマー及び電解液を含む。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 is made of an electrolyte composition. The electrolyte composition includes a solid electrolyte 18, an active material 19, a polymer, and an electrolyte solution. To reduce the resistance of the composite layer 13, the composite layer 13 may contain a conductive additive. Examples of conductive additives 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、LiCoO2,LiNi0.8Co0.15Al0.05O2,LiMn2O4,LiNiVO4,LiNi0.5Mn1.5O4,LiNi1/3Mn1/3Co1/3O4及びLiFePO4が例示される。 Examples of the active material 19 include a metal oxide containing a transition metal, a sulfur-based active material, and an organic active material. Examples of the metal oxide containing a transition metal include a metal oxide containing Li and one or more elements selected from Mn , Co, Ni, Fe, Cr , and V. Examples of the metal oxide containing a transition metal include LiCoO2 , LiNi0.8Co0.15Al0.05O2 , LiMn2O4 , LiNiVO4 , LiNi0.5Mn1.5O4 , LiNi1 / 3Mn1 / 3Co1 / 3O4 , and LiFePO4 .
活物質19と固体電解質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、Al2O3,ZrO2,LiNbO3,Li4Ti5O12,LiTaO3,LiNbO3,LiAlO2,Li2ZrO3,Li2WO4,Li2TiO3,Li2B4O7,Li3PO4及びLi2MoO4が例示される。 A coating layer can be provided on the surface of the active material 19 in order to suppress a reaction between the active material 19 and the solid electrolyte 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,TiS2,NiS,FeS2,Li2S,MoS3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, tetraciaquinodimethane, and phenazine oxide.
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は電解質組成物からなる。電解質組成物は、固体電解質18、活物質20、ポリマー及び電解液を含む。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、Li4Ti5O12、黒鉛、In、Si、Si-Li合金、及び、SiOが例示される。 The composite layer 17 is made of an electrolyte composition. The electrolyte composition includes a solid electrolyte 18, an active material 20, a polymer, and an electrolyte solution. To reduce the resistance of the composite layer 17, the composite layer 17 may contain 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.
電解質層14は電解質組成物からなる。電解質組成物は固体電解質18、ポリマー及び電解液を含む。固体電解質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酸化物である。ガーネット型構造の酸化物の基本組成はLi5La3M2O12(M=Nb,Ta)である。固体電解質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Li7La3Zr2O12が例示される。 The electrolyte layer 14 is made of an electrolyte composition. The electrolyte composition includes a solid electrolyte 18, a polymer, and an electrolyte solution. The solid electrolyte 18 is a lithium ion conductive oxide with a garnet structure containing Li , La, Zr , and O. The basic composition of the oxide with a garnet structure is Li5La3M2O12 (M = Nb, Ta). An example of the solid electrolyte 18 is Li7La3Zr2O12 , in which the pentavalent M cation in the basic composition is replaced with a tetravalent cation .
固体電解質18は、Li,La及びZr以外に、Mg,Al,Si,Ca,Ti,V,Ga,Sr,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。例えばLi6La3Zr1.5W0.5O12,Li6.15La3Zr1.75Ta0.25Al0.2O12,Li6.15La3Zr1.75Ta0.25Ga0.2O12,Li6.25La3Zr2Ga0.25O12,Li6.4La3Zr1.4Ta0.6O12,Li6.5La3Zr1.75Te0.25O12,Li6.75La3Zr1.75Nb0.25O12,Li6.9La3Zr1.675Ta0.289Bi0.036O12,Li6.46Ga0.23La3Zr1.85Y0.15O12,Li6.8La2.95Ca0.05Zr1.75Nb0.25O12,Li7.05La3.00Zr1.95Gd0.05O12,Li6.20Ba0.30La2.95Rb0.05Zr2O12が挙げられる。 In addition to Li, La, and Zr, the solid electrolyte 18 may contain at least one element selected from the group consisting of Mg, Al, Si, Ca, Ti, V, Ga, Sr, Y, Nb, Sn, Sb, Ba, Hf, Ta, W, Bi, Rb, and lanthanides (excluding La). For example, Li 6 La 3 Zr 1.5 W 0.5 O 12 , Li 6.15 La 3 Zr 1.75 Ta 0.25 Al 0.2 O 12 , Li 6.15 La 3 Zr 1.75 Ta 0.25 Ga 0.2 O 12 , Li 6.25 La 3 Zr 2 Ga 0.25 O 12 , Li 6.4 La 3 Zr 1.4 Ta 0.6 O 12 , Li 6.5 La 3 Zr 1.75 Te 0.25 O 12 , Li 6.75 La 3 Zr 1.75 Nb 0.25 O 12 , Li 6.9 La 3 Zr 1.675 Ta 0.289 Bi 0.036 O 12 , Li 6.46 Ga 0.23 La 3 Zr 1.85 Y 0.15 O 12 , Li 6.8 La 2.95 Ca 0.05 Examples include Zr 1.75 Nb 0.25 O 12 , Li 7.05 La 3.00 Zr 1.95 Gd 0.05 O 12 , Li 6.20 Ba 0.30 La 2.95 Rb 0.05 Zr 2 O 12 .
固体電解質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。固体電解質18は、特にMg及び元素A(AはCa,Sr及びBaからなる群から選択される少なくとも1種の元素)の少なくとも一方を含み、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、Mg及び元素Aの両方を含み、各元素のモル比が以下の(4)から(6)を全て満たすものが好適である。元素Aは、固体電解質18のイオン伝導率を高くするため、Srが好ましい。
(1)1.33≦Li/(La+A)≦3
(2)0≦Mg/(La+A)≦0.5
(3)0≦A/(La+A)≦0.67
(4)2.0≦Li/(La+A)≦2.5
(5)0.01≦Mg/(La+A)≦0.14
(6)0.04≦A/(La+A)≦0.17。
The solid electrolyte 18 has, for example, a cubic crystal structure (space group Ia-3d (- indicates an overline indicating a reversal operation), JCPDS: 84-1753). The solid electrolyte 18 preferably contains at least one of Mg and element A (A is at least one element selected from the group consisting of Ca, Sr, and Ba), with the molar ratio of each element satisfying all of the following (1) to (3), or contains both Mg and element A, with the molar ratio of each element satisfying all of the following (4) to (6). The element A is preferably Sr, in order to increase the ionic conductivity of the solid electrolyte 18.
(1) 1.33≦Li/(La+A)≦3
(2) 0≦Mg/(La+A)≦0.5
(3) 0≦A/(La+A)≦0.67
(4) 2.0≦Li/(La+A)≦2.5
(5) 0.01≦Mg/(La+A)≦0.14
(6) 0.04≦A/(La+A)≦0.17.
図2は固体電解質18の粒子21の断面図である。粒子21は、固体電解質18のうち、固体電解質18の体積基準の粒度分布における頻度の積算値が10%となる粒子径(以下「D10」と称す)以上の大きさの粒子である。D10を求めるため、本実施形態では、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)に現出する固体電解質18の走査型電子顕微鏡(SEM)による画像を解析して、固体電解質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。D10は、粒度分布における頻度の積算値(フルイ下)が10%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の断面のうち400μm2以上の面積とする。 FIG. 2 is a cross-sectional view of a particle 21 of the solid electrolyte 18. The particle 21 is a particle of the solid electrolyte 18 having a particle diameter (hereinafter referred to as "D 10 ") or larger, at which the cumulative frequency in the volume-based particle size distribution of the solid electrolyte 18 is 10%. To determine D 10 , in this embodiment, a scanning electron microscope (SEM) image of the solid electrolyte 18 appearing on a 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 the circle-equivalent diameter is calculated from the area of each particle of the solid electrolyte 18 to determine the volume-based particle size distribution. D 10 is the circle-equivalent diameter at which the cumulative frequency (under the sieve) in the particle size distribution is 10%. To ensure accuracy, the image used to determine the particle size distribution should have an area of 400 μm 2 or larger of the cross section of the electrolyte layer 14.
次いで、粒度分布を測定した断面に現出する固体電解質18のうち、D10以上の粒子径をもつ粒子21の包絡度の個数平均値を求める。包絡度は「粒子21の輪郭22の面積/包絡線内面積」として定義される。包絡線内面積は、輪郭22に接する包絡線23の内側の面積である。包絡度の個数平均値は、粒子21の包絡度を合計した値を、包絡度を求めた粒子21の数で除した値である。 Next, the number average value of the degree of envelopment of particles 21 having a particle diameter of D10 or more among the solid electrolyte 18 appearing in the cross section where the particle size distribution was measured is determined. The degree of envelopment is defined as "area of the outline 22 of the particle 21/area inside the envelope." The area inside the envelope is the area inside the envelope 23 that is tangent to the outline 22. The number average value of the degree of envelopment is the sum of the degrees of envelopment of the particles 21 divided by the number of particles 21 for which the degree of envelopment was determined.
D10未満の粒子径をもつ粒子を包絡度の計算から外す理由は、第1に、画像認識のときに固体電解質18以外の物の誤検出を防ぐためであり、画像の解像度などの関係による。第2に、粒子の端で粒子が切断されている場合、断面に現出する粒子の見かけの直径は、実際の粒子径よりも小さくなることがある。見かけの直径が小さい粒子は包絡度が1に近くなるので、D10未満の粒子径をもつ粒子を包絡度の計算から外して精度を確保するためである。 The reasons for excluding particles having a particle diameter of less than D10 from the calculation of the envelopment ratio are, first, to prevent erroneous detection of objects other than the solid electrolyte 18 during image recognition, and are related to image resolution, etc. Second, when a particle is cut at its edge, the apparent diameter of the particle appearing in the cross section may be smaller than the actual particle diameter. Since particles with a small apparent diameter have an envelopment ratio close to 1, excluding particles having a particle diameter of less than D10 from the calculation of the envelopment ratio ensures accuracy.
包絡度は粒子21の輪郭22の凹凸の多寡を示す指標であり、包絡度が1に近いほど粒子21の輪郭22の凹凸が少ないことを示している。包絡度は、例えば画像処理ソフトウェアimageJを使って算出できる。粒子21の包絡度と固体電解質18の塩基性との間には、粒子21の包絡度の個数平均値が0.8以上であると、固体電解質18の塩基性が弱まるという関係がある。 The degree of envelopment is an index showing the degree of irregularity of the outline 22 of the particle 21; the closer the degree of envelopment is to 1, the less irregular the outline 22 of the particle 21 is. The degree of envelopment can be calculated using, for example, the image processing software imageJ. There is a relationship between the degree of envelopment of the particles 21 and the basicity of the solid electrolyte 18: when the number-average value of the degree of envelopment of the particles 21 is 0.8 or higher, the basicity of the solid electrolyte 18 is weakened.
包絡度は、電解質層14や複合層13,17の断面から求める以外に、固体電解質18(粉末)を空間的に間隔があるように(重ならないように)まばらに配置し、その粒子の投影を画像解析して求めることもできる。固体電解質18(粉末)の投影から包絡度を求める場合は、電解質層14の断面の400μm2の範囲に現出する数以上の粒子を画像解析する。あるいは固体電解質18(粉末)にバインダーを混ぜてシート成形したり固体電解質18(粉末)を合成樹脂に埋め込んだりする等の方法によって固形にした後、固形の断面(研磨面や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)に現出する固体電解質18の画像を解析して包絡度を求めることもできる。 In addition to determining the degree of envelopment from the cross-section of the electrolyte layer 14 or the composite layers 13 and 17, the degree of envelopment can also be determined by sparsely arranging the solid electrolyte 18 (powder) so that there are spatial intervals (so that it does not overlap) and performing image analysis of the projection of the particles. When determining the degree of envelopment from the projection of the solid electrolyte 18 (powder), image analysis is performed on at least the number of particles appearing within an area of 400 μm2 of the cross-section of the electrolyte layer 14. Alternatively, the degree of envelopment can be determined by solidifying the solid electrolyte 18 (powder) by a method such as mixing the solid electrolyte 18 (powder) with a binder and forming it into a sheet or embedding the solid electrolyte 18 (powder) in a synthetic resin, and then analyzing an image of the solid electrolyte 18 appearing on the cross-section of the solid (a polished surface, a surface obtained by FIB irradiation, or a surface obtained by ion milling).
固体電解質18の製造方法の一例を説明する。例えば固体電解質18の製造方法は、原料を配合して配合材料を得る配合工程と、配合材料を焼成する焼成工程と、得られた合成粉末を加熱する熱処理工程と、を含む。 An example of a method for manufacturing solid electrolyte 18 will be described. For example, the method for manufacturing solid electrolyte 18 includes a blending process in which raw materials are blended to obtain a blended material, a firing process in which the blended material is fired, and a heat treatment process in which the obtained synthetic powder is heated.
配合工程では、固体電解質18を構成する元素を含む材料を配合して配合材料を得る。材料は、例えばLi,La,Zr,Mg,及びA(AはCa,Sr及びBaからなる群から選択される少なくとも1種の元素)の各元素を含む、酸化物、複合酸化物、水酸化物、炭酸塩、塩化物、硫酸塩、硝酸塩、リン酸塩などが挙げられる。材料を粉砕混合して配合材料を得る。 In the blending process, materials containing the elements that make up the solid electrolyte 18 are blended to obtain a blended material. Examples of materials include oxides, composite oxides, hydroxides, carbonates, chlorides, sulfates, nitrates, and phosphates containing the elements Li, La, Zr, Mg, and A (A is at least one element selected from the group consisting of Ca, Sr, and Ba). The materials are pulverized and mixed to obtain the blended material.
配合工程と焼成工程との間に、配合材料を仮焼成する仮焼工程を含むのが好ましい。この工程では、配合材料を例えば900-1100℃で2-15時間焼成し、仮焼材料を得る。仮焼工程を経ることにより、焼成工程の後にガーネット型の結晶構造が得られ易くなる。 It is preferable to include a calcination step between the blending step and the firing step, in which the blended materials are calcined. In this step, the blended materials are calcined, for example, at 900-1100°C for 2-15 hours to obtain a calcined material. By undergoing the calcination step, it becomes easier to obtain a garnet-type crystal structure after the firing step.
仮焼工程と焼成工程との間に、仮焼材料を粉砕混合する工程を含むのが好ましい。この工程では、仮焼材料を粉砕混合して混合材料を得る。仮焼材料を粉砕混合する工程を経ることにより、焼成工程の後に均一な結晶相が得られ易くなる。バインダーを加えた仮焼材料を粉砕混合しても良い。バインダーは、メチルセルロース、エチルセルロース、ポリビニルアルコール、ポリビニルブチラールが例示される。 It is preferable to include a step of pulverizing and mixing the calcined material between the calcination step and the firing step. In this step, the calcined material is pulverized and mixed to obtain a mixed material. By going through the step of pulverizing and mixing the calcined material, it becomes easier to obtain a uniform crystalline phase after the firing step. The calcined material to which a binder has been added may also be pulverized and mixed. Examples of binders include methyl cellulose, ethyl cellulose, polyvinyl alcohol, and polyvinyl butyral.
焼成工程では、配合材料、仮焼材料または混合材料を成形した後、その成形体を例えば1000-1250℃で3-36時間に亘って焼成して焼結体が得られる。不活性ガス雰囲気下で焼結体を粉砕して合成粉末が得られる。 In the sintering process, the compounded material, calcined material, or mixed material is molded, and then the molded body is sintered, for example, at 1000-1250°C for 3-36 hours to obtain a sintered body. The sintered body is then crushed in an inert gas atmosphere to obtain a synthetic powder.
熱処理工程では、ガスが流入しガスが流出する炉に合成粉末を入れ、合成粉末の周囲でガスが流動する雰囲気下で合成粉末を加熱する。合成粉末が大気中のCO2と反応して合成粉末の表面にできたLi2CO3の膜から、熱処理によってCO2を脱離させ、合成粉末の組織を変成することによって固体電解質18が得られる。熱処理の温度および時間は、640℃以上の温度域で10時間以上の保持、670℃以上の温度域で2時間以上の保持が例示される。 In the heat treatment process, the synthetic powder is placed in a furnace with gas inflow and outflow, and heated in an atmosphere with gas flowing around the synthetic powder. The synthetic powder reacts with CO2 in the atmosphere to form a Li2CO3 film on the surface of the synthetic powder, and the heat treatment desorbs CO2 from the Li2CO3 film, modifying the structure of the synthetic powder to obtain a solid electrolyte 18. Examples of the heat treatment temperature and time include holding the temperature in a temperature range of 640°C or higher for 10 hours or more, and holding the temperature in a temperature range of 670°C or higher for 2 hours or more.
ガスは、不活性ガス及び酸素ガスから選択される少なくとも1種である。不活性ガスは、合成粉末と化学反応を起こさない気体であれば、特に限定されない。不活性ガスは、窒素、ヘリウム、ネオン、アルゴン、クリプトン、キセノン、ラドンが例示される。特に窒素、ヘリウム及びアルゴンから選択される少なくとも1種が好適である。 The gas is at least one selected from an inert gas and oxygen gas. There are no particular limitations on the inert gas, as long as it does not chemically react with the synthetic powder. Examples of inert gases include nitrogen, helium, neon, argon, krypton, xenon, and radon. At least one selected from nitrogen, helium, and argon is particularly preferred.
ガスの流入および流出は、連続式でも間欠式でも良い。連続的または間欠的に炉に導入するガスの流量や、間欠的に導入するガスの周期は、炉の体積や合成粉末の質量に応じて適宜設定される。炉に導入するガスのCO2濃度は、熱処理の温度にもよるが、大気中のCO2濃度(380ppm)よりも低い濃度、例えば100ppm(体積)以下が好適である。炉に導入するガスの露点は-40℃以下、特に-50℃以下が好適である。合成粉末からCO2の脱離を促進するためである。熱処理後の固体電解質18は、直ちに有機化合物などと混合してシート化され、複合層13,17や電解質層14が得られる。 The gas inflow and outflow may be continuous or intermittent. The flow rate of the gas continuously or intermittently introduced into the furnace and the period of intermittent gas introduction are appropriately set according to the volume of the furnace and the mass of the synthesized powder. The CO2 concentration of the gas introduced into the furnace depends on the heat treatment temperature, but is preferably lower than the CO2 concentration in the atmosphere (380 ppm), for example, 100 ppm (volume) or less. The dew point of the gas introduced into the furnace is preferably -40°C or less, particularly -50°C or less. This is to promote the desorption of CO2 from the synthesized powder. After the heat treatment, the solid electrolyte 18 is immediately mixed with an organic compound or the like and formed into a sheet to obtain the composite layers 13, 17 and the electrolyte layer 14.
電解質層14の断面に現出する固体電解質18の円相当径のメジアン径(以下「D50」と称す)は、0.5-10μmが好適である。固体電解質18の表面積を適度な大きさにし、固体電解質18の表面に介在する電解液と固体電解質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 (hereinafter referred to as "D 50 ") of the circle-equivalent diameters of the solid electrolyte 18 appearing in the cross section of the electrolyte layer 14 is preferably 0.5 to 10 μm. This is to ensure that the surface area of the solid electrolyte 18 is of an appropriate size and to ensure the amount of lithium ion movement between the solid electrolyte 18 and the electrolytic solution present on the surface of the solid electrolyte 18.
固体電解質18のD50を求めるには、まず電解質層14の断面(研磨面や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)に現出する固体電解質18のSEMによる画像を解析して、固体電解質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。D50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400μm2以上の面積とする。 To determine the D50 of the solid electrolyte 18, first, an SEM image of the solid electrolyte 18 appearing on a cross section of the electrolyte layer 14 (a polished surface, a surface obtained by FIB irradiation, or a surface obtained by ion milling) is analyzed, and the equivalent circle diameter is calculated from the area of each particle of the solid electrolyte 18 to determine the volumetric particle size distribution. D50 is the equivalent circle diameter at which the integrated value of frequency in the particle size distribution is 50%. To ensure accuracy, the image used to determine 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、リチウム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、リチウム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 a lithium salt is dissolved. Ionic liquid is a compound consisting of cations and anions, and is liquid at room temperature and pressure. Because 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 lithium salt and ionic liquid.
リチウム塩は、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。リチウム塩のアニオンは、ハロゲン化物イオン(I-,Cl-,Br-等),SCN-,BF4 -,BF3(CF3)-,BF3(C2F5)-,PF6 -,ClO4 -,SbF6 -,N(SO2F)2 -,N(SO2CF3)2 -,N(SO2C2F5)2 -,B(C6H5)4 -,B(O2C2H4)2 -,C(SO2F)3 -,C(SO2CF3)3 -,CF3COO-,CF3SO2O-,C6F5SO2O-,B(O2C2O2)2 -,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 lithium salt is a compound used for the exchange of cations between the positive electrode layer 11 and the negative electrode layer 15 . The anions of lithium salts include 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).
リチウム塩のアニオンは、スルホニル基-S(=O)2-を有するN(SO2F)2 -,N(SO2CF3)2 -,N(SO2C2F5)2 -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(SO2F)2 -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(SO2CF3)2 -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 lithium salt is preferably a sulfonylimide having a sulfonyl group -S(=O) 2- , such as N( SO2F ) 2- , N( SO2CF3 ) 2- , or N( SO2C2F5 ) 2- . This is because sulfonylimide anions are less susceptible to increases in electrolyte viscosity and decreases in ionic conductivity even when the salt concentration is high, and furthermore, they form a highly stable and low-resistance coating (SEI), which reduces reductive decomposition of the electrolyte and expands the reduction-side potential window. N ( SO2F ) 2- is sometimes referred to as [FSI] - : bis(fluorosulfonyl)imide anion, and N( SO2CF3 ) 2- is sometimes referred to as [TFSI] - : bis(trifluoromethanesulfonyl)imide anion.
イオン液体はイミダゾリウムをカチオン種とするものが好適である。イミダゾリウムカチオンは、例えば式(1)で表される化合物である。 Ionic liquids with imidazolium as the cation species are preferred. The imidazolium cation is, for example, a compound represented by formula (1).
式(1)中、R1-R5は、それぞれ独立に、水素基またはアルキル基を示す。アルキル基は、置換基を有していても良い。R1-R5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1-10、より好ましくは1-5、さらに好ましくは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 -R 5 each independently represent a hydrogen group or an alkyl group. The alkyl group may have a substituent. The number of carbon atoms in the alkyl group (including the substituent) represented by R 1 -R 5 is preferably 1 to 10, more preferably 1 to 5, and even more preferably 1 to 4. This is to ensure the ionic conductivity of the electrolyte solution.
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 restrictions 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種はスルホニルイミドが好適である。スルホニルイミドアニオンは、N(SO2F)2 -,N(SO2CF3)2 -,N(SO2C2F5)2 -,N(SO2C4F9)2 -等が例示される。イオン液体のアニオン種とリチウム塩のアニオン種とが同じものであると、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 species of the ionic liquid is preferably a sulfonylimide. Examples of sulfonylimide anions include N(SO 2 F) 2 − , N(SO 2 CF 3 ) 2 − , N(SO 2 C 2 F 5 ) 2 − , and N(SO 2 C 4 F 9 ) 2 − . It is preferable that the anion species of the ionic liquid and the anion species of the lithium salt are the same, since this makes it easier to control the coordination (interaction) between the lithium ions and the anions contained in the electrolyte solution.
イオン液体は、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)、1-エチル-3-メチルイミダゾリウム ビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド(EMI-TFSI)が例示される。イミダゾリウムカチオン及びスルホニルイミドアニオンを含むイオン液体であってリチウム塩が溶解したイオン液体(電解液)は、高いイオン伝導性を確保できるので好ましい。 Examples of ionic liquids include 1-ethyl-3-methylimidazolium bis(fluorosulfonyl)imide (EMI-FSI) and 1-ethyl-3-methylimidazolium bis(trifluoromethanesulfonyl)imide (EMI-TFSI). Ionic liquids (electrolytes) containing imidazolium cations and sulfonylimide anions and in which lithium salts are dissolved are preferred because they can ensure high ionic conductivity.
電解質層14に含まれるポリマーは、例えば固体電解質18を結着するバインダーである。ポリマーは-CH2CF2-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ので好ましい。フッ化ビニリデン系ポリマーは-CH2CF2-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。 The polymer contained in the electrolyte layer 14 is, for example, a binder that binds the solid electrolyte 18. The polymer includes a vinylidene fluoride polymer containing -CH 2 CF 2 -. Vinylidene fluoride polymers are preferred because of their high mechanical strength. There are no particular restrictions on the vinylidene fluoride polymer as long as it contains -CH 2 CF 2 -. Examples of vinylidene fluoride polymers 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。 Copolymerizable monomers include halogen-containing monomers (excluding vinylidene fluoride) and non-halogen copolymerizable monomers. Examples of halogen-containing monomers include chlorine-containing monomers such as vinyl chloride; and fluorine-containing monomers such as trifluoroethylene, tetrafluoroethylene, chlorotrifluoroethylene, hexafluoropropylene, and perfluoroalkyl vinyl ether. Examples of non-halogen copolymerizable monomers 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.
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。特にフッ化ビニリデンとヘキサフルオロプロピレンとの共重合体は電位窓を広くできるので好ましい。 One or more copolymerizable monomers are polymerized with vinylidene fluoride to form a copolymer. A copolymer of vinylidene fluoride and hexafluoropropylene is particularly preferred because it can widen the potential window.
ポリマーは、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質量%である。他のポリマーは、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 polymer may contain polymers other than vinylidene fluoride polymers. The content of vinylidene fluoride polymers in the polymer is, for example, 80-100% by mass. Examples of other polymers include fluorinated resins (excluding vinylidene fluoride polymers), polyolefins, rubbery 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 a fully fluorinated resin is polytetrafluoroethylene. Examples of partially fluorinated resins include polychlorotrifluoroethylene and polyvinyl fluoride. Examples of fluorinated resin copolymers include tetrafluoroethylene-perfluoroalkyl vinyl 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、固体電解質18、リチウム塩、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 a solid electrolyte 18, lithium salt, ionic liquid, polymer, and 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 forming the sheet to obtain the electrolyte layer 14, and disappears from the electrolyte layer 14. The type and amount of solvent remaining in the electrolyte layer 14 can be determined by gas chromatography-mass spectrometry (GC-MS).
溶媒は、非プロトン性の極性溶媒が好ましく、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。溶媒の分類(非プロトン性や疎プロトン性)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。非プロトン性かつ疎プロトン性の極性溶媒の中では、プロトンや水素結合が反応にほとんど寄与せず、さらに固体電解質18が分散され易い。 The solvent is preferably an aprotic polar solvent, and more preferably an aprotic and protophobic polar solvent. The classification of solvents (aprotic and protophobic) follows I. M. Kolthoff, Anal. Chem. 46, 1992 (1974). Kolthoff's classification broadly divides solvents into "amphoteric" solvents, which have both acidic and basic properties and can donate and accept protons, and "aprotic" solvents, which lack hydrogen atoms capable of hydrogen bonding. The latter are further subdivided into "protophilic" solvents, which are highly basic and readily solvate with cations, and "protophobic" solvents, which are weakly basic and difficult to solvate with cations. In aprotic and protophobic polar solvents, protons and hydrogen bonds contribute little to the reaction, and the solid electrolyte 18 is more easily dispersed.
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。 Examples of protophilic 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 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.
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。溶媒やイオン液体に含まれる水分は、それぞれ200ppm以下が好適である。溶媒やイオン液体に含まれる水分と固体電解質18との反応を低減するためである。 The electrolyte composition contains one or more of these polar solvents. The water content of the solvent and ionic liquid is preferably 200 ppm or less. This is to reduce the reaction between the water contained in the solvent or ionic liquid and the solid electrolyte 18.
固体電解質18と有機化合物とが混ざった電解質組成物において、固体電解質18が有機化合物と反応してゲル化(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を含むガーネット型構造の塩基性の固体電解質と、が反応し、固体電解質の表面にLiOHやLi2O3が生じる。これにより系内のOH-が増加し、塩基性が強まる。 In an electrolyte composition in which a solid electrolyte 18 and an organic compound are mixed, the presumed mechanism by which the solid electrolyte 18 reacts with the organic compound to gel (become non-fluid) is as follows: First, a small amount of water contained in the electrolyte composition reacts with the basic solid electrolyte having a garnet structure containing Li, La, and Zr , producing LiOH and Li2O3 on the surface of the solid electrolyte. This increases OH- in the system, strengthening its basicity.
イオン液体のイミダゾリウムカチオンの2位の炭素に水素が結合している場合、塩基によって2位のプロトンが脱離すると、電解液のイオン伝導性は低下する。イミダゾリウムカチオンから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、前述のとおり固体電解質と反応してさらに塩基性が強まる。 When a hydrogen atom is bonded to the carbon atom at the second position of the imidazolium cation in an ionic liquid, the ionic conductivity of the electrolyte decreases when the proton at the second position is removed by a base. The proton removed from the imidazolium cation reacts with OH- to generate water. As mentioned above, the generated water reacts with the solid electrolyte, further increasing its basicity.
塩基性条件下では、フッ化ビニリデン系ポリマーは、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 formation of vinylidene fluoride polymers causes the electrolyte composition to gel. Furthermore, electrochemical reactions caused by the elimination of HF can lead to the formation of an unintended SEI, which increases the resistance of the SEI.
これに対し、粒子21の包絡度の個数平均値が0.8以上である固体電解質18は塩基性が弱いので、電解質組成物に含まれる水分と固体電解質18との反応を低減できる。系内の塩基性が強くなり難いので、イミダゾリウムカチオンの2位のプロトンが脱離し難くなり、プロトンの脱離に起因する電解液のイオン伝導率の低下が低減する。また、フッ化ビニリデン系ポリマーはHFの脱離によるポリエン化が起こり難いので、電解質組成物のゲル化が低減する。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。特に電解質組成物に含まれる溶媒が非プロトン性かつ疎プロトン性の極性溶媒のときは、プロトンや水素結合が反応にほとんど寄与しないので、ゲル化をさらに低減できる。 In contrast, a solid electrolyte 18 having a number-average envelopment degree of particles 21 of 0.8 or greater has weak basicity, thereby reducing the reaction between the water contained in the electrolyte composition and the solid electrolyte 18. Because the basicity in the system is less likely to increase, the proton at the second position of the imidazolium cation is less likely to be eliminated, reducing the decrease in ionic conductivity of the electrolyte solution due to proton elimination. Furthermore, vinylidene fluoride-based polymers are less likely to undergo polyenation due to HF elimination, reducing gelation of the electrolyte composition. Furthermore, because electrochemical reactions caused by HF are less likely to occur, the resistance of the SEI can be maintained low. In particular, when the solvent contained in the electrolyte composition is an aprotic, protophobic polar solvent, protons and hydrogen bonds contribute little to the reaction, further reducing gelation.
電解質層14(電解質組成物)において、固体電解質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。即ち固体電解質:イオン液体=(100-X):X、0<X≦50である。固体電解質18と固体電解質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 ionic liquid relative to the total amount of solid electrolyte 18 and ionic liquid is preferably 50 volume % or less (excluding 0 volume %). That is, solid electrolyte:ionic liquid = (100 - X): X, where 0 < X ≦ 50. This is because the ionic liquid present between the solid electrolytes 18 ensures ionic conductivity while reducing the occurrence of seepage of the ionic liquid.
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、固体電解質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 ionic liquid content (volume %) is determined by freezing the electrolyte layer 14 or embedding it in a tetrafunctional epoxy resin or similar and then analyzing a randomly selected cross-section of the electrolyte layer 14 at a magnification of 5000x using an SEM equipped with an energy dispersive X-ray spectrometer (EDS). The analysis involves identifying the distribution of La, Zr, and S and analyzing the contrast of the backscattered electron image to determine the area of the solid electrolyte 18 and the area of the ionic liquid. The ionic liquid content (volume %) is then calculated by regarding the area ratio in the cross-section of the electrolyte layer 14 as the volume ratio of the electrolyte layer 14.
電解質組成物のリチウムイオン伝導率は、固体電解質18、リチウム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蓄電デバイス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 and salt concentrations of the solid electrolyte 18, lithium salt, and ionic liquid. The lithium ion conductivity of the electrolyte composition at 25° C. is preferably 4.0×10 −5 S/cm or more. This is to ensure the output density of the electricity storage device 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 ionic conductivity calculated by the AC impedance method for 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 using 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I0を測定し、以下の式Aに従い、セルの初期抵抗値R0を算出する。R0=V/I0・・・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 I 0 is measured immediately after applying a constant voltage V to the cell, and the initial resistance value R 0 of the cell is calculated according to the following formula A: R 0 =V/I 0 ... 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R0を以下の式Bに代入して界面抵抗RINTを算出する。RINT=R0-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RPを算出する。RP=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 is measured after the cell reaches a steady state. 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RSを解析する。抵抗値RS、抵抗値RP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=RS/(RP-RINT)・・・D
電解質層14(電解質組成物)において、固体電解質18とイオン液体とを合わせた量に対するバインダーの量(体積%)は、10体積%以下(但し0体積%は除く)が好適である。即ち固体電解質とイオン液体とを合わせた量:バインダーの量=(100-Y):Y、0<Y≦10である。バインダ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。バインダーの含有量(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 resistance value R S , the resistance value R P and the interface resistance R INT are substituted into the following equation D to calculate the transport number t Li : t Li = R S / (R P - R INT ) ... D
In the electrolyte layer 14 (electrolyte composition), the amount of binder (volume %) relative to the combined amount of the solid electrolyte 18 and the ionic liquid is preferably 10% by volume or less (excluding 0% by volume). That is, combined amount of solid electrolyte and ionic liquid: amount of binder = (100 - Y): Y, where 0 < Y ≦ 10. This is because the binder ensures the formability of the electrolyte layer 14 and reduces a decrease in the ionic conductivity of the electrolyte layer 14. The binder 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.
蓄電デバイス10は、例えば以下のように製造される。リチウム塩を溶解したイオン液体と固体電解質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 electricity storage device 10 is manufactured, for example, as follows: A mixture of an ionic liquid containing dissolved lithium salt and a solid electrolyte 18 is mixed with a solution of a polymer 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.
リチウム塩を溶解したイオン液体と固体電解質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(電解質シートの1種の正極シート)を得る。 A mixture of an ionic liquid containing dissolved lithium salt and a solid electrolyte 18 is mixed with an active material 19, and then mixed with a solution of a polymer dissolved in a solvent to create a slurry. After tape casting onto the current collecting layer 12, it is dried to obtain a green sheet (a type of cathode sheet that is an electrolyte sheet) for the positive electrode layer 11.
リチウム塩を溶解したイオン液体と固体電解質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(電解質シートの1種の負極シート)を得る。 A mixture of an ionic liquid containing dissolved lithium salt and a solid electrolyte 18 is mixed with an active material 20, and then a solution of a polymer dissolved in a solvent is mixed to create a slurry. After tape casting onto the current collecting layer 16, it is dried to obtain a green sheet (a type of negative electrode sheet, which is an electrolyte 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を含む蓄電デバイス10が得られる。 After cutting the electrolyte sheet, positive electrode sheet, and negative electrode sheet to the desired shape, they are stacked in this order, positive electrode sheet, electrolyte sheet, and negative electrode sheet, and then pressed together to form a single sheet. Terminals (not shown) are connected to the current collecting layers 12 and 16, respectively, and the device is sealed in a case (not shown), resulting in an electricity storage device 10 comprising, 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 using examples, but the present invention is not limited to these examples.
(固体電解質の調製)
Li6.95Mg0.15La2.75Sr0.25Zr2.0O12となるように、Li2CO3,MgO,La(OH)3,SrCO3,ZrO2を秤量した。Li2CO3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(900℃で1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 solid electrolyte)
Li2CO3 , MgO, La(OH) 3 , SrCO3 , and ZrO2 were weighed to obtain Li6.95Mg0.15La2.75Sr0.25Zr2.0O12 . Li2CO3 was used in excess of about 15 mol % in elemental terms, taking into account the volatilization of Li during firing. The weighed raw materials and ethanol were placed in a nylon pot together with zirconia balls and ground and mixed in a ball mill for 15 hours. The slurry removed from the pot was dried and then pre-fired (at 900°C for 1 hour) on an MgO plate. The pre-fired powder and ethanol were placed in a nylon pot and ground 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/cm2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、固体電解質の焼結体を得た。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、目開き250μmの篩にかけ、篩を通過した固体電解質の粉末を採取した。 The slurry removed from the pot was dried and then placed in a 12 mm diameter mold. A compact approximately 1.5 mm thick was obtained by press molding. A hydrostatic pressure of 1.5 t/ cm² was applied to the compact using a cold isostatic press (CIP). The compact was covered with a calcined powder of the same composition as the compact and fired in a reducing atmosphere (at 1100°C for 4 hours) to obtain a sintered solid electrolyte. The lithium ion conductivity of the sintered body determined by AC impedance spectroscopy was 1.0 × 10 −3 S/cm. The lithium ion conductivity was measured under the following conditions: temperature 25°C, voltage 10 mV, and frequency 7 MHz-100 mHz. The sintered body was pulverized in an Ar atmosphere and passed through a sieve with 250 μm mesh, and the solid electrolyte powder that passed through the sieve was collected.
篩を通過した粉末100g、直径4mmのボール536g及びフッ素系不活性液体250mLをポットに入れ、遊星型ボールミル(回転数200rpm)で粉末を6時間粉砕した。ポットから取り出したスラリーを乾燥して、固体電解質の粗粉末を得た。 100 g of the sieved powder, 536 g of 4 mm diameter balls, and 250 mL of fluorine-based inert liquid were placed in a pot, and the powder was milled for 6 hours using a planetary ball mill (rotation speed: 200 rpm). The slurry removed from the pot was dried to obtain a coarse powder of solid electrolyte.
同様に篩を通過した粉末50g、直径4mmのボール536g及びフッ素系不活性液体100mLをポットに入れ、遊星型ボールミル(回転数300rpm)で粉末を4時間粉砕した。ポットから取り出したスラリーを乾燥して、固体電解質の微粉末を得た。 Similarly, 50 g of the sieved powder, 536 g of 4 mm diameter balls, and 100 mL of fluorine-based inert liquid were placed in a pot, and the powder was ground for 4 hours using a planetary ball mill (rotation speed: 300 rpm). The slurry removed from the pot was dried to obtain a fine powder of solid electrolyte.
(粗粉末および微粉末の熱処理)
チューブ炉(体積1875cm3)に収容した固体電解質の粗粉末(40g以下)を、チューブ炉の片方の端から窒素ガスを導入し(流量10L/min)、炉のもう片方の端から排気した状態で、670℃で2時間加熱した。炉内の温度が50℃になった後、熱処理後の粗粉末を直ちに炉から取り出し、大気暴露を防ぐため密閉容器に収容した。固体電解質の微粉末も同じ条件で熱処理し、密閉容器に収容した。
(Heat Treatment of Coarse and Fine Powders)
Coarse powder of solid electrolyte (40 g or less) placed in a tube furnace (volume 1875 cm 3 ) was heated at 670°C for 2 hours with nitrogen gas introduced into one end of the tube furnace (flow rate 10 L/min) and exhausted from the other end. After the temperature inside the furnace reached 50°C, the heat-treated coarse powder was immediately removed from the furnace and placed in a sealed container to prevent exposure to the atmosphere. Fine powder of solid electrolyte was also heat-treated under the same conditions and placed in a sealed container.
(包絡度の算出)
熱処理した粗粉末、熱処理した微粉末、熱処理していない粗粉末のそれぞれを、粘着層が設けられたカーボン製のテープの上に、まばらに粘着固定した後、粉末のSEMの画像を取得した。画像解析によって、固体電解質の粒子ごとの面積(投影)から円相当径を算出し、体積基準の粒度分布を求め、D10を算出した。
(Calculation of the degree of envelopment)
The heat-treated coarse powder, the heat-treated fine powder, and the unheat-treated coarse powder were each sparsely adhered and fixed onto a carbon tape with an adhesive layer, and then SEM images of the powders were taken. Image analysis was used to calculate the circle-equivalent diameter from the area (projection) of each solid electrolyte particle, and the volume-based particle size distribution was determined, from which D10 was calculated.
次いで、imageJ 1.52vによって、粒度分布を測定した固体電解質のうちD10以上の粒子径をもつ粒子の包絡度の個数平均値を求めた。熱処理した粗粉末(以下「粉末A」と称す)、熱処理した微粉末(以下「粉末B」と称す)、熱処理していない粗粉末(以下「粉末C」と称す)の包絡度の個数平均値は、順に0.93、0.80、0.75であった。 Next, the number average value of the degree of envelopment of particles having a particle diameter of D 10 or more among the solid electrolytes whose particle size distributions were measured was determined using ImageJ 1.52v. The number average values of the degree of envelopment of the heat-treated coarse powder (hereinafter referred to as "powder A"), the heat-treated fine powder (hereinafter referred to as "powder B"), and the non-heat-treated coarse powder (hereinafter referred to as "powder C") were 0.93, 0.80, and 0.75, respectively.
(電解液の調製)
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)に、リチウム塩LiN(SO2F)2を3mol/dm3複合し、電解液を得た。
(Preparation of Electrolyte)
The ionic liquid 1-ethyl-3-methylimidazolium bis(fluorosulfonyl)imide (EMI-FSI) was combined with the lithium salt LiN(SO 2 F) 2 at 3 mol/dm 3 to obtain an electrolyte solution.
(実施例1)
固体電解質:電解液=61:39(体積比)となるように、粉末Aと電解液とを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-ヘキサフルオロプロピレン共重合体(PVDF-HFP)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
Powder A and the electrolyte solution were mixed in a mortar in an Ar atmosphere so that the solid electrolyte:electrolytic solution ratio was 61:39 (volume ratio) to obtain a composite powder. 18 g of the composite powder, 0.864 g of vinylidene fluoride-hexafluoropropylene copolymer (PVDF-HFP), 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)
粉末Aを粉末Bに代えた以外は、実施例1と同様にして、実施例2におけるスラリーを得た。
Example 2
A slurry in Example 2 was obtained in the same manner as in Example 1, except that Powder A was replaced with Powder B.
(比較例1)
粉末Aを粉末Cに代えた以外は、実施例1と同様にして、比較例1におけるスラリーを得た。
(Comparative Example 1)
A slurry in Comparative Example 1 was obtained in the same manner as in Example 1, except that Powder A was replaced with Powder C.
(比較例2)
DMCをプロピレンカーボネート(PC)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 DMC was replaced with propylene carbonate (PC).
(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12時間放置した。12時間経過後、スラリーがゲル化(非流動化)しているか否かを目視により確認した。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を+、スラリーが全くゲル化していないものを-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 for 12 hours. After 12 hours had passed, it was visually confirmed whether the slurries had gelled (become non-fluidized). The results are shown in Table 1. Slurries in which at least a portion had gelled were marked with +, and slurries in which no gelling had occurred at all were marked with -.
表1に示すように、実施例1,2におけるスラリーは全くゲル化しなかったが、比較例1,2におけるスラリーはゲル化した。比較例1,2におけるスラリーは褐色に変色していた。 As shown in Table 1, the slurries in Examples 1 and 2 did not gel at all, but the slurries in Comparative Examples 1 and 2 gelled. The slurries in Comparative Examples 1 and 2 turned brown.
実施例1,2及び比較例1,2のスラリーには、非プロトン性かつ疎プロトン性の極性溶媒であるDMC,PCが含まれていた。実施例1,2と比較例1,2とを対比すると、包絡度が0.80以上の固体電解質が含まれる実施例1,2のスラリーはゲル化が起こらず、包絡度が0.75の固体電解質が含まれる比較例1,2のスラリーはゲル化した。スラリーの変色およびゲル化は、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。包絡度が0.80以上の固体電解質が含まれるスラリーは、スラリーの構成成分の相互作用が起こり難くなるのでゲル化が起こらなかったと推察される。 The slurries of Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 and 2 contained aprotic and protophobic polar solvents, DMC and PC. Comparing Examples 1 and 2 with Comparative Examples 1 and 2, the slurries of Examples 1 and 2, which contained a solid electrolyte with an envelopment degree of 0.80 or more, did not gel, while the slurries of Comparative Examples 1 and 2, which contained a solid electrolyte with an envelopment degree of 0.75, gelled. The discoloration and gelation of the slurry are presumably due to the polyenation of vinylidene fluoride caused by the elimination of HF. It is presumed that the slurries containing solid electrolytes with an envelopment degree of 0.80 or more did not gel because the components of the slurry were less likely to interact with each other.
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固体電解質であってD10以上の粒子径をもつ粒子の包絡度の個数平均値が0.8以上の固体電解質は、ゲル化を低減できることが明らかになった。さらに固体電解質、イミダゾリウムカチオンを含むイオン液体、リチウム塩、及び、フッ化ビニリデン系ポリマーを含む電解質組成物も、ゲル化を低減できる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蓄電デバイスは、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。 This example demonstrates that a solid electrolyte having a garnet structure containing Li, La, and Zr, in which the number-average envelopment index of particles having a particle diameter of D10 or greater is 0.8 or greater, can reduce gelation. Furthermore, it has been demonstrated that an electrolyte composition containing a solid electrolyte, an ionic liquid containing an imidazolium cation, a lithium salt, and a vinylidene fluoride-based polymer can also reduce gelation. An electrolyte sheet and an electricity storage device containing this electrolyte composition can reduce the variation in the dispersion state of the constituent components, thereby minimizing 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 is readily apparent that various improvements and modifications are possible within the scope of the present invention.
実施形態では、蓄電デバイス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 energy storage device 10 has been described as including a positive electrode layer 11 in which a composite layer 13 is provided on one side of a current collecting layer 12, and an negative electrode layer 15 in which a composite layer 17 is 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 including electrode layers (so-called bipolar electrodes) in which a composite layer 13 and a composite layer 17 are provided on both sides of a current collecting layer 12. If bipolar electrodes and electrolyte layers 14 are alternately stacked and housed in a case (not shown), a so-called bipolar structure secondary battery can be 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. It is sufficient for the secondary battery to contain an electrolyte composition in at least one of the composite layers 13, 17 and the electrolyte layer 14.
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を備える蓄電デバイス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, the electricity storage device 10 including electrode layers (positive electrode layer 11 and negative electrode layer 15) and an electrolyte layer 14 has been described using a lithium ion battery (secondary battery) containing an electrolyte composition as an example, 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 蓄電デバイス
13 複合層
14 電解質層(電解質シート)
17 複合層
18 固体電解質
21 粒子
22 輪郭
23 包絡線
10 Electricity storage device 13 Composite layer 14 Electrolyte layer (electrolyte sheet)
17 Composite layer 18 Solid electrolyte 21 Particle 22 Contour 23 Envelope
Claims (3)
イミダゾリウムカチオンを含むイオン液体と、リチウム塩と、-CH2CF2-を含むポリマーと、を含み、
前記電解質組成物の25℃におけるリチウムイオン伝導率は4.0×10-5S/cm以上であり、
前記固体電解質はMgとSrとを含み、
前記固体電解質のうち、体積基準の粒度分布における頻度の積算値が10%となる粒子径以上の粒子において、前記粒子の輪郭の面積/包絡線内面積として定義される包絡度の個数平均値が0.8以上であり、
前記イオン液体に含まれる水分は200ppm以下である電解質組成物。 An electrolyte composition comprising a solid electrolyte having a garnet structure containing Li, La, Zr, and O,
an ionic liquid containing an imidazolium cation, a lithium salt, and a polymer containing —CH 2 CF 2 —;
The lithium ion conductivity of the electrolyte composition at 25°C is 4.0 × 10 -5 S/cm or more,
the solid electrolyte contains Mg and Sr;
the number average value of the envelope degree, defined as the area of the outline of the particle/the area within the envelope of the particle, of particles of the solid electrolyte having a particle size equal to or larger than a particle size at which the integrated value of the frequency in a volume-based particle size distribution is 10% is 0.8 or more;
The electrolyte composition , wherein the ionic liquid contains 200 ppm or less of water .
Priority Applications (6)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2021077418A JP7773309B2 (en) | 2021-04-30 | 2021-04-30 | Electrolyte composition, electrolyte sheet and electricity storage device |
| PCT/JP2022/017305 WO2022230635A1 (en) | 2021-04-30 | 2022-04-07 | Solid electrolyte, electrolyte composition, electrolyte sheet and power storage device |
| CN202280028878.9A CN117157718A (en) | 2021-04-30 | 2022-04-07 | Solid electrolyte, electrolyte composition, electrolyte sheet, and power storage device |
| US18/556,058 US20240213529A1 (en) | 2021-04-30 | 2022-04-07 | Solid electrolyte, electrolyte composition, electrolyte sheet and power storage device |
| EP22795551.5A EP4333125B1 (en) | 2021-04-30 | 2022-04-07 | Solid electrolyte, electrolyte composition, electrolyte sheet and power storage device |
| KR1020237036998A KR20230162066A (en) | 2021-04-30 | 2022-04-07 | Solid electrolyte, electrolyte composition, electrolyte sheet and power storage device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2021077418A JP7773309B2 (en) | 2021-04-30 | 2021-04-30 | Electrolyte composition, electrolyte sheet and electricity storage device |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2022171043A JP2022171043A (en) | 2022-11-11 |
| JP7773309B2 true JP7773309B2 (en) | 2025-11-19 |
Family
ID=83945852
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2021077418A Active JP7773309B2 (en) | 2021-04-30 | 2021-04-30 | Electrolyte composition, electrolyte sheet and electricity storage device |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP7773309B2 (en) |
| CN (1) | CN117157718A (en) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2016035913A (en) | 2014-07-31 | 2016-03-17 | 富士フイルム株式会社 | All-solid secondary battery, inorganic solid electrolyte particles, solid electrolyte composition, battery electrode sheet, and method for producing all-solid secondary battery |
| JP2018056427A (en) | 2016-09-30 | 2018-04-05 | 旭化成株式会社 | Non-aqueous lithium storage element |
| JP2021018860A (en) | 2019-07-18 | 2021-02-15 | 日本特殊陶業株式会社 | Power storage device |
-
2021
- 2021-04-30 JP JP2021077418A patent/JP7773309B2/en active Active
-
2022
- 2022-04-07 CN CN202280028878.9A patent/CN117157718A/en active Pending
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2016035913A (en) | 2014-07-31 | 2016-03-17 | 富士フイルム株式会社 | All-solid secondary battery, inorganic solid electrolyte particles, solid electrolyte composition, battery electrode sheet, and method for producing all-solid secondary battery |
| JP2018056427A (en) | 2016-09-30 | 2018-04-05 | 旭化成株式会社 | Non-aqueous lithium storage element |
| JP2021018860A (en) | 2019-07-18 | 2021-02-15 | 日本特殊陶業株式会社 | Power storage device |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2022171043A (en) | 2022-11-11 |
| CN117157718A (en) | 2023-12-01 |
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 | |
| JP7478989B2 (en) | Solid electrolyte material and battery using same | |
| JP7689631B2 (en) | Composite, sheet, electrochemical element, and power storage device | |
| JP7731076B2 (en) | Solid electrolyte material and battery using the same | |
| CN111009656A (en) | Preparation method of rare earth metal doped high-nickel ternary battery positive electrode material | |
| JP7773309B2 (en) | Electrolyte composition, electrolyte sheet and electricity storage device | |
| WO2022230635A1 (en) | Solid electrolyte, electrolyte composition, electrolyte sheet and power storage device | |
| JP7666984B2 (en) | Electrolyte composition, electrolyte sheet and secondary battery | |
| JP7666983B2 (en) | Electrolyte composition, electrolyte sheet and secondary battery | |
| JP7666982B2 (en) | Electrolyte composition, electrolyte sheet and secondary battery | |
| JP7685870B2 (en) | Electrolyte composition, electrolyte sheet and secondary battery | |
| WO2023195212A1 (en) | Oxyhalide material, battery, and battery system | |
| JP2022171030A (en) | Solid electrolyte, electrolyte composition, electrolyte sheet and power storage device | |
| JP7784821B2 (en) | Positive electrode mixture layer and lithium ion secondary battery | |
| JP7751155B2 (en) | Particles, composites, sheets and electricity storage devices | |
| JP7812011B2 (en) | Mixture, sheet, electrochemical element and electricity storage device | |
| EP4664493A1 (en) | Ion conductor, composite, sheet, electrode, separator, and power storage device | |
| JP2025132319A (en) | Method for manufacturing a solid electrolyte, a separator, an electrode, and a power storage device | |
| JP2025132324A (en) | Method for manufacturing a solid electrolyte, a separator, an electrode, and a power storage device | |
| WO2024166501A1 (en) | Aggregates, sheet, separator, electrode and power storage device | |
| WO2026048106A1 (en) | Powder, sheet, and secondary battery | |
| WO2025182452A1 (en) | Solid electrolyte, ion conductor, sheet, and power storage device | |
| WO2025182728A1 (en) | Electrode and power storage device | |
| JP2024079929A (en) | Mixture, sheet and electrochemical element |
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 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20250527 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20250716 |
|
| 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: 20251028 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20251107 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 7773309 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |