WO2022059567A1 - 無機固体電解質含有組成物、全固体二次電池用シート及び全固体二次電池並びに、全固体二次電池用シート及び全固体二次電池の製造方法 - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to an inorganic solid electrolyte-containing composition, an all-solid-state secondary battery sheet and an all-solid-state secondary battery, and a method for manufacturing an all-solid-state secondary battery sheet and an all-solid-state secondary battery.
- the all-solid-state secondary battery consists of a negative electrode, an electrolyte, and a positive electrode, all of which are solid, and can greatly improve the safety and reliability of batteries using organic electrolytes. It is also said that it will be possible to extend the service life. Further, the all-solid-state secondary battery can have a structure in which electrodes and electrolytes are directly arranged side by side and arranged in series. Therefore, it is possible to increase the energy density as compared with a secondary battery using an organic electrolytic solution, and it is expected to be applied to an electric vehicle, a large storage battery, or the like.
- a solid material such as an inorganic solid electrolyte or an active material is used as a material for forming a constituent layer (solid electrolyte layer, negative electrode active material layer, positive electrode active material layer, etc.).
- this inorganic solid electrolyte particularly an oxide-based inorganic solid electrolyte and a sulfide-based inorganic solid electrolyte, is expected as an electrolyte material having high ionic conductivity approaching that of an organic electrolytic solution.
- the constituent layer composed of solid particles such as an inorganic solid electrolyte, an active material, and a conductive auxiliary agent is restricted in the interfacial contact state between the solid particles. , Interface resistance tends to increase (ion conductivity decreases). Moreover, when the all-solid-state secondary battery provided with such a constituent layer is repeatedly charged and discharged, the energy loss becomes large and the cycle characteristics are deteriorated.
- Patent Document 1 describes an inorganic solid electrolyte having ionic conductivity of a metal element belonging to Group 1 or Group 2 of the Periodic Table, and an SP value of 10.5 cal 1/2 cm -3/2 or more.
- a solid electrolyte composition containing a binder particle having an average particle size of 10 nm or more and 50,000 nm or less and a dispersion medium containing a polymer is described.
- the material for forming the constituent layer of the all-solid-state secondary battery is required to have solid particles highly dispersed in the dispersion medium from the viewpoint of improving battery performance (for example, ionic conductivity and cycle characteristics).
- battery performance for example, ionic conductivity and cycle characteristics.
- development for practical use of all-solid-state secondary batteries is progressing rapidly, and measures corresponding to this are required.
- high ionic conductivity not only in a normal temperature environment (for example, 15 to 35 ° C) but also in a low temperature environment of, for example, 5 ° C or less. ..
- the inorganic solid electrolyte has a peculiar problem that it is easily deteriorated (decomposed) by water.
- the present invention is an inorganic solid electrolyte-containing composition that exhibits excellent dispersibility and does not easily deteriorate the inorganic solid electrolyte, and contains an inorganic solid electrolyte capable of forming a constituent layer that exhibits high ionic conductivity even in a low temperature environment.
- An object of the present invention is to provide a composition. Further, the present invention uses an all-solid secondary battery sheet and an all-solid secondary battery provided with a constituent layer formed by using the inorganic solid electrolyte-containing composition, and the above-mentioned inorganic solid electrolyte-containing composition. An object of the present invention is to provide a sheet for an all-solid-state secondary battery and a method for manufacturing an all-solid-state secondary battery.
- the present inventors have conducted various studies on the polymer binder used in combination with the inorganic solid electrolyte and the dispersion medium.
- the polymer binder shall be formed of a polymer having a surface energy of 20 mN / m or less and an SP value of 14 to 21.5 MPa 1/2 .
- the deterioration of the inorganic solid electrolyte due to moisture can be suppressed while improving the dispersibility of the solid particles such as the inorganic solid polymer.
- the inorganic solid electrolyte-containing composition containing the specific polymer binder, the inorganic solid electrolyte and the dispersion medium as the constituent layer forming material, the whole having a constituent layer having low resistance and not easily deteriorated even in a low temperature environment.
- the present invention has been further studied based on these findings and has been completed.
- R 1 to R 3 represent a hydrogen atom or a substituent.
- L indicates a single bond or a linking group.
- RF indicates a substituent containing a carbon atom and a fluorine atom.
- RS indicates a substituent containing a silicon atom.
- ⁇ 4> The inorganic solid electrolyte-containing composition according to any one of ⁇ 1> to ⁇ 3>, wherein the polymer is a graft polymer.
- ⁇ 5> The composition containing an inorganic solid electrolyte according to any one of ⁇ 1> to ⁇ 3>, wherein the main chain of the polymer is a block polymer.
- ⁇ 6> The inorganic solid electrolyte-containing composition according to any one of ⁇ 1> to ⁇ 5>, wherein the SP value of the dispersion medium is 14 to 24 MPa 1/2 .
- ⁇ 7> The inorganic solid electrolyte-containing composition according to any one of ⁇ 1> to ⁇ 6>, which contains an active substance.
- An all-solid-state secondary battery including a positive electrode active material layer, a solid electrolyte layer, and a negative electrode active material layer in this order.
- At least one layer of the positive electrode active material layer, the solid electrolyte layer, and the negative electrode active material layer is a layer composed of the inorganic solid electrolyte-containing composition according to any one of ⁇ 1> to ⁇ 9>.
- Secondary battery. ⁇ 12> A method for producing a sheet for an all-solid secondary battery, which forms a film of the inorganic solid electrolyte-containing composition according to any one of ⁇ 1> to ⁇ 9> above.
- ⁇ 13> A method for manufacturing an all-solid-state secondary battery, wherein the all-solid-state secondary battery is manufactured through the manufacturing method according to ⁇ 12> above.
- the present invention is an inorganic solid electrolyte-containing composition that exhibits excellent dispersibility and can suppress deterioration of the inorganic solid electrolyte, and is an inorganic solid electrolyte capable of forming a constituent layer that exhibits high ionic conductivity even in a low temperature environment.
- the contained composition can be provided.
- the present invention can provide an all-solid-state secondary battery sheet and an all-solid-state secondary battery having a layer composed of the inorganic solid electrolyte-containing composition.
- the present invention can provide a sheet for an all-solid-state secondary battery and a method for producing an all-solid-state secondary battery using this inorganic solid electrolyte-containing composition.
- FIG. 2 is a vertical sectional view schematically showing the coin-type all-solid-state secondary battery produced in the examples.
- the numerical range represented by using "-" means a range including the numerical values before and after "-" as the lower limit value and the upper limit value.
- the indication of a compound is used to mean that the compound itself, its salt, and its ion are included. Further, it is meant to include a derivative which has been partially changed, such as by introducing a substituent, as long as the effect of the present invention is not impaired.
- (meth) acrylic means one or both of acrylic and methacrylic. The same applies to (meth) acrylate.
- substituents or the like may be the same or different from each other. Means that.
- the polymer means a polymer, but is synonymous with a so-called polymer compound.
- the polymer binder means a binder composed of a polymer, and includes the polymer itself and a binder formed containing the polymer.
- the composition containing an inorganic solid electrolyte of the present invention comprises an inorganic solid electrolyte having ionic conductivity of a metal belonging to Group 1 or Group 2 of the Periodic Table, and a polymer exhibiting specific properties or physical properties described later. Contains the obtained polymer binder and a dispersion medium. This polymer binder has the property (soluble) of being soluble in the dispersion medium contained in the composition containing an inorganic solid electrolyte.
- the polymer binder in the inorganic solid electrolyte-containing composition usually exists in a state of being dissolved in a dispersion medium in the inorganic solid electrolyte-containing composition, although it depends on the content thereof.
- the polymer binder functions to disperse the solid particles in the dispersion medium, and the dispersibility of the solid particles in the inorganic solid electrolyte-containing composition can be enhanced. Further, the adhesion between the solid particles or the current collector is enhanced, and the effect of improving the cycle characteristics of the all-solid-state secondary battery can be enhanced.
- the fact that the polymer binder is dissolved in the dispersion medium in the composition containing an inorganic solid electrolyte is not limited to the embodiment in which all the polymer binders are dissolved in the dispersion medium, and for example, the following solubility in the dispersion medium is determined.
- a part of the polymer binder may be present insoluble in the composition containing an inorganic solid electrolyte as long as it is 80% or more. Further, the fact that the polymer binder is dissolved in the dispersion medium means that the following solubility of the polymer binder in the dispersion medium is 80% or more.
- the method for measuring the solubility is as follows. That is, a specified amount of the polymer binder to be measured is weighed in a glass bottle, 100 g of a dispersion medium of the same type as the dispersion medium contained in the inorganic solid electrolyte-containing composition is added thereto, and the mixture is placed on a mix rotor at a temperature of 25 ° C.
- the composition containing the inorganic solid electrolyte of the present invention may contain the above-mentioned polymer binder, and its existence state and the like are not particularly limited and may or may not be adsorbed on the inorganic solid electrolyte.
- This polymer binder is composed of solid particles such as inorganic solid electrolytes (further, coexisting active substances and conductive aids) in a constituent layer formed of at least an inorganic solid electrolyte-containing composition (for example, inorganic solid electrolytes).
- Inorganic solid electrolyte and active substance function as a binder to bind active substances to each other). Furthermore, it may function as a binder that binds the current collector and the solid particles.
- the polymer binder may or may not have a function of binding solid particles to each other.
- the composition containing an inorganic solid electrolyte of the present invention is preferably a slurry in which the inorganic solid electrolyte is dispersed in a dispersion medium.
- the polymer binder preferably has a function of dispersing solid particles in a dispersion medium.
- the composition containing an inorganic solid electrolyte of the present invention has excellent dispersibility, and the inorganic solid electrolyte is less likely to deteriorate.
- this inorganic solid electrolyte-containing composition as a constituent layer forming material, it is possible to develop high ionic conductivity in the constituent layer even in a low temperature environment while suppressing deterioration of the inorganic solid electrolyte due to moisture, and it is possible to develop a high ionic conductivity in the constituent layer. Even underneath, it is possible to realize an all-solid-state secondary battery with low resistance and excellent cycle characteristics.
- the active material layer formed on the current collector is formed of the inorganic solid electrolyte-containing composition of the present invention, the adhesion between the current collector and the active material layer can be enhanced, and the cycle characteristics can be improved. Can be improved.
- a polymer binder that dissolves in a dispersion medium (hereinafter, may be simply referred to as a binder) is used (a binder that dissolves in a dispersion medium may be referred to as a soluble binder). Therefore, in this composition, the dispersibility of the solid particles such as the inorganic solid electrolyte is enhanced by the binder, and the solid particles are less likely to be unevenly distributed in the composition, and a constituent layer in which the solid particles are uniformly arranged can be formed. It is considered that this constituent layer is less likely to generate an overcurrent even when the all-solid-state secondary battery is charged and discharged, and can prevent the deterioration of solid particles. In this way, it becomes possible to improve the ionic conductivity and the cycle characteristics.
- the surface energy of the polymer contained in the binder is set to 20 mN / m or less, and the SP value is set to 14 to 21.5 MPa 1/2 .
- the SP value of the polymer is set in the above range, the affinity of the binder for the dispersion medium can be further enhanced, and the binder in the dissolved state can be highly dispersed. Therefore, the solid particles in the constituent layer can be arranged more uniformly, and the improvement of the battery characteristics based on the solubility can be further enhanced.
- the soluble binder usually tends to excessively cover the surface of solid particles such as an inorganic solid electrolyte, and increases the interfacial resistance (contact resistance) of the inorganic solid electrolyte (decreases the ionic conductivity).
- the surface energy of the polymer contained in the soluble binder is set in the above range, even if the binder is adsorbed on the surface of the inorganic solid electrolyte, the binder is repelled by the surface of the inorganic solid electrolyte and the binder is scattered and precipitated.
- the direct contact between the inorganic solid electrolytes can be maintained without significantly impairing the strong adhesion between the inorganic solid electrolytes. Therefore, the interfacial resistance of the inorganic solid electrolyte can be reduced, and the inhibition of ionic conduction between the inorganic solid electrolytes can be suppressed even in a low temperature environment. Moreover, since the binder having a small surface energy is adsorbed on the surface of the inorganic solid electrolyte, the contact of water with the inorganic solid electrolyte can be effectively inhibited.
- compositions and the constituent layer containing the inorganic solid electrolyte it is possible to suppress the increase in resistance of the inorganic solid electrolyte in a low temperature environment and the increase in resistance due to deterioration.
- the composition containing an inorganic solid electrolyte of the present invention exhibits the above-mentioned effects in combination with the above-mentioned soluble binder in combination with the inorganic solid electrolyte and the dispersion medium, and has low resistance and cycle characteristics even in a low temperature environment. It is considered that an excellent all-solid-state secondary battery can be realized.
- the constituent layer is formed while maintaining a high degree of dispersion as described above. Therefore, it is considered that the binder can come into contact (adhesion) with the surface of the current collector in a state of being dispersed with the solid particles. As a result, strong adhesion between the current collector and the active material can be realized, and further improvement in cycle characteristics and conductivity can be realized.
- the composition containing an inorganic solid electrolyte of the present invention is a material for forming a solid electrolyte layer or an active material layer of an all-solid-state secondary battery sheet (including an all-solid-state secondary battery electrode sheet) or an all-solid-state secondary battery. It can be preferably used as a constituent layer forming material). In particular, it can be preferably used as a material for forming a negative electrode sheet for an all-solid-state secondary battery or a negative electrode active material layer containing a negative electrode active material having a large expansion and contraction due to charging and discharging. Can be achieved.
- the composition containing an inorganic solid electrolyte of the present invention is preferably a non-aqueous composition.
- the non-aqueous composition includes not only a water-free aspect but also a form in which the water content (also referred to as water content) is preferably 500 ppm or less.
- the water content is more preferably 200 ppm or less, further preferably 100 ppm or less, and particularly preferably 50 ppm or less.
- the water content indicates the amount of water contained in the inorganic solid electrolyte-containing composition (mass ratio to the inorganic solid electrolyte-containing composition), and specifically, is filtered through a 0.02 ⁇ m membrane filter and Karl Fischer.
- the value shall be the value measured using titration.
- the composition containing an inorganic solid electrolyte of the present invention also includes an embodiment containing an active material, a conductive auxiliary agent, and the like in addition to the inorganic solid electrolyte (the composition of this embodiment is referred to as an electrode composition).
- the composition of this embodiment is referred to as an electrode composition.
- the composition containing an inorganic solid electrolyte contains an inorganic solid electrolyte (in the case of particles, it is also referred to as inorganic solid electrolyte particles).
- the inorganic solid electrolyte is an inorganic solid electrolyte
- the solid electrolyte is a solid electrolyte capable of transferring ions inside the solid electrolyte. Since it does not contain organic substances as the main ionic conductive material, it is an organic solid electrolyte (polyelectrolyte represented by polyethylene oxide (PEO), organic represented by lithium bis (trifluoromethanesulfonyl) imide (LiTFSI), etc.).
- PEO polyethylene oxide
- LiTFSI lithium bis (trifluoromethanesulfonyl) imide
- electrolyte salt since the inorganic solid electrolyte is a solid in a steady state, it is usually not dissociated or liberated into cations and anions. In this respect, it is also clearly distinguished from the electrolyte or inorganic electrolyte salts (LiPF 6 , LiBF 4 , Lithium bis (fluorosulfonyl) imide (LiFSI), LiCl, etc.) that are dissociated or liberated into cations and anions in the polymer. Will be done.
- electrolyte or inorganic electrolyte salts LiPF 6 , LiBF 4 , Lithium bis (fluorosulfonyl) imide (LiFSI), LiCl, etc.
- the inorganic solid electrolyte is not particularly limited as long as it has the ionic conductivity of a metal belonging to Group 1 or Group 2 of the Periodic Table, and is generally one having no electron conductivity.
- the all-solid-state secondary battery of the present invention is a lithium-ion battery
- the inorganic solid electrolyte preferably has ionic conductivity of lithium ions.
- a solid electrolyte material usually used for an all-solid secondary battery can be appropriately selected and used.
- examples of the inorganic solid electrolyte include (i) a sulfide-based inorganic solid electrolyte, (ii) an oxide-based inorganic solid electrolyte, (iii) a halide-based inorganic solid electrolyte, and (iv) a hydride-based inorganic solid electrolyte.
- the sulfide-based inorganic solid electrolyte is preferable from the viewpoint that a better interface can be formed between the active material and the inorganic solid electrolyte.
- the sulfide-based inorganic solid electrolyte contains a sulfur atom, has ionic conductivity of a metal belonging to Group 1 or Group 2 of the Periodic Table, and is electronically insulated. Those having sex are preferable.
- the sulfide-based inorganic solid electrolyte preferably contains at least Li, S and P as elements and has lithium ion conductivity, but other than Li, S and P may be used depending on the purpose or case. It may contain an element.
- the sulfide-based inorganic solid electrolyte has a particularly high reactivity with water among the inorganic solid electrolytes, and avoids contact with water (moisture) not only at the time of preparing the composition but also when forming a constituent layer. is important.
- water moisture
- deterioration of the sulfide-based inorganic solid electrolyte can be effectively prevented.
- Examples of the sulfide-based inorganic solid electrolyte include a lithium ion conductive inorganic solid electrolyte satisfying the composition represented by the following formula (S1).
- L a1 M b1 P c1 S d1 A e1 (S1)
- L represents an element selected from Li, Na and K, with Li being preferred.
- M represents an element selected from B, Zn, Sn, Si, Cu, Ga, Sb, Al and Ge.
- A represents an element selected from I, Br, Cl and F.
- a1 to e1 indicate the composition ratio of each element, and a1: b1: c1: d1: e1 satisfy 1 to 12: 0 to 5: 1: 2 to 12: 0 to 10.
- a1 is preferably 1 to 9, more preferably 1.5 to 7.5.
- b1 is preferably 0 to 3, more preferably 0 to 1.
- d1 is preferably 2.5 to 10, more preferably 3.0 to 8.5.
- e1 is preferably 0 to 5, more preferably 0 to 3.
- composition ratio of each element can be controlled by adjusting the blending amount of the raw material compound when producing the sulfide-based inorganic solid electrolyte as described below.
- the sulfide-based inorganic solid electrolyte may be amorphous (glass) or crystallized (glass-ceramic), or only a part thereof may be crystallized.
- Li—P—S based glass containing Li, P and S, or Li—P—S based glass ceramics containing Li, P and S can be used.
- Sulfide-based inorganic solid electrolytes include, for example, lithium sulfide (Li 2 S), phosphorus sulfide (for example, diphosphorus pentasulfide (P 2 S 5 )), simple phosphorus, simple sulfur, sodium sulfide, hydrogen sulfide, and lithium halide (eg, lithium halide). It can be produced by the reaction of at least two or more raw materials in the sulfides of the elements represented by LiI, LiBr, LiCl) and M (for example, SiS 2 , SnS, GeS 2 ).
- the ratio of Li 2S to P 2 S 5 in Li-P-S-based glass and Li-PS-based glass ceramics is the molar ratio of Li 2 S: P 2 S 5 , preferably 60:40 to. It is 90:10, more preferably 68:32 to 78:22.
- the lithium ion conductivity can be made high.
- the lithium ion conductivity can be preferably 1 ⁇ 10 -4 S / cm or more, and more preferably 1 ⁇ 10 -3 S / cm or more. There is no particular upper limit, but it is practical that it is 1 ⁇ 10 -1 S / cm or less.
- Li 2 SP 2 S 5 Li 2 SP 2 S 5 -LiCl, Li 2 SP 2 S 5 -H 2 S, Li 2 SP 2 S 5 -H 2 S-LiCl, Li 2 S-LiI-P 2 S 5 , Li 2 S-LiI-Li 2 O-P 2 S 5 , Li 2 S-LiBr-P 2 S 5 , Li 2 S-Li 2 O-P 2 S 5 , Li 2 S-Li 3 PO 4 -P 2 S 5 , Li 2 S-P 2 S 5 -P 2 O 5 , Li 2 SP 2 S 5 -SiS 2 , Li 2 SP 2 S 5 -SiS 2 -LiCl, Li 2 SP 2 S 5 -SnS, Li 2 SP 2 S 5 -Al 2 S 3 , Li 2 S-GeS 2 ,
- the mixing ratio of each raw material does not matter.
- an amorphization method can be mentioned.
- the amorphization method include a mechanical milling method, a solution method and a melt quenching method. This is because processing at room temperature is possible and the manufacturing process can be simplified.
- the oxide-based inorganic solid electrolyte contains an oxygen atom, has ionic conductivity of a metal belonging to Group 1 or Group 2 of the Periodic Table, and is electronically insulated. Those having sex are preferable.
- the oxide-based inorganic solid electrolyte preferably has an ionic conductivity of 1 ⁇ 10 -6 S / cm or more, more preferably 5 ⁇ 10 -6 S / cm or more, and 1 ⁇ 10 -5 S. It is particularly preferable that it is / cm or more.
- the upper limit is not particularly limited, but it is practical that it is 1 ⁇ 10 -1 S / cm or less.
- Li xa La ya TiO 3 [xa satisfies 0.3 ⁇ xa ⁇ 0.7, and ya satisfies 0.3 ⁇ ya ⁇ 0.7.
- LLT Li xb Layb Zr zb M bb mb Onb
- M bb is one or more elements selected from Al, Mg, Ca, Sr, V, Nb, Ta, Ti, Ge, In and Sn.
- Xb satisfies 5 ⁇ xb ⁇ 10, yb satisfies 1 ⁇ yb ⁇ 4, zb satisfies 1 ⁇ zb ⁇ 4, mb satisfies 0 ⁇ mb ⁇ 2, and nb satisfies 5 ⁇ nb ⁇ 20. Satisfies.); Li xc Byc M cc zc Onc (M cc is one or more elements selected from C, S, Al, Si, Ga, Ge, In and Sn.
- Xc is 0 ⁇ xc ⁇ 5 , Yc satisfies 0 ⁇ yc ⁇ 1, zc satisfies 0 ⁇ zc ⁇ 1, nc satisfies 0 ⁇ nc ⁇ 6); Li xd (Al, Ga) yd (Ti, Ge) zd Si.
- Dee represents a halogen atom or a combination of two or more halogen atoms.
- Li xf Si yf Ozf (xf satisfies 1 ⁇ xf ⁇ 5 and yf satisfies 0 ⁇ yf ⁇ 3).
- Zf satisfies 1 ⁇ zf ⁇ 10.
- Li xg SygO zg (xg satisfies 1 ⁇ xg ⁇ 3, yg satisfies 0 ⁇ yg ⁇ 2, zg satisfies 1 ⁇ zg ⁇ 10.
- Li 7 La 3 Zr 2 O 12 (LLZ) having a garnet-type crystal structure.
- Phosphorus compounds containing Li, P and O are also desirable.
- lithium phosphate Li 3 PO 4
- LiPON in which part of the oxygen of lithium phosphate is replaced with nitrogen
- LiPOD 1 (D 1 is preferably Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zr, Nb, Mo, Ru, Ag, Ta, W, Pt and one or more elements selected from Au) and the like.
- LiA 1 ON (A 1 is one or more elements selected from Si, B, Ge, Al, C and Ga) and the like can also be preferably used.
- the halide-based inorganic solid electrolyte contains a halogen atom, has the conductivity of an ion of a metal belonging to Group 1 or Group 2 of the Periodic Table, and has electrons. Insulating compounds are preferred.
- the halide-based inorganic solid electrolyte is not particularly limited, and examples thereof include compounds such as Li 3 YBr 6 and Li 3 YCl 6 described in LiCl, LiBr, LiI, ADVANCED MATERIALS, 2018, 30, 1803075. Of these, Li 3 YBr 6 and Li 3 YCl 6 are preferred.
- the hydride-based inorganic solid electrolyte contains a hydrogen atom, has ionic conductivity of a metal belonging to Group 1 or Group 2 of the Periodic Table, and is electronically insulated. A compound having a property is preferable.
- the hydride-based inorganic solid electrolyte is not particularly limited, and examples thereof include LiBH 4 , Li 4 (BH 4 ) 3 I, and 3LiBH 4 -LiCl.
- the inorganic solid electrolyte is preferably particles.
- the particle size (volume average particle size) of the inorganic solid electrolyte is not particularly limited, but is preferably 0.01 ⁇ m or more, and more preferably 0.1 ⁇ m or more.
- the upper limit is preferably 100 ⁇ m or less, and more preferably 50 ⁇ m or less.
- the particle size of the inorganic solid electrolyte is measured by the following procedure. Inorganic solid electrolyte particles are prepared by diluting a 1% by mass dispersion in a 20 mL sample bottle with water (heptane in the case of a water-unstable substance).
- the diluted dispersion sample is irradiated with 1 kHz ultrasonic waves for 10 minutes, and immediately after that, it is used for the test.
- data was captured 50 times using a laser diffraction / scattering particle size distribution measuring device LA-920 (trade name, manufactured by HORIBA) using a measuring quartz cell at a temperature of 25 ° C. Obtain the volume average particle size.
- LA-920 trade name, manufactured by HORIBA
- the inorganic solid electrolyte contained in the inorganic solid electrolyte-containing composition may be one kind or two or more kinds.
- the content of the inorganic solid electrolyte in the composition containing the inorganic solid electrolyte is not particularly limited, but is preferably 50% by mass or more at 100% by mass of the solid content in terms of dispersibility and ionic conductivity. It is more preferably 90% by mass or more, and particularly preferably 90% by mass or more. From the same viewpoint, the upper limit is preferably 99.9% by mass or less, more preferably 99.5% by mass or less, and particularly preferably 99% by mass or less.
- the content of the inorganic solid electrolyte in the inorganic solid electrolyte-containing composition is such that the total content of the active material and the inorganic solid electrolyte is in the above range. Is preferable.
- the solid content refers to a component that does not disappear by volatilizing or evaporating when the composition containing an inorganic solid electrolyte is dried under a pressure of 1 mmHg and a nitrogen atmosphere at 150 ° C. for 6 hours. .. Typically, it refers to a component other than the dispersion medium described later.
- the inorganic solid electrolyte-containing composition of the present invention contains one or more polymer binders.
- the polymer binder used in the present invention is formed containing a polymer having a surface energy of 20 mN / m or less and an SP value of 14 to 21.5 MPa 1/2 , and is contained in the inorganic solid electrolyte-containing composition. It dissolves in a dispersion medium.
- this polymer binder in combination with an inorganic solid electrolyte and a dispersion medium, it is possible to prepare an inorganic solid electrolyte-containing composition having excellent dispersibility and the inorganic solid electrolyte is less likely to deteriorate, and further exhibits high ionic conductivity even in a low temperature environment. , A constituent layer that does not easily deteriorate can be produced.
- the polymer contained in the polymer binder may contain other polymers as long as it contains a polymer satisfying the above surface energy and SP value, as long as the action of these components is not impaired.
- the surface energy and SP value which are the characteristics characteristic of the polymer forming the polymer binder (also referred to as the binder-forming polymer), will be described.
- This binder-forming polymer has a surface energy of 20 mN / m or less. By having the surface energy in this range, the binder containing the binder-forming polymer can prevent the deterioration of the inorganic solid electrolyte while reducing the interfacial resistance of the solid particles such as the inorganic solid electrolyte as described above.
- the surface energy of the binder-forming polymer is preferably 18 mN / m or less, more preferably 16 mN / m or less, and even more preferably 14 mN / m or less.
- the lower limit of the surface energy is not particularly limited, but it is practically 3 mN / m or more, preferably 5 mN / m or more, more preferably 8 mN / m or more, and 9 mN / m or more. Is more preferable.
- the surface energy of the binder-forming polymer shall be a value calculated by the method described in Examples.
- the binder-forming polymer has an SP value of 14 to 21.5 MPa 1/2 .
- the SP value of the binder-forming polymer is preferably less than 21.5 MPa 1/2 , more preferably 20 MPa 1/2 or less, and further preferably 19 MPa 1/2 or less.
- the lower limit of the SP value is preferably 15 MPa 1/2 or more, more preferably 16 MPa 1/2 or more, and further preferably 17 MPa 1/2 or more.
- the SP value (MPa 1/2 ) of each component constituting the binder-forming polymer is determined by the Hoy method unless otherwise specified (HL Hoy JOURNAL OF PAINT TECHNOLOGY Vol. 42, No. 541, 1970). , 76-118, and POLYMER HANDBOOK 4th, Chapter 59, VII, page 686 See the formula below in Table5 , Table6 and Table6). If necessary, the SP value obtained in accordance with the above document is converted into the SP value (MPa 1/2 ) (for example, 1 cal 1/2 cm -3/2 ⁇ 2.05 J 1/2 cm -3/2 ⁇ 2). 0.05 MPa 1/2 ).
- the SP value (MPa 1/2 ) of the binder-forming polymer is calculated from the following formula.
- SP 2 (SP 1 2 x W 1 ) + (SP 2 2 x W 2 ) + ...
- SP 1 , SP 2 Indicates the SP value of the component
- W 1 , W 2 Indicates the mass fraction of the component.
- the mass fraction of the constituent component is the mass fraction of the constituent component (the raw material compound that leads to this constituent component) in the binder-forming polymer.
- the SP value of the binder-forming polymer can be adjusted by the type, composition (type and content of constituents) of the binder-forming polymer, and the like.
- the SP value of the binder-forming polymer satisfies the difference (absolute value) of the SP value in the range described later with respect to the SP value of the dispersion medium in that a higher degree of dispersibility can be realized.
- the polymer binder or binder-forming polymer used in the present invention preferably has the following physical properties or properties.
- the binder-forming polymer preferably has a (tensile) elastic modulus of 1 MPa or more.
- the elastic modulus of the binder-forming polymer is preferably 5 MPa or more, more preferably 10 MPa or more, and even more preferably 15 MPa or more.
- the upper limit of the elastic modulus is not particularly limited, but is practically 800 MPa or less, preferably 600 MPa or less, more preferably 400 MPa or less, still more preferably 100 MPa or less.
- the elastic modulus of the binder-forming polymer is a value calculated by the method described in Examples. In the present invention, the elastic modulus can be appropriately set depending on the type, composition and the like of the binder-forming polymer.
- the water concentration of the polymer binder is preferably 100 ppm (mass basis) or less.
- the polymer may be crystallized and dried, or the polymer binder dispersion may be used as it is.
- the polymer forming the polymer binder is preferably amorphous. In the present invention, the polymer being "amorphous" typically means that no endothermic peak due to crystal melting is observed when measured at the glass transition temperature.
- the polymer forming the polymer binder may be a non-crosslinked polymer or a crosslinked polymer. Further, when the cross-linking of the polymer progresses by heating or application of a voltage, the molecular weight may be larger than the above molecular weight. Preferably, the polymer has a mass average molecular weight in the range described below at the start of use of the all-solid-state secondary battery.
- the mass average molecular weight of the polymer forming the polymer binder is not particularly limited. For example, 15,000 or more is preferable, 30,000 or more is more preferable, and 50,000 or more is further preferable.
- the upper limit is substantially 5,000,000 or less, preferably 4,000,000 or less, more preferably 3,000,000 or less, still more preferably 100,000 or less.
- the molecular weights of polymers, polymer chains and macromonomers are the mass average molecular weights or number average molecular weights in terms of standard polystyrene by gel permeation chromatography (GPC) unless otherwise specified.
- GPC gel permeation chromatography
- the value measured by the method of the following condition 1 or condition 2 (priority) is basically used.
- an appropriate eluent may be appropriately selected and used depending on the type of polymer or macromonomer.
- the binder-forming polymer is not particularly limited in its polymer type, composition and the like as long as it satisfies the solubility in the dispersion medium and the above surface energy and SP value.
- sequential polymerization (hypercondensation, polyaddition or addition condensation) polymers such as polyurethane, polyurea, polyamide, polyimide, polyester, polycarbonate resin, polyether resin, etc., fluoropolymers, hydrocarbon polymers, vinyl polymers, (meth) acrylic polymers.
- chain polymers such as, or copolymers thereof. Among them, a chain polymer is preferable, and a vinyl polymer or a (meth) acrylic polymer is more preferable.
- the polymerization mode of the binder-forming polymer is not particularly limited, and may be any of a block polymer, an alternating copolymer polymer, a random polymer, and a graft polymer.
- the graft polymer means a polymer having a graft chain as a side chain regardless of the polymerization mode of the main chain, and specifically, a polymer having a repeating unit in the molecular chain constituting the side chain.
- the binder-forming polymer effectively exerts the above-mentioned effects, improves dispersibility and ionic conductivity, suppresses deterioration of the non-solid electrolyte, and has a main chain of a block copolymer in terms of adhesion.
- the main chain of a polymer means a linear molecular chain in which all other molecular chains constituting the polymer can be regarded as a branched chain or a pendant with respect to the main chain. Although it depends on the mass average molecular weight of the molecular chain regarded as a branched chain or a pendant chain, the longest chain among the molecular chains constituting the polymer is typically the main chain. However, the terminal group of the polymer terminal is not included in the main chain.
- the side chain of the polymer means a molecular chain other than the main chain, and includes a short molecular chain and a long molecular chain (graft chain).
- the constituent components and content of the binder-forming polymer are determined within a range that satisfies the solubility in the dispersion medium, the surface energy, and the SP value, and the details will be described later.
- the (meth) acrylic polymer suitable as the binder-forming polymer is a polymer obtained by (co) polymerizing the (meth) acrylic compound (M1), and contains 50 constituent components derived from the (meth) acrylic compound (M1). Examples thereof include polymers containing a mass% or more.
- a vinyl polymer suitable as a binder-forming polymer is a polymer obtained by (co) polymerizing a vinyl-based monomer other than the (meth) acrylic compound (M1), and contains 50% by mass of constituent components derived from the vinyl-based monomer. Examples thereof include the polymers contained above.
- the binder-forming polymer is derived from an ethylenically unsaturated monomer (polymerizable compound) having a fluorine atom or a silicon atom in addition to both the constituent components derived from the (meth) acrylic compound (M1) and the constituent components derived from the vinyl-based monomer. It is preferable to have the constituents of the above, and further the constituents derived from the macromonomer.
- the ethylenically unsaturated monomer having a fluorine atom or a silicon atom include a compound having an ethylenically unsaturated group (polymerizable group) and a fluorine atom or a group containing a fluorine atom or a silicon atom.
- the group containing a fluorine atom or a silicon atom is not particularly limited, and examples thereof include RF in the formula ( LF ) and RS in the formula ( LS ) described later.
- the ethylenically unsaturated group and the group containing a fluorine atom or a silicon atom may be directly bonded or may be bonded via a linking group.
- the linking group that binds the ethylenically unsaturated group to the group containing a fluorine atom or a silicon atom is not particularly limited, and examples thereof include L in the formula (LF) described later.
- Examples of such ethylenically unsaturated monomers include fluorosubstituted ethylenes such as tetrafluoroethylene (TFE) and vinylidene difluoride (VdF), and compounds that lead to constituents represented by the following formula (LF) or formula (LS). Can be mentioned. Examples of the compound for deriving the constituents represented by the following formula (LF) or formula (LS) are represented by the formula (LF) in addition to the compounds for deriving the constituents of the exemplary polymer and the example polymer described later. Examples of the compound that derives the constituents include hexafluoropropylene (HFP) and the like.
- TFE tetrafluoroethylene
- VdF vinylidene difluoride
- LF tetrafluoroethylene
- LS vinylidene difluoride
- HFP hexafluoropropylene
- R 1 to R 3 represent a hydrogen atom or a substituent.
- the substituents that can be taken as R 1 to R 3 are not particularly limited, and are selected from the substituent Z described later, and an alkyl group or a halogen atom is preferable.
- R 1 and R 3 are preferably hydrogen atoms, respectively, and R 2 is preferably a hydrogen atom or methyl.
- L indicates a single bond or a linking group, and a linking group is preferable.
- the linking group that can be taken as L is not particularly limited, but is, for example, an alkylene group (preferably 1 to 12 carbon atoms, more preferably 1 to 6 carbon atoms, still more preferably 1 to 3 carbon atoms), an alkenylene group (2 carbon atoms). ⁇ 6 is preferable, 2 to 3 are more preferable), an arylene group (the number of carbon atoms is preferably 6 to 24, more preferably 6 to 10), an oxygen atom, a sulfur atom, and an imino group (-NR N ⁇ : RN ).
- a hydrogen atom, an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms or an aryl group having 6 to 10 carbon atoms is shown), a carbonyl group, a phosphate linking group (-OP (OH) (O) -O-), a phosphonic acid.
- Examples thereof include a linking group (-P (OH) (O) -O-), or a group related to a combination thereof.
- a group composed of a combination of an alkylene group, an arylene group, a carbonyl group, an oxygen atom, a sulfur atom and an imino group is preferable, and a group composed of a combination of an alkylene group, an arylene group, a carbonyl group, an oxygen atom and an imino group is preferable. More preferably, it contains a —CO—O— group, a —CO— N (RN) ⁇ group ( RN represents a hydrogen atom, an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms or an aryl group having 6 to 10 carbon atoms).
- the number of atoms constituting the linking group and the number of linking atoms are as follows. However, the above does not apply to the polyalkyleneoxy chain constituting the linking group. In the present invention, the number of atoms constituting the linking group is preferably 1 to 36, more preferably 1 to 24, still more preferably 1 to 12, and preferably 1 to 6. Especially preferable.
- the number of linked atoms of the linking group is preferably 10 or less, and more preferably 8 or less. The lower limit is 1 or more.
- the hydrocarbon group (alkyl group, etc.) and the linking group may or may not each have a substituent.
- substituents which may be possessed include a substituent Z, and a halogen atom and the like are preferably mentioned.
- RF indicates a substituent containing a carbon atom and a fluorine atom.
- the substituent containing both atoms is not particularly limited, and examples thereof include a fluorine-substituted hydrocarbon group, and specific examples thereof include a fluoroalkyl group and a fluoroaryl group. Of these, a fluoroalkyl group is preferable, and a primary fluoroalkyl group is more preferable in terms of reducing interfacial resistance and preventing deterioration.
- the fluoroalkyl group is a group in which at least one hydrogen atom of an alkyl group or a cycloalkyl group is replaced with a fluorine atom, and the number of carbon atoms is preferably 1 to 20, and 2 in terms of reducing interfacial resistance and preventing deterioration. ⁇ 15 is more preferable, 3 to 10 is more preferable, and 4 to 8 is particularly preferable.
- the number of fluorine atoms on the carbon atom may be a part of a hydrogen atom replaced or a whole replaced (perfluoroalkyl group).
- the carbon atom bonded to L in the formula is not substituted with fluorine, and it is more preferable that the carbon atom on the terminal side of the alkyl group is substituted with fluorine.
- a fluoroalkyl group represented by the formula: C n F (2n + 1) Cm H (2 m) ⁇ is preferably mentioned.
- m is 1 or 2
- the total of n and m is the same as the number of carbon atoms of the above alkyl group.
- the fluoroaryl group is a group in which at least one hydrogen atom of an aromatic hydrocarbon is substituted with a fluorine atom, and the number of carbon atoms is preferably 6 to 24, more preferably 6 to 10.
- the number of fluorine atoms on the carbon atom may be a part of a hydrogen atom replaced or a whole replaced (perfluoroaryl group).
- Specific examples of the fluoroalkyl group and the fluoroaryl group include, but are not limited to, each group contained in the exemplary polymer described later and the polymer synthesized in the examples.
- RS indicates a substituent containing a silicon atom.
- a siloxane group is preferably mentioned, and for example, a group having a structure represented by-(SiR2 - O) n- is preferable.
- R indicates a hydrogen atom or a substituent, and a substituent is preferable.
- the substituent is not particularly limited, and examples thereof include those selected from the substituent Z described later, and an alkyl group or an aryl group is preferable.
- the (average) number of repetitions n is preferably 1 to 100, more preferably 10 to 80, and even more preferably 20 to 50.
- the group bonded to the terminal of the structure represented by-(SiR2 - O) n- is not particularly limited, and an alkyl group or an aryl group that can be taken as R is preferable.
- the binder-forming polymer having the component represented by the formula (LS) becomes a graft polymer, and the side chain thereof is in the component represented by the formula (LS). Will have RS.
- Examples of the (meth) acrylic compound (M1) include (meth) acrylic acid compound, (meth) acrylic acid ester compound, (meth) acrylamide compound, (meth) acrylic nitrile compound, and the like, and the (meth) acrylic acid ester compound. , (Meta) acrylic nitrile compounds are preferred.
- Examples of the (meth) acrylic acid ester compound include (meth) acrylic acid alkyl ester compounds and (meth) acrylic acid aryl ester compounds, and (meth) acrylic acid alkyl ester compounds are preferable.
- the number of carbon atoms of the alkyl group constituting the (meth) acrylic acid alkyl ester compound is not particularly limited, but can be, for example, 1 to 24, and is 3 to 20 in terms of improving dispersibility and battery characteristics. It is preferably 4 to 16, more preferably 6 to 14, and even more preferably 6 to 14.
- the number of carbon atoms of the aryl group constituting the aryl ester is not particularly limited, but can be, for example, 6 to 24, preferably 6 to 10.
- the nitrogen atom of the amide group may be substituted with an alkyl group or an aryl group.
- the vinyl-based monomer is not particularly limited, but a vinyl compound (M2) capable of copolymerizing with the (meth) acrylic compound (M1) is preferable, and for example, an aromatic vinyl compound such as a styrene compound, a vinylnaphthalene compound, and a vinylcarbazole compound. Further, examples thereof include an allyl compound, a vinyl ether compound, a vinyl ester compound, a dialkyl itaconate compound, and an unsaturated carboxylic acid anhydride.
- the vinyl compound include "vinyl-based monomers" described in JP-A-2015-88486. Among them, aromatic vinyl compounds are preferable, and styrene compounds are more preferable.
- the preferred vinyl compound (M2) include styrene, methylstyrene, chlorostyrene, trifluoromethylstyrene, pentafluorostyrene and the like.
- the (meth) acrylic compound (M1) and the vinyl compound (M2) may have a substituent.
- the substituent is not particularly limited, and examples thereof include a group selected from the substituent Z described later, but a form not substituted with a fluorine atom is preferable.
- the compound represented by the following formula (b-1) is preferable.
- R 1 is a hydrogen atom, a hydroxy group, a cyano group, a halogen atom, an alkyl group (preferably 1 to 24 carbon atoms, more preferably 1 to 12 carbon atoms, particularly preferably 1 to 6 carbon atoms), and an alkenyl group (2 carbon atoms).
- ⁇ 24 is preferred, 2-12 is more preferred, 2-6 is particularly preferred), an alkynyl group (2-24 carbon atoms is preferred, 2-12 is more preferred, 2-6 is particularly preferred), or an aryl group (preferably 2-6).
- 6 to 22 carbon atoms are preferable, and 6 to 14 carbon atoms are more preferable).
- a hydrogen atom or an alkyl group is preferable, and a hydrogen atom or a methyl group is more preferable.
- R 2 represents a hydrogen atom or a substituent.
- the substituent that can be taken as R 2 is not particularly limited, but an alkyl group (a branched chain may be preferable, but a straight chain is preferable) and an alkenyl group (the number of carbon atoms is preferably 2 to 12 is preferable, 2 to 6 is more preferable, and 2 or 3 is preferable. Particularly preferred), an aryl group (preferably 6 to 22 carbon atoms, more preferably 6 to 14 carbon atoms), an aralkyl group (preferably 7 to 23 carbon atoms, more preferably 7 to 15 carbon atoms), and a cyano group.
- the carbon number of the alkyl group is synonymous with the carbon number of the alkyl group constituting the (meth) acrylic acid alkyl ester compound, and the preferable range is also the same.
- L 1 is a linking group, and is not particularly limited, and examples thereof include L in the above formula (LF).
- L 1 takes a -CO-O- group or a -CO- N (RN)-group ( RN is as described above)
- the compound represented by the above formula (b-1) is (meth).
- M1 the acrylic compound
- M2 the others correspond to the vinyl compound (M2).
- n is 0 or 1, preferably 1.
- ⁇ (L 1 ) n ⁇ R 2 indicates one kind of substituent (for example, an alkyl group)
- n is 0 and R 2 is a substituent (alkyl group).
- the substituent is not particularly limited, and examples thereof include the above-mentioned group which can be taken as R1 .
- R1 a group which may take a substituent such as an alkyl group, an aryl group, an alkylene group and an arylene group, even if the group has a substituent within a range that does not impair the effect of the present invention. good.
- the substituent is not particularly limited, and examples thereof include a group selected from the substituent Z described later, but a form not substituted with a fluorine atom is preferable.
- Examples of the macromonomer for deriving the constituent components derived from the macromonomer that the binder-forming polymer may have include those having a number average molecular weight of 1,000 or more (according to the above-mentioned method for measuring the mass average molecular weight). Those of 000 or more are preferable.
- the upper limit is not particularly limited, but can be, for example, 500,000, preferably 30,000 or less.
- the macromonomer preferably has the above-mentioned ethylenically unsaturated group and a polymerized chain.
- a chain made of an ordinary polymer can be applied without particular limitation, but in the present invention, a polymerized chain made of a (meth) acrylic polymer and a polymerized chain made of polysiloxane are preferable.
- the polymerized chain made of the (meth) acrylic polymer includes a constituent component derived from the (meth) acrylic compound (M1), a constituent component derived from the vinyl compound (M2), and ethylene having the above-mentioned fluorine atom or silicon atom. It is preferable to have a component derived from the sex unsaturated monomer, particularly a component represented by the above formula (LF) or formula (LS).
- a polymer chain having a (meth) acrylic acid ester compound and a constituent component represented by the above formula (LF) is more preferable.
- the polymerized chain made of polysiloxane a polymerized chain made of a group having a structure represented by-( SiR2 - O) n-, which can be taken as the RS, is preferable.
- the content of each component in the polymerized chain of the macromonomer is not particularly limited and is appropriately set.
- the content of the component derived from the (meth) acrylic compound (M1) in the polymerized chain of the macromonomer is preferably, for example, 40 to 90% by mass, more preferably 50 to 80% by mass.
- the content of the component represented by the formula (LF) or the formula (LS) is preferably, for example, 10 to 60% by mass, more preferably 20 to 50% by mass, and 30 to 30 to 50% by mass. It is more preferably 40% by mass.
- the linking group that links the ethylenically unsaturated group and the polymer chain is not particularly limited, and is a single bond, an ester bond (-CO-O- group), or an amide bond (-CO- N (RN) -group (R).
- N is as described above)
- urethane bond (-N (RN) -CO- group ( RN is as described above)
- urea bond ( -N ( RN ) -CO- N (RN) -group
- RN is used for various bonds such as ether bond, carbonate bond (-O - CO- group), disubstituted benzene (phenylene group), chain transfer agent, polymerization initiator, etc. used for synthesis.
- a linking group containing a derived structural part or a linking group in which these are combined is preferable, and examples thereof include a linking group that can be taken as L as described above, provided with an -CO-O- group or a -CO- N (RN).
- -A group containing a group ( RN is as described above) and a structural part derived from a chain transfer agent, a polymerization initiator, etc. is preferable.
- the linking group is a configuration derived from a macromonomer contained in the polymer synthesized in the examples. Examples include linking groups in the components.
- examples of the macromonomer include macromonomers that lead to constituents contained in the following exemplified polymers and polymers synthesized in Examples, and macromonomers described in JP-A-2015-084886.
- the binder-forming polymer having a constituent component derived from this macromonomer is a graft polymer.
- the binder-forming polymer preferably has a component represented by the above formula (LF) or formula (LS) in the main chain or side chain (graft chain).
- LF component represented by the above formula
- LS formula represented by the above formula (LS)
- RS is a group having a structure represented by-(SiR2 - O) n- (n is 2 or more) among the constituents represented by the above formula (LS)
- this constituent is derived from a macromonomer.
- the binder-forming polymer which corresponds to the constituent component of the above and has this constituent component in the main chain is a graft polymer.
- the binder-forming polymer has a component derived from the (meth) acrylic compound (M1), particularly a component derived from the (meth) acrylic acid ester compound, so that it adheres to the inorganic solid electrolyte and the active material and is dispersible. Further, it is preferable in that the adhesion between the solid particles and the adhesion with the current collector can be improved. Further, the binder-forming polymer has a constituent component derived from the (meth) acrylic nitrile compound among the (meth) acrylic compounds (M1), in addition to improving the adhesion to the inorganic solid electrolyte and the active material, further, the binder-forming polymer. It is preferable in that the elastic modulus of the above can be increased. Further, it is preferable that the binder-forming polymer has a constituent component derived from the styrene compound among the vinyl compounds in that the elastic modulus of the binder-forming polymer can be increased.
- the content of each component in the binder-forming polymer is not particularly limited, and is appropriately determined in consideration of the surface energy and the SP value.
- the content of each component in the vinyl polymer is set in the following range, for example, so that the total content of all the components is 100% by mass.
- the content of the constituent component derived from the vinyl compound may be 100% by mass, but is 50 to 50. It is preferably 90% by mass, more preferably 60 to 80% by mass, and particularly preferably 65 to 75% by mass.
- the content of the constituent component derived from the styrene compound is set in a range satisfying the above range, and is preferably 55 to 80% by mass, more preferably 60 to 70% by mass.
- the content of the constituent component derived from the (meth) acrylic compound (M1) is set to less than 50% by mass, preferably 0 to 40% by mass, and more preferably 5 to 35% by mass. preferable.
- the content of the constituent components derived from the (meth) acrylic acid ester compound (excluding the constituent components represented by the above formula (LF) or the above formula (LF)) is in the above range.
- the content of the constituent component derived from the (meth) acrylic nitrile compound in the (meth) acrylic compound (M1) is set within the above range, but is preferably 0 to 40% by mass, more preferably. It is 5 to 35% by mass.
- the content of the constituent component derived from the ethylenically unsaturated monomer having a fluorine atom or a silicon atom is, for example, preferably 3 to 60% by mass, more preferably 5 to 60% by mass, and 10 to 50% by mass. It is more preferably%, and particularly preferably 15 to 40% by mass.
- the content of the constituent component represented by the above formula (LF) or the above formula (LF) incorporated in the main chain of the vinyl polymer is set within the above range, but for example, 5 It is preferably to 60% by mass, more preferably 10 to 55% by mass, and even more preferably 15 to 50% by mass.
- the content of the constituent components derived from the macromonomer is, for example, preferably 5 to 50% by mass, more preferably 10 to 40% by mass, and even more preferably 15 to 35% by mass.
- the constituent component derived from the macromonomer contains a constituent component derived from an ethylenically unsaturated monomer having a fluorine atom or a silicon atom in the polymerized chain
- the content of the constituent component derived from this macromonomer is the above-mentioned "fluorine”. It is included in "contents of constituents derived from ethylenically unsaturated monomers having atoms or silicon atoms”.
- the content of each component in the (meth) acrylic polymer is set in the following range, for example, so that the total content of all the components is 100% by mass.
- the content of the constituent component derived from the (meth) acrylic compound (M1) may be 100% by mass.
- it is preferably 50 to 90% by mass, and more preferably 55 to 80% by mass.
- the content of the constituent components derived from the (meth) acrylic acid ester compound is in the above range.
- the content of the constituent component derived from the (meth) acrylic nitrile compound in the (meth) acrylic compound (M1) is set within the above range, but is preferably 5 to 80% by mass, more preferably. It is 10 to 75% by mass, more preferably 10 to 50% by mass.
- the content of the constituent components derived from the vinyl compound (excluding the constituent components represented by the above formula (LF) or the formula (LF)) is set to 50% by mass or less, preferably 0 to 40% by mass. More preferably, it is 5 to 35% by mass.
- the content of the constituent component derived from the styrene compound is set within the above range, but is preferably 0 to 45% by mass, and more preferably 10 to 35% by mass.
- the content of the constituent component derived from the ethylenically unsaturated monomer having a fluorine atom or a silicon atom is, for example, preferably 5 to 60% by mass, more preferably 10 to 50% by mass, and 15 to 40% by mass. % Is more preferable.
- the content of the constituent component represented by the above formula (LF) or the above formula (LF) incorporated in the main chain of the (meth) acrylic polymer is set within the above range.
- the content of the constituent component derived from the macromonomer is, for example, preferably 5 to 40% by mass, more preferably 10 to 35% by mass, and further preferably 15 to 30% by mass.
- the constituent component derived from the macromonomer contains a constituent component derived from an ethylenically unsaturated monomer having a fluorine atom or a silicon atom in the polymerized chain
- the content of the constituent component derived from this macromonomer is the above-mentioned "fluorine”. It is included in "contents of constituents derived from ethylenically unsaturated monomers having atoms or silicon atoms”.
- the chain polymer (each constituent and raw material compound) may have a substituent.
- the substituent is not particularly limited, and a group selected from the following substituent Z is preferable.
- -Substituent Z- Alkyl group (preferably an alkyl group having 1 to 20 carbon atoms, for example, methyl, ethyl, isopropyl, t-butyl, pentyl, heptyl, 1-ethylpentyl, benzyl, 2-ethoxyethyl, 1-carboxymethyl, etc.), alkenyl group.
- an alkenyl group having 2 to 20 carbon atoms for example, vinyl, allyl, oleyl, etc.
- an alkynyl group preferably an alkynyl group having 2 to 20 carbon atoms, for example, ethynyl, butadynyl, phenylethynyl, etc.
- a cycloalkyl group having 3 to 20 carbon atoms for example, cyclopropyl, cyclopentyl, cyclohexyl, 4-methylcyclohexyl, etc., is usually used as an alkyl group in the present specification, but it is described separately here. do.
- An aryl group (preferably an aryl group having 6 to 26 carbon atoms, for example, phenyl, 1-naphthyl, 4-methoxyphenyl, 2-chlorophenyl, 3-methylphenyl, etc.), an aralkyl group (preferably 7 to 23 carbon atoms).
- Aralkyl groups such as benzyl, phenethyl, etc.
- heterocyclic groups preferably heterocyclic groups having 2 to 20 carbon atoms, more preferably 5 or 6 members having at least one oxygen atom, sulfur atom, nitrogen atom. It is a heterocyclic group of the ring.
- the heterocyclic group includes an aromatic heterocyclic group and an aliphatic heterocyclic group.
- a tetrahydropyran ring group for example, a tetrahydropyran ring group, a tetrahydrofuran ring group, 2-pyridyl, 4-pyridyl, 2-imidazolyl, etc.
- 2-Benzoimidazolyl, 2-thiazolyl, 2-oxazolyl, pyrrolidone group, etc. alkoxy group (preferably alkoxy group having 1 to 20 carbon atoms, for example, methoxy, ethoxy, isopropyloxy, benzyloxy, etc.), aryloxy group (preferably).
- Is an aryloxy group having 6 to 26 carbon atoms for example, phenoxy, 1-naphthyloxy, 3-methylphenoxy, 4-methoxyphenoxy, etc.
- the aryloxy group in the present specification means that the aryloxy group is included.
- Heterocyclic oxy group a group in which an —O— group is bonded to the heterocyclic group
- an alkoxycarbonyl group preferably an alkoxycarbonyl group having 2 to 20 carbon atoms, for example, ethoxycarbonyl, 2-ethylhexyloxycarbonyl, dodecyl.
- sulfamoyl group preferably a sulfamoyl group having 0 to 20 carbon atoms, for example, N, N-dimethylsulfamoyl.
- acyl group alkylcarbonyl group, alkenylcarbonyl group, alkynylcarbonyl group, arylcarbonyl group, heterocyclic carbonyl group, etc., preferably an acyl group having 1 to 20 carbon atoms, For example, acetyl, propionyl, butyryl, octanoyl, hexadecanoyl, acryloyl, methacryloyl, crotonoyle, benzoyl, naphthoyl, nicotinoyyl, etc.), acyloxy groups (alkylcarbonyloxy groups, alkenylcarbonyloxy groups, alkynylcarbonyloxy groups, arylcarbonyloxy groups, etc.) , Heterocyclic carbonyloxy group, preferably an acyloxy group having 1 to 20 carbon atoms, such as acetyl
- a carbamoyl group preferably a carbamoyl group having 1 to 20 carbon atoms.
- an acylamino group preferably an acylamino group having 1 to 20 carbon atoms, for example, acetylamino, benzoylamino, etc.
- an alkylthio group preferably 1 to 20 carbon atoms.
- alkylthio groups such as methylthio, ethylthio, isopropylthio, benzylthio, etc., arylthio groups (preferably arylthio groups having 6 to 26 carbon atoms, such as phenylthio, 1-naphthylthio, 3-methylphenylthio, 4-methoxyphenyl).
- heterocyclic thio group group in which —S— group is bonded to the above heterocyclic group
- alkylsulfonyl group preferably an alkylsulfonyl group having 1 to 20 carbon atoms, for example, methylsulfonyl, ethylsulfonyl, etc.
- An arylsulfonyl group preferably an arylsulfonyl group having 6 to 22 carbon atoms, for example, benzenesulfonyl
- an alkylsilyl group preferably an alkylsilyl group having 1 to 20 carbon atoms, for example, monomethylsilyl, dimethylsilyl, trimethylsilyl, triethyl.
- RP is a hydrogen atom or a substituent (preferably a group selected from the substituent Z).
- each of the groups listed in these substituents Z may be further substituted with the above-mentioned substituent Z.
- the alkyl group, alkylene group, alkenyl group, alkenylene group, alkynyl group and / or alkynylene group may be cyclic or chain-like, or may be linear or branched.
- the chain-growth polymer can be synthesized by selecting a raw material compound and polymerizing the raw material compound by a known method.
- binder-forming polymer examples include those shown below in addition to those synthesized in Examples, but the present invention is not limited thereto.
- the number attached to the lower right of the component indicates the content in the polymer, and the unit thereof is mass%.
- Me represents a methyl group
- “(component) -b- (component)” indicates a block polymer composed of blocks of each component.
- the binder contained in the inorganic solid electrolyte-containing composition may be one kind or two or more kinds.
- the content of the binder in the composition containing an inorganic solid electrolyte is not particularly limited, but is 0.1 to 10.0 mass at 100% by mass of solid content in terms of dispersibility, ionic conductivity, and adhesion. %, More preferably 0.5 to 9.0% by mass, and even more preferably 1.0 to 8.0% by mass.
- the content of the binder in 100% by mass of the solid content is preferably 0.1 to 10.0% by mass, preferably 0.2 to 5.0.
- the mass ratio of the total mass (total mass) of the inorganic solid electrolyte and the active material to the mass of the binder at 100% by mass of the solid content [(mass of the inorganic solid electrolyte + mass of the active material) / (total mass of the binder). )] Is preferably in the range of 1,000 to 1. This ratio is more preferably 500 to 2, and even more preferably 100 to 10.
- the dispersion medium contained in the inorganic solid electrolyte-containing composition may be any organic compound that is liquid in the environment of use, and examples thereof include various organic solvents, specifically, alcohol compounds, ether compounds, and amide compounds. Examples thereof include amine compounds, ketone compounds, aromatic compounds, aliphatic compounds, nitrile compounds, ester compounds and the like.
- the dispersion medium may be a non-polar dispersion medium (hydrophobic dispersion medium) or a polar dispersion medium (hydrophilic dispersion medium), but a non-polar dispersion medium is preferable because it can exhibit excellent dispersibility.
- the non-polar dispersion medium generally refers to a property having a low affinity for water, but in the present invention, for example, an ester compound, a ketone compound, an ether compound, a fragrant compound, an aliphatic compound and the like can be mentioned.
- Examples of the alcohol compound include methyl alcohol, ethyl alcohol, 1-propyl alcohol, 2-propyl alcohol, 2-butanol, ethylene glycol, propylene glycol, glycerin, 1,6-hexanediol, cyclohexanediol, sorbitol, xylitol, and 2 -Methyl-2,4-pentanediol, 1,3-butanediol, 1,4-butanediol can be mentioned.
- ether compound examples include alkylene glycol (diethylene glycol, triethylene glycol, polyethylene glycol, dipropylene glycol, etc.), alkylene glycol monoalkyl ether (ethylene glycol monomethyl ether, ethylene glycol monobutyl ether, diethylene glycol monomethyl ether, propylene glycol monomethyl ether, etc.).
- alkylene glycol diethylene glycol, triethylene glycol, polyethylene glycol, dipropylene glycol, etc.
- alkylene glycol monoalkyl ether ethylene glycol monomethyl ether, ethylene glycol monobutyl ether, diethylene glycol monomethyl ether, propylene glycol monomethyl ether, etc.
- amide compound examples include N, N-dimethylformamide, N-methyl-2-pyrrolidone, 2-pyrrolidinone, 1,3-dimethyl-2-imidazolidinone, ⁇ -caprolactam, formamide, N-methylformamide and acetamide. , N-Methylacetamide, N, N-dimethylacetamide, N-methylpropaneamide, hexamethylphosphoric triamide and the like.
- Examples of the amine compound include triethylamine, diisopropylethylamine, tributylamine and the like.
- Examples of the ketone compound include acetone, methyl ethyl ketone, methyl isobutyl ketone (MIBK), cyclopentanone, cyclohexanone, cycloheptanone, dipropyl ketone, dibutyl ketone, diisopropyl ketone, diisobutyl ketone (DIBK), isobutylpropyl ketone, sec-. Examples thereof include butyl propyl ketone, pentyl propyl ketone and butyl propyl ketone.
- Examples of the aromatic compound include benzene, toluene, xylene, perfluorotoluene and the like.
- Examples of the aliphatic compound include hexane, heptane, octane, nonane, decane, dodecane, cyclohexane, methylcyclohexane, ethylcyclohexane, cycloheptane, cyclooctane, decalin, paraffin, gasoline, naphtha, kerosene, and light oil.
- Examples of the nitrile compound include acetonitrile, propionitrile, isobutyronitrile and the like.
- ester compound examples include ethyl acetate, propyl acetate, butyl acetate, ethyl butyrate, propyl butyrate, isopropyl butyrate, butyl butyrate, isobutyl butyrate, butyl pentanate, pentyl pentanate, ethyl isobutyrate, propyl isobutyrate, and isopropyl isobutyrate.
- ether compounds, ketone compounds, aromatic compounds, aliphatic compounds and ester compounds are preferable, and ester compounds, ketone compounds or ether compounds are more preferable.
- the carbon number of the compound constituting the dispersion medium is not particularly limited, and is preferably 2 to 30, more preferably 4 to 20, further preferably 6 to 15, and particularly preferably 7 to 12.
- the dispersion medium preferably has an SP value (MPa 1/2 ) of 14 to 24, preferably 15 to 22, in terms of increasing the affinity with the binder and improving the dispersibility of the solid particles. Is more preferable, and 16 to 20 is even more preferable.
- the difference (absolute value) in the SP value between the dispersion medium and the binder-forming polymer is not particularly limited, but is preferably 3 or less, preferably 0 to 0, in that the dispersibility of the binder can be further enhanced in the dispersion medium. It is more preferably 2 and even more preferably 0 to 1.
- the SP value of the dispersion medium is a value obtained by converting the SP value calculated by the Hoy method described above into the unit MPa 1/2 .
- the SP value of the dispersion medium means the SP value of the entire dispersion medium, and is the product of the SP value of each dispersion medium and the mass fraction.
- the sum is the sum. Specifically, it is calculated in the same manner as the above-mentioned method for calculating the SP value of the polymer, except that the SP value of each dispersion medium is used instead of the SP value of the constituent component.
- the SP values (units omitted) of the main dispersion media are shown below.
- MIBK diisopropyl ether (16.8), dibutyl ether (17.9), diisopropyl ketone (17.9), DIBK (17.9), butyl butylate (18.6), butyl acetate (18) .9), Toluene (18.5), Ethylcyclohexane (17.1), Cyclooctane (18.8), Isobutyl ethyl ether (15.3), N-Methylpyrrolidone (NMP, SP value: 25.4) , Perfluorotoluene (SP value: 13.4)
- the dispersion medium preferably has a boiling point of 50 ° C. or higher at normal pressure (1 atm), and more preferably 70 ° C. or higher.
- the upper limit is preferably 250 ° C. or lower, and more preferably 220 ° C. or lower.
- the dispersion medium contained in the inorganic solid electrolyte-containing composition may be one kind or two or more kinds.
- the content of the dispersion medium in the composition containing an inorganic solid electrolyte is not particularly limited and can be appropriately set.
- 20 to 80% by mass is preferable, 30 to 70% by mass is more preferable, and 40 to 60% by mass is particularly preferable.
- the composition containing an inorganic solid electrolyte of the present invention may also contain an active material capable of inserting and releasing ions of a metal belonging to Group 1 or Group 2 of the Periodic Table.
- the active material include a positive electrode active material and a negative electrode active material, which will be described below.
- an inorganic solid electrolyte-containing composition containing an active material positive electrode active material or negative electrode active material
- an electrode composition positive electrode composition or negative electrode composition
- the positive electrode active material is preferably one capable of reversibly inserting and releasing lithium ions.
- the material is not particularly limited as long as it has the above-mentioned characteristics, and may be a transition metal oxide or an element that can be composited with Li such as sulfur by decomposing the battery. Among them, it is preferable to use a transition metal oxide as the positive electrode active material, and a transition metal oxidation having a transition metal element Ma (one or more elements selected from Co, Ni, Fe, Mn, Cu and V). The thing is more preferable.
- the element Mb (elements of Group 1 (Ia), elements of Group 2 (IIa) in the periodic table of metals other than lithium, Al, Ga, In, Ge, Sn, Pb, Pb, etc. Elements such as Sb, Bi, Si, P and B) may be mixed.
- the mixing amount is preferably 0 to 30 mol% with respect to the amount of the transition metal element Ma (100 mol%). It is more preferable that the mixture is synthesized by mixing so that the molar ratio of Li / Ma is 0.3 to 2.2.
- transition metal oxide examples include (MA) a transition metal oxide having a layered rock salt type structure, (MB) a transition metal oxide having a spinel type structure, (MC) a lithium-containing transition metal phosphoric acid compound, and (MD). ) Lithium-containing transition metal halide phosphoric acid compound, (ME) lithium-containing transition metal silicic acid compound and the like can be mentioned.
- transition metal oxide having a layered rock salt structure examples include LiCoO 2 (lithium cobalt oxide [LCO]), LiNi 2 O 2 (lithium nickel oxide), LiNi 0.85 Co 0.10 Al 0. 05 O 2 (Nickel Cobalt Lithium Aluminate [NCA] ), LiNi 1/3 Co 1/3 Mn 1/3 O 2 (lithium nickel manganese cobalt oxide [NMC]) and LiNi 0.5 Mn 0.5 O 2 (lithium manganese nickel oxide).
- transition metal oxide having a spinel-type structure examples include LiMn 2 O 4 (LMO), LiComn O 4 , Li 2 Femn 3 O 8 , Li 2 Cumn 3 O 8 , Li 2 CrMn 3 O 8 and Li. 2 Nimn 3 O 8 may be mentioned.
- the (MC) lithium-containing transition metal phosphate compound include olivine-type iron phosphate salts such as LiFePO 4 and Li 3 Fe 2 (PO 4 ) 3 , iron pyrophosphates such as LiFeP 2 O 7 , LiCoPO 4 , and the like.
- Examples thereof include cobalt phosphates of Li 3 V 2 (PO 4 ) 3 (lithium vanadium phosphate) and other monoclinic pyanicon-type vanadium phosphate salts.
- Examples of the (MD) lithium-containing transition metal halide phosphate compound include iron fluoride phosphates such as Li 2 FePO 4 F, manganese fluoride phosphates such as Li 2 MnPO 4 F, and Li 2 CoPO 4 F.
- Examples thereof include cobalt fluoride phosphates such as.
- Examples of the (ME) lithium-containing transition metal silicic acid compound include Li 2 FeSiO 4 , Li 2 MnSiO 4 , and Li 2 CoSiO 4 .
- a transition metal oxide having a (MA) layered rock salt type structure is preferable, and LCO or NMC is more preferable.
- the shape of the positive electrode active material is not particularly limited, but is preferably in the form of particles.
- the particle size (volume average particle size) of the positive electrode active material is not particularly limited. For example, it can be 0.1 to 50 ⁇ m.
- the particle size of the positive electrode active material particles can be measured in the same manner as the particle size of the above-mentioned inorganic solid electrolyte.
- a normal crusher or classifier is used to make the positive electrode active material a predetermined particle size. For example, a mortar, a ball mill, a sand mill, a vibrating ball mill, a satellite ball mill, a planetary ball mill, a swirling airflow type jet mill, a sieve, or the like is preferably used.
- wet pulverization in which a dispersion medium such as water or methanol coexists can also be performed. It is preferable to perform classification in order to obtain a desired particle size.
- the classification is not particularly limited and can be performed using a sieve, a wind power classifier, or the like. Both dry and wet classifications can be used.
- the positive electrode active material obtained by the firing method may be used after being washed with water, an acidic aqueous solution, an alkaline aqueous solution, or an organic solvent.
- the positive electrode active material one type may be used alone, or two or more types may be used in combination.
- the content of the positive electrode active material in the composition containing an inorganic solid electrolyte is not particularly limited, and is preferably 10 to 97% by mass, more preferably 30 to 95% by mass, and 40 to 93% by mass in terms of solid content of 100% by mass. More preferably, 50 to 90% by mass is particularly preferable.
- the negative electrode active material is an active material capable of inserting and releasing ions of a metal belonging to Group 1 or Group 2 of the Periodic Table, and is preferably a material capable of reversibly inserting and releasing lithium ions.
- the material is not particularly limited as long as it has the above-mentioned characteristics, and is a negative electrode activity capable of forming an alloy with a carbonaceous material, a metal oxide, a metal composite oxide, a single lithium substance, a lithium alloy, or lithium. Substances and the like can be mentioned. Of these, carbonaceous materials, metal composite oxides or elemental lithium are preferably used from the viewpoint of reliability.
- An active material that can be alloyed with lithium is preferable in that the capacity of the all-solid-state secondary battery can be increased. Since the solid particles are firmly bonded to each other in the constituent layer formed of the solid electrolyte composition of the present invention, a negative electrode active material capable of forming an alloy with lithium can be used as the negative electrode active material. This makes it possible to increase the capacity of the all-solid-state secondary battery and extend the life of the battery.
- the carbonaceous material used as the negative electrode active material is a material substantially composed of carbon.
- carbon black such as acetylene black (AB)
- graphite artificial graphite such as natural graphite and vapor-grown graphite
- PAN polyacrylonitrile
- a carbonaceous material obtained by firing a resin can be mentioned.
- various carbon fibers such as PAN-based carbon fiber, cellulose-based carbon fiber, pitch-based carbon fiber, gas phase-grown carbon fiber, dehydrated PVA (polyvinyl alcohol) -based carbon fiber, lignin carbon fiber, glassy carbon fiber and activated carbon fiber.
- carbonaceous materials can also be divided into non-graphitizable carbonaceous materials (also referred to as hard carbon) and graphite-based carbonaceous materials depending on the degree of graphitization. Further, the carbonaceous material preferably has the plane spacing or density and the crystallite size described in JP-A No. 62-22066, JP-A No. 2-6856, and JP-A-3-45473.
- the carbonaceous material does not have to be a single material, and a mixture of natural graphite and artificial graphite described in JP-A-5-90844, graphite having a coating layer described in JP-A-6-4516, and the like should be used. You can also.
- As the carbonaceous material hard carbon or graphite is preferably used, and graphite is more preferably used.
- the metal or semi-metal element oxide applied as the negative electrode active material is not particularly limited as long as it is an oxide capable of storing and releasing lithium, and is a composite of a metal element oxide (metal oxide) and a metal element.
- metal oxide metal oxide
- examples thereof include oxides or composite oxides of metal elements and semi-metal elements (collectively referred to as metal composite oxides) and oxides of semi-metal elements (semi-metal oxides).
- metal composite oxides oxides or composite oxides of metal elements and semi-metal elements
- oxides of semi-metal elements semi-metal elements
- amorphous oxides are preferable, and chalcogenides, which are reaction products of metal elements and elements of Group 16 of the Periodic Table, are also preferable.
- the metalloid element means an element exhibiting properties intermediate between a metalloid element and a non-metalloid element, and usually contains six elements of boron, silicon, germanium, arsenic, antimony and tellurium, and further selenium. , Polonium and Asstatin.
- amorphous means an X-ray diffraction method using CuK ⁇ rays, which has a broad scattering zone having an apex in a region of 20 ° to 40 ° at a 2 ⁇ value, and a crystalline diffraction line is used. You may have.
- the strongest intensity of the crystalline diffraction lines seen at the 2 ⁇ value of 40 ° to 70 ° is 100 times or less the diffraction line intensity of the apex of the broad scattering zone seen at the 2 ⁇ value of 20 ° to 40 °. It is preferable that it is 5 times or less, and it is particularly preferable that it does not have a crystalline diffraction line.
- the amorphous oxide of the metalloid element or the chalcogenide is more preferable, and the elements of the Group 13 (IIIB) to 15 (VB) of the Periodic Table (for example). , Al, Ga, Si, Sn, Ge, Pb, Sb and Bi) alone or a combination of two or more of them (composite) oxides, or chalcogenides are particularly preferred.
- preferable amorphous oxides and chalcogenides include, for example, Ga 2 O 3 , GeO, PbO, PbO 2 , Pb 2 O 3 , Pb 2 O 4 , Pb 3 O 4 , Sb 2 O 3 , and Sb 2 .
- O 4 , Sb 2 O 8 Bi 2 O 3 , Sb 2 O 8 Si 2 O 3 , Sb 2 O 5 , Bi 2 O 3 , Bi 2 O 4 , GeS, PbS, PbS 2 , Sb 2 S 3 or Sb 2 S5 is preferably mentioned.
- Negative negative active materials that can be used in combination with amorphous oxides such as Sn, Si, and Ge include carbonaceous materials that can occlude and / or release lithium ions or lithium metals, lithium alone, lithium alloys, and lithium.
- a negative electrode active material that can be alloyed with is preferably mentioned.
- the oxide of a metal or a metalloid element contains at least one of titanium and lithium as a constituent component from the viewpoint of high current density charge / discharge characteristics.
- the lithium-containing metal composite oxide include a composite oxide of lithium oxide and the metal (composite) oxide or the chalcogenide, and more specifically, Li 2 SnO 2 .
- the negative electrode active material for example, a metal oxide, contains a titanium element (titanium oxide).
- Li 4 Ti 5 O 12 lithium titanate [LTO]
- Li 4 Ti 5 O 12 has excellent rapid charge / discharge characteristics because the volume fluctuation during occlusion and release of lithium ions is small, and deterioration of the electrodes is suppressed and lithium ion secondary. It is preferable in that the battery life can be improved.
- the lithium alloy as the negative electrode active material is not particularly limited as long as it is an alloy usually used as the negative electrode active material of the secondary battery, and examples thereof include a lithium aluminum alloy.
- the negative electrode active material that can be alloyed with lithium is not particularly limited as long as it is usually used as the negative electrode active material of the secondary battery. Such an active material has a large expansion and contraction due to charging and discharging of the all-solid-state secondary battery and accelerates the deterioration of the cycle characteristics. However, since the inorganic solid electrolyte-containing composition of the present invention contains the above-mentioned polymer binder, the cycle Deterioration of characteristics can be suppressed.
- Examples of such an active material include a (negative electrode) active material having a silicon element or a tin element (alloy, etc.), and metals such as Al and In, and a negative electrode active material having a silicon element that enables a higher battery capacity.
- a silicon element-containing active material is preferable, and a silicon element-containing active material having a silicon element content of 50 mol% or more of all constituent elements is more preferable.
- a negative electrode containing these negative electrode active materials for example, a Si negative electrode containing a silicon element-containing active material, a Sn negative electrode containing a tin element active material, etc.
- a carbon negative electrode graphite, acetylene black, etc.
- silicon element-containing active material examples include silicon materials such as Si and SiOx (0 ⁇ x ⁇ 1), and silicon-containing alloys containing titanium, vanadium, chromium, manganese, nickel, copper, lanthanum, and the like (for example,). LaSi 2 , VSi 2 , La-Si, Gd-Si, Ni-Si) or organized active material (eg LaSi 2 / Si), as well as other silicon and tin elements such as SnSiO 3 , SnSiS 3 and the like. Examples include active materials containing the above.
- SiOx itself can be used as a negative electrode active material (semi-metal oxide), and since Si is generated by the operation of an all-solid secondary battery, a negative electrode active material that can be alloyed with lithium (its). It can be used as a precursor substance).
- the negative electrode active material having a tin element include Sn, SnO, SnO 2 , SnS, SnS 2 , and the above-mentioned active material containing a silicon element and a tin element.
- a composite oxide with lithium oxide for example, Li 2 SnO 2 can also be mentioned.
- the above-mentioned negative electrode active material can be used without particular limitation, but in terms of battery capacity, a negative electrode active material that can be alloyed with silicon is a preferred embodiment as the negative electrode active material.
- a negative electrode active material that can be alloyed with silicon is a preferred embodiment as the negative electrode active material.
- the above silicon material or a silicon-containing alloy (alloy containing a silicon element) is more preferable, and it is further preferable to contain silicon (Si) or a silicon-containing alloy.
- the chemical formula of the compound obtained by the above firing method can be calculated from the inductively coupled plasma (ICP) emission spectroscopic analysis method as a measurement method and the mass difference of the powder before and after firing as a simple method.
- ICP inductively coupled plasma
- the shape of the negative electrode active material is not particularly limited, but it is preferably in the form of particles.
- the volume average particle size of the negative electrode active material is not particularly limited, but is preferably 0.1 to 60 ⁇ m.
- the volume average particle size of the negative electrode active material particles can be measured in the same manner as the particle size of the above-mentioned inorganic solid electrolyte. In order to obtain a predetermined particle size, a normal crusher or classifier is used as in the case of the positive electrode active material.
- the negative electrode active material may be used alone or in combination of two or more.
- the content of the negative electrode active material in the composition containing an inorganic solid electrolyte is not particularly limited, and is preferably 10 to 90% by mass, more preferably 20 to 85% by mass, and 30 to 30% by mass in terms of solid content of 100% by mass. It is more preferably 80% by mass, and even more preferably 40 to 75% by mass.
- the negative electrode active material layer when the negative electrode active material layer is formed by charging the secondary battery, instead of the negative electrode active material, a metal belonging to Group 1 or Group 2 of the periodic table generated in the all-solid secondary battery is used. Ions can be used. By combining these ions with electrons and precipitating them as a metal, a negative electrode active material layer can be formed.
- the surfaces of the positive electrode active material and the negative electrode active material may be surface-coated with another metal oxide.
- the surface coating agent include metal oxides containing Ti, Nb, Ta, W, Zr, Al, Si or Li. Specific examples thereof include spinel titanate, tantalum oxide, niobate oxide, lithium niobate compound and the like, and specific examples thereof include Li 4 Ti 5 O 12 , Li 2 Ti 2 O 5 and LiTaO 3 .
- the surface of the electrode containing the positive electrode active material or the negative electrode active material may be surface-treated with sulfur or phosphorus.
- the surface of the positive electrode active material or the particle surface of the negative electrode active material may be surface-treated with active light or an active gas (plasma or the like) before and after the surface coating.
- the inorganic solid electrolyte-containing composition of the present invention preferably contains a conductive auxiliary agent, and for example, a silicon atom-containing active material as a negative electrode active material is preferably used in combination with the conductive auxiliary agent.
- the conductive auxiliary agent is not particularly limited, and those known as general conductive auxiliary agents can be used.
- electron conductive materials such as natural graphite, artificial graphite and other graphite, acetylene black, ketjen black, furnace black and other carbon blacks, needle coke and other atypical carbon, gas phase growth carbon fiber or carbon nanotubes.
- It may be a carbon fiber such as carbon fiber, a carbonaceous material such as graphene or fullerene, a metal powder such as copper or nickel, or a metal fiber, and a conductive polymer such as polyaniline, polypyrrole, polythiophene, polyacetylene, or polyphenylene derivative. May be used.
- a conductive auxiliary agent is one that does not insert and release ions) and does not function as an active material.
- conductive auxiliary agents those that can function as an active material in the active material layer when the battery is charged and discharged are classified as active materials rather than conductive auxiliary agents. Whether or not the battery functions as an active material when it is charged and discharged is not unique and is determined by the combination with the active material.
- the conductive auxiliary agent may contain one kind or two or more kinds.
- the shape of the conductive auxiliary agent is not particularly limited, but is preferably in the form of particles.
- the content of the conductive auxiliary agent in the inorganic solid electrolyte-containing composition is preferably 0 to 10% by mass with respect to 100% by mass of the solid content.
- the inorganic solid electrolyte-containing composition of the present invention preferably contains a lithium salt (supporting electrolyte).
- the lithium salt the lithium salt usually used for this kind of product is preferable, and there is no particular limitation, and for example, the lithium salt described in paragraphs 882 to 805 of JP2015-084886A is preferable.
- the content of the lithium salt is preferably 0.1 part by mass or more, more preferably 5 parts by mass or more, based on 100 parts by mass of the solid electrolyte.
- the upper limit is preferably 50 parts by mass or less, more preferably 20 parts by mass or less.
- the composition containing an inorganic solid electrolyte of the present invention may not contain a dispersant other than this polymer binder, but may contain a dispersant.
- the dispersant those usually used for all-solid-state secondary batteries can be appropriately selected and used. Generally, compounds intended for particle adsorption, steric repulsion and / or electrostatic repulsion are preferably used.
- the composition containing an inorganic solid electrolyte of the present invention has an ionic liquid, a thickener, and a cross-linking agent (such as those that undergo a cross-linking reaction by radical polymerization, condensation polymerization, or ring-opening polymerization) as appropriate as components other than the above-mentioned components.
- a cross-linking agent such as those that undergo a cross-linking reaction by radical polymerization, condensation polymerization, or ring-opening polymerization
- Polymerization initiators such as those that generate acids or radicals by heat or light
- defoaming agents leveling agents, dehydrating agents, antioxidants and the like
- the ionic liquid is contained in order to further improve the ionic conductivity, and known ones can be used without particular limitation.
- a polymer other than the above-mentioned binder-forming polymer, a commonly used binder and the like may be contained.
- the composition containing an inorganic solid electrolyte of the present invention is a mixture of an inorganic solid electrolyte, the above-mentioned polymer binder, a dispersion medium, preferably a conductive auxiliary agent, and optionally a lithium salt, and any other components, for example, usually used.
- a dispersion medium preferably a conductive auxiliary agent, and optionally a lithium salt, and any other components, for example, usually used.
- the active substance is further mixed.
- the mixing method is not particularly limited, and the mixing method may be performed using a known mixer such as a ball mill, a bead mill, a planetary mixer, a blade mixer, a roll mill, a kneader, a disc mill, a self-revolving mixer, or a narrow gap type disperser. can.
- a known mixer such as a ball mill, a bead mill, a planetary mixer, a blade mixer, a roll mill, a kneader, a disc mill, a self-revolving mixer, or a narrow gap type disperser.
- Each component may be mixed collectively or sequentially.
- the mixing environment is not particularly limited, and examples thereof include under dry air or under an inert gas. Further, the mixing conditions are not particularly limited and are appropriately set.
- the sheet for an all-solid-state secondary battery of the present invention is a sheet-like molded body that can form a constituent layer of an all-solid-state secondary battery, and includes various aspects depending on its use.
- a sheet preferably used for a solid electrolyte layer also referred to as a solid electrolyte sheet for an all-solid secondary battery
- an electrode or a sheet preferably used for a laminate of an electrode and a solid electrolyte layer (an electrode for an all-solid secondary battery).
- Sheet and the like.
- these various sheets are collectively referred to as an all-solid-state secondary battery sheet.
- each layer constituting the all-solid-state secondary battery sheet may have a single-layer structure or a multi-layer structure.
- the solid electrolyte layer or the active material layer on the substrate is formed of the inorganic solid electrolyte-containing composition of the present invention. Therefore, this sheet for an all-solid-state secondary battery is suppressed from deterioration due to moisture, and by appropriately peeling off the base material and using it as a solid electrolyte layer, an active material layer, or an electrode of an all-solid-state secondary battery.
- the cycle characteristics of the all-solid-state secondary battery and the ionic conductivity can be improved even in a low temperature environment.
- an electrode sheet for an all-solid-state secondary battery is incorporated into an all-solid-state secondary battery as an electrode, the active material layer and the current collector are firmly adhered to each other, so that further improvement in cycle characteristics can be realized.
- the solid electrolyte sheet for an all-solid secondary battery of the present invention may be a sheet having a solid electrolyte layer, and even a sheet having a solid electrolyte layer formed on a base material does not have a base material and is a solid electrolyte layer. It may be a sheet formed from (a sheet from which the base material has been peeled off).
- the solid electrolyte sheet for an all-solid secondary battery may have another layer in addition to the solid electrolyte layer. Examples of the other layer include a protective layer (release sheet), a current collector, a coat layer, and the like.
- the solid electrolyte layer of the solid electrolyte sheet for an all-solid secondary battery is preferably formed of the inorganic solid electrolyte-containing composition of the present invention.
- the content of each component in the solid electrolyte layer is not particularly limited, but is preferably synonymous with the content of each component in the solid content of the inorganic solid electrolyte-containing composition of the present invention.
- the layer thickness of each layer constituting the solid electrolyte sheet for an all-solid-state secondary battery is the same as the layer thickness of each layer described in the all-solid-state secondary battery described later.
- the base material is not particularly limited as long as it can support the solid electrolyte layer, and examples thereof include a material described in the current collector described later, a sheet body (plate-shaped body) such as an organic material and an inorganic material.
- a material described in the current collector described later a sheet body (plate-shaped body) such as an organic material and an inorganic material.
- the organic material include various polymers, and specific examples thereof include polyethylene terephthalate, polypropylene, polyethylene, and cellulose.
- the inorganic material include glass, ceramic and the like.
- the electrode sheet for an all-solid-state secondary battery may be an electrode sheet having an active material layer, and the active material layer is formed on a base material (current collector).
- the sheet may be a sheet having no base material and formed from an active material layer (a sheet from which the base material has been peeled off).
- This electrode sheet is usually a sheet having a current collector and an active material layer, but has an embodiment having a current collector, an active material layer and a solid electrolyte layer in this order, and a current collector, an active material layer and a solid electrolyte. An embodiment having a layer and an active material layer in this order is also included.
- the solid electrolyte layer and the active material layer of the electrode sheet are preferably formed of the inorganic solid electrolyte-containing composition of the present invention.
- the content of each component in the solid electrolyte layer or the active material layer is not particularly limited, but is preferably the content of each component in the solid content of the inorganic solid electrolyte-containing composition (electrode composition) of the present invention. It is synonymous.
- the layer thickness of each layer constituting the electrode sheet of the present invention is the same as the layer thickness of each layer described in the all-solid-state secondary battery described later.
- the electrode sheet may have the other layers described above.
- the sheet for an all-solid secondary battery of the present invention at least one of the solid electrolyte layer and the active material layer is formed of the inorganic solid electrolyte-containing composition of the present invention. Therefore, the sheet for an all-solid-state secondary battery of the present invention is suppressed from being deteriorated by moisture, and has a constituent layer having low resistance and not easily deteriorated even in a low temperature environment. By using this constituent layer as the constituent layer of the all-solid-state secondary battery, excellent cycle characteristics and low resistance (high conductivity) of the all-solid-state secondary battery can be realized.
- the active material layer and the current collector show strong adhesion and cycle. Further improvement of characteristics can be realized.
- the all-solid-state secondary battery sheet has a layer other than the active material layer or the solid electrolyte layer formed by the method for producing the all-solid-state secondary battery sheet of the present invention, this layer is a known material. Can be used which is manufactured by a usual method.
- the method for producing a sheet for an all-solid-state secondary battery of the present invention is not particularly limited, and can be produced by forming each of the above layers using the composition containing an inorganic solid electrolyte of the present invention.
- a layer made of an inorganic solid electrolyte-containing composition is preferably formed on a base material or a current collector (which may be via another layer) by forming a film (coating and drying).
- the method can be mentioned.
- an all-solid-state secondary battery sheet having a base material or a current collector and a coating dry layer can be produced.
- the coating dry layer is a layer formed by applying the inorganic solid electrolyte-containing composition of the present invention and drying the dispersion medium (that is, the inorganic solid electrolyte-containing composition of the present invention is used.
- the dispersion medium may remain as long as the effect of the present invention is not impaired, and the residual amount may be, for example, 3% by mass or less in each layer.
- each step such as coating and drying will be described in the following method for manufacturing an all-solid-state secondary battery.
- the coating dry layer obtained as described above can also be pressurized.
- the pressurizing conditions and the like will be described later in the method for manufacturing an all-solid-state secondary battery.
- the base material, the protective layer (particularly the release sheet) and the like can be peeled off.
- the all-solid secondary battery of the present invention has a positive electrode active material layer, a negative electrode active material layer facing the positive electrode active material layer, and a solid electrolyte layer arranged between the positive electrode active material layer and the negative electrode active material layer.
- the all-solid-state secondary battery of the present invention is not particularly limited as long as it has a solid electrolyte layer between the positive electrode active material layer and the negative electrode active material layer.
- the positive electrode active material layer is preferably formed on the positive electrode current collector and constitutes the positive electrode.
- the negative electrode active material layer is preferably formed on the negative electrode current collector to form the negative electrode.
- At least one layer of the negative electrode active material layer, the positive electrode active material layer and the solid electrolyte layer is formed of the inorganic solid electrolyte-containing composition of the present invention, and the solid electrolyte layer or at least the negative electrode active material layer and the positive electrode active material layer.
- One is preferably formed of the composition containing the inorganic solid electrolyte of the present invention.
- each constituent layer (including a current collector and the like) constituting the all-solid-state secondary battery may have a single-layer structure or a multi-layer structure.
- the active material layer or the solid electrolyte layer formed of the inorganic solid electrolyte-containing composition of the present invention preferably contains the component species and the content thereof in the solid content of the inorganic solid electrolyte-containing composition of the present invention. It is the same.
- the thicknesses of the negative electrode active material layer, the solid electrolyte layer, and the positive electrode active material layer are not particularly limited. The thickness of each layer is preferably 10 to 1,000 ⁇ m, more preferably 20 ⁇ m or more and less than 500 ⁇ m, respectively, in consideration of the dimensions of a general all-solid-state secondary battery.
- the thickness of at least one of the positive electrode active material layer and the negative electrode active material layer is 50 ⁇ m or more and less than 500 ⁇ m.
- the positive electrode active material layer and the negative electrode active material layer may each have a current collector on the opposite side of the solid electrolyte layer.
- ⁇ Current collector> As the positive electrode current collector and the negative electrode current collector, an electron conductor is preferable. In the present invention, either or both of the positive electrode current collector and the negative electrode current collector may be collectively referred to as a current collector.
- a current collector As a material for forming a positive electrode current collector, in addition to aluminum, aluminum alloy, stainless steel, nickel and titanium, the surface of aluminum or stainless steel is treated with carbon, nickel, titanium or silver (a thin film is formed). Of these, aluminum and aluminum alloys are more preferable.
- As a material for forming the negative electrode current collector in addition to aluminum, copper, copper alloy, stainless steel, nickel and titanium, carbon, nickel, titanium or silver is treated on the surface of aluminum, copper, copper alloy or stainless steel. Preferably, aluminum, copper, copper alloy and stainless steel are more preferable.
- the shape of the current collector is usually a film sheet, but a net, a punched body, a lath body, a porous body, a foam body, a molded body of a fiber group, or the like can also be used.
- the thickness of the current collector is not particularly limited, but is preferably 1 to 500 ⁇ m. Further, it is also preferable that the surface of the current collector is made uneven by surface treatment.
- a functional layer or a member is appropriately interposed or arranged between or outside each of the negative electrode current collector, the negative electrode active material layer, the solid electrolyte layer, the positive electrode active material layer, and the positive electrode current collector. You may.
- the all-solid-state secondary battery of the present invention may be used as an all-solid-state secondary battery with the above structure, but in order to form a dry battery, it should be further enclosed in a suitable housing.
- the housing may be made of metal or resin (plastic).
- a metallic material for example, an aluminum alloy or a stainless steel material can be mentioned.
- the metallic housing is divided into a positive electrode side housing and a negative electrode side housing, and electrically connected to the positive electrode current collector and the negative electrode current collector, respectively. It is preferable that the housing on the positive electrode side and the housing on the negative electrode side are joined and integrated via a gasket for preventing a short circuit.
- FIG. 1 is a schematic sectional view showing an all-solid-state secondary battery (lithium ion secondary battery) according to a preferred embodiment of the present invention.
- the all-solid secondary battery 10 of the present embodiment has a negative electrode current collector 1, a negative electrode active material layer 2, a solid electrolyte layer 3, a positive electrode active material layer 4, and a positive electrode current collector 5 in this order when viewed from the negative electrode side. ..
- Each layer is in contact with each other and has an adjacent structure.
- the lithium ion (Li + ) accumulated in the negative electrode is returned to the positive electrode side, and electrons are supplied to the operating portion 6.
- a light bulb is used as a model for the operating portion 6, and the light bulb is turned on by electric discharge.
- the all-solid secondary battery When an all-solid secondary battery having the layer structure shown in FIG. 1 is placed in a 2032 type coin case, the all-solid secondary battery is referred to as an all-solid secondary battery laminate, and the all-solid secondary battery laminate is referred to as an all-solid secondary battery laminate. Batteries manufactured in a 2032 type coin case are sometimes referred to as all-solid-state secondary batteries.
- the all-solid secondary battery 10 In the all-solid secondary battery 10, all of the positive electrode active material layer, the solid electrolyte layer, and the negative electrode active material layer are formed of the inorganic solid electrolyte-containing composition of the present invention.
- the all-solid-state secondary battery 10 exhibits excellent battery performance.
- the inorganic solid electrolyte and the polymer binder contained in the positive electrode active material layer 4, the solid electrolyte layer 3 and the negative electrode active material layer 2 may be of the same type or different from each other.
- either or both of the positive electrode active material layer and the negative electrode active material layer may be simply referred to as an active material layer or an electrode active material layer.
- either or both of the positive electrode active material and the negative electrode active material may be collectively referred to as an active material or an electrode active material.
- the solid electrolyte layer contains an inorganic solid electrolyte having the conductivity of the ions of a metal belonging to Group 1 or Group 2 of the Periodic Table, and the components described below as long as the effects of the present invention are not impaired, and is usually a positive electrode. Contains no active material and / or negative electrode active material.
- the positive electrode active material layer is composed of an inorganic solid electrolyte having conductivity of metal ions belonging to Group 1 or Group 2 of the Periodic Table, a positive electrode active material, and a component described later to the extent that the effect of the present invention is not impaired. contains.
- the negative electrode active material layer contains an inorganic solid electrolyte having ionic conductivity of a metal belonging to Group 1 or Group 2 of the Periodic Table, a negative electrode active material, and a component described later to the extent that the effect of the present invention is not impaired. do.
- the negative electrode active material layer can be a lithium metal layer.
- the lithium metal layer include a layer formed by depositing or molding a lithium metal powder, a lithium foil, a lithium vapor deposition film, and the like.
- the thickness of the lithium metal layer can be, for example, 1 to 500 ⁇ m regardless of the thickness of the negative electrode active material layer.
- either or both of the positive electrode active material layer and the negative electrode active material layer may be simply referred to as an active material layer or an electrode active material layer. Further, either or both of the positive electrode active material and the negative electrode active material may be collectively referred to as an active material or an electrode active material.
- the positive electrode current collector 5 and the negative electrode current collector 1 are as described above, respectively.
- the all-solid-state secondary battery can be manufactured by a conventional method. Specifically, the all-solid-state secondary battery can be manufactured by forming each of the above layers using the inorganic solid electrolyte-containing composition or the like of the present invention. The details will be described below.
- the inorganic solid electrolyte-containing composition of the present invention is appropriately applied onto a base material (for example, a metal foil serving as a current collector) to form a coating film (form a film).
- a method including (via) a step a method for manufacturing a sheet for an all-solid-state secondary battery of the present invention
- an inorganic solid electrolyte-containing composition containing a positive electrode active material is applied and dried as a positive electrode material (positive electrode composition) on a metal foil which is a positive electrode current collector to form a positive electrode active material layer, and the entire solid is formed.
- a positive electrode sheet for a secondary battery is manufactured.
- an inorganic solid electrolyte-containing composition for forming a solid electrolyte layer is applied and dried on the positive electrode active material layer to form a solid electrolyte layer.
- an inorganic solid electrolyte-containing composition containing a negative electrode active material as a negative electrode material (negative electrode composition) is applied and dried on the solid electrolyte layer to form a negative electrode active material layer.
- a negative electrode current collector metal foil
- an all-solid secondary battery having a structure in which a solid electrolyte layer is sandwiched between the positive electrode active material layer and the negative electrode active material layer can be obtained. Can be done. This can be enclosed in a housing to obtain a desired all-solid-state secondary battery.
- a negative electrode active material layer, a solid electrolyte layer and a positive electrode active material layer are formed on the negative electrode current collector as the base material, and the positive electrode current collector is superposed to form an all-solid-state battery.
- the next battery can also be manufactured.
- Another method is as follows. That is, as described above, a positive electrode sheet for an all-solid-state secondary battery is manufactured. Similarly, an inorganic solid electrolyte-containing composition containing a negative electrode active material is applied and dried on the negative electrode current collector as a negative electrode material (negative electrode composition) to form a negative electrode active material layer, and the entire solid is formed. A negative electrode sheet for a secondary battery is manufactured. Then, a solid electrolyte layer is formed on the active material layer of any one of these sheets as described above.
- the other of the positive electrode sheet for the all-solid-state secondary battery and the negative electrode sheet for the all-solid-state secondary battery is laminated on the solid electrolyte layer so that the solid electrolyte layer and the active material layer are in contact with each other.
- an all-solid-state secondary battery can be manufactured.
- the following method can be mentioned. That is, as described above, a positive electrode sheet for an all-solid-state secondary battery and a negative electrode sheet for an all-solid-state secondary battery are manufactured. Separately from this, an inorganic solid electrolyte-containing composition is applied onto the substrate to prepare a solid electrolyte sheet for an all-solid secondary battery composed of a solid electrolyte layer.
- the positive electrode sheet for the all-solid-state secondary battery and the negative electrode sheet for the all-solid-state secondary battery are laminated so as to sandwich the solid electrolyte layer peeled off from the base material. In this way, an all-solid-state secondary battery can be manufactured.
- a positive electrode sheet for an all-solid-state secondary battery, a negative electrode sheet for an all-solid-state secondary battery, and a solid electrolyte sheet for an all-solid-state secondary battery are produced.
- the positive electrode sheet for an all-solid secondary battery or the negative electrode sheet for an all-solid secondary battery and the solid electrolyte sheet for an all-solid secondary battery were brought into contact with the positive electrode active material layer or the negative electrode active material layer and the solid electrolyte layer. Overlay and pressurize the state. In this way, the solid electrolyte layer is transferred to the positive electrode sheet for the all-solid-state secondary battery or the negative electrode sheet for the all-solid-state secondary battery.
- the solid electrolyte layer from which the base material of the solid electrolyte sheet for the all-solid secondary battery is peeled off and the negative electrode sheet for the all-solid secondary battery or the positive electrode sheet for the all-solid secondary battery are attached (the negative electrode active material layer or the negative electrode active material layer to the solid electrolyte layer). Pressurize the positive electrode active material layer in contact with each other. In this way, an all-solid-state secondary battery can be manufactured.
- the pressurizing method and pressurizing conditions in this method are not particularly limited, and the methods and pressurizing conditions described in the pressurizing step described later can be applied.
- the solid electrolyte layer or the like can also be formed, for example, by pressure-molding an inorganic solid electrolyte-containing composition or the like on a substrate or an active material layer under the pressure conditions described later.
- the inorganic solid electrolyte-containing composition of the present invention may be used for any one of the positive electrode composition, the inorganic solid electrolyte-containing composition and the negative electrode composition, and the inorganic solid electrolyte-containing composition or the positive electrode may be used. It is preferable to use the inorganic solid electrolyte-containing composition of the present invention for at least one of the composition and the negative electrode composition, and the inorganic solid electrolyte-containing composition of the present invention can be used for any of the compositions.
- the method for applying the composition containing an inorganic solid electrolyte is not particularly limited and can be appropriately selected.
- wet coating methods such as spray coating, spin coating coating, dip coating coating, slit coating, stripe coating, and bar coat coating can be mentioned.
- the inorganic solid electrolyte-containing composition may be subjected to a drying treatment after being applied to each of them, or may be subjected to a drying treatment after being applied in multiple layers.
- the drying temperature is not particularly limited.
- the lower limit is preferably 30 ° C. or higher, more preferably 60 ° C. or higher, and even more preferably 80 ° C. or higher.
- the upper limit is preferably 300 ° C.
- the dispersion medium can be removed and a solid state (coating dry layer) can be obtained. Further, it is preferable because the temperature is not too high and each member of the all-solid-state secondary battery is not damaged. As a result, in an all-solid-state secondary battery, it is possible to obtain excellent overall performance, good binding property, and good ionic conductivity even without pressurization.
- the composition containing the inorganic solid electrolyte of the present invention is applied and dried as described above, it is possible to suppress the variation in the contact state and bind the solid particles, and it is possible to form a coated dry layer having a flat surface. ..
- the pressurize it is preferable to pressurize each layer or the all-solid-state secondary battery after applying the inorganic solid electrolyte-containing composition, superimposing the constituent layers, or producing the all-solid-state secondary battery. It is also preferable to pressurize the layers in a laminated state.
- Examples of the pressurizing method include a hydraulic cylinder press machine and the like.
- the pressing force is not particularly limited, and is generally preferably in the range of 5 to 1500 MPa.
- the applied inorganic solid electrolyte-containing composition may be heated at the same time as pressurization.
- the heating temperature is not particularly limited, and is generally in the range of 30 to 300 ° C. It can also be pressed at a temperature higher than the glass transition temperature of the inorganic solid electrolyte.
- the pressurization may be performed in a state where the coating solvent or the dispersion medium has been dried in advance, or may be performed in a state where the solvent or the dispersion medium remains.
- each composition may be applied at the same time, and the application drying press may be performed simultaneously and / or sequentially. After being applied to different substrates, they may be laminated by transfer.
- the atmosphere in the film forming method is not particularly limited, and is in the air, in dry air (dew point -20 ° C or less), in an inert gas (for example, in argon gas,). It may be either in helium gas or nitrogen gas).
- the pressing time may be short (for example, within several hours) and high pressure may be applied, or medium pressure may be applied for a long time (1 day or more).
- a restraining tool for the all-solid-state secondary battery can be used in order to continue applying a medium pressure.
- the press pressure may be uniform or different with respect to the pressed portion such as the sheet surface.
- the press pressure can be changed according to the area or film thickness of the pressed portion. It is also possible to change the same part step by step with different pressures.
- the pressed surface may be smooth or roughened.
- the all-solid-state secondary battery manufactured as described above is preferably initialized after manufacturing or before use. Initialization is not particularly limited, and can be performed, for example, by performing initial charge / discharge with a high press pressure, and then releasing the pressure until the pressure reaches the general working pressure of the all-solid-state secondary battery.
- the all-solid-state secondary battery of the present invention can be applied to various uses.
- the application mode is not particularly limited, but for example, when it is mounted on an electronic device, it is a notebook computer, a pen input computer, a mobile computer, an electronic book player, a mobile phone, a cordless phone handset, a pager, a handy terminal, a mobile fax, or a mobile phone. Copy, mobile printer, headphone stereo, video movie, LCD TV, handy cleaner, portable CD, mini disk, electric shaver, transceiver, electronic organizer, calculator, memory card, portable tape recorder, radio, backup power supply, etc.
- Other consumer products include automobiles (electric vehicles, etc.), electric vehicles, motors, lighting equipment, toys, game equipment, road conditioners, watches, strobes, cameras, medical equipment (pacemakers, hearing aids, shoulder massagers, etc.). .. Furthermore, it can be used for various military demands and space. It can also be combined with a solar cell.
- Preparation Examples 2 to 16 Synthesis of polymers B-2-B-7, B-13, B-16 to B-19, T-1, T-6, T-8 and T-9, and binder solution B. Preparation of -2 to B-7, B-13, B-16 to B-19, T-1, T-6, T-8 and T-9]
- the polymers B-2 to B-7, B-13, B-16 to B-19, T-1, T-6, T-8 and T-9 have the compositions (structures) shown in the above chemical formula.
- the macromonomer used in the (meth) acrylic polymers B-6 and B-7 is X-22-174BX (trade name, manufactured by Shin-Etsu Silicone Co., Ltd.).
- RY is an alkylene group or an arylene group
- ZZ is an alkyl group or an aryl group
- m is 25 to 35 (mass average molecular weight 1500 to 3500).
- Preparation Example 17 Synthesis of Polymer B-8 and Preparation of Binder Solution B-8
- 10.0 g of butyl butyrate, 1.0 g of vinylidene fluoride, 3.0 g of butyl acrylate and 6.0 g of styrene were added to the autoclave, 0.1 g of diisopropyl peroxydicarbonate was further added, and the mixture was stirred at 30 ° C. for 24 hours. After the polymerization reaction was completed, the precipitate was filtered and dried at 100 ° C. for 10 hours to obtain vinyl polymer B-8.
- This vinyl polymer B-8 was dissolved in butyl butyrate to prepare a solution B-8 (polymer concentration 40% by mass) of a binder composed of the polymer B-8.
- Preparation Example 18 Synthesis of Polymer B-9 and Preparation of Binder Solution B-9
- a 100 mL female cylinder 4.32 g of dodecyl acrylate, 10.1 g of 1H, 1H, 2H, 2H-tridecafluorooctyl methacrylate, 18.00 g of styrene, 3.6 g of acrylonitrile and polymerization initiator V-601 (trade name, Fuji). 0.36 g of film Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) was added and dissolved in 36.0 g of butyl butyrate to prepare a monomer solution B-9.
- Preparation Example 19 Synthesis of Polymer B-15 and Preparation of Binder Solution B-15
- the above Preparation Example 18 is used, except that a compound for guiding each component is used so that the (meth) acrylic polymer B-15 has the composition (type and content of the component) shown in the above chemical formula.
- the (meth) acrylic polymer B-15 was synthesized to prepare a solution B-15 of a binder composed of each polymer.
- Preparation Example 20 Synthesis of Polymer B-10 and Preparation of Binder Solution B-10
- a 100 mL female cylinder 10.8 g of butyl acrylate, 21.6 g of styrene, silicone macromonomer: X-22-174BX (trade name) 3.6 g, and polymerization initiator V-601 (trade name, Fujifilm Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) Manufactured by) 0.36 g was added and dissolved in 36.0 g of butyl butyrate to prepare a monomer solution B-10.
- Preparation Examples 25 and 26 Synthesis of Polymers T-5 and T-10, and Preparation of Binder Dispersions T-5 and T-10] Except for the fact that in the above Preparation Example 21, a compound that guides each component so that the (meth) acrylic polymers T-5 and T-10 have the composition (type and content of the component) shown in the above chemical formula is used.
- the (meth) acrylic polymers T-5 and T-10 were synthesized in the same manner as in Preparation Example 21.
- the SP value of the macromonomer MM-2 synthesized with the polymer T-5 was 18.9, and the number average molecular weight was 5,000.
- the SP value of the macromonomer MM-3 synthesized with the polymer T-10 was 15.9, and the number average molecular weight was 5,000.
- the synthesized polymers T-5 and T-10 are dispersed in butyl butyrate, and the dispersions T-5 and T-10 of the binder composed of the polymers T-5 and T-10 (both have a polymer concentration of 40% by mass, average). Particle size (5 ⁇ m)) was prepared respectively.
- Table 1 shows the surface energy, SP value and elastic modulus of each synthesized polymer.
- the SP value of the polymer was measured by the above method.
- the surface energy was measured as follows. -Preparation of polymer membrane- After applying 100 ⁇ L of the binder solution or binder dispersion prepared above on a silicon wafer (3 ⁇ N type, manufactured by AS ONE) with a spin coater under the following coating conditions, each binder is vacuum dried at 100 ° C. for 2 hours. The polymer film of was prepared.
- Binder solution concentration 40% by mass
- Spin coater speed 2000 rpm
- Spin coater rotation time 5 seconds -Calculation of surface energy-
- the contact angles of diiodomethane and water with respect to the polymer film prepared on the silicon wafer as described above were measured by the ⁇ / 2 method in the sessile drop method, respectively.
- 200 milliseconds after the droplet is brought into contact with the surface of the polymer film and dropped the angle formed by the sample surface (the surface of the polymer film) and the droplet (the angle inside the droplet) is defined as the contact angle ⁇ . did.
- the value calculated by the following Owens method using each measured contact angle ⁇ is used as the surface energy.
- the reference numerals of the above equations are as follows.
- ⁇ H 2 O Water contact angle (°) ⁇ CH 2 I 2 : Contact angle of diiodomethane (°) ⁇ Sd: Dispersive force component of surface energy of polymer (mN / m) ⁇ H 2 Od: Dispersive force component of surface energy of water (mN / m) ⁇ H 2 O, V: Total surface energy of water (mN / m) ⁇ Sh: Hydrogen bond component of the surface energy of the polymer (mN / m) ⁇ H 2 Oh: Hydrogen bond component of surface energy of water (mN / m) ⁇ CH 2 I 2 d: Dispersive force component of surface energy of diiodomethane (mN / m) ⁇ CH 2 I 2 , V: Total surface energy of diiodomethane (mN / m) ⁇ CH 2 I 2 h: Hydrogen bond component of surface energy of diiodomethane (mN / m)
- the elastic modulus was measured as follows. -Preparation of test pieces- The binder solution or binder dispersion prepared above was placed in a glass petri dish and dried at 120 ° C. for 6 hours to obtain a dried film having a film thickness of 80 ⁇ m. The obtained dried film was cut into strips having a width of 10 mm and a length of 40 mm to prepare test pieces. -Measurement of elastic modulus- Each of the prepared test pieces was set on a force gauge (manufactured by IMADA) so that the distance between the chucks was 30 mm. In this state, the test piece was pulled at a speed of 10 mm / min, the displacement amount and stress were measured, and the tensile elastic modulus was calculated from the initial inclination.
- IMADA force gauge
- Li 2S lithium sulfide
- P 2 S diphosphorus pentasulfide
- Li-PS-based glass hereinafter may be referred to as LPS. 6.20 g was obtained.
- the particle size of the Li-PS-based glass was 15 ⁇ m.
- Example 1 Each composition shown in Table 2 was prepared as follows. ⁇ Preparation of Inorganic Solid Electrolyte-Containing Compositions K-1, K-2 and KC-1 to KC-10> 60 g of zirconia beads having a diameter of 5 mm was put into a 45 mL container made of zirconia (manufactured by Fritsch), 8.4 g of LPS synthesized in the above synthesis example A, and the binder solution or binder dispersion shown in Tables 2-1 and 2-3 0. .6 g (solid content mass) and 11 g of butyl butyrate as a dispersion medium were added. After that, this container was set in a planetary ball mill P-7 (trade name) manufactured by Fritsch. Inorganic solid electrolyte-containing compositions (slurries) K-1, K-2 and KC-1 to KC-10 were prepared by mixing at a temperature of 25 ° C. and a rotation speed of 150 rpm for 10 minutes, respectively.
- This container was set on a planetary ball mill P-7 (trade name) manufactured by Fritsch, and stirred at 25 ° C. at a rotation speed of 200 pm for 30 minutes.
- P-7 trade name
- NK-1 to NK-21 and NKC-1 to NKC-10 were prepared by mixing at a temperature of 25 ° C. and a rotation speed of 100 rpm for 10 minutes.
- Tables 2-1 to 2-3 show the SP values of the polymer forming the polymer binder and the dispersion medium. Further, for each composition, the difference (absolute value) between the SP value of the polymer forming the polymer binder and the SP value of the dispersion medium is calculated and shown. The unit of the SP value and the difference between the SP values is MPa 1/2 , but the description is omitted in Table 2.
- the composition content is the content (% by mass) with respect to the total mass of the composition
- the solid content is the content (% by mass) with respect to 100% by mass of the solid content of the composition. Omit the unit.
- LPS LPS synthesized in Synthesis Example A
- NMC LiNi 1/3 Co 1/3 Mn 1/3 O 2 Si: Silicon AB: Acetylene Black VGCF: Carbon Nanotube (manufactured by Showa Denko KK)
- a solid electrolyte sheet for an all-solid secondary battery (in Table 3). It is referred to as a solid electrolyte sheet.) 101, 102 and c11 to c20 were produced, respectively. The film thickness of the solid electrolyte layer was 50 ⁇ m.
- a baker-type applicator (trade name: SA-201) was placed on a copper foil having a thickness of 20 ⁇ m with each negative electrode composition shown in the “electrode composition No.” column of Tables 3-2 and 3-3 obtained above.
- the negative electrode composition was dried (removed the dispersion medium) by applying the mixture, heating at 80 ° C. for 1 hour, and further heating at 110 ° C. for 1 hour. Then, using a heat press machine, the dried negative electrode composition is pressurized at 25 ° C.
- -Viscosity measurement method 1.1 mL of sample (composition) in a sample cup adjusted to a predetermined measurement temperature using an E-type viscometer (TV-35 type, manufactured by Toki Sangyo Co., Ltd.) and a standard cone rotor (1 ° 34'x R24). After applying and setting in the main body and maintaining the temperature for 5 minutes until the temperature becomes constant, set the measurement range to "U” and set the shear rate to 10 / s (rotation speed 2.5 rpm) for 1 minute after the start of rotation. The value obtained by measuring later was taken as the viscosity.
- Evaluation criteria - A: Less than 300cP B: 300cP or more, less than 500cP C: 500cP or more, less than 800cP D: 800cP or more and less than 1500cP E: 1500cP or more
- the solid electrolyte sheet or electrode sheet (positive electrode sheet for all-solid secondary battery and negative electrode sheet for all-solid secondary battery) obtained above is a disk having a diameter of 14.5 mm.
- the solid electrolyte sheet or the electrode sheet was cut into a shape and placed in the 2032 type coin case 11 shown in FIG. Specifically, an aluminum foil (not shown in FIG. 2) cut out into a disk shape having a diameter of 15 mm is brought into contact with a solid electrolyte layer or an electrode active material layer, and a spacer and a washer (both not shown in FIG. 2) are incorporated. , I put it in a 2032 type coin case 11 made of stainless steel. By crimping the 2032 type coin case 11, a test piece for ionic conductivity measurement, which was tightened with a force of 8 Newton (N), was produced.
- N 8 Newton
- the sample layer thickness is measured before the solid electrolyte sheet or the electrode active material layer is placed in the 2032 type coin case 11, and the value obtained by subtracting the thickness of the current collector (solid electrolyte layer and the electrode active material layer). Total layer thickness).
- the sample area is the area of a disk-shaped sheet having a diameter of 14.5 mm.
- the measurement of ionic conductivity is the same as "(2) Measurement of ionic conductivity of the test piece for ionic conductivity measurement” in ⁇ Evaluation 2: Interface resistance> above, except that the measurement temperature is changed to 25 ° C. It was measured. In this test, it is shown that the smaller the reduction rate (%) of the ionic conductivity is, the more the deterioration of the inorganic solid electrolyte due to water can be suppressed, and the evaluation standard "D" or higher is passed.
- Decrease rate of ionic conductivity [(Ion conductivity of all-solid-state secondary battery incorporating sheet before leaving-Ion conductivity of all-solid-state secondary battery incorporating sheet after leaving) / Before leaving Ion conductivity] x 100 - Evaluation criteria - A: 90% or more B: 80% or more, less than 90% C: 70% or more, less than 80% D: 60% or more, less than 70% E: less than 60%
- a cellophane tape (registered trademark) having a length of 15 mm and a width of 18 mm was attached to the surface of the active material layer to cover all the above 100 squares.
- the surface of the cellophane tape (registered trademark) was rubbed with an eraser and pressed against the active material layer to adhere to it.
- Positive electrode sheets for all-solid secondary batteries provided with an electrolyte layer (thickness of the positive electrode active material layer 60 ⁇ m) 103 to 123 were prepared, respectively.
- the negative electrode sheets for all-solid secondary batteries (negative electrode active material layer having a thickness of 50 ⁇ m) 124 to 144 and c21 to c30 having a solid electrolyte layer having a thickness of 30 ⁇ m are respectively. Made.
- the all-solid-state secondary battery No. 1 having the layer structure shown in FIG. 101 was manufactured.
- the all-solid-state secondary battery No. Negative electrode sheet No. 1 for an all-solid-state secondary battery provided with a solid electrolyte layer used in the production of 101. c21 was produced.
- Negative electrode sheet No. for an all-solid secondary battery provided with a solid electrolyte layer. c21 (thickness of the negative electrode active material layer 50 ⁇ m) was prepared. (Manufacturing of all-solid-state secondary batteries) Negative electrode sheet No. for all-solid-state secondary battery having the solid electrolyte obtained above.
- c21 (the aluminum foil of the solid electrolyte-containing sheet No. 101 has been peeled off) is cut into a disk shape with a diameter of 14.5 mm, and as shown in FIG. 2, stainless steel incorporating a spacer and a washer (not shown in FIG. 2). It was put in a 2032 type coin case 11 made of stainless steel. Next, a positive electrode sheet (positive electrode active material layer) punched out from the positive electrode sheet for an all-solid-state secondary battery produced below with a diameter of 14.0 mm was laminated on the solid electrolyte layer.
- a stainless steel foil (positive electrode current collector) is further layered on top of the laminate 12 for an all-solid secondary battery (copper foil-negative electrode active material layer-solid electrolyte layer-positive electrode active material layer-aluminum foil-stainless steel foil. Laminated body) was formed. After that, by crimping the 2032 type coin case 11, the all-solid-state secondary battery No. 2 shown in FIG. 101 was manufactured.
- All-solid-state secondary battery No. 103 was manufactured as follows. Positive electrode sheet No. for an all-solid-state secondary battery provided with the solid electrolyte layer obtained above. 103 (the aluminum foil of the solid electrolyte-containing sheet has been peeled off) is cut into a disk shape with a diameter of 14.5 mm, and as shown in FIG. 2, a stainless steel 2032 incorporating a spacer and a washer (not shown in FIG. 2). I put it in the mold coin case 11. Next, a lithium foil cut out in a disk shape having a diameter of 15 mm was layered on the solid electrolyte layer.
- a laminate 12 for an all-solid-state secondary battery (aluminum foil-positive electrode active material layer-solid electrolyte layer-lithium foil-stainless foil) was formed by further overlaying a stainless steel foil on the laminate. After that, by crimping the 2032 type coin case 11, the No. 2 shown in FIG. 2 is displayed. The 103 all-solid-state secondary battery 13 was manufactured. The all-solid-state secondary battery manufactured in this manner has the layer structure shown in FIG. 1 (however, the lithium foil corresponds to the negative electrode active material layer 2 and the negative electrode current collector 1).
- the above all-solid-state secondary battery No. In the production of 103, the positive electrode sheet No. 1 for an all-solid secondary battery provided with a solid electrolyte layer. All-solid-state secondary battery except that the positive electrode sheet for all-solid-state secondary battery provided with the solid electrolyte layer shown in the "Electrode active material layer (sheet No.)" column of Table 4-1 was used instead of 103. No. In the same manner as in the production of 103, the all-solid-state secondary battery No. 104 to 123 were manufactured respectively.
- the all-solid-state secondary battery No. 1 having the layer structure shown in FIG. 1 was obtained as follows. 124 was made. Negative electrode sheet No. for each all-solid-state secondary battery having the solid electrolyte obtained above. 124 (the aluminum foil of the solid electrolyte-containing sheet has been peeled off) is cut into a disk shape with a diameter of 14.5 mm, and as shown in FIG. 2, a stainless steel 2032 incorporating a spacer and a washer (not shown in FIG. 2). I put it in the mold coin case 11. Next, a positive electrode sheet (positive electrode active material layer) punched out from the positive electrode sheet for an all-solid-state secondary battery produced below with a diameter of 14.0 mm was laminated on the solid electrolyte layer.
- a stainless steel foil (positive electrode current collector) is further layered on top of the laminate 12 for an all-solid secondary battery (copper foil-negative electrode active material layer-solid electrolyte layer-positive electrode active material layer-aluminum foil-stainless steel foil. Laminated body) was formed. After that, by crimping the 2032 type coin case 11, the all-solid-state secondary battery No. 2 shown in FIG. 124 was manufactured.
- the all-solid-state secondary battery No. Positive electrode sheets for solid secondary batteries used in the production of 101 and 124 were prepared.
- 180 zirconia beads having a diameter of 5 mm were put into a 45 mL container made of zirconia (manufactured by Fritsch), 2.7 g of LPS synthesized in the above synthesis example A, KYNAR FLEX 2500-20 (trade name, PVdF-HFP: polyfluoridene).
- Vinylidene hexafluoropropylene copolymer manufactured by Arkema was added as a solid content mass of 0.3 g, and butyl butyrate was added in an amount of 22 g.
- This container was set on a planetary ball mill P-7 (trade name) manufactured by Fritsch, and stirred at 25 ° C. and a rotation speed of 300 rpm for 60 minutes. After that, 7.0 g of LiNi 1/3 Co 1/3 Mn 1/3 O 2 (NMC) was added as the positive electrode active material, and in the same manner, the container was set in the planetary ball mill P-7, and the rotation speed was 25 ° C. Mixing was continued at 100 rpm for 5 minutes to prepare a positive electrode composition.
- NMC LiNi 1/3 Co 1/3 Mn 1/3 O 2
- the positive electrode composition obtained above is applied onto an aluminum foil (positive electrode current collector) having a thickness of 20 ⁇ m with a baker-type applicator (trade name: SA-201, manufactured by Tester Sangyo Co., Ltd.) and heated at 100 ° C. for 2 hours. , The positive electrode composition was dried (dispersion medium was removed). Then, using a heat press machine, the dried positive electrode composition was pressurized at 25 ° C. (10 MPa, 1 minute) to prepare a positive electrode sheet for an all-solid secondary battery having a positive electrode active material layer having a film thickness of 80 ⁇ m. ..
- the above all-solid-state secondary battery No. In the production of 124, the negative electrode sheet No. 1 for an all-solid secondary battery provided with a solid electrolyte layer. All-solid-state secondary battery except that the negative electrode sheet for all-solid-state secondary battery provided with the solid electrolyte layer shown in the "Electrode active material layer (sheet No.)" column of Table 4-2 was used instead of 124. No. In the same manner as in the production of 124, the all-solid-state secondary battery No. 125 to 144 and c101 to c110 were produced, respectively.
- This one charge and one discharge were set as one charge / discharge cycle, and charging / discharging was repeated for three cycles under the same conditions for initialization. After that, the above charge / discharge cycle was repeated, and the discharge capacity of each all-solid-state secondary battery was measured by a charge / discharge evaluation device: TOSCAT-3000 (trade name) every time the charge / discharge cycle was performed.
- TOSCAT-3000 trade name
- Ion conductivity> The ionic conductivity of each manufactured all-solid-state secondary battery was measured. Specifically, for each all-solid-state secondary battery, AC impedance was measured with a voltage amplitude of 5 mV and a frequency of 1 MHz to 1 Hz using a 1255B FREQUENCY RESPONSE ANALYZER (trade name, manufactured by SOLARTRON) in a constant temperature bath at 30 ° C. As a result, the resistance of the sample for measuring ionic conductivity in the layer thickness direction was obtained, and the ionic conductivity was calculated by the following formula (1).
- Ion conductivity ⁇ (mS / cm) 1000 x sample layer thickness (cm) / [resistance ( ⁇ ) x sample area (cm 2 )]
- the sample layer thickness is measured before the laminate 12 is placed in the 2032 type coin case 11, and the value obtained by subtracting the thickness of the current collector (total layer thickness of the solid electrolyte layer and the electrode active material layer).
- the sample area is the area of a disk-shaped sheet having a diameter of 14.5 mm. It was determined which of the following evaluation criteria the obtained ionic conductivity ⁇ was included in. The ionic conductivity ⁇ in this test passed the evaluation standard "D" or higher.
- the inorganic solid electrolyte-containing compositions containing no polymer binder specified in the present invention shown in Comparative Examples KC-1 to KC-10 and NKC-1 to NKC-10 are all dispersible and prepared as an all-solid state battery. It is inferior in either the deterioration suppressing effect of the inorganic solid electrolyte of the secondary battery sheet and the ionic conductivity (interfacial resistance) in a low temperature environment. Further, the negative electrode sheets produced by using the negative electrode compositions NKC-1 and NKC-5 to NKC-10 do not have sufficient adhesion to the current collector.
- the all-solid-state secondary batteries of Comparative Examples c101 to c110 manufactured by using KC-1 to KC-10 and NKC-1 to NKC-10 cannot have both cycle characteristics and ionic conductivity.
- the electrode sheet obtained is in close contact with the current collector.
- the sex can be strengthened.
- the all-solid-state secondary battery provided with the constituent layer formed by using these inorganic solid electrolyte-containing compositions can realize high ionic conductivity and excellent cycle characteristics.
- the deterioration test of the above-mentioned inorganic solid electrolyte due to moisture was evaluated using a sheet for an all-solid secondary battery, which is most concerned about contact with moisture in the actual manufacturing process.
- the same effect can be expected in the constituent layer incorporated in.
- Negative electrode current collector Negative electrode active material layer 3 Solid electrolyte layer 4 Positive electrode active material layer 5 Positive electrode current collector 6 Working part 10 All-solid-state secondary battery 11 2032 type Coin case 12 All-solid-state secondary battery laminate 13 Coin type All-solid-state secondary battery
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Abstract
Description
しかし、材料自体が高いイオン伝導度を示すものであっても、無機固体電解質、活物質、導電助剤等の固体粒子で構成される構成層は、固体粒子同士の界面接触状態が制約されて、界面抵抗が上昇(イオン伝導度の低下)しやすい。しかも、このような構成層を備えた全固体二次電池は繰り返して充放電するとエネルギー損失が大きくなってサイクル特性の低下を招く。
このような界面抵抗の上昇を抑えるため、全固体二次電池の構成層を形成する材料(構成層形成材料)として、上述の無機固体電解質、分散媒等に加えて、粒子状のポリマーバインダーを含有する組成物が提案されている。例えば、特許文献1には、周期律表第1族又は第2族に属する金属元素のイオンの伝導性を有する無機固体電解質と、SP値が10.5cal1/2cm-3/2以上のポリマーを含む、平均粒径が10nm以上50,000nm以下のバインダー粒子と、分散媒体とを含む固体電解質組成物が記載されている。
しかも、近年、全固体二次電池の実用化に向けた開発が急速に進行しており、これに対応した対策が求められている。例えば、全固体二次電池の用途拡大等を睨んで、常温環境下(例えば15~35℃)だけではなく、例えば5℃以下の低温環境下においても高いイオン伝導度を維持することが求められる。更に、無機固体電解質は水により劣化(分解)しやすいという特有の問題がある。特に、工業的製造の観点から製造プロセス中での劣化を抑えることが重要な課題となっている。しかし、工業的製造設備の規模等を考慮するとも製造雰囲気を含む環境中の水分を完全に除去することは難しく、構成層形成材料等の観点からも検討が求められている。
<1>周期律表第一族若しくは第二族に属する金属のイオンの伝導性を有する無機固体電解質と、ポリマーバインダーと、分散媒とを含有する無機固体電解質含有組成物であって、
ポリマーバインダーが、表面エネルギーが20mN/m以下であり、かつSP値が14~21.5MPa1/2であるポリマーを含み、分散媒に溶解する、無機固体電解質含有組成物。
<2>ポリマーの弾性率が1MPa以上である、<1>に記載の無機固体電解質含有組成物。
<3>ポリマーが下記式(LF)若しくは式(LS)で表される構成成分を主鎖若しくは側鎖に有する、<1>又は<2>に記載の無機固体電解質含有組成物。
Lは単結合又は連結基を示す。
RFは炭素原子及びフッ素原子を含む置換基を示す。
RSはケイ素原子を含む置換基を示す。
<5>ポリマーの主鎖がブロックポリマーである、<1>~<3>のいずれか1つに記載の無機固体電解質含有組成物。
<6>分散媒のSP値が14~24MPa1/2である、<1>~<5>のいずれか1つに記載の無機固体電解質含有組成物。
<7>活物質を含有する、<1>~<6>のいずれか1つに記載の無機固体電解質含有組成物。
<8> 導電助剤を含有する、<1>~<7>のいずれか1つに記載の無機固体電解質含有組成物。
<9>無機固体電解質が硫化物系無機固体電解質である、<1>~<8>のいずれか1つに記載の無機固体電解質含有組成物。
<10>上記<1>~<9>のいずれか1つに記載の無機固体電解質含有組成物で構成した層を有する全固体二次電池用シート。
<11>正極活物質層と固体電解質層と負極活物質層とをこの順で具備する全固体二次電池であって、
正極活物質層、固体電解質層及び負極活物質層の少なくとも1つの層が、<1>~<9>のいずれか1つに記載の無機固体電解質含有組成物で構成した層である、全固体二次電池。
<12>上記<1>~<9>のいずれか1つに記載の無機固体電解質含有組成物を製膜する、全固体二次電池用シートの製造方法。
<13>上記<12>に記載の製造方法を経て全固体二次電池を製造する、全固体二次電池の製造方法。
本発明において化合物の表示(例えば、化合物と末尾に付して呼ぶとき)については、この化合物そのものの他、その塩、そのイオンを含む意味に用いる。また、本発明の効果を損なわない範囲で、置換基を導入するなど一部を変化させた誘導体を含む意味である。
本発明において、(メタ)アクリルとは、アクリル及びメタアクリルの一方又は両者を意味する。(メタ)アクリレートについても同様である。
本発明において、置換又は無置換を明記していない置換基、連結基等(以下、置換基等という。)については、その基に適宜の置換基を有していてもよい意味である。よって、本発明において、単に、YYY基と記載されている場合であっても、このYYY基は、置換基を有しない態様に加えて、更に置換基を有する態様も包含する。これは置換又は無置換を明記していない化合物についても同義である。好ましい置換基としては、例えば後述する置換基Zが挙げられる。
本発明において、特定の符号で示された置換基等が複数あるとき、又は複数の置換基等を同時若しくは択一的に規定するときには、それぞれの置換基等は互いに同一でも異なっていてもよいことを意味する。また、特に断らない場合であっても、複数の置換基等が隣接するときにはそれらが互いに連結したり縮環したりして環を形成していてもよい意味である。
本発明において、ポリマーは、重合体を意味するが、いわゆる高分子化合物と同義である。また、ポリマーバインダーは、ポリマーで構成されたバインダーを意味し、ポリマーそのもの、及びポリマーを含んで形成されたバインダーを包含する。
本発明の無機固体電解質含有組成物は、周期律表第1族若しくは第2族に属する金属のイオンの伝導性を有する無機固体電解質と、後述する特定の特性ないし物性を示すポリマーを含んで構成されたポリマーバインダーと、分散媒とを含有する。このポリマーバインダーは、無機固体電解質含有組成物に含有される分散媒に対して溶解する特性(可溶性)を有している。無機固体電解質含有組成物中でのポリマーバインダーは、その含有量にもよるが、通常、無機固体電解質含有組成物中において分散媒に溶解した状態で存在する。これにより、ポリマーバインダーが固体粒子を分散媒中に分散させる機能を果たして、無機固体電解質含有組成物中における固体粒子の分散性を高めることができる。更に、固体粒子同士、又は集電体との密着性が強化され、全固体二次電池のサイクル特性の改善効果を高めることもできる。
本発明において、無機固体電解質含有組成物中においてポリマーバインダーが分散媒に溶解しているとは、分散媒にすべてのポリマーバインダーが溶解している態様に限定されず、例えば分散媒に対する下記溶解度が80%以上となるものであれば、無機固体電解質含有組成物中でポリマーバインダーの一部が不溶で存在していてもよい。
また、ポリマーバインダーが分散媒に溶解するとは、ポリマーバインダーの分散媒に対する下記溶解度が80%以上であることをいう。
溶解度の測定方法は下記の通りである。すなわち、測定対象とするポリマーバインダーをガラス瓶内に規定量秤量し、そこへ無機固体電解質含有組成物が含有する分散媒と同種の分散媒100gを添加し、25℃の温度下、ミックスローター上において80rpmの回転速度で24時間攪拌する。こうして得られた24時間攪拌後の混合液の透過率を以下条件により測定する。この試験(透過率測定)をバインダー溶解量(上記規定量)を変更して行い、透過率が99.8%となる上限濃度X(質量%)をバインダーの上記分散媒に対する溶解度とする。
<透過率測定条件>
動的光散乱(DLS)測定
装置:大塚電子製DLS測定装置 DLS-8000
レーザ波長、出力:488nm/100mW
サンプルセル:NMR管
このポリマーバインダーは、少なくとも無機固体電解質含有組成物で形成した構成層中において、無機固体電解質(更には、共存しうる、活物質、導電助剤)等の固体粒子同士(例えば、無機固体電解質同士、無機固体電解質と活物物質、活物質同士)を結着させる結着剤として、機能する。更には、集電体と固体粒子とを結着させる結着剤として機能することもある。無機固体電解質含有組成物中において、ポリマーバインダーは固体粒子同士を結着させる機能を有していてもいなくてもよい。
本発明の無機固体電解質含有組成物は、無機固体電解質が分散媒中に分散したスラリーであることが好ましい。この場合、ポリマーバインダーは、固体粒子を分散媒中に分散させる機能を有することが好ましい。
集電体上に形成される活物質層を本発明の無機固体電解質含有組成物で形成する態様においては、集電体と活物質層との密着性を強化することができ、サイクル特性の更なる向上を図ることができる。
無機固体電解質含有組成物においては、分散媒に溶解するポリマーバインダー(以下、単にバインダーということがある。)が用いられる(分散媒に溶解するバインダーを溶解性バインダーということがある。)。そのため、この組成物は、無機固体電解質等の固体粒子の分散性がバインダーにより高められており、固体粒子が組成物中に偏在しにくく一様に配置された構成層を形成できる。この構成層は全固体二次電池の充放電によっても過電流が発生しにくく固体粒子の劣化を防止できると考えられる。こうして、イオン伝導度及びサイクル特性の改善が可能になる。
ポリマーのSP値を上記範囲に設定すると、分散媒に対するバインダーの親和性を更に高めることができ、溶解状態にあるバインダーを高度に分散させることができる。そのため、構成層中での固体粒子を更に均一に配置させることができ、溶解性に基づく電池特性の改善をより一層高めることができる。
また、溶解性バインダーは、通常、無機固体電解質等の固体粒子の表面を過度に被覆しやすく、無機固体電解質の界面抵抗(接触抵抗)を上昇させる(イオン伝導度を低下させる)。しかし、溶解性バインダーに含まれるポリマーの表面エネルギーを上記範囲に設定すると、無機固体電解質の表面にバインダーが吸着しても、バインダーが無機固体電解質の表面で撥かれて、バインダーが点在析出することで、無機固体電解質同士の直接的な接触(バインダーを介在しない接触)を、無機固体電解質同士の強固な密着を大きく損なうことなく、維持できると考えられる。そのため、無機固体電解質の界面抵抗を低減でき、低温環境下においても無機固体電解質間におけるイオン伝導の阻害を抑制できる。
しかも、表面エネルギーの小さなバインダーが無機固体電解質の表面に吸着しているため、無機固体電解質への水の接触を効果的に阻害できる。こうして、無機固体電解質含有組成物及び構成層において、無機固体電解質についての、低温環境下での抵抗上昇及び劣化による抵抗上昇を抑制できる。
本発明の無機固体電解質含有組成物は、無機固体電解質及び分散媒に対して上記溶解性バインダーを併用することにより、上述の作用が相まって発現され、低温環境下においても低抵抗でサイクル特性にも優れた全固体二次電池を実現できると考えられる。
以下、本発明の無機固体電解質含有組成物が含有する成分及び含有しうる成分について説明する。
無機固体電解質含有組成物は、無機固体電解質(粒子状である場合、無機固体電解質粒子ともいう。)を含有する。
本発明において、無機固体電解質とは、無機の固体電解質のことであり、固体電解質とは、その内部においてイオンを移動させることができる固体状の電解質のことである。主たるイオン伝導性材料として有機物を含むものではないことから、有機固体電解質(ポリエチレンオキシド(PEO)などに代表される高分子電解質、リチウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド(LiTFSI)などに代表される有機電解質塩)とは明確に区別される。また、無機固体電解質は定常状態では固体であるため、通常カチオン及びアニオンに解離又は遊離していない。この点で、電解液、又は、ポリマー中でカチオン及びアニオンに解離若しくは遊離している無機電解質塩(LiPF6、LiBF4、リチウムビス(フルオロスルホニル)イミド(LiFSI)、LiClなど)とも明確に区別される。無機固体電解質は周期律表第1族若しくは第2族に属する金属のイオンの伝導性を有するものであれば、特に限定されず、電子伝導性を有さないものが一般的である。本発明の全固体二次電池がリチウムイオン電池の場合、無機固体電解質は、リチウムイオンのイオン伝導性を有することが好ましい。
上記無機固体電解質は、全固体二次電池に通常使用される固体電解質材料を適宜選定して用いることができる。例えば、無機固体電解質としては、(i)硫化物系無機固体電解質、(ii)酸化物系無機固体電解質、(iii)ハロゲン化物系無機固体電解質、及び、(iv)水素化物系無機固体電解質が挙げられ、活物質と無機固体電解質との間により良好な界面を形成することができる観点から、硫化物系無機固体電解質が好ましい。
硫化物系無機固体電解質は、硫黄原子を含有し、かつ、周期律表第1族若しくは第2族に属する金属のイオン伝導性を有し、かつ、電子絶縁性を有するものが好ましい。硫化物系無機固体電解質は、元素として少なくともLi、S及びPを含有し、リチウムイオン伝導性を有しているものが好ましいが、目的又は場合に応じて、Li、S及びP以外の他の元素を含んでもよい。
硫化物系無機固体電解質は、無機固体電解質の中でも特に水との反応性が高く、組成物の調製時だけでなく構成層を形成していても、水(水分)との接触を回避することが重要である。しかし、本発明では、上記溶解性バインダーと併用されるため、硫化物系無機固体電解質の劣化を効果的に防止できる。
La1Mb1Pc1Sd1Ae1 (S1)
式中、LはLi、Na及びKから選択される元素を示し、Liが好ましい。Mは、B、Zn、Sn、Si、Cu、Ga、Sb、Al及びGeから選択される元素を示す。Aは、I、Br、Cl及びFから選択される元素を示す。a1~e1は各元素の組成比を示し、a1:b1:c1:d1:e1は1~12:0~5:1:2~12:0~10を満たす。a1は1~9が好ましく、1.5~7.5がより好ましい。b1は0~3が好ましく、0~1がより好ましい。d1は2.5~10が好ましく、3.0~8.5がより好ましい。e1は0~5が好ましく、0~3がより好ましい。
硫化物系無機固体電解質は、例えば硫化リチウム(Li2S)、硫化リン(例えば五硫化二燐(P2S5))、単体燐、単体硫黄、硫化ナトリウム、硫化水素、ハロゲン化リチウム(例えばLiI、LiBr、LiCl)及び上記Mで表される元素の硫化物(例えばSiS2、SnS、GeS2)の中の少なくとも2つ以上の原料の反応により製造することができる。
酸化物系無機固体電解質は、酸素原子を含有し、かつ、周期律表第1族若しくは第2族に属する金属のイオン伝導性を有し、かつ、電子絶縁性を有するものが好ましい。
酸化物系無機固体電解質は、イオン伝導度として、1×10-6S/cm以上であることが好ましく、5×10-6S/cm以上であることがより好ましく、1×10-5S/cm以上であることが特に好ましい。上限は特に制限されないが、1×10-1S/cm以下であることが実際的である。
またLi、P及びOを含むリン化合物も望ましい。例えばリン酸リチウム(Li3PO4); リン酸リチウムの酸素の一部を窒素で置換したLiPON; LiPOD1(D1は、好ましくは、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zr、Nb、Mo、Ru、Ag、Ta、W、Pt及びAuから選ばれる1種以上の元素である。)等が挙げられる。
更に、LiA1ON(A1は、Si、B、Ge、Al、C及びGaから選ばれる1種以上の元素である。)等も好ましく用いることができる。
ハロゲン化物系無機固体電解質は、ハロゲン原子を含有し、かつ、周期律表第1族若しくは第2族に属する金属のイオンの伝導性を有し、かつ、電子絶縁性を有する化合物が好ましい。
ハロゲン化物系無機固体電解質としては、特に制限されないが、例えば、LiCl、LiBr、LiI、ADVANCED MATERIALS,2018,30,1803075に記載のLi3YBr6、Li3YCl6等の化合物が挙げられる。中でも、Li3YBr6、Li3YCl6を好ましい。
水素化物系無機固体電解質は、水素原子を含有し、かつ、周期律表第1族若しくは第2族に属する金属のイオン伝導性を有し、かつ、電子絶縁性を有する化合物が好ましい。
水素化物系無機固体電解質としては、特に制限されないが、例えば、LiBH4、Li4(BH4)3I、3LiBH4-LiCl等が挙げられる。
無機固体電解質の粒子径の測定は、以下の手順で行う。無機固体電解質粒子を、水(水に不安定な物質の場合はヘプタン)を用いて20mLサンプル瓶中で1質量%の分散液を希釈調製する。希釈後の分散液試料は、1kHzの超音波を10分間照射し、その直後に試験に使用する。この分散液試料を用い、レーザ回折/散乱式粒度分布測定装置LA-920(商品名、HORIBA社製)を用いて、温度25℃で測定用石英セルを使用してデータ取り込みを50回行い、体積平均粒子径を得る。その他の詳細な条件等は必要によりJIS Z 8828:2013「粒子径解析-動的光散乱法」の記載を参照する。1水準につき5つの試料を作製しその平均値を採用する。
無機固体電解質の、無機固体電解質含有組成物中の含有量は、特に制限されないが、分散性、イオン伝導度の点で、固形分100質量%において、50質量%以上であることが好ましく、70質量%以上であることがより好ましく、90質量%以上であることが特に好ましい。上限としては、同様の観点から、99.9質量%以下であることが好ましく、99.5質量%以下であることがより好ましく、99質量%以下であることが特に好ましい。
ただし、無機固体電解質含有組成物が後述する活物質を含有する場合、無機固体電解質含有組成物中の無機固体電解質の含有量は、活物質と無機固体電解質との合計含有量が上記範囲であることが好ましい。
本発明において、固形分(固形成分)とは、無機固体電解質含有組成物を、1mmHgの気圧下、窒素雰囲気下150℃で6時間乾燥処理したときに、揮発若しくは蒸発して消失しない成分をいう。典型的には、後述の分散媒以外の成分を指す。
本発明の無機固体電解質含有組成物は、ポリマーバインダーを1種又は2種以上含有する。本発明に用いるポリマーバインダーは、表面エネルギーが20mN/m以下であり、かつSP値が14~21.5MPa1/2であるポリマーを含んで形成され、無機固体電解質含有組成物に含有されている分散媒に溶解するものである。このポリマーバインダーを無機固体電解質及び分散媒と併用することにより、分散性に優れ、無機固体電解質が劣化しにくい無機固体電解質含有組成物を調製でき、更に低温環境下においても高いイオン伝導度を示し、劣化しにくい構成層を作製できる。
ポリマーバインダーが含むポリマーは、上記の表面エネルギー及びSP値を満たすポリマーを含んでいれば、これらの成分の作用を損なわない限り他のポリマーを含んでいてもよい。
本発明の課題解決において、ポリマーバインダーを形成するポリマー(バインダー形成ポリマーともいう。)に特徴的な特性である表面エネルギー及びSP値について説明する。
このバインダー形成ポリマーは20mN/m以下の表面エネルギーを有する。この範囲の表面エネルギーを有することにより、バインダー形成ポリマーを含むバインダーが、上述のように、無機固体電解質等の固体粒子の界面抵抗を低減しながら無機固体電解質の劣化をも防止できる。
バインダー形成ポリマーの表面エネルギーは、18mN/m以下であることが好ましく、16mN/m以下であることがより好ましく、14mN/m以下であることが更に好ましい。表面エネルギーの下限値は、特に制限されないが、3mN/m以上であることが実際的であり、5mN/m以上であることが好ましく、8mN/m以上であることがより好ましく、9mN/m以上であることが更に好ましい。バインダー形成ポリマーの表面エネルギーは実施例に記載の方法により算出される値とする。
まず、バインダー形成ポリマーを構成する各構成成分のSP値(MPa1/2)を、特に断らない限り、Hoy法によって求める(H.L.Hoy JOURNAL OF PAINT TECHNOLOGY Vol.42,No.541,1970,76-118、及びPOLYMER HANDBOOK 4th、59章、VII 686ページ Table5、Table6及びTable6中の下記式参照)。
必要により、上記文献に準拠して求めたSP値をSP値(MPa1/2)に換算(例えば、1cal1/2cm-3/2≒2.05J1/2cm-3/2≒2.05MPa1/2)する。
SP2=(SP1 2×W1)+(SP2 2×W2)+・・・
式中、SP1、SP2・・・は構成成分のSP値を示し、W1、W2・・・は構成成分の質量分率を示す。構成成分の質量分率は、当該構成成分(この構成成分を導く原料化合物)のバインダー形成ポリマー中の質量分率とする。
バインダー形成ポリマーのSP値は、バインダー形成ポリマーの種類、組成(構成成分の種類及び含有量)等によって、調整できる。
バインダー形成ポリマーの弾性率は、5MPa以上であることが好ましく、10MPa以上であることがより好ましく、15MPa以上であることが更に好ましい。弾性率の上限値は、特に制限されないが、800MPa以下であることが実際的であり、600MPa以下であることが好ましく、400MPa以下であることがより好ましく、100MPa以下であることが更に好ましい。バインダー形成ポリマーの弾性率は実施例に記載の方法により算出される値とする。
本発明において、弾性率は、バインダー形成ポリマーの種類、組成等により、適宜に設定できる。
ポリマーバインダーを形成するポリマーは、非晶質であることが好ましい。本発明において、ポリマーが「非晶質」であるとは、典型的には、ガラス転移温度で測定したときに結晶融解に起因する吸熱ピークが見られないことをいう。
本発明において、ポリマー、ポリマー鎖及びマクロモノマーの分子量については、特に断らない限り、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)によって標準ポリスチレン換算の質量平均分子量又は数平均分子量をいう。その測定法としては、基本として下記条件1又は条件2(優先)の方法により測定した値とする。ただし、ポリマー又はマクロモノマーの種類によっては適宜適切な溶離液を選定して用いればよい。
(条件1)
カラム:TOSOH TSKgel Super AWM-H(商品名、東ソー社製)を2本つなげる
キャリア:10mMLiBr/N-メチルピロリドン
測定温度:40℃
キャリア流量:1.0ml/min
試料濃度:0.1質量%
検出器:RI(屈折率)検出器
(条件2)
カラム:TOSOH TSKgel Super HZM-H、TOSOH TSKgel Super HZ4000、TOSOH TSKgel Super HZ2000(いずれも商品名、東ソー社製)をつないだカラムを用いる。
キャリア:テトラヒドロフラン
測定温度:40℃
キャリア流量:1.0ml/min
試料濃度:0.1質量%
検出器:RI(屈折率)検出器
バインダー形成ポリマーは、分散媒に対する溶解性と上記表面エネルギー及びSP値とを満たす限り、ポリマー種類、組成等は特に制限されない。例えば、ポリウレタン、ポリウレア、ポリアミド、ポリイミド、ポリエステル、ポリカーボネート樹脂、ポリエーテル樹脂等の逐次重合(重縮合、重付加若しくは付加縮合)ポリマー、含フッ素ポリマー、炭化水素ポリマー、ビニルポリマー、(メタ)アクリルポリマー等の連鎖重合ポリマー、又はこれらの共重合ポリマー等が挙げられる。中でも、連鎖重合ポリマーが好ましく、ビニルポリマー又は(メタ)アクリルポリマーがより好ましい。
バインダー形成ポリマーは、上述の作用効果を効果的に発揮して、分散性及びイオン伝導度の改善、無無固体電解質の劣化抑制、更には密着性の点で、主鎖がブロック共重合体であるブロックポリマー(側鎖の重合様式は問わない)、又はグラフトポリマー(主鎖の重合様式は問わない)であることが好ましい。
本発明において、ポリマーの主鎖とは、ポリマーを構成する、それ以外のすべての分子鎖が、主鎖に対して枝分れ鎖若しくはペンダントとみなしうる線状分子鎖をいう。枝分れ鎖若しくはペンダント鎖とみなす分子鎖の質量平均分子量にもよるが、典型的には、ポリマーを構成する分子鎖のうち最長鎖が主鎖となる。ただし、ポリマー末端が有する末端基は主鎖に含まない。また、ポリマーの側鎖とは、主鎖以外の分子鎖をいい、短分子鎖及び長分子鎖(グラフト鎖)を含む。
バインダー形成ポリマーとして好適なビニルポリマーとしては、(メタ)アクリル化合物(M1)以外のビニル系モノマーを(共)重合して得られるポリマーであって、ビニル系モノマー由来の構成成分を、50質量%以上含有するポリマーが挙げられる。
フッ素原子若しくはケイ素原子を有するエチレン性不飽和モノマーとしては、エチレン性不飽和基(重合性基)と、フッ素原子、又はフッ素原子若しくはケイ素原子を含む基とを有する化合物が挙げられる。フッ素原子若しくはケイ素原子を含む基としては、特に制限されないが、後述する式(LF)中のRF、式(LS)中のRS等が挙げられる。エチレン性不飽和基とフッ素原子若しくはケイ素原子を含む基とは直接結合していてもよく、また連結基を介して結合していてもよい。エチレン性不飽和基とフッ素原子若しくはケイ素原子を含む基とを結合する連結基としては、特に制限されず、後述する式(LF)中のLが挙げられる。このようなエチレン性不飽和モノマーとしては、テトラフルオロエチレン(TFE)、ビニリデンジフルオリド(VdF)等のフッ素置換エチレン、下記式(LF)若しくは式(LS)で表される構成成分を導く化合物が挙げられる。
下記式(LF)若しくは式(LS)で表される構成成分を導く化合物としては、例えば、後記例示ポリマー及び実施例ポリマーが有する構成成分を導く化合物の他に、式(LF)で表される構成成分を導く化合物としてヘキサフルオロプロピレン(HFP)等が挙げられる。
R1~R3として採りうる置換基は、特に制限されず、後述する置換基Zから選択され、アルキル基又はハロゲン原子が好ましい。R1及びR3はそれぞれ水素原子が好ましく、R2は水素原子又はメチルが好ましい。
Lとして採りうる連結基としては、特に制限されないが、例えば、アルキレン基(炭素数は1~12が好ましく、1~6がより好ましく、1~3が更に好ましい)、アルケニレン基(炭素数は2~6が好ましく、2~3がより好ましい)、アリーレン基(炭素数は6~24が好ましく、6~10がより好ましい)、酸素原子、硫黄原子、イミノ基(-NRN-:RNは水素原子、炭素数1~6のアルキル基若しくは炭素数6~10のアリール基を示す。)、カルボニル基、リン酸連結基(-O-P(OH)(O)-O-)、ホスホン酸連結基(-P(OH)(O)-O-)、又はこれらの組み合わせに係る基等が挙げられる。連結基としては、アルキレン基、アリーレン基、カルボニル基、酸素原子、硫黄原子及びイミノ基を組み合わせてなる基が好ましく、アルキレン基、アリーレン基、カルボニル基、酸素原子及びイミノ基を組み合わせてなる基がより好ましく、-CO-O-基、-CO-N(RN)-基(RNは水素原子、炭素数1~6のアルキル基若しくは炭素数6~10のアリール基を示す。)を含む基が更に好ましく、-CO-O-基又は-CO-N(RN)-基(RNは上記の通りである。)が特に好ましい。連結基を構成する原子の数及び連結原子数は以下の通りである。ただし、連結基を構成するポリアルキレンオキシ鎖については、上記の限りではない。
本発明において、連結基を構成する原子の数は、1~36であることが好ましく、1~24であることがより好ましく、1~12であることが更に好ましく、1~6であることが特に好ましい。連結基の連結原子数は10以下であることが好ましく、8以下であることがより好ましい。下限としては、1以上である。上記連結原子数とは所定の構造部間を結ぶ最少の原子数をいう。例えば、-CH2-C(=O)-O-の場合、連結基を構成する原子の数は6となるが、連結原子数は3となる。
フルオロアルキル基としては、アルキル基若しくはシクロアルキル基の少なくとも1つの水素原子をフッ素原子で置換した基であり、炭素数は、1~20が好ましく、界面抵抗の低減、劣化防止の点で、2~15がより好ましく、3~10が更に好ましく、4~8が特に好ましい。炭素原子上のフッ素原子数は水素原子の一部を置き換えたものでもよく、すべて置き換えたもの(パーフルオロアルキル基)でもよい。中でも、式中のLに結合する炭素原子はフッ素で置換されていないことが好ましく、アルキル基の末端側の炭素原子がフッ素で置換されていることがより好ましい。例えば、式:CnF(2n+1)CmH(2m)-で表されるフルオロアルキル基が好適に挙げられる。式中、mは1又は2であり、n及びmの合計は上記アルキル基の炭素数と同じである。
フルオロアリール基としては、芳香族炭化水素の少なくとも1つの水素原子をフッ素原子で置換した基であり、炭素数は、6~24が好ましく、6~10がより好ましい。炭素原子上のフッ素原子数は水素原子の一部を置き換えたものでもよく、すべて置き換えたもの(パーフルオロアリール基)でもよい。
フルオロアルキル基及びフルオロアリール基の具体例としては、後記する例示ポリマー及び実施例で合成したポリマーが有する各基が挙げられるが、本発明ではこれらに限定されない。
ここで、繰り返し数nが2以上である場合、式(LS)で表される構成成分を有するバインダー形成ポリマーはグラフトポリマーとなり、その側鎖に、式(LS)で表される構成成分中のRSを有することになる。
(メタ)アクリル酸エステル化合物としては、例えば、(メタ)アクリル酸アルキルエステル化合物、(メタ)アクリル酸アリールエステル化合物等が挙げられ、(メタ)アクリル酸アルキルエステル化合物が好ましい。(メタ)アクリル酸アルキルエステル化合物を構成するアルキル基の炭素数は、特に制限されないが、例えば、1~24とすることができ、分散性、電池特性の改善の点で、3~20であることが好ましく、4~16であることがより好ましく、6~14であることが更に好ましい。アリールエステルを構成するアリール基の炭素数は、特に制限されないが、例えば、6~24のとすることができ、6~10が好ましい。(メタ)アクリルアミド化合物は、アミド基の窒素原子がアルキル基又はアリール基で置換されていてもよい。
(メタ)アクリル化合物(M1)及びビニル化合物(M2)は、置換基を有していてもよい。置換基としては、特に制限されず、後述する置換基Zから選択される基が挙げられるが、フッ素原子で置換されていない形態が好ましい。
アルキル基の炭素数は、(メタ)アクリル酸アルキルエステル化合物を構成するアルキル基の炭素数と同義であり、好ましい範囲も同じである。
L1が-CO-O-基又は-CO-N(RN)-基(RNは上記の通りである。)を取る場合、上記式(b-1)で表される化合物は(メタ)アクリル化合物(M1)に相当し、それ以外はビニル化合物(M2)に相当する。
また、式(b-1)において、アルキル基、アリール基、アルキレン基、アリーレン基など置換基を取ることがある基については、本発明の効果を損なわない範囲で置換基を有していてもよい。置換基としては、特に制限されず、例えば後述する置換基Zから選択される基が挙げられるが、フッ素原子で置換されていない形態が好ましい。
このマクロモノマーは、上記のエチレン性不飽和基と、重合鎖とを有するものが好ましい。重合鎖は、通常のポリマーからなる鎖を特に限定されることなく適用できるが、本発明においては、(メタ)アクリルポリマーからなる重合鎖、ポリシロキサンからなる重合鎖が好ましい。(メタ)アクリルポリマーからなる重合鎖としては、上記(メタ)アクリル化合物(M1)に由来する構成成分、ビニル化合物(M2)に由来する構成成分、更には上述のフッ素原子若しくはケイ素原子を有するエチレン性不飽和モノマー由来の構成成分、とりわけ上記式(LF)若しくは式(LS)で表される構成成分を有することが好ましい。中でも、(メタ)アクリル酸エステル化合物及び上記式(LF)で表される構成成分を有する重合鎖がより好ましい。ポリシロキサンからなる重合鎖としては、上記RSとしてとりうる、-(SiR2-O)n-で表される構造を有する基からなる重合鎖が好ましい。マクロモノマーの重合鎖中における各構成成分の含有量は、特に制限されず、適宜に設定される。例えば、マクロモノマーの重合鎖中における(メタ)アクリル化合物(M1)に由来する構成成分の含有量は、例えば、40~90質量%であることが好ましく、50~80質量%であることがより好ましく、60~70質量%であることが更に好ましい。同様に、式(LF)若しくは式(LS)で表される構成成分の含有量は、例えば、10~60質量%であることが好ましく、20~50質量%であることがより好ましく、30~40質量%であることが更に好ましい。
本発明において、マクロモノマーとしては、下記例示ポリマー及び実施例で合成したポリマーが含む構成成分を導くマクロモノマー、更に、は特開2015-088486号公報に記載のマクロモノマー等が挙げられる。
このマクロモノマー由来の構成成分を有するバインダー形成ポリマーはグラフトポリマーとなる。
上記式(LF)で表される構成成分を側鎖に有する場合、この構成成分は上述のマクロモノマーの重合鎖に組み込まれることが好ましい。
上記式(LS)で表される構成成分のうちRSが-(SiR2-O)n-で表される構造を有する基(nは2以上)である場合、この構成成分はマクロモノマー由来の構成成分に相当し、この構成成分を主鎖に有しているバインダー形成ポリマーはグラフトポリマーとなる。
また、バインダー形成ポリマーは、(メタ)アクリル化合物(M1)の中でも(メタ)アクリルニトリル化合物由来の構成成分を有することが、無機固体電解質、活物質との密着性向上に加え、更にバインダー形成ポリマーの弾性率を高めることができる点で、好ましい。
更に、バインダー形成ポリマーは、ビニル化合物の中でもスチレン化合物由来の構成成分を有することが、バインダー形成ポリマーの弾性率を高めることができる点で、好ましい。
ビニルポリマーにおける各構成成分の含有量は、例えば、全構成成分の合計含有量が100質量%となるように下記の範囲に設定される。
例えば、ビニルポリマーにおいて、ビニル化合物由来の構成成分(上記式(LF)若しくは式(LF)で表される構成成分を含む。)の含有量は、100質量%とすることもできるが、50~90質量%であることが好ましく、60~80質量%であることがより好ましく、65~75質量%であることが特に好ましい。ビニル化合物の中でもスチレン化合物に由来する構成成分の含有量は、上記範囲を満たす範囲に設置され、好ましくは55~80質量%であり、より好ましくは60~70質量%である。
ビニルポリマーにおいて、(メタ)アクリル化合物(M1)由来の構成成分の含有量は、50質量%未満に設定され、0~40質量%であることが好ましく、5~35質量%であることがより好ましい。(メタ)アクリル化合物(M1)の中でも(メタ)アクリル酸エステル化合物に由来する構成成分(上記式(LF)若しくは式(LF)で表される構成成分を除く。)の含有量は、上記範囲内に設定されるが、好ましくは0~40質量%であり、より好ましくは5~35質量%である。また、(メタ)アクリル化合物(M1)の中でも(メタ)アクリルニトリル化合物に由来する構成成分の含有量は、上記範囲内に設定されるが、好ましくは0~40質量%であり、より好ましくは5~35質量%である。
フッ素原子若しくはケイ素原子を有するエチレン性不飽和モノマー由来の構成成分の含有量は、例えば、3~60質量%であることが好ましく、5~60質量%であることがより好ましく、10~50質量%であることが更に好ましく、15~40質量%であることが特に好ましい。その中でも、上記式(LF)若しくは式(LF)で表される構成成分であってビニルポリマーの主鎖に組み込まれた構成成分の含有量は、上記範囲内に設定されるが、例えば、5~60質量%であることが好ましく、10~55質量%であることがより好ましく、15~50質量%であることが更に好ましい。
マクロモノマー由来の構成成分の含有量は、例えば、5~50質量%であることが好ましく、10~40質量%であることがより好ましく、15~35質量%であることが更に好ましい。ただし、マクロモノマー由来の構成成分が、その重合鎖中にフッ素原子若しくはケイ素原子を有するエチレン性不飽和モノマー由来の構成成分を含む場合、このマクロモノマー由来の構成成分の含有量は、上記「フッ素原子若しくはケイ素原子を有するエチレン性不飽和モノマー由来の構成成分の含有量」に算入する。
例えば、(メタ)アクリル化合物(M1)由来の構成成分(上記式(LF)若しくは式(LF)で表される構成成分を含む。)の含有量は、100質量%とすることもできるが、例えば、50~90質量%であることが好ましく、55~80質量%であることがより好ましい。(メタ)アクリル化合物(M1)の中でも(メタ)アクリル酸エステル化合物に由来する構成成分(上記式(LF)若しくは式(LF)で表される構成成分を除く。)の含有量は、上記範囲内を満たす範囲に設置され、好ましくは35~90質量%であり、より好ましくは50~85質量%であり、更に好ましくは55~80質量%であり、特に好ましくは60~70質量%である。また、(メタ)アクリル化合物(M1)の中でも(メタ)アクリルニトリル化合物に由来する構成成分の含有量は、上記範囲内に設定されるが、好ましくは5~80質量%であり、より好ましくは10~75質量%であり、更に好ましくは10~50質量%である。
ビニル化合物由来の構成成分(上記式(LF)若しくは式(LF)で表される構成成分を除く。)の含有量は、50質量%以下に設定され、0~40質量%であることが好ましく、5~35質量%であることがより好ましい。ビニル化合物の中でもスチレン化合物に由来する構成成分の含有量は、上記範囲内に設定されるが、好ましくは0~45質量%であり、より好ましくは10~35質量%である。
フッ素原子若しくはケイ素原子を有するエチレン性不飽和モノマー由来の構成成分の含有量は、例えば、5~60質量%であることが好ましく、10~50質量%であることがより好ましく、15~40質量%であることが更に好ましい。その中でも、上記式(LF)若しくは式(LF)で表される構成成分であって(メタ)アクリルポリマーの主鎖に組み込まれた構成成分の含有量は、上記範囲内に設定されるが、例えば、5~60質量%であることが好ましく、10~55質量%であることがより好ましく、15~50質量%であることが更に好ましい。
マクロモノマー由来の構成成分の含有量は、例えば、5~40質量%であることが好ましく、10~35質量%であることがより好ましく、15~30質量%であることが更に好ましい。ただし、マクロモノマー由来の構成成分が、その重合鎖中にフッ素原子若しくはケイ素原子を有するエチレン性不飽和モノマー由来の構成成分を含む場合、このマクロモノマー由来の構成成分の含有量は、上記「フッ素原子若しくはケイ素原子を有するエチレン性不飽和モノマー由来の構成成分の含有量」に算入する。
アルキル基(好ましくは炭素数1~20のアルキル基、例えばメチル、エチル、イソプロピル、t-ブチル、ペンチル、ヘプチル、1-エチルペンチル、ベンジル、2-エトキシエチル、1-カルボキシメチル等)、アルケニル基(好ましくは炭素数2~20のアルケニル基、例えば、ビニル、アリル、オレイル等)、アルキニル基(好ましくは炭素数2~20のアルキニル基、例えば、エチニル、ブタジイニル、フェニルエチニル等)、シクロアルキル基(好ましくは炭素数3~20のシクロアルキル基、例えば、シクロプロピル、シクロペンチル、シクロヘキシル、4-メチルシクロヘキシル等、本明細書においてアルキル基というときには通常シクロアルキル基を含む意味であるが、ここでは別記する。
)、アリール基(好ましくは炭素数6~26のアリール基、例えば、フェニル、1-ナフチル、4-メトキシフェニル、2-クロロフェニル、3-メチルフェニル等)、アラルキル基(好ましくは炭素数7~23のアラルキル基、例えば、ベンジル、フェネチル等)、ヘテロ環基(好ましくは炭素数2~20のヘテロ環基で、より好ましくは、少なくとも1つの酸素原子、硫黄原子、窒素原子を有する5又は6員環のヘテロ環基である。ヘテロ環基には芳香族ヘテロ環基及び脂肪族ヘテロ環基を含む。例えば、テトラヒドロピラン環基、テトラヒドロフラン環基、2-ピリジル、4-ピリジル、2-イミダゾリル、2-ベンゾイミダゾリル、2-チアゾリル、2-オキサゾリル、ピロリドン基等)、アルコキシ基
(好ましくは炭素数1~20のアルコキシ基、例えば、メトキシ、エトキシ、イソプロピルオキシ、ベンジルオキシ等)、アリールオキシ基(好ましくは炭素数6~26のアリールオキシ基、例えば、フェノキシ、1-ナフチルオキシ、3-メチルフェノキシ、4-メトキシフェノキシ等、本明細書においてアリールオキシ基というときにはアリーロイルオキシ基を含む意味である。)、ヘテロ環オキシ基(上記ヘテロ環基に-O-基が結合した基)、アルコキシカルボニル基(好ましくは炭素数2~20のアルコキシカルボニル基、例えば、エトキシカルボニル、2-エチルヘキシルオキシカルボニル、ドデシルオキシカルボニル等)、アリールオキシカルボニル基(好ましくは炭素数6~26のアリールオキシカルボニル基、例えば、フェノキシカルボニル、1-ナフチルオキシカルボニル、3-メチルフェノキシカルボニル、4-メトキシフェノキシカルボニル等)、ヘテロ環オキシカルボニル基(上記ヘテロ環基に-O-CO-基が結合した基)、アミノ基(好ましくは炭素数0~20のアミノ基、アルキルアミノ基、アリールアミノ基を含み、例えば、アミノ(-NH2)、N,N-ジメチルアミノ、N,N-ジエチルアミノ、N-エチルアミノ、アニリノ等)、スルファモイル基(好ましくは炭素数0~20のスルファモイル基、例えば、N,N-ジメチルスルファモイル、N-フェニルスルファモイル等)、アシル基(アルキルカルボニル基、アルケニルカルボニル基、アルキニルカルボニル基、アリールカルボニル基、ヘテロ環カルボニル基を含み、好ましくは炭素数1~20のアシル基、例えば、アセチル、プロピオニル、ブチリル、オクタノイル、ヘキサデカノイル、アクリロイル、メタクリロイル、クロトノイル、ベンゾイル、ナフトイル、ニコチノイル等)、アシルオキシ基(アルキルカルボニルオキシ基、アルケニルカルボニルオキシ基、アルキニルカルボニルオキシ基、アリールカルボニルオキシ基、ヘテロ環カルボニルオキシ基を含み、好ましくは炭素数1~20のアシルオキシ基、例えば、アセチルオキシ、プロピオニルオキシ、ブチリルオキシ、オクタノイルオキシ、ヘキサデカノイルオキシ、アクリロイルオキシ、メタクリロイルオキシ、クロトノイルオキシ、ベンゾイルオキシ、ナフトイルオキシ、ニコチノイルオキシ等)、アリーロイルオキシ基(好ましくは炭素数7~23のアリーロイルオキシ基、例えば、ベンゾイルオキシ等)、カルバモイル基(好ましくは炭素数1~20のカルバモイル基、例えば、N,N-ジメチルカルバモイル、N-フェニルカルバモイル等)、アシルアミノ基(好ましくは炭素数1~20のアシルアミノ基、例えば、アセチルアミノ、ベンゾイルアミノ等)、アルキルチオ基(好ましくは炭素数1~20のアルキルチオ基、例えば、メチルチオ、エチルチオ、イソプロピルチオ、ベンジルチオ等)、アリールチオ基(好ましくは炭素数6~26のアリールチオ基、例えば、フェニルチオ、1-ナフチルチオ、3-メチルフェニルチオ、4-メトキシフェニルチオ等)、ヘテロ環チオ基(上記ヘテロ環基に-S-基が結合した基)、アルキルスルホニル基(好ましくは炭素数1~20のアルキルスルホニル基、例えば、メチルスルホニル、エチルスルホニル等)、アリールスルホニル基(好ましくは炭素数6~22のアリールスルホニル基、例えば、ベンゼンスルホニル等)、アルキルシリル基(好ましくは炭素数1~20のアルキルシリル基、例えば、モノメチルシリル、ジメチルシリル、トリメチルシリル、トリエチルシリル等)、アリールシリル基(好ましくは炭素数6~42のアリールシリル基、例えば、トリフェニルシリル等)、アルコキシシリル基(好ましくは炭素数1~20のアルコキシシリル基、例えば、モノメトキシシリル、ジメトキシシリル、トリメトキシシリル、トリエトキシシリル等)、アリールオキシシリル基(好ましくは炭素数6~42のアリールオキシシリル基、例えば、トリフェニルオキシシリル等)、ホスホリル基(好ましくは炭素数0~20のリン酸基、例えば、-OP(=O)(RP)2)、ホスホニル基(好ましくは炭素数0~20のホスホニル基、例えば、-P(=O)(RP)2)、ホスフィニル基(好ましくは炭素数0~20のホスフィニル基、例えば、-P(RP)2)、ホスホン酸基(好ましくは炭素数0~20のホスホン酸基、例えば、-PO(ORP)2)、スルホ基(スルホン酸基)、カルボキシ基、ヒドロキシ基、スルファニル基、シアノ基、ハロゲン原子(例えばフッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子等)が挙げられる。RPは、水素原子又は置換基(好ましくは置換基Zから選択される基)である。
また、これらの置換基Zで挙げた各基は、上記置換基Zが更に置換していてもよい。
上記アルキル基、アルキレン基、アルケニル基、アルケニレン基、アルキニル基及び/又はアルキニレン基等は、環状でも鎖状でもよく、また直鎖でも分岐していてもよい。
バインダーの、無機固体電解質含有組成物中の含有量は、特に制限されないが、分散性、イオン伝導度、更には密着性の点で、固形分100質量%において、0.1~10.0質量%であることが好ましく、0.5~9.0質量%であることがより好ましく、1.0~8.0質量%であることが更に好ましい。無機固体電解質含有組成物が活物質を含有する場合、バインダーの、固形分100質量%中の含有量は、0.1~10.0質量%であることが好ましく、0.2~5.0質量%であることがより好ましく、0.3~4.0質量%であることが更に好ましく、0.5~2.0質量%であることが特に好ましい。
本発明において、固形分100質量%において、バインダーの質量に対する、無機固体電解質と活物質の合計質量(総量)の質量比[(無機固体電解質の質量+活物質の質量)/(バインダーの合計質量)]は、1,000~1の範囲が好ましい。この比率は更に500~2がより好ましく、100~10が更に好ましい。
無機固体電解質含有組成物が含有する分散媒としては、使用環境において液状を示す有機化合物であればよく、例えば、各種有機溶媒が挙げられ、具体的には、アルコール化合物、エーテル化合物、アミド化合物、アミン化合物、ケトン化合物、芳香族化合物、脂肪族化合物、ニトリル化合物、エステル化合物等が挙げられる。
分散媒としては、非極性分散媒(疎水性の分散媒)でも極性分散媒(親水性の分散媒)でもよいが、優れた分散性を発現できる点で、非極性分散媒が好ましい。非極性分散媒とは、一般に水に対する親和性が低い性質をいうが、本発明においては、例えば、エステル化合物、ケトン化合物、エーテル化合物、香族化合物、脂肪族化合物等が挙げられる。
ケトン化合物としては、例えば、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン(MIBK)、シクロペンタノン、シクロヘキサノン、シクロヘプタノン、ジプロピルケトン、ジブチルケトン、ジイソプロピルケトン、ジイソブチルケトン(DIBK)、イソブチルプロピルケトン、sec-ブチルプロピルケトン、ペンチルプロピルケトン、ブチルプロピルケトンなどが挙げられる。
芳香族化合物としては、例えば、ベンゼン、トルエン、キシレン、パーフルオロトルエン等が挙げられる。
脂肪族化合物としては、例えば、ヘキサン、ヘプタン、オクタン、ノナン、デカン、ドデカン、シクロヘキサン、メチルシクロヘキサン、エチルシクロヘキサン、シクロヘプタン、シクロオクタン、デカリン、パラフィン、ガソリン、ナフサ、灯油、軽油等が挙げられる。
ニトリル化合物としては、例えば、アセトニトリル、プロピオニトリル、イソブチロニトリルなどが挙げられる。
エステル化合物としては、例えば、酢酸エチル、酢酸プロピル、酢酸ブチル、酪酸エチル、酪酸プロピル、酪酸イソプロピル、酪酸ブチル、酪酸イソブチル、ペンタン酸ブチル、ペンタン酸ペンチル、イソ酪酸エチル、イソ酪酸プロピル、イソ酪酸イソプロピル、イソ酪酸イソブチル、ピバル酸プロピル、ピバル酸イソプロピル、ピバル酸ブチル、ピバル酸イソブチルなどが挙げられる。
分散媒のSP値は、上述のHoy法により算出したSP値を単位MPa1/2に換算した値とする。無機固体電解質含有組成物が2種以上の分散媒を含有する場合、分散媒のSP値は、分散媒全体としてのSP値を意味し、各分散媒のSP値と質量分率との積の総和とする。具体的には、構成成分のSP値に代えて各分散媒のSP値を用いること以外は上述のポリマーのSP値の算出方法と同様にして算出する。
主な分散媒のSP値(単位を省略する)を以下に示す。
MIBK(18.4)、ジイソプロピルエーテル(16.8)、ジブチルエーテル(17.9)、ジイソプロピルケトン(17.9)、DIBK(17.9)、酪酸ブチル(18.6)、酢酸ブチル(18.9)、トルエン(18.5)、エチルシクロヘキサン(17.1)、シクロオクタン(18.8)、イソブチルエチルエーテル(15.3)、N-メチルピロリドン(NMP、SP値:25.4)、パーフルオロトルエン(SP値:13.4)
本発明において、無機固体電解質含有組成物中の、分散媒の含有量は、特に制限されず適宜に設定することができる。例えば、無機固体電解質含有組成物中、20~80質量%が好ましく、30~70質量%がより好ましく、40~60質量%が特に好ましい。
本発明の無機固体電解質含有組成物には、周期律表第1族若しくは第2族に属する金属のイオンの挿入放出が可能な活物質を含有することもできる。活物質としては、以下に説明するが、正極活物質及び負極活物質が挙げられる。
本発明において、活物質(正極活物質又は負極活物質)を含有する無機固体電解質含有組成物を電極組成物(正極組成物又は負極組成物)ということがある。
正極活物質は、可逆的にリチウムイオンを挿入及び放出できるものが好ましい。その材料は、上記特性を有するものであれば、特に制限はなく電池を分解して、遷移金属酸化物、又は、硫黄などのLiと複合化できる元素などでもよい。
中でも、正極活物質としては、遷移金属酸化物を用いることが好ましく、遷移金属元素Ma(Co、Ni、Fe、Mn、Cu及びVから選択される1種以上の元素)を有する遷移金属酸化物がより好ましい。また、この遷移金属酸化物に元素Mb(リチウム以外の金属周期律表の第1(Ia)族の元素、第2(IIa)族の元素、Al、Ga、In、Ge、Sn、Pb、Sb、Bi、Si、P及びBなどの元素)を混合してもよい。混合量としては、遷移金属元素Maの量(100モル%)に対して0~30モル%が好ましい。Li/Maのモル比が0.3~2.2になるように混合して合成されたものが、より好ましい。
遷移金属酸化物の具体例としては、(MA)層状岩塩型構造を有する遷移金属酸化物、(MB)スピネル型構造を有する遷移金属酸化物、(MC)リチウム含有遷移金属リン酸化合物、(MD)リチウム含有遷移金属ハロゲン化リン酸化合物及び(ME)リチウム含有遷移金属ケイ酸化合物等が挙げられる。
)、LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2(ニッケルマンガンコバルト酸リチウム[NMC])及びLiNi0.5Mn0.5O2(マンガンニッケル酸リチウム)が挙げられる。
(MB)スピネル型構造を有する遷移金属酸化物の具体例として、LiMn2O4(LMO)、LiCoMnO4、Li2FeMn3O8、Li2CuMn3O8、Li2CrMn3O8及びLi2NiMn3O8が挙げられる。
(MC)リチウム含有遷移金属リン酸化合物としては、例えば、LiFePO4及びLi3Fe2(PO4)3等のオリビン型リン酸鉄塩、LiFeP2O7等のピロリン酸鉄類、LiCoPO4等のリン酸コバルト類並びにLi3V2(PO4)3(リン酸バナジウムリチウム)等の単斜晶ナシコン型リン酸バナジウム塩が挙げられる。
(MD)リチウム含有遷移金属ハロゲン化リン酸化合物としては、例えば、Li2FePO4F等のフッ化リン酸鉄塩、Li2MnPO4F等のフッ化リン酸マンガン塩及びLi2CoPO4F等のフッ化リン酸コバルト類が挙げられる。
(ME)リチウム含有遷移金属ケイ酸化合物としては、例えば、Li2FeSiO4、Li2MnSiO4、Li2CoSiO4等が挙げられる。
本発明では、(MA)層状岩塩型構造を有する遷移金属酸化物が好ましく、LCO又はNMCがより好ましい。
焼成法によって得られた正極活物質は、水、酸性水溶液、アルカリ性水溶液、有機溶剤にて洗浄した後使用してもよい。
正極活物質の、無機固体電解質含有組成物中における含有量は特に制限されず、固形分100質量%において、10~97質量%が好ましく、30~95質量%がより好ましく、40~93質量が更に好ましく、50~90質量%が特に好ましい。
負極活物質は、周期律表第1族若しくは第2族に属する金属のイオンの挿入放出が可能な活物質であり、可逆的にリチウムイオンを挿入及び放出できるものが好ましい。その材料は、上記特性を有するものであれば、特に制限はなく、炭素質材料、金属酸化物、金属複合酸化物、リチウム単体、リチウム合金、リチウムと合金形成可能(合金化可能)な負極活物質等が挙げられる。中でも、炭素質材料、金属複合酸化物又はリチウム単体が信頼性の点から好ましく用いられる。全固体二次電池の大容量化が可能となる点では、リチウムと合金化可能な活物質が好ましい。本発明の固体電解質組成物で形成した構成層は固体粒子同士が強固に結着しているため、負極活物質としてリチウムと合金形成可能な負極活物質を用いることができる。これにより、全固体二次電池の大容量化と電池の長寿命化とが可能となる。
これらの炭素質材料は、黒鉛化の程度により難黒鉛化炭素質材料(ハードカーボンともいう。)と黒鉛系炭素質材料に分けることもできる。また炭素質材料は、特開昭62-22066号公報、特開平2-6856号公報、同3-45473号公報に記載される面間隔又は密度、結晶子の大きさを有することが好ましい。炭素質材料は、単一の材料である必要はなく、特開平5-90844号公報記載の天然黒鉛と人造黒鉛の混合物、特開平6-4516号公報記載の被覆層を有する黒鉛等を用いることもできる。
炭素質材料としては、ハードカーボン又は黒鉛が好ましく用いられ、黒鉛がより好ましく用いられる。
Sn、Si、Geを中心とする非晶質酸化物に併せて用いることができる負極活物質としては、リチウムイオン又はリチウム金属を吸蔵及び/又は放出できる炭素質材料、リチウム単体、リチウム合金、リチウムと合金化可能な負極活物質が好適に挙げられる。
負極活物質、例えば金属酸化物は、チタン元素を含有すること(チタン酸化物)も好ましく挙げられる。具体的には、Li4Ti5O12(チタン酸リチウム[LTO])がリチウムイオンの吸蔵放出時の体積変動が小さいことから急速充放電特性に優れ、電極の劣化が抑制されリチウムイオン二次電池の寿命向上が可能となる点で好ましい。
一般的に、これらの負極活物質を含有する負極(例えば、ケイ素元素含有活物質を含有するSi負極、スズ元素を有する活物質を含有するSn負極等)は、炭素負極(黒鉛及びアセチレンブラックなど)に比べて、より多くのLiイオンを吸蔵できる。すなわち、単位質量あたりのLiイオンの吸蔵量が増加する。そのため、電池容量(エネルギー密度)を大きくすることができる。その結果、バッテリー駆動時間を長くすることができるという利点がある。
ケイ素元素含有活物質としては、例えば、Si、SiOx(0<x≦1)等のケイ素材料、更には、チタン、バナジウム、クロム、マンガン、ニッケル、銅、ランタン等を含むケイ素含有合金(例えば、LaSi2、VSi2、La-Si、Gd-Si、Ni-Si)、又は組織化した活物質(例えば、LaSi2/Si)、他にも、SnSiO3、SnSiS3等のケイ素元素及びスズ元素を含有する活物質等が挙げられる。なお、SiOxは、それ自体を負極活物質(半金属酸化物)として用いることができ、また、全固体二次電池の稼働によりSiを生成するため、リチウムと合金化可能な負極活物質(その前駆体物質)として用いることができる。
スズ元素を有する負極活物質としては、例えば、Sn、SnO、SnO2、SnS、SnS2、更には上記ケイ素元素及びスズ元素を含有する活物質等が挙げられる。また、酸化リチウムとの複合酸化物、例えば、Li2SnO2を挙げることもできる。
負極活物質の、無機固体電解質含有組成物中における含有量は特に制限されず、固形分100質量%において、10~90質量%であることが好ましく、20~85質量%がより好ましく、30~80質量%であることがより好ましく、40~75質量%であることが更に好ましい。
正極活物質及び負極活物質の表面は別の金属酸化物で表面被覆されていてもよい。表面被覆剤としてはTi、Nb、Ta、W、Zr、Al、Si又はLiを含有する金属酸化物等が挙げられる。具体的には、チタン酸スピネル、タンタル系酸化物、ニオブ系酸化物、ニオブ酸リチウム系化合物等が挙げられ、具体的には、Li4Ti5O12、Li2Ti2O5、LiTaO3、LiNbO3、LiAlO2、Li2ZrO3、Li2WO4、Li2TiO3、Li2B4O7、Li3PO4、Li2MoO4、Li3BO3、LiBO2、Li2CO3、Li2SiO3、SiO2、TiO2、ZrO2、Al2O3、B2O3等が挙げられる。
また、正極活物質又は負極活物質を含む電極表面は硫黄又はリンで表面処理されていてもよい。
更に、正極活物質又は負極活物質の粒子表面は、上記表面被覆の前後において活性光線又は活性気体(プラズマ等)により表面処理を施されていてもよい。
本発明の無機固体電解質含有組成物は、導電助剤を含有していることが好ましく、例えば、負極活物質としてのケイ素原子含有活物質は導電助剤と併用されることが好ましい。
導電助剤としては、特に制限はなく、一般的な導電助剤として知られているものを用いることができる。例えば、電子伝導性材料である、天然黒鉛、人造黒鉛などの黒鉛類、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、ファーネスブラックなどのカーボンブラック類、ニードルコークスなどの無定形炭素、気相成長炭素繊維若しくはカーボンナノチューブなどの炭素繊維類、グラフェン若しくはフラーレンなどの炭素質材料であってもよいし、銅、ニッケルなどの金属粉、金属繊維でもよく、ポリアニリン、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリアセチレン、ポリフェニレン誘導体などの導電性高分子を用いてもよい。
本発明において、活物質と導電助剤とを併用する場合、上記の導電助剤のうち、電池を充放電した際に周期律表第一族若しくは第二族に属する金属のイオン(好ましくはLiイオン)の挿入と放出が起きず、活物質として機能しないものを導電助剤とする。したがって、導電助剤の中でも、電池を充放電した際に活物質層中において活物質として機能しうるものは、導電助剤ではなく活物質に分類する。電池を充放電した際に活物質として機能するか否かは、一義的ではなく、活物質との組み合わせにより決定される。
導電助剤の形状は、特に制限されないが、粒子状が好ましい。
本発明の無機固体電解質含有組成物が導電助剤を含む場合、無機固体電解質含有組成物中の導電助剤の含有量は、固形分100質量%において、0~10質量%が好ましい。
本発明の無機固体電解質含有組成物は、リチウム塩(支持電解質)を含有することも好ましい。
リチウム塩としては、通常この種の製品に用いられるリチウム塩が好ましく、特に制限はなく、例えば、特開2015-088486号公報の段落0082~0085記載のリチウム塩が好ましい。
本発明の無機固体電解質含有組成物がリチウム塩を含む場合、リチウム塩の含有量は、固体電解質100質量部に対して、0.1質量部以上が好ましく、5質量部以上がより好ましい。上限としては、50質量部以下が好ましく、20質量部以下がより好ましい。
本発明の無機固体電解質含有組成物は、上述のポリマーバインダーが分散剤としても機能するため、このポリマーバインダー以外の分散剤を含有していなくてもよいが、分散剤を含有してもよい。分散剤としては、全固体二次電池に通常使用されるものを適宜選定して用いることができる。一般的には粒子吸着と立体反発及び/又は静電反発を意図した化合物が好適に使用される。
本発明の無機固体電解質含有組成物は、上記各成分以外の他の成分として、適宜に、イオン液体、増粘剤、架橋剤(ラジカル重合、縮合重合又は開環重合により架橋反応するもの等)、重合開始剤(酸又はラジカルを熱又は光によって発生させるものなど)、消泡剤、レベリング剤、脱水剤、酸化防止剤等を含有することができる。イオン液体は、イオン伝導度をより向上させるため含有されるものであり、公知のものを特に制限されることなく用いることができる。また、上述のバインダー形成ポリマー以外のポリマー、通常用いられる結着剤等を含有していてもよい。
本発明の無機固体電解質含有組成物は、無機固体電解質、上記ポリマーバインダー、分散媒、好ましくは、導電助剤、更には適宜に、リチウム塩、任意の他の成分を、例えば通常用いる各種の混合機で混合することにより、混合物として、好ましくはスラリーとして、調製することができる。電極組成物の場合は更に活物質を混合する。
混合方法は、特に制限されず、ボールミル、ビーズミル、プラネタリミキサ―、ブレードミキサ―、ロールミル、ニーダー、ディスクミル、自公転式ミキサー、狭ギャップ式分散機等の公知の混合機を用いて行うことができる。各成分は、一括して混合してもよく、順次混合してもよい。混合する環境は特に制限されないが、乾燥空気下又は不活性ガス下等が挙げられる。また、混合条件も、特に制限されず、適宜に設定される。
本発明の全固体二次電池用シートは、全固体二次電池の構成層を形成しうるシート状成形体であって、その用途に応じて種々の態様を含む。例えば、固体電解質層に好ましく用いられるシート(全固体二次電池用固体電解質シートともいう。)、電極、又は電極と固体電解質層との積層体に好ましく用いられるシート(全固体二次電池用電極シート)等が挙げられる。本発明において、これら各種のシートをまとめて全固体二次電池用シートという。
本発明において、全固体二次電池用シートを構成する各層は、単層構造であっても複層構造であってもよい。
なお、全固体二次電池用シートが本発明の全固体二次電池用シートの製造方法で形成された活物質層又は固体電解質層以外の層を有している場合、この層は公知の材料を用いて通常の方法により製造されたものを用いることができる。
本発明の全固体二次電池用シートの製造方法は、特に制限されず、本発明の無機固体電解質含有組成物を用いて、上記の各層を形成することにより、製造できる。例えば、好ましくは基材若しくは集電体上(他の層を介していてもよい。)に、製膜(塗布乾燥)して無機固体電解質含有組成物からなる層(塗布乾燥層)を形成する方法が挙げられる。これにより、基材若しくは集電体と、塗布乾燥層とを有する全固体二次電池用シートを作製することができる。特に、本発明の無機固体電解質含有組成物を集電体上で製膜して全固体二次電池用シートを作製すると、集電体と活物質層との密着を強固にできる。ここで、塗布乾燥層とは、本発明の無機固体電解質含有組成物を塗布し、分散媒を乾燥させることにより形成される層(すなわち、本発明の無機固体電解質含有組成物を用いてなり、本発明の無機固体電解質含有組成物から分散媒を除去した組成からなる層)をいう。活物質層及び塗布乾燥層は、本発明の効果を損なわない範囲であれば分散媒が残存していてもよく、残存量としては、例えば、各層中、3質量%以下とすることができる。
本発明の全固体二次電池用シートの製造方法において、塗布、乾燥等の各工程については、下記全固体二次電池の製造方法において説明する。
また、本発明の全固体二次電池用シートの製造方法においては、基材、保護層(特に剥離シート)等を剥離することもできる。
本発明の全固体二次電池は、正極活物質層と、この正極活物質層に対向する負極活物質層と、正極活物質層及び負極活物質層の間に配置された固体電解質層とを有する。本発明の全固体二次電池は、正極活物質層及び負極活物質層の間に固体電解質層を有するものであれば、それ以外の構成は特に限定されず、例えば全固体二次電池に関する公知の構成を採用できる。正極活物質層は、好ましくは正極集電体上に形成され、正極を構成する。負極活物質層は、好ましくは負極集電体上に形成され、負極を構成する。
本発明においては、全ての層が本発明の無機固体電解質含有組成物で形成されることも好ましい態様の1つである。なお、活物質層又は固体電解質層が本発明の無機固体電解質含有組成物で形成されない場合、公知の材料を用いることができる。
本発明において、全固体二次電池を構成する各構成層(集電体等を含む。)は単層構造であっても複層構造であってもよい。
本発明の無機固体電解質含有組成物で形成された活物質層又は固体電解質層は、好ましくは、含有する成分種及びその含有量について、本発明の無機固体電解質含有組成物の固形分におけるものと同じである。
負極活物質層、固体電解質層及び正極活物質層の厚さは、それぞれ、特に制限されない。各層の厚さは、一般的な全固体二次電池の寸法を考慮すると、それぞれ、10~1,000μmが好ましく、20μm以上500μm未満がより好ましい。本発明の全固体二次電池においては、正極活物質層及び負極活物質層の少なくとも1層の厚さが、50μm以上500μm未満であることが更に好ましい。
正極活物質層及び負極活物質層は、それぞれ、固体電解質層とは反対側に集電体を備えていてもよい。
正極集電体及び負極集電体は、電子伝導体が好ましい。
本発明において、正極集電体及び負極集電体のいずれか、又は、両方を合わせて、単に、集電体と称することがある。
正極集電体を形成する材料としては、アルミニウム、アルミニウム合金、ステンレス鋼、ニッケル及びチタンなどの他に、アルミニウム又はステンレス鋼の表面にカーボン、ニッケル、チタンあるいは銀を処理させたもの(薄膜を形成したもの)が好ましく、その中でも、アルミニウム及びアルミニウム合金がより好ましい。
負極集電体を形成する材料としては、アルミニウム、銅、銅合金、ステンレス鋼、ニッケル及びチタンなどの他に、アルミニウム、銅、銅合金又はステンレス鋼の表面にカーボン、ニッケル、チタンあるいは銀を処理させたものが好ましく、アルミニウム、銅、銅合金及びステンレス鋼がより好ましい。
集電体の厚さは、特に制限されないが、1~500μmが好ましい。また、集電体表面は、表面処理により凹凸を付けることも好ましい。
本発明において、負極集電体、負極活物質層、固体電解質層、正極活物質層及び正極集電体の各層の間又はその外側には、機能性の層若しくは部材等を適宜介在若しくは配設してもよい。
本発明の全固体二次電池は、用途によっては、上記構造のまま全固体二次電池として使用してもよいが、乾電池の形態とするためには更に適当な筐体に封入して用いることが好ましい。筐体は、金属性のものであっても、樹脂(プラスチック)製のものであってもよい。金属性のものを用いる場合には、例えば、アルミニウム合金又は、ステンレス鋼製のものを挙げることができる。金属性の筐体は、正極側の筐体と負極側の筐体に分けて、それぞれ正極集電体及び負極集電体と電気的に接続させることが好ましい。正極側の筐体と負極側の筐体とは、短絡防止用のガスケットを介して接合され、一体化されることが好ましい。
全固体二次電池10においては、正極活物質層、固体電解質層及び負極活物質層のいずれも本発明の無機固体電解質含有組成物で形成されている。この全固体二次電池10は優れた電池性能を示す。正極活物質層4、固体電解質層3及び負極活物質層2が含有する無機固体電解質及びポリマーバインダーは、それぞれ、互いに同種であっても異種であってもよい。
本発明において、正極活物質層及び負極活物質層のいずれか、又は、両方を合わせて、単に、活物質層又は電極活物質層と称することがある。また、正極活物質及び負極活物質のいずれか、又は両方を合わせて、単に、活物質又は電極活物質と称することがある。
正極活物質層は、周期律表第一族若しくは第二族に属する金属のイオンの伝導性を有する無機固体電解質と、正極活物質と、本発明の効果を損なわない範囲で後述する成分とを含有する。
負極活物質層は、周期律表第一族若しくは第二族に属する金属のイオンの伝導性を有する無機固体電解質、負極活物質と、本発明の効果を損なわない範囲で後述する成分とを含有する。
全固体二次電池10においては、負極活物質層をリチウム金属層とすることができる。リチウム金属層としては、リチウム金属の粉末を堆積又は成形してなる層、リチウム箔及びリチウム蒸着膜等が挙げられる。リチウム金属層の厚さは、上記負極活物質層の上記厚さにかかわらず、例えば、1~500μmとすることができる。
正極集電体5及び負極集電体1は、それぞれ、上記した通りである。
全固体二次電池は、常法によって、製造できる。具体的には、全固体二次電池は、本発明の無機固体電解質含有組成物等を用いて、上記の各層を形成することにより、製造できる。以下、詳述する。
例えば、正極集電体である金属箔上に、正極用材料(正極組成物)として、正極活物質を含有する無機固体電解質含有組成物を塗布乾燥して正極活物質層を形成し、全固体二次電池用正極シートを作製する。次いで、この正極活物質層の上に、固体電解質層を形成するための無機固体電解質含有組成物を塗布乾燥して、固体電解質層を形成する。更に、固体電解質層の上に、負極用材料(負極組成物)として、負極活物質を含有する無機固体電解質含有組成物を塗布乾燥して、負極活物質層を形成する。負極活物質層の上に、負極集電体(金属箔)を重ねることにより、正極活物質層と負極活物質層の間に固体電解質層が挟まれた構造の全固体二次電池を得ることができる。これを筐体に封入して所望の全固体二次電池とすることもできる。
また、各層の形成方法を逆にして、基材としての負極集電体上に、負極活物質層、固体電解質層及び正極活物質層を形成し、正極集電体を重ねて、全固体二次電池を製造することもできる。
また別の方法として、次の方法が挙げられる。すなわち、上記のようにして、全固体二次電池用正極シート及び全固体二次電池用負極シートを作製する。また、これとは別に、無機固体電解質含有組成物を基材上に塗布して、固体電解質層からなる全固体二次電池用固体電解質シートを作製する。更に、全固体二次電池用正極シート及び全固体二次電池用負極シートで、基材から剥がした固体電解質層を挟むように積層する。このようにして、全固体二次電池を製造することができる。
上記の製造方法においては、正極組成物、無機固体電解質含有組成物及び負極組成物のいずれか1つに本発明の無機固体電解質含有組成物を用いればよく、無機固体電解質含有組成物、又は正極組成物及び負極組成物の少なくとも一方に、本発明の無機固体電解質含有組成物を用いることが好ましく、いずれの組成物に本発明の無機固体電解質含有組成物を用いることもできる。
無機固体電解質含有組成物の塗布方法は、特に制限されず、適宜に選択できる。例えば、スプレー塗布、スピンコート塗布、ディップコート塗布、スリット塗布、ストライプ塗布、バーコート塗布等の湿式塗布法が挙げられる。
このとき、無機固体電解質含有組成物は、それぞれ塗布した後に乾燥処理を施してもよいし、重層塗布した後に乾燥処理をしてもよい。乾燥温度は特に制限されない。下限は、30℃以上が好ましく、60℃以上がより好ましく、80℃以上が更に好ましい。上限は、300℃以下が好ましく、250℃以下がより好ましく、200℃以下が更に好ましい。このような温度範囲で加熱することで、分散媒を除去し、固体状態(塗布乾燥層)にすることができる。また、温度を高くしすぎず、全固体二次電池の各部材を損傷せずに済むため好ましい。これにより、全固体二次電池において、優れた総合性能を示し、かつ良好な結着性と、非加圧でも良好なイオン伝導度を得ることができる。
上記のようにして本発明の無機固体電解質含有組成物を塗布乾燥すると、接触状態のバラツキを抑えて固体粒子を結着させることができ、しかも表面が平坦な塗布乾燥層を形成することができる。
また、塗布した無機固体電解質含有組成物は、加圧と同時に加熱してもよい。加熱温度としては特に制限されず、一般的には30~300℃の範囲である。無機固体電解質のガラス転移温度よりも高い温度でプレスすることもできる。なお、ポリマーバインダーに含まれるポリマーのガラス転移温度よりも高い温度でプレスすることもできる。ただし、一般的にはこのポリマーの融点を越えない温度である。
加圧は塗布溶媒又は分散媒を予め乾燥させた状態で行ってもよいし、溶媒又は分散媒が残存している状態で行ってもよい。
なお、各組成物は同時に塗布してもよいし、塗布乾燥プレスを同時及び/又は逐次行ってもよい。別々の基材に塗布した後に、転写により積層してもよい。
プレス時間は短時間(例えば数時間以内)で高い圧力をかけてもよいし、長時間(1日以上)かけて中程度の圧力をかけてもよい。全固体二次電池用シート以外、例えば全固体二次電池の場合には、中程度の圧力をかけ続けるために、全固体二次電池の拘束具(ネジ締め圧等)を用いることもできる。
プレス圧はシート面等の被圧部に対して均一であっても異なる圧であってもよい。
プレス圧は被圧部の面積又は膜厚に応じて変化させることができる。また同一部位を段階的に異なる圧力で変えることもできる。
プレス面は平滑であっても粗面化されていてもよい。
上記のようにして製造した全固体二次電池は、製造後又は使用前に初期化を行うことが好ましい。初期化は特に制限されず、例えば、プレス圧を高めた状態で初充放電を行い、その後、全固体二次電池の一般使用圧力になるまで圧力を解放することにより、行うことができる。
本発明の全固体二次電池は種々の用途に適用することができる。適用態様には特に制限はないが、例えば、電子機器に搭載する場合、ノートパソコン、ペン入力パソコン、モバイルパソコン、電子ブックプレーヤー、携帯電話、コードレスフォン子機、ページャー、ハンディーターミナル、携帯ファックス、携帯コピー、携帯プリンター、ヘッドフォンステレオ、ビデオムービー、液晶テレビ、ハンディークリーナー、ポータブルCD、ミニディスク、電気シェーバー、トランシーバー、電子手帳、電卓、メモリーカード、携帯テープレコーダー、ラジオ、バックアップ電源などが挙げられる。その他民生用として、自動車(電気自動車等)、電動車両、モーター、照明器具、玩具、ゲーム機器、ロードコンディショナー、時計、ストロボ、カメラ、医療機器(ペースメーカー、補聴器、肩もみ機など)などが挙げられる。更に、各種軍需用、宇宙用として用いることができる。また、太陽電池と組み合わせることもできる。
上記化学式、並びに表1に示すポリマーを以下のようにして合成した。
[調製例1:ポリマーB-1の合成、及びバインダー溶液B-1の調製]
100mLメスシリンダーに、アクリル酸ドデシル23.4g、1H,1H,2H,2H-トリデカフルオロオクチルメタクリレート12.6g及び重合開始剤V-601(商品名、富士フイルム和光純薬社製)0.36gを加え、酪酸ブチル36.0gに溶解してモノマー溶液B-1を調製した。
300mL3つ口フラスコに酪酸ブチル18gを加え80℃で撹拌したところへ、上記モノマー溶液B-1を2時間かけて滴下した。滴下終了後、90℃に昇温して2時間撹拌し、ポリマーB-1を合成して、(メタ)アクリルポリマーB-1からなるバインダーの溶液B-1(ポリマー濃度40質量%)を得た。
上記調製例1において、ポリマーB-2~B-7、B-13、B-16~B-19、T-1、T-6、T-8及びT-9が上記化学式に示す組成(構成成分の種類及び含有量)となるように各構成成分を導く化合物を用いたこと以外は、上記調製例1と同様にして、(メタ)アクリルポリマー又はビニルポリマーB-2~B-7、B-13、B-16~B-19、T-1、T-6、T-8及びT-9を合成して、各ポリマーからなるバインダーの溶液B-2~B-7、B-13、B-16~B-19、T-1、T-6、T-8及びT-9をそれぞれ調製した。
なお、(メタ)アクリルポリマーB-6及びB-7に用いたマクロモノマーはX-22-174BX(商品名、信越シリコーン社製)である。これらマクロモノマーにおいて、RYはアルキレン基若しくはアリーレン基であり、RZはアルキル基若しくはアリール基であり、mは25~35(質量平均分子量1500~3500)である。
オートクレーブに酪酸ブチル10.0g、フッ化ビニリデン1.0g、アクリル酸ブチル3.0g及びスチレン6.0gを加え、更にジイソプロピルパーオキシジカーボネート0.1gを加えて、30℃で24時間撹拌した。重合反応完了後、沈殿物をろ過し、100℃で10時間乾燥することで、ビニルポリマーB-8を得た。
このビニルポリマーB-8を酪酸ブチルに溶解して、ポリマーB-8からなるバインダーの溶液B-8(ポリマー濃度40質量%)を調製した。
100mLメスシリンダーに、アクリル酸ドデシル4.32g、1H,1H,2H,2H-トリデカフルオロオクチルメタクリレート10.1g、スチレン18.00g、アクリロニトリル3.6g及び重合開始剤V-601(商品名、富士フイルム和光純薬社製)0.36gを加え、酪酸ブチル36.0gに溶解してモノマー溶液B-9を調製した。
300mL3つ口フラスコに酪酸ブチル18gを加え80℃で撹拌したところへ、上記モノマー溶液B-9を2時間かけて滴下した。滴下終了後、90℃に昇温して2時間撹拌し、ポリマーB-9を合成して、(メタ)アクリルポリマーB-9からなるバインダーの溶液B-9(ポリマー濃度40質量%)を得た。
上記調製例18において、(メタ)アクリルポリマーB-15が上記化学式に示す組成(構成成分の種類及び含有量)となるように各構成成分を導く化合物を用いたこと以外は、上記調製例18と同様にして、(メタ)アクリルポリマーB-15を合成して、各ポリマーからなるバインダーの溶液B-15を調製した。
100mLメスシリンダーに、アクリル酸ブチル10.8g、スチレン21.6g、シリコーンマクロモノマー:X-22-174BX(商品名)3.6g及び重合開始剤V-601(商品名、富士フイルム和光純薬社製)0.36gを加え、酪酸ブチル36.0gに溶解してモノマー溶液B-10を調製した。
300mL3つ口フラスコに酪酸ブチル18gを加え80℃で撹拌したところへ、上記モノマー溶液B-10を2時間かけて滴下した。滴下終了後、90℃に昇温して2時間撹拌し、ポリマーB-10を合成して、ビニルポリマーB-10からなるバインダーの溶液B-10(ポリマー濃度40質量%)を得た。
500mLメスシリンダーに、アクリル酸ドデシル136.6g、1H,1H,2H,2H-トリデカフルオロオクチルアクリレート73.4g、3-メルカプトプロピオン酸3.85g及び重合開始剤V-601(商品名)4.20gを加え、酪酸ブチル57.0gに溶解してモノマー溶液B-11を調製した。1000mL3つ口フラスコに酪酸ブチル71.3gを加え80℃で撹拌したところへ、上記モノマー溶液B-11を2時間かけて滴下し、更に80℃で2時間撹拌した。重合開始剤V-601を更に0.42g追加後、95℃に昇温して更に2時間撹拌した。得られた溶液に、更に、メタクリル酸グリシジル6.2g、4-ヒドロキシ-2,2,6,6-テトラメチルピペリジン1-オキシルフリーラジカル0.2g及びテトラブチルアンモニウムブロミド2.6gを加え、100℃で更に3時間撹拌した。得られた反応溶液をメタノールで再沈殿することにより、マクロモノマーMM-11(SP値17.6、数平均分子量5,000)を合成した。
次いで、調製例1において、ビニルポリマーB-11が上記化学式に示す組成(構成成分の種類及び含有量)となるように各構成成分を導く化合物を用いたこと以外は、上記調製例1と同様にして、ビニルポリマーB-11を合成して、ビニルポリマーB-11からなるバインダーの溶液B-11を調製した。
(メタ)アクリルポリマーB-12、B-14及びT-7は、それぞれ、特開2011-054439号公報の段落[0101]及び段落[0102]に記載の実施例1に準拠して、上記化学式に示す組成(構成成分の種類及び含有量)となるように各構成成分を導く化合物を用いて、各ブロックポリマーを合成した。
合成した(メタ)アクリルポリマーB-12、B-14及びT-7を酪酸ブチルに溶解して、ポリマーB-12、B-14又はT-7からなるバインダーの溶液B-12、B-14及びT-7(ポリマー濃度40質量%)をそれぞれ調製した。
上記調製例21において、(メタ)アクリルポリマーT-5及びT-10が上記化学式に示す組成(構成成分の種類及び含有量)となるように各構成成分を導く化合物を用いたこと以外は、上記調製例21と同様にして、(メタ)アクリルポリマーT-5及びT-10を合成した。ポリマーT-5で合成したマクロモノマーMM-2のSP値は18.9であり、数平均分子量は5,000であった。ポリマーT-10で合成したマクロモノマーMM-3のSP値は15.9であり、数平均分子量は5,000であった。
合成したポリマーT-5及びT-10を酪酸ブチルに分散させて、ポリマーT-5及びT-10からなるバインダーの分散液T-5及びT-10(いずれも、ポリマー濃度40質量%、平均粒径5μm)をそれぞれ調製した。
フッ素ポリマーT-2(商品名:KFポリマー、クレハ社製)、T-3(商品名:テクノフロン(登録商標)NH、ソルベイ社製)、T-4(商品名:テクノフロン(登録商標)TN、ソルベイ社製)をそれぞれ酪酸ブチルに溶解して、各ポリマーからなるバインダーの溶液T-2~T-4(ポリマー濃度40質量%)をそれぞれ調製した。
表面エネルギーは、以下のようにして測定した。
- ポリマー膜の作製 -
シリコンウエハ(3×N型、アズワン社製)上に、上記で調製したバインダー溶液又はバインダー分散液100μLを下記塗布条件でスピンコーターにより塗布したのち、100℃で2時間真空乾燥することで各バインダーのポリマー膜を作製した。
(塗布条件)
バインダー溶液の濃度:40質量%
スピンコーターの回転数:2000rpm
スピンコーターの回転時間:5秒
- 表面エネルギーの算出 -
上記のようにしてシリコンウエハ上に作製したポリマー膜に対する、ジヨードメタンと水の接触角を、それぞれ、液滴法におけるθ/2法により測定した。ここで、液滴をポリマー膜表面に接触させて着滴させた200ミリ秒後に、試料面(ポリマー膜表面)と液滴とのなす角度(液滴の内部にある角)を接触角θとした。
測定した各接触角θを用いて下記Owens法により算出した値を表面エネルギーとする。
<Owens法>
1+cosθH2O=2√γSd(√γH2Od/γH2O,V)+2√γSh(√γH2Oh/γH2O,V)1+cosθCH2I2=2√γSd(√γCH2I2d/γCH2I2,V)+2√γSh(√γCH2I2h/γCH2I2,V)
上記式の符号は以下の通りである。
θH2O:水の接触角(°)
θCH2I2:ジヨードメタンの接触角(°)
γSd:ポリマーの表面エネルギーの分散力成分(mN/m)
γH2Od:水の表面エネルギーの分散力成分(mN/m)
γH2O,V:水の全表面エネルギー(mN/m)
γSh:ポリマーの表面エネルギーの水素結合成分(mN/m)
γH2Oh:水の表面エネルギーの水素結合成分(mN/m)
γCH2I2d:ジヨードメタンの表面エネルギーの分散力成分(mN/m)
γCH2I2,V:ジヨードメタンの全表面エネルギー(mN/m)
γCH2I2h:ジヨードメタンの表面エネルギーの水素結合成分(mN/m)
- 試験片の作製 -
上記で調製したバインダー溶液又はバインダー分散液をガラスシャーレに入れて120℃で6時間乾燥することにより、膜厚80μmの乾燥フィルムを得た。得られた乾燥フィルムを幅10mm×長さ40mmの短冊状に切り出して試験片を作製した。
- 弾性率の測定 -
作製した各試験片をフォースゲージ(IMADA社製)にチャック間距離が30mmになるようにセットした。この状態で試験片を速度10mm/minで引っ張り、変位量と応力を測定し、初期の傾きから引張弾性率を算出した。
アクリル酸ドデシル:18.8MPa1/2
1H,1H,2H,2H-トリデカフルオロオクチルメタクリレート:13.7MPa1/2
1H,1H,2H,2H-ノナフルオロヘキシルメタクリレート:14.5MPa1/2
1H,1H-ヘプタフルオロブチルメタクリレート:14.8MPa1/2
アクリル酸ブチル:19.5MPa1/2
アクリル酸オクチル:19.0MPa1/2
X-22-174BX:17.7MPa1/2
フッ化ビニリデン:13.1MPa1/2
スチレン:19.3MPa1/2
アクリロニトリル:25.3MPa1/2
アクリル酸2-エチルヘキシル:18.7MPa1/2
メタクリル酸(CH2)2(CF2)13(CF3):12.1MPa1/2
メタクリル酸(CH2)2(CF2)7(CF3):13.1MPa1/2
1H,1H,2H,2H-ペンタフルオロブチルメタクリレート:15.9MPa1/2
ヘキサフルオロプロペン:10.1MPa1/2
テトラフルオロエチレン:10.1MPa1/2
アクリル酸:20.5MPa1/2
アクリル酸2-ヒドロキシエチル:25.9MPa1/2
硫化物系無機固体電解質は、T.Ohtomo,A.Hayashi,M.Tatsumisago,Y.Tsuchida,S.Hama,K.Kawamoto,Journal of Power Sources,233,(2013),pp231-235、及び、A.Hayashi,S.Hama,H.Morimoto,M.Tatsumisago,T.Minami,Chem.Lett.,(2001),pp872-873の非特許文献を参考にして合成した。
具体的には、アルゴン雰囲気下(露点-70℃)のグローブボックス内で、硫化リチウム(Li2S、Aldrich社製、純度>99.98%)2.42g及び五硫化二リン(P2S5、Aldrich社製、純度>99%)3.90gをそれぞれ秤量し、メノウ製乳鉢に投入し、メノウ製乳棒を用いて、5分間混合した。Li2S及びP2S5の混合比は、モル比でLi2S:P2S5=75:25とした。
次いで、ジルコニア製45mL容器(フリッチュ社製)に、直径5mmのジルコニアビーズを66g投入し、上記の硫化リチウムと五硫化二リンの混合物全量を投入し、アルゴン雰囲気下で容器を完全に密閉した。フリッチュ社製遊星ボールミルP-7(商品名、フリッチュ社製)に容器をセットし、温度25℃で、回転数510rpmで20時間メカニカルミリングを行うことで、黄色粉体の硫化物系無機固体電解質(Li-P-S系ガラス、以下、LPSと表記することがある。)6.20gを得た。Li-P-S系ガラスの粒子径は15μmであった。
表2に示す各組成物を以下のようにして調製した。
<無機固体電解質含有組成物K-1、K-2及びKC-1~KC-10の調製>
ジルコニア製45mL容器(フリッチュ社製)に、直径5mmのジルコニアビーズを60g投入し、上記合成例Aで合成したLPS8.4g、表2-1及び表2-3に示すバインダー溶液又はバインダー分散液0.6g(固形分質量)、及び分散媒として酪酸ブチル11g投入した。その後に、この容器をフリッチュ社製遊星ボールミルP-7(商品名)にセットした。温度25℃、回転数150rpmで10分間混合して、無機固体電解質含有組成物(スラリー)K-1、K-2及びKC-1~KC-10をそれぞれ調製した。
ジルコニア製45mL容器(フリッチュ社製)に、直径5mmのジルコニアビーズを60g投入し、上記合成例Aで合成したLPSを8g、及び、分散媒として酪酸ブチル13g(総量)を投入した。フリッチュ社製遊星ボールミルP-7(商品名)にこの容器をセットし、25℃で、回転数200pmで30分間攪拌した。その後、この容器に、正極活物質としてNMC(アルドリッチ社製)を27.5g、導電助剤としてアセチレンブラック(AB)を1.0g、表2-1に示すバインダー溶液0.5g(固形分質量)を投入し、遊星ボールミルP-7に容器をセットし、温度25℃、回転数200rpmで30分間混合を続け、正極組成物(スラリー)PK-1~PK-21をそれぞれ調製した。
ジルコニア製45mL容器(フリッチュ社製)に、直径5mmのジルコニアビーズを60g投入し、上記合成例Aで合成したLPSを16.6g、表2-2及び表2-3に示すバインダー溶液又はバインダー分散液0.66g(固形分質量)、分散媒を33.3g(総量)投入した。フリッチュ社製遊星ボールミルP-7(商品名)にこの容器をセットし、温度25℃、回転数300pmで60分間混合した。その後、負極活物質としてケイ素(Si、Aldrich社製)14.6g及び導電助剤としてVGCF(昭和電工社製)1.3gを投入し、同様に、遊星ボールミルP-7に容器をセットして、温度25℃、回転数100rpmで10分間混合して、負極組成物(スラリー)NK-1~NK-21及びNKC-1~NKC-10を調製した。
表2において、組成物含有量は組成物の全質量に対する含有量(質量%)であり、固形分含有量は組成物の固形分100質量%に対する含有量(質量%)であり、表中では単位を省略する。
LPS:合成例Aで合成したLPS
NMC:LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2
Si:ケイ素
AB:アセチレンブラック
VGCF:カーボンナノチューブ(昭和電工社製)
上記で得られた表3-1及び表3-3の「固体電解質組成物No.」欄に示す各無機固体電解質含有組成物を厚み20μmのアルミニウム箔上に、ベーカー式アプリケーター(商品名:SA-201、テスター産業社製)を用いて塗布し、80℃で2時間加熱して、無機固体電解質含有組成物を乾燥(分散媒を除去)させた。その後、ヒートプレス機を用いて、120℃の温度及び40MPaの圧力で10秒間、乾燥させた無機固体電解質含有組成物を加熱及び加圧して、全固体二次電池用固体電解質シート(表3において固体電解質シートと表記する。)101、102及びc11~c20をそれぞれ作製した。固体電解質層の膜厚は50μmであった。
上記で得られた表3-1の「電極組成物No.」欄に示す各正極組成物を厚み20μmのアルミニウム箔上にベーカー式アプリケーター(商品名:SA-201)を用いて塗布し、80℃で1時間加熱し、更に110℃で1時間加熱して、正極組成物を乾燥(分散媒を除去)した。その後、ヒートプレス機を用いて、乾燥させた正極組成物を25℃で加圧(10MPa、1分)して、膜厚80μmの正極活物質層を有する全固体二次電池用正極シート(表3において正極シートと表記する。)103~123をそれぞれ作製した。
上記で得られた表3-2及び表3-3の「電極組成物No.」欄に示す各負極組成物を厚み20μmの銅箔上に、ベーカー式アプリケーター(商品名:SA-201)を用いて塗布し、80℃で1時間加熱し、更に110℃で1時間加熱して、負極組成物を乾燥(分散媒を除去)させた。その後、ヒートプレス機を用いて、乾燥させた負極組成物を25℃で加圧(10MPa、1分)して、膜厚70μmの負極活物質層を有する全固体二次電池用負極シート(表3において負極シートと表記する。)124~144及びc21~c30をそれぞれ作製した。
<評価1:分散性>
上記のようにして調製した各組成物の粘度を測定して、下記評価基準のいずれに含まれるかにより、分散性を評価した。
本試験において、粘度が低いほど分散性に優れることを示し、評価基準「D」以上が合格レベルである。
- 粘度測定方法 -
E型粘度計(TV-35形、東機産業社製)、標準コーンロータ(1°34’×R24)を用いて、所定の測定温度に調整したサンプルカップにサンプル(組成物)1.1mLをアプライして本体にセットし、5分間温度が一定になるまで維持した後、測定レンジを「U」に設定して、せん断速度10/s(回転数2.5rpm)で回転開始後1分後に測定して得られた値を、粘度とした。
- 評価基準 -
A: 300cP未満
B: 300cP以上、 500cP未満
C: 500cP以上、 800cP未満
D: 800cP以上、1500cP未満
E:1500cP以上
(1)イオン伝導度測定用試験体の作製
上記で得られた固体電解質シート又は電極シート(全固体二次電池用正極シート及び全固体二次電池用負極シート)を直径14.5mmの円板状に切り出し、この固体電解質シート又は電極シートを図2に示す2032型コインケース11に入れた。具体的には、直径15mmの円板状に切り出したアルミニウム箔(図2に図示しない)を固体電解質層又は電極活物質層と接触させ、スペーサーとワッシャー(ともに図2において図示しない)を組み込んで、ステンレス製の2032型コインケース11に入れた。2032型コインケース11をかしめることで、8ニュートン(N)の力で締め付けられた、イオン伝導度測定用試験体を作製した。
上記で作製した各イオン伝導度測定用試験体について、0℃におけるイオン伝導度を測定して、低温条件下での界面抵抗を評価した。具体的には、各イオン伝導度測定用試験体について、0℃の恒温槽中、1255B FREQUENCY RESPONSE ANALYZER(商品名、SOLARTRON社製)を用いて、電圧振幅5mV、周波数1MHz~1Hzまで交流インピーダンス測定した。これにより、イオン伝導度測定用試料の層厚方向の抵抗を求め、下記式(1)により計算して、低温条件下でのイオン伝導度を求めた。
式(1):イオン伝導度σ(mS/cm)=
1000×試料層厚(cm)/[抵抗(Ω)×試料面積(cm2)]
式(1)において、試料層厚は、固体電解質シート又は電極活物質層を2032型コインケース11に入れる前に測定し、集電体の厚みを差し引いた値(固体電解質層及び電極活物質層の合計層厚)である。試料面積は、直径14.5mmの円板状シートの面積である。
得られたイオン伝導度σが下記評価基準のいずれに含まれるかを判定した。
本試験におけるイオン伝導度σは、評価基準「D」以上が合格である。
- 評価基準 -
固体電解質シートの場合
A:1.6≦σ
B:1.4≦σ<1.6
C:1.2≦σ<1.4
D:1.0≦σ<1.2
E: σ<1.0 電極シートの場合
A:0.8≦σ
B:0.7≦σ<0.8
C:0.6≦σ<0.7
D:0.5≦σ<0.6
E: σ<0.5
作製した、固体電解質シート及び電極シートについて、空気中(25℃、相対湿度50%)で1時間放置(空気に暴露)する前と後とのシートを用いて、後述する[全固体二次電池の製造]と同様にして製造した1組の全固体二次電池について、イオン伝導度を測定した。放置前のシートを組み込んだ全固体二次電池と、放置後のシートを組み込んだ全固体二次電池との、イオン伝導度の減少率(%)を算出して、下記評価基準のいずれに含まれるかにより、固体電解質(SE)の劣化抑制効果を評価した。イオン伝導度の測定は、測定温度を25℃に変更したこと以外は、上記<評価2:界面抵抗>における「(2)イオン伝導度測定用試験体のイオン伝導度の測定」と同様にして測定した。
本試験において、イオン伝導度の減少率(%)は小さいほど、無機固体電解質の水分による劣化を抑制できることを示し、評価基準「D」以上が合格である。
イオン伝導度の減少率(%)=[(放置前のシートを組み込んだ全固体二次電池のイオン伝導度-放置後のシートを組み込んだ全固体二次電池のイオン伝導度)/放置前のイオン伝導度]×100
- 評価基準 -
A:90%以上
B:80%以上、90%未満
C:70%以上、80%未満
D:60%以上、70%未満
E:60%未満
参考試験として、全固体二次電池用正極シート及び全固体二次電池用負極シートにおける集電体と活物質層との密着性を評価した。
具体的には、作製した各全固体二次電池用正極シート及び各全固体二次電池用負極シートから縦20mm×横20mmの試験片を切り出した。この試験片に対し、カッターナイフを用いて1つの辺に平行に1mm間隔で基材(アルミニウム箔又は銅箔)に到達するように11本の切り込みを入れた。また、この切り込みに対して垂直方向に、1mm間隔で基材に到達するように11本の切り込みを入れた。このようにして、試験片にマス目を100個形成した。
縦15mm×横18mmのセロハンテープ(登録商標)を活物質層表面に貼り付け、上記100個のマス目を全て覆った。セロハンテープ(登録商標)の表面を消しゴムでこすって活物質層に押付け付着させた。セロハンテープ(登録商標)を付着させてから2分後に、セロハンテープ(登録商標)の端を持って活物質層に対して垂直上向きに引っ張り、剥がした。セロハンテープ(登録商標)を引き剥がした後、活物質層の表面を目視で観察して、集電体からの剥離が全く起きていないマス目の数を計数して、下記評価基準のいずれに含まれるかにより、集電体に対する活物質層の密着性を評価した。
本試験において、集電体からの剥離していないマス目が多いほど、集電体との密着性が強固であることを示し、評価基準「D」以上が合格レベルである。
- 評価基準 -
A:80マス以上
B:60マス以上、80マス未満
C:40マス以上、60マス未満
D:30マス以上、40マス未満
E: 30マス未満
以下のようにして、作製した、固体電解質シート及び電極シートを用いて、図1に示す層構成を有する全固体二次電池を製造した。
<固体電解質層を備えた全固体二次電池用正極シート103~123の作製>
表4-1の「電極活物質層(シートNo.)」欄に示す各全固体二次電池用正極シートの正極活物質層上に、上記で作製した全固体二次電池用固体電解質シートc11を固体電解質層が正極活物質層に接するように重ね、プレス機を用いて25℃、50MPaで加圧して転写(積層)した後に、25℃、600MPaで加圧することで、膜厚30μmの固体電解質層を備えた全固体二次電池用正極シート(正極活物質層の膜厚60μm)103~123をそれぞれ作製した。
表4-2の「電極活物質層(シートNo.)」欄に示す各全固体二次電池用負極シートの負極活物質層上に、上記で作製した、表4-2の「固体電解質層(シートNo.)」欄に示す全固体二次電池用固体電解質シートを固体電解質層が負極活物質層に接するように重ね、プレス機を用いて25℃、50MPaで加圧して転写(積層)した後に、25℃、600MPaで加圧することで、膜厚30μmの固体電解質層を備えた全固体二次電池用負極シート(負極活物質層の膜厚50μm)124~144及びc21~c30をそれぞれ作製した。
以下のようにして、図1に示す層構成を有する全固体二次電池No.101を製造した。
(固体電解質層を備えた全固体二次電池用負極シートNo.c21の作製)
まず、全固体二次電池No.101の製造に用いる、固体電解質層を備えた全固体二次電池用負極シートNo.c21を作製した。
表4-1の「電極活物質層(シートNo.)」欄に示す全固体二次電池用負極シートNo.c21の負極活物質層上に、上記で作製した、表4-1の「固体電解質層(シートNo.)」欄に示す全固体二次電池用固体電解質シートNo.101を固体電解質層が負極活物質層に接するように重ね、プレス機を用いて25℃、50MPaで加圧して転写(積層)した後に、25℃、600MPaで加圧することで、膜厚30μmの固体電解質層を備えた全固体二次電池用負極シートNo.c21(負極活物質層の膜厚50μm)をそれぞれ作製した。
(全固体二次電池の製造)
上記で得られた固体電解質を有する全固体二次電池用負極シートNo.c21(固体電解質含有シートNo.101のアルミニウム箔は剥離済み)を直径14.5mmの円板状に切り出し、図2に示すように、スペーサーとワッシャー(図2において図示せず)を組み込んだステンレス製の2032型コインケース11に入れた。次いで、下記で作製した全固体二次電池用正極シートから直径14.0mmで打ち抜いた正極シート(正極活物質層)を固体電解質層上に重ねた。その上に更にステンレス鋼箔(正極集電体)を重ねて全固体二次電池用積層体12(銅箔-負極活物質層-固体電解質層-正極活物質層-アルミニウム箔-ステンレス鋼箔からなる積層体)を形成した。その後、2032型コインケース11をかしめることで、図2に示す全固体二次電池No.101を製造した。
上記で得られた固体電解質層を備えた全固体二次電池用正極シートNo.103(固体電解質含有シートのアルミニウム箔は剥離済み)を直径14.5mmの円板状に切り出し、図2に示すように、スペーサーとワッシャー(図2において図示せず)を組み込んだステンレス製の2032型コインケース11に入れた。次いで、固体電解質層上に直径15mmの円盤状に切り出したリチウム箔を重ねた。その上に更にステンレス箔を重ねて全固体二次電池用積層体12(アルミニウム箔-正極活物質層-固体電解質層-リチウム箔-ステンレス箔からなる積層体)を形成した。その後、2032型コインケース11をかしめることで、図2に示すNo.103の全固体二次電池13を製造した。
このようにして製造した全固体二次電池は、図1に示す層構成を有する(ただし、リチウム箔が負極活物質層2及び負極集電体1に相当する)。
上記で得られた固体電解質を有する各全固体二次電池用負極シートNo.124(固体電解質含有シートのアルミニウム箔は剥離済み)を直径14.5mmの円板状に切り出し、図2に示すように、スペーサーとワッシャー(図2において図示せず)を組み込んだステンレス製の2032型コインケース11に入れた。次いで、下記で作製した全固体二次電池用正極シートから直径14.0mmで打ち抜いた正極シート(正極活物質層)を固体電解質層上に重ねた。その上に更にステンレス鋼箔(正極集電体)を重ねて全固体二次電池用積層体12(銅箔-負極活物質層-固体電解質層-正極活物質層-アルミニウム箔-ステンレス鋼箔からなる積層体)を形成した。その後、2032型コインケース11をかしめることで、図2に示す全固体二次電池No.124を製造した。
(正極組成物の調製)
ジルコニア製45mL容器(フリッチュ社製)に、直径5mmのジルコニアビーズを180個投入し、上記合成例Aで合成したLPSを2.7g、KYNAR FLEX 2500-20(商品名、PVdF-HFP:ポリフッ化ビニリデンヘキサフルオロプロピレン共重合体、アルケマ社製)を固形分質量として0.3g、及び酪酸ブチルを22g投入した。フリッチュ社製遊星ボールミルP-7(商品名)にこの容器をセットし、25℃で、回転数300rpmで60分間攪拌した。その後、正極活物質としてLiNi1/3Co1/3Mn1/3O2(NMC)7.0gを投入し、同様にして、遊星ボールミルP-7に容器をセットし、25℃、回転数100rpmで5分間混合を続け、正極組成物を調製した。
(固体二次電池用正極シートの作製)
上記で得られた正極組成物を厚み20μmのアルミニウム箔(正極集電体)上に、ベーカー式アプリケーター(商品名:SA-201、テスター産業社製)により塗布し、100℃で2時間加熱し、正極組成物を乾燥(分散媒を除去)した。その後、ヒートプレス機を用いて、乾燥させた正極組成物を25℃で加圧(10MPa、1分)し、膜厚80μmの正極活物質層を有する全固体二次電池用正極シートを作製した。
<評価5:サイクル特性>
製造した各全固体二次電池について、放電容量維持率を充放電評価装置TOSCAT-3000(商品名、東洋システム社製)により測定した。
具体的には、各全固体二次電池を、それぞれ、25℃の環境下で、電流密度0.1mA/cm2で電池電圧が3.6Vに達するまで充電した。その後、電流密度0.1mA/cm2で電池電圧が2.5Vに達するまで放電した。この充電1回と放電1回とを充放電1サイクルとして、同じ条件で充放電を3サイクル繰り返して、初期化した。その後、上記充放電サイクルを繰り返して行い、充放電サイクルを行う毎に各全固体二次電池の放電容量を、充放電評価装置:TOSCAT-3000(商品名)により、測定した。
初期化後の充放電1サイクル目の放電容量(初期放電容量)を100%としたときに、放電容量維持率(初期放電容量に対する放電容量)が80%に達した際の充放電サイクル数が、下記評価基準のいずれに含まれるかにより、電池性能(サイクル特性)を評価した。本試験において、サイクル数が多いほど、電池性能(サイクル特性)に優れ、充放電を複数回繰り返しても(長期の使用においても)初期の電池性能を維持できる。本試験において、評価基準「D」以上が合格レベルである。
なお、本発明の全固体二次電池の初期放電容量は、いずれも、全固体二次電池として機能するのに十分な値を示していた。
- 評価基準 -
A:500サイクル以上
B:300サイクル以上、500サイクル未満
C:150サイクル以上、300サイクル未満
D: 80サイクル以上、150サイクル未満
E: 80サイクル未満
製造した各全固体二次電池のイオン伝導度を測定した。具体的には、各全固体二次電池について、30℃の恒温槽中、1255B FREQUENCY RESPONSE ANALYZER(商品名、SOLARTRON社製)を用いて、電圧振幅5mV、周波数1MHz~1Hzまで交流インピーダンス測定した。これにより、イオン伝導度測定用試料の層厚方向の抵抗を求め、下記式(1)により計算して、イオン伝導度を求めた。
式(1):イオン伝導度σ(mS/cm)=
1000×試料層厚(cm)/[抵抗(Ω)×試料面積(cm2)]
式(1)において、試料層厚は、積層体12を2032型コインケース11に入れる前に測定し、集電体の厚みを差し引いた値(固体電解質層及び電極活物質層の合計層厚)である。試料面積は、直径14.5mmの円板状シートの面積である。
得られたイオン伝導度σが下記評価基準のいずれに含まれるかを判定した。
本試験におけるイオン伝導度σは、評価基準「D」以上が合格である。
- 評価基準 -
A:1.0≦σ
B:0.9≦σ<1.0
C:0.8≦σ<0.9
D:0.6≦σ<0.8
E: σ<0.6
比較例KC-1~KC-10及びNKC-1~NKC-10に示す、本発明で規定するポリマーバインダーを含有しない無機固体電解質含有組成物は、いずれも、分散性と、作製した全固体二次電池用シートの無機固体電解質の劣化抑制効果及び低温環境下におけるイオン伝導度(界面抵抗)とのいずれかに劣る。また、負極組成物NKC-1及びNKC-5~NKC-10を用いて作製した負極シートは集電体との密着性も十分ではない。更に、KC-1~KC-10及びNKC-1~NKC-10を用いて製造した、比較例c101~c110の全固体二次電池はサイクル特性とイオン伝導度との両立もできない。
これに対して、本発明のK-1、K-2、PK-1~PK-21及びNK-1~NK-21で示した、本発明で規定するポリマーバインダーを含有する無機固体電解質含有組成物は、分散性、無機固体電解質の劣化抑制効果及び低温環境下におけるイオン伝導度(界面抵抗)を兼ね備えている。また、電極組成物PK-1~PK-21及びNK-1~NK-21を全固体二次電池の活物質層の形成に用いることにより、得られる電極シートに対して集電体との密着性を強固なものとすることができる。更に、これら無機固体電解質含有組成物を用いて形成した構成層を備えた全固体二次電池は、高いイオン伝導度と、優れたサイクル特性を実現できることが分かる。
なお、上記の無機固体電解質の水分による劣化試験は、実製造プロセスにおいて最も水分との接触が懸念される全固体二次電池用シートで評価した。全固体二次電池用シートにおいて無機固体電解質の劣化抑制効果を示すものであれば、無機固体電解質と本発明で規定するポリマーバインダーが共存する無機固体電解質含有組成物、更には全固体二次電池に組み込まれた構成層においても、同様の効果が期待できる。
2 負極活物質層
3 固体電解質層
4 正極活物質層
5 正極集電体
6 作動部位
10 全固体二次電池
11 2032型コインケース
12 全固体二次電池用積層体
13 コイン型全固体二次電池
Claims (13)
- 周期律表第一族若しくは第二族に属する金属のイオンの伝導性を有する無機固体電解質と、ポリマーバインダーと、分散媒とを含有する無機固体電解質含有組成物であって、
前記ポリマーバインダーが、表面エネルギーが20mN/m以下であり、かつSP値が14~21.5MPa1/2であるポリマーを含み、前記分散媒に溶解する、無機固体電解質含有組成物。 - 前記ポリマーの弾性率が1MPa以上である、請求項1に記載の無機固体電解質含有組成物。
- 前記ポリマーがグラフトポリマーである、請求項1~3のいずれか1項に記載の無機固体電解質含有組成物。
- 前記ポリマーの主鎖がブロックポリマーである、請求項1~3のいずれか1項に記載の無機固体電解質含有組成物。
- 前記分散媒のSP値が14~24MPa1/2である、請求項1~5のいずれか1項に記載の無機固体電解質含有組成物。
- 活物質を含有する、請求項1~6のいずれか1項に記載の無機固体電解質含有組成物。
- 導電助剤を含有する、請求項1~7のいずれか1項に記載の無機固体電解質含有組成物。
- 前記無機固体電解質が硫化物系無機固体電解質である、請求項1~8のいずれか1項に記載の無機固体電解質含有組成物。
- 請求項1~9のいずれか1項に記載の無機固体電解質含有組成物で構成した層を有する全固体二次電池用シート。
- 正極活物質層と固体電解質層と負極活物質層とをこの順で具備する全固体二次電池であって、
前記正極活物質層、前記固体電解質層及び前記負極活物質層の少なくとも1つの層が、請求項1~9のいずれか1項に記載の無機固体電解質含有組成物で構成した層である、全固体二次電池。 - 請求項1~9のいずれか1項に記載の無機固体電解質含有組成物を製膜する、全固体二次電池用シートの製造方法。
- 請求項12に記載の製造方法を経て全固体二次電池を製造する、全固体二次電池の製造方法。
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP4648138A1 (en) * | 2024-05-08 | 2025-11-12 | Belenos Clean Power Holding AG | Composite solid electrolyte |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH1069913A (ja) * | 1996-07-26 | 1998-03-10 | Saft (Soc Accumulateurs Fixes Traction) Sa | 電極用の結合剤の特徴付け法 |
| JP2002190297A (ja) * | 2000-10-11 | 2002-07-05 | Toyo Tanso Kk | リチウムイオン二次電池用負極、リチウムイオン二次電池用負極のバインダー及びそれらを用いたリチウムイオン二次電池 |
| WO2017099247A1 (ja) * | 2015-12-11 | 2017-06-15 | 富士フイルム株式会社 | 固体電解質組成物、全固体二次電池用シート、全固体二次電池用電極シート及びその製造方法、並びに、全固体二次電池及びその製造方法 |
| WO2019087752A1 (ja) * | 2017-10-30 | 2019-05-09 | 富士フイルム株式会社 | 固体電解質組成物、固体電解質含有シート及び全固体二次電池並びに固体電解質含有シート及び全固体二次電池の製造方法 |
-
2021
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-
2023
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Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH1069913A (ja) * | 1996-07-26 | 1998-03-10 | Saft (Soc Accumulateurs Fixes Traction) Sa | 電極用の結合剤の特徴付け法 |
| JP2002190297A (ja) * | 2000-10-11 | 2002-07-05 | Toyo Tanso Kk | リチウムイオン二次電池用負極、リチウムイオン二次電池用負極のバインダー及びそれらを用いたリチウムイオン二次電池 |
| WO2017099247A1 (ja) * | 2015-12-11 | 2017-06-15 | 富士フイルム株式会社 | 固体電解質組成物、全固体二次電池用シート、全固体二次電池用電極シート及びその製造方法、並びに、全固体二次電池及びその製造方法 |
| WO2019087752A1 (ja) * | 2017-10-30 | 2019-05-09 | 富士フイルム株式会社 | 固体電解質組成物、固体電解質含有シート及び全固体二次電池並びに固体電解質含有シート及び全固体二次電池の製造方法 |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP4648138A1 (en) * | 2024-05-08 | 2025-11-12 | Belenos Clean Power Holding AG | Composite solid electrolyte |
Also Published As
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