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JP7840764B2 - All solid state battery - Google Patents
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JP7840764B2 - All solid state battery - Google Patents

All solid state battery

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JP7840764B2 JP2022059635A JP2022059635A JP7840764B2 JP 7840764 B2 JP7840764 B2 JP 7840764B2 JP 2022059635 A JP2022059635 A JP 2022059635A JP 2022059635 A JP2022059635 A JP 2022059635A JP 7840764 B2 JP7840764 B2 JP 7840764B2
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Description

本発明は、硫化物系固体電解質を含有し、内部で発生する硫化水素による特性低下を抑制し得る全固体電池に関するものである。 This invention relates to an all-solid-state battery containing a sulfide-based solid electrolyte that can suppress performance degradation caused by hydrogen sulfide generated internally.

近年、携帯電話、ノート型パーソナルコンピュータなどのポータブル電子機器の発達や、電気自動車の実用化などに伴い、小型・軽量で、かつ高容量・高エネルギー密度の電池が必要とされるようになってきている。 In recent years, with the development of portable electronic devices such as mobile phones and notebook computers, and the practical application of electric vehicles, there has been a growing need for batteries that are small, lightweight, and possess high capacity and high energy density.

現在、この要求に応え得るリチウム電池、特にリチウムイオン電池では、非水電解質として有機溶媒とリチウム塩とを含む有機電解液が用いられている。 Currently, lithium batteries, particularly lithium-ion batteries, that can meet this requirement utilize an organic electrolyte containing an organic solvent and a lithium salt as the non-aqueous electrolyte.

そして、リチウムイオン電池の適用機器のさらなる発達に伴って、リチウムイオン電池のさらなる長寿命化・高容量化・高エネルギー密度化が求められていると共に、長寿命化・高容量化・高エネルギー密度化したリチウムイオン電池の信頼性も高く求められている。 Furthermore, with the continued development of devices utilizing lithium-ion batteries, there is a growing demand for even longer lifespans, higher capacity, and higher energy density in lithium-ion batteries. Simultaneously, there is a high demand for greater reliability in these long-life, high-capacity, and high-energy-density lithium-ion batteries.

しかし、リチウムイオン電池に用いられている有機電解液は、可燃性物質である有機溶媒を含んでいるため、電池に短絡などの異常事態が発生した際に、有機電解液が異常発熱する可能性がある。また、近年のリチウムイオン電池の高エネルギー密度化および有機電解液中の有機溶媒量の増加傾向に伴い、より一層リチウムイオン電池の信頼性が求められている。 However, because the organic electrolyte used in lithium-ion batteries contains organic solvents, which are flammable substances, there is a possibility that the organic electrolyte may overheat if an abnormal situation such as a short circuit occurs in the battery. Furthermore, with the recent trend towards higher energy density in lithium-ion batteries and an increase in the amount of organic solvents in the organic electrolyte, there is an even greater demand for the reliability of lithium-ion batteries.

以上のような状況において、有機溶媒を用いない全固体型のリチウム電池(全固体電池)が注目されている。全固体電池は、従来の有機溶媒系電解質に代えて、有機溶媒を用いない固体電解質の成形体を用いるものであり、固体電解質の異常発熱の虞がなく、高い安全性を備えている。 In the circumstances described above, all-solid-state lithium batteries (all-solid-state batteries) that do not use organic solvents are attracting attention. All-solid-state batteries use a molded solid electrolyte that does not use organic solvents, instead of conventional organic solvent-based electrolytes. This eliminates the risk of abnormal heat generation from the solid electrolyte and provides high safety.

また、全固体電池は、高い安全性だけではなく、高い信頼性および高い耐環境性を有し、かつ長寿命であるため、社会の発展に寄与すると同時に安心、安全にも貢献し続けることができるメンテナンスフリーの電池として期待されている。全固体電池の社会への提供により、国際連合が制定する持続可能な開発目標(SDGs)の17の目標のうち、目標3(あらゆる年齢のすべての人々の健康的な生活を確保し、福祉を促進する)、目標7(すべての人々の、安価かつ信頼できる持続可能な近代的エネルギーへのアクセスを確保する)、目標11〔包摂的で安全かつ強靭(レジリエント)で持続可能な都市および人間居住を実現する〕、および目標12(持続可能な生産消費形態を確保する)の達成に貢献することができる。 Furthermore, solid-state batteries are expected to contribute to societal development while simultaneously providing peace of mind and safety, as they possess not only high safety but also high reliability, high environmental resistance, and a long lifespan, making them maintenance-free batteries. The provision of solid-state batteries to society can contribute to achieving three of the United Nations' Sustainable Development Goals (SDGs): Goal 3 (Ensure healthy lives and promote well-being for all at all ages), Goal 7 (Ensure access to affordable, reliable, sustainable, and modern energy for all), Goal 11 (Make cities and human settlements inclusive, safe, resilient and sustainable), and Goal 12 (Ensure sustainable consumption and production patterns).

ところで、最近では、全固体電池の固体電解質に、イオン伝導性が高いなどの理由から、硫化物系固体電解質が使用されることが多い。ところが、硫化物系固体電解質は水と反応しやすく、電池内に水分が存在すると、これと反応して硫化水素を発生させてしまう。全固体電池の内部で硫化水素が発生すると、電池の内圧を高めて電池特性を低下させたり、電池内外の部材の劣化を引き起こしたりするといった問題が生じる。 Incidentally, recently, sulfide-based solid electrolytes are often used in all-solid-state batteries due to their high ionic conductivity. However, sulfide-based solid electrolytes readily react with water, and if moisture is present inside the battery, they react with it to generate hydrogen sulfide. The generation of hydrogen sulfide inside an all-solid-state battery can increase the internal pressure, degrade battery performance, and cause deterioration of internal and external components.

一方、前記のような問題の解決を図る技術の開発も進められている。例えば、特許文献1、2には、硫化物系固体電解質を含有する全固体電池において、正極と負極との間に固体電解質を介在させてなる全固体電池素子を外装材で被覆し、この外装材を吸着材および/またはアルカリ性物質で被覆したり、この外装材に吸着材および/またはアルカリ性物質を含有させたりして、電池内部で発生する硫化水素を捕捉する技術が提案されている。 Meanwhile, development of technologies to solve the aforementioned problems is also progressing. For example, Patent Documents 1 and 2 propose a technology for capturing hydrogen sulfide generated inside an all-solid-state battery containing a sulfide-based solid electrolyte. This involves covering an all-solid-state battery element, which has a solid electrolyte interposed between the positive and negative electrodes, with an outer casing material, and then coating this outer casing material with an adsorbent and/or alkaline substance, or incorporating an adsorbent and/or alkaline substance into the outer casing material.

また、特許文献3には、硫化物系固体電解質電池中に塩基性材料を含有させ、これによって電池内で発生し得る硫化水素をHSへとアニオン化することで、硫化水素の発生を抑制する技術が提案されている。 Furthermore, Patent Document 3 proposes a technique for suppressing the generation of hydrogen sulfide by incorporating a basic material into a sulfide-based solid electrolyte battery, thereby anionizing the hydrogen sulfide that may be generated within the battery into HS- .

特開2008-103283号公報Japanese Patent Publication No. 2008-103283 特開2008-103288号公報Japanese Patent Publication No. 2008-103288 特開2011-165650号公報Japanese Patent Publication No. 2011-165650

ところが、特許文献1、2に記載の技術は、全固体電池素子を収容する外装材の外部に漏出した硫化水素を捕捉するものであるため、全固体電池素子が配置された領域内で生じ得る硫化水素に起因する問題を抑制するには限界がある。 However, the technologies described in Patent Documents 1 and 2 capture hydrogen sulfide that leaks outside the outer casing material housing the all-solid-state battery element. Therefore, they have limitations in suppressing problems caused by hydrogen sulfide that may occur within the region where the all-solid-state battery element is located.

また、特許文献3の技術では、硫化水素をアニオン化するための塩基性物質と、電池内の発電に関与する各種部材との副反応による電池特性の低下の懸念がある。さらに、塩基性物質を正極や負極に含有させた場合には、正極や負極中の活物質量が少なくなって、電池容量が小さくなるといった問題もある。 Furthermore, the technology described in Patent Document 3 raises concerns about a decrease in battery performance due to side reactions between the basic substance used to anionize hydrogen sulfide and various components involved in power generation within the battery. Additionally, if the basic substance is included in the positive or negative electrode, the amount of active material in the positive and negative electrodes decreases, leading to a reduction in battery capacity.

こうしたことから、電池内での副反応や電池容量の低下を可及的に抑えつつ、電池内で発生する硫化水素による電池特性の低下を効率よく抑制する技術の開発が求められる。 Therefore, there is a need to develop technologies that efficiently suppress the degradation of battery characteristics caused by hydrogen sulfide generated within the battery, while minimizing side reactions and capacity degradation within the battery as much as possible.

本発明は、前記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、硫化物系固体電解質を含有し、内部で発生する硫化水素による特性低下を抑制し得る全固体電池を提供することにある。 This invention has been made in view of the above circumstances, and its object is to provide an all-solid-state battery that contains a sulfide-based solid electrolyte and can suppress performance degradation due to hydrogen sulfide generated internally.

本発明の全固体電池は、正極、負極および固体電解質層を有する電極体と、前記電極体を封入する外装体とを有し、前記正極、前記負極および前記固体電解質層のうちの少なくとも1つは、硫化物系固体電解質を含有し、前記電極体と前記外装体の内面との間に空隙部分を有し、前記空隙部分に硫化水素吸着剤が配置されていることを特徴とするものである。 The all-solid-state battery of the present invention comprises an electrode body having a positive electrode, a negative electrode, and a solid electrolyte layer, and an outer casing enclosing the electrode body. At least one of the positive electrode, the negative electrode, and the solid electrolyte layer contains a sulfide-based solid electrolyte, and there is a void between the electrode body and the inner surface of the outer casing, with a hydrogen sulfide adsorbent disposed in the void.

本発明によれば、硫化物系固体電解質を含有し、内部で発生する硫化水素による特性低下を抑制し得る全固体電池を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide an all-solid-state battery that contains a sulfide-based solid electrolyte and can suppress performance degradation due to hydrogen sulfide generated internally.

本発明の電池の一例を模式的に表す断面図である。This is a schematic cross-sectional view showing an example of the battery of the present invention.

本発明の全固体電池は、正極、負極および固体電解質層を有する電極体と、この電極体を封入する外装体とを有し、正極、負極および固体電解質層のうちの少なくとも1つは、硫化物系固体電解質を含有する。そして、外装体の内部には、この電極体と外装体の内面との間に空隙部分があり、その空隙部分に硫化水素吸着剤が配置されている。 The all-solid-state battery of the present invention comprises an electrode body having a positive electrode, a negative electrode, and a solid electrolyte layer, and an outer casing enclosing the electrode body. At least one of the positive electrode, negative electrode, and solid electrolyte layer contains a sulfide-based solid electrolyte. Inside the outer casing, there is a void between the electrode body and the inner surface of the casing, and a hydrogen sulfide adsorbent is placed in this void.

すなわち、本発明の全固体電池においては、電極体を収容する外装体内の空間において、硫化物系固体電解質を含有する電極体と、硫化水素吸着剤とが共存している。このため、電池の組み立て時などに電池内に持ち込まれた水分や、外装体の特定部分を通じて電池内に侵入した水分が、硫化物系固体電解質と反応して硫化水素を発生させたとしても、この硫化水素を硫化水素吸着剤によって効率よく捕捉できる。よって、本発明の全固体電池では、内部での硫化水素の発生により、内圧が上昇したり、電池の部材が腐食したりすることを抑えることが可能であることから、その特性の低下を良好に抑制することができる。 In other words, in the all-solid-state battery of the present invention, the electrode body containing a sulfide-based solid electrolyte and a hydrogen sulfide adsorbent coexist in the space within the outer casing that houses the electrode body. Therefore, even if moisture introduced into the battery during assembly, or moisture entering the battery through specific parts of the outer casing, reacts with the sulfide-based solid electrolyte to generate hydrogen sulfide, this hydrogen sulfide can be efficiently captured by the hydrogen sulfide adsorbent. Thus, in the all-solid-state battery of the present invention, it is possible to suppress increases in internal pressure and corrosion of battery components due to the generation of hydrogen sulfide internally, thereby effectively suppressing the deterioration of its performance.

また、本発明の全固体電池においては、電極体と外装体の内面との間の空隙部分に硫化水素吸着剤を配置するため、例えば、電極の活物質量を減らす必要もないことから、電池容量が小さくなる虞もなく、さらに、電極体に係る正極活物質、負極活物質および固体電解質との接触も可及的に抑制できることから、副反応による特性低下も生じ難い。 Furthermore, in the all-solid-state battery of the present invention, since the hydrogen sulfide adsorbent is placed in the void between the electrode body and the inner surface of the outer casing, there is no need to reduce the amount of active material in the electrodes, for example. Therefore, there is no risk of the battery capacity decreasing. Moreover, since contact between the electrode body and the positive electrode active material, negative electrode active material, and solid electrolyte can be suppressed as much as possible, performance degradation due to side reactions is less likely to occur.

さらに、最近では、セラミックス製容器を全固体電池の外装体に適用することも検討されており、このような外装体では、電極体を収容する容器と蓋体とを、ニッケルおよびコバルトを比較的多く含む鉄基合金製の板を介して溶接することで封止する場合がある。このような外装体を有する全固体電池において、内部で硫化水素が発生した場合には、外装体の封止に使用した前記合金板が腐食して封止性が損なわれる虞がある。しかしながら、本発明の全固体電池であれば、前記のような封止構造を有する外装体を適用した場合であっても、封止に使用される前記合金板の硫化水素による腐食を抑制し得るため、外装体の封止性を維持でき、信頼性に優れたものとすることが可能となる。 Furthermore, recently, the application of ceramic containers to the casing of all-solid-state batteries has been considered. In such casings, the container housing the electrodes and the lid may be sealed by welding them together via a plate made of an iron-based alloy containing relatively high amounts of nickel and cobalt. In all-solid-state batteries with such casings, if hydrogen sulfide is generated internally, the alloy plate used for sealing the casing may corrode, impairing its sealing performance. However, with the all-solid-state battery of the present invention, even when an casing with the above-described sealing structure is applied, corrosion of the alloy plate used for sealing by hydrogen sulfide can be suppressed, thus maintaining the sealing performance of the casing and enabling a highly reliable product.

硫化水素吸着剤には、硫化水素を物理吸着するもの、および硫化水素を化学吸着するもののいずれも用いることができる。硫化水素吸着剤の具体例としては、Zn含有のハイドロタルサイト(Zn元素を含むハイドロタルサイト)などの水分吸着能を有する硫化水素吸着剤などが挙げられ、これらの1種のみを用いてもよく、2種以上を併用してもよい。 Hydrogen sulfide adsorbents can be either physically adsorbing or chemically adsorbing hydrogen sulfide. Specific examples of hydrogen sulfide adsorbents include those with water adsorption capabilities, such as Zn-containing hydrotalcite (hydrotalcite containing the element Zn). These may be used individually or in combination of two or more.

硫化水素吸着剤の形態については特に制限はないが、その表面積を大きくして、硫化水素の吸着効率を高める観点から、粒子状であることが好ましく、その平均粒子径が、1μm以下であることがより好ましく、0.8μm以下であることがさらに好ましい。ただし、硫化水素吸着剤のサイズが小さすぎると、例えば全固体電池の製造時における取り扱い性が低下する。よって、粒子状である場合の硫化水素吸着剤の平均粒子径は、0.3μm以上であることが好ましく、0.5μm以上であることがより好ましい。 While there are no particular restrictions on the form of the hydrogen sulfide adsorbent, it is preferable that it be particulate in order to increase its surface area and improve the adsorption efficiency of hydrogen sulfide. It is more preferable that its average particle size be 1 μm or less, and even more preferable that it be 0.8 μm or less. However, if the size of the hydrogen sulfide adsorbent is too small, its handling properties will decrease, for example, during the manufacturing of all-solid-state batteries. Therefore, when the hydrogen sulfide adsorbent is particulate, its average particle size is preferably 0.3 μm or more, and more preferably 0.5 μm or more.

本明細書でいう各種粒子(硫化水素吸着剤、正極活物質、固体電解質など)の平均粒子径は、粒度分布測定装置(日機装株式会社製マイクロトラック粒度分布測定装置「HRA9320」など)を用いて、粒度の小さい粒子から積分体積を求める場合の体積基準の積算分率における50%径の値(D50)を意味している。 In this specification, the average particle diameter of various particles (hydrogen sulfide adsorbent, cathode active material, solid electrolyte, etc.) refers to the 50% diameter value (D 50) in the volume-based integrated fraction when the integrated volume is determined from the smallest particles using a particle size distribution analyzer (such as the Microtrac particle size distribution analyzer " HRA9320 " manufactured by Nikkiso Co., Ltd.).

図1に本発明の全固体電池の一例を模式的に表す縦断面図を示す。図1に示す全固体電池1は、外装缶3と封口缶4とガスケット5とからなるコイン形(ボタン形ともいう)の外装体を有し、その内部に、正極21、負極22および正極21と負極22との間に介在する固体電解質層23を有するペレット状の電極積層体(電極体)2が封入された形状のものである。すなわち、全固体電池1において、封口缶4は、外装缶3の開口部にガスケット5を介して嵌合しており、外装缶3の開口端部が内方に締め付けられ、これによりガスケット5が封口缶4に当接することで、外装缶3の開口部が封口されて電池内部が密閉構造となっている。そして、外装缶3は正極端子を兼ね、封口缶4は負極端子を兼ねている。なお、図1に示す全固体電池1においては、電極積層体2の正極21が外装缶3と接し、負極22が封口缶4と接するように収容されているが、本発明の全固体電池においては、正極が封口缶と接し、負極が外装缶と接するように、電極体を収容してもよい。 Figure 1 shows a schematic longitudinal cross-sectional view of an example of the all-solid-state battery of the present invention. The all-solid-state battery 1 shown in Figure 1 has a coin-shaped (also called button-shaped) outer casing consisting of an outer casing 3, a sealing casing 4, and a gasket 5. Inside, a pellet-shaped electrode stack (electrode body) 2 having a positive electrode 21, a negative electrode 22, and a solid electrolyte layer 23 interposed between the positive electrode 21 and the negative electrode 22 is sealed. In other words, in the all-solid-state battery 1, the sealing casing 4 is fitted into the opening of the outer casing 3 via the gasket 5, and the open end of the outer casing 3 is tightened inward, causing the gasket 5 to contact the sealing casing 4, thereby sealing the opening of the outer casing 3 and creating a sealed structure inside the battery. The outer casing 3 also serves as the positive electrode terminal, and the sealing casing 4 also serves as the negative electrode terminal. In the all-solid-state battery 1 shown in Figure 1, the positive electrode 21 of the electrode stack 2 is housed in contact with the outer casing 3, and the negative electrode 22 is housed in contact with the sealing casing 4. However, in the all-solid-state battery of the present invention, the electrode assembly may be housed so that the positive electrode is in contact with the sealing casing and the negative electrode is in contact with the outer casing.

また、図1では、電極積層体2の正極21が外装缶3の内面と直接接触し、さらに、負極22が封口缶4の内面と直接接触しているが、正極21と外装缶3の内面との間に集電体を介在させたり、負極22と封口缶4の内面との間に集電体を介在させたりすることもできる。 Furthermore, in Figure 1, the positive electrode 21 of the electrode stack 2 is in direct contact with the inner surface of the outer casing 3, and the negative electrode 22 is in direct contact with the inner surface of the sealing casing 4. However, a current collector can also be interposed between the positive electrode 21 and the inner surface of the outer casing 3, or between the negative electrode 22 and the inner surface of the sealing casing 4.

そして、全固体電池1においては、電極積層体2と、外装体を構成する封口缶4の内面(図中上から下へ向かう側壁の内面)およびガスケット5の内面との間に空隙部分があり、その空隙部分に硫化水素吸着剤6が収容されている。全固体電池1における硫化水素吸着剤6の収容箇所は、電極積層体2の径方向における周囲、すなわち、電極積層体2の平板面側からの平面視(例えば図1の上側からの平面視)での、電極積層体2の外端の外側にあたる箇所である。 In the all-solid-state battery 1, there is a gap between the electrode stack 2 and the inner surface of the sealing can 4 (the inner surface of the side wall running from top to bottom in the figure) and the inner surface of the gasket 5 that constitute the outer casing. The hydrogen sulfide adsorbent 6 is contained within this gap. The location of the hydrogen sulfide adsorbent 6 in the all-solid-state battery 1 is around the radial circumference of the electrode stack 2, that is, outside the outer edge of the electrode stack 2 when viewed from the flat surface side of the electrode stack 2 (for example, a view from above in Figure 1).

なお、図1では、例えば粒子状である硫化水素吸着剤6について、個々の粒子を図示すると図面が複雑になることから、硫化水素吸着剤6を配置している箇所を一体的に示している。 In Figure 1, for example, regarding the particulate hydrogen sulfide adsorbent 6, illustrating each individual particle would complicate the diagram; therefore, the area where the hydrogen sulfide adsorbent 6 is placed is shown as a single, integrated structure.

全固体電池において、硫化水素吸着剤の配置については、特に制限はなく、電極体と外装体の内面との間にある空隙部分のいずれに配置してもよい。なお、硫化水素は空気よりも重く、下方に向かう傾向があることから、全固体電池の使用時の向きが予定されている場合には、より下側となる箇所に硫化水素吸着剤を配置することが好ましく、これにより、電池内で硫化水素が発生した場合に、より効率よく捕捉することが可能となる。 In all-solid-state batteries, there are no particular restrictions on the placement of the hydrogen sulfide adsorbent; it may be placed anywhere in the void between the electrode body and the inner surface of the outer casing. However, since hydrogen sulfide is heavier than air and tends to move downwards, if the orientation of the all-solid-state battery during use is predetermined, it is preferable to place the hydrogen sulfide adsorbent at a lower location. This allows for more efficient capture of hydrogen sulfide if it is generated within the battery.

硫化水素吸着剤を配置することによる前記の効果をより良好に確保する観点から、電池内に配置する硫化水素吸着剤の質量は、電極体の質量(正極と負極と固体電解質層とを含む電極体の合計質量)に対し、一定以上の割合であることが好ましい。 From the viewpoint of ensuring the aforementioned effects of arranging the hydrogen sulfide adsorbent more effectively, it is preferable that the mass of the hydrogen sulfide adsorbent placed in the battery be at least a certain ratio to the mass of the electrode body (the total mass of the electrode body including the positive electrode, negative electrode, and solid electrolyte layer).

より具体的には、電池のサイズにもよるが、電池内に配置する硫化水素吸着剤の質量は、例えば、電極体の総質量に対して10%以上であることが好ましく、20%以上であることがより好ましく、30%以上であることが特に好ましい。なお、電池内に配置する硫化水素吸着剤の質量は、電池の内部に収容可能であれば特に制限はないが、例えば、電極体の総質量に対して、70%以下であることが好ましく、40%以下であることがより好ましい。 More specifically, depending on the size of the battery, the mass of the hydrogen sulfide adsorbent placed inside the battery is preferably 10% or more, more preferably 20% or more, and particularly preferably 30% or more, relative to the total mass of the electrode body. While there are no particular restrictions on the mass of the hydrogen sulfide adsorbent placed inside the battery as long as it can be accommodated within the battery, it is preferably 70% or less, and more preferably 40% or less, relative to the total mass of the electrode body.

本発明の全固体電池には、一次電池と二次電池とが含まれる。 The all-solid-state battery of this invention includes a primary battery and a secondary battery.

(正極)
全固体電池に係る正極は、正極活物質および固体電解質を含有する正極合剤を含んでおり、例えば、正極合剤の成形体のみからなるものや、正極合剤の成形体からなる層(正極合剤層)を集電体上に形成してなる構造のものなどが挙げられる。
(positive electrode)
The positive electrode of an all-solid-state battery includes a positive electrode mixture containing a positive electrode active material and a solid electrolyte. Examples include a structure consisting only of a molded body of the positive electrode mixture, or a structure in which a layer (positive electrode mixture layer) made of a molded body of the positive electrode mixture is formed on a current collector.

全固体電池が一次電池の場合、従来から知られている非水電解質一次電池に用いられている正極活物質と同じものが使用できる。具体的には、例えば、二酸化マンガン、リチウム含有マンガン酸化物〔例えば、LiMnや、二酸化マンガンと同じ結晶構造(β型、γ型、またはβ型とγ型が混在する構造など)を有し、Liの含有量が3.5質量%以下、好ましくは2質量%以下、より好ましくは1.5質量%以下、特に好ましくは1質量%以下である複合酸化物など〕、LiTi5/3(4/3≦a<7/3)などのリチウム含有複合酸化物;バナジウム酸化物;ニオブ酸化物;チタン酸化物;二硫化鉄などの硫化物;フッ化黒鉛;AgSなどの銀硫化物;NiOなどのニッケル酸化物:などが挙げられる。 When an all-solid-state battery is a primary battery, the same positive electrode active material used in conventionally known non-aqueous electrolyte primary batteries can be used. Specifically, examples include manganese dioxide, lithium-containing manganese oxides (for example, LiMn₃O₆ or composite oxides having the same crystal structure as manganese dioxide (β-type, γ-type, or a structure in which β-type and γ-type are mixed, etc.) and having a Li content of 3.5% by mass or less, preferably 2% by mass or less, more preferably 1.5% by mass or less, and particularly preferably 1% by mass or less), lithium-containing composite oxides such as Li aTi₅ / 3O₄ (4/3≦a<7/3); vanadium oxide; niobium oxide; titanium oxide; sulfides such as iron disulfide; graphite fluoride; silver sulfides such as Ag₂S ; nickel oxides such as NiO₂ .

また、全固体電池が二次電池の場合には、従来から知られている非水電解質二次電池に用いられている正極活物質、すなわち、Li(リチウム)イオンを吸蔵・放出可能な活物質と同じものが使用できる。具体的には、Li1-xMn2-r(ただし、Mは、Li、Na、K、B、Mg、Ca、Sr、Ba、Ti、V、Cr、Zr、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Al、Sn、Sb、In、Nb、Ta、Mo、W、Y、RuおよびR
hよりなる群から選択される少なくとも1種の元素であり、0≦x≦1、0≦r≦1)で表されるスピネル型リチウムマンガン複合酸化物、LiMn(1-s-t)Ni(2-u)(ただし、Mは、Co、Mg、Al、B、Ti、V、Cr、Fe、Cu、Zn、Zr、Mo、Sn、Ca、SrおよびWよりなる群から選択される少なくとも1種の元素であり、0≦r≦1.2、0<s<0.5、0≦t≦0.5、u+v<1、-0.1≦u≦0.2、0≦v≦0.1)で表される層状化合物、Li1-xCo1-r(ただし、Mは、Al、Mg、Ti、V、Cr、Zr、Fe、Ni、Cu、Zn、Ga、Ge、Nb、Mo、Sn、SbおよびBaよりなる群から選択される少なくとも1種の元素であり、0≦x≦1、0≦r≦0.5)で表されるリチウムコバルト複合酸化物、Li1-xNi1-r(ただし、Mは、Al、Mg、Ti、Zr、Fe、Co、Cu、Zn、Ga、Ge、Nb、Mo、Sn、SbおよびBaよりなる群から選択される少なくとも1種の元素であり、0≦x≦1、0≦r≦0.5)で表されるリチウムニッケル複合酸化物、Li1+s-x1-rPO(ただし、Mは、Fe、MnおよびCoよりなる群から選択される少なくとも1種の元素で、Nは、Al、Mg、Ti、Zr、Ni、Cu、Zn、Ga、Ge、Nb、Mo、Sn、Sb、VおよびBaよりなる群から選択される少なくとも1種の元素であり、0≦x≦1、0≦r≦0.5、0≦s≦1)で表されるオリビン型複合酸化物、Li2-x1-r(ただし、Mは、Fe、MnおよびCoよりなる群から選択される少なくとも1種の元素で、Nは、Al、Mg、Ti、Zr、Ni、Cu、Zn、Ga、Ge、Nb、Mo、Sn、Sb、VおよびBaよりなる群から選択される少なくとも1種の元素であり、0≦x≦2、0≦r≦0.5)で表されるピロリン酸化合物などが例示でき、これらのうちの1種のみを用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
Furthermore, if the all-solid-state battery is a secondary battery, the same positive electrode active material used in conventionally known non-aqueous electrolyte secondary batteries, i.e., the same active material capable of intercepting and releasing Li (lithium) ions, can be used. Specifically, Li 1-x M r Mn 2-r O 4 (where M is Li, Na, K, B, Mg, Ca, Sr, Ba, Ti, V, Cr, Zr, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Al, Sn, Sb, In, Nb, Ta, Mo, W, Y, Ru, and R
A spinel-type lithium manganese composite oxide represented by Li r Mn (1-s-t) Ni s M t O (2-u) F v (where M is at least one element selected from the group consisting of Co, Mg, Al, B, Ti, V, Cr, Fe, Cu, Zn, Zr, Mo, Sn, Ca, Sr and W, with 0 ≤ r ≤ 1.2, 0 < s < 0.5, 0 ≤ t ≤ 0.5, u + v < 1, -0.1 ≤ u ≤ 0.2, 0 ≤ v ≤ 0.1), Li 1-x Co 1-r M r O 2 Lithium cobalt composite oxide represented as Li 1-x Ni 1-r M r O 2 (wherein M is at least one element selected from the group consisting of Al, Mg, Ti, V, Cr, Zr, Fe, Ni, Cu, Zn, Ga, Ge, Nb, Mo, Sn, Sb, and Ba, with 0 ≤ x ≤ 1 and 0 ≤ r ≤ 0.5) Lithium nickel composite oxide represented as Li 1 + s - x M 1 - r N r PO 4 F s (wherein M is at least one element selected from the group consisting of Fe, Mn, and Co, and N is at least one element selected from the group consisting of Al, Mg, Ti, Zr, Ni, Cu, Zn, Ga, Ge, Nb, Mo, Sn, Sb, V, and Ba, and 0≦x≦1, 0≦r≦0.5, 0≦s≦1) Li 2-x M 1-r N r P 2 O 7 Examples of pyrophosphate compounds represented by (where M is at least one element selected from the group consisting of Fe, Mn, and Co, and N is at least one element selected from the group consisting of Al, Mg, Ti, Zr, Ni, Cu, Zn, Ga, Ge, Nb, Mo, Sn, Sb, V, and Ba, with 0 ≤ x ≤ 2 and 0 ≤ r ≤ 0.5) may be used, and one of these may be used alone, or two or more may be used in combination.

全固体電池が二次電池の場合には、正極活物質の平均粒子径は、1μm以上であることが好ましく、2μm以上であることがより好ましく、また、10μm以下であることが好ましく、8μm以下であることがより好ましい。なお、正極活物質は一次粒子でも一次粒子が凝集した二次粒子であってもよい。平均粒子径が前記範囲の正極活物質を使用すると、正極に含まれる固体電解質との界面を多くとれるため、電池の負荷特性がより向上する。 When an all-solid-state battery is a secondary battery, the average particle size of the positive electrode active material is preferably 1 μm or more, more preferably 2 μm or more, more preferably 10 μm or less, and more preferably 8 μm or less. The positive electrode active material may be primary particles or secondary particles formed by aggregation of primary particles. Using a positive electrode active material with an average particle size within the above range allows for a larger interface with the solid electrolyte contained in the positive electrode, thereby improving the battery's load characteristics.

全固体電池が二次電池の場合、正極活物質は、その表面に、正極に含まれる固体電解質との反応を抑制するための反応抑制層を有していることが好ましい。 In the case of a rechargeable battery, it is preferable that the positive electrode active material has a reaction-inhibiting layer on its surface to suppress the reaction with the solid electrolyte contained in the positive electrode.

正極合剤の成形体内において、正極活物質と固体電解質とが直接接触すると、固体電解質が酸化して抵抗層を形成し、成形体内のイオン伝導性が低下する虞がある。正極活物質の表面に、固体電解質との反応を抑制する反応抑制層を設け、正極活物質と固体電解質との直接の接触を防止することで、固体電解質の酸化による成形体内のイオン伝導性の低下を抑制することができる。 In a molded positive electrode mixture, direct contact between the positive electrode active material and the solid electrolyte can cause the solid electrolyte to oxidize, forming a resistance layer and potentially reducing the ionic conductivity within the molded body. By providing a reaction-inhibiting layer on the surface of the positive electrode active material to suppress its reaction with the solid electrolyte, direct contact between the two can be prevented, thereby suppressing the reduction in ionic conductivity within the molded body due to oxidation of the solid electrolyte.

反応抑制層は、イオン伝導性を有し、正極活物質と固体電解質との反応を抑制できる材料で構成されていればよい。反応抑制層を構成し得る材料としては、例えば、Liと、Nb、P、B、Si、Ge、TiおよびZrよりなる群から選択される少なくとも1種の元素とを含む酸化物、より具体的には、LiNbOなどのNb含有酸化物、LiPO、LiBO、LiSiO、LiGeO、LiTiO、LiZrO、LiWOなどが挙げられる。反応抑制層は、これらの酸化物のうちの1種のみを含有していてもよく、また、2種以上を含有していてもよく、さらに、これらの酸化物のうちの複数種が複合化合物を形成していてもよい。これらの酸化物の中でも、Nb含有酸化物を使用することが好ましく、LiNbOを使用することがより好ましい。 The reaction suppression layer may be composed of a material that has ionic conductivity and can suppress the reaction between the positive electrode active material and the solid electrolyte. Examples of materials that can constitute the reaction suppression layer include oxides containing Li and at least one element selected from the group consisting of Nb, P, B , Si, Ge, Ti, and Zr , more specifically, Nb-containing oxides such as LiNbO3 , Li3PO4 , Li3BO3 , Li4SiO4 , Li4GeO4 , LiTiO3 , LiZrO3 , Li2WO4 , and the like. The reaction suppression layer may contain only one of these oxides, or two or more, and furthermore, multiple of these oxides may form a composite compound. Among these oxides, it is preferable to use an Nb-containing oxide, and more preferable to use LiNbO3 .

反応抑制層は、正極活物質:100質量部に対して0.1~1.0質量部で表面に存在することが好ましい。この範囲であれば正極活物質と固体電解質との反応を良好に抑制することができる。 The reaction-inhibiting layer is preferably present on the surface in an amount of 0.1 to 1.0 parts by mass per 100 parts by mass of the positive electrode active material. Within this range, the reaction between the positive electrode active material and the solid electrolyte can be effectively suppressed.

正極活物質の表面に反応抑制層を形成する方法としては、ゾルゲル法、メカノフュージョン法、CVD法、PVD法、ALD法などが挙げられる。 Methods for forming a reaction-inhibiting layer on the surface of the positive electrode active material include the sol-gel method, mechanofusion method, CVD method, PVD method, and ALD method.

正極合剤における正極活物質の含有量は、60~98質量%であることが好ましい。 The content of the positive electrode active material in the positive electrode mixture is preferably 60 to 98% by mass.

正極合剤には、導電助剤を含有させることができる。その具体例としては、黒鉛(天然黒鉛、人造黒鉛)、グラフェン、カーボンブラック、カーボンナノファイバー、カーボンナノチューブなどの炭素材料などが挙げられる。なお、例えば活物質にAgSを用いる場合には放電反応の際に導電性のあるAgが生成するため、導電助剤は含有させなくてもよい。正極合剤において導電助剤を含有させる場合には、その含有量は、1~10質量%であることが好ましい。 The positive electrode mixture may contain conductive additives. Specific examples include carbon materials such as graphite (natural graphite, artificial graphite), graphene, carbon black, carbon nanofibers, and carbon nanotubes. However, if Ag₂S is used as the active material, conductive Ag is generated during the discharge reaction, so a conductive additive may not be necessary. When a conductive additive is included in the positive electrode mixture, its content is preferably 1 to 10% by mass.

また、正極合剤にはバインダを含有させることができる。その具体例としては、PVDFなどのフッ素樹脂などが挙げられる。なお、例えば正極合剤に硫化物系固体電解質を含有させる場合(詳しくは後述する)のように、バインダを使用しなくても、正極合剤の成形体を形成する上で良好な成形性が確保できる場合には、正極合剤にはバインダを含有させなくてもよい。 Furthermore, a binder can be included in the positive electrode mixture. Specific examples include fluororesins such as PVDF. However, if good moldability can be ensured in forming the molded positive electrode mixture without using a binder, such as when a sulfide-based solid electrolyte is included in the positive electrode mixture (details will be discussed later), then the binder does not need to be included in the positive electrode mixture.

正極合剤において、バインダを要する場合には、その含有量は、15質量%以下であることが好ましく、また、0.5質量%以上であることが好ましい。他方、正極合剤において、バインダを要しなくても良好な成形性が得られる場合には、その含有量が、0.5質量%以下であることが好ましく、0.3質量%以下であることがより好ましく、0質量%である(すなわち、バインダを含有させない)ことがさらに好ましい。 In the positive electrode mixture, if a binder is required, its content is preferably 15% by mass or less, and more preferably 0.5% by mass or more. On the other hand, if good moldability can be obtained without a binder in the positive electrode mixture, its content is preferably 0.5% by mass or less, more preferably 0.3% by mass or less, and even more preferably 0% by mass (i.e., no binder is included).

正極合剤に含有させる固体電解質は、リチウムイオン伝導性を有していれば特に限定されず、例えば、硫化物系固体電解質、水素化物系固体電解質、ハロゲン化物系固体電解質、酸化物系固体電解質などが使用できる。ただし、負極および固体電解質層の両者が硫化物系固体電解質に含有させない場合には、正極合剤には必ず硫化物系固体電解質を含有させる。 The solid electrolyte included in the positive electrode mixture is not particularly limited as long as it has lithium-ion conductivity; for example, sulfide-based solid electrolytes, hydride-based solid electrolytes, halide-based solid electrolytes, oxide-based solid electrolytes, etc., can be used. However, if neither the negative electrode nor the solid electrolyte layer contains a sulfide-based solid electrolyte, the positive electrode mixture must contain a sulfide-based solid electrolyte.

硫化物系固体電解質としては、LiS-P、LiS-SiS、LiS-P-GeS、LiS-B系ガラスなどが挙げられる他、近年、リチウムイオン伝導性が高いものとして注目されているthio-LISICON型のもの〔Li10GeP12、Li9.54Si1.741.4411.7Cl0.3などの、Li12-12a-b+c+6d-e 3+a-b-c-d 12-e(ただし、MはSi、GeまたはSn、MはPまたはV、MはAl、Ga、YまたはSb、MはZn、Ca、またはBa、MはSまたはSおよびOのいずれかであり、XはF、Cl、BrまたはI、0≦a<3、0≦b+c+d≦3、0≦e≦3〕や、アルジロダイト型のもの〔LiPSClなどの、Li7-f+gPS6-xClx+y(ただし、0.05≦f≦0.9、-3.0f+1.8≦g≦-3.0f+5.7)で表されるもの、Li7-hPS6-hClBr(ただし、h=i+j、0<h≦1.8、0.1≦i/j≦10.0)で表されるものなど〕なども使用することができる。 Examples of sulfide-based solid electrolytes include Li₂S - P₂S₅ , Li₂S - SiS₂ , Li₂S - P₂S₅ - GeS₂ , and Li₂S -B₂S₃- type glasses . In recent years, thio-LiSICON type electrolytes , such as Li₁₀GeP₂S₁₂ , Li₁₀Si₁₄P₁₄S₁₂ , Li₁₀Si₁₄P₁₄S₁₀Cl₀ , etc. , which have attracted attention for their high lithium - ion conductivity . 3 is Al, Ga, Y, or Sb, M; 4 is Zn, Ca, or Ba, M ; 5 is S or S and O, X is F, Cl, Br, or I, 0 ≤ a < 3, 0 ≤ b + c + d ≤ 3, 0 ≤ e ≤ 3], and argyrodite types [such as Li 6 PS 5 Cl, which can be represented as Li 7-f + g PS 6-x Cl x + y (where 0.05 ≤ f ≤ 0.9, -3.0f + 1.8 ≤ g ≤ -3.0f + 5.7), or Li 7-h PS 6-h Cl i Br j (where h = i + j, 0 < h ≤ 1.8, 0.1 ≤ i/j ≤ 10.0)] can also be used.

水素化物系固体電解質としては、例えば、LiBH、LiBHと下記のアルカリ金属化合物との固溶体(例えば、LiBHとアルカリ金属化合物とのモル比が1:1~20:1のもの)などが挙げられる。前記固溶体におけるアルカリ金属化合物としては、ハロゲン化リチウム(LiI、LiBr、LiF、LiClなど)、ハロゲン化ルビジウム(RbI、RbBr、RbF、RbClなど)、ハロゲン化セシウム(CsI、CsBr、CsF、CsClなど)、リチウムアミド、ルビジウムアミドおよびセシウムアミドよりなる群から選択される少なくとも1種が挙げられる。 Examples of hydride-based solid electrolytes include LiBH₄ , solid solutions of LiBH₄ and the alkali metal compounds listed below (for example, those with a molar ratio of LiBH₄ to alkali metal compound of 1:1 to 20:1). Examples of alkali metal compounds in the solid solution include at least one selected from the group consisting of lithium halides (LiI, LiBr, LiF, LiCl, etc.), rubidium halides (RbI, RbBr, RbF, RbCl, etc.), cesium halides (CsI, CsBr, CsF, CsCl, etc.), lithium amide, rubidium amide, and cesium amide.

ハロゲン化物系固体電解質としては、例えば、単斜晶型のLiAlCl、欠陥スピネル型または層状構造のLiInBr、単斜晶型のLi6-3m(ただし、0<m<2かつX=ClまたはBr)などが挙げられ、その他にも例えば国際公開第2020/070958や国際公開第2020/070955に記載の公知のものを使用することができる。 Examples of halide-based solid electrolytes include monoclinic LiAlCl₄ , defective spinel or layered LiInBr₄, and monoclinic Li₆₃mY₂mX₆ (where 0 < m < 2 and X = Cl or Br). Other known electrolytes, such as those described in International Publication Nos. 2020/070958 and 2020/070955, can also be used.

酸化物系固体電解質としては、例えば、ガーネット型のLiLaZr12、NASICON型のLi1+OAl1+OTi2-O(PO、Li1+pAl1+pGe2-p(PO、ペロブスカイト型のLi3qLa2/3-qTiOなどが挙げられる。 Examples of oxide-based solid electrolytes include the garnet -type Li₂₀La₃Zr₂O₁₂ , the NASICON-type Li₁₀O₃Al₁₀O₃Ti₂ -O₂ ( PO₄ ) , Li₁₀pAl₁₀pGe₂ -p ( PO₄ ) , and the perovskite-type Li₃qLa₂ /₃-qTiO₃ .

これらの固体電解質の中でも、リチウムイオン伝導性が高いことから、硫化物系固体電解質が好ましく、LiおよびPを含む硫化物系固体電解質がより好ましく、特にリチウムイオン伝導性が高く、化学的に安定性の高いアルジロダイト型の硫化物系固体電解質がさらに好ましい。 Among these solid electrolytes, sulfide-based solid electrolytes are preferred due to their high lithium-ion conductivity, sulfide-based solid electrolytes containing Li and P are more preferred, and argyrodite-type sulfide-based solid electrolytes, which have particularly high lithium-ion conductivity and high chemical stability, are even more preferred.

なお、固体電解質の平均粒子径は、粒界抵抗軽減の観点から、0.1μm以上であることが好ましく、0.2μm以上であることがより好ましく、一方、活物質と固体電解質との間での十分な接触界面形成の観点から、10μm以下であることが好ましく、5μm以下であることがより好ましい。 Furthermore, from the viewpoint of reducing grain boundary resistance, the average particle size of the solid electrolyte is preferably 0.1 μm or larger, and more preferably 0.2 μm or larger. On the other hand, from the viewpoint of forming a sufficient contact interface between the active material and the solid electrolyte, it is preferably 10 μm or smaller, and more preferably 5 μm or smaller.

正極合剤における固体電解質の含有量は、4~40質量%であることが好ましい。 The solid electrolyte content in the positive electrode mixture is preferably 4 to 40% by mass.

正極に集電体を使用する場合、その集電体としては、アルミニウムやステンレス鋼などの金属の箔、パンチングメタル、網、エキスパンドメタル、発泡メタル;カーボンシート;などを用いることができる。 When using a current collector for the positive electrode, the current collector can be made of metal foil such as aluminum or stainless steel, perforated metal, mesh, expanded metal, foamed metal, or carbon sheets.

正極合剤の成形体は、例えば、正極活物質に、必要に応じて添加される導電助剤、バインダ、固体電解質などを混合して調製した正極合剤を、加圧成形などによって圧縮することで形成することができる。 A molded positive electrode mixture can be formed, for example, by compressing a positive electrode mixture—prepared by mixing a positive electrode active material with conductive additives, binders, solid electrolytes, etc., as needed—by pressure molding or similar methods.

集電体を有する正極の場合には、前記のような方法で形成した正極合剤の成形体を集電体と圧着するなどして貼り合わせることで製造することができる。 In the case of a positive electrode with a current collector, it can be manufactured by bonding a molded positive electrode mixture, formed using the method described above, to the current collector by pressure or other means.

また、前記の正極合剤と溶媒とを混合して正極合剤含有組成物を調製し、これを集電体や正極と対向させる固体電解質層といった基材上に塗布し、乾燥した後にプレス処理を行うことで、正極合剤の成形体を形成してもよい。 Alternatively, a positive electrode mixture may be prepared by mixing the positive electrode mixture with a solvent, and this mixture may be applied to a substrate such as a current collector or a solid electrolyte layer facing the positive electrode. After drying, a press treatment may be performed to form a molded positive electrode mixture.

正極合剤含有組成物の溶媒には、水やN-メチル-2-ピロリドン(NMP)などの有機溶媒を使用することができる。なお、正極合剤含有組成物に固体電解質も含有させる場合の溶媒は、固体電解質を劣化させ難いものを選択することが好ましい。特に、硫化物系固体電解質や水素化物系固体電解質などは、微少量の水分によって化学反応を起こすため、ヘキサン、ヘプタン、オクタン、ノナン、デカン、デカリン、トルエン、キシレンなどの炭化水素溶媒に代表される非極性非プロトン性溶媒を使用することが好ましい。特に、含有水分量を0.001質量%(10ppm)以下とした超脱水溶媒を使用することがより好ましい。また、三井・デュポンフロロケミカル社製の「バートレル(登録商標)」、日本ゼオン社製の「ゼオローラ(登録商標)」、住友3M社製の「ノベック(登録商標)」などのフッ素系溶媒、並びに、ジクロロメタン、ジエチルエーテルなどの非水系有機溶媒を使用することもできる。 For the solvent in the positive electrode mixture-containing composition, organic solvents such as water or N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) can be used. When the positive electrode mixture-containing composition also contains a solid electrolyte, it is preferable to select a solvent that does not easily degrade the solid electrolyte. In particular, since sulfide-based and hydride-based solid electrolytes undergo chemical reactions with even trace amounts of water, it is preferable to use non-polar aprotic solvents such as hydrocarbon solvents like hexane, heptane, octane, nonane, decane, decalin, toluene, and xylene. It is even more preferable to use an ultra-dehydrated solvent with a water content of 0.001% by mass (10 ppm) or less. Furthermore, fluorine-based solvents such as "Bartrell®" from Mitsui DuPont Fluorochemicals, "Zeolora®" from Nippon Zeon Corporation, and "Novec®" from Sumitomo 3M Corporation, as well as non-aqueous organic solvents such as dichloromethane and diethyl ether, can also be used.

正極合剤の成形体は、その密度を高めて空隙率を小さくし、正極の内部抵抗をより低減する観点からは、正極合剤を加圧成形などによって圧縮して成形したものであることが、より好ましい。 From the viewpoint of increasing the density and reducing the porosity, thereby further lowering the internal resistance of the positive electrode, it is more preferable that the positive electrode mixture be molded by compressing it using methods such as pressure molding.

正極合剤の成形体の厚みは、通常は50μm以上であるが、電池の高容量化の観点から、200μm以上であることが好ましい。また、正極合剤の成形体の厚みは、通常、3000μm以下であり、電池の高出力化の観点から、500μm以下であることが好ましい。 The thickness of the molded positive electrode mixture is usually 50 μm or more, but from the viewpoint of increasing battery capacity, it is preferable to have a thickness of 200 μm or more. Furthermore, the thickness of the molded positive electrode mixture is usually 3000 μm or less, but from the viewpoint of increasing battery output, it is preferable to have a thickness of 500 μm or less.

なお、溶媒を含有する正極合剤含有組成物を用いて集電体上に正極合剤の成形体からなる正極合剤層を形成することで製造される正極の場合には、正極合剤層の厚みは、50~1000μmであることが好ましく、電池の高出力化の観点から、500μm以下であることが好ましい。 Furthermore, in the case of a positive electrode manufactured by forming a positive electrode mixture layer on a current collector using a positive electrode mixture-containing composition that includes a solvent, the thickness of the positive electrode mixture layer is preferably 50 to 1000 μm, and from the viewpoint of increasing the output of the battery, it is preferably 500 μm or less.

(負極)
全固体電池の負極は、例えば、負極活物質を含有する負極合剤の成形体、リチウムのシート、またはリチウム合金のシートを有している。
(Negative electrode)
The negative electrode of an all-solid-state battery may have, for example, a molded body of a negative electrode mixture containing a negative electrode active material, a sheet of lithium, or a sheet of lithium alloy.

負極が、負極活物質を含有する負極合剤の成形体を有する場合、負極合剤を成形してなる成形体のみからなるもの(ペレットなど)や、負極合剤の成形体からなる層(負極合剤層)を集電体上に形成してなる構造のものなどが挙げられる。 When the negative electrode has a molded body of a negative electrode mixture containing a negative electrode active material, examples include structures consisting solely of a molded body of the negative electrode mixture (such as pellets), or structures in which a layer of molded negative electrode mixture bodies (negative electrode mixture layer) is formed on the current collector.

負極が負極合剤の成形体を有する場合、その負極活物質としては、例えば、黒鉛などの炭素材料や、Si、Snなどの元素を含む単体、化合物(酸化物など)およびその合金などが挙げられる。また、リチウム金属やリチウム合金(リチウム-アルミニウム合金、リチウム-インジウム合金など)も負極活物質として用いることができる。 When the negative electrode has a molded body of the negative electrode mixture, the negative electrode active material can be, for example, carbon materials such as graphite, or elements such as Si and Sn, including elements, compounds (oxides, etc.), and their alloys. Lithium metal and lithium alloys (lithium-aluminum alloy, lithium-indium alloy, etc.) can also be used as negative electrode active materials.

負極合剤における負極活物質の含有量は、10~99質量%であることが好ましい。 The content of the negative electrode active material in the negative electrode mixture is preferably 10 to 99% by mass.

負極合剤には、導電助剤を含有させることができる。その具体例としては、正極合剤に含有させ得るものとして先に例示した導電助剤と同じものなどが挙げられる。負極合剤における導電助剤の含有量は1~10質量%であることが好ましい。 The negative electrode mixture may contain a conductive additive. Specific examples include the same conductive additives previously exemplified for use in the positive electrode mixture. The content of the conductive additive in the negative electrode mixture is preferably 1 to 10% by mass.

また、負極合剤にはバインダを含有させることができる。その具体例としては、正極合剤に含有させ得るものとして先に例示したバインダと同じものなどが挙げられる。なお、例えば負極合剤に硫化物系固体電解質を含有させる場合(詳しくは後述する)のように、バインダを使用しなくても、負極合剤の成形体を形成する上で良好な成形性が確保できる場合には、負極合剤にはバインダを含有させなくてもよい。 Furthermore, a binder can be included in the negative electrode mixture. Specific examples include the same binders mentioned earlier as those that can be included in the positive electrode mixture. However, if good moldability can be ensured in forming the molded body of the negative electrode mixture without using a binder, such as when a sulfide-based solid electrolyte is included in the negative electrode mixture (details will be discussed later), then the negative electrode mixture does not need to contain a binder.

負極合剤において、バインダを要する場合には、その含有量は、15質量%以下であることが好ましく、また、0.5質量%以上であることが好ましい。他方、負極合剤において、硫化物系固体電解質を含有しているためバインダを要しなくても成形性が得られる場合には、その含有量が、0.5質量%以下であることが好ましく、0.3質量%以下であることがより好ましく、0質量%である(すなわち、バインダを含有させない)ことがさらに好ましい。 In the negative electrode mixture, if a binder is required, its content is preferably 15% by mass or less, and more preferably 0.5% by mass or more. On the other hand, in the negative electrode mixture, if moldability can be obtained without a binder because it contains a sulfide-based solid electrolyte, its content is preferably 0.5% by mass or less, more preferably 0.3% by mass or less, and even more preferably 0% by mass (i.e., no binder is included).

負極合剤の成形体を有する負極においては、負極合剤に固体電解質を含有させる。その具体例としては、正極合剤に含有させ得るものとして先に例示した固体電解質と同じものなどが挙げられる。前記例示の固体電解質の中でも、リチウムイオン伝導性が高く、また、負極合剤の成形性を高める機能を有していることから、硫化物系固体電解質を用いることがより好ましい。なお、正極および固体電解質層の両者に硫化物系固体電解質を含有させない場合には、負極は、負極合剤の成形体を有するものとし、その負極合剤には硫化物系固体電解質を必ず含有させる。 In a negative electrode having a molded negative electrode mixture, the negative electrode mixture contains a solid electrolyte. Specific examples include the same solid electrolytes previously exemplified as those that can be included in the positive electrode mixture. Among the solid electrolytes exemplified above, sulfide-based solid electrolytes are more preferable because they have high lithium-ion conductivity and enhance the moldability of the negative electrode mixture. If sulfide-based solid electrolytes are not included in both the positive electrode and the solid electrolyte layer, the negative electrode shall have a molded negative electrode mixture, and the negative electrode mixture shall always contain a sulfide-based solid electrolyte.

負極合剤における固体電解質の含有量は、4~49質量%であることが好ましい。 The solid electrolyte content in the negative electrode mixture is preferably 4 to 49% by mass.

負極合剤の成形体を有する負極に集電体を用いる場合、その集電体としては、銅製やニッケル製の箔、パンチングメタル、網、エキスパンドメタル、発泡メタル;カーボンシート;などを用いることができる。 When a current collector is used in a negative electrode having a molded negative electrode mixture, the current collector can be made of copper or nickel foil, perforated metal, mesh, expanded metal, foamed metal, carbon sheet, etc.

負極合剤の成形体は、例えば、負極活物質、さらには必要に応じて添加される導電助剤、固体電解質およびバインダなどを混合して調製した負極合剤を、加圧成形などによって圧縮することで形成することができる。負極合剤の成形体のみで構成される負極の場合は、前記の方法により製造することができる。 A molded negative electrode mixture can be formed, for example, by compressing a negative electrode mixture prepared by mixing a negative electrode active material, and optionally added conductive additives, a solid electrolyte, and a binder, using methods such as pressure molding. A negative electrode composed solely of a molded negative electrode mixture can be manufactured by the method described above.

集電体を有する負極の場合には、前記のような方法で形成した負極合剤の成形体を集電体と圧着するなどして貼り合わせることで製造することができる。 In the case of a negative electrode with a current collector, it can be manufactured by bonding a molded negative electrode mixture, formed using the method described above, to the current collector by pressure or other means.

また、集電体を有する負極の場合、負極活物質、さらには必要に応じて添加される導電助剤、固体電解質およびバインダなどを溶媒に分散させた負極合剤含有組成物(ペースト、スラリーなど)を、集電体に塗布し、乾燥した後、必要に応じてカレンダ処理などの加圧成形をして、集電体の表面に負極合剤の成形体(負極合剤層)を形成する方法によっても、製造することができる。 Furthermore, in the case of a negative electrode with a current collector, it can also be manufactured by applying a negative electrode mixture-containing composition (paste, slurry, etc.), which is obtained by dispersing the negative electrode active material, and optionally added conductive additives, solid electrolytes, and binders in a solvent, to the current collector, drying it, and then, if necessary, applying pressure molding such as calendering to form a molded negative electrode mixture (negative electrode mixture layer) on the surface of the current collector.

負極合剤含有組成物の溶媒には、水やNMPなどの有機溶媒を使用することができるが、負極合剤含有組成物に固体電解質も含有させる場合の溶媒は、固体電解質を劣化させ難いものを選択することが望ましく、固体電解質を含有する正極合剤含有組成物用の溶媒として先に例示した各種の溶媒と同じものを使用することが好ましい。 While water and organic solvents such as NMP can be used as solvents for negative electrode mixture-containing compositions, when a solid electrolyte is also included in the negative electrode mixture-containing composition, it is desirable to select a solvent that does not easily degrade the solid electrolyte. Therefore, it is preferable to use the same solvents as those exemplified earlier for positive electrode mixture-containing compositions containing a solid electrolyte.

負極合剤の成形体は、その密度を高めて空隙率を小さくし、負極の内部抵抗をより低減する観点からは、負極合剤を加圧成形などによって圧縮して成形したものであることが、より好ましい。 From the viewpoint of increasing the density and reducing the porosity, thereby further lowering the internal resistance of the negative electrode, it is more preferable that the negative electrode mixture be molded by compressing it using methods such as pressure molding.

負極合剤の成形体の厚みは、通常は50μm以上であるが、電池の高容量化の観点から、200μm以上であることが好ましい。また、負極合剤の成形体の厚みは、通常、3000μm以下であり、電池の高出力化の観点から、500μm以下であることが好ましい。 The thickness of the molded negative electrode mixture is usually 50 μm or more, but from the viewpoint of increasing battery capacity, it is preferable to have a thickness of 200 μm or more. Furthermore, the thickness of the molded negative electrode mixture is usually 3000 μm or less, but from the viewpoint of increasing battery output, it is preferable to have a thickness of 500 μm or less.

なお、溶媒を含有する負極合剤含有組成物を用いて集電体上に負極合剤の成形体からなる負極合剤層を形成することで製造される負極の場合には、負極合剤層の厚みは、50~1000μmであることが好ましく、電池の高出力化の観点から、500μm以下であることが好ましい。 Furthermore, in the case of a negative electrode manufactured by forming a negative electrode mixture layer on a current collector using a negative electrode mixture-containing composition that contains a solvent, the thickness of the negative electrode mixture layer is preferably 50 to 1000 μm, and from the viewpoint of increasing the output of the battery, it is preferably 500 μm or less.

リチウムのシートまたはリチウム合金のシートを有する負極の場合、これらのシートのみからなるものや、これらのシートが集電体と貼り合されてなるものが使用される。 In the case of a negative electrode having a lithium sheet or a lithium alloy sheet, either those consisting solely of these sheets or those in which these sheets are bonded to a current collector are used.

リチウム合金に係る合金元素としては、アルミニウム、鉛、ビスマス、インジウム、ガリウムなどが挙げられるが、アルミニウムやインジウムが好ましい。リチウム合金における合金元素の割合(合金元素を複数種含む場合は、それらの合計割合)は、50原子%以下であることが好ましい(この場合、残部はリチウムおよび不可避不純物である)。 Examples of alloying elements in lithium alloys include aluminum, lead, bismuth, indium, and gallium, but aluminum and indium are preferred. The proportion of alloying elements in the lithium alloy (the total proportion if multiple alloying elements are included) is preferably 50 atomic percent or less (in this case, the remainder is lithium and unavoidable impurities).

また、リチウム合金のシートを有する負極の場合、金属リチウム箔などで構成されるリチウム層(リチウムを含む層)の表面にリチウム合金を形成するための合金元素を含む層を圧着するなどして積層した積層体を使用し、この積層体を電池内で固体電解質と接触させることで、前記リチウム層の表面にリチウム合金を形成させて負極とすることもできる。このような負極の場合、リチウム層の片面のみに合金元素を含む層を有する積層体を用いてもよく、リチウム層の両面に合金元素を含む層を有する積層体を用いてもよい。前記積層体は、例えば、金属リチウム箔と合金元素で構成された箔とを圧着することで形成することができる。 Furthermore, in the case of a negative electrode having a lithium alloy sheet, a laminate can be used in which a layer containing alloying elements for forming a lithium alloy is laminated by pressing a layer containing alloying elements for forming a lithium alloy onto the surface of a lithium layer (a layer containing lithium) made of metallic lithium foil or the like. This laminate can then be brought into contact with a solid electrolyte within the battery to form a lithium alloy on the surface of the lithium layer, thus creating the negative electrode. In such a negative electrode, a laminate with a layer containing alloying elements on only one side of the lithium layer may be used, or a laminate with layers containing alloying elements on both sides of the lithium layer may be used. The laminate can be formed, for example, by pressing a metallic lithium foil and a foil composed of alloying elements together.

また、電池内でリチウム合金を形成して負極とする場合にも集電体を使用することができ、例えば、負極集電体の片面にリチウム層を有し、かつリチウム層の負極集電体とは反対側の面に合金元素を含む層を有する積層体を用いてもよく、負極集電体の両面にリチウム層を有し、かつ各リチウム層の負極集電体とは反対側の面に合金元素を含む層を有する積層体を用いてもよい。負極集電体とリチウム層(金属リチウム箔)とは、圧着などにより積層すればよい。 Furthermore, a current collector can also be used when a lithium alloy is formed within the battery to serve as the negative electrode. For example, a laminate may be used in which a lithium layer is present on one side of the negative electrode current collector, and a layer containing an alloying element is present on the side of the lithium layer opposite the negative electrode current collector. Alternatively, a laminate may be used in which lithium layers are present on both sides of the negative electrode current collector, and a layer containing an alloying element is present on the side of each lithium layer opposite the negative electrode current collector. The negative electrode current collector and the lithium layer (metallic lithium foil) can be laminated by methods such as compression bonding.

負極とするための前記積層体に係る前記合金元素を含む層には、例えば、これらの合金元素で構成された箔などが使用できる。前記合金元素を含む層の厚みは、1μm以上であることが好ましく、3μm以上であることがより好ましく、20μm以下であることが好ましく、12μm以下であることがより好ましい。 For the layer containing the alloying elements in the laminate used as the negative electrode, for example, a foil composed of these alloying elements can be used. The thickness of the layer containing the alloying elements is preferably 1 μm or more, more preferably 3 μm or more, preferably 20 μm or less, and more preferably 12 μm or less.

負極とするための前記積層体に係るリチウム層には、例えば、金属リチウム箔などを用いることができる。リチウム層の厚みは、0.1~1.5mmであることが好ましい。また、リチウムまたはリチウム合金のシートを有する負極に係る前記シートの厚みも、0.1~1.5mmであることが好ましい。 For the lithium layer in the laminate used as the negative electrode, for example, metallic lithium foil can be used. The thickness of the lithium layer is preferably 0.1 to 1.5 mm. Furthermore, the thickness of the sheet in the negative electrode, which has a sheet of lithium or a lithium alloy, is also preferably 0.1 to 1.5 mm.

また、リチウムのシートまたはリチウム合金のシートを有する負極が集電体を有する場合、その集電体には、負極合剤の成形体を有する負極に使用可能なものとして先に例示した集電体と同じものが使用できる。 Furthermore, if the negative electrode having a lithium sheet or lithium alloy sheet has a current collector, the same current collector as previously exemplified for use with a negative electrode having a molded negative electrode mixture can be used.

(固体電解質層)
正極と負極との間に介在させる固体電解質層を構成する固体電解質には、正極に使用し得るものとして先に例示した各種の硫化物系固体電解質、水素化物系固体電解質、ハロゲン化物系固体電解質および酸化物系固体電解質のうちの1種または2種以上を使用することができる。ただし、電池特性をより優れたものとするためには、硫化物系固体電解質を含有させることが望ましく、アルジロダイト型の硫化物系固体電解質を含有させることがより望ましい。そして、正極および固体電解質層の両者に、硫化物系固体電解質を含有させることがさらに望ましく、アルジロダイト型の硫化物系固体電解質を含有させることがさらに望ましい。なお、正極および負極の両者に硫化物系固体電解質を含有させない場合には、固体電解質層には、必ず硫化物系固体電解質を含有させる。
(Solid electrolyte layer)
The solid electrolyte constituting the solid electrolyte layer interposed between the positive and negative electrodes can be one or more of the various sulfide-based solid electrolytes, hydride-based solid electrolytes, halide-based solid electrolytes, and oxide-based solid electrolytes exemplified above as suitable for use in the positive electrode. However, to improve battery characteristics, it is desirable to include a sulfide-based solid electrolyte, and more preferably an argyrodite-type sulfide-based solid electrolyte. Furthermore, it is even more desirable to include a sulfide-based solid electrolyte in both the positive electrode and the solid electrolyte layer, and even more preferably an argyrodite-type sulfide-based solid electrolyte. If a sulfide-based solid electrolyte is not included in both the positive and negative electrodes, the solid electrolyte layer must contain a sulfide-based solid electrolyte.

固体電解質層は、樹脂製の不織布などの多孔質体を支持体として有していてもよい。 The solid electrolyte layer may have a porous material, such as a resin nonwoven fabric, as a support.

固体電解質層は、固体電解質を加圧成形などによって圧縮する方法;固体電解質を溶媒に分散させて調製した固体電解質層形成用組成物を基材や正極、負極の上に塗布して乾燥し、必要に応じてプレス処理などの加圧成形を行う方法;などで形成することができるが、前記の固体電解質を圧縮する方法を採用することがより好ましい。 The solid electrolyte layer can be formed by methods such as compressing the solid electrolyte by pressure molding; or by applying a solid electrolyte layer-forming composition, prepared by dispersing the solid electrolyte in a solvent, onto a substrate, positive electrode, or negative electrode, drying it, and then performing pressure molding such as a press treatment as needed. However, employing the method of compressing the solid electrolyte is more preferable.

固体電解質層形成用組成物に使用する溶媒は、固体電解質を劣化させ難いものを選択することが望ましく、固体電解質を含有する正極合剤含有組成物用の溶媒として先に例示した各種の溶媒と同じものを使用することが好ましい。 When selecting a solvent for a composition that forms a solid electrolyte layer, it is desirable to choose one that does not easily degrade the solid electrolyte. It is preferable to use the same solvents as those previously exemplified for the solvent used in the positive electrode mixture composition containing the solid electrolyte.

固体電解質層の厚みは、100~400μmであることが好ましい。 The thickness of the solid electrolyte layer is preferably 100 to 400 μm.

(電極体)
正極と負極とは、固体電解質層を介して積層した電極体(電極積層体)の形態で、電池に用いられる。電極体は、正極および負極、さらには固体電解質層を、それぞれ複数有していてもよい。
(electrode body)
The positive and negative electrodes are used in batteries in the form of an electrode body (electrode stack) in which solid electrolyte layers are stacked. The electrode body may have multiple positive electrodes, multiple negative electrodes, and multiple solid electrolyte layers.

なお、電極体を形成するに際しては、正極と負極と固体電解質層とを積層した状態で加圧成形することが、電極体の機械的強度を高めたり、内部抵抗を低減したりする観点から好ましい。 Furthermore, when forming the electrode body, it is preferable to pressure-molde the positive electrode, negative electrode, and solid electrolyte layer in a stacked state, from the viewpoint of increasing the mechanical strength of the electrode body and reducing its internal resistance.

(外装体)
全固体電池の外装体には、例えば、図1に示すような外装缶と封口缶とを有する電池容器からなるものが使用される。すなわち、このような電池容器を外装体とする全固体電池は、コイン形(ボタン形)電池となる。
(Exterior body)
The casing of an all-solid-state battery may consist of a battery container having an outer casing and a sealed casing, as shown in Figure 1. In other words, an all-solid-state battery with such a battery container as its casing is a coin-type (button-type) battery.

全固体電池の外装体が外装缶と封口缶とを有する電池容器の場合、図1に示すように、外装缶と封口缶とをガスケットを介してカシメ封口したものが挙げられるほか、外装缶と封口缶とを、樹脂で接着したものも例示できる。 In the case of a solid-state battery whose casing consists of an outer casing and a sealing casing, as shown in Figure 1, examples include a design where the outer casing and sealing casing are crimped together via a gasket, and another example where the outer casing and sealing casing are bonded together with resin.

外装缶および封口缶にはステンレス鋼製のものなどが使用できる。また、ガスケットの素材には、ポリプロピレン、ナイロンなどを使用できるほか、電池の用途との関係で耐熱性が要求される場合には、テトラフルオロエチレン-パーフルオロアルコキシエチレン共重合体(PFA)などのフッ素樹脂、ポリフェニレンエーテル(PEE)、ポリスルフォン(PSF)、ポリアリレート(PAR)、ポリエーテルスルフォン(PES)、ポリフェニレンスルフィド(PPS)、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)などの融点が240℃を超える耐熱樹脂を使用することもできる。また、電池が耐熱性を要求される用途に適用される場合、その封口には、ガラスハーメチックシールを利用することもできる。 Stainless steel can be used for the outer casing and sealing can. For the gasket material, polypropylene, nylon, etc., can be used. Furthermore, if heat resistance is required due to the battery's application, fluororesins such as tetrafluoroethylene-perfluoroalkoxyethylene copolymer (PFA), and heat-resistant resins with melting points exceeding 240°C, such as polyphenylene ether (PEE), polysulfone (PSF), polyarylate (PAR), polyethersulfone (PES), polyphenylene sulfide (PPS), and polyetheretherketone (PEEK), can also be used. Additionally, when the battery is applied to an application requiring heat resistance, a glass hermetic seal can be used for the sealing.

外装缶と封口缶とを有する電池容器からなる外装体の平面視での形状は、円形でもよく、四角形(正方形・長方形)などの多角形であってもよい。また、多角形の場合には、その角を曲線状としていてもよい。なお、外装体の平面視での形状を四角形などの多角形とし、電極体の平面視での形状を円形とした場合には、例えば、外装缶の平面視での形状を円形とした場合に比べて、電極体と外装缶の内面との間の空隙部分の容積を大きくでき、より多くの硫化水素吸着剤を収容することが可能となることから、硫化水素による特性低下を抑制する作用をさらに高める効果が期待できる。 The shape of the battery container's exterior, comprising an outer casing and a sealing casing, in plan view may be circular or polygonal (such as a square or rectangle). In the case of a polygon, the corners may be curved. Furthermore, if the exterior's shape in plan view is polygonal (such as a square) and the electrode's shape in plan view is circular, for example, compared to a case where the outer casing's shape in plan view is circular, the volume of the void between the electrode and the inner surface of the outer casing can be increased, allowing for the inclusion of more hydrogen sulfide adsorbent. This is expected to further enhance the effect of suppressing performance degradation due to hydrogen sulfide.

さらに、全固体電池の外装体には、アルミニウムラミネートフィルムなどの金属ラミネートフィルムで構成されたラミネートフィルム外装体を使用することもできる。また、前記のようなセラミックス製の容器で構成され、ニッケルおよびコバルトを含む鉄基合金の板を用いて溶接した封止構造を有する外装体を、全固体電池に使用することも可能である。 Furthermore, the casing of the all-solid-state battery can also be made of a laminate film, such as an aluminum laminate film. Alternatively, an casing composed of a ceramic container, with a sealing structure welded using plates of an iron-based alloy containing nickel and cobalt, can also be used for the all-solid-state battery.

本発明の全固体電池は、従来から知られている一次電池や二次電池と同様の用途に適用し得るが、有機電解液に代えて固体電解質を有していることから耐熱性に優れており、高温に曝されるような用途に好ましく使用することができる。 The all-solid-state battery of the present invention can be applied to the same uses as conventional primary and secondary batteries, but because it has a solid electrolyte instead of an organic electrolyte, it has excellent heat resistance and can be preferably used in applications exposed to high temperatures.

以下、実施例に基づいて本発明を詳細に述べる。ただし、下記実施例は、本発明を制限するものではない。 The present invention will be described in detail below based on examples. However, the following examples are not intended to limit the present invention.

(実施例1)
平均粒子径が2μmのチタン酸リチウム(LiTi12、負極活物質)と、平均粒子径が0.7μmの硫化物系固体電解質(LiPSCl)と、グラフェン(導電助剤)とを、質量比が50:41:9となる割合で混合して負極合剤を調製した。
(Example 1)
A negative electrode mixture was prepared by mixing lithium titanate (Li₄Ti₅O₁₂ , negative electrode active material) with an average particle size of 2 μm, a sulfide-based solid electrolyte ( Li₆PS₅Cl ) with an average particle size of 0.7 μm, and graphene (conductive additive) in a mass ratio of 50:41:9.

また、表面にLiNbOの被覆層が形成された平均粒子径が5μmのLiCoO(正極活物質)と、平均粒子径が3μmの硫化物系固体電解質(LiPSCl)と、カーボンブラックおよび気相成長炭素繊維(VGCF)とを、質量比が70:26.8:1.1:2.1となる割合で混合して正極合剤を調製した。 Furthermore, a positive electrode mixture was prepared by mixing LiCoO2 (positive electrode active material) with an average particle size of 5 μm and a LiNbO3 coating layer formed on its surface, a sulfide-based solid electrolyte ( Li6PS5Cl ) with an average particle size of 3 μm, carbon black, and vapor-grown carbon fibers (VGCF) in a mass ratio of 70:26.8:1.1:2.1.

次に、平均粒子径が0.7μmの硫化物系固体電解質(LiPSCl)の粉末を粉末成形金型に入れ、プレス機を用いて低圧で加圧成形を行い、固体電解質層の仮成形層を形成した。さらに、固体電解質層の仮成形層の上面に、前記負極合剤を配置して低圧で加圧成形を行い、固体電解質層の仮成形層の上に、さらに負極の仮成形層を形成した。 Next, a sulfide-based solid electrolyte powder ( Li₆PS₅Cl ) with an average particle size of 0.7 μm was placed in a powder molding die, and pressure molding was performed at low pressure using a press to form a preliminary layer of the solid electrolyte. Furthermore, the negative electrode mixture was placed on the upper surface of the preliminary layer of the solid electrolyte and pressure molding was performed at low pressure to form another preliminary layer of the negative electrode on top of the preliminary layer of the solid electrolyte.

さらに、前記金型を上下反転させた後、金型内の固体電解質層の仮成形層の上面(負極の仮成形層を有する面の反対側)に前記正極合剤を配置し、全体を1300MPa(13tf/cm)の面圧で加圧成形を行うことにより、負極と固体電解質層と正極とが一体化された1.57mmの厚みを有する電極積層体を得た。 Furthermore, after inverting the mold, the positive electrode mixture was placed on the upper surface of the pre-formed solid electrolyte layer inside the mold (the side opposite to the surface with the pre-formed negative electrode layer), and the entire assembly was pressure-molded at a surface pressure of 1300 MPa (13 tf/ cm² ) to obtain an electrode laminate with a thickness of 1.57 mm in which the negative electrode, solid electrolyte layer, and positive electrode were integrated.

次に、ステンレス鋼製の封口缶とステンレス鋼製の外装缶とをポリフェニレンスルフィド製のガスケットを介してかしめ封口し、内部に前記電極積層体を封入することにより、図1に示すものと同様の構造のコイン形の全固体電池を作製した。 Next, a coin-shaped all-solid-state battery with a structure similar to that shown in Figure 1 was fabricated by crimping and sealing a stainless steel sealing can and a stainless steel outer can with a polyphenylene sulfide gasket, and then enclosing the electrode stack inside.

なお、前記電極積層体を封入する際に、電極積層体の周囲の隙間(電極積層体と、封口缶およびガスケットの内面との間)に、平均粒子径が1μmの粒子状のZn含有のハイドロタルサイト(硫化水素吸着剤):0.4mgを充填した後に封止を行った。Zn含有のハイドロタルサイトの質量は、電極積層体の質量の20%であった。 Furthermore, when sealing the electrode stack, 0.4 mg of particulate hydrotalcite (hydrogen sulfide adsorbent) containing Zn with an average particle size of 1 μm was filled into the gaps around the electrode stack (between the electrode stack and the inner surfaces of the sealing can and gasket) before sealing. The mass of the Zn-containing hydrotalcite was 20% of the mass of the electrode stack.

また、図示はしていないが、正極と外装缶および負極と封口缶の間には、それぞれ厚みが約0.1mmのカーボンシートを挿入した。 Furthermore, although not shown in the diagram, a carbon sheet approximately 0.1 mm thick was inserted between the positive electrode and the outer casing, and between the negative electrode and the sealing casing.

(比較例1)
電極積層体の周囲の隙間に、Zn含有のハイドロタルサイトを充填せずに封止を行った以外は、実施例1と同様にしてコイン形の全固体電池を作製した。
(Comparative Example 1)
A coin-shaped all-solid-state battery was fabricated in the same manner as in Example 1, except that the gaps around the electrode stack were sealed without filling them with Zn-containing hydrotalcite.

実施例1および比較例1の全固体電池について、下記の方法で高温貯蔵前後での内部抵抗の上昇の程度を評価した。 The degree of increase in internal resistance before and after high-temperature storage was evaluated for the all-solid-state batteries of Example 1 and Comparative Example 1 using the following method.

実施例および比較例の電池各10個に対し、充放電を行った後、1kHzの交流を印加して電池の内部抵抗を測定し、10個の電池の平均値を求めた。次に各電池を、温度60℃、相対湿度90%に調節した恒温槽中で30日間保持し、その後取り出して室温まで放冷させてから、1kHzの交流を印加して高温貯蔵後の電池の内部抵抗を測定し、10個の電池の平均値を求めた。そして、高温貯蔵後の電池の内部抵抗と貯蔵前の電池の内部抵抗との差(内部抵抗の上昇分)を求めて、高温貯蔵前後での内部抵抗の上昇の程度を比較した。 For each of the 10 batteries in the examples and comparative examples, after charging and discharging, the internal resistance of the batteries was measured by applying a 1 kHz AC current, and the average value of the 10 batteries was calculated. Next, each battery was kept in a constant temperature chamber adjusted to 60°C and 90% relative humidity for 30 days. After removal and cooling to room temperature, the internal resistance of the batteries after high-temperature storage was measured by applying a 1 kHz AC current, and the average value of the 10 batteries was calculated. Then, the difference between the internal resistance of the batteries after high-temperature storage and the internal resistance of the batteries before storage (the increase in internal resistance) was calculated, and the degree of increase in internal resistance before and after high-temperature storage was compared.

高温多湿の環境下で電池が保管されることにより、電池封止部分から侵入する水分により固体電解質が反応して電池の内部抵抗が上昇する。一般的に亜鉛を用いて硫化水素を吸着する場合、水分が発生するが、実施例1の電池では、内部の空隙部分に配置したZn含有のハイドロタルサイトからなる硫化水素吸着剤により、硫化水素を吸着することができ、さらに、水分も吸着することができる。これにより、固体電解質と水分との反応を抑制することもでき、内部抵抗の上昇を低減することができた。 When batteries are stored in high-temperature and high-humidity environments, moisture entering through the battery's encapsulation causes a reaction in the solid electrolyte, increasing the battery's internal resistance. Generally, when zinc is used to adsorb hydrogen sulfide, moisture is generated. However, in the battery of Example 1, a hydrogen sulfide adsorbent made of Zn-containing hydrotalcite, placed in the internal voids, can adsorb both hydrogen sulfide and moisture. This suppresses the reaction between the solid electrolyte and moisture, thereby reducing the increase in internal resistance.

1 全固体電池
2 電極積層体
21 正極
22 負極
23 固体電解質層
3 外装缶
4 封口缶
5 ガスケット
6 硫化水素吸着剤
1. All-solid-state battery 2. Electrode stack 21. Positive electrode 22. Negative electrode 23. Solid electrolyte layer 3. Outer casing 4. Sealing casing 5. Gasket 6. Hydrogen sulfide adsorbent

Claims (4)

正極、負極および固体電解質層を有する電極体と、前記電極体を封入する外装体とを有する全固体電池であって、
前記正極、前記負極および前記固体電解質層のうちの少なくとも1つは、硫化物系固体電解質を含有し、
前記電極体と前記外装体の内面との間に空隙部分を有し、前記空隙部分に硫化水素吸着剤が配置されており、
前記硫化水素吸着剤の質量が、前記電極体の質量の10%以上であることを特徴とする全固体電池。
A solid-state battery comprising an electrode body having a positive electrode, a negative electrode, and a solid electrolyte layer, and an outer casing enclosing the electrode body,
At least one of the positive electrode, the negative electrode, and the solid electrolyte layer contains a sulfide-based solid electrolyte.
A void is provided between the electrode body and the inner surface of the outer casing, and a hydrogen sulfide adsorbent is placed in the void.
A solid-state battery characterized in that the mass of the hydrogen sulfide adsorbent is 10% or more of the mass of the electrode body .
前記硫化水素吸着剤として、Zn含有のハイドロタルサイトを有する請求項1に記載の全固体電池。 The all-solid-state battery according to claim 1, wherein the hydrogen sulfide adsorbent is Zn-containing hydrotalcite. 前記硫化水素吸着剤は、平均粒子径が0.3~1μmの粒子状である請求項1または2に記載の全固体電池。 The all-solid-state battery according to claim 1 or 2 , wherein the hydrogen sulfide adsorbent is in the form of particulate matter with an average particle diameter of 0.3 to 1 μm. 前記電極体がペレット状で、コイン形の外装体の内部に封入されており、
前記硫化水素吸着剤が、前記電極体の径方向における周囲に配置されている請求項1~のいずれかに記載の全固体電池。
The electrode body is pellet-shaped and sealed inside a coin-shaped outer casing.
The all-solid-state battery according to any one of claims 1 to 3 , wherein the hydrogen sulfide adsorbent is arranged around the electrode body in the radial direction.
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