JP2023153516A - Composite particles, positive electrodes, all-solid-state batteries, and methods for producing composite particles - Google Patents
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Abstract
Description
本開示は、複合粒子、正極、全固体電池、および複合粒子の製造方法に関する。 The present disclosure relates to composite particles, positive electrodes, all-solid-state batteries, and methods for manufacturing composite particles.
特開2010-135090号公報(特許文献1)には、全固体電池用の正極活物質をポリアニオン構造含有化合物(例えばLi3PO4)で被覆することにより、正極活物質と硫化物固体電解質との接触による界面抵抗の経時的な増加(電池抵抗の経時的な増加)を抑制する技術が開示されている。 JP-A No. 2010-135090 (Patent Document 1) discloses that by coating a positive electrode active material for an all-solid-state battery with a polyanion structure-containing compound (for example, Li 3 PO 4 ), the positive electrode active material and sulfide solid electrolyte can be combined. A technique has been disclosed for suppressing an increase in interfacial resistance over time (an increase in battery resistance over time) due to contact with the battery.
硫化物系全固体電池(以下「全固体電池」と略記され得る。)が開発されている。全固体電池は、硫化物固体電解質を含む。硫化物固体電解質が正極活物質粒子と直接接触すると、硫化物固体電解質が劣化し得る。硫化物固体電解質(イオン伝導パス)の劣化により、電池抵抗が増大し得る。そこで、正極活物質粒子の表面にコーティング膜を形成することが提案されている。コーティング膜が正極活物質粒子と硫化物固体電解質との直接接触を阻害することにより、硫化物固体電解質の劣化が軽減され得る。 Sulfide-based all-solid-state batteries (hereinafter may be abbreviated as "all-solid-state batteries") have been developed. All-solid-state batteries include a sulfide solid electrolyte. When the sulfide solid electrolyte comes into direct contact with the positive electrode active material particles, the sulfide solid electrolyte can deteriorate. Deterioration of the sulfide solid electrolyte (ion conduction path) can increase battery resistance. Therefore, it has been proposed to form a coating film on the surface of the positive electrode active material particles. Since the coating film prevents direct contact between the positive electrode active material particles and the sulfide solid electrolyte, deterioration of the sulfide solid electrolyte can be reduced.
従来、コーティング膜の材料として、LiNbO3およびLi3PO4が知られている。LiNbO3は、Li3PO4に比して低抵抗を有し得る。そのため、LiNbO3の普及が進んでいる。ただし、本発明者らの新たな知見によれば、高電圧下における耐久性に関しては、Li3PO4等のリン化合物がLiNbO3に比して優位である。また、本発明者らは、特定のリン化合物を含むリン系コーティング膜が低抵抗を有することを見出した。しかし、当該リン系コーティング膜は、電気伝導性において改善の余地があった。 Conventionally, LiNbO 3 and Li 3 PO 4 are known as materials for coating films. LiNbO 3 may have low resistance compared to Li 3 PO 4 . Therefore, LiNbO 3 is becoming more popular. However, according to the new findings of the present inventors, phosphorus compounds such as Li 3 PO 4 are superior to LiNbO 3 in terms of durability under high voltage. The present inventors also discovered that a phosphorus-based coating film containing a specific phosphorus compound has low resistance. However, the phosphorus-based coating film had room for improvement in electrical conductivity.
本開示の目的は、リン系コーティング膜を備える複合粒子(被覆正極活物質)においてコーティング膜の電子伝導性を向上することである。 An object of the present disclosure is to improve the electronic conductivity of a coating film in composite particles (coated positive electrode active material) provided with a phosphorus-based coating film.
[1] 正極活物質粒子と、前記正極活物質粒子の表面の少なくとも一部を被覆するコーティング膜と、を備え、
前記コーティング膜は、リン化合物およびカーボン材料を含み、
前記リン化合物は、ガラスネットワーク形成元素である第1元素および遷移元素である第2元素の少なくとも一方と、リンとを含み、
前記コーティング膜において、下記式(1)の関係を満たす、複合粒子。
CLi/(CP+CE1+CE2)≦2.5 …(1)
(上記式(1)中、
CLi、CP、CE1、CE2は、X線光電子分光法により測定される元素濃度を示し、
CLiは、リチウムの元素濃度を示し、
CPは、リンの元素濃度を示し、
CE1は、前記第1元素の元素濃度を示し、
CE2は、前記第2元素の元素濃度を示す。)
[1] comprising positive electrode active material particles and a coating film that covers at least a portion of the surface of the positive electrode active material particles,
The coating film includes a phosphorus compound and a carbon material,
The phosphorus compound includes at least one of a first element that is a glass network forming element and a second element that is a transition element, and phosphorus,
In the coating film, composite particles satisfy the relationship of the following formula (1).
C Li /(C P +C E1 +C E2 )≦2.5…(1)
(In the above formula (1),
C Li , C P , C E1 , C E2 indicate element concentrations measured by X-ray photoelectron spectroscopy,
C Li indicates the elemental concentration of lithium,
C P indicates the elemental concentration of phosphorus,
C E1 indicates the element concentration of the first element,
C E2 represents the element concentration of the second element. )
上記[1]の複合粒子によれば、リン系コーティング膜を備える複合粒子(被覆正極活物質)においてコーティング膜の電子伝導性を向上することができる。
その理由は、カーボン材料による導電パス形成などによって、リン系コーティング層の電子伝導性が向上するためであると考えられる。
これにより、該複合粒子を用いた正極および全固体電池において、正極活物質と硫化物固体電解質との接触による界面抵抗の経時的な増加(電池抵抗の経時的な増加)を抑制しつつ、出力を向上することができる。
According to the composite particles of [1] above, the electron conductivity of the coating film can be improved in the composite particles (coated positive electrode active material) provided with the phosphorus-based coating film.
The reason for this is thought to be that the electronic conductivity of the phosphorus-based coating layer is improved by forming conductive paths using the carbon material.
As a result, in positive electrodes and all-solid-state batteries using the composite particles, the output power is suppressed while suppressing the increase in interfacial resistance over time (increase in battery resistance over time) due to contact between the positive electrode active material and the sulfide solid electrolyte. can be improved.
[2] 前記第1元素は、ホウ素、珪素、窒素、硫黄、ゲルマニウム、および水素からなる群より選択される少なくとも1種である、[1]に記載の複合粒子。 [2] The composite particle according to [1], wherein the first element is at least one selected from the group consisting of boron, silicon, nitrogen, sulfur, germanium, and hydrogen.
[3] 前記第2元素は、第2遷移元素および第3遷移元素からなる群より選択される少なくとも1種である、[1]または[2]に記載の複合粒子。 [3] The composite particle according to [1] or [2], wherein the second element is at least one selected from the group consisting of a second transition element and a third transition element.
[4] 前記カーボン材料は、ゴム系カーボン、カーボンブラックおよびカーボンナノファイバーからなる群より選択される少なくとも1種を含む、[1]~[3]のいずれかに記載の複合粒子。 [4] The composite particle according to any one of [1] to [3], wherein the carbon material includes at least one selected from the group consisting of rubber-based carbon, carbon black, and carbon nanofibers.
[5] 前記カーボン材料は、アルコキシド系化合物の熱処理によって生成した材料を含む、[1]~[4]のいずれかに記載の複合粒子。 [5] The composite particle according to any one of [1] to [4], wherein the carbon material includes a material produced by heat treatment of an alkoxide compound.
[6] [1]~[5]のいずれかに記載の複合粒子と、硫化物固体電解質と、を含む、正極。 [6] A positive electrode comprising the composite particles according to any one of [1] to [5] and a sulfide solid electrolyte.
[7] [6]に記載の正極を含む、全固体電池。 [7] An all-solid-state battery comprising the positive electrode according to [6].
[8] (a)コーティング液とカーボン材料と正極活物質粒子とを混合することにより、混合物を準備すること、および
(b)前記混合物を乾燥することにより、複合粒子を製造すること、
を含み、
前記コーティング液は、溶質と溶媒とを含み、
前記溶質は、ガラスネットワーク形成元素である第1元素および遷移元素である第2元素の少なくとも一方と、リンと、を含む、
複合粒子の製造方法。
[8] (a) preparing a mixture by mixing a coating liquid, a carbon material, and positive electrode active material particles; and (b) manufacturing composite particles by drying the mixture;
including;
The coating liquid includes a solute and a solvent,
The solute includes at least one of a first element that is a glass network forming element and a second element that is a transition element, and phosphorus.
Method for producing composite particles.
正極活物質粒子の表面に付着したコーティング液およびカーボン材料が乾燥することにより、正極活物質粒子の表面にカーボン材料を含むコーティング膜が生成し得る。すなわち、上記[1]に記載のコーティング膜が生成し得る。 By drying the coating liquid and carbon material adhering to the surface of the positive electrode active material particles, a coating film containing the carbon material can be generated on the surface of the positive electrode active material particles. That is, the coating film described in [1] above can be produced.
[9] (a)コーティング液と正極活物質粒子とを混合することにより、混合物を準備すること、
(b)前記混合物を乾燥することにより、複合粒子を製造すること、および、
(c)前記複合粒子に熱処理を施すこと、
を含み、
前記コーティング液は、溶質と溶媒とを含み、
前記溶質は、ガラスネットワーク形成元素である第1元素および遷移元素である第2元素の少なくとも一方と、リンと、アルコキシド系化合物と、を含む、
複合粒子の製造方法。
[9] (a) preparing a mixture by mixing a coating liquid and positive electrode active material particles;
(b) producing composite particles by drying the mixture; and
(c) heat-treating the composite particles;
including;
The coating liquid includes a solute and a solvent,
The solute includes at least one of a first element that is a glass network forming element and a second element that is a transition element, phosphorus, and an alkoxide-based compound.
Method for producing composite particles.
正極活物質粒子の表面に付着したコーティング液が乾燥し、熱処理によってアルコキシド系化合物が炭素化することにより、正極活物質粒子の表面にカーボン材料を含むコーティング膜が生成し得る。すなわち、上記[1]に記載のコーティング膜が生成し得る。 When the coating liquid adhering to the surface of the positive electrode active material particles is dried and the alkoxide compound is carbonized by heat treatment, a coating film containing a carbon material can be generated on the surface of the positive electrode active material particles. That is, the coating film described in [1] above can be produced.
以下、本開示の実施形態(以下「本実施形態」と略記され得る。)、および本開示の実施例(以下「本実施例」と略記され得る。)が説明される。ただし、本実施形態および本実施例は、本開示の技術的範囲を限定しない。 Hereinafter, embodiments of the present disclosure (hereinafter may be abbreviated as "this embodiment") and examples of the present disclosure (hereinafter may be abbreviated as "present example") will be described. However, this embodiment and this example do not limit the technical scope of the present disclosure.
なお、本明細書において、単数形で表現される要素は、特に断りの無い限り、複数形も含む。例えば「粒子」は「1つの粒子」のみならず、「粒子の集合体(粉体、粉末、粒子群)」も意味し得る。 In this specification, elements expressed in the singular also include the plural unless otherwise specified. For example, "particle" can mean not only "one particle" but also "aggregate of particles (powder, powder, group of particles)."
化合物が化学量論的組成式(例えば「LiCoO2」等)によって表現されている場合、該化学量論的組成式は該化合物の代表例に過ぎない。化合物は、非化学量論的組成を有していてもよい。例えば、コバルト酸リチウムが「LiCoO2」と表現されているとき、特に断りのない限り、コバルト酸リチウムは「Li/Co/O=1/1/2」の組成比に限定されず、任意の組成比でLi、CoおよびOを含み得る。さらに、微量元素によるドープ、置換等も許容され得る。 When a compound is expressed by a stoichiometric formula (for example, "LiCoO 2 ", etc.), the stoichiometric formula is only a representative example of the compound. A compound may have a non-stoichiometric composition. For example, when lithium cobalt oxide is expressed as "LiCoO 2 ", unless otherwise specified, lithium cobalt oxide is not limited to the composition ratio "Li/Co/O=1/1/2", but can be any composition ratio. It may contain Li, Co and O in a compositional ratio. Furthermore, doping, substitution, etc. with trace elements may be acceptable.
<複合粒子>
図1を参照して、複合粒子5は、正極活物質粒子1とコーティング膜2とを備える。複合粒子5は、例えば「被覆正極活物質」等と称され得る。
<Composite particles>
Referring to FIG. 1,
複合粒子5は、例えば凝集体を形成していてもよい。すなわち1個の複合粒子5が、2個以上の正極活物質粒子1を含んでいてもよい。複合粒子5は、例えば、1~50μmのD50を有していてもよいし、1~20μmのD50を有していてもよいし、5~15μmのD50を有していてもよい。
The
なお、本明細書において、「D50」は、体積基準の粒子径分布において、粒子径が小さい側からの頻度の累積が50%に到達する粒子径を示す。D50は、レーザ回折法により測定され得る。 In this specification, "D50" indicates a particle size at which the cumulative frequency from the smaller particle size side reaches 50% in the volume-based particle size distribution. D50 can be measured by laser diffraction.
《コーティング膜》
コーティング膜2は、正極活物質粒子1の表面の少なくとも一部を被覆している。コーティング膜2は、複合粒子5のシェルである。
コーティング膜2は、リン化合物およびカーボン材料31を含む。
《Coating film》
The
(リン化合物)
リン化合物は、第1元素(E1)および第2元素(E2)の少なくとも一方と、Pとを含む。なお、本明細書において、第1元素が「E1」と略記され、第2元素が「E2」と略記され得る。
(phosphorus compound)
The phosphorus compound includes at least one of the first element (E1) and the second element (E2), and P. Note that in this specification, the first element may be abbreviated as "E1", and the second element may be abbreviated as "E2".
第1元素(E1)は、ガラス形成能を有する元素(ガラスネットワーク形成元素)、すなわち、Oと結合することによりネットワーク構造を有する酸化物ガラスを形成し得る元素である。E1の添加により、混合アニオン効果の発現が期待される。 The first element (E1) is an element that has glass-forming ability (glass network-forming element), that is, an element that can form an oxide glass having a network structure by combining with O. Addition of E1 is expected to produce a mixed anion effect.
E1は、例えば、ホウ素(B)、珪素(Si)、窒素(N)、硫黄(S)、ゲルマニウム(Ge)、および水素(H)からなる群より選択される少なくとも1種である。E1は、例えば、BおよびSiからなる群より選択される少なくとも1種である。E1は、単独で酸化物ガラスを形成していてもよい。E1は、Pと共に複合酸化物ガラスを形成していてもよい。 E1 is, for example, at least one member selected from the group consisting of boron (B), silicon (Si), nitrogen (N), sulfur (S), germanium (Ge), and hydrogen (H). E1 is, for example, at least one selected from the group consisting of B and Si. E1 may form oxide glass alone. E1 may form a composite oxide glass together with P.
第2元素(E2)は、遷移元素である。「遷移元素」は、周期表の第3族~第11族の元素である。
The second element (E2) is a transition element. “Transition elements” are elements from
E2は、Pよりも大きいイオン半径を有する。E2は、リン化合物の結晶化を阻害し得る。E2は、例えば、第1遷移元素(3d遷移元素)、第2遷移元素(4d遷移元素)、第3遷移元素(5d、4f遷移元素)、および第4遷移元素からなる群より選択される少なくとも1種である。E2は、例えば、第2遷移元素および第3遷移元素からなる群より選択される少なくとも1種である。第3遷移元素は、ランタノイドを含む。すなわちE2は、例えばランタノイドを含んでいてもよい。 E2 has a larger ionic radius than P. E2 can inhibit crystallization of phosphorus compounds. E2 is, for example, at least one selected from the group consisting of a first transition element (3d transition element), a second transition element (4d transition element), a third transition element (5d, 4f transition element), and a fourth transition element. It is one type. E2 is, for example, at least one selected from the group consisting of second transition elements and third transition elements. Third transition elements include lanthanides. That is, E2 may include, for example, lanthanoids.
E2は、例えば、ランタン(La)、セリウム(Ce)、プラセオジム(Pr)、ネオジム(Nd)、プロメチウム(Pm)、サマリウム(Sm)、ユウロピウム(Eu)、ガドリニウム(Gd)、テルビウム(Tb)、ジスプロシウム(Dy)、ホルミウム(Ho)、エルビウム(Er)、ツリウム(Tm)、イッテルビウム(Yb)、ルテチウム(Lu)、スカンジウム(Sc)、銅(Cu)、Y、ジルコニウム(Zr)、モリブデン(Mo)、テクネチウム(Tc)、ルテニウム(Ru)、ロジウム(Rh)、パラジウム(Pd)、銀(Ag)、ハフニウム(Hf)、タンタル(Ta)、タングステン(W)、レニウム(Re)、オスミウム(Os)、イリジウム(Ir)、白金(Pt)、および金(Au)からなる群より選択される少なくとも1種である。
E2は、例えば、La、Ce、Zr、およびYからなる群より選択される少なくとも1種である。E2は、例えば、La、Ce、およびYからなる群より選択される少なくとも1種である。
E2 is, for example, lanthanum (La), cerium (Ce), praseodymium (Pr), neodymium (Nd), promethium (Pm), samarium (Sm), europium (Eu), gadolinium (Gd), terbium (Tb), Dysprosium (Dy), holmium (Ho), erbium (Er), thulium (Tm), ytterbium (Yb), lutetium (Lu), scandium (Sc), copper (Cu), Y, zirconium (Zr), molybdenum (Mo ), technetium (Tc), ruthenium (Ru), rhodium (Rh), palladium (Pd), silver (Ag), hafnium (Hf), tantalum (Ta), tungsten (W), rhenium (Re), osmium (Os) ), iridium (Ir), platinum (Pt), and gold (Au).
E2 is, for example, at least one selected from the group consisting of La, Ce, Zr, and Y. E2 is, for example, at least one selected from the group consisting of La, Ce, and Y.
リン化合物(または複合粒子)中に含まれるPの比率は、複合粒子5の総量に対して、例えば、1~10質量%である。
The ratio of P contained in the phosphorus compound (or composite particles) is, for example, 1 to 10% by mass based on the total amount of
リン化合物は、例えば、Li、O、炭素(C)等をさらに含んでいてもよい。 The phosphorus compound may further contain, for example, Li, O, carbon (C), and the like.
リン化合物は、例えば、リン酸骨格を含んでいてもよい。すなわち、リン化合物はリン酸化合物であってもよい。リン化合物がリン酸骨格を含むとき、例えば、TOF-SIMS(Time-of-Flight Secondary Ion Mass Spectrometry)により、複合粒子5を分析すると、PO2
-やPO3
-等のフラグメントが検出され得る。
The phosphorus compound may include, for example, a phosphoric acid skeleton. That is, the phosphorus compound may be a phosphoric acid compound. When the phosphorus compound contains a phosphate skeleton, fragments such as PO 2 - and PO 3 - can be detected when the
コーティング膜(またはリン化合物)において、Liの組成比「CLi/(CP+CE1+CE2)」は、2.5以下である〔上記式(1)参照〕。Liの組成比が2.5以下であり、なおかつ、E1およびE2の少なくとも一方が存在することにより、電池抵抗が顕著に低減され得る。 In the coating film (or phosphorus compound), the Li composition ratio "C Li /(C P +C E1 +C E2 )" is 2.5 or less [see formula (1) above]. When the composition ratio of Li is 2.5 or less and at least one of E1 and E2 is present, battery resistance can be significantly reduced.
上記Liの組成比は、例えば、2.38以下であってもよいし、2.26以下であってもよいし、2.18以下であってもよいし、2.03以下であってもよいし、1.89以下であってもよいし、1.73以下であってもよいし、1.42以下であってもよいし、1.1以下であってもよい。Liの組成比は、例えば、0.1以上であってもよいし、0.5以上であってもよいし、1.05以上であってもよい。Liの組成比は、例えば、1.05~2.38であってもよい。
なお、Liの組成比は、ゼロであってもよい。すなわち、コーティング膜(複合粒子)の表面にLiが存在していなくてもよく、コーティング膜(またはリン化合物)が全くLiを含んでいなくてもよい。
The composition ratio of Li may be, for example, 2.38 or less, 2.26 or less, 2.18 or less, or 2.03 or less. It may be 1.89 or less, 1.73 or less, 1.42 or less, or 1.1 or less. The composition ratio of Li may be, for example, 0.1 or more, 0.5 or more, or 1.05 or more. The composition ratio of Li may be, for example, 1.05 to 2.38.
Note that the composition ratio of Li may be zero. That is, Li may not be present on the surface of the coating film (composite particle), and the coating film (or phosphorus compound) may not contain Li at all.
(Liの組成比のXPS測定)
複合粒子の表面におけるLiの組成比「CLi/(CP+CE1+CE2)」は、次の手順でXPSにより測定され得る。XPS装置が準備される。例えば、アルバック・ファイ社製のXPS装置「製品名 PHI X-tool」(またはこれと同等品)が使用されてもよい。複合粒子からなる試料粉末がXPS装置にセットされる。224eVのパスエネルギーにより、ナロースキャン分析が実施される。測定データが解析ソフトフェアにより処理される。例えば、アルバック・ファイ社製の解析ソフトフェア「製品名 MulTiPak」(またはこれと同等品)が使用されてもよい。Li1sスペクトルのピーク面積(積分値)が、Liの元素濃度(CLi)に変換される。P2pスペクトルのピーク面積が、Pの元素濃度(CP)に変換される。E1およびE2については、その種類に応じて、適切なスペクトルが選択される。例えばBの場合、B1sスペクトルのピーク面積が、Bの元素濃度(CE1)に変換される。例えばLaの場合、La3d5スペクトルのピーク面積が、Laの元素濃度(CE2)に変換される。CP、CE1およびCE2の合計で、CLiが除されることにより、粒子表面におけるLiの組成比が求まる。
(XPS measurement of Li composition ratio)
The Li composition ratio "C Li /( CP + C E1 + C E2 )" on the surface of the composite particle can be measured by XPS according to the following procedure. The XPS device is prepared. For example, an XPS device "Product name: PHI X-tool" manufactured by ULVAC-PHI (or an equivalent product) may be used. A sample powder made of composite particles is set in an XPS device. Narrow scan analysis is performed with a pass energy of 224 eV. The measurement data is processed by analysis software. For example, analysis software "product name: MulTiPak" (product name: MulTiPak) manufactured by ULVAC-PHI, Inc. (or an equivalent product) may be used. The peak area (integral value) of the Li1s spectrum is converted to the elemental concentration of Li (C Li ). The peak area of the P2p spectrum is converted to the elemental concentration of P ( CP ). For E1 and E2, appropriate spectra are selected depending on their types. For example, in the case of B, the peak area of the B1s spectrum is converted to the elemental concentration of B (C E1 ). For example, in the case of La, the peak area of the La3d5 spectrum is converted to the elemental concentration (C E2 ) of La. By dividing C Li by the sum of C P , C E1 and C E2 , the composition ratio of Li on the particle surface is determined.
例えば、コーティング膜が複数種のE1を含む場合、CE1は、複数種のE1の合計元素濃度を示す。E2およびCE2についても同様である。 For example, when the coating film contains multiple types of E1, C E1 indicates the total element concentration of the multiple types of E1. The same applies to E2 and C E2 .
XPSによる組成比「CLi/(CP+CE1+CE2)」は、コーティング膜(リン化合物)におけるLiの組成比を反映するが、コーティング膜におけるLiの組成比と等価ではない。XPSにおいては、下地(正極活物質粒子)の組成も反映され得るためである。例えば、XPSにおいて下地のLiが検出されることにより、XPSによるLiの組成比が、実際のコーティング膜におけるLiの組成比より大きくなる可能性もある。 The composition ratio "C Li /(C P +C E1 +C E2 )" determined by XPS reflects the Li composition ratio in the coating film (phosphorus compound), but is not equivalent to the Li composition ratio in the coating film. This is because XPS can also reflect the composition of the base (positive electrode active material particles). For example, if Li in the base is detected by XPS, the Li composition ratio determined by XPS may become larger than the Li composition ratio in the actual coating film.
リン化合物の化学組成は、例えば下記式(2)により表されてもよい。
LiwE1
xE2
yPOz …(2)
上記式(2)中、E1はE1を示す。E2はE2を示す。w、x、y、zは、任意の数である。w、x、y、zは、例えば、複合粒子5の断面のコーティング膜2の部分がSTEM-EDX(Scanning Transmission Electron Microscope - Energy Dispersive X-ray Spectroscopy)等により分析されることにより特定され得る。断面試料は、後述の(膜厚測定)と同様の手順に従って作製される。
The chemical composition of the phosphorus compound may be represented by the following formula (2), for example.
Li w E 1 x E 2 y PO z …(2)
In the above formula (2), E 1 represents E1. E 2 indicates E2. w, x, y, and z are arbitrary numbers. w, x, y, and z can be identified by, for example, analyzing a portion of the
具体的なリン化合物としては、例えば、Li3PO4(LPO)、BPO4(BPO)およびPOx(P4O6、P2O5等)からなる群より選択される少なくとも1種が挙げられる。 Specific examples of the phosphorus compound include at least one selected from the group consisting of Li 3 PO 4 (LPO), BPO 4 (BPO), and POx (P 4 O 6, P 2 O 5, etc.). .
複合粒子5において、正極活物質粒子1の表面のコーティング膜2による被覆率は、例えば70%以上であってもよい。被覆率が70%以上であることにより、電池抵抗の低減が期待される。被覆率は、例えば、85%以上であってもよいし、88%以上であってもよいし、89%以上であってもよいし、90%以上であってもよいし、94%以上であってもよいし、95%以上であってもよいし、97%以上であってもよい。被覆率は、例えば100%であってもよいし、99%以下であってもよい。被覆率は、例えば、85~97%であってもよいし、90~97%であってもよい。
In the
(被覆率のXPS測定)
被覆率もXPSにより測定される。パスエネルギーを120eVとした点以外は上記の(Liの組成比のXPS測定)と同様にして得られる測定データが解析されることにより、C1s、O1s、P1s、M2p3等の各ピーク面積(強度値)から、各元素の比率(元素濃度)が求まる。下記式(3)により、被覆率が求まる。
θ=(P+E1+E2)/(P+E1+E2+M)×100 …(3)
上記式(3)中、θは被覆率(%)を示す。P、E1、E2、Mは、各元素の比率を示す。
(XPS measurement of coverage)
Coverage is also measured by XPS. By analyzing the measurement data obtained in the same manner as above (XPS measurement of Li composition ratio) except that the pass energy was 120 eV, each peak area (intensity value) of C1s, O1s, P1s, M2p3, etc. ), the ratio of each element (element concentration) can be found. The coverage rate is determined by the following formula (3).
θ=(P+E1+E2)/(P+E1+E2+M)×100...(3)
In the above formula (3), θ represents the coverage (%). P, E1, E2, and M indicate the ratio of each element.
「M2p3」および上記式(3)中のMは、正極活物質粒子の構成元素であって、LiおよびO以外の元素を示す。すなわち、正極活物質粒子は下記式(4)により表されてもよい。
LiMO2 …(4)
Mは、1種の元素からなっていてもよいし、複数の元素からなっていてもよい。Mは、例えば、ニッケル(Ni)、コバルト(Co)、マンガン(Mn)およびアルミニウム(Al)からなる群より選択される少なくとも1種であってもよい。Mが複数の元素を含むとき、各元素の組成比の合計は1であってもよい。
"M2p3" and M in the above formula (3) are constituent elements of the positive electrode active material particles, and represent elements other than Li and O. That is, the positive electrode active material particles may be represented by the following formula (4).
LiMO2 ...(4)
M may consist of one type of element or may consist of multiple elements. M may be, for example, at least one selected from the group consisting of nickel (Ni), cobalt (Co), manganese (Mn), and aluminum (Al). When M includes a plurality of elements, the total composition ratio of each element may be 1.
例えば、正極活物質粒子が「LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2」であるとき、上記式(3)は、下記式(3’)に変形され得る。
θ=(P+E1+E2)/(P+E1+E2+Ni+Co+Mn)×100 …(3’)
上記式(3’)中のNiは、Ni2p3のピーク面積から求まるニッケルの元素比率を示す。Coは、Co2p3のピーク面積から求まるコバルトの元素比率を示す。Mnは、Mn2p3のピーク面積から求まるマンガンの元素比率を示す。
For example, when the positive electrode active material particles are "LiNi 1/3 Co 1/3 Mn 1/3 O 2 ", the above formula (3) can be transformed into the following formula (3').
θ=(P+E1+E2)/(P+E1+E2+Ni+Co+Mn)×100...(3')
Ni in the above formula (3') represents the elemental ratio of nickel determined from the peak area of Ni2p3. Co indicates the elemental ratio of cobalt determined from the peak area of Co2p3. Mn indicates the elemental ratio of manganese determined from the peak area of Mn2p3.
コーティング膜2は、例えば、5~100nmの厚さを有していてもよいし、5~50nmの厚さを有していてもよいし、10~30nmの厚さを有していてもよいし、20~30nmの厚さを有していてもよい。
The
(膜厚測定)
膜厚(コーティング膜の厚さ)は、次の手順で測定され得る。複合粒子が樹脂材料に包埋されることにより、試料が準備される。イオンミリング装置により、試料に断面出し加工が施される。例えば、日立ハイテクノロジーズ社製のイオンミリング装置「製品名 Arblade(登録商標)5000」(またはこれと同等品)が使用されてもよい。試料の断面がSEM(Scanning Electron Microscope)により観察される。例えば、日立ハイテクノロジーズ社製のSEM装置「製品名 SU8030」(またはこれと同等品)が使用されてもよい。10個の複合粒子について、それぞれ、20個の視野で膜厚が測定される。合計で200箇所の膜厚の算術平均が、膜厚とみなされる。
(film thickness measurement)
Film thickness (thickness of coating film) can be measured by the following procedure. A sample is prepared by embedding composite particles in a resin material. The ion milling device performs cross-section processing on the sample. For example, an ion milling device "Product name: Arblade (registered trademark) 5000" manufactured by Hitachi High Technologies (or an equivalent product) may be used. A cross section of the sample is observed using a SEM (Scanning Electron Microscope). For example, a SEM device "product name SU8030" (or equivalent product) manufactured by Hitachi High-Technologies, Inc. may be used. The film thickness is measured in 20 fields of view for each of the 10 composite particles. The arithmetic mean of the film thicknesses at 200 locations in total is considered to be the film thickness.
なお、正極および電池において、上述のリン化合物を含有し、低抵抗を有するリン系コーティング膜を備える複合粒子を用いることで、高電圧下における耐久性と、高出力との両立が期待される。 In addition, in the positive electrode and the battery, by using composite particles containing the above-mentioned phosphorus compound and having a phosphorus-based coating film having low resistance, it is expected that both durability under high voltage and high output can be achieved.
(カーボン材料)
カーボン材料は、炭素元素を含む材料であれば特に限定されない。カーボン材料の形状は、特に限定されず、例えば、粒子、集合体、ファイバー等であってもよい。カーボン材料31は、例えば、ゴム系カーボン、カーボンブラックおよびカーボンナノファイバーからなる群より選択される少なくとも1種を含んでいてもよい。
(carbon material)
The carbon material is not particularly limited as long as it contains a carbon element. The shape of the carbon material is not particularly limited, and may be, for example, a particle, an aggregate, a fiber, or the like. The
カーボン材料は、固体電解質と接触した際に固体電解質の分解を生じ難い材料であることが好ましい。 The carbon material is preferably a material that does not easily cause decomposition of the solid electrolyte when it comes into contact with the solid electrolyte.
そのようなカーボン材料としては、例えば、固体電解質と混ぜてCV測定を行ったときの分解電流が0.05mA以下である材料が好ましい。この分解電流は以下の方法で確認できる。
固体電解質とカーボン材料とを9:1の質量比で含む粉末50mgをプレス機の鋳型内に投入し、2.0tonで120秒間のプレスを行い、層状物を得る。該層状物とSUS箔とを積層して2.0tonで120秒間のプレスを行う。層状物のSUS箔と反対側にLi箔およびSUS箔をこの順で積層し、1tonで30秒間のプレスを行う。なお、マコールは6N・mで拘束された。このようにして「SUS箔/カーボン材料および固体電解質/Li/SUS箔」の積層体を作製し、該積層体についてCV測定(掃引速度:0.1mV/s、電圧範囲:2.5V-5V(Li/Li+))を行うことで、上記の分解電流を測定し得る。
As such a carbon material, for example, a material whose decomposition current when mixed with a solid electrolyte and subjected to CV measurement is 0.05 mA or less is preferable. This decomposition current can be confirmed by the following method.
50 mg of powder containing a solid electrolyte and a carbon material at a mass ratio of 9:1 is put into a mold of a press machine, and pressed at 2.0 tons for 120 seconds to obtain a layered material. The layered material and SUS foil are laminated and pressed at 2.0 tons for 120 seconds. Li foil and SUS foil are laminated in this order on the side opposite to the SUS foil of the layered material, and pressed at 1 ton for 30 seconds. Additionally, McCall was restrained with 6Nm. In this way, a laminate of "SUS foil/carbon material and solid electrolyte/Li/SUS foil" was produced, and CV measurement was performed on the laminate (sweep speed: 0.1 mV/s, voltage range: 2.5V-5V (Li/Li + )), the above decomposition current can be measured.
なお、コーティング膜中に含まれるカーボン材料は、例えば、後述のコーティング液中に含まれるアルコキシド系化合物の熱処理(焼成)によって生成したランダムな形状のカーボン材料32(図2参照)であってもよい。 Note that the carbon material contained in the coating film may be, for example, a randomly shaped carbon material 32 (see FIG. 2) generated by heat treatment (firing) of an alkoxide compound contained in the coating liquid described below. .
コーティング膜2に含まれる複数のカーボン材料31,32(複数のカーボン粒子等)の少なくとも一部において、(i)各々のカーボン材料(カーボン粒子等)が単独でコーティング膜を貫通するか、または、(ii)互いに接する複数のカーボン材料(カーボン粒子等)の集合体がコーティング膜を貫通していることが好ましい。この場合、カーボン材料による導電パス形成によって、より確実にリン系コーティング膜の電子伝導性が向上すると考えられる。なお、電子伝導性の向上の観点からは、上記(i)がより好ましい。
In at least a part of the plurality of
なお、図2に示されるように、コーティング膜2においてランダムな形状のカーボン材料32が存在する場合、カーボン材料32aのように単独でコーティング膜2を貫通できるサイズのカーボン材料(上記(i)参照)が存在しやすくなると考えられる。
As shown in FIG. 2, when randomly shaped
コーティング膜中のカーボンの含有率は、例えば、1~20%である。
コーティング膜中のカーボンの含有率は、複合粒子5の断面のコーティング膜2の部分をXPSで分析することにより測定され得る。なお、断面試料は、前述の(膜厚測定)と同様の手順に従って作製される。
The carbon content in the coating film is, for example, 1 to 20%.
The carbon content in the coating film can be measured by analyzing a portion of the
《正極活物質粒子》
正極活物質粒子1は、複合粒子5のコアである。正極活物質粒子1は、二次粒子(一次粒子の集合体)であってもよい。正極活物質粒子1(二次粒子)は、例えば、1~50μmのD50を有していてもよいし、1~20μmのD50を有していてもよいし、5~15μmのD50を有していてもよい。一次粒子は、例えば、0.1~3μmの最大フェレ径を有していてもよい。
《Cathode active material particles》
The positive electrode
正極活物質粒子1は、任意の成分を含み得る。正極活物質粒子1は、例えば、LiCoO2、LiNiO2、LiMnO2、LiMn2O4、Li(NiCoMn)O2、Li(NiCoAl)O2、およびLiFePO4からなる群より選択される少なくとも1種を含んでいてもよい。例えば「Li(NiCoMn)O2」における「(NiCoMn)」は、括弧内の組成比の合計が1であることを示す。合計が1である限り、個々の成分量は任意である。Li(NiCoMn)O2は、例えばLi(Ni1/3Co1/3Mn1/3)O2、Li(Ni0.5Co0.2Mn0.3)O2、Li(Ni0.8Co0.1Mn0.1)O2等を含んでいてもよい。
The positive electrode
<全固体電池>
図4は、本実施形態における全固体電池を示す概念図である。全固体電池100は、例えば、外装体(不図示)を含んでいてもよい。外装体は、例えば、金属箔ラミネートフィルム製のパウチ等であってもよい。外装体が、発電要素50を収納していてもよい。発電要素50は、正極10とセパレータ層30と負極20とを含む。すなわち全固体電池100は、正極10とセパレータ層30と負極20とを含む。
<All-solid battery>
FIG. 4 is a conceptual diagram showing the all-solid-state battery in this embodiment. All-solid-
《正極》
正極10は層状である。正極10は、例えば、正極活物質層と、正極集電体とを含んでいてもよい。例えば、正極集電体の表面に正極合材が塗着されることにより、正極活物質層が形成されていてもよい。正極集電体は、例えば、Al箔等を含んでいてもよい。正極集電体は、例えば、5~50μmの厚さを有していてもよい。
《Positive electrode》
The
正極活物質層は、例えば、10~200μmの厚さを有していてもよい。正極活物質層は、セパレータ層30に密着している。正極活物質層は正極合材を含む。正極合材は、複合粒子(被覆正極活物質)と硫化物固体電解質とを含む。すなわち正極10は、複合粒子と硫化物固体電解質とを含む。複合粒子の詳細は、前述のとおりである。
The positive electrode active material layer may have a thickness of, for example, 10 to 200 μm. The positive electrode active material layer is in close contact with the
硫化物固体電解質は、正極活物質層内にイオン伝導パスを形成し得る。硫化物固体電解質の配合量は、100体積部の複合粒子(正極活物質)に対して、例えば、1~200体積部であってもよいし、50~150体積部であってもよいし、50~100体積部であってもよい。硫化物固体電解質は、Sを含む。硫化物固体電解質は、例えば、Li、P、およびSを含んでいてもよい。硫化物固体電解質は、例えば、O、Si等をさらに含んでいてもよい。硫化物固体電解質は、例えばハロゲン等をさらに含んでいてもよい。硫化物固体電解質は、例えばヨウ素(I)、臭素(Br)等をさらに含んでいてもよい。硫化物固体電解質は、例えばガラスセラミックス型であってもよいし、アルジロダイト型であってもよい。硫化物固体電解質は、例えば、LiI-LiBr-Li3PS4、Li2S-SiS2、LiI-Li2S-SiS2、LiI-Li2S-P2S5、LiI-Li2O-Li2S-P2S5、LiI-Li2S-P2O5、LiI-Li3PO4-P2S5、Li2S-P2S5、およびLi3PS4からなる群より選択される少なくとも1種を含んでいてもよい。 The sulfide solid electrolyte can form an ionic conduction path within the positive electrode active material layer. The blending amount of the sulfide solid electrolyte may be, for example, 1 to 200 parts by volume, or 50 to 150 parts by volume, based on 100 parts by volume of composite particles (positive electrode active material). It may be 50 to 100 parts by volume. The sulfide solid electrolyte contains S. The sulfide solid electrolyte may contain Li, P, and S, for example. The sulfide solid electrolyte may further contain O, Si, etc., for example. The sulfide solid electrolyte may further contain, for example, halogen. The sulfide solid electrolyte may further contain, for example, iodine (I), bromine (Br), and the like. The sulfide solid electrolyte may be of a glass ceramic type or an argyrodite type, for example. Examples of the sulfide solid electrolyte include LiI-LiBr-Li 3 PS 4 , Li 2 S-SiS 2 , LiI-Li 2 S-SiS 2 , LiI-Li 2 SP 2 S 5 , LiI-Li 2 O- From the group consisting of Li 2 S-P 2 S 5 , LiI-Li 2 SP 2 O 5 , LiI-Li 3 PO 4 -P 2 S 5 , Li 2 SP 2 S 5 and Li 3 PS 4 It may contain at least one selected type.
例えば、「LiI-LiBr-Li3PS4」は、LiIとLiBrとLi3PS4とが任意のモル比で混合されることにより生成された硫化物固体電解質を示す。例えば、メカノケミカル法により硫化物固体電解質が生成されてもよい。「Li2S-P2S5」はLi3PS4を含む。Li3PS4は、例えばLi2SとP2S5とが「Li2S/P2S5=75/25(モル比)」で混合されることにより生成され得る。 For example, “LiI-LiBr-Li 3 PS 4 ” indicates a sulfide solid electrolyte produced by mixing LiI, LiBr, and Li 3 PS 4 in an arbitrary molar ratio. For example, a sulfide solid electrolyte may be produced by a mechanochemical method. “Li 2 SP 2 S 5 ” includes Li 3 PS 4 . Li 3 PS 4 can be produced, for example, by mixing Li 2 S and P 2 S 5 at “Li 2 S/P 2 S 5 =75/25 (molar ratio)”.
正極活物質層は、例えば導電材をさらに含んでいてもよい。導電材は、正極活物質層内に電子伝導パスを形成し得る。導電材の配合量は、100質量部の複合粒子(正極活物質)に対して、例えば0.1~10質量部であってもよい。導電材は、任意の成分を含み得る。導電材は、例えば、カーボンブラック、気相成長炭素繊維(VGCF)、カーボンナノチューブ(CNT)およびグラフェンフレークからなる群より選択される少なくとも1種を含んでいてもよい。 The positive electrode active material layer may further contain, for example, a conductive material. The conductive material may form an electron conduction path within the positive electrode active material layer. The amount of the conductive material may be, for example, 0.1 to 10 parts by mass based on 100 parts by mass of composite particles (positive electrode active material). The conductive material may contain any component. The conductive material may include, for example, at least one selected from the group consisting of carbon black, vapor grown carbon fiber (VGCF), carbon nanotube (CNT), and graphene flake.
正極活物質層は、例えばバインダをさらに含んでいてもよい。バインダの配合量は、100質量部の複合粒子(正極活物質)に対して、例えば0.1~10質量部であってもよい。バインダは任意の成分を含み得る。バインダは、例えば、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)、フッ化ビニリデン-ヘキサフルオロプロピレン共重合体(PVdF-HFP)、スチレンブタジエンゴム(SBR)、およびポリテトラフルオロエチレン(PTFE)からなる群より選択される少なくとも1種を含んでいてもよい。 The positive electrode active material layer may further contain a binder, for example. The blending amount of the binder may be, for example, 0.1 to 10 parts by mass based on 100 parts by mass of composite particles (positive electrode active material). The binder may include optional ingredients. The binder is selected from the group consisting of, for example, polyvinylidene fluoride (PVdF), vinylidene fluoride-hexafluoropropylene copolymer (PVdF-HFP), styrene butadiene rubber (SBR), and polytetrafluoroethylene (PTFE). It may contain at least one kind.
《負極》
負極20は層状である。負極20は、例えば、負極活物質層と、負極集電体とを含んでいてもよい。例えば、負極集電体の表面に負極合材が塗着されることにより、負極活物質層が形成されていてもよい。負極集電体は、例えば、Cu箔、Ni箔等を含んでいてもよい。負極集電体は、例えば、5~50μmの厚さを有していてもよい。
《Negative electrode》
The
負極活物質層は、例えば、10~200μmの厚さを有していてもよい。負極活物質層は、セパレータ層30に密着している。負極活物質層は負極合材を含む。負極合材は、負極活物質粒子と硫化物固体電解質とを含む。負極合材は、導電材およびバインダをさらに含んでいてもよい。負極合材と正極合材との間で、硫化物固体電解質は同種であってもよいし、異種であってもよい。負極活物質粒子は、任意の成分を含み得る。負極活物質粒子は、例えば、黒鉛、Si、SiOx(0<x<2)、およびLi4Ti5O12からなる群より選択される少なくとも1種を含んでいてもよい。
The negative electrode active material layer may have a thickness of, for example, 10 to 200 μm. The negative electrode active material layer is in close contact with the
《セパレータ層》
セパレータ層30は、正極10と負極20との間に介在している。セパレータ層30は、正極10を負極20から分離している。セパレータ層30は、硫化物固体電解質を含む。セパレータ層30はバインダをさらに含んでいてもよい。セパレータ層30と正極合材との間で、硫化物固体電解質は同種であってもよいし、異種であってもよい。セパレータ層30と負極合材との間で、硫化物固体電解質は同種であってもよいし、異種であってもよい。
《Separator layer》
<複合粒子の製造方法>
図5は、本実施形態における複合粒子の製造方法の概略フローチャートである。以下「本実施形態における複合粒子の製造方法」が「本製造方法」と略記され得る。本製造方法は、「(a)混合物の準備」および「(b)複合粒子の製造」を含む。本製造方法は、例えば「(c)熱処理」等をさらに含んでいてもよい。
<Method for manufacturing composite particles>
FIG. 5 is a schematic flowchart of the method for manufacturing composite particles in this embodiment. Hereinafter, the "method for manufacturing composite particles in this embodiment" may be abbreviated as "this manufacturing method." This production method includes "(a) Preparation of mixture" and "(b) Production of composite particles." This manufacturing method may further include, for example, "(c) heat treatment".
《(a)混合物の準備》
本製造方法は、コーティング液とカーボン材料と正極活物質粒子とを混合する(正極活物質粒子の表面にコーティング液を付着させる)ことにより、混合物を準備することを含む。なお、予めカーボン材料と正極活物質とを混合した後に、上記の混合を行ってもよい。正極活物質粒子およびカーボン材料の詳細は、前述のとおりである。
《(a) Preparation of mixture》
This manufacturing method includes preparing a mixture by mixing a coating liquid, a carbon material, and positive electrode active material particles (adhering the coating liquid to the surface of the positive electrode active material particles). Note that the above mixing may be performed after mixing the carbon material and the positive electrode active material in advance. Details of the positive electrode active material particles and the carbon material are as described above.
混合物は、例えば、懸濁液であっても湿粉であってもよく、混合物において、正極活物質粒子の表面にコーティング液が付着していればよい。例えば、コーティング液中に正極活物質粒子(粉末)およびカーボン材料が分散されることにより、懸濁液が形成されてもよい。例えば、正極活物質粒子およびカーボン材料を含む粉末中に、コーティング液が噴霧されることにより、湿粉が形成されてもよい。本製造方法においては、任意の混合装置、造粒装置等が使用され得る。 The mixture may be, for example, a suspension or a wet powder, and it is sufficient that the coating liquid is attached to the surface of the positive electrode active material particles in the mixture. For example, a suspension may be formed by dispersing positive electrode active material particles (powder) and carbon material in a coating liquid. For example, a wet powder may be formed by spraying a coating liquid into a powder containing positive electrode active material particles and a carbon material. In this manufacturing method, any mixing device, granulation device, etc. can be used.
コーティング液は、溶質(溶質および分散質を含む)と溶媒(溶媒および分散媒または溶媒)とを含む。溶質は、コーティング膜の原料として、第1元素(E1)および第2元素(E2)の少なくとも一方と、リン(P)と、を含む。コーティング液は、例えば、懸濁物(不溶解成分)、沈殿物等をさらに含んでいてもよい。 The coating liquid contains a solute (including a solute and a dispersoid) and a solvent (a solvent and a dispersion medium or a solvent). The solute contains at least one of the first element (E1) and the second element (E2) and phosphorus (P) as a raw material for the coating film. The coating liquid may further contain, for example, suspended matter (insoluble components), precipitates, and the like.
溶質の総量は、100質量部の溶媒に対して、例えば、0.1~20質量部であってもよいし、1~15質量部であってもよいし、5~10質量部であってもよい。 The total amount of solute may be, for example, 0.1 to 20 parts by mass, 1 to 15 parts by mass, or 5 to 10 parts by mass, with respect to 100 parts by mass of the solvent. Good too.
溶媒は、溶質が溶解する限り、任意の成分を含み得る。溶媒は、例えば、水、アルコール等を含んでいてもよい。溶媒は、例えば、イオン交換水等を含んでいてもよい。 The solvent can contain any component as long as the solute is dissolved. The solvent may include, for example, water, alcohol, and the like. The solvent may include, for example, ion-exchanged water.
E1およびE2の詳細は、前述の通りである。
溶質は、例えば、E1のオキソ酸、およびE1の酸化物からなる群より選択される少なくとも1種を含んでいてもよい。溶質は、例えば、ホウ酸、ケイ酸、硝酸、硫酸、およびゲルマニウム酸からなる群より選択される少なくとも1種を含んでいてもよい。溶質は、例えば、オルトホウ酸、メタホウ酸等を含んでいてもよい。
溶質は、例えば、E2の酸化物を含んでいてもよい。溶質は、例えば、酸化ランタン、酸化セリウム、および酸化イットリウムからなる群より選択される少なくとも1種を含んでいてもよい。
Details of E1 and E2 are as described above.
The solute may contain, for example, at least one selected from the group consisting of E1 oxoacid and E1 oxide. The solute may contain, for example, at least one selected from the group consisting of boric acid, silicic acid, nitric acid, sulfuric acid, and germanic acid. The solute may include, for example, orthoboric acid, metaboric acid, and the like.
The solute may include, for example, an oxide of E2. The solute may include, for example, at least one selected from the group consisting of lanthanum oxide, cerium oxide, and yttrium oxide.
溶質は、例えば、リン酸化合物を含んでいてもよい。これにより、溶質はPを含み得る。リン酸化合物は、例えば、無水リン酸(P2O5)、オルトリン酸、ピロリン酸、メタリン酸〔(HPO3)n〕、およびポリリン酸からなる群より選択される少なくとも1種であってもよい。リン酸化合物は、例えば、メタリン酸およびポリリン酸からなる群より選択される少なくとも1種であってもよい。メタリン酸およびポリリン酸は、その他のリン酸化合物に比して、長い分子鎖を有し得る。リン酸化合物が長い分子鎖を有することにより、連続性を有するコーティング膜が生成されやすくなると考えられる。コーティング膜が連続性を有することにより、例えば、被覆率の向上が期待される。 The solute may include, for example, a phosphoric acid compound. This allows the solute to contain P. The phosphoric acid compound may be, for example, at least one selected from the group consisting of phosphoric anhydride (P 2 O 5 ), orthophosphoric acid, pyrophosphoric acid, metaphosphoric acid [(HPO 3 ) n ], and polyphosphoric acid. good. The phosphoric acid compound may be, for example, at least one selected from the group consisting of metaphosphoric acid and polyphosphoric acid. Metaphosphoric acid and polyphosphoric acid may have longer molecular chains than other phosphoric acid compounds. It is thought that the long molecular chain of the phosphoric acid compound makes it easier to produce a continuous coating film. The continuity of the coating film is expected to improve coverage, for example.
上記のコーティング液において、例えば、下記式(5)の関係が満たされていてもよい。
0.040<(nE1+nE2)/nP≦1.51 …(5)
上記式(5)中、
nPは、コーティング液中におけるPのモル濃度を示す。
nE1は、コーティング液中における第1元素のモル濃度を示す。
nE2は、コーティング液中における第2元素のモル濃度を示す。
In the above coating liquid, for example, the following relationship (5) may be satisfied.
0.040<( nE1 + nE2 ) /nP≦1.51… (5)
In the above formula (5),
n P indicates the molar concentration of P in the coating liquid.
n E1 indicates the molar concentration of the first element in the coating liquid.
n E2 indicates the molar concentration of the second element in the coating liquid.
「(nE1+nE2)/nP」は、コーティング液中におけるPに対する、第1元素(E1)および第2元素(E2)の合計のモル比(物質量比)を示す。該モル比が0.040超1.51以下である場合、電池抵抗の低減が期待される。 "(n E1 +n E2 )/n P " indicates the molar ratio (substance ratio) of the sum of the first element (E1) and the second element (E2) to P in the coating liquid. When the molar ratio is more than 0.040 and less than or equal to 1.51, a reduction in battery resistance is expected.
上記モル比は、例えば、1.03以下であってもよいし、0.67以下であってもよいし、0.48以下であってもよいし、0.098以下であってもよいし、0.051以下であってもよい。モル比は、例えば、0.048以上であってもよいし、0.10以上であってもよい。モル比は、例えば、0.048~1.03であってもよい。 The molar ratio may be, for example, 1.03 or less, 0.67 or less, 0.48 or less, or 0.098 or less. , 0.051 or less. The molar ratio may be, for example, 0.048 or more, or 0.10 or more. The molar ratio may be, for example, 0.048 to 1.03.
(ICP測定)
コーティング液中の上記モル比「(nE1+nE2)/nP」は、次の手順で測定される。0.01gのコーティング液が純水で希釈されることにより、100mLの試料液が準備される。P、E1、E2の水溶液(1000ppm、10000ppm)が準備される。0.01gの水溶液が純水で希釈されることにより、標準液が準備される。ICP-AES(Inductively Coupled Plasma Atomic Emission Spectroscopy)装置が準備される。ICP-AES装置により、標準液の発光強度が測定される。標準液の発光強度から、検量線が作成される。ICP-AES装置により、試料液(コーティング液の希釈液)の発光強度が測定される。試料液の発光強度と、検量線とから、コーティング液におけるP、E1、E2の質量濃度が求まる。さらにP、E1、E2の質量濃度がモル濃度に変換される。E1のモル濃度(nE1)と、E2のモル濃度(nE2)との合計が、Pのモル濃度(nP)で除されることにより、モル比が求まる。
(ICP measurement)
The above molar ratio "(n E1 +n E2 )/n P " in the coating liquid is measured by the following procedure. 100 mL of sample liquid is prepared by diluting 0.01 g of coating liquid with pure water. Aqueous solutions (1000 ppm, 10000 ppm) of P, E1, and E2 are prepared. A standard solution is prepared by diluting 0.01 g of an aqueous solution with pure water. An ICP-AES (Inductively Coupled Plasma Atomic Emission Spectroscopy) device is prepared. The luminescence intensity of the standard solution is measured using an ICP-AES device. A calibration curve is created from the luminescence intensity of the standard solution. The ICP-AES device measures the luminescence intensity of the sample solution (diluted coating solution). The mass concentrations of P, E1, and E2 in the coating liquid are determined from the luminescence intensity of the sample liquid and the calibration curve. Furthermore, the mass concentrations of P, E1, and E2 are converted into molar concentrations. The molar ratio is determined by dividing the sum of the molar concentration of E1 (n E1 ) and the molar concentration of E2 (n E2 ) by the molar concentration of P (n P ).
溶質は、さらにLiを含んでいてよく、例えば、リチウム化合物をさらに含んでいてもよい。リチウム化合物は、例えば、水酸化リチウム、炭酸リチウム、硝酸リチウム等であってもよい。 The solute may further contain Li, for example, may further contain a lithium compound. The lithium compound may be, for example, lithium hydroxide, lithium carbonate, lithium nitrate, or the like.
P、E1およびE2の合計に対する、Liのモル比「nLi/(nP+nE1+nE2)」は、例えば、1.1未満であってもよいし、1.0以下であってもよいし、0.45以下であってもよいし、0.1以下であってもよいし、0.05以下であってもよい。なお、モル比「nLi/(nP+nE1+nE2)」は、例えばゼロであってもよい。すなわち、溶質はLiを含んでいなくてもよい。nLiは、ICP測定における検出限界未満であってもよい。モル比「nLi/(nP+nE1+nE2)」が小さい程、粒子表面におけるLiの組成比が低減することが期待される。 The molar ratio of Li to the sum of P, E1, and E2 " nLi /( nP + nE1 + nE2 )" may be less than 1.1 or may be 1.0 or less, for example. However, it may be 0.45 or less, 0.1 or less, or 0.05 or less. Note that the molar ratio "n Li /(n P +n E1 +n E2 )" may be zero, for example. That is, the solute does not need to contain Li. n Li may be below the detection limit in ICP measurement. It is expected that the smaller the molar ratio "n Li /(n P +n E1 +n E2 )", the lower the Li composition ratio on the particle surface.
《(b)複合粒子の製造》
本製造方法は、上記の混合物を乾燥することにより、複合粒子を製造することを含む。正極活物質粒子の表面に付着したコーティング液が乾燥することにより、コーティング膜が生成され、複合粒子が製造される。本製造方法においては、任意の乾燥方法が使用され得る。
《(b) Manufacture of composite particles》
This manufacturing method includes manufacturing composite particles by drying the above mixture. By drying the coating liquid adhering to the surface of the positive electrode active material particles, a coating film is generated and composite particles are manufactured. Any drying method may be used in this manufacturing method.
混合物が正極活物質粒子、カーボン材料およびコーティング液を含む懸濁液である場合は、例えば、スプレードライ法により、複合粒子が形成されてもよい。すなわち、正極活物質粒子とコーティング液とを含む懸濁液がノズルから噴霧され、噴霧された液滴が、例えば熱風により、乾燥されることによって、複合粒子が形成され得る。スプレードライ法の使用により、例えば、被覆率の向上が期待される。 When the mixture is a suspension containing positive electrode active material particles, carbon material, and coating liquid, composite particles may be formed by, for example, a spray drying method. That is, composite particles can be formed by spraying a suspension containing positive electrode active material particles and a coating liquid from a nozzle, and drying the sprayed droplets with, for example, hot air. By using the spray drying method, for example, it is expected that the coverage will be improved.
スプレードライ用の懸濁液の固形分率は、体積分率で、例えば、1~50%であってもよいし、10~30%であってもよい。ノズル径は、例えば、0.1~10mmであってもよいし、0.1~1mmであってもよい。熱風温度は、例えば、100~200℃であってもよい。 The solid content of the suspension for spray drying may be, for example, 1 to 50% or 10 to 30% by volume. The nozzle diameter may be, for example, 0.1 to 10 mm or 0.1 to 1 mm. The hot air temperature may be, for example, 100 to 200°C.
例えば、転動流動層コーティング装置により、複合粒子が製造されてもよい。転動流動層コーティング装置においては、「(a)混合物の準備」(正極活物質粒子の表面へのコーティング液の付着)および「(b)複合粒子の製造」が同時に実施され得る。 For example, composite particles may be produced in a tumbling fluidized bed coating apparatus. In the tumbling fluidized bed coating apparatus, "(a) Preparation of mixture" (adhesion of coating liquid to the surface of positive electrode active material particles) and "(b) Production of composite particles" can be performed simultaneously.
《(c)熱処理》
本製造方法は、複合粒子に熱処理を施すことを含んでいてもよい。熱処理によりコーティング膜が定着し得る。熱処理は「焼成」とも称され得る。本製造方法においては、任意の熱処理装置が使用され得る。熱処理温度は、例えば、150~300℃であってもよい。熱処理時間は、例えば、1~10時間であってもよい。例えば、空気中で熱処理が実施されてもよいし、不活性雰囲気下で熱処理が実施されてもよい。
《(c) Heat treatment》
This manufacturing method may include subjecting the composite particles to heat treatment. The coating film can be fixed by heat treatment. Heat treatment may also be referred to as "calcination." In this manufacturing method, any heat treatment equipment can be used. The heat treatment temperature may be, for example, 150 to 300°C. The heat treatment time may be, for example, 1 to 10 hours. For example, the heat treatment may be performed in air or under an inert atmosphere.
<複合粒子の製造方法の変形例>
本実施形態においては、上記の複合粒子の製造方法の変形例として、以下の製法を採用し得る。
<Modification of method for producing composite particles>
In this embodiment, the following manufacturing method can be adopted as a modification of the above method for manufacturing composite particles.
(a)コーティング液と正極活物質粒子とを混合することにより、混合物を準備すること、
(b)前記混合物を乾燥することにより、複合粒子を製造すること、および、
(c)前記複合粒子に熱処理を施すこと、
を含み、
前記コーティング液は、溶質と溶媒とを含み、
前記溶質は、ガラスネットワーク形成元素である第1元素および遷移元素である第2元素の少なくとも一方と、リンと、アルコキシド系化合物と、を含む、
複合粒子の製造方法。
(a) preparing a mixture by mixing a coating liquid and positive electrode active material particles;
(b) producing composite particles by drying the mixture; and
(c) heat-treating the composite particles;
including;
The coating liquid includes a solute and a solvent,
The solute includes at least one of a first element that is a glass network forming element and a second element that is a transition element, phosphorus, and an alkoxide-based compound.
Method for producing composite particles.
正極活物質粒子の表面に付着したコーティング液が乾燥し、熱処理(焼成)によってアルコキシド系化合物が炭素化することにより、正極活物質粒子の表面にカーボン材料を含むコーティング膜が生成し得る。すなわち、上記のコーティング膜が生成し得る。 When the coating liquid adhering to the surface of the positive electrode active material particles is dried and the alkoxide compound is carbonized by heat treatment (baking), a coating film containing a carbon material can be generated on the surface of the positive electrode active material particles. That is, the above coating film can be produced.
このようにして形成されたコーティング膜に含まれるカーボン材料は、ランダムな形状を有するため、単独でコーティング膜を貫通するサイズのカーボン材料を含みやすいことが期待される。 Since the carbon material contained in the coating film formed in this manner has a random shape, it is expected that carbon material of a size that can penetrate the coating film alone is likely to be included.
アルコキシド系化合物は、アルコキシド基(-OR)を含む化合物である。アルコキシド系化合物としては、特に限定されないが、例えば、リンの供給源となるリンを含むアルコキシド化合物が挙げられる。リンを含むアルコキシド化合物としては、リン酸トリエチル〔OP(OC2H5)3〕、リン酸トリメチル〔P(OCH3)3〕などを好適に用いることができる。リンを含まないアルコキシド系化合物を用いてもよい。リンを含まないアルコキシド系化合物としては、例えば、ホウ酸アルコキシド〔B(OR)3〕が挙げられる。ホウ酸アルコキシドは、Rの炭素数が3以上であることが好ましく、例えば、ホウ酸トリブチル〔B(O(CH2)CH3)3〕が挙げられる。リチウムエトキシド等を用いてもよい。 An alkoxide compound is a compound containing an alkoxide group (-OR). The alkoxide compound is not particularly limited, but includes, for example, an alkoxide compound containing phosphorus, which is a source of phosphorus. As the alkoxide compound containing phosphorus, triethyl phosphate [OP(OC 2 H 5 ) 3 ], trimethyl phosphate [P(OCH 3 ) 3 ], etc. can be suitably used. An alkoxide compound that does not contain phosphorus may also be used. Examples of the alkoxide compounds that do not contain phosphorus include boric acid alkoxide [B(OR) 3 ]. In the boric acid alkoxide, R preferably has 3 or more carbon atoms, such as tributyl borate [B(O(CH 2 ) CH 3 ) 3 ]. Lithium ethoxide or the like may also be used.
<実施例1>
〔複合粒子の調製〕
870.4質量部の過酸化水素水(質量濃度 30%)が容器に投入された。次に、987.4質量部のイオン交換水と、44.2質量部のリン酸〔P2O5・3H2O〕とが容器に投入された。次に、87.9質量部のアンモニア水(質量濃度 28%)が容器に投入された。容器の内容物が十分攪拌されることにより、溶液が形成された。溶液は、Pのペルオキソ錯体を含むと考えられる。さらに、0.1質量部の水酸化リチウム・1水和物(LiOH・H2O)が溶液に溶解されることにより、コーティング液が準備された。
<Example 1>
[Preparation of composite particles]
870.4 parts by mass of hydrogen peroxide solution (
正極活物質粒子として、Li(Ni1/3Co1/3Mn1/3)O2が準備された。正極活物質粒子に対して10質量%のカーボン材料(黒鉛粉末)を添加し、真空下で混合機(練太郎、株式会社シンキー)を用いて3000rpmで1分間の混合を行った。得られた混合物50質量部が、53.7質量部のコーティング液に分散されることにより、懸濁液が準備された。懸濁液のスプレードライによって、複合粒子の粉末が調製された。 Li(Ni 1/3 Co 1/3 Mn 1/3 )O 2 was prepared as positive electrode active material particles. 10% by mass of carbon material (graphite powder) was added to the positive electrode active material particles, and mixed for 1 minute at 3000 rpm using a mixer (Rentaro, Shinky Co., Ltd.) under vacuum. A suspension was prepared by dispersing 50 parts by mass of the obtained mixture into 53.7 parts by mass of the coating liquid. A powder of composite particles was prepared by spray drying the suspension.
得られた複合粒子が大気雰囲気下で熱処理された。熱処理温度は200℃であった。熱処理時間は5時間であった。これにより、厚さ20nmのコーティング膜を有する実施例1の複合粒子(被覆正極活物質)が得られた。なお、実施例1の複合粒子において、コーティング膜はLi3PO4(LPO)を含むと考えられる。 The obtained composite particles were heat treated in an air atmosphere. The heat treatment temperature was 200°C. The heat treatment time was 5 hours. As a result, composite particles (coated positive electrode active material) of Example 1 having a coating film with a thickness of 20 nm were obtained. In addition, in the composite particles of Example 1, the coating film is considered to contain Li 3 PO 4 (LPO).
〔全固体電池の作製〕
(正極の作製)
下記材料が準備された。
硫化物固体電解質:LiIを含むLi2S-P2S5系ガラスセラミックス(D50:0.8μm)
導電材:VGCF(気相法炭素繊維)
バインダ:SBR(ブタジエンゴム)
分散媒:ヘプタン
正極集電体:Al箔
[Fabrication of all-solid-state battery]
(Preparation of positive electrode)
The following materials were prepared.
Sulfide solid electrolyte: Li 2 SP 2 S 5- based glass ceramics containing LiI (D50: 0.8 μm)
Conductive material: VGCF (vapor grown carbon fiber)
Binder: SBR (butadiene rubber)
Dispersion medium: heptane Positive electrode current collector: Al foil
複合粒子と、硫化物固体電解質と、導電材と、バインダと、分散媒とが混合されることにより、正極スラリーが準備された。複合粒子と硫化物固体電解質との混合比は「複合粒子/硫化物固体電解質=7/3(体積比)」であった。導電材の配合量は、100質量部の複合粒子に対して3質量部であった。バインダの配合量は、100質量部の複合粒子に対して0.7質量部であった。超音波ホモジナイザー(エスエムテー製:UH-50)により、正極スラリーが十分攪拌された。正極スラリーが正極集電体の表面に塗工されることにより、塗膜が形成された。ホットプレートにより、塗膜が100℃で30分間乾燥された。これにより正極原反が製造された。正極原反から、円盤状の正極が切り出された。正極の面積は1cm2であった。 A positive electrode slurry was prepared by mixing composite particles, a sulfide solid electrolyte, a conductive material, a binder, and a dispersion medium. The mixing ratio of the composite particles and the sulfide solid electrolyte was "composite particles/sulfide solid electrolyte = 7/3 (volume ratio)". The amount of the conductive material blended was 3 parts by mass based on 100 parts by mass of composite particles. The blending amount of the binder was 0.7 parts by mass based on 100 parts by mass of composite particles. The positive electrode slurry was sufficiently stirred using an ultrasonic homogenizer (SMT: UH-50). A coating film was formed by applying the positive electrode slurry to the surface of the positive electrode current collector. The coating was dried on a hot plate at 100° C. for 30 minutes. In this way, a positive electrode original fabric was manufactured. A disk-shaped positive electrode was cut out from the positive electrode material. The area of the positive electrode was 1 cm 2 .
(負極の作製)
フィルミックス装置(プライミクス製30-L型)の混練容器に、硫化物固体電解質(LiIを含むLi2S-P2S5系ガラスセラミックス、D50:0.8μm)と、1質量%の導電助剤(VGCF)と、2質量%のバインダー(SBR)と、ヘプタンとを投入し、20000rpmで30分間撹拌した。
次いで、負極活物質(Li4Ti5O12粒子、D50:1μm)と固体電解質とを体積比率が6:4となるように、混練容器に投入し、フィルミックス装置を用いて15000rpmで60分間撹拌することにより、負極合剤を調製した。調製された負極合剤を銅箔上に塗工し、100℃にて30分間乾燥させた。これにより負極原反が製造された。負極原反から、円盤状の負極が切り出された。負極の面積は1cm2であった。
(Preparation of negative electrode)
A sulfide solid electrolyte (Li 2 S-P 2 S 5 -based glass ceramics containing LiI, D50: 0.8 μm) and 1% by mass of a conductive additive were placed in a kneading container of a FILMIX device (model 30-L manufactured by PRIMIX). agent (VGCF), 2% by mass binder (SBR), and heptane, and the mixture was stirred at 20,000 rpm for 30 minutes.
Next, the negative electrode active material ( 12 particles of Li 4 Ti 5 O, D50: 1 μm) and the solid electrolyte were put into a kneading container so that the volume ratio was 6:4, and the mixture was mixed at 15,000 rpm for 60 minutes using a Filmix device. A negative electrode mixture was prepared by stirring. The prepared negative electrode mixture was applied onto copper foil and dried at 100° C. for 30 minutes. In this way, a negative electrode original fabric was manufactured. A disk-shaped negative electrode was cut out from the negative electrode material. The area of the negative electrode was 1 cm 2 .
(セパレータ層の作製)
内径断面積1cm2の筒状セラミックスに、64.8mgの硫化物固体電解質(LiIを含むLi2S-P2S5系ガラスセラミックス、D50:2.5μm)を入れ、平滑にした後、1ton/cm2でプレスし、セパレータ層(固体電解質層)を形成した。
(Preparation of separator layer)
64.8 mg of sulfide solid electrolyte (Li 2 S-P 2 S 5 -based glass ceramics containing LiI, D50: 2.5 μm) was placed in a cylindrical ceramic with an inner diameter cross-sectional area of 1
(電池の作製)
固体電解質層の一方の面に作製された正極を重ね、固体電解質層の他方の面に作製された負極を重ね合わせて、6ton/cm2で1分間のプレスを行った。次いで、正極および負極に端子(ステンレス棒)が入れられた状態で、1tonで拘束することにより、全固体電池(全固体リチウムイオン電池)が作製された。
(Preparation of battery)
The produced positive electrode was stacked on one side of the solid electrolyte layer, and the produced negative electrode was stacked on the other side of the solid electrolyte layer, and pressing was performed at 6 ton/cm 2 for 1 minute. Next, an all-solid-state battery (all-solid lithium ion battery) was produced by restraining the positive and negative electrodes with terminals (stainless steel rods) at 1 ton.
<実施例2>
実施例2では、コーティング膜中のカーボン材料の含有率が10質量%になるように、カーボン材料の配合量が変更された。それ以外の点は実施例1と同様にして、実施例2の複合粒子および電池が作成された。
<Example 2>
In Example 2, the blending amount of the carbon material was changed so that the content of the carbon material in the coating film was 10% by mass. Composite particles and a battery of Example 2 were produced in the same manner as in Example 1 except for the above.
<実施例3>
実施例3では、コーティング液中に直接的にカーボン材料を配合せず、コーティング液中にアルコキシド系化合物(リチウムエトキシド、リン酸トリエチル)を添加し、熱処理工程でアルコキシド系化合物が炭化することによりカーボン材料をコーティング膜内に生成させた。なお、コーティング膜中のカーボン材料の含有率が約5質量%になるように、コーティング液中へのアルコキシド系化合物の添加量が調整された。
具体的には、30mLのIPA(イソプロピルアルコール)に、1mmolのリチウムエトキシド(高純度化学社製)および1mmolのリン酸トリエチル、高純度化学社製)を混合して、ゾルゲル溶液を得た。実施例1と同様のコーティング液に、得られたゾルゲル溶液を添加した。なお、カーボン材料の添加は行わなかった。また、スプレードライによって得られた複合粒子に対する熱処理としては、N2およびAr雰囲気下で200℃~450℃で5時間の熱処理を行った。
それ以外の点は実施例1と同様にして、厚さ20nmのコーティング膜を有する実施例3の複合粒子および電池が作成された。
<Example 3>
In Example 3, the carbon material was not directly blended into the coating liquid, but an alkoxide compound (lithium ethoxide, triethyl phosphate) was added to the coating liquid, and the alkoxide compound was carbonized in the heat treatment process. A carbon material was generated within the coating film. Note that the amount of the alkoxide compound added to the coating liquid was adjusted so that the content of the carbon material in the coating film was approximately 5% by mass.
Specifically, 1 mmol of lithium ethoxide (manufactured by Kojundo Kagaku Co., Ltd.) and 1 mmol of triethyl phosphate (manufactured by Kojundo Kagaku Co., Ltd.) were mixed in 30 mL of IPA (isopropyl alcohol) to obtain a sol-gel solution. The obtained sol-gel solution was added to the same coating solution as in Example 1. Note that no carbon material was added. Further, as heat treatment for the composite particles obtained by spray drying, heat treatment was performed at 200° C. to 450° C. for 5 hours in an N 2 and Ar atmosphere.
Composite particles and a battery of Example 3 having a coating film with a thickness of 20 nm were produced in the same manner as in Example 1 except for the above.
<比較例1>
比較例1では、コーティング膜の原料にカーボン材料が配合されなかった。それ以外の点は実施例1と同様にして、比較例1の複合粒子および電池が作製された。
<Comparative example 1>
In Comparative Example 1, no carbon material was blended into the raw materials for the coating film. Composite particles and a battery of Comparative Example 1 were produced in the same manner as in Example 1 in other respects.
<評価>
〔複合粒子の電気伝導率〕
上記実施例および比較例の各々の複合粒子について、粉体抵抗率測定システム(ロレスタ)を用いて電子伝導性(電気伝導率:電子伝導度)が評価された。表1に、電気伝導率の測定結果が示される。
(1) マコールセルの膜厚ブランクを測定する(または、0点セットを行う)。
(2) 秤量された100mgの複合粒子の粉を、マコールセル内に導入する。
(3) マコールセルを2Nのトルクで締め付けて、マコールセル内の複合粒子をプレスして層状物を得る。層状物の膜厚を測定し、層状物の抵抗値をハイテスタで測定する。
(4) トルクを6N、10Nに変更して、(3)を繰り返す。
(5) 上記(3)および(4)で測定された抵抗値から、抵抗率を求め、抵抗率の逆数である電気伝導率を求める。
<Evaluation>
[Electrical conductivity of composite particles]
The electronic conductivity (electrical conductivity: electronic conductivity) of each of the composite particles of the above Examples and Comparative Examples was evaluated using a powder resistivity measurement system (Loresta). Table 1 shows the measurement results of electrical conductivity.
(1) Measure the film thickness blank of the McCorl cell (or perform a zero point set).
(2) Introduce 100 mg of weighed composite particle powder into the Macor cell.
(3) Tighten the Macor Cell with a torque of 2N and press the composite particles within the Macor Cell to obtain a layered material. The film thickness of the layered material is measured, and the resistance value of the layered material is measured using a high tester.
(4) Change the torque to 6N and 10N and repeat (3).
(5) From the resistance values measured in (3) and (4) above, determine the resistivity, and determine the electrical conductivity, which is the reciprocal of the resistivity.
〔電池の直流抵抗〕
上記の実施例および比較例の各々の電池(全固体電池)について、以下の方法により直流抵抗が評価された。
[Battery DC resistance]
The DC resistance of each of the batteries (all-solid-state batteries) of the above Examples and Comparative Examples was evaluated by the following method.
(初期容量の確認)
各々の電池について、1/3Cレートにて定電流-定電圧(CC-CV)充電および定電流(CC)放電が3サイクル繰り返された。3サイクル目の放電容量が初期容量として確認された。なお、「C」は電流レートの単位である。「1C」は、1時間の充電により、SOC(充電率:State of Charge)が0%から100%に到達する電流レートを示す。
(Checking initial capacity)
For each cell, three cycles of constant current-constant voltage (CC-CV) charging and constant current (CC) discharging were repeated at 1/3C rate. The discharge capacity at the third cycle was confirmed as the initial capacity. Note that "C" is a unit of current rate. "1C" indicates a current rate at which the SOC (state of charge) reaches 100% from 0% after one hour of charging.
(直流抵抗の測定)
上記の初期容量が確認された電池について、直流抵抗が測定された。表1に、直流抵抗の測定結果(比較例1の直流抵抗を1.00としたときの比率)が示される。なお、直流抵抗が小さい程、電池の出力特性(放電レート)が高いことを示す。
(Measurement of DC resistance)
The direct current resistance of the batteries whose initial capacity was confirmed was measured. Table 1 shows the measurement results of DC resistance (ratio when the DC resistance of Comparative Example 1 is set to 1.00). Note that the smaller the DC resistance, the higher the output characteristics (discharge rate) of the battery.
表1に示される結果から、コーティング膜がカーボン材料を含む実施例1~3の複合粒子は、コーティング膜がカーボン材料を含まない比較例1の複合粒子に比べて、電気伝導率が極めて高くなっていることが分かる。また、実施例1~3の複合粒子の各々を用いて作製された電池(全固体電池)は、比較例1の複合粒子用いて作製された電池に比べて、直流抵抗が低く、電池の出力が大きいことがわかる。 From the results shown in Table 1, the composite particles of Examples 1 to 3 in which the coating film contains a carbon material have extremely high electrical conductivity compared to the composite particles of Comparative Example 1 in which the coating film does not contain a carbon material. I can see that In addition, the batteries (all-solid-state batteries) produced using each of the composite particles of Examples 1 to 3 had lower DC resistance than the battery produced using the composite particles of Comparative Example 1, and the battery output It can be seen that the is large.
なお、特に実施例3では、複合粒子の電気伝導率が高かった。実施例3では、図2に示されるように、コーティング膜2においてランダムな形状のカーボン材料32が存在し、カーボン材料32aのように単独でコーティング膜2を貫通するカーボン材料が存在することで、複合粒子の電気伝導率が高くなったと考えられる。
In addition, especially in Example 3, the electrical conductivity of the composite particles was high. In Example 3, as shown in FIG. 2, there are randomly shaped
本実施形態および本実施例は、全ての点で例示である。本実施形態および本実施例は、制限的ではない。本開示の技術的範囲は、特許請求の範囲の記載と均等の意味および範囲内における全ての変更を包含する。例えば、本実施形態および本実施例から、任意の構成が抽出され、それらが任意に組み合わされることも当初から予定されている。 This embodiment and this example are illustrative in all respects. This embodiment and this example are not restrictive. The technical scope of the present disclosure includes all changes within the meaning and scope equivalent to the description of the claims. For example, it is planned from the beginning that arbitrary configurations will be extracted from this embodiment and this example and that they will be combined arbitrarily.
1 正極活物質粒子、2 コーティング膜、31,32,32a カーボン材料、5 複合粒子、10 正極、20 負極、30 セパレータ層、50 発電要素、100 全固体電池。 1 positive electrode active material particles, 2 coating film, 31, 32, 32a carbon material, 5 composite particles, 10 positive electrode, 20 negative electrode, 30 separator layer, 50 power generation element, 100 all-solid battery.
Claims (9)
前記コーティング膜は、リン化合物およびカーボン材料を含み、
前記リン化合物は、ガラスネットワーク形成元素である第1元素および遷移元素である第2元素の少なくとも一方と、リンとを含み、
前記コーティング膜において、下記式(1)の関係を満たす、複合粒子。
CLi/(CP+CE1+CE2)≦2.5 …(1)
(上記式(1)中、
CLi、CP、CE1、CE2は、X線光電子分光法により測定される元素濃度を示し、
CLiは、リチウムの元素濃度を示し、
CPは、リンの元素濃度を示し、
CE1は、前記第1元素の元素濃度を示し、
CE2は、前記第2元素の元素濃度を示す。) comprising positive electrode active material particles and a coating film that covers at least a portion of the surface of the positive electrode active material particles,
The coating film includes a phosphorus compound and a carbon material,
The phosphorus compound includes at least one of a first element that is a glass network forming element and a second element that is a transition element, and phosphorus,
In the coating film, composite particles satisfy the relationship of the following formula (1).
C Li /(C P +C E1 +C E2 )≦2.5…(1)
(In the above formula (1),
C Li , C P , C E1 , C E2 indicate element concentrations measured by X-ray photoelectron spectroscopy,
C Li indicates the elemental concentration of lithium,
C P indicates the elemental concentration of phosphorus,
C E1 indicates the element concentration of the first element,
C E2 represents the element concentration of the second element. )
(b)前記混合物を乾燥することにより、複合粒子を製造すること、
を含み、
前記コーティング液は、溶質と溶媒とを含み、
前記溶質は、ガラスネットワーク形成元素である第1元素および遷移元素である第2元素の少なくとも一方と、リンと、を含む、
複合粒子の製造方法。 (a) preparing a mixture by mixing a coating liquid, a carbon material, and positive electrode active material particles; and (b) manufacturing composite particles by drying the mixture.
including;
The coating liquid includes a solute and a solvent,
The solute includes at least one of a first element that is a glass network forming element and a second element that is a transition element, and phosphorus.
Method for producing composite particles.
(b)前記混合物を乾燥することにより、複合粒子を製造すること、および、
(c)前記複合粒子に熱処理を施すこと、
を含み、
前記コーティング液は、溶質と溶媒とを含み、
前記溶質は、ガラスネットワーク形成元素である第1元素および遷移元素である第2元素の少なくとも一方と、リンと、アルコキシド系化合物と、を含む、
複合粒子の製造方法。
(a) preparing a mixture by mixing a coating liquid and positive electrode active material particles;
(b) producing composite particles by drying the mixture; and
(c) heat-treating the composite particles;
including;
The coating liquid includes a solute and a solvent,
The solute includes at least one of a first element that is a glass network forming element and a second element that is a transition element, phosphorus, and an alkoxide-based compound.
Method for producing composite particles.
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| JP2022062836A JP7726111B2 (en) | 2022-04-05 | 2022-04-05 | Composite particle, positive electrode, all-solid-state battery, and method for producing composite particle |
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