JP2022138830A - Amorphous solid electrolyte precursor powder and manufacturing method thereof, and manufacturing method of solid electrolyte having nasicon crystal structure - Google Patents

Amorphous solid electrolyte precursor powder and manufacturing method thereof, and manufacturing method of solid electrolyte having nasicon crystal structure Download PDF

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大介 阿部
Michio Aizawa
幸治 田上
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Abstract

To provide an amorphous solid electrolyte precursor powder which can be crystallized to obtain a solid electrolyte with a NASICON crystal structure that exhibits high ionic conductivity, a manufacturing method thereof, and a manufacturing method of a solid electrolyte having NASICON crystal structure.SOLUTION: An amorphous solid electrolyte precursor powder contains 1 mass% to 4 mass% of lithium, 0.5 mass% to 6 mass% of aluminum, 15 mass% to 35 mass% of germanium, 10 mass% to 30 mass% of phosphorus, and 0.05 mass% to 3 mass% of nitrogen, and the balance is oxygen.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

この発明は、非晶質の固体電解質前駆体粉末およびその製造方法、並びに、NASICON型結晶構造を有する固体電解質の製造方法に関する。 The present invention relates to an amorphous solid electrolyte precursor powder, a method for producing the same, and a method for producing a solid electrolyte having a NASICON crystal structure.

全固体電池の固体電解質として、NASICON型結晶構造をとる固体電解質は、高いイオン伝導度を有することが知られている。NASICON型結晶構造をとる固体電解質の1つとして、例えばリチウム、アルミニウム、ゲルマニウム、リンおよび酸素を含有し、一般式Li1+xAlGe2-x(PO(xの範囲は、0<x≦1)にて記載される複合酸化物からなる固体電解質(本発明において「LAGP」と記載する場合がある)が知られている。 Solid electrolytes having a NASICON-type crystal structure are known to have high ionic conductivity as solid electrolytes for all-solid-state batteries. As one of solid electrolytes having a NASICON-type crystal structure, for example, lithium, aluminum, germanium, phosphorus and oxygen are contained, and the general formula is Li 1+x Al x Ge 2-x (PO 4 ) 3 (where x ranges from 0<). A solid electrolyte (sometimes referred to as “LAGP” in the present invention) composed of a composite oxide described in x≦1) is known.

例えば特許文献1や2のように、全固体電池の電極層のイオン伝導度を高めるために電極活物質の粒子表面に固体電解質の被膜を形成することが知られている。特許文献1や2には電極活物質の粒子表面に固体電解質の被膜を効率的に形成するために、電極活物質とLAGPを非晶質の状態で混合し、焼成することで非晶質のLAGPを結晶化しイオン伝導度を発現させ、高いイオン伝導度を有する全固体電池の電極層を形成する手法が記載されており、結晶化することでNASICON型結晶構造をとる固体電解質の非晶質前駆体粉末が知られている。 For example, as in Patent Documents 1 and 2, it is known to form a film of a solid electrolyte on the particle surface of an electrode active material in order to increase the ionic conductivity of the electrode layer of an all-solid-state battery. In Patent Documents 1 and 2, in order to efficiently form a solid electrolyte film on the particle surface of the electrode active material, the electrode active material and LAGP are mixed in an amorphous state and fired to form an amorphous layer. A method of crystallizing LAGP to develop ionic conductivity and forming an electrode layer of an all-solid-state battery having high ionic conductivity is described. Precursor powders are known.

特開2018-37341号公報JP 2018-37341 A 特開2019-50083号公報JP 2019-50083 A

しかしながら、全固体電池の出力向上の為には、さらなるイオン伝導度の向上が望まれている。本発明者らの検討によると、特許文献1、2に記載の方法で製造された非晶質LAGPを焼成することにより結晶化させたLAGPであってもイオン伝導度は低い。結晶化させることで、より高いイオン伝導度を発揮するNASICON型結晶構造の固体電解質となる非晶質前駆体粉末が求められている。 However, in order to improve the output of all-solid-state batteries, further improvement in ionic conductivity is desired. According to studies by the present inventors, even LAGP crystallized by firing the amorphous LAGP produced by the methods described in Patent Documents 1 and 2 has low ionic conductivity. There is a demand for an amorphous precursor powder that, when crystallized, becomes a solid electrolyte with a NASICON-type crystal structure that exhibits higher ionic conductivity.

本発明は上述の状況の下で為されたものであり、その解決しようとする課題は、結晶化することにより高いイオン伝導度を発揮するNASICON型結晶構造の固体電解質を得ることが出来る、非晶質の固体電解質前駆体粉末およびその製造方法、並びに、NASICON型結晶構造を有する固体電解質の製造方法とを提供することである。 The present invention has been made under the circumstances described above, and the problem to be solved is to obtain a solid electrolyte with a NASICON-type crystal structure that exhibits high ionic conductivity by crystallization. An object of the present invention is to provide a crystalline solid electrolyte precursor powder, a method for producing the same, and a method for producing a solid electrolyte having a NASICON-type crystal structure.

上述の課題を解決するために研究を行った結果、本発明者らは、リチウム、アルミニウム、ゲルマニウム、リンおよび酸素を所定量含有する非晶質の固体電解質前駆体粉末へ、窒素を所定量含有させることで、当該非晶質の固体電解質前駆体粉末を結晶化した際に、高いイオン伝導度を発揮することを見出した。 As a result of research to solve the above problems, the present inventors have found that an amorphous solid electrolyte precursor powder containing predetermined amounts of lithium, aluminum, germanium, phosphorus and oxygen contains a predetermined amount of nitrogen. The present inventors have found that high ionic conductivity is exhibited when the amorphous solid electrolyte precursor powder is crystallized.

即ち、上述の課題を解決する為の第1の発明は、
リチウムを1質量%以上4質量%以下、
アルミニウムを0.5質量%以上6質量%以下、
ゲルマニウムを15質量%以上35質量%以下、
リンを10質量%以上30質量%以下、
窒素を0.05質量%以上3質量%以下、含有し、
残部が酸素である、非晶質の固体電解質前駆体粉末である。
第2の発明は、
前記非晶質の固体電解質前駆体粉末は窒素を2.5質量%以下含有する、第1の発明に記載の非晶質の固体電解質前駆体粉末である。
第3の発明は、
前記非晶質の固体電解質前駆体粉末は窒素を0.1質量%以上含有する、第1または第2の発明に記載の非晶質の固体電解質前駆体粉末である。
第4の発明は、
前記非晶質の固体電解質前駆体粉末は窒素を1.5質量%以下含有し、ゲルマニウムを23.5質量%以上含有する、第1から第3の発明のいずれか一項に記載の非晶質の固体電解質前駆体粉末である。
第5の発明は、
前記窒素を亜硝酸の形で含有する、第1から第4の発明のいずれか一項に記載の非晶質の固体電解質前駆体粉末である。
第6の発明は、
前記非晶質の固体電解質前駆体粉末が、チタン、ジルコニウムおよびケイ素からなる群から選ばれる1種以上の元素を、合計5質量%以下の範囲でさらに含有する、第1から第5の発明のいずれか一項に記載の非晶質の固体電解質前駆体粉末である。
第7の発明は、
リチウム、アルミニウム、ゲルマニウム、リン、窒素、酸素を含み、リチウムを1質量%以上4質量%以下、アルミニウムを0.5質量%以上6質量%以下、ゲルマニウムを15質量%以上35質量%以下、リンを10質量%以上30質量%以下、窒素を0.05質量%以上3質量%以下、含有し、残部が酸素である、非晶質の固体電解質前駆体粉末の製造方法であって、
リチウム、アルミニウム、ゲルマニウム、リンおよびアンモニアを含有した液体のpHを2以上4.5未満に調整して、pH調整スラリーを得る工程と、
前記pH調整スラリーを噴霧乾燥して、乾燥粉末を得る工程と、
前記乾燥粉末を300℃以上500℃以下で焼成する工程とを有する、非晶質の固体電解質前駆体粉末の製造方法である。
第8の発明は、
前記pH調整スラリー中における、硝酸とアンモニアとのモル比(NO/NH)の値を1.0以上3.0以下とする、第7の発明に記載の非晶質の固体電解質前駆体粉末の製造方法である。
第9の発明は、
前記リチウム、アルミニウム、ゲルマニウム、リンおよびアンモニアを含有した液体へさらに、チタン、ジルコニウムおよびケイ素からなる群から選ばれる1種以上を添加し、前記非晶質の固体電解質前駆体粉末へ、チタン、ジルコニウムおよびケイ素からなる群から選ばれる1種以上の元素を合計5質量%以下の範囲で含有させる、第7または第8の発明に記載の非晶質の固体電解質前駆体粉末の製造方法である。
第10の発明は、
第1から第6の発明のいずれか一項に記載の非晶質の固体電解質前駆体粉末を500℃よりも高い温度で焼成する工程を有する、NASICON型結晶構造を有する固体電解質の製造方法である。
That is, the first invention for solving the above-mentioned problems is
1% by mass or more and 4% by mass or less of lithium,
0.5% by mass or more and 6% by mass or less of aluminum,
15% by mass or more and 35% by mass or less of germanium,
10% by mass or more and 30% by mass or less of phosphorus,
Containing 0.05% by mass or more and 3% by mass or less of nitrogen,
It is an amorphous solid electrolyte precursor powder in which the balance is oxygen.
The second invention is
The amorphous solid electrolyte precursor powder is the amorphous solid electrolyte precursor powder according to the first invention, containing 2.5% by mass or less of nitrogen.
The third invention is
The amorphous solid electrolyte precursor powder is the amorphous solid electrolyte precursor powder according to the first or second invention, containing 0.1% by mass or more of nitrogen.
The fourth invention is
The amorphous solid electrolyte precursor powder according to any one of the first to third inventions, wherein the amorphous solid electrolyte precursor powder contains 1.5% by mass or less of nitrogen and 23.5% by mass or more of germanium. It is a solid electrolyte precursor powder of high quality.
The fifth invention is
The amorphous solid electrolyte precursor powder according to any one of the first to fourth inventions, which contains the nitrogen in the form of nitrous acid.
The sixth invention is
of the first to fifth inventions, wherein the amorphous solid electrolyte precursor powder further contains one or more elements selected from the group consisting of titanium, zirconium and silicon in a range of 5% by mass or less in total. An amorphous solid electrolyte precursor powder according to any one of the items.
The seventh invention is
Contains lithium, aluminum, germanium, phosphorus, nitrogen, and oxygen, containing 1% by mass to 4% by mass of lithium, 0.5% by mass to 6% by mass of aluminum, 15% by mass to 35% by mass of germanium, and phosphorus A method for producing an amorphous solid electrolyte precursor powder containing 10% by mass or more and 30% by mass or less, 0.05% by mass or more and 3% by mass or less of nitrogen, and the balance being oxygen,
A step of adjusting the pH of a liquid containing lithium, aluminum, germanium, phosphorus and ammonia to 2 or more and less than 4.5 to obtain a pH-adjusted slurry;
spray drying the pH adjusted slurry to obtain a dry powder;
and sintering the dry powder at 300° C. or higher and 500° C. or lower.
The eighth invention is
The amorphous solid electrolyte precursor according to the seventh invention, wherein the molar ratio (NO 3 /NH 3 ) of nitric acid and ammonia in the pH-adjusted slurry is 1.0 or more and 3.0 or less. A powder manufacturing method.
The ninth invention is
Further, one or more selected from the group consisting of titanium, zirconium and silicon is added to the liquid containing lithium, aluminum, germanium, phosphorus and ammonia, and titanium and zirconium are added to the amorphous solid electrolyte precursor powder. and silicon in a total amount of 5% by mass or less.
A tenth invention is
A method for producing a solid electrolyte having a NASICON-type crystal structure, comprising the step of firing the amorphous solid electrolyte precursor powder according to any one of the first to sixth inventions at a temperature higher than 500°C. be.

本発明によれば、焼成して結晶化することにより高いイオン伝導度を発揮するNASICON型結晶構造の固体電解質の前駆体である、リチウム、アルミニウム、ゲルマニウム、リン、窒素および酸素を含有する非晶質の固体電解質前駆体粉末と、当該非晶質の固体電解質前駆体粉末の製造方法、並びに、NASICON型結晶構造を有する固体電解質の製造方法を提供することができる。 According to the present invention, an amorphous solid electrolyte containing lithium, aluminum, germanium, phosphorus, nitrogen and oxygen, which is a precursor of a solid electrolyte having a NASICON-type crystal structure that exhibits high ionic conductivity by sintering and crystallizing It is possible to provide an amorphous solid electrolyte precursor powder, a method for producing the amorphous solid electrolyte precursor powder, and a method for producing a solid electrolyte having a NASICON-type crystal structure.

実施例1に係る非晶質の固体電解質前駆体粉末のXRDスペクトルである。1 is an XRD spectrum of an amorphous solid electrolyte precursor powder according to Example 1. FIG. 実施例1に係る非晶質の固体電解質前駆体粉末のラマンスペクトルである。1 is a Raman spectrum of an amorphous solid electrolyte precursor powder according to Example 1. FIG. 実施例1、比較例1、2に係る非晶質の固体電解質前駆体粉末のSEM写真である。1 is SEM photographs of amorphous solid electrolyte precursor powders according to Example 1 and Comparative Examples 1 and 2. FIG.

本発明に係る非晶質の固体電解質前駆体粉末は、非晶質の粉末であるが、焼成して結晶化させることにより、高いイオン伝導度を発現するNASICON型結晶構造の固体電解質を得ることが出来る、NASICON型結晶構造の固体電解質の前駆体である。
尚、本発明に係る非晶質の固体電解質前駆体粉末を結晶化させることで得られる固体電解質とは、JCPDSカードNo.01-080-1922にて同定できる一般式Li1+xAlGe2-x(PO(xの範囲は、0<x≦1)を有するもの以外であっても、LAGPを主相とするものであればよいし、LAGPを主相としその他の酸化物を副相とする混相のものであってもよい。ここで、得られた固体電解質においてLAGPが主相であることは、当該固体電解質をXRD測定した際、得られる最大のピークがLAGPであることで確認することで出来る。
The amorphous solid electrolyte precursor powder according to the present invention is an amorphous powder, but by calcining and crystallizing it, a solid electrolyte with a NASICON-type crystal structure exhibiting high ionic conductivity can be obtained. is a precursor of a solid electrolyte with a NASICON-type crystal structure.
The solid electrolyte obtained by crystallizing the amorphous solid electrolyte precursor powder according to the present invention refers to JCPDS card No. 01-080-1922, the general formula Li 1+x Al x Ge 2-x (PO 4 ) 3 (where x ranges from 0<x≦1), LAGP can be used as the main phase. It may be of a mixed phase having LAGP as a main phase and other oxides as a subphase. Here, the fact that LAGP is the main phase in the obtained solid electrolyte can be confirmed by confirming that the maximum peak obtained when the solid electrolyte is subjected to XRD measurement is LAGP.

以下、発明を実施するための形態について、1.非晶質の固体電解質前駆体粉末における各構成元素の効果と含有割合、2.非晶質の固体電解質前駆体粉末の性状、3.非晶質の固体電解質前駆体粉末の製造方法、および、NASICON型結晶構造を有する固体電解質の製造方法、の順で説明する。 Hereinafter, the embodiments for carrying out the invention are described as follows: 1. 2. Effect and content ratio of each constituent element in the amorphous solid electrolyte precursor powder; 2. Properties of amorphous solid electrolyte precursor powder; A method for producing an amorphous solid electrolyte precursor powder and a method for producing a solid electrolyte having a NASICON-type crystal structure will be described in this order.

1.非晶質の固体電解質前駆体粉末における各構成元素の効果と含有割合
本発明に係る非晶質の固体電解質前駆体粉末は、構成元素としてリチウム、アルミニウム、ゲルマニウム、リン、窒素を含有し、所望によりその他の元素を含有し、残部が酸素である。以下、各構成元素の効果と含有割合について、(1)リチウム、(2)アルミニウム、(3)ゲルマニウム、(4)リン、(5)窒素、(6)その他の元素、(7)酸素、(8)不純物、の順で説明する。
1. Effect and Content Ratio of Each Constituent Element in Amorphous Solid Electrolyte Precursor Powder The amorphous solid electrolyte precursor powder according to the present invention contains lithium, aluminum, germanium, phosphorus, and nitrogen as constituent elements, and is desired. contains other elements, and the balance is oxygen. Hereinafter, the effect and content ratio of each constituent element will be described (1) lithium, (2) aluminum, (3) germanium, (4) phosphorus, (5) nitrogen, (6) other elements, (7) oxygen, ( 8) Impurities.

(1)リチウム
本発明の非晶質の固体電解質前駆体粉末には、リチウムが1質量%以上4質量%以下含有されている。リチウムの含有量が1質量%以上4質量%以下であれば、非晶質の固体電解質前駆体粉末を結晶化した際に、高いイオン伝導度を有するNASICON型結晶構造の固体電解質となり、リチウムイオン伝導度が担保されるからである。リチウムの含有量は好ましくは1.0質量%以上、より好ましくは1.5質量%以上、さらに好ましくは1.8質量%以上であり、一方、好ましくは4.0質量%以下、好ましくは3.5質量%以下、さらに好ましくは3.3質量%以下である。
(1) Lithium The amorphous solid electrolyte precursor powder of the present invention contains 1% by mass or more and 4% by mass or less of lithium. If the lithium content is 1% by mass or more and 4% by mass or less, when the amorphous solid electrolyte precursor powder is crystallized, it becomes a solid electrolyte with a NASICON-type crystal structure having high ionic conductivity, and lithium ions This is because conductivity is guaranteed. The content of lithium is preferably 1.0% by mass or more, more preferably 1.5% by mass or more, and still more preferably 1.8% by mass or more, while it is preferably 4.0% by mass or less, preferably 3% by mass or less. 0.5% by mass or less, more preferably 3.3% by mass or less.

(2)アルミニウム
本発明の非晶質の固体電解質前駆体粉末には、アルミニウムが0.5質量%以上6質量%以下含有されている。アルミニウムを0.5質量%以上6質量%以下含有することで、非晶質の固体電解質前駆体粉末を結晶化した際に、NASICON型結晶構造の固体電解質となる。アルミニウム含有量は、好ましくは1.0質量%以上であり、さらに好ましくは2.0質量%以上である。一方、好ましくは5.5質量%以下、さらに好ましくは5.0質量%以下である。
(2) Aluminum The amorphous solid electrolyte precursor powder of the present invention contains 0.5% by mass or more and 6% by mass or less of aluminum. By containing 0.5% by mass or more and 6% by mass or less of aluminum, a solid electrolyte having a NASICON-type crystal structure is obtained when the amorphous solid electrolyte precursor powder is crystallized. The aluminum content is preferably 1.0% by mass or more, more preferably 2.0% by mass or more. On the other hand, it is preferably 5.5% by mass or less, more preferably 5.0% by mass or less.

(3)ゲルマニウム
本発明の非晶質の固体電解質前駆体粉末中には、ゲルマニウムが15質量%以上35質量%以下含有されている。ゲルマニウムの含有量が15質量%以上であれば、ガラスを形成し、非晶質とすることができる。一方、ゲルマニウムの含有量が35質量%以下であれば、非晶質の固体電解質前駆体粉末を結晶化した際に、NASICON型結晶構造の固体電解質となる。ゲルマニウム含有量は好ましくは20質量%以上、さらに好ましくは22質量%以上であり、最も好ましくは23.5質量%以上とすることで、非晶質の固体電解質前駆体粉末を結晶化した際に、より高いイオン伝導度の固体電解質を得ることができる。一方、好ましくは33質量%以下、さらに好ましくは30質量%以下である。
(3) Germanium The amorphous solid electrolyte precursor powder of the present invention contains 15% by mass or more and 35% by mass or less of germanium. If the germanium content is 15% by mass or more, it can form glass and be amorphous. On the other hand, if the germanium content is 35% by mass or less, a solid electrolyte having a NASICON-type crystal structure is obtained when the amorphous solid electrolyte precursor powder is crystallized. The germanium content is preferably 20% by mass or more, more preferably 22% by mass or more, and most preferably 23.5% by mass or more, so that when the amorphous solid electrolyte precursor powder is crystallized, , a solid electrolyte with higher ionic conductivity can be obtained. On the other hand, it is preferably 33% by mass or less, more preferably 30% by mass or less.

(4)リン
本発明の非晶質の固体電解質前駆体粉末中には、リンが10質量%以上30質量%以下含有されている。この場合にガラスを形成し、非晶質とすることができる。一方、結晶化した際、非晶質の固体電解質前駆体粉末がNASICON型結晶構造となる。リン含有量は好ましくは15質量%以上、さらに好ましくは20質量%以上である。一方、好ましくは28質量%以下、さらに好ましくは25質量%以下である。
(4) Phosphorus The amorphous solid electrolyte precursor powder of the present invention contains 10% by mass or more and 30% by mass or less of phosphorus. In this case a glass is formed and can be amorphous. On the other hand, when crystallized, the amorphous solid electrolyte precursor powder has a NASICON-type crystal structure. The phosphorus content is preferably 15% by mass or more, more preferably 20% by mass or more. On the other hand, it is preferably 28% by mass or less, more preferably 25% by mass or less.

(5)窒素
本発明に係る非晶質の固体電解質前駆体粉末には、窒素が0.05質量%以上3質量%以下含有されている。非晶質の固体電解質前駆体粉末に窒素を0.05質量%以上3質量%以下含有させることで非晶質の固体電解質前駆体粉末を焼成し結晶化する場合に、窒素が焼結促進剤として作用し、結晶の粒界が少なくなるためイオン伝導抵抗を低減し、結晶化して得られる固体電解質のイオン伝導度が向上すると推察される。結晶化して得られる固体電解質のイオン伝導度が向上させる点から、窒素含有量は、より好ましくは0.1質量%以上、さらに好ましくは0.15質量%以上である。一方、結晶化して得られる固体電解質のイオン伝導度が向上させる点から、窒素含有量は、好ましくは2.5質量%以下、好ましくは、1.5質量%以下である。
(5) Nitrogen The amorphous solid electrolyte precursor powder according to the present invention contains 0.05% by mass or more and 3% by mass or less of nitrogen. When the amorphous solid electrolyte precursor powder contains 0.05% by mass or more and 3% by mass or less of nitrogen and the amorphous solid electrolyte precursor powder is fired and crystallized, nitrogen is a sintering accelerator. It is presumed that the ionic conductivity of the solid electrolyte obtained by crystallization is improved by reducing the ionic conduction resistance because the grain boundaries of the crystals are reduced. The nitrogen content is more preferably 0.1% by mass or more, still more preferably 0.15% by mass or more, from the viewpoint of improving the ion conductivity of the solid electrolyte obtained by crystallization. On the other hand, the nitrogen content is preferably 2.5% by mass or less, preferably 1.5% by mass or less, from the viewpoint of improving the ion conductivity of the solid electrolyte obtained by crystallization.

尚、本発明において、非晶質の固体電解質前駆体粉末に含まれる窒素の含有量は、窒素分析装置(試料を不活性ガス雰囲気中で加熱して分解し、試料に含有されている窒素を窒素ガスとして抽出し、定量分析する装置)を用いて、当該非晶質の固体電解質前駆体粉末の窒素量を定量分析した結果から算出することが出来る。そして、当該非晶質の固体電解質前駆体粉末に含まれる窒素は、亜硝酸の形であるのが好ましい。本明細書において「亜硝酸の形である窒素」とは、非晶質の固体電解質前駆体粉末のラマンスペクトルを測定し、1285cm-1±5付近に亜硝酸の対称伸縮に起因するピークが検出されることで同定されたものである。非晶質の固体電解質前駆体粉末に含まれる窒素が亜硝酸の形である場合、含まれる亜硝酸は、主に亜硝酸リチウムとして存在していると考えられる。亜硝酸リチウムは分解温度が600℃以上であるため、非晶質の固体電解質前駆体粉末を製造する際の乾燥や焼成において分解されずに残存し、後工程において、窒素含有による効果が発揮され、高いイオン伝導度を発現するNASICON型結晶構造の固体電解質を得られると考えている。 In the present invention, the content of nitrogen contained in the amorphous solid electrolyte precursor powder can be determined using a nitrogen analyzer (a sample is heated and decomposed in an inert gas atmosphere to determine the nitrogen contained in the sample). It can be calculated from the results of quantitative analysis of the nitrogen content of the amorphous solid electrolyte precursor powder using a device for extracting nitrogen gas and quantitatively analyzing it. Nitrogen contained in the amorphous solid electrolyte precursor powder is preferably in the form of nitrous acid. As used herein, “nitrogen in the form of nitrous acid” means that the Raman spectrum of an amorphous solid electrolyte precursor powder is measured, and a peak due to symmetrical expansion and contraction of nitrous acid is detected near 1285 cm −1 ±5. It is identified by being When the nitrogen contained in the amorphous solid electrolyte precursor powder is in the form of nitrous acid, the contained nitrous acid is considered to exist mainly as lithium nitrite. Since lithium nitrite has a decomposition temperature of 600° C. or higher, it remains without being decomposed during drying and firing when producing an amorphous solid electrolyte precursor powder, and the effect of containing nitrogen is exhibited in the subsequent steps. , we believe that a solid electrolyte with a NASICON-type crystal structure that exhibits high ionic conductivity can be obtained.

(6)その他の元素
本発明に係る非晶質の固体電解質前駆体粉末は、結晶化した際、NASICON型結晶構造になるのであれば、上述のリチウム、アルミニウム、ゲルマニウム、リン、窒素および酸素以外に、さらにチタン、ジルコニウムおよびケイ素からなる群から選ばれる1種以上の元素を合計5質量%以下含有していてもよい。好ましくは合計3質量%以下、さらに好ましくは合計2質量%以下である。チタン、ジルコニウムおよびケイ素からなる群から選ばれる1種以上の元素は合計0.1質量%以上含有していてもよい。
(6) Other Elements The amorphous solid electrolyte precursor powder according to the present invention has elements other than lithium, aluminum, germanium, phosphorus, nitrogen and oxygen as long as they form a NASICON-type crystal structure when crystallized. In addition, one or more elements selected from the group consisting of titanium, zirconium and silicon may be contained in a total amount of 5% by mass or less. The total content is preferably 3% by mass or less, more preferably 2% by mass or less. One or more elements selected from the group consisting of titanium, zirconium and silicon may be contained in a total amount of 0.1% by mass or more.

(7)酸素
本発明に係る非晶質の固体電解質前駆体粉末に含まれる酸素含有量は、(100質量%-酸素以外の各構成元素の質量%の合計値)で求めることができる。非晶質の固体電解質前駆体粉末に含まれる酸素含有量は、40質量%以上55質量%以下であることが好ましい。
(7) Oxygen The oxygen content contained in the amorphous solid electrolyte precursor powder according to the present invention can be obtained by (100% by mass - the total mass% of each constituent element other than oxygen). The oxygen content in the amorphous solid electrolyte precursor powder is preferably 40% by mass or more and 55% by mass or less.

(8)不純物
本発明に係る非晶質の固体電解質前駆体粉末には、本発明の効果を損なわない範囲で、リチウム、アルミニウム、ゲルマニウム、リン、窒素、酸素、さらにチタン、ジルコニウムおよびケイ素以外の元素を、不純物元素として含有していてもよい。不純物元素の合計は、好ましくは5質量%以下であり、さらに好ましくは1質量%以下である。
(8) Impurities In the amorphous solid electrolyte precursor powder according to the present invention, lithium, aluminum, germanium, phosphorus, nitrogen, oxygen, and further impurities other than titanium, zirconium and silicon are included within a range that does not impair the effects of the present invention. The element may be contained as an impurity element. The total amount of impurity elements is preferably 5% by mass or less, more preferably 1% by mass or less.

2.非晶質の固体電解質前駆体粉末の性状
本発明に係る非晶質の固体電解質前駆体粉末の性状について、(1)粒径、(2)非晶質であることの確認方法、の順で説明する。
2. Properties of the Amorphous Solid Electrolyte Precursor Powder Regarding the properties of the amorphous solid electrolyte precursor powder according to the present invention, (1) the particle size, and (2) the method for confirming that it is amorphous, in that order. explain.

(1)粒径
本発明に係る非晶質の固体電解質前駆体粉末の粒径は、特に制限はないが、非晶質の固体電解質前駆体粉末のレーザー回折散乱式粒度分布測定装置により体積基準の粒度分布を測定し、測定によって得られた体積基準の累積50%粒子径(D50)が、1μm~30μmであることが好ましい。
後述するNASICON型結晶構造の固体電解質を、固体電解質として全固体電池の固体電解質として用いる場合は、前駆体である非晶質の固体電解質前駆体粉末のD50は、1μm~5μmであることが好ましい。
(1) Particle size The particle size of the amorphous solid electrolyte precursor powder according to the present invention is not particularly limited. The volume-based cumulative 50% particle diameter (D50) obtained by the measurement is preferably 1 μm to 30 μm.
When a solid electrolyte having a NASICON-type crystal structure, which will be described later, is used as a solid electrolyte for an all-solid-state battery, the D50 of the precursor amorphous solid electrolyte precursor powder is preferably 1 μm to 5 μm. .

(2)非晶質であることの確認方法、
本発明に係る非晶質の固体電解質前駆体粉末が非晶質であることは、粉末X線回折(XRD)測定により、2θ:15°~40°の領域でハローが観察されることにより確認できる。尚、「ハロー」とは、X線の強度の緩やかな起伏であって、X線チャートにおいてブロードな盛り上がりとして観察されるものである。そして、当該ハローの半値幅は2θ:2°以上であれば非晶質である。
(2) a method for confirming that it is amorphous;
The fact that the amorphous solid electrolyte precursor powder according to the present invention is amorphous is confirmed by observing a halo in the region of 2θ: 15° to 40° by powder X-ray diffraction (XRD) measurement. can. The "halo" is a gentle undulation of X-ray intensity, which is observed as a broad bulge on the X-ray chart. If the half width of the halo is 2θ: 2° or more, it is amorphous.

3.非晶質の固体電解質前駆体粉末の製造方法、および、NASICON型結晶構造を有する固体電解質の製造方法
まず、本発明に係る非晶質の固体電解質前駆体粉末の製造方法について説明する。そして、製造された非晶質の固体電解質前駆体粉末を前駆体とした、NASICON型結晶構造を有する固体電解質の製造方法について説明する。
3. Method for Producing Amorphous Solid Electrolyte Precursor Powder and Method for Producing Solid Electrolyte Having NASICON Crystal Structure First, a method for producing an amorphous solid electrolyte precursor powder according to the present invention will be described. Then, a method for producing a solid electrolyte having a NASICON-type crystal structure using the produced amorphous solid electrolyte precursor powder as a precursor will be described.

本発明に係る非晶質の固体電解質前駆体粉末は、各構成元素を含有する原料の水溶液を混合して液体の混合物を得、得られた液体の混合物のpH調整を行い、pH調整後のスラリーを噴霧乾燥して乾燥粉末を得、当該乾燥粉末を焼成することで得られる。
尚、当該液体の混合物は、後述するように、各構成元素の塩が分散してスラリーとなっている場合と、各構成元素の塩が溶解して溶液となっている場合とがある。
The amorphous solid electrolyte precursor powder according to the present invention is obtained by mixing an aqueous solution of raw materials containing each constituent element to obtain a liquid mixture, adjusting the pH of the obtained liquid mixture, and It is obtained by spray-drying a slurry to obtain a dry powder, and calcining the dry powder.
As will be described later, the liquid mixture may be a slurry in which the salts of the constituent elements are dispersed, or a solution in which the salts of the constituent elements are dissolved.

以下、本発明に係る非晶質の固体電解質前駆体粉末の製造方法、および、NASICON型結晶構造を有する固体電解質の製造方法について、(1)原料水溶液調製、(2)混合、(3)pH調整、(4)噴霧乾燥、(5)焼成、(6)粒径調整、(7)NASICON型結晶構造を有する固体電解質の製造、の順に説明する。 Hereinafter, the method for producing an amorphous solid electrolyte precursor powder and the method for producing a solid electrolyte having a NASICON-type crystal structure according to the present invention will be described in terms of (1) raw material aqueous solution preparation, (2) mixing, (3) pH Preparation, (4) Spray drying, (5) Firing, (6) Particle size adjustment, and (7) Production of a solid electrolyte having a NASICON-type crystal structure will be described in this order.

(1)原料水溶液調製
本発明に係る非晶質の固体電解質前駆体粉末の構成元素であるリチウム、アルミニウム、ゲルマニウム、リン、および、所望によりチタン、ジルコニア、およびケイ素の各元素を含む原料を、それぞれ水に完全に溶解させて水溶液とする。各構成元素を含む原料は、硝酸塩を用いることで、非晶質の固体電解質前駆体粉末中に窒素が残留しやすくなるため好ましい。
(1) Raw material aqueous solution preparation A raw material containing lithium, aluminum, germanium, and phosphorus, which are constituent elements of the amorphous solid electrolyte precursor powder according to the present invention, and optionally titanium, zirconia, and silicon, Each of them is completely dissolved in water to form an aqueous solution. It is preferable to use nitrate as the raw material containing each constituent element because nitrogen tends to remain in the amorphous solid electrolyte precursor powder.

(2)混合
前記「(1)原料水溶液調製」にて調製した原料水溶液を、ねらいの固体電解質前駆体粉末の組成に合わせて混合する工程である。
当該混合の結果、いわゆる共沈により固体電解質の構成元素を含むスラリーが得られる場合と、混合溶液が得られる場合とがある。
(2) Mixing This is a step of mixing the raw material aqueous solution prepared in "(1) Raw material aqueous solution preparation" according to the composition of the target solid electrolyte precursor powder.
As a result of the mixing, a slurry containing constituent elements of the solid electrolyte may be obtained by so-called coprecipitation, or a mixed solution may be obtained.

例えば、アンモニアで溶解させたアルカリ性のゲルマニウム水溶液に、硝酸リチウム、硝酸アルミニウム9水和物、リン酸二水素アンモニウムを溶解させた酸性の水溶液を添加すると直後に濁り、共沈によってリチウム、アルミニウム、ゲルマニウム、リンおよびアンモニアを含有したスラリーを得ることが出来る。この混合工程では液温は特に検討する必要はなく、加温しても、しなくても良い。当該スラリー中には、水酸化物として析出した構成元素と、イオンとして存在している構成元素とが存在していると考えられる。
一方、非晶質の固体電解質前駆体粉末の構成元素が、溶媒である水に全溶解した場合は、スラリーにはならずに透明な混合溶液となる。この場合は、次に述べる「(3)pH調整」において、共沈によりスラリーが生成する。
尚、本発明において、前記透明な混合溶液と、前記共沈により生成したスラリーとを、含む概念として「液体」という用語を用いる場合がある。
For example, when an acidic aqueous solution of lithium nitrate, aluminum nitrate nonahydrate, and ammonium dihydrogen phosphate is added to an alkaline aqueous solution of germanium dissolved in ammonia, it immediately becomes turbid, and coprecipitation of lithium, aluminum, and germanium occurs. , phosphorus and ammonia can be obtained. It is not necessary to consider the temperature of the liquid in this mixing step, and the liquid may or may not be heated. It is considered that constituent elements precipitated as hydroxides and constituent elements existing as ions are present in the slurry.
On the other hand, when the constituent elements of the amorphous solid electrolyte precursor powder are completely dissolved in water as a solvent, a transparent mixed solution is formed instead of a slurry. In this case, a slurry is produced by coprecipitation in "(3) pH adjustment" described below.
In the present invention, the term "liquid" may be used as a concept including the transparent mixed solution and the slurry produced by the coprecipitation.

(3)pH調整
前記「(2)混合」にて得られたリチウム、アルミニウム、ゲルマニウム、リンおよびアンモニアを含有した混合スラリーまたは混合溶液である液体の混合物へ、硝酸を添加するかまたは原料中の硝酸塩量の比率を増やすことにより、液体の混合物のpHを2以上、4.5未満に調整する工程である。この結果、混合溶液の場合も共沈によりスラリーを生成するので、混合スラリーからあっても、混合溶液からあっても、pHが2以上、4.5未満であるpH調整スラリーを得ることが出来る。
尚、「(2)混合」または「(3)pH調整」において、構成元素のイオン濃度積が溶解度積よりも高くなる過飽和状態を実現し、共沈法を用いてスラリーを生成させるのは、構成元素の均一性向上を果たすことが、NASICON型結晶構造を有する固体電解質を得る為に肝要な為である。
(3) pH adjustment Nitric acid is added to the liquid mixture, which is a mixed slurry or mixed solution containing lithium, aluminum, germanium, phosphorus and ammonia obtained in "(2) Mixing", or A step of adjusting the pH of the liquid mixture to 2 or more and less than 4.5 by increasing the proportion of the nitrate amount. As a result, even in the case of a mixed solution, a slurry is produced by coprecipitation, so that a pH-adjusted slurry having a pH of 2 or more and less than 4.5 can be obtained from the mixed slurry or from the mixed solution. .
In "(2) Mixing" or "(3) pH adjustment", a supersaturated state in which the ion concentration product of the constituent elements is higher than the solubility product, and a slurry is produced using a coprecipitation method is This is because it is important to improve the uniformity of the constituent elements in order to obtain a solid electrolyte having a NASICON-type crystal structure.

本発明者は、以下のように本工程において硝酸を添加し、混合スラリーのpHを2以上、4.5未満に調整することで、非晶質の固体電解質前駆体粉末中に窒素が含有されると推察している。前記「(2)混合」にて得られた混合スラリーには、硝酸塩とアンモニウム塩が含まれていると考えられる。本発明者は、前記「(2)混合」にて得られた混合スラリーに硝酸を添加し、混合スラリーのpH2以上、4.5未満にすることで、pH調整スラリーに含まれる硝酸リチウム、硝酸アンモニウム、硝酸アルミニウムなどの硝酸塩のうち、分解温度が高い硝酸リチウムの量が増加していると考えている。
そして、pH調整スラリーに含まれる硝酸リチウムが、後述する「(5)焼成」における加熱により亜硝酸性リチウムを生成すると考えられる。その結果、亜硝酸の形である窒素が非晶質の固体電解質前駆体粉末中に残留し、非晶質の固体電解質前駆体粉末中に窒素が含有されると推察している。
The present inventor added nitric acid in this step as follows to adjust the pH of the mixed slurry to 2 or more and less than 4.5, so that the amorphous solid electrolyte precursor powder contained nitrogen. I'm guessing. The mixed slurry obtained in "(2) Mixing" is considered to contain nitrate and ammonium salt. The present inventor added nitric acid to the mixed slurry obtained in "(2) Mixing" to adjust the pH of the mixed slurry to 2 or more and less than 4.5, so that the lithium nitrate and ammonium nitrate contained in the pH-adjusted slurry , among nitrates such as aluminum nitrate, the amount of lithium nitrate, which has a high decomposition temperature, is increasing.
Then, it is considered that the lithium nitrate contained in the pH-adjusted slurry generates lithium nitrite by heating in "(5) Firing" described later. As a result, it is speculated that nitrogen in the form of nitrous acid remains in the amorphous solid electrolyte precursor powder, and nitrogen is contained in the amorphous solid electrolyte precursor powder.

当該観点から、pH調整スラリーはpHを4.4以下にすることが好ましく、pHを4.3以下にすることがさらに好ましい。一方、pH調整スラリーはpHを2.3以上にすることが好ましく、pHを2.6以上にすることがさらに好ましい。 From this point of view, the pH of the pH-adjusted slurry is preferably 4.4 or less, more preferably 4.3 or less. On the other hand, the pH-adjusted slurry preferably has a pH of 2.3 or higher, more preferably 2.6 or higher.

そして、pH調整スラリー中における硝酸とアンモニアのモル比(NO/NH)の値を1.0以上3.0以下とすることが好ましい。
ここで、pH調整スラリー中における硝酸とアンモニアのモル数とは、pH調整スラリーを調製するまでに、添加された硝酸分子とアンモニウム分子との、それぞれの全モル数の意味である。尚、pH2以上、pH4.5未満の領域において、それぞれの分子は水溶液中において、硝酸イオンおよびアンモニウムイオンの状態で存在すると考えられる。
Further, the molar ratio (NO 3 /NH 3 ) of nitric acid and ammonia in the pH-adjusted slurry is preferably 1.0 or more and 3.0 or less.
Here, the number of moles of nitric acid and ammonia in the pH-adjusted slurry means the total number of moles of nitric acid molecules and ammonium molecules added until the pH-adjusted slurry was prepared. In the range of pH 2 or more and pH 4.5 or less, each molecule is considered to exist in the state of nitrate ion and ammonium ion in the aqueous solution.

このようにスラリー中におけるアンモニアと硝酸とのモル比の値を調整することで、上述の通り、スラリー中の硝酸リチウムの量が増加すると考えられ、非晶質の固体電解質前駆体粉末中へ、亜硝酸の形の窒素を含有させることができるため好ましい。当該観点から、pH調整スラリー中の硝酸とアンモニアのモル比(NO/NH)の値は1.0以上2.0以下とすることがより好ましい。 By adjusting the molar ratio of ammonia and nitric acid in the slurry in this way, it is believed that the amount of lithium nitrate in the slurry increases as described above. It is preferable because nitrogen in the form of nitrous acid can be contained. From this point of view, the molar ratio (NO 3 /NH 3 ) of nitric acid and ammonia in the pH-adjusted slurry is more preferably 1.0 or more and 2.0 or less.

(4)噴霧乾燥、
前記「(3)pH調整」にて得られたpH2以上、4.5未満のpH調整スラリーを、スプレードライヤー等を用いて噴霧乾燥してpH調整スラリー中の水分を蒸発させ、乾燥粉末を得る工程である。「(3)pH調整」を経て得られたスラリーを噴霧乾燥することにより、短時間でスラリー中においてイオンで存在している構成元素を急速に析出させることが出来るので、構成元素間の溶解度の差から生じる、析出の不均一さが低減され、組成が均一な乾燥粉末となる。さらに、二酸化ゲルマニウムの生成が抑制され、好ましい非晶質の固体電解質前駆体粉末を得ることができる。
(4) spray drying;
The pH-adjusted slurry having a pH of 2 or more and less than 4.5 obtained in "(3) pH adjustment" is spray-dried using a spray dryer or the like to evaporate water in the pH-adjusted slurry to obtain a dry powder. It is a process. By spray-drying the slurry obtained through "(3) pH adjustment", the constituent elements existing as ions in the slurry can be rapidly precipitated in a short time, so the solubility between the constituent elements can be improved. Deposition non-uniformities resulting from differences are reduced, resulting in dry powders of uniform composition. Furthermore, generation of germanium dioxide is suppressed, and a preferable amorphous solid electrolyte precursor powder can be obtained.

発明者の事前の試験によると、pH2以上、4.5未満のpH調整スラリーを噴霧乾燥ではなく、ホットプレート等を使用した蒸発乾固により乾燥した粉末では、後述する「(5)焼成」において二酸化ゲルマニウムが生成し、粉末X線回折(XRD)測定により、2θ:15°~40°の領域に二酸化ゲルマニウムのピークが見受けられ、非晶質である固体電解質伝導体酸化物粉末を得ることができなかった。 According to the inventor's preliminary test, the powder obtained by drying the pH-adjusted slurry with a pH of 2 or more and less than 4.5 by evaporation to dryness using a hot plate, etc., instead of spray drying, in "(5) Firing" described later Germanium dioxide is produced, and according to powder X-ray diffraction (XRD) measurement, a germanium dioxide peak is observed in the region of 2θ: 15° to 40°, and an amorphous solid electrolyte conductor oxide powder can be obtained. could not.

乾燥温度は、得られる乾燥粉末に水分が残らない温度に適宜設定すればよい。但し、乾燥粉末中には、pH調整後のスラリーと同様に硝酸塩とアンモニウム塩とが含まれていると考えられことから、具体的には、噴霧乾燥機であるスプレードライヤーの入口温度が150~250℃、熱風出口温度が60~120℃が好ましい。
これは、入口温度が150℃以上であれば、十分な乾燥速度が得られスプレードライヤーの乾燥塔に乾燥粉が残留し易くなる事態を回避出来、250℃以下であればスラリー中の成分が熱分解して、所望の乾燥粉にならない事態を回避出来るからである。また、熱風出口温度が60℃以上、好ましくは80℃以上であれば、乾燥粉末中の水分量を十分に低減できるからであり、120℃以下、好ましくは110℃以下であれば二酸化ゲルマニウムの偏析を生じる事態を回避出来るからである。
The drying temperature may be appropriately set to a temperature that does not leave moisture in the resulting dry powder. However, since it is thought that the dry powder contains nitrates and ammonium salts in the same manner as the pH-adjusted slurry, specifically, the inlet temperature of the spray dryer, which is a spray dryer, is 150 to 150. 250°C and a hot air outlet temperature of 60 to 120°C are preferred.
This is because if the inlet temperature is 150°C or higher, a sufficient drying rate can be obtained and the situation where dry powder tends to remain in the drying tower of the spray dryer can be avoided, and if the inlet temperature is 250°C or lower, the components in the slurry can be heated. This is because it is possible to avoid a situation in which the desired dry powder is not obtained due to decomposition. In addition, if the hot air outlet temperature is 60 ° C. or higher, preferably 80 ° C. or higher, the moisture content in the dry powder can be sufficiently reduced. This is because it is possible to avoid a situation in which a

(5)焼成
前記「(4)噴霧乾燥」にて得られた乾燥粉末を焼成し、ガラス化して非晶質の固体電解質前駆体粉末を得る工程である。具体的には、アルミナ製等の容器に、乾燥粉末を入れ、大気雰囲気下で室温から、300℃~500℃まで、昇温速度0.1~20℃/minにて昇温することで非晶質の固体電解質前駆体粉末を得ることができる。300℃以上500℃以下で焼成することにより、乾燥粉末中に含有される分解温度の低いアンモニア塩は除去されるが、乾燥粉末に含有される硝酸リチウムは亜硝酸リチウムとなり、亜硝酸の形の窒素が非晶質の固体電解質前駆体粉末中に残存し、本発明に係る非晶質の固体電解質前駆体粉末中に窒素が含有されるのだと考えられる。
(5) Firing This is a step of calcining the dry powder obtained in "(4) Spray drying" and vitrifying it to obtain an amorphous solid electrolyte precursor powder. Specifically, dry powder is placed in a container made of alumina or the like, and the temperature is raised from room temperature to 300° C. to 500° C. at a temperature elevation rate of 0.1 to 20° C./min in an air atmosphere. A crystalline solid electrolyte precursor powder can be obtained. By firing at 300° C. or higher and 500° C. or lower, the ammonium salt with a low decomposition temperature contained in the dry powder is removed, but the lithium nitrate contained in the dry powder becomes lithium nitrite, and is converted into nitrous acid. It is considered that nitrogen remains in the amorphous solid electrolyte precursor powder and nitrogen is contained in the amorphous solid electrolyte precursor powder according to the present invention.

(6)粒径調整
後述する「(7)NASICON型結晶構造を有する固体電解質の製造」において、非晶質の固体電解質前駆体粉末を結晶化して得られる固体電解質をシート状に成形する場合、目的のシート厚に応じて、非晶質の固体電解質前駆体粉末の粒径を必要に応じて適宜調整してもよい。粒径調整の方法は、公知の方法が使用可能ではあるが、ビーズミル等を用いた湿式粉砕が好ましい。湿式粉砕を実施した場合は、湿式粉砕処理後に固液分離し、回収した湿式粉砕後の非晶質の固体電解質前駆体粉末を乾燥する。乾燥して得られた非晶質の固体電解質前駆体粉末の粒径は、レーザー回折散乱式粒度分布測定により求めた体積基準の累積50%粒子径(D50)において、1μm~5μmであることが好ましい。
(6) Particle size adjustment In "(7) Production of a solid electrolyte having a NASICON-type crystal structure" described later, when forming a solid electrolyte obtained by crystallizing an amorphous solid electrolyte precursor powder into a sheet, Depending on the desired sheet thickness, the particle size of the amorphous solid electrolyte precursor powder may be adjusted as needed. As a method for adjusting the particle size, a known method can be used, but wet pulverization using a bead mill or the like is preferable. When wet pulverization is performed, solid-liquid separation is performed after the wet pulverization treatment, and the recovered amorphous solid electrolyte precursor powder after wet pulverization is dried. The particle diameter of the amorphous solid electrolyte precursor powder obtained by drying is 1 μm to 5 μm in terms of volume-based cumulative 50% particle diameter (D 50 ) obtained by laser diffraction scattering particle size distribution measurement. is preferred.

湿式粉砕時の溶媒としては、非晶質の固体電解質前駆体粉末中のリチウムがプロトンとイオン交換してしまい、固体電解質のイオン伝導を低減することを防ぐ観点から有機溶媒が好ましく、具体的にはIPAが好ましい。IPAは粉砕後の乾燥にて揮発するので、非晶質の固体電解質前駆体粉末に残存しないからである。粉砕にビーズミルを使用する場合は、ビーズとしてはジルコニアビーズが好ましい。湿式粉砕後の非晶質の固体電解質前駆体粉末は、使用した溶媒の沸点以上の温度、且つ、前記「(5)焼成」の際における焼成温度以下の温度範囲で乾燥させて、使用した溶媒を除去することが好ましい。 As a solvent for wet pulverization, an organic solvent is preferable from the viewpoint of preventing lithium in the amorphous solid electrolyte precursor powder from ion-exchanging with protons and reducing the ion conduction of the solid electrolyte. is preferably IPA. This is because IPA evaporates during drying after pulverization and does not remain in the amorphous solid electrolyte precursor powder. When using a bead mill for pulverization, the beads are preferably zirconia beads. The amorphous solid electrolyte precursor powder after wet pulverization is dried in a temperature range equal to or higher than the boiling point of the solvent used and equal to or lower than the calcination temperature in the above "(5) calcination", and the solvent used is is preferably removed.

(7)NASICON型結晶構造を有する固体電解質の製造
本発明に係る非晶質の固体電解質前駆体粉末から、本発明に係るNASICON型結晶構造の固体電解質を得るには、例えばアルミナ製等の容器に、前記「(6)粒径調整」にて得られた非晶質の固体電解質前駆体粉末を入れる、または、例えばペレット状に成形、或いはシート状に成形した後、500℃を超える温度で結晶化させればよい。好ましくは550℃以上900℃以下の温度で焼成し、非晶質の固体電解質前駆体粉末を結晶化させることにより、NASICON型結晶構造の固体電解質を得ることが出来る。当該NASICON型結晶構造の固体電解質は単相であることが好ましい。単相であることにより固体電解質のイオン伝導度が高くなり易くなるからである。
得られたNASICON型結晶構造の固体電解質は、例えば固体電解質として全固体電池に使用できる。
(7) Production of Solid Electrolyte Having NASICON-type Crystal Structure In order to obtain the solid electrolyte having the NASICON-type crystal structure according to the present invention from the amorphous solid electrolyte precursor powder according to the present invention, a container made of alumina or the like is used. Into, put the amorphous solid electrolyte precursor powder obtained in the above "(6) Particle size adjustment", or, for example, after molding into a pellet shape or a sheet shape, at a temperature exceeding 500 ° C. It should be crystallized. A solid electrolyte having a NASICON-type crystal structure can be obtained by calcining preferably at a temperature of 550° C. or more and 900° C. or less to crystallize the amorphous solid electrolyte precursor powder. The NASICON-type crystal structure solid electrolyte is preferably single-phase. This is because the ionic conductivity of the solid electrolyte tends to increase due to the single phase.
The obtained solid electrolyte having a NASICON-type crystal structure can be used, for example, as a solid electrolyte in an all-solid-state battery.

焼成の際の昇温速度は、とくに問わないが、1~20℃/minが好ましい。焼成雰囲気に特段制限はないが、大気雰囲気とするのがよい。焼成時間は、とくに問わないが500℃を超え、900℃以下に達してから30分間以上300分間以下とすることが好ましい。当該焼成の際、本発明に係る非晶質の固体電解質前駆体粉末に含まれる窒素が焼結助剤として機能することで結晶成長が施され、固体電解質における結晶の粒界が少なくなって、イオン伝導度が向上すると推察している。 The rate of temperature rise during firing is not particularly limited, but is preferably from 1 to 20°C/min. There are no particular restrictions on the firing atmosphere, but an air atmosphere is preferred. Although the firing time is not particularly limited, it is preferably 30 minutes or more and 300 minutes or less after the temperature exceeds 500° C. and reaches 900° C. or less. During the sintering, the nitrogen contained in the amorphous solid electrolyte precursor powder according to the present invention functions as a sintering aid, thereby causing crystal growth, reducing grain boundaries of crystals in the solid electrolyte, It is speculated that the ionic conductivity is improved.

NASICON型結晶構造の固体電解質は、上述した結晶化前の非晶質の固体電解質前駆体粉末の構成元素であるリチウム、アルミニウム、ゲルマニウム、リンを含有している。本発明に係るNASICON型結晶構造の固体電解質であるかは、XRD装置を用いて測定しXRDプロファイルから判定出来る。具体的には、得られたXRDプロファイルを、XRD装置付属の電子計算機を用いて、ICDD(国際回折データセンター)のPDF(Powder Diffraction File) No.01-080-1922と照合することで同定することが出来、単相であるかを確認することも出来る。 The NASICON-type crystal structure solid electrolyte contains lithium, aluminum, germanium, and phosphorus, which are constituent elements of the amorphous solid electrolyte precursor powder before crystallization. Whether or not the solid electrolyte has the NASICON type crystal structure according to the present invention can be determined from the XRD profile measured using an XRD apparatus. Specifically, the obtained XRD profile is converted to PDF (Powder Diffraction File) No. 2 of ICDD (International Diffraction Data Center) using a computer attached to the XRD apparatus. It can be identified by matching with 01-080-1922, and it can also be confirmed whether it is a single phase.

〈実施例1〉
上述した、非晶質の固体電解質前駆体粉末の製造工程を示すフローに拠って、実施例1に係る非晶質の固体電解質前駆体粉末を製造した。そして製造された実施例1に係る非晶質の固体電解質前駆体粉末の分析および特性評価を実施した。
<Example 1>
The amorphous solid electrolyte precursor powder according to Example 1 was manufactured according to the above-described flow showing the manufacturing process of the amorphous solid electrolyte precursor powder. Then, analysis and characteristic evaluation of the amorphous solid electrolyte precursor powder according to Example 1 were performed.

(1)原料水溶液調製
実施例1においては原料水溶液として、(I)ゲルマニウム含有水溶液、(II)リチウム、アルミニウム、リン含有水溶液、を調製した。以下、それぞれについて説明する。
(1) Preparation of raw material aqueous solution In Example 1, (I) germanium-containing aqueous solution and (II) lithium-, aluminum-, and phosphorus-containing aqueous solution were prepared as raw material aqueous solutions. Each of these will be described below.

(I)ゲルマニウム含有水溶液
純水4000gへ二酸化ゲルマニウム192.5gを添加して撹拌しながら40℃に加温し、さらにアルカリとして濃度28質量%のアンモニア水97.5gを添加して、前記酸化ゲルマニウムを溶解させゲルマニウム含有水溶液を調製した。調製した水溶液のpHは10.7でありアルカリ性であった。
(I) Germanium-containing aqueous solution 192.5 g of germanium dioxide was added to 4000 g of pure water and heated to 40°C with stirring. was dissolved to prepare a germanium-containing aqueous solution. The pH of the prepared aqueous solution was 10.7 and was alkaline.

(II)リチウム、アルミニウム、リン含有水溶液
純水336.3gへ、硝酸リチウム15.5gと水酸化リチウム一水和物4.2gと、
硝酸アルミニウム9水和物38.7gとリン酸二水素アンモニウム71.2gとを加え、リチウム、アルミ二ウム、リン含有水溶液を調製した。調製したリチウム、アルミニウム、リン含有水溶液のpHは1.8であり、酸性であった。
(II) Aqueous solution containing lithium, aluminum and phosphorus To 336.3 g of pure water, 15.5 g of lithium nitrate and 4.2 g of lithium hydroxide monohydrate,
38.7 g of aluminum nitrate nonahydrate and 71.2 g of ammonium dihydrogen phosphate were added to prepare an aqueous solution containing lithium, aluminum and phosphorus. The prepared lithium-, aluminum-, and phosphorus-containing aqueous solution had a pH of 1.8 and was acidic.

(2)混合
前記アルカリ性であるゲルマニウム含有水溶液720gを分取し攪拌しながら40℃に加温し、そこへ前記酸性であるリチウム、アルミニウム、リン含有水溶液の全量(283.7g)を添加したところ、水溶液は当該添加直後に白濁し、リチウムとアルミ二ウムとゲルマニウムとリンとアンモニアと水とを含む、白色の混合スラリーを得た。得られた混合スラリーのpHは4.7であった。
(2) Mixing 720 g of the alkaline germanium-containing aqueous solution was separated and heated to 40° C. while stirring, and the total amount (283.7 g) of the acidic lithium-, aluminum-, and phosphorus-containing aqueous solution was added thereto. Immediately after the addition, the aqueous solution became cloudy and a white mixed slurry containing lithium, aluminum, germanium, phosphorus, ammonia and water was obtained. The resulting mixed slurry had a pH of 4.7.

(3)pH調整
得られた混合スラリーを攪拌しながら濃度60質量%の硝酸を5g添加し、pHを4.3に調整して、pH調整スラリーを得た。このときのスラリーの温度は40℃であった。
ここで、当該pH調整スラリーを得るまでに、硝酸を0.58mol添加し、アンモニアを0.46mol添加していることから、添加された硝酸とアンモニアのモル比(NO/NH)は1.27であった。
(3) pH adjustment While stirring the obtained mixed slurry, 5 g of nitric acid having a concentration of 60% by mass was added to adjust the pH to 4.3, thereby obtaining a pH-adjusted slurry. The temperature of the slurry at this time was 40°C.
Here, since 0.58 mol of nitric acid and 0.46 mol of ammonia are added until the pH-adjusted slurry is obtained, the molar ratio (NO 3 /NH 3 ) of the added nitric acid and ammonia is 1. .27.

尚、本発明において、液体のpH値の測定は、JISZ8802に準拠して実施した。そしてpH標準液として、酸性域ではシュウ酸塩およびフタル酸塩緩衝液を、中性域では中性リン酸塩およびリン酸塩緩衝液を、アルカリ性域ではほう酸塩および炭酸塩緩衝液を、それぞれ用いて校正した、堀場エステック製ガラス電極式水素イオン濃度指示計(型式D-53)を使用して行った。 In the present invention, the pH value of the liquid was measured according to JISZ8802. As pH standard solutions, oxalate and phthalate buffers are used in the acidic range, neutral phosphate and phosphate buffers are used in the neutral range, and borate and carbonate buffers are used in the alkaline range, respectively. A Horiba Estec glass electrode hydrogen ion concentration indicator (model D-53) calibrated using

(4)噴霧乾燥、
前記pH調整スラリーを、噴霧乾燥機(東京理化器械株式会社製 SD-1000)を用いて噴霧乾燥して、前記pH調整スラリー中の水分を蒸発させて一気に固相析出させ、白色の粉末を得た。尚、噴霧乾燥の条件としては、入口温度180℃、出口温度90℃、前記pH調整スラリーの添加速度10g/minとした。
(4) spray drying;
The pH-adjusted slurry is spray-dried using a spray dryer (SD-1000 manufactured by Tokyo Rikakikai Co., Ltd.) to evaporate water in the pH-adjusted slurry and precipitate solid phase at once to obtain a white powder. rice field. The spray drying conditions were an inlet temperature of 180° C., an outlet temperature of 90° C., and an addition rate of the pH-adjusted slurry of 10 g/min.

(5)焼成
アルミナ製の容器に、前記噴霧乾燥で得られた乾燥粉末を入れ、昇温速度5℃/minにて室温から400℃まで昇温し、400℃に達してから大気雰囲気下で120分間焼成することで非晶質の固体電解質前駆体粉末が得られた。
(5) Firing The dry powder obtained by the spray drying is placed in an alumina container, heated from room temperature to 400 ° C. at a temperature increase rate of 5 ° C./min, and after reaching 400 ° C., it is placed in an air atmosphere. An amorphous solid electrolyte precursor powder was obtained by firing for 120 minutes.

(6)粒径調整
前記非晶質の固体電解質前駆体粉末40gを、φ1mmZrビーズ160gとIPA94.32gと共にビーズミルに装填し120分間湿式粉砕した後、乾燥機に入れ、100℃で3時間乾燥し、実施例1に係る非晶質の固体電解質前駆体粉末を得た。
実施例1に係る非晶質の固体電解質前駆体粉末を、レーザー回折散乱式粒度分布測定装置(SYMPATEC社製のへロス粒度分布測定装置(HELOS&RODOS(気流式の分散モジュール)))を使用して、分散圧5barで体積基準の粒度分布を測定し、体積基準の累積50%粒子径(D50)を求めたところ1.8μmであった。
実施例1に係る非晶質の固体電解質前駆体粉末の30,000倍のSEM写真を図3に示す。
(6) Particle Size Adjustment 40 g of the amorphous solid electrolyte precursor powder, together with 160 g of φ1 mm Zr beads and 94.32 g of IPA, was placed in a bead mill and wet-ground for 120 minutes, then placed in a dryer and dried at 100° C. for 3 hours. , an amorphous solid electrolyte precursor powder according to Example 1 was obtained.
The amorphous solid electrolyte precursor powder according to Example 1 was measured using a laser diffraction scattering particle size distribution analyzer (HELOS particle size distribution analyzer (HELOS & RODOS (airflow dispersion module)) manufactured by SYMPATEC). , the volume-based particle size distribution was measured at a dispersion pressure of 5 bar, and the volume-based cumulative 50% particle diameter ( D50 ) was found to be 1.8 µm.
A 30,000-fold SEM photograph of the amorphous solid electrolyte precursor powder according to Example 1 is shown in FIG.

(7)非晶質の固体電解質前駆体粉末の分析および特性評価
得られた実施例1に係る非晶質の固体電解質前駆体粉末に対して、(I)元素分析、(II)窒素量分析、(III)非晶質の固体電解質前駆体粉末のXRD測定、(IV)非晶質の固体電解質前駆体粉末のラマンスペクトル測定、を行った。以下、それぞれの方法および結果について説明する。
尚、非晶質の固体電解質前駆体粉末において、前記(I)元素分析による各元素の存在量、および(II)窒素量分析による窒素の存在量の残部が、酸素の存在量であると考えられる。これは後述する、実施例2~8、比較例1~3も同様である。
(7) Analysis and Characterization of Amorphous Solid Electrolyte Precursor Powder The obtained amorphous solid electrolyte precursor powder according to Example 1 was subjected to (I) elemental analysis and (II) nitrogen content analysis. , (III) XRD measurement of the amorphous solid electrolyte precursor powder, and (IV) Raman spectrum measurement of the amorphous solid electrolyte precursor powder. Each method and result will be described below.
In addition, in the amorphous solid electrolyte precursor powder, the balance of (I) the amount of each element present by elemental analysis and (II) the amount of nitrogen present by nitrogen amount analysis is considered to be the amount of oxygen present. be done. This also applies to Examples 2 to 8 and Comparative Examples 1 to 3, which will be described later.

(I)元素分析
実施例1に係る非晶質の固体電解質前駆体粉末へ、溶融剤として炭酸ナトリウムを添加して溶融し、アルカリ溶融塩を作製した。次に、この溶融塩を硝酸に溶解し、この溶解液に対しICP-OES装置(Agilent社製 ICP-720)を用いて元素分析を行った。リチウム、アルミニウム、リン、ゲルマニウム、チタン、ジルコニア、およびケイ素の各構成元素分析値を表1に記載する。
(I) Elemental Analysis To the amorphous solid electrolyte precursor powder according to Example 1, sodium carbonate was added as a melting agent and melted to prepare an alkali molten salt. Next, this molten salt was dissolved in nitric acid, and the solution was subjected to elemental analysis using an ICP-OES apparatus (ICP-720 manufactured by Agilent). Constituent element analysis values of lithium, aluminum, phosphorus, germanium, titanium, zirconia, and silicon are shown in Table 1.

(II)窒素含有量分析
実施例1に係る非晶質の固体電解質前駆体粉末中の窒素含有量を、窒素分析装置(株式会社堀場製作所製 EMGA-920)を用いて分析した。窒素含有量分析値を表1に記載する。
(II) Nitrogen Content Analysis The nitrogen content in the amorphous solid electrolyte precursor powder according to Example 1 was analyzed using a nitrogen analyzer (EMGA-920 manufactured by Horiba, Ltd.). Nitrogen content analysis values are listed in Table 1.

(III)非晶質の固体電解質前駆体粉末のXRD測定
実施例1に係る非晶質の固体電解質前駆体粉末に対して下記測定条件にてXRD測定を実施した。得られたXRDスペクトルを図1に示す。
<XRD測定条件>
測定装置 :XRD-6100(島津製作所製)
管球 :Cu
管電圧 :40kv
管電流 :30mA
発散スリット:1.0°
散乱スリット:1.0°
受光スリット:0.3mm
ステップ幅 :0.02°/step
計測時間 :0.25sec
(III) XRD Measurement of Amorphous Solid Electrolyte Precursor Powder The amorphous solid electrolyte precursor powder according to Example 1 was subjected to XRD measurement under the following measurement conditions. The XRD spectrum obtained is shown in FIG.
<XRD measurement conditions>
Measuring device: XRD-6100 (manufactured by Shimadzu Corporation)
Tube: Cu
Tube voltage: 40kv
Tube current: 30mA
Divergence slit: 1.0°
Scattering slit: 1.0°
Light receiving slit: 0.3 mm
Step width: 0.02°/step
Measurement time: 0.25 sec

図1より、実施例1に係る非晶質の固体電解質前駆体粉末のXRDスペクトルは、2θ:15°~40°の領域で、半値幅が2θ:2°以上ハローが観察されたことにより、非晶質であることが確認出来た。なお、後述する実施例2~8、比較例1~3に係る非晶質の固体電解質前駆体粉末の全てにおいても2θ:15°~40°の領域で、半値幅が2θ:2°以上ハローが観察されたことにより、これらも非晶質であることが確認出来た。 From FIG. 1, the XRD spectrum of the amorphous solid electrolyte precursor powder according to Example 1 shows a halo with a half width of 2θ: 2° or more in the region of 2θ: 15° to 40°. It was confirmed to be amorphous. In addition, in all of the amorphous solid electrolyte precursor powders according to Examples 2 to 8 and Comparative Examples 1 to 3, which will be described later, in the region of 2θ: 15° to 40°, the half-value width is 2°: 2° or more. was observed, it was confirmed that these were also amorphous.

(IV)非晶質の固体電解質前駆体粉末のラマンスペクトル測定
実施例1に係る非晶質の固体電解質前駆体粉末に対して、レーザラマン分光光度計(日本分光社製:NRS-4500)を用いてレーザ波長532nmでラマンスペクトル測定を実施した。測定により得られたラマンスペクトルを図2に示す。得られたラマンスペクトルは1285cm-1に亜硝酸(NO)の対称伸縮に起因するピークが検出され、非晶質の固体電解質前駆体粉末中に含有する窒素が亜硝酸の形であることがわかった。上記亜硝酸(NO)の対称伸縮に起因するピークが検出された場合を〇、ピークが検出されない場合を×として、表1に記載した。
(IV) Raman spectrum measurement of amorphous solid electrolyte precursor powder A laser Raman spectrophotometer (manufactured by JASCO Corporation: NRS-4500) was used for the amorphous solid electrolyte precursor powder according to Example 1. Raman spectral measurements were carried out at a laser wavelength of 532 nm. FIG. 2 shows the Raman spectrum obtained by the measurement. In the obtained Raman spectrum, a peak due to symmetrical expansion and contraction of nitrous acid (NO 2 ) was detected at 1285 cm −1 , indicating that the nitrogen contained in the amorphous solid electrolyte precursor powder was in the form of nitrous acid. all right. In Table 1, ◯ indicates that a peak due to the symmetrical expansion and contraction of nitrous acid (NO 2 ) was detected, and x indicates that no peak was detected.

なお、後述する実施例2~8に係る非晶質の固体電解質前駆体粉末においても、1285cm-1±5に亜硝酸(NO)の対称伸縮に起因するピークが検出され、これらに含有される窒素も亜硝酸の形であることがわかった。一方、比較例1~3に係る非晶質の固体電解質前駆体粉末においては、ピークが検出されなかった。 In addition, in the amorphous solid electrolyte precursor powders according to Examples 2 to 8 described later, a peak due to the symmetrical expansion and contraction of nitrous acid (NO 2 ) was detected at 1285 cm −1 ±5, and the peak contained in these It was also found that the nitrogen in the On the other hand, no peak was detected in the amorphous solid electrolyte precursor powders according to Comparative Examples 1 to 3.

(8)NASICON型結晶構造を有する固体電解質の製造および特性評価
実施例1に係る非晶質の固体電解質前駆体粉末の圧粉体を焼成し、結晶化させて得た圧粉焼成体であるNASICON型結晶構造を有する固体電解質に関して、(I)NASICON型結晶構造を有する固体電解質の製造およびXRD測定による評価、(II)NASICON型結晶構造を有する固体電解質のイオン伝導度評価、を実施した。以下、それぞれの方法および結果について説明する。
(8) Production of Solid Electrolyte Having NASICON-Type Crystal Structure and Characteristic Evaluation A green compact obtained by firing and crystallizing the green compact of the amorphous solid electrolyte precursor powder according to Example 1. Regarding the solid electrolyte having the NASICON-type crystal structure, (I) production of the solid electrolyte having the NASICON-type crystal structure and evaluation by XRD measurement, and (II) ionic conductivity evaluation of the solid electrolyte having the NASICON-type crystal structure were performed. Each method and result will be described below.

(I)NASICON型結晶構造を有する固体電解質の製造およびXRD測定による評価
実施例1に係る非晶質の固体電解質前駆体粉末0.5gを、直径10mmの円筒容器中に投入し、プレス機によって360MPaでプレスして圧粉体を得た。得られた圧粉体を、炉内温度が800℃に達してから120分間焼成し、結晶化させた圧粉焼成体を製造した。
(I) Production of Solid Electrolyte Having NASICON Crystal Structure and Evaluation by XRD Measurement 0.5 g of the amorphous solid electrolyte precursor powder according to Example 1 was placed in a cylindrical container with a diameter of 10 mm, and pressed by a press. A compact was obtained by pressing at 360 MPa. The obtained green compact was fired for 120 minutes after the temperature in the furnace reached 800° C. to produce a crystallized green compact.

製造された圧粉焼成体に対し、上述する「(V)非晶質の固体電解質前駆体粉末のXRD測定」と同様の測定条件でXRD測定を行い、ICDD(国際回折データセンター)のPDF(Powder Diffraction File) No.01-080-1922と照合した。すると、NASICON型結晶構造の固体電解質であるLiGe(POと同じ回折ピークが観察され、実施例1に係る非晶質の固体電解質前駆体粉末を結晶化した圧粉焼成体が、NASICON型結晶構造を有すること、単相の固体電解質であることもわかった。 XRD measurement is performed on the produced compacted sintered body under the same measurement conditions as in "(V) XRD measurement of amorphous solid electrolyte precursor powder" described above, and ICDD (International Diffraction Data Center) PDF ( Powder Diffraction File) No. 01-080-1922. Then, the same diffraction peak as that of LiGe 2 (PO 4 ) 3 , which is a solid electrolyte with a NASICON-type crystal structure, was observed. It was also found to have a NASICON-type crystal structure and to be a single-phase solid electrolyte.

なお、後述する実施例2~8、比較例1~3係る非晶質の固体電解質前駆体粉末を結晶化した圧粉焼成体においても、NASICON型結晶構造の固体電解質であるLAGPの結晶ピークが観察され、NASICON型結晶構造を有すること、単相の固体電解質であることもわかった。 In addition, in Examples 2 to 8 and Comparative Examples 1 to 3, which will be described later, the crystal peak of LAGP, which is a solid electrolyte having a NASICON-type crystal structure, was obtained by crystallizing the amorphous solid electrolyte precursor powder. It was also found to have a NASICON-type crystal structure and to be a single-phase solid electrolyte.

(II)NASICON型結晶構造を有する固体電解質のイオン伝導度評価
実施例1に係るNASICON型結晶構造を有する固体電解質に対し、大気雰囲気の下、温度25℃にて、ポテンショ/ガルバノスタット(ソーラトロン社製 1470E)と周波数応答分析器(ソーラトロン社製 1255B)を用い、交流インピーダンス法により100Hz~4MHzの範囲で測定を行った。そして、当該測定値のCole-Coleプロット(複素インピーダンス平面プロット)からNASICON型結晶構造を有する固体電解質の抵抗値を求め、得られた抵抗値から実施例1に係るNASICON型結晶構造を有する固体電解質のイオン伝導度を算出した値を、表1に記載する。
(II) Evaluation of ionic conductivity of solid electrolyte having NASICON-type crystal structure Potentiometer/galvanostat (Solartron Co., Ltd.) 1470E (manufactured by Soratron Co., Ltd.) and a frequency response analyzer (1255B, manufactured by Solartron Co., Ltd.), measurement was performed in the range of 100 Hz to 4 MHz by the AC impedance method. Then, the resistance value of the solid electrolyte having the NASICON type crystal structure is obtained from the Cole-Cole plot (complex impedance plane plot) of the measured values, and the solid electrolyte having the NASICON type crystal structure according to Example 1 is obtained from the obtained resistance value. Table 1 shows the calculated ionic conductivity values.

〈実施例2〉
実施例1の「(3)pH調整」において、得られた混合スラリーを攪拌しながら濃度60質量%の硝酸を10g添加し、pHを3.9に調整したpH調整スラリーを得たことを除き、実施例1と同様にして、実施例2に係る非晶質の固体電解質前駆体粉末を得た。
ここで、実施例2に係るpH調整スラリーを得るまでに、硝酸を0.63mol添加し、アンモニアを0.46mol添加していることから、添加された硝酸とアンモニアのモル比(NO/NH)は1.37であった。
<Example 2>
Except that in "(3) pH adjustment" of Example 1, 10 g of nitric acid having a concentration of 60% by mass was added while stirring the obtained mixed slurry to obtain a pH-adjusted slurry adjusted to pH 3.9. An amorphous solid electrolyte precursor powder according to Example 2 was obtained in the same manner as in Example 1.
Here, since 0.63 mol of nitric acid and 0.46 mol of ammonia are added until the pH-adjusted slurry according to Example 2 is obtained, the molar ratio of the added nitric acid and ammonia (NO 3 /NH 3 ) was 1.37.

得られた実施例2に係る非晶質の固体電解質前駆体粉末に対し、実施例1と同様に「(7)非晶質の固体電解質前駆体粉末の分析および特性評価
(I)元素分析、(II)窒素量分析、(III)非晶質の固体電解質前駆体粉末のXRD測定、(IV)非晶質の固体電解質前駆体粉末のラマンスペクトル測定、
(8)NASICON型結晶構造を有する固体電解質の製造および特性評価
(I)NASICON型結晶構造を有する固体電解質の製造およびXRD測定による評価、(II)NASICON型結晶構造を有する固体電解質のイオン伝導度評価、」
を実施した測定結果として、元素分析結果、窒素含有量、導電率、pH調整スラリーにおけるpH値と(NO/NH)比、亜硝酸ピークの存否を表1に記載した。
For the obtained amorphous solid electrolyte precursor powder according to Example 2, in the same manner as in Example 1, "(7) Analysis and characteristic evaluation of amorphous solid electrolyte precursor powder (I) Elemental analysis, (II) Nitrogen content analysis, (III) XRD measurement of amorphous solid electrolyte precursor powder, (IV) Raman spectrum measurement of amorphous solid electrolyte precursor powder,
(8) Production and property evaluation of solid electrolyte having NASICON-type crystal structure (I) Production of solid electrolyte having NASICON-type crystal structure and evaluation by XRD measurement, (II) Ionic conductivity of solid electrolyte having NASICON-type crystal structure evaluation,"
Table 1 shows the results of elemental analysis, nitrogen content, conductivity, pH value and (NO 3 /NH 3 ) ratio in the pH-adjusted slurry, and presence or absence of nitrous acid peak.

〈実施例3〉
実施例1の「(3)pH調整」において、得られた混合スラリーを攪拌しながら濃度60質量%の硝酸を20g添加し、pHを3.6に調整したpH調整スラリーを得たことを除き、実施例1と同様にして、実施例3に係る非晶質の固体電解質前駆体粉末を得た。
ここで、実施例3に係るpH調整スラリーを得るまでに、硝酸を0.73mol添加し、アンモニアを0.46mol添加していることから、添加された硝酸とアンモニアのモル比(NO/NH)は1.58であった。
<Example 3>
Except that in "(3) pH adjustment" of Example 1, 20 g of nitric acid having a concentration of 60% by mass was added while stirring the obtained mixed slurry to obtain a pH-adjusted slurry with a pH adjusted to 3.6. An amorphous solid electrolyte precursor powder according to Example 3 was obtained in the same manner as in Example 1.
Here, since 0.73 mol of nitric acid and 0.46 mol of ammonia were added until the pH-adjusted slurry according to Example 3 was obtained, the molar ratio of the added nitric acid and ammonia (NO 3 /NH 3 ) was 1.58.

得られた実施例3に係る非晶質の固体電解質前駆体粉末に対し、実施例1と同様に、
「(7)非晶質の固体電解質前駆体粉末の分析および特性評価
(I)元素分析、(II)窒素量分析、(III)非晶質の固体電解質前駆体粉末のXRD測定、(IV)非晶質の固体電解質前駆体粉末のラマンスペクトル測定、
(8)NASICON型結晶構造を有する固体電解質の製造および特性評価
(I)NASICON型結晶構造を有する固体電解質の製造およびXRD測定による評価、(II)NASICON型結晶構造を有する固体電解質のイオン伝導度評価、」
を実施した測定結果として、元素分析結果、窒素含有量、導電率、pH調整スラリーにおけるpH値と(NO/NH)比、亜硝酸ピークの存否を表1に記載した。
For the obtained amorphous solid electrolyte precursor powder according to Example 3, in the same manner as in Example 1,
"(7) Analysis and Characterization of Amorphous Solid Electrolyte Precursor Powder (I) Elemental Analysis, (II) Nitrogen Content Analysis, (III) XRD Measurement of Amorphous Solid Electrolyte Precursor Powder, (IV) Raman spectrum measurement of amorphous solid electrolyte precursor powder,
(8) Production and property evaluation of solid electrolyte having NASICON-type crystal structure (I) Production of solid electrolyte having NASICON-type crystal structure and evaluation by XRD measurement, (II) Ionic conductivity of solid electrolyte having NASICON-type crystal structure evaluation,"
Table 1 shows the results of elemental analysis, nitrogen content, conductivity, pH value and (NO 3 /NH 3 ) ratio in the pH-adjusted slurry, and presence or absence of nitrous acid peak.

〈実施例4〉
実施例1の「(3)pH調整」において、得られた混合スラリーを攪拌しながら濃度60質量%の硝酸を35g添加し、pHを3.1に調整したpH調整スラリーを得たことを除き、実施例1と同様にして、実施例4に係る非晶質の固体電解質前駆体粉末を得た。
ここで、実施例4に係るpH調整スラリーを得るまでに、硝酸を0.87mol添加し、アンモニアを0.46mol添加していることから、添加された硝酸とアンモニアのモル比(NO/NH)は1.89であった。
<Example 4>
Except that in "(3) pH adjustment" of Example 1, 35 g of nitric acid having a concentration of 60% by mass was added while stirring the obtained mixed slurry to obtain a pH-adjusted slurry with a pH adjusted to 3.1. An amorphous solid electrolyte precursor powder according to Example 4 was obtained in the same manner as in Example 1.
Here, since 0.87 mol of nitric acid and 0.46 mol of ammonia are added until the pH-adjusted slurry according to Example 4 is obtained, the molar ratio of the added nitric acid and ammonia (NO 3 /NH 3 ) was 1.89.

得られた実施例4に係る非晶質の固体電解質前駆体粉末に対し、実施例1と同様に、
「(7)非晶質の固体電解質前駆体粉末の分析および特性評価
(I)元素分析、(II)窒素量分析、(III)非晶質の固体電解質前駆体粉末のXRD測定、(IV)非晶質の固体電解質前駆体粉末のラマンスペクトル測定、
(8)NASICON型結晶構造を有する固体電解質の製造および特性評価
(I)NASICON型結晶構造を有する固体電解質の製造およびXRD測定による評価、(II)NASICON型結晶構造を有する固体電解質のイオン伝導度評価、」
を実施した測定結果として、元素分析結果、窒素含有量、導電率、pH調整スラリーにおけるpH値と(NO/NH)比、亜硝酸ピークの存否を表1に記載した。
For the obtained amorphous solid electrolyte precursor powder according to Example 4, in the same manner as in Example 1,
"(7) Analysis and Characterization of Amorphous Solid Electrolyte Precursor Powder (I) Elemental Analysis, (II) Nitrogen Content Analysis, (III) XRD Measurement of Amorphous Solid Electrolyte Precursor Powder, (IV) Raman spectrum measurement of amorphous solid electrolyte precursor powder,
(8) Production and property evaluation of solid electrolyte having NASICON-type crystal structure (I) Production of solid electrolyte having NASICON-type crystal structure and evaluation by XRD measurement, (II) Ionic conductivity of solid electrolyte having NASICON-type crystal structure evaluation,"
Table 1 shows the results of elemental analysis, nitrogen content, conductivity, pH value and (NO 3 /NH 3 ) ratio in the pH-adjusted slurry, and presence or absence of nitrous acid peak.

〈実施例5〉
実施例1の「(3)pH調整」において、得られた混合スラリーを攪拌しながら濃度60質量%の硝酸を55g添加し、pHを2.5に調整したpH調整スラリーを得たことを除き、実施例1と同様にして、実施例5に係る非晶質の固体電解質前駆体粉末を得た。
ここで、実施例5に係るpH調整スラリーを得るまでに、硝酸を1.06mol添加し、アンモニアを0.46mol添加していることから、添加された硝酸とアンモニアのモル比(NO/NH)は2.30であった。
<Example 5>
Except that in "(3) pH adjustment" of Example 1, 55 g of nitric acid with a concentration of 60% by mass was added while stirring the obtained mixed slurry to obtain a pH-adjusted slurry with a pH adjusted to 2.5. An amorphous solid electrolyte precursor powder according to Example 5 was obtained in the same manner as in Example 1.
Here, since 1.06 mol of nitric acid and 0.46 mol of ammonia are added until the pH-adjusted slurry according to Example 5 is obtained, the molar ratio of the added nitric acid and ammonia (NO 3 /NH 3 ) was 2.30.

得られた実施例5に係る非晶質の固体電解質前駆体粉末に対し、実施例1と同様に、
「(7)非晶質の固体電解質前駆体粉末の分析および特性評価
(I)元素分析、(II)窒素量分析、(III)非晶質の固体電解質前駆体粉末のXRD測定、(IV)非晶質の固体電解質前駆体粉末のラマンスペクトル測定、
(8)NASICON型結晶構造を有する固体電解質の製造および特性評価
(I)NASICON型結晶構造を有する固体電解質の製造およびXRD測定による評価、(II)NASICON型結晶構造を有する固体電解質のイオン伝導度評価、」
を実施した測定結果として、元素分析結果、窒素含有量、導電率、pH調整スラリーにおけるpH値と(NO/NH)比、亜硝酸ピークの存否を表1に記載した。
For the obtained amorphous solid electrolyte precursor powder according to Example 5, in the same manner as in Example 1,
"(7) Analysis and Characterization of Amorphous Solid Electrolyte Precursor Powder (I) Elemental Analysis, (II) Nitrogen Content Analysis, (III) XRD Measurement of Amorphous Solid Electrolyte Precursor Powder, (IV) Raman spectrum measurement of amorphous solid electrolyte precursor powder,
(8) Production and property evaluation of solid electrolyte having NASICON-type crystal structure (I) Production of solid electrolyte having NASICON-type crystal structure and evaluation by XRD measurement, (II) Ionic conductivity of solid electrolyte having NASICON-type crystal structure evaluation,"
Table 1 shows the results of elemental analysis, nitrogen content, conductivity, pH value and (NO 3 /NH 3 ) ratio in the pH-adjusted slurry, and presence or absence of nitrous acid peak.

〈実施例6〉
実施例1と同様に「(1)原料水溶液調製」において「(I)ゲルマニウム水溶液」と、「(II)リチウム、アルミニウム、リン含有水溶液」とを調製した。実施例6はさらに「(III)チタン含有水溶液」を調製したので説明する。
<Example 6>
In the same manner as in Example 1, “(I) Germanium aqueous solution” and “(II) Lithium-, aluminum-, and phosphorus-containing aqueous solution” were prepared in “(1) Raw material aqueous solution preparation”. In Example 6, "(III) Titanium-containing aqueous solution" was further prepared, and will be described.

(III)チタン含有水溶液
濃度35質量%の過酸化水素水35.8gに濃度28質量%のアンモニア水を3.0g加えた後、メタチタン酸1.51gを加え、完全に溶解するまで攪拌した。その溶液に実施例1と同様に作成した「(II)リチウム、アルミニウム、リン含有水溶液」を加え、リチウム、アルミニウム、リン、チタン含有水溶液を調製した。この時点での溶液のpHは4.0であった。
(III) Titanium-Containing Aqueous Solution To 35.8 g of hydrogen peroxide solution with a concentration of 35% by mass, 3.0 g of ammonia water with a concentration of 28% by mass was added, and then 1.51 g of metatitanic acid was added and stirred until completely dissolved. "(II) Aqueous solution containing lithium, aluminum and phosphorus" prepared in the same manner as in Example 1 was added to the solution to prepare an aqueous solution containing lithium, aluminum, phosphorus and titanium. The pH of the solution at this point was 4.0.

(2)混合
前記アルカリ性であるゲルマニウム水溶液684gを分取し攪拌しながら40℃に加温し、そこへ前記リチウム、アルミニウム、リン、チタン含有水溶液の全量を添加しところ、水溶液は当該添加直後に白濁し、白色の混合スラリーを得た。得られた混合スラリーのpHは7.0であった。
(2) Mixing 684 g of the alkaline germanium aqueous solution was taken and heated to 40° C. while stirring, and the total amount of the aqueous solution containing lithium, aluminum, phosphorus, and titanium was added thereto, and the aqueous solution was immediately after the addition. It became cloudy and a white mixed slurry was obtained. The pH of the resulting mixed slurry was 7.0.

(3)pH調整
得られた混合スラリーを攪拌しながら濃度60質量%の硝酸を13g添加し、pHを3.9に調整したpH調整スラリーを得た。
ここで、実施例6に係るpH調整スラリーを得るまでに、硝酸を0.66mol添加し、アンモニアを0.50mol添加していることから、添加された硝酸とアンモニアのモル比(NO/NH)は1.33であった。
(3) pH adjustment While stirring the obtained mixed slurry, 13 g of nitric acid having a concentration of 60% by mass was added to obtain a pH-adjusted slurry adjusted to pH 3.9.
Here, since 0.66 mol of nitric acid and 0.50 mol of ammonia are added until the pH-adjusted slurry according to Example 6 is obtained, the molar ratio of the added nitric acid and ammonia (NO 3 /NH 3 ) was 1.33.

得られたpH調整後のスラリーを用い、実施例1と同様に操作して、実施例6に係る非晶質の固体電解質前駆体粉末を得た。
得られた実施例6に係る非晶質の固体電解質前駆体粉末に対し、実施例1と同様に、
「(7)非晶質の固体電解質前駆体粉末の分析および特性評価
(I)元素分析、(II)窒素量分析、(III)非晶質の固体電解質前駆体粉末のXRD測定、(IV)非晶質の固体電解質前駆体粉末のラマンスペクトル測定、
(8)NASICON型結晶構造を有する固体電解質の製造および特性評価
(I)NASICON型結晶構造を有する固体電解質の製造およびXRD測定による評価、(II)NASICON型結晶構造を有する固体電解質のイオン伝導度評価、」
を実施した測定結果として、元素分析結果、窒素含有量、導電率、pH調整スラリーにおけるpH値と(NO/NH)比、亜硝酸ピークの存否を表1に記載した。
An amorphous solid electrolyte precursor powder according to Example 6 was obtained in the same manner as in Example 1 using the resulting pH-adjusted slurry.
For the obtained amorphous solid electrolyte precursor powder according to Example 6, in the same manner as in Example 1,
"(7) Analysis and Characterization of Amorphous Solid Electrolyte Precursor Powder (I) Elemental Analysis, (II) Nitrogen Content Analysis, (III) XRD Measurement of Amorphous Solid Electrolyte Precursor Powder, (IV) Raman spectrum measurement of amorphous solid electrolyte precursor powder,
(8) Production and property evaluation of solid electrolyte having NASICON-type crystal structure (I) Production of solid electrolyte having NASICON-type crystal structure and evaluation by XRD measurement, (II) Ionic conductivity of solid electrolyte having NASICON-type crystal structure evaluation,"
Table 1 shows the results of elemental analysis, nitrogen content, conductivity, pH value and (NO 3 /NH 3 ) ratio in the pH-adjusted slurry, and presence or absence of nitrous acid peak.

〈実施例7〉
実施例1と同様に「(1)原料水溶液調製」において「(I)ゲルマニウム水溶液」と、「(II)リチウム、アルミニウム、リン含有水溶液」とを作成した。そして「(2)混合」において、前記アルカリ性である「ゲルマニウム水溶液」684gを分取し、攪拌しながら40℃に加温し、オキシ硝酸ジルコニウム4.1gを加え完全に溶解させた。そこへ前記「リチウム、アルミニウム、リン含有水溶液」の全量を添加しところ、水溶液は当該添加直後に白濁し、白色の混合スラリーを得た。得られた混合スラリーのpHは4.6であった。
<Example 7>
In the same manner as in Example 1, “(I) Germanium aqueous solution” and “(II) Lithium-, aluminum-, and phosphorus-containing aqueous solution” were prepared in “(1) Raw material aqueous solution preparation”. Then, in "(2) Mixing", 684 g of the alkaline "germanium aqueous solution" was taken and heated to 40°C with stirring, and 4.1 g of zirconium oxynitrate was added and completely dissolved. When the entire amount of the "lithium-, aluminum-, and phosphorus-containing aqueous solution" was added thereto, the aqueous solution became cloudy immediately after the addition, and a white mixed slurry was obtained. The resulting mixed slurry had a pH of 4.6.

(3)pH調整
得られた混合スラリーを攪拌しながら濃度60質量%の硝酸を5g添加し、pHを3.9に調整したpH調整スラリーを得た。
ここで、実施例7に係るpH調整スラリーを得るまでに、硝酸を0.61mol添加し、アンモニアを0.45mol添加していることから、添加された硝酸とアンモニアのモル比(NO/NH)は1.37であった。
(3) pH adjustment While stirring the obtained mixed slurry, 5 g of nitric acid having a concentration of 60% by mass was added to obtain a pH-adjusted slurry adjusted to pH 3.9.
Here, since 0.61 mol of nitric acid and 0.45 mol of ammonia are added until the pH-adjusted slurry according to Example 7 is obtained, the molar ratio of the added nitric acid and ammonia (NO 3 /NH 3 ) was 1.37.

得られたpH調整後のスラリーを用い、実施例1と同様に操作して、実施例7に係る非晶質の固体電解質前駆体粉末を得た。
得られた実施例7に係る非晶質の固体電解質前駆体粉末に対し、実施例1と同様に、
「(7)非晶質の固体電解質前駆体粉末の分析および特性評価
(I)元素分析、(II)窒素量分析、(III)非晶質の固体電解質前駆体粉末のXRD測定、(IV)非晶質の固体電解質前駆体粉末のラマンスペクトル測定、
(8)NASICON型結晶構造を有する固体電解質の製造および特性評価
(I)NASICON型結晶構造を有する固体電解質の製造およびXRD測定による評価、(II)NASICON型結晶構造を有する固体電解質のイオン伝導度評価、」
を実施した測定結果として、元素分析結果、窒素含有量、導電率、pH調整スラリーにおけるpH値と(NO/NH)比、亜硝酸ピークの存否を表1に記載した。
An amorphous solid electrolyte precursor powder according to Example 7 was obtained in the same manner as in Example 1 using the resulting pH-adjusted slurry.
For the obtained amorphous solid electrolyte precursor powder according to Example 7, in the same manner as in Example 1,
"(7) Analysis and Characterization of Amorphous Solid Electrolyte Precursor Powder (I) Elemental Analysis, (II) Nitrogen Content Analysis, (III) XRD Measurement of Amorphous Solid Electrolyte Precursor Powder, (IV) Raman spectrum measurement of amorphous solid electrolyte precursor powder,
(8) Production and property evaluation of solid electrolyte having NASICON-type crystal structure (I) Production of solid electrolyte having NASICON-type crystal structure and evaluation by XRD measurement, (II) Ionic conductivity of solid electrolyte having NASICON-type crystal structure evaluation,"
Table 1 shows the results of elemental analysis, nitrogen content, conductivity, pH value and (NO 3 /NH 3 ) ratio in the pH-adjusted slurry, and presence or absence of nitrous acid peak.

〈実施例8〉
実施例1と同様に「(1)原料水溶液調製」において「(I)ゲルマニウム水溶液」と、「(II)リチウム、アルミニウム、リン含有水溶液」とを作成した。そして「(2)混合」において、前記アルカリ性であるゲルマニウム水溶液720gを分取し、Li11Si溶液(シグマアルドリッチ製)を10.2g添加した。その液を攪拌しながら40℃に加温し、そこへ前記「リチウム、アルミニウム、リン含有水溶液」の全量を添加しところ、水溶液は当該添加直後に白濁し、白色の混合スラリーを得た。得られた混合スラリーのpHは4.4であった。
<Example 8>
In the same manner as in Example 1, “(I) Germanium aqueous solution” and “(II) Lithium-, aluminum-, and phosphorus-containing aqueous solution” were prepared in “(1) Raw material aqueous solution preparation”. Then, in "(2) Mixing", 720 g of the alkaline germanium aqueous solution was separated, and 10.2 g of Li 2 O 11 Si 5 solution (manufactured by Sigma-Aldrich) was added. The liquid was heated to 40° C. with stirring, and the entire amount of the above-mentioned "aqueous solution containing lithium, aluminum and phosphorus" was added thereto. Immediately after the addition, the aqueous solution became cloudy to obtain a white mixed slurry. The resulting mixed slurry had a pH of 4.4.

(3)pH調整
得られた混合スラリーを攪拌しながら濃度60質量%の硝酸を9g添加し、pHを3.9に調整したpH調整スラリーを得た。
ここで、実施例8に係るpH調整スラリーを得るまでに、硝酸を0.62mol添加し、アンモニアを0.46mol添加していることから、添加された硝酸とアンモニアのモル比(NO/NH)は1.35であった。
(3) pH adjustment While stirring the obtained mixed slurry, 9 g of nitric acid having a concentration of 60% by mass was added to obtain a pH-adjusted slurry adjusted to pH 3.9.
Here, since 0.62 mol of nitric acid and 0.46 mol of ammonia are added until the pH-adjusted slurry according to Example 8 is obtained, the molar ratio of the added nitric acid and ammonia (NO 3 /NH 3 ) was 1.35.

得られたpH調整後のスラリーを用い、実施例1と同様に操作して、実施例8に係る非晶質の固体電解質前駆体粉末を得た。
得られた実施例8に係る非晶質の固体電解質前駆体粉末に対し、実施例1と同様に、
「(7)非晶質の固体電解質前駆体粉末の分析および特性評価
(I)元素分析、(II)窒素量分析、(III)非晶質の固体電解質前駆体粉末のXRD測定、(IV)非晶質の固体電解質前駆体粉末のラマンスペクトル測定、
(8)NASICON型結晶構造を有する固体電解質の製造および特性評価
(I)NASICON型結晶構造を有する固体電解質の製造およびXRD測定による評価、(II)NASICON型結晶構造を有する固体電解質のイオン伝導度評価、」
を実施した測定結果として、元素分析結果、窒素含有量、導電率、pH調整スラリーにおけるpH値と(NO/NH)比、亜硝酸ピークの存否を表1に記載した。
An amorphous solid electrolyte precursor powder according to Example 8 was obtained in the same manner as in Example 1 using the resulting pH-adjusted slurry.
For the obtained amorphous solid electrolyte precursor powder according to Example 8, in the same manner as in Example 1,
"(7) Analysis and Characterization of Amorphous Solid Electrolyte Precursor Powder (I) Elemental Analysis, (II) Nitrogen Content Analysis, (III) XRD Measurement of Amorphous Solid Electrolyte Precursor Powder, (IV) Raman spectrum measurement of amorphous solid electrolyte precursor powder,
(8) Production and property evaluation of solid electrolyte having NASICON-type crystal structure (I) Production of solid electrolyte having NASICON-type crystal structure and evaluation by XRD measurement, (II) Ionic conductivity of solid electrolyte having NASICON-type crystal structure evaluation,"
Table 1 shows the results of elemental analysis, nitrogen content, conductivity, pH value and (NO 3 /NH 3 ) ratio in the pH-adjusted slurry, and presence or absence of nitrous acid peak.

〈比較例1〉
実施例1の「(3)pH調整」において、得られたスラリーを攪拌しながら濃度28質量%のアンモニア水を20g添加し、pHを5.5に調整したpH調整スラリーを得たことを除き、実施例1と同様に操作して、比較例1に係る非晶質の固体電解質前駆体粉末を得た。
比較例1に係る非晶質の固体電解質前駆体粉末の30,000倍のSEM写真を図3に示す。
ここで、比較例1に係るpH調整スラリーを得るまでに、硝酸を0.53mol添加し、アンモニアを0.79mol添加していることから、添加された硝酸とアンモニアのモル比(NO/NH)は0.68であった。
<Comparative Example 1>
Except that in "(3) pH adjustment" of Example 1, 20 g of ammonia water having a concentration of 28% by mass was added while stirring the obtained slurry to obtain a pH-adjusted slurry adjusted to pH 5.5. An amorphous solid electrolyte precursor powder according to Comparative Example 1 was obtained by operating in the same manner as in Example 1.
A 30,000-fold SEM photograph of the amorphous solid electrolyte precursor powder according to Comparative Example 1 is shown in FIG.
Here, since 0.53 mol of nitric acid and 0.79 mol of ammonia are added until the pH-adjusted slurry according to Comparative Example 1 is obtained, the molar ratio of the added nitric acid and ammonia (NO 3 /NH 3 ) was 0.68.

得られた比較例1に係る非晶質の固体電解質前駆体粉末に対し、実施例1と同様に、「(7)非晶質の固体電解質前駆体粉末の分析および特性評価
(I)元素分析、(II)窒素量分析、(III)非晶質の固体電解質前駆体粉末のXRD測定、(IV)非晶質の固体電解質前駆体粉末のラマンスペクトル測定、
(8)NASICON型結晶構造を有する固体電解質の製造および特性評価
(I)NASICON型結晶構造を有する固体電解質の製造およびXRD測定による評価、(II)NASICON型結晶構造を有する固体電解質のイオン伝導度評価、」
を実施した測定結果として、元素分析結果、窒素含有量、導電率、pH調整スラリーにおけるpH値と(NO/NH)比、亜硝酸ピークの存否を表1に記載した。尚、窒素含有量は測定限界(0.01質量%)未満であった。
For the obtained amorphous solid electrolyte precursor powder according to Comparative Example 1, in the same manner as in Example 1, "(7) Analysis and characteristic evaluation of amorphous solid electrolyte precursor powder (I) Elemental analysis , (II) nitrogen content analysis, (III) XRD measurement of amorphous solid electrolyte precursor powder, (IV) Raman spectrum measurement of amorphous solid electrolyte precursor powder,
(8) Production and property evaluation of solid electrolyte having NASICON-type crystal structure (I) Production of solid electrolyte having NASICON-type crystal structure and evaluation by XRD measurement, (II) Ionic conductivity of solid electrolyte having NASICON-type crystal structure evaluation,"
Table 1 shows the results of elemental analysis, nitrogen content, conductivity, pH value and (NO 3 /NH 3 ) ratio in the pH-adjusted slurry, and presence or absence of nitrous acid peak. The nitrogen content was below the measurement limit (0.01% by mass).

〈比較例2〉
純水652.9gへ、二酸化ゲルマニウム32.3gを添加して攪拌し、更に濃度28質量%のアンモニア水18.3gを加えて、二酸化ゲルマニウムを溶解した。ここへ、更に酢酸リチウム21.1g、硝酸アルミニウム9水和物38.7g、リン酸二水素アンモニウム71.2g、濃度60質量%の硝酸95gを順に添加し、pH0.2の原料水溶液とし、更にアンモニア水を添加してpH5.3に調整し、pH調整した原料水溶液を得た。得られたpH調整した原料水溶液はスラリーではなく透明であった。
ここで、比較例2に係るpH調整した透明な原料水溶液を得るまでに、硝酸を1.21mol添加し、アンモニアを4.61mol添加していることから、添加された硝酸とアンモニアのモル比(NO/NH)は0.26であった。
<Comparative Example 2>
32.3 g of germanium dioxide was added to 652.9 g of pure water and stirred, and 18.3 g of ammonia water having a concentration of 28% by mass was added to dissolve the germanium dioxide. Further, 21.1 g of lithium acetate, 38.7 g of aluminum nitrate nonahydrate, 71.2 g of ammonium dihydrogen phosphate, and 95 g of nitric acid having a concentration of 60% by mass are added in this order to obtain a raw material aqueous solution having a pH of 0.2. Aqueous ammonia was added to adjust the pH to 5.3 to obtain a pH-adjusted raw material aqueous solution. The resulting pH-adjusted raw aqueous solution was not a slurry but was transparent.
Here, since 1.21 mol of nitric acid and 4.61 mol of ammonia are added until the pH-adjusted transparent raw material aqueous solution according to Comparative Example 2 is obtained, the molar ratio of the added nitric acid and ammonia ( NO3 / NH3 ) was 0.26.

比較例2に係るpH調整した透明な原料水溶液から100℃で24時間かけて水分を除去したのち、更に260℃で5時間かけて乾燥し、乾燥粉末を得た。得られた乾燥粉末を水素雰囲気中で450℃、2時間焼成し、得られた焼成粉末を、実施例1と同様な方法により粉砕して、比較例2に係る非晶質の固体電解質前駆体粉末を得た。
比較例2に係る非晶質の固体電解質前駆体粉末の10,000倍のSEM写真を図3に示す。
After water was removed from the pH-controlled transparent raw material aqueous solution according to Comparative Example 2 at 100° C. for 24 hours, it was further dried at 260° C. for 5 hours to obtain a dry powder. The obtained dry powder was calcined in a hydrogen atmosphere at 450° C. for 2 hours, and the obtained calcined powder was pulverized in the same manner as in Example 1 to obtain an amorphous solid electrolyte precursor according to Comparative Example 2. A powder was obtained.
A 10,000-fold SEM photograph of the amorphous solid electrolyte precursor powder according to Comparative Example 2 is shown in FIG.

得られた比較例2に係る非晶質の固体電解質前駆体粉末に対し、実施例1と同様に、
「(7)非晶質の固体電解質前駆体粉末の分析および特性評価
(I)元素分析、(II)窒素量分析、(III)非晶質の固体電解質前駆体粉末のXRD測定、(IV)非晶質の固体電解質前駆体粉末のラマンスペクトル測定、
(8)NASICON型結晶構造を有する固体電解質の製造および特性評価
(I)NASICON型結晶構造を有する固体電解質の製造およびXRD測定による評価、(II)NASICON型結晶構造を有する固体電解質のイオン伝導度評価、」
を実施した測定結果として、元素分析結果、窒素含有量、導電率、pH調整スラリーにおけるpH値と(NO/NH)比、亜硝酸ピークの存否を表1に記載した。尚、窒素含有量は測定限界(0.01質量%)未満であった。
For the obtained amorphous solid electrolyte precursor powder according to Comparative Example 2, in the same manner as in Example 1,
"(7) Analysis and Characterization of Amorphous Solid Electrolyte Precursor Powder (I) Elemental Analysis, (II) Nitrogen Content Analysis, (III) XRD Measurement of Amorphous Solid Electrolyte Precursor Powder, (IV) Raman spectrum measurement of amorphous solid electrolyte precursor powder,
(8) Production and property evaluation of solid electrolyte having NASICON-type crystal structure (I) Production of solid electrolyte having NASICON-type crystal structure and evaluation by XRD measurement, (II) Ionic conductivity of solid electrolyte having NASICON-type crystal structure evaluation,"
Table 1 shows the results of elemental analysis, nitrogen content, conductivity, pH value and (NO 3 /NH 3 ) ratio in the pH-adjusted slurry, and presence or absence of nitrous acid peak. The nitrogen content was below the measurement limit (0.01% by mass).

〈比較例3〉
ブタノール97.68gへ、Ge(OEt)410gとAl(OBt)33.25gとを添加し、ゲルマニウムとアルミニウムとが溶解したゲルマニウム、アルミニウム溶液を得た。また、純水379.64gへ、酢酸リチウム32.61gとリン酸二水素アンモニウム9.098gとを添加し、リチウムとリンとが溶解したリチウム、リン水溶液を得た。
<Comparative Example 3>
410 g of Ge(OEt) and 33.25 g of Al(OBt) were added to 97.68 g of butanol to obtain a germanium-aluminum solution in which germanium and aluminum were dissolved. Further, 32.61 g of lithium acetate and 9.098 g of ammonium dihydrogen phosphate were added to 379.64 g of pure water to obtain a lithium-phosphorus aqueous solution in which lithium and phosphorus were dissolved.

前記ゲルマニウム、アルミニウム溶液と、前記リチウム、リン溶液とを混合して、混合溶液を得た。前記混合溶液を100℃の雰囲気下で乾燥し、その後110℃で真空乾燥し、乾燥粉末を得た。前記乾燥粉末を窒素雰囲気下400℃で焼成し、得られた焼成粉末を実施例1と同様な方法により粉砕して、比較例3に係る非晶質の固体電解質前駆体粉末を得た。
尚、比較例3においては混合溶液の溶媒が有機溶媒であり、他の実施例、比較例とは異なること、および、硝酸によるpH調整が不要の為、混合溶液のpH値を測定しなかった。
The germanium/aluminum solution and the lithium/phosphorus solution were mixed to obtain a mixed solution. The mixed solution was dried in an atmosphere of 100° C. and then vacuum-dried at 110° C. to obtain a dry powder. The dried powder was calcined at 400° C. in a nitrogen atmosphere, and the obtained calcined powder was pulverized in the same manner as in Example 1 to obtain an amorphous solid electrolyte precursor powder according to Comparative Example 3.
In Comparative Example 3, the solvent of the mixed solution was an organic solvent, which was different from the other Examples and Comparative Examples, and the pH value of the mixed solution was not measured because it was not necessary to adjust the pH with nitric acid. .

得られた比較例3に係る非晶質の固体電解質前駆体粉末に対し、実施例1と同様に、「(7)非晶質の固体電解質前駆体粉末の分析および特性評価
(I)元素分析、(II)窒素量分析、(III)非晶質の固体電解質前駆体粉末のXRD測定、(IV)非晶質の固体電解質前駆体粉末のラマンスペクトル測定、
(8)NASICON型結晶構造を有する固体電解質の製造および特性評価
(I)NASICON型結晶構造を有する固体電解質の製造およびXRD測定による評価、(II)NASICON型結晶構造を有する固体電解質のイオン伝導度評価、」
を実施した測定結果として、元素分析結果、窒素含有量、導電率、亜硝酸ピークの存否を表1に記載した。尚、窒素含有量は測定限界(0.01質量%)未満であった。
For the obtained amorphous solid electrolyte precursor powder according to Comparative Example 3, in the same manner as in Example 1, "(7) Analysis and characteristic evaluation of amorphous solid electrolyte precursor powder (I) Elemental analysis , (II) nitrogen content analysis, (III) XRD measurement of amorphous solid electrolyte precursor powder, (IV) Raman spectrum measurement of amorphous solid electrolyte precursor powder,
(8) Production and property evaluation of solid electrolyte having NASICON-type crystal structure (I) Production of solid electrolyte having NASICON-type crystal structure and evaluation by XRD measurement, (II) Ionic conductivity of solid electrolyte having NASICON-type crystal structure evaluation,"
Table 1 shows the results of elemental analysis, the nitrogen content, the electrical conductivity, and the presence or absence of nitrous acid peaks. The nitrogen content was below the measurement limit (0.01% by mass).

〈まとめ〉

Figure 2022138830000002
<summary>
Figure 2022138830000002

表1より、窒素を所定量含有する実施例1~8に係る非晶質の固体電解質前駆体粉末を結晶化させることで得られるNASICON型結晶構造を有する固体電解質は、比較例1~3に係る非晶質の固体電解質前駆体粉末を結晶化させることで得られるNASICON型結晶構造を有する固体電解質よりも、高いイオン伝導度を発揮することがわかった。本発明に係る非晶質の固体電解質前駆体粉末は、結晶化することにより高いイオン伝導度を発揮する固体電解質を得ることが出来るリチウム、アルミニウム、ゲルマニウム、およびリンを含有する非晶質の前駆体粉末であって、全固体電池に用いられる固体電解質の前駆体粉末として好適に用いることができる。

From Table 1, solid electrolytes having a NASICON-type crystal structure obtained by crystallizing the amorphous solid electrolyte precursor powders according to Examples 1 to 8 containing a predetermined amount of nitrogen are shown in Comparative Examples 1 to 3. It was found that the ionic conductivity is higher than that of the solid electrolyte having the NASICON type crystal structure obtained by crystallizing the amorphous solid electrolyte precursor powder. The amorphous solid electrolyte precursor powder according to the present invention is an amorphous precursor containing lithium, aluminum, germanium, and phosphorus that can be crystallized to obtain a solid electrolyte exhibiting high ionic conductivity. It is a solid powder and can be suitably used as a precursor powder of a solid electrolyte used in an all-solid-state battery.

Claims (10)

リチウムを1質量%以上4質量%以下、
アルミニウムを0.5質量%以上6質量%以下、
ゲルマニウムを15質量%以上35質量%以下、
リンを10質量%以上30質量%以下、
窒素を0.05質量%以上3質量%以下、含有し、残部が酸素である、
非晶質の固体電解質前駆体粉末。
1% by mass or more and 4% by mass or less of lithium,
0.5% by mass or more and 6% by mass or less of aluminum,
15% by mass or more and 35% by mass or less of germanium,
10% by mass or more and 30% by mass or less of phosphorus,
containing 0.05% by mass or more and 3% by mass or less of nitrogen, the balance being oxygen;
Amorphous solid electrolyte precursor powder.
前記非晶質の固体電解質前駆体粉末は窒素を2.5質量%以下含有する、請求項1に記載の非晶質の固体電解質前駆体粉末。 2. The amorphous solid electrolyte precursor powder according to claim 1, wherein said amorphous solid electrolyte precursor powder contains 2.5% by mass or less of nitrogen. 前記非晶質の固体電解質前駆体粉末は窒素を0.1質量%以上含有する、請求項1または2に記載の非晶質の固体電解質前駆体粉末。 3. The amorphous solid electrolyte precursor powder according to claim 1, wherein said amorphous solid electrolyte precursor powder contains 0.1% by mass or more of nitrogen. 前記非晶質の固体電解質前駆体粉末は窒素を1.5質量%以下含有し、ゲルマニウムを23.5質量%以上含有する、請求項1から3のいずれか一項に記載の非晶質の固体電解質前駆体粉末。 The amorphous solid electrolyte precursor powder according to any one of claims 1 to 3, wherein the amorphous solid electrolyte precursor powder contains 1.5% by mass or less of nitrogen and 23.5% by mass or more of germanium. Solid electrolyte precursor powder. 前記窒素を亜硝酸の形で含有する、請求項1から4のいずれか一項に記載の非晶質の固体電解質前駆体粉末。 5. Amorphous solid electrolyte precursor powder according to any one of claims 1 to 4, containing the nitrogen in the form of nitrous acid. 前記非晶質の固体電解質前駆体粉末が、チタン、ジルコニウムおよびケイ素からなる群から選ばれる1種以上の元素を、合計5質量%以下の範囲でさらに含有する、請求項1から5のいずれか一項に記載の非晶質の固体電解質前駆体粉末。 6. Any one of claims 1 to 5, wherein the amorphous solid electrolyte precursor powder further contains one or more elements selected from the group consisting of titanium, zirconium and silicon in a total amount of 5% by mass or less. The amorphous solid electrolyte precursor powder according to item 1. リチウム、アルミニウム、ゲルマニウム、リン、窒素、酸素を含み、リチウムを1質量%以上4質量%以下、アルミニウムを0.5質量%以上6質量%以下、ゲルマニウムを15質量%以上35質量%以下、リンを10質量%以上30質量%以下、窒素を0.05質量%以上3質量%以下、含有し、残部が酸素である、非晶質の固体電解質前駆体粉末の製造方法であって、
リチウム、アルミニウム、ゲルマニウム、リンおよびアンモニアを含有した液体のpHを2以上4.5未満に調整して、pH調整スラリーを得る工程と、
前記pH調整スラリーを噴霧乾燥して、乾燥粉末を得る工程と、
前記乾燥粉末を300℃以上500℃以下で焼成する工程とを有する、非晶質の固体電解質前駆体粉末の製造方法。
Lithium, aluminum, germanium, phosphorus, nitrogen, and oxygen containing 1% by mass to 4% by mass of lithium, 0.5% by mass to 6% by mass of aluminum, 15% by mass to 35% by mass of germanium, and phosphorus A method for producing an amorphous solid electrolyte precursor powder containing 10% by mass or more and 30% by mass or less, 0.05% by mass or more and 3% by mass or less of nitrogen, and the balance being oxygen,
A step of adjusting the pH of a liquid containing lithium, aluminum, germanium, phosphorus and ammonia to 2 or more and less than 4.5 to obtain a pH-adjusted slurry;
spray drying the pH adjusted slurry to obtain a dry powder;
and sintering the dry powder at 300° C. or higher and 500° C. or lower.
前記pH調整スラリー中における、硝酸とアンモニアとのモル比(NO/NH)の値を1.0以上3.0以下とする、請求項7に記載の非晶質の固体電解質前駆体粉末の製造方法。 8. The amorphous solid electrolyte precursor powder according to claim 7, wherein the molar ratio ( NO3 / NH3 ) of nitric acid and ammonia in the pH-adjusted slurry is 1.0 or more and 3.0 or less. manufacturing method. 前記リチウム、アルミニウム、ゲルマニウム、リンおよびアンモニアを含有した液体へさらに、チタン、ジルコニウムおよびケイ素からなる群から選ばれる1種以上を添加し、前記非晶質の固体電解質前駆体粉末へ、チタン、ジルコニウムおよびケイ素からなる群から選ばれる1種以上の元素を合計5質量%以下の範囲で含有させる、請求項7または8に記載の非晶質の固体電解質前駆体粉末の製造方法。 Further, one or more selected from the group consisting of titanium, zirconium and silicon is added to the liquid containing lithium, aluminum, germanium, phosphorus and ammonia, and titanium and zirconium are added to the amorphous solid electrolyte precursor powder. 9. The method for producing an amorphous solid electrolyte precursor powder according to claim 7, wherein the total amount of one or more elements selected from the group consisting of silicon and silicon is contained in a range of 5% by mass or less. 請求項1から6のいずれか一項に記載の非晶質の固体電解質前駆体粉末を500℃よりも高い温度で焼成する工程を有する、NASICON型結晶構造を有する固体電解質の製造方法。 A method for producing a solid electrolyte having a NASICON-type crystal structure, comprising the step of firing the amorphous solid electrolyte precursor powder according to any one of claims 1 to 6 at a temperature higher than 500°C.
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