JP2020136130A - Cleaning method for solid electrolyte sheet - Google Patents

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啓 角田
英郎 山内
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Abstract

To provide a cleaning method for solid electrolyte sheet, capable of suppressing breakage and degradation of ion conductivity.SOLUTION: The cleaning method for solid electrolyte sheet includes removing foreign matter adhering to a surface of a solid electrolyte sheet by irradiating it with plasma.SELECTED DRAWING: None

Description

本発明は、携帯電子機器や電気自動車等に用いられる全固体電池の構成部材である固体電解質シートの洗浄方法に関する。 The present invention relates to a method for cleaning a solid electrolyte sheet, which is a component of an all-solid-state battery used in portable electronic devices, electric vehicles, and the like.

リチウムイオン二次電池は、モバイル機器や電気自動車等に不可欠な、高容量で軽量な電源としての地位を確立している。現行のリチウムイオン二次電池には、電解質として可燃性の有機系電解液が主に用いられているため、発火等の危険性が懸念されている。この問題を解決する方法として、有機系電解液に代えて固体電解質を使用したリチウムイオン全固体電池の開発が進められている(例えば特許文献1参照)。 Lithium-ion secondary batteries have established themselves as a high-capacity, lightweight power source that is indispensable for mobile devices and electric vehicles. Since flammable organic electrolytes are mainly used as electrolytes in the current lithium-ion secondary batteries, there is concern about the risk of ignition and the like. As a method for solving this problem, the development of a lithium ion all-solid-state battery using a solid electrolyte instead of the organic electrolyte is underway (see, for example, Patent Document 1).

また、リチウムは世界的な原材料の高騰の懸念があるため、リチウムに代わる材料としてナトリウムも注目されており、固体電解質としてNASICON型のNaZrSiPO12からなるナトリウムイオン伝導性結晶を使用したナトリウムイオン全固体電池が提案されている(例えば特許文献2参照)。その他、β−アルミナ(理論組成式:NaO・11Al)やβ”−アルミナ(理論組成式:NaO・5.3Al)、LiO安定化β”−アルミナ(Na1.7Li0.3Al10.717)、MgO安定化β”−アルミナ((Al10.32Mg0.6816)(Na1.68O))といったベータアルミナ系固体電解質やNaYSi12も高いナトリウムイオン伝導性を示すことが知られており、これらの固体電解質もナトリウムイオン全固体電池用として使用することができる。 In addition, since lithium is a concern about the soaring price of raw materials worldwide, sodium is also attracting attention as a material to replace lithium, and as a solid electrolyte, sodium ion conductive crystals composed of NASICON type Na 3 Zr 2 Si 2 PO 12 are used. The sodium ion all-solid-state battery used has been proposed (see, for example, Patent Document 2). In addition, β-alumina (theoretical composition formula: Na 2 O ・ 11Al 2 O 3 ), β ”-alumina (theoretical composition formula: Na 2 O ・ 5.3 Al 2 O 3 ), Li 2 O stabilized β” -alumina Beta-alumina solids such as (Na 1.7 Li 0.3 Al 10.7 O 17 ) and MgO stabilized β "-alumina ((Al 10.32 Mg 0.68 O 16 ) (Na 1.68 O)). Electrolytes and Na 5 YSi 4 O 12 are also known to exhibit high sodium ion conductivity, and these solid electrolytes can also be used for sodium ion all-solid-state batteries.

上記の固体電解質は高いイオン伝導性を示すものの、大気中で保存すると空気中の水分や炭酸ガスと反応して固体電解質表面にNaCO等の炭酸塩やNaOH等の水酸化物の被膜が生じること、あるいは有機汚れが付着すること等、により界面抵抗が生じ電池性能が低下することが問題となっている。固体電解質から表面被膜や有機汚れを除去する方法として、研磨紙等で表面を研磨する方法が最も一般的であり、他にも砂やドライアイス粒子を表面に噴射し洗浄するサンドブラストやドライアイスブラスト、あるいは酸性水溶液やpHを調整した有機溶剤等の洗浄液への浸漬による方法が提案されている。 Although the above solid electrolyte exhibits high ionic conductivity, when stored in the air, it reacts with moisture and carbon dioxide in the air to form a coating of carbonates such as Na 2 CO 3 and hydroxides such as NaOH on the surface of the solid electrolyte. There is a problem that interfacial resistance is generated due to the occurrence of carbon dioxide or the adhesion of organic stains, and the battery performance is deteriorated. The most common method for removing surface coatings and organic stains from solid electrolytes is to polish the surface with abrasive paper, etc. In addition, sandblasting or dry ice blasting that sprays sand or dry ice particles onto the surface to clean it. Alternatively, a method of immersing in a cleaning solution such as an acidic aqueous solution or an organic solvent having an adjusted pH has been proposed.

特開平5−205741号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 5-205741 特開2010−15782号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2010-15782

イオン伝導率やエネルギー密度等の電池特性を向上させるために、固体電解質をシート状に成形したものが用いられている。しかしながら、シート状の固体電解質は機械的強度が低いため、研磨やサンドブラスト、ドライアイスブラストといった物理的方法では、洗浄時に破損しやすいという問題がある。 In order to improve battery characteristics such as ionic conductivity and energy density, a solid electrolyte molded into a sheet is used. However, since the sheet-shaped solid electrolyte has low mechanical strength, there is a problem that it is easily damaged during cleaning by physical methods such as polishing, sandblasting, and dry ice blasting.

一方、酸性水溶液や有機溶媒を用いた洗浄方法においては、固体電解質と洗浄液が反応すること、固体電解質の成分が洗浄液に溶出すること、あるいは固体電解質シート表面に有機成分が残留し界面抵抗層になること等によりイオン伝導率が低下する恐れがある。 On the other hand, in the cleaning method using an acidic aqueous solution or an organic solvent, the solid electrolyte reacts with the cleaning liquid, the component of the solid electrolyte elutes into the cleaning liquid, or the organic component remains on the surface of the solid electrolyte sheet and forms on the interface resistance layer. There is a risk that the ionic conductivity will decrease due to such factors.

以上に鑑み、本発明は、破損やイオン伝導率の低下を抑制することが可能な固体電解質シートの洗浄方法を提供することを目的とする。 In view of the above, it is an object of the present invention to provide a method for cleaning a solid electrolyte sheet that can suppress breakage and decrease in ionic conductivity.

本発明の固体電解質シートの洗浄方法は、プラズマを照射することにより、固体電解質シートの表面に付着した異物を除去することを特徴とする。 The method for cleaning the solid electrolyte sheet of the present invention is characterized in that foreign matter adhering to the surface of the solid electrolyte sheet is removed by irradiating with plasma.

本発明によれば、プラズマに含まれるイオンを固体電解質シート表面に照射しエッチングすることにより、炭酸塩等の被膜や有機汚れ等の異物を除去することができる。またはプラズマに含まれる活性分子との反応による化学的作用によっても異物を除去することができる。つまり、本発明によれば、固体電解質シートの表面に研磨板や研磨粒子を接触させることなく洗浄を行うことができる。そのため、固体電解質シートの割れ等の破損を抑制しながら、表面に付着した炭酸塩被膜や有機物汚れ等の異物を効率よく除去することが可能となる。また、洗浄液による処理とは異なり、プラズマを使用するとドライプロセスで洗浄を行うことができるため、固体電解質と洗浄液の反応、固体電解質成分の洗浄液への溶出、固体電解質シート表面における洗浄液に起因する残留物の発生等の懸念がないという利点がある。 According to the present invention, by irradiating the surface of a solid electrolyte sheet with ions contained in plasma and etching the surface, foreign substances such as a film such as carbonate and organic stains can be removed. Alternatively, foreign matter can be removed by a chemical action due to a reaction with an active molecule contained in plasma. That is, according to the present invention, cleaning can be performed without bringing the polishing plate or polishing particles into contact with the surface of the solid electrolyte sheet. Therefore, it is possible to efficiently remove foreign substances such as a carbonate film and organic stains adhering to the surface while suppressing damage such as cracking of the solid electrolyte sheet. In addition, unlike the treatment with a cleaning liquid, plasma can be used for cleaning in a dry process, so that the reaction between the solid electrolyte and the cleaning liquid, the elution of the solid electrolyte component into the cleaning liquid, and the residue caused by the cleaning liquid on the surface of the solid electrolyte sheet. There is an advantage that there is no concern about the generation of things.

なお、研磨では対象物が平板等の平面に限られ、電池特性を上げるために表面積を大きくした固体電解質シート(例えば凹凸形状、多孔質形状等の微細な表面形状を有するもの)を洗浄することは困難である。またサンドブラストやドライアイスブラストについても、噴射する研磨粒子の衝撃により微細な表面形状が破損してしまう恐れがある。それに対し、本発明の方法では、そのような微細な表面形状を有する固体電解質シートも破損することなく洗浄することが可能である。 In polishing, the object is limited to a flat surface such as a flat plate, and a solid electrolyte sheet having a large surface area (for example, one having a fine surface shape such as an uneven shape or a porous shape) is washed in order to improve battery characteristics. It is difficult. Also, with regard to sandblasting and dry ice blasting, there is a risk that the fine surface shape will be damaged by the impact of the injected abrasive particles. On the other hand, in the method of the present invention, it is possible to wash the solid electrolyte sheet having such a fine surface shape without damaging it.

本発明の固体電解質シートの洗浄方法において、プラズマが、真空プラズマまたは大気圧プラズマであることが好ましい。 In the method for cleaning the solid electrolyte sheet of the present invention, the plasma is preferably vacuum plasma or atmospheric pressure plasma.

本発明の固体電解質シートの洗浄方法において、異物としては、炭素、炭化水素及び炭酸塩から選択される少なくとも1種が挙げられる。 In the method for cleaning the solid electrolyte sheet of the present invention, examples of the foreign matter include at least one selected from carbon, hydrocarbons and carbonates.

本発明の固体電解質シートの洗浄方法において、固体電解質シートが、β−アルミナ、β”−アルミナ及びNASICON結晶から選択される少なくとも1種を含有することが好ましい。 In the method for cleaning a solid electrolyte sheet of the present invention, it is preferable that the solid electrolyte sheet contains at least one selected from β-alumina, β ″ -alumina and NASICON crystals.

本発明の固体電解質シートの洗浄方法において、固体電解質シートの厚みが2mm以下であることが好ましい。このように、固体電解質シートの厚みが小さいと機械的強度が低下して洗浄時の破損が発生しやすくなるため、本発明の効果を享受しやすい。 In the method for cleaning the solid electrolyte sheet of the present invention, the thickness of the solid electrolyte sheet is preferably 2 mm or less. As described above, when the thickness of the solid electrolyte sheet is small, the mechanical strength is lowered and damage during cleaning is likely to occur, so that the effect of the present invention can be easily enjoyed.

本発明の固体電解質シートの洗浄方法において、固体電解質シートがナトリウムイオン二次電池用であることが好ましい。 In the method for cleaning the solid electrolyte sheet of the present invention, it is preferable that the solid electrolyte sheet is for a sodium ion secondary battery.

本発明によれば、破損やイオン伝導率の低下といった問題を抑制しつつ固体電解質シートを洗浄することが可能となる。 According to the present invention, it is possible to clean the solid electrolyte sheet while suppressing problems such as breakage and decrease in ionic conductivity.

本発明の固体電解質シートの洗浄方法は、プラズマを照射することにより、固体電解質シートの表面に付着した異物を除去することを特徴とする。 The method for cleaning the solid electrolyte sheet of the present invention is characterized in that foreign matter adhering to the surface of the solid electrolyte sheet is removed by irradiating with plasma.

固体電解質シートとしては、β−アルミナ、β”−アルミナ及びNASICON結晶から選択される少なくとも1種のナトリウムイオン伝導性の酸化物固体電解質を含有するものが挙げられる。特にβ”−アルミナ及びNASICON結晶はナトリウムイオン伝導性に優れ、電子絶縁性が高く、さらに化学的安定性に優れるため好ましい。 Examples of the solid electrolyte sheet include those containing at least one sodium ion conductive oxide solid electrolyte selected from β-alumina, β ”-alumina and NASICON crystals. In particular, β” -alumina and NASICON crystals. Is preferable because it has excellent sodium ion conductivity, high electron insulation, and excellent chemical stability.

固体電解質シートの厚みが小さいほど固体電解質シート中のイオン伝導に要する距離が短くなり、イオン伝導性が向上するため好ましい。また、全固体電池用固体電解質シートとして用いた場合、全固体電池の単位体積当たりのエネルギー密度が高くなる。よって、固体電解質シートの厚みは2mm以下、1.5mm以下、1mm以下、500μm以下、300μm以下、特に200μm以下であることが好ましい。ただし、固体電解質シートの厚みが小さすぎると、機械的強度が低下したり、正極と負極が短絡するおそれがあるため、5μm以上、20μm以上、特に50μm以上であることが好ましい。 The smaller the thickness of the solid electrolyte sheet, the shorter the distance required for ion conduction in the solid electrolyte sheet, which is preferable because the ion conductivity is improved. Further, when used as a solid electrolyte sheet for an all-solid-state battery, the energy density per unit volume of the all-solid-state battery becomes high. Therefore, the thickness of the solid electrolyte sheet is preferably 2 mm or less, 1.5 mm or less, 1 mm or less, 500 μm or less, 300 μm or less, and particularly preferably 200 μm or less. However, if the thickness of the solid electrolyte sheet is too small, the mechanical strength may decrease or the positive electrode and the negative electrode may be short-circuited. Therefore, the thickness is preferably 5 μm or more, 20 μm or more, and particularly preferably 50 μm or more.

β−アルミナとしては、六方晶の(Al10.35Mg0.6516)(Na1.65O)、(Al10.37Mg0.6316)(Na1.63O)、NaAl1117、(Al10.32Mg0.6816)(Na1.68O)が挙げられる。β”−アルミナの具体例としては、三方晶の(Al10.35Mg0.6516)(Na1.65O)、(Al8.87Mg2.1316)(Na3.13O)、Na1.67Mg0.67Al10.3317、Na1.49Li0.25Al10.7517、Na1.72Li0.3Al10.6617、Na1.6Li0.34Al10.6617が挙げられる。 As β-alumina, hexagonal (Al 10.35 Mg 0.65 O 16 ) (Na 1.65 O), (Al 10.37 Mg 0.63 O 16 ) (Na 1.63 O), NaAl Examples thereof include 11 O 17 and (Al 10.32 Mg 0.68 O 16 ) (Na 1.68 O). Specific examples of β "-alumina include trigonal (Al 10.35 Mg 0.65 O 16 ) (Na 1.65 O) and (Al 8.87 Mg 2.13 O 16 ) (Na 3.13 ). O), Na 1.67 Mg 0.67 Al 10.33 O 17 , Na 1.49 Li 0.25 Al 10.75 O 17 , Na 1.72 Li 0.3 Al 10.66 O 17 , Na 1 .6 Li 0.34 Al 10.66 O 17 can be mentioned.

本発明の固体電解質シートがβ”−アルミナを含有する場合の具体的な組成としては、モル%で、Al 65〜98%、NaO 2〜20%、MgO+LiO 0.3〜15%、ZrO 0〜20%、Y 0〜5%を含有するものが挙げられる。組成を上記のように限定した理由を以下に説明する。 When the solid electrolyte sheet of the present invention contains β "-alumina, the specific composition is, in mol%, Al 2 O 3 65 to 98%, Na 2 O 2 to 20%, MgO + Li 2 O 0.3. Examples thereof include those containing ~ 15%, ZrO 20 to 20%, and Y 2 O 30 to 5%. The reason for limiting the composition as described above will be described below.

Alはβ”−アルミナを構成する主成分である。Alの含有量は65〜98%、特に70〜95%であることが特に好ましい。Alが少なすぎると、固体電解質シートのイオン伝導性が低下しやすくなる。一方、Alが多すぎると、ナトリウムイオン伝導性を有さないα−アルミナが残存し、固体電解質シートのイオン伝導性が低下しやすくなる。 Al 2 O 3 is a main component constituting β "-alumina. The content of Al 2 O 3 is particularly preferably 65 to 98%, particularly 70 to 95%. If Al 2 O 3 is too small, it is particularly preferable. On the other hand, if the amount of Al 2 O 3 is too large, α-alumina having no sodium ion conductivity remains, and the ion conductivity of the solid electrolyte sheet is lowered. It will be easier.

NaOはβ”−アルミナを構成する成分であり、固体電解質シートにナトリウムイオン伝導性を付与する成分である。NaOの含有量は2〜20%、3〜18%、特に4〜16%であることが好ましい。NaOが少なすぎると、上記効果が得られにくくなる。一方、NaOが多すぎると、余剰のナトリウムがNaAlO等のイオン伝導性に寄与しない化合物を形成するため、イオン伝導性が低下しやすくなる。 Na 2 O is a component that constitutes β "-alumina and is a component that imparts sodium ion conductivity to the solid electrolyte sheet. The content of Na 2 O is 2 to 20%, 3 to 18%, and particularly 4 to. It is preferably 16%. If the amount of Na 2 O is too small, it becomes difficult to obtain the above effect. On the other hand, if the amount of Na 2 O is too large, excess sodium does not contribute to ionic conductivity such as NaAlO 2. Since it is formed, the ionic conductivity tends to decrease.

MgO及びLiOはβ”−アルミナの構造を安定化させる成分(安定化剤)である。MgO+LiOの含有量は、0.3〜15%、0.5〜10%、特に0.8〜8%であることが好ましい。MgO+LiOが少なすぎると、固体電解質シート中にα−アルミナが残存してイオン伝導性が低下しやすくなる。一方、MgO+LiOが多すぎると、安定化剤として機能しなかったMgOまたはLiOが固体電解質シート中に残存して、イオン伝導性が低下しやすくなる。 MgO and Li 2 O is beta "- content of .MgO + Li 2 O is a component to stabilize the structure of alumina (stabilizer) is from 0.3 to 15%, 0.5% to 10%, in particular 0. It is preferably 8 to 8%. If the amount of MgO + Li 2 O is too small, α-alumina remains in the solid electrolyte sheet and the ionic conductivity tends to decrease. On the other hand, if the amount of MgO + Li 2 O is too large, it is stable. MgO or Li 2 O, which did not function as an agent that remains in the solid electrolyte in the sheet, the ion conductivity tends to decrease.

ZrO及びYは、焼成時におけるβ”−アルミナの異常粒成長を抑制し、β”−アルミナの各粒子の密着性を向上させる効果がある。その結果、固体電解質シートのイオン伝導度が向上しやすくなる。ZrOの含有量は0〜15%、1〜13%、特に2〜10%であることが好ましい。また、Yの含有量は0〜5%、0.01〜4%、特に0.02〜3%であることが好ましい。ZrOまたはYが多すぎると、β”−アルミナの生成量が低下して、固体電解質シートのイオン伝導性が低下しやすくなる。 ZrO 2 and Y 2 O 3 have the effect of suppressing the abnormal grain growth of β "-alumina during firing and improving the adhesion of each particle of β" -alumina. As a result, the ionic conductivity of the solid electrolyte sheet is likely to be improved. The content of ZrO 2 is preferably 0 to 15%, 1 to 13%, and particularly preferably 2 to 10%. The content of Y 2 O 3 is preferably 0 to 5%, 0.01 to 4%, and particularly preferably 0.02 to 3%. If the amount of ZrO 2 or Y 2 O 3 is too large, the amount of β ″ -alumina produced decreases, and the ionic conductivity of the solid electrolyte sheet tends to decrease.

NASICON結晶としては、一般式Na(MはAl、Y、Yb、Nd、Nb、Ti、Hf及びZrから選択される少なくとも1種、XはSi及びPから選択される少なくとも1種、s=1.4〜5.2、t=1〜2.9、u=2.8〜4.1、v=9〜14)で表される化合物からなることが好ましい。ここで、MはY、Nb、Ti及びZrから選択される少なくとも1種であることが好ましい。このようにすることでイオン伝導性に優れた結晶を得ることができる。 The NASICON crystalline, has the general formula Na s M t X u O v (M being selected Al, Y, Yb, Nd, Nb, Ti, at least one selected from Hf and Zr, X is Si and P It is preferably composed of at least one compound represented by s = 1.4 to 5.2, t = 1 to 2.9, u = 2.8 to 4.1, v = 9 to 14). Here, M is preferably at least one selected from Y, Nb, Ti and Zr. By doing so, a crystal having excellent ionic conductivity can be obtained.

なお、上記一般式における各係数の好ましい範囲は以下の通りである。 The preferable range of each coefficient in the above general formula is as follows.

sは1.4〜5.2、2.5〜3.5、特に2.8〜3.1であることが好ましい。sが小さすぎると、ナトリウムイオンが少なくなるためイオン伝導性が低下しやすくなる。一方、sが大きすぎると、余剰のナトリウムがリン酸ナトリウムやケイ酸ナトリウム等のイオン伝導に寄与しない化合物を形成するため、イオン伝導性が低下しやすくなる。 s is preferably 1.4 to 5.2, 2.5 to 3.5, and particularly preferably 2.8 to 3.1. If s is too small, the number of sodium ions decreases, so that the ionic conductivity tends to decrease. On the other hand, if s is too large, excess sodium forms compounds such as sodium phosphate and sodium silicate that do not contribute to ionic conduction, so that ionic conductivity tends to decrease.

tは1〜2.9、1〜2.5、特に1.3〜2であることが好ましい。tが小さすぎると、結晶中の三次元網目構造が減少するためイオン伝導性が低下しやすくなる。一方、tが大きすぎると、ジルコニアやアルミナ等のイオン伝導に寄与しない化合物を形成するため、イオン伝導性が低下しやすくなる。 t is preferably 1 to 2.9 and 1 to 2.5, particularly preferably 1.3 to 2. If t is too small, the three-dimensional network structure in the crystal is reduced, so that the ionic conductivity tends to be lowered. On the other hand, if t is too large, compounds such as zirconia and alumina that do not contribute to ionic conduction are formed, so that ionic conductivity tends to decrease.

uは2.8〜4.1、2.8〜4、2.9〜3.2、特に2.95〜3.1であることが好ましい。uが小さすぎると、結晶中の三次元網目構造が減少するためイオン伝導性が低下しやすくなる。一方、uが大きすぎると、イオン伝導に寄与しない結晶を形成するためイオン伝導性が低下しやすくなる。 u is preferably 2.8 to 4.1, 2.8 to 4, 2.9 to 3.2, and particularly preferably 2.95 to 3.1. If u is too small, the three-dimensional network structure in the crystal is reduced, so that the ionic conductivity tends to be lowered. On the other hand, if u is too large, crystals that do not contribute to ionic conductivity are formed, so that ionic conductivity tends to decrease.

vは9〜14、9.5〜12、特に11〜12であることが好ましい。vが小さすぎると、M(例えばアルミニウム成分)が低価数になるため電気絶縁性が低下しやすくなる。一方、vが大きすぎると、過酸化状態となってナトリウムイオンが酸素原子の孤立電子対から束縛されるため、イオン伝導性が低下しやすくなる。 v is preferably 9 to 14, 9.5 to 12, especially 11 to 12. If v is too small, M (for example, an aluminum component) has a low valence, so that the electrical insulation property tends to decrease. On the other hand, if v is too large, it becomes a peroxidized state and the sodium ion is bound from the lone electron pair of the oxygen atom, so that the ionic conductivity tends to decrease.

上記NASICON結晶は、単斜晶系結晶、六方晶系結晶または三方晶系結晶、特に単斜晶系または三方晶系であればイオン伝導性に優れるため好ましい。 The NASICON crystal is preferably a monoclinic crystal, a hexagonal crystal or a trigonal crystal, particularly a monoclinic or trigonal crystal because it has excellent ionic conductivity.

NASICON結晶の具体例としては、NaZrSiPO12、Na3.2Zr1.3Si2.20.810.5、NaZr1.6Ti0.4SiPO12、NaHfSiPO12、Na3.4Zr0.9Hf1.4Al0.6Si1.21.812、NaZr1.7Nb0.24SiPO12、Na3.6Ti0.20.8Si2.8、NaZr1.880.12SiPO12、Na3.12Zr1.880.12SiPO12、Na3.6Zr0.13Yb1.67Si0.112.912、NaYSi12等の結晶が挙げられる。特にNa3.12Zr1.880.12SiPO12がナトリウムイオン伝導性に優れるため好ましい。 Specific examples of NASICON crystals include Na 3 Zr 2 Si 2 PO 12 , Na 3.2 Zr 1.3 Si 2.2 P 0.8 O 10.5 , and Na 3 Zr 1.6 Ti 0.4 Si 2. PO 12 , Na 3 Hf 2 Si 2 PO 12 , Na 3.4 Zr 0.9 Hf 1.4 Al 0.6 Si 1.2 P 1.8 O 12 , Na 3 Zr 1.7 Nb 0.24 Si 2 PO 12 , Na 3.6 Ti 0.2 Y 0.8 Si 2.8 O 9 , Na 3 Zr 1.88 Y 0.12 Si 2 PO 12 , Na 3.12 Zr 1.88 Y 0.12 Crystals such as Si 2 PO 12 , Na 3.6 Zr 0.13 Yb 1.67 Si 0.11 P 2.9 O 12 , and Na 5 YSi 4 O 12 can be mentioned. In particular, Na 3.12 Zr 1.88 Y 0.12 Si 2 PO 12 is preferable because it has excellent sodium ion conductivity.

固体電解質シートは、例えばグリーンシート法により作製することができる。具体的には、(a)原料粉末にバインダー、可塑剤、溶媒等を添加して混錬することによりスラリーにする工程、(b)スラリーをPET(ポリエチレンテレフタレート)等の基材上に塗布、乾燥してグリーンシートを得る工程、及び、(c)グリーンシートを焼成する工程、を含む方法により製造することができる。上述したβ−アルミナ、β”−アルミナ及びNASICON結晶は、通常、グリーンシートの焼成工程で析出させる。 The solid electrolyte sheet can be produced, for example, by the green sheet method. Specifically, (a) a step of adding a binder, a plasticizer, a solvent, etc. to the raw material powder and kneading the mixture to form a slurry, and (b) applying the slurry on a substrate such as PET (polyethylene terephthalate). It can be produced by a method including a step of drying to obtain a green sheet and (c) a step of firing the green sheet. The β-alumina, β ″ -alumina and NASICON crystals described above are usually precipitated in the firing step of the green sheet.

固体電解質シートに照射するプラズマの種類は特には限定されず、例えばグロー放電によって発生する非熱平衡プラズマや、アーク放電による熱平衡プラズマ等を用いることができる。また、プラズマは、真空プラズマ及び大気圧プラズマのいずれでも良いが、洗浄力や洗浄速度の観点では真空プラズマがより好ましく、コストの観点では真空を必要としない大気圧プラズマがより好ましい。 The type of plasma irradiated to the solid electrolyte sheet is not particularly limited, and for example, non-thermal equilibrium plasma generated by glow discharge, thermal equilibrium plasma by arc discharge, or the like can be used. Further, the plasma may be either vacuum plasma or atmospheric pressure plasma, but vacuum plasma is more preferable from the viewpoint of detergency and cleaning speed, and atmospheric pressure plasma that does not require vacuum is more preferable from the viewpoint of cost.

プラズマの照射により除去する異物としては、炭素、炭化水素及び炭酸塩から選択される少なくとも1種が挙げられる。ただし、これらに限定されず、炭素を含有する有機物等も挙げられる。 Examples of the foreign matter to be removed by irradiation with plasma include at least one selected from carbon, hydrocarbons and carbonates. However, the present invention is not limited to these, and examples thereof include organic substances containing carbon.

本発明における固体電解質シートは例えば全固体ナトリウムイオン二次電池用として使用することができる。全固体ナトリウムイオン二次電池は、固体電解質シートの一方の面に正極層、他方の面に負極層が形成されてなる。正極層及び負極層には活物質が含まれる。活物質は、正極活物質または負極活物質として作用するものであり、充放電の際には、ナトリウムイオンの吸蔵及び放出を行うことができる。 The solid electrolyte sheet in the present invention can be used, for example, for an all-solid-state sodium-ion secondary battery. An all-solid-state sodium-ion secondary battery has a positive electrode layer formed on one surface of a solid electrolyte sheet and a negative electrode layer formed on the other surface. The positive electrode layer and the negative electrode layer contain an active material. The active material acts as a positive electrode active material or a negative electrode active material, and can occlude and release sodium ions during charging and discharging.

正極活物質としては、NaCrO、Na0.7MnO、NaFe0.2Mn0.4Ni0.4等の層状ナトリウム遷移金属酸化物結晶やNaFeP、NaFePO、Na(PO等の、Na、M(MはCr、Fe、Mn、Co及びNiから選ばれる少なくとも1種の遷移金属元素)、P、Oを含むナトリウム遷移金属リン酸塩結晶等の活物質結晶を挙げることができる。 Examples of the positive electrode active material include layered sodium transition metal oxide crystals such as NaCrO 2 , Na 0.7 MnO 2 , NaFe 0.2 Mn 0.4 Ni 0.4 O 2 , Na 2 FeP 2 O 7 , NaFePO 4 , and so on. Sodium transition metal phosphate containing Na, M (M is at least one transition metal element selected from Cr, Fe, Mn, Co and Ni), P, O, such as Na 3 V 2 (PO 4 ) 3, etc. Examples include active material crystals such as crystals.

特に、Na、M、P及びOを含む結晶は、高容量で化学的安定性に優れるため好ましい。なかでも、空間群P1またはP−1に属する三斜晶系結晶、特に一般式NaMyP(1.20≦x≦2.80、0.95≦y≦1.60)で表される結晶が、サイクル特性に優れるため好ましい。 In particular, crystals containing Na, M, P and O are preferable because they have a high capacity and excellent chemical stability. Among them, triclinic crystals belonging to the space group P1 or P-1, particularly represented by the general formula Na x MyP 2 O 7 (1.20 ≦ x ≦ 2.80, 0.95 ≦ y ≦ 1.60). The crystals to be formed are preferable because they have excellent cycle characteristics.

負極活物質としては、Nb及びTiから選ばれる少なくとも1種及びOを含む結晶、Sn、Bi及びSbから選ばれる少なくとも1種の金属結晶等の活物質結晶を挙げることができる。 Examples of the negative electrode active material include active material crystals such as a crystal containing at least one selected from Nb and Ti and O, and at least one metal crystal selected from Sn, Bi and Sb.

Nb及びTiから選ばれる少なくとも1種及びOを含む結晶は、サイクル特性に優れるため好ましい。さらに、Nb及びTiから選ばれる少なくとも1種及びOを含む結晶が、Na及び/またはLiを含むと、充放電効率(充電容量に対する放電容量の比率)が高まり、高い充放電容量を維持することができるため好ましい。なかでも、Nb及びTiから選ばれる少なくとも1種及びOを含む結晶が、斜方晶系結晶、六方晶系結晶、立方晶系結晶または単斜晶系結晶、特に空間群P21/mに属する単斜晶系結晶であれば、大電流で充放電しても容量の低下が起こりにくいため好ましい。斜方晶系結晶としては、NaTi等が、六方晶系結晶としては、NaTiO、NaTi13、NaTiO、LiNbO、LiNbO、LiNbO、LiNbO、LiTi等が、立方晶系結晶としては、NaTiO、NaNbO、LiTi12、LiNbO等が、単斜晶系結晶としては、NaTi13、NaTi、NaTiO、NaTi12、NaTi、NaTi19、NaTi、NaTi、Li1.7Nb、Li1.9Nb、Li12Nb1333、LiNb等が、空間群P21/mに属する単斜晶系結晶としては、NaTi等が挙げられる。 Crystals containing at least one selected from Nb and Ti and O are preferable because they have excellent cycle characteristics. Further, when the crystal containing at least one selected from Nb and Ti and O contains Na and / or Li, the charge / discharge efficiency (ratio of the discharge capacity to the charge capacity) is increased, and a high charge / discharge capacity is maintained. It is preferable because it can be discharged. Among them, the crystal containing at least one selected from Nb and Ti and O is a monoclinic crystal, a hexagonal crystal, a cubic crystal or a monoclinic crystal, particularly a monoclinic crystal belonging to the space group P21 / m. A monoclinic crystal is preferable because the capacity is unlikely to decrease even when charged and discharged with a large current. As the monoclinic crystal, NaTi 2 O 4, etc., and as the hexagonal crystal, Na 2 TiO 3 , NaTi 8 O 13 , NaTIO 2 , LiNbO 3 , LiNbO 2 , Li 7 NbO 6 , LiNbO 2 , Li. 2 Ti 3 O 7 and the like are Na 2 TiO 3 , NaNbO 3 , Li 4 Ti 5 O 12 , Li 3 NbO 4 and the like as cubic crystals, and Na 2 Ti 6 O as a monoclinic crystal. 13 , NaTi 2 O 4 , Na 2 TiO 3 , Na 4 Ti 5 O 12 , Na 2 Ti 4 O 9 , Na 2 Ti 9 O 19 , Na 2 Ti 3 O 7 , Na 2 Ti 3 O 7 , Li 1. 7 Nb 2 O 5 , Li 1.9 Nb 2 O 5 , Li 12 Nb 13 O 33 , LiNb 3 O 8 and the like are Na 2 Ti 3 O 7 as monoclinic crystals belonging to the space group P21 / m. And so on.

Nb及びTiから選ばれる少なくとも1種及びOを含む結晶は、さらに、B、Si、P及びGeから選ばれる少なくとも1種を含むことが好ましい。これらの成分は、活物質結晶とともに非晶質相を形成させやすくし、ナトリウムイオン伝導性を向上させる効果を有する。 The crystal containing at least one selected from Nb and Ti and O preferably further contains at least one selected from B, Si, P and Ge. These components have the effect of facilitating the formation of an amorphous phase together with the active material crystal and improving the sodium ion conductivity.

その他に、Sn、Bi及びSbから選ばれる少なくとも1種の金属結晶、またはSn、Bi及びSbから選ばれる少なくとも1種を含有するガラスを使用することができる。これらは、高容量であり、大電流で充放電しても容量の低下が起こりにくいため好ましい。 In addition, glass containing at least one metal crystal selected from Sn, Bi and Sb, or at least one selected from Sn, Bi and Sb can be used. These are preferable because they have a high capacity and the capacity is unlikely to decrease even when charged and discharged with a large current.

正極層及び負極層は、活物質粉末と固体電解質粉末とのコンポジットからなる電極合材層としてもよい。固体電解質粉末は電極合材中のナトリウムイオン伝導パスとして作用し、電池の放電容量や電圧を向上させることができる。固体電解質粉末としては、上述の固体電解質シートと同じ材料を使用することができる。 The positive electrode layer and the negative electrode layer may be an electrode mixture layer made of a composite of an active material powder and a solid electrolyte powder. The solid electrolyte powder acts as a sodium ion conduction path in the electrode mixture, and can improve the discharge capacity and voltage of the battery. As the solid electrolyte powder, the same material as the above-mentioned solid electrolyte sheet can be used.

正極層及び負極層はさらに導電助剤を含有することが好ましい。導電助剤は、電極の高容量化やハイレート化を達成するために添加される成分である。導電助剤の具体例としては、アセチレンブラックやケッチェンブラック等の高導電性カーボンブラック、黒鉛、コークス等や、Ni粉末、Cu粉末、Ag粉末等の金属粉末等が挙げられる。なかでも、極少量の添加で優れた導電性を発揮する高導電性カーボンブラック、Ni粉末、Cu粉末のいずれかを用いることが好ましい。 The positive electrode layer and the negative electrode layer preferably further contain a conductive auxiliary agent. The conductive auxiliary agent is a component added to achieve a high capacity and a high rate of the electrode. Specific examples of the conductive auxiliary agent include highly conductive carbon black such as acetylene black and Ketjen black, graphite, coke and the like, and metal powder such as Ni powder, Cu powder and Ag powder. Among them, it is preferable to use any of highly conductive carbon black, Ni powder, and Cu powder, which exhibit excellent conductivity with the addition of a very small amount.

なお、上記では主にナトリウムイオン二次電池用の固体電解質シートの洗浄方法について説明したが、本発明はリチウムイオン二次電池用等の他の全固体電池に使用される固体電解質シートの洗浄にも適用することができる。リチウムイオン二次電池用の酸化物系固体電解質としては、LiLaZr12(LLZ)、LiLaZr・xNb12(LLZ・Nb)、LiLa、Zr・xTO12(LLZ・Ta)、LiLaTa12、Li0.33La0.55TiO(LLT)、Li1.5Al0.5Ge1.512(LAGP)、Li1.3Al0.3Ti1.712(LATP)、LiPO(LiPON)、LiSiO・LiPO、LiSiO、LiBO等が挙げられる。 Although the method for cleaning the solid electrolyte sheet for the sodium ion secondary battery has been mainly described above, the present invention is used for cleaning the solid electrolyte sheet used for other all-solid-state batteries such as for the lithium ion secondary battery. Can also be applied. Examples of oxide-based solid electrolytes for lithium ion secondary batteries include Li 7 La 3 Zr 2 O 12 (LLZ), Li 7 La 3 Zr 2 · xNb x O 12 (LLZ · Nb), Li 7 La 3 , Zr. 2・ xTO 12 (LLZ ・ Ta), Li 5 La 3 Ta 2 O 12 , Li 0.33 La 0.55 TiO 3 (LLT), Li 1.5 Al 0.5 Ge 1.5 P 3 O 12 ( LAGP), Li 1.3 Al 0.3 Ti 1.7 P 3 O 12 (LATP), Li 3 PO 4 (LiPON), Li 4 SiO 4 · Li 3 PO 4 , Li 4 SiO 4 , Li 3 BO 3 And so on.

以下、本発明を実施例に基づいて説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be described based on examples, but the present invention is not limited to these examples.

表1及び2は実施例1〜6及び比較例1〜5を示す。 Tables 1 and 2 show Examples 1 to 6 and Comparative Examples 1 to 5.

(実施例1)
(a)固体電解質シートの準備
大気中で1ヶ月間保管することにより表面に炭酸塩等の異物が析出した固体電解質シート(Ionotec社製 LiO安定化β”−アルミナ、組成式:Na1.7Li0.3Al10.717、10mm角、厚み1mm)に対し、大気圧プラズマ装置(魁半導体株式会社製 P500−SM)を用いて大気圧プラズマ(出力電力:45W、使用ガス:N、流量:10L/分)を走査させながら照射することにより洗浄処理を行った。なお、大気圧プラズマの照射は、固体電解質シートの両面それぞれに対し5分ずつ行った。
(Example 1)
(A) Preparation of solid electrolyte sheet Solid electrolyte sheet (Li 2 O stabilized β ”-alumina manufactured by Ionotec Co., Ltd., composition formula: Na 1 ” in which foreign substances such as carbonates are precipitated on the surface by storing in the air for one month. .7 Li 0.3 Al 10.7 O 17 , 10 mm square, 1 mm thick), using an atmospheric plasma device (P500-SM manufactured by Kagami Semiconductor Co., Ltd.), atmospheric pressure plasma (output power: 45 W, gas used) The cleaning treatment was carried out by irradiating while scanning (: N 2 , flow rate: 10 L / min). The atmospheric pressure plasma was irradiated on both sides of the solid electrolyte sheet for 5 minutes each.

洗浄処理後の固体電解質シートについて、エネルギー分散型X線分析装置(EDX)により表面における異物の有無を確認したところ、異物は検出されなかった。 When the presence or absence of foreign matter on the surface of the solid electrolyte sheet after the cleaning treatment was confirmed by an energy dispersive X-ray analyzer (EDX), no foreign matter was detected.

(b)全固体ナトリウムイオン二次電池の作製
(b−1)正極活物質結晶前駆体粉末の作製
メタリン酸ナトリウム(NaPO)、酸化第二鉄(Fe)、及びオルソリン酸(HPO)を原料とし、モル%で、NaO 40%、Fe 20%、P 40%となるように原料粉末を調合し、1250℃にて45分間、大気雰囲気中にて溶融を行った。その後、一対のローラーに溶融ガラスを流し込み、急冷しながらフィルム状に成形することにより、正極活物質結晶前駆体を作製した。
(B) Preparation of all-solid sodium ion secondary battery (b-1) Preparation of positive electrode active material crystal precursor powder Sodium metaphosphate (NaPO 3 ), ferric oxide (Fe 2 O 3 ), and orthophosphoric acid (H) 3 PO 4 ) is used as a raw material, and raw material powders are prepared so as to have Na 2 O 40%, Fe 2 O 3 20%, and P 2 O 5 40% in mol%, and an air atmosphere at 1250 ° C. for 45 minutes. Melting was performed inside. Then, molten glass was poured into a pair of rollers and molded into a film while being rapidly cooled to prepare a positive electrode active material crystal precursor.

得られた正極活物質結晶前駆体について、φ20mmのAl玉石を使用したボールミル粉砕を5時間、次にφ5mmのZrO玉石を使用したエタノール中でのボールミル粉砕を100時間行い、平均粒子径D50 0.7μmの正極活物質結晶前駆体粉末を得た。 The obtained positive electrode active material crystal precursor was pulverized by a ball mill using Al 2 O 3 jade of φ20 mm for 5 hours, and then pulverized by a ball mill in ethanol using ZrO 2 jade of φ5 mm for 100 hours, and average particles were obtained. A positive electrode active material crystal precursor powder having a diameter of D 50 0.7 μm was obtained.

(b−2)固体電解質粉末の作製
上記の固体電解質シート(1ヶ月保管前のもの)をアルミナ製の乳鉢及び乳棒を用いて粉砕し、目開き300μmのメッシュを通過させた。得られた粉末を、φ5mmのZrO玉石を投入したFritsch社製 遊星ボールミルP6を用いて300rpm−30分間(15分毎に15分間休止)粉砕し、目開き20μmのメッシュを通過させた。その後、空気分級機を使用して分級することにより、LiO安定化β”−アルミナを含有する固体電解質粉末を得た。なお、上記の作業は露点−40℃以下の環境で行った。
(B-2) Preparation of Solid Electrolyte Powder The above solid electrolyte sheet (before storage for 1 month) was pulverized using an alumina mortar and pestle and passed through a mesh having an opening of 300 μm. The obtained powder was pulverized at 300 rpm for 30 minutes (rested for 15 minutes every 15 minutes) using a planetary ball mill P6 manufactured by Frisch Co., Ltd., which was charged with ZrO 2 boulders having a diameter of 5 mm, and passed through a mesh having a mesh size of 20 μm. Then, by classifying using an air classifier, a solid electrolyte powder containing Li 2 O stabilized β "-alumina was obtained. The above work was carried out in an environment with a dew point of −40 ° C. or lower.

(b−3)試験電池の作製
質量%で、正極活物質結晶前駆体粉末60%、固体電解質粉末35%、アセチレンブラック(TIMCAL社製 SUPER C65)5%となるように秤量し、メノウ製の乳鉢及び乳棒を用いて約30分間混合した。得られた混合粉末100質量部に、10質量%のポリプロピレンカーボネートを含有したN−メチルピロリドンを20質量部添加して、自転公転ミキサーを用いて十分に撹拌し、スラリー化した。なお、上記の作業は露点−40℃以下の環境で行った。
(B-3) Preparation of test battery Weighed so that the mass% of the positive electrode active material crystal precursor powder was 60%, the solid electrolyte powder was 35%, and the acetylene black (SUPER C65 manufactured by TIMCAL) was 5%, and made of agate. Mixing was performed for about 30 minutes using a mortar and pestle. To 100 parts by mass of the obtained mixed powder, 20 parts by mass of N-methylpyrrolidone containing 10% by mass of polypropylene carbonate was added, and the mixture was sufficiently stirred using a rotation / revolution mixer to form a slurry. The above work was performed in an environment with a dew point of −40 ° C. or lower.

得られたスラリーを、洗浄後の固体電解質シートの一方の表面に、1cmの面積、200μmの厚さで塗布し、70℃にて3時間乾燥させた。次に、窒素と水素の混合ガス雰囲気(窒素96体積%、水素4体積%)中450℃にて1時間焼成することで正極合材層とした。得られた正極合材層についてX線回折パターンを確認したところ、活物質結晶であるNaFeP及び固体電解質粉末であるLiO安定化β”−アルミナ由来の回折線が確認された。 The obtained slurry was applied to one surface of the washed solid electrolyte sheet with an area of 1 cm 2 and a thickness of 200 μm, and dried at 70 ° C. for 3 hours. Next, a positive electrode mixture layer was obtained by firing at 450 ° C. for 1 hour in a mixed gas atmosphere of nitrogen and hydrogen (96% by volume of nitrogen, 4% by volume of hydrogen). When the X-ray diffraction pattern of the obtained positive electrode mixture layer was confirmed, diffraction lines derived from Na 2 FeP 2 O 7 which is an active material crystal and Li 2 O stabilized β ”-alumina which is a solid electrolyte powder were confirmed. It was.

次に、スパッタ装置(サンユー電子株式会社製 SC−701AT)を用いて、集電体である厚さ300nmの金電極を正極合材層の表面に形成した。その後、露点−60℃以下のアルゴン雰囲気中にて、対極となる金属ナトリウムを固体電解質シートの他方の表面に圧着し、コインセルの下蓋に載置した後、上蓋を被せてCR2032型試験電池を作製した。 Next, a gold electrode having a thickness of 300 nm, which is a current collector, was formed on the surface of the positive electrode mixture layer by using a sputtering device (SC-701AT manufactured by Sanyu Electronics Co., Ltd.). Then, in an argon atmosphere with a dew point of -60 ° C or lower, the counter electrode metal sodium was crimped to the other surface of the solid electrolyte sheet, placed on the lower lid of the coin cell, and then covered with the upper lid to cover the CR2032 type test battery. Made.

(c)充放電試験
上記試験電池を用いて充放電試験を行った。結果を表1に示す。充放電試験において、充電(正極活物質からのナトリウムイオン放出)は開回路電圧(OCV)から4.5VまでのCC(定電流)充電により行い、放電(正極活物質へのナトリウムイオン吸蔵)は4.5Vから2VまでCC放電により行った。Cレートは0.1Cとした。なお、放電容量は正極合材層に含まれる正極活物質の単位重量あたりに対して放電された電気量とした。
(C) Charge / discharge test A charge / discharge test was performed using the above test battery. The results are shown in Table 1. In the charge / discharge test, charging (sodium ion release from the positive electrode active material) is performed by CC (constant current) charging from the open circuit voltage (OCV) to 4.5 V, and discharge (sodium ion storage in the positive electrode active material) is performed. It was carried out by CC discharge from 4.5V to 2V. The C rate was 0.1 C. The discharge capacity was defined as the amount of electricity discharged per unit weight of the positive electrode active material contained in the positive electrode mixture layer.

(実施例2)
固体電解質シートの厚みを200μmとしたこと以外は、実施例1と同様にして固体電解質シートの準備、全固体ナトリウムイオン二次電池の作製、及び充放電試験を行った。結果を表1に示す。
(Example 2)
A solid electrolyte sheet was prepared, an all-solid-state sodium-ion secondary battery was prepared, and a charge / discharge test was carried out in the same manner as in Example 1 except that the thickness of the solid electrolyte sheet was 200 μm. The results are shown in Table 1.

(実施例3)
プラズマ装置として真空プラズマ装置(魁半導体株式会社製 卓上タイプYHS−R)を用い、真空プラズマ(出力電力45W)の照射を固体電解質シートの両面それぞれに対し3分ずつ行ったこと以外は、実施例2と同様にして固体電解質シートの準備、全固体ナトリウムイオン二次電池の作製、及び充放電試験を行った。結果を表1に示す。
(Example 3)
Examples except that a vacuum plasma device (desktop type YHS-R manufactured by Kagami Semiconductor Co., Ltd.) was used as the plasma device, and the vacuum plasma (output power 45 W) was irradiated to both sides of the solid electrolyte sheet for 3 minutes each. A solid electrolyte sheet was prepared, an all-solid-state sodium-ion secondary battery was prepared, and a charge / discharge test was performed in the same manner as in 2. The results are shown in Table 1.

(実施例4)
(a)固体電解質シートの準備
炭酸ナトリウム(NaCO)、イットリア安定化ジルコニア((ZrO0.97(Y0.03))、二酸化ケイ素(SiO)、メタリン酸ナトリウム(NaPO)を用いて、モル%で、NaO 25.3%、ZrO 31.6%、Y 1%、SiO 33.7%、P 8.4%の組成となるように原料粉末を調合した。エタノールを媒体として、原料粉末を4時間湿式混合した。エタノールを蒸発させた後、バインダーとしてアクリル酸エステル系共重合体(共栄社化学製 オリコックス1700)、可塑剤としてフタル酸ベンジルブチルを用い、原料粉末:バインダー:可塑剤=83.5:15:1.5(質量比)となるように秤量し、N−メチルピロリドンに分散させた後、自転・公転ミキサーで十分に撹拌してスラリー化した。
(Example 4)
(A) Preparation of solid electrolyte sheet Sodium carbonate (Na 2 CO 3 ), yttrium stabilized zirconia ((ZrO 2 ) 0.97 (Y 2 O 3 ) 0.03 )), silicon dioxide (SiO 2 ), metaphosphate Using sodium (NaPO 3 ), in mol%, Na 2 O 25.3%, ZrO 2 31.6%, Y 2 O 31 %, SiO 2 33.7%, P 2 O 5 8.4% The raw material powder was prepared so as to have the composition of. The raw material powder was wet-mixed for 4 hours using ethanol as a medium. After evaporating ethanol, an acrylic acid ester copolymer (Oricox 1700 manufactured by Kyoeisha Chemical Co., Ltd.) was used as a binder, and benzylbutyl phthalate was used as a plasticizer. Raw material powder: binder: plasticizer = 83.5: 15: 1. The mixture was weighed to a ratio of .5 (mass ratio), dispersed in N-methylpyrrolidone, and then sufficiently stirred with a rotation / revolution mixer to form a slurry.

PETフィルム上に、ドクターブレードを用いて上記で得られたスラリーを塗布し、70℃で乾燥することによりグリーンシートを得た。 The slurry obtained above was applied onto a PET film using a doctor blade and dried at 70 ° C. to obtain a green sheet.

得られたグリーンシートを等方圧プレス装置を用いて90℃、40MPaで5分間プレスした。プレス後のグリーンシートを1220℃で40時間焼成することにより固体電解質シート(10mm角、厚み1mm)を得た。得られた固体電解質シートについて粉末X線回折パターンを確認したところ、NASICON結晶が確認された。 The obtained green sheet was pressed at 90 ° C. and 40 MPa for 5 minutes using an isotropic pressure press device. The pressed green sheet was calcined at 1220 ° C. for 40 hours to obtain a solid electrolyte sheet (10 mm square, 1 mm thick). When the powder X-ray diffraction pattern was confirmed on the obtained solid electrolyte sheet, NASICON crystals were confirmed.

大気中で1ヶ月間保管することにより表面に炭酸塩等の異物が析出した上記の固体電解質シートに対し、実施例1と同様にして洗浄処理を行った。洗浄処理後の固体電解質シートについて、エネルギー分散型X線分析装置(EDX)により表面における異物の有無を確認したところ、異物は検出されなかった。 The above-mentioned solid electrolyte sheet in which foreign substances such as carbonates were precipitated on the surface by storing in the air for one month was washed in the same manner as in Example 1. When the presence or absence of foreign matter on the surface of the solid electrolyte sheet after the cleaning treatment was confirmed by an energy dispersive X-ray analyzer (EDX), no foreign matter was detected.

(b)全固体ナトリウムイオン二次電池の作製
(b−1)正極活物質結晶前駆体粉末の作製
実施例1で作製した正極活物質結晶前駆体粉末を使用した。
(B) Preparation of All Solid Sodium Ion Secondary Battery (b-1) Preparation of Positive Electrode Active Material Crystal Precursor Powder The positive electrode active material crystal precursor powder prepared in Example 1 was used.

(b−2)固体電解質粉末の作製
上記のNASICON結晶を含有する固体電解質シート(1ヶ月保管前のもの)を用い、実施例1と同様にして固体電解質粉末を作製した。
(B-2) Preparation of Solid Electrolyte Powder A solid electrolyte powder was prepared in the same manner as in Example 1 using the above-mentioned solid electrolyte sheet containing NASICON crystals (one before storage for one month).

(b−3)試験電池の作製
実施例1と同様にして試験電池を作製した。なお、得られた正極合材層についてX線回折パターンを確認したところ、活物質結晶であるNaFeP及び固体電解質粉末であるNASICON結晶由来の回折線が確認された。
(B-3) Preparation of test battery A test battery was prepared in the same manner as in Example 1. When the X-ray diffraction pattern of the obtained positive electrode mixture layer was confirmed, diffraction lines derived from Na 2 FeP 2 O 7 which is an active material crystal and NASICON crystal which is a solid electrolyte powder were confirmed.

(c)充放電試験
実施例1と同様にして充放電試験を行った。結果を表1に示す。
(C) Charge / discharge test A charge / discharge test was performed in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table 1.

(実施例5)
固体電解質シートの厚みを200μmとしたこと以外は、実施例4と同様にして固体電解質シートの準備、全固体ナトリウムイオン二次電池の作製、及び充放電試験を行った。結果を表1に示す。
(Example 5)
A solid electrolyte sheet was prepared, an all-solid-state sodium-ion secondary battery was prepared, and a charge / discharge test was performed in the same manner as in Example 4, except that the thickness of the solid electrolyte sheet was set to 200 μm. The results are shown in Table 1.

(実施例6)
プラズマ装置として真空プラズマ装置(魁半導体株式会社製 卓上タイプYHS−R)を用い、真空プラズマの照射を固体電解質シートの両面それぞれに対し3分ずつ行ったこと以外は、実施例5と同様にして固体電解質シートの準備、全固体ナトリウムイオン二次電池の作製、及び充放電試験を行った。結果を表1に示す。
(Example 6)
The same as in Example 5 except that a vacuum plasma device (desktop type YHS-R manufactured by Kai Semiconductor Co., Ltd.) was used as the plasma device and the vacuum plasma was irradiated to both sides of the solid electrolyte sheet for 3 minutes each. A solid electrolyte sheet was prepared, an all-solid sodium-ion secondary battery was prepared, and a charge / discharge test was performed. The results are shown in Table 1.

(比較例1)
固体電解質シートに対して洗浄処理を行わなかったこと以外は、実施例2と同様にして固体電解質シートの準備、全固体ナトリウムイオン二次電池の作製、及び充放電試験を行った。結果を表1に示す。
(Comparative Example 1)
The solid electrolyte sheet was prepared, the all-solid-state sodium-ion secondary battery was prepared, and the charge / discharge test was carried out in the same manner as in Example 2 except that the solid electrolyte sheet was not washed. The results are shown in Table 1.

(比較例2)
実施例2において、大気圧プラズマの照射の代わりに、固体電解質シートに対して研磨板(ダイヤモンドアトマホイール(極細目)No.1200)を用いた研磨をおこなったところ、固体電解質シートが破損しため、試験電池を作製することができなかった。
(Comparative Example 2)
In Example 2, when the solid electrolyte sheet was polished using a polishing plate (diamond atom wheel (extra-fine) No. 1200) instead of the irradiation of atmospheric pressure plasma, the solid electrolyte sheet was damaged. , The test battery could not be manufactured.

(比較例3)
実施例2において、大気圧プラズマの照射の代わりに、固体電解質シートに対してエタノール中で超音波洗浄(40kHz)を行ったところ、固体電解質シートが破損したため、試験電池を作製することができなかった。
(Comparative Example 3)
In Example 2, when the solid electrolyte sheet was ultrasonically cleaned (40 kHz) in ethanol instead of being irradiated with atmospheric pressure plasma, the solid electrolyte sheet was damaged and a test battery could not be produced. It was.

(比較例4)
固体電解質シートに対して、大気圧プラズマの照射の代わりに、1モル%塩酸中への浸漬を行ったこと以外は、実施例2と同様にして固体電解質シートの準備、全固体ナトリウムイオン二次電池の作製、及び充放電試験を行った。結果を表1に示す。
(Comparative Example 4)
The solid electrolyte sheet was prepared in the same manner as in Example 2 except that the solid electrolyte sheet was immersed in 1 mol% hydrochloric acid instead of being irradiated with atmospheric pressure plasma, and the all-solid sodium ion secondary was prepared. A battery was prepared and a charge / discharge test was performed. The results are shown in Table 1.

(比較例5)
実施例5において、大気圧プラズマの照射の代わりに、固体電解質シートに対して研磨板(ダイヤモンドアトマホイール(極細目)No.1200)を用いた研磨をおこなったところ、固体電解質シートが破損したため、試験電池を作製することができなかった。
(Comparative Example 5)
In Example 5, instead of irradiating the atmospheric pressure plasma, the solid electrolyte sheet was polished using a polishing plate (diamond atom wheel (ultra-fine) No. 1200), but the solid electrolyte sheet was damaged. The test battery could not be manufactured.

表1に示す通り、実施例1〜6では洗浄による固体電解質シートの破損がなく、またプラズマの照射により固体電解質シート表面から異物が除去された。またこれらの固体電解質シートを使用した試験電池は83mAh/g以上と高い放電容量を示した。 As shown in Table 1, in Examples 1 to 6, the solid electrolyte sheet was not damaged by washing, and foreign matter was removed from the surface of the solid electrolyte sheet by irradiation with plasma. Further, the test battery using these solid electrolyte sheets showed a high discharge capacity of 83 mAh / g or more.

一方、比較例1、4では試験電池の放電容量が50mAh/g以下と低い値を示した。これは固体電解質シート表面にイオン伝導性の低いNaCOやNaOHが異物として付着しており、固体電解質シートと電極層の界面抵抗が高くなったためと考えられる。比較例2、3、5では、固体電解質シートが洗浄工程で破損したため試験電池を作製することができなかった。 On the other hand, in Comparative Examples 1 and 4, the discharge capacity of the test battery showed a low value of 50 mAh / g or less. It is considered that this is because Na 2 CO 3 and NaOH having low ionic conductivity adhered to the surface of the solid electrolyte sheet as foreign substances, and the interfacial resistance between the solid electrolyte sheet and the electrode layer increased. In Comparative Examples 2, 3 and 5, a test battery could not be produced because the solid electrolyte sheet was damaged in the cleaning step.

Claims (6)

プラズマを照射することにより、固体電解質シートの表面に付着した異物を除去することを特徴とする固体電解質シートの洗浄方法。 A method for cleaning a solid electrolyte sheet, which comprises removing foreign substances adhering to the surface of the solid electrolyte sheet by irradiating with plasma. プラズマが、真空プラズマまたは大気圧プラズマであることを特徴とする請求項1に記載の固体電解質シートの洗浄方法。 The method for cleaning a solid electrolyte sheet according to claim 1, wherein the plasma is a vacuum plasma or an atmospheric pressure plasma. 異物が、炭素、炭化水素及び炭酸塩から選択される少なくとも1種であることを特徴とする請求項1または2に記載の固体電解質シートの洗浄方法。 The method for cleaning a solid electrolyte sheet according to claim 1 or 2, wherein the foreign matter is at least one selected from carbon, hydrocarbons and carbonates. 固体電解質シートが、β−アルミナ、β”−アルミナ及びNASICON結晶から選択される少なくとも1種を含有することを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の固体電解質シートの洗浄方法。 The method for cleaning a solid electrolyte sheet according to any one of claims 1 to 3, wherein the solid electrolyte sheet contains at least one selected from β-alumina, β ″ -alumina and NASICON crystals. .. 固体電解質シートの厚みが2mm以下であることを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載の固体電解質シートの洗浄方法。 The method for cleaning a solid electrolyte sheet according to any one of claims 1 to 4, wherein the thickness of the solid electrolyte sheet is 2 mm or less. 固体電解質シートがナトリウムイオン二次電池用であることを特徴とする請求項1〜5のいずれか一項に記載の固体電解質シートの洗浄方法。 The method for cleaning a solid electrolyte sheet according to any one of claims 1 to 5, wherein the solid electrolyte sheet is for a sodium ion secondary battery.
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