JP2013127873A - Solid-state battery negative electrode and solid-state battery - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、固体電池用負極、及び固体電池に関する。 The present invention relates to a negative electrode for a solid battery and a solid battery.
例えば特許文献1〜4に開示されるように、リチウムイオン二次電池として、固体電解質を用いた固体電池が知られている。このような固体電池は、固体電解質を含む電解質層と、電解質層の両面に形成される電極(正極及び負極)と、各電極に接合される集電部材とを備える。固体電池では、電解質として固体電解質が使用され、各電極にも固体電解質が混合されているのが一般的である。 For example, as disclosed in Patent Documents 1 to 4, a solid battery using a solid electrolyte is known as a lithium ion secondary battery. Such a solid battery includes an electrolyte layer containing a solid electrolyte, electrodes (positive electrode and negative electrode) formed on both surfaces of the electrolyte layer, and a current collecting member joined to each electrode. In a solid battery, a solid electrolyte is generally used as an electrolyte, and a solid electrolyte is also mixed in each electrode.
固体電池を製造する方法としては、円筒形の容器に各層を構成する材料粉を順次挿入し、圧粉成型し、容器の両端を集電部材で塞ぐという方法、即ち圧粉成型による製造方法が知られている。しかし、圧粉成型による製造方法では、電極面積(電極が電解質層に接触する面積)の大きさに応じた容器及び加圧装置を用意する必要があるので、電極面積を大きくするのが困難であった。このため、圧粉成型による製造方法では、近年要求されている固体電池の高容量化に対応することが出来なかった。 As a method for manufacturing a solid battery, there is a method in which material powders constituting each layer are sequentially inserted into a cylindrical container, compacted, and both ends of the container are closed with current collecting members, that is, a compacted manufacturing method. Are known. However, in the manufacturing method by compacting, it is necessary to prepare a container and a pressurizing device according to the size of the electrode area (area where the electrode contacts the electrolyte layer), so it is difficult to increase the electrode area. there were. For this reason, the manufacturing method by compacting cannot cope with the increase in capacity of solid batteries which has been required in recent years.
そこで、他の製造方法として、各層の材料粉、結着剤、及び溶媒を混合することで各層の塗工液を形成し、この塗工液を集電部材上に順次塗工、乾燥することで積層体を形成し、この積層体を圧延する方法、即ち塗工による製造方法が提案されている。塗工による製造方法であれば、電極及び電解質層の塗工面積を大きくする等の処理を行うだけで、電極面積を大きくすることができるので、電極面積を容易に大きくすることができる。 Therefore, as another manufacturing method, the material powder, the binder, and the solvent of each layer are mixed to form a coating solution for each layer, and this coating solution is sequentially applied on the current collecting member and dried. A method of forming a laminate and rolling the laminate, that is, a manufacturing method by coating has been proposed. If it is the manufacturing method by coating, since an electrode area can be enlarged only by performing the process of enlarging the coating area of an electrode and an electrolyte layer, an electrode area can be enlarged easily.
ところで、塗工による製造方法では、固体電解質が硫化物系固体電解質のように高い反応性を有するものである場合に、固体電池の特性が悪化してしまうという問題があった。具体的には、硫化物系固体電解質は非水電解液を電解質とするリチウムイオン二次電池の電極で使用される結着剤や溶媒と反応することによって劣化してしまう。このため、従来では、非極性の結着剤を用いて負極を生成していた。 By the way, in the manufacturing method by coating, when the solid electrolyte has a high reactivity like the sulfide-based solid electrolyte, there is a problem that the characteristics of the solid battery are deteriorated. Specifically, the sulfide-based solid electrolyte is deteriorated by reacting with a binder or a solvent used in an electrode of a lithium ion secondary battery using a non-aqueous electrolyte as an electrolyte. For this reason, conventionally, the negative electrode was produced using a nonpolar binder.
しかし、非極性の結着剤では、負極と集電部材とが十分に結着しないので、圧延時等に集電部材が負極から剥離してしまうという問題があった。 However, since the non-polar binder does not sufficiently bind the negative electrode and the current collecting member, there is a problem that the current collecting member peels from the negative electrode during rolling or the like.
なお、特許文献2、3に開示された技術では、負極に固体電解質が含まれない。しかし、これらの技術では、負極の材料が金属箔に限定されるので、負極の材料が制限されるという上記の問題を根本的に解決することができなかった。さらに、これらの技術でも、集電部材と負極との結着性がなお不十分であった。
In the techniques disclosed in
そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、集電部材及び電解質層に強固に結着することが可能な新規かつ改良された固体電池用負極、及び固体電池用負極を使用した固体電池を提供することにある。 Therefore, the present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is for a new and improved solid battery that can be firmly bonded to a current collecting member and an electrolyte layer. An object of the present invention is to provide a solid battery using a negative electrode and a negative electrode for a solid battery.
上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、固体電解質を含む電解質層に結着し、固体電解質に対して不活性な第1の結着剤、負極集電部材への結着性が第1の結着剤よりも優れた第2の結着剤、及び負極活物質を含むことを特徴とする、固体電池用負極が提供される。 In order to solve the above-described problem, according to one aspect of the present invention, a first binder that is bound to an electrolyte layer containing a solid electrolyte and is inert to the solid electrolyte is bound to a negative electrode current collector. A negative electrode for a solid battery is provided, comprising a second binder having better adhesion than the first binder, and a negative electrode active material.
この観点によれば、第1の結着剤が電解質層に結着し、第2の結着剤が負極集電部材に結着するので、固体電池用負極は負極集電部材及び電解質層に強固に結着することができる。 According to this aspect, since the first binder is bound to the electrolyte layer and the second binder is bound to the negative electrode current collecting member, the solid battery negative electrode is attached to the negative electrode current collecting member and the electrolyte layer. It can be firmly bound.
ここで、負極活物質は、黒鉛系活物質であってもよい。 Here, the negative electrode active material may be a graphite-based active material.
この観点によれば、固体電池用負極内で第2の結着剤と硫化物系固体電解質とが反応しても、固体電池の劣化が防止される。 According to this aspect, even when the second binder and the sulfide solid electrolyte react in the solid battery negative electrode, the deterioration of the solid battery is prevented.
また、第1の結着剤は、極性官能基を有しない非極性樹脂で構成されていてもよい。 Moreover, the 1st binder may be comprised with the nonpolar resin which does not have a polar functional group.
この観点によれば、第1の結着剤は、極性官能基を有しない非極性樹脂で構成されているので、電解質層により強固に結着することができる。 According to this aspect, since the first binder is composed of a nonpolar resin having no polar functional group, the first binder can be firmly bound to the electrolyte layer.
また、第2の結着剤は、極性官能基を有する極性官能基含有樹脂で構成されていてもよい。 The second binder may be composed of a polar functional group-containing resin having a polar functional group.
この観点によれば、第2の結着剤は、極性官能基を有する極性官能基含有樹脂で構成されているので、負極集電部材により強固に結着することができる。 According to this aspect, since the second binder is composed of a polar functional group-containing resin having a polar functional group, it can be firmly bound by the negative electrode current collector.
また、本発明の他の観点によれば、上記の固体電池用負極と、固体電解質及び電解質層結着剤を含む電解質層と、を含むことを特徴とする、固体電池が提供される。 According to another aspect of the present invention, there is provided a solid state battery comprising the above negative electrode for a solid state battery and an electrolyte layer containing a solid electrolyte and an electrolyte layer binder.
この観点によれば、固体電池用負極は負極集電部材及び電解質層に強固に結着するので、固体電池の特性が向上する。 According to this aspect, since the solid battery negative electrode is firmly bound to the negative electrode current collector and the electrolyte layer, the characteristics of the solid battery are improved.
ここで、電解質層結着剤は、第1の結着剤を含んでいてもよい。 Here, the electrolyte layer binder may contain a first binder.
この観点によれば、固体電池用負極内の第1の結着剤は、電解質層により強固に結着する。 According to this aspect, the first binder in the negative electrode for a solid battery is firmly bound by the electrolyte layer.
また、固体電解質は、硫化物系固体電解質であってもよい。 Further, the solid electrolyte may be a sulfide-based solid electrolyte.
この観点によれば、硫化物系固体電解質を含む固体電池の特性を向上させることができる。 According to this viewpoint, the characteristics of the solid battery including the sulfide-based solid electrolyte can be improved.
以上説明したように本発明によれば、第1の結着剤が電解質層に結着し、第2の結着剤が負極集電部材に結着するので、固体電池用負極は負極集電部材及び電解質層に強固に結着することができる。 As described above, according to the present invention, since the first binder is bound to the electrolyte layer and the second binder is bound to the negative electrode current collector, the negative electrode for the solid battery is the negative electrode current collector. It can be firmly bound to the member and the electrolyte layer.
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
<1.固体電池の構成>
まず、図1に基づいて、本実施形態に係る固体電池1の構成について説明する。固体電池1は、正極集電部材2、接着層3、正極層4、電解質層5、負極層6、負極集電帯7を備える。正極層3及び正極層4により固体電池1の正極10が構成される。また、負極層6が固体電池1の負極20を構成する。なお、固体電池1は、接着層3は含んでいなくてもよい。
Exemplary embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings. In addition, in this specification and drawing, about the component which has the substantially same function structure, duplication description is abbreviate | omitted by attaching | subjecting the same code | symbol.
<1. Structure of solid battery>
First, based on FIG. 1, the structure of the solid battery 1 which concerns on this embodiment is demonstrated. The solid battery 1 includes a positive electrode
正極集電部材2は、導電体であればどのようなものでも良く、例えば、アルミニウム、ステンレス鋼、及びニッケルメッキ鋼等で構成される。
The positive electrode
接着層3は、正極集電部材2と正極層4とを結着する。接着層3は、接着層導電性物質、第1の結着剤、及び第2の結着剤を含む。接着層導電性物質は、例えばケッチェンブラック、アセチレンブラック等のカーボンブラック、グラファイト、天然黒鉛、人造黒鉛等であるが、接着層3の導電性を高めるためのものであれば特に制限されず、単独で使用しても複数を混合しても良い。
The adhesive layer 3 binds the positive electrode
第1の結着剤は、例えば、極性官能基を有しない非極性樹脂である。したがって、第1の結着剤は、反応性の高い固体電解質、特に硫化物系固体電解質に対して不活性である。硫化物径固体電解質は、酸類、アルコール類、アミン類、エーテル類等に対して活性であることがしられている。第1の結着剤は、正極層4と結着する。ここで、正極層4に第1の結着剤が含まれる場合、接着層3内の第1の結着剤は、接着層3と正極層4との界面を通じて正極層4内の第1の結着剤と相互拡散することで、正極層4と強固に結着する。したがって、正極層4には、第1の結着剤が含まれることが好ましい。
The first binder is, for example, a nonpolar resin having no polar functional group. Therefore, the first binder is inactive to highly reactive solid electrolytes, particularly sulfide-based solid electrolytes. The sulfide size solid electrolyte is considered to be active against acids, alcohols, amines, ethers and the like. The first binder is bound to the
第1の結着剤としては、例えば、SBS(スチレンブタジエンブロック重合体)、SEBS(スチレンエチレンブタジエンスチレンブロック重合体)、スチレン−スチレンブタジエン−スチレンブロック重合体等のスチレン系熱可塑性エラストマー類、SBR(スチレンブタジエンゴム)、BR(ブタジエンゴム)、NR(天然ゴム)、IR(イソプレンゴム)、EPDM(エチレン−プロピレン−ジエン三元共重合体)および、これらの部分水素化物、あるいは完全水素化物が挙げられる。その他、ポリスチレン、ポリオレフィン、オレフィン系熱可塑性エラストマー、ポリシクロオレフィン、シリコーン樹脂等が挙げられる。 Examples of the first binder include styrene-based thermoplastic elastomers such as SBS (styrene butadiene block polymer), SEBS (styrene ethylene butadiene styrene block polymer), styrene-styrene butadiene-styrene block polymer, and SBR. (Styrene butadiene rubber), BR (butadiene rubber), NR (natural rubber), IR (isoprene rubber), EPDM (ethylene-propylene-diene terpolymer) and partial hydrides or complete hydrides thereof. Can be mentioned. Other examples include polystyrene, polyolefin, olefinic thermoplastic elastomer, polycycloolefin, and silicone resin.
第2の結着剤は、第1の結着剤よりも正極集電部材2への結着性が優れた結着剤である。正極集電部材2への結着性が優れた結着剤であることは、例えば正極集電部材2に結着剤溶液を塗布、乾燥することにより得られた結着剤フィルムを正極集電部材2から剥離するのに必要な力を、市販の剥離試験機で計測することにより判定することができる。第2の結着剤は、例えば、極性官能基を有する極性官能基含有樹脂であり、正極集電部材2と水素結合を介して強固に結着する。ただし、第2の結着剤は、硫化物系固体電解質に対する反応性が高い場合が多いので、正極層4には含まれない。第2の結着剤としては、例えば、NBR(ニトリルゴム)、CR(クロロプレンゴム)、および、これらの部分水素化物、あるいは完全水素化物、ポリアクリル酸エステルの共重合体、PVDF(ポリビニリデンフロライド)、VDF−HFP(ビニリデンフロライド−ヘキサフルオロプロピレン共重合体)およびそれらのカルボン酸変性物、CM(塩素化ポリエチレン)、ポリメタクリル酸エステル、ポリビニルアルコール、エチレン−ビニルアルコール共重合体、ポリイミド、ポリアミド、ポリアミドイミド等が挙げられる。また、上記の第1の結着剤にカルボン酸、スルホン酸、リン酸等を有するモノマーを共重合させた高分子等が挙げられる。なお、接着層導電性物質、第1の結着剤、及び第2の結着剤の含有量の比については、特に制限されない。例えば、接着層導電性物質は接着層3の総質量に対して50〜95質量%、第1の結着剤は接着層3の総質量に対して3〜30質量%、第2の結着剤は接着層3の総質量に対して2〜20質量%含んでいれば良い。
The second binder is a binder that has better binding properties to the positive electrode
正極層4は、硫化物系固体電解質、正極活物質、正極層導電性物質、及び正極層結着剤を含む。正極層導電性物質は、接着層導電性物質と同様のものを使用することができる。硫化物系固体電解質としては、例えば、Li2S−P2S5、が挙げられる。この硫黄系固体電解質は、リチウムイオン伝導性が他の無機化合物より高いことが知られており、Li2SとP2S5の他に、SiS2、GeS2、B2S3等の硫化物を含んでいてもよい。また、固体電解質層には、適宜、Li3PO4やハロゲン、ハロゲン化合物等を添加した無機固体電解質を用いてもよい。
The
また、硫黄系固体電解質は、Li2SとP2S5を含む硫化物とを両者が溶融する温度以上に加熱して所定の比率で溶融混合し、所定時間保持した後、急冷することにより得ることができる(溶融急冷法)。また、Li2SとP2S5を含む硫化物とをメカニカルミリング法(MM法)により処理して得ることができる。Li2SとP2S5を含む硫化物との混合比は、モル比で、通常50:50〜80:20、好ましくは60:40〜75:25である。 In addition, the sulfur-based solid electrolyte is heated to a temperature higher than the temperature at which both of Li 2 S and P 2 S 5 are melted, melted and mixed at a predetermined ratio, held for a predetermined time, and then rapidly cooled. Can be obtained (melt quenching method). Further, a sulfide containing Li 2 S and P 2 S 5 can be obtained by treating the mechanical milling (MM) method. The mixing ratio of the Li 2 S and the sulfide containing P 2 S 5 is usually 50:50 to 80:20, preferably 60:40 to 75:25 in terms of molar ratio.
固体電池1は、電解質が固体電解質で構成されるので、正極層4にも固体電解質が含まれる。なお、本発明者は、負極層6に固体電解質を含めなくても、固体電池1の性能が良好になることを見出した(後述する実施例参照)。したがって、負極層6には固体電解質が含まれなくてもよい。正極層4を構成する固体電解質は、硫化物系固体電解質の他に、無機化合物からなるリチウムイオン伝導体を無機固体電解質として含有するものが挙げられる。このようなリチウムイオン伝導体としては、例えば、Li3N、LISICON、LIPON(Li3+yPO4−xNx)、Thio−LISICON(Li3.25Ge0.25P0.75S4)、Li2O−Al2O3−TiO2−P2O5(LATP)等が挙げられる。これらの無機化合物は、結晶、非晶質、ガラス状、ガラスセラミック等の構造をとりうる。
In the solid battery 1, since the electrolyte is composed of a solid electrolyte, the
正極活物質は、リチウムイオンを可逆的に吸蔵及び放出することが可能な物質であれば特に限定されず、例えば、コバルト酸リチウム(LCO)、ニッケル酸リチウム、ニッケルコバルト酸リチウム、ニッケルコバルトアルミニウム酸リチウム(以下、「NCA」と称する場合もある。)、ニッケルコバルトマンガン酸リチウム(以下、「NCM」と称する場合もある。)、マンガン酸リチウム、リン酸鉄リチウム、硫化ニッケル、硫化銅、硫黄、酸化鉄、酸化バナジウム等が挙げられる。これらの正極活物質は、単独で用いられてもよく、2種以上が併用されてもよい。 The positive electrode active material is not particularly limited as long as it is a material capable of reversibly occluding and releasing lithium ions. For example, lithium cobalt oxide (LCO), lithium nickelate, lithium nickel cobaltate, nickel cobalt aluminum acid Lithium (hereinafter also referred to as “NCA”), nickel cobalt lithium manganate (hereinafter also referred to as “NCM”), lithium manganate, lithium iron phosphate, nickel sulfide, copper sulfide, sulfur , Iron oxide, vanadium oxide and the like. These positive electrode active materials may be used independently and 2 or more types may be used together.
正極活物質は、上記に挙げた正極活物質の例のうち、特に、層状岩塩型構造を有する遷移金属酸化物のリチウム塩であることが好ましい。ここでいう「層状」とは、薄いシート状の形状のことを意味し、「岩塩型構造」とは、結晶構造の1種である塩化ナトリウム型構造のことであり、陽イオン及び陰イオンのそれぞれが形成する面心立方格子が、互いに単位格子の稜の1/2だけずれた構造を指す。このような層状岩塩型構造を有する遷移金属酸化物のリチウム塩としては、例えば、Li1−x−y−zNixCoyAlzO2(NCA)またはLi1−x−y−zNixCoyMnzO2(NCM)(0<x<1、0<y<1、0<z<1、かつx+y+z<1)で表される3元系の遷移金属酸化物のリチウム塩が挙げられる。 The positive electrode active material is preferably a lithium salt of a transition metal oxide having a layered rock salt type structure, among the examples of the positive electrode active materials listed above. “Layered” as used herein means a thin sheet-like shape, and “rock salt structure” refers to a sodium chloride structure, which is a kind of crystal structure, and includes cations and anions. Each of the face-centered cubic lattices formed by each indicates a structure that is shifted from each other by a half of the edge of the unit lattice. As a lithium salt of a transition metal oxide having such a layered rock salt structure, for example, Li 1-x-yz Ni x Co y Al z O 2 (NCA) or Li 1-x-yz Ni x Co y Mn z O 2 (NCM) (0 <x <1, 0 <y <1, 0 <z <1, and x + y + z <1) is represented by a lithium salt of a ternary transition metal oxide. Can be mentioned.
正極層結着剤は、例えば、極性官能基を有しない非極性樹脂である。したがって、正極層結着剤は、反応性の高い固体電解質、特に硫化物系固体電解質に対して不活性である。正極層結着剤としては、例えば、SBS(スチレンブタジエンブロック重合体)、SEBS(スチレンエチレンブタジエンスチレンブロック重合体)、スチレン−(スチレンブタジエン)−スチレンブロック重合体などのスチレン系熱可塑性エラストマー類、SBR(スチレンブタジエンゴム)、BR(ブタジエンゴム)、NR(天然ゴム)、IR(イソプレンゴム)、EPDM(エチレン−プロピレン−ジエン三元共重合体)および、これらの部分水素化物、あるいは完全水素化物等が挙げられる。その他、ポリスチレン、ポリオレフィン、オレフィン系熱可塑性エラストマー、ポリシクロオレフィン、シリコーン樹脂等が挙げられる。正極層結着剤は、好ましくは、第1の結着剤を含む。 The positive electrode layer binder is, for example, a nonpolar resin having no polar functional group. Therefore, the positive electrode layer binder is inactive to highly reactive solid electrolytes, particularly sulfide-based solid electrolytes. As the positive electrode layer binder, for example, SBS (styrene butadiene block polymer), SEBS (styrene ethylene butadiene styrene block polymer), styrene-based thermoplastic elastomers such as styrene- (styrene butadiene) -styrene block polymer, SBR (styrene butadiene rubber), BR (butadiene rubber), NR (natural rubber), IR (isoprene rubber), EPDM (ethylene-propylene-diene terpolymer) and partial hydrides or complete hydrides thereof Etc. Other examples include polystyrene, polyolefin, olefinic thermoplastic elastomer, polycycloolefin, and silicone resin. The positive electrode layer binder preferably contains a first binder.
即ち、本実施形態では、固体電池1の電解質として、反応性の高い硫化物系固体電解質を使用しているので、正極層結着剤として第1の結着剤と同様に非極性樹脂を使用する。したがって、正極層4を直接正極集電部材2に結着させようとしても、正極層4が正極集電部材2に十分結着しない可能性がある。そこで、本実施形態では、第1の結着剤及び第2の結着剤を含む接着層3を正極層4と正極集電部材2との間に介在させるようにしている。これにより、接着層3内の第1の結着剤が正極層4と強固に結着し、接着層3内の第2の結着剤が正極集電部材2と強固に結着するので、正極集電部材2と正極層4とが強固に結着する。ここで、正極層結着剤に第1の結着剤が含まれる場合、接着層3内の第1の結着剤は、接着層3と正極層4との界面を通じて正極層4内の第1の結着剤と相互拡散することで、正極層4と強固に結着することができる。
That is, in this embodiment, since a highly reactive sulfide-based solid electrolyte is used as the electrolyte of the solid battery 1, a non-polar resin is used as the positive electrode layer binder as in the first binder. To do. Therefore, even if the
なお、硫化物系固体電解質、正極活物質、正極層導電性物質、及び正極層結着剤の含有量の比については、特に制限されない。例えば、硫化物系固体電解質は正極層4の総質量に対して20〜50質量%、正極活物質は正極層4の総質量に対して45〜75質量%、正極層導電性物質は正極層4の総質量に対して1〜10質量%、正極層結着剤は正極層4の総質量に対して0.5〜4質量%含んでいれば良い。
The ratio of the content of the sulfide-based solid electrolyte, the positive electrode active material, the positive electrode layer conductive material, and the positive electrode layer binder is not particularly limited. For example, the sulfide-based solid electrolyte is 20 to 50% by mass with respect to the total mass of the
電解質層5は、硫化物系固体電解質、及び電解質層結着剤を含む。電解質層結着剤は、極性官能基を有しない非極性樹脂である。したがって、電解質層結着剤は、反応性の高い固体電解質、特に硫化物系固体電解質に対して不活性である。電解質層結着剤としては、例えば、SBS(スチレンブタジエンブロック重合体)、SEBS(スチレンエチレンブタジエンスチレンブロック重合体)、スチレン−(スチレンブタジエン)−スチレンブロック重合体などのスチレン系熱可塑性エラストマー類、SBR(スチレンブタジエンゴム)、BR(ブタジエンゴム)、NR(天然ゴム)、IR(イソプレンゴム)、EPDM(エチレン−プロピレン−ジエン三元共重合体)および、これらの部分水素化物、あるいは完全水素化物等が挙げられる。その他、ポリスチレン、ポリオレフィン、オレフィン系熱可塑性エラストマー、ポリシクロオレフィン、シリコーン樹脂等が挙げられる。電解質層結着剤は、好ましくは、第1の結着剤を含む。
The
電解質層結着剤が第1の結着剤を含む場合、電解質層5内の第1の結着剤は、正極層4と電解質層5との界面を通じて正極層4内の第1の結着剤と相互拡散することで、正極層4と強固に結着する。なお、硫化物系固体電解質、及び電解質層結着剤の含有量の比については、特に制限されない。例えば、硫化物系固体電解質は電解質層5の総質量に対して95〜99質量%、電解質層結着剤は電解質層5の総質量に対して0.5〜5質量%含んでいれば良い。
When the electrolyte layer binder contains the first binder, the first binder in the
負極層6は、負極活物質、第1の結着剤、及び第2の結着剤を含む。負極活物質は、黒鉛系活物質、例えば人造黒鉛、天然黒鉛、人造黒鉛と天然黒鉛との混合物、人造黒鉛を被覆した天然黒鉛等が挙げられる。
The
なお、負極層6には、固体電池1の製造時等に電解質層5から硫化物系固体電解質が膨潤する可能性がある。即ち、負極層6には、硫化物系固体電解質が含まれる可能性がある。したがって、負極層6に第2の結着剤を含めると、第2の結着剤が負極層6内の硫化物系固体電解質と反応するので、負極層6内の硫化物系固体電解質が劣化する。しかし、本発明者は、負極活物質が黒鉛活物質であれば、固体電池1の特性が良好になることを見出した(実施例参照)。即ち、固体電池1の劣化が防止される。このことは、負極活物質が黒鉛活物質であれば、負極層6に硫化物系固体電解質が不要であることを意味する。なお、硫化物系固体電解質は、負極層6と負極集電部材7との界面部分までは膨潤しないと推察される。
In addition, in the
したがって、負極層6に第2の結着剤を含めることができる。第2の結着剤は、水素結合を介して負極集電部材7と強固に結着する。ただし、第2の結着剤だけでは、負極層6と電解質層5との結着性が十分でない可能性がある。そこで、本実施形態では、負極層6に第2の結着剤の他、第1の結着剤を含めている。これにより、第1の結着剤は、電解質層5と強固に結着する。なお、電解質層5に第1の結着剤が含まれる場合、負極層6内の第1の結着剤は、負極層6と電解質層5との界面を通じて電解質層5内の第1の結着剤と相互拡散することで、電解質層5とより強固に結着することができる。
Therefore, the second binder can be included in the
なお、負極活物質、第1の結着剤、及び第2の結着剤の含有量の比については、特に制限されない。例えば、負極活物質は負極層6の総質量に対して95〜99質量%、第1の結着剤は負極層6の総質量に対して0.5〜5質量%、第2の結着剤は負極層6の総質量に対して0.5〜5質量%含んでいれば良い。
Note that the ratio of the content of the negative electrode active material, the first binder, and the second binder is not particularly limited. For example, the negative electrode active material is 95 to 99% by mass with respect to the total mass of the
負極集電部材7は、導電体であればどのようなものでも良く、例えば、アルミニウム、銅、ステンレス鋼、及びニッケルメッキ鋼等で構成される。なお、上記の各層には、公知の添加剤等を適宜加えてもよい。
As long as the negative electrode
<2.固体電池の製造方法>
次に、固体電池1の製造方法の一例について説明する。まず、第1の結着剤と、第2の結着剤と、接着層導電性物質と、第1の結着剤及び第2の結着剤を溶解する第1の溶媒と、を含む接着層塗工液を生成する。ここで、第1の溶媒としては、例えば、NMP(N−メチルピロリドン)、DMF(N、N−ジメチルホルムアミド)、N,N−ジメチルアセトアミド、等のアミド溶媒、酢酸ブチル、酢酸エチル等のアルキルエステル溶媒、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン等のケトン類溶媒、テトラフドロフラン、ジエチルエーテル等のエーテル類溶媒、メタノール、エタノール、イソプロピルアルコール等のアルコール類溶媒等が挙げられる。後述するように、接着層3には硫化物系固体電解質が含まれないか、正極層4から膨潤した硫化物系固体電解質が少量含まれる程度であるので、第1の溶媒には極性溶媒を使用することができる。即ち、本発明者は、第1の結着剤及び第2の結着剤を溶解することができる第1の溶媒を見出し、この知見に基づき、本実施形態の製造方法に想到するに至った。
<2. Manufacturing method of solid battery>
Next, an example of a method for manufacturing the solid battery 1 will be described. First, an adhesive including a first binder, a second binder, an adhesive layer conductive material, and a first solvent that dissolves the first binder and the second binder. A layer coating solution is produced. Here, examples of the first solvent include amide solvents such as NMP (N-methylpyrrolidone), DMF (N, N-dimethylformamide), N, N-dimethylacetamide, and alkyls such as butyl acetate and ethyl acetate. Examples include ester solvents, ketone solvents such as acetone, methyl ethyl ketone and methyl isobutyl ketone, ether solvents such as tetrahydrofuran and diethyl ether, alcohol solvents such as methanol, ethanol and isopropyl alcohol. As will be described later, since the adhesive layer 3 does not contain a sulfide solid electrolyte or contains a small amount of a sulfide solid electrolyte swollen from the
次いで、接着層塗工液を正極集電部材2上に塗工し、乾燥することで、接着層3を生成する。なお、卓上スクリーン印刷機等の基板上に接着層塗工液を塗工し、乾燥することで、接着フィルムを形成し、この接着フィルムを正極集電部材2に圧着してもよい。
Next, the adhesive layer coating liquid is applied onto the positive electrode
次いで、硫化物系固体電解質と、正極活物質と、正極層導電性物質と、正極層結着剤と、正極層結着剤及び第1の結着剤を溶解する第2の溶媒と、を含む正極層塗工液を生成する。第2の溶媒は、正極層結着剤及び第1の結着剤を溶解するが、第2の結着剤を溶解しない。第2の溶媒は、具体的には非極性溶媒であり、例えば、キシレン、トルエン、エチルベンゼン等の芳香族炭化水素、ペンタン、ヘキサン、ヘプタン等の脂肪族炭化水素類等が挙げられる。次いで、正極層塗工液を接着層3上に塗工し、乾燥することで、正極層4を生成する。これにより、接着層3内の第1の結着剤が第2の溶媒に溶解することで正極層4内に膨潤するので、接着層3と正極層4との結着がより強固になる。このように、本実施形態では、正極10を塗工により生成するので、大面積の正極10を容易に製造することができる。即ち、本実施形態では、大容量の固体電池1を容易に製造することができる。
Next, a sulfide-based solid electrolyte, a positive electrode active material, a positive electrode layer conductive material, a positive electrode layer binder, and a second solvent that dissolves the positive electrode layer binder and the first binder. A positive electrode layer coating solution containing is produced. The second solvent dissolves the positive electrode layer binder and the first binder, but does not dissolve the second binder. The second solvent is specifically a nonpolar solvent, and examples thereof include aromatic hydrocarbons such as xylene, toluene, and ethylbenzene, and aliphatic hydrocarbons such as pentane, hexane, and heptane. Next, the positive electrode layer coating liquid is applied onto the adhesive layer 3 and dried to produce the
また、第2の溶媒は第2の結着剤を溶解しないので、接着層3上に正極層塗工液を塗工した際に、接着層3内の第2の結着剤が正極層4内に膨潤することが防止される。これにより、正極層4内の硫化物系固体電解質が第2の結着剤により劣化することが防止される。以上の工程により、正極集電部材2、接着層3、及び正極層4を含む正極構造体が生成される。
In addition, since the second solvent does not dissolve the second binder, when the positive electrode layer coating solution is applied onto the adhesive layer 3, the second binder in the adhesive layer 3 becomes the
一方、第1の結着剤と、第2の結着剤と、負極活物質としての黒鉛活物質と、第1の溶媒と、を含む負極層塗工液を生成する。負極層6には硫化物系固体電解質が不要であるので、第1の溶媒には極性溶媒を使用することができる。次いで、負極層塗工液を負極集電部材7上に塗工し、乾燥することで、負極層6を生成する。これにより、負極構造体が生成される。
On the other hand, a negative electrode layer coating liquid containing a first binder, a second binder, a graphite active material as a negative electrode active material, and a first solvent is generated. Since the
次いで、硫化物系固体電解質と、電解質層結着剤と、第2の溶媒と、を含む電解質層塗工液を生成する。第2の溶媒は、電解質層結着剤及び第1の結着剤を溶解するが、第2の結着剤は溶解しない。次いで、電解質層塗工液を負極層6上に塗工し、乾燥することで、電解質層5を生成する。これにより、負極層6内の第1の結着剤が第2の溶媒に溶解することで電解質層5内に膨潤するので、電解質層5と負極層6との結着がより強固になる。また、第2の溶媒は第2の結着剤を溶解しないので、負極層6上に電解質層塗工液を塗工した際に、負極層6内の第2の結着剤が電解質層5内に膨潤することが防止される。これにより、電解質層5内の硫化物系固体電解質が第2の結着剤により劣化することが防止される。
Next, an electrolyte layer coating solution containing a sulfide-based solid electrolyte, an electrolyte layer binder, and a second solvent is generated. The second solvent dissolves the electrolyte layer binder and the first binder, but does not dissolve the second binder. Next, the electrolyte layer coating liquid is applied onto the
ついで、正極構造体と、電解質層5及び負極構造体からなるシートとを圧着することで、固体電池1が生成される。このように、本実施形態では、固体電池1の各層を塗工により生成するので、各層の面積を容易に大きくすることができる。即ち、本実施形態では、大容量の固体電池1を容易に製造することができる。
Subsequently, the solid battery 1 is produced | generated by crimping | bonding the positive electrode structure and the sheet | seat which consists of the
<3.実施例>
次に、本実施形態の実施例について説明する。なお、以下の各実施例及び比較例での作業は、全て露点温度−55℃以下のドライルーム内で行われた。
[実施例1]
[接着層の生成]
接着層導電性物質としてのグラファイト(ティムカル社KS−4、以下同じ)及びアセチレンブラック(電気化学工業、以下同じ)と、第1の結着剤としてのスチレン系熱可塑性エラストマー(以下、結着剤A)(旭化成S.O.E1611、以下同じ)と、第2の結着剤としての酸変性PVDF(以下、結着剤B)(クレハKF9200、以下同じ)とを60:10:15:15の質量%比で秤量した。そして、これらの材料と適量のNMPとを自転公転ミキサに投入し、3000rpmで5分撹拌することで、接着層塗工液を生成した。
<3. Example>
Next, examples of the present embodiment will be described. In addition, all the operations in the following Examples and Comparative Examples were performed in a dry room having a dew point temperature of −55 ° C. or lower.
[Example 1]
[Generation of adhesive layer]
Adhesive layer conductive material graphite (Timcal KS-4, the same applies hereinafter) and acetylene black (electrochemical industry, the same applies hereinafter), and styrene thermoplastic elastomer as the first binder (hereinafter referred to as the binder) A) (Asahi Kasei S.E.E 1611, the same shall apply hereinafter) and acid-modified PVDF (hereinafter referred to as Binder B) (Kureha KF 9200, same shall apply hereinafter) as the second binder 60: 10: 15: 15 Weighed at a mass% ratio. Then, these materials and an appropriate amount of NMP were put into a rotation and revolution mixer, and stirred at 3000 rpm for 5 minutes to produce an adhesive layer coating solution.
次いで、卓上スクリーン印刷機(ニューロンリング精密工業社製、以下同じ)に正極集電部材2として厚さ20μmのアルミニウム箔集電部材を載置し、400メッシュのスクリーンを用いて接着層塗工液をアルミニウム箔集電部材上に塗工した。その後、接着層塗工液が塗工された正極集電部材2を80℃で12時間真空乾燥させた。これにより、正極集電部材2上に接着層3を形成した。乾燥後の接着層3の厚さは7μmであった。
Next, an aluminum foil current collecting member having a thickness of 20 μm is placed as a positive electrode current collecting
[正極層の生成]
正極活物質としてのLiNiCoAlO2三元系粉末と、硫化物系固体電解質としてのLi2S−P2S5(80:20モル%)非晶質粉末と、導電助剤としての気相成長炭素繊維粉末とを60:35:5の質量%比で秤量し、自転公転ミキサを用いて混合した。
[Creation of positive electrode layer]
LiNiCoAlO 2 ternary powder as a positive electrode active material, Li 2 S—P 2 S 5 (80:20 mol%) amorphous powder as a sulfide-based solid electrolyte, and vapor-grown carbon as a conductive aid The fiber powder was weighed at a mass% ratio of 60: 35: 5 and mixed using a rotation and revolution mixer.
次いで、この混合粉に、正極層結着剤としての水素化NBR(以下結着剤C)(ランクセス社Therban A3907、以下同じ)が溶解されたキシレン溶液を結着剤Cが混合粉の総質量に対して1質量%となるように添加することで、1次混合液を調整した。さらに、この混合液に、正極層結着剤としての結着剤Aが溶解したキシレン溶液を結着剤Aが混合粉の総質量に対して0.5質量%となるように添加することで、2次混合液を調整した。さらに、この2次混合液に、粘度調整のための脱水キシレンを適量添加することで、3次混合液を生成した。さらに、混合粉の分散性を向上させるために、直径5mmのジルコニアボールを、空間、混合粉、ジルコニアボールがそれぞれ混練容器の全容積に対して1/3ずつを占めるように3次混合液に投入した。これにより生成された4次混合液を自転公転ミキサに投入し、3000rpmで3分撹拌することで、正極層塗工液を生成した。 Next, in this mixed powder, a xylene solution in which hydrogenated NBR (hereinafter referred to as Binder C) (hereinafter, Lancers Therban A3907, the same shall apply hereinafter) as a positive electrode layer binder was dissolved was used. The primary mixed solution was adjusted by adding so as to be 1% by mass. Furthermore, a xylene solution in which the binder A as the positive electrode layer binder is dissolved is added to the mixed solution so that the binder A is 0.5 mass% with respect to the total mass of the mixed powder. A secondary mixture was prepared. Furthermore, an appropriate amount of dehydrated xylene for viscosity adjustment was added to this secondary mixture to produce a tertiary mixture. Furthermore, in order to improve the dispersibility of the mixed powder, a zirconia ball having a diameter of 5 mm is changed into a tertiary mixed liquid so that the space, the mixed powder, and the zirconia ball each occupy 1/3 of the total volume of the kneading container. I put it in. The quaternary mixed solution thus produced was put into a rotation and revolution mixer, and stirred at 3000 rpm for 3 minutes to produce a positive electrode layer coating solution.
次いで、卓上スクリーン印刷機に正極集電部材2及び接着層3からなるシートを載置し、150μmのメタルマスクを用いて正極層塗工液をシート上に塗工した。その後、正極層塗工液が塗工されたシートを40℃のホットプレートで10分乾燥させた後、40℃で12時間真空乾燥させた。これにより、接着層3上に正極層4を形成した。乾燥後の正極集電部材2、接着層3、及び正極層4の総厚さは165μm前後であった。
Subsequently, the sheet | seat which consists of the positive electrode
次いで、正極集電部材2、接着層3、及び正極層4からなるシートをロールギャップ10μmのロールプレス機を用いて圧延することで、正極構造体を生成した。正極構造体の厚みは120μm前後であった。
Subsequently, the sheet | seat which consists of the positive electrode
[負極層の生成]
負極活物質としての黒鉛粉末(80℃で24時間真空乾燥したもの)と、第1の結着剤としての結着剤Aと、第2の結着剤としての結着剤Bとを96.5:0.5:3.0の質量%比で秤量した。そして、これらの材料と適量のNMPとを自転公転ミキサに投入し、3000rpmで3分撹拌した後、1分脱泡処理することで、負極層塗工液を生成した。
[Formation of negative electrode layer]
96. Graphite powder (which was vacuum-dried at 80 ° C. for 24 hours) as a negative electrode active material, binder A as a first binder, and binder B as a second binder. Weighed at a mass ratio of 5: 0.5: 3.0. Then, these materials and an appropriate amount of NMP were put into a rotation and revolution mixer, stirred for 3 minutes at 3000 rpm, and then subjected to defoaming treatment for 1 minute to produce a negative electrode layer coating solution.
次いで、負極集電部材7として厚さ16μmの銅箔集電部材を用意し、ブレードを用いて銅箔集電部材上に負極層塗工液を塗工した。銅箔集電部材上の負極層塗工液の厚さ(ギャップ)は150μm前後であった。
Next, a copper foil current collecting member having a thickness of 16 μm was prepared as the negative electrode current collecting
負極層塗工液が塗工されたシートを、80℃に加熱された乾燥機内に収納し、15分乾燥した。さらに、乾燥後のシートを80℃で24時間真空乾燥を行った。これにより、負極層6を生成した。なお、接着フィルムと同様の工程により、負極層6に相当する負極シートを生成し、これを負極集電部材7に圧着してもよい。
The sheet coated with the negative electrode layer coating solution was housed in a dryer heated to 80 ° C. and dried for 15 minutes. Further, the dried sheet was vacuum dried at 80 ° C. for 24 hours. Thereby, the
次いで、負極集電部材7及び負極層6からなるシートをロールギャップ10μmのロールプレス機を用いて圧延することで、負極構造体を生成した。負極構造体の厚さは100μm前後であった。
Subsequently, the sheet | seat which consists of the negative electrode
[電解質層の生成]
硫化物系固体電解質としてのLi2S−P2S5(80:20モル%)非晶質粉末に、結着剤C(電解質層結着剤)のキシレン溶液を結着剤Cが非晶質粉末の質量に対して1質量%となるように添加することで、1次混合液を調整した。さらに、この混合液に、結着剤A(電解質層結着剤)のキシレン溶液を結着剤Aが非晶質粉末の質量に対して0.5質量%となるように添加することで、2次混合液を調整した。さらに、この2次混合液に、粘度調整のための脱水キシレンを適量添加することで、3次混合液を生成した。さらに、混合粉の分散性を向上させるために、直径5mmのジルコニアボールを、空間、混合粉、ジルコニアボールがそれぞれ混練容器の全容積に対して1/3ずつを占めるように3次混合液に投入した。これにより生成された4次混合液を自転公転ミキサに投入し、3000rpmで3分撹拌することで、電解質層塗工液を生成した。
[Creation of electrolyte layer]
Lithium 2 S—P 2 S 5 (80:20 mol%) amorphous powder as a sulfide-based solid electrolyte is mixed with a xylene solution of binder C (electrolyte layer binder) and binder C is amorphous. The primary mixed liquid was adjusted by adding so as to be 1% by mass with respect to the mass of the fine powder. Furthermore, by adding a xylene solution of binder A (electrolyte layer binder) to this mixture so that binder A is 0.5 mass% with respect to the mass of the amorphous powder, A secondary mixture was prepared. Furthermore, an appropriate amount of dehydrated xylene for viscosity adjustment was added to this secondary mixture to produce a tertiary mixture. Furthermore, in order to improve the dispersibility of the mixed powder, a zirconia ball having a diameter of 5 mm is changed into a tertiary mixed liquid so that the space, the mixed powder, and the zirconia ball each occupy 1/3 of the total volume of the kneading container. I put it in. The quaternary mixed solution thus produced was put into a rotation and revolution mixer, and stirred at 3000 rpm for 3 minutes to produce an electrolyte layer coating solution.
次いで、卓上スクリーン印刷機に負極構造体を載置し、200μmのメタルマスクを用いて電解質層塗工液を負極構造体上に塗工した。その後、電解質層塗工液が塗工されたシートを40℃のホットプレートで10分乾燥させた後、40℃で12時間真空乾燥させた。これにより、負極構造体上に電解質層5を形成した。乾燥後の電解質層5の厚さは130μm前後であった。
Next, the negative electrode structure was placed on a desktop screen printer, and an electrolyte layer coating solution was applied onto the negative electrode structure using a 200 μm metal mask. Thereafter, the sheet coated with the electrolyte layer coating solution was dried on a hot plate at 40 ° C. for 10 minutes and then vacuum dried at 40 ° C. for 12 hours. Thereby, the
[固体電池の生成]
負極構造体及び電解質層5からなるシート及び正極構造体をそれぞれトムソン刃で打ちぬき、シートの電解質層5と正極構造体の正極層4とをロールギャップ50μmのロールプレス機を用いたドライラミネーション法により貼り合わせることで、固体電池1の単セル(単電池)を生成した。
[Production of solid battery]
A sheet consisting of the negative electrode structure and the
[比較例1]
[正極構造体の生成]
実施例1と同様の工程により、正極構造体を生成した。
[Comparative Example 1]
[Generation of positive electrode structure]
A positive electrode structure was produced by the same process as in Example 1.
[負極層の生成]
負極活物質としての黒鉛粉末(80℃で24時間真空乾燥したもの)と、硫化物系固体電解質としてのLi2S−P2S5(80:20モル%)非晶質粉末と、導電助剤としての気相成長炭素繊維粉末とを60:35:5の質量%比で秤量し、自転公転ミキサを用いて混合した。
[Formation of negative electrode layer]
Graphite powder as a negative electrode active material (vacuum dried at 80 ° C. for 24 hours), Li 2 S—P 2 S 5 (80:20 mol%) amorphous powder as a sulfide-based solid electrolyte, and conductive assistant Vapor growth carbon fiber powder as an agent was weighed in a mass% ratio of 60: 35: 5 and mixed using a rotation and revolution mixer.
次いで、この混合粉に、結着剤C(第1の結着剤)のキシレン溶液を結着剤Cが混合粉の総質量に対して2.0質量%となるように添加することで、1次混合液を調整した。さらに、この1次混合液に、粘度調整のための脱水キシレンを適量添加することで、2次混合液を生成した。さらに、混合粉の分散性を向上させるために、直径5mmのジルコニアボールを、空間、混合粉、ジルコニアボールがそれぞれ混練容器の全容積に対して1/3ずつを占めるように3次混合液に投入した。これにより生成された3次混合液を自転公転ミキサに投入し、3000rpmで3分撹拌することで、負極層塗工液を生成した。 Next, by adding a xylene solution of the binder C (first binder) to the mixed powder so that the binder C is 2.0% by mass with respect to the total mass of the mixed powder, A primary mixture was prepared. Furthermore, a secondary mixed solution was generated by adding an appropriate amount of dehydrated xylene for viscosity adjustment to the primary mixed solution. Furthermore, in order to improve the dispersibility of the mixed powder, a zirconia ball having a diameter of 5 mm is changed into a tertiary mixed liquid so that the space, the mixed powder, and the zirconia ball each occupy 1/3 of the total volume of the kneading container. I put it in. The tertiary mixed liquid produced | generated by this was thrown into the rotation-revolution mixer, and the negative electrode layer coating liquid was produced | generated by stirring at 3000 rpm for 3 minutes.
次いで、卓上スクリーン印刷機に負極集電部材としての厚さ16μmの銅箔集電部材を載置し、150μmのメタルマスクを用いて負極層塗工液を負極集電部材上に塗工した。その後、負極層塗工液が塗工されたシートを40℃のホットプレートで10分乾燥させた後、40℃で12時間真空乾燥させた。次いで、負極集電部材及び負極層からなるシートをロールギャップ50μmのロールプレス機を用いて圧延することで、負極構造体を生成した。負極構造体の厚さは125μm前後であった。 Next, a 16 μm-thick copper foil current collecting member as a negative electrode current collecting member was placed on a desktop screen printing machine, and a negative electrode layer coating solution was applied onto the negative electrode current collecting member using a 150 μm metal mask. Then, after drying the sheet | seat with which the negative electrode layer coating liquid was coated with a 40 degreeC hotplate for 10 minutes, it was vacuum-dried at 40 degreeC for 12 hours. Subsequently, the sheet | seat which consists of a negative electrode current collection member and a negative electrode layer was rolled using the roll press machine with a roll gap of 50 micrometers, and the negative electrode structure was produced | generated. The thickness of the negative electrode structure was around 125 μm.
[電解質層の生成]
硫化物系固体電解質としてのLi2S−P2S5(80:20モル%)非晶質粉末に、水素化SBR(以下、結着剤D)(電解質層結着剤)のキシレン溶液を結着剤Dが非晶質粉末の質量に対して1.5質量%となるように添加することで、1次混合液を調整した。さらに、この混合液に、粘度調整のための脱水キシレンを適量添加することで、2次混合液を生成した。さらに、非晶質粉末の分散性を向上させるために、直径5mmのジルコニアボールを、空間、非晶質粉末、ジルコニアボールがそれぞれ混練容器の全容積に対して1/3ずつを占めるように3次混合液に投入した。これにより生成された3次混合液を自転公転ミキサに投入し、3000rpmで3分撹拌することで、電解質層塗工液を生成した。
[Creation of electrolyte layer]
Li 2 S—P 2 S 5 (80:20 mol%) amorphous powder as a sulfide-based solid electrolyte is mixed with a xylene solution of hydrogenated SBR (hereinafter, binder D) (electrolyte layer binder). The primary liquid mixture was adjusted by adding the binder D so that it might become 1.5 mass% with respect to the mass of an amorphous powder. Furthermore, a secondary mixed solution was generated by adding an appropriate amount of dehydrated xylene for viscosity adjustment to this mixed solution. Further, in order to improve the dispersibility of the amorphous powder, the zirconia balls having a diameter of 5 mm are arranged so that the space, the amorphous powder, and the zirconia balls each occupy 1/3 of the total volume of the kneading container. It poured into the next liquid mixture. The tertiary mixture produced in this way was put into a rotation and revolution mixer and stirred at 3000 rpm for 3 minutes to produce an electrolyte layer coating solution.
次いで、卓上スクリーン印刷機に負極構造体を載置し、200μmのメタルマスクを用いて電解質層塗工液を負極構造体上に塗工した。その後、電解質層塗工液が塗工されたシートを40℃のホットプレートで10分乾燥させた後、40℃で12時間真空乾燥させた。これにより、負極構造体上に電解質層を形成した。乾燥後の負極構造体及び電解質層の総厚さは130μm前後であった。 Next, the negative electrode structure was placed on a desktop screen printer, and an electrolyte layer coating solution was applied onto the negative electrode structure using a 200 μm metal mask. Thereafter, the sheet coated with the electrolyte layer coating solution was dried on a hot plate at 40 ° C. for 10 minutes and then vacuum dried at 40 ° C. for 12 hours. As a result, an electrolyte layer was formed on the negative electrode structure. The total thickness of the negative electrode structure and the electrolyte layer after drying was around 130 μm.
[固体電池の生成]
実施例1と同様の工程により、固体電池の単セルを生成した。
[Production of solid battery]
A single cell of a solid battery was produced by the same process as in Example 1.
[厚み測定]
実施例1の単セルの厚み(外装ラミネート部分を除く厚み。比較例1も同じ)は287μmであった。一方、比較例1の単セルの厚みは493μmであった。図2にこれらを対比したグラフを示す。
[Thickness measurement]
The thickness of the single cell of Example 1 (thickness excluding the exterior laminate portion. The same applies to Comparative Example 1) was 287 μm. On the other hand, the thickness of the single cell of Comparative Example 1 was 493 μm. FIG. 2 shows a graph comparing these.
[容量密度測定]
実施例1の単セルの容量密度(Ah/kg)及び比較例1の単セルの容量密度(Ah/kg)を東洋システム製充放電評価装置 TOSCAT−3100により測定した。この結果、実施例1の単セルの容量密度は24.6(Ah/kg)となり、比較例1の単セルの容量密度は16.5(Ah/kg)となった。図3にこれらを対比したグラフを示す。
[Capacity density measurement]
The capacity density (Ah / kg) of the single cell of Example 1 and the capacity density (Ah / kg) of the single cell of Comparative Example 1 were measured with a charge / discharge evaluation apparatus TOSCAT-3100 manufactured by Toyo System. As a result, the capacity density of the single cell of Example 1 was 24.6 (Ah / kg), and the capacity density of the single cell of Comparative Example 1 was 16.5 (Ah / kg). FIG. 3 shows a graph comparing these.
[インピーダンス測定]
実施例1及び比較例1の単セルを、25℃恒温槽内で電圧4Vとなるまで電流密度0.05mA/cm2の条件で充電を行い、その後、25℃の恒温槽内で1kHzにおけるインピーダンスの実成分Z’(Ω)を固体電池の抵抗として測定した。なお、測定はAUTOLAB製インピーダンスアナライザーにより行われた。この結果、実施例1のインピーダンス実成分Z’は4.84(Ω)となり、比較例1のインピーダンス実成分Z’は8.08(Ω)となった。図4にこれらを対比したグラフを示す。
[Impedance measurement]
The single cells of Example 1 and Comparative Example 1 were charged under the condition of a current density of 0.05 mA / cm 2 in a 25 ° C. thermostat until the voltage reached 4 V, and then the impedance at 1 kHz in the 25 ° C. thermostat. Was measured as the resistance of the solid battery. The measurement was performed with an AUTOLAB impedance analyzer. As a result, the actual impedance component Z ′ of Example 1 was 4.84 (Ω), and the actual impedance component Z ′ of Comparative Example 1 was 8.08 (Ω). FIG. 4 shows a graph comparing these.
[評価]
上記の測定結果によれば、実施例1の単セルは、比較例1の単セルよりも高充填(厚みが小さい)であり、比較例1の単セルよりもエネルギ密度及びインピーダンス実成分Z’も大きい。即ち、実施例1の単セルは比較例1の単セルよりも大きく特性が向上している。
[Evaluation]
According to the above measurement results, the single cell of Example 1 has a higher filling (thickness is smaller) than the single cell of Comparative Example 1, and the energy density and actual impedance component Z ′ are higher than those of the single cell of Comparative Example 1. Is also big. That is, the characteristics of the single cell of Example 1 are greatly improved as compared with the single cell of Comparative Example 1.
比較例1では、負極層に第2の結着剤を含まないので、負極層と負極集電部材との結着性が悪い。さらに、負極層内の第1の結着剤(結着剤D)と電解質層結着剤(結着剤C)とが異なるので、負極層と電解質層との結着性も悪い。これに対し、実施例1では、負極層6に第2の結着剤を含むので、負極層6と負極集電部材7との結着性が良好である。さらに、電解質層結着剤(結着剤C、結着剤A)は、負極層6内の第1の結着剤(結着剤A)を含むので、負極層6と電解質層5との結着性も良好である。これらの理由により、実施例1の単セルは、比較例1の単セルよりも特性が大きく向上していると考えられる。表1に、実施例1及び比較例1の材料及び評価をまとめて示す。
In Comparative Example 1, since the second binder is not included in the negative electrode layer, the binding property between the negative electrode layer and the negative electrode current collector is poor. Furthermore, since the first binder (binder D) in the negative electrode layer and the electrolyte layer binder (binder C) are different, the binding between the negative electrode layer and the electrolyte layer is also poor. On the other hand, in Example 1, since the
以上により、本実施形態の負極層6、即ち負極20は、硫化物系固体電解質を含む電解質層5に結着し、固体電解質に対して不活性な第1の結着剤と、負極集電部材7への結着性が第1の結着剤よりも優れた第2の結着剤と、負極活物質とを含む。したがって、第1の結着剤が電解質層5に結着し、第2の結着剤が負極集電部材7に結着するので、負極20は負極集電部材7及び電解質層5に強固に結着することができる。
As described above, the
さらに、負極活物質は、黒鉛系活物質であるので、負極20内で硫化物系固体電解質が第2の結着剤と反応しても、固体電池1の劣化が防止される。即ち、負極20に硫化物系固体電解質が不要となる。
Furthermore, since the negative electrode active material is a graphite-based active material, even if the sulfide-based solid electrolyte reacts with the second binder in the
また、第1の結着剤は、極性官能基を有しない非極性樹脂で構成されているので、電解質層5により強固に結着することができる。
Further, since the first binder is composed of a nonpolar resin having no polar functional group, the first binder can be firmly bound by the
また、第2の結着剤は、極性官能基を有する極性官能基含有樹脂で構成されているので、負極集電部材7により強固に結着することができる。
Further, since the second binder is composed of a polar functional group-containing resin having a polar functional group, it can be firmly bound by the negative electrode
さらに、電解質層結着剤は、第1の結着剤を含むので、負極20内の第1の結着剤は、電解質層5により強固に結着することができる。
Furthermore, since the electrolyte layer binder contains the first binder, the first binder in the
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。 The preferred embodiments of the present invention have been described in detail above with reference to the accompanying drawings, but the present invention is not limited to such examples. It is obvious that a person having ordinary knowledge in the technical field to which the present invention pertains can come up with various changes or modifications within the scope of the technical idea described in the claims. Of course, it is understood that these also belong to the technical scope of the present invention.
1 固体電池
2 正極集電部材
3 接着層
4 正極層
5 電解質層
6 負極層
7 負極集電部材
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (7)
The solid battery electrode according to claim 5 or 6, wherein the solid electrolyte is a sulfide solid electrolyte.
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JP2011276473A JP2013127873A (en) | 2011-12-16 | 2011-12-16 | Solid-state battery negative electrode and solid-state battery |
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Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2015103451A (en) * | 2013-11-26 | 2015-06-04 | 三星電子株式会社Samsung Electronics Co.,Ltd. | All-solid type secondary battery and method for manufacturing all-solid type secondary battery |
WO2015146315A1 (en) * | 2014-03-24 | 2015-10-01 | 日本碍子株式会社 | All-solid battery |
KR20150111509A (en) * | 2014-03-25 | 2015-10-06 | 전자부품연구원 | Binder for lithium-ion battery, method of manufacturing thereof, and lithium-ion battery having the binder |
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- 2011-12-16 JP JP2011276473A patent/JP2013127873A/en active Pending
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