JP2020102374A - Method for producing lisicon-type crystal particle for lithium ion secondary battery solid electrolyte - Google Patents

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Abstract

To provide a method for producing a LISICON-type crystal particle for a secondary battery solid electrolyte, the LISICON-type oxide particle being capable of developing excellent lithium ion conductivity by appropriately and effectively refining a LISICON-type crystal represented by Li4-xSi1-xPxO4.SOLUTION: A method for producing a LISICON-type crystal particle that is represented by the following formula (1): Li4-xSi1-xPxO4...(1) (in the formula (1), x represents a number satisfying 0<x<1.) includes the following steps (I) to (III): the step (I) of mixing a lithium compound, a phosphate compound, a silicic acid compound and water to prepare a mixed solution having a pH at 25°C of 9-14; the step (II) of, after subjecting an obtained mixed solution to a hydrothermal reaction at 100°C or above, cleaning a hydrothermal reaction product and then drying a cleaned hydrothermal reaction product to obtain a precursor mixture; and the step (III) of firing an obtained precursor mixture at 400-1,000°C.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、全固体リチウムイオン二次電池等の二次電池に用いるための、固体電解質用LISICON型結晶粒子を製造する方法に関する。 The present invention relates to a method for producing LISICON type crystal particles for a solid electrolyte for use in a secondary battery such as an all solid lithium ion secondary battery.

現在実用化されているリチウムイオン二次電池は、電解液に可燃性の有機溶媒を用いているため、液漏れや発火等に対する安全対策を充分に講じる必要があり、また電池の小型化や薄膜化の難易度も高い。ところが、酸化物系や硫化物系の固体電解質を備えた全固体リチウムイオン二次電池であると、エネルギー密度が高い上に、可燃物を用いることなく製造することができるため、安全対策を講じる負担が軽減され、製造コストや生産性を容易に高めることが可能となる。こうしたことから、高い有用性に期待がかかる固体電解質材料については、種々の開発が活発化しつつある。 Lithium-ion secondary batteries currently in practical use use a flammable organic solvent as the electrolytic solution, so it is necessary to take sufficient safety measures against liquid leakage, ignition, etc. The difficulty level of conversion is also high. However, an all-solid-state lithium-ion secondary battery equipped with an oxide-based or sulfide-based solid electrolyte has a high energy density and can be manufactured without using combustible materials, so safety measures are taken. The burden is reduced, and the manufacturing cost and productivity can be easily increased. For these reasons, various developments have been activated for solid electrolyte materials, which are expected to be highly useful.

特に、γ-Li3PO4(高温相)型のSiO4及びPO4四面体とLiO6八面体により形成される骨格構造をもつLISICON型の結晶構造を有するLi4SiO4−Li3PO4固溶体は、結晶構造上高いリチウムイオン濃度を保有する固体電解質であるという特徴に加えて、室温において10-4S/cm台もの高いリチウムイオン伝導度を示すという優れた特性を有しており、大いに期待される固体電解質材料の一つである。 In particular, Li 4 SiO 4 —Li 3 PO 4 having a LIICON type crystal structure having a skeleton structure formed by γ-Li 3 PO 4 (high temperature phase) type SiO 4 and PO 4 tetrahedra and LiO 6 octahedra. The solid solution has the characteristic that it is a solid electrolyte having a high lithium ion concentration in terms of its crystal structure, and also has the excellent property of exhibiting a high lithium ion conductivity of the order of 10 −4 S/cm at room temperature. It is one of the highly anticipated solid electrolyte materials.

こうしたLISICON型結晶粒子の実用化を図るには、高純度化や粒子の微細化の実現が重要であるところ、例えば、非特許文献1には、原料を粉砕して焼成することによりLi3.5Si0.50.54で表されるリチウムイオン伝導性固体電解質を得る方法が開示されている。 In order to put such LISICON-type crystal particles into practical use, it is important to realize high purification and finer particles. For example, in Non-Patent Document 1, Li 3.5 Si is obtained by pulverizing and firing raw materials. how to obtain a lithium ion conductive solid electrolyte is disclosed which is represented by 0.5 P 0.5 O 4.

D.Wang et al. / Solid State Ionics 283(2015)109−114D. Wang et al. / Solid State Ionics 283 (2015) 109-114.

しかしながら、上記非特許文献に記載の製造方法により得られるLISICON型結晶粒子は、微細化を図るために施さざるを得ない粉砕処理によって、LISICON型結晶の結晶構造中に欠陥が誘発されてしまい、リチウムイオン伝導性の低下を招くおそれがある。 However, the LISICON-type crystal particles obtained by the production method described in the above Non-Patent Document has a defect induced in the crystal structure of the LISICON-type crystal due to the pulverization treatment that must be performed in order to reduce the size, Lithium ion conductivity may be reduced.

したがって、本発明の課題は、Li4-xSi1-xx4で表されるLISICON型結晶の微細化を適度かつ有効に図ることにより、優れたリチウムイオン伝導性を発現し得る、二次電池の固体電解質として有用なLISICON型結晶粒子を製造する方法を提供することにある。 Therefore, an object of the present invention is to appropriately and effectively refine the LISICON type crystal represented by Li 4-x Si 1-x P x O 4 to obtain excellent lithium ion conductivity, An object of the present invention is to provide a method for producing LISICON type crystal particles useful as a solid electrolyte of a secondary battery.

そこで本発明者らは、種々検討したところ、特定の混合液を調製しつつ特定の工程を経ることにより、適度に微細化を図りながら、高結晶度のLISICON型結晶粒子が得られることを見出し、本発明を完成させるに至った。 Then, the inventors of the present invention have conducted various studies, and found that by performing a specific step while preparing a specific mixed solution, high crystallinity LISICON crystal particles can be obtained while appropriately miniaturizing. The present invention has been completed.

すなわち、本発明は、次の工程(I)〜(III):
(I)リチウム化合物、ケイ酸化合物及びリン酸化合物と、水とを混合して、25℃におけるpHが9〜14である混合液を調製する工程
(II)得られた混合液を100℃以上の水熱反応に付した後、水熱反応生成物を洗浄し、次いで乾燥して、前駆体混合物を得る工程
(III)得られた前駆体混合物を400℃〜1000℃で焼成する工程
を備え、下記式(1):
Li4-xSi1-xx4 ・・・(1)
(式(1)中、xは0<x<1である数を示す。)
で表されるリチウムイオン二次電池の固体電解質用LISICON型結晶粒子を製造する方法を提供するものである。
That is, the present invention includes the following steps (I) to (III):
(I) A step of mixing a lithium compound, a silicic acid compound and a phosphoric acid compound with water to prepare a mixed solution having a pH of 9 to 14 at 25°C (II) The obtained mixed solution is 100°C or higher. The step of washing the hydrothermal reaction product, and then drying it to obtain a precursor mixture (III) firing the obtained precursor mixture at 400° C. to 1000° C. , The following formula (1):
Li 4-x Si 1-x P x O 4 (1)
(In the formula (1), x represents a number satisfying 0<x<1.)
The present invention provides a method for producing LISICON-type crystal particles for a solid electrolyte of a lithium ion secondary battery represented by.

本発明の方法によれば、所定の混合液を調製し、これを水熱反応した後に焼成するのみで、微細かつ高結晶度のLISICON型結晶粒子を製造することができ、また粒子の微細化を図るための粉砕処理を施す必要もないことから、高い結晶度を有したまま固体電解質として用いることができ、これにより充放電特性に優れた二次電池を実現することができる。 According to the method of the present invention, it is possible to produce fine and highly crystalline LISICON type crystal particles only by preparing a predetermined liquid mixture, hydrothermally reacting the liquid mixture, and then calcining the mixture. Since it is not necessary to perform a pulverization process for achieving the above, it can be used as a solid electrolyte while having a high degree of crystallinity, whereby a secondary battery having excellent charge/discharge characteristics can be realized.

実施例1で得られたLISICON型結晶粒子を示すSEM像である。1 is an SEM image showing LISICON type crystal particles obtained in Example 1. 実施例1で得られたLISICON型結晶粒子のX線回折パターンである。2 is an X-ray diffraction pattern of LISICON type crystal particles obtained in Example 1. 比較例1で得られたLISICON型結晶粒子を示すSEM像である。5 is an SEM image showing LISICON type crystal particles obtained in Comparative Example 1. 比較例1で得られたLISICON型結晶粒子のX線回折パターンである。3 is an X-ray diffraction pattern of LISICON type crystal particles obtained in Comparative Example 1.

以下、本発明について詳細に説明する。
本発明の方法は、次の工程(I)〜(III):
(I)リチウム化合物、ケイ酸化合物及びリン酸化合物と、水とを混合して、25℃におけるpHが9〜14である混合液を調製する工程
(II)得られた混合液を100℃以上の水熱反応に付した後、水熱反応生成物を洗浄し、次いで乾燥して、前駆体混合物を得る工程
(III)得られた前駆体混合物を400℃〜1000℃で焼成する工程
を備え、下記式(1):
Li4-xSi1-xx4 ・・・(1)
(式(1)中、xは0<x<1である数を示す。)
で表されるリチウムイオン二次電池の固体電解質用LISICON型結晶粒子を製造する方法である。
Hereinafter, the present invention will be described in detail.
The method of the present invention comprises the following steps (I) to (III):
(I) A step of mixing a lithium compound, a silicic acid compound and a phosphoric acid compound with water to prepare a mixed solution having a pH of 9 to 14 at 25°C (II) The obtained mixed solution is 100°C or higher. The step of washing the hydrothermal reaction product, and then drying it to obtain a precursor mixture (III) firing the obtained precursor mixture at 400° C. to 1000° C. , The following formula (1):
Li 4-x Si 1-x P x O 4 (1)
(In the formula (1), x represents a number satisfying 0<x<1.)
Is a method for producing LISICON-type crystal particles for a solid electrolyte of a lithium ion secondary battery represented by.

工程(I)は、リチウム化合物、ケイ酸化合物及びリン酸化合物の全ての原料化合物と、水とを混合して、25℃におけるpHが9〜14である混合液(A)を調製する工程である。このように、LISICON型結晶粒子を得るための上記原料化合物、及び水を用いつつ、pHを上記範囲に制御した混合液(A)を得ることにより、後述する工程(II)における水熱反応に付して得られる水熱反応生成物において、化学組成の均質性を高め、LISICON型結晶粒子の微細化及び高結晶度化に大いに寄与させることができる。 The step (I) is a step of mixing all the raw material compounds of the lithium compound, the silicic acid compound and the phosphoric acid compound with water to prepare a mixed solution (A) having a pH of 9 to 14 at 25°C. is there. As described above, by using the above-mentioned raw material compound for obtaining the LISICON type crystal particles and water, and obtaining the mixed solution (A) in which the pH is controlled within the above range, the hydrothermal reaction in the step (II) described later can be performed. In the hydrothermal reaction product obtained by adding, the homogeneity of the chemical composition can be enhanced, and it can greatly contribute to the miniaturization and high crystallinity of LISICON type crystal particles.

上記原料化合物の1種として用い得るリチウム化合物としては、水酸化物、塩化物、炭酸塩、硫酸塩、及び有機酸塩から選ばれる1種又は2種以上が挙げられる。より具体的には、例えば、水酸化リチウム又はその水和物、過酸化リチウム、塩化リチウム、炭酸リチウム、硫酸リチウム、酢酸リチウム、シュウ酸リチウム等を好適に用いることができる。 Examples of the lithium compound that can be used as one of the above-mentioned raw material compounds include one or more selected from hydroxides, chlorides, carbonates, sulfates, and organic acid salts. More specifically, for example, lithium hydroxide or a hydrate thereof, lithium peroxide, lithium chloride, lithium carbonate, lithium sulfate, lithium acetate, lithium oxalate and the like can be preferably used.

リチウム化合物とともに、原料化合物の1種として用い得るケイ酸化合物としては、反応性のあるシリカ化合物であれば特に限定されず、二酸化ケイ素、非晶質シリカ、Na4SiO4(例えばNa4SiO4・H2O)等が挙げられる。 The silicic acid compound that can be used as one of the raw material compounds together with the lithium compound is not particularly limited as long as it is a reactive silica compound, and includes silicon dioxide, amorphous silica, Na 4 SiO 4 (for example, Na 4 SiO 4 · H 2 O), and the like.

なお、ケイ酸化合物は、工程(II)での水熱反応を効率的に生じさせて、化学組成の均質性及び結晶度が高く、かつ充分に小径化されてなる水熱反応生成物を得る観点から、細粒であることが好ましく、平均粒径が、好ましくは100nm以下、より好ましくは75nm以下である。 The silicic acid compound efficiently causes the hydrothermal reaction in the step (II) to obtain a hydrothermal reaction product having a high homogeneity of chemical composition and high crystallinity and a sufficiently reduced diameter. From the viewpoint, fine particles are preferable, and the average particle diameter is preferably 100 nm or less, more preferably 75 nm or less.

また、リン酸化合物としては、オルトリン酸(H3PO4、リン酸)、メタリン酸、ピロリン酸、三リン酸、四リン酸、リン酸アンモニウム、リン酸水素アンモニウム等が挙げられる。なかでも、得られる混合液(A)のpHを制御するためのpH調整剤としても作用させ得る観点から、リン酸を用いるのが好ましく、70質量%〜90質量%濃度の水溶液として用いるのが好ましい。 Examples of the phosphoric acid compound include orthophosphoric acid (H 3 PO 4 , phosphoric acid), metaphosphoric acid, pyrophosphoric acid, triphosphoric acid, tetraphosphoric acid, ammonium phosphate, ammonium hydrogenphosphate and the like. Among them, phosphoric acid is preferably used from the viewpoint of being able to act also as a pH adjuster for controlling the pH of the resulting mixed liquid (A), and is used as an aqueous solution having a concentration of 70% by mass to 90% by mass. preferable.

原料化合物は、リチウム化合物、ケイ酸化合物及びリン酸化合物の3種の化合物からなる。工程(I)においては、これら原料化合物の全てを一括して用いる。 The raw material compound is composed of three kinds of compounds of a lithium compound, a silicic acid compound and a phosphoric acid compound. In the step (I), all of these raw material compounds are used collectively.

かかる工程(I)では、具体的には、リチウム化合物、ケイ酸化合物及び水を含有する混合液(a−1)と、リン酸化合物及び水を含有する混合液(a−2)を各々調製した後、これらの2種の混合液を混合して混合液(A)を調製する。これにより、得られる混合液(A)中には、原料化合物の全てと水が存在することとなり、かつ化学組成の均質性が高く充分に小径化されてなる反応生成物、すなわちリン酸三リチウムと、原料化合物として添加されたケイ酸化合物の混合物が含有されることとなり、LISICON型結晶粒子の微細化を効果的に図ることができる。 In the step (I), specifically, a mixed solution (a-1) containing a lithium compound, a silicic acid compound and water and a mixed solution (a-2) containing a phosphoric acid compound and water are prepared, respectively. After that, these two kinds of mixed solutions are mixed to prepare a mixed solution (A). As a result, all the raw material compounds and water are present in the resulting mixed liquid (A), and the reaction product having a high homogeneity of the chemical composition and a sufficiently reduced diameter, that is, trilithium phosphate. Since the mixture of the silicic acid compound added as the raw material compound is contained, it is possible to effectively miniaturize the LISICON type crystal particles.

混合液(a−1)は、リチウム化合物及びケイ酸化合物を水に混合することにより調製する。かかる混合液(a−1)におけるこれらリチウム化合物及びケイ酸化合物の合計含有量は、混合液(a−2)との混合によって生じる反応生成物の化学組成の均質性を高める観点から、混合液(a−1)中の水100質量部に対し、好ましくは1質量部〜50質量部であり、より好ましくは5質量部〜30質量部であり、さらに好ましくは5質量部〜20質量部である。 The mixed liquid (a-1) is prepared by mixing a lithium compound and a silicic acid compound with water. The total content of the lithium compound and the silicic acid compound in the mixed solution (a-1) is a mixed solution from the viewpoint of increasing the homogeneity of the chemical composition of the reaction product generated by mixing with the mixed solution (a-2). With respect to 100 parts by mass of water in (a-1), it is preferably 1 part by mass to 50 parts by mass, more preferably 5 parts by mass to 30 parts by mass, and further preferably 5 parts by mass to 20 parts by mass. is there.

また、混合液(a−1)を調製するにあたり、リチウム化合物及びケイ酸化合物の混合割合は、モル比(Li:Si)で、好ましくは3.1:0.1〜4:1であり、より好ましくは3.1:0.1〜3.9:0.9であり、さらに好ましくは3.2:0.2〜3.8:0.8である。 In preparing the mixed liquid (a-1), the mixing ratio of the lithium compound and the silicic acid compound is a molar ratio (Li:Si), preferably 3.1:0.1 to 4:1. It is more preferably 3.1:0.1 to 3.9:0.9, and even more preferably 3.2:0.2 to 3.8:0.8.

混合液(a−1)は、各成分をより均一に分散させる観点から、混合液(a−2)と混合する前に、予め撹拌してもよい。混合液(a−1)を撹拌する時間は、好ましくは5分間〜3時間であり、より好ましくは10分間〜2時間であり、さらに好ましくは15分間〜90分間である。撹拌速度は、反応容器内壁面での混合液(a−1)の流速に換算して、好ましくは10cm/秒〜200cm/秒であり、より好ましくは15cm/秒〜150cm/秒、さらに好ましくは20cm/秒〜100cm/秒である。 The mixed solution (a-1) may be previously stirred before being mixed with the mixed solution (a-2) from the viewpoint of more uniformly dispersing each component. The time for stirring the mixed solution (a-1) is preferably 5 minutes to 3 hours, more preferably 10 minutes to 2 hours, and further preferably 15 minutes to 90 minutes. The stirring speed is preferably 10 cm/sec to 200 cm/sec, more preferably 15 cm/sec to 150 cm/sec, even more preferably converted to the flow rate of the mixed liquid (a-1) on the inner wall surface of the reaction vessel. 20 cm/sec to 100 cm/sec.

混合液(a−2)は、リン酸化合物及び水を混合することにより調製する。かかる混合液(a−2)におけるリン酸化合物の含有量は、混合液(a−2)中の水100質量部に対し、好ましくは3質量部〜20質量部であり、より好ましくは5質量部〜15質量部であり、さらに好ましくは7質量部〜15質量部である。 The mixed solution (a-2) is prepared by mixing the phosphoric acid compound and water. The content of the phosphoric acid compound in the mixed solution (a-2) is preferably 3 parts by mass to 20 parts by mass, and more preferably 5 parts by mass, relative to 100 parts by mass of water in the mixed solution (a-2). Parts to 15 parts by mass, more preferably 7 parts to 15 parts by mass.

混合液(a−2)の25℃におけるpHは、得られる混合液(A)の25℃におけるpHを9〜14に調整する観点から、好ましくは12〜14であり、より好ましくは12.5〜14であり、さらに好ましくは13〜14である。混合液(a−2)のpHを上記範囲に調整する上で、さらにpH調整剤を用いてもよい。かかるpH調整剤は、特に限定されるものではないが、混合液(a−2)のpH調整を容易に行う観点から、水酸化リチウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム又は水酸化アンモニウム等の水酸化物を用いるのが好ましい。 The pH of the mixed liquid (a-2) at 25°C is preferably 12 to 14, and more preferably 12.5, from the viewpoint of adjusting the pH of the resulting mixed liquid (A) at 25°C to 9 to 14. It is -14, More preferably, it is 13-14. In adjusting the pH of the mixed solution (a-2) within the above range, a pH adjustor may be further used. The pH adjuster is not particularly limited, but from the viewpoint of easily adjusting the pH of the mixed solution (a-2), water such as lithium hydroxide, sodium hydroxide, potassium hydroxide or ammonium hydroxide is used. Preference is given to using oxides.

混合液(a−2)は、各成分をより均一に溶解又は分散させる観点から、混合液(a−1)と混合する前に、予め撹拌してもよい。混合液(a−2)を撹拌する時間は、好ましくは1分間〜30分間であり、より好ましくは2分間〜20分間であり、さらに好ましくは2分間〜10分間である。また撹拌速度は、反応容器内壁面での混合液(a−2)の流速に換算して、好ましくは10cm/秒〜200cm/秒であり、より好ましくは15cm/秒〜150cm/秒、さらに好ましくは20cm/秒〜100cm/秒である。 The mixed solution (a-2) may be previously stirred before being mixed with the mixed solution (a-1) from the viewpoint of more uniformly dissolving or dispersing each component. The time for stirring the mixed solution (a-2) is preferably 1 minute to 30 minutes, more preferably 2 minutes to 20 minutes, and further preferably 2 minutes to 10 minutes. The stirring speed is preferably 10 cm/sec to 200 cm/sec, more preferably 15 cm/sec to 150 cm/sec, and even more preferably converted to the flow rate of the mixed liquid (a-2) on the inner wall surface of the reaction vessel. Is 20 cm/sec to 100 cm/sec.

次いで、工程(I)では、上記混合液(a−1)と上記混合液(a−2)とを混合して、混合液(A)とする。混合液(a−1)と混合液(a−2)の混合方法は、特に限定されるものではないが、撹拌している混合液(a−1)に混合液(a−2)を滴下するのが好ましい。このように、リチウム化合物及びケイ酸化合物を含む混合液(a−1)に、リン酸化合物を含む混合液(a−2)を滴下して少量ずつ加えることにより、原料化合物の全てと水を含有しつつ、反応生成物の化学組成の均質性を一層高めることができる。
この際、混合液(a−2)の混合液(a−1)への滴下速度は、10質量部の混合液(a−1)に対し、好ましくは0.1質量部/分〜0.4質量部/分であり、より好ましくは0.15質量部/分〜0.4質量部/分であり、さらに好ましくは0.2質量部/分〜0.35質量部/分である。混合液(a−2)を滴下する際の混合液(a−1)の撹拌速度は、反応容器内壁面での混合液(a−1)の流速に換算して、好ましくは10cm/秒〜200cm/秒であり、より好ましくは15cm/秒〜150cm/秒、さらに好ましくは20cm/秒〜100cm/秒である。
Next, in the step (I), the mixed solution (a-1) and the mixed solution (a-2) are mixed to obtain a mixed solution (A). The method for mixing the mixed solution (a-1) and the mixed solution (a-2) is not particularly limited, but the mixed solution (a-2) is added dropwise to the stirred mixed solution (a-1). Preferably. As described above, the mixture liquid (a-1) containing the lithium compound and the silicic acid compound was added dropwise to the mixture liquid (a-2) containing the phosphoric acid compound to add all of the raw material compounds and water. While containing, the homogeneity of the chemical composition of the reaction product can be further enhanced.
At this time, the dropping rate of the mixed solution (a-2) to the mixed solution (a-1) is preferably 0.1 part by mass/min to 0. It is 4 parts by mass/min, more preferably 0.15 parts by mass/min to 0.4 parts by mass/min, and even more preferably 0.2 parts by mass/min to 0.35 parts by mass/min. The stirring speed of the mixed solution (a-1) when the mixed solution (a-2) is dropped is preferably 10 cm/sec or more in terms of the flow rate of the mixed solution (a-1) on the inner wall surface of the reaction vessel. It is 200 cm/sec, more preferably 15 cm/sec to 150 cm/sec, and even more preferably 20 cm/sec to 100 cm/sec.

混合液(A)を得るにあたり、混合する混合液(a−1)と混合液(a−2)との質量比((a−1):(a−2))は、好ましくは20:1〜1:4であり、より好ましくは10:1〜1:3であり、さらに好ましくは5:1〜2:3である。 In obtaining the mixed solution (A), the mass ratio ((a-1):(a-2)) of the mixed solution (a-1) and the mixed solution (a-2) to be mixed is preferably 20:1. ˜1:4, more preferably 10:1 to 1:3, and even more preferably 5:1 to 2:3.

混合液(a−1)と混合液(a−2)を混合する際の混合液(a−1)の温度は、好ましくは10℃〜80℃であり、より好ましくは15℃〜70℃であり、さらに好ましくは20℃〜60℃である。また混合液(a−2)の温度は、好ましくは10℃〜80℃であり、より好ましくは15℃〜70℃であり、さらに好ましくは20℃〜60℃である。 The temperature of the mixed solution (a-1) when the mixed solution (a-1) and the mixed solution (a-2) are mixed is preferably 10°C to 80°C, more preferably 15°C to 70°C. Yes, and more preferably 20°C to 60°C. The temperature of the mixed solution (a-2) is preferably 10°C to 80°C, more preferably 15°C to 70°C, and further preferably 20°C to 60°C.

混合液(a−1)と混合液(a−2)を混合する時間は、好ましくは10分間〜24時間であり、より好ましくは15分間〜18時間であり、さらに好ましくは30分間〜12時間である。またこの際、各成分をより均一に溶解又は分散させ、反応生成物の化学組成の均質性を高める観点から、撹拌してもよい。撹拌速度は、反応容器内壁面での混合液(A)の流速に換算して、好ましくは10cm/秒〜200cm/秒であり、より好ましくは15cm/秒〜150cm/秒、さらに好ましくは20cm/秒〜100cm/秒である。 The time for mixing the mixed solution (a-1) and the mixed solution (a-2) is preferably 10 minutes to 24 hours, more preferably 15 minutes to 18 hours, and further preferably 30 minutes to 12 hours. Is. In addition, at this time, stirring may be performed in order to dissolve or disperse each component more uniformly and enhance homogeneity of the chemical composition of the reaction product. The stirring speed is preferably 10 cm/sec to 200 cm/sec, more preferably 15 cm/sec to 150 cm/sec, and even more preferably 20 cm/, in terms of the flow rate of the mixed solution (A) on the inner wall surface of the reaction vessel. Second to 100 cm/sec.

混合液(a−1)と混合液(a−2)を混合することによって、原料化合物を全部一括して混合することとなり、リチウムリン酸塩及び原料化合物として添加されたケイ酸化合物を含有する混合液(A)が得られる。これらリン酸三リチウム及びケイ酸化合物は、平均粒径が100nm以下の微粒子であり、後述する工程(II)において水熱反応に付す工程を経ることにより、LISICON型結晶粒子の前駆体混合物(B)を良好に生成する。かかる混合液(A)中におけるリチウムリン酸塩及びケイ酸化合物の合計含有量は、混合液(A)中に、好ましくは0.5質量%〜40質量%であり、より好ましくは1質量%〜35質量%であり、さらに好ましくは1.5質量%〜30質量%である。また、混合液(A)の25℃におけるpHは、9〜14であって、好ましくは10〜14であり、より好ましくは10.5〜14である。かかる範囲内となるよう混合液(A)のpHを調整するにあたり、必要に応じて上記pH調整剤を用いてもよい。
なお、混合液(A)中において、リチウムリン酸塩が生成され、混合物として含有されてなることは、X線回折によって確認することができる。
By mixing the mixed solution (a-1) and the mixed solution (a-2), all the raw material compounds are mixed together, and the lithium phosphate and the silicic acid compound added as the raw material compound are contained. A mixed solution (A) is obtained. The trilithium phosphate and the silicic acid compound are fine particles having an average particle size of 100 nm or less, and by undergoing a step of subjecting to a hydrothermal reaction in the step (II) described later, a precursor mixture (B ) Is generated well. The total content of the lithium phosphate and the silicic acid compound in the mixed solution (A) is preferably 0.5% by mass to 40% by mass, more preferably 1% by mass, in the mixed solution (A). Is 35% by mass, more preferably 1.5% by mass to 30% by mass. Further, the pH of the mixed liquid (A) at 25° C. is 9 to 14, preferably 10 to 14, and more preferably 10.5 to 14. When adjusting the pH of the mixed solution (A) so as to be within such a range, the above pH adjuster may be used if necessary.
In addition, it can be confirmed by X-ray diffraction that lithium phosphate is produced in the mixed solution (A) and is contained as a mixture.

工程(II)は、工程(I)で得られた混合液(A)を100℃以上の水熱反応に付した後、水熱反応生成物を洗浄し、次いで乾燥して、前駆体混合物(B)を得る工程である。かかる工程(II)における水熱反応は、原料化合物の全てと水を含有する混合液(A)を充填した反応容器を圧力容器等に格納して加圧下で行う。 In the step (II), the mixed solution (A) obtained in the step (I) is subjected to a hydrothermal reaction at 100° C. or higher, the hydrothermal reaction product is washed, and then dried to obtain a precursor mixture ( This is the step of obtaining B). The hydrothermal reaction in the step (II) is carried out under pressure by storing a reaction container filled with the mixed liquid (A) containing all the raw material compounds and water in a pressure container or the like.

なお、工程(II)に移行する前に、予め工程(I)で得られた混合液(A)を撹拌する場合、かかる撹拌は反応容器内で行えばよく、次いで反応容器を圧力容器等に格納すればよい。かかる撹拌は、LISICON型結晶粒子の前駆体混合物を効率的に生成させる観点から、圧力容器等に格納された反応容器内において工程(II)における水熱反応が完了するまで継続するのが好ましい。この際における混合液(A)の撹拌速度は、反応容器内壁面での混合液(A)の流速に換算して、好ましくは15cm/秒以上であり、より好ましくは15cm/秒〜80cm/秒であり、さらに好ましくは15cm/秒〜70cm/秒である。撹拌方法としては、この撹拌速度が実現可能であれば特に限定されないが、例えば撹拌羽根を用いる方法、又は特開2014−118328号公報に記載のポンプを使用して合成容器中のスラリーを撹拌する方法等を好適に使用することができる。
さらに、上記撹拌方法を用いる際に、混合液(A)全体において均一に水熱反応を生じさせる観点から、反応容器内に邪魔板を設置したり、撹拌翼の回転方向やポンプの送液方向を間欠的に逆転したりすることによって、混合液(A)の流れに擾乱を生じさせるのが有効である。
When the mixed solution (A) obtained in the step (I) is stirred before proceeding to the step (II), such stirring may be performed in the reaction vessel, and then the reaction vessel is changed to a pressure vessel or the like. Just store it. From the viewpoint of efficiently producing the precursor mixture of LISICON type crystal particles, such stirring is preferably continued until the hydrothermal reaction in step (II) is completed in the reaction vessel stored in a pressure vessel or the like. The stirring speed of the mixed liquid (A) at this time is preferably 15 cm/sec or more, more preferably 15 cm/sec to 80 cm/sec, in terms of the flow rate of the mixed liquid (A) on the inner wall surface of the reaction vessel. And more preferably 15 cm/sec to 70 cm/sec. The stirring method is not particularly limited as long as this stirring speed can be realized, but for example, a method using a stirring blade or a slurry described in JP-A-2014-118328 is used to stir the slurry in the synthesis container. A method etc. can be used conveniently.
Furthermore, when using the above stirring method, from the viewpoint of causing a uniform hydrothermal reaction in the entire liquid mixture (A), a baffle plate is installed in the reaction vessel, the rotating direction of the stirring blades, or the liquid feeding direction of the pump. It is effective to cause a disturbance in the flow of the mixed liquid (A) by intermittently reversing.

水熱反応に付す際の混合液(A)の温度(反応温度)は、100℃以上であればよく、好ましくは130℃〜250℃であり、より好ましくは140℃〜230℃である。この際の圧力及び反応時間は、反応温度が100℃以上の場合は0.3MPa以上で10分間以上が好ましく、130℃〜250℃で反応を行う場合は0.3MPa〜2MPaで10分間〜24時間が好ましく、140℃〜230℃で反応を行う場合は0.4MPa〜1.8MPaで10分間〜16時間が好ましい。 The temperature (reaction temperature) of the mixed solution (A) when subjected to the hydrothermal reaction may be 100° C. or higher, preferably 130° C. to 250° C., and more preferably 140° C. to 230° C. The pressure and reaction time at this time are preferably 0.3 MPa or more and 10 minutes or more when the reaction temperature is 100° C. or more, and 0.3 MPa to 2 MPa and 10 minutes to 24 when the reaction is performed at 130° C. to 250° C. Time is preferable, and when the reaction is performed at 140° C. to 230° C., 0.4 MPa to 1.8 MPa and 10 minutes to 16 hours are preferable.

また、水熱反応における反応容器内の雰囲気は限定されるものではないが、雰囲気の調整の容易性の観点から、空気下又は水蒸気下が好ましい。 Further, the atmosphere in the reaction vessel in the hydrothermal reaction is not limited, but is preferably under air or under steam from the viewpoint of easy adjustment of the atmosphere.

次いで、混合液(A)を上記水熱反応に付した後、水熱反応生成物を洗浄し、次いで乾燥する。かかる水熱反応生成物は、水熱反応後の混合液(A)を固液分離すればよく、得られる水熱反応生成物は、リン酸リチウムとケイ酸リチウムとの混合物、すなわちLISICON型結晶粒子の前駆体混合物(B)が含有されてなる。固液分離に用いる装置としては、例えば、フィルタープレス機、遠心濾過機等が挙げられる。なかでも、効率的に水熱反応生成物を得る観点から、フィルタープレス機を用いるのが好ましい。 Then, the mixed solution (A) is subjected to the hydrothermal reaction, and then the hydrothermal reaction product is washed and then dried. Such a hydrothermal reaction product may be obtained by solid-liquid separation of the mixed solution (A) after the hydrothermal reaction, and the resulting hydrothermal reaction product is a mixture of lithium phosphate and lithium silicate, that is, a LIICON type crystal. A precursor mixture (B) of particles is contained. Examples of the apparatus used for solid-liquid separation include a filter press machine and a centrifugal filter machine. Above all, it is preferable to use a filter press machine from the viewpoint of efficiently obtaining the hydrothermal reaction product.

次いで、回収された水熱反応生成物は、原料由来のアニオン成分等の水溶性不純物を効果的に除去する観点から、洗浄する。かかる洗浄には水を用いればよく、その水の量は、水熱反応生成物の乾燥質量1質量部に対し、好ましくは5質量部〜50質量部であり、より好ましくは7質量部〜50質量部であり、さらに好ましくは9質量部〜50質量部である。かかる水の温度は、水溶性不純物を効果的に除去する観点から、好ましくは5℃〜70℃であり、より好ましくは20℃〜70℃である。 Next, the recovered hydrothermal reaction product is washed from the viewpoint of effectively removing water-soluble impurities such as anion components derived from the raw materials. Water may be used for such washing, and the amount of water is preferably 5 parts by mass to 50 parts by mass, and more preferably 7 parts by mass to 50 parts by mass with respect to 1 part by mass of dry mass of the hydrothermal reaction product. It is a mass part, More preferably, it is 9 mass parts-50 mass parts. The temperature of such water is preferably 5°C to 70°C, more preferably 20°C to 70°C from the viewpoint of effectively removing water-soluble impurities.

洗浄した水熱反応生成物は、次に乾燥する。乾燥手段としては、噴霧乾燥、箱型乾燥、流動床乾燥、外熱式乾燥、凍結乾燥、真空乾燥等が挙げられるが、なかでも、後述する工程(III)における焼成を経ることによって得られるLISICON型結晶粒子が、必要以上に成長するのを有効に制御して充分に微細化を図る観点から、噴霧乾燥とするのが好ましい。 The washed hydrothermal reaction product is then dried. Examples of the drying means include spray drying, box drying, fluidized bed drying, external heating drying, freeze drying, vacuum drying, and the like. From the viewpoint of effectively controlling the growth of the shaped crystal particles more than necessary and achieving sufficient miniaturization, spray drying is preferable.

乾燥後に得られる前駆体混合物(B)は、リン酸リチウムとケイ酸リチウムとの混合物である。かかる前駆体混合物(B)の平均粒径は、レーザー回折・散乱法に基づく粒度分布におけるD50値で、好ましくは5nm〜250nmであり、より好ましくは10nm〜200nmである。ここで、粒度分布測定におけD50値とは、レーザー回折・散乱法に基づく体積基準の粒度分布により得られる値であり、D50値は累積50%での粒径(メジアン径)を意味する。したがって、乾燥手段として噴霧乾燥を採用する場合、用いるスプレードライヤーの運転条件を適宜最適化することにより、かかる前駆体混合物(B)の粒径を調整すればよい。 The precursor mixture (B) obtained after drying is a mixture of lithium phosphate and lithium silicate. The average particle size of the precursor mixture (B) is a D 50 value in the particle size distribution based on the laser diffraction/scattering method, and is preferably 5 nm to 250 nm, more preferably 10 nm to 200 nm. Here, the D 50 value in the particle size distribution measurement is a value obtained by a volume-based particle size distribution based on a laser diffraction/scattering method, and the D 50 value means a particle size (median diameter) at a cumulative 50%. To do. Therefore, when spray drying is adopted as the drying means, the particle size of the precursor mixture (B) may be adjusted by appropriately optimizing the operating conditions of the spray dryer used.

工程(III)は、工程(II)で得られた前駆体混合物(B)を400℃〜1000℃で焼成する工程である。かかる工程(III)を経ることにより、極めて結晶度が高く微細な粒子であって高純度である、リチウムイオン二次電池の固体電解質として非常に有用なLISICON型結晶粒子を得ることができる。 The step (III) is a step of firing the precursor mixture (B) obtained in the step (II) at 400°C to 1000°C. By passing through the step (III), it is possible to obtain LISICON type crystal particles which are fine particles having extremely high crystallinity and high purity and which are very useful as a solid electrolyte of a lithium ion secondary battery.

工程(III)における焼成温度は、得られるLISICON型結晶粒子の結晶性を高めつつ、有効に微細化を図る観点から、400℃〜1000℃であって、好ましくは500℃〜900℃であり、より好ましくは600℃〜800℃である。また焼成時間は、同様の観点から、好ましくは0.5時間〜30時間であり、より好ましくは1時間〜24時間であり、さらに好ましくは1時間〜18時間である。 The firing temperature in step (III) is 400° C. to 1000° C., preferably 500° C. to 900° C., from the viewpoint of effectively refining while increasing the crystallinity of the obtained LISICON type crystal particles. More preferably, it is 600°C to 800°C. From the same viewpoint, the firing time is preferably 0.5 hours to 30 hours, more preferably 1 hour to 24 hours, and further preferably 1 hour to 18 hours.

上記焼成における雰囲気は、特に限定されるものではなく、大気雰囲気下、不活性ガス雰囲気下又は還元条件下のいずれであってもよいが、簡便性の観点から、大気雰囲気下が好ましい。かかる焼成に用いる装置としては、温度の調整が可能な物であれば特に限定されず、バッチ式、連続式、加熱方式(間接又は直接)のいずれの方式のものも使用することができ、例えば、外熱キルンやローラーハース等の焼成炉が挙げられる。 The atmosphere in the above firing is not particularly limited, and may be any of an air atmosphere, an inert gas atmosphere or a reducing condition, but from the viewpoint of simplicity, the air atmosphere is preferable. The apparatus used for such firing is not particularly limited as long as the temperature can be adjusted, and batch type, continuous type, and heating type (indirect or direct) types can be used. , An external heat kiln, a roller hearth, and other firing furnaces.

本発明の方法により製造されるLISICON型結晶粒子の平均粒径は、好ましくは70nm〜300nmであり、より好ましくは70nm〜250nmであり、さらに好ましくは70nm〜200nmである。
ここで、LISICON型結晶粒子の平均粒径とは、SEM又はTEMの電子顕微鏡を用いた観察における、数十個の粒子の粒径(長軸の長さ)の測定値の平均値を意味する。
The average particle size of the LISICON type crystal particles produced by the method of the present invention is preferably 70 nm to 300 nm, more preferably 70 nm to 250 nm, and further preferably 70 nm to 200 nm.
Here, the average particle size of the LISICON type crystal particles means the average value of the measured values of the particle size (long axis length) of several tens of particles in the observation using an electron microscope of SEM or TEM. ..

また、得られるLISICON型結晶粒子のBET比表面積は、充放電特性に優れたリチウムイオン二次電池を得る観点から、好ましくは3m2/g以上であり、より好ましくは5m2/g以上であり、さらに好ましくは7m2/g以上である。 Further, the BET specific surface area of the obtained LISICON type crystal particles is preferably 3 m 2 /g or more, more preferably 5 m 2 /g or more from the viewpoint of obtaining a lithium ion secondary battery having excellent charge/discharge characteristics. And more preferably 7 m 2 /g or more.

なお、本発明の方法により製造されるLISICON型結晶粒子は、例えばSO3等の水溶性不純物の含有量が極めて少ない粒子である。例えば、用いる原料化合物として硫酸塩を用いた場合、得られるLISICON型結晶粒子中の水溶性不純物の含有量(SO3量)は、好ましくは500ppm以下であり、より好ましくは300ppm以下である。 The LISICON crystal particles produced by the method of the present invention are particles having a very small content of water-soluble impurities such as SO 3 . For example, when a sulfate is used as a raw material compound to be used, the content of water-soluble impurities (SO 3 amount) in the obtained LISICON type crystal particles is preferably 500 ppm or less, more preferably 300 ppm or less.

本発明の方法により製造されるLISICON型結晶粒子は、LISICON型の結晶構造を有する酸化物であり、具体的には、下記式(1)で表される。
Li4-xSi1-xx4 ・・・(1)
(式(1)中、xは0<x<1である数を示す。)
より具体的には、例えば、Li3.5Si0.50.54、Li3.9Si0.90.14、Li3.1Si0.10.94が挙げられる。
The LISICON type crystal particles produced by the method of the present invention are oxides having a LISICON type crystal structure, and are specifically represented by the following formula (1).
Li 4-x Si 1-x P x O 4 (1)
(In the formula (1), x represents a number satisfying 0<x<1.)
More specifically, for example, Li 3.5 Si 0.5 P 0.5 O 4 , Li 3.9 Si 0.9 P 0.1 O 4 , and Li 3.1 Si 0.1 P 0.9 O 4 can be mentioned.

このように、本発明の方法によれば、結晶度が高く、かつ粒径が有効に微細化されたLISICON型結晶粒子を製造することができる。したがって、優れた充放電特性を発現し得る全固体リチウムイオン二次電池用固体電解質を、簡便に得ることができる。 As described above, according to the method of the present invention, it is possible to produce LISICON-type crystal particles having a high crystallinity and effectively reducing the particle size. Therefore, it is possible to easily obtain a solid electrolyte for an all-solid-state lithium-ion secondary battery that can exhibit excellent charge/discharge characteristics.

こうして本発明の方法により製造されるLISICON型結晶粒子を固体電解質として適宜適用できるリチウムイオン二次電池としては、正極と負極と固体電解質を必須構成とするものであって、正極活物質層、固体電解質層、及び負極活物質層の順に積層配置された積層体が形成されるものであれば特に限定されない。 Thus, the lithium ion secondary battery to which the LISICON type crystal particles produced by the method of the present invention can be appropriately applied as a solid electrolyte has a positive electrode, a negative electrode, and a solid electrolyte as essential constituents. There is no particular limitation as long as it forms a laminate in which the electrolyte layer and the negative electrode active material layer are laminated in this order.

ここで、正極活物質層については、リチウムイオンを充電時には放出し、かつ放電時には吸蔵することができれば、その材料構成は特に限定されるものではなく、公知の材料構成のものを用いることができる。例えば、原料化合物を水熱反応させることにより得られる各種ポリアニオン型正極活物質からなる正極活物質層を好適に用いることができる。 Here, the material composition of the positive electrode active material layer is not particularly limited as long as lithium ions can be released during charging and can be occluded during discharging, and known material compositions can be used. .. For example, a positive electrode active material layer made of various polyanion-type positive electrode active materials obtained by hydrothermally reacting a raw material compound can be preferably used.

また、負極活物質層については、リチウムイオンを充電時には吸蔵し、かつ放電時には放出することができれば、その材料構成は特に限定されるものではなく、公知の材料構成のものを用いることができる。例えば、原料を水熱反応させることにより得られるチタンニオブ酸化物やチタン酸ナトリウムリチウム複合酸化物からなる負極活物質層を好適に用いることができる。 The material structure of the negative electrode active material layer is not particularly limited as long as it can absorb lithium ions during charging and release lithium ions during discharging, and a known material structure can be used. For example, a negative electrode active material layer made of titanium niobium oxide or sodium lithium titanate composite oxide obtained by hydrothermally reacting raw materials can be preferably used.

また、本発明の方法により製造されるLISICON型結晶粒子を用いてリチウムイオン二次電池を製造する方法としては、特に限定されず、公知の方法を使用できる。例えば、特開2017−10816号公報に記載されるように、正極活物質層、及び負極活物質層に内包される固体電解質粒子として本発明のLISICON型結晶粒子を用い、固体電解質層には、かかる固体電解質粒子以外の固体電解質を用いてもよい。 The method for producing a lithium ion secondary battery using the LISICON type crystal particles produced by the method of the present invention is not particularly limited, and a known method can be used. For example, as described in JP-A-2017-10816, the LISICON crystal particles of the present invention are used as the solid electrolyte particles contained in the positive electrode active material layer and the negative electrode active material layer, and the solid electrolyte layer is Solid electrolytes other than such solid electrolyte particles may be used.

上記の構成を有するリチウムイオン二次電池の形状としては、特に制限を受けるものではなく、コイン型、円筒型,角型等種々の形状や、ラミネート外装体に封入した不定形状であってもよい。 The shape of the lithium ion secondary battery having the above configuration is not particularly limited, and may be various shapes such as a coin shape, a cylindrical shape, and a square shape, or an indefinite shape enclosed in a laminate outer package. ..

以下、本発明について、実施例に基づき具体的に説明する。なお、表中に特に示さない限り、各成分の含有量は質量%を示す。 Hereinafter, the present invention will be specifically described based on Examples. Unless otherwise specified in the table, the content of each component is% by mass.

[製造例1](LiCoPO4正極活物質粒子の製造)
LiOH・H2Oを12.72gと水40mLを混合して、スラリー(c−1)を得た。得られたスラリー(c−1)を、25℃の温度に保持しながら3分間撹拌しつつ85質量%のH3PO4を11.53g、35mL/分で滴下し、撹拌速度400rpmで1時間撹拌することにより、Li3PO4スラリー(c−2)を得た。次に、得られたLi3PO4スラリー(c−2)全量に対し、CoSO4・7H2Oを21.08g添加して、スラリー(c−3)とした後、これをオートクレーブに投入し、170℃で1時間の水熱反応を行った。オートクレーブ内の圧力は、0.8MPaであった。生成した水熱反応物をろ過し、次いで、水熱反応物1質量部に対して12質量部の水により洗浄した。洗浄した水熱反応物を−50℃で12時間凍結乾燥して、LiCoPO4正極活物質粒子(粒子径100nm)を得た。
[Production Example 1] (Production of LiCoPO 4 positive electrode active material particles)
12.72 g of LiOH.H 2 O and 40 mL of water were mixed to obtain a slurry (c-1). While maintaining the obtained slurry (c-1) at a temperature of 25° C. for 3 minutes while stirring, 85% by mass of H 3 PO 4 was added dropwise at 35 mL/min at 11.53 g, and the stirring speed was 400 rpm for 1 hour. by stirring, to obtain a Li 3 PO 4 slurry (c-2). Next, 21.08 g of CoSO 4 .7H 2 O was added to the total amount of the obtained Li 3 PO 4 slurry (c-2) to prepare a slurry (c-3), which was then placed in an autoclave. The hydrothermal reaction was carried out at 170° C. for 1 hour. The pressure inside the autoclave was 0.8 MPa. The generated hydrothermal reaction product was filtered, and then washed with 12 parts by mass of water with respect to 1 part by mass of the hydrothermal reaction product. The washed hydrothermal reaction product was freeze-dried at −50° C. for 12 hours to obtain LiCoPO 4 positive electrode active material particles (particle diameter 100 nm).

[実施例1]
水40mLにLiOH・H2O 4.5g及びSiO2 0.9gを混合して、混合液(a−1)1を得た。25℃における混合液(a−1)1のpHは13.5であった。次いで、得られた混合液(a−1)1を25℃の温度に保持しながら、撹拌速度200rpmで10分間撹拌した後、そのまま撹拌を継続している混合液(a−1)1に、85%H3PO4 1.73gを50mL/分で全量滴下して混合した後、さらに撹拌速度200rpmで30分間撹拌して混合液(A)1を得た。かかる混合液(A)1の25℃におけるpHは12、生成したLi3PO4及びSiO2の合計含有量は6質量%であった。
[Example 1]
4.5 g of LiOH.H 2 O and 0.9 g of SiO 2 were mixed with 40 mL of water to obtain a mixed liquid (a-1) 1 . The pH of the mixed solution (a-1) 1 at 25° C. was 13.5. Next, while maintaining the obtained mixed liquid (a-1) 1 at a temperature of 25° C. and stirring at a stirring speed of 200 rpm for 10 minutes, the mixed liquid (a-1) 1 which was continuously stirred was After the entire amount of 1.73 g of 85% H 3 PO 4 was dropped and mixed at 50 mL/min, the mixture was further stirred at a stirring speed of 200 rpm for 30 minutes to obtain a mixed liquid (A) 1 . The pH of this mixed solution (A) 1 at 25° C. was 12, and the total content of the produced Li 3 PO 4 and SiO 2 was 6 mass %.

得られた混合液(A)1をオートクレーブに投入し、170℃、1.0MPaでの水熱反応を6時間行った。生成した固形分を吸引ろ過し、次いで得られた固形分を固形分1質量部に対して5質量部の水で洗浄した後、80℃で12時間恒温乾燥して前駆体混合物(B)1を得た。X線回折法による定性分析から、得られた前駆体混合物(B)1中における混合物Li3PO4とLi4SiO4の質量比は、1:1.04であった。得られた前駆体混合物(B)1を、空気雰囲気下700℃で4時間焼成してLISICON型結晶粒子X1を得た。
得られたLISICON型結晶粒子X1は、Li3.5Si0.50.54単相であり、平均粒径は80nm、BET比表面積は25m2/gであった。得られたLISICON型結晶粒子X1のSEM写真を図1に、X線回折パターンを図2に示す。
The obtained mixed liquid (A) 1 was put into an autoclave, and a hydrothermal reaction was carried out at 170° C. and 1.0 MPa for 6 hours. The produced solid content is suction-filtered, and the obtained solid content is washed with 5 parts by mass of water per 1 part by mass of the solid content, and then dried at 80° C. for 12 hours under constant temperature to obtain a precursor mixture (B) 1 Got From the qualitative analysis by the X-ray diffraction method, the mass ratio of the mixture Li 3 PO 4 and Li 4 SiO 4 in the obtained precursor mixture (B) 1 was 1:1.04. The obtained precursor mixture (B) 1 was calcined in an air atmosphere at 700° C. for 4 hours to obtain LIICON type crystal particles X 1 .
The obtained LISICON type crystal particles X 1 were Li 3.5 Si 0.5 P 0.5 O 4 single phase, the average particle diameter was 80 nm, and the BET specific surface area was 25 m 2 /g. An SEM photograph of the obtained LISICON type crystal particles X 1 is shown in FIG. 1, and an X-ray diffraction pattern is shown in FIG.

[実施例2]
LiOH・H2Oの添加量を5.01g、SiO2の添加量を1.62g、85%H3PO4の添加量を0.35gとした以外、実施例1と同様にしてLISICON型酸化物粒子X2を得た。
得られたLISICON型酸化物粒子X2は、Li3.9Si0.90.14単相であり、平均粒径は80nm、BET比表面積は25m2/gであった。
[Example 2]
Lisicon type oxidation was performed in the same manner as in Example 1 except that the added amount of LiOH.H 2 O was 5.01 g, the added amount of SiO 2 was 1.62 g, and the added amount of 85% H 3 PO 4 was 0.35 g. Object particle X 2 was obtained.
The obtained LISICON type oxide particles X 2 were Li 3.9 Si 0.9 P 0.1 O 4 single phase, had an average particle diameter of 80 nm, and had a BET specific surface area of 25 m 2 /g.

[実施例3]
LiOH・H2Oの添加量を8.10g、SiO2の添加量を0.18g、85%H3PO4の添加量を3.11gとした以外、実施例1と同様にしてLISICON型酸化物粒子X3を得た。
得られたLISICON型酸化物粒子X3は、Li3.1Si0.10.94単相であり、平均粒径は80nm、BET比表面積は25m2/gであった。
[Example 3]
Lisicon oxidation was performed in the same manner as in Example 1 except that the amount of LiOH.H 2 O added was 8.10 g, the amount of SiO 2 added was 0.18 g, and the amount of 85% H 3 PO 4 added was 3.11 g. Object particle X 3 was obtained.
The obtained LISICON type oxide particles X 3 were a single phase of Li 3.1 Si 0.1 P 0.9 O 4 , the average particle size was 80 nm, and the BET specific surface area was 25 m 2 /g.

[比較例1]
水40mLにLi2CO3 11.38g、(NH4)H2PO4 2.30g、SiO2 1.20gを混合して、遊星ボールミルを用いて400rpmで4時間粉砕して前駆体混合物(B)を得た。得られた前駆体混合物(B)を空気雰囲気下900℃10時間焼成することにより、LISICON型結晶粒子Y1を得た。
得られたLISICON型結晶粒子Y1は、Li3.5Si0.50.54単相であり、平均粒径は500nm、BET比表面積は1m2/gであった。得られたLISICON型結晶粒子Y1のSEM写真を図3に、X線回折パターンを図4に示す。
[Comparative Example 1]
40 mL of water was mixed with 11.38 g of Li 2 CO 3, 2.30 g of (NH 4 )H 2 PO 4, and 1.20 g of SiO 2 and pulverized with a planetary ball mill at 400 rpm for 4 hours to prepare a precursor mixture (B ) Got. The obtained precursor mixture (B) was calcined in an air atmosphere at 900° C. for 10 hours to obtain LISISON type crystal particles Y 1 .
The obtained LISICON-type crystal particles Y 1 were a Li 3.5 Si 0.5 P 0.5 O 4 single phase, had an average particle diameter of 500 nm, and had a BET specific surface area of 1 m 2 /g. An SEM photograph of the obtained LISICON type crystal particles Y 1 is shown in FIG. 3, and an X-ray diffraction pattern is shown in FIG.

《評価試験》
実施例1〜3及び比較例1で得られたLISICON型結晶粒子X1〜X3及びY1を用い、全固体リチウムイオン二次電池を作製した。
具体的には、正極に製造例1で得られたLiCoPO4正極活物質粒子を用い、正極活物質:固体電解質(質量比)を75:25の配合割合で混合した後、プレス用冶具に投入して正極活物質層とした。さらに、その層上に実施例1〜3及び比較例1で得られたLISICON型結晶粒子のみをさらに投入して固体電解質層として積層させた後、ハンドプレスを用いて16MPaで2分間プレスして、φ14mmの円盤状の正極を得た。次いで、負極としてリチウム箔を固体電解質層側に取り付けることで、全固体リチウムイオン二次電池を作製した。
"Evaluation test"
Using the LISICON type crystal particles X 1 to X 3 and Y 1 obtained in Examples 1 to 3 and Comparative Example 1, an all solid lithium ion secondary battery was produced.
Specifically, the LiCoPO 4 positive electrode active material particles obtained in Production Example 1 were used for the positive electrode, and the positive electrode active material:solid electrolyte (mass ratio) was mixed at a mixing ratio of 75:25, and then charged into a pressing jig. Then, a positive electrode active material layer was formed. Furthermore, only the LISICON-type crystal particles obtained in Examples 1 to 3 and Comparative Example 1 were further added onto the layer to be laminated as a solid electrolyte layer, and then pressed at 16 MPa for 2 minutes using a hand press. , A disk-shaped positive electrode having a diameter of 14 mm was obtained. Then, a lithium foil was attached to the solid electrolyte layer side as a negative electrode to produce an all solid lithium ion secondary battery.

作製した全固体リチウムイオン二次電池を用いて、充電条件を16mA/g、電圧5.0Vの定電流充電、放電条件を16mA/g、終止電圧3.5Vの定電流放電とした場合の、16mA/gにおける放電容量を求めた。なお、充放電試験は全て45℃で行った。結果を表1に示す。 Using the manufactured all-solid-state lithium-ion secondary battery, when the charging conditions were 16 mA/g, constant current charging with a voltage of 5.0 V, and the discharging conditions were 16 mA/g, constant current discharging with a final voltage of 3.5 V, The discharge capacity at 16 mA/g was determined. All charge/discharge tests were performed at 45°C. The results are shown in Table 1.

上記結果より、実施例1の方法で得られたLISICON型結晶粒子は、比較例1の方法で得られたLISICON型結晶粒子に比して、優れた放電容量を示すことがわかる。これは、図1及び図2からも分かるとおり、実施例1の方法で得られたLISICON型結晶粒子が結晶度の高い微粒子であることによるものと考えられる。 From the above results, it can be seen that the LISICON type crystal particles obtained by the method of Example 1 exhibit an excellent discharge capacity as compared with the LISICON type crystal particles obtained by the method of Comparative Example 1. It is considered that this is because, as can be seen from FIGS. 1 and 2, the LISICON type crystal particles obtained by the method of Example 1 are fine particles having high crystallinity.

Claims (4)

次の工程(I)〜(III):
(I)リチウム化合物、ケイ酸化合物及びリン酸化合物と、水とを混合して、25℃におけるpHが9〜14である混合液を調製する工程
(II)得られた混合液を100℃以上の水熱反応に付した後、水熱反応生成物を洗浄し、次いで乾燥して、前駆体混合物を得る工程
(III)得られた前駆体混合物を400℃〜1000℃で焼成する工程
を備え、下記式(1):
Li4-xSi1-xx4(ただし、0<x<1)・・・(1)
(式(1)中、xは0<x<1である数を示す。)
で表されるリチウムイオン二次電池の固体電解質用LISICON型結晶粒子を製造する方法。
Next steps (I) to (III):
(I) A step of mixing a lithium compound, a silicic acid compound and a phosphoric acid compound with water to prepare a mixed solution having a pH of 9 to 14 at 25°C (II) The obtained mixed solution is 100°C or higher. The step of washing the hydrothermal reaction product, and then drying it to obtain a precursor mixture (III) firing the obtained precursor mixture at 400° C. to 1000° C. , The following formula (1):
Li 4-x Si 1-x P x O 4 (where 0<x<1) (1)
(In the formula (1), x represents a number satisfying 0<x<1.)
A method for producing LISICON-type crystal particles for a solid electrolyte of a lithium ion secondary battery represented by:
工程(II)において水熱反応生成物を洗浄するにあたり、水熱反応生成物の乾燥質量1質量部に対して5質量部〜50質量部の水を用いる、請求項1に記載のリチウムイオン二次電池の固体電解質用LISICON型結晶粒子を製造する方法。 In washing the hydrothermal reaction product in the step (II), 5 parts by mass to 50 parts by mass of water is used for 1 part by mass of the dry mass of the hydrothermal reaction product, and the lithium ion ion according to claim 1. A method for producing LISICON type crystal particles for a solid electrolyte of a secondary battery. 工程(III)における焼成を、大気雰囲気下、不活性ガス雰囲気下又は還元条件下で行う、請求項1又は2に記載のリチウムイオン二次電池の固体電解質用LISICON型結晶粒子を製造する方法。 The method for producing LISICON type crystal particles for a solid electrolyte of a lithium ion secondary battery according to claim 1, wherein the firing in the step (III) is performed in an air atmosphere, an inert gas atmosphere or a reducing condition. 式(1)中のxが、0.1≦x≦0.9である、請求項1〜3のいずれか1項に記載のリチウムイオン二次電池の固体電解質用LISICON型結晶粒子を製造する方法。 The LISICON type crystal particles for a solid electrolyte of a lithium ion secondary battery according to claim 1, wherein x in the formula (1) is 0.1≦x≦0.9. Method.
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