JP2010244847A - Solid electrolyte material - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a solid electrolyte material made of lithium niobate and having a high Li-ion conductivity. <P>SOLUTION: The solid electrolyte material made of lithium niobate has a first group of X-ray diffraction peaks at (2θ)s of 23.7°±2.0°, 32.7°±2.0°, 34.8±2.0°, 38.9°±2.0°, 40.1°±2.0°, 42.5°±2.0° and a second group of X-ray diffraction peaks at (2θ)s of 25.5°±0.5°, 27.8°±1.0°, 31.0°±0.8°, 32.0°±0.8°, and when a strength of X-ray diffraction peak of the above (2θ) of 23.7°±2.0° is denoted by I<SB>A</SB>and a strength of the X-ray diffraction peak of the above (2θ) of 25.5°±0.5° is denoted by I<SB>B</SB>, a relation of I<SB>A</SB>/I<SB>B</SB>≤12.0 is satisfied. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、ニオブ酸リチウムからなり、かつ、Liイオン伝導性の高い固体電解質材料に関する。   The present invention relates to a solid electrolyte material made of lithium niobate and having high Li ion conductivity.

近年におけるパソコン、ビデオカメラおよび携帯電話等の情報関連機器や通信機器等の急速な普及に伴い、その電源として優れた電池(例えばリチウム電池)の開発が重要視されている。また、情報関連機器や通信関連機器以外の分野では、例えば自動車産業界において、電気自動車やハイブリッド自動車に用いられるリチウム電池等の開発が進められている。   With the rapid spread of information-related equipment and communication equipment such as personal computers, video cameras, and mobile phones in recent years, the development of batteries (eg, lithium batteries) that are excellent as power sources has been regarded as important. In fields other than information-related equipment and communication-related equipment, for example, in the automobile industry, development of lithium batteries and the like used for electric cars and hybrid cars is being promoted.

ここで、従来市販されているリチウム電池には、可燃性の有機溶媒を用いた有機電解液が使用されているため、短絡時の温度上昇を抑える安全装置の取り付けや短絡防止のための構造・材料面での改善が必要となる。これに対して、液体電解質を固体電解質に変更した全固体電池は、電池内に可燃性の有機溶媒を用いないので、安全装置の簡素化が図れ、製造コストや生産性に優れると考えられている。   Here, since a commercially available lithium battery uses an organic electrolyte solution that uses a flammable organic solvent, it has a structure to prevent the installation of a safety device and to prevent a short circuit. Improvements in materials are necessary. In contrast, an all-solid-state battery in which the liquid electrolyte is changed to a solid electrolyte does not use a flammable organic solvent in the battery, so the safety device can be simplified, and the manufacturing cost and productivity are considered excellent. Yes.

このような全固体電池に用いられる固体電解質材料として、ニオブ酸リチウム(LiNbO)が知られている。例えば、特許文献1には、ニオブ酸リチウムを主体とするリチウムイオン導電性のガラス状固体電解質を用いた固体電解質電池であって、上記ガラス状固体電解質に6価金属の酸化物が添加されているものが開示されている。この技術は、ニオブ酸リチウムを主体とするガラス状固体電解質に、6価金属の酸化物を添加することで、リチウムイオン導電性の向上を図ったものである。また、特許文献2には、スパッタリング法により製造された非晶質のリチウムタンタレート・リチウムニオベイト薄膜が開示されている。この技術は、リチウムタンタレート・リチウムニオベイト薄膜の組成を特定の範囲とすることで、Liイオン伝導性の向上を図ったものである。また、特許文献3には、ニオブ酸リチウムを含む硫化物系のガラス状リチウムイオン伝導性固体電解質が開示されている。この技術は、ガラス転移温度が高い固体電解質材料を得ることを目的としたものである。 Lithium niobate (LiNbO 3 ) is known as a solid electrolyte material used for such all solid state batteries. For example, Patent Document 1 discloses a solid electrolyte battery using a lithium ion conductive glassy solid electrolyte mainly composed of lithium niobate, and a hexavalent metal oxide is added to the glassy solid electrolyte. Is disclosed. In this technique, lithium ion conductivity is improved by adding a hexavalent metal oxide to a glassy solid electrolyte mainly composed of lithium niobate. Further, Patent Document 2 discloses an amorphous lithium tantalate / lithium niobate thin film manufactured by a sputtering method. This technique aims to improve Li ion conductivity by setting the composition of the lithium tantalate / lithium niobate thin film within a specific range. Patent Document 3 discloses a sulfide-based glassy lithium ion conductive solid electrolyte containing lithium niobate. This technique aims to obtain a solid electrolyte material having a high glass transition temperature.

特公平3−51063号公報Japanese Patent Publication No. 3-51063 特公平3−43214号公報Japanese Patent Publication No. 3-43214 特開2004−152659号公報JP 2004-152659 A

特許文献1に記載されているように、ニオブ酸リチウムは結晶状態ではほとんどLiイオン伝導性を示さない。そのため、ニオブ酸リチウムを固体電解質材料として利用する場合は、アモルファス状(非晶質状)とし、さらに、その他の酸化物等を添加する必要があった。本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、ニオブ酸リチウムからなり、かつ、Liイオン伝導性の高い固体電解質材料を提供することを主目的とする。   As described in Patent Document 1, lithium niobate shows almost no Li ion conductivity in the crystalline state. Therefore, when using lithium niobate as a solid electrolyte material, it is necessary to make it amorphous (amorphous) and to add other oxides and the like. The present invention has been made in view of the above circumstances, and a main object thereof is to provide a solid electrolyte material made of lithium niobate and having high Li ion conductivity.

上記課題を解決するために、本発明においては、ニオブ酸リチウムからなる固体電解質材料であって、2θ=23.7°±2.0°、32.7°±2.0°、34.8°±2.0°、38.9°±2.0°、40.1°±2.0°、42.5°±2.0°の第一のX線回折ピーク群と、2θ=25.5°±0.5°、27.8°±1.0°、31.0°±0.8°、32.0°±0.8°の第二のX線回折ピーク群とを有し、上記2θ=23.7°±2.0°のX線回折ピークの強度をIとし、上記2θ=25.5°±0.5°のX線回折ピークの強度をIとした場合に、I/I≦12.0の関係を満たすことを特徴とする固体電解質材料を提供する。 In order to solve the above problems, in the present invention, a solid electrolyte material made of lithium niobate, 2θ = 23.7 ° ± 2.0 °, 32.7 ° ± 2.0 °, 34.8 First X-ray diffraction peak group of ° ± 2.0 °, 38.9 ° ± 2.0 °, 40.1 ° ± 2.0 °, 42.5 ° ± 2.0 °, and 2θ = 25 2nd X-ray diffraction peak group of 5 ° ± 0.5 °, 27.8 ° ± 1.0 °, 31.0 ° ± 0.8 °, 32.0 ° ± 0.8 ° and the intensity of X-ray diffraction peaks of the 2θ = 23.7 ° ± 2.0 ° and I a, the intensity of X-ray diffraction peaks of the 2θ = 25.5 ° ± 0.5 ° was I B In some cases, a solid electrolyte material is provided that satisfies the relationship of I A / I B ≦ 12.0.

本発明によれば、第一のX線回折ピーク群と、第二のX線回折ピーク群とを有し、さらに、IおよびIが特定の関係にあることにより、Liイオン伝導性の高い固体電解質材料とすることができる。 According to the present invention, a first X-ray diffraction peaks, and a second X-ray diffraction peaks, further, by the I A and I B in a specific relationship, the Li ion conductivity It can be a high solid electrolyte material.

また、本発明においては、酸化物正極活物質と、上記酸化物正極活物質の表面上に形成されたコート部とを有する正極活物質材料であって、上記コート部が、上述した固体電解質材料からなることを特徴とする正極活物質材料を提供する。   Further, in the present invention, a cathode active material having an oxide cathode active material and a coat portion formed on the surface of the oxide cathode active material, wherein the coat portion is the solid electrolyte material described above. A positive electrode active material characterized by comprising:

本発明によれば、コート部を設けることで、酸化物正極活物質と硫化物固体電解質材料との反応で生じる高抵抗層の発生を抑制でき、さらに、コート部のLiイオン伝導性が高いため、酸化物正極活物質と硫化物固体電解質材料との間の界面抵抗を低減することができる。   According to the present invention, by providing the coat portion, it is possible to suppress the generation of a high resistance layer caused by the reaction between the oxide positive electrode active material and the sulfide solid electrolyte material, and furthermore, the Li ion conductivity of the coat portion is high. The interface resistance between the oxide positive electrode active material and the sulfide solid electrolyte material can be reduced.

また、本発明においては、上述した固体電解質材料の製造方法であって、LiアルコキシドおよびNbアルコキシドを含有する原料溶液を加水分解し、ニオブ酸リチウムの前駆体溶液を調製する調製工程と、上記前駆体溶液を用いてニオブ酸リチウムの前駆体膜を形成する前駆体膜形成工程と、上記前駆体膜を、345℃〜355℃の範囲内の温度、および4時間〜6時間の範囲内の時間で熱処理する熱処理工程と、を有することを特徴とする固体電解質材料の製造方法を提供する。   Further, in the present invention, there is provided a method for producing the above-described solid electrolyte material, wherein a raw material solution containing Li alkoxide and Nb alkoxide is hydrolyzed to prepare a precursor solution of lithium niobate, and the precursor A precursor film forming step of forming a precursor film of lithium niobate using a body solution, and the precursor film at a temperature within a range of 345 ° C. to 355 ° C. and a time within a range of 4 hours to 6 hours A solid-state electrolyte material manufacturing method, comprising:

本発明によれば、上記の条件で熱処理を行うことにより、Liイオン伝導性が極めて高い固体電解質材料を得ることができる。   According to the present invention, a solid electrolyte material having extremely high Li ion conductivity can be obtained by performing heat treatment under the above conditions.

本発明の固体電解質材料について説明する概略断面図である。It is a schematic sectional drawing explaining the solid electrolyte material of this invention. 本発明の正極活物質材料の一例を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows an example of the positive electrode active material material of this invention. 本発明の固体電解質材料の製造方法の一例を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows an example of the manufacturing method of the solid electrolyte material of this invention. 実施例1、比較例1−1〜1−4で得られた固体電解質材料のXRD測定の結果である。It is a result of the XRD measurement of the solid electrolyte material obtained in Example 1 and Comparative Examples 1-1 to 1-4. 実施例1、比較例1−1〜1−4で得られた固体電解質材料のインピーダンス測定の結果である。It is a result of the impedance measurement of the solid electrolyte material obtained in Example 1 and Comparative Examples 1-1 to 1-4. 実施例1、比較例1−1〜1−4で得られた固体電解質材料のインピーダンス測定の結果である。It is a result of the impedance measurement of the solid electrolyte material obtained in Example 1 and Comparative Examples 1-1 to 1-4. 実施例1、比較例1−1〜1−4で得られた固体電解質材料のインピーダンス測定の結果である。It is a result of the impedance measurement of the solid electrolyte material obtained in Example 1 and Comparative Examples 1-1 to 1-4. 単結晶構造・アモルファス構造の一部の多面体構造を示すシミュレーション結果である。It is a simulation result which shows a part polyhedron structure of a single crystal structure and an amorphous structure. 実施例1の実測値データを含むXRDスペクトルシミュレーション結果である。3 is an XRD spectrum simulation result including actual measurement data of Example 1. FIG.

以下、本発明の固体電解質材料、正極活物質材料および固体電解質材料の製造方法について、詳細に説明する。   Hereinafter, the manufacturing method of the solid electrolyte material, positive electrode active material, and solid electrolyte material of the present invention will be described in detail.

A.固体電解質材料
まず、本発明の固体電解質材料について説明する。本発明の固体電解質材料は、ニオブ酸リチウムからなる固体電解質材料であって、2θ=23.7°±2.0°、32.7°±2.0°、34.8°±2.0°、38.9°±2.0°、40.1°±2.0°、42.5°±2.0°の第一のX線回折ピーク群と、2θ=25.5°±0.5°、27.8°±1.0°、31.0°±0.8°、32.0°±0.8°の第二のX線回折ピーク群とを有し、上記2θ=23.7°±2.0°のX線回折ピークの強度をIとし、上記2θ=25.5°±0.5°のX線回折ピークの強度をIとした場合に、I/I≦12.0の関係を満たすことを特徴とするものである。
A. First, the solid electrolyte material of the present invention will be described. The solid electrolyte material of the present invention is a solid electrolyte material made of lithium niobate, and 2θ = 23.7 ° ± 2.0 °, 32.7 ° ± 2.0 °, 34.8 ° ± 2.0. °, 38.9 ° ± 2.0 °, 40.1 ° ± 2.0 °, first X-ray diffraction peak group of 42.5 ° ± 2.0 °, and 2θ = 25.5 ° ± 0 5 °, 27.8 ° ± 1.0 °, 31.0 ° ± 0.8 °, 32.0 ° ± 0.8 ° and the second X-ray diffraction peak group, and 2θ = the intensity of X-ray diffraction peaks of 23.7 ° ± 2.0 ° and I a, the intensity of X-ray diffraction peaks of the 2θ = 25.5 ° ± 0.5 ° in the case of the I B, I a / I B ≦ 12.0 is satisfied.

本発明によれば、第一のX線回折ピーク群と、第二のX線回折ピーク群とを有し、さらに、IおよびIが特定の関係にあることにより、Liイオン伝導性の高い固体電解質材料とすることができる。上述したように、ニオブ酸リチウムは結晶状態ではほとんどLiイオン伝導性を示さないため、ニオブ酸リチウムを固体電解質材料として利用する場合は、アモルファス状とし、さらに、その他の酸化物等を添加する必要があった。これに対して、本発明によれば、上記のX線回折ピーク群を有することにより、例えばニオブ酸リチウムのみであっても、高いLiイオン伝導性を発揮することができる。 According to the present invention, a first X-ray diffraction peaks, and a second X-ray diffraction peaks, further, by the I A and I B in a specific relationship, the Li ion conductivity It can be a high solid electrolyte material. As described above, since lithium niobate shows almost no Li ion conductivity in the crystalline state, when lithium niobate is used as a solid electrolyte material, it needs to be amorphous and further added with other oxides, etc. was there. On the other hand, according to the present invention, by having the above X-ray diffraction peak group, high Li ion conductivity can be exhibited even with, for example, only lithium niobate.

また、本発明におけるニオブ酸リチウムは、LiNbOのみを意味するものではなく、その近傍組成をも含むものである。ここで、ニオブ酸リチウムをLiNbで表した場合、xは通常0.9≦x≦1.1であり、0.95≦x≦1.05であることが好ましい。yは通常0.9≦y≦1.1であり、0.95≦y≦1.05であることが好ましい。zは通常2.8≦z≦3.2であり、2.9≦z≦3.1であることが好ましい。 Furthermore, lithium niobate in the present invention is not intended to mean only LiNbO 3, but also including the vicinity of the composition. Here, when lithium niobate is represented by Li x Nb y O z , x is usually 0.9 ≦ x ≦ 1.1, and preferably 0.95 ≦ x ≦ 1.05. y is usually 0.9 ≦ y ≦ 1.1, and preferably 0.95 ≦ y ≦ 1.05. z is usually 2.8 ≦ z ≦ 3.2, and preferably 2.9 ≦ z ≦ 3.1.

1.X線回折ピーク
本発明の固体電解質材料は、第一のX線回折ピーク群と、第二のX線回折ピーク群とを有することを大きな特徴とする。まず、これらのX線ピーク群について説明する。本発明における第一のX線回折ピーク群は、固体電解質材料の結晶相に起因するピーク群である。具体的には、LiNbO単結晶に特徴的なピーク群である。X線回折(XRD)データベースによると、2θ=23.7°(23.681°)のピークは(012)面のピークであり、2θ=32.7°(32.667°)のピークは(104)面のピークであり、2θ=34.8°(34.798°)のピークは(110)面のピークであり、2θ=38.9°(38.940°)のピークは(006)面のピークであり、2θ=40.1°(40.058°)のピークは(113)面のピークであり、2θ=42.5°(42.527°)のピークは(202)面のピークである。
1. X-ray diffraction peak The solid electrolyte material of the present invention is characterized by having a first X-ray diffraction peak group and a second X-ray diffraction peak group. First, these X-ray peak groups will be described. The first X-ray diffraction peak group in the present invention is a peak group resulting from the crystal phase of the solid electrolyte material. Specifically, it is a group of peaks characteristic of a LiNbO 3 single crystal. According to the X-ray diffraction (XRD) database, the peak at 2θ = 23.7 ° (23.681 °) is the peak of the (012) plane, and the peak at 2θ = 32.7 ° (32.667 °) is ( 104), the peak at 2θ = 34.8 ° (34.798 °) is the peak at (110), and the peak at 2θ = 38.9 ° (38.940 °) is (006). The peak at 2θ = 40.1 ° (40.58 °) is the peak at (113) plane, and the peak at 2θ = 42.5 ° (42.527 °) is at the (202) plane. It is a peak.

一方、本発明における第二のX線回折ピーク群は、LiNbO単結晶のピークには存在しないものであり、NbO四面体に起因するピーク群であると考えられる。後述するように、分子動力学法を用いたシミュレーションでは、NbO四面体が規則性を持って配置されていることが示唆され、Liイオン伝導パスが形成されることでLiイオン伝導性が高くなっていると考えられる。また、本発明の固体電解質材料は、上述した2種類のX線回折ピーク群を有していることから、結晶相およびアモルファス相が混在した構造であると考えられる。すなわち、アモルファスの性質を有しつつ、結晶の微構造を保持した構造であるため、高いLiイオン伝導性を発揮することができると考えられる。 On the other hand, the second X-ray diffraction peak group in the present invention does not exist in the peak of the LiNbO 3 single crystal, and is considered to be a peak group caused by the NbO 3 tetrahedron. As will be described later, in the simulation using the molecular dynamics method, it is suggested that the NbO 3 tetrahedrons are arranged with regularity, and the Li ion conduction path is formed so that the Li ion conductivity is high. It is thought that it has become. Moreover, since the solid electrolyte material of the present invention has the two types of X-ray diffraction peak groups described above, it is considered that the solid electrolyte material has a structure in which a crystalline phase and an amorphous phase are mixed. That is, it is considered that a high Li ion conductivity can be exhibited because the structure has an amorphous property and retains the crystal microstructure.

また、本発明においては、2θ=23.7°±2.0°のX線回折ピークの強度をIとし、2θ=25.5°±0.5°のX線回折ピークの強度をIとした場合に、通常、I/I≦12の関係を満たす。さらに、I/Iは、I/I≦10の関係を満たすことが好ましく、I/I≦8の関係を満たすことがより好ましい。よりLiイオン伝導性が高い固体電解質材料とすることができるからである。 In the present invention, 2 [Theta] = 23.7 ° to the intensity of X-ray diffraction peak of ± 2.0 ° and I A, the intensity of X-ray diffraction peaks of 2θ = 25.5 ° ± 0.5 ° I In the case of B , the relationship of I A / I B ≦ 12 is usually satisfied. Further, I A / I B preferably satisfies the relationship of I A / I B ≦ 10, and more preferably satisfies the relationship of I A / I B ≦ 8. This is because a solid electrolyte material having higher Li ion conductivity can be obtained.

2.固体電解質材料
本発明の固体電解質材料のインピーダンスとしては、例えば100,000Ω以下、中でも20,000Ω以下であることが好ましい。なお、本発明におけるインピーダンスの値は、後述する交流インピーダンス法により算出されるものである。
2. Solid Electrolyte Material The impedance of the solid electrolyte material of the present invention is, for example, 100,000Ω or less, preferably 20,000Ω or less. The impedance value in the present invention is calculated by the AC impedance method described later.

本発明の固体電解質材料の形状としては、例えば薄膜状および粒子状等を挙げることができる。以下、薄膜状の固体電解質材料を有する部材および粒子状の固体電解質材料を有する部材について例示する。薄膜状の固体電解質材料を有する部材の一例としては、図1(a)に示すように、酸化物正極活物質2と、酸化物正極活物質2の表面上に形成された薄膜状の固体電解質材料1とを有するものを挙げることができる。この場合、固体電解質材料1は、酸化物正極活物質2と硫化物固体電解質材料(図示せず)との反応で生じる高抵抗層の発生を抑制するコート部として機能する。なお、高抵抗層等については、後述する「B.正極活物質材料」で説明する。   Examples of the shape of the solid electrolyte material of the present invention include a thin film shape and a particle shape. Hereinafter, a member having a thin-film solid electrolyte material and a member having a particulate solid electrolyte material will be exemplified. As an example of a member having a thin-film solid electrolyte material, as shown in FIG. 1A, an oxide positive electrode active material 2 and a thin-film solid electrolyte formed on the surface of the oxide positive electrode active material 2 A material having the material 1 can be given. In this case, the solid electrolyte material 1 functions as a coat portion that suppresses the generation of a high resistance layer generated by the reaction between the oxide positive electrode active material 2 and the sulfide solid electrolyte material (not shown). The high resistance layer and the like will be described in “B. Positive electrode active material” described later.

薄膜状の固体電解質材料を有する部材の他の例としては、図1(b)に示すように、硫化物固体電解質材料3と、硫化物固体電解質材料3の表面上に形成された薄膜状の固体電解質材料1とを有するものを挙げることができる。この場合も上記と同様に、固体電解質材料1は、硫化物固体電解質材料3と酸化物正極活物質(図示せず)との反応で生じる高抵抗層の発生を抑制するコート部として機能する。薄膜状の固体電解質材料を有する部材の他の例としては、図1(c)に示すように、酸化物正極活物質を含有する正極活物質層4、薄膜状の固体電解質材料1、硫化物固体電解質材料を含有する硫化物固体電解質層5および負極活物質層6がこの順に配置された発電要素を挙げることができる。この場合も上記と同様に、固体電解質材料1は、正極活物質層4および硫化物固体電解質層5の間で生じる高抵抗層の発生を抑制するコート部として機能する。   As another example of a member having a thin film solid electrolyte material, as shown in FIG. 1B, a sulfide solid electrolyte material 3 and a thin film formed on the surface of the sulfide solid electrolyte material 3 What has the solid electrolyte material 1 can be mentioned. Also in this case, similarly to the above, the solid electrolyte material 1 functions as a coat portion that suppresses the generation of a high resistance layer caused by the reaction between the sulfide solid electrolyte material 3 and the oxide positive electrode active material (not shown). As another example of a member having a thin-film solid electrolyte material, as shown in FIG. 1C, a positive electrode active material layer 4 containing an oxide positive electrode active material, a thin-film solid electrolyte material 1, sulfide A power generation element in which the sulfide solid electrolyte layer 5 and the negative electrode active material layer 6 containing the solid electrolyte material are arranged in this order can be given. Also in this case, as described above, the solid electrolyte material 1 functions as a coat portion that suppresses the generation of a high resistance layer generated between the positive electrode active material layer 4 and the sulfide solid electrolyte layer 5.

一方、粒子状の固体電解質材料を有する部材の一例としては、図1(d)に示すように、酸化物正極活物質を含有する正極活物質層4、圧縮成形された粒子状の固体電解質材料1および負極活物質層6がこの順に配置された発電要素を挙げることができる。この場合、固体電解質材料1は、固体電解質層として機能する。また、粒子状の固体電解質材料は、正極活物質層や負極活物質層に添加しても良い。本発明においては、図1(a)〜(d)に示すような部材を提供することもできる。また、コート部の厚さについては、後述する「B.正極活物質材料」に記載する厚さと同様である。   On the other hand, as an example of a member having a particulate solid electrolyte material, as shown in FIG. 1 (d), a positive electrode active material layer 4 containing an oxide positive electrode active material, a compression-molded particulate solid electrolyte material A power generation element in which 1 and the negative electrode active material layer 6 are arranged in this order can be given. In this case, the solid electrolyte material 1 functions as a solid electrolyte layer. The particulate solid electrolyte material may be added to the positive electrode active material layer or the negative electrode active material layer. In the present invention, members as shown in FIGS. 1A to 1D can also be provided. Further, the thickness of the coat portion is the same as the thickness described in “B. Positive electrode active material” described later.

B.正極活物質材料
次に、本発明の正極活物質材料について説明する。本発明の正極活物質材料は、酸化物正極活物質と、上記酸化物正極活物質の表面上に形成されたコート部とを有する正極活物質材料であって、上記コート部が、上述した固体電解質材料からなることを特徴とするものである。
B. Next, the positive electrode active material of the present invention will be described. The positive electrode active material of the present invention is a positive electrode active material having an oxide positive electrode active material and a coat portion formed on the surface of the oxide positive electrode active material, wherein the coat portion is the solid described above. It consists of an electrolyte material.

本発明によれば、コート部を設けることで、酸化物正極活物質と硫化物固体電解質材料との反応で生じる高抵抗層の発生を抑制でき、さらに、コート部のLiイオン伝導性が高いため、酸化物正極活物質と硫化物固体電解質材料との間の界面抵抗を低減することができる。酸化物正極活物質と硫化物固体電解質材料とが接触すると、両者が反応し、その反応生成物が高抵抗層として働くと考えられる。これに対して、上述した固体電解質材料からなるコート部を設けることで、高抵抗層の発生を抑制でき、界面抵抗の低減を図ることができるのである。   According to the present invention, the provision of the coating portion can suppress the generation of a high resistance layer caused by the reaction between the oxide positive electrode active material and the sulfide solid electrolyte material, and furthermore, the coating portion has high Li ion conductivity. The interface resistance between the oxide positive electrode active material and the sulfide solid electrolyte material can be reduced. When the oxide positive electrode active material and the sulfide solid electrolyte material come into contact with each other, it is considered that both react and the reaction product acts as a high resistance layer. On the other hand, by providing the coat portion made of the above-described solid electrolyte material, the generation of the high resistance layer can be suppressed and the interface resistance can be reduced.

図2は、本発明の正極活物質材料の一例を示す概略断面図である。図2に示される正極活物質材料10は、酸化物正極活物質2と、酸化物正極活物質2の表面上に形成され、上述した固体電解質材料からなるコート部1aとを有するものである。   FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing an example of the positive electrode active material of the present invention. A positive electrode active material 10 shown in FIG. 2 has an oxide positive electrode active material 2 and a coat portion 1a formed on the surface of the oxide positive electrode active material 2 and made of the above-described solid electrolyte material.

1.コート部
本発明におけるコート部は、上述した固体電解質材料からなるものである。固体電解質材料については、上記「A.固体電解質材料」に記載した内容と同様であるので、ここでの記載は省略する。コート部の平均厚さは、例えば0.1nm〜30nmの範囲内であることが好ましく、1nm〜15nmの範囲内であることがより好ましい。平均厚さが小さすぎると、高抵抗層の生成を効果的に抑制できない可能性があり、平均厚さが大きすぎると、イオン伝導性が低下する可能性があるからである。また、酸化物正極活物質の表面におけるコート部の被覆率は、例えば、50%以上であり、75%〜95%の範囲内であることが好ましい。上記範囲内であれば、高抵抗層の生成をさらに効果的に抑制できるからである。
1. Coat part The coat part in this invention consists of a solid electrolyte material mentioned above. The solid electrolyte material is the same as the contents described in the above “A. Solid electrolyte material”, and the description thereof is omitted here. The average thickness of the coat part is, for example, preferably in the range of 0.1 nm to 30 nm, and more preferably in the range of 1 nm to 15 nm. This is because if the average thickness is too small, the generation of the high resistance layer may not be effectively suppressed, and if the average thickness is too large, the ionic conductivity may be reduced. Moreover, the coverage of the coating part in the surface of an oxide positive electrode active material is 50% or more, for example, and it is preferable to exist in the range of 75%-95%. It is because the production | generation of a high resistance layer can be suppressed more effectively if it is in the said range.

2.酸化物正極活物質
次に、本発明における酸化物正極活物質について説明する。本発明においては、酸化物正極活物質を用いることにより、例えば、エネルギー密度の高い全固体電池を得ることができる。酸化物正極活物質としては、例えば、一般式Li(Mは遷移金属元素であり、x=0.02〜2.2、y=1〜2、z=1.4〜4)で表される正極活物質を挙げることができる。上記一般式において、Mは、Co、Mn、Ni、V、FeおよびSiからなる群から選択される少なくとも一種であることが好ましく、Co、NiおよびMnからなる群から選択される少なくとも一種であることがより好ましい。このような酸化物正極活物質としては、具体的には、LiCoO、LiMnO、LiNiO、LiVO、LiNi1/3Co1/3Mn1/3、LiMn、Li(Ni0.5Mn1.5)O、LiFeSiO、LiMnSiO等を挙げることができる。また、上記一般式Li以外の正極活物質としては、LiFePO、LiMnPO等のオリビン型正極活物質を挙げることができる。
2. Next, the oxide cathode active material in the present invention will be described. In the present invention, by using an oxide positive electrode active material, for example, an all-solid battery having a high energy density can be obtained. Examples of the oxide positive electrode active material include a general formula Li x M y O z (M is a transition metal element, x = 0.02 to 2.2, y = 1 to 2, z = 1.4 to 4). ) Can be used as the positive electrode active material. In the above general formula, M is preferably at least one selected from the group consisting of Co, Mn, Ni, V, Fe and Si, and is at least one selected from the group consisting of Co, Ni and Mn. It is more preferable. As such an oxide positive electrode active material, specifically, LiCoO 2 , LiMnO 2 , LiNiO 2 , LiVO 2 , LiNi 1/3 Co 1/3 Mn 1/3 O 2 , LiMn 2 O 4 , Li ( Ni 0.5 Mn 1.5) O 4, Li 2 FeSiO 4, Li 2 MnSiO 4 , and the like. Examples of the positive electrode active material other than the above general formula Li x M y O z include olivine-type positive electrode active materials such as LiFePO 4 and LiMnPO 4 .

酸化物正極活物質の形状としては、例えば粒子形状を挙げることができ、中でも真球状または楕円球状であることが好ましい。また、酸化物正極活物質が粒子形状である場合、その平均粒径は、0.1μm〜50μmの範囲内であることが好ましい。   Examples of the shape of the oxide positive electrode active material include a particle shape, and among them, a true spherical shape or an elliptical spherical shape is preferable. Moreover, when an oxide positive electrode active material is a particle shape, it is preferable that the average particle diameter exists in the range of 0.1 micrometer-50 micrometers.

3.その他
本発明の正極活物質材料は、コート部を有するため、酸化物正極活物質と硫化物固体電解質材料との反応で生じる高抵抗層の発生を抑制できる。硫化物固体電解質材料としては、例えば、Li、Sおよび第三成分Aを有するもの等を挙げることができる。第三成分Aとしては、例えばP、Ge、B、Si、I、Al、GaおよびAsからなる群より選択される少なくとも一種を挙げることができる。中でも、本発明においては、硫化物固体電解質材料が、LiSと、LiS以外の硫化物MSとを用いた化合物であることが好ましい。具体的には、LiS−P化合物、LiS−SiS化合物、LiS−GeS化合物等を挙げることができ、中でもLiS−P化合物が好ましい。Liイオン伝導性が高いからである。さらに、LiSおよび硫化物MSとのモル比を、xLiS−(100−x)MSとした場合、xは、50≦x≦95の関係を満たすことが好ましく、60≦x≦85の関係を満たすことがより好ましい。なお、LiS−P化合物は、LiSおよびPを用いた硫化物固体電解質材料を意味する。その他の化合物についても同様である。例えば、LiSおよびPを用いて、メカニカルミリング法または溶融急冷法を行うことで、非晶質のLiS−P化合物を得ることができる。また、本発明の硫化物固体電解質材料は、非晶質であっても良く、結晶質であっても良い。結晶質の硫化物固体電解質材料は、例えば、非晶質の硫化物固体電解質材料を焼成することで得ることができる。また、本発明の硫化物固体電解質材料は、架橋硫黄を有することが好ましい。硫化物固体電解質材料のLiイオン伝導性が高いからである。また、架橋硫黄を有する場合、高抵抗層が発生しやすい。特に本発明においては、硫化物固体電解質材料が、Li11であることが好ましい。Liイオン伝導性が高いからである。
3. Others Since the positive electrode active material of the present invention has a coat portion, it is possible to suppress the generation of a high resistance layer caused by the reaction between the oxide positive electrode active material and the sulfide solid electrolyte material. Examples of the sulfide solid electrolyte material include those having Li, S, and the third component A. Examples of the third component A include at least one selected from the group consisting of P, Ge, B, Si, I, Al, Ga, and As. Among them, in the present invention, the sulfide solid electrolyte material is preferably a compound using Li 2 S and sulfide MS other than Li 2 S. Specifically, Li 2 S-P 2 S 5 compound, Li 2 S-SiS 2 compound, or the like can be mentioned Li 2 S-GeS 2 compounds, among them Li 2 S-P 2 S 5 compound. This is because the Li ion conductivity is high. Furthermore, when the molar ratio between Li 2 S and sulfide MS is xLi 2 S- (100-x) MS, x preferably satisfies the relationship 50 ≦ x ≦ 95, and 60 ≦ x ≦ 85. It is more preferable to satisfy the relationship. Incidentally, Li 2 S-P 2 S 5 compound means a sulfide solid electrolyte material using Li 2 S and P 2 S 5. The same applies to other compounds. For example, an amorphous Li 2 S—P 2 S 5 compound can be obtained by performing a mechanical milling method or a melt quenching method using Li 2 S and P 2 S 5 . Further, the sulfide solid electrolyte material of the present invention may be amorphous or crystalline. The crystalline sulfide solid electrolyte material can be obtained, for example, by firing an amorphous sulfide solid electrolyte material. Moreover, it is preferable that the sulfide solid electrolyte material of this invention has bridge | crosslinking sulfur. This is because the sulfide solid electrolyte material has high Li ion conductivity. Moreover, when it has bridge | crosslinking sulfur, a high resistance layer is easy to generate | occur | produce. In particular, in the present invention, it is preferable that the sulfide solid electrolyte material is Li 7 P 3 S 11 . This is because the Li ion conductivity is high.

また、本発明の正極活物質材料は、リチウム電池に用いることができる。すなわち、本発明においては、上述した正極活物質材料を含有する正極活物質層を有することを特徴とするリチウム電池を提供することができる。また、上記リチウム電池は、電解液を有するリチウム電池であっても良く、全固体リチウム電池であっても良い。さらに、上記リチウム電池は、正極活物質層または固体電解質層に、硫化物固体電解質材料を含有することが好ましい。   Moreover, the positive electrode active material of this invention can be used for a lithium battery. That is, in the present invention, it is possible to provide a lithium battery characterized by having a positive electrode active material layer containing the above-described positive electrode active material. The lithium battery may be a lithium battery having an electrolytic solution or an all-solid lithium battery. Furthermore, the lithium battery preferably contains a sulfide solid electrolyte material in the positive electrode active material layer or the solid electrolyte layer.

C.固体電解質材料の製造方法
次に、本発明の固体電解質材料の製造方法について説明する。本発明の固体電解質材料の製造方法は、上述した固体電解質材料の製造方法であって、LiアルコキシドおよびNbアルコキシドを含有する原料溶液を加水分解し、ニオブ酸リチウムの前駆体溶液を調製する調製工程と、上記前駆体溶液を用いてニオブ酸リチウムの前駆体膜を形成する前駆体膜形成工程と、上記前駆体膜を、345℃〜355℃の範囲内の温度、および4時間〜6時間の範囲内の時間で熱処理する熱処理工程と、を有することを特徴とするものである。
C. Next, a method for producing a solid electrolyte material of the present invention will be described. The method for producing a solid electrolyte material of the present invention is a method for producing the above-described solid electrolyte material, wherein the raw material solution containing Li alkoxide and Nb alkoxide is hydrolyzed to prepare a precursor solution of lithium niobate. A precursor film forming step of forming a precursor film of lithium niobate using the precursor solution, and the precursor film at a temperature in the range of 345 ° C. to 355 ° C., and for 4 hours to 6 hours. And a heat treatment step of performing heat treatment for a time within the range.

本発明によれば、上記の条件で熱処理を行うことにより、Liイオン伝導性が極めて高い固体電解質材料を得ることができる。なお、本発明により固体電解質材料については、上記「A.固体電解質材料」に記載した内容と同様である。   According to the present invention, a solid electrolyte material having extremely high Li ion conductivity can be obtained by performing heat treatment under the above conditions. In addition, about the solid electrolyte material by this invention, it is the same as that of the content described in the said "A. solid electrolyte material".

図3は、本発明の固体電解質材料の製造方法の一例を示す概略断面図である。より具体的には、ゾルゲル法により、酸化物正極活物質の表面上に形成された固体電解質材料の製造方法を示すものである。図3においては、リチウムエトキシド、ペンタエトキシニオブおよびエタノールを含有する原料溶液に、エタノールで希釈した水を添加し撹拌することで加水分解を行い、ニオブ酸リチウムの前駆体溶液を予め調製しておく。次に、酸化物正極活物質2を用意し(図3(a))、酸化物正極活物質2の表面に前駆体溶液を塗布し、乾燥することで、前駆体膜1bを形成する(図3(b))。その後、前駆体膜1bを有する酸化物正極活物質2に対して、所定の条件で熱処理を行い、酸化物正極活物質2の表面上に、薄膜状の固体電解質材料1を形成する。なお、図3に示す固体電解質材料の製造方法は、上述した正極活物質材料10の製造方法とみなすこともできる。
以下、本発明の固体電解質材料の製造方法について、工程ごとに説明する。
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing an example of a method for producing a solid electrolyte material of the present invention. More specifically, a method for producing a solid electrolyte material formed on the surface of an oxide positive electrode active material by a sol-gel method is shown. In FIG. 3, a raw material solution containing lithium ethoxide, pentaethoxyniobium and ethanol is hydrolyzed by adding water diluted with ethanol and stirring to prepare a precursor solution of lithium niobate in advance. deep. Next, an oxide positive electrode active material 2 is prepared (FIG. 3A), a precursor solution is applied to the surface of the oxide positive electrode active material 2, and dried to form a precursor film 1b (FIG. 3). 3 (b)). Thereafter, the oxide positive electrode active material 2 having the precursor film 1b is subjected to heat treatment under predetermined conditions to form a thin-film solid electrolyte material 1 on the surface of the oxide positive electrode active material 2. Note that the method for manufacturing the solid electrolyte material shown in FIG. 3 can also be regarded as the method for manufacturing the positive electrode active material 10 described above.
Hereafter, the manufacturing method of the solid electrolyte material of this invention is demonstrated for every process.

1.調製工程
本発明における調製工程は、LiアルコキシドおよびNbアルコキシドを含有する原料溶液を加水分解し、ニオブ酸リチウムの前駆体溶液を調製する工程である。上記原料溶液は、LiアルコキシドおよびNbアルコキシドを少なくとも含有し、さらに通常は、溶媒を含有するものである。Liアルコキシドとしては、例えばリチウムメトキシド、リチウムエトキシド等を挙げることができる。一方、Nbアルコキシドとしては、例えばペンタメトキシニオブ、ペンタエトキシニオブ、ペンタプロポキシニオブ、ペンタブトキシニオブ等を挙げることができる。また、原料溶液に含まれるLiアルコキシドおよびNbアルコキシドの割合は、目的とするニオブ酸リチウムの組成に応じて適宜選択することが好ましい。通常、Liアルコキシドに含まれるLiと、Nbアルコキシドに含まれるNbとのモル比に着目して、LiアルコキシドおよびNbアルコキシドの割合を決定する。さらに、LiおよびNbのモル比は、上述したLiおよびNbの数値範囲と同様の範囲内にあることが好ましい。
1. Preparation Step The preparation step in the present invention is a step of preparing a precursor solution of lithium niobate by hydrolyzing a raw material solution containing Li alkoxide and Nb alkoxide. The raw material solution contains at least Li alkoxide and Nb alkoxide, and usually contains a solvent. Examples of the Li alkoxide include lithium methoxide and lithium ethoxide. On the other hand, examples of the Nb alkoxide include pentamethoxyniobium, pentaethoxyniobium, pentapropoxyniobium and pentaboxyniobium. Moreover, it is preferable to select suitably the ratio of Li alkoxide and Nb alkoxide contained in a raw material solution according to the composition of the target lithium niobate. Usually, the ratio of Li alkoxide and Nb alkoxide is determined by paying attention to the molar ratio of Li contained in Li alkoxide and Nb contained in Nb alkoxide. Furthermore, the molar ratio of Li and Nb is preferably in the same range as the numerical range of Li and Nb described above.

また、本発明における原料溶液は、通常、溶媒を含有する。溶媒は、LiアルコキシドおよびNbアルコキシドを溶解・分散させることができるものであれば特に限定されるものではないが、例えば、メタノール、エタノール、1−プロパノール、2−プロパノール、1−ブタノール、2−ブタノール等を挙げることができる。さらに、本発明においては、LiアルコキシドおよびNbアルコキシドを溶媒に溶解させた後に、撹拌・還流することが好ましい。これにより、LiアルコキシドおよびNbアルコキシドの複合アルコキシドを得ることができる。   In addition, the raw material solution in the present invention usually contains a solvent. The solvent is not particularly limited as long as it can dissolve and disperse Li alkoxide and Nb alkoxide. For example, methanol, ethanol, 1-propanol, 2-propanol, 1-butanol, 2-butanol Etc. Furthermore, in the present invention, it is preferred that Li alkoxide and Nb alkoxide are dissolved in a solvent and then stirred and refluxed. Thereby, the composite alkoxide of Li alkoxide and Nb alkoxide can be obtained.

本発明においては、原料溶液を加水分解し、ニオブ酸リチウムの前駆体溶液を得る。原料溶液を加水分解する方法としては、例えば、水を含む含水溶液を用意し、この含水溶液を原料溶液に添加し混合する方法等を挙げることができる。含水溶液の溶媒は、原料溶液の溶媒と同一にすることが好ましい。また、用いられる水は、炭酸を除去した脱炭酸水であることが好ましい。さらに、本発明においては、加水分解反応のために、撹拌・還流を行っても良い。また、前駆体溶液に含まれるLiの割合は、例えば0.05mol/kg〜1.0mol/kgの範囲内、中でも0.1mol/kg〜0.6mol/kgの範囲内であることが好ましい。なお、前駆体溶液に含まれるNbの割合についても同様である。   In the present invention, the raw material solution is hydrolyzed to obtain a precursor solution of lithium niobate. Examples of the method for hydrolyzing the raw material solution include a method in which an aqueous solution containing water is prepared, and the aqueous solution is added to the raw material solution and mixed. The solvent of the aqueous solution is preferably the same as the solvent of the raw material solution. The water used is preferably decarbonated water from which carbonic acid has been removed. Furthermore, in this invention, you may stir and reflux for a hydrolysis reaction. Moreover, the ratio of Li contained in the precursor solution is, for example, preferably in the range of 0.05 mol / kg to 1.0 mol / kg, and more preferably in the range of 0.1 mol / kg to 0.6 mol / kg. The same applies to the proportion of Nb contained in the precursor solution.

2.前駆体膜形成工程
本発明における前駆体膜形成工程は、上記前駆体溶液を用いてニオブ酸リチウムの前駆体膜を形成する工程である。ニオブ酸リチウムの前駆体膜を形成する方法は、特に限定されるものではないが、例えば、前駆体溶液を塗布して乾燥させる方法を挙げることができる。前駆体溶液を塗布する方法としては、例えば、スプレー法、引き上げ法、スピンコーティング法等を挙げることができる。なお、ここでいう引き上げ法とは、前駆体溶液に被塗布体を浸漬させ、被塗布体を引き上げることで、被塗布体の表面上に前駆体溶液を塗布する方法である。また、前駆体溶液の被塗布体としては、特に限定されるものではなく、例えば、上述した図1(a)、(b)に示すように、酸化物正極活物質2および硫化物固体電解質材料3等を挙げることができる。この場合、転動流動層を有するコート装置を用いて、酸化物正極活物質2の表面上に前駆体溶液を塗布しても良い。また、前駆体溶液の塗布量は、目的とする固体電解質材料の厚さに応じて、適宜選択することが好ましい。さらに、本発明においては、前駆体溶液を塗布した後に、前駆体溶液の乾燥を行うことが好ましい。
2. Precursor film formation process The precursor film formation process in this invention is a process of forming the precursor film | membrane of lithium niobate using the said precursor solution. The method for forming the lithium niobate precursor film is not particularly limited, and examples thereof include a method in which a precursor solution is applied and dried. Examples of the method for applying the precursor solution include a spray method, a pulling method, and a spin coating method. In addition, the pulling-up method here is a method of applying the precursor solution on the surface of the coated body by immersing the coated body in the precursor solution and pulling up the coated body. The precursor solution to be coated is not particularly limited. For example, as shown in FIGS. 1A and 1B described above, the oxide positive electrode active material 2 and the sulfide solid electrolyte material are used. 3 etc. can be mentioned. In this case, you may apply | coat a precursor solution on the surface of the oxide positive electrode active material 2 using the coating apparatus which has a rolling fluidized bed. Moreover, it is preferable to select suitably the application quantity of a precursor solution according to the thickness of the target solid electrolyte material. Furthermore, in this invention, it is preferable to dry a precursor solution after apply | coating a precursor solution.

3.熱処理工程
本発明における熱処理工程は、上記前駆体膜を、345℃〜355℃の範囲内の温度、および4時間〜6時間の範囲内の時間で熱処理する工程である。さらに、熱処理の温度は、348℃〜352℃の範囲内であることが好ましい。また、熱処理の時間は、4.9時間〜5.1時間の範囲内であることが好ましい。また、本発明においては、まず室温から昇温を行い、次に上述した温度および時間の範囲内で熱処理を行い、最後に室温まで降温させる。すなわち、本発明における熱処理の時間は、通常、昇温時間および降温時間を含まない保持時間である。また、本発明においては、通常、酸素を含む雰囲気下で熱処理を行い、中でも大気雰囲気下で熱処理を行うことが好ましい。
3. Heat treatment step The heat treatment step in the present invention is a step of heat-treating the precursor film at a temperature within a range of 345 ° C to 355 ° C and a time within a range of 4 hours to 6 hours. Furthermore, it is preferable that the temperature of heat processing exists in the range of 348 degreeC-352 degreeC. The heat treatment time is preferably in the range of 4.9 hours to 5.1 hours. In the present invention, first, the temperature is raised from room temperature, then heat treatment is performed within the above-described temperature and time ranges, and finally the temperature is lowered to room temperature. That is, the heat treatment time in the present invention is usually a holding time that does not include the temperature raising time and the temperature lowering time. In the present invention, the heat treatment is usually performed in an atmosphere containing oxygen, and it is particularly preferable to perform the heat treatment in an air atmosphere.

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は、例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。   The present invention is not limited to the above embodiment. The above-described embodiment is an exemplification, and the present invention has substantially the same configuration as the technical idea described in the claims of the present invention, and any device that exhibits the same function and effect is the present invention. It is included in the technical scope of the invention.

以下に実施例を示して本発明をさらに具体的に説明する。   Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples.

[実施例1]
(LiNbOの前駆体溶液の作製)
まず、不活性ガス雰囲気中で、リチウムエトキシド(LiOC)とペンタエトキシニオブ(Nb(OC)とを、Li:Nbのmol数の比が1:1となるように混合した。次に、不活性ガス雰囲気中で、得られた混合物を脱水・精製したエタノール中に溶解させた。次に、不活性ガス雰囲気中で、24時間撹拌・還流を行い、複合アルコキシドを得た。その後、得られた複合アルコキシドに、適量のエタノールで希釈した脱炭酸水を滴下して、加水分解を行った。次に、さらに撹拌・還流を続け、加水分解反応を完了させた。その後、エタノールを蒸発させ、LiNbOの前駆体溶液の濃度を0.2mol/Lにした。これにより、LiNbOの前駆体溶液を得た。
[Example 1]
(Preparation of LiNbO 3 precursor solution)
First, in an inert gas atmosphere, lithium ethoxide (LiOC 2 H 5 ) and pentaethoxyniobium (Nb (OC 2 H 5 ) 5 ) are mixed so that the molar ratio of Li: Nb is 1: 1. Mixed. Next, the obtained mixture was dissolved in dehydrated and purified ethanol in an inert gas atmosphere. Next, stirring and refluxing were performed for 24 hours in an inert gas atmosphere to obtain a composite alkoxide. Thereafter, decarboxylated water diluted with an appropriate amount of ethanol was added dropwise to the obtained composite alkoxide to perform hydrolysis. Next, stirring and refluxing were further continued to complete the hydrolysis reaction. Thereafter, ethanol was evaporated, and the concentration of the precursor solution of LiNbO 3 was adjusted to 0.2 mol / L. Thereby, a precursor solution of LiNbO 3 was obtained.

(評価用薄膜の作製)
まず、ガラス/絶縁膜/金で構成された既製のくし型電極を用意した。次に、上記で得られたLiNbOの前駆体溶液に、くし型電極を浸漬させた。その後、くし型電極を一定速度で引き上げる引き上げ法を用いて、くし型電極上に、前駆体薄膜を形成した。次に、前駆体薄膜が形成されたくし型電極を大気雰囲気中・室温下で1日放置し、乾燥させた。次に、乾燥させたくし型電極を、350℃、5時間の条件で熱処理を行った。なお、熱処理は以下の手順で行った。すなわち、まず大気雰囲気中・室温下にあるくし型電極を、350℃に設定された大気雰囲気の熱処理室に移動し、5時間放置した。次に、熱処理したくし型電極を、大気雰囲気中・室温下に戻し、くし型電極の温度が室温と同程度になるまで放置した。これにより、厚さ約100nmの薄膜状のニオブ酸リチウム(固体電解質材料)を得た。
(Preparation of evaluation thin film)
First, a ready-made comb electrode composed of glass / insulating film / gold was prepared. Next, the comb electrode was immersed in the precursor solution of LiNbO 3 obtained above. Thereafter, a precursor thin film was formed on the comb electrode by using a pulling method in which the comb electrode was pulled up at a constant speed. Next, the comb electrode on which the precursor thin film was formed was left to stand in an air atmosphere / room temperature for one day and dried. Next, the dried comb-shaped electrode was heat-treated at 350 ° C. for 5 hours. The heat treatment was performed according to the following procedure. That is, first, a comb-shaped electrode in an air atmosphere / room temperature was moved to an air atmosphere heat treatment chamber set at 350 ° C. and left for 5 hours. Next, the comb-shaped electrode subjected to the heat treatment was returned to the atmosphere and at room temperature, and was left until the temperature of the comb-shaped electrode became approximately the same as room temperature. Thereby, a thin film lithium niobate (solid electrolyte material) having a thickness of about 100 nm was obtained.

[比較例1−1〜1−4]
熱処理の条件を、それぞれ200℃、10時間の条件、300℃、2時間の条件、350℃、2時間の条件、400℃、2時間の条件に変更したこと以外は、実施例1と同様にして、ニオブ酸リチウム(固体電解質材料)を得た。
[Comparative Examples 1-1 to 1-4]
Except that the heat treatment conditions were changed to 200 ° C, 10 hours, 300 ° C, 2 hours, 350 ° C, 2 hours, 400 ° C, 2 hours, respectively. Thus, lithium niobate (solid electrolyte material) was obtained.

[評価]
(X線回折測定)
実施例1、比較例1−1〜1−4で得られた固体電解質材料に対して、X線回折(XRD)測定を行った。その結果を図4に示す。図4に示されるように、実施例1および比較例1−4では、2θ=23.7°±2.0°、32.7°±2.0°、34.8°±2.0°、38.9°±2.0°、40.1°±2.0°、42.5°±2.0°の第一のX線回折ピーク群と、2θ=25.5°±0.5°、27.8°±1.0°、31.0°±0.8°、32.0°±0.8°の第二のX線回折ピーク群とが確認された。一方、比較例1−1〜1−3では上記の全てのピークは検出されなかった。なお、上記結果より、得られた固体電解質材料は、LiNbO単相であることが確認された。また、高温で加熱するほど、平坦な部分が減り、各結晶面に対応するピークが大きく、かつ狭くなることから、熱処理により結晶化が進行することがわかった。
[Evaluation]
(X-ray diffraction measurement)
X-ray diffraction (XRD) measurement was performed on the solid electrolyte materials obtained in Example 1 and Comparative Examples 1-1 to 1-4. The result is shown in FIG. As shown in FIG. 4, in Example 1 and Comparative Example 1-4, 2θ = 23.7 ° ± 2.0 °, 32.7 ° ± 2.0 °, 34.8 ° ± 2.0 °. 38.9 ° ± 2.0 °, 40.1 ° ± 2.0 °, 42.5 ° ± 2.0 °, first X-ray diffraction peak group, and 2θ = 25.5 ° ± 0. A second X-ray diffraction peak group of 5 °, 27.8 ° ± 1.0 °, 31.0 ° ± 0.8 °, 32.0 ° ± 0.8 ° was confirmed. On the other hand, in Comparative Examples 1-1 to 1-3, all the above peaks were not detected. Incidentally, from the above results, the obtained solid electrolyte material, it was confirmed that a LiNbO 3 single phase. In addition, it was found that the crystallization progresses by heat treatment because the flat portion decreases and the peak corresponding to each crystal plane becomes larger and narrower as the temperature is higher.

また、上記のように、実施例1および比較例1−4には、第二のX線回折ピーク群が確認された。そこで、2θ=23.7°±2.0°のX線回折ピークの強度をIとし、2θ=25.5°±0.5°のX線回折ピークの強度をIとして、I/Iの値を求めた。その結果、実施例1ではI/I=8.0であり、比較例1−4では、I/I=14.5であった。 Further, as described above, the second X-ray diffraction peak group was confirmed in Example 1 and Comparative Example 1-4. Therefore, assuming that the intensity of the X-ray diffraction peak at 2θ = 23.7 ° ± 2.0 ° is I A and the intensity of the X-ray diffraction peak at 2θ = 25.5 ° ± 0.5 ° is I B , I A / I was determined the value of I B. As a result, in Example 1, I A / I B = 8.0, and in Comparative Example 1-4, I A / I B = 14.5.

(Liイオン伝導性)
実施例1、比較例1−1〜1−4で得られた固体電解質材料に対して、定常直流分極状態での交流インピーダンス法により、Liイオン伝導性を評価した。その結果を図5〜図7に示す。図5〜図7において、零点に一番近い半円又は円弧の直径の逆数が、Liイオン伝導度に比例する。それらの直径を示したものを表1に示す。
(Li ion conductivity)
Li ion conductivity was evaluated for the solid electrolyte materials obtained in Example 1 and Comparative Examples 1-1 to 1-4 by the AC impedance method in a steady DC polarization state. The results are shown in FIGS. 5-7, the reciprocal of the diameter of the semicircle or arc closest to the zero is proportional to the Li ion conductivity. Those diameters are shown in Table 1.

表1に示されるように、実施例1においては、インピーダンスの値が顕著に低く、Liイオン伝導性が極めて高いことが確認された。   As shown in Table 1, in Example 1, it was confirmed that the impedance value was remarkably low and the Li ion conductivity was extremely high.

[実施例2]
まず、強誘電相LiNbOのX線回折結果に対して、リードベルト解析を行い、結晶構造の既存の同定結果を元に、結晶構造データを作成した。次に、その結晶構造データを元にして、平面波基底の密度汎関数法を用いて、最安定構造データの作製を行った。得られた最安定結晶構造データに対して、既存のLi−Nb−O系のポテンシャル関数を用いて、分子動力学計算で条件を変更しながらmelt-quench法を適用して、LiNbOのアモルファス構造データを作製した。アモルファス性の評価は、得られたアモルファス結晶構造データを用いて、(1)結晶化率、(2)XRDスペクトル、(3)結晶構造のNb−O結合の多面体表示による定性評価により行った。作製した単結晶構造・アモルファス構造の一部の多面体構造を図8に示す。
[Example 2]
First, a lead belt analysis was performed on the X-ray diffraction result of the ferroelectric phase LiNbO 3 , and crystal structure data was created based on the existing identification result of the crystal structure. Next, based on the crystal structure data, the most stable structure data was prepared using the density functional theory based on plane waves. The obtained most stable crystal structure data, with the potential function of the existing Li-Nb-O system, by applying the melt-quench method while changing the condition in molecular dynamics calculations, amorphous LiNbO 3 Structural data was prepared. The amorphous property was evaluated by qualitative evaluation by polyhedral display of (1) crystallization rate, (2) XRD spectrum, and (3) Nb—O bond of the crystal structure, using the obtained amorphous crystal structure data. FIG. 8 shows a partial polyhedral structure of the produced single crystal structure / amorphous structure.

また、実施例1の実測値データを含むXRDスペクトルシミュレーション結果を図9に示す。図7、図8および図9より、LiNbO単結晶のXRDスペクトルのピークは、NbO四面体の微小構造に起因することが判明した。結晶化率が約85%の場合、XRDシミュレーションスペクトルは、非常にピークの多いものとなった。なお、実測では分解能の都合上ブロードなものとして観測されることになると考えられ、この場合でもNbO四面体構造が保持されていることがわかった。この場合、多面体構造の観察結果からLiイオン伝導パスは非常に少ないことがわかり、実測でもLiイオン伝導度は小さいことが確認された。一方、結晶化率が約95%の場合、XRDスペクトルの実測およびシミュレーションが相似のものとなり、かつ、単結晶の特徴的なピークも有していた。この場合の多面体構造を観察すると、NbO四面体が規則性を持って超イオン伝導体AgIに類似した構造となり、Liイオン伝導パスが生成し、実測でもLiイオン伝導度は高いことが確認された。 Moreover, the XRD spectrum simulation result including the actual measurement value data of Example 1 is shown in FIG. 7, 8, and 9, it was found that the peak of the XRD spectrum of the LiNbO 3 single crystal was caused by the microstructure of the NbO 3 tetrahedron. When the crystallization rate was about 85%, the XRD simulation spectrum had very many peaks. In the actual measurement, it is considered that the observation is made broad for the sake of resolution, and it was found that the NbO 3 tetrahedral structure is retained even in this case. In this case, it was found from the observation result of the polyhedral structure that the Li ion conduction path was very small, and it was confirmed that the Li ion conductivity was small even by actual measurement. On the other hand, when the crystallization rate was about 95%, the actual measurement and simulation of the XRD spectrum were similar and had a characteristic peak of a single crystal. When the polyhedral structure in this case is observed, it is confirmed that the NbO 3 tetrahedron has regularity and a structure similar to the superionic conductor AgI, a Li ion conduction path is generated, and the Li ion conductivity is high even in actual measurement. It was.

1 … 固体電解質材料
1a … コート部
1b … 前駆体膜
2 … 酸化物正極活物質
3 … 硫化物固体電解質材料
4 … 正極活物質層
5 … 硫化物固体電解質層
6 … 負極活物質層
10 … 正極活物質材料
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Solid electrolyte material 1a ... Coating part 1b ... Precursor film | membrane 2 ... Oxide positive electrode active material 3 ... Sulfide solid electrolyte material 4 ... Positive electrode active material layer 5 ... Sulfide solid electrolyte layer 6 ... Negative electrode active material layer 10 ... Positive electrode Active material

Claims (3)

ニオブ酸リチウムからなる固体電解質材料であって、
2θ=23.7°±2.0°、32.7°±2.0°、34.8°±2.0°、38.9°±2.0°、40.1°±2.0°、42.5°±2.0°の第一のX線回折ピーク群と、2θ=25.5°±0.5°、27.8°±1.0°、31.0°±0.8°、32.0°±0.8°の第二のX線回折ピーク群とを有し、
前記2θ=23.7°±2.0°のX線回折ピークの強度をIとし、前記2θ=25.5°±0.5°のX線回折ピークの強度をIとした場合に、I/I≦12.0の関係を満たすことを特徴とする固体電解質材料。
A solid electrolyte material made of lithium niobate,
2θ = 23.7 ° ± 2.0 °, 32.7 ° ± 2.0 °, 34.8 ° ± 2.0 °, 38.9 ° ± 2.0 °, 40.1 ° ± 2.0 °, first X-ray diffraction peak group of 42.5 ° ± 2.0 °, 2θ = 25.5 ° ± 0.5 °, 27.8 ° ± 1.0 °, 31.0 ° ± 0 A second group of X-ray diffraction peaks at 8 °, 32.0 ° ± 0.8 °,
The intensity of X-ray diffraction peaks of the 2θ = 23.7 ° ± 2.0 ° and I A, the intensity of X-ray diffraction peaks of the 2θ = 25.5 ° ± 0.5 ° in the case of the I B A solid electrolyte material satisfying the relationship of I A / I B ≦ 12.0.
酸化物正極活物質と、前記酸化物正極活物質の表面上に形成されたコート部とを有する正極活物質材料であって、
前記コート部が、請求項1に記載の固体電解質材料からなることを特徴とする正極活物質材料。
A positive electrode active material having an oxide positive electrode active material and a coating portion formed on the surface of the oxide positive electrode active material,
The positive electrode active material, wherein the coat part is made of the solid electrolyte material according to claim 1.
請求項1に記載の固体電解質材料の製造方法であって、
LiアルコキシドおよびNbアルコキシドを含有する原料溶液を加水分解し、ニオブ酸リチウムの前駆体溶液を調製する調製工程と、
前記前駆体溶液を用いてニオブ酸リチウムの前駆体膜を形成する前駆体膜形成工程と、
前記前駆体膜を、345℃〜355℃の範囲内の温度、および4時間〜6時間の範囲内の時間で熱処理する熱処理工程と、
を有することを特徴とする固体電解質材料の製造方法。
It is a manufacturing method of the solid electrolyte material according to claim 1,
Hydrolyzing a raw material solution containing Li alkoxide and Nb alkoxide to prepare a precursor solution of lithium niobate;
A precursor film forming step of forming a precursor film of lithium niobate using the precursor solution;
A heat treatment step of heat treating the precursor film at a temperature within a range of 345 ° C. to 355 ° C. and a time within a range of 4 hours to 6 hours;
A method for producing a solid electrolyte material, comprising:
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