JP2016160127A - Li ION CONDUCTIVE FINE PARTICLE AND PRODUCTION METHOD THEREOF, AMORPHOUS LiPON FINE PARTICLE AND PRODUCTION METHOD THEREFOR, PRODUCTION METHOD OF ELECTROLYTE LAYER AND ELECTRODE LAYER, LITHIUM ION SECONDARY BATTERY AND PRODUCTION METHOD THEREFOR - Google Patents

Li ION CONDUCTIVE FINE PARTICLE AND PRODUCTION METHOD THEREOF, AMORPHOUS LiPON FINE PARTICLE AND PRODUCTION METHOD THEREFOR, PRODUCTION METHOD OF ELECTROLYTE LAYER AND ELECTRODE LAYER, LITHIUM ION SECONDARY BATTERY AND PRODUCTION METHOD THEREFOR Download PDF

Info

Publication number
JP2016160127A
JP2016160127A JP2015039310A JP2015039310A JP2016160127A JP 2016160127 A JP2016160127 A JP 2016160127A JP 2015039310 A JP2015039310 A JP 2015039310A JP 2015039310 A JP2015039310 A JP 2015039310A JP 2016160127 A JP2016160127 A JP 2016160127A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
fine particles
container
electrode
lipon
layer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2015039310A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP6501250B2 (en
Inventor
阿部 孝之
Takayuki Abe
孝之 阿部
弘晃 岩根
Hiroaki Iwane
弘晃 岩根
英志 菊山
Hideshi Kikuyama
英志 菊山
田▲崎▼ 雄三
Yuzo Tazaki
雄三 田▲崎▼
本多 祐二
Yuji Honda
祐二 本多
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshima Manufacturing Co Ltd
Toyama University
U Tec Co Ltd
Original Assignee
Toshima Manufacturing Co Ltd
Toyama University
U Tec Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toshima Manufacturing Co Ltd, Toyama University, U Tec Co Ltd filed Critical Toshima Manufacturing Co Ltd
Priority to JP2015039310A priority Critical patent/JP6501250B2/en
Publication of JP2016160127A publication Critical patent/JP2016160127A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP6501250B2 publication Critical patent/JP6501250B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Landscapes

  • Conductive Materials (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
  • Physical Vapour Deposition (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide Li ion conductive fine particles having a LIPON layer at least on surfaces thereof.SOLUTION: Li ion conductive fine particles 13 include LiPOfine particles 11 and amorphous LIPON layers 12 formed at least on surfaces of the LiPOfine particles. In a production method of the fine particles 13, the LiPOfine particles 11 are housed in a vessel, an electrode opposite to the inner face of the vessel is provided, a nitrogen gas or a gas including nitrogen is introduced into the vessel, the inside of the vessel is evacuated, plasma is formed by supplying electric power between the electrode and the vessel, and the amorphous LIPON layers 12 are formed on the surfaces of the LiPOfine particles 11 by oscillating or rotating the vessel.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、Liイオン伝導性微粒子及びその製造方法、アモルファスLiPON微粒子及びその製造方法、電解質層及び電極層の製造方法、リチウムイオン二次電池及びその製造方法に関する。   The present invention relates to Li ion conductive fine particles and a method for producing the same, amorphous LiPON fine particles and a method for producing the same, a method for producing an electrolyte layer and an electrode layer, a lithium ion secondary battery, and a method for producing the same.

近年、地球温暖化やエネルギー問題に端を発し、二酸化炭素を排出しない電気自動車の普及が期待されている。この技術において、電気を貯める「二次電池」は不可欠であり、高容量で軽量な「リチウムイオン二次電池」が有力な候補とされている。しかし、有機電解液を使用している現状のリチウムイオン二次電池は液漏れや発火、電解液の分解による爆発の危険性(内圧上昇、暴走反応)を有する。また、このタイプのリチウムイオン二次電池は、有機電解液の分解を防ぐため、充電電圧は4.2 V付近で制限されており、その結果、電気自動車における充電1回あたりの航続距離はガソリン車に比べ、短い。   In recent years, electric vehicles that do not emit carbon dioxide have been expected due to global warming and energy problems. In this technology, a “secondary battery” that stores electricity is indispensable, and a high-capacity and light-weight “lithium ion secondary battery” is regarded as a promising candidate. However, current lithium ion secondary batteries using an organic electrolyte have a risk of explosion (internal pressure increase, runaway reaction) due to liquid leakage, ignition, or decomposition of the electrolyte. In addition, this type of lithium ion secondary battery has a charging voltage limited to around 4.2 V in order to prevent decomposition of the organic electrolyte. As a result, the cruising distance per charge in electric vehicles is limited to gasoline vehicles. Compared to short.

上記の背景から、近年、発火や爆発の危険性がなく、高容量化が可能な固体電解質を用いた「全固体リチウムイオン二次電池」が注目されている。このうち、電解質薄膜と電極材薄膜を積層させた薄膜型全固体リチウムイオン二次電池は研究開発が進んでおり、現在、実用化レベルにある。しかし、薄膜型の場合、電極材の使用量が少ないため低容量であるだけでなく、振動による膜の剥離の問題も抱える。従って、このタイプの全固体リチウムイオン二次電池は、自立センサーやメモリー、及びRFIDタグ用のバックアップ電源のような微細デバイスへの適用に有用であるものの、電気自動車への利用は難しい。   From the above background, in recent years, “all-solid-state lithium ion secondary batteries” using a solid electrolyte that has no risk of ignition or explosion and can have a high capacity have attracted attention. Among these, thin-film all-solid-state lithium ion secondary batteries in which an electrolyte thin film and an electrode material thin film are laminated are under research and development and are currently in practical use. However, in the case of the thin film type, not only the capacity is low because the amount of the electrode material used is small, but there is also a problem of film peeling due to vibration. Therefore, although this type of all-solid-state lithium ion secondary battery is useful for application to a microdevice such as a self-supporting sensor, a memory, and a backup power supply for an RFID tag, it is difficult to use it for an electric vehicle.

一方、粒子状の電極、及び電解質材料を用いたバルク型全固体リチウムイオン二次電池は高容量化が可能で、且つ、振動にも強い。それ故、電気自動車への適用を目指した研究が行われており、最近では、硫化物系電解質微粒子を用いたバルク型システムが比較的高い電池特性を示すことが報告されている(例えば非特許文献1参照)。しかし、硫化物系システムでは水分との反応による有害ガス(硫化水素)発生が懸念され、安全性の観点から問題が指摘されている。       On the other hand, a bulk-type all-solid-state lithium ion secondary battery using a particulate electrode and an electrolyte material can have a high capacity and is resistant to vibration. Therefore, research aimed at application to electric vehicles has been conducted, and recently, it has been reported that a bulk type system using sulfide-based electrolyte fine particles exhibits relatively high battery characteristics (for example, non-patented). Reference 1). However, there are concerns about the generation of harmful gases (hydrogen sulfide) due to reaction with moisture in sulfide-based systems, and problems have been pointed out from the viewpoint of safety.

そこで、有害ガス発生がなく、安全性の高い酸化物系電解質微粒子を用いたバルク型全固体リチウムイオン二次電池の実用化が期待されている。   Therefore, the practical application of bulk-type all-solid-state lithium ion secondary batteries using oxide-based electrolyte fine particles that do not generate harmful gases and have high safety is expected.

なお、微粒子ではなく酸化物系電解質薄膜を用いたバルク型全固体リチウムイオン二次電池として、リン酸オキシ窒化リチウム(LiPON)の薄膜を用いたリチウムイオン二次電池がある。このLiPON薄膜はN2流通下におけるLi3PO4の反応性スパッタリングで調製できることが非特許文献2、3に開示されている。しかし、高イオン伝導性のLiPON微粒子を調製する方法は見出されていない。 As a bulk type all solid lithium ion secondary battery using an oxide electrolyte thin film instead of fine particles, there is a lithium ion secondary battery using a thin film of lithium oxynitride phosphate (LiPON). Non-Patent Documents 2 and 3 disclose that this LiPON thin film can be prepared by reactive sputtering of Li 3 PO 4 under N 2 flow. However, no method for preparing high ion conductive LiPON fine particles has been found.

K. Takada, Progress and prospective of solid-state lithium batteries, Acta Mater. 61 (2013) 759-770.K. Takada, Progress and prospective of solid-state lithium batteries, Acta Mater. 61 (2013) 759-770. B. Fleutot, B. Pecquenard, F. Le, Cras, B. Delis, H. Martinez, L. Dupont, D. Guy-Bouyssou, Characterization of all-solid-state Li/LiPONB/TiOS microbatteries produced at the pilot scale, J. Power Sources 196 (2011) 10289-10296.B. Fleutot, B. Pecquenard, F. Le, Cras, B. Delis, H. Martinez, L. Dupont, D. Guy-Bouyssou, Characterization of all-solid-state Li / LiPONB / TiOS microbatteries produced at the pilot scale , J. Power Sources 196 (2011) 10289-10296. N. Suzuki, T. Inaba, T. Shiga, Electrochemical properties of LiPON films made from a mixed powder target of Li3PO4 and Li2O, Thin Solid Films 520 (2012) 1821-1825.N. Suzuki, T. Inaba, T. Shiga, Electrochemical properties of LiPON films made from a mixed powder target of Li3PO4 and Li2O, Thin Solid Films 520 (2012) 1821-1825. K. Senevirathne, C.S. Day, M.D. Gross, A. Lachgar, N.A.W. Holzwarth, A new crystalline LiPON electrolyte: Synthesis, properties, and electronic structure, Solid State Ionics 233 (2013) 95-101.K. Senevirathne, C.S.Day, M.D.Gross, A. Lachgar, N.A.W.Holzwarth, A new crystalline LiPON electrolyte: Synthesis, properties, and electronic structure, Solid State Ionics 233 (2013) 95-101.

本発明の一態様は、少なくとも表面にLiPON層を有するLiイオン伝導性微粒子またはその製造方法を提供することにある。
また、本発明の一態様は、アモルファスLiPON微粒子またはその製造方法を提供することにある。
また、本発明の一態様は、Liイオン伝導性を有する固体状の電解質層または電極層の製造方法を提供することにある。
また、本発明の一態様は、固体状の電解質層を有するリチウムイオン二次電池またはその製造方法を提供することにある。
One aspect of the present invention is to provide a Li ion conductive fine particle having a LiPON layer at least on its surface or a method for producing the same.
Another embodiment of the present invention is to provide amorphous LiPON fine particles or a method for producing the same.
Another embodiment of the present invention is to provide a method for producing a solid electrolyte layer or electrode layer having Li ion conductivity.
Another embodiment of the present invention is to provide a lithium ion secondary battery having a solid electrolyte layer or a method for manufacturing the lithium ion secondary battery.

以下に、本発明の種々の態様について説明する。
[1]Li3PO4微粒子と、
少なくとも前記Li3PO4微粒子表面に形成されたアモルファスのLiPON層と、
を具備することを特徴とするLiイオン伝導性微粒子。
[2]Li3PO4微粒子を内部まで窒化することで作製されることを特徴とするアモルファスLiPON微粒子。
Hereinafter, various aspects of the present invention will be described.
[1] Li 3 PO 4 fine particles,
An amorphous LiPON layer formed on at least the surface of the Li 3 PO 4 fine particles;
Li ion conductive fine particles characterized by comprising:
[2] Amorphous LiPON fine particles produced by nitriding Li 3 PO 4 fine particles to the inside.

なお、アモルファスのLiPON層としたのは、結晶化したLiPON層ではLiイオン伝導性が悪くなるからである。   The reason why the amorphous LiPON layer is used is that the Li ion conductivity is deteriorated in the crystallized LiPON layer.

[3]上記[1]において、
前記Liイオン伝導性微粒子の径は、0.01 μm以上1000 μm以下であることを特徴とするLiイオン伝導性微粒子。
[4]上記[2]において、
前記アモルファスLiPON微粒子の径は、0.01 μm以上1000 μm以下であることを特徴とするアモルファスLiPON微粒子。
[3] In the above [1],
Li ion conductive fine particles, wherein the diameter of the Li ion conductive fine particles is 0.01 μm or more and 1000 μm or less.
[4] In the above [2],
Amorphous LiPON fine particles having a diameter of 0.01 μm or more and 1000 μm or less.

[5]上記[1]または[3]において、
前記LiPON層上に形成された金属粒子または金属膜を有し、
前記LiPON層は前記金属粒子または前記金属膜から露出することを特徴とするLiイオン伝導性微粒子。
[6]上記[2]または[4]において、
前記アモルファスLiPON微粒子表面に形成された金属粒子または金属膜を有し、
前記アモルファスLiPON微粒子表面は前記金属粒子または前記金属膜から露出することを特徴とするアモルファスLiPON微粒子。
[5] In the above [1] or [3],
Having metal particles or metal film formed on the LiPON layer;
Li ion conductive fine particles, wherein the LiPON layer is exposed from the metal particles or the metal film.
[6] In the above [2] or [4],
Having metal particles or metal film formed on the surface of the amorphous LiPON fine particles,
The amorphous LiPON fine particles, wherein the surface of the amorphous LiPON fine particles is exposed from the metal particles or the metal film.

[7]上記[1]または[3]に記載のLiイオン伝導性微粒子は、Li3PO4微粒子を容器内に収容し、前記容器の内面に対向する電極を配置し、前記容器内に窒素ガスまたは窒素を含むガスを導入し、前記容器内を真空排気し、前記電極と前記容器との間に電力を供給して前記容器内にプラズマを形成し、前記容器を振り子動作または回転させることにより、前記容器内の前記Li3PO4微粒子を攪拌あるいは回転させながら、前記Li3PO4微粒子表面にアモルファスのLiPON層を形成することで製造されることを特徴とするLiイオン伝導性微粒子。
[8]上記[2]または[4]に記載のアモルファスLiPON微粒子は、Li3PO4微粒子を容器内に収容し、前記容器の内面に対向する電極を配置し、前記容器内に窒素ガスまたは窒素を含むガスを導入し、前記容器内を真空排気し、前記電極と前記容器との間に電力を供給して前記容器内にプラズマを形成し、前記容器を振り子動作または回転させることにより、前記容器内の前記Li3PO4微粒子を攪拌あるいは回転させながら、前記Li3PO4微粒子を内部まで窒化することで製造されることを特徴とするアモルファスLiPON微粒子。
[7] The Li ion conductive fine particles according to [1] or [3] described above contain Li 3 PO 4 fine particles in a container, an electrode facing the inner surface of the container, and nitrogen in the container. Introducing a gas or a gas containing nitrogen, evacuating the inside of the container, supplying power between the electrode and the container to form plasma in the container, and swinging or rotating the container Thus, Li ion conductive fine particles are produced by forming an amorphous LiPON layer on the surface of the Li 3 PO 4 fine particles while stirring or rotating the Li 3 PO 4 fine particles in the container.
[8] The amorphous LiPON fine particles described in [2] or [4] above contain Li 3 PO 4 fine particles in a container, an electrode facing the inner surface of the container, and nitrogen gas or Introducing a gas containing nitrogen, evacuating the inside of the container, supplying power between the electrode and the container to form plasma in the container, and by pendulum operation or rotating the container, Amorphous LiPON fine particles produced by nitriding the Li 3 PO 4 fine particles to the inside while stirring or rotating the Li 3 PO 4 fine particles in the container.

[9]上記[1]または[3]に記載のLiイオン伝導性微粒子は、
容器と、
前記容器を振り子動作または回転させる駆動機構と、
前記容器内に配置された電極と、
前記電極と前記容器との間に電力を供給する電源と、
前記容器内に窒素ガスまたは窒素を含むガスを導入するガス導入機構と、
前記容器内を真空排気する排気機構と、
制御部と、
を具備するプラズマ装置を用いて製造されるものであって、
前記制御部は、Li3PO4微粒子が収容された前記容器内に前記ガス導入機構によって窒素ガスまたは窒素を含むガスを導入し、前記排気機構によって前記容器内を真空排気し、前記電源によって前記電極と前記容器との間に電力を供給して前記容器内にプラズマを形成し、前記駆動機構によって前記容器を振り子動作または回転させることにより、前記容器内の前記Li3PO4微粒子を攪拌あるいは回転させながら、前記Li3PO4微粒子表面にアモルファスのLiPON層を形成するように制御することを特徴とするLiイオン伝導性微粒子。
[10]上記[2]または[4]に記載のアモルファスLiPON微粒子は、
容器と、
前記容器を振り子動作または回転させる駆動機構と、
前記容器内に配置された電極と、
前記電極と前記容器との間に電力を供給する電源と、
前記容器内に窒素ガスまたは窒素を含むガスを導入するガス導入機構と、
前記容器内を真空排気する排気機構と、
制御部と、
を具備するプラズマ装置を用いて製造されるものであって、
前記制御部は、Li3PO4微粒子が収容された前記容器内に前記ガス導入機構によって窒素ガスまたは窒素を含むガスを導入し、前記排気機構によって前記容器内を真空排気し、前記電源によって前記電極と前記容器との間に電力を供給して前記容器内にプラズマを形成し、前記駆動機構によって前記容器を振り子動作または回転させることにより、前記容器内の前記Li3PO4微粒子を攪拌あるいは回転させながら、前記Li3PO4微粒子を内部まで窒化するように制御することを特徴とするアモルファスLiPON微粒子。
[9] The Li ion conductive fine particles according to [1] or [3] above,
A container,
A drive mechanism for pendulum operation or rotation of the container;
An electrode disposed in the container;
A power source for supplying power between the electrode and the container;
A gas introduction mechanism for introducing nitrogen gas or a gas containing nitrogen into the container;
An exhaust mechanism for evacuating the inside of the container;
A control unit;
Which is manufactured using a plasma apparatus comprising:
The control unit introduces nitrogen gas or nitrogen-containing gas by the gas introduction mechanism into the container in which Li 3 PO 4 fine particles are accommodated, evacuates the container by the exhaust mechanism, and the power by the power source Electric power is supplied between the electrode and the container to form plasma in the container, and the container is stirred or rotated by the drive mechanism, thereby stirring or rotating the Li 3 PO 4 fine particles in the container. Li ion conductive fine particles characterized by controlling to form an amorphous LiPON layer on the surface of the Li 3 PO 4 fine particles while rotating.
[10] The amorphous LiPON fine particles according to the above [2] or [4]
A container,
A drive mechanism for pendulum operation or rotation of the container;
An electrode disposed in the container;
A power source for supplying power between the electrode and the container;
A gas introduction mechanism for introducing nitrogen gas or a gas containing nitrogen into the container;
An exhaust mechanism for evacuating the inside of the container;
A control unit;
Which is manufactured using a plasma apparatus comprising:
The control unit introduces nitrogen gas or nitrogen-containing gas by the gas introduction mechanism into the container in which Li 3 PO 4 fine particles are accommodated, evacuates the container by the exhaust mechanism, and the power by the power source Electric power is supplied between the electrode and the container to form plasma in the container, and the container is stirred or rotated by the drive mechanism, thereby stirring or rotating the Li 3 PO 4 fine particles in the container. Amorphous LiPON fine particles, wherein the Li 3 PO 4 fine particles are controlled to be nitrided to the inside while rotating.

[11]上記[9]において、
前記電源は、周波数が50 kHz以上500 kHz以下の高周波電源であり、
前記プラズマを形成する際の直流電圧成分が-500 V以下であることを特徴とするLiイオン伝導性微粒子。
[12]上記[10]において、
前記電源は、周波数が50 kHz以上500 kHz以下の高周波電源であり、
前記プラズマを形成する際の直流電圧成分が-500 V以下であることを特徴とするアモルファスLiPON微粒子。
[11] In the above [9],
The power source is a high frequency power source having a frequency of 50 kHz to 500 kHz,
Li ion conductive fine particles, wherein a DC voltage component in forming the plasma is −500 V or less.
[12] In the above [10],
The power source is a high frequency power source having a frequency of 50 kHz to 500 kHz,
Amorphous LiPON fine particles, wherein a DC voltage component in forming the plasma is −500 V or less.

[13]上記[1]、[3]、[7]、[9]及び[11]のいずれか一項に記載のLiイオン伝導性微粒子と、バインダーとを混合して固めたことを特徴とする電解質層。
[14]上記[2]、[4]、[8]、[10]及び[12]のいずれか一項に記載のアモルファスLiPON微粒子と、バインダーとを混合して固めたことを特徴とする電解質層。
[15]第1の電極層と、
第2の電極層と、
前記第1の電極と前記第2の電極との間に配置された電解質層と、
を具備し、
前記電解質層は、上記[1]、[3]、[7]、[9]及び[11]のいずれか一項に記載のLiイオン伝導性微粒子と、バインダーとを混合して固めたものであることを特徴とするリチウムイオン二次電池。
[16]第1の電極層と、
第2の電極層と、
前記第1の電極と前記第2の電極との間に配置された電解質層と、
を具備し、
前記電解質層は、上記[2]、[4]、[8]、[10]及び[12]のいずれか一項に記載のアモルファスLiPON微粒子と、バインダーとを混合して固めたものであることを特徴とするリチウムイオン二次電池。
[17]上記[1]、[3]、[7]、[9]及び[11]のいずれか一項に記載のLiイオン伝導性微粒子と、電子が伝導する導電助剤とを混合して固めることを特徴とする電極層の製造方法。
[18]上記[2]、[4]、[8]、[10]及び[12]のいずれか一項に記載のアモルファスLiPON微粒子と、電子が伝導する導電助剤とを混合して固めることを特徴とする電極層の製造方法。
[19]上記[17]または[18]において、
前記電極層はバインダーを含むことを特徴とする電極層の製造方法。
[20]第1の電極層と第2の電極層を有するリチウムイオン二次電池の製造方法において、
前記第1の電極層を請求項17乃至19のいずれか一項に記載の電極層の製造方法により製造し、
前記第2の電極層を請求項17乃至19のいずれか一項に記載の電極層の製造方法により製造することを特徴とするリチウムイオン二次電池の製造方法。
[13] The Li ion conductive fine particles according to any one of [1], [3], [7], [9] and [11] above and a binder are mixed and hardened. To electrolyte layer.
[14] An electrolyte characterized by mixing and solidifying the amorphous LiPON fine particles according to any one of [2], [4], [8], [10] and [12] and a binder. layer.
[15] a first electrode layer;
A second electrode layer;
An electrolyte layer disposed between the first electrode and the second electrode;
Comprising
The electrolyte layer is obtained by mixing and solidifying the Li ion conductive fine particles according to any one of [1], [3], [7], [9] and [11] and a binder. A lithium ion secondary battery characterized by being.
[16] a first electrode layer;
A second electrode layer;
An electrolyte layer disposed between the first electrode and the second electrode;
Comprising
The electrolyte layer is obtained by mixing and solidifying the amorphous LiPON fine particles according to any one of [2], [4], [8], [10] and [12] and a binder. A lithium ion secondary battery characterized by the above.
[17] A mixture of the Li ion conductive fine particles according to any one of [1], [3], [7], [9], and [11] above and a conductive assistant that conducts electrons. A method for producing an electrode layer, characterized by solidifying.
[18] Mixing and solidifying the amorphous LiPON fine particles according to any one of the above [2], [4], [8], [10] and [12] and a conductive auxiliary agent for conducting electrons. A method for producing an electrode layer characterized by the above.
[19] In the above [17] or [18],
The method for producing an electrode layer, wherein the electrode layer contains a binder.
[20] In a method for manufacturing a lithium ion secondary battery having a first electrode layer and a second electrode layer,
The first electrode layer is manufactured by the electrode layer manufacturing method according to any one of claims 17 to 19,
A method for manufacturing a lithium ion secondary battery, wherein the second electrode layer is manufactured by the method for manufacturing an electrode layer according to any one of claims 17 to 19.

[21]Li3PO4微粒子を窒素プラズマで処理することにより、少なくとも前記Li3PO4微粒子表面にアモルファスのLiPON層を形成することを特徴とするLiイオン伝導性微粒子の製造方法。
[22]Li3PO4微粒子を窒素プラズマで処理して前記Li3PO4微粒子を内部まで窒化することを特徴とするアモルファスLiPON微粒子。
[23]上記[21]において、
前記Liイオン伝導性微粒子の径は、0.01 μm以上1000 μm以下であることを特徴とするLiイオン伝導性微粒子。
[24]上記[22]において、
前記アモルファスLiPON微粒子の径は、0.01 μm以上1000 μm以下であることを特徴とするアモルファスLiPON微粒子。
[21] A method for producing Li ion conductive fine particles, wherein an amorphous LiPON layer is formed at least on the surface of the Li 3 PO 4 fine particles by treating the Li 3 PO 4 fine particles with nitrogen plasma.
[22] Amorphous LiPON fine particles characterized by treating Li 3 PO 4 fine particles with nitrogen plasma and nitriding the Li 3 PO 4 fine particles to the inside.
[23] In the above [21],
Li ion conductive fine particles, wherein the diameter of the Li ion conductive fine particles is 0.01 μm or more and 1000 μm or less.
[24] In the above [22],
Amorphous LiPON fine particles having a diameter of 0.01 μm or more and 1000 μm or less.

[25]Li3PO4微粒子を容器内に収容する工程と、
前記容器の内面に対向する電極を配置する工程と、
前記容器内に窒素ガスまたは窒素を含むガスを導入する工程と、
前記容器内を真空排気する工程と、
前記電極と前記容器との間に電力を供給して前記容器内にプラズマを形成し、前記容器を振り子動作または回転させることにより、前記容器内の前記Li3PO4微粒子表面にアモルファスのLiPON層を形成する工程と、
を具備することを特徴とするLiイオン伝導性微粒子の製造方法。
[26]Li3PO4微粒子を容器内に収容する工程と、
前記容器の内面に対向する電極を配置する工程と、
前記容器内に窒素ガスまたは窒素を含むガスを導入する工程と、
前記容器内を真空排気する工程と、
前記電極と前記容器との間に電力を供給して前記容器内にプラズマを形成し、前記容器を振り子動作または回転させることにより、前記容器内の前記Li3PO4微粒子を内部まで窒化することでアモルファスLiPON微粒子を形成する工程と、
を具備することを特徴とするアモルファスLiPON微粒子の製造方法。
[25] a step of containing Li 3 PO 4 fine particles in a container;
Disposing an electrode facing the inner surface of the container;
Introducing nitrogen gas or nitrogen-containing gas into the container;
Evacuating the container; and
An amorphous LiPON layer is formed on the surface of the Li 3 PO 4 fine particles in the container by supplying electric power between the electrode and the container to form a plasma in the container, and the pendulum operation or rotation of the container. Forming a step;
A method for producing Li ion conductive fine particles, comprising:
[26] A step of containing Li 3 PO 4 fine particles in a container;
Disposing an electrode facing the inner surface of the container;
Introducing nitrogen gas or nitrogen-containing gas into the container;
Evacuating the container; and
By supplying electric power between the electrode and the container to form plasma in the container, the Li 3 PO 4 fine particles in the container are nitrided to the inside by operating the pendulum or rotating the container. Forming amorphous LiPON fine particles with
A process for producing amorphous LiPON fine particles characterized by comprising:

[27]容器と、
前記容器を振り子動作または回転させる駆動機構と、
前記容器内に配置された電極と、
前記電極と前記容器との間に電力を供給する電源と、
前記容器内に窒素ガスまたは窒素を含むガスを導入するガス導入機構と、
前記容器内を真空排気する排気機構と、
制御部と、
を具備するプラズマ装置を用いてLiイオン伝導性微粒子を製造する方法であり、
前記制御部は、Li3PO4微粒子が収容された前記容器内に前記ガス導入機構によって窒素ガスまたは窒素を含むガスを導入し、前記排気機構によって前記容器内を真空排気し、前記電源によって前記電極と前記容器との間に電力を供給して前記容器内にプラズマを形成し、前記駆動機構によって前記容器を振り子動作または回転させることにより、前記容器内の前記Li3PO4微粒子を攪拌あるいは回転させながら前記Li3PO4微粒子表面にアモルファスのLiPON層を形成するように制御することを特徴とするLiイオン伝導性微粒子の製造方法。
[28]容器と、
前記容器を振り子動作または回転させる駆動機構と、
前記容器内に配置された電極と、
前記電極と前記容器との間に電力を供給する電源と、
前記容器内に窒素ガスまたは窒素を含むガスを導入するガス導入機構と、
前記容器内を真空排気する排気機構と、
制御部と、
を具備するプラズマ装置を用いてアモルファスLiPON微粒子を製造する方法であり、
前記制御部は、Li3PO4微粒子が収容された前記容器内に前記ガス導入機構によって窒素ガスまたは窒素を含むガスを導入し、前記排気機構によって前記容器内を真空排気し、前記電源によって前記電極と前記容器との間に電力を供給して前記容器内にプラズマを形成し、前記駆動機構によって前記容器を振り子動作または回転させることにより、前記容器内の前記Li3PO4微粒子を攪拌あるいは回転させながら前記Li3PO4微粒子を内部まで窒化するように制御することを特徴とするアモルファスLiPON微粒子の製造方法。
[27] a container;
A drive mechanism for pendulum operation or rotation of the container;
An electrode disposed in the container;
A power source for supplying power between the electrode and the container;
A gas introduction mechanism for introducing nitrogen gas or a gas containing nitrogen into the container;
An exhaust mechanism for evacuating the inside of the container;
A control unit;
Is a method for producing Li ion conductive fine particles using a plasma apparatus comprising:
The control unit introduces nitrogen gas or nitrogen-containing gas by the gas introduction mechanism into the container in which Li 3 PO 4 fine particles are accommodated, evacuates the container by the exhaust mechanism, and the power by the power source Electric power is supplied between the electrode and the container to form plasma in the container, and the container is stirred or rotated by the drive mechanism, thereby stirring or rotating the Li 3 PO 4 fine particles in the container. A method for producing Li ion conductive fine particles, characterized by controlling the formation of an amorphous LiPON layer on the surface of the Li 3 PO 4 fine particles while rotating.
[28] a container;
A drive mechanism for pendulum operation or rotation of the container;
An electrode disposed in the container;
A power source for supplying power between the electrode and the container;
A gas introduction mechanism for introducing nitrogen gas or a gas containing nitrogen into the container;
An exhaust mechanism for evacuating the inside of the container;
A control unit;
Is a method for producing amorphous LiPON fine particles using a plasma apparatus comprising:
The control unit introduces nitrogen gas or nitrogen-containing gas by the gas introduction mechanism into the container in which Li 3 PO 4 fine particles are accommodated, evacuates the container by the exhaust mechanism, and the power by the power source Electric power is supplied between the electrode and the container to form plasma in the container, and the container is stirred or rotated by the drive mechanism, thereby stirring or rotating the Li 3 PO 4 fine particles in the container. A method for producing amorphous LiPON fine particles, characterized in that the Li 3 PO 4 fine particles are controlled to be nitrided to the inside while rotating.

[29]上記[27]において、
前記電源は、周波数が50 kHz以上500 kHz以下の高周波電源であり、
前記プラズマを形成する際の直流電圧成分が-500 V以下であることを特徴とするLiイオン伝導性微粒子の製造方法。
[30]上記[28]において、
前記電源は、周波数が50 kHz以上500 kHz以下の高周波電源であり、
前記プラズマを形成する際の直流電圧成分が-500 V以下であることを特徴とするアモルファスLiPON微粒子の製造方法。
[29] In the above [27],
The power source is a high frequency power source having a frequency of 50 kHz to 500 kHz,
A method for producing Li ion conductive fine particles, wherein a DC voltage component in forming the plasma is −500 V or less.
[30] In the above [28],
The power source is a high frequency power source having a frequency of 50 kHz to 500 kHz,
A method for producing amorphous LiPON fine particles, wherein a DC voltage component in forming the plasma is −500 V or less.

[31]上記[27]または[29]において、
前記Li3PO4微粒子表面にアモルファスのLiPON層を形成した後に、前記LiPON層上に金属粒子または金属膜を形成し、
前記LiPON層は前記金属粒子または前記金属膜から露出することを特徴とするLiイオン伝導性微粒子の製造方法。
[32]上記[28]または[30]において、
前記Li3PO4微粒子を内部まで窒化することで前記アモルファスLiPON微粒子を形成した後に、前記アモルファスLiPON微粒子上に金属粒子または金属膜を形成し、
前記アモルファスLiPON微粒子の表面は前記金属粒子または前記金属膜から露出することを特徴とするアモルファスLiPON微粒子の製造方法。
[31] In the above [27] or [29],
After forming an amorphous LiPON layer on the surface of the Li 3 PO 4 fine particles, forming metal particles or a metal film on the LiPON layer,
The LiPON layer is exposed from the metal particles or the metal film, and the method for producing Li ion conductive fine particles.
[32] In the above [28] or [30],
After forming the amorphous LiPON fine particles by nitriding the Li 3 PO 4 fine particles to the inside, forming metal particles or a metal film on the amorphous LiPON fine particles,
A method for producing amorphous LiPON fine particles, wherein the surface of the amorphous LiPON fine particles is exposed from the metal particles or the metal film.

[33]上記[25]、[27]、[29]及び[31]のいずれか一項に記載の製造方法により製造されたLiイオン伝導性微粒子と、電子が伝導する導電助剤とを混合して固めることを特徴とする電極層の製造方法。
[34]上記[26]、[28]、[30]及び[32]のいずれか一項に記載の製造方法により製造されたアモルファスLiPON微粒子と、電子が伝導する導電助剤とを混合して固めることを特徴とする電極層の製造方法。
[35]上記[33]または[34]において、
前記電極層はバインダーを含むことを特徴とする電極層の製造方法。
[33] A mixture of Li ion conductive fine particles produced by the production method according to any one of [25], [27], [29] and [31], and a conductive auxiliary agent for conducting electrons. The electrode layer manufacturing method, wherein the electrode layer is hardened.
[34] Mixing amorphous LiPON fine particles produced by the production method according to any one of [26], [28], [30] and [32] above, and a conductive auxiliary agent for conducting electrons. A method for producing an electrode layer, characterized by solidifying.
[35] In the above [33] or [34],
The method for producing an electrode layer, wherein the electrode layer contains a binder.

[36]第1の電極層と第2の電極層を有するリチウムイオン二次電池の製造方法において、
前記第1の電極層を請求項33乃至35のいずれか一項に記載の電極層の製造方法により製造し、
前記第2の電極層を請求項33乃至35のいずれか一項に記載の電極層の製造方法により製造することを特徴とするリチウムイオン二次電池の製造方法。
[36] In a method of manufacturing a lithium ion secondary battery having a first electrode layer and a second electrode layer,
The first electrode layer is manufactured by the method for manufacturing an electrode layer according to any one of claims 33 to 35,
36. A method of manufacturing a lithium ion secondary battery, wherein the second electrode layer is manufactured by the method for manufacturing an electrode layer according to any one of claims 33 to 35.

本発明の一態様によれば、少なくとも表面にLiPON層を有するLiイオン伝導性微粒子またはその製造方法を提供することにある。
また、本発明の一態様によれば、アモルファスLiPON微粒子またはその製造方法を提供することにある。
また、本発明の一態様によれば、Liイオン伝導性を有する固体状の電解質層または電極層の製造方法を提供することにある。
また、本発明の一態様によれば、固体状の電解質層を有するリチウムイオン二次電池またはその製造方法を提供することにある。
According to one aspect of the present invention, it is an object to provide a Li ion conductive fine particle having a LiPON layer at least on its surface or a method for producing the same.
Another aspect of the present invention is to provide amorphous LiPON fine particles or a method for producing the same.
Another aspect of the present invention is to provide a method for producing a solid electrolyte layer or electrode layer having Li ion conductivity.
Another aspect of the present invention is to provide a lithium ion secondary battery having a solid electrolyte layer or a method for manufacturing the lithium ion secondary battery.

(A)、(B)、(C)は、本発明の一態様に係るLiイオン伝導性微粒子の製造方法を説明するための断面図である。(A), (B), (C) is sectional drawing for demonstrating the manufacturing method of Li ion conductive fine particle which concerns on 1 aspect of this invention. (A)は図1に示すLiイオン伝導性微粒子及びアモルファスLiPON微粒子の作製、及びLiイオン伝導性微粒子、アモルファスLiPON微粒子への電子伝導性を付与する際に用いるプラズマ表面改質法とスパッタリング法を併用できるプラズマ装置の概略を示す断面図、(B)は(A)に示す8B−8B線に沿った断面図である。(A) shows the plasma surface modification method and sputtering method used to produce the Li ion conductive fine particles and amorphous LiPON fine particles shown in FIG. 1, and to impart electron conductivity to the Li ion conductive fine particles and the amorphous LiPON fine particles. Sectional drawing which shows the outline of the plasma apparatus which can be used together, (B) is sectional drawing along the 8B-8B line shown to (A). (A)、(B)は本発明の一態様に係る電子伝導性を有するLiイオン伝導性微粒子及びアモルファスLiPON微粒子の製造方法を説明するための断面図である。(A) and (B) are cross-sectional views for explaining a method for producing Li-ion conductive fine particles having electron conductivity and amorphous LiPON fine particles according to one embodiment of the present invention. 本発明の一態様に係るリチウムイオン二次電池を説明するための断面図である。1 is a cross-sectional view illustrating a lithium ion secondary battery according to one embodiment of the present invention. 未処理のLi3PO4微粒子、及びLi3PO4微粒子を100 WでN2プラズマ処理した試料の外観写真である。Untreated Li 3 PO 4 fine particles, and Li 3 PO 4 is a photograph of samples N 2 plasma treatment 100 W microparticles. (I)(A)未処理、及び(B)N2プラズマ処理試料(処理時間:90分)のXPSサーベイスペクトルを示し、 (II) N2プラズマ処理試料のN1sスペクトルを示す図である。(I) XPS survey spectrum of (A) untreated and (B) N 2 plasma treated sample (treatment time: 90 minutes), (II) N1s spectrum of N 2 plasma treated sample. (A)は未処理試料の断面TEM像と電子線回折像、(B)はN2プラズマ処理試料(100 W、90分処理)の断面TEM像と電子線回折像である。(A) is a cross-sectional TEM image and electron diffraction image of an untreated sample, and (B) is a cross-sectional TEM image and electron diffraction image of a N 2 plasma treated sample (100 W, 90 minutes treatment). LiPONの膜厚の処理時間依存性を示す図である。It is a figure which shows the processing time dependence of the film thickness of LiPON. (A)はプレス圧を変えて測定した未処理試料のコールコールプロット(測定周波数:5 Hz〜1 MHz)とそれらのフィッティングカーブを示す図、(B)はN2プラズマ処理試料(処理条件:100 W、60分)のコールコールプロット(測定周波数:5 Hz〜1 MHz)とそれらのフィッティングカーブを示す図である。(A) shows a Cole-Cole plot (measurement frequency: 5 Hz to 1 MHz) of an untreated sample measured by changing the press pressure and their fitting curves. (B) shows an N 2 plasma treated sample (treatment conditions: It is a figure which shows the Cole-Cole plot (measurement frequency: 5 Hz-1 MHz) of 100 W and 60 minutes and those fitting curves. 未処理試料(●)、及びN2プラズマ処理試料(処理時間:60分)(○)のイオン導電率のプレス圧依存性を示す図である。The untreated sample (●), and N 2 plasma treated sample: is a diagram showing a (treatment time 60 minutes) (○) press pressure dependence of the ionic conductivity of. 60、90、120分間N2プラズマ処理した試料のコールコールプロット(測定周波数:5 Hz〜1 MHz)とフィッティングカーブを示す図である。60,90,120 min N 2 plasma-treated Cole-Cole plot of a sample (measurement frequency: 5 Hz to 1 MHz) is a diagram showing a fitting curve. プラズマ処理時間とイオン伝導度の関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between plasma processing time and ion conductivity. N2プラズマ処理試料(処理時間:90分)にスパッタリング法でCuを修飾(Arガス圧:5 Pa、出力:50 W、スパッタリング時間:90分)した試料表面のTEM像である。N 2 plasma treated samples (treatment time: 90 minutes) to qualify the Cu by sputtering (Ar gas pressure: 5 Pa, output: 50 W, sputtering time: 90 minutes) is a TEM image of the sample surface.

以下では、本発明の実施形態及び実施例について図面を用いて詳細に説明する。ただし、本発明は以下の説明に限定されず、本発明の趣旨及びその範囲から逸脱することなくその形態及び詳細を様々に変更し得ることは、当業者であれば容易に理解される。従って、本発明は以下に示す実施形態の記載内容及び実施例に限定して解釈されるものではない。   Hereinafter, embodiments and examples of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. However, the present invention is not limited to the following description, and it will be easily understood by those skilled in the art that modes and details can be variously changed without departing from the spirit and scope of the present invention. Therefore, the present invention should not be construed as being limited to the description of the embodiments and examples below.

[実施の形態1]
図1(A)、(B)、(C)は、本発明の一態様に係るLiイオン伝導性微粒子及びアモルファスLiPON微粒子の製造方法を説明するための断面図である。
[Embodiment 1]
1A, 1B, and 1C are cross-sectional views for explaining a method for producing Li ion conductive fine particles and amorphous LiPON fine particles according to one embodiment of the present invention.

図1(A)に示す結晶質のLi3PO4微粒子11を準備する。次に、Li3PO4微粒子11を窒素プラズマで処理することにより、Li3PO4微粒子11表面に窒素が導入される。このようにして図1(B)に示すように、Li3PO4微粒子11の表面にアモルファスのLiPON層12を形成する。また、処理条件によっては、Li3PO4微粒子11は内部まで窒化され、図1(C)のようなアモルファスLiPON微粒子14が作製できる。 Crystalline Li 3 PO 4 fine particles 11 shown in FIG. 1 (A) are prepared. Next, nitrogen is introduced into the surface of the Li 3 PO 4 fine particles 11 by treating the Li 3 PO 4 fine particles 11 with nitrogen plasma. In this way, an amorphous LiPON layer 12 is formed on the surface of the Li 3 PO 4 fine particles 11 as shown in FIG. 1 (B). Further, depending on the processing conditions, the Li 3 PO 4 fine particles 11 are nitrided to the inside, and amorphous LiPON fine particles 14 as shown in FIG. 1 (C) can be produced.

Liイオン伝導性微粒子13及びアモルファスLiPON微粒子14の外径は、0.01 μm以上1000 μm以下であるとよい。ここでいう外径はLiイオン伝導性微粒子13及びアモルファスLiPON微粒子14の最長の外径を意味する。また、Li3PO4微粒子11、Liイオン伝導性微粒子13、及びアモルファスLiPON微粒子14それぞれは、球形状に限定されるものではなく、いかなる形状であってもよい。 The outer diameters of the Li ion conductive fine particles 13 and the amorphous LiPON fine particles 14 are preferably 0.01 μm or more and 1000 μm or less. The outer diameter here means the longest outer diameter of the Li ion conductive fine particles 13 and the amorphous LiPON fine particles 14. Further, each of the Li 3 PO 4 fine particles 11, the Li ion conductive fine particles 13, and the amorphous LiPON fine particles 14 is not limited to a spherical shape, and may have any shape.

本実施の形態によれば、高いLiイオン伝導性を有する微粒子13、14を作製することが可能となる。また、Liイオン伝導性を有する微粒子13、14は固体電解質として使用できるだけでなく、電極層に添加することで電極内に良好なLiイオン伝導パスを構築できる。   According to the present embodiment, it is possible to produce fine particles 13 and 14 having high Li ion conductivity. In addition, the fine particles 13 and 14 having Li ion conductivity can be used not only as a solid electrolyte, but also by adding them to the electrode layer, a good Li ion conduction path can be constructed in the electrode.

なお、本実施の形態では、Li3PO4微粒子11の表面にアモルファスのLiPON層12を有していれば、内部にLi3PO4微粒子11が残存してもよいし、Li3PO4微粒子11のすべてがアモルファスのLiPON層になってもよい。 In this embodiment, if it has a LiPON layer 12 surface of the amorphous Li 3 PO 4 fine particles 11, to Li 3 PO 4 particles 11 therein may remain, Li 3 PO 4 particles All 11 may be amorphous LiPON layers.

[実施の形態2]
図2(A)は、図1に示すLiイオン伝導性微粒子を製造する際に用いるプラズマ表面改質法とスパッタリング法を併用できるプラズマ装置の概略を示す断面図であり、図2(B)は、図2(A)に示す8B−8B線に沿った断面図である。
[Embodiment 2]
FIG. 2 (A) is a cross-sectional view schematically showing a plasma apparatus that can be used in combination with the plasma surface modification method and the sputtering method used when producing the Li ion conductive fine particles shown in FIG. 1, and FIG. 2 (B) FIG. 8 is a cross-sectional view taken along line 8B-8B shown in FIG.

プラズマ装置は円筒形状の真空チャンバー3を有している。この真空チャンバー3の両端はチャンバー蓋20によって閉じられている。真空チャンバー3の内部には容器30が配置されている。この容器30は、図2(B)に示すようにその断面が六角形のバレル形状(六角型バレル形状)を有している。そして、容器30の内部には窒化する対象物であるLi3PO4微粒子1(Li3PO4微粒子の粉体)が収容されるようになっている。また、容器30は、電極としても機能し、プラズマ電源31または接地電位に接続されるようになっており、両者はスイッチ32により切り替え可能に構成されている。図2(B)で示す断面は、重力方向に対して略平行な断面である。なお、本実施の形態では、六角型バレル形状の容器30を用いているが、これに限定されるものではなく、六角形以外の多角形のバレル形状の容器を用いることも可能である。 The plasma apparatus has a cylindrical vacuum chamber 3. Both ends of the vacuum chamber 3 are closed by a chamber lid 20. A container 30 is disposed inside the vacuum chamber 3. The container 30 has a hexagonal barrel shape (hexagonal barrel shape) as shown in FIG. 2 (B). And, so that the inside of the container 30 as an object to be nitrided Li 3 PO 4 fine particles 1 (Li 3 PO 4 particles of powder) is housed. The container 30 also functions as an electrode and is connected to a plasma power source 31 or a ground potential, and both can be switched by a switch 32. The cross section shown in FIG. 2 (B) is a cross section substantially parallel to the direction of gravity. In the present embodiment, the hexagonal barrel-shaped container 30 is used. However, the present invention is not limited to this, and a polygonal barrel-shaped container other than a hexagon can also be used.

容器30には振り子動作または回転させる駆動機構(図示せず)が設けられている。この駆動機構により容器30を矢印のように振り子動作または回転させることで該容器30内のLi3PO4微粒子1を攪拌あるいは回転させながら窒素プラズマ処理を行うものである。前記駆動機構により容器30を振り子動作または回転させる際の回転軸は、略水平方向(重力方向に対して垂直方向)に平行な軸である。また、真空チャンバー3内の気密性は、容器30の回転時においても保持されている。 The container 30 is provided with a drive mechanism (not shown) for pendulum operation or rotation. Nitrogen plasma treatment is performed while stirring or rotating the Li 3 PO 4 fine particles 1 in the container 30 by pendulum operation or rotation of the container 30 as indicated by an arrow by this drive mechanism. A rotation axis when the container 30 is pendulum operated or rotated by the drive mechanism is an axis parallel to a substantially horizontal direction (a direction perpendicular to the gravity direction). Further, the airtightness in the vacuum chamber 3 is maintained even when the container 30 is rotated.

また、プラズマ装置は、真空チャンバー3内にガスを導入するガス導入機構を備えている。このガス導入機構は筒状のガスシャワー電極24を有しており、このガスシャワー電極24は容器30内に配置されている。即ち、容器30の一方側には開口部が形成されており、この開口部からガスシャワー電極24が挿入されている。ガスシャワー電極24には、単数または複数のガスをシャワー状に吹き出すガス吹き出し口が複数形成されている。このガス吹き出し口は容器に収容されたLi3PO4微粒子1と対向するように配置されている。ガス吹き出し口は、重力方向に対して容器30の回転方向に1°〜90°程度の方向に配置されている。 The plasma apparatus also includes a gas introduction mechanism that introduces gas into the vacuum chamber 3. The gas introduction mechanism has a cylindrical gas shower electrode 24, and the gas shower electrode 24 is disposed in the container 30. That is, an opening is formed on one side of the container 30, and the gas shower electrode 24 is inserted from this opening. The gas shower electrode 24 is formed with a plurality of gas outlets through which one or more gases are blown out in a shower shape. This gas outlet is disposed so as to face the Li 3 PO 4 fine particles 1 accommodated in the container. The gas outlet is arranged in a direction of about 1 ° to 90 ° in the rotation direction of the container 30 with respect to the direction of gravity.

ガスシャワー電極24は、真空バルブ、マスフローコントローラ(MFC)、真空バルブ、フィルター、ガス導入源に接続されている(図示せず)。このガス導入源は、窒素ガス又は窒素を含むガスの導入源である。   The gas shower electrode 24 is connected to a vacuum valve, a mass flow controller (MFC), a vacuum valve, a filter, and a gas introduction source (not shown). This gas introduction source is an introduction source of nitrogen gas or a gas containing nitrogen.

また、プラズマ装置はプラズマパワー供給機構を備えており、このプラズマパワー供給機構はガスシャワー電極24にスイッチ33を介して接続されたプラズマ電源25を有している。プラズマ電源25、31それぞれは、50 kHz以上500 kHz以下の高周波電力(RF出力)を供給する高周波電源であり、図示せぬインピーダンス整合器(マッチングボックス)を高周波電源とガスシャワー電極24との間に配置することが好ましい。つまり、この場合、ガスシャワー電極24はマッチングボックスに接続されており、マッチングボックスは同軸ケーブルを介して高周波電源(RF電源)に接続されている。
尚、ガスシャワー電極24及び容器30のいずれか一方にプラズマ電源が接続され、他方に接地電位が接続されていても良いし、ガスシャワー電極24及び容器30の両方にプラズマ電源が接続されていても良い。
Further, the plasma apparatus includes a plasma power supply mechanism, and this plasma power supply mechanism has a plasma power source 25 connected to the gas shower electrode 24 via a switch 33. Each of the plasma power sources 25 and 31 is a high frequency power source that supplies a high frequency power (RF output) of 50 kHz or more and 500 kHz or less. An impedance matching unit (matching box) (not shown) is connected between the high frequency power source and the gas shower electrode 24. It is preferable to arrange in. That is, in this case, the gas shower electrode 24 is connected to a matching box, and the matching box is connected to a high frequency power source (RF power source) via a coaxial cable.
A plasma power source may be connected to one of the gas shower electrode 24 and the container 30 and a ground potential may be connected to the other, or a plasma power source may be connected to both the gas shower electrode 24 and the container 30. Also good.

また、プラズマ装置は、真空チャンバー3内を真空排気する真空排気機構を備えている。例えば、ガスシャワー電極24には真空チャンバー3内を排気する排気口(図示せず)が設けられており、排気口は真空ポンプ(図示せず)に接続されている。   In addition, the plasma apparatus includes an evacuation mechanism that evacuates the inside of the vacuum chamber 3. For example, the gas shower electrode 24 is provided with an exhaust port (not shown) for exhausting the inside of the vacuum chamber 3, and the exhaust port is connected to a vacuum pump (not shown).

次に、上記プラズマ装置を用いて、Li3PO4微粒子の表面にアモルファスのLiPON層を形成したLiイオン伝導性微粒子、あるいはアモルファスLiPON微粒子の製造方法について説明する。 Next, a method for producing Li ion conductive fine particles or amorphous LiPON fine particles in which an amorphous LiPON layer is formed on the surface of Li 3 PO 4 fine particles using the plasma apparatus will be described.

まず、結晶質のLi3PO4微粒子1を準備する。Li3PO4微粒子の粒径は0.01 μm以上1000 μm以下である。 First, crystalline Li 3 PO 4 fine particles 1 are prepared. The particle size of the Li 3 PO 4 fine particles is 0.01 μm or more and 1000 μm or less.

次いで、Li3PO4微粒子1を容器30内に収容する。この後、真空ポンプを作動させることにより真空チャンバー3内を所定の圧力(例えば6 Pa以下)まで排気する。これと共に、駆動機構により容器30を振り子動作または回転させることで、その内部に収容されたLi3PO4微粒子1が容器内面において重力方向とそれに対して回転方向に90°の間を転がりながら動く。 Next, the Li 3 PO 4 fine particles 1 are accommodated in the container 30. Then, the inside of the vacuum chamber 3 is exhausted to a predetermined pressure (for example, 6 Pa or less) by operating a vacuum pump. At the same time, the container 30 is swung or rotated by the drive mechanism, so that the Li 3 PO 4 fine particles 1 accommodated in the container 30 move while rolling between 90 ° in the gravity direction and the rotation direction on the inner surface of the container 30. .

次いで、ガス導入源においてN2ガスをマスフローコントローラに導入させ、このマスフローコントローラによって流量制御し、例えば10〜20 sccmの流量のN2ガスをガスシャワー電極24の内側に導入する。そして、ガスシャワー電極のガス吹き出し口からN2ガスを吹き出させる。これにより、容器30内を転がりながら動いているLi3PO4微粒子1にガスが吹き付けられ、制御されたガス流量と排気能力のバランスによって、所定の圧力に保たれる。 Next, N 2 gas is introduced into the mass flow controller in the gas introduction source, and the flow rate is controlled by the mass flow controller, and N 2 gas having a flow rate of, for example, 10 to 20 sccm is introduced into the gas shower electrode 24. Then, N 2 gas is blown out from the gas outlet of the gas shower electrode. As a result, gas is blown onto the Li 3 PO 4 fine particles 1 that are moving while rolling in the container 30, and a predetermined pressure is maintained by a balance between the controlled gas flow rate and the exhaust capacity.

この後、ガスシャワー電極24に、例えばマッチングボックスを介してプラズマ電源25の一例である高周波電源(RF電源)から例えば380 kHzのRF出力が供給される。この際、容器30は接地電位に接続されている。これにより、ガスシャワー電極24と容器30との間にプラズマを着火する。このとき、マッチングボックスは、容器30とガスシャワー電極24のインピーダンスに、インダクタンスL、キャパシタンスCによって合わせている。これによって、容器30内にプラズマが発生し、プラズマを形成する際の直流電圧成分を-500 V以下(好ましくは-900〜-1300 V)とし、Li3PO4微粒子1の表面を均一性よく且つ強力な窒素プラズマ処理を行う。 Thereafter, an RF output of, for example, 380 kHz is supplied to the gas shower electrode 24 from, for example, a high frequency power supply (RF power supply) that is an example of the plasma power supply 25 via a matching box. At this time, the container 30 is connected to the ground potential. Thereby, plasma is ignited between the gas shower electrode 24 and the container 30. At this time, the matching box matches the impedance of the container 30 and the gas shower electrode 24 by the inductance L and the capacitance C. As a result, plasma is generated in the container 30, and the DC voltage component when forming the plasma is set to -500 V or less (preferably -900 to -1300 V), and the surface of the Li 3 PO 4 fine particles 1 is uniform. In addition, a powerful nitrogen plasma treatment is performed.

このようにして少なくともLi3PO4微粒子1の表面にアモルファスのLiPON層を形成したLiイオン伝導性微粒子(LiPON層のN含有量は2.0重量%以上(好ましくは3.5重量%以上))、あるいはLi3PO4微粒子1の内部まで窒化したアモルファスLiPON微粒子を作製することができる。 Thus, Li ion conductive fine particles in which an amorphous LiPON layer is formed on at least the surface of Li 3 PO 4 fine particles 1 (the N content of the LiPON layer is 2.0 wt% or more (preferably 3.5 wt% or more)), or Li Amorphous LiPON fine particles that are nitrided to the inside of 3 PO 4 fine particles 1 can be produced.

LiPON層のN含有量を2.0重量%以上(好ましくは3.5重量%以上)にできる理由やLi3PO4微粒子1の内部まで窒化できる理由を以下に説明する。
プラズマを形成する際の直流電圧成分を-500 V以下として高い直流バイアスをかけることで、Li3PO4微粒子1の表面を強力に窒素プラズマ処理することができるからである。従って、多量の窒素をLi3PO4微粒子1に導入することができる。
The reason why the N content of the LiPON layer can be 2.0% by weight or more (preferably 3.5% by weight or more) and the reason why the Li 3 PO 4 fine particles 1 can be nitrided will be described below.
This is because the surface of the Li 3 PO 4 fine particles 1 can be strongly subjected to nitrogen plasma treatment by applying a high DC bias with a DC voltage component at the time of plasma formation of −500 V or less. Therefore, a large amount of nitrogen can be introduced into the Li 3 PO 4 fine particles 1.

また、容器30を振り子動作または回転させることによってLi3PO4微粒子1を転がしているため、Li3PO4微粒子1の表面全体に均一性よく窒化プラズマ処理を行うことができる。従って、多量の窒素をLi3PO4微粒子1の表面から内部まで均質に導入することができる。 Further, since the Li 3 PO 4 fine particles 1 are rolled by the pendulum operation or rotation of the container 30, the entire surface of the Li 3 PO 4 fine particles 1 can be subjected to nitriding plasma treatment with good uniformity. Therefore, a large amount of nitrogen can be introduced homogeneously from the surface to the inside of the Li 3 PO 4 fine particles 1.

また、本実施の形態では、ガスシャワー電極のガス吹き出し口からN2ガスを吹き出させているが、これに限定されるものではなくガスシャワー電極のガス吹き出し口からN2を含むガスを吹き出させてもよい。 Further, in the present embodiment, N 2 gas is blown out from the gas blowout port of the gas shower electrode. However, the present invention is not limited to this, and a gas containing N 2 is blown out from the gas blowout port of the gas shower electrode. May be.

[実施の形態3]
図3は、本発明の一態様に係る電子伝導性を有するLiイオン伝導性微粒子及びアモルファスLiPON微粒子の製造方法を説明するための断面図である。
[Embodiment 3]
FIG. 3 is a cross-sectional view for explaining a method for producing Li ion conductive fine particles and amorphous LiPON fine particles having electronic conductivity according to one embodiment of the present invention.

Li3PO4微粒子11の表面でのアモルファスLiPON層12の形成やアモルファスLiPON微粒子14を製造する工程までは実施の形態1と同様であるので説明を省略する。 Since the formation of the amorphous LiPON layer 12 on the surface of the Li 3 PO 4 fine particles 11 and the process of manufacturing the amorphous LiPON fine particles 14 are the same as those in the first embodiment, the description thereof is omitted.

Li3PO4微粒子11の表面でアモルファスのLiPON層12を形成、あるいはアモルファスLiPON微粒子14を作製した後に、それらの表面上に金属粒子15(または金属膜17)を部分的に形成する。これにより、表面LiPON層12及びアモルファスLiPON微粒子14表面は金属粒子15(または金属膜17)から露出する。 After the amorphous LiPON layer 12 is formed on the surface of the Li 3 PO 4 fine particles 11 or the amorphous LiPON fine particles 14 are produced, the metal particles 15 (or the metal film 17) are partially formed on the surfaces. Thereby, the surface LiPON layer 12 and the surface of the amorphous LiPON fine particles 14 are exposed from the metal particles 15 (or the metal film 17).

金属粒子15または金属膜17は、電子が伝導する導電助剤として機能するものであれば種々の材料を用いることができ、例えばPt、Au、Al、Cu、Ti、Ag、Fe、Co、Mn、W等からなる粒子または膜であるとよい。また、表面LiPON層12を金属粒子15(または金属膜17)から露出させる理由は、金属粒子等で表面LiPON層12やアモルファスLiPON微粒子14表面を全て覆ってしまうとLiイオンが伝導できなくなるからである。   As the metal particles 15 or the metal film 17, various materials can be used as long as they function as a conductive auxiliary agent for conducting electrons. For example, Pt, Au, Al, Cu, Ti, Ag, Fe, Co, Mn , W or the like. The reason why the surface LiPON layer 12 is exposed from the metal particles 15 (or the metal film 17) is that if the surface LiPON layer 12 and the amorphous LiPON fine particles 14 are all covered with metal particles, Li ions cannot be conducted. is there.

本実施の形態においては実施の形態1の効果に加え、電子伝導性を付与できる。   In the present embodiment, in addition to the effects of the first embodiment, electron conductivity can be imparted.

次に、表面LiPON層12及びアモルファスLiPON微粒子14上に金属粒子15(または金属膜17)を部分的に形成する方法について説明する。   Next, a method for partially forming the metal particles 15 (or the metal film 17) on the surface LiPON layer 12 and the amorphous LiPON fine particles 14 will be described.

図2に示すプラズマ装置において、ガスシャワー電極24を、金属粒子15、あるいは金属膜17と同じ金属からなるスパッタリングターゲットに変更し、Arガスを導入するガス導入機構を追加する。この装置の容器30内にLi3PO4微粒子11の表面にアモルファスのLiPON層12を形成したLiイオン伝導性微粒子13やアモルファスLiPON微粒子14を収容する。次いで、容器30内に前記ガス導入機構によってArガスを導入し、真空排気機構によって容器30内を真空排気し、容器30を接地し、プラズマ電源25によってスパッタリングターゲットに電力を供給して容器30内にプラズマを形成し、駆動機構によって容器30を振り子動作または回転させる。これにより、容器30内のLiイオン伝導性微粒子13、あるいはアモルファスLiPON微粒子14を攪拌あるいは回転させながら微粒子表面の一部に金属粒子15、または金属膜17を形成する。 In the plasma apparatus shown in FIG. 2, the gas shower electrode 24 is changed to a sputtering target made of the same metal as the metal particles 15 or the metal film 17, and a gas introduction mechanism for introducing Ar gas is added. A container 30 of this apparatus accommodates Li ion conductive fine particles 13 and amorphous LiPON fine particles 14 in which an amorphous LiPON layer 12 is formed on the surface of Li 3 PO 4 fine particles 11. Next, Ar gas is introduced into the container 30 by the gas introduction mechanism, the inside of the container 30 is evacuated by the evacuation mechanism, the container 30 is grounded, and power is supplied to the sputtering target by the plasma power source 25 to A plasma is formed on the container 30, and the container 30 is moved or rotated by a driving mechanism. Thus, the metal particles 15 or the metal film 17 is formed on a part of the surface of the fine particles while stirring or rotating the Li ion conductive fine particles 13 or the amorphous LiPON fine particles 14 in the container 30.

[実施の形態4]
図4は、本発明の一態様に係るリチウムイオン二次電池を説明するための断面図である。
[Embodiment 4]
FIG. 4 is a cross-sectional view illustrating a lithium ion secondary battery according to one embodiment of the present invention.

リチウムイオン二次電池は、第1の電極層22、第2の電極層23及び電解質層21を有しており、電解質層21は第1の電極層22と第2の電極層23との間に配置されている。第1の電極層22はリチウム金属酸化物(例えばLiCoO2)を有する電極であり、第2の電極層23は炭素材料(例えばアモルファスカーボン)を有する電極である。 The lithium ion secondary battery includes a first electrode layer 22, a second electrode layer 23, and an electrolyte layer 21, and the electrolyte layer 21 is between the first electrode layer 22 and the second electrode layer 23. Is arranged. The first electrode layer 22 is an electrode having a lithium metal oxide (for example, LiCoO 2 ), and the second electrode layer 23 is an electrode having a carbon material (for example, amorphous carbon).

電解質層21は、実施の形態1及び形態2のいずれかに記載のLiイオン伝導性微粒子またはアモルファスLiPON微粒子と、バインダー(例えばポリフッ化ビニリデン、スチレンブタジエンラテックス+カルボキシメチルセルロースなど)とを混合して固めたものである。   The electrolyte layer 21 is formed by mixing and solidifying the Li ion conductive fine particles or amorphous LiPON fine particles described in any of Embodiments 1 and 2 and a binder (for example, polyvinylidene fluoride, styrene butadiene latex + carboxymethyl cellulose, etc.). It is a thing.

電極層22、23は、実施の形態1及び形態2のいずれかに記載のLiイオン伝導性微粒子またはアモルファスLiPON微粒子、あるいは実施の形態3のいずれかに記載した金属粒子(または金属膜)を部分的に修飾したLiイオン伝導性微粒子またはアモルファスLiPON微粒子と、電子が伝導する導電助剤(例えばカーボン助剤)とを混合して固めたものである(バインダーを含んでもよい)。   Electrode layers 22 and 23 are partially formed from the Li ion conductive fine particles or amorphous LiPON fine particles described in any of Embodiments 1 and 2, or the metal particles (or metal film) described in any of Embodiment 3. Modified Li ion conductive fine particles or amorphous LiPON fine particles and a conductive auxiliary agent (for example, carbon auxiliary agent) through which electrons are conducted are mixed and hardened (a binder may be included).

次に、リチウムイオン二次電池の製造方法について説明する。
実施の形態1及び形態2のLiイオン伝導性微粒子やアモルファスLiPON微粒子と、バインダーとを混合する。これにより、ペースト状の電解質材料を作製できる。
Next, the manufacturing method of a lithium ion secondary battery is demonstrated.
The Li ion conductive fine particles and amorphous LiPON fine particles of Embodiments 1 and 2 are mixed with a binder. Thereby, a paste-like electrolyte material can be produced.

次いで、このペースト状の電解質材料を第1の電極22と第2の電極23との間に配置し、加熱して固めることで、全固体のリチウムイオン二次電池を作製することができる。   Next, this paste-like electrolyte material is placed between the first electrode 22 and the second electrode 23 and heated to solidify, whereby an all-solid lithium ion secondary battery can be produced.

本実施の形態によれば、第1の電極層22と第2の電極層23との間に固体状の電解質層21を形成し、電解質層21がLiイオン伝導性微粒子やアモルファスLiPON微粒子を有するため、良好なLiイオン伝導性パスを構築することが可能となる。
また、Liイオン伝導性微粒子表面のLiPON層やLiPON微粒子はアモルファスであるため、結晶化されたLiPON層に比べて柔らかい。そのため、Liイオン伝導性微粒子同士の良好な粒子間接触を実現できる。その結果、Liイオン伝導性を高めることができる。
According to the present embodiment, the solid electrolyte layer 21 is formed between the first electrode layer 22 and the second electrode layer 23, and the electrolyte layer 21 has Li ion conductive fine particles or amorphous LiPON fine particles. Therefore, it is possible to construct a good Li ion conductive path.
In addition, since the LiPON layer and LiPON fine particles on the surface of the Li ion conductive fine particles are amorphous, they are softer than the crystallized LiPON layer. Therefore, good interparticle contact between Li ion conductive fine particles can be realized. As a result, Li ion conductivity can be increased.

また実施形態1、2によるLiイオン伝導性微粒子及びアモルファスLiPON微粒子を電極層に添加すれば、電極層内に良好なイオン伝導パスを構築することが可能となり、イオン伝導性を高めることができる。   If the Li ion conductive fine particles and the amorphous LiPON fine particles according to Embodiments 1 and 2 are added to the electrode layer, a good ion conduction path can be established in the electrode layer, and the ion conductivity can be increased.

また、実施の形態3による電子伝導性を付与したLiイオン伝導性微粒子やアモルファスLiPON微粒子を用いた場合、図3に示すようにLiイオン伝導性微粒子13、あるいはアモルファスLiPON微粒子14の表面に金属粒子15(または金属膜17)が形成されている。この金属粒子15や金属膜17は電子が伝導する導電助剤として機能する。そのため、これらの微粒子材料16、18、19、20aのいずれかを電極層22、23に添加すれば、イオン伝導性に加え、電子伝導性も付与できるため、カーボン助剤等の導電助剤の含有量を少なくできる。従って、LiCoO2やアモルファスカーボンのような電極材の含有量を相対的に多くすることが可能となり、その結果、より充放電容量の高いリチウムイオン二次電池を実現することが可能となる。 In addition, when Li ion conductive fine particles or amorphous LiPON fine particles imparted with electron conductivity according to Embodiment 3 are used, metal particles are formed on the surface of Li ion conductive fine particles 13 or amorphous LiPON fine particles 14 as shown in FIG. 15 (or metal film 17) is formed. The metal particles 15 and the metal film 17 function as a conductive aid that conducts electrons. Therefore, if any of these particulate materials 16, 18, 19, and 20a is added to the electrode layers 22 and 23, in addition to ionic conductivity, electron conductivity can be imparted. The content can be reduced. Therefore, the content of the electrode material such as LiCoO 2 or amorphous carbon can be relatively increased, and as a result, a lithium ion secondary battery with higher charge / discharge capacity can be realized.

<試料の準備>
試料の調製には豊島製作所製のLi3PO4微粒子材料を使用し、物性評価用には平均粒子径29 μm、イオン伝導性評価用には77 nmのものを用いた。これらのLi3PO4微粒子(0.5 g)内径が200 mmで幅が29 mm の6角バレル(図2に示す容器に相当)に導入し、バレルを多角バレルプラズマ表面改質装置内の真空チャンバーに取り付けた。ロータリーポンプ、油拡散ポンプにより1 × 10-3 Paまでゆっくり真空排気した後、N2ガスを導入した。続いて、N2プラズマ処理を高周波出力:100 W、N2ガス圧:10 Pa、加熱なしの条件で5〜180分間行った。この時、バレルは機械的振動を与えながら、モーターにより速度:5 rpm、角度:±75°で振り子動作させた。処理後、チャンバー内にN2ガスをゆっくり導入し、大気圧に戻してから試料を取り出した。得られた試料はグローブボックス(1ADB-3KP-TS、美和製作所)を用いてAr雰囲気下で保管した。
<Preparation of sample>
Samples were prepared using Li 3 PO 4 fine particle material manufactured by Toshima Seisakusho, with an average particle size of 29 μm for physical property evaluation and 77 nm for ion conductivity evaluation. These Li 3 PO 4 fine particles (0.5 g) were introduced into a hexagonal barrel (corresponding to the container shown in Fig. 2) with an inner diameter of 200 mm and a width of 29 mm. Attached to. After evacuating slowly to 1 × 10 −3 Pa with a rotary pump and an oil diffusion pump, N 2 gas was introduced. Subsequently, N 2 plasma treatment was performed for 5 to 180 minutes under the conditions of high frequency output: 100 W, N 2 gas pressure: 10 Pa, and no heating. At this time, while giving mechanical vibration to the barrel, a pendulum was operated by a motor at a speed of 5 rpm and an angle of ± 75 °. After the treatment, N 2 gas was slowly introduced into the chamber and returned to atmospheric pressure, and then the sample was taken out. The obtained sample was stored in an Ar atmosphere using a glove box (1ADB-3KP-TS, Miwa Seisakusho).

<準備した試料の評価>
試料表面の化学結合状態は光電子分光法(XPS:ESCALAB 250X, Thermo Fisher Scientific)で評価した。この測定では25 Wで単色化したAl Kαの励起し、得られたスペクトルはC1sピーク(285 eV)で規格化した。
<Evaluation of prepared sample>
The chemical bonding state of the sample surface was evaluated by photoelectron spectroscopy (XPS: ESCALAB 250X, Thermo Fisher Scientific). In this measurement, Al Kα monochromatic at 25 W was excited, and the obtained spectrum was normalized with the C1s peak (285 eV).

試料の断面観察は透過電子顕微鏡(TEM; JEM-2100、JEOL)を用いて行った。TEM観察用試料は以下のように作製した。カーボンテープを用いてNi板に張り付けた試料にPtをコーティングし(JEOL; JSM-7000F)、カーボンインクを滴下・乾燥後、再度Ptをコーティングし、表面保護層を形成した。続いて、収束イオンビーム(FIB:FB-2100、日立ハイテク)により3 × 13 × 7 mmの小片を取り出し、TEM観察用のモリブデングリッド上に固定した後、この小片の中心の厚さが100 nm程度になるまで削った。       The cross section of the sample was observed using a transmission electron microscope (TEM; JEM-2100, JEOL). A sample for TEM observation was prepared as follows. A sample attached to a Ni plate using carbon tape was coated with Pt (JEOL; JSM-7000F), and after carbon ink was dropped and dried, Pt was coated again to form a surface protective layer. Subsequently, a 3 × 13 × 7 mm piece was taken out with a focused ion beam (FIB: FB-2100, Hitachi High-Tech), fixed on a molybdenum grid for TEM observation, and the thickness of the center of this piece was 100 nm. I sharpened it to the extent.

<電気化学測定>
調製試料のイオン伝導度(25℃)測定は、ケミカルインピーダンス装置(3582-30、日置電機)を用いて測定したコールコールプロット(測定周波数範囲:5 Hz〜1 MHz)から求めた。測定は、集電体である真鍮板(直径:15 mm)に挟みこんだ試料をミックラボ、及びケミックスから購入した電気化学セルに入れ、プレス機を用いて0.2〜1 MPaで圧縮しながら行った。測定後、試料の厚みもデジタルマイクロメータ(MDE-25MJ、ミツトヨ)を用いて見積もった。得られた結果から、イオン伝導度(δ、S cm-1)を以下の式(1)から求めた。
δ = l/AR (1)
ここで、lとAは試料の厚み(cm)、及び測定面積(2.01 cm2)であり、Rはコールコールプロットのフィッティングカーブから得られた抵抗値(Ω)を表す。
<Electrochemical measurement>
The ionic conductivity (25 ° C.) of the prepared sample was determined from a Cole-Cole plot (measurement frequency range: 5 Hz to 1 MHz) measured using a chemical impedance apparatus (3582-30, Hioki Electric). The measurement was carried out by putting a sample sandwiched between brass plates (diameter: 15 mm) as a current collector into an electrochemical cell purchased from Mick Lab and Chemix, and compressing it at 0.2 to 1 MPa using a press machine. . After the measurement, the thickness of the sample was also estimated using a digital micrometer (MDE-25MJ, Mitutoyo). From the obtained results, the ionic conductivity (δ, S cm −1 ) was determined from the following equation (1).
δ = l / AR (1)
Here, l and A are the thickness (cm) of the sample and the measurement area (2.01 cm 2 ), and R represents the resistance value (Ω) obtained from the fitting curve of the Cole-Cole plot.

<結果と考察>
1. N2プラズマで処理したLi3PO4微粒子の特性評価
種々の時間でN2プラズマ処理した Li3PO4微粒子の外観写真を図5に示す。白色のLi3PO4微粒子は60分間のプラズマ処理により、薄い灰色に変化した。この色相は処理時間の増加とともに濃くなり、180分処理では褐色に変化した。
<Results and discussion>
1. A photograph of Li 3 PO 4 microparticles N 2 plasma treatment with N 2 Li 3 was treated with the plasma PO 4 fine characterization various times shown in FIG. White Li 3 PO 4 microparticles turned light gray after 60 minutes of plasma treatment. This hue became darker with increasing treatment time and turned brown after 180 minutes treatment.

この色相変化の要因を明らかにするために、XPS測定を行った。図6(I)は、(A)未処理、及び(B)処理試料(処理時間:90分)のXPSサーベイスペクトルを示す。いずれの試料でも得られたピークは測定雰囲気、あるいは測定に使用したカーボンテープ由来のC1sとLi3PO4に含まれるLi、P、O元素由来のシグナルに帰属できる。しかし、処理試料には398 eV付近にN1sに帰属できる微小ピークが認められた。処理試料のN1sピークのナロースキャンスペクトルを図6(II)に示す。スペクトルには、1本のブロードなピークが現れ、このピークは398.1と399.2 eVにピークトップを持つ2本のピークに分離された。これらの分離ピークは-N=と-N<結合に帰属され、N2プラズマ処理によりLiPONが生成したことがわかった。 In order to clarify the cause of this hue change, XPS measurement was performed. FIG. 6 (I) shows XPS survey spectra of (A) untreated and (B) treated sample (treatment time: 90 minutes). The peak obtained in any sample can be attributed to signals derived from Li, P, and O elements contained in the measurement atmosphere or C1s derived from the carbon tape used for measurement and Li 3 PO 4 . However, a minute peak that can be attributed to N1s was observed around 398 eV in the treated sample. The narrow scan spectrum of the N1s peak of the treated sample is shown in Fig. 6 (II). The spectrum showed one broad peak, which was separated into two peaks with peak tops at 398.1 and 399.2 eV. These separation peaks were attributed to -N = and -N <bonds, and it was found that LiPON was produced by N 2 plasma treatment.

LiPONの形成状態はTEM観察で評価した。図7は、(A)未処理と(B)90分間処理した試料の断面TEM像と電子線回折像を示す。未処理試料の場合、試料断面は一様であり、電子線回折像にはLi3PO4構造に起因するスポットが観察された。一方、処理試料の断面TEM像には微粒子表面に約600 nmの均一な厚みを有する変質層が認められた。下部層の電子線回折像は未処理試料と一致し、Li3PO4層と見なすことができるのに対し、変質層の電子線回折像にはハローが現れ、この結果は変質層がアモルファスのLiPON層であることを明示している。 The formation state of LiPON was evaluated by TEM observation. FIG. 7 shows a cross-sectional TEM image and an electron beam diffraction image of a sample treated with (A) untreated and (B) treated for 90 minutes. In the case of the untreated sample, the sample cross section was uniform, and spots due to the Li 3 PO 4 structure were observed in the electron beam diffraction image. On the other hand, in the cross-sectional TEM image of the treated sample, an altered layer having a uniform thickness of about 600 nm was observed on the surface of the fine particles. The electron diffraction pattern of the lower layer matches that of the untreated sample and can be regarded as a Li 3 PO 4 layer, whereas a halo appears in the electron diffraction pattern of the altered layer, indicating that the altered layer is amorphous. Clarifies that it is a LiPON layer.

LiPON層の厚みと処理時間の関係を図8に示す。0〜90分の処理時間ではLiPON層の厚みは直線的に増加し、その後、膜厚は緩やかに増加した。       The relationship between LiPON layer thickness and processing time is shown in FIG. In the treatment time of 0 to 90 minutes, the thickness of the LiPON layer increased linearly, and then the film thickness gradually increased.

2. N2プラズマで処理したLi3PO4微粒子のイオン伝導性評価
N2プラズマ処理試料のイオン伝導性はインピーダンス測定結果から評価した。図9は、プレス圧を変えて測定した(A)未処理、及び(B)処理試料(処理条件:100 W、60分)のコールコールプロットとそれらのフィッティングカーブを示す。未処理試料の場合、いずれのプレス圧でも半円弧のプロットが現れた。半円弧の大きさは、プレス圧が0.4 MPaから0.8、1 MPaに増加すると小さくなった。同様の結果は処理試料でも得られたが、半円弧の大きさは未処理試料の1/10以下である。
2. Ionic conductivity evaluation of Li 3 PO 4 fine particles treated with N 2 plasma
The ionic conductivity of the N 2 plasma treated sample was evaluated from the impedance measurement results. FIG. 9 shows Cole-Cole plots and fitting curves thereof of (A) untreated and (B) treated samples (treatment conditions: 100 W, 60 minutes) measured by changing the press pressure. In the case of the untreated sample, a semicircular arc plot appeared at any press pressure. The size of the semicircular arc decreased as the press pressure increased from 0.4 MPa to 0.8 and 1 MPa. Similar results were obtained with the treated sample, but the size of the semicircular arc was 1/10 or less of the untreated sample.

コールコールプロットのフィッティングカーブから求めたイオン伝導度(δ)とプレス圧の関係を図10に示す(未処理:●、60分で処理した試料:○)。処理試料において、イオン伝導度はプレス圧とともに増加し、0.8 MPa以上でほぼ一定となった。同様の傾向は未処理試料でも認められるが、プレス圧に対するイオン伝導度変化は処理試料に比べ小さい。また、1 MPaのプレス圧で得られた処理試料のイオン伝導度(1.33 × 10-6 S cm-2)は未処理試料(2.76 × 10-8 S cm-2)より約100倍高く、典型的なLiPON薄膜の値(2.6〜6.4 × 10-6 S cm-1、非特許文献2、3)に匹敵した。 FIG. 10 shows the relationship between the ionic conductivity (δ) obtained from the fitting curve of the Cole-Cole plot and the press pressure (untreated: ●, sample treated in 60 minutes: ○). In the treated sample, the ionic conductivity increased with the pressing pressure and became almost constant at 0.8 MPa or more. A similar tendency is observed in the untreated sample, but the ionic conductivity change with respect to the press pressure is smaller than that in the treated sample. In addition, the ionic conductivity (1.33 × 10 -6 S cm -2 ) of the treated sample obtained at a press pressure of 1 MPa is about 100 times higher than that of the untreated sample (2.76 × 10 -8 S cm -2 ). The value of a typical LiPON thin film (2.6 to 6.4 × 10 −6 S cm −1 , Non-Patent Documents 2 and 3) was comparable.

イオン伝導性に及ぼすN2プラズマ処理時間の影響もインピーダンス測定で評価した。図11には、60、90、120分間処理した試料のコールコールプロットを示した。挿入図に示すように、処理時間を60分から90分に延ばすと、半円弧の大きさは減少した。しかし、120分処理試料における半円弧の大きさは90分処理試料に比べ、劇的に大きくなった。 The influence of N 2 plasma treatment time on ion conductivity was also evaluated by impedance measurement. FIG. 11 shows a Cole-Cole plot of samples treated for 60, 90, and 120 minutes. As shown in the inset, when the processing time was increased from 60 minutes to 90 minutes, the size of the semicircular arc decreased. However, the size of the semicircular arc in the 120 minute treated sample was dramatically larger than that in the 90 minute treated sample.

図12は、プラズマ処理時間とイオン伝導度の関係を示す。イオン伝導度は処理時間の増加とともに指数関数的に増加し、90分のイオン伝導度(1.75 × 10-5 ± 1.25 × 10-5 S cm-1)は非特許文献2、3に記載されているLiPON薄膜の報告値(2.6〜6.4 × 10-6 S cm-1 )より2〜5倍高い。しかし、90分より処理時間が長くなると、イオン伝導度は急激に減少した。 FIG. 12 shows the relationship between plasma processing time and ion conductivity. The ionic conductivity increases exponentially with increasing processing time, and the ionic conductivity of 90 minutes (1.75 × 10 -5 ± 1.25 × 10 -5 S cm -1 ) is described in Non-Patent Documents 2 and 3. 2-5 times higher than reported values for LiPON thin films (2.6-6.4 × 10 -6 S cm -1 ). However, the ionic conductivity decreased rapidly when the treatment time was longer than 90 minutes.

図13は、CuをスパッタリングしたN2プラズマ処理した試料(処理時間:90分)のTEM像を示す(スパッタリング条件 高周波出力:50 W、スパッタリング時間:90分、Arガス圧:5 Pa、バレル動作:振り子(±75°、3.5 rpm))。プラズマ処理試料表面には数ナノメートルのCuナノ粒子(黒点)が均一に修飾されているが、LiPON層から成る微粒子表面の一部は露出している。 Fig. 13 shows a TEM image of a Cu-sputtered N 2 plasma-treated sample (treatment time: 90 minutes) (sputtering conditions: high-frequency output: 50 W, sputtering time: 90 minutes, Ar gas pressure: 5 Pa, barrel operation : Pendulum (± 75 °, 3.5 rpm)). Although several nanometers of Cu nanoparticles (black dots) are uniformly modified on the surface of the plasma-treated sample, a part of the surface of the fine particles composed of the LiPON layer is exposed.

<結論>
本実施例では、バルク型全固体リチウムイオン二次電池におけるリチウムイオン伝導パス構築に寄与するLiPON微粒子の調製を多角バレルプラズマ表面改質法を用いて行った。その結果、本法によりLiPON層を表面に有するLi3PO4微粒子を作製でき、そのイオン伝導性はLiPON薄膜より高いことがわかった。なお、N2プラズマ処理後にスパッタリング操作を行うことで表面LiPON層が露出した状態でCuのような金属を微粒子表面に均一に修飾できる。
<Conclusion>
In this example, LiPON fine particles that contribute to the construction of a lithium ion conduction path in a bulk-type all-solid-state lithium ion secondary battery were prepared using a multi-barrel plasma surface modification method. As a result, it was found that Li 3 PO 4 fine particles having a LiPON layer on the surface could be prepared by this method, and that the ion conductivity was higher than that of the LiPON thin film. Note that by performing a sputtering operation after the N 2 plasma treatment, a metal such as Cu can be uniformly modified on the surface of the fine particles with the surface LiPON layer exposed.

1 Li3PO4微粒子
3 真空チャンバー
11 Li3PO4微粒子
12 アモルファスLIPON層
13 Liイオン伝導性微粒子
14 アモルファスLiPON微粒子
15 金属粒子
16 微粒子
17 金属膜
18 微粒子
19 微粒子
20a 微粒子
20 チャンバー蓋
21 電解質層
22 第1の電極層
23 第2の電極層
24 ガスシャワー電極
25 プラズマ電源
30 容器
31 プラズマ電源
32,33 スイッチ
1 Li 3 PO 4 Fine Particle 3 Vacuum Chamber 11 Li 3 PO 4 Fine Particle 12 Amorphous LIPON Layer 13 Li Ion Conductive Fine Particle 14 Amorphous LiPON Fine Particle 15 Metal Particle 16 Fine Particle 17 Metal Film 18 Fine Particle 19 Fine Particle 20a Fine Particle 20 Chamber Lid 21 Electrolyte Layer 22 First electrode layer 23 Second electrode layer 24 Gas shower electrode 25 Plasma power source 30 Container 31 Plasma power source 32, 33 Switch

Claims (36)

Li3PO4微粒子と、
少なくとも前記Li3PO4微粒子表面に形成されたアモルファスのLiPON層と、
を具備することを特徴とするLiイオン伝導性微粒子。
Li 3 PO 4 fine particles,
An amorphous LiPON layer formed on at least the surface of the Li 3 PO 4 fine particles;
Li ion conductive fine particles characterized by comprising:
Li3PO4微粒子を内部まで窒化することで作製されることを特徴とするアモルファスLiPON微粒子。 Amorphous LiPON fine particles produced by nitriding Li 3 PO 4 fine particles to the inside. 請求項1において、
前記Liイオン伝導性微粒子の径は、0.01 μm以上1000 μm以下であることを特徴とするLiイオン伝導性微粒子。
In claim 1,
Li ion conductive fine particles, wherein the diameter of the Li ion conductive fine particles is 0.01 μm or more and 1000 μm or less.
請求項2において、
前記アモルファスLiPON微粒子の径は、0.01 μm以上1000 μm以下であることを特徴とするアモルファスLiPON微粒子。
In claim 2,
Amorphous LiPON fine particles having a diameter of 0.01 μm or more and 1000 μm or less.
請求項1または3において、
前記LiPON層上に形成された金属粒子または金属膜を有し、
前記LiPON層は前記金属粒子または前記金属膜から露出することを特徴とするLiイオン伝導性微粒子。
In claim 1 or 3,
Having metal particles or metal film formed on the LiPON layer;
Li ion conductive fine particles, wherein the LiPON layer is exposed from the metal particles or the metal film.
請求項2または4において、
前記アモルファスLiPON微粒子表面に形成された金属粒子または金属膜を有し、
前記アモルファスLiPON微粒子表面は前記金属粒子または前記金属膜から露出することを特徴とするアモルファスLiPON微粒子。
In claim 2 or 4,
Having metal particles or metal film formed on the surface of the amorphous LiPON fine particles,
The amorphous LiPON fine particles, wherein the surface of the amorphous LiPON fine particles is exposed from the metal particles or the metal film.
請求項1または3に記載のLiイオン伝導性微粒子は、Li3PO4微粒子を容器内に収容し、前記容器の内面に対向する電極を配置し、前記容器内に窒素ガスまたは窒素を含むガスを導入し、前記容器内を真空排気し、前記電極と前記容器との間に電力を供給して前記容器内にプラズマを形成し、前記容器を振り子動作または回転させることにより、前記容器内の前記Li3PO4微粒子を攪拌あるいは回転させながら、前記Li3PO4微粒子表面にアモルファスのLiPON層を形成することで製造されることを特徴とするLiイオン伝導性微粒子。 The Li ion conductive fine particles according to claim 1 or 3, wherein Li 3 PO 4 fine particles are accommodated in a container, an electrode facing the inner surface of the container is disposed, and nitrogen gas or a gas containing nitrogen is contained in the container. , Evacuating the container, supplying power between the electrode and the container to form plasma in the container, and pendulating or rotating the container, the Li 3 PO 4 while fine particles are stirred or rotated, the Li 3 PO 4 Li ion conductivity particles, characterized in that it is produced by forming a LiPON layer of amorphous to the microparticle surface. 請求項2または4に記載のアモルファスLiPON微粒子は、Li3PO4微粒子を容器内に収容し、前記容器の内面に対向する電極を配置し、前記容器内に窒素ガスまたは窒素を含むガスを導入し、前記容器内を真空排気し、前記電極と前記容器との間に電力を供給して前記容器内にプラズマを形成し、前記容器を振り子動作または回転させることにより、前記容器内の前記Li3PO4微粒子を攪拌あるいは回転させながら、前記Li3PO4微粒子を内部まで窒化することで製造されることを特徴とするアモルファスLiPON微粒子。 The amorphous LiPON fine particles according to claim 2 or 4, wherein the Li 3 PO 4 fine particles are accommodated in a container, an electrode facing the inner surface of the container is arranged, and nitrogen gas or a gas containing nitrogen is introduced into the container Then, the inside of the container is evacuated, electric power is supplied between the electrode and the container to form plasma in the container, and the Lid in the container is moved by pendulum operation or rotation. 3 PO 4 while fine particles are stirred or rotated, the Li 3 PO 4 amorphous LiPON fine particles, characterized in that the fine particles to the inside is produced by nitriding. 請求項1または3に記載のLiイオン伝導性微粒子は、
容器と、
前記容器を振り子動作または回転させる駆動機構と、
前記容器内に配置された電極と、
前記電極と前記容器との間に電力を供給する電源と、
前記容器内に窒素ガスまたは窒素を含むガスを導入するガス導入機構と、
前記容器内を真空排気する排気機構と、
制御部と、
を具備するプラズマ装置を用いて製造されるものであって、
前記制御部は、Li3PO4微粒子が収容された前記容器内に前記ガス導入機構によって窒素ガスまたは窒素を含むガスを導入し、前記排気機構によって前記容器内を真空排気し、前記電源によって前記電極と前記容器との間に電力を供給して前記容器内にプラズマを形成し、前記駆動機構によって前記容器を振り子動作または回転させることにより、前記容器内の前記Li3PO4微粒子を攪拌あるいは回転させながら、前記Li3PO4微粒子表面にアモルファスのLIPON層を形成するように制御することを特徴とするLiイオン伝導性微粒子。
The Li ion conductive fine particles according to claim 1 or 3,
A container,
A drive mechanism for pendulum operation or rotation of the container;
An electrode disposed in the container;
A power source for supplying power between the electrode and the container;
A gas introduction mechanism for introducing nitrogen gas or a gas containing nitrogen into the container;
An exhaust mechanism for evacuating the inside of the container;
A control unit;
Which is manufactured using a plasma apparatus comprising:
The control unit introduces nitrogen gas or nitrogen-containing gas by the gas introduction mechanism into the container in which Li 3 PO 4 fine particles are accommodated, evacuates the container by the exhaust mechanism, and the power by the power source Electric power is supplied between the electrode and the container to form plasma in the container, and the container is stirred or rotated by the drive mechanism, thereby stirring or rotating the Li 3 PO 4 fine particles in the container. Li ion conductive fine particles characterized by controlling to form an amorphous LIPON layer on the surface of the Li 3 PO 4 fine particles while rotating.
請求項2または4に記載のアモルファスLiPON微粒子は、
容器と、
前記容器を振り子動作または回転させる駆動機構と、
前記容器内に配置された電極と、
前記電極と前記容器との間に電力を供給する電源と、
前記容器内に窒素ガスまたは窒素を含むガスを導入するガス導入機構と、
前記容器内を真空排気する排気機構と、
制御部と、
を具備するプラズマ装置を用いて製造されるものであって、
前記制御部は、Li3PO4微粒子が収容された前記容器内に前記ガス導入機構によって窒素ガスまたは窒素を含むガスを導入し、前記排気機構によって前記容器内を真空排気し、前記電源によって前記電極と前記容器との間に電力を供給して前記容器内にプラズマを形成し、前記駆動機構によって前記容器を振り子動作または回転させることにより、前記容器内の前記Li3PO4微粒子を攪拌あるいは回転させながら、前記Li3PO4微粒子を内部まで窒化するように制御することを特徴とするアモルファスLiPON微粒子。
The amorphous LiPON fine particles according to claim 2 or 4,
A container,
A drive mechanism for pendulum operation or rotation of the container;
An electrode disposed in the container;
A power source for supplying power between the electrode and the container;
A gas introduction mechanism for introducing nitrogen gas or a gas containing nitrogen into the container;
An exhaust mechanism for evacuating the inside of the container;
A control unit;
Which is manufactured using a plasma apparatus comprising:
The control unit introduces nitrogen gas or nitrogen-containing gas by the gas introduction mechanism into the container in which Li 3 PO 4 fine particles are accommodated, evacuates the container by the exhaust mechanism, and the power by the power source Electric power is supplied between the electrode and the container to form plasma in the container, and the container is stirred or rotated by the drive mechanism, thereby stirring or rotating the Li 3 PO 4 fine particles in the container. Amorphous LiPON fine particles, wherein the Li 3 PO 4 fine particles are controlled to be nitrided to the inside while rotating.
請求項9において、
前記電源は、周波数が50 kHz以上500 kHz以下の高周波電源であり、
前記プラズマを形成する際の直流電圧成分が-500 V以下であることを特徴とするLiイオン伝導性微粒子。
In claim 9,
The power source is a high frequency power source having a frequency of 50 kHz to 500 kHz,
Li ion conductive fine particles, wherein a DC voltage component in forming the plasma is −500 V or less.
請求項10において、
前記電源は、周波数が50 kHz以上500 kHz以下の高周波電源であり、
前記プラズマを形成する際の直流電圧成分が-500 V以下であることを特徴とするアモルファスLiPON微粒子。
In claim 10,
The power source is a high frequency power source having a frequency of 50 kHz to 500 kHz,
Amorphous LiPON fine particles, wherein a DC voltage component in forming the plasma is −500 V or less.
請求項1、3、7、9及び11のいずれか一項に記載のLiイオン伝導性微粒子と、バインダーとを混合して固めたことを特徴とする電解質層。   An electrolyte layer, wherein the Li ion conductive fine particles according to any one of claims 1, 3, 7, 9, and 11 and a binder are mixed and hardened. 請求項2、4、8、10及び12のいずれか一項に記載のアモルファスLiPON微粒子と、バインダーとを混合して固めたことを特徴とする電解質層。   An electrolyte layer, wherein the amorphous LiPON fine particles according to any one of claims 2, 4, 8, 10, and 12 and a binder are mixed and hardened. 第1の電極層と、
第2の電極層と、
前記第1の電極と前記第2の電極との間に配置された電解質層と、
を具備し、
前記電解質層は、請求項1、3、7、9及び11のいずれか一項に記載のLiイオン伝導性微粒子と、バインダーとを混合して固めたものであることを特徴とするリチウムイオン二次電池。
A first electrode layer;
A second electrode layer;
An electrolyte layer disposed between the first electrode and the second electrode;
Comprising
The electrolyte layer is obtained by mixing Li ion conductive fine particles according to any one of claims 1, 3, 7, 9, and 11 and a binder, and solidifying them. Next battery.
第1の電極層と、
第2の電極層と、
前記第1の電極と前記第2の電極との間に配置された電解質層と、
を具備し、
前記電解質層は、請求項2、4、8、10及び12のいずれか一項に記載のアモルファスLiPON微粒子と、バインダーとを混合して固めたものであることを特徴とするリチウムイオン二次電池。
A first electrode layer;
A second electrode layer;
An electrolyte layer disposed between the first electrode and the second electrode;
Comprising
The lithium ion secondary battery, wherein the electrolyte layer is obtained by mixing and solidifying the amorphous LiPON fine particles according to any one of claims 2, 4, 8, 10, and 12 and a binder. .
請求項1、3、7、9及び11のいずれか一項に記載のLiイオン伝導性微粒子と、電子が伝導する導電助剤とを混合して固めることを特徴とする電極層の製造方法。   A method for producing an electrode layer, comprising mixing and solidifying the Li ion conductive fine particles according to any one of claims 1, 3, 7, 9, and 11 and a conductive auxiliary agent through which electrons are conducted. 請求項2、4、8、10及び12のいずれか一項に記載のアモルファスLiPON微粒子と、電子が伝導する導電助剤とを混合して固めることを特徴とする電極層の製造方法。   A method for producing an electrode layer, comprising mixing and solidifying the amorphous LiPON fine particles according to any one of claims 2, 4, 8, 10, and 12 and a conductive auxiliary agent through which electrons are conducted. 請求項17または18において、
前記電極層はバインダーを含むことを特徴とする電極層の製造方法。
In claim 17 or 18,
The method for producing an electrode layer, wherein the electrode layer contains a binder.
第1の電極層と第2の電極層を有するリチウムイオン二次電池の製造方法において、
前記第1の電極層を請求項17乃至19のいずれか一項に記載の電極層の製造方法により製造し、
前記第2の電極層を請求項17乃至19のいずれか一項に記載の電極層の製造方法により製造することを特徴とするリチウムイオン二次電池の製造方法。
In a method for manufacturing a lithium ion secondary battery having a first electrode layer and a second electrode layer,
The first electrode layer is manufactured by the electrode layer manufacturing method according to any one of claims 17 to 19,
A method for manufacturing a lithium ion secondary battery, wherein the second electrode layer is manufactured by the method for manufacturing an electrode layer according to any one of claims 17 to 19.
Li3PO4微粒子を窒素プラズマで処理することにより、少なくとも前記Li3PO4微粒子表面にアモルファスのLIPON層を形成することを特徴とするLiイオン伝導性微粒子の製造方法。 A method for producing Li ion conductive fine particles, characterized in that an amorphous LIPON layer is formed on at least the surface of the Li 3 PO 4 fine particles by treating the Li 3 PO 4 fine particles with nitrogen plasma. Li3PO4微粒子を窒素プラズマで処理して前記Li3PO4微粒子を内部まで窒化することを特徴とするアモルファスLiPON微粒子の製造方法。 A method for producing amorphous LiPON fine particles, characterized by treating Li 3 PO 4 fine particles with nitrogen plasma and nitriding the Li 3 PO 4 fine particles to the inside. 請求項21において、
前記Liイオン伝導性微粒子の径は、0.01 μm以上1000 μm以下であることを特徴とするLiイオン伝導性微粒子。
In claim 21,
Li ion conductive fine particles, wherein the diameter of the Li ion conductive fine particles is 0.01 μm or more and 1000 μm or less.
請求項22において、
前記アモルファスLiPON微粒子の径は、0.01 μm以上1000 μm以下であることを特徴とするアモルファスLiPON微粒子。
In claim 22,
Amorphous LiPON fine particles having a diameter of 0.01 μm or more and 1000 μm or less.
Li3PO4微粒子を容器内に収容する工程と、
前記容器の内面に対向する電極を配置する工程と、
前記容器内に窒素ガスまたは窒素を含むガスを導入する工程と、
前記容器内を真空排気する工程と、
前記電極と前記容器との間に電力を供給して前記容器内にプラズマを形成し、前記容器を振り子動作または回転させることにより、前記容器内の前記Li3PO4微粒子表面にアモルファスのLiPON層を形成する工程と、
を具備することを特徴とするLiイオン伝導性微粒子の製造方法。
Storing Li 3 PO 4 fine particles in a container;
Disposing an electrode facing the inner surface of the container;
Introducing nitrogen gas or nitrogen-containing gas into the container;
Evacuating the container; and
An amorphous LiPON layer is formed on the surface of the Li 3 PO 4 fine particles in the container by supplying electric power between the electrode and the container to form a plasma in the container, and the pendulum operation or rotation of the container. Forming a step;
A method for producing Li ion conductive fine particles, comprising:
Li3PO4微粒子を容器内に収容する工程と、
前記容器の内面に対向する電極を配置する工程と、
前記容器内に窒素ガスまたは窒素を含むガスを導入する工程と、
前記容器内を真空排気する工程と、
前記電極と前記容器との間に電力を供給して前記容器内にプラズマを形成し、前記容器を振り子動作または回転させることにより、前記容器内の前記Li3PO4微粒子を内部まで窒化することでアモルファスLiPON微粒子を形成する工程と、
を具備することを特徴とするアモルファスLiPON微粒子の製造方法。
Storing Li 3 PO 4 fine particles in a container;
Disposing an electrode facing the inner surface of the container;
Introducing nitrogen gas or nitrogen-containing gas into the container;
Evacuating the container; and
By supplying electric power between the electrode and the container to form plasma in the container, the Li 3 PO 4 fine particles in the container are nitrided to the inside by operating the pendulum or rotating the container. Forming amorphous LiPON fine particles with
A process for producing amorphous LiPON fine particles characterized by comprising:
容器と、
前記容器を振り子動作または回転させる駆動機構と、
前記容器内に配置された電極と、
前記電極と前記容器との間に電力を供給する電源と、
前記容器内に窒素ガスまたは窒素を含むガスを導入するガス導入機構と、
前記容器内を真空排気する排気機構と、
制御部と、
を具備するプラズマ装置を用いてLiイオン伝導性微粒子を製造する方法であり、
前記制御部は、Li3PO4微粒子が収容された前記容器内に前記ガス導入機構によって窒素ガスまたは窒素を含むガスを導入し、前記排気機構によって前記容器内を真空排気し、前記電源によって前記電極と前記容器との間に電力を供給して前記容器内にプラズマを形成し、前記駆動機構によって前記容器を振り子動作または回転させることにより、前記容器内の前記Li3PO4微粒子を攪拌あるいは回転させながら前記Li3PO4微粒子表面にアモルファスのLiPON層を形成するように制御することを特徴とするLiイオン伝導性微粒子の製造方法。
A container,
A drive mechanism for pendulum operation or rotation of the container;
An electrode disposed in the container;
A power source for supplying power between the electrode and the container;
A gas introduction mechanism for introducing nitrogen gas or a gas containing nitrogen into the container;
An exhaust mechanism for evacuating the inside of the container;
A control unit;
Is a method for producing Li ion conductive fine particles using a plasma apparatus comprising:
The control unit introduces nitrogen gas or nitrogen-containing gas by the gas introduction mechanism into the container in which Li 3 PO 4 fine particles are accommodated, evacuates the container by the exhaust mechanism, and the power by the power source Electric power is supplied between the electrode and the container to form plasma in the container, and the container is stirred or rotated by the drive mechanism, thereby stirring or rotating the Li 3 PO 4 fine particles in the container. A method for producing Li ion conductive fine particles, characterized by controlling the formation of an amorphous LiPON layer on the surface of the Li 3 PO 4 fine particles while rotating.
容器と、
前記容器を振り子動作または回転させる駆動機構と、
前記容器内に配置された電極と、
前記電極と前記容器との間に電力を供給する電源と、
前記容器内に窒素ガスまたは窒素を含むガスを導入するガス導入機構と、
前記容器内を真空排気する排気機構と、
制御部と、
を具備するプラズマ装置を用いてアモルファスLiPON微粒子を製造する方法であり、
前記制御部は、Li3PO4微粒子が収容された前記容器内に前記ガス導入機構によって窒素ガスまたは窒素を含むガスを導入し、前記排気機構によって前記容器内を真空排気し、前記電源によって前記電極と前記容器との間に電力を供給して前記容器内にプラズマを形成し、前記駆動機構によって前記容器を振り子動作または回転させることにより、前記容器内の前記Li3PO4微粒子を攪拌あるいは回転させながら前記Li3PO4微粒子を内部まで窒化するように制御することを特徴とするアモルファスLiPON微粒子の製造方法。
A container,
A drive mechanism for pendulum operation or rotation of the container;
An electrode disposed in the container;
A power source for supplying power between the electrode and the container;
A gas introduction mechanism for introducing nitrogen gas or a gas containing nitrogen into the container;
An exhaust mechanism for evacuating the inside of the container;
A control unit;
Is a method for producing amorphous LiPON fine particles using a plasma apparatus comprising:
The control unit introduces nitrogen gas or nitrogen-containing gas by the gas introduction mechanism into the container in which Li 3 PO 4 fine particles are accommodated, evacuates the container by the exhaust mechanism, and the power by the power source Electric power is supplied between the electrode and the container to form plasma in the container, and the container is stirred or rotated by the drive mechanism, thereby stirring or rotating the Li 3 PO 4 fine particles in the container. A method for producing amorphous LiPON fine particles, characterized in that the Li 3 PO 4 fine particles are controlled to be nitrided to the inside while rotating.
請求項27において、
前記電源は、周波数が50 kHz以上500 kHz以下の高周波電源であり、
前記プラズマを形成する際の直流電圧成分が-500 V以下であることを特徴とするLiイオン伝導性微粒子の製造方法。
In claim 27,
The power source is a high frequency power source having a frequency of 50 kHz to 500 kHz,
A method for producing Li ion conductive fine particles, wherein a DC voltage component in forming the plasma is −500 V or less.
請求項28において、
前記電源は、周波数が50 kHz以上500 kHz以下の高周波電源であり、
前記プラズマを形成する際の直流電圧成分が-500 V以下であることを特徴とするアモルファスLiPON微粒子の製造方法。
In claim 28,
The power source is a high frequency power source having a frequency of 50 kHz to 500 kHz,
A method for producing amorphous LiPON fine particles, wherein a DC voltage component in forming the plasma is −500 V or less.
請求項27または29において、
前記Li3PO4微粒子表面にアモルファスのLiPON層を形成した後に、前記LiPON層上に金属粒子または金属膜を形成し、
前記LiPON層は前記金属粒子または前記金属膜から露出することを特徴とするLiイオン伝導性微粒子の製造方法。
In claim 27 or 29,
After forming an amorphous LiPON layer on the surface of the Li 3 PO 4 fine particles, forming metal particles or a metal film on the LiPON layer,
The LiPON layer is exposed from the metal particles or the metal film, and the method for producing Li ion conductive fine particles.
請求項28または30において、
前記Li3PO4微粒子を内部まで窒化することで前記アモルファスLiPON微粒子を形成した後に、前記アモルファスLiPON微粒子上に金属粒子または金属膜を形成し、
前記アモルファスLiPON微粒子の表面は前記金属粒子または前記金属膜から露出することを特徴とするアモルファスLiPON微粒子の製造方法。
In claim 28 or 30,
After forming the amorphous LiPON fine particles by nitriding the Li 3 PO 4 fine particles to the inside, forming metal particles or a metal film on the amorphous LiPON fine particles,
A method for producing amorphous LiPON fine particles, wherein the surface of the amorphous LiPON fine particles is exposed from the metal particles or the metal film.
請求項25、27、29及び31のいずれか一項に記載の製造方法により製造されたLiイオン伝導性微粒子と、電子が伝導する導電助剤とを混合して固めることを特徴とする電極層の製造方法。   An electrode layer characterized by mixing and solidifying Li ion conductive fine particles produced by the production method according to any one of claims 25, 27, 29, and 31, and a conductive additive that conducts electrons. Manufacturing method. 請求項26、28、30及び32のいずれか一項に記載の製造方法により製造されたアモルファスLiPON微粒子と、電子が伝導する導電助剤とを混合して固めることを特徴とする電極層の製造方法。   An amorphous LiPON fine particle produced by the production method according to any one of claims 26, 28, 30 and 32, and a conductive additive capable of conducting electrons are mixed and hardened to produce an electrode layer. Method. 請求項33または34において、
前記電極層はバインダーを含むことを特徴とする電極層の製造方法。
In claim 33 or 34,
The method for producing an electrode layer, wherein the electrode layer contains a binder.
第1の電極層と第2の電極層を有するリチウムイオン二次電池の製造方法において、
前記第1の電極層を請求項33乃至35のいずれか一項に記載の電極層の製造方法により製造し、
前記第2の電極層を請求項33乃至35のいずれか一項に記載の電極層の製造方法により製造することを特徴とするリチウムイオン二次電池の製造方法。
In a method for manufacturing a lithium ion secondary battery having a first electrode layer and a second electrode layer,
The first electrode layer is manufactured by the method for manufacturing an electrode layer according to any one of claims 33 to 35,
36. A method of manufacturing a lithium ion secondary battery, wherein the second electrode layer is manufactured by the method for manufacturing an electrode layer according to any one of claims 33 to 35.
JP2015039310A 2015-02-27 2015-02-27 Li ion conductive fine particles and manufacturing method thereof, method of manufacturing amorphous LiPON fine particles, manufacturing method of electrolyte layer and electrode layer, lithium ion secondary battery and manufacturing method thereof Active JP6501250B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2015039310A JP6501250B2 (en) 2015-02-27 2015-02-27 Li ion conductive fine particles and manufacturing method thereof, method of manufacturing amorphous LiPON fine particles, manufacturing method of electrolyte layer and electrode layer, lithium ion secondary battery and manufacturing method thereof

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2015039310A JP6501250B2 (en) 2015-02-27 2015-02-27 Li ion conductive fine particles and manufacturing method thereof, method of manufacturing amorphous LiPON fine particles, manufacturing method of electrolyte layer and electrode layer, lithium ion secondary battery and manufacturing method thereof

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2016160127A true JP2016160127A (en) 2016-09-05
JP6501250B2 JP6501250B2 (en) 2019-04-17

Family

ID=56846069

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2015039310A Active JP6501250B2 (en) 2015-02-27 2015-02-27 Li ion conductive fine particles and manufacturing method thereof, method of manufacturing amorphous LiPON fine particles, manufacturing method of electrolyte layer and electrode layer, lithium ion secondary battery and manufacturing method thereof

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP6501250B2 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2020528643A (en) * 2017-09-19 2020-09-24 エルジー・ケム・リミテッド Positive electrode material for lithium secondary battery, this manufacturing method, positive electrode for lithium secondary battery including this, and lithium secondary battery

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2009098784A1 (en) * 2008-02-06 2009-08-13 Youtec Co., Ltd. Plasma cvd apparatus, plasma cvd method, and agitating device
JP2010111565A (en) * 2008-10-07 2010-05-20 Toyota Motor Corp Method for producing lithium phosphorus oxynitride compound
JP2014035818A (en) * 2012-08-07 2014-02-24 Tdk Corp All-solid-state lithium ion secondary battery

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2009098784A1 (en) * 2008-02-06 2009-08-13 Youtec Co., Ltd. Plasma cvd apparatus, plasma cvd method, and agitating device
JP2010111565A (en) * 2008-10-07 2010-05-20 Toyota Motor Corp Method for producing lithium phosphorus oxynitride compound
JP2014035818A (en) * 2012-08-07 2014-02-24 Tdk Corp All-solid-state lithium ion secondary battery

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
KEERTHI SENEVIRATHNE, ET AL.: "A new crystalline LiPON electrolyte: Synthesis, properties and electronic structure", SOLID STATE IONICS, vol. 233, JPN6018038981, 2013, NL, pages 95 - 101, XP028970146, ISSN: 0003892057, DOI: 10.1016/j.ssi.2012.12.013 *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2020528643A (en) * 2017-09-19 2020-09-24 エルジー・ケム・リミテッド Positive electrode material for lithium secondary battery, this manufacturing method, positive electrode for lithium secondary battery including this, and lithium secondary battery
US11637275B2 (en) 2017-09-19 2023-04-25 Lg Energy Solution, Ltd. Positive electrode material for lithium secondary battery, method of preparing the same, and positive electrode for lithium secondary battery and lithium secondary battery which include the positive electrode material

Also Published As

Publication number Publication date
JP6501250B2 (en) 2019-04-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Chen et al. Ultrasmall Fe3O4 nanoparticle/MoS2 nanosheet composites with superior performances for lithium ion batteries
Kim et al. In Situ Formation of a Cathode–Electrolyte Interface with Enhanced Stability by Titanium Substitution for High Voltage Spinel Lithium‐Ion Batteries
Yun et al. The electrochemical property of ZrFx-coated Li [Ni1/3Co1/3Mn1/3] O2 cathode material
US20170018760A1 (en) Active Cathode Material for Secondary Lithium Cells and Batteries
Choi et al. WO 3 nanolayer coated 3D-graphene/sulfur composites for high performance lithium/sulfur batteries
Chen et al. Effect of introducing interlayers into electrode/electrolyte interface in all-solid-state battery using sulfide electrolyte
Kim et al. Hydroxylated carbon nanotube enhanced sulfur cathodes for improved electrochemical performance of lithium–sulfur batteries
CN111066190B (en) Sulfide-based solid electrolyte particle
JP6674550B2 (en) Method of manufacturing battery cell
Wang et al. Sputtering graphite coating to improve the elevated-temperature cycling ability of the LiMn 2 O 4 electrode
Lee et al. Enhanced cathode/sulfide electrolyte interface stability using an Li 2 ZRo 3 coating for all-solid-state batteries
Jadhav et al. Highly stable bilayer of LiPON and B2O3 added Li1. 5Al0. 5Ge1. 5 (PO4) solid electrolytes for non-aqueous rechargeable Li-O2 batteries
CN111446492B (en) Sulfide solid electrolyte particles, method for producing same, and all-solid-state battery
Kim et al. Effect of surface carbonates on the cyclability of LiNbO3-coated NCM622 in all-solid-state batteries with lithium thiophosphate electrolytes
Zhuang et al. Engineering LiNi0. 5Co0. 2Mn0. 3O2/poly (propylene carbonate) interface by graphene oxide modification for all‐solid‐state lithium batteries
Jung et al. Calcium-and sulfate-functionalized artificial cathode–electrolyte interphases of Ni-rich cathode materials
Kim et al. Synergistic halide-sulfide hybrid solid electrolytes for Ni-rich cathodes design guided by digital twin for all-solid-State Li batteries
Yang et al. A significant enhancement of cycling stability at fast charging rate through incorporation of Li3N into LiF-based SEI in SiOx anode for Li-ion batteries
Dhaiveegan et al. Investigation of carbon coating approach on electrochemical performance of Li 4 Ti 5 O 12/C composite anodes for high-rate lithium-ion batteries
Jing et al. Toward the Practical and Scalable Fabrication of Sulfide‐Based All‐Solid‐State Batteries: Exploration of Slurry Process and Performance Enhancement Via the Addition of LiClO4
Moon et al. TiO 2-coated LiCoO 2 electrodes fabricated by a sputtering deposition method for lithium-ion batteries with enhanced electrochemical performance
Tron et al. RETRACTED: Hydrothermal MgF2 surface treatment of LiNi0. 5Mn1. 5O4 high voltage cathode materials for lithium-ion batteries
Rangasamy et al. Synthesis and processing of battery materials: giving it the plasma touch
Wang et al. The investigation of water vapor on the Li–O 2 battery using a solid-state air cathode
JP6501250B2 (en) Li ion conductive fine particles and manufacturing method thereof, method of manufacturing amorphous LiPON fine particles, manufacturing method of electrolyte layer and electrode layer, lithium ion secondary battery and manufacturing method thereof

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20180226

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A821

Effective date: 20180226

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20180502

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20180913

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20181009

A601 Written request for extension of time

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A601

Effective date: 20181207

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20190128

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20190305

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20190313

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6501250

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

S111 Request for change of ownership or part of ownership

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313117

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250