JP2016027563A - Solid electrolyte, lithium battery and lithium air battery - Google Patents

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Yosuke Suzuki
洋介 鈴木
平田 和希
Kazuki Hirata
和希 平田
謙一郎 加美
Kenichiro Kami
謙一郎 加美
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a solid electrolyte applicable to a battery using Li metal as an electrode active material and to provide a lithium battery using the same.SOLUTION: There is provided a solid electrolyte which contains Li, La and Zr and has a garnet-type structure, wherein the absorption coefficient measured at a wavelength range of 380 nm or more is 6.6 mmor less. There are provided a lithium battery and a lithium air battery having a positive electrode 2, a negative electrode 3 and a solid electrolyte 4.SELECTED DRAWING: None

Description

本発明は、固体電解質、それを用いたリチウム電池及びリチウム空気電池に関する。   The present invention relates to a solid electrolyte, a lithium battery using the solid electrolyte, and a lithium air battery.

ノート型コンピュータ、携帯電話、デジタルカメラ等の普及に伴い、これら小型の電子機器を駆動するための二次電池の需要が拡大している。そして、これら電子機器には、高容量化が可能であることから、リチウム電池(特に、リチウムイオン二次電池)の使用が進められている。   With the spread of notebook computers, mobile phones, digital cameras, etc., the demand for secondary batteries for driving these small electronic devices is increasing. Since these electronic devices can be increased in capacity, lithium batteries (particularly lithium ion secondary batteries) are being used.

現在市販されているリチウム電池は、可燃性の有機溶媒を含む電解液が電解質として使用されている。この構成では、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っている。   In lithium batteries currently on the market, an electrolytic solution containing a flammable organic solvent is used as an electrolyte. In this configuration, it is necessary to install a safety device that suppresses the temperature rise at the time of a short circuit and to improve the structure and material to prevent the short circuit.

これに対し、電解液を固体電解質に替えて、電池を全固体化したリチウム電池の検討が進められている。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ため、安全装置の簡素化を進めることができ、更に製造コストや生産性に優れると考えられている。   On the other hand, a lithium battery in which the electrolyte is changed to a solid electrolyte and the battery is completely solidified is being studied. The all solid-state lithium battery does not use a flammable organic solvent in the battery, so that the safety device can be simplified, and it is considered that the manufacturing cost and productivity are excellent.

全固体型リチウム電池に用いられる固体電解質として、Li−La−Zr−O系固体電解質が知られている。例えば、特許文献1に、Li、La、Zr、Al、Si及びOを有し、ガーネット型構造を有し、焼結体である固体電解質が開示されている。特許文献2には、Li、La、Zr、Oを有するとともに特定の組成を有し、ガーネット関連型構造を有する固体電解質が開示されている。特許文献3には、Li、La、Zr、Al、Oを有するとともに特定の組成を有し、ガーネット型構造又はガーネット関連型構造を有する固体電解質が開示されている。   Li-La-Zr-O-based solid electrolytes are known as solid electrolytes used for all solid-state lithium batteries. For example, Patent Document 1 discloses a solid electrolyte that has Li, La, Zr, Al, Si, and O, has a garnet-type structure, and is a sintered body. Patent Document 2 discloses a solid electrolyte having Li, La, Zr, O, a specific composition, and a garnet-related structure. Patent Document 3 discloses a solid electrolyte having Li, La, Zr, Al, O, a specific composition, and a garnet structure or a garnet-related structure.

特開2012−18792号公報JP 2012-18792 A 特開2011−195373号公報JP 2011-195373 A 特開2011−73963号公報JP 2011-73963 A

しかしながら、従来の固体電解質では、Li金属よりなる電極活物質を固体電解質の表面にはり付けてイオン伝導させると、短絡が発生するという問題があった。つまり、従来の固体電解質は、Li金属を電極活物質として利用した電池に適用できないという問題があった。   However, the conventional solid electrolyte has a problem in that a short circuit occurs when an electrode active material made of Li metal is attached to the surface of the solid electrolyte for ion conduction. That is, the conventional solid electrolyte has a problem that it cannot be applied to a battery using Li metal as an electrode active material.

本発明は上記実情に鑑みてなされたものであり、Li金属よりなる負極活物質を利用した電池に適用可能な固体電解質、それを用いたリチウム電池及びリチウム空気電池を提供することを課題とする。   This invention is made | formed in view of the said situation, and makes it a subject to provide the solid electrolyte applicable to the battery using the negative electrode active material which consists of Li metal, a lithium battery using the same, and a lithium air battery. .

上記課題を解決するために本発明者らは検討を重ねた結果、本発明を完成させた。
本発明の固体電解質は、Li,La,Zrを含み、ガーネット型構造をもつ固体電解質であって、波長範囲380nm以上で測定される吸光係数が6.6mm−1以下であることを特徴とする。
In order to solve the above-mentioned problems, the present inventors have made studies and completed the present invention.
The solid electrolyte of the present invention is a solid electrolyte containing Li, La, Zr and having a garnet structure, and having an extinction coefficient measured in a wavelength range of 380 nm or more of 6.6 mm −1 or less. .

本発明の固体電解質は、吸光係数が6.6mm−1以下であることで、Liイオンに例示される導電性を担うイオン種が固体電解質内部の緻密部でのLi析出を規制する構造となっている。このため、このイオン種が固体電解質内で晶出してデンドライトを形成することが抑えられる。この結果、本発明の固体電解質は、電池を形成したときにデンドライトに起因する短絡が生じなくなっている。 Since the solid electrolyte of the present invention has an extinction coefficient of 6.6 mm −1 or less, the ionic species responsible for conductivity exemplified by Li ions has a structure that regulates Li precipitation in the dense portion inside the solid electrolyte. ing. For this reason, it is suppressed that this ionic species crystallizes in the solid electrolyte to form dendrites. As a result, the solid electrolyte of the present invention does not cause a short circuit due to dendrites when a battery is formed.

また、本発明のリチウム電池は、正極活物質を含む正極活物質層を有する正極と、負極活物質を含む負極活物質層を有する負極と、正極活物質層と負極活物質層との間に配された、請求項1〜4のいずれか1項に記載の固体電解質と、を有することを特徴とする。
本発明のリチウム電池は、上記の固体電解質を有するものであり、上記した固体電解質により得られる効果を発揮する。
本発明のリチウム空気電池は、酸素を正極活物質とし空気を導入する手段を備え、かつ、酸素を還元する触媒を備える正極材料を有する正極と、リチウムを吸蔵放出可能な負極材料を有する負極と、正極及び負極の間に介在する、請求項1〜4のいずれか1項に記載の固体電解質を含む固体電解質層と、を有することを特徴とする。
本発明のリチウム空気電池は、上記の固体電解質をリチウム空気電池に適用したものであり、上記した固体電解質により得られる効果を発揮する。
The lithium battery of the present invention includes a positive electrode having a positive electrode active material layer containing a positive electrode active material, a negative electrode having a negative electrode active material layer containing a negative electrode active material, and a positive electrode active material layer and a negative electrode active material layer. It has the solid electrolyte of any one of Claims 1-4 arrange | positioned, It is characterized by the above-mentioned.
The lithium battery of the present invention has the above-described solid electrolyte, and exhibits the effects obtained by the above-described solid electrolyte.
The lithium-air battery of the present invention includes a positive electrode having a positive electrode material having a means for introducing air using oxygen as a positive electrode active material and having a catalyst for reducing oxygen, and a negative electrode having a negative electrode material capable of occluding and releasing lithium. And a solid electrolyte layer containing the solid electrolyte according to any one of claims 1 to 4 interposed between the positive electrode and the negative electrode.
The lithium-air battery of the present invention is obtained by applying the above-described solid electrolyte to a lithium-air battery, and exhibits the effects obtained by the above-described solid electrolyte.

実施の形態のリチウム電池の構成を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the structure of the lithium battery of embodiment. 別の形態のリチウム電池の構成を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the structure of the lithium battery of another form. 実施の形態のリチウム空気電池の構成を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the structure of the lithium air battery of embodiment. 試料1及び試料11の固体電解質の透過率の測定結果を示す線図である。It is a diagram which shows the measurement result of the transmittance | permeability of the solid electrolyte of the sample 1 and the sample 11. FIG. 試料1の固体電解質の光の透過性を示す拡大写真である。4 is an enlarged photograph showing the light transmittance of the solid electrolyte of Sample 1. FIG. 試料10の固体電解質の光の透過性を示す拡大写真である。4 is an enlarged photograph showing the light transmittance of the solid electrolyte of Sample 10. 試料11の固体電解質の光の透過性を示す拡大写真である。4 is an enlarged photograph showing light transmittance of a solid electrolyte of Sample 11. 試料11の固体電解質の断面の拡大写真である。3 is an enlarged photograph of a cross section of a solid electrolyte of Sample 11. 試験セルの構成を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the structure of a test cell. 試料1の試験セルの電極の電位を示す線図である。2 is a diagram showing the potential of an electrode of a test cell of sample 1. FIG. 試料10の試験セルの電極の電位を示す線図である。2 is a diagram showing the potential of an electrode of a test cell of sample 10. FIG. 試料11の試験セルの電極の電位を示す線図である。2 is a diagram showing the potential of an electrode of a test cell of sample 11. FIG.

以下、実施の形態を用いて本発明を説明する。本発明の実施の形態として、固体電解質、それを用いたリチウム電池及びリチウム空気電池を用いて説明する。   Hereinafter, the present invention will be described using embodiments. As an embodiment of the present invention, a solid electrolyte, a lithium battery using the solid electrolyte, and a lithium air battery will be described.

[固体電解質]
本発明の固体電解質は、Li,La,Zrを含み、ガーネット型構造をもつ固体電解質である。この構成となることで、イオン伝導を担う固体電解質として機能できる。
[Solid electrolyte]
The solid electrolyte of the present invention is a solid electrolyte containing Li, La, and Zr and having a garnet-type structure. With this configuration, it can function as a solid electrolyte responsible for ion conduction.

そして、本発明の固体電解質は、波長範囲380nm以上で測定される吸光係数が6.6mm−1以下である。吸光係数が6.6mm−1以下となることで、電池を形成したときに短絡が抑えられる。なお、固体電解質の吸光係数が6.6mm−1よりも大きくなると、結晶性の悪化や、不純物量の増加によってイオン伝導のバラツキが発生しやすく、短絡の原因となる。吸光係数は、小さいほど好ましく、1.7mm−1以下であることがより好ましい。 In the solid electrolyte of the present invention, the extinction coefficient measured in the wavelength range of 380 nm or more is 6.6 mm −1 or less. When the extinction coefficient is 6.6 mm −1 or less, a short circuit is suppressed when a battery is formed. When the extinction coefficient of the solid electrolyte is larger than 6.6 mm −1 , ionic conduction variation is likely to occur due to deterioration of crystallinity or increase in the amount of impurities, which causes a short circuit. The smaller the extinction coefficient, the better, and more preferably 1.7 mm −1 or less.

吸光係数は、固体電解質の透過率から求められる。具体的には、厚み0.8mmの固体電解質に対し、波長範囲380nm以上の光線の透過率を、透過率測定器(市販品)で測定する。透過率は、(透過光の強度)/(入射光の強度)である。透過率は、表面反射を無視すると、透過率T=exp(−α・x)の関係を満たす。なお、α:吸光係数、x:経路長(固体電解質厚み)である。測定された透過率Tとこの式から、吸光係数(α)を求めることができる。   The extinction coefficient is obtained from the transmittance of the solid electrolyte. Specifically, the transmittance of light having a wavelength range of 380 nm or more is measured with a transmittance meter (commercially available product) with respect to a solid electrolyte having a thickness of 0.8 mm. The transmittance is (transmitted light intensity) / (incident light intensity). When the surface reflection is ignored, the transmittance satisfies the relationship of transmittance T = exp (−α · x). Α: extinction coefficient, x: path length (solid electrolyte thickness). From the measured transmittance T and this equation, the extinction coefficient (α) can be obtained.

波長範囲380nm以上の波長で透過率を測定したときに、図4に示したように、透過率が変動する場合には、測定範囲内での透過率の下限値を固体電解質の透過率とすることができる。   When the transmittance is measured at a wavelength in the wavelength range of 380 nm or more and the transmittance fluctuates as shown in FIG. 4, the lower limit value of the transmittance within the measurement range is set as the transmittance of the solid electrolyte. be able to.

透過率の測定に用いられる380nm以上の波長範囲の光線は、可視光線を示す。また、380nm以上の波長範囲の光線は、その上限について限定されるものではないが、可視光領域(380nm〜780nm)とすることができる。
吸光係数が6.6mm−1以下の固体電解質は、透過率測定器で測定される透過率が0.5%以上(固体電解質厚み:0.8mm)に相当する。吸光係数が1.7mm−1以下の固体電解質は、透過率測定器で測定される透過率が25%以上(固体電解質厚み:0.8mm)に相当する。
なお、固体電解質の吸光係数は、目視により判定できる。例えば、500nm以上の可視光領域で吸光係数が小さい場合(固体電解質が透明体である場合)には、固体電解質は、黄色乃至オレンジ色となる。
A light beam having a wavelength range of 380 nm or more used for measuring transmittance shows visible light. The upper limit of the light beam in the wavelength range of 380 nm or more is not limited, but can be in the visible light region (380 nm to 780 nm).
A solid electrolyte having an extinction coefficient of 6.6 mm −1 or less corresponds to a transmittance of 0.5% or more (solid electrolyte thickness: 0.8 mm) measured by a transmittance meter. A solid electrolyte having an extinction coefficient of 1.7 mm −1 or less corresponds to a transmittance of 25% or more (solid electrolyte thickness: 0.8 mm) measured by a transmittance meter.
The extinction coefficient of the solid electrolyte can be determined visually. For example, when the extinction coefficient is small in the visible light region of 500 nm or more (when the solid electrolyte is a transparent body), the solid electrolyte becomes yellow to orange.

固体電解質の吸光係数は、固体電解質が内部に細孔を有するようになると大きくなる。つまり、固体電解質が多孔質体となると、吸光係数も大きくなる。固体電解質が多孔質体となると、固体電解質の細孔に導電性を担うイオン種が侵入・晶出するようになる。そして、晶出した金属がデンドライトを形成し、電池の短絡を生じさせる。このことからも、吸光係数が小さくなるほど固体電解質にデンドライトが形成されなくなるため、好ましい。   The extinction coefficient of the solid electrolyte increases when the solid electrolyte has pores therein. That is, when the solid electrolyte becomes a porous body, the extinction coefficient also increases. When the solid electrolyte becomes a porous body, ion species responsible for conductivity enter and crystallize into the pores of the solid electrolyte. The crystallized metal forms dendrites, causing a short circuit of the battery. This is also preferable because the dendrite is not formed in the solid electrolyte as the extinction coefficient decreases.

透過率は、固体電解質の厚み:0.8mm、波長範囲380nm以上で測定範囲φ1mmの条件で測定されることが好ましい。測定範囲φ1mmの条件で測定される透過率が0.5%以上となることで、吸光係数が6.6以下となり、本発明の固体電解質が上記の効果を発揮できる。   The transmittance is preferably measured under conditions of a solid electrolyte thickness: 0.8 mm, a wavelength range of 380 nm or more, and a measurement range φ1 mm. When the transmittance measured under the condition of the measurement range φ1 mm is 0.5% or more, the extinction coefficient becomes 6.6 or less, and the solid electrolyte of the present invention can exhibit the above effect.

上記した測定範囲φ1mmの条件での透過率の測定は、固体電解質の任意の点で行うことができる。すなわち、本発明の固体電解質は、測定範囲φ1mmの条件で、固体電解質の任意の点で透過率を測定したときに、いずれの測定点でも透過率が0.5%以上であることが好ましい。   The measurement of the transmittance under the condition of the measurement range φ1 mm described above can be performed at any point of the solid electrolyte. In other words, the transmittance of the solid electrolyte of the present invention is preferably 0.5% or more at any measurement point when the transmittance is measured at any point of the solid electrolyte under the condition of a measurement range φ1 mm.

固体電解質は、不純物が0.5%未満であることが好ましい。固体電解質に含まれる不純物は、デンドライトの形成及び成長に寄与する。この不純物が0.5%未満と少なくなることで、デンドライトの生成(成長)が抑制される。不純物の含有割合は、少ないほど好ましい。不純物の含有割合が0.5%を超えると、デンドライトが生成・成長する。不純物の含有割合は、固体電解質の質量を100%としたときの、不純物の質量の割合(mass%)である。なお、本形態における不純物とは、固体電解質として機能する化合物(後述の図8の結晶粒に相当する化合物)以外の化合物であり、不可避不純物だけで無く、固体電解質と晶系の異なる化合物も含む。   The solid electrolyte preferably has less than 0.5% impurities. Impurities contained in the solid electrolyte contribute to the formation and growth of dendrites. By reducing this impurity to less than 0.5%, generation (growth) of dendrite is suppressed. The smaller the impurity content, the better. If the impurity content exceeds 0.5%, dendrites are generated and grown. The content ratio of the impurity is a ratio (mass%) of the mass of the impurity when the mass of the solid electrolyte is 100%. The impurity in this embodiment is a compound other than a compound functioning as a solid electrolyte (a compound corresponding to a crystal grain in FIG. 8 described later), and includes not only inevitable impurities but also a compound having a crystal system different from that of the solid electrolyte. .

ここで、固体電解質に含有する不純物の割合が大きくなると、吸光係数も大きくなる。つまり、吸光係数は、固体電解質の不純物の含有割合からも影響を受ける。
固体電解質は、吸光係数が6.6以下(透過率が0.5%以上)であり、かつ不純物の含有割合が0.5%未満であることが好ましい。
Here, as the proportion of impurities contained in the solid electrolyte increases, the extinction coefficient also increases. That is, the extinction coefficient is also affected by the content ratio of impurities in the solid electrolyte.
The solid electrolyte preferably has an extinction coefficient of 6.6 or less (transmittance of 0.5% or more) and an impurity content of less than 0.5%.

また、固体電解質は、相対密度が99.5%以上であることが好ましい。相対密度が99.5%以上となることで、固体電解質内にデンドライトの形成に寄与する細孔が含まれなくなる。また、仮に固体電解質内に細孔が存在したとしても、独立した閉鎖孔となり、デンドライトの成長が規制される。すなわち、相対密度が99.5%以上となることで、デンドライトの生成が確実に抑えられる。相対密度が99.5%未満の小さな密度になると、固体電解質内に細孔が形成されることとなり、デンドライトの生成(成長)が抑えられなくなる。   The solid electrolyte preferably has a relative density of 99.5% or more. When the relative density is 99.5% or more, pores contributing to the formation of dendrites are not included in the solid electrolyte. Further, even if pores exist in the solid electrolyte, they become independent closed pores, and dendrite growth is restricted. That is, when the relative density is 99.5% or more, the generation of dendrites is reliably suppressed. When the relative density is as small as less than 99.5%, pores are formed in the solid electrolyte, and generation (growth) of dendrites cannot be suppressed.

固体電解質の相対密度とは、(固体電解質の質量)/(不純物を含まない場合の固体電解質の質量)で求められる。そして、固体電解質の相対密度は、「100−(上記の不純物の含有割合)」で求められる値で代用しても良い。   The relative density of the solid electrolyte is determined by (mass of solid electrolyte) / (mass of solid electrolyte when no impurities are included). The relative density of the solid electrolyte may be replaced with a value obtained by “100− (content ratio of the above-mentioned impurities)”.

固体電解質は、熱間等方加圧法で圧縮されてなることが好ましい。熱間等方加圧法(HIP)は、固体電解質を圧縮して相対密度を高めるときに、固体電解質の組成の変化を生じさせない。より具体的には、固体電解質に含まれるLiは、加熱するとLi内を移動し、固体電解質から抜ける。無加圧での加熱(無加圧焼成)では、Liが固体電解質から抜け、固体電解質の組成が変化し、固体電解質としてイオン伝導を担うことができなくなる。   The solid electrolyte is preferably compressed by a hot isostatic pressing method. Hot isostatic pressing (HIP) does not cause a change in the composition of the solid electrolyte when the solid electrolyte is compressed to increase the relative density. More specifically, Li contained in the solid electrolyte moves in Li when heated, and escapes from the solid electrolyte. In heating without pressure (pressureless firing), Li is released from the solid electrolyte, the composition of the solid electrolyte changes, and the solid electrolyte cannot bear ionic conduction.

熱間等方加圧法での圧縮は、吸光係数が6.6以下(透過率が0.5%以上)となるように行うことが好ましく、相対密度が99.5%以上となるように行うことがより好ましい。このような圧縮を行うと、固体電解質内部の細孔が少なくなるだけでなく、連続した細孔がなくなる。連続した細孔が存在すると、電池に用いたときに、電極間を細孔で導通することとなり、当該連続した細孔内でデンドライトの生成が生じる。
熱間等方加圧法での圧縮は、市販のHIP装置を用いて行うことができる。
The compression by the hot isostatic pressing method is preferably performed so that the extinction coefficient is 6.6 or less (transmittance is 0.5% or more), and the relative density is 99.5% or more. It is more preferable. Such compression not only reduces the number of pores inside the solid electrolyte, but also eliminates continuous pores. When continuous pores are present, when used in a battery, the electrodes are electrically connected by the pores, and dendrites are generated in the continuous pores.
The compression by the hot isostatic pressing method can be performed using a commercially available HIP apparatus.

本発明の固体電解質は、Li,La,Zrを含むものであれば、その組成が限定されるものではない。従来知られた固体電解質と同様の組成であってもよい。
本発明の固体電解質において、Li,La,Zrの割合は、ガーネット型構造を有する固体電解質を得ることができる割合であれば特に限定されるものではない。通常、モル基準(モル比)で、Li:La:Zr=7:3:2である。この割合は、ガーネット型構造を形成可能な範囲で変動した値を含む。すなわち、Li:La:Zr=7:2.8〜3.2:1.8〜2.2を含む。Li,La,Zrの割合は、後述の製造方法での原料調製時の各元素の配合割合としてもよい。
The composition of the solid electrolyte of the present invention is not limited as long as it contains Li, La, and Zr. The composition may be the same as that of a conventionally known solid electrolyte.
In the solid electrolyte of the present invention, the proportions of Li, La, and Zr are not particularly limited as long as the solid electrolyte having a garnet structure can be obtained. Usually, Li: La: Zr = 7: 3: 2 on a molar basis (molar ratio). This ratio includes a value that varies within a range in which a garnet-type structure can be formed. That is, Li: La: Zr = 7: 2.8-3.2: 1.8-2.2 is included. The proportions of Li, La, and Zr may be blended proportions of each element at the time of raw material preparation in the manufacturing method described later.

本発明の固体電解質は、Li−La−Zr−O系の酸化物であることが好ましい。固体電解質に含まれるOの割合は、基本的には、各金属イオンとの関係で、電気的中性の原理を満たすように決定される。合成方法によって、酸素欠損や酸素過剰が生じていてもよい。   The solid electrolyte of the present invention is preferably a Li—La—Zr—O-based oxide. The proportion of O contained in the solid electrolyte is basically determined so as to satisfy the principle of electrical neutrality in relation to each metal ion. Depending on the synthesis method, oxygen deficiency or oxygen excess may occur.

本発明の固体電解質は、更に、別の従来から知られた元素を含有していてもよい。この別の元素を含有することで、固体電解質のイオン伝導度等の特性の調節(向上)を図ることができる。別の元素としては、Al,Ta,Nb,Si等の元素をあげることができる。
本発明の固体電解質は、ガーネット型構造を有する。本発明においてガーネット型構造は、ガーネット型構造だけでなく、ガーネット型類似構造を含む。
The solid electrolyte of the present invention may further contain another conventionally known element. By containing this other element, it is possible to adjust (improve) characteristics such as ionic conductivity of the solid electrolyte. Examples of other elements include elements such as Al, Ta, Nb, and Si.
The solid electrolyte of the present invention has a garnet structure. In the present invention, the garnet structure includes not only a garnet structure but also a garnet-like structure.

ガーネット型構造は、X線回折(XRD)のピーク位置を確認することにより特定することができる。例えば、CuKα線を用いたXRD測定を行うと、2θ=17°,26°,28°,31°,34°,38°,43°,51°,52°,53°の位置にピークが確認できる。   The garnet structure can be identified by confirming the peak position of X-ray diffraction (XRD). For example, when XRD measurement using CuKα rays is performed, peaks are confirmed at 2θ = 17 °, 26 °, 28 °, 31 °, 34 °, 38 °, 43 °, 51 °, 52 °, and 53 °. it can.

(製造方法)
本発明の固体電解質は、上記の特徴を有するものであれば、その製造方法が限定されるものではない。例えば、Li,La,Zr(及び別の元素)を含む原料の混合物を調製する工程と、混合物を焼成(焼結)する工程と、熱間等方加圧法で圧縮する工程と、を有する製造方法をあげることができる。
(Production method)
If the solid electrolyte of this invention has said characteristic, the manufacturing method will not be limited. For example, a manufacturing process including a step of preparing a mixture of raw materials containing Li, La, and Zr (and another element), a step of firing (sintering) the mixture, and a step of compressing by a hot isostatic pressing method. I can give you a way.

原料の混合物は、Li,La,Zr及びその他の含有元素を1種又は2種以上含有する化合物の混合物である。Liを含有する化合物(Li源)としては、例えば、LiOH・HO、LiCO、CHCOOLi、LiNO等の化合物をあげることができる。Laを含有する化合物(La源)としては、例えば、La(OH)、La等を挙げることができる。Zrを含有する化合物(Zr源)としては、例えばZrO等を挙げることができる。 The mixture of raw materials is a mixture of compounds containing one or more of Li, La, Zr and other contained elements. Examples of the compound containing Li (Li source) include compounds such as LiOH.H 2 O, Li 2 CO 3 , CH 3 COOLi, and LiNO 3 . Examples of the compound containing La (La source) include La (OH) 3 and La 2 O 3 . Examples of the compound containing Zr (Zr source) include ZrO 2 .

本発明の固体電解質の製造においては、これらの化合物(金属源)に含まれる各元素の割合を調整することにより、製造される固体電解質の組成を決定できる。各原料は、揮発(特に、焼成時のLiの揮発)等の影響を考慮した上で、適宜調整してもよい。   In the production of the solid electrolyte of the present invention, the composition of the produced solid electrolyte can be determined by adjusting the ratio of each element contained in these compounds (metal sources). Each raw material may be appropriately adjusted in consideration of the influence of volatilization (particularly, volatilization of Li during firing).

原料の混合物は、これらの化合物(金属源)の粉末を十分に混合するように攪拌し、その後、所定の形状に圧縮成型することが好ましい。また、分散向上することを目的に溶媒中で混練してもよく、用いるLi源やLa源やZr源が粉末には限らず、液体状態でもよい。これら溶媒や液体状の原料を用いる場合には、乾燥して粉体上の混合物とすることが必要である。原料の混合物を圧縮成型することで、所望の形状の固体電解質を得ることができる。また、相対密度が高い焼成体を得られる。   The mixture of raw materials is preferably stirred so that the powders of these compounds (metal sources) are sufficiently mixed, and then compression molded into a predetermined shape. Moreover, it may be kneaded in a solvent for the purpose of improving dispersion, and the Li source, La source and Zr source to be used are not limited to powder but may be in a liquid state. When these solvents and liquid raw materials are used, it is necessary to dry them to obtain a mixture on the powder. A solid electrolyte having a desired shape can be obtained by compression molding a mixture of raw materials. Moreover, a sintered body having a high relative density can be obtained.

混合物を焼成する工程は、原料の混合物を焼成(焼結,固相反応)することで、固体電解質を生成する。焼成条件は、固体電解質が生成できる条件であれば限定されるものではない。   The step of firing the mixture generates a solid electrolyte by firing (sintering, solid phase reaction) the mixture of raw materials. The firing conditions are not limited as long as the solid electrolyte can be generated.

例えば、焼成時の加熱温度は、固体電解質の結晶化温度以上の温度であればよく、例えば、1200℃〜1250℃の範囲を例示できる。焼成時の雰囲気は、特に限定されるものではないが、酸素含有雰囲気であることが好ましい。この場合、酸素含有雰囲気中の酸素が、固体電解質(複合酸化物)を構成するO源になる。酸素含有雰囲気は、例えば、不活性ガスと酸素ガスの混合ガスや、空気(エアー)により得られる。   For example, the heating temperature at the time of baking should just be the temperature beyond the crystallization temperature of a solid electrolyte, for example, the range of 1200 to 1250 degreeC can be illustrated. The atmosphere during firing is not particularly limited, but is preferably an oxygen-containing atmosphere. In this case, oxygen in the oxygen-containing atmosphere becomes an O source constituting the solid electrolyte (composite oxide). The oxygen-containing atmosphere is obtained by, for example, a mixed gas of inert gas and oxygen gas, or air (air).

熱間等方加圧法で圧縮する工程については、上記の通りである。熱間等方加圧法で圧縮する方法は、HIP装置を用いて行うことができる。HIP装置における圧縮条件は、固体電解質の相対密度を99%以上とすることができる条件であれば限定されるものではない。   The step of compressing by hot isostatic pressing is as described above. The method of compressing by hot isostatic pressing can be performed using a HIP device. The compression conditions in the HIP apparatus are not limited as long as the relative density of the solid electrolyte can be 99% or more.

本発明の固体電解質は、リチウム電池に組み付けるための所定の形状に成形する工程を施すことが好ましい。固体電解質の成形は、その方法が限定されるものではなく、例えば、切削処理や研磨処理をあげることができる。   The solid electrolyte of the present invention is preferably subjected to a step of forming into a predetermined shape for assembling to a lithium battery. The method for forming the solid electrolyte is not limited, and examples thereof include cutting and polishing.

固体電解質を成形する場合、不良箇所を除去するように処理することが好ましい。不良箇所とは、透過率や相対密度が低い部分をあげることができる。この不良箇所を除去することで、不良箇所が含まれない固体電解質となる。すなわち、デンドライトの発生が抑えられた、イオン伝導性に優れた固体電解質が得られる。   When forming a solid electrolyte, it is preferable to process so that a defective location may be removed. The defective portion can be a portion having a low transmittance or relative density. By removing this defective portion, a solid electrolyte free from the defective portion is obtained. That is, it is possible to obtain a solid electrolyte excellent in ion conductivity in which generation of dendrites is suppressed.

[リチウム電池]
本形態のリチウム電池1は、図1の断面図で示されるリチウム電池1であり、正極2,負極3及び固体電解質層4を、電池ケース5に収容してなる。
[Lithium battery]
The lithium battery 1 of this embodiment is the lithium battery 1 shown in the cross-sectional view of FIG. 1, and includes a positive electrode 2, a negative electrode 3, and a solid electrolyte layer 4 housed in a battery case 5.

(正極)
正極2は、正極集電体20と、正極集電体20の表面に配された正極活物質を含む正極活物質層21と、を有する。正極活物質層21は、少なくとも正極活物質を含有する層であり、必要に応じて、導電材,固体電解質及び結着材のそれぞれも含有していても良い。
正極活物質層21は、正極活物質と導電材と結着材とを混合して得られた正極合材を正極集電体20の表面に塗布して形成される。
(Positive electrode)
The positive electrode 2 includes a positive electrode current collector 20 and a positive electrode active material layer 21 including a positive electrode active material disposed on the surface of the positive electrode current collector 20. The positive electrode active material layer 21 is a layer containing at least a positive electrode active material, and may contain a conductive material, a solid electrolyte, and a binder as necessary.
The positive electrode active material layer 21 is formed by applying a positive electrode mixture obtained by mixing a positive electrode active material, a conductive material, and a binder to the surface of the positive electrode current collector 20.

正極2の正極活物質は、リチウムを吸蔵放出可能な活物質である。正極活物質は、従来のリチウム電池(リチウムイオン二次電池)の正極活物質を選択できる。正極活物質は、例えば、種々の酸化物、硫化物、リチウム含有酸化物、導電性高分子などを用いることができる。正極活物質は、リチウム−遷移金属複合酸化物であることが好ましい。   The positive electrode active material of the positive electrode 2 is an active material capable of occluding and releasing lithium. As the positive electrode active material, a positive electrode active material of a conventional lithium battery (lithium ion secondary battery) can be selected. As the positive electrode active material, for example, various oxides, sulfides, lithium-containing oxides, conductive polymers, and the like can be used. The positive electrode active material is preferably a lithium-transition metal composite oxide.

リチウム−遷移金属複合酸化物は、ポリアニオン構造のリチウム金属化合物(Liα βη4−γγ)であることがより好ましい。(なお、M:Mn,Co,Ni,Fe,Cu,Cr,Mg,Ca,Zn,Tiより選ばれる1種以上、X:P,As,Si,Mo,Geより選ばれる1種以上、Z:Al,Mg,Ca,Zn,Tiより選ばれる1種以上を任意で含有可能、0≦α≦2.0、0≦β≦1.5、1≦η≦1.5、0≦γ≦1.5) Lithium - transition metal composite oxide is preferably a lithium metal compound polyanion structure (Li α M 0 β X η O 4-γ Z γ). (Note that M 0 : one or more selected from Mn, Co, Ni, Fe, Cu, Cr, Mg, Ca, Zn, Ti, one or more selected from X: P, As, Si, Mo, Ge, Z: One or more selected from Al, Mg, Ca, Zn and Ti can be optionally contained, 0 ≦ α ≦ 2.0, 0 ≦ β ≦ 1.5, 1 ≦ η ≦ 1.5, 0 ≦ γ ≦ 1.5)

リチウム−遷移金属複合酸化物は、オリビン構造のリチウム−遷移金属複合酸化物であることが好ましい。このオリビン構造のリチウム−遷移金属複合酸化物としては、LiFePO,LiFeMn1−xPO(0≦x<1)を例示できる。 The lithium-transition metal composite oxide is preferably a lithium-transition metal composite oxide having an olivine structure. Examples of the olivine-structured lithium-transition metal composite oxide include LiFePO 4 and LiFe x Mn 1-x PO 4 (0 ≦ x <1).

正極活物質層21は、更に固体電解質を含有していても良い。固体電解質の添加により、正極活物質層21のLiイオン伝導性を向上させることができる。固体電解質としては、例えば、酸化物固体電解質及び硫化物固体電解質等をあげることができる。   The positive electrode active material layer 21 may further contain a solid electrolyte. By adding the solid electrolyte, the Li ion conductivity of the positive electrode active material layer 21 can be improved. Examples of solid electrolytes include oxide solid electrolytes and sulfide solid electrolytes.

正極2の導電材は、正極2の電気伝導性を確保する。導電材としては、黒鉛の微粒子,アセチレンブラック,ケッチェンブラック,カーボンナノファイバーなどのカーボンブラック,ニードルコークスなどの無定形炭素の微粒子などを使用できるが、これらに限定されない。   The conductive material of the positive electrode 2 ensures the electrical conductivity of the positive electrode 2. Examples of the conductive material include, but are not limited to, graphite fine particles, acetylene black, ketjen black, carbon black such as carbon nanofiber, and amorphous carbon fine particles such as needle coke.

正極2の結着材は、正極活物質粒子や導電材を結着する。結着材としては、例えば、PVDF,EPDM,SBR,NBR,フッ素ゴムなどを使用できるが、これらに限定されない。   The binder of the positive electrode 2 binds the positive electrode active material particles and the conductive material. As the binder, for example, PVDF, EPDM, SBR, NBR, fluororubber and the like can be used, but are not limited thereto.

正極2の溶媒としては、通常は結着材を溶解する有機溶媒を使用する。例えば、NMP,ジメチルホルムアミド,ジメチルアセトアミド,メチルエチルケトン,シクロヘキサノン,酢酸メチル,アクリル酸メチル,ジエチルトリアミン,N−N−ジメチルアミノプロピルアミン,エチレンオキシド,テトラヒドロフランなどを挙げることができるが、これらに限定されない。また、水に分散剤、増粘剤などを加えてPTFEなどで正極活物質をスラリー化する場合もある。   As the solvent for the positive electrode 2, an organic solvent that normally dissolves the binder is used. Examples thereof include, but are not limited to, NMP, dimethylformamide, dimethylacetamide, methyl ethyl ketone, cyclohexanone, methyl acetate, methyl acrylate, diethyltriamine, NN-dimethylaminopropylamine, ethylene oxide, and tetrahydrofuran. In some cases, a positive electrode active material is slurried with PTFE or the like by adding a dispersant, a thickener, or the like to water.

正極集電体20は、例えば、アルミニウム,ステンレスなどの金属を加工したもの、例えば板状に加工した箔,網,パンチドメタル,フォームメタルなどを用いることができるが、これらに限定されない。   As the positive electrode current collector 20, for example, a material obtained by processing a metal such as aluminum or stainless steel, for example, a foil processed into a plate shape, a net, a punched metal, a foam metal, or the like can be used, but is not limited thereto.

(負極)
負極3は、リチウム(金属Li)よりなる。金属Liよりなる負極3は、負極集電体30が当接して配される。なお、この金属Liよりなる負極3は、後述の別の形態における負極活物質及び負極活物質層31に相当する。すなわち、金属Liが負極活物質に相当し、この負極活物質のみで負極活物質層31を形成した態様に相当する。
金属Liよりなる負極3は、不活性ガス雰囲気中で固体電解質4の表面に直接貼り付ける、又は固体電解質4を通じて負極3となる表面に析出させる、又は金属Liを固体電解質4の表面に蒸着させるなどの方法で形成される。
(Negative electrode)
The negative electrode 3 is made of lithium (metal Li). The negative electrode 3 made of metal Li is disposed in contact with the negative electrode current collector 30. Note that the negative electrode 3 made of this metal Li corresponds to a negative electrode active material and a negative electrode active material layer 31 in another form described later. That is, the metal Li corresponds to the negative electrode active material, and corresponds to an aspect in which the negative electrode active material layer 31 is formed using only this negative electrode active material.
The negative electrode 3 made of metal Li is directly attached to the surface of the solid electrolyte 4 in an inert gas atmosphere, or is deposited on the surface that becomes the negative electrode 3 through the solid electrolyte 4, or metal Li is deposited on the surface of the solid electrolyte 4. It is formed by the method.

負極集電体30は、従来の電池で使用される集電体を用いることができ、銅、ステンレス、チタンあるいはニッケルなどの金属を加工したもの、例えば板状に加工した箔,網,パンチドメタル,フォームメタルなどを用いることができるが、これらに限定されない。   As the negative electrode current collector 30, a current collector used in a conventional battery can be used, which is obtained by processing a metal such as copper, stainless steel, titanium, or nickel, for example, a foil processed into a plate, a net, or a punched Metal, foam metal, and the like can be used, but are not limited thereto.

(固体電解質層)
固体電解質層4は、正極活物質層21と負極活物質層31との間に配された、上記した本発明の固体電解質を有する。固体電解質層4は、上記した固体電解質を含有するものであり、上記した固体電解質のみからなるものであっても、他の固体電解質を更に含有するものであっても、いずれでも良い。
(Solid electrolyte layer)
The solid electrolyte layer 4 has the above-described solid electrolyte of the present invention disposed between the positive electrode active material layer 21 and the negative electrode active material layer 31. The solid electrolyte layer 4 contains the above-described solid electrolyte, and may be composed of only the above-described solid electrolyte or may further contain another solid electrolyte.

(電池ケース)
本形態のリチウム電池に用いられる電池ケース5は、限定されるものではなく、従来のリチウム電池の電池ケースを用いることができる。また、リチウム電池(電池ケース)の形状は、限定されるものではなく、例えば、コイン型、ラミネート型、円筒型及び角型等をあげることができる。
(Battery case)
The battery case 5 used for the lithium battery of this embodiment is not limited, and a battery case of a conventional lithium battery can be used. The shape of the lithium battery (battery case) is not limited, and examples thereof include a coin type, a laminate type, a cylindrical type, and a square type.

電池ケース5としては、例えばSUS等の金属や樹脂成形体よりなる電池ケースを挙げることができる。また、電池ケースとしては、可塑性樹脂層/金属箔/可塑性樹脂層をこの順で含むラミネート樹脂フィルムより形成されるラミネート外装体を用いることができる。   Examples of the battery case 5 include a battery case made of a metal such as SUS or a resin molded body. Moreover, as a battery case, the laminated exterior body formed from the laminated resin film which contains a plastic resin layer / metal foil / plastic resin layer in this order can be used.

(リチウム電池の他の構成)
本形態のリチウム電池1は、一次電池であっても、二次電池であっても、いずれでも良い。繰り返し充放電できることから、二次電池であることが好ましい。
(Other configurations of lithium battery)
The lithium battery 1 of this embodiment may be either a primary battery or a secondary battery. A secondary battery is preferred because it can be repeatedly charged and discharged.

また、リチウム電池の製造方法は、上記したリチウム電池を製造できる方法であれば限定されるものではなく、一般的なリチウム電池の製造方法と同様の方法を用いることができる。例えば、正極活物質層を構成する材料、固体電解質層を構成する材料、及び負極活物質層を構成する材料を順次プレスすることにより、発電要素を作製し、この発電要素を電池ケースの内部に収納し、電池ケースをかしめ等の方法で封止する方法を挙げることができる。   Moreover, the manufacturing method of a lithium battery will not be limited if it can manufacture the above-mentioned lithium battery, The method similar to the manufacturing method of a general lithium battery can be used. For example, a power generation element is manufactured by sequentially pressing a material constituting the positive electrode active material layer, a material constituting the solid electrolyte layer, and a material constituting the negative electrode active material layer, and the power generation element is placed inside the battery case. Examples of the method include housing and sealing the battery case by a method such as caulking.

[リチウム電池の別の形態]
上記の形態のリチウム電池は、負極3を金属Liにより形成しているが、負極は、従来のリチウムイオン電池と同様の構成とすることもできる。本形態のリチウム電池1の構成を、図2に断面図で示した。
すなわち、負極3’は、負極集電体30と、負極集電体30の表面に配された負極活物質を含む負極活物質層31と、を有する。負極活物質層31は、少なくとも負極活物質を含有する層であり、必要に応じて、導電材,固体電解質及び結着材のそれぞれも含有していても良い。
[Another form of lithium battery]
In the lithium battery of the above form, the negative electrode 3 is made of metal Li, but the negative electrode can have the same configuration as a conventional lithium ion battery. The configuration of the lithium battery 1 of this embodiment is shown in a sectional view in FIG.
That is, the negative electrode 3 ′ includes a negative electrode current collector 30 and a negative electrode active material layer 31 including a negative electrode active material disposed on the surface of the negative electrode current collector 30. The negative electrode active material layer 31 is a layer containing at least a negative electrode active material, and may contain a conductive material, a solid electrolyte, and a binder as necessary.

負極活物質層31は、正極活物質層21と同様に、負極活物質と結着材とを混合して得られた負極合材を負極集電体30の表面に塗布して形成される。
負極3’の負極活物質は、リチウムを吸蔵放出可能な活物質である。負極活物質は、従来の負極活物質を用いることができる。Li,Sn,Si,Sb,Ge,Cの少なくともひとつの元素を含有する負極活物質を挙げることができる。これらの負極活物質のうち、Cは、リチウムイオン二次電池の電解質イオンを吸蔵・脱離可能な(Li吸蔵能がある)炭素材料であることが好ましく、アモルファスコート天然黒鉛であることがより好ましい。
Similarly to the positive electrode active material layer 21, the negative electrode active material layer 31 is formed by applying a negative electrode mixture obtained by mixing a negative electrode active material and a binder to the surface of the negative electrode current collector 30.
The negative electrode active material of the negative electrode 3 ′ is an active material capable of occluding and releasing lithium. As the negative electrode active material, a conventional negative electrode active material can be used. A negative electrode active material containing at least one element of Li, Sn, Si, Sb, Ge, and C can be given. Among these negative electrode active materials, C is preferably a carbon material capable of occluding and desorbing electrolyte ions of a lithium ion secondary battery (having Li storage ability), and more preferably amorphous coated natural graphite. preferable.

また、これらの負極活物質のうち、Sn、Sb、Geは、特に、体積変化の多い合金材料である。これらの負極活物質は、Ti−Si、Ag−Sn、Sn−Sb、Ag−Ge、Cu−Sn、Ni−Snなどのように、別の金属と合金をなしていてもよい。   Of these negative electrode active materials, Sn, Sb, and Ge are alloy materials that have a large volume change. These negative electrode active materials may form an alloy with another metal such as Ti—Si, Ag—Sn, Sn—Sb, Ag—Ge, Cu—Sn, and Ni—Sn.

負極活物質層31は、更に固体電解質を含有していても良い。固体電解質の添加により、負極活物質層31のLiイオン伝導性を向上させることができる。固体電解質としては、例えば、酸化物固体電解質及び硫化物固体電解質等をあげることができる。   The negative electrode active material layer 31 may further contain a solid electrolyte. By adding the solid electrolyte, the Li ion conductivity of the negative electrode active material layer 31 can be improved. Examples of solid electrolytes include oxide solid electrolytes and sulfide solid electrolytes.

負極3’の導電材としては、炭素材料、金属粉、導電性ポリマーなどを用いることができる。導電性と安定性の観点から、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、カーボンブラックなどの炭素材料を使用することが好ましい。   As the conductive material of the negative electrode 3 ′, a carbon material, metal powder, conductive polymer, or the like can be used. From the viewpoint of conductivity and stability, it is preferable to use a carbon material such as acetylene black, ketjen black, or carbon black.

負極3’の結着材としては、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、フッ素樹脂共重合体(四フッ化エチレン・六フッ化プロピレン共重合体)SBR、アクリル系ゴム、フッ素系ゴム、ポリビニルアルコール(PVA)、スチレン・マレイン酸樹脂、ポリアクリル酸塩、カルボキシルメチルセルロース(CMC)などを挙げることができる。
負極3’の合材の溶媒としては、N−メチル−2−ピロリドン(NMP)などの有機溶媒、又は水などを挙げることができる。
負極集電体30は、上記の形態と同様とすることができる。
As the binder of the negative electrode 3 ′, polytetrafluoroethylene (PTFE), polyvinylidene fluoride (PVDF), fluororesin copolymer (tetrafluoroethylene / hexafluoropropylene copolymer) SBR, acrylic rubber, Fluorine rubber, polyvinyl alcohol (PVA), styrene / maleic acid resin, polyacrylate, carboxymethyl cellulose (CMC) and the like can be mentioned.
Examples of the solvent for the negative electrode 3 ′ include organic solvents such as N-methyl-2-pyrrolidone (NMP), water, and the like.
The negative electrode current collector 30 can be the same as that described above.

[リチウム空気電池]
本形態のリチウム空気電池7は、図3の断面図で示されるリチウム空気電池であり、正極72,負極73及び固体電解質層74を、電池ケース75に収容してなる。
(正極)
正極72は、酸素を活物質として電池反応を進行するための空気導入手段を備え、かつ、酸素を還元する触媒721を備える正極材料720を有する。正極72は、触媒721を含む正極材料720からなる部分と、正極集電体(図示せず)と、から構成される。正極材料720は、固体電解質と導電材を必要に応じて含む。正極材料720は、内部に空気を導入可能な孔を備えている。孔の内面には触媒721と導電材が必要に応じて採用される。
[Lithium air battery]
The lithium-air battery 7 of this embodiment is a lithium-air battery shown in the cross-sectional view of FIG. 3, and includes a positive electrode 72, a negative electrode 73, and a solid electrolyte layer 74 housed in a battery case 75.
(Positive electrode)
The positive electrode 72 includes a positive electrode material 720 that includes air introduction means for proceeding a battery reaction using oxygen as an active material, and includes a catalyst 721 that reduces oxygen. The positive electrode 72 includes a portion made of a positive electrode material 720 including a catalyst 721 and a positive electrode current collector (not shown). The positive electrode material 720 includes a solid electrolyte and a conductive material as necessary. The positive electrode material 720 includes a hole through which air can be introduced. A catalyst 721 and a conductive material are employed on the inner surface of the hole as necessary.

触媒721は、正極72において正極活物質である酸素の反応を促進する触媒である。正極活物質は空気中の酸素を用いる。触媒721としては、銀、白金、イリジウム酸化物、ルテニウム酸化物、マンガン酸化物、コバルト酸化物、酸化ニッケル、酸化鉄、酸化銅、及び金属フタロシアニン類からなる群から選択される1種又は2種以上が例示できる。
触媒721は、正極材料720、あるいは固体電解質74の表面に、スパッタリング等の方法で一体に形成される。
The catalyst 721 is a catalyst that promotes the reaction of oxygen, which is a positive electrode active material, in the positive electrode 72. The positive electrode active material uses oxygen in the air. The catalyst 721 is one or two selected from the group consisting of silver, platinum, iridium oxide, ruthenium oxide, manganese oxide, cobalt oxide, nickel oxide, iron oxide, copper oxide, and metal phthalocyanines. The above can be illustrated.
The catalyst 721 is integrally formed on the surface of the positive electrode material 720 or the solid electrolyte 74 by a method such as sputtering.

正極集電体は、触媒721と電気的に接続される。正極集電体は、電気伝導性をもつものであればよい。正極72は、正極材料720に空気を導入するための手段が必要であり、正極集電体は、酸素が透過可能であること(酸素を透過可能な構成であること)が望ましい。例えば、正極集電体は、ステンレス鋼、ニッケル、アルミニウム、銅等の金属から構成される多孔質材料、網・パンチングメタルであることが好ましい。また、多孔質材料等を用いる場合にはその孔に、導電材、触媒などを充填した形態を採用することが望ましい。
正極集電体は、空気電池7の正極端子と電気的に接続される。また、正極集電体は、正極端子、あるいは触媒721と正極端子とを電気的に接続する導電経路(導線)を兼ねていても良い。
The positive electrode current collector is electrically connected to the catalyst 721. The positive electrode current collector has only to have electrical conductivity. The positive electrode 72 needs a means for introducing air into the positive electrode material 720, and the positive electrode current collector is desirably permeable to oxygen (having a structure capable of transmitting oxygen). For example, the positive electrode current collector is preferably a porous material composed of a metal such as stainless steel, nickel, aluminum, or copper, or a net / punched metal. Moreover, when using a porous material etc., it is desirable to employ | adopt the form with which the hole was filled with the electrically conductive material, the catalyst, etc.
The positive electrode current collector is electrically connected to the positive electrode terminal of the air battery 7. The positive electrode current collector may also serve as a positive electrode terminal or a conductive path (conductive wire) that electrically connects the catalyst 721 and the positive electrode terminal.

正極材料720は、固体電解質を母材として形成することが好ましい。この構成となると、正極材料720が触媒721を保持できる。また、正極72と固体電解質層74とを接合できる。このとき、正極材料720は、内部に空気を導入可能な孔を備えている。
固体電解質は、上記の固体電解質を用いることができる。
The positive electrode material 720 is preferably formed using a solid electrolyte as a base material. With this configuration, the positive electrode material 720 can hold the catalyst 721. Moreover, the positive electrode 72 and the solid electrolyte layer 74 can be joined. At this time, the positive electrode material 720 includes a hole into which air can be introduced.
As the solid electrolyte, the above solid electrolyte can be used.

導電材は、導電性を有するものであれば特に限定されない。そして、導電材は、必要に応じて用いられる。導電材は電池内の雰囲気下で必要な安定性を有する材料であることが望ましい。例えば、耐酸化性の高い金属又は合金を用いるのが好ましい。ここで、耐酸化性の高い金属又は合金とは、具体的に金属であれば、銀、パラジウム、金、プラチナ、アルミニウム、ニッケル等であることが好ましい。合金であれば、銀、パラジウム、金、白金、銅、アルミニウム、ニッケルから選ばれる2種以上の金属からなる合金であることが好ましい。また、これらの酸化物であることも望ましい。   The conductive material is not particularly limited as long as it has conductivity. The conductive material is used as necessary. The conductive material is desirably a material having necessary stability under the atmosphere in the battery. For example, it is preferable to use a metal or alloy having high oxidation resistance. Here, the metal or alloy having high oxidation resistance is preferably silver, palladium, gold, platinum, aluminum, nickel or the like if it is specifically a metal. If it is an alloy, it is preferable that it is an alloy which consists of 2 or more types of metals chosen from silver, palladium, gold, platinum, copper, aluminum, and nickel. These oxides are also desirable.

(負極)
負極73は、リチウムを吸蔵放出可能な負極材料730を有する。負極73は、負極活物質を備える負極材料730と、負極集電体731と、からなる。負極材料730は、固体電解質と導電材とを必要に応じて含む。
(Negative electrode)
The negative electrode 73 includes a negative electrode material 730 capable of inserting and extracting lithium. The negative electrode 73 includes a negative electrode material 730 including a negative electrode active material and a negative electrode current collector 731. The negative electrode material 730 includes a solid electrolyte and a conductive material as necessary.

負極集電体731としては、例えば、銅、ニッケル等を網、パンチドメタル、フォームメタル、板状、箔状などの形態とすることができる。負極集電体としては電池筐体を兼用することもできる。
負極集電体731は、空気電池7の負極端子と電気的に接続される。また、負極集電体731は、負極端子、あるいは触媒721と負極端子とを電気的に接続する導電経路(導線)を兼ねていても良い。
As the negative electrode current collector 731, for example, copper, nickel, or the like can be formed into a net, punched metal, foam metal, plate shape, foil shape, or the like. A battery casing can also be used as the negative electrode current collector.
The negative electrode current collector 731 is electrically connected to the negative electrode terminal of the air battery 7. The negative electrode current collector 731 may also serve as a negative electrode terminal or a conductive path (conductive wire) that electrically connects the catalyst 721 and the negative electrode terminal.

負極活物質は、金属リチウム,リチウム合金,リチウムの吸蔵と放出が可能な金属材料,リチウムの吸蔵と放出が可能な合金材料(金属のみからなる合金はもちろん、金属と半金属との合金をも含む概念として用いる。その組織には固溶体、共晶(共融混合物)、金属間化合物あるいはそれらのうち2種以上が共存するものがある。)、及びリチウムの吸蔵と放出が可能な化合物からなる群から選択される1種又は2種以上の材料である。   Negative electrode active materials include metallic lithium, lithium alloys, metal materials that can store and release lithium, and alloy materials that can store and release lithium (not only alloys consisting of metals but also alloys of metals and metalloids). The structure consists of a solid solution, a eutectic (eutectic mixture), an intermetallic compound or a compound in which two or more of them coexist), and a compound capable of inserting and extracting lithium. One or more materials selected from the group.

金属材料及び合金材料を構成できる金属元素及び半金属元素としては、スズ(Sn)、鉛(Pb)、アルミニウム(Al)、インジウム(In)、ケイ素(Si)、亜鉛(Zn)、アンチモン(Sb)、ビスマス(Bi)、カドミウム(Cd)、マグネシウム(Mg)、ホウ素(B)、ガリウム(Ga)、ゲルマニウム(Ge)、ヒ素(As)、銀(Ag)、ジルコニウム(Zr)、イットリウム(Y)、ハフニウム(Hf)が例示できる。これらの合金材料あるいは化合物としては、化学式MaMbLi、あるいは化学式MaMcMdで表されるものが挙げられる。これら化学式において、Maはリチウムと合金を形成可能な金属元素及び半金属元素のうちの少なくとも1種を表し、Mbはリチウム及びMa以外の金属元素及び半金属元素のうちの少なくとも1種を表し、Mcは非金属元素の少なくとも1種を表し、MdはMa以外の金属元素及び半金属元素のうちの少なくとも1種を表す。また、f>0、g≧0、h≧0、s>0、t>0、u≧0である。 Metal elements and metalloid elements that can constitute metal materials and alloy materials include tin (Sn), lead (Pb), aluminum (Al), indium (In), silicon (Si), zinc (Zn), and antimony (Sb). ), Bismuth (Bi), cadmium (Cd), magnesium (Mg), boron (B), gallium (Ga), germanium (Ge), arsenic (As), silver (Ag), zirconium (Zr), yttrium (Y ) And hafnium (Hf). Examples of these alloy materials or compounds include those represented by the chemical formula Ma f Mb g Li h or the chemical formula Ma s Mc t Md u . In these chemical formulas, Ma represents at least one of a metal element and a metalloid element capable of forming an alloy with lithium, Mb represents at least one of a metal element and a metalloid element other than lithium and Ma, Mc represents at least one of non-metallic elements, and Md represents at least one of metallic elements and metalloid elements other than Ma. Further, f> 0, g ≧ 0, h ≧ 0, s> 0, t> 0, u ≧ 0.

なかでも負極材料730は、短周期型周期表における4B族の金属元素あるいは半金属元素の単体、合金または化合物が好ましく、特に好ましいのはケイ素(Si)あるいはスズ(Sn)、またはこれらの合金あるいは化合物である。これらは結晶質のものでもアモルファスのものでもよい。   In particular, the negative electrode material 730 is preferably a simple substance, alloy or compound of a group 4B metal element or metalloid element in the short-period type periodic table, particularly preferably silicon (Si) or tin (Sn), or an alloy thereof. A compound. These may be crystalline or amorphous.

リチウムを吸蔵・放出可能な材料としては、さらに、酸化物、硫化物、あるいはLiNなどのリチウム窒化物などの他の金属化合物が挙げられる。酸化物としては、MnO、V、V13、NiS、MoSなどが挙げられる。その他、比較的電位が卑でリチウムを吸蔵及び放出することが可能な酸化物として、例えば酸化鉄、酸化ルテニウム、酸化モリブデン、酸化タングステン、酸化チタン、酸化スズなどが挙げられる。硫化物としてはNiS、MoSなどが挙げられる。 Examples of the material capable of inserting and extracting lithium further include oxides, sulfides, and other metal compounds such as lithium nitrides such as LiN 3 . Examples of the oxide include MnO 2 , V 2 O 5 , V 6 O 13 , NiS, and MoS. In addition, examples of the oxide that has a relatively low potential and can occlude and release lithium include iron oxide, ruthenium oxide, molybdenum oxide, tungsten oxide, titanium oxide, and tin oxide. Examples of the sulfide include NiS and MoS.

負極材料730に含まれる固体電解質は、上記の固体電解質を用いることができる。
導電材は、限定されるものではなく、正極720において導電材として用いたものを用いることができる。そして、導電材は必要に応じて用いられる。
As the solid electrolyte contained in the negative electrode material 730, the above solid electrolyte can be used.
The conductive material is not limited, and the conductive material used as the conductive material in the positive electrode 720 can be used. The conductive material is used as necessary.

(固体電解質層)
固体電解質層74は、正極72及び負極73の間に介在し、上記した固体電解質を含む固体電解質層74を有する。固体電解質層74は、上記した固体電解質を含有するものであり、上記した固体電解質のみからなるものであっても、他の固体電解質を更に含有するものであっても、いずれでも良い。
(Solid electrolyte layer)
The solid electrolyte layer 74 is interposed between the positive electrode 72 and the negative electrode 73, and has the solid electrolyte layer 74 containing the above-described solid electrolyte. The solid electrolyte layer 74 contains the above-described solid electrolyte, and may be composed of only the above-described solid electrolyte or may further contain another solid electrolyte.

(電池ケース)
電池ケース75は、限定されるものではなく、従来の空気電池の電池ケースを用いることができる。
電池ケース75としては、例えばSUS等の金属や樹脂成形体よりなる電池ケースを挙げることができる。また、電池ケースとしては、可塑性樹脂層/金属箔/可塑性樹脂層をこの順で含むラミネート樹脂フィルムより形成されるラミネート外装体を用いることができる。
(Battery case)
The battery case 75 is not limited, and a battery case of a conventional air battery can be used.
Examples of the battery case 75 include a battery case made of a metal such as SUS or a resin molded body. Moreover, as a battery case, the laminated exterior body formed from the laminated resin film which contains a plastic resin layer / metal foil / plastic resin layer in this order can be used.

本形態のラミネート外装体75は、触媒721に酸素を導入するための孔が設けられた正極側ラミネートフィルム750と、孔が設けられていない負極側ラミネートフィルム751と、を組み合わせて形成される。正極側ラミネートフィルム750の孔は、外側と内側から封止フィルム752によって封止される。
正極側ラミネートフィルム750の孔は、触媒721が全て露出するように開口している。
ラミネート外装体75は、図示しないが、正極72及び負極73と電極端子との導電経路(導線)が貫通する。
The laminate outer package 75 of this embodiment is formed by combining a positive side laminate film 750 provided with holes for introducing oxygen into the catalyst 721 and a negative side laminate film 751 provided with no holes. The hole of the positive electrode side laminate film 750 is sealed with a sealing film 752 from the outside and the inside.
The holes in the positive laminate film 750 are opened so that the catalyst 721 is completely exposed.
Although not shown, the laminate outer package 75 has a conductive path (conductive wire) passing through the positive electrode 72 and the negative electrode 73 and the electrode terminal.

以下、実施例を用いて本発明を説明する。
本発明の実施例として、固体電解質及びそれを用いたセルを製造した。
[実施例]
(固体電解質)
Li源としてLiCOを、La源としてLaを、Zr源としてZrOを、それぞれ準備した。なお、Laは、1000℃で1h保持して乾燥を行ったものを用いた。
Hereinafter, the present invention will be described using examples.
As an example of the present invention, a solid electrolyte and a cell using the same were manufactured.
[Example]
(Solid electrolyte)
Li 2 CO 3 was prepared as a Li source, La 2 O 3 was prepared as a La source, and ZrO 2 was prepared as a Zr source. Note that La 2 O 3 used was dried at 1000 ° C. for 1 h.

準備した各化合物を、Liが10%過剰となるLi7.7LaZr12の組成比となるように秤量して粉砕混合し、一軸プレスで成型し、静水加圧してペレット状の成形体を得た。 Each prepared compound was weighed so as to have a composition ratio of Li 7.7 La 3 Zr 2 O 12 with an excess of 10% of Li 7.7 La 3 Zr 2 O 12 , pulverized and mixed, uniaxially pressed, hydrostatically pressed and pelletized A molded body was obtained.

ペレット状の成形体を、ジルコニアるつぼを用いて900℃、5hの仮焼を焼成炉で行った後に、粉砕混合、加圧成型、静水加圧を行った後に、再度950℃、12hの仮焼を行った。なお、仮焼後のペレットを粉砕混合するときに、Al源としてγ−Alを所定の割合で添加し、加圧成型、静水加圧を行った。Al源の添加は、仮焼後のペレットの重量を100wt%としたときの、1.0wt%に当たる重量を添加した。
その後、Powder Bed法を用いて、1180℃、36hの条件で焼成(本焼成)を行った。
The pellet-shaped molded body was calcined at 900 ° C. for 5 hours using a zirconia crucible in a firing furnace, then pulverized and mixed, pressure-molded, and hydrostatically pressurized, and then again calcined at 950 ° C. for 12 hours. Went. In addition, when pulverizing and mixing the pellets after calcination, γ-Al 2 O 3 was added at a predetermined ratio as an Al source, and pressure molding and hydrostatic pressing were performed. The Al source was added at a weight equivalent to 1.0 wt% when the weight of the pellets after calcination was 100 wt%.
Thereafter, firing (main firing) was performed under the conditions of 1180 ° C. and 36 h using the Powder Bed method.

焼成体は、その緻密性を更に高めるために、HIP処理が施された。HIP処理は、温度:1160℃、保持時間:2hrs、加圧力:12749N(1300kgf)の条件で、Ar雰囲気中で行った。
HIP処理後のサンプルに対して、透明体となるまで乾式研磨(研削)を行った。透明体とは、サンプルを目視したときに、にごりが見られない状態(透光性を持つこと)を示す。にごりがあるサンプルは、不純物や細孔を含む。透光性を備えた透明体は、高純度かつ高密度のサンプルである。
The fired body was subjected to HIP treatment in order to further increase its denseness. The HIP treatment was performed in an Ar atmosphere under the conditions of a temperature of 1160 ° C., a holding time of 2 hrs, and a pressure of 12749 N (1300 kgf).
The sample after the HIP treatment was dry-polished (ground) until it became a transparent body. The transparent body indicates a state in which no dust is seen (having translucency) when the sample is visually observed. Samples with dust contain impurities and pores. A transparent body having translucency is a high-purity and high-density sample.

以上により、本発明の実施例に相当する試料1の固体電解質が製造された。
試料1の不純物の含有割合を求めたところ、0.5%であった。すなわち、試料1の相対密度は99.5%(99.5%以上)であった。
Thus, the solid electrolyte of Sample 1 corresponding to the example of the present invention was manufactured.
The content ratio of impurities in Sample 1 was determined to be 0.5%. That is, the relative density of Sample 1 was 99.5% (99.5% or more).

透過率測定器(分光光度計、日本分光株式会社製、商品名:V−550)を用いて、波長範囲380nm以上で厚み:0.8mmの試料1の透過率を測定した。試料1の透過率の測定結果を図4に示した。図示したように、試料1の固体電解質は、0.5%よりも高い透過率を持ち、380nm以上では、はるかに高い30%程度の透過率をもつことがわかる。
そして、試料1の固体電解質の吸光係数を算出したところ、1.5mm−1(1.7mm−1以下)であった。
The transmittance of Sample 1 having a wavelength range of 380 nm or more and a thickness of 0.8 mm was measured using a transmittance meter (spectrophotometer, manufactured by JASCO Corporation, trade name: V-550). The measurement result of the transmittance of Sample 1 is shown in FIG. As shown in the figure, it can be seen that the solid electrolyte of Sample 1 has a transmittance higher than 0.5%, and a transmittance of about 30% which is much higher at 380 nm or more.
Then, calculation of the absorption coefficient of the solid electrolyte of the sample 1 was 1.5 mm -1 (1.7 mm -1 or less).

試料1の固体電解質を図5に写真で示した。図5に示したように、試料1の固体電解質は、試料が載置された台の模様(文字)が透けて見え、透過率が高い透明体であることがわかる。   The solid electrolyte of Sample 1 is shown as a photograph in FIG. As shown in FIG. 5, it can be seen that the solid electrolyte of the sample 1 is a transparent body with a high transmittance because the pattern (characters) of the table on which the sample is placed can be seen through.

[比較例]
(試料10)
試料10の固体電解質は、HIP処理を行わないこと以外は、試料1と同様に製造された固体電解質である。また、試料10の固体電解質は、後述のように不透明体であるため、焼成体の乾式研磨は、所定のサイズに整形するために行った。
試料10の不純物の含有割合を求めたところ、8.6%(0.5%以上)であった。すなわち、試料10の相対密度は91.4%(99.5%未満)であった。
[Comparative example]
(Sample 10)
The solid electrolyte of Sample 10 is a solid electrolyte manufactured in the same manner as Sample 1 except that the HIP treatment is not performed. Moreover, since the solid electrolyte of the sample 10 is an opaque body as will be described later, the dry polishing of the fired body was performed in order to shape it to a predetermined size.
When the content ratio of the impurities in Sample 10 was determined, it was 8.6% (0.5% or more). That is, the relative density of Sample 10 was 91.4% (less than 99.5%).

また、試料1の時と同様に透過率を測定し、測定結果を図4に合わせて示した。図4に示したように、試料10の固体電解質の透過率は、380nm以上の波長範囲で0.35%と0.5%未満の低い値であった。この透過率から算出される吸光係数は、7.26mm−1(6.6mm−1以上)である。 Moreover, the transmittance | permeability was measured similarly to the case of the sample 1, and the measurement result was shown according to FIG. As shown in FIG. 4, the transmittance of the solid electrolyte of Sample 10 was as low as 0.35% and less than 0.5% in the wavelength range of 380 nm or more. Extinction coefficient calculated from the transmittance is 7.26mm -1 (6.6mm -1 or higher).

試料10の固体電解質を、試料1の時と同様に、図6に写真で示した。図6に示したように、試料10の固体電解質は、不透明なクリーム色を呈しており、透過率が低いことが確認できる。   The solid electrolyte of sample 10 is shown in the photograph in FIG. As shown in FIG. 6, the solid electrolyte of the sample 10 has an opaque cream color, and it can be confirmed that the transmittance is low.

(試料11)
試料11の固体電解質は、乾式研磨処理を行わないこと以外は、試料1と同様に製造された固体電解質である。
試料11の不純物の含有割合を求めたところ、0.9%(0.5%以上)であった。すなわち、試料11の相対密度は99.1%(99.5%未満)であった。
また、試料1の時と同様に透過率を測定したところ、0.5%以上の部分と、0.5%未満の部分と、が混在していることが確認された。
(Sample 11)
The solid electrolyte of Sample 11 is a solid electrolyte manufactured in the same manner as Sample 1 except that dry polishing is not performed.
When the content ratio of the impurities in Sample 11 was determined, it was 0.9% (0.5% or more). That is, the relative density of the sample 11 was 99.1% (less than 99.5%).
Further, when the transmittance was measured in the same manner as in the case of Sample 1, it was confirmed that a portion of 0.5% or more and a portion of less than 0.5% were mixed.

試料11の固体電解質を、試料1の時と同様に、図7に写真で示した。図7に示したように、試料11の固体電解質は、透明度は高いが、試料が載置された台の模様(文字)が部分的に透けて見えず、透過率が低い部分が存在する半透明体であることがわかる。
試料11の固体電解質の断面の顕微鏡写真を撮影した。撮影された写真を図8に示した。図8に示したように、試料11の固体電解質は、固体電解質よりなる結晶粒と、結晶粒の間の不純物と、からなることが確認できる。なお、試料1の固体電解質は、この固体電解質よりなり結晶粒の部分のみからなる。
The solid electrolyte of Sample 11 is shown in the photograph in FIG. As shown in FIG. 7, the solid electrolyte of the sample 11 has high transparency, but the pattern (characters) on the table on which the sample is placed is not partially seen through, and there is a portion where the transmittance is low. It turns out that it is a transparent body.
A micrograph of a cross section of the solid electrolyte of Sample 11 was taken. The photograph taken is shown in FIG. As shown in FIG. 8, it can be confirmed that the solid electrolyte of the sample 11 is composed of crystal grains made of the solid electrolyte and impurities between the crystal grains. The solid electrolyte of sample 1 is made of this solid electrolyte and consists only of crystal grains.

(試料12〜17)
試料12〜17の固体電解質は、HIP処理の処理条件を変更したこと以外は、試料10と同様に製造した固体電解質である。
試料12〜17の固体電解質は、表1に示したように、純度(相対密度)が異なる試料である。また、試料12〜17の固体電解質は、いずれも半透明体である。各試料の固体電解質は、いずれも透過率が0.5%未満の固体電解質であり、吸光係数は、6.6mm−1以上である。
(Samples 12 to 17)
The solid electrolytes of Samples 12 to 17 are solid electrolytes manufactured in the same manner as Sample 10 except that the processing conditions for the HIP treatment were changed.
As shown in Table 1, the solid electrolytes of Samples 12 to 17 are samples having different purities (relative densities). The solid electrolytes of Samples 12 to 17 are all translucent. The solid electrolyte of each sample is a solid electrolyte having a transmittance of less than 0.5%, and the extinction coefficient is 6.6 mm −1 or more.

[評価]
各試料の固体電解質の評価として、セル(試験セル)を組み立て、その試験セルを用いて短絡試験を施した。
[Evaluation]
As an evaluation of the solid electrolyte of each sample, a cell (test cell) was assembled, and a short circuit test was performed using the test cell.

(試験セル)
まず、各資料の固体電解質を、切削及び研磨により1×1mm,厚さ0.8mmの直方体形状に成形する。
固体電解質60の両面にLiを蒸着してLi蒸着膜61,61を形成する。Li蒸着膜61は、2μmの厚さで形成された。
(Test cell)
First, the solid electrolyte of each material is formed into a rectangular parallelepiped shape having a size of 1 × 1 mm and a thickness of 0.8 mm by cutting and polishing.
Li is vapor-deposited on both surfaces of the solid electrolyte 60 to form Li vapor-deposited films 61 and 61. The Li vapor deposition film 61 was formed with a thickness of 2 μm.

Li蒸着膜61,61に銅箔62,62を介してInよりなる一対の電極63,63を接続する。このとき、一対の電極63,63は、固体電解質60を圧縮する方向に押圧して固体電解質60等を保持する。   A pair of electrodes 63 and 63 made of In are connected to the Li vapor deposition films 61 and 61 through copper foils 62 and 62. At this time, the pair of electrodes 63 and 63 press the solid electrolyte 60 in a compressing direction to hold the solid electrolyte 60 and the like.

以上により、試験セル6が形成された。試験セル6の構成を概略断面図で図9に示した。なお、試験セル6は、不活性ガス雰囲気(乾燥雰囲気)中に保持される。   Thus, the test cell 6 was formed. The configuration of the test cell 6 is shown in FIG. Note that the test cell 6 is held in an inert gas atmosphere (dry atmosphere).

(短絡試験)
試験セル6の一対の電極63,63に、0.5mA/cmとなるように電流を印加する。この時、電極63の電位(一対の電極間の電位差)を測定する。測定結果を図10〜図12に示した。なお、図10には試料1及び試料10の固体電解質の電位の変化を、図11には試料10の固体電解質の電位の変化を、図12には試料11の固体電解質の電位の変化を、それぞれ示した。
(Short-circuit test)
A current is applied to the pair of electrodes 63, 63 of the test cell 6 so as to be 0.5 mA / cm 2 . At this time, the potential of the electrode 63 (potential difference between a pair of electrodes) is measured. The measurement results are shown in FIGS. 10 shows changes in the potential of the solid electrolytes of Sample 1 and Sample 10, FIG. 11 shows changes in the potential of the solid electrolyte of Sample 10, and FIG. 12 shows changes in the potential of the solid electrolyte of Sample 11. Shown respectively.

図10に示したように、試料1の固体電解質では、通電時間が1100(s)程度までは、1V程度で電位に大きな変化は確認されない。つまり、Li蒸着膜61を形成するLiが固体電解質60をイオン伝導している。   As shown in FIG. 10, in the solid electrolyte of Sample 1, no significant change in potential is confirmed at about 1 V until the energization time is about 1100 (s). That is, Li forming the Li vapor deposition film 61 is ionically conducted through the solid electrolyte 60.

そして、通電時間が1100(s)程度を過ぎると、電位差が上昇していることが確認できる。この電位の上昇は、Li蒸着膜61からイオン伝導するLiが枯渇したことによる。
これに対し、図11〜図12に示したように、試料10〜11の固体電解質では、特定の時間が経過した後に、電位が0(ゼロ)にまで急激に低下している。
And when energization time passes about 1100 (s), it can confirm that the potential difference is rising. This increase in potential is due to the depletion of Li that conducts ions from the Li vapor deposition film 61.
On the other hand, as shown in FIGS. 11 to 12, in the solid electrolytes of Samples 10 to 11, the potential drops rapidly to 0 (zero) after a specific time has elapsed.

具体的には、試料10の固体電解質では、時間の経過とともに電位が僅かずつ高くなり、およそ250(s)で電位がゼロまで低下している。試料11の固体電解質では、時間の経過とともに電位が僅かずつ減少し、およそ100(s)で電位がゼロまで低下している。これらの電位の急激な低下は、一対の電極63,63間に短絡が発生したことに起因する。この短絡は、固体電解質60内に存在する細孔(相対密度の低下を生じさせる気孔等)内に、Li蒸着膜61からのLiが晶出(デンドライトを生成・成長して)して、一対の電極63,63間を電気的に導通させて生じた。   Specifically, in the solid electrolyte of the sample 10, the potential gradually increases with time, and the potential drops to zero at about 250 (s). In the solid electrolyte of the sample 11, the potential gradually decreased with time, and the potential decreased to zero at about 100 (s). The rapid decrease in these potentials is due to the occurrence of a short circuit between the pair of electrodes 63 and 63. This short circuit occurs when Li from the Li vapor deposition film 61 crystallizes (generates and grows dendrites) in pores (such as pores that cause a decrease in relative density) present in the solid electrolyte 60, This was caused by electrical conduction between the electrodes 63 and 63.

以上のように、本発明の実施例に相当する試料1の固体電解質60は、Li金属を電極活物質として利用した電池に適用しても、Liの晶出を生じさせることなく、固体電解質として使用可能であることが確認できる。
更に、試料1の固体電解質60の短絡試験中のインピーダンス及び導電率を確認したところ、リチウム電池として利用可能な値であった。
その上で、試料12〜17の固体電解質は、いずれの固体電解質においても、内部短絡が発生した。なお、表1中に、短絡が発生した例を×で合わせて示した。
As described above, the solid electrolyte 60 of the sample 1 corresponding to the embodiment of the present invention can be used as a solid electrolyte without causing Li crystallization even when applied to a battery using Li metal as an electrode active material. It can be confirmed that it can be used.
Furthermore, when the impedance and electric conductivity during the short circuit test of the solid electrolyte 60 of the sample 1 were confirmed, they were values usable as a lithium battery.
In addition, in each of the solid electrolytes of Samples 12 to 17, an internal short circuit occurred. In Table 1, an example in which a short circuit occurred is shown with ×.

試料12〜17の固体電解質と試料1の固体電解質との比較から、透過率が0.5%以上の固体電解質となることで、Li金属を電極活物質として利用した電池に適用しても、Liの晶出を生じさせることなく、固体電解質として使用可能となることがわかる。   From the comparison between the solid electrolytes of Samples 12 to 17 and the solid electrolyte of Sample 1, by applying a solid electrolyte having a transmittance of 0.5% or more to a battery using Li metal as an electrode active material, It can be seen that it can be used as a solid electrolyte without causing crystallization of Li.

[電池への適用]
上記のように、実施例の固体電解質は、リチウム電池の固体電解質としてLiの晶出を生じさせることなく使用でき、上記した実施形態のリチウム電池を形成することができる。また、上記した実施形態のリチウム空気電池を形成することもできる。
[Application to batteries]
As described above, the solid electrolyte of the example can be used as a solid electrolyte of a lithium battery without causing crystallization of Li, and the lithium battery of the above-described embodiment can be formed. Moreover, the lithium air battery of the above-described embodiment can also be formed.

1:リチウム電池
2:正極 3,3’:負極
4:固体電解質層 5:電池ケース
6:試験セル
60:固体電解質 61:リチウム蒸着膜
62:銅箔 63:電極
7:リチウム空気電池 72:正極
73:負極 74:固体電解質層
75:電池ケース
1: Lithium battery 2: Positive electrode 3, 3 ′: Negative electrode 4: Solid electrolyte layer 5: Battery case 6: Test cell 60: Solid electrolyte 61: Lithium vapor deposition film 62: Copper foil 63: Electrode 7: Lithium air battery 72: Positive electrode 73: Negative electrode 74: Solid electrolyte layer 75: Battery case

Claims (8)

Li,La,Zrを含み、ガーネット型構造をもつ固体電解質であって、
波長範囲380nm以上で測定される吸光係数が6.6mm−1以下であることを特徴とする固体電解質。
A solid electrolyte containing Li, La, Zr and having a garnet structure,
A solid electrolyte, wherein an extinction coefficient measured in a wavelength range of 380 nm or more is 6.6 mm −1 or less.
前記吸光係数が、1.7mm−1以下である請求項1記載の固体電解質。 The solid electrolyte according to claim 1 , wherein the extinction coefficient is 1.7 mm −1 or less. 前記固体電解質は、不純物が0.5%未満である請求項1〜2のいずれか1項に記載の固体電解質。   The solid electrolyte according to claim 1, wherein the solid electrolyte has an impurity content of less than 0.5%. 前記固体電解質は、熱間等方加圧法で圧縮されてなる請求項1〜3のいずれか1項に記載の固体電解質。   The solid electrolyte according to claim 1, wherein the solid electrolyte is compressed by a hot isostatic pressing method. 正極活物質を含む正極活物質層(21)を有する正極(2)と、
負極活物質を含む負極活物質層(31)を有する負極(3)と、
該正極活物質層と該負極活物質層との間に配された、請求項1〜4のいずれか1項に記載の固体電解質(4)と、
を有することを特徴とするリチウム電池(1)。
A positive electrode (2) having a positive electrode active material layer (21) containing a positive electrode active material;
A negative electrode (3) having a negative electrode active material layer (31) containing a negative electrode active material;
The solid electrolyte (4) according to any one of claims 1 to 4, which is disposed between the positive electrode active material layer and the negative electrode active material layer,
A lithium battery (1) characterized by comprising:
前記正極活物質及び前記負極活物質は、リチウムを吸蔵放出可能な活物質である請求項5記載のリチウム電池。   The lithium battery according to claim 5, wherein the positive electrode active material and the negative electrode active material are active materials capable of occluding and releasing lithium. 前記負極は、リチウムよりなる請求項5〜6のいずれか1項に記載のリチウム電池。   The lithium battery according to claim 5, wherein the negative electrode is made of lithium. 酸素を正極活物質とし空気を導入する手段を備え、かつ、酸素を還元する触媒を備える正極材料(720)を有する正極(72)と、
リチウムを吸蔵放出可能な負極材料を有する負極(73)と、
該正極及び該負極の間に介在する、請求項1〜4のいずれか1項に記載の固体電解質を含む固体電解質層(74)と、
を有することを特徴とするリチウム空気電池(7)。
A positive electrode (72) comprising a positive electrode material (720) comprising means for introducing air with oxygen as a positive electrode active material and comprising a catalyst for reducing oxygen;
A negative electrode (73) having a negative electrode material capable of inserting and extracting lithium;
A solid electrolyte layer (74) containing the solid electrolyte according to any one of claims 1 to 4, interposed between the positive electrode and the negative electrode;
A lithium-air battery (7) characterized by comprising:
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