JP2013239260A - Ion conductor and secondary battery - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain an ion conductor with high ion conductivity at low cost, in a highly reliable oxide-based ion conductor.SOLUTION: An ion conductor comprises Li, Al, B, Si and O, and has a crystal structure of a dumortierite structure.

Description

本発明は、イオン導電体及び二次電池に関する。   The present invention relates to an ion conductor and a secondary battery.

太陽光、振動、人や動物の体温等の微小なエネルギーから発電した電力を蓄え、センサーや無線発信電力に利用する環境発電技術には、あらゆる地球環境下において安全で信頼性の高い二次電池が必要である。現在広く利用されている二次電池は、液体である有機電解液を用いたものであり、使用を重ねることにより正極活物質が劣化して電池の容量が低下する場合や、デンドライトの形成による電池短絡によって、二次電池内における有機電解質に引火し発火する場合がある。従って、例えば10年以上の利用が考えられている環境発電においては、現状の有機電解液を用いた二次電池を用いることは、信頼性や安全性の観点より好ましくない。   Energy harvesting technology that stores power generated from minute energy such as sunlight, vibration, body temperature of people and animals, and uses it for sensors and wirelessly transmitted power is a safe and reliable secondary battery in any global environment. is necessary. Secondary batteries that are widely used at present are those using a liquid organic electrolyte solution. When the cathode active material deteriorates due to repeated use, the capacity of the battery decreases, or the battery by dendrite formation A short circuit may ignite and ignite the organic electrolyte in the secondary battery. Therefore, for example, in energy harvesting that is expected to be used for 10 years or more, it is not preferable to use a secondary battery using the current organic electrolyte from the viewpoint of reliability and safety.

一方、有機電解質を用いることなく、すべて固体の構成材料により形成されている全固体リチウム二次電池は、液漏れや発火等のおそれもなく、サイクル特性も優れているため注目されている。このような全固体リチウム二次電池に用いられる固体電解質であるリチウムイオン導電体としては、酸化物系と硫化物系等がある。酸化物系では、LiPOやLiGeOをベースとしたLISICON(LIthium SuperIonic CONductor)型、ナトリウムイオン導電体をベースとしたNASICON(Na SuperIonic CONductor)型、LiLaZrOガーネット型、LLTO等のペロブスカイト型等がある。また、硫化物系では、Li10GeP11やLi11等がある。 On the other hand, an all-solid lithium secondary battery formed of an all-solid constituent material without using an organic electrolyte has attracted attention because it has no risk of liquid leakage or ignition, and has excellent cycle characteristics. Examples of lithium ion conductors that are solid electrolytes used in such all-solid lithium secondary batteries include oxides and sulfides. In the oxide system, LISOCON (LIthium SuperIonic Conductor) type based on Li 3 PO 4 or Li 4 GeO 4 , NASICON (Na SuperIonic Conductor) type based on sodium ion conductor, LiLaZrO garnet type, perovskite such as LLTO There are types. In the sulfide system, there are Li 10 GeP 2 S 11 and Li 7 P 3 D 11 .

特開2007−528108号公報JP 2007-528108 A 特開2010−272344号公報JP 2010-272344 A 特開平08−198638号公報Japanese Patent Laid-Open No. 08-198638

H.Y-P. Hong., Materials Research Bulletin, Volume 13, Issue 2,February 1978, Pages 117-124H.Y-P. Hong., Materials Research Bulletin, Volume 13, Issue 2, February 1978, Pages 117-124 R. Murugan, V. Thangadurai, W. Weppner.,Angew. Chem. Int. Ed., (2007)、46、P. 7778−7781R. Murugan, V. Thangadurai, W. Weppner., Angew. Chem. Int. Ed. , (2007), 46, P. 7778-7781. Y. Inaguma, C. Liquan*, M. Itoh, T. Nakamura, T. Uchida, H. Ikuta,M. Wakihara., Solid State Communications Volume 86, Issue 10, June 1993, Pages689-693Y. Inaguma, C. Liquan *, M. Itoh, T. Nakamura, T. Uchida, H. Ikuta, M. Wakihara., Solid State Communications Volume 86, Issue 10, June 1993, Pages 689-693 N. Kamaya, K. Homma, Y. Yamakawa, M.Hirayama, R. Kanno, M. Yonemura, T.Kamiyama, Y. Kato, S. Hama, K. Kawamoto& A. Mitsui., Nature Materials Volume:10, Pages:682-686Yearpublished: (2011)N. Kamaya, K. Homma, Y. Yamakawa, M. Hirayama, R. Kanno, M. Yonemura, T. Kamiyama, Y. Kato, S. Hama, K. Kawamoto & A. Mitsui., Nature Materials Volume: 10, Pages: 682-686Yearpublished: (2011) A.Hayashi, S. Hama, T. Minami, M. Tatsumisago., Electrochem. Commun., 5 (2003), p. 111A. Hayashi, S. Hama, T. Minami, M. Tatsumisago., Electrochem. Commun., 5 (2003), p. 111

ところで、現在の酸化物系のリチウムイオン導電体は、イオン導電率が低いものが多く、比較的高い導電性を示す硫化物系のリチウムイオン導電体は、空気中で不安定であり、水に弱く酸化物系のものよりも信頼性が低く、合成工程も複雑なものが多い。また、比較的高い導電性を示すリチウムイオン導電体の多くは、希少で高価なGeや希土類元素を用いたものが多く、高価なものとなってしまう。   By the way, many of the current oxide-based lithium ion conductors have low ionic conductivity, and sulfide-based lithium ion conductors that exhibit relatively high conductivity are unstable in the air, It is weak and less reliable than oxide-based ones, and the synthesis process is often complicated. In addition, many lithium ion conductors exhibiting relatively high conductivity often use rare and expensive Ge or rare earth elements, which are expensive.

よって、低コストで得ることができ、信頼性が高く、イオン導電率の高いイオン導電体及び二次電池が求められている。   Therefore, an ionic conductor and a secondary battery that can be obtained at low cost, have high reliability, and have high ionic conductivity are demanded.

本実施の形態の一観点によれば、Li、Al、B、Si、Oを含み、結晶構造がデュモルチェ構造であることを特徴とする。   According to one aspect of the present embodiment, the crystal structure includes Li, Al, B, Si, and O, and the crystal structure is a Dumorche structure.

また、本実施の形態の他の一観点によれば、Mg、Al、B、Si、Oを含み、結晶構造がデュモルチェ構造であることを特徴とする。   According to another aspect of this embodiment, Mg, Al, B, Si, and O are included, and the crystal structure is a Dumorche structure.

開示のイオン導電体及び二次電池によれば、信頼性の高い酸化物系のイオン導電体において、イオン導電率の高いイオン導電体を低コストで得ることができる。   According to the disclosed ionic conductor and secondary battery, an ionic conductor having high ionic conductivity can be obtained at low cost in a highly reliable oxide-based ionic conductor.

第1の実施の形態におけるイオン導電体の構造図Structural diagram of ion conductor in the first embodiment 第1の実施の形態におけるイオン導電体のc軸方向の構造図Structural diagram of c-axis direction of ion conductor in first embodiment リチウム間の距離(Li−Li距離)と導電率の相関図Lithium distance (Li-Li distance) and conductivity correlation diagram 第1の実施の形態におけるイオン導電体のX線回折のシミュレーション図Simulation diagram of X-ray diffraction of ionic conductor in the first embodiment 第1または第2の実施の形態における二次電池の構造図Structural diagram of secondary battery in first or second embodiment

発明を実施するための形態について、以下に説明する。尚、同じ部材等については、同一の符号を付して説明を省略する。   Modes for carrying out the invention will be described below. In addition, about the same member etc., the same code | symbol is attached | subjected and description is abbreviate | omitted.

〔第1の実施の形態〕
(イオン導電体)
第1の実施の形態におけるイオン導電体について説明する。本実施の形態におけるイオン導電体は、リチウムイオン導電体であって、構成元素としてリチウム(Li)、アルミニウム(Al)、ホウ素(B)、シリコン(Si)及び酸素(O)を含むものである。具体的には、本実施の形態におけるイオン導電体は、Al(BO)(SiOにおけるデュモルチェ構造のAlの一部が、Liで置換された結晶構造を有するものである。即ち、本実施の形態は、デュモルチェ構造のLiAl(7−X/3)(BO)(SiOであって、Xの範囲が0<X≦3.0であり、リチウム(Li)を中心とした6配位八面体同士が稜を形成し、形成された稜が直列に連なる結晶構造を有するものである。
[First Embodiment]
(Ionic conductor)
The ion conductor in the first embodiment will be described. The ionic conductor in the present embodiment is a lithium ionic conductor and includes lithium (Li), aluminum (Al), boron (B), silicon (Si), and oxygen (O) as constituent elements. Specifically, the ionic conductor in the present embodiment has a crystal structure in which a part of Al of the Dumorche structure in Al 7 O 3 (BO 3 ) (SiO 4 ) 3 is substituted with Li. . In other words, the present embodiment is a Li X Al (7-X / 3) O 3 (BO 3 ) (SiO 4 ) 3 having a Dumorche structure, and the range of X is 0 <X ≦ 3.0. A hexacoordinate octahedron centered on lithium (Li) forms a ridge, and the formed ridge has a crystal structure that is connected in series.

図1及び図2には、本実施の形態におけるイオン導電体であって、LiAl(7−X/3)(BO)(SiOにおけるXの範囲が3となるLiAl(BO)(SiOのリチウムイオン導電体を示す。尚、図2は、図1における一点鎖線1Aにより囲まれた領域のc軸方向における配列、即ち、c軸方向におけるリチウムを中心とした6配位八面体11の配列を示すものである。 FIGS. 1 and 2 show an ionic conductor according to the present embodiment, in which Li in the range of X in Li X Al (7-X / 3) O 3 (BO 3 ) (SiO 4 ) 3 is 3. 3 shows a lithium ion conductor of 3 Al 6 O 3 (BO 3 ) (SiO 4 ) 3 . 2 shows the arrangement in the c-axis direction of the region surrounded by the one-dot chain line 1A in FIG. 1, that is, the arrangement of the hexacoordinate octahedron 11 centering on lithium in the c-axis direction.

尚、図2に示されるリチウムを中心とした6配位八面体11は、LiO八面体であり、アルミニウムを中心とした6配位八面体13は、AlO八面体である。また、シリコンを中心とした4配位四面体12は、SiO四面体である4配位四面体酸素酸塩(SiO4−であり、ホウ素を中心とした3配位三角平面体14は、BO三角平面体である3配位平面三角酸素酸塩(BO3−である。 Note that the hexacoordinate octahedron 11 centered on lithium shown in FIG. 2 is a LiO 6 octahedron, and the hexacoordinate octahedron 13 centered on aluminum is an AlO 6 octahedron. Further, the tetracoordinate tetrahedron 12 centered on silicon is a tetracoordinate tetrahedral oxyacid salt (SiO 4 ) 4− which is a SiO 4 tetrahedron, and a tricoordinate triangular plane 14 centered on boron. is, BO 3 is a triangular planar body 3 coordinate plane triangle oxyacid salt (BO 3) 3-.

このリチウムイオン導電体は、リチウムを中心とした6配位八面体11がc軸方向に直列に連なっており稜を形成している。また、c軸方向に直列に連なっているリチウムを中心とした6配位八面体11の周囲には、c軸方向に直列に連なっているリチウム11を中心とした6配位八面体の周囲を囲むように、シリコンを中心とした4配位四面体12がc軸方向に直列に連なって形成されている。更に、c軸方向に直列に連なっているシリコンを中心とした4配位四面体12の周囲には、c軸方向に直列に連なっているシリコンを中心とした4配位四面体12を囲むように、アルミニウムを中心とした6配位八面体13がc軸方向に直列に連なって形成されている。また、ホウ素を中心とした3配位三角平面体14は、c軸方向に直列に連なって形成されており、c軸方向に直列に連なって形成されているアルミニウムを中心とした6配位八面体13により周囲が囲まれている。   In this lithium ion conductor, a hexacoordinate octahedron 11 centering on lithium is connected in series in the c-axis direction to form a ridge. In addition, around the hexacoordinate octahedron 11 centered on lithium connected in series in the c-axis direction, the periphery of the hexacoordinate octahedron 11 centered on lithium 11 connected in series in the c-axis direction is surrounded. A tetracoordinate tetrahedron 12 centering on silicon is formed in series in the c-axis direction so as to surround it. Further, a tetracoordinate tetrahedron 12 centered on silicon connected in series in the c-axis direction is surrounded around the tetracoordinate tetrahedron 12 centered on silicon connected in series in the c-axis direction. Further, a hexacoordinate octahedron 13 centering on aluminum is formed in series in the c-axis direction. Further, the tricoordinate triangular planar body 14 centering on boron is formed in series in the c-axis direction, and the six-coordinate eight centered on aluminum formed in series in the c-axis direction. The periphery is surrounded by the face piece 13.

本実施の形態におけるイオン導電体は、図2に示されるように、c軸方向においてリチウムを中心とした6配位八面体11が連なっており、リチウムによるイオン導電パス(イオン導電経路)がc軸方向に形成されている。このような、図2に示されるリチウムイオン導電体では、リチウムを中心とした6配位八面体11同士におけるリチウム間の距離Lは、2.35Å(0.235nm)である。   As shown in FIG. 2, the ionic conductor in the present embodiment has a continuous six-coordinate octahedron 11 centered on lithium in the c-axis direction, and the ionic conduction path (ion conduction path) by lithium is c. It is formed in the axial direction. In such a lithium ion conductor shown in FIG. 2, the distance L between lithium in the six-coordinate octahedrons 11 centering on lithium is 2.35 mm (0.235 nm).

図3には、リチウムイオン導電体におけるリチウム間の距離(Li−Li距離)と導電率との関係を示す。硫化物系であるLiBPSは、高温相β型Li3+3/4x1−3/4x固溶系におけるx=0.300となるものである。このLiBPSは、空間群はPnma(62)であって、結晶構造内におけるイオン導電経路と考えられる4bサイトリチウムと4cサイトリチウムの距離は2.02Åであり、イオン導電率は1×10−4S/cmであり、比較的高いイオン導電性を示す。 In FIG. 3, the relationship between the distance (Li-Li distance) between lithium in a lithium ion conductor and electrical conductivity is shown. LiBPS, which is a sulfide system, has x = 0.300 in the high-temperature phase β-type Li 3 + 3 / 4x B x P 1-3 / 4x S 4 solid solution system. In this LiBPS, the space group is Pnma (62), the distance between 4b-site lithium and 4c-site lithium, which is considered to be an ionic conduction path in the crystal structure, is 2.02 mm, and the ionic conductivity is 1 × 10 −4. S / cm, indicating a relatively high ionic conductivity.

酸化物系では、LiGeOの空間群はCmcm(63)、Pnma(62)であって、結晶構造内におけるイオン導電経路と考えられる8eサイトのリチウム同士の距離は3.025Åであり、イオン導電率は1×10−13S/cmを示す。また、LiPOは、高温相γ−LiPOであり、空間群はPnma(62)であって、結晶構造内におけるイオン導電経路と考えられる8eサイトのリチウム同士の距離は3.03Åであり、イオン導電率は1×10−18S/cmを示す。 In the oxide system, the space group of Li 4 GeO 4 is Cmcm (63), Pnma (62), and the distance between lithium at the 8e site considered to be an ionic conduction path in the crystal structure is 3.025 mm, The ionic conductivity is 1 × 10 −13 S / cm. Further, Li 3 PO 4 is a high-temperature phase γ-Li 3 PO 4 , the space group is Pnma (62), and the distance between lithium at the 8e site considered to be an ionic conduction path in the crystal structure is 3. The ion conductivity is 1 × 10 −18 S / cm.

本実施の形態におけるイオン導電体であるLiAl(BO)(SiOは、空間群がPnma(62)であり、イオン導電経路と考えられる4cサイト同士の距離、即ち、リチウム間の距離Lは、2.35Å(0.235nm)である。これより、本実施の形態におけるイオン導電体のイオン導電率をシミュレートすると、イオン導電率は1×10−4〜1×10−9S/cmとなるものと推察される。このイオン導電率の値は、比較的高いイオン導電性を示す硫化物系のイオン導電体のイオン導電率に近い値である。尚、LiAl(BO)(SiOは、リチウムイオン導電体である。 Li 3 Al 6 O 3 (BO 3 ) (SiO 4 ) 3 , which is an ionic conductor in the present embodiment, has a space group of Pnma (62), and the distance between 4c sites considered to be ionic conduction paths, that is, The distance L between the lithium is 2.35 Å (0.235 nm). From this, when the ionic conductivity of the ionic conductor in the present embodiment is simulated, it is presumed that the ionic conductivity is 1 × 10 −4 to 1 × 10 −9 S / cm. This value of ionic conductivity is a value close to the ionic conductivity of a sulfide-based ionic conductor exhibiting relatively high ionic conductivity. Li 3 Al 6 O 3 (BO 3 ) (SiO 4 ) 3 is a lithium ion conductor.

従って、本実施の形態におけるイオン導電体は、酸化物系であるため信頼性が高く、リチウムイオン同士の距離も短いためイオン導電率も高いものと推察される。また、本実施の形態におけるイオン導電体は、イオン導電体を構成している元素が、Li、Al、B、Si及びOであるため、希少で高価なGeや希土類金属を用いていない。よって、本実施の形態におけるイオン導電体は、低コストで作製することができる。   Therefore, it is presumed that the ionic conductor in this embodiment has high reliability because it is an oxide, and has high ionic conductivity because the distance between lithium ions is short. In the ion conductor in this embodiment, since elements constituting the ion conductor are Li, Al, B, Si, and O, rare and expensive Ge or rare earth metal is not used. Therefore, the ionic conductor in this embodiment can be manufactured at low cost.

(イオン導電体の製造方法)
次に、本実施の形態におけるイオン導電体の製造方法について説明する。
(Method for producing ionic conductor)
Next, the manufacturing method of the ionic conductor in this Embodiment is demonstrated.

最初に、炭酸リチウム(LiCO)、酸化アルミニウム(Al)、二酸化シリコン(SiO)、ホウ素(B)をメノウ製のボールミルを用いて混合し、白金ルツボに入れて950℃で10時間の仮焼きを行う。この際各々の秤量値は、炭酸リチウム(LiCO)は1.9591gであり、酸化アルミニウム(Al)は5.4039gであり、二酸化シリコン(SiO)は3.1871gであり、ホウ素(B)は0.0960gである。 First, lithium carbonate (Li 2 CO 3 ), aluminum oxide (Al 2 O 3 ), silicon dioxide (SiO 2 ), and boron (B) are mixed using an agate ball mill, and placed in a platinum crucible at 950 ° C. And calcining for 10 hours. At this time, each weighed value is 1.9591 g for lithium carbonate (Li 2 CO 3 ), 5.4039 g for aluminum oxide (Al 2 O 3 ), and 3.1871 g for silicon dioxide (SiO 2 ). Boron (B) is 0.0960 g.

次に、仮焼きを行うことにより得られた焼成体を一度メノウ乳鉢で粉砕した後、ペレット成型し、成型されたペレットを1050℃で焼成する。これにより、本実施の形態におけるイオン導電体を作製することができる。   Next, the fired body obtained by calcining is once pulverized in an agate mortar, then formed into pellets, and the formed pellets are fired at 1050 ° C. Thereby, the ionic conductor in this Embodiment can be produced.

図4は、このように作製された本実施の形態におけるイオン導電体であるLiAl(BO)(SiOのリチウムイオン導電体において、X線回折のシミュレーションを行なった結果を示すものである。 FIG. 4 shows a simulation of X-ray diffraction in the lithium ion conductor of Li 3 Al 6 O 3 (BO 3 ) (SiO 4 ) 3 that is the ionic conductor in the present embodiment thus manufactured. The result is shown.

(二次電池)
次に、本実施の形態における二次電池について説明する。本実施の形態における二次電池は、本実施の形態におけるイオン導電体を固体電解質に用いたものである。具体的には、図5に示されるように、本実施の形態におけるイオン導電体により形成された固体電解質30の一方の面に正極となる電極31を設け、他方の面に負極となる電極32を設けた構造のものである。
(Secondary battery)
Next, the secondary battery in this embodiment will be described. The secondary battery in the present embodiment uses the ionic conductor in the present embodiment as a solid electrolyte. Specifically, as shown in FIG. 5, an electrode 31 serving as a positive electrode is provided on one surface of a solid electrolyte 30 formed of an ionic conductor in the present embodiment, and an electrode 32 serving as a negative electrode is provided on the other surface. It is the thing of the structure which provided.

〔第2の実施の形態〕
(イオン導電体)
次に、第2の実施の形態におけるイオン導電体について説明する。本実施の形態におけるイオン導電体は、リチウムイオン導電体であって、構成元素としてマグネシウム(Mg)、アルミニウム(Al)、ホウ素(B)、シリコン(Si)及び酸素(O)を含むものである。具体的には、Al(BO)(SiOにおけるデュモルチェ構造のAlの一部が、Mgで置換された結晶構造を有するものである。即ち、本実施の形態は、デュモルチェ構造のMgAl(7−Y/2)(BO)(SiOであって、Yの範囲が0<Y≦2.0であり、マグネシウム(Mg)を中心とした6配位八面体同士が稜を形成し、形成された稜が直列に連なる結晶構造を有するものである。
[Second Embodiment]
(Ionic conductor)
Next, an ionic conductor in the second embodiment will be described. The ionic conductor in this embodiment is a lithium ionic conductor and includes magnesium (Mg), aluminum (Al), boron (B), silicon (Si), and oxygen (O) as constituent elements. Specifically, a part of Al of the Dumorche structure in Al 7 O 3 (BO 3 ) (SiO 4 ) 3 has a crystal structure in which Mg is substituted. That is, this embodiment is a Dumorche structure Mg Y Al (7-Y / 2) O 3 (BO 3 ) (SiO 4 ) 3 , and the range of Y is 0 <Y ≦ 2.0, A hexacoordinate octahedron centered on magnesium (Mg) forms a ridge, and the formed ridge has a crystal structure that is connected in series.

本実施の形態におけるイオン導電体の一つとして、MgAl(7−Y/2)(BO)(SiOにおけるYの範囲が2となるMgAl(BO)(SiOのマグネシウムイオン導電体について説明する。 As one of the ionic conductors in the present embodiment, Mg 2 Al 6 O 3 (BO) in which the Y range in Mg Y Al (7-Y / 2) O 3 (BO 3 ) (SiO 4 ) 3 is 2 is used. 3 ) A magnesium ion conductor of (SiO 4 ) 3 will be described.

尚、マグネシウムを中心とした6配位八面体は、MgO八面体であり、アルミニウムを中心とした6配位八面体は、AlO八面体である。また、シリコンを中心とした4配位四面体は、SiO四面体である4配位四面体酸素酸塩(SiO4−であり、ホウ素を中心とした3配位三角平面体は、BO三角平面体である3配位平面三角酸素酸塩(BO3−である。 Note that the hexacoordinate octahedron centered on magnesium is an MgO 6 octahedron, and the hexacoordinate octahedron centered on aluminum is an AlO 6 octahedron. Further, four-coordinate tetrahedral around the silicon, SiO 4 tetrahedra in which tetracoordinate tetrahedral oxyacid salt (SiO 4) is 4, 3 coordination triangular plane body around the boron BO is a 3 triangular flat body 3 coordinate plane triangle oxyacid salt (BO 3) 3-.

このマグネシウムイオン導電体も第1の実施の形態におけるリチウムイオン導電体と同様に、マグネシウムを中心とした6配位八面体がc軸方向に直列に連なっており稜を形成している。また、c軸方向に直列に連なっているマグネシウムを中心とした6配位八面体の周囲には、c軸方向に直列に連なっているマグネシウムを中心とした6配位八面体の周囲を囲むように、シリコンを中心とした4配位四面体がc軸方向に直列に連なって形成されている。更に、c軸方向に直列に連なっているシリコンを中心とした4配位四面体の周囲には、c軸方向に直列に連なっているシリコンを中心とした4配位四面体の周囲を囲むように、アルミニウムを中心とした6配位八面体がc軸方向に直列に連なって形成されている。また、ホウ素を中心とした3配位三角平面体は、c軸方向に直列に連なって形成されており、c軸方向に直列に連なって形成されているアルミニウムを中心とした6配位八面体により周囲が囲まれている。   Similarly to the lithium ion conductor in the first embodiment, this magnesium ion conductor also has a hexacoordinate octahedron centered on magnesium that is connected in series in the c-axis direction to form a ridge. In addition, a hexacoordinate octahedron centered on magnesium connected in series in the c-axis direction is surrounded by a hexacoordinate octahedron centered on magnesium connected in series in the c-axis direction. In addition, a tetracoordinate tetrahedron centered on silicon is formed in series in the c-axis direction. Further, the tetracoordinate tetrahedron centered on silicon connected in series in the c-axis direction surrounds the tetracoordinate tetrahedron centered on silicon connected in series in the c-axis direction. Further, a hexacoordinate octahedron centered on aluminum is formed in series in the c-axis direction. Further, the tricoordinate triangular planar body centered on boron is formed in series in the c-axis direction, and is a six-coordinate octahedron centered on aluminum formed in series in the c-axis direction. Is surrounded by

本実施の形態におけるイオン導電体であるマグネシウムイオン導電体においては、マグネシウム間の間隔が短い程、イオン導電率が高くなり、マグネシウムを中心とした6配位八面体同士におけるマグネシウム間の距離は、2.35Å(0.235nm)である。   In the magnesium ion conductor which is an ionic conductor in the present embodiment, the shorter the gap between magnesium, the higher the ionic conductivity, and the distance between magnesium in hexacoordinated octahedrons centered on magnesium is: 2.35 mm (0.235 nm).

従って、本実施の形態におけるイオン導電体は、酸化物系であるため信頼性が高く、イオン導電率も高いものと推察される。また、本実施の形態におけるイオン導電体は、イオン導電体を構成している元素が、Mg、Al、B、Si及びOであるため、希少で高価なGeや希土類金属を用いていない。よって、本実施の形態におけるイオン導電体は、低コストで作製することができる。   Therefore, it is presumed that the ionic conductor in the present embodiment is oxide-based and has high reliability and high ionic conductivity. In addition, since the elements constituting the ionic conductor are Mg, Al, B, Si, and O, the ion conductor in this embodiment does not use rare and expensive Ge or rare earth metal. Therefore, the ionic conductor in this embodiment can be manufactured at low cost.

(イオン導電体の製造方法)
次に、本実施の形態におけるイオン導電体の製造方法について説明する。
(Method for producing ionic conductor)
Next, the manufacturing method of the ionic conductor in this Embodiment is demonstrated.

最初に、炭酸マグネシウム(MgCO)、酸化アルミニウム(Al)、二酸化シリコン(SiO)、ホウ素(B)をメノウ製のボールミルを用いて混合し、白金ルツボに入れて950℃で10時間の仮焼きを行う。この際各々の秤量値は、炭酸マグネシウム(MgCO)は2.6369gであり、酸化アルミニウム(Al)は4.9506gであり、二酸化シリコン(SiO)は2.9173gであり、ホウ素(B)は0.0874gである。 First, magnesium carbonate (MgCO 3 ), aluminum oxide (Al 2 O 3 ), silicon dioxide (SiO 2 ), and boron (B) are mixed using an agate ball mill and placed in a platinum crucible at 950 ° C. for 10 minutes. Temporary baking of time. At this time, the respective weighed values are 2.6369 g for magnesium carbonate (MgCO 3 ), 4.9506 g for aluminum oxide (Al 2 O 3 ), 2.9173 g for silicon dioxide (SiO 2 ), and boron (B) is 0.0874 g.

次に、仮焼きを行うことにより得られた焼成体を一度メノウ乳鉢で粉砕した後、ペレット成型し、成型されたペレットを1050℃で焼成する。これにより、本実施の形態におけるイオン導電体を作製することができる。   Next, the fired body obtained by calcining is once pulverized in an agate mortar, then formed into pellets, and the formed pellets are fired at 1050 ° C. Thereby, the ionic conductor in this Embodiment can be produced.

(二次電池)
次に、本実施の形態における二次電池について説明する。本実施の形態における二次電池は、第1の実施の形態と同様に、本実施の形態におけるイオン導電体であるMgAl(BO)(SiO等のマグネシウムイオン導電体を固体電解質に用いたものである。具体的には、図5に示されるように、本実施の形態におけるイオン導電体により形成された固体電解質30の一方の面に正極となる電極31を設け、他方の面に負極となる電極32を設けた構造のものである。尚、上記以外の内容については、第1の実施の形態と同様である。
(Secondary battery)
Next, the secondary battery in this embodiment will be described. Similar to the first embodiment, the secondary battery in the present embodiment has a magnesium ion conductivity such as Mg 2 Al 6 O 3 (BO 3 ) (SiO 4 ) 3 which is an ionic conductor in the present embodiment. The body is used as a solid electrolyte. Specifically, as shown in FIG. 5, an electrode 31 serving as a positive electrode is provided on one surface of a solid electrolyte 30 formed of an ionic conductor in the present embodiment, and an electrode 32 serving as a negative electrode is provided on the other surface. It is the thing of the structure which provided. The contents other than the above are the same as in the first embodiment.

以上、実施の形態について詳述したが、特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された範囲内において、種々の変形及び変更が可能である。   Although the embodiment has been described in detail above, it is not limited to the specific embodiment, and various modifications and changes can be made within the scope described in the claims.

上記の説明に関し、更に以下の付記を開示する。
(付記1)
Li、Al、B、Si、Oを含み、
結晶構造がデュモルチェ構造であることを特徴とするイオン導電体。
(付記2)
LiAl(7−X/3)(BO)(SiOであって、
Xの範囲が0<X≦3.0であることを特徴とする付記1に記載のイオン導電体。
(付記3)
4配位四面体酸素酸塩(SiO4−(12)と、
3配位平面三角酸素酸塩(BO3−(14)と、
により形成される結晶構造を有することを特徴とする付記1に記載のイオン導電体。
(付記4)
Mg、Al、B、Si、Oを含み、
結晶構造がデュモルチェ構造であることを特徴とするイオン導電体。
(付記5)
MgAl(7−Y/2)(BO)(SiOであって、
Yの範囲が0<Y≦2.0であることを特徴とする付記4に記載のイオン導電体。
(付記6)
4配位四面体酸素酸塩(SiO4−と、
3配位平面三角酸素酸塩(BO3−と、
により形成される結晶構造を有することを特徴とする付記4に記載のイオン導電体。
(付記7)
付記1から6のいずれかに記載の前記イオン導電体により形成された固体電解質と、
前記固体電解質の一方の面に形成された電極と、
前記固体電解質の一方の面に形成された電極と、
を有することを特徴とする二次電池。
In addition to the above description, the following additional notes are disclosed.
(Appendix 1)
Li, Al, B, Si, O,
An ionic conductor, wherein the crystal structure is a Dumorche structure.
(Appendix 2)
Li X Al (7-X / 3) O 3 (BO 3) a (SiO 4) 3,
2. The ionic conductor according to appendix 1, wherein the range of X is 0 <X ≦ 3.0.
(Appendix 3)
Tetracoordinate tetrahedral oxyacid salt (SiO 4 ) 4− (12);
3-coordinate planar triangular oxyacid salt (BO 3 ) 3− (14),
The ionic conductor according to appendix 1, wherein the ionic conductor has a crystal structure formed by:
(Appendix 4)
Including Mg, Al, B, Si, O,
An ionic conductor, wherein the crystal structure is a Dumorche structure.
(Appendix 5)
Mg Y Al (7-Y / 2) O 3 (BO 3) a (SiO 4) 3,
The ionic conductor according to appendix 4, wherein the range of Y is 0 <Y ≦ 2.0.
(Appendix 6)
Tetracoordinate tetrahedral oxyacid salt (SiO 4 ) 4-
3-coordinate planar triangular oxyacid salt (BO 3 ) 3-
The ionic conductor according to appendix 4, which has a crystal structure formed by
(Appendix 7)
A solid electrolyte formed of the ionic conductor according to any one of appendices 1 to 6,
An electrode formed on one surface of the solid electrolyte;
An electrode formed on one surface of the solid electrolyte;
A secondary battery comprising:

11 リチウムを中心とした6配位八面体(LiO八面体)
12 シリコンを中心とした4配位四面体(SiO四面体)
13 アルミニウムを中心とした6配位八面体(AlO八面体)
14 ホウ素を中心とした3配位三角平面体(BO三角平面体)
30 固体電解質
31 電極(正極)
32 電極(負極)
11 Hexacoordinate octahedron centered on lithium (LiO 6 octahedron)
12 Tetracoordinate tetrahedron centered on silicon (SiO 4 tetrahedron)
13 6-coordinate octahedron centered on aluminum (AlO 6 octahedron)
14 Tri-coordinate triangular planar body centered on boron (BO 3 triangular planar body)
30 Solid electrolyte 31 Electrode (positive electrode)
32 electrodes (negative electrode)

Claims (7)

Li、Al、B、Si、Oを含み、
結晶構造がデュモルチェ構造であることを特徴とするイオン導電体。
Li, Al, B, Si, O,
An ionic conductor, wherein the crystal structure is a Dumorche structure.
LiAl(7−X/3)(BO)(SiOであって、
Xの範囲が0<X≦3.0であることを特徴とする請求項1に記載のイオン導電体。
Li X Al (7-X / 3) O 3 (BO 3) a (SiO 4) 3,
The ionic conductor according to claim 1, wherein the range of X is 0 <X ≦ 3.0.
4配位四面体酸素酸塩(SiO4−と、
3配位平面三角酸素酸塩(BO3−と、
により形成される結晶構造を有することを特徴とする請求項1に記載のイオン導電体。
Tetracoordinate tetrahedral oxyacid salt (SiO 4 ) 4-
3-coordinate planar triangular oxyacid salt (BO 3 ) 3-
The ionic conductor according to claim 1, which has a crystal structure formed by:
Mg、Al、B、Si、Oを含み、
結晶構造がデュモルチェ構造であることを特徴とするイオン導電体。
Including Mg, Al, B, Si, O,
An ionic conductor, wherein the crystal structure is a Dumorche structure.
MgAl(7−Y/2)(BO)(SiOであって、
Yの範囲が0<Y≦2.0であることを特徴とする請求項4に記載のイオン導電体。
Mg Y Al (7-Y / 2) O 3 (BO 3) a (SiO 4) 3,
The ionic conductor according to claim 4, wherein the range of Y is 0 <Y ≦ 2.0.
4配位四面体酸素酸塩(SiO4−と、
3配位平面三角酸素酸塩(BO3−と、
により形成される結晶構造を有することを特徴とする請求項4に記載のイオン導電体。
Tetracoordinate tetrahedral oxyacid salt (SiO 4 ) 4-
3-coordinate planar triangular oxyacid salt (BO 3 ) 3-
The ionic conductor according to claim 4, which has a crystal structure formed by:
請求項1から6のいずれかに記載の前記イオン導電体により形成された固体電解質と、
前記固体電解質の一方の面に形成された電極と、
前記固体電解質の一方の面に形成された電極と、
を有することを特徴とする二次電池。
A solid electrolyte formed by the ionic conductor according to any one of claims 1 to 6;
An electrode formed on one surface of the solid electrolyte;
An electrode formed on one surface of the solid electrolyte;
A secondary battery comprising:
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2016075921A1 (en) * 2014-11-10 2016-05-19 ソニー株式会社 Glass ceramic, lithium-ion conductor, cell, electronic device, and method for manufacturing electrode
JP2017162657A (en) * 2016-03-09 2017-09-14 富士通株式会社 Solid electrolyte and all solid cell

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS557593A (en) * 1978-06-19 1980-01-19 Du Pont Sodium ion conductive sodium aluminum borate glass
JPH06503918A (en) * 1991-10-17 1994-04-28 アメリカ合衆国 Ionic conductors for solid oxide fuel cells
JP2000007427A (en) * 1998-06-29 2000-01-11 Narumi China Corp Glass ceramic sintered body having high expandability and low dielectric constant

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS557593A (en) * 1978-06-19 1980-01-19 Du Pont Sodium ion conductive sodium aluminum borate glass
JPH06503918A (en) * 1991-10-17 1994-04-28 アメリカ合衆国 Ionic conductors for solid oxide fuel cells
JP2000007427A (en) * 1998-06-29 2000-01-11 Narumi China Corp Glass ceramic sintered body having high expandability and low dielectric constant

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2016075921A1 (en) * 2014-11-10 2016-05-19 ソニー株式会社 Glass ceramic, lithium-ion conductor, cell, electronic device, and method for manufacturing electrode
US10559849B2 (en) 2014-11-10 2020-02-11 Murata Manufacturing Co., Ltd. Glass-ceramic, lithium ion conductor, battery, electronic device, and method for producing electrode
JP2017162657A (en) * 2016-03-09 2017-09-14 富士通株式会社 Solid electrolyte and all solid cell

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