JP2018154504A - Inorganic composition, glass electrolyte, and secondary battery - Google Patents

Inorganic composition, glass electrolyte, and secondary battery Download PDF

Info

Publication number
JP2018154504A
JP2018154504A JP2015163029A JP2015163029A JP2018154504A JP 2018154504 A JP2018154504 A JP 2018154504A JP 2015163029 A JP2015163029 A JP 2015163029A JP 2015163029 A JP2015163029 A JP 2015163029A JP 2018154504 A JP2018154504 A JP 2018154504A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
mol
inorganic composition
component
electrolyte
glass
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.)
Pending
Application number
JP2015163029A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
隆史 畑内
Takashi Hatauchi
隆史 畑内
成 花田
Shigeru Hanada
成 花田
佐藤 弘樹
Hiroki Sato
弘樹 佐藤
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.)
Alps Alpine Co Ltd
Original Assignee
Alps Electric 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 Alps Electric Co Ltd filed Critical Alps Electric Co Ltd
Priority to JP2015163029A priority Critical patent/JP2018154504A/en
Priority to PCT/JP2016/065279 priority patent/WO2017029851A1/en
Publication of JP2018154504A publication Critical patent/JP2018154504A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C03GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03CCHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C3/00Glass compositions
    • C03C3/12Silica-free oxide glass compositions
    • C03C3/16Silica-free oxide glass compositions containing phosphorus
    • C03C3/21Silica-free oxide glass compositions containing phosphorus containing titanium, zirconium, vanadium, tungsten or molybdenum
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C03GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03CCHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C4/00Compositions for glass with special properties
    • C03C4/14Compositions for glass with special properties for electro-conductive glass
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01BCABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B1/00Conductors or conductive bodies characterised by the conductive materials; Selection of materials as conductors
    • H01B1/06Conductors or conductive bodies characterised by the conductive materials; Selection of materials as conductors mainly consisting of other non-metallic substances
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052Li-accumulators
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/056Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes
    • H01M10/0561Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes the electrolyte being constituted of inorganic materials only
    • H01M10/0562Solid materials
    • 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

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an inorganic composition capable of forming a glass electrolyte excellent in lithium ion conductivity, which contains no GeOcomponent.SOLUTION: An inorganic composition is an LiO-NbO-PO-MoOsystem, where based on an oxide, a content Cof an LiO component, a content Cof an NbOcomponent, a content Cof a POcomponent, and a content Cof an MoOcomponent preferably satisfy the following relationships: 50 mol%≤C≤60 mol%; 5 mol%≤C≤30 mol%; 15 mol%≤C≤30 mol%; and 0 mol%<C≤30 mol%.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本発明は、固体電解質として機能しうるガラス電解質を形成可能な無機系組成物、その無機系組成物からなるガラス電解質、およびそのガラス電解質を備える二次電池に関する。   The present invention relates to an inorganic composition capable of forming a glass electrolyte that can function as a solid electrolyte, a glass electrolyte composed of the inorganic composition, and a secondary battery including the glass electrolyte.

たとえば、特許文献1には、酸化物基準でLiO成分、P成分、GeO成分及びM成分(MはTa、Nb、Vから選ばれる一種以上)を含有し、LiO成分の含有量が30〜65モル%であるガラス電解質が開示されている。 For example, Patent Document 1 contains a Li 2 O component, a P 2 O 5 component, a GeO 2 component, and an M 2 O 5 component (M is one or more selected from Ta, Nb, and V) on an oxide basis, glass electrolytes have been disclosed li 2 O content component is 30 to 65 mol%.

特開2015−63447号公報Japanese Patent Laying-Open No. 2015-63447

特許文献1に記載される発明において必須成分とされるGeO成分は、ガラス化を容易にする成分とされているが、含有させることにより、組成物の溶融温度を上昇させたり、リチウムイオンの伝導度を低下させたりする。また、GeO成分は比較的高価な材料である。 The GeO 2 component, which is an essential component in the invention described in Patent Document 1, is a component that facilitates vitrification, but by containing it, the melting temperature of the composition is increased, or lithium ion Decrease conductivity. Further, the GeO 2 component is a relatively expensive material.

本発明の目的は、リチウムイオン伝導性に優れるガラス電解質を形成可能な無機系組成物であって、GeO成分を含有しない無機系組成物を提供することにある。本発明は、上記の無機系組成物からなるガラス電解質、およびそのガラス電解質を備える二次電池も提供する。 An object of the present invention is to provide an inorganic composition that can form a glass electrolyte excellent in lithium ion conductivity and does not contain a GeO 2 component. The present invention also provides a glass electrolyte made of the above inorganic composition and a secondary battery including the glass electrolyte.

上記課題を解決するために提供される、本発明は、一態様として、LiO−Nb−P−MoO系であることを特徴とする無機系組成物である。かかる無機系組成物は、MoO成分を適切に含有するため、ガラス化が容易であり、上記無機系組成物から形成されたガラス電解質は、リチウムイオン伝導性に優れる。 The present invention, which is provided to solve the above-mentioned problems, is an inorganic composition characterized by being Li 2 O—Nb 2 O 5 —P 2 O 5 —MoO 3 based as one aspect. Since such an inorganic composition appropriately contains the MoO 3 component, it is easy to vitrify, and the glass electrolyte formed from the inorganic composition is excellent in lithium ion conductivity.

上記の無機系組成物は、酸化物基準で、LiO成分の含有量CLi、Nb成分の含有量CNb、P成分の含有量C、およびMoO成分の含有量CMoが下記関係を満たすことが好ましい:
50モル%≦CLi≦60モル%、
5モル%≦CNb≦30モル%、
15モル%≦C≦30モル%、かつ
0モル%<CMo≦30モル%。
The above inorganic composition, on an oxide basis, the content C Li of Li 2 O component, the content of Nb 2 O 5 component C Nb, P 2 O 5 component content C P, and MoO 3 ingredients The content C Mo preferably satisfies the following relationship:
50 mol% ≦ C Li ≦ 60 mol%,
5 mol% ≦ C Nb ≦ 30 mol%,
15 mol% ≦ C P ≦ 30 mol% and 0 mol% <C Mo ≦ 30 mol%.

上記関係を満たすことにより、無機系組成物のガラス化を容易にすることおよびその無機系組成物からなるガラス電解質のリチウムイオン伝導性を向上させることがより安定的に実現される。   By satisfying the above relationship, facilitating vitrification of the inorganic composition and improving the lithium ion conductivity of the glass electrolyte made of the inorganic composition are more stably realized.

無機系組成物のガラス化を容易にすることをより安定的に実現する観点から、CMo/(CNb+CMo)で定義される第1比R1が次の関係を満たすことが好ましい場合がある。
0<R1≦0.75
From the viewpoint of more stably realizing vitrification of the inorganic composition, it may be preferable that the first ratio R1 defined by C Mo / (C Nb + C Mo ) satisfies the following relationship: is there.
0 <R1 ≦ 0.75

本発明の他の一態様は、上記の本発明に係る無機系組成物からなり、Liイオン伝導性を有するガラス電解質である。   Another aspect of the present invention is a glass electrolyte made of the inorganic composition according to the present invention and having Li ion conductivity.

本発明の別の一態様は、上記の本発明に係るガラス電解質を固体電解質として備える二次電池である。   Another aspect of the present invention is a secondary battery including the glass electrolyte according to the present invention as a solid electrolyte.

なお、上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。   It should be noted that the above summary of the invention does not enumerate all the necessary features of the present invention. In addition, a sub-combination of these feature groups can also be an invention.

本発明によれば、リチウムイオン伝導性に優れるガラス電解質を形成可能な無機系組成物が、GeO成分を含有することなく提供される。また、本発明によれば、上記の無機系組成物からなるガラス電解質、およびそのガラス電解質を備える二次電池も提供される。 According to the present invention, an inorganic composition capable of forming a glass electrolyte excellent in lithium ion conductivity is provided without containing a GeO 2 component. Moreover, according to this invention, a secondary battery provided with the glass electrolyte which consists of said inorganic type composition, and the glass electrolyte is also provided.

本発明の一実施形態に係る二次電池を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the secondary battery which concerns on one Embodiment of this invention. 実施例1の無機系組成物のX線回折スペクトルである。2 is an X-ray diffraction spectrum of an inorganic composition of Example 1. FIG. 実施例2の無機系組成物のX線回折スペクトルである。2 is an X-ray diffraction spectrum of an inorganic composition of Example 2. FIG. 実施例3の無機系組成物のX線回折スペクトルである。2 is an X-ray diffraction spectrum of an inorganic composition of Example 3. FIG. 実施例4の無機系組成物のX線回折スペクトルである。4 is an X-ray diffraction spectrum of an inorganic composition of Example 4. 実施例5の無機系組成物のX線回折スペクトルである。3 is an X-ray diffraction spectrum of an inorganic composition of Example 5. FIG. 実施例1の無機系組成物および実施例2の無機系組成物の示差熱分析(DTA)結果を示すグラフである。It is a graph which shows the differential thermal analysis (DTA) result of the inorganic type composition of Example 1, and the inorganic type composition of Example 2. FIG. 実施例7の無機系組成物のX線回折スペクトルである。2 is an X-ray diffraction spectrum of an inorganic composition of Example 7. FIG.

以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。   Hereinafter, the present invention will be described through embodiments of the invention, but the following embodiments do not limit the invention according to the claims. In addition, not all the combinations of features described in the embodiments are essential for the solving means of the invention.

本発明の一実施形態に係る無機系組成物は、LiO−Nb−P−MoO系である。 The inorganic composition according to an embodiment of the present invention is a Li 2 O—Nb 2 O 5 —P 2 O 5 —MoO 3 system.

LiO成分は、キャリアとしてのリチウムイオンを提供し、本発明の一実施形態に係る無機系組成物からなるガラス電解質にリチウムイオン伝導性を付与する成分である。上記のガラス電解質に適切にリチウムイオン伝導性を付与する観点から、本発明の一実施形態に係る無機系組成物におけるLiO成分の含有量CLiは、酸化物基準で、50モル%以上であることが好ましく、51.5モル%以上であることがより好ましく、53モル%以上であることが特に好ましい。上記のガラス電解質の結晶性が高まる可能性を低下させる観点から、本発明の一実施形態に係る無機系組成物におけるLiO成分の含有量CLiは、酸化物基準で、60モル%以下であることが好ましく、58.5モル%以下であることがより好ましく、57モル%以下であることが特に好ましい。 The Li 2 O component is a component that provides lithium ions as a carrier and imparts lithium ion conductivity to a glass electrolyte made of an inorganic composition according to an embodiment of the present invention. From the viewpoint of appropriately imparting lithium ion conductivity to the glass electrolyte, the content C Li of the Li 2 O component in the inorganic composition according to one embodiment of the present invention is 50 mol% or more based on the oxide. It is preferable that it is 51.5 mol% or more, and it is especially preferable that it is 53 mol% or more. From the viewpoint of reducing the possibility of increasing the crystallinity of the glass electrolyte, the content C Li of the Li 2 O component in the inorganic composition according to an embodiment of the present invention is 60 mol% or less based on the oxide. It is preferable that it is 58.5 mol% or less, and it is especially preferable that it is 57 mol% or less.

Nb成分は、無機系組成物に耐候性、特に耐湿性を付与する。かかる耐候性を適切に付与する観点から、本発明の一実施形態に係る無機組成物におけるNb成分の含有量CNbは、酸化物基準で、5モル%以上であることが好ましく、10モル%以上であることがより好ましく、15モル%以上であることが特に好ましい。本発明の一実施形態に係る無機系組成物のガラス化を容易にする観点から、本発明の一実施形態に係る無機組成物におけるNb成分の含有量CNbは、酸化物基準で、30モル%以下であることが好ましく、25モル%以下であることがより好ましく、20モル%以下であることが特に好ましい。 The Nb 2 O 5 component imparts weather resistance, particularly moisture resistance, to the inorganic composition. From the viewpoint of appropriately imparting such weather resistance, the content C Nb of the Nb 2 O 5 component in the inorganic composition according to an embodiment of the present invention is preferably 5 mol% or more based on the oxide, It is more preferably 10 mol% or more, and particularly preferably 15 mol% or more. From the viewpoint of facilitating vitrification of an inorganic composition according to an embodiment of the present invention, the content C Nb of the Nb 2 O 5 component in the inorganic composition according to an embodiment of the present invention is based on an oxide. , Preferably 30 mol% or less, more preferably 25 mol% or less, and particularly preferably 20 mol% or less.

成分は、ガラス形成成分であり、本発明の一実施形態に係る無機系組成物からなるガラス電解質のリチウムイオン伝導性を高める観点からも好ましい成分である。上記ガラス電解質の結晶性が高まる可能性を低下させる観点から、本発明の一実施形態に係る無機系組成物におけるP成分の含有量Cは、酸化物基準で、15モル%以上であることが好ましく、17.5モル%以上であることがより好ましく、20モル%以上であることが特に好ましい。上記のガラス電解質のリチウムイオン伝導性を適切に確保する観点から、本発明の一実施形態に係る無機系組成物におけるP成分の含有量Cは、酸化物基準で、30モル%以下であることが好ましく、27.5モル%以下であることがより好ましく、25モル%以下であることが特に好ましい。 The P 2 O 5 component is a glass forming component and is also a preferable component from the viewpoint of increasing the lithium ion conductivity of the glass electrolyte made of the inorganic composition according to one embodiment of the present invention. From the viewpoint of reducing the possibility that the crystallinity of the glass electrolyte increases, the content C P of P 2 O 5 component in the inorganic composition according to one embodiment of the present invention, on an oxide basis, 15 mol% or more It is preferable that it is 17.5 mol% or more, and it is especially preferable that it is 20 mol% or more. From the viewpoint of properly securing a lithium ion conductive glass electrolyte of the content C P of P 2 O 5 component in the inorganic composition according to one embodiment of the present invention, on an oxide basis, 30 mol% It is preferably at most 27.5 mol%, more preferably at most 25 mol%.

MoO成分は、本発明の一実施形態に係る無機系組成物からなるガラス電解質のリチウムイオン伝導性を向上させる。また、MoO成分を含有させることにより、上記のガラス電解質のガラス転移温度を低下させることができる。上記のガラス電解質におけるリチウムイオン伝導性を高めることやガラス転移温度を低下させることを安定的に実現する観点から、本発明の一実施形態に係る無機組成物におけるMoO成分の含有量CMoは、酸化物基準で、0.1モル%以上であることが好ましく、0.5モル%以上であることがより好ましく、1モル%以上であることが特に好ましい。上記ガラス電解質の結晶性が高まる可能性を低下させる観点、上記のガラス電解質におけるリチウムイオン伝導性を適切に確保する観点などから、本発明の一実施形態に係る無機組成物におけるMoO成分の含有量CMoは、酸化物基準で、30モル%以下であることが好ましく、25モル%以下であることがより好ましく、20モル%以下であることが特に好ましい。 The MoO 3 component improves the lithium ion conductivity of the glass electrolyte made of the inorganic composition according to one embodiment of the present invention. Further, by containing the MoO 3 ingredients, it is possible to lower the glass transition temperature of the glass electrolyte above. From the viewpoint of stably realizing an increase in lithium ion conductivity and a reduction in glass transition temperature in the glass electrolyte, the content C Mo of the MoO 3 component in the inorganic composition according to an embodiment of the present invention is: In terms of oxide, it is preferably 0.1 mol% or more, more preferably 0.5 mol% or more, and particularly preferably 1 mol% or more. From the viewpoint of reducing the possibility of increasing the crystallinity of the glass electrolyte, the viewpoint of appropriately ensuring lithium ion conductivity in the glass electrolyte, and the like, the inclusion of the MoO 3 component in the inorganic composition according to an embodiment of the present invention The amount C Mo is preferably 30 mol% or less, more preferably 25 mol% or less, and particularly preferably 20 mol% or less, based on the oxide.

無機系組成物のガラス化を容易にすることをより安定的に実現する観点から、CMo/(CNb+CMo)で定義される第1比R1が次の関係を満たすことが好ましい場合がある。
0<R1≦0.75
From the viewpoint of more stably realizing vitrification of the inorganic composition, it may be preferable that the first ratio R1 defined by C Mo / (C Nb + C Mo ) satisfies the following relationship: is there.
0 <R1 ≦ 0.75

R1は0.5以下であることがより好ましい場合がある。   R1 may be more preferably 0.5 or less.

本発明の一実施形態に係る無機系組成物は、Al、SiO、KO、CsO、MgO、CaO、BaO、ZnO、SnO、Y、Bi、TeO、Sb、Co、CuO、Feなどの成分を任意添加成分として含有することができる。リチウムイオン伝導性に優れるガラス電解質を形成することを容易にする観点から、これらの任意添加成分の総含有量は、酸化物基準で、5モル%以下とすることが好ましく、1モル%以下とすることがより好ましい。 An inorganic composition according to an embodiment of the present invention includes Al 2 O 3 , SiO 2 , K 2 O, Cs 2 O, MgO, CaO, BaO, ZnO, SnO, Y 2 O 3 , Bi 2 O 3 , Components such as TeO 2 , Sb 2 O 3 , Co 2 O 3 , CuO, and Fe 2 O 3 can be contained as optional additional components. From the viewpoint of facilitating the formation of a glass electrolyte excellent in lithium ion conductivity, the total content of these optional additives is preferably 5 mol% or less, preferably 1 mol% or less, based on the oxide. More preferably.

本発明の一実施形態に係る無機系組成物はガラス化が容易であるため、この無機系組成物から形成されたガラス電解質は、ガラス電解質内の結晶性が高まりにくい。本明細書において、「ガラス電解質」とは、ガラス相を主相とするガラス質であって、ガラス相内に結晶相が散在する構造を含むものとする。本発明の一実施形態に係るガラス電解質は、Nbイオンとはイオン半径の異なるMoイオンをNbイオンとともに含有するため、リチウムイオン伝導性に優れる。   Since the inorganic composition according to one embodiment of the present invention is easily vitrified, the glass electrolyte formed from the inorganic composition is less likely to increase the crystallinity in the glass electrolyte. In the present specification, the “glass electrolyte” is a glass having a glass phase as a main phase, and includes a structure in which crystal phases are scattered in the glass phase. Since the glass electrolyte which concerns on one Embodiment of this invention contains Mo ion from which an ion radius differs from Nb ion with Nb ion, it is excellent in lithium ion conductivity.

前述のように、本発明の一実施形態に係る無機系組成物がMoO成分を含有することにより、無機系組成物から形成されたガラス電解質のガラス転移温度が低下する。ガラス転移温度の低下は溶融温度が低下するため、好ましい。 As described above, when the inorganic composition according to the embodiment of the present invention contains the MoO 3 component, the glass transition temperature of the glass electrolyte formed from the inorganic composition is lowered. A decrease in the glass transition temperature is preferable because the melting temperature decreases.

本発明の一実施形態に係るガラス電解質の製造方法は限定されない。一例を示せば次のとおりである。まず、原材料を調合し、必要に応じ、原材料を前処理する。前処理の具体例として、加熱によって原材料に含まれる揮発成分(例えば炭酸ガス)を除去することが挙げられる。次に、調合した原材料(必要に応じて行われた前処理済み)を溶融し、フリットを作製する。本発明の一実施形態に係る無機系組成物はMoO成分を含有するため、溶融温度が比較的低く、900℃〜1200℃程度であり、生産性に優れる。溶融したフリットを急冷することにより、本発明の一実施形態に係る無機組成物からなるガラス電解質を得ることができる。このほか、上記のフリットをボールミリング法に供することよっても、ガラス電解質を得ることができる。 The manufacturing method of the glass electrolyte which concerns on one Embodiment of this invention is not limited. An example is as follows. First, raw materials are prepared, and the raw materials are pretreated as necessary. A specific example of the pretreatment includes removing volatile components (for example, carbon dioxide) contained in the raw material by heating. Next, the blended raw materials (pretreated if necessary) are melted to produce a frit. Since the inorganic composition according to an embodiment of the present invention contains the MoO 3 component, the melting temperature is relatively low, about 900 ° C. to 1200 ° C., and excellent in productivity. By rapidly cooling the melted frit, a glass electrolyte made of the inorganic composition according to one embodiment of the present invention can be obtained. In addition, a glass electrolyte can be obtained by subjecting the frit to a ball milling method.

本発明の一実施形態に係るガラス電解質は、二次電池の固体電解質として用いられることができる。かかる二次電池の具体例として全固体二次電池が挙げられる。図1は、全固体二次電池の一例の断面を概念的に示す図である。図1に示されるように、二次電池100は、基板102上に、集電体104、正極層106、電解質層108および負極層110が順次積層されている。   The glass electrolyte which concerns on one Embodiment of this invention can be used as a solid electrolyte of a secondary battery. An example of such a secondary battery is an all-solid secondary battery. FIG. 1 is a diagram conceptually showing a cross section of an example of an all-solid secondary battery. As shown in FIG. 1, in the secondary battery 100, a current collector 104, a positive electrode layer 106, an electrolyte layer 108, and a negative electrode layer 110 are sequentially stacked on a substrate 102.

基板102は、集電体104等二次電池100の構成部材を支持する。構造部材が支持できる機械的強度を有する限り、基板102に材料、寸法、形状等の制限は無い。ただし、後に説明する二次電池100の製造工程において、焼成等熱処理が施されるので、熱処理に耐え得る程度の耐熱性を有することが好ましい。また、二次電池100の製造工程において使用される有機溶媒やリチウム塩等に対し化学的安定性を有することが好ましい。基板102として、たとえばガラス基板、金属箔、PET(ポリエチレンテレフタレート)等のフィルムを例示することができる。   The substrate 102 supports the constituent members of the secondary battery 100 such as the current collector 104. As long as the structural member has a mechanical strength that can be supported, the substrate 102 is not limited in material, size, shape, and the like. However, since heat treatment such as firing is performed in the manufacturing process of the secondary battery 100 described later, it is preferable that the battery has heat resistance enough to withstand the heat treatment. Moreover, it is preferable to have chemical stability with respect to the organic solvent, lithium salt, etc. which are used in the manufacturing process of the secondary battery 100. Examples of the substrate 102 include a glass substrate, a metal foil, and a film such as PET (polyethylene terephthalate).

集電体104は、正極層106および負極層110に接続され、正極層106および負極層110から電荷を集め、供給する。集電体104は、電解質層108に含まれるポリマー電解質に対し化学的に安定な金属等の導電体からなることが好ましい。集電体104として、アルミニウム、銅、ステンレス鋼を例示することができる。なお、正極層106に接続される集電体104にはアルミニウム、ステンレス鋼が好ましく、負極層110に接続される集電体104には銅、ステンレス鋼が好ましい。   The current collector 104 is connected to the positive electrode layer 106 and the negative electrode layer 110, and collects and supplies charges from the positive electrode layer 106 and the negative electrode layer 110. The current collector 104 is preferably made of a conductor such as a metal that is chemically stable with respect to the polymer electrolyte contained in the electrolyte layer 108. Examples of the current collector 104 include aluminum, copper, and stainless steel. Note that aluminum and stainless steel are preferable for the current collector 104 connected to the positive electrode layer 106, and copper and stainless steel are preferable for the current collector 104 connected to the negative electrode layer 110.

正極層106は、二次電池100の正極として機能する。正極層106は、正極活物質および導電材を含み、バインダーで固着される。正極活物質は粒子状物質(粉状体)であり、リチウム含有複合酸化物、たとえばマンガン酸リチウム(LiMn)を例示することができる。導電材としてたとえばアセチレンブラックが例示される。バインダーとしてポリエチレンオキサイド(PEO)樹脂、エチレン/プロピレンオキサイド共重合体、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)樹脂が例示される。バインダーにポリエチレンオキサイド(PEO)樹脂、エチレン/プロピレンオキサイド共重合体を用いる場合は、正極層106には、リチウム塩たとえばリチウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド(LiTFSI)が添加されても良い。正極層106には、本発明の一実施形態に係るガラス電解質などの固体電解質が含まれていてもよい。 The positive electrode layer 106 functions as the positive electrode of the secondary battery 100. The positive electrode layer 106 includes a positive electrode active material and a conductive material, and is fixed with a binder. The positive electrode active material is a particulate material (powder), and can be exemplified by a lithium-containing composite oxide such as lithium manganate (LiMn 2 O 4 ). Examples of the conductive material include acetylene black. Examples of the binder include polyethylene oxide (PEO) resin, ethylene / propylene oxide copolymer, and polyvinylidene fluoride (PVdF) resin. When a polyethylene oxide (PEO) resin or an ethylene / propylene oxide copolymer is used for the binder, a lithium salt such as lithium bis (trifluoromethanesulfonyl) imide (LiTFSI) may be added to the positive electrode layer 106. The positive electrode layer 106 may contain a solid electrolyte such as a glass electrolyte according to an embodiment of the present invention.

電解質層108は、二次電池100の電解質として機能する。電解質層108は、本発明の一実施形態に係るガラス電解質およびバインダーを含む。バインダーとして、エチレンオキサイドおよびプロピレンオキサイドの共重合体を例示することができる。バインダーには、リチウムイオン伝導率を向上する支持電解質が添加されてもよく、支持電解質として、リチウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド(LiTFSI)を挙げることができる。リチウムイオン伝導性を有する固体電解質は、上記の本発明の一実施形態に係るガラス電解質以外の材料を含有していてもよい。そのような材料として、Li4−2xZnGeO(LISICON)系固体電解質、Li−Al−Ti−PO(LATP)系固体電解質、Li1+XGe2−yAl12(LAGP)系固体電解質を例示することができる。 The electrolyte layer 108 functions as an electrolyte for the secondary battery 100. The electrolyte layer 108 includes a glass electrolyte and a binder according to an embodiment of the present invention. As the binder, a copolymer of ethylene oxide and propylene oxide can be exemplified. A supporting electrolyte that improves lithium ion conductivity may be added to the binder, and examples of the supporting electrolyte include lithium bis (trifluoromethanesulfonyl) imide (LiTFSI). The solid electrolyte having lithium ion conductivity may contain a material other than the glass electrolyte according to the embodiment of the present invention. Such materials, Li 4-2x Zn x GeO 4 ( LISICON) based solid electrolyte, Li-Al-Ti-PO 4 (LATP) based solid electrolyte, Li 1 + X Ge 2- y Al y P 3 O 12 (LAGP ) Based solid electrolytes.

負極層110は、二次電池100の負極として機能する。負極層110は、負極活物質がバインダーで固着された層であり、炭素系材料を含んでもよい。負極活物質としてハードカーボンが例示できる。バインダーとしてポリエチレンオキサイド(PEO)樹脂、エチレン/プロピレンオキサイド共重合体、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)樹脂が例示できる。バインダーにポリエチレンオキサイド(PEO)樹脂、エチレン/プロピレンオキサイド共重合体を用いる場合は、負極層110には、リチウム塩たとえばリチウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド(LiTFSI)が添加されても良い。負極層110には、本発明の一実施形態に係るガラス電解質などの固体電解質が含まれていてもよい。   The negative electrode layer 110 functions as the negative electrode of the secondary battery 100. The negative electrode layer 110 is a layer in which a negative electrode active material is fixed with a binder, and may include a carbon-based material. An example of the negative electrode active material is hard carbon. Examples of the binder include polyethylene oxide (PEO) resin, ethylene / propylene oxide copolymer, and polyvinylidene fluoride (PVdF) resin. When a polyethylene oxide (PEO) resin or an ethylene / propylene oxide copolymer is used for the binder, a lithium salt such as lithium bis (trifluoromethanesulfonyl) imide (LiTFSI) may be added to the negative electrode layer 110. The negative electrode layer 110 may include a solid electrolyte such as a glass electrolyte according to an embodiment of the present invention.

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。   As mentioned above, although this invention was demonstrated using embodiment, the technical scope of this invention is not limited to the range as described in the said embodiment. It will be apparent to those skilled in the art that various modifications or improvements can be added to the above-described embodiment. It is apparent from the scope of the claims that the embodiments added with such changes or improvements can be included in the technical scope of the present invention.

以下、以下に実施例によって本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。   EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention more concretely below, this invention is not limited to these.

(実施例1から実施例7)
Li,Nb,MoおよびPの各元素を含有する原材料を用意し、白金ルツボで加熱・冷却してフリットを得た。このフリットを再度加熱してフリットを溶融させ(溶融温度:900℃〜1200℃)、この溶融物を急冷することにより、表1に示される組成の無機系組成物を得た。
(Example 1 to Example 7)
Raw materials containing each element of Li, Nb, Mo and P were prepared, and heated and cooled with a platinum crucible to obtain a frit. The frit was heated again to melt the frit (melting temperature: 900 ° C. to 1200 ° C.), and the melt was quenched to obtain an inorganic composition having the composition shown in Table 1.

得られた無機系組成物のX線回折測定(X線源:CuKα)を行った。結果を表1および図2から図7に示した。表1の「X線測定」の列における記号の意味は次のとおりである。
G:X線回折スペクトルには結晶構造を確認できる程度の強度を有するピークは認められず、測定対象は実質的に結晶相を含まないガラス質であると判断される。
G+C:X線回折スペクトルには結晶構造を確認できる程度の強度を有するピークが認められるが、そのピーク強度は弱く、測定対象の主相はガラス相であり、主相内に結晶相が散在していると推測される。
X-ray diffraction measurement (X-ray source: CuKα) of the obtained inorganic composition was performed. The results are shown in Table 1 and FIGS. The meanings of symbols in the “X-ray measurement” column of Table 1 are as follows.
In the G: X-ray diffraction spectrum, a peak having an intensity sufficient to confirm the crystal structure is not recognized, and it is determined that the measurement target is a glassy material that does not substantially contain a crystal phase.
In the G + C: X-ray diffraction spectrum, a peak having an intensity sufficient to confirm the crystal structure is observed, but the peak intensity is weak, the main phase to be measured is a glass phase, and the crystal phase is scattered in the main phase. I guess that.

図2は、実施例1の無機系組成物のX線回折スペクトルである。図3は、実施例2の無機系組成物のX線回折スペクトルである。図4は、実施例3の無機系組成物のX線回折スペクトルである。図5は、実施例4の無機系組成物のX線回折スペクトルである。図6は、実施例5の無機系組成物のX線回折スペクトルである。   FIG. 2 is an X-ray diffraction spectrum of the inorganic composition of Example 1. FIG. 3 is an X-ray diffraction spectrum of the inorganic composition of Example 2. 4 is an X-ray diffraction spectrum of the inorganic composition of Example 3. FIG. FIG. 5 is an X-ray diffraction spectrum of the inorganic composition of Example 4. 6 is an X-ray diffraction spectrum of the inorganic composition of Example 5. FIG.

表1および図2から図6に示されるように、実施例1から実施例3および実施例6の無機系組成物のX線回折スペクトルには結晶構造を確認できる程度の強度を有するピークは実質的に認められなかった。したがって、X線回折スペクトルにより、これらの無機系組成物は結晶相を実質的に含まないガラス質であると確認された。   As shown in Table 1 and FIGS. 2 to 6, in the X-ray diffraction spectra of the inorganic compositions of Examples 1 to 3 and Example 6, there is substantially no peak having an intensity that can confirm the crystal structure. Was not recognized. Therefore, it was confirmed by X-ray diffraction spectrum that these inorganic compositions were vitreous substantially free of crystal phase.

一方、実施例4および実施例5の無機系組成物のX線回折スペクトルには、LiPOに由来するピークが認められた。 On the other hand, peaks derived from Li 3 PO 4 were observed in the X-ray diffraction spectra of the inorganic compositions of Example 4 and Example 5.

また、各無機系組成物のリチウムイオン伝導度を測定した。測定方法は次のとおりであった。各無機系組成物を乳鉢で粉砕し、その粉末を上下棒状のステンレス鋼(SUS)材でプレス圧縮した。上下のSUS材を電極として、インピーダンスゲインフェーズアナライザを用いてCole−Coleプロットを得て算出した。測定結果を表1に示した。表1に示されるように、MoO成分を含有させることにより無機系組成物からなるガラス電解質のリチウムイオン伝導度を向上させることができることが確認された。 Moreover, the lithium ion conductivity of each inorganic composition was measured. The measurement method was as follows. Each inorganic composition was pulverized in a mortar, and the powder was press-compressed with upper and lower bar-shaped stainless steel (SUS) materials. Using the upper and lower SUS materials as electrodes, a Cole-Cole plot was obtained and calculated using an impedance gain phase analyzer. The measurement results are shown in Table 1. As shown in Table 1, it was confirmed that the lithium ion conductivity of the glass electrolyte made of the inorganic composition can be improved by containing the MoO 3 component.

実施例1の無機系組成物および実施例2の無機系組成物について、示差熱分析(DTA)を行った。その結果を図7に示す。図7に示されるように、実施例2の無機系組成物のDTA曲線の吸熱ピークから見積もられるガラス転移温度は、435℃であり、実施例1の無機系組成物のDTA曲線の吸熱ピークから見積もられるガラス転移温度は、465℃であった。これらの結果から、MoO成分を含有させることによりガラス転移温度を下げることができることが確認された。 Differential thermal analysis (DTA) was performed on the inorganic composition of Example 1 and the inorganic composition of Example 2. The result is shown in FIG. As shown in FIG. 7, the glass transition temperature estimated from the endothermic peak of the DTA curve of the inorganic composition of Example 2 is 435 ° C., and from the endothermic peak of the DTA curve of the inorganic composition of Example 1. The estimated glass transition temperature was 465 ° C. From these results, it was confirmed that the glass transition temperature can be lowered by containing the MoO 3 component.

(実施例7)
実施例2の無機系組成物において製造したフリットと同組成のフリットを用意した。このフリットを溶融した後、放冷することによって、実施例2の無機系組成物と同組成の無機系組成物を得た。
(Example 7)
A frit having the same composition as the frit manufactured in the inorganic composition of Example 2 was prepared. The frit was melted and then allowed to cool to obtain an inorganic composition having the same composition as the inorganic composition of Example 2.

この実施例7の無機系組成物について、上記の方法と同様にして、X線回折スペクトルおよびリチウムイオン伝導度を測定した。その結果、図8に示されるように実施例7の無機系組成物は結晶質であり、そのリチウムイオン伝導度は2×10−9S/cmであった。この結果から、実施例2の無機系組成物はガラス質であることにより、結晶質の場合の4倍以上のリチウムイオン伝導度が得られることが確認された。 With respect to the inorganic composition of Example 7, the X-ray diffraction spectrum and lithium ion conductivity were measured in the same manner as described above. As a result, as shown in FIG. 8, the inorganic composition of Example 7 was crystalline, and the lithium ion conductivity was 2 × 10 −9 S / cm. From this result, it was confirmed that when the inorganic composition of Example 2 is glassy, lithium ion conductivity four times or more that of crystalline is obtained.

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。   As mentioned above, although this invention was demonstrated using embodiment, the technical scope of this invention is not limited to the range as described in the said embodiment. It will be apparent to those skilled in the art that various modifications or improvements can be added to the above-described embodiment. It is apparent from the scope of the claims that the embodiments added with such changes or improvements can be included in the technical scope of the present invention.

100…二次電池
102…基板
104…集電体
106…正極層
108…電解質層
110…負極層
DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 ... Secondary battery 102 ... Board | substrate 104 ... Current collector 106 ... Positive electrode layer 108 ... Electrolyte layer 110 ... Negative electrode layer

Claims (5)

LiO−Nb−P−MoO系であることを特徴とする無機系組成物。 Inorganic composition which is a Li 2 O-Nb 2 O 5 -P 2 O 5 -MoO 3 system. 酸化物基準で、LiO成分の含有量CLi、Nb成分の含有量CNb、P成分の含有量C、およびMoO成分の含有量CMoが下記関係を満たす、請求項1に記載の無機系組成物:
50モル%≦CLi≦60モル%、
5モル%≦CNb≦30モル%、
15モル%≦C≦30モル%、かつ
0モル%<CMo≦30モル%。
On an oxide basis, the content C Li of Li 2 O component, the content C Nb of Nb 2 O 5 component, the content C P of P 2 O 5 component, and MoO 3 ingredient content C Mo of the following relationship The inorganic composition according to claim 1, wherein:
50 mol% ≦ C Li ≦ 60 mol%,
5 mol% ≦ C Nb ≦ 30 mol%,
15 mol% ≦ C P ≦ 30 mol% and 0 mol% <C Mo ≦ 30 mol%.
Mo/(CNb+CMo)で定義される第1比R1が次の関係を満たす、請求項1または2に記載の無機系組成物。
0<R1≦0.75
3. The inorganic composition according to claim 1, wherein the first ratio R < b > 1 defined by C Mo / (C Nb + C Mo ) satisfies the following relationship.
0 <R1 ≦ 0.75
請求項1から3のいずれか一項に記載される無機系組成物からなり、Liイオン伝導性を有するガラス電解質。   The glass electrolyte which consists of an inorganic composition as described in any one of Claim 1 to 3, and has Li ion conductivity. 請求項4に記載されるガラス電解質を固体電解質として備える二次電池。   A secondary battery comprising the glass electrolyte according to claim 4 as a solid electrolyte.
JP2015163029A 2015-08-20 2015-08-20 Inorganic composition, glass electrolyte, and secondary battery Pending JP2018154504A (en)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2015163029A JP2018154504A (en) 2015-08-20 2015-08-20 Inorganic composition, glass electrolyte, and secondary battery
PCT/JP2016/065279 WO2017029851A1 (en) 2015-08-20 2016-05-24 Inorganic composition, glass electrolyte, and secondary battery

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2015163029A JP2018154504A (en) 2015-08-20 2015-08-20 Inorganic composition, glass electrolyte, and secondary battery

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2018154504A true JP2018154504A (en) 2018-10-04

Family

ID=58051617

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2015163029A Pending JP2018154504A (en) 2015-08-20 2015-08-20 Inorganic composition, glass electrolyte, and secondary battery

Country Status (2)

Country Link
JP (1) JP2018154504A (en)
WO (1) WO2017029851A1 (en)

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS54112915A (en) * 1978-02-24 1979-09-04 Nippon Chemical Ind Optical glass
JP2006151793A (en) * 2004-10-29 2006-06-15 Okamoto Glass Co Ltd Electron-conductive glass and spacer for electron beam-excitation type display using the same
DE102007008299B4 (en) * 2006-08-12 2012-06-14 Schott Ag Process for the preparation of glasses, whereby the chemical reduction of constituents is avoided
JP6041606B2 (en) * 2012-02-22 2016-12-14 川副 博司 Proton conductive material, solid electrolyte membrane, and method for producing proton conductive material

Also Published As

Publication number Publication date
WO2017029851A1 (en) 2017-02-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Tatsumisago et al. Preparation of Li3BO3–Li2SO4 glass–ceramic electrolytes for all-oxide lithium batteries
Minami et al. Recent progress of glass and glass-ceramics as solid electrolytes for lithium secondary batteries
US20180123168A1 (en) Battery and method of manufacturing the same
US20180366779A1 (en) Materials for solid electrolyte
Lee et al. Characterizations of a new lithium ion conducting Li2O–SeO2–B2O3 glass electrolyte
JP2019145486A (en) All-solid battery
Wu et al. Thermal stability and thermal conductivity of solid electrolytes
US20160248082A1 (en) All-Solid-State Cathode Materials, Cathodes, Batteries And Methods
JP2015063447A (en) Glass electrolyte
Pietrzak et al. Syntheses and nanocrystallization of NaF–M2O3–P2O5 NASICON‐like phosphate glasses (M= V, Ti, Fe)
Tanabe et al. Crystallization behavior and electrochemical properties of Na2FeyMn1− yP2O7 glass
JP2013199386A (en) Lithium ion conductor precursor glass and lithium ion conductor
JP2013155068A (en) Precursor glass for lithium ion conductor and lithium ion conductor
JP2006156284A (en) Lithium-ion conductor and secondary battery using it
Katoh et al. Lithium-ion conductive glass-ceramics with composition ratio control and their electrochemical characteristics
JP6863681B2 (en) Inorganic compositions, glass electrolytes, rechargeable batteries and equipment
JP5850397B2 (en) Lithium ion conductor precursor glass and lithium ion conductor
WO2017029851A1 (en) Inorganic composition, glass electrolyte, and secondary battery
US10807877B2 (en) Increasing ionic conductivity of LiTi2(PS4)3 by Al doping
KR102445216B1 (en) Lithium Ion Conductor Precursor Glass and Lithium Ion Conductor
JP2013237578A (en) Method for producing lithium ion conducting glass ceramics
US20190229369A1 (en) Increasing ionic conductivity of liti2(ps4)3 by zr doping
Zhang et al. Structure and ionic conductivity of new Ga2S3-Sb2S3-NaI chalcogenide glass system
JP2014154216A (en) Lithium ion conductor
JP2016152220A (en) Electrolyte, secondary battery and method for manufacturing electrolyte