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JP2017059342A - Manufacturing method of all solid state battery - Google Patents

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JP2017059342A JP2015181673A JP2015181673A JP2017059342A JP 2017059342 A JP2017059342 A JP 2017059342A JP 2015181673 A JP2015181673 A JP 2015181673A JP 2015181673 A JP2015181673 A JP 2015181673A JP 2017059342 A JP2017059342 A JP 2017059342A
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雄志 鈴木
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Abstract

【課題】本発明は、容量維持率が向上した全固体電池の製造方法を提供することを目的とする。【解決手段】本発明は、負極集電体(1)上に負極活物質層(2)を積層し、そして負極活物質層(2)の上に固体電解質層(3)を積層して、電極積層体(4)を作製すること、電極積層体(4)の固体電解質層(3)上に電極端子(5)を積層すること、負極集電体(1)と電極端子(5)との間に、4.5V以上の電圧を印加(10)する電気化学処理を行うこと、及び電極積層体(4)上に積層されている電極端子(5)を除去し、電極積層体(4)上に正極活物質層、及び正極集電体を積層することを含む、全固体電池の製造方法である。【選択図】図1An object of the present invention is to provide a method for manufacturing an all-solid-state battery having an improved capacity retention rate. According to the present invention, a negative electrode active material layer (2) is laminated on a negative electrode current collector (1), and a solid electrolyte layer (3) is laminated on a negative electrode active material layer (2). Producing an electrode laminated body (4), laminating an electrode terminal (5) on the solid electrolyte layer (3) of the electrode laminated body (4), a negative electrode current collector (1) and an electrode terminal (5) During this period, an electrochemical treatment of applying a voltage of 4.5 V or more (10) is performed, and the electrode terminals (5) laminated on the electrode laminate (4) are removed to remove the electrode laminate (4). ) A positive electrode active material layer and a positive electrode current collector are laminated on the above, and a method for manufacturing an all-solid-state battery. [Selection diagram] Figure 1

Description

本発明は、全固体電池の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing an all-solid battery.

現在、種々の電池の中でも、エネルギー密度が高いという観点から、リチウムイオン電池が注目を浴びている。その中でも、電解液を固体電解質に置換した全固体電池が特に注目を浴びている。これは、全固体電池が、電解液を用いる電池と異なり、電解液を用いないことから、過充電に起因する電解液の分解等を生じることがないこと、及び高いサイクル耐久性及びエネルギー密度を有していることを理由とする。   Currently, among various batteries, lithium ion batteries are attracting attention from the viewpoint of high energy density. Among them, all-solid-state batteries in which the electrolytic solution is replaced with a solid electrolyte are particularly attracting attention. This is because an all-solid battery does not use an electrolyte, unlike a battery that uses an electrolyte, so that it does not cause decomposition of the electrolyte due to overcharging, and has high cycle durability and energy density. It is because of having it.

ところで、非水電解液を用いた液系のリチウムイオン二次電池では、電池の出力特性、及び容量維持率等の向上のため、電池容器内の水を減少させることが重要な課題であると認識されている。そして、電池容器内の水を減少させるための発明が、複数公開されている。   By the way, in a liquid lithium ion secondary battery using a non-aqueous electrolyte, it is an important issue to reduce the water in the battery container in order to improve the output characteristics of the battery and the capacity retention rate. Recognized. A plurality of inventions for reducing water in the battery container have been disclosed.

例えば、特許文献1では、電極体を非水電解液に浸漬して、1.2〜4Vの電圧を印加することで、水を除去している。また、特許文献2では、液系のリチウムイオン二次電池に対して、水が電気分解する電圧(1.23V)以上、かつ負極被膜形成反応が生じる電圧以下の電圧を印加して、液系のリチウムイオン二次電池に含まれる水を電気分解により除去しており、具体的には、1.3V以上3.5V以下の電圧を印加している。また、特許文献3では、液系のリチウムイオン二次電池の負極と容器との間に外部電源を接続し、容器の電位が1.23V以上となり、負極がおよそ0V以下となるような条件で電圧を印加することにより、電池内部の水を電気分解により除去している。   For example, in Patent Document 1, water is removed by immersing the electrode body in a non-aqueous electrolyte and applying a voltage of 1.2 to 4V. In Patent Document 2, a liquid lithium ion secondary battery is applied by applying a voltage not lower than the voltage at which water is electrolyzed (1.23 V) and not higher than the voltage at which a negative electrode film forming reaction occurs. Water contained in the lithium ion secondary battery is removed by electrolysis, and specifically, a voltage of 1.3 V to 3.5 V is applied. In Patent Document 3, an external power source is connected between a negative electrode of a liquid lithium ion secondary battery and a container, and the potential of the container is 1.23 V or higher and the negative electrode is approximately 0 V or lower. By applying a voltage, water inside the battery is removed by electrolysis.

なお、特許文献4では、液系のリチウムイオン二次電池の非水電解質に含まれる有機酸を低減するために、フィルム外装電池の製造にあたり、電極活物質、及び電極活物質、結着剤、及び有機酸を含んでなる電極を有するフィルム外装電池の外装体に非水電解質液を注入した後に、有機酸が分解する電圧以上まで電池の充電を行うことにより非水電解質液内の有機酸を分解し、この分解によって発生したガスを外装体の切断部から排出している。   In Patent Document 4, in order to reduce the organic acid contained in the non-aqueous electrolyte of the liquid lithium ion secondary battery, an electrode active material, an electrode active material, a binder, In addition, after injecting the non-aqueous electrolyte solution into the exterior body of the film-clad battery having an electrode containing the organic acid, the battery is charged to a voltage higher than the voltage at which the organic acid decomposes, thereby reducing the organic acid in the non-aqueous electrolyte solution. The gas generated by the decomposition is discharged from the cut portion of the exterior body.

特開2009−099285号公報JP 2009-099285 A 特開2014−056835号公報JP 2014-056835 A 特開2005−56609号公報JP 2005-56609 A 特開2015−69951号公報Japanese Patent Laying-Open No. 2015-69951

全固体電池の容量維持率の低下の原因の一つとして、全固体電池材料に含まれる水とリチウムとの反応が挙げられる。そのため、全固体電池の製造工程において、全固体電池材料から水を除去することにより、全固体電池の容量維持率の低下を抑制することが考えられる。   One cause of the decrease in the capacity retention rate of the all-solid battery is a reaction between water and lithium contained in the all-solid battery material. Therefore, in the manufacturing process of an all-solid battery, it is conceivable to suppress a decrease in capacity maintenance rate of the all-solid battery by removing water from the all-solid battery material.

全固体電池材料から水を除去する方法としては、全固体電池に所定の電圧を印加して、水を電気分解して除去する方法が考えられる。   As a method of removing water from the all-solid battery material, a method of applying a predetermined voltage to the all-solid battery and electrolyzing and removing water can be considered.

本発明者は、理論上、水の電気分解は1.2V付近で起こると推測されるにもかかわらず、全固体電池において水の電気分解はより高い電圧で生じており、特許文献1〜3に記載される方法と同じ電圧を全固体電池に印加しても、水を完全に除去することができないことを見出した。   The present inventor theoretically estimates that water electrolysis occurs near 1.2 V, but water electrolysis occurs at a higher voltage in all solid state batteries. It was found that water could not be completely removed even when the same voltage as that described in the method was applied to the all-solid-state battery.

したがって、本発明は、容量維持率の低下を抑制した全固体電池の製造方法を提供することを目的とする。   Therefore, an object of the present invention is to provide a method for producing an all-solid battery in which a decrease in capacity retention rate is suppressed.

本発明者は、以下の方法により、上記課題を解決できることを見出した。   The present inventor has found that the above problem can be solved by the following method.

全固体電池を製造する本発明の方法は、負極集電体上に負極活物質層を積層し、そして負極活物質層の上に固体電解質層を積層して、電極積層体を作製すること、電極積層体の固体電解質層上に電極端子を積層すること、負極集電体と電極端子との間に、4.5V以上の電圧を印加する電気化学処理を行うこと、及び電極積層体上に積層されている電極端子を除去し、電極積層体上に、正極活物質層、及び正極集電体を積層することを含む。   The method of the present invention for producing an all-solid battery includes laminating a negative electrode active material layer on a negative electrode current collector, and laminating a solid electrolyte layer on the negative electrode active material layer to produce an electrode laminate, Laminating electrode terminals on the solid electrolyte layer of the electrode laminate, performing an electrochemical treatment of applying a voltage of 4.5 V or more between the negative electrode current collector and the electrode terminals, and on the electrode laminate This includes removing the laminated electrode terminal and laminating a positive electrode active material layer and a positive electrode current collector on the electrode laminate.

本発明の方法によれば、容量維持率の低下を抑制した全固体電池の製造方法を提供することができる。   According to the method of the present invention, it is possible to provide a method for producing an all-solid battery in which a decrease in capacity retention rate is suppressed.

図1は、本発明の方法において電圧を印加される積層体の具体例を図示したものである。FIG. 1 illustrates a specific example of a laminate to which a voltage is applied in the method of the present invention. 図2(a)は、実施例1の方法の工程を図示したものであり、かつ図2(b)は、比較例1の方法の工程を図示したものである。FIG. 2 (a) illustrates the process steps of the method of Example 1, and FIG. 2 (b) illustrates the process steps of the comparative example 1. 図3は、実施例1の方法により製造された全固体電池と、比較例1の方法で製造された全固体電池の初期充放電効率を比較した図である。FIG. 3 is a diagram comparing the initial charge and discharge efficiencies of the all solid state battery manufactured by the method of Example 1 and the all solid state battery manufactured by the method of Comparative Example 1. 図4は、実施例1の電気化学処理におけるサイクリックボルタンメトリー測定の結果を図示したものである。FIG. 4 shows the results of cyclic voltammetry measurement in the electrochemical treatment of Example 1.

以下、本発明の実施の態様について詳述する。なお、本発明は、以下の実施形態に限定されるのではなく、本発明の要旨の範囲内で種々変形して実施できる。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail. Note that the present invention is not limited to the following embodiments, and can be implemented with various modifications within the scope of the gist of the present invention.

本発明の方法は、負極集電体上に負極活物質層を積層し、そして負極活物質層の上に固体電解質層を積層して、電極積層体を作製すること、電極積層体の固体電解質層上に電極端子を積層すること、負極集電体と電極端子との間に、4.5V以上の電圧を印加する電気化学処理を行うこと、及び電極積層体上に積層されている電極端子を除去し、電極積層体上に、正極活物質層、及び正極集電体を積層することを含む、全固体電池の製造方法である。   In the method of the present invention, a negative electrode active material layer is laminated on a negative electrode current collector, and a solid electrolyte layer is laminated on the negative electrode active material layer to produce an electrode laminate, and a solid electrolyte of the electrode laminate Laminating electrode terminals on the layers, performing an electrochemical treatment of applying a voltage of 4.5 V or more between the negative electrode current collector and the electrode terminals, and electrode terminals stacked on the electrode stack And a positive electrode active material layer and a positive electrode current collector are laminated on the electrode laminate.

原理によって限定されるものではないが、本発明の作用原理は以下のとおりであると考える。   Although not limited by the principle, it is considered that the operation principle of the present invention is as follows.

全固体電池において、電池の容量維持率が低下する原因の一つとして、電池内において、グラファイト等の負極活物質、リチウム、及び水が反応し、リチウムが失活することが挙げられる。   In an all-solid-state battery, one of the causes of a decrease in the capacity retention rate of the battery is that the negative electrode active material such as graphite, lithium, and water react in the battery to deactivate lithium.

そのため、全固体電池の容量維持率の低下を抑制するために、電池材料中の水分量を低減することが重要である。   Therefore, it is important to reduce the amount of water in the battery material in order to suppress a decrease in the capacity retention rate of the all-solid battery.

電池材料中の水分量を低減する方法として、全固体電池に対して電圧を印加して、電池内の水を電気分解する方法が考えられる。しかしながら、この方法では、電圧の印加によって正極活物質から放出されたリチウムイオンが、負極側において、電気分解される前の水と化学反応して、水酸化リチウム等のリチウム化合物となる。そのため、電池の容量の低下を十分に抑制することができない。   As a method for reducing the amount of moisture in the battery material, a method is conceivable in which a voltage is applied to the all solid state battery to electrolyze the water in the battery. However, in this method, lithium ions released from the positive electrode active material by application of voltage chemically react with water before electrolysis on the negative electrode side to become lithium compounds such as lithium hydroxide. For this reason, a decrease in battery capacity cannot be sufficiently suppressed.

本発明者は、全固体電池の製造工程において、正極活物質層を積層する前に、負極活物質層及び固体電解質層に対して電気化学処理を行って、水を電気分解することで、電池材料中の水分量を低減して、全固体電池の容量低下を抑制する方法を見出した。   The present inventor performs an electrochemical treatment on the negative electrode active material layer and the solid electrolyte layer before laminating the positive electrode active material layer in the manufacturing process of the all solid state battery, and electrolyzes the water. The present inventors have found a method of reducing the amount of moisture in the material and suppressing the capacity decrease of the all solid state battery.

なお、液系のリチウムイオン二次電池に関して、負極活物質層を、電解液に浸漬させた後に電圧を印加して水分を除去する場合、水分を除去した後に負極活物質層を取り出して積層を行う工程が必要となるため、製造工程が煩雑となる。また、電解液の分解、及び集電体として用いられる銅箔の溶出などの可能性があるため、十分な電圧をかけることができない。   In the case of a liquid lithium ion secondary battery, when a negative electrode active material layer is immersed in an electrolytic solution and then moisture is removed by applying a voltage, the negative electrode active material layer is taken out after the moisture is removed. Since the process to perform is needed, a manufacturing process becomes complicated. Moreover, since there exists a possibility of decomposition | disassembly of electrolyte solution and elution of the copper foil used as a collector, sufficient voltage cannot be applied.

<積層方法>
本発明の方法は、負極集電体上に負極活物質層を積層し、そして負極活物質層の上に固体電解質層を積層して、電極積層体を作製すること、電極積層体の固体電解質層上に電極端子を積層することを有している。ここで、負極集電体、負極活物質層、及び固体電解質層は、公知の全固体電池の製造方法における積層方法によって積層することができる。
<Lamination method>
In the method of the present invention, a negative electrode active material layer is laminated on a negative electrode current collector, and a solid electrolyte layer is laminated on the negative electrode active material layer to produce an electrode laminate, and a solid electrolyte of the electrode laminate The electrode terminal is laminated on the layer. Here, the negative electrode current collector, the negative electrode active material layer, and the solid electrolyte layer can be stacked by a stacking method in a known all-solid battery manufacturing method.

固体電解質層上に電極端子を積層する方法は特に限定されず、例えば、電極積層体上に電極端子を重ねてプレスすることによって行うことができる。   The method for laminating the electrode terminal on the solid electrolyte layer is not particularly limited, and for example, the electrode terminal can be stacked and pressed on the electrode laminate.

<電気化学処理>
電気化学処理は、負極集電体と電極端子の間に、4.5V以上の電圧を印加する処理である。
<Electrochemical treatment>
The electrochemical treatment is a treatment in which a voltage of 4.5 V or higher is applied between the negative electrode current collector and the electrode terminal.

この電気化学処理によれば、電極積層体中に含まれる水を、電気分解によって、減少させることができる。理論上、水を電気分解ためには、水が電気分解し始める電圧(1.23V(標準水素電極電位))を印加すれば足りる。しかしながら、本発明では、十分に水を除去するために、水が電気分解し始める電圧よりも高い電圧である、4.5V以上の電圧を印加している。   According to this electrochemical treatment, the water contained in the electrode laminate can be reduced by electrolysis. Theoretically, in order to electrolyze water, it is sufficient to apply a voltage at which water begins to electrolyze (1.23 V (standard hydrogen electrode potential)). However, in the present invention, in order to sufficiently remove water, a voltage of 4.5 V or higher, which is higher than the voltage at which water begins to electrolyze, is applied.

印加する電圧の上限は、全固体電池に用いた材料が変性しない電圧が好ましく、例えば、10.0V以下、9.0V以下、8.0V以下、7.0V以下、6.0V以下、又は5.0V以下が好ましい。   The upper limit of the applied voltage is preferably a voltage at which the material used for the all solid state battery is not denatured. For example, 10.0 V or less, 9.0 V or less, 8.0 V or less, 7.0 V or less, 6.0 V or less, or 5 0.0 V or less is preferable.

電気化学処理は、例えば図1のように、負極集電体(1)、負極活物質層(2)、及び固体電解質層(3)から構成されている電極積層体(4)において、負極集電体(1)と、電極積層体(4)上の電極端子(5)との間に電圧を印加(10)することによって行うことができる。   For example, as shown in FIG. 1, the electrochemical treatment is performed on the negative electrode current collector (1), the negative electrode active material layer (2), and the electrode laminate (4) composed of the solid electrolyte layer (3). This can be done by applying (10) a voltage between the electric body (1) and the electrode terminal (5) on the electrode laminate (4).

なお、水の電気分解は、例えば以下の化学反応式で表すことができる:
酸化反応:HO → 1/2O+2H+2e
還元反応:HO+e → 1/2H+OH
In addition, the electrolysis of water can be represented by the following chemical reaction formula, for example:
Oxidation reaction: H 2 O → 1 / 2O 2 + 2H + + 2e
Reduction reaction: H 2 O + e → 1 / 2H 2 + OH

この、水の電気分解における酸化反応及び還元反応がそれぞれ負極集電体側及び電極端子側のいずれで起こるかは、電圧の印加方向による。   Whether the oxidation reaction and the reduction reaction in the electrolysis of water occur on the negative electrode collector side or the electrode terminal side depends on the voltage application direction.

<電極端子の除去>
電極積層体上に積層されている電極端子を除去する方法は、特に限定されない。例えば、金属箔状の電極端子であれば、電極積層体上から剥離することにより、除去することができる。
<Removal of electrode terminal>
The method for removing the electrode terminal laminated on the electrode laminate is not particularly limited. For example, if it is a metal foil-shaped electrode terminal, it can be removed by peeling from the electrode laminate.

<負極集電体>
負極集電体の原材料としては、特に限定されることなく、各種金属、例えば、Ag、Cu、Au、Al、Ni、Fe、SUS、若しくはTi等、又はこれらの合金の集電体を用いることができる。化学的安定性の観点から、負極集電体としては、銅の集電体が好ましい。
<Negative electrode current collector>
The raw material of the negative electrode current collector is not particularly limited, and various metals, for example, Ag, Cu, Au, Al, Ni, Fe, SUS, Ti, etc., or current collectors of these alloys are used. Can do. From the viewpoint of chemical stability, the negative electrode current collector is preferably a copper current collector.

<負極活物質層>
負極活物質層は、負極活物質、並びに随意に固体電解質、導電助剤、及びバインダーを有している。
<Negative electrode active material layer>
The negative electrode active material layer includes a negative electrode active material, and optionally a solid electrolyte, a conductive aid, and a binder.

負極活物質としては、公知の負極活物質であれば特に限定されない。例えば、グラファイト、ソフトカーボン、若しくはハードカーボンなどの炭素系負極活物質、ケイ素、ケイ素合金、若しくはスズなどの公知の合金活物質、又はこれらの組み合わせが挙げられる。   The negative electrode active material is not particularly limited as long as it is a known negative electrode active material. Examples thereof include a carbon-based negative electrode active material such as graphite, soft carbon, or hard carbon, a known alloy active material such as silicon, a silicon alloy, or tin, or a combination thereof.

固体電解質としては、全固体リチウム二次電池の固体電解質として用いられる固体電解質であれば特に限定されない。例えば、LiO−B−P、及びLiO−SiOなどの酸化系非晶質固体電解質、LiS−SiS、LiI−LiS−SiS、LiI−LiS−P、LiI−LiS−P、LiI−LiPO−P、及びLiS−Pなどの硫化物固体電解質、並びにLiI、LiN、LiLaTa12、LiLaZr12、LiBaLaTa12、Li3PO(4−3/2w)w(w<1)、及びLi3.6Si0.60.4等の結晶質酸化物・酸窒化物が挙げられる。 The solid electrolyte is not particularly limited as long as it is a solid electrolyte used as a solid electrolyte of an all-solid lithium secondary battery. For example, an oxide-based amorphous solid electrolyte such as Li 2 O—B 2 O 3 —P 2 O 5 and Li 2 O—Si 2 O, Li 2 S—SiS 2 , LiI—Li 2 S—SiS 2 , LiI-Li 2 S-P 2 S 5, LiI-Li 2 S-P 2 O 5, LiI-LiPO 4 -P 2 S 5, and Li 2 S-P 2 S 5 sulfide solid electrolyte such as, and LiI , Li 3 N, Li 5 La 3 Ta 2 O 12, Li 7 La 3 Zr 2 O 12, Li 6 BaLa 2 Ta 2 O 12, Li3PO (4-3 / 2w) N w (w <1), and Li Examples thereof include crystalline oxides and oxynitrides such as 3.6 Si 0.6 P 0.4 O 4 .

導電助剤としては、VGCF、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、カーボンナノチューブ(CNT)、若しくはカーボンナノファイバー(CNF)等の炭素材料の他、ニッケル、アルミニウム、若しくはSUS等の金属、又はこれらの組み合わせを上げることができる。   As a conductive aid, in addition to a carbon material such as VGCF, acetylene black, ketjen black, carbon nanotube (CNT), or carbon nanofiber (CNF), a metal such as nickel, aluminum, or SUS, or a combination thereof. Can be raised.

バインダーとしては、特に限定されないが、ポリマー樹脂、例えば、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリイミド(PI)、ポリアミド(PA)、ポリアミドイミド(PAI)、ブタジエンゴム(BR)、スチレンブタジエンゴム(SBR)、ニトリル−ブタジエンゴム(NBR)、スチレン−エチレン−ブチレン−スチレンブロック共重合体(SEBS)、若しくはカルボキシメチルセルロース(CMC)等、又はこれらの組み合わせを挙げることができる。高温耐久性の観点から、バインダーとしては、ポリイミド、ポリアミド、ポリアミドイミド、ポリアクリル、若しくはカルボキシメチルセルロース等、又はこれらの組み合わせが好ましい。   The binder is not particularly limited, but a polymer resin such as polyvinylidene fluoride (PVdF), polytetrafluoroethylene (PTFE), polyimide (PI), polyamide (PA), polyamideimide (PAI), butadiene rubber (BR) Styrene-butadiene rubber (SBR), nitrile-butadiene rubber (NBR), styrene-ethylene-butylene-styrene block copolymer (SEBS), carboxymethyl cellulose (CMC), or a combination thereof. From the viewpoint of high temperature durability, the binder is preferably polyimide, polyamide, polyamideimide, polyacryl, carboxymethylcellulose, or a combination thereof.

<固体電解質層>
固体電解質層は、固体電解質を有している。固体電解質としては、上記負極活物質層において記載したものと同様のものを使用することができる。
<Solid electrolyte layer>
The solid electrolyte layer has a solid electrolyte. As the solid electrolyte, those similar to those described in the negative electrode active material layer can be used.

<電極積層体>
電極積層体は、上記の負極集電体、負極活物質層、及び固体電解質層をこの順番で有している。
<Electrode laminate>
The electrode laminate includes the negative electrode current collector, the negative electrode active material layer, and the solid electrolyte layer in this order.

<電極端子>
電極端子は、導電性を有するものであれば特に限定されず、各種金属を用いることができ、例えば、Ag、Cu、Au、Al、Ni、Fe、SUS、若しくはTi等、又はこれらの合金を用いることができる。また、合金工具鋼(SKD11)を用いることもできる。
<Electrode terminal>
The electrode terminal is not particularly limited as long as it has conductivity, and various metals can be used. For example, Ag, Cu, Au, Al, Ni, Fe, SUS, Ti, or an alloy thereof can be used. Can be used. Moreover, alloy tool steel (SKD11) can also be used.

<正極活物質層>
正極活物質層は、正極活物質、並びに随意に固体電解質、導電助剤、及びバインダーを有している。
<Positive electrode active material layer>
The positive electrode active material layer includes a positive electrode active material, and optionally a solid electrolyte, a conductive additive, and a binder.

正極活物質としては、リチウム二次電池の正極活物質材料として用いられる材料であれば特に限定されない。例えば、コバルト酸リチウム(LiCoO)、ニッケル酸リチウム(LiNiO)、ニッケルコバルトマンガン酸リチウム(Li1+xNi1/3Co1/3Mn1/3)、マンガン酸リチウム(LiMn)、Li1+xMn2−x−y(MがAl、Mg、Co、Fe、Ni、Znから選ばれる一種類以上)で表される組成の異種元素置換Li−Mnスピネル、チタン酸リチウム(LiTiO)、若しくはLiMPO(MがFe、Mn、Co、Niから選ばれる一種類以上)で表される組成のリン酸金属リチウム等、又はこれらの組み合わせを挙げることができる。 The positive electrode active material is not particularly limited as long as it is a material used as a positive electrode active material for a lithium secondary battery. For example, lithium cobaltate (LiCoO 2 ), lithium nickelate (LiNiO 2 ), nickel cobalt lithium manganate (Li 1 + x Ni 1/3 Co 1/3 Mn 1/3 O 2 ), lithium manganate (LiMn 2 O 4) ), Li 1 + x Mn 2−xy M y O 4 (M is one or more selected from Al, Mg, Co, Fe, Ni, Zn) And lithium metal phosphate (Li x TiO y ) or LiMPO 4 (wherein M is one or more selected from Fe, Mn, Co, Ni), or a combination thereof. .

固体電解質、導電助剤、及びバインダーとしては、上記負極活物質層において記載したものと同様のものを使用することができる。   As the solid electrolyte, the conductive additive, and the binder, the same materials as those described in the negative electrode active material layer can be used.

<正極集電体>
正極集電体の原材料としては、特に限定されることなく、各種金属、例えば、Ag、Cu、Au、Al、Ni、Fe、SUS、若しくはTi等、又はこれらの合金の集電体を用いることができる。化学的安定性の観点から、正極集電体としては、アルミニウムの集電体が好ましい。
<Positive electrode current collector>
The raw material of the positive electrode current collector is not particularly limited, and various metals, for example, Ag, Cu, Au, Al, Ni, Fe, SUS, Ti or the like, or a current collector of these alloys is used. Can do. From the viewpoint of chemical stability, the positive electrode current collector is preferably an aluminum current collector.

<実施例1>
下記の方法により、実施例1の全固体電池を作製し、初期充放電効率を評価した。なお、図2(a)は、実施例1の方法を図示したものである。
<Example 1>
By the following method, the all-solid-state battery of Example 1 was produced and the initial charge / discharge efficiency was evaluated. FIG. 2A illustrates the method of the first embodiment.

実施例1の方法では、負極集電体上に負極活物質層を積層し、そして負極活物質層の上に固体電解質層を積層して電極積層体を作製し、その後、電極積層体の固体電解質層上に電極端子を積層し、電気化学処理によって電池材料中の水を電気分解して除去し、電極積層体上の電極端子を除去し、電極積層体上に正極活物質層及び正極集電体を積層して全固体電池を完成させ、電池特性の評価を行っている。   In the method of Example 1, a negative electrode active material layer is laminated on a negative electrode current collector, and a solid electrolyte layer is laminated on the negative electrode active material layer to produce an electrode laminate. The electrode terminal is laminated on the electrolyte layer, and the water in the battery material is electrolyzed and removed by electrochemical treatment, the electrode terminal on the electrode laminate is removed, and the positive electrode active material layer and the positive electrode collector are disposed on the electrode laminate. The all-solid-state battery is completed by stacking electric bodies and the battery characteristics are evaluated.

実施例1の各工程の詳細は下記のとおりである。   Details of each step of Example 1 are as follows.

1.固体電解質の作製
LiS(日本化学工業)0.766g、及びP(アルドリッチ)1.23gを秤量し、メノウ乳鉢で5分混合した。その後、メノウ乳鉢に分散媒としてのヘプタン4gを入れ、遊星型ボールミルを用いて、40時間メカニカルミリングすることで、固体電解質を得た。
1. Preparation of Solid Electrolyte 0.766 g of Li 2 S (Nippon Chemical Industry) and 1.23 g of P 2 S 5 (Aldrich) were weighed and mixed for 5 minutes in an agate mortar. Thereafter, 4 g of heptane as a dispersion medium was put into an agate mortar, and a solid electrolyte was obtained by mechanical milling for 40 hours using a planetary ball mill.

2.正極活物質層の作製
正極活物質としてのLiNi1/3Co1/3Mn1/3(日亜化学)12g、導電助剤としての気層法炭素繊維(VGCF)(昭和電工)0.5g、及び上記の固体電解質6gを混合し、分散媒としてのヘプタン(関東化学)中に分散させて、正極活物質層材料を得た。正極活物質材料を正極集電体としてのアルミニウム箔上に塗工して、正極活物質層を得た。
2. Preparation of positive electrode active material layer 12 g of LiNi 1/3 Co 1/3 Mn 1/3 O 2 (Nichia Chemical) as a positive electrode active material, gas-phase carbon fiber (VGCF) as a conductive additive (Showa Denko) 0 0.5 g and 6 g of the above solid electrolyte were mixed and dispersed in heptane (Kanto Chemical) as a dispersion medium to obtain a positive electrode active material layer material. The positive electrode active material was coated on an aluminum foil as a positive electrode current collector to obtain a positive electrode active material layer.

3.負極活物質層の作製
負極活物質としてのグラファイト(三菱化学)9g、及び上記の固体電解質9gを混合し、ヘプタン(関東化学)中に分散させて、負極活物質層材料を得た。負極活物質層材料を負極集電体としての銅箔上に塗工して、負極集電体上に負極活物質層(11mg)を得た。
3. Preparation of Negative Electrode Active Material Layer 9 g of graphite (Mitsubishi Chemical) as the negative electrode active material and 9 g of the above solid electrolyte were mixed and dispersed in heptane (Kanto Chemical) to obtain a negative electrode active material layer material. The negative electrode active material layer material was coated on a copper foil as a negative electrode current collector to obtain a negative electrode active material layer (11 mg) on the negative electrode current collector.

4.電気化学処理
負極活物質層(11mg)上に、固体電解質層(80mg)を積層して電極積層体を作製した。その後、電極積層体の固体電解質層上に、電極端子としての合金工具鋼(SKD11)を積層して、1ton/cmでプレスして成形し、1cmの、電極端子が積層された電極積層体を作製した。
4). Electrochemical treatment A solid electrolyte layer (80 mg) was laminated on the negative electrode active material layer (11 mg) to prepare an electrode laminate. Thereafter, an alloy tool steel (SKD11) as an electrode terminal is laminated on the solid electrolyte layer of the electrode laminate, and is pressed and molded at 1 ton / cm 2. An electrode laminate in which 1 cm 2 of electrode terminals are laminated. The body was made.

負極集電体と電極端子との間に、サイクリックボルタンメトリー測定装置を接続して、−4.5Vから+4.5Vまで、サイクリックボルタンメトリー測定した。なお、CV測定における掃引速度を2mV/sとした。   A cyclic voltammetry measurement device was connected between the negative electrode current collector and the electrode terminal, and cyclic voltammetry measurement was performed from −4.5 V to +4.5 V. The sweep speed in CV measurement was 2 mV / s.

5.全固体電池の組立
電極積層体上に積層された電極端子を除去し、電極積層体の固体電解質層上に、正極活物質層及び正極集電体を積層し、そして6ton/cmでプレスして成形して、実施例1の全固体電池を作製した。
5. Assembly of all-solid-state battery The electrode terminal laminated on the electrode laminate is removed, the positive electrode active material layer and the positive electrode current collector are laminated on the solid electrolyte layer of the electrode laminate, and pressed at 6 ton / cm 2. The all-solid battery of Example 1 was produced.

6.全固体電池の評価
実施例1の全固体電池に対して、定電流・定電圧で4.4Vまで充電して、全固体電池の充電容量を測定した。その後、定電流・定電圧で3.0Vまで放電して、全固体電池の放電容量を測定した。なお、この時の電流値を0.52mA〜0.016mAとした。
6). Evaluation of all-solid-state battery The all-solid-state battery of Example 1 was charged to 4.4 V with a constant current and a constant voltage, and the charge capacity of the all-solid-state battery was measured. Then, it discharged to 3.0V with constant current and constant voltage, and measured the discharge capacity of the all-solid-state battery. The current value at this time was set to 0.52 mA to 0.016 mA.

測定した充電容量及び放電容量から、初期充放電効率を測定した。   The initial charge / discharge efficiency was measured from the measured charge capacity and discharge capacity.

<比較例1>
上記4の電気化学処理を行わなかったことを除いて、実施例1と同様にして、比較例1の全固体電池を作製した。また、実施例1と同様にして、比較例1の全固体電池の評価を行った。
<Comparative Example 1>
An all-solid-state battery of Comparative Example 1 was produced in the same manner as in Example 1 except that the electrochemical treatment in 4 above was not performed. Further, in the same manner as in Example 1, the all solid state battery of Comparative Example 1 was evaluated.

なお、図2(b)は比較例1の方法を図示したものである。図2(a)に図示される実施例1の方法と異なり、比較例1の方法では、電気化学処理を行って電池材料中の水を電気分解で除去する工程を行わなかった。   FIG. 2B illustrates the method of Comparative Example 1. Unlike the method of Example 1 illustrated in FIG. 2A, the method of Comparative Example 1 did not perform the step of performing electrochemical treatment to remove water in the battery material by electrolysis.

<結果>
実施例1の全固体電池の初期充放電効率は、比較例1の全固体電池の初期充放電効率よりも大きかった(図3参照)。実施例1の全固体電池は、電気化学処理により、電池材料中の水が電気分解されて減少したため、電池内部のリチウムと水の反応を減少させ、容量低下を抑制することができたと考えられる。これに対して、比較例1の全固体電池は、電気化学処理を行わなかったため、電池内部のリチウムと水の反応を減少することができず、容量低下を抑制することができなかったと考えられる。
<Result>
The initial charge / discharge efficiency of the all solid state battery of Example 1 was larger than the initial charge / discharge efficiency of the all solid state battery of Comparative Example 1 (see FIG. 3). In the all-solid-state battery of Example 1, it was considered that the water in the battery material was electrolyzed and decreased by electrochemical treatment, so that the reaction between lithium and water inside the battery was reduced and the capacity reduction was suppressed. . On the other hand, since the all-solid-state battery of Comparative Example 1 did not perform electrochemical treatment, it was considered that the reaction between lithium and water inside the battery could not be reduced and the capacity reduction could not be suppressed. .

<参考例>
図4は、実施例1の電気化学処理におけるサイクリックボルタンメトリー測定の結果である。なお、図4において、(i)〜(Vii)は、サイクリックボルタンメトリー測定における、電流及び電圧の変化の順番を表している。
<Reference example>
4 shows the results of cyclic voltammetry measurement in the electrochemical treatment of Example 1. FIG. In FIG. 4, (i) to (Vii) represent the order of changes in current and voltage in cyclic voltammetry measurement.

実施例1の電気化学処理におけるサイクリックボルタンメトリー測定の結果、実施例1の全固体電池では、水が電気分解する電圧(1.23V)よりも高い電圧である4V付近において水の電気分解と思われる電流ピークが観測され、また4.5V付近まで水の電気分解によると思われる電流が観測された。   As a result of the cyclic voltammetry measurement in the electrochemical treatment of Example 1, in the all solid state battery of Example 1, it was considered that the water was electrolyzed in the vicinity of 4V, which is higher than the voltage at which water is electrolyzed (1.23V). A current peak was observed, and a current believed to be due to water electrolysis up to around 4.5V was observed.

このことから、全固体電池の負極活物質層、及び固体電解質層の積層体に電圧を印加して電池内部の水を電気分解する場合、水が電気分解する電圧よりも高い、4.5V以上の電圧を印加すると、より効率よく水を電気分解することができると考えられる。   From this, when applying a voltage to the negative electrode active material layer of the all-solid battery and the laminate of the solid electrolyte layer to electrolyze the water inside the battery, it is higher than the voltage at which the water is electrolyzed, 4.5 V or more It is considered that water can be electrolyzed more efficiently when a voltage of 1 is applied.

1 負極集電体
2 負極活物質層
3 固体電解質層
4 電極積層体
5 電極端子
10 電圧を印加
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Negative electrode collector 2 Negative electrode active material layer 3 Solid electrolyte layer 4 Electrode laminated body 5 Electrode terminal 10 Voltage is applied

Claims (1)

負極集電体上に負極活物質層を積層し、そして前記負極活物質層の上に固体電解質層を積層して、電極積層体を作製すること、
前記電極積層体の前記固体電解質層上に電極端子を積層すること、
前記負極集電体と前記電極端子との間に、4.5V以上の電圧を印加する電気化学処理を行うこと、及び
前記電極積層体上に積層されている前記電極端子を除去し、前記電極積層体上に、正極活物質層、及び正極集電体を積層することを含む、
全固体電池の製造方法。
Laminating a negative electrode active material layer on a negative electrode current collector, and laminating a solid electrolyte layer on the negative electrode active material layer to produce an electrode laminate,
Laminating electrode terminals on the solid electrolyte layer of the electrode laminate,
Performing an electrochemical treatment of applying a voltage of 4.5 V or more between the negative electrode current collector and the electrode terminal; and removing the electrode terminal laminated on the electrode laminate; Including laminating a positive electrode active material layer and a positive electrode current collector on the laminate,
Manufacturing method of all solid state battery.
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