JP2011001221A - Method for producing sheet containing lithium phosphorus oxynitride compound - Google Patents

Method for producing sheet containing lithium phosphorus oxynitride compound Download PDF

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俊哉 齋藤
Eikan Oki
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for producing a sufficiently flexible sheet containing a lithium phosphorus oxynitride compound.SOLUTION: The present invention solves the problem by providing a method for producing a sheet containing a lithium phosphorus oxynitride compound comprising the preparation step of preparing a raw material composition containing a raw material compound having an Li element and a POskeleton, a nitrogen-containing compound which nitrides the raw material compound and has polymerizability, and a strong alkali compound, the synthesis step of obtaining a lithium phosphorus oxynitride compound-containing composition by performing the synthesis from the raw material composition into the lithium phosphorus oxynitride and the polymerization of the nitrogen-containing compound by firing the raw material composition, and the molding step of molding the lithium phosphorus oxynitride compound-containing composition into a sheet.

Description

本発明は、例えば固体電解質や活物質として有用な窒化リン酸リチウム化合物を含む窒化リン酸リチウム化合物含有シートの製造方法に関する。   The present invention relates to a method for producing a lithium nitride phosphate compound-containing sheet containing a lithium nitride phosphate compound useful as, for example, a solid electrolyte or an active material.

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、その電源として利用される電池の開発が重要視されている。また、自動車産業界等においても、電気自動車用あるいはハイブリッド自動車用の高出力かつ高容量の電池の開発が進められている。現在、種々の電池の中でも、エネルギー密度が高いという観点から、リチウム電池が注目を集めている。   With the rapid spread of information-related equipment and communication equipment such as personal computers, video cameras, and mobile phones in recent years, development of batteries that are used as power sources has been regarded as important. Also in the automobile industry and the like, development of high-power and high-capacity batteries for electric vehicles or hybrid vehicles is being promoted. Currently, lithium batteries are attracting attention from the viewpoint of high energy density among various batteries.

現在市販されているリチウム電池は、可燃性の有機溶剤を溶媒とする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、液体電解質を固体電解質に変えて、電池を全固体化した全固体型リチウム電池は、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ている。   The lithium battery currently on the market uses an organic electrolyte that uses a flammable organic solvent as a solvent. Improvement is required. In contrast, an all-solid-state lithium battery in which the liquid electrolyte is changed to a solid electrolyte to make the battery all solid does not use a flammable organic solvent in the battery. Excellent productivity.

このような固体電解質として、例えば酸化物固体電解質が知られているが、酸化物固体電解質は一般的にLiイオン伝導性が低いことが知られている。一方、酸化物固体電解質の中でも、LIPON(リン酸リチウムの窒化物の総称)は、高いLiイオン伝導性を有し、かつ、酸化還元に対して安定であるため、全固体型リチウム電池の固体電解質として注目されている。従来から、LIPONの合成方法として、幾つかの方法が知られている。   As such a solid electrolyte, for example, an oxide solid electrolyte is known, and it is generally known that an oxide solid electrolyte has low Li ion conductivity. On the other hand, among oxide solid electrolytes, LIPON (a general term for nitrides of lithium phosphate) has high Li ion conductivity and is stable against oxidation and reduction. It is attracting attention as an electrolyte. Conventionally, several methods are known as a synthesis method of LIPON.

例えば特許文献1においては、抵抗加熱蒸着法により、窒化リン酸リチウム薄膜を形成する方法が開示されている。また、特許文献2においては、リン酸リチウムおよび尿素を混合し、焼成することで、窒化リン酸リチウムを形成する方法が開示されている。   For example, Patent Document 1 discloses a method of forming a lithium nitride lithium phosphate thin film by resistance heating vapor deposition. Patent Document 2 discloses a method of forming lithium nitride lithium phosphate by mixing and firing lithium phosphate and urea.

特開2004−183078号公報JP 2004-183078 A 特願2008−260803号Japanese Patent Application No. 2008-260803

特許文献1に記載されている窒化リン酸リチウム薄膜には、柔軟性が無く、剥離やクラックが生じやすいという問題があった。本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、柔軟性に優れた窒化リン酸リチウム化合物含有シートの製造方法を提供することを主目的とする。   The lithium nitride phosphoric acid thin film described in Patent Document 1 has a problem that it is not flexible and easily peels off and cracks. This invention is made | formed in view of the said problem, and it aims at providing the manufacturing method of the lithium nitride phosphate compound containing sheet | seat excellent in the softness | flexibility.

上記目的を達成するために、本発明においては、Li元素およびPO骨格を有する原料化合物と、上記原料化合物を窒化し、かつ、重合性を有する窒素含有化合物と、強アルカリ化合物と、を含有する原料組成物を調製する調製工程と、上記原料組成物を焼成することで、上記原料化合物から窒化リン酸リチウム化合物への合成および上記窒素含有化合物の重合を行い、窒化リン酸リチウム化合物含有組成物を得る合成工程と、上記窒化リン酸リチウム化合物含有組成物をシート状に成形する成形工程と、を有することを特徴とする窒化リン酸リチウム化合物含有シートの製造方法を提供する。 In order to achieve the above object, the present invention includes a raw material compound having an Li element and a PO 4 skeleton, a nitrogen-containing compound that nitrides the raw material compound and has polymerizability, and a strong alkali compound. The raw material composition is prepared, and the raw material composition is baked to synthesize the raw material compound into the lithium nitride phosphate compound and polymerize the nitrogen-containing compound. There is provided a method for producing a lithium nitride phosphate compound-containing sheet, comprising: a synthesis step for obtaining a product; and a molding step for forming the lithium nitride phosphate compound-containing composition into a sheet.

本発明によれば、原料化合物を窒化する性質と、重合性とを兼ね備えた窒素含有化合物を用いることで、柔軟性に優れた窒化リン酸リチウム化合物含有シートを効率的に得ることができる。   According to the present invention, by using a nitrogen-containing compound that has both the property of nitriding a raw material compound and the polymerizability, a lithium nitride phosphate compound-containing sheet having excellent flexibility can be efficiently obtained.

上記発明においては、上記原料化合物が、LiPOであることが好ましい。また、上記発明においては、上記原料化合物が、NASICON(LISICON)型構造を有する化合物であることが好ましい。例えば、固体電解質層形成用シートとして有用なシートを得ることができるからである。 In the above invention, the starting compound is preferably a Li 3 PO 4. Moreover, in the said invention, it is preferable that the said raw material compound is a compound which has a NASICON (LISICON) type | mold structure. For example, a sheet useful as a solid electrolyte layer forming sheet can be obtained.

上記発明においては、上記原料化合物が、オリビン型構造を有する化合物であることが好ましい。例えば、正極活物質層形成用シートとして有用なシートを得ることができるからである。   In the said invention, it is preferable that the said raw material compound is a compound which has an olivine type structure. For example, a sheet useful as a positive electrode active material layer forming sheet can be obtained.

上記発明においては、上記窒素含有化合物が、少なくとも2個のアミノ基を有することが好ましい。また特に、上記窒素含有化合物が、尿素であることが好ましい。原料化合物の窒化および窒素含有化合物の重合を効率良く行うことができるからである。   In the above invention, the nitrogen-containing compound preferably has at least two amino groups. In particular, the nitrogen-containing compound is preferably urea. This is because nitriding of the raw material compound and polymerization of the nitrogen-containing compound can be performed efficiently.

上記発明においては、上記強アルカリ化合物が、水酸化カルシウムまたは水酸化リチウムであることが好ましい。窒素含有化合物の重合を効率良く行うことができるからである。   In the said invention, it is preferable that the said strong alkali compound is calcium hydroxide or lithium hydroxide. This is because the nitrogen-containing compound can be polymerized efficiently.

上記発明においては、上記原料組成物が、上記窒素含有化合物以外の重合性を有する化合物を含有することが好ましい。さらに、上記窒素含有化合物以外の重合性を有する化合物が、ホルムアルデヒドであることが好ましい。柔軟性をより向上させることができるからである。   In the said invention, it is preferable that the said raw material composition contains the compound which has polymerizability other than the said nitrogen-containing compound. Furthermore, the compound having polymerizability other than the nitrogen-containing compound is preferably formaldehyde. This is because the flexibility can be further improved.

上記発明においては、上記合成工程における焼成温度が、150℃〜250℃の範囲内であることが好ましい。焼成温度が低すぎると、原料化合物の窒化を充分に行うことができない可能性があり、焼成温度が高すぎると、窒素含有化合物重合体が過度に分解する可能性があるからである。   In the said invention, it is preferable that the calcination temperature in the said synthetic | combination process exists in the range of 150 to 250 degreeC. If the firing temperature is too low, the raw material compound may not be sufficiently nitrided, and if the firing temperature is too high, the nitrogen-containing compound polymer may be excessively decomposed.

また、本発明においては、窒化リン酸リチウム化合物と、窒素含有化合物を重合してなる窒素含有化合物重合体と、を有することを特徴とする窒化リン酸リチウム化合物含有シートを提供する。   The present invention also provides a lithium nitride phosphate compound-containing sheet comprising a lithium nitride phosphate compound and a nitrogen-containing compound polymer obtained by polymerizing a nitrogen-containing compound.

本発明によれば、窒化リン酸リチウム化合物と、窒素含有化合物重合体とが複合化しているため、柔軟性に優れた窒化リン酸リチウム化合物含有シートとすることができる。   According to the present invention, since the lithium nitride phosphate compound and the nitrogen-containing compound polymer are complexed, a lithium nitride phosphate compound-containing sheet having excellent flexibility can be obtained.

上記発明においては、上記窒素含有化合物重合体の割合が、5体積%〜30体積%の範囲内であることが好ましい。窒素含有化合物重合体の割合が少なすぎると、所望の柔軟性を得ることができない可能性があり、窒素含有化合物重合体の割合が多すぎると、Liイオン伝導性が低くなる可能性があるからである。   In the said invention, it is preferable that the ratio of the said nitrogen-containing compound polymer exists in the range of 5 volume%-30 volume%. If the proportion of the nitrogen-containing compound polymer is too small, the desired flexibility may not be obtained, and if the proportion of the nitrogen-containing compound polymer is too large, the Li ion conductivity may be lowered. It is.

本発明においては、柔軟性に優れた窒化リン酸リチウム化合物含有シートを効率的に得ることができるという効果を奏する。さらに、窒化リン酸リチウム化合物がLiイオン伝導性に優れているため、Liイオン伝導性に優れた窒化リン酸リチウム化合物含有シートを得ることができる。   In this invention, there exists an effect that the lithium nitride phosphoric acid compound containing sheet | seat excellent in the softness | flexibility can be obtained efficiently. Furthermore, since the lithium nitride phosphate compound is excellent in Li ion conductivity, a lithium nitride phosphate compound-containing sheet excellent in Li ion conductivity can be obtained.

本発明の窒化リン酸リチウム化合物含有シートの製造方法の一例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows an example of the manufacturing method of the lithium nitride nitride compound containing sheet | seat of this invention. 本発明の窒化リン酸リチウム化合物含有シート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 lithium nitride phosphoric acid compound containing sheet | seat of this invention.

以下、本発明の窒化リン酸リチウム化合物含有シートの製造方法、および窒化リン酸リチウム化合物含有シートについて、詳細に説明する。   Hereinafter, the method for producing a lithium nitride phosphate compound-containing sheet of the present invention and the lithium nitride phosphate compound-containing sheet will be described in detail.

A.窒化リン酸リチウム化合物含有シートの製造方法
まず、本発明の窒化リン酸リチウム化合物含有シートの製造方法について説明する。本発明の窒化リン酸リチウム化合物含有シートの製造方法は、Li元素およびPO骨格を有する原料化合物と、上記原料化合物を窒化し、かつ、重合性を有する窒素含有化合物と、強アルカリ化合物と、を含有する原料組成物を調製する調製工程と、上記原料組成物を焼成することで、上記原料化合物から窒化リン酸リチウム化合物への合成および上記窒素含有化合物の重合を行い、窒化リン酸リチウム化合物含有組成物を得る合成工程と、上記窒化リン酸リチウム化合物含有組成物をシート状に成形する成形工程と、を有することを特徴とするものである。
A. First, a method for manufacturing a lithium nitride phosphate compound-containing sheet of the present invention will be described. The method for producing a lithium nitride phosphate compound-containing sheet of the present invention includes a raw material compound having an Li element and a PO 4 skeleton, a nitrogen-containing compound that nitrides the raw material compound and has polymerizability, a strong alkali compound, A preparation step of preparing a raw material composition containing nitrile, and baking the raw material composition to synthesize the raw material compound into a lithium nitride phosphoric acid compound and to polymerize the nitrogen-containing compound. It comprises a synthesis step for obtaining a containing composition and a molding step for molding the lithium nitride phosphate compound-containing composition into a sheet.

また、本発明における「窒化リン酸リチウム化合物」とは、少なくともLi元素、PO骨格およびN元素を有する化合物をいい、さらに、後述するその他の元素(例えば遷移金属元素)を含む化合物であっても良い。また、本発明における「PO骨格」は、厳密なPOからなる骨格のみに限定されるものではなく、その近傍組成からなる骨格をも含むものである。PO骨格を構成するP元素を1とした場合に、PO骨格を構成するO元素は、2〜6の範囲内であることが好ましく、3〜4の範囲内であることがより好ましい。 In addition, the “lithium nitride phosphate compound” in the present invention refers to a compound having at least a Li element, a PO 4 skeleton, and an N element, and further includes other elements (for example, transition metal elements) described later. Also good. In addition, the “PO 4 skeleton” in the present invention is not limited to a skeleton composed of exact PO 4 but also includes a skeleton composed of the vicinity thereof. When the P element constituting the PO 4 skeleton is 1, the O element constituting the PO 4 skeleton is preferably in the range of 2 to 6, and more preferably in the range of 3 to 4.

本発明によれば、原料化合物を窒化する性質と、重合性とを兼ね備えた窒素含有化合物を用いることで、柔軟性に優れた窒化リン酸リチウム化合物含有シートを効率的に得ることができる。さらに、窒化リン酸リチウム化合物がLiイオン伝導性に優れているため、Liイオン伝導性に優れた窒化リン酸リチウム化合物含有シートを得ることができる。また、本発明により得られる窒化リン酸リチウム化合物含有シートが柔軟性や可撓性に優れている理由は、原料組成物に含まれる窒素含有化合物が重合することで、窒化リン酸リチウム化合物と、窒素含有化合物重合体とが複合化したシートになるからであると考えられる。   According to the present invention, by using a nitrogen-containing compound that has both the property of nitriding a raw material compound and the polymerizability, a lithium nitride phosphate compound-containing sheet having excellent flexibility can be efficiently obtained. Furthermore, since the lithium nitride phosphate compound is excellent in Li ion conductivity, a lithium nitride phosphate compound-containing sheet excellent in Li ion conductivity can be obtained. Moreover, the reason why the lithium nitride phosphate compound-containing sheet obtained by the present invention is excellent in flexibility and flexibility is that the nitrogen-containing compound contained in the raw material composition is polymerized, This is considered to be because the sheet becomes a composite with the nitrogen-containing compound polymer.

図1は、本発明の窒化リン酸リチウム化合物含有シートの製造方法の一例を示す説明図である。図1においては、まず、Li元素およびPO骨格を有する原料化合物としてオルトリン酸リチウム(LiPO)を用意し、原料化合物を窒化し、かつ、重合性を有する窒素含有化合物として尿素を用意し、強アルカリ化合物として水酸化カルシウムを用意する。次に、これらを混合し、原料組成物を調製する(調製工程)。その後、得られた原料組成物を例えば真空状態、200℃の条件で焼成することで、LiPOを窒化すると同時に、尿素の重合を行う(合成工程)。これにより、窒化したLiPOが、ポリマー化した尿素に分散した窒化リン酸リチウム化合物含有組成物が得られる。最後に、得られた窒化リン酸リチウム化合物含有組成物を、ロールプレスでシート状に成形する(成形工程)。これにより、窒化リン酸リチウム化合物含有シートが得られる。次に、尿素の重合について説明する。 FIG. 1 is an explanatory view showing an example of a method for producing a lithium nitride phosphate compound-containing sheet of the present invention. In FIG. 1, first, lithium orthophosphate (Li 3 PO 4 ) is prepared as a raw material compound having an Li element and a PO 4 skeleton, the raw material compound is nitrided, and urea is prepared as a nitrogen-containing compound having polymerizability. Calcium hydroxide is prepared as a strong alkali compound. Next, these are mixed and a raw material composition is prepared (preparation process). Thereafter, the obtained raw material composition is baked, for example, in a vacuum state at 200 ° C., thereby nitriding Li 3 PO 4 and simultaneously polymerizing urea (synthesis step). Thereby, a nitrided lithium phosphate compound-containing composition in which nitrided Li 3 PO 4 is dispersed in polymerized urea is obtained. Finally, the obtained lithium nitride nitride compound-containing composition is molded into a sheet by a roll press (molding step). Thereby, a nitrided lithium phosphate compound-containing sheet is obtained. Next, the polymerization of urea will be described.

Figure 2011001221
Figure 2011001221

式(1)においては、アルカリ触媒であるKOHの存在下で、2つの尿素が反応し、ビウレットが形成される。一方、式(2)においては、アルカリ触媒であるKOHの存在下で、複数の尿素が反応し、ポリマー化した尿素が形成される。また、図示していないが、3つの尿素が反応した場合、シアヌル酸(三量体)が形成される。このように、尿素の重合を行うことにより、二量体、三量体およびそれ以上の重合体が形成されることになる。これにより、柔軟性に優れた窒化リン酸リチウム化合物含有シートが得られる。
以下、本発明の窒化リン酸リチウム化合物含有シートの製造方法について、工程ごとに説明する。
In the formula (1), two ureas react with each other in the presence of KOH as an alkali catalyst to form biuret. On the other hand, in the formula (2), a plurality of ureas react in the presence of KOH as an alkali catalyst to form polymerized urea. Moreover, although not shown, when three ureas react, cyanuric acid (trimer) is formed. Thus, by polymerizing urea, dimers, trimers and higher polymers are formed. Thereby, the lithium nitride phosphoric acid compound containing sheet | seat excellent in the softness | flexibility is obtained.
Hereinafter, the manufacturing method of the lithium nitride phosphoric acid compound containing sheet | seat 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元素およびPO骨格を有する原料化合物と、上記原料化合物を窒化し、かつ、重合性を有する窒素含有化合物と、強アルカリ化合物と、を含有する原料組成物を調製する工程である。
1. Preparation Step The preparation step in the present invention is a raw material composition containing a raw material compound having an Li element and a PO 4 skeleton, a nitrogen-containing compound that nitrides the raw material compound and has polymerizability, and a strong alkali compound. Is a step of preparing

(1)原料化合物
本発明における原料化合物は、Li元素およびPO骨格を有するものである。原料化合物は、単一の化合物であっても良く、Li元素を有する化合物とPO骨格を有する化合物との混合物であっても良い。前者の場合、Li元素およびPO骨格の両方を有する原料化合物を用いることにより、より簡易に窒化リン酸リチウム化合物を得ることができるという利点を有する。
(1) Raw material compound starting compound in the present invention are those having a Li element and PO 4 backbone. The raw material compound may be a single compound or a mixture of a compound having an Li element and a compound having a PO 4 skeleton. In the former case, the use of the raw material compound having both the Li element and the PO 4 skeleton has an advantage that the lithium nitride phosphate compound can be obtained more easily.

(i)Li元素およびPO骨格の両方を有する原料化合物
まず、Li元素およびPO骨格の両方を有する原料化合物について説明する。Li元素およびPO骨格の両方を有する原料化合物の一例としては、LiPOを挙げることができる。LiPOはLiを3個有しており、Liイオン伝導性の高い窒化リン酸リチウム化合物を得ることができる。さらに、Li元素およびPO骨格の両方を有する原料化合物は、Li元素およびPO骨格の他に、焼成により気体になる元素を有するものであっても良い。このような化合物としては、例えば、LiHPO、LiHPO等を挙げることができる。
(I) Raw material compound having both Li element and PO 4 skeleton First, a raw material compound having both Li element and PO 4 skeleton will be described. As an example of the raw material compound having both the Li element and the PO 4 skeleton, Li 3 PO 4 can be given. Li 3 PO 4 has three Li, and a lithium nitride lithium phosphate compound having high Li ion conductivity can be obtained. Moreover, raw material compound having both Li element and PO 4 backbone, in addition to the Li element and PO 4 skeleton may have an element turns into gas by calcination. Examples of such a compound include Li 2 HPO 4 and LiH 2 PO 4 .

また、Li元素およびPO骨格の両方を有する原料化合物は、Li元素およびPO骨格の他に、その他の元素を有するものであっても良い。このような化合物を用いることで、例えば、Liイオン伝導性に優れた固体電解質や活物質を得ることができる。 Moreover, raw material compound having both Li element and PO 4 backbone, in addition to the Li element and PO 4 skeleton may have other elements. By using such a compound, for example, a solid electrolyte or an active material excellent in Li ion conductivity can be obtained.

このような化合物としては、例えば、NASICON(LISICON)型構造を有する化合物を挙げることができる。NASICON(LISICON)型構造を有する化合物は、例えば固体電解質として有用である。NASICON(LISICON)型構造を有する化合物としては、例えば、Li(XはTi、Zr、Ge、In、Ga、SnおよびAlからなる群から選択される少なくとも1種であり、YはB、Al、Ga、In、C、Si、Ge、Sn、SbおよびSeからなる群から選択される少なくとも1種であり、a〜eは、0.5<a<5.0、0.5≦b<3.0、0≦c<2.98、0.02<d≦3.0、2.0<c+d<4.0、3.0<e≦12.0の関係を満たす)で表される化合物(化合物(I)と称する場合がある)を挙げることができる。 Examples of such a compound include a compound having a NASICON (LISICON) type structure. A compound having a NASICON (LISICON) type structure is useful, for example, as a solid electrolyte. The compound having a NASICON (LISICON) structure, for example, Li a X b Y c P d O e ( X is at least one kind selected Ti, Zr, Ge, In, Ga, from the group consisting of Sn and Al Y is at least one selected from the group consisting of B, Al, Ga, In, C, Si, Ge, Sn, Sb and Se, and a to e are 0.5 <a <5. 0, 0.5 ≦ b <3.0, 0 ≦ c <2.98, 0.02 <d ≦ 3.0, 2.0 <c + d <4.0, 3.0 <e ≦ 12.0 (Satisfying relationship) (sometimes referred to as compound (I)).

化合物(I)としては、例えば、Li1.3Al0.3Ti0.7(POおよびLi1.3Si0.3Ti2.712等を挙げることができる。 Examples of compound (I) include Li 1.3 Al 0.3 Ti 0.7 (PO 4 ) 3 and Li 1.3 Si 0.3 Ti 2 P 2.7 O 12 .

また、Li元素およびPO骨格の両方を有する原料化合物は、オリビン型構造を有する化合物であっても良い。オリビン型構造を有する化合物は、例えば正極活物質として有用である。オリビン型構造を有する化合物としては、例えば、LiMPO(MはNi、Mn、CoおよびFeからなる群から選択される少なくとも1種である。)で表される化合物、およびその近傍組成を有する化合物等を挙げることができる。 Further, the raw material compound having both the Li element and the PO 4 skeleton may be a compound having an olivine structure. A compound having an olivine structure is useful, for example, as a positive electrode active material. Examples of the compound having an olivine structure include a compound represented by LiMPO 4 (M is at least one selected from the group consisting of Ni, Mn, Co, and Fe), and a compound having a composition in the vicinity thereof. Etc.

また、オリビン型構造を有する原料化合物の他の例としては、Li(XはMn、Fe、CoおよびNiからなる群から選択される少なくとも1種であり、YはMg、Al、Ti、Ga、Cu、V、Nb、Zr、Ce、InおよびZnからなる群から選択される少なくとも1種であり、a〜eは、0.001≦a≦1.5、0.7≦b≦1.3、0≦c≦0.4、0.7≦b+c≦1.3、0.7≦d≦1.3、3.0≦e≦5.0の関係を満たす)で表される化合物(化合物(II)と称する場合がある)を挙げることができる。 Another example of the raw material compound having an olivine type structure is Li a Xb Y cP d O e (X is at least one selected from the group consisting of Mn, Fe, Co and Ni, and Y Is at least one selected from the group consisting of Mg, Al, Ti, Ga, Cu, V, Nb, Zr, Ce, In and Zn, and a to e are 0.001 ≦ a ≦ 1.5, 0.7 ≦ b ≦ 1.3, 0 ≦ c ≦ 0.4, 0.7 ≦ b + c ≦ 1.3, 0.7 ≦ d ≦ 1.3, 3.0 ≦ e ≦ 5.0 And a compound represented by (sometimes referred to as compound (II)).

オリビン型構造を有する原料化合物の他の例としては、Li(XはMn、Fe、CoおよびNiからなる群から選択される少なくとも1種であり、YはMg、Al、Ti、Ga、Cu、V、Nb、Zr、Ce、InおよびZnからなる群から選択される少なくとも1種であり、a〜fは、0.001≦a≦1.5、0.7≦b≦1.3、0≦c≦0.4、0.7≦b+c≦1.3、0.7≦d≦1.3、3.0≦e≦5.0、0.002≦f≦2.0の関係を満たす)で表される化合物(化合物(III)と称する場合がある)を挙げることができる。 Other examples of the raw material compound having an olivine type structure include Li a Xb Y cP d O e F f (X is at least one selected from the group consisting of Mn, Fe, Co, and Ni, and Y Is at least one selected from the group consisting of Mg, Al, Ti, Ga, Cu, V, Nb, Zr, Ce, In and Zn, and a to f are 0.001 ≦ a ≦ 1.5, 0.7 ≦ b ≦ 1.3, 0 ≦ c ≦ 0.4, 0.7 ≦ b + c ≦ 1.3, 0.7 ≦ d ≦ 1.3, 3.0 ≦ e ≦ 5.0, 0. 002 ≦ f ≦ 2.0) (sometimes referred to as compound (III)).

本発明においては、調製工程の前に、上述した原料化合物を予め合成する合成工程を有していても良い。予め合成することで、窒化リン酸リチウム化合物を合成する際に、反応制御が容易になるという利点を有する。上述した化合物(I)〜(III)の合成方法は、特に限定されるものではないが、例えば、メカニカルミリング法を挙げることができる。なお、メカニカルミリング法の種類や条件については、後述することにする。また、化合物(III)を合成する方法としては、例えば、Li源、X源、Y源、PO源およびF源を含有する混合物を用いて化合物(III)を合成する方法、および、まずLi源、X源、Y源およびPO源を含有する混合物を用いてLiXYPOを合成し、その後、LiXYPOおよびF源を用いて化合物(III)を合成する方法を挙げることができる。中でも、本発明においては、前者の方法が好ましい。より効率的にFを導入することができるからである。なお、化合物(I)〜(III)における「c」が0の場合、Y源は使用しない。また、原材料の組成は、通常、目的とする化合物の組成に対応させる。 In this invention, you may have the synthetic | combination process which synthesize | combines previously the raw material compound before a preparation process. By synthesizing in advance, there is an advantage that the reaction control becomes easy when synthesizing the lithium nitride phosphoric acid compound. The method for synthesizing the above-mentioned compounds (I) to (III) is not particularly limited, and examples thereof include a mechanical milling method. The type and conditions of the mechanical milling method will be described later. As a method of synthesizing compound (III), for example, a method of synthesizing compound (III) using a mixture containing Li source, X source, Y source, PO 4 source and F source, Examples include a method of synthesizing LiXYPO using a mixture containing a source, an X source, a Y source, and a PO 4 source, and then synthesizing compound (III) using a LiXYPO and an F source. Of these, the former method is preferred in the present invention. This is because F can be introduced more efficiently. In addition, when “c” in compounds (I) to (III) is 0, the Y source is not used. In addition, the composition of the raw materials usually corresponds to the composition of the target compound.

(ii)Li元素を有する化合物とPO骨格を有する化合物との混合物
本発明における原料化合物は、上述したように、Li元素を有する化合物とPO骨格を有する化合物との混合物であっても良い。この場合、Li元素およびPO骨格の割合を調整しやすいという利点を有する。Li元素を有する化合物としては、例えばLiCO、LiO、LiNO、LiNO、LiCl、CHCOOLi、Li、LiOH、LiHおよびLiP等を挙げることができる。中でも、Li元素を有する化合物は、焼成によりLi元素以外の構成成分が気体になる化合物であることが好ましい。目的とする窒化リン酸リチウム化合物の組成に悪影響を与え難いからである。特に、本発明においては、Li元素を有する化合物がLiCOであることが好ましい。
(Ii) Mixture of compound having Li element and compound having PO 4 skeleton As described above, the raw material compound in the present invention may be a mixture of a compound having Li element and a compound having PO 4 skeleton. . In this case, there is an advantage that the ratio of the Li element and the PO 4 skeleton is easily adjusted. Examples of the compound having Li element include Li 2 CO 3 , Li 2 O, LiNO 2 , LiNO 3 , LiCl, CH 3 COOLi, Li 2 C 2 O 4 , LiOH, LiH, and Li 3 P. . Especially, it is preferable that the compound which has Li element is a compound from which structural components other than Li element become gas by baking. This is because it is difficult to adversely affect the composition of the target lithium nitride phosphate compound. In particular, in the present invention, the compound containing Li element is preferably Li 2 CO 3 .

PO骨格を有する化合物としては、例えば(NH)HPO、(NHHPO、(NHPOおよびHPO等を挙げることができる。中でも、PO骨格を有する化合物は、PO骨格以外の構成成分が気体になる化合物であることが好ましい。目的とする窒化リン酸リチウム化合物の組成に悪影響を与え難いからである。さらに、窒化リン酸リチウム化合物の合成を促進するという観点からは、PO骨格を有する化合物が窒素元素を有することが好ましい。このような観点からは、PO骨格を有する化合物が、(NH)HPO、(NHHPOまたは(NHPOであることが好ましい。特に、本発明においては、PO骨格を有する化合物が(NH)HPOであることが好ましい。 Examples of the compound having a PO 4 skeleton include (NH 4 ) H 2 PO 4 , (NH 4 ) 2 HPO 4 , (NH 4 ) 3 PO 4, and H 3 PO 4 . Of these, compounds having a PO 4 skeleton is preferably a component other than PO 4 skeleton is a compound turns into gas. This is because it is difficult to adversely affect the composition of the target lithium nitride phosphate compound. Furthermore, from the viewpoint of promoting the synthesis of the lithium nitride phosphate compound, the compound having a PO 4 skeleton preferably contains a nitrogen element. From such a viewpoint, the compound having a PO 4 skeleton is preferably (NH 4 ) H 2 PO 4 , (NH 4 ) 2 HPO 4 or (NH 4 ) 3 PO 4 . In particular, in the present invention, the compound having a PO 4 skeleton is preferably (NH 4 ) H 2 PO 4 .

また、本発明における原料化合物は、上述した化合物(I)または化合物(II)を得ることができる、Li源、X源、Y源およびPO源の混合物であっても良い。ここで、Li源およびPO源としては、それぞれ、上記の「Li元素を有する化合物」および「PO骨格を有する化合物」と同様の化合物を挙げることができる。また、X源は、X元素を含む化合物であれば特に限定されるものではなく、有機化合物であっても良く、無機化合物であっても良い。X源としては、例えば、シュウ酸化合物、炭酸化合物等を挙げることができる。なお、Y源についても同様である。Li源は、さらに、X元素、Y元素、PO骨格の少なくとも一つを含有するものであっても良い。これは、X源、Y源、PO源についてもそれぞれ同様である。例えば、Li源は、Li元素の他に、X元素を含有するものであっても良い。 The raw material compound in the present invention may be a mixture of a Li source, an X source, a Y source and a PO 4 source from which the above-described compound (I) or compound (II) can be obtained. Here, examples of the Li source and the PO 4 source include the same compounds as the above-mentioned “compound having Li element” and “compound having PO 4 skeleton”, respectively. The X source is not particularly limited as long as it is a compound containing an X element, and may be an organic compound or an inorganic compound. Examples of the X source include oxalic acid compounds and carbonic acid compounds. The same applies to the Y source. The Li source may further contain at least one of an X element, a Y element, and a PO 4 skeleton. The same applies to the X source, the Y source, and the PO 4 source. For example, the Li source may contain an X element in addition to the Li element.

また、本発明における原料化合物は、上述した化合物(III)を得ることができる、Li源、X源、Y源、PO源およびF源の混合物であっても良い。この場合、混合物の組成は、通常、化合物(III)の組成に対応させる。また、化合物(III)における「c」が0の場合、通常、Y源は使用しない。なお、Li源、X源、Y源およびPO源については、上述した内容と同様である。また、F源は、さらに、Li元素、X元素、Y元素、PO骨格の少なくとも一つを含有するものであっても良い。これは、Li源、X源、Y源、PO源についても同様である。例えば、F源は、F元素の他に、Li元素を含有するものであっても良い。具体的には、LiF等を挙げることができる。 In addition, the raw material compound in the present invention may be a mixture of a Li source, an X source, a Y source, a PO 4 source and an F source from which the above-described compound (III) can be obtained. In this case, the composition of the mixture usually corresponds to the composition of compound (III). In addition, when “c” in compound (III) is 0, usually no Y source is used. The Li source, X source, Y source, and PO 4 source are the same as described above. The F source may further contain at least one of Li element, X element, Y element, and PO 4 skeleton. The same applies to the Li source, the X source, the Y source, and the PO 4 source. For example, the F source may contain a Li element in addition to the F element. Specifically, LiF etc. can be mentioned.

Li元素を有する化合物と、PO骨格を有する化合物とを別個に用いる場合、両化合物の添加量は、目的とする窒化リン酸リチウム化合物の組成に応じて適宜選択することが好ましい。例えば、窒化リン酸リチウムを合成する場合は、Li元素を有する化合物におけるLiを100モル部とした場合、PO骨格を有する化合物におけるPO骨格は、例えば10モル部〜100モル部の範囲内であることが好ましく、30モル部〜60モル部の範囲内であることがより好ましい。 When a compound having an Li element and a compound having a PO 4 skeleton are used separately, the addition amount of both compounds is preferably appropriately selected according to the composition of the target lithium nitride phosphate compound. For example, when lithium nitride phosphate is synthesized, assuming that Li in the compound having Li element is 100 mol parts, the PO 4 skeleton in the compound having PO 4 skeleton is, for example, in the range of 10 mol parts to 100 mol parts It is preferable that it is in the range of 30 to 60 mol parts.

(2)窒素含有化合物
次に、本発明における窒素含有化合物について説明する。本発明における窒素含有化合物は、上記原料化合物を窒化し、かつ、重合性を有するものである。本発明においては、原料化合物を窒化する性質と、重合性とを兼ね備えた窒素含有化合物を用いることで、柔軟性に優れた窒化リン酸リチウム化合物含有シートを簡便に作製することができる。
(2) Nitrogen-containing compound Next, the nitrogen-containing compound in the present invention will be described. The nitrogen-containing compound in the present invention is a material that nitrides the raw material compound and has polymerizability. In the present invention, a lithium nitride phosphate compound-containing sheet having excellent flexibility can be easily produced by using a nitrogen-containing compound that has both the property of nitriding a raw material compound and the polymerizability.

本発明における窒素含有化合物は、原料化合物を窒化し、かつ、重合性を有するものであれば特に限定されるものではない。中でも、本発明における窒素含有化合物は、少なくとも2個のアミノ基を有することが好ましく、特に2個のアミノ基を有することが好ましい。原料化合物の窒化と、窒素含有化合物の重合とを効率良く行うことができるからである。本発明における窒素含有化合物としては、例えば尿素、ビウレット、シアヌル酸等を挙げることができ、中でも尿素が好ましい。   The nitrogen-containing compound in the present invention is not particularly limited as long as the raw material compound is nitrided and has polymerizability. Among them, the nitrogen-containing compound in the present invention preferably has at least two amino groups, and particularly preferably has two amino groups. This is because nitriding of the raw material compound and polymerization of the nitrogen-containing compound can be performed efficiently. Examples of the nitrogen-containing compound in the present invention include urea, biuret, cyanuric acid, etc. Among them, urea is preferable.

また、本発明における窒素含有化合物は、通常、常温(25℃)で固体または液体である。固体または液体であることで、窒素含有化合物と原料化合物とが物理的に効率良く接触した原料組成物を作製することができ、原料化合物の窒化効率が向上する。   The nitrogen-containing compound in the present invention is usually solid or liquid at normal temperature (25 ° C.). By being solid or liquid, a raw material composition in which the nitrogen-containing compound and the raw material compound are in physical contact with each other can be produced efficiently, and the nitriding efficiency of the raw material compound is improved.

窒素含有化合物の添加量は、目的とする窒化リン酸リチウム化合物の組成と、目的とする窒素含有化合物重合体の含有量とに応じて適宜選択することが好ましい。原料化合物におけるLiを100モル部とした場合、窒素含有化合物におけるNは、例えば10モル部〜1000モル部の範囲内であることが好ましく、100モル部〜500モル部の範囲内であることがより好ましい。   The addition amount of the nitrogen-containing compound is preferably selected as appropriate according to the composition of the target lithium nitride phosphate compound and the target content of the nitrogen-containing compound polymer. When Li in the raw material compound is 100 mol parts, N in the nitrogen-containing compound is preferably in the range of 10 mol parts to 1000 mol parts, for example, and in the range of 100 mol parts to 500 mol parts. More preferred.

(3)強アルカリ化合物
次に、本発明における強アルカリ化合物について説明する。本発明における強アルカリ化合物は、窒素含有化合物の重合に寄与するものである。強アルカリ化合物としては、例えば水酸化カルシウム、水酸化リチウム、水酸化ナトリウム、水酸化マグネシウム、水酸化カリウム等を挙げることができる。また、原料組成物における強アルカリ化合物の含有量は、通常、窒素含有化合物の重合を生じさせることができる程度の量であり、例えば50重量%以下であることが好ましい。また、本発明においては、強アルカリ化合物の分散性を良くするために、原料組成物が少量の水を含有していても良い。水の含有量は、例えば、上記の強アルカリ化合物の含有量と同様であることが好ましい。
(3) Strong alkali compound Next, the strong alkali compound in this invention is demonstrated. The strong alkali compound in the present invention contributes to the polymerization of the nitrogen-containing compound. Examples of the strong alkali compound include calcium hydroxide, lithium hydroxide, sodium hydroxide, magnesium hydroxide, potassium hydroxide and the like. Further, the content of the strong alkali compound in the raw material composition is usually an amount capable of causing the polymerization of the nitrogen-containing compound, and is preferably, for example, 50% by weight or less. Moreover, in this invention, in order to improve the dispersibility of a strong alkali compound, the raw material composition may contain a small amount of water. The content of water is preferably the same as the content of the strong alkali compound, for example.

(4)その他の成分
本発明における原料組成物は、上述した原料化合物、窒素含有化合物および強アルカリ化合物を少なくとも含有するものである。本発明において、原料組成物は、窒素含有化合物以外の重合性を有する化合物をさらに含有していても良い。窒素含有化合物以外の重合性を有する化合物としては、窒素含有化合物と共重合する化合物を挙げることができ、具体的にはホルムアルデヒドを挙げることができる。例えば、窒素含有化合物が尿素である場合、原料組成物にホルムアルデヒドを添加することによって、尿素樹脂を形成することができる。具体的な反応式を以下に示す。
(4) Other components The raw material composition in the present invention contains at least the raw material compound, the nitrogen-containing compound and the strong alkali compound described above. In the present invention, the raw material composition may further contain a polymerizable compound other than the nitrogen-containing compound. Examples of the polymerizable compound other than the nitrogen-containing compound include compounds that are copolymerized with the nitrogen-containing compound, and specific examples include formaldehyde. For example, when the nitrogen-containing compound is urea, a urea resin can be formed by adding formaldehyde to the raw material composition. A specific reaction formula is shown below.

Figure 2011001221
Figure 2011001221

式(3)においては、尿素とホルムアルデヒドとが反応(付加反応)してアルコールが形成される。さらに、式(4)においては、得られたアルコールが脱水縮合することで、尿素樹脂が形成される。   In formula (3), urea and formaldehyde react (addition reaction) to form an alcohol. Furthermore, in Formula (4), urea resin is formed by dehydration condensation of the obtained alcohol.

原料組成物における、窒素含有化合物と共重合する化合物の含有量は、例えば50重量%以下であることが好ましい。上記範囲内にあれば、より柔軟性に優れた窒化リン酸リチウム化合物含有シートを得ることができるからである。   The content of the compound that is copolymerized with the nitrogen-containing compound in the raw material composition is preferably, for example, 50% by weight or less. This is because, within the above range, a lithium nitride phosphoric acid compound-containing sheet having more flexibility can be obtained.

また、本発明における原料化合物が正極活物質として用られる場合、原料組成物は、さらに導電化材を含有していても良い。導電性に優れた窒化リン酸リチウム化合物含有シート(正極活物質層形成用シート)を得ることができるからである。導電化材としては、例えばアセチレンブラック、ケッチェンブラック、カーボンファイバー等を挙げることができる。   Moreover, when the raw material compound in this invention is used as a positive electrode active material, the raw material composition may contain the electrically conductive material further. This is because a lithium nitride nitride compound-containing sheet (positive electrode active material layer forming sheet) having excellent conductivity can be obtained. Examples of the conductive material include acetylene black, ketjen black, and carbon fiber.

(5)原料組成物の調製
本発明における原料組成物は、上述した原料化合物、窒素含有化合物およびお強アルカリ化合物を少なくとも含有するものである。原料組成物の調製方法としては、例えば、原料化合物等を混合する方法を挙げることができる。原料の混合方法は、特に限定されるものではないが、より均一に混合することが好ましい。中でも、本発明においては、原料化合物等をメカニカルミリング法(例えばボールミル法)によって混合することが好ましい。メカニカルミリング法を用いることで、原料の粉砕および混合を同時に行うことができ、原料成分の接触面積を大きくすることができるからである。また、本発明におけるメカニカルミリング法は、合成反応を伴うメカニカルミリング法であっても良く、合成反応を伴わないメカニカルミリング法であっても良い。合成反応を伴うメカニカルミリング法は、上述したように、原料化合物がLi元素を有する化合物とPO骨格を有する化合物との混合物である場合(例えば、原料化合物がLi源、X源、Y源およびPO源の混合物である場合)に、用いることができる。一方、合成反応を伴わないメカニカルミリング法は、上述したように、原料化合物がLi元素およびPO骨格を有する化合物である場合(例えば、原料組成物がLiPOである場合)に、用いることができる。これにより、原料化合物等の分散性を向上させることができる。なお、原料化合物がLi元素およびPO骨格を有する化合物である場合は、一般的な撹拌手段を用いて、単に混合するだけであっても良い。また、ボールミル法を用いて混合を行う場合、回転速度は、例えば100rpm〜11000rpmの範囲内であり、500rpm〜5000rpmの範囲内であることが好ましい。また、処理時間は、特に限定されるものではなく、所望の原料組成物が得られる程度に適宜設定することが好ましい。
(5) Preparation of raw material composition The raw material composition in the present invention contains at least the raw material compound, the nitrogen-containing compound and the strong alkali compound described above. As a preparation method of a raw material composition, the method of mixing a raw material compound etc. can be mentioned, for example. The mixing method of the raw materials is not particularly limited, but it is preferable to mix more uniformly. Among them, in the present invention, it is preferable to mix raw material compounds and the like by a mechanical milling method (for example, a ball mill method). By using the mechanical milling method, the raw materials can be pulverized and mixed at the same time, and the contact area of the raw material components can be increased. Further, the mechanical milling method in the present invention may be a mechanical milling method involving a synthesis reaction or a mechanical milling method not involving a synthesis reaction. As described above, the mechanical milling method involving a synthesis reaction is performed when the raw material compound is a mixture of a compound having a Li element and a compound having a PO 4 skeleton (for example, the raw material compound is a Li source, an X source, a Y source, and In the case of a mixture of PO 4 sources). On the other hand, the mechanical milling method without a synthesis reaction is used when the raw material compound is a compound having a Li element and a PO 4 skeleton as described above (for example, when the raw material composition is Li 3 PO 4 ). be able to. Thereby, dispersibility, such as a raw material compound, can be improved. Incidentally, when the raw material compound is a compound having a Li element and PO 4 backbone, using a general stirring means, simply it may be simply mixed. Moreover, when mixing using a ball mill method, a rotational speed is in the range of 100 rpm-11000 rpm, for example, and it is preferable that it exists in the range of 500 rpm-5000 rpm. Further, the treatment time is not particularly limited, and is preferably set as appropriate to obtain a desired raw material composition.

2.合成工程
次に、本発明における合成工程について説明する。本発明における合成工程は、上記原料組成物を焼成することで、上記原料化合物から窒化リン酸リチウム化合物への合成と、上記窒素含有化合物の重合とを行い、窒化リン酸リチウム化合物含有組成物を得る工程である。
2. Synthesis Step Next, the synthesis step in the present invention will be described. In the synthesis step of the present invention, the raw material composition is baked to synthesize the raw material compound into a lithium nitride phosphate compound and polymerize the nitrogen-containing compound. It is a process to obtain.

本発明における焼成温度は、通常、窒化リン酸リチウム化合物の合成および窒素含有化合物の重合を行うことができる程度の温度であれば特に限定されるものではない。焼成温度の下限は、通常、窒素含有化合物が分解または溶解する温度以上の温度であることが好ましい。焼成温度は、例えば150℃以上であり、170℃以上であることが好ましい。一方、焼成温度の上限は、窒素含有化合物重合体が過度に分解することを抑制できる温度以下の温度であることが好ましい。焼成温度は、例えば250℃以下であり、230℃以下であることが好ましい。また、本発明における焼成時間は、例えば60分以上であり、2時間以上が好ましく、3時間以上がより好ましい。一方、焼成時間は、例えば24時間以下である。   The firing temperature in the present invention is not particularly limited as long as it is usually a temperature at which the synthesis of the lithium nitride phosphate compound and the polymerization of the nitrogen-containing compound can be performed. In general, the lower limit of the firing temperature is preferably a temperature equal to or higher than the temperature at which the nitrogen-containing compound is decomposed or dissolved. A calcination temperature is 150 degreeC or more, for example, and it is preferable that it is 170 degreeC or more. On the other hand, the upper limit of the firing temperature is preferably a temperature equal to or lower than a temperature at which the nitrogen-containing compound polymer can be prevented from being excessively decomposed. A calcination temperature is 250 degrees C or less, for example, and it is preferable that it is 230 degrees C or less. Moreover, the baking time in this invention is 60 minutes or more, for example, 2 hours or more are preferable and 3 hours or more are more preferable. On the other hand, the firing time is, for example, 24 hours or less.

また、焼成時の雰囲気は、特に限定されるものではないが、例えば大気雰囲気;窒素雰囲気およびアルゴン雰囲気等の不活性ガス雰囲気;アンモニア雰囲気および水素雰囲気等の還元雰囲気;真空等を挙げることができ、中でも不活性ガス雰囲気、還元雰囲気、真空が好ましく、特に還元雰囲気が好ましい。窒化リン酸リチウム化合物の酸化劣化を防止することができるからである。また、原料組成物の焼成方法としては、例えば焼成炉を用いる方法等を挙げることができる。本工程により、例えば、餅状の窒化リン酸リチウム化合物含有組成物が得られる。   The atmosphere during firing is not particularly limited, and examples thereof include air atmosphere; inert gas atmosphere such as nitrogen atmosphere and argon atmosphere; reducing atmosphere such as ammonia atmosphere and hydrogen atmosphere; vacuum and the like. Among these, an inert gas atmosphere, a reducing atmosphere, and a vacuum are preferable, and a reducing atmosphere is particularly preferable. This is because the oxidative deterioration of the lithium nitride phosphoric acid compound can be prevented. Moreover, as a baking method of a raw material composition, the method of using a baking furnace etc. can be mentioned, for example. By this step, for example, a cage-like lithium nitride phosphate compound-containing composition is obtained.

3.成形工程
次に、本発明における成形工程について説明する。本発明における成形工程は、上記窒化リン酸リチウム化合物含有組成物をシート状に成形する工程である。
3. Next, the molding process in the present invention will be described. The forming step in the present invention is a step of forming the lithium nitride phosphate compound-containing composition into a sheet shape.

本発明において、窒化リン酸リチウム化合物含有組成物をシート状に成形する方法は特に限定されるものではないが、例えばプレス法を挙げることができ、中でもロールプレス法が好ましい。連続的にプレスを行うことができるからである。また、本発明においては、窒化リン酸リチウム化合物含有組成物が加熱され柔軟性が高い状態の時に、プレス法を行うことが好ましい。成形性が良好だからである。窒化リン酸リチウム化合物含有シートの厚さについては、後述する「B.窒化リン酸リチウム化合物含有シート」に記載する。本発明においては、後述する厚さが得られるように、プレス圧を調整することが好ましい。   In the present invention, the method for forming the lithium nitride phosphate compound-containing composition into a sheet is not particularly limited, and examples thereof include a pressing method, and the roll pressing method is particularly preferable. This is because the pressing can be performed continuously. In the present invention, it is preferable to carry out the pressing method when the lithium nitride phosphate compound-containing composition is heated and has a high flexibility. This is because the moldability is good. The thickness of the lithium nitride phosphate compound-containing sheet will be described in “B. Lithium nitride phosphate compound-containing sheet” described later. In the present invention, it is preferable to adjust the press pressure so that the thickness described later can be obtained.

4.その他
本発明により得られる窒化リン酸リチウム化合物含有シートは、例えば固体電解質層形成用シートや正極活物質層形成用シートとして有用である。さらに、この窒化リン酸リチウム化合物含有シートは、例えばリチウム電池に用いることができる。そのため、本発明においては、上述した調製工程、合成工程および成形工程を行うことにより窒化リン酸リチウム化合物含有シートを得る工程を有することを特徴とするリチウム電池の製造方法を提供することができる。この場合、窒化リン酸リチウム化合物含有シートは、固体電解質層形成用シートであっても良く、正極活物質層形成用シートであっても良く、その両方であっても良い。さらに、本発明においては、上述した調製工程、合成工程および成形工程を行うことにより得られたことを特徴とする窒化リン酸リチウム化合物含有シートを提供することができる。
4). Others The lithium nitride nitride compound-containing sheet obtained by the present invention is useful, for example, as a solid electrolyte layer forming sheet or a positive electrode active material layer forming sheet. Furthermore, the lithium nitride nitride compound-containing sheet can be used for, for example, a lithium battery. Therefore, in this invention, it can provide the manufacturing method of a lithium battery characterized by having the process of obtaining a nitrided lithium phosphate compound containing sheet | seat by performing the preparation process, synthetic | combination process, and shaping | molding process which were mentioned above. In this case, the lithium nitride phosphate compound-containing sheet may be a solid electrolyte layer forming sheet, a positive electrode active material layer forming sheet, or both. Furthermore, in this invention, the lithium nitride phosphoric acid compound containing sheet | seat characterized by having obtained by performing the preparation process mentioned above, a synthesis | combination process, and a shaping | molding process can be provided.

B.窒化リン酸リチウム化合物含有シート
次に、本発明の窒化リン酸リチウム化合物含有シートについて説明する。本発明の窒化リン酸リチウム化合物含有シートは、窒化リン酸リチウム化合物と、窒素含有化合物を重合してなる窒素含有化合物重合体と、を有することを特徴とするものである。
B. Next, the lithium nitride phosphate compound-containing sheet of the present invention will be described. The lithium nitride phosphate compound-containing sheet of the present invention is characterized by having a lithium nitride phosphate compound and a nitrogen-containing compound polymer obtained by polymerizing a nitrogen-containing compound.

本発明によれば、窒化リン酸リチウム化合物と、窒素含有化合物重合体とが複合化しているため、柔軟性に優れた窒化リン酸リチウム化合物含有シートとすることができる。さらに、窒化リン酸リチウム化合物がLiイオン伝導性に優れているため、Liイオン伝導性に優れているという利点を有する。   According to the present invention, since the lithium nitride phosphate compound and the nitrogen-containing compound polymer are complexed, a lithium nitride phosphate compound-containing sheet having excellent flexibility can be obtained. Furthermore, since the lithium nitride phosphate compound is excellent in Li ion conductivity, it has an advantage that it is excellent in Li ion conductivity.

図2は、本発明の窒化リン酸リチウム化合物含有シートの一例を示す概略断面図である。図2に示された窒化リン酸リチウム化合物含有シート10は、粒子状の窒化リン酸リチウム化合物1と、窒素含有化合物を重合してなる窒素含有化合物重合体2と、を有するものである。本発明においては、窒素含有化合物重合体2が、窒化リン酸リチウム化合物1を保持しているため、柔軟性に優れた窒化リン酸リチウム化合物含有シート10とすることができる。   FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing an example of the lithium nitride phosphate compound-containing sheet of the present invention. The lithium nitride nitride compound-containing sheet 10 shown in FIG. 2 has a particulate lithium nitride phosphate compound 1 and a nitrogen-containing compound polymer 2 formed by polymerizing a nitrogen-containing compound. In the present invention, since the nitrogen-containing compound polymer 2 holds the lithium nitride phosphate compound 1, the lithium nitride phosphate compound-containing sheet 10 having excellent flexibility can be obtained.

本発明における窒化リン酸リチウム化合物は、上記「A.窒化リン酸リチウム化合物含有シートの製造方法」で記載した原料化合物を窒化して得られるものであれば特に限定されるものではない。窒化リン酸リチウム化合物の一例としては、LiPOを窒化した化合物を挙げることができる。LiPOを窒化した化合物を含有するシートは、例えば、固体電解質層形成用シートとして有用である。 The lithium nitride phosphate compound in the present invention is not particularly limited as long as it is obtained by nitriding the raw material compound described in the above-mentioned “A. Production method of lithium nitride phosphate compound-containing sheet”. As an example of the lithium nitride phosphate compound, a compound obtained by nitriding Li 3 PO 4 can be given. A sheet containing a compound obtained by nitriding Li 3 PO 4 is useful, for example, as a solid electrolyte layer forming sheet.

窒化リン酸リチウム化合物の他の例としては、NASICON(LISICON)型構造を有する化合物を窒化した化合物を挙げることができる。この化合物を含有するシートは、例えば、固体電解質層形成用シートとして有用である。中でも、本発明においては、窒化リン酸リチウム化合物が、Li(XはTi、Zr、Ge、In、Ga、SnおよびAlからなる群から選択される少なくとも1種であり、YはB、Al、Ga、In、C、Si、Ge、Sn、SbおよびSeからなる群から選択される少なくとも1種であり、a〜fは、0.5<a<5.0、0.5≦b<3.0、0≦c<2.98、0.02<d≦3.0、2.0<c+d<4.0、3.0<e≦12.0、0.002<f<2.0の関係を満たす)で表される化合物であることが好ましい。Liイオン伝導性が優れているからである。 Another example of the lithium nitride phosphoric acid compound is a compound obtained by nitriding a compound having a NASICON (LISICON) type structure. A sheet containing this compound is useful, for example, as a sheet for forming a solid electrolyte layer. Among them, in the present invention, the lithium nitride lithium phosphate compound is Li a Xb Y cP d O e N f (X is at least selected from the group consisting of Ti, Zr, Ge, In, Ga, Sn and Al) Y is at least one selected from the group consisting of B, Al, Ga, In, C, Si, Ge, Sn, Sb and Se, and a to f are 0.5 <a < 5.0, 0.5 ≦ b <3.0, 0 ≦ c <2.98, 0.02 <d ≦ 3.0, 2.0 <c + d <4.0, 3.0 <e ≦ 12. 0, 0.002 <f <2.0 is satisfied). This is because the Li ion conductivity is excellent.

また、窒化リン酸リチウム化合物の他の例としては、オリビン型構造を有する化合物を窒化した化合物を挙げることができる。この化合物を含有するシートは、例えば、正極活物質層形成用シートとして有用である。ここで、オリビン型構造を有する化合物を窒化した化合物の一例としては、Li(XはMn、Fe、CoおよびNiからなる群から選択される少なくとも1種であり、YはMg、Al、Ti、Ga、Cu、V、Nb、Zr、Ce、InおよびZnからなる群から選択される少なくとも1種であり、a〜fは、0.001≦a≦1.5、0.7≦b≦1.3、0≦c≦0.4、0.7≦b+c≦1.3、0.7≦d≦1.3、3.0≦e≦5.0、0.002≦f≦2.0の関係を満たす)で表される化合物を挙げることができる。この化合物は、Liイオン伝導性および電子伝導性が高いという利点を有する。特に、この化合物は電子伝導性が高いため、従来に比べて、導電化材の使用量を低減することができ、電池の高容量化を図ることができる。 In addition, as another example of the lithium nitride phosphate compound, a compound obtained by nitriding a compound having an olivine structure can be given. The sheet containing this compound is useful, for example, as a positive electrode active material layer forming sheet. Here, as an example of a compound obtained by nitriding a compound having an olivine structure, Li a Xb Y cP d O e N f (X is at least one selected from the group consisting of Mn, Fe, Co, and Ni) Y is at least one selected from the group consisting of Mg, Al, Ti, Ga, Cu, V, Nb, Zr, Ce, In and Zn, and a to f are 0.001 ≦ a ≦ 1.5, 0.7 ≦ b ≦ 1.3, 0 ≦ c ≦ 0.4, 0.7 ≦ b + c ≦ 1.3, 0.7 ≦ d ≦ 1.3, 3.0 ≦ e ≦ 5. 0, 0.002 ≦ f ≦ 2.0). This compound has the advantage of high Li ion conductivity and electronic conductivity. In particular, since this compound has high electron conductivity, the amount of conductive material used can be reduced compared to the conventional case, and the capacity of the battery can be increased.

また、オリビン型構造を有する化合物を窒化した化合物の他の例としては、Li(XはMn、Fe、CoおよびNiからなる群から選択される少なくとも1種であり、YはMg、Al、Ti、Ga、Cu、V、Nb、Zr、Ce、InおよびZnからなる群から選択される少なくとも1種であり、a〜gは、0.001≦a≦1.5、0.7≦b≦1.3、0≦c≦0.4、0.7≦b+c≦1.3、0.7≦d≦1.3、3.0≦e≦5.0、0.002≦f≦2.0、0.002≦g≦2.0の関係を満たす)で表される化合物を挙げることができる。この化合物は、Liイオン伝導性および電子伝導性が高いという利点を有する。さらに、組成中にFを有することから、Liイオン伝導性、電子伝導性、耐久性を優れたものとすることができる。 As another example of a compound obtained by nitriding a compound having an olivine structure, Li a Xb Y c Pd O e F f N g (X is selected from the group consisting of Mn, Fe, Co, and Ni) At least one, Y is at least one selected from the group consisting of Mg, Al, Ti, Ga, Cu, V, Nb, Zr, Ce, In and Zn, and a to g are 0.001. ≦ a ≦ 1.5, 0.7 ≦ b ≦ 1.3, 0 ≦ c ≦ 0.4, 0.7 ≦ b + c ≦ 1.3, 0.7 ≦ d ≦ 1.3, 3.0 ≦ e ≦ 5.0, 0.002 ≦ f ≦ 2.0, 0.002 ≦ g ≦ 2.0). This compound has the advantage of high Li ion conductivity and electronic conductivity. Furthermore, since it has F in the composition, it can be made excellent in Li ion conductivity, electron conductivity, and durability.

また、本発明においては、窒化リン酸リチウム化合物が粒子状(粉末状)であることが好ましい。膜状の窒化リン酸リチウム化合物のように剥離やクラック等が生じず、耐久性に優れているからである。粒子状の窒化リン酸リチウム化合物の平均粒径としては、例えば0.1μm以上、中でも0.1μm〜100μmの範囲内であることが好ましい。なお、平均粒径は、レーザー方式による粒度分布計により算出することができる。   In the present invention, the lithium nitride lithium phosphate compound is preferably in the form of particles (powder). This is because peeling and cracking do not occur unlike the film-like lithium nitride phosphate compound, and the durability is excellent. The average particle size of the particulate lithium nitride phosphate compound is, for example, preferably 0.1 μm or more, and more preferably in the range of 0.1 μm to 100 μm. The average particle size can be calculated by a laser particle size distribution meter.

また、本発明における窒化リン酸リチウム化合物は、原料化合物に単にNが吸着したものではなく、Nが化学結合した状態で、窒化リン酸リチウム化合物内に存在するものであることが好ましい。   Moreover, it is preferable that the lithium nitride phosphoric acid compound in the present invention is not a material in which N is simply adsorbed on the raw material compound, but is present in the lithium nitride phosphoric acid compound in a state where N is chemically bonded.

窒化リン酸リチウム化合物含有シートに含まれる窒化リン酸リチウム含有物の割合は、窒化リン酸リチウム化合物含有シートの用途に応じて異なるものである。一般的には、窒化リン酸リチウム含有物の割合が少なすぎると、Liイオン伝導性が低くなる傾向にあり、窒化リン酸リチウム含有物の割合が多すぎると、柔軟性が低くなる傾向にある。例えば、窒化リン酸リチウム化合物含有シートを、固体電解質層形成用シートとして用いる場合、窒化リン酸リチウム含有物の割合は、例えば10体積%〜90体積%の範囲内であることが好ましい。一方、窒化リン酸リチウム化合物含有シートを、正極活物質層形成用シートとして用いる場合、窒化リン酸リチウム含有物の割合は、例えば10体積%〜90体積%の範囲内であることが好ましい。   The ratio of the lithium nitride phosphate-containing material contained in the lithium nitride phosphate compound-containing sheet varies depending on the use of the lithium nitride phosphate compound-containing sheet. Generally, when the proportion of the lithium nitride phosphate-containing material is too small, the Li ion conductivity tends to be low, and when the proportion of the lithium nitride phosphate-containing material is too large, the flexibility tends to be low. . For example, when the lithium nitride phosphate compound-containing sheet is used as a sheet for forming a solid electrolyte layer, the proportion of the lithium nitride phosphate-containing material is preferably in the range of 10% by volume to 90% by volume, for example. On the other hand, when the lithium nitride phosphate compound-containing sheet is used as a positive electrode active material layer forming sheet, the ratio of the lithium nitride phosphate-containing material is preferably in the range of 10% by volume to 90% by volume, for example.

窒化リン酸リチウム化合物含有シートに含まれる窒素含有化合物重合体の割合は、得られる窒化リン酸リチウムの隙間を埋める程度の量が好ましく、具体的には、例えば5体積%〜30体積%の範囲内であることが好ましく、5体積%〜10体積%の範囲内であることがより好ましい。窒素含有化合物重合体の割合が少なすぎると、所望の柔軟性を得ることができない可能性があり、窒素含有化合物重合体の割合が多すぎると、Liイオン伝導性が低くなる可能性があるからである。   The ratio of the nitrogen-containing compound polymer contained in the lithium nitride phosphate compound-containing sheet is preferably such an amount as to fill the gaps in the obtained lithium nitride phosphate, and specifically, for example, in the range of 5% to 30% by volume. Preferably, it is within the range of 5% by volume to 10% by volume. If the proportion of the nitrogen-containing compound polymer is too small, the desired flexibility may not be obtained, and if the proportion of the nitrogen-containing compound polymer is too large, the Li ion conductivity may be lowered. It is.

また、窒化リン酸リチウム化合物含有シートの厚さは、特に限定されるものではなく、シートの用途に応じて適宜選択することが好ましい。例えば、窒化リン酸リチウム化合物含有シートが、固体電解質層形成用シートまたは正極活物質層として用いられる場合、シートの厚さは、例えば0.1μm〜1000μmの範囲内であり、0.1μm〜300μmの範囲内であることが好ましい。   In addition, the thickness of the lithium nitride phosphate compound-containing sheet is not particularly limited, and is preferably selected as appropriate according to the use of the sheet. For example, when the lithium nitride phosphate compound-containing sheet is used as a solid electrolyte layer forming sheet or a positive electrode active material layer, the thickness of the sheet is, for example, in the range of 0.1 μm to 1000 μm, and 0.1 μm to 300 μm. It is preferable to be within the range.

本発明においては、窒化リン酸リチウム化合物含有シートを用いた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。この場合、窒化リン酸リチウム化合物含有シートは、固体電解質層形成用シートであっても良く、正極活物質層形成用シートであっても良く、その両方であっても良い。また、正極活物質層形成用シートを、電解液を有するリチウム電池に用いても良い。   In the present invention, it is possible to provide a lithium battery using a sheet containing a lithium nitride phosphate compound. In this case, the lithium nitride phosphate compound-containing sheet may be a solid electrolyte layer forming sheet, a positive electrode active material layer forming sheet, or both. Moreover, you may use the sheet | seat for positive electrode active material layer formation for the lithium battery which has electrolyte solution.

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]
原料として、LiPO(アルドリッチ社製)、尿素(アルドリッチ社製)および水酸化カルシウム(アルドリッチ社製)を用意した。次に、LiPOを1g(約8.6mmol)、尿素を2g(約33mmol)、水酸化カルシウムを0.1g、純水を0.1g秤量し、乳鉢にて混合し、原料組成物を得た。その後、得られた原料組成物をガラス管に入れ、真空とした。次に、そのガラス管を、管状炉で200℃、5時間の条件で焼成し、窒化リン酸リチウム含有組成物を得た。得られた窒化リン酸リチウム含有組成物は、餅状であった。最後に、窒化リン酸リチウム含有組成物をロールプレスによりシート状に成形し、窒化リン酸リチウム含有シートを得た。
[Example 1]
Li 3 PO 4 (manufactured by Aldrich), urea (manufactured by Aldrich) and calcium hydroxide (manufactured by Aldrich) were prepared as raw materials. Next, 1 g (about 8.6 mmol) of Li 3 PO 4 , 2 g (about 33 mmol) of urea, 0.1 g of calcium hydroxide and 0.1 g of pure water are weighed and mixed in a mortar, and the raw material composition Got. Thereafter, the obtained raw material composition was put in a glass tube and evacuated. Next, the glass tube was baked at 200 ° C. for 5 hours in a tubular furnace to obtain a lithium nitride phosphate-containing composition. The obtained lithium nitride nitride-containing composition was bowl-shaped. Finally, the lithium nitride phosphate-containing composition was formed into a sheet by a roll press to obtain a lithium nitride phosphate-containing sheet.

[実施例2]
原料として、LiPO(アルドリッチ社製)、尿素(アルドリッチ社製)、水酸化リチウム(アルドリッチ社製)およびホルムアルデヒド(アルドリッチ社製)を用意した。次に、LiPOを1g(約8.6mmol)、尿素を2g(約33mmol)、水酸化リチウムを0.1g、純水を0.1g秤量し、乳鉢にて混合した。得られた混合物をガラスボートに入れ、別のガラスボートにホルムアルデヒド0.01g(約0.3mmol)を入れた。その後、2つのガラスボートをガラス管に入れ、真空とした。次に、そのガラス管を、管状炉で200℃、5時間の条件で焼成し、窒化リン酸リチウム含有組成物を得た。得られた窒化リン酸リチウム含有組成物は、餅状であった。最後に、窒化リン酸リチウム含有組成物をロールプレスによりシート状に成形し、窒化リン酸リチウム含有シートを得た。
[Example 2]
As raw materials, Li 3 PO 4 (manufactured by Aldrich), urea (manufactured by Aldrich), lithium hydroxide (manufactured by Aldrich) and formaldehyde (manufactured by Aldrich) were prepared. Next, 1 g (about 8.6 mmol) of Li 3 PO 4 , 2 g (about 33 mmol) of urea, 0.1 g of lithium hydroxide and 0.1 g of pure water were weighed and mixed in a mortar. The obtained mixture was put into a glass boat, and 0.01 g (about 0.3 mmol) of formaldehyde was put into another glass boat. Then, two glass boats were put into a glass tube and evacuated. Next, the glass tube was baked at 200 ° C. for 5 hours in a tubular furnace to obtain a lithium nitride phosphate-containing composition. The obtained lithium nitride nitride-containing composition was bowl-shaped. Finally, the lithium nitride phosphate-containing composition was formed into a sheet by a roll press to obtain a lithium nitride phosphate-containing sheet.

[参考例1]
参考例1では、LiPOに対して、尿素を用いた窒化を行った。なお、本参考例では強アルカリ化合物を用いず、尿素の重合は行わなかった。まず、原料として、LiPO(アルドリッチ社製)および尿素(アルドリッチ社製)を用意した。次に、LiPOおよび尿素を、それぞれ1gずつ秤量して、乳鉢にて混合し、原料組成物を得た。その後、得られた原料組成物を、成形機にて1cmφ×2mmtに成形し、得られた成形体をガラス管に入れ、真空とした。次に、そのガラス管を、管状炉で300℃、3時間の条件で焼成した。これにより、窒化リン酸リチウム化合物(LIPON)を得た。
[Reference Example 1]
In Reference Example 1, nitridation using urea was performed on Li 3 PO 4 . In this reference example, no strong alkali compound was used, and no urea polymerization was performed. First, Li 3 PO 4 (manufactured by Aldrich) and urea (manufactured by Aldrich) were prepared as raw materials. Next, 1 g each of Li 3 PO 4 and urea was weighed and mixed in a mortar to obtain a raw material composition. Thereafter, the obtained raw material composition was molded into 1 cmφ × 2 mmt with a molding machine, and the obtained molded body was put into a glass tube and evacuated. Next, the glass tube was baked in a tube furnace at 300 ° C. for 3 hours. Thereby, a lithium nitride phosphate compound (LIPON) was obtained.

得られた窒化リン酸リチウム化合物に対して、光電子分光法(XPS法)を用いて、化学結合状態の評価を行った。その結果、O−N=Oユニット、NP3ユニット、P−N=Pユニットのピークが確認された。これらのピークは、従来の高周波マグネトロンスパッタリング法により形成したLIPONのピークと同様であることから、LiPOの窒化が生じていることが確認された。 The chemical bonding state of the obtained lithium nitride nitride compound was evaluated using photoelectron spectroscopy (XPS method). As a result, peaks of O—N═O unit, NP3 unit, and P—N = P unit were confirmed. Since these peaks are the same as the peaks of LIPON formed by the conventional high-frequency magnetron sputtering method, it was confirmed that nitriding of Li 3 PO 4 occurred.

また、得られた窒化リン酸リチウム化合物に対して、X線回折法(XRD)法を用いて、結晶構造評価を行った。解析の結果、得られた窒化リン酸リチウム化合物は、OP−N−POユニットを有していると推測されることが分かった。これにより、窒素含有化合物の窒素元素が、単にLiPOの表面に吸着したのではなく、化学結合に組み込まれていることが示唆された。さらに、得られた窒化リン酸リチウム化合物のイオン伝導性を、インピーダンス解析法により測定したところ、50×10−8(S/cm)であった。
[比較参考例1]
原料として、LiPO(アルドリッチ社製)および尿素(アルドリッチ社製)を用意した。次に、LiPOおよび尿素を、それぞれ1gずつ秤量して、乳鉢にて混合し、評価用組成物を得た。得られた窒化リン酸リチウム化合物のイオン伝導性を、インピーダンス解析法により測定したところ、7×10−8(S/cm)であった。参考例1と比較参考例1との結果から、尿素を用いることで、LiPOが窒化され、Liイオン伝導性が向上することが確認された。
The obtained lithium nitride phosphate compound was evaluated for crystal structure using an X-ray diffraction (XRD) method. As a result of the analysis, it was found that the obtained lithium nitride lithium phosphate compound was estimated to have O 3 P—N—PO 3 units. This suggested that the nitrogen element of the nitrogen-containing compound was not simply adsorbed on the surface of Li 3 PO 4 but was incorporated in the chemical bond. Furthermore, it was 50 * 10 < -8 > (S / cm) when the ionic conductivity of the obtained lithium nitride phosphoric acid compound was measured by the impedance analysis method.
[Comparative Reference Example 1]
Li 3 PO 4 (manufactured by Aldrich) and urea (manufactured by Aldrich) were prepared as raw materials. Next, 1 g each of Li 3 PO 4 and urea was weighed and mixed in a mortar to obtain a composition for evaluation. It was 7 * 10 < -8 > (S / cm) when the ionic conductivity of the obtained lithium nitride phosphoric acid compound was measured by the impedance analysis method. From the results of Reference Example 1 and Comparative Reference Example 1, it was confirmed that by using urea, Li 3 PO 4 was nitrided and Li ion conductivity was improved.

[参考例2]
参考例2では、Li1.3Al0.3Ti0.7(POに対して、尿素を用いた窒化を行った。なお、本参考例では強アルカリ化合物を用いず、尿素の重合は行わなかった。まず、原料として、Li1.3Al0.3Ti0.7(POを合成した。この化合物は、H.Aono et al., “Ionic-Conductivity of Solid Electrolytes Based on Lithium Titanium Phosphate”, J. Electrochem. Soc., 137(1990)1023に記載された方法により合成した。次に、Li1.3Al0.3Ti0.7(POおよび尿素(アルドリッチ社製)を、それぞれ1gずつ秤量して、乳鉢にて混合し、原料組成物を得た。その後、得られた原料組成物を、成形機にて1cmφ×2mmtに成形し、得られた成形体をガラス管に入れ、真空とした。次に、そのガラス管を、管状炉で500℃、3時間の条件で焼成した。これにより、窒化リン酸リチウム化合物を得た。
[Reference Example 2]
In Reference Example 2, nitridation using urea was performed on Li 1.3 Al 0.3 Ti 0.7 (PO 4 ) 3 . In this reference example, no strong alkali compound was used, and no urea polymerization was performed. First, Li 1.3 Al 0.3 Ti 0.7 (PO 4 ) 3 was synthesized as a raw material. This compound was synthesized by the method described in H. Aono et al., “Ionic-Conductivity of Solid Electrolytes Based on Lithium Titanium Phosphate”, J. Electrochem. Soc., 137 (1990) 1023. Next, 1 g each of Li 1.3 Al 0.3 Ti 0.7 (PO 4 ) 3 and urea (manufactured by Aldrich) were weighed and mixed in a mortar to obtain a raw material composition. Thereafter, the obtained raw material composition was molded into 1 cmφ × 2 mmt with a molding machine, and the obtained molded body was put into a glass tube and evacuated. Next, the glass tube was fired at 500 ° C. for 3 hours in a tubular furnace. As a result, a lithium nitride phosphate compound was obtained.

得られた窒化リン酸リチウム化合物に対して、光電子分光法(XPS法)を用いて、化学結合状態の評価を行った。その結果、O−N=Oユニット、NP3ユニット、P−N=Pユニットのピークが確認された。これより、Li1.3Al0.3Ti0.7(POの窒化が生じていることが確認された。さらに、得られた窒化リン酸リチウム化合物のイオン伝導性を、インピーダンス解析法により測定したところ、6620×10−8(S/cm)であった。 The chemical bonding state of the obtained lithium nitride nitride compound was evaluated using photoelectron spectroscopy (XPS method). As a result, peaks of O—N═O unit, NP3 unit, and P—N = P unit were confirmed. From this, it was confirmed that nitridation of Li 1.3 Al 0.3 Ti 0.7 (PO 4 ) 3 occurred. Furthermore, it was 6620 * 10 < -8 > (S / cm) when the ionic conductivity of the obtained lithium nitride phosphoric acid compound was measured by the impedance analysis method.

[比較参考例2]
参考例2で使用したLi1.3Al0.3Ti0.7(POを評価用組成物とした。得られた窒化リン酸リチウム化合物のイオン伝導性を、インピーダンス解析法により測定したところ、3389×10−8(S/cm)であった。参考例2と比較参考例2との結果から、尿素を用いることで、Li1.3Al0.3Ti0.7(POが窒化され、Liイオン伝導性が向上することが確認された。
[Comparative Reference Example 2]
Li 1.3 Al 0.3 Ti 0.7 (PO 4 ) 3 used in Reference Example 2 was used as the evaluation composition. It was 3389 * 10 < -8 > (S / cm) when the ionic conductivity of the obtained lithium nitride phosphoric acid compound was measured by the impedance analysis method. From the results of Reference Example 2 and Comparative Reference Example 2, it was confirmed that by using urea, Li 1.3 Al 0.3 Ti 0.7 (PO 4 ) 3 was nitrided and Li ion conductivity was improved. It was done.

[参考例3]
参考例3では、LiFePOに対して、尿素を用いた窒化を行った。なお、本参考例では強アルカリ化合物を用いず、尿素の重合は行わなかった。まず、原料として、LiFePOおよび尿素(アルドリッチ社製)を用意した。次に、LiFePOおよび尿素を、それぞれ1gずつ秤量して、乳鉢にて混合し、原料組成物を得た。その後、得られた原料組成物を、成形機にて1cmφ×2mmtに成形し、得られた成形体をガラス管に入れ、真空とした。次に、そのガラス管を、管状炉で500℃、3時間の条件で焼成した。これにより、窒化リン酸リチウム化合物を得た。得られた窒化リン酸リチウム化合物の色は、茶色であった。
[Reference Example 3]
In Reference Example 3, nitridation using urea was performed on LiFePO 4 . In this reference example, no strong alkali compound was used, and no urea polymerization was performed. First, LiFePO 4 and urea (manufactured by Aldrich) were prepared as raw materials. Next, 1 g each of LiFePO 4 and urea were weighed and mixed in a mortar to obtain a raw material composition. Thereafter, the obtained raw material composition was molded into 1 cmφ × 2 mmt with a molding machine, and the obtained molded body was put into a glass tube and evacuated. Next, the glass tube was fired at 500 ° C. for 3 hours in a tubular furnace. As a result, a lithium nitride phosphate compound was obtained. The color of the obtained lithium nitride nitride compound was brown.

[比較参考例3]
LiFePOを、成形機にて1cmφ×2mmtに成形し、Ar雰囲気下、750℃、24時間の条件で焼成し、評価用組成物とした。評価用組成物の色は、薄い灰色であった。
[Comparative Reference Example 3]
LiFePO 4 was molded into 1 cmφ × 2 mmt by a molding machine and baked under conditions of 750 ° C. and 24 hours in an Ar atmosphere to obtain a composition for evaluation. The color of the evaluation composition was light gray.

[参考例4]
参考例4では、Fを導入したLiFePOに対して、尿素を用いた窒化を行った。なお、本参考例では強アルカリ化合物を用いず、尿素の重合は行わなかった。まず、LiCOを0.24g、LiFを0.34g、FeCを2.34g、(NHHPOを1.72g混合し、さらにエタノールを25g加えた。得られた組成物に対して、4000rpm、3時間の条件でボールミルを行い、その後、エタノールを蒸発させ、オリビン構造を有する原料化合物(Fを導入したLiFePO)を得た。得られた原料化合物を用いたこと以外は、参考例3と同様にして、窒化リン酸リチウム化合物を得た。得られた窒化リン酸リチウム化合物の色は、こげ茶色であった。
[Reference Example 4]
In Reference Example 4, nitridation using urea was performed on LiFePO 4 into which F was introduced. In this reference example, no strong alkali compound was used, and no urea polymerization was performed. First, 0.24 g of Li 2 CO 3 , 0.34 g of LiF, 2.34 g of FeC 2 O 4 and 1.72 g of (NH 4 ) 2 HPO 4 were mixed, and 25 g of ethanol was further added. The obtained composition was ball milled under conditions of 4000 rpm for 3 hours, and then ethanol was evaporated to obtain a raw material compound having an olivine structure (LiFePO 4 into which F was introduced). A lithium nitride lithium phosphate compound was obtained in the same manner as in Reference Example 3, except that the obtained raw material compound was used. The color of the obtained lithium nitride nitride compound was dark brown.

[参考例3、4および比較参考例3の評価]
参考例3、4の窒化リン酸リチウム化合物と、比較例参考例3の評価用組成物とを用いて、XRD測定を行った。その結果、参考例3は、比較参考例3に対して、同等のピークを示すこと、および、35.7°付近のメインピークがシフトしていることが確認された。さらに、試料の色が明確に変化したことから、参考例3では、不純物なく鉄オリビン構造中にNを導入できたと考えられる。参考例4は、比較参考例3に対して、同等のピークを示すこと、および、35.7°付近のメインピークがシフトしていることが確認された。さらに、試料の色が明確に変化したことから、参考例4では、不純物なく鉄オリビン構造中にNおよびFを導入できたと考えられる。
[Evaluation of Reference Examples 3 and 4 and Comparative Reference Example 3]
XRD measurement was performed using the lithium nitride phosphate compound of Reference Examples 3 and 4 and the composition for evaluation of Comparative Example Reference Example 3. As a result, it was confirmed that Reference Example 3 showed an equivalent peak to Comparative Reference Example 3, and that the main peak near 35.7 ° was shifted. Furthermore, since the color of the sample changed clearly, it is considered that in Reference Example 3, N could be introduced into the iron olivine structure without impurities. It was confirmed that Reference Example 4 showed an equivalent peak to Comparative Reference Example 3 and that the main peak near 35.7 ° was shifted. Furthermore, since the color of the sample changed clearly, it is considered that in Reference Example 4, N and F could be introduced into the iron olivine structure without impurities.

さらに、参考例3、4の窒化リン酸リチウム化合物と、比較参考例3の評価用組成物とを用いて、電子伝導度測定を行った。その結果、Nを導入したLiFePO(参考例3)では、1.3×10−2S/cmであり、N、Fを導入したLiFePO(参考例4)では、2.1×10−2S/cmであり、LiFePO(比較参考例3)では、0.83×10−2S/cmであった。これにより、Nを導入することで電子伝導性が向上し、NおよびFを導入することで、さらに電子伝導性が向上することが確認された。 Furthermore, electron conductivity measurement was performed using the lithium nitride phosphate compound of Reference Examples 3 and 4 and the composition for evaluation of Comparative Reference Example 3. As a result, the LiFePO 4 obtained by introducing a N (Reference Example 3), was 1.3 × 10 -2 S / cm, the N, LiFePO 4 was introduced F (Reference Example 4), 2.1 × 10 - 2 S / cm and 0.83 × 10 −2 S / cm for LiFePO 4 (Comparative Reference Example 3). Thereby, it was confirmed that the electron conductivity was improved by introducing N, and the electron conductivity was further improved by introducing N and F.

1 … 窒化リン酸リチウム化合物
2 … 窒素含有化合物重合体
3 … 窒化リン酸リチウム化合物含有シート
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Lithium nitride phosphate compound 2 ... Nitrogen-containing compound polymer 3 ... Lithium nitride phosphate compound-containing sheet

Claims (12)

Li元素およびPO骨格を有する原料化合物と、前記原料化合物を窒化し、かつ、重合性を有する窒素含有化合物と、強アルカリ化合物と、を含有する原料組成物を調製する調製工程と、
前記原料組成物を焼成することで、前記原料化合物から窒化リン酸リチウム化合物への合成および前記窒素含有化合物の重合を行い、窒化リン酸リチウム化合物含有組成物を得る合成工程と、
前記窒化リン酸リチウム化合物含有組成物をシート状に成形する成形工程と、
を有することを特徴とする窒化リン酸リチウム化合物含有シートの製造方法。
A preparation step of preparing a raw material composition containing a raw material compound having an Li element and a PO 4 skeleton, nitriding the raw material compound and having a polymerizable nitrogen-containing compound, and a strong alkali compound;
By baking the raw material composition, synthesis from the raw material compound to a lithium nitride phosphate compound and polymerization of the nitrogen-containing compound to obtain a lithium nitride phosphate compound-containing composition;
A molding step of molding the lithium nitride phosphate compound-containing composition into a sheet;
A method for producing a sheet containing lithium nitride phosphate compound, comprising:
前記原料化合物が、LiPOであることを特徴とする請求項1に記載の窒化リン酸リチウム化合物含有シートの製造方法。 The starting compound, method of manufacturing the nitride lithium phosphate compound-containing sheet according to claim 1, characterized in that the Li 3 PO 4. 前記原料化合物が、NASICON(LISICON)型構造を有する化合物であることを特徴とする請求項1に記載の窒化リン酸リチウム化合物含有シートの製造方法。   2. The method for producing a lithium nitride nitride compound-containing sheet according to claim 1, wherein the raw material compound is a compound having a NASICON (LISICON) type structure. 前記原料化合物が、オリビン型構造を有する化合物であることを特徴とする請求項1に記載の窒化リン酸リチウム化合物含有シートの製造方法。   The method for producing a lithium nitride nitride compound-containing sheet according to claim 1, wherein the raw material compound is a compound having an olivine structure. 前記窒素含有化合物が、少なくとも2個のアミノ基を有することを特徴とする請求項1から請求項4までのいずれかの請求項に記載の窒化リン酸リチウム化合物含有シートの製造方法。   The said nitrogen-containing compound has at least 2 amino group, The manufacturing method of the lithium nitride phosphate compound containing sheet | seat of any one of Claim 1 to 4 characterized by the above-mentioned. 前記窒素含有化合物が、尿素であることを特徴とする請求項1から請求項5までのいずれかの請求項に記載の窒化リン酸リチウム化合物含有シートの製造方法。   The said nitrogen-containing compound is urea, The manufacturing method of the lithium nitride phosphoric acid compound containing sheet | seat of any one of Claim 1-5 characterized by the above-mentioned. 前記強アルカリ化合物が、水酸化カルシウムまたは水酸化リチウムであることを特徴とする請求項1から請求項6までのいずれかの請求項に記載の窒化リン酸リチウム化合物含有シートの製造方法。   The said strong alkali compound is calcium hydroxide or lithium hydroxide, The manufacturing method of the lithium nitride phosphoric acid compound containing sheet | seat of any one of Claim 1-6 characterized by the above-mentioned. 前記原料組成物が、前記窒素含有化合物以外の重合性を有する化合物を含有することを特徴とする請求項1から請求項7までのいずれかの請求項に記載の窒化リン酸リチウム化合物含有シートの製造方法。   The lithium nitride phosphate compound-containing sheet according to any one of claims 1 to 7, wherein the raw material composition contains a polymerizable compound other than the nitrogen-containing compound. Production method. 前記窒素含有化合物以外の重合性を有する化合物が、ホルムアルデヒドであることを特徴とする請求項8に記載の窒化リン酸リチウム化合物含有シートの製造方法。   9. The method for producing a lithium nitride phosphonate compound-containing sheet according to claim 8, wherein the polymerizable compound other than the nitrogen-containing compound is formaldehyde. 前記合成工程における焼成温度が、150℃〜250℃の範囲内であることを特徴とする請求項1から請求項9までのいずれかの請求項に記載の窒化リン酸リチウム化合物含有シートの製造方法。   10. The method for producing a lithium nitride nitride compound-containing sheet according to claim 1, wherein a firing temperature in the synthesis step is in a range of 150 ° C. to 250 ° C. 10. . 窒化リン酸リチウム化合物と、窒素含有化合物を重合してなる窒素含有化合物重合体と、を有することを特徴とする窒化リン酸リチウム化合物含有シート。   A lithium nitride phosphate compound-containing sheet comprising: a lithium nitride phosphate compound; and a nitrogen-containing compound polymer obtained by polymerizing a nitrogen-containing compound. 前記窒素含有化合物重合体の割合が、5体積%〜30体積%の範囲内であることを特徴とする請求項11に記載の窒化リン酸リチウム化合物含有シート。   The ratio of the said nitrogen containing compound polymer exists in the range of 5 volume%-30 volume%, The lithium nitride nitride compound containing sheet | seat of Claim 11 characterized by the above-mentioned.
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