JP2014154216A - Lithium ion conductor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、主にリチウムイオン二次電池用固体電解質として好適なリチウムイオン伝導体に関する。 The present invention mainly relates to a lithium ion conductor suitable as a solid electrolyte for a lithium ion secondary battery.
近年の電子機器の小型化、高性能化に伴い、高容量で小型かつ軽量な電池が求められている。中でもリチウムイオン二次電池は、電極電位差が大きいことから高い電圧(例えば4V程度)を得ることができる。また、リチウムは原子量が小さいことから、高エネルギー密度を達成しやすい。 With recent downsizing and higher performance of electronic devices, high capacity, small and lightweight batteries are required. Among them, a lithium ion secondary battery can obtain a high voltage (for example, about 4 V) because of a large electrode potential difference. Moreover, since lithium has a small atomic weight, it is easy to achieve a high energy density.
リチウムイオン二次電池は基本的に正極、負極および電解質から構成されている。実用化されているリチウムイオン電池の電解質には、通常、有機溶媒からなる電解質が用いられているが、液体の電解質は液漏れが生じたり、発火しやすいといった問題があった。 A lithium ion secondary battery basically includes a positive electrode, a negative electrode, and an electrolyte. An electrolyte made of an organic solvent is usually used as an electrolyte of a lithium ion battery that has been put into practical use. However, there has been a problem that a liquid electrolyte is liable to leak or easily ignite.
液体電解質の有する上記問題に鑑み、電解質の固体化が検討されている。例えば、リチウムイオン伝導性固体電解質としては硫化物系材料や酸化物系材料が知られている。硫化物系材料は大気中の水分と反応し硫化水素を発生するため、大量生産や取り扱いが困難であることから、化学的安定性に優れた酸化物系材料が注目を集めている。 In view of the above-mentioned problems of liquid electrolytes, solidification of electrolytes has been studied. For example, sulfide-based materials and oxide-based materials are known as lithium ion conductive solid electrolytes. Since sulfide-based materials react with moisture in the atmosphere to generate hydrogen sulfide, mass production and handling are difficult, and oxide-based materials with excellent chemical stability are attracting attention.
酸化物材料としては、固相反応法や結晶化ガラス法で作製したNASICON型のLi1−xMxTi2−x(PO4)3やLi1−xAlxGe2−x(PO4)3(M=Alまたは希土類元素)(特許文献1〜3、非特許文献1参照)等が提案されている。 As the oxide material, a solid phase reaction method or crystallization of NASICON type prepared in glass process Li 1-x M x Ti 2 -x (PO 4) 3 or Li 1-x Al x Ge 2 -x (PO 4 ) 3 (M = Al or rare earth element) (see Patent Documents 1 to 3, Non-Patent Document 1) and the like.
固相反応法による酸化物材料の作製時においては、焼成時に、また、結晶化ガラス法による酸化物材料の作製時においては、ガラス溶融時に、Li2Oなどの揮発が生じやすく、結晶化後のリチウムイオン伝導率が低下しやすいという問題があった。 During the production of an oxide material by a solid phase reaction method, volatilization of Li 2 O or the like is likely to occur at the time of firing and at the time of melting an oxide material by a crystallized glass method. There was a problem that the lithium ion conductivity of the metal tends to decrease.
上記事情に鑑み、本発明は、安定に製造でき、かつ、結晶化度が高く、リチウムイオン伝導率が高いリチウムイオン伝導体を提供することを目的とする。 In view of the above circumstances, an object of the present invention is to provide a lithium ion conductor that can be stably produced, has a high degree of crystallinity, and high lithium ion conductivity.
本発明のリチウムイオン伝導体は、モル%で、P2O5 25〜40%、GeO2 25〜50%、Li2O 10〜25%、Al2O3 0〜10%(ただし、0%を含まない)、F 0.01〜15%を含有することを特徴とする。 Lithium ion conductor of the present invention, in mol%, P 2 O 5 25~40% , GeO 2 25~50%, Li 2 O 10~25%, Al 2 O 3 0~10% ( provided that 0% And F) 0.01 to 15%.
上記組成であれば、Li2Oなどの揮発を抑制し、安定に製造でき、かつ、結晶化度が高くリチウムイオン伝導率が高いリチウムイオン伝導体を得ることができる。なお、組成中にFを添加すると、リチウムイオン伝導率の低下を抑制できるメカニズムは現時点で不明であり、現在、鋭意調査中である。 If the composition, to suppress volatilization of such Li 2 O, stable to manufacture, and can crystallinity is high lithium ion conductivity to obtain a high lithium ion conductor. In addition, the mechanism which can suppress the fall of lithium ion conductivity if F is added during a composition is unknown at present, and is earnestly investigating now.
本発明のリチウムイオン伝導体は、結晶化ガラス法により作製されてなることが好ましい。 The lithium ion conductor of the present invention is preferably produced by a crystallized glass method.
当該構成により、バルク体を作製した場合には、緻密な構造が得られやすく、また、粉末焼結した場合には、ガラスとして軟化した後に結晶化するため、緻密に焼結できやすい。結果として、界面抵抗が小さくなるため、リチウムイオン伝導性を向上させることが可能となる。 With this structure, when a bulk body is produced, a dense structure is easily obtained. When powdered, it is crystallized after being softened as glass, and thus can be sintered densely. As a result, the interfacial resistance is reduced, so that lithium ion conductivity can be improved.
本発明のリチウムイオン伝導体は、固相反応法により作製されてなることが好ましい。 The lithium ion conductor of the present invention is preferably produced by a solid phase reaction method.
当該構成により、より低温で作製できるので、Li2Oなどの揮発を抑制することができ、リチウムイオン伝導性を向上させることが可能である。 With this structure, since it can be manufactured at a lower temperature, volatilization of Li 2 O and the like can be suppressed, and lithium ion conductivity can be improved.
本発明のリチウムイオン伝導体は、主結晶相がLi1+xAlxGe2−x(PO4)3結晶(0<x<2)であることが好ましい。 In the lithium ion conductor of the present invention, the main crystal phase is preferably Li 1 + x Al x Ge 2-x (PO 4 ) 3 crystal (0 <x <2).
当該構成により、リチウムイオン伝導率が高いリチウムイオン伝導体が得られやすくなる。 With this configuration, a lithium ion conductor having high lithium ion conductivity can be easily obtained.
本発明のリチウムイオン伝導体は、リチウムイオン二次電池用固体電解質に使用されることが好ましい。 The lithium ion conductor of the present invention is preferably used for a solid electrolyte for a lithium ion secondary battery.
本発明のリチウムイオン伝導体は、モル%で、P2O5 25〜40%、GeO2 25〜50%、Li2O 10〜25%、Al2O3 0〜10%(ただし、0%を含まない)、 F 0.01〜15%を含有することを特徴とする。成分をこのように限定した理由を以下に述べる。なお、以下の成分の含有量の説明において、%表示は、特に断りのない限り、モル%を指す。 Lithium ion conductor of the present invention, in mol%, P 2 O 5 25~40% , GeO 2 25~50%, Li 2 O 10~25%, Al 2 O 3 0~10% ( provided that 0% ), And 0.01 to 15% of F. The reason for limiting the ingredients in this way will be described below. In addition, in description of content of the following components,% display points out mol% unless there is particular notice.
P2O5はリチウムイオン伝導性結晶の構成成分であり、その含有量は25〜40%である。P2O5の含有量は30〜38%であることが好ましい。P2O5の含有量が少なすぎると、リチウムイオン伝導性結晶が析出しにくくなる。一方、P2O5の含有量が多すぎると、ガラス化しやすくなり、当該ガラス質のリチウムイオン伝導率が極めて低いため、リチウムイオン伝導率が低下しやすくなる。 P 2 O 5 is a constituent component of the lithium ion conductive crystal, and its content is 25 to 40%. The content of P 2 O 5 is preferably 30 to 38%. When the content of P 2 O 5 is too small, the lithium ion conductive crystal is hardly precipitated. On the other hand, when the content of P 2 O 5 is too large, tends to vitrification, since the lithium ion conductivity of the vitreous is very low, the lithium ion conductivity tends to decrease.
GeO2はリチウムイオン伝導性結晶の構成成分であり、その含有量は25〜50%である。GeO2の含有量は30〜45%であることが好ましい。GeO2の含有量が少なすぎると、リチウムイオン伝導性結晶が析出しにくくなる。一方、GeO2の含有量が多すぎると、リチウムイオン伝導性結晶以外の結晶(GeO2等)が析出しやすくなる。 GeO 2 is a constituent component of the lithium ion conductive crystal, and its content is 25 to 50%. The GeO 2 content is preferably 30 to 45%. When the content of GeO 2 is too small, the lithium ion conductive crystal is hardly precipitated. On the other hand, when the content of GeO 2 is too large, crystals other than the lithium ion conductive crystal (GeO 2 or the like) are likely to precipitate.
Li2Oはリチウムイオン源となる成分であり、その含有量は10〜25%である。Li2Oの含有量は15〜25%であることが好ましい。Li2Oの含有量が少なすぎると、リチウムイオン伝導率が低下しやすくなる。一方、Li2Oの含有量が多すぎると、耐候性が低下しやすくなる。また、リチウムイオン伝導性結晶の析出量が低下したり、リチウムイオン伝導性結晶以外の結晶が析出しやすくなったりして、リチウムイオン伝導率が低下する傾向がある。 Li 2 O is a component serving as a source of lithium ions, the content thereof is 10% to 25%. The content of Li 2 O is preferably 15 to 25%. When the Li 2 O content is too small, the lithium ion conductivity tends to decrease. On the other hand, when the content of Li 2 O is too large, the weather resistance tends to lower. In addition, the amount of lithium ion conductive crystals deposited decreases, or crystals other than lithium ion conductive crystals tend to precipitate, and the lithium ion conductivity tends to decrease.
Al2O3はリチウムイオン伝導性結晶のリチウムイオン伝導率を向上させる成分であり、その含有量は0〜10%(ただし、0%を含まない)である。Al2O3の含有量は3〜8%であることが好ましい。Al2O3の含有量が0%の場合は、前記効果が得られにくい。Al2O3の含有量が多すぎると、リチウムイオン伝導性結晶以外の結晶が析出しやすくなり、リチウムイオン伝導率が低下する傾向がある。 Al 2 O 3 is a component that improves the lithium ion conductivity of the lithium ion conductive crystal, and its content is 0 to 10% (however, 0% is not included). The content of Al 2 O 3 is preferably 3 to 8%. When the content of Al 2 O 3 is 0%, it is difficult to obtain the above effect. When the content of Al 2 O 3 is too large, crystals other than lithium ion conductive crystals tend to precipitate, and the lithium ion conductivity tends to decrease.
Fはリチウムイオン伝導率の低下を抑制する成分であり、その含有量は0.01〜15%である。Fの含有量は1〜12%であることが好ましい。Fの含有量が少なすぎる、または多すぎると、前記効果が得られにくい。 F is a component that suppresses a decrease in lithium ion conductivity, and its content is 0.01 to 15%. The content of F is preferably 1 to 12%. If the content of F is too small or too large, the above effect is difficult to obtain.
上記成分以外にも、本発明の効果を損なわない範囲でSiO2、ZrO2、TiO2、希土類酸化物等を含有しても構わない。 In addition to the above components, SiO 2 , ZrO 2 , TiO 2 , rare earth oxides and the like may be contained as long as the effects of the present invention are not impaired.
次に、本発明のリチウムイオン伝導体の作製方法を説明する。 Next, a method for producing the lithium ion conductor of the present invention will be described.
本発明のリチウムイオン伝導体は、結晶化ガラス法、または固相反応法により作製されてなることが好ましい。結晶化ガラス法は、まず、所望の組成となるように原料粉末を調整して溶融し、ガラス化する。溶融温度は1200〜1450℃であることが好ましい。溶融温度が低すぎると、未溶解の原料粉末が残存しやすく、一方、溶融温度が高すぎると、P2O5やLi2Oが揮発しやすくなり、所望のガラス組成が得られにくくなる。溶融ガラスを成形することによりリチウムイオン伝導体前駆体ガラスが得られる。また、リチウムイオン伝導体前駆体ガラスに対し熱処理を施し、結晶化させることにより、リチウムイオン伝導体を作製することができる。ここで、バルク状のリチウムイオン伝導体前駆体ガラスに対して熱処理を行ってもよく、リチウムイオン伝導体前駆体ガラスを粉砕して得られた粉末を、プレス成形またはグリーンシート成形したものを熱処理してもよい。熱処理温度は650〜1000℃であることが好ましい。熱処理温度が低すぎると、結晶の析出が不十分となり、リチウムイオン伝導率が低下する傾向がある。一方、熱処理温度が高すぎると、リチウムイオン伝導性結晶以外の結晶の成長や、析出した結晶の一部の融解により、リチウムイオン伝導率が低下する傾向がある。 The lithium ion conductor of the present invention is preferably produced by a crystallized glass method or a solid phase reaction method. In the crystallized glass method, first, raw material powders are adjusted and melted to be vitrified so as to have a desired composition. The melting temperature is preferably 1200 to 1450 ° C. If the melting temperature is too low, undissolved raw material powder tends to remain, whereas if the melting temperature is too high, P 2 O 5 and Li 2 O tend to volatilize, making it difficult to obtain a desired glass composition. A lithium ion conductor precursor glass is obtained by molding molten glass. Moreover, a lithium ion conductor can be produced by heat-treating and crystallizing the lithium ion conductor precursor glass. Here, the bulk lithium ion conductor precursor glass may be heat-treated, and the powder obtained by pulverizing the lithium ion conductor precursor glass is heat-treated by press molding or green sheet molding. May be. It is preferable that the heat processing temperature is 650-1000 degreeC. When the heat treatment temperature is too low, crystal precipitation becomes insufficient and the lithium ion conductivity tends to decrease. On the other hand, if the heat treatment temperature is too high, the lithium ion conductivity tends to decrease due to the growth of crystals other than the lithium ion conductive crystal or the melting of a part of the precipitated crystal.
固相反応法は、まず、所望の組成になるように酸化物等の固体原料を調合し、これを焼成する。原料は、焼成前に粉砕混合を行うことが好ましい。このようにすれば、原料が機械的衝撃を受けながら微粉末の状態で混合されるため、原料の比表面積が大きくなり、固相反応を効率的に進行させることができる。焼成温度は900〜1100℃であることが好ましい。焼成温度が低すぎると、反応不十分となり、リチウムイオン伝導性結晶が十分に析出しにくくなる。一方、焼成温度が高すぎると、リチウムイオン伝導性結晶以外の結晶の成長や、析出した結晶の一部の融解により、リチウムイオン伝導率が低下する傾向がある。 In the solid phase reaction method, first, a solid raw material such as an oxide is prepared so as to have a desired composition, and this is fired. The raw material is preferably pulverized and mixed before firing. In this way, since the raw materials are mixed in a fine powder state under mechanical shock, the specific surface area of the raw materials is increased and the solid phase reaction can be efficiently advanced. The firing temperature is preferably 900 to 1100 ° C. If the firing temperature is too low, the reaction will be insufficient and the lithium ion conductive crystals will not be sufficiently precipitated. On the other hand, if the firing temperature is too high, the lithium ion conductivity tends to decrease due to the growth of crystals other than the lithium ion conductive crystals and the melting of a part of the precipitated crystals.
本発明のリチウムイオン伝導体は、主結晶相がLi1+xAlxGe2-x(PO4)3結晶(0<x<2)であることが好ましい。リチウムイオン伝導性結晶以外の結晶(例えば、GeO2、AlPO4等)はリチウムイオン伝導性低下の原因となるため、その含有量はなるべく少ないことが好ましい。具体的には、XRD(X線回折)プロファイルにおいて、リチウムイオン伝導性結晶以外の結晶の最大ピーク強度/リチウムイオン伝導性結晶の最大ピーク強度が、0.35以下であることが好ましく、0.30以下であることがより好ましく、0.20以下であることがさらに好ましい。 In the lithium ion conductor of the present invention, the main crystal phase is preferably Li 1 + x Al x Ge 2−x (PO 4 ) 3 crystal (0 <x <2). Since crystals other than lithium ion conductive crystals (for example, GeO 2 , AlPO 4, etc.) cause a decrease in lithium ion conductivity, the content is preferably as small as possible. Specifically, in the XRD (X-ray diffraction) profile, the maximum peak intensity of crystals other than the lithium ion conductive crystal / the maximum peak intensity of the lithium ion conductive crystal is preferably 0.35 or less. It is more preferably 30 or less, and further preferably 0.20 or less.
本発明のリチウムイオン伝導体は、リチウムイオン伝導率が1.0×10−4S/cm以上であることが好ましく、1.7×10−4S/cm以上であることがより好ましい。 The lithium ion conductor of the present invention preferably has a lithium ion conductivity of 1.0 × 10 −4 S / cm or more, and more preferably 1.7 × 10 −4 S / cm or more.
次に、本発明のリチウムイオン伝導体をリチウムイオン二次電池用固体電解質として使用した例について説明する。 Next, an example in which the lithium ion conductor of the present invention is used as a solid electrolyte for a lithium ion secondary battery will be described.
図1および2は、本発明のリチウムイオン伝導体をリチウムイオン二次電池用固体電解質として使用したリチウムイオン二次電池の模式図である。 1 and 2 are schematic views of a lithium ion secondary battery using the lithium ion conductor of the present invention as a solid electrolyte for a lithium ion secondary battery.
図1において、リチウムイオン二次電池1は基本的に正極2、負極3および固体電解質層4から構成されている。固体電解質層4は正極2と負極3の間に、各電極と接するように配置されている。 In FIG. 1, a lithium ion secondary battery 1 basically includes a positive electrode 2, a negative electrode 3, and a solid electrolyte layer 4. The solid electrolyte layer 4 is disposed between the positive electrode 2 and the negative electrode 3 so as to be in contact with each electrode.
正極2および負極3としては特に限定されず、公知の材料(電極活物質)を使用することができる。正極2としては、例えばリン酸鉄リチウム、コバルト酸リチウム、ニッケル酸リチウム、マンガン酸リチウム等を使用することができる。負極3としては、黒鉛、ピッチコークス、繊維状カーボン、ソフトカーボン等の炭素材料、Si、Sn等の金属、あるいはSnO−P2O5系ガラス等が挙げられる。固体電解質層4には、本発明のリチウムイオン伝導体が使用される。 It does not specifically limit as the positive electrode 2 and the negative electrode 3, A well-known material (electrode active material) can be used. As the positive electrode 2, for example, lithium iron phosphate, lithium cobaltate, lithium nickelate, lithium manganate or the like can be used. Examples of the negative electrode 3 include carbon materials such as graphite, pitch coke, fibrous carbon, and soft carbon, metals such as Si and Sn, or SnO—P 2 O 5 glass. For the solid electrolyte layer 4, the lithium ion conductor of the present invention is used.
なお、リチウムイオン二次電池に固体電解質を使用した場合、固体電解質層と電極との間の界面抵抗が大きくなる傾向がある。そこで、当該界面抵抗をなるべく小さくするために、図2に示すように、正極2および固体電解質層4の間、および/または、負極3および固体電解質層4の間に、固体電解質(リチウムイオン伝導体)および電極活物質の両者を含有する中間層5を形成することが好ましい。具体的には、中間層5は例えば粉末状の固体電解質と同じく粉末状の電極活物質(正極活物質または負極活物質)の混合物から構成される。中間層5における固体電解質の割合は、例えば50〜100体積%の範囲で適宜調整される。ここで、中間層5における固体電解質の割合は、固体電解質層4から正極2または負極3に近づくにつれて徐々に低くなるようにすることが好ましい。 When a solid electrolyte is used for the lithium ion secondary battery, the interface resistance between the solid electrolyte layer and the electrode tends to increase. Therefore, in order to reduce the interface resistance as much as possible, as shown in FIG. 2, between the positive electrode 2 and the solid electrolyte layer 4 and / or between the negative electrode 3 and the solid electrolyte layer 4, a solid electrolyte (lithium ion conduction) is used. The intermediate layer 5 containing both the body and the electrode active material is preferably formed. Specifically, the intermediate layer 5 is composed of, for example, a mixture of a powdered electrode active material (a positive electrode active material or a negative electrode active material) in the same manner as a powdered solid electrolyte. The ratio of the solid electrolyte in the intermediate layer 5 is appropriately adjusted, for example, in the range of 50 to 100% by volume. Here, it is preferable that the ratio of the solid electrolyte in the intermediate layer 5 gradually decreases as the solid electrolyte layer 4 approaches the positive electrode 2 or the negative electrode 3.
中間層5は、固体電解質粉末および電極活物質粉末を含む混合粉末の圧粉体であってもよいが、当該混合粉末をビークルとともに均一に混練してペースト化すると、取り扱いが容易になるため好ましい。ビークルは通常、溶媒と樹脂を含む。樹脂は、ペーストの粘性を調整する目的で添加される。また、必要に応じて、界面活性剤、増粘剤等を添加することもできる。作製されたペーストは例えばスクリーン印刷機等の塗布機を用いて、固体電解質層4の表面に塗布される。 The intermediate layer 5 may be a green compact of a mixed powder including a solid electrolyte powder and an electrode active material powder. However, it is preferable that the mixed powder is uniformly kneaded with a vehicle to form a paste because handling becomes easy. . A vehicle typically includes a solvent and a resin. The resin is added for the purpose of adjusting the viscosity of the paste. Moreover, surfactant, a thickener, etc. can also be added as needed. The produced paste is applied to the surface of the solid electrolyte layer 4 using an applicator such as a screen printer.
電極活物質、特に負極活物質の中には、大気雰囲気下で焼成すると変質してしまうものがある。したがって、固体電解質および電極活物質を含むペーストは、不活性雰囲気下(窒素雰囲気または真空雰囲気)で焼成することが好ましい。その場合、不活性雰囲気下でも分解性の良好なビークルを使用する必要がある。 Some electrode active materials, particularly negative electrode active materials, may be altered when fired in an air atmosphere. Therefore, the paste containing the solid electrolyte and the electrode active material is preferably fired under an inert atmosphere (nitrogen atmosphere or vacuum atmosphere). In that case, it is necessary to use a vehicle having good decomposability even under an inert atmosphere.
樹脂としては、脂肪族ポリプロピレンカーボネート、脂肪族ポリエチレンカーボネート、脂肪族ポリブチレンカーボネート等が不活性雰囲気下での分解性が良好であるため好ましい。中でも、脂肪族ポリプロピレンカーボネートは熱分解性が特に良好であるため好ましい。 As the resin, aliphatic polypropylene carbonate, aliphatic polyethylene carbonate, aliphatic polybutylene carbonate and the like are preferable because of their good decomposability in an inert atmosphere. Among these, aliphatic polypropylene carbonate is preferable because of its particularly good thermal decomposability.
溶媒としては、N,N’−ジメチルホルムアミド、エチレングリコール、ジメチルスルホキサイド、炭酸ジメチル、プロピレンカーボネート、ブチロラクトン、カプロラクトン、N−メチル−2−ピロリドン等が使用可能である。特に、プロピレンカーボネートは熱分解性が良好であるため好ましい。 As the solvent, N, N′-dimethylformamide, ethylene glycol, dimethyl sulfoxide, dimethyl carbonate, propylene carbonate, butyrolactone, caprolactone, N-methyl-2-pyrrolidone and the like can be used. In particular, propylene carbonate is preferable because of its good thermal decomposability.
以下、実施例に基づいて本発明を詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。 EXAMPLES Hereinafter, although this invention is demonstrated in detail based on an Example, this invention is not limited to these Examples.
表1および2は、本発明の実施例(試料No.1〜5)および比較例(試料No.6〜10)を示している。 Tables 1 and 2 show Examples (Sample Nos. 1 to 5) and Comparative Examples (Sample Nos. 6 to 10) of the present invention.
試料No.1〜3、5〜7、9、10は結晶化ガラス法により作製した。まず表中の組成になるように、メタリン酸アルミニウム(Al(PO3)3)、メタリン酸リチウム(LiPO3)、酸化ゲルマニウム(GeO2)、リン酸二水素アンモニウム(NH4H2PO4)、フッ化リチウム(LiF)の各原料粉末を調合し、原料バッチを作製した。次に、原料バッチを白金坩堝に入れて、1250℃で30分溶融した後、得られた溶融ガラスを一対の成形ローラー間に流し出すことにより、冷却しながらフィルム形状に成形した。得られたガラスフィルムをボールミルで粉砕し、平均粒子径D50=5μmのガラス粉末を得た。得られたガラス粉末を2.5MPaの圧力でプレス成形(圧粉体)した後に、表に記載の焼成温度で30分間焼成し、結晶化させることによりリチウムイオン伝導体を得た。 Sample No. 1-3, 5-7, 9, 10 were produced by the crystallized glass method. First, so as to have the composition in the table, aluminum metaphosphate (Al (PO 3 ) 3 ), lithium metaphosphate (LiPO 3 ), germanium oxide (GeO 2 ), ammonium dihydrogen phosphate (NH 4 H 2 PO 4 ) Each raw material powder of lithium fluoride (LiF) was prepared to prepare a raw material batch. Next, the raw material batch was put in a platinum crucible and melted at 1250 ° C. for 30 minutes, and then the obtained molten glass was poured out between a pair of molding rollers to form a film shape while cooling. The obtained glass film was pulverized with a ball mill to obtain a glass powder having an average particle diameter D 50 = 5 μm. The obtained glass powder was press-molded (green compact) at a pressure of 2.5 MPa, then fired at the firing temperature shown in the table for 30 minutes and crystallized to obtain a lithium ion conductor.
試料No.4、8は固相反応法により作製した。表中の組成になるように、メタリン酸アルミニウム(Al(PO3)3)、メタリン酸リチウム(LiPO3)、酸化ゲルマニウム(GeO2)、リン酸二水素アンモニウム(NH4H2PO4)、フッ化リチウム(LiF)の各原料粉末を調合し、原料バッチを作製した。作製したバッチを乳鉢で混合後、2.5MPaの圧力でプレス成形(圧粉体)し、表に記載の焼成温度で6時間焼成した。焼成体を乳鉢で粉砕し、再度2.5MPaの圧力でプレス成形(圧粉体)し、表に記載の焼成温度でさらに6時間焼成することによりリチウムイオン伝導体を得た。 Sample No. 4 and 8 were prepared by a solid phase reaction method. In order to obtain the composition in the table, aluminum metaphosphate (Al (PO 3 ) 3 ), lithium metaphosphate (LiPO 3 ), germanium oxide (GeO 2 ), ammonium dihydrogen phosphate (NH 4 H 2 PO 4 ), Each raw material powder of lithium fluoride (LiF) was prepared to prepare a raw material batch. The prepared batch was mixed in a mortar, press-molded (green compact) at a pressure of 2.5 MPa, and fired at the firing temperature shown in the table for 6 hours. The fired body was pulverized in a mortar, pressed again with a pressure of 2.5 MPa, and fired at the firing temperature shown in the table for an additional 6 hours to obtain a lithium ion conductor.
結晶相をXRD測定により同定した結果、主結晶相がLi1+xAlxGe2−x(PO4)3結晶(xは0.2〜1程度)であり、副結晶相(リチウムイオン伝導性結晶以外の結晶)が主にGeO2やLiPO3、AlPO4であることを確認した。 As a result of identifying the crystal phase by XRD measurement, the main crystal phase is Li 1 + x Al x Ge 2-x (PO 4 ) 3 crystal (x is about 0.2 to 1), and the sub-crystal phase (lithium ion conductive crystal) It was confirmed that the other crystals were mainly GeO 2 , LiPO 3 , and AlPO 4 .
表中において、Li1+xAlxGe2−x(PO4)3結晶は「LAGP」と表記している。表中の副結晶相/LAGPは、XRD測定における各結晶の最大ピーク強度比であり、当該比率が大きいほど副結晶相の割合が多いことを表している。XRD測定は、粉末X線回折装置(リガク製RINT2100)で測定し、電圧40KV、電流値40mAでCuターゲットにより発生したX線を用いて、2θ=10〜60°の範囲、1°/分で測定した。なお、結晶のピーク強度が100cps以下の場合は、そのピークはノイズであると判断することができる。 In the table, Li 1 + x Al x Ge 2-x (PO 4 ) 3 crystal is represented as “LAGP”. The sub-crystal phase / LAGP in the table is the maximum peak intensity ratio of each crystal in the XRD measurement, and the larger the ratio, the greater the ratio of the sub-crystal phase. XRD measurement is performed with a powder X-ray diffractometer (RINT2100 manufactured by Rigaku), using X-rays generated by a Cu target at a voltage of 40 KV and a current value of 40 mA, in a range of 2θ = 10 to 60 °, 1 ° / min. It was measured. When the peak intensity of the crystal is 100 cps or less, it can be determined that the peak is noise.
リチウムイオン伝導体を1mm厚に加工し、リチウムイオン伝導率を測定した。 The lithium ion conductor was processed to a thickness of 1 mm, and the lithium ion conductivity was measured.
リチウムイオン伝導率は次のようにして求めた。交流インピーダンス法により103〜107Hzの範囲で測定を行い、Cole−Coleプロットから試料の抵抗値を求め、得られた抵抗値からリチウムイオン伝導率を算出した。 The lithium ion conductivity was determined as follows. Measurement was performed in the range of 10 3 to 10 7 Hz by the AC impedance method, the resistance value of the sample was obtained from the Cole-Cole plot, and the lithium ion conductivity was calculated from the obtained resistance value.
表1および2から明らかなように、実施例であるNo.1〜5のリチウムイオン伝導体は、1.9〜2.6×10−4S/cmという高いリチウムイオン伝導率を示した。一方、比較例であるNo.6のリチウムイオン伝導体はFが多すぎるため、No.7,8のリチウムイオン伝導体はFが含まれていないため、リチウムイオン伝導率が低かった。また、No.9、10のリチウムイオン伝導体はFが含まれているものの、No.9はGeO2が多すぎるため、No.10はAl2O3が含まれていないため、リチウムイオン伝導率が低かった。
As is apparent from Tables 1 and 2, No. 1 as an example. 1 to 5 lithium ion conductors showed high lithium ion conductivity of 1.9 to 2.6 × 10 −4 S / cm. On the other hand, No. which is a comparative example. The lithium ion conductor of No. 6 has too much F. Since the lithium ion conductors Nos. 7 and 8 did not contain F, the lithium ion conductivity was low. No. Although the lithium ion conductors Nos. 9 and 10 contain F, no. No. 9 has too much GeO 2 , so no. Since No. 10 does not contain Al 2 O 3 , the lithium ion conductivity was low.
Claims (5)
The lithium ion conductor according to claim 1, wherein the lithium ion conductor is used for a solid electrolyte for a lithium ion secondary battery.
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