JP5499817B2 - Lithium ion conductor and solid lithium battery - Google Patents

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Description

本発明は、リチウムイオン伝導体及びこれを用いた固体リチウム電池に関する。   The present invention relates to a lithium ion conductor and a solid lithium battery using the same.

近年、パソコン、ビデオカメラ、携帯電話等の情報関連機器や通信機器等の急速な普及に伴い、その電源として利用される電池の開発が重要視されている。また、自動車産業界においても、電気自動車やハイブリッド自動車用の高出力且つ高容量の電池の開発が進められている。各種電池の中でも、エネルギー密度と出力が高いことから、リチウム二次電池が注目されている。   In recent years, with the rapid spread of information-related equipment such as personal computers, video cameras, and mobile phones, and communication equipment, development of batteries that are used as power sources has been regarded as important. Also in the automobile industry, development of high-power and high-capacity batteries for electric vehicles and hybrid vehicles is underway. Among various batteries, lithium secondary batteries are attracting attention because of their high energy density and output.

一般的なリチウム二次電池は、正極活物質を含有する正極層と、負極活物質を含有する負極層と、これら正極層と負極層との間に介在する電解質層とを有する。
正極層と負極層との間に配置される電解質層として、可燃性の有機電解液を用いるリチウム二次電池は、液漏れの他、短絡や過充電などを想定した安全対策が欠かせない。特に、高出力、高容量の電池には、さらなる安全性の向上が求められる。そこで、電解質としては、硫化物系固体電解質や酸化物系固体電解質等、不燃性のセラミックス固体電解質(無機固体電解質)を用いることが提案されている。
A typical lithium secondary battery includes a positive electrode layer containing a positive electrode active material, a negative electrode layer containing a negative electrode active material, and an electrolyte layer interposed between the positive electrode layer and the negative electrode layer.
As a lithium secondary battery using a flammable organic electrolyte as an electrolyte layer disposed between the positive electrode layer and the negative electrode layer, in addition to liquid leakage, safety measures assuming short circuit or overcharge are indispensable. In particular, high-power, high-capacity batteries are required to further improve safety. Therefore, it has been proposed to use a nonflammable ceramic solid electrolyte (inorganic solid electrolyte) such as a sulfide-based solid electrolyte or an oxide-based solid electrolyte as the electrolyte.

一方、電極層(正極層や負極層)を構成する電極活物質としては、例えば、リチウム二次電池の正極活物質として、LiCoO2、LiMnO2、LiMn24、LiNiO2、Li32(PO43、LiCoMnO4等の酸化物活物質が用いられている。また、リチウム二次電池の負極活物質として、Li4Ti512に代表されるリチウム−チタン酸化物等の酸化物活物質やカーボン等が用いられている。
一般的に、リチウム二次電池に使用されている酸化物活物質は、リチウムイオン伝導性及び電子伝導性が低いという傾向がある。そのため、電極層は、これら酸化物活物質の他、必要に応じて、電極層の電子伝導性を向上させる導電助剤(例えば、導電性炭素材料)や、電極層のイオン伝導性を向上させる電解質(リチウムイオン伝導体)が添加された電極合材を用いて構成されるのが一般的である。
On the other hand, as an electrode active material constituting the electrode layer (positive electrode layer or negative electrode layer), for example, as a positive electrode active material of a lithium secondary battery, LiCoO 2 , LiMnO 2 , LiMn 2 O 4 , LiNiO 2 , Li 3 V 2 Oxide active materials such as (PO 4 ) 3 and LiCoMnO 4 are used. In addition, as a negative electrode active material of a lithium secondary battery, an oxide active material such as lithium-titanium oxide typified by Li 4 Ti 5 O 12 , carbon, or the like is used.
In general, oxide active materials used in lithium secondary batteries tend to have low lithium ion conductivity and electronic conductivity. Therefore, in addition to these oxide active materials, the electrode layer improves the conductivity of the electrode layer (for example, a conductive carbon material) and the ion conductivity of the electrode layer, if necessary. Generally, an electrode mixture to which an electrolyte (lithium ion conductor) is added is used.

電解質層を電解液で構成する液系のリチウム二次電池では、電解液に電極層が浸漬されるため、電極層中に電解液が浸透し、電極層の活物質の周囲に電解液が存在することになる。すなわち、液系のリチウム二次電池では、電極層のリチウムイオン伝導性が確保されるため、一般的には、電極合材として、活物質に導電性炭素材料等の導電助剤を添加したものが用いられる。
一方、電解質層を固体電解質で構成する固体リチウム二次電池では、液系リチウム二次電池の電極層のような電解液の浸透がない。そのため、固体リチウム二次電池では、導電助剤に加えて、固体電解質(リチウムイオン伝導体)を添加した電極合材を用いて電極層を構成することが提案されている。
In a liquid lithium secondary battery in which the electrolyte layer is composed of an electrolyte solution, the electrode layer is immersed in the electrolyte solution, so that the electrolyte solution penetrates into the electrode layer and the electrolyte solution exists around the active material of the electrode layer Will do. That is, in a liquid lithium secondary battery, the lithium ion conductivity of the electrode layer is ensured. Therefore, in general, a conductive additive such as a conductive carbon material is added to the active material as an electrode mixture. Is used.
On the other hand, in a solid lithium secondary battery in which the electrolyte layer is composed of a solid electrolyte, there is no permeation of the electrolyte solution as in the electrode layer of the liquid lithium secondary battery. For this reason, in a solid lithium secondary battery, it has been proposed to form an electrode layer using an electrode mixture in which a solid electrolyte (lithium ion conductor) is added in addition to a conductive additive.

しかしながら、電極層における導電助剤や電解質等の助剤は、電池の出力特性を向上させるためには非常に有効ではあるものの、発電に寄与しない成分であるために、電池のエネルギー密度を低下させるという問題がある。   However, auxiliary agents such as a conductive additive and an electrolyte in the electrode layer are very effective for improving the output characteristics of the battery, but are components that do not contribute to power generation, and thus reduce the energy density of the battery. There is a problem.

例えば、特許文献1には、内部抵抗が小さく、静電容量が大きい電気化学デバイスの提供を目的として、炭素性主材料と導電助剤との混合物を賦活する工程を含む電極用炭素材料の製造方法が開示されている。特許文献1には、炭素材料に賦活処理を施した後、導電助剤と混合する場合と比較して、予め炭素材料と導電助剤とを混合した後、賦活処理を施すことによって、上記目的が達成される旨が記載されている。特許文献1において、好ましい導電助剤としては、カーボンブラック、カーボンナノチューブ、黒鉛、フラーレン等の炭素材料が記載されている。   For example, Patent Document 1 discloses the production of a carbon material for an electrode including a step of activating a mixture of a carbonaceous main material and a conductive additive for the purpose of providing an electrochemical device having a small internal resistance and a large capacitance. A method is disclosed. In Patent Document 1, the carbon material and the conductive auxiliary are mixed in advance after the activation treatment is performed on the carbon material, and then the activation is performed. It is described that is achieved. In Patent Document 1, carbon materials such as carbon black, carbon nanotubes, graphite, and fullerene are described as preferable conductive assistants.

また、特許文献2には、全固体型リチウム電池における容量の低さの原因として、リチウムイオンが固体電解質層の硫化物イオンよりも正極層の酸化物イオンに引き寄せられやすいために、硫化物固体電解質の正極層側にリチウムイオンが欠乏した層(空乏層)が形成されることが記載されている。特許文献2に記載の発明は、高容量で生産性に優れるリチウム二次電池を提供することを目的とするものであり、気相堆積法により形成された正極層と、硫化物固体電解質層との間に、これら両層の界面近傍におけるリチウムイオンの偏りを緩衝する緩衝層を備えるリチウム二次電池である。
特許文献2には、緩衝層を構成するリチウムイオン伝導性酸化物として、リチウムランタンチタン酸化物が例示されている。また、特許文献2には、緩衝層の電子伝導度は、1×10−5S/cm以下であることが好ましい旨が記載されており、実施例において実際に使用しているリチウムランタンチタン酸化物の電子伝導度は、1×10−8S/cmである。
In Patent Document 2, as a cause of low capacity in an all-solid-state lithium battery, since lithium ions are more easily attracted to oxide ions in the positive electrode layer than sulfide ions in the solid electrolyte layer, sulfide solids It is described that a lithium ion-deficient layer (depletion layer) is formed on the positive electrode layer side of the electrolyte. The invention described in Patent Document 2 is intended to provide a lithium secondary battery having high capacity and excellent productivity, and includes a positive electrode layer formed by a vapor deposition method, a sulfide solid electrolyte layer, In the meantime, the lithium secondary battery includes a buffer layer for buffering the deviation of lithium ions in the vicinity of the interface between these two layers.
Patent Document 2 exemplifies lithium lanthanum titanium oxide as the lithium ion conductive oxide constituting the buffer layer. Patent Document 2 describes that the electronic conductivity of the buffer layer is preferably 1 × 10 −5 S / cm or less, and lithium lanthanum titanium oxide actually used in the examples. The electronic conductivity of the object is 1 × 10 −8 S / cm.

国際公開公報WO2007/119885号International Publication No. WO2007 / 119885 特開2009−245913号公報JP 2009-245913 A

本発明は、上記実情を鑑みて成し遂げられたものであり、リチウムイオン伝導性を有すると共に電子伝導性も有する、リチウムイオン伝導体を提供することを目的とする。また、本発明は、該リチウムイオン伝導体を用い、高い出力特性及びエネルギー密度を有する固体リチウム電池を提供することを目的とする。   The present invention has been accomplished in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a lithium ion conductor having both lithium ion conductivity and electronic conductivity. Another object of the present invention is to provide a solid lithium battery using the lithium ion conductor and having high output characteristics and energy density.

本発明のリチウムイオン伝導体は、1.0×10−5S/cmより高い電子伝導性を有するリチウムランタンチタン酸化物からなり、前記リチウムランタンチタン酸化物のX線光電子分光法(XPS)により求められる酸素(O)の1s軌道の結合エネルギーが、528〜530eVの範囲に第1ピークを有することを特徴とする。
本発明のリチウムイオン伝導体は、リチウムイオン伝導性と共に、上記のような高い電子伝導性を有するため、リチウムイオン伝導助剤兼電子伝導助剤として使用することができる。すなわち、本発明のリチウムイオン伝導体を用いることによって、電極層に導電助剤を用いない又は電極層における導電助剤の含有量を低減することが可能である。従って、本発明によれば、リチウムイオン伝導性固体電解質を用いる固体リチウム電池において、電池特性の向上と同時にエネルギー密度の向上が可能である。
Lithium ion conductor of the present invention, 1.0 × 10 -5 Ri Do lithium lanthanum titanium oxide having a high electronic conductivity than S / cm, X-ray photoelectron spectroscopy of the lithium lanthanum titanium oxide (XPS) The bond energy of the 1s orbit of oxygen (O) determined by the above has a first peak in the range of 528 to 530 eV .
Since the lithium ion conductor of the present invention has high electron conductivity as described above together with lithium ion conductivity, it can be used as a lithium ion conduction aid and an electron conduction aid. That is, by using the lithium ion conductor of the present invention, it is possible not to use a conductive aid in the electrode layer or to reduce the content of the conductive aid in the electrode layer. Therefore, according to the present invention, in a solid lithium battery using a lithium ion conductive solid electrolyte, it is possible to improve battery characteristics and energy density.

本発明の固体リチウム電池は、正極層、負極層、及び前記正極層と前記負極層の間に介在する固体電解質層を備える固体リチウム電池であって、前記正極層及び/又は前記負極層が、少なくとも、電極活物質と、上記本発明のリチウムイオン伝導体と、を含むことを特徴とする。
本発明の固体リチウム電池は、上記電子伝導性を有する本発明のリチウムイオン伝導体を用いることにより、優れた電池特性と共に高いエネルギー密度を有するものである。
The solid lithium battery of the present invention is a solid lithium battery comprising a positive electrode layer, a negative electrode layer, and a solid electrolyte layer interposed between the positive electrode layer and the negative electrode layer, wherein the positive electrode layer and / or the negative electrode layer comprises: It includes at least an electrode active material and the lithium ion conductor of the present invention.
The solid lithium battery of the present invention has a high energy density as well as excellent battery characteristics by using the lithium ion conductor of the present invention having the above electronic conductivity.

本発明によれば、リチウムイオン伝導性と共に電子伝導性も有するリチウムイオン伝導体を提供することができる。従って、本発明によれば、該リチウムイオン伝導体を用い、高い出力特性及びエネルギー密度を有する固体リチウム電池を提供することが可能である。   According to the present invention, it is possible to provide a lithium ion conductor having electronic conductivity as well as lithium ion conductivity. Therefore, according to the present invention, it is possible to provide a solid lithium battery using the lithium ion conductor and having high output characteristics and energy density.

実施例1及び比較例1におけるXPS分析の結果を示すものである。The result of the XPS analysis in Example 1 and Comparative Example 1 is shown.

本発明のリチウムイオン伝導体は、1.0×10−5S/cmより高い電子伝導性を有するリチウムランタンチタン酸化物からなることを特徴とするものである。 The lithium ion conductor of the present invention is characterized by comprising lithium lanthanum titanium oxide having an electronic conductivity higher than 1.0 × 10 −5 S / cm.

上記したように、電極層への導電助剤や固体電解質等の助剤の添加は、固体リチウム電池の出力向上効果が得られるものの、固体リチウム電池のエネルギー密度が低下するという問題がある。本発明者は、上記問題について検討した結果、リチウムイオン電池において、電極層のリチウムイオン伝導助剤として添加される固体電解質として、電子伝導性を有する固体電解質を用いることによって、上記問題を改善することができるという知見を得た。さらに、本発明者は鋭意検討を重ねた結果、X線光電子分光法(XPS)により求められる酸素(O)の1s軌道の結合エネルギーが528〜530eVの範囲に第1ピークを有するリチウムランタンチタン酸化物が、リチウムイオン伝導性と共に1.0×10−5S/cmを超える優れた電子伝導性を有することを見出し、本発明を完成するに至った。 As described above, the addition of an auxiliary agent such as a conductive additive or a solid electrolyte to the electrode layer has a problem that the energy density of the solid lithium battery is reduced, although the output improvement effect of the solid lithium battery can be obtained. As a result of studying the above problem, the present inventor improves the above problem by using a solid electrolyte having electronic conductivity as a solid electrolyte added as a lithium ion conduction aid for the electrode layer in a lithium ion battery. I got the knowledge that I can do it. Further, as a result of extensive studies, the present inventor has obtained lithium lanthanum titanium oxide having a first peak in the bond energy of 1s orbit of oxygen (O) determined by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) in the range of 528 to 530 eV. It was found that the product has excellent electron conductivity exceeding 1.0 × 10 −5 S / cm together with lithium ion conductivity, and the present invention has been completed.

本発明のリチウムイオン伝導体は、平均組成式LiLa(2−x)/3TiO(x=0.1〜0.5)で表されるリチウムランタンチタン酸化物である。上記平均組成式において、xは、好ましくは0.3〜0.5、特に好ましくは0.5である。 The lithium ion conductor of the present invention is a lithium lanthanum titanium oxide represented by an average composition formula Li x La (2-x) / 3 TiO 3 (x = 0.1 to 0.5). In the above average composition formula, x is preferably 0.3 to 0.5, particularly preferably 0.5.

リチウムランタンチタン酸化物のうち、X線光電子分光法(XPS法)により求められる酸素(O)の1s軌道の結合エネルギーが、528〜530eVの範囲に第1ピーク(最も大きなピーク)を有するものは、1.0×10−5S/cmより高い電子伝導性を有することが本発明者によって確認されている(実施例1参照)。一方で、リチウムランタンチタン酸化物であっても、上記特徴を有していないスペクトルを示すリチウムランタンチタン酸化物は、1.0×10−5S/cm以下の電子伝導性を有することも本発明者によって確認されている(比較例1参照)。 Among lithium lanthanum titanium oxides, those having a first peak (the largest peak) in the range of 528 to 530 eV in the binding energy of the oxygen (O) 1s orbit obtained by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS method) It has been confirmed by the present inventor that the electron conductivity is higher than 1.0 × 10 −5 S / cm (see Example 1). On the other hand, even if it is a lithium lanthanum titanium oxide, the lithium lanthanum titanium oxide which shows the spectrum which does not have the said characteristic has the electronic conductivity of 1.0 * 10 < -5 > S / cm or less. It has been confirmed by the inventor (see Comparative Example 1).

リチウムイオン伝導体のXPS分析は、一般的な方法に準じて行うことができる。通常は、粉末状のリチウムランタンチタン酸化物を加圧成形した圧粉体に対して、XPS分析を行う。   The XPS analysis of the lithium ion conductor can be performed according to a general method. Usually, XPS analysis is performed on a green compact obtained by pressure-forming powdered lithium lanthanum titanium oxide.

本発明のリチウムイオン伝導体は、好ましくは1.0×10−6S/cm以上のリチウムイオン伝導度を有し、特に好ましくは1.0×10−5S/cm以上、さらに好ましくは1.0×10−4S/cm以上のリチウムイオン伝導度を有する。リチウムイオン伝導体のリチウムイオン伝導度は、公知の方法により測定することができ、例えば、複素インピーダンス法等のリチウムイオン輸率測定法を1種又は2種以上組み合わせて用いることができる。 The lithium ion conductor of the present invention preferably has a lithium ion conductivity of 1.0 × 10 −6 S / cm or more, particularly preferably 1.0 × 10 −5 S / cm or more, and more preferably 1 It has a lithium ion conductivity of not less than 0.0 × 10 −4 S / cm. The lithium ion conductivity of the lithium ion conductor can be measured by a known method. For example, lithium ion transport number measurement methods such as a complex impedance method can be used alone or in combination of two or more.

本発明のリチウムイオン伝導体は、リチウムイオン伝導性と共に、1.0×10−5S/cmより高い電子伝導性を有する。本発明によれば、さらには6.0×10−5S/cm以上の電子伝導度を示すリチウムイオン伝導性を得ることが可能である。リチウムイオン伝導体の電子伝導度は、例えば、粉体抵抗測定装置、具体的には株式会社三菱化学アナリテック製のMCP−PD51を用いて測定することができる。 The lithium ion conductor of the present invention has an electron conductivity higher than 1.0 × 10 −5 S / cm together with the lithium ion conductivity. According to the present invention, it is possible to obtain lithium ion conductivity that further exhibits an electron conductivity of 6.0 × 10 −5 S / cm or more. The electronic conductivity of the lithium ion conductor can be measured using, for example, a powder resistance measuring device, specifically, MCP-PD51 manufactured by Mitsubishi Chemical Analytech Co., Ltd.

本発明のリチウムイオン伝導体の製造方法は特に限定されない。例えば、リチウムランタンチタン酸化物の構成元素を含む原料溶液を用いて、化学気相合成法や物理気相合成法等の気相法により合成する方法が挙げられる。具体的には、リチウム供給源となるリチウム化合物、ランタン供給源となるランタン化合物及びチタン供給源となるチタン化合物を含む原料溶液を、酸素ガス(反応ガス)と共に、高温反応場へ噴霧することによって、リチウムランタンチタン酸化物粒子を生成することができる(火炎法)。
以下、火炎法によるリチウムランタンチタン酸化物の製造方法について説明する。
The method for producing the lithium ion conductor of the present invention is not particularly limited. For example, a method of synthesizing by a vapor phase method such as a chemical vapor phase synthesis method or a physical vapor phase synthesis method using a raw material solution containing a constituent element of lithium lanthanum titanium oxide can be given. Specifically, by spraying a raw material solution containing a lithium compound as a lithium supply source, a lanthanum compound as a lanthanum supply source, and a titanium compound as a titanium supply source together with oxygen gas (reaction gas) to a high temperature reaction field Lithium lanthanum titanium oxide particles can be produced (flame method).
Hereinafter, a method for producing lithium lanthanum titanium oxide by the flame method will be described.

上記火炎法において、高温反応場は、例えば、プラズマやバーナー等によって、形成することができる。高温反応場の具体的な温度は、特に限定されない。
また、リチウム供給源となるリチウム化合物、ランタン供給源となるランタン化合物、チタン供給源となるチタン化合物としては、特に限定されない。
例えば、リチウム化合物としては、硝酸リチウム等が挙げられる。また、ランタン化合物としては、例えば、硝酸ランタン等が挙げられる。また、チタン化合物としては、例えば、チタンラクテート等が挙げられる。リチウム化合物、ランタン化合物、及びチタン酸化物のうち、少なくとも1つ、好ましくは2つ以上が、無機酸化物であることが好ましい。
In the flame method, the high temperature reaction field can be formed by, for example, plasma or a burner. The specific temperature of the high temperature reaction field is not particularly limited.
Moreover, it does not specifically limit as a lithium compound used as a lithium supply source, a lanthanum compound used as a lanthanum supply source, and a titanium compound used as a titanium supply source.
For example, lithium nitrate etc. are mentioned as a lithium compound. Examples of lanthanum compounds include lanthanum nitrate. Moreover, as a titanium compound, titanium lactate etc. are mentioned, for example. Of the lithium compound, the lanthanum compound, and the titanium oxide, at least one, preferably two or more are preferably inorganic oxides.

尚、リチウム化合物、ランタン化合物及びチタン化合物のうちの2つ以上が共通の化合物であってもよい。例えば、リチウム供給源とチタン供給源を兼ねるリチウムチタン化合物を用いてもよい。
また、上記原料溶液は、リチウム化合物、ランタン化合物及びチタン化合物以外に、酸素供給源となる化合物を含有していてもよい。
Two or more of the lithium compound, the lanthanum compound, and the titanium compound may be a common compound. For example, a lithium titanium compound serving both as a lithium supply source and a titanium supply source may be used.
Moreover, the said raw material solution may contain the compound used as an oxygen supply source other than a lithium compound, a lanthanum compound, and a titanium compound.

上記原料溶液において、リチウム化合物、ランタン化合物及びチタン化合物を溶解する溶媒は、使用する各化合物を溶解可能であれば特に限定されないが、無機溶媒であることが好ましい。   In the raw material solution, the solvent for dissolving the lithium compound, the lanthanum compound, and the titanium compound is not particularly limited as long as each compound to be used can be dissolved, but an inorganic solvent is preferable.

上記原料溶液における各化合物の割合は、用いる各化合物の組成、目的とするリチウムランタンチタン酸化物の組成等を考慮して、適宜選択すればよい。
また、原料溶液の供給速度、反応ガスである酸素ガスの供給速度等は適宜決定すればよい。
火炎法によるリチウムランタンチタン酸化物粒子の製造には、例えば、ホソカワミクロン株式会社製のナノクリエータ(型式:FCM−MINI)を使用することができる。
The ratio of each compound in the raw material solution may be appropriately selected in consideration of the composition of each compound used, the composition of the target lithium lanthanum titanium oxide, and the like.
In addition, the supply rate of the raw material solution, the supply rate of the oxygen gas that is the reaction gas, and the like may be appropriately determined.
For production of lithium lanthanum titanium oxide particles by the flame method, for example, a nano creator (model: FCM-MINI) manufactured by Hosokawa Micron Corporation can be used.

上記のように、本発明のリチウムイオン伝導体は、リチウムイオン伝導性と共に、1.0×10−5S/cmより高い電子伝導性を有する。そのため、本発明のリチウムイオン伝導体は、リチウム電池の電極層において、リチウムイオン伝導助剤兼導電助剤として機能する。従って、本発明のリチウムイオン伝導体を用いることによって、導電助剤を使用しなくても電極層の電子伝導性を確保する、或いは、導電助剤の使用量を低減させても電極層の電子導電性を確保する、ことが可能である。すなわち、本発明によれば、エネルギー密度を低下させずに、電池の出力特性を向上させることが可能である。 As described above, the lithium ion conductor of the present invention has an electron conductivity higher than 1.0 × 10 −5 S / cm along with the lithium ion conductivity. Therefore, the lithium ion conductor of the present invention functions as a lithium ion conduction aid and a conduction aid in the electrode layer of the lithium battery. Therefore, by using the lithium ion conductor of the present invention, the electron conductivity of the electrode layer can be ensured without using a conductive auxiliary agent, or the electron in the electrode layer can be reduced even if the amount of the conductive auxiliary agent is reduced. It is possible to ensure conductivity. That is, according to the present invention, it is possible to improve the output characteristics of the battery without reducing the energy density.

本発明のリチウムイオン伝導体は、様々な分野において幅広い用途に利用することが可能である。ここでは、本発明のリチウムイオン伝導体を、電極層におけるリチウムイオン伝導助剤及び電子伝導助剤として用いた本発明の固体リチウム電池を例にその用途形態を説明する。
本発明の固体リチウム電池は、正極層、負極層及び該正極層と該負極層との間に介在する固体電解質層を備える固体リチウム電池であって、正極層及び/又は負極層が、少なくとも、電極活物質と本発明のリチウムイオン伝導体とを含むことを特徴とする固体リチウム電池である。
The lithium ion conductor of the present invention can be used in a wide variety of applications in various fields. Here, the application form will be described taking the solid lithium battery of the present invention using the lithium ion conductor of the present invention as a lithium ion conduction aid and an electron conduction aid in the electrode layer as an example.
The solid lithium battery of the present invention is a solid lithium battery comprising a positive electrode layer, a negative electrode layer, and a solid electrolyte layer interposed between the positive electrode layer and the negative electrode layer, wherein the positive electrode layer and / or the negative electrode layer is at least A solid lithium battery comprising an electrode active material and the lithium ion conductor of the present invention.

一般的な、固体リチウム電池において、正極層及び負極層(以下、まとめて電極層ということがある)は、少なくとも正極活物質又は負極活物質(以下、まとめて電極活物質ということがある)を含み、必要に応じて、導電助剤や固体電解質(イオン伝導助剤)、さらには、バインダー成分も含む。本発明の固体リチウム電池は、正極層及び負極層のうち、少なくとも一方が、電極活物質と共に上記にて説明した本発明のリチウムイオン伝導体を含有する点に特徴を有する。上記したように、本発明のリチウムイオン伝導体は、リチウムイオンイオン伝導助剤且つ導電助剤として機能する。
以下、固体リチウム電池を構成する各層について説明する。
In a general solid lithium battery, a positive electrode layer and a negative electrode layer (hereinafter, collectively referred to as an electrode layer) include at least a positive electrode active material or a negative electrode active material (hereinafter, collectively referred to as an electrode active material). If necessary, a conductive assistant, a solid electrolyte (ionic conductive assistant), and a binder component are also included. The solid lithium battery of the present invention is characterized in that at least one of the positive electrode layer and the negative electrode layer contains the lithium ion conductor of the present invention described above together with the electrode active material. As described above, the lithium ion conductor of the present invention functions as a lithium ion ion conduction aid and a conduction aid.
Hereinafter, each layer constituting the solid lithium battery will be described.

まず、正極層について説明する。正極層は、少なくとも正極活物質を含有する層である。
正極活物質としては、例えば、LiCoO、LiNiO、LiCo1/3Ni1/3Mn1/3、LiVO、LiCrO、LiMn、LiCoMnO、LiNiMn、LiNi0.5Mn1.5、LiCoPO、LiMnPO、LiFePO等を挙げることができる。正極活物質の形状は、粒子状であることが好ましい。また、粒子状の正極活物質の平均粒径は、例えば1nm〜100μmの範囲内、中でも10nm〜30μmの範囲内であることが好ましい。さらに、粒子状の正極活物質の比表面積は、例えば0.1m/g〜10m/gの範囲内であることが好ましい。
尚、正極活物質及び負極活物質それぞれには、明確な区別はなく、2種類の化合物の充放電電位や酸化還元電位を比較し、貴な電位を示すものを正極活物質として、また、卑な電位を示すものを負極活物質として、組み合わせることで、任意の電圧の電池を構成することができる。ここでは、正極活物質と負極活物質の組み合わせの例示として、正極活物質及び負極活物質をそれぞれ例示する。
First, the positive electrode layer will be described. The positive electrode layer is a layer containing at least a positive electrode active material.
Examples of the positive electrode active material include LiCoO 2 , LiNiO 2 , LiCo 1/3 Ni 1/3 Mn 1/3 O 2 , LiVO 2 , LiCrO 2 , LiMn 2 O 4 , LiCoMnO 4 , Li 2 NiMn 3 O 8 , Examples include LiNi 0.5 Mn 1.5 O 4 , LiCoPO 4 , LiMnPO 4 , LiFePO 4 and the like. The shape of the positive electrode active material is preferably particulate. The average particle diameter of the particulate positive electrode active material is preferably in the range of, for example, 1 nm to 100 μm, and more preferably in the range of 10 nm to 30 μm. Furthermore, the specific surface area of the particulate positive electrode active material is preferably within a range of, for example, 0.1m 2 / g~10m 2 / g.
Note that there is no clear distinction between the positive electrode active material and the negative electrode active material, and the charge / discharge potential and oxidation-reduction potential of two types of compounds are compared. A battery having an arbitrary voltage can be formed by combining the negative electrode active materials with a high potential. Here, a positive electrode active material and a negative electrode active material are illustrated as examples of the combination of the positive electrode active material and the negative electrode active material.

正極層に含まれる正極活物質の含有量は、容量の観点からはより多いことが好ましく、例えば99.9〜50重量%の範囲内、特に99.9〜80重量%の範囲内であることが好ましい。
正極層は必要に応じて、本発明のリチウムイオン伝導体、さらに、その他の導電助剤及びリチウムイオン伝導助剤(固体電解質)を含んでいてもよい。
本発明のリチウムイオン伝導体については、上記にて説明したのでここでは説明を省略する。正極層に含まれるリチウムイオン伝導体の含有量は、所望の電子伝導性及びリチウムイオン伝導性を確保できれば、より少ないことが好ましく、例えば50〜0.1重量%の範囲内、特に20〜0.1重量%の範囲内であることが好ましい。
The content of the positive electrode active material contained in the positive electrode layer is preferably larger from the viewpoint of capacity, for example, within the range of 99.9 to 50% by weight, particularly within the range of 99.9 to 80% by weight. Is preferred.
The positive electrode layer may contain the lithium ion conductor of the present invention, other conductive auxiliary agent, and lithium ion conductive auxiliary agent (solid electrolyte) as necessary.
Since the lithium ion conductor of the present invention has been described above, the description thereof is omitted here. The content of the lithium ion conductor contained in the positive electrode layer is preferably less as long as desired electronic conductivity and lithium ion conductivity can be secured, for example, in the range of 50 to 0.1% by weight, particularly 20 to 0. It is preferable to be within the range of 1% by weight.

本発明のリチウムイオン伝導体に加えて、或いは、本発明のリチウムイオン伝導体と共に用いる、その他の導電助剤、リチウムイオン伝導助剤としては特に限定されない。例えば、導電助剤としては、アセチレンブラック、カーボンブラック、コークス、炭素繊維、黒鉛等の導電性炭素材料が挙げられる。また、リチウムイオン伝導助剤としては、例えば、酸化物固体電解質材料、硫化物固体電解質材料を挙げることができ、中でも硫化物固体電解質材料が好ましい。リチウムイオン伝導助剤の具体的な材料としては、例えば、後述の固体電解質層を構成する固体電解質を用いることができる。
上記したように、本発明のリチウムイオン伝導体を用いることによって、その他導電助剤を使用しなくても或いはその使用量を減らしても、電極層における電子伝導性を確保することができる。本発明のリチウムイオン伝導体と共に、その他の導電助剤を用いる場合、該導電助剤の量は、リチウムイオン伝導体とその他導電助剤の組み合わせにもよるが、例えば、20〜0重量%の範囲内であることが好ましい。
In addition to the lithium ion conductor of the present invention or with the lithium ion conductor of the present invention, other conductive auxiliary agents and lithium ion conductive auxiliary agents are not particularly limited. For example, conductive assistants include conductive carbon materials such as acetylene black, carbon black, coke, carbon fiber, and graphite. Examples of the lithium ion conduction aid include oxide solid electrolyte materials and sulfide solid electrolyte materials, and sulfide solid electrolyte materials are particularly preferable. As a specific material of the lithium ion conduction aid, for example, a solid electrolyte constituting a solid electrolyte layer described later can be used.
As described above, by using the lithium ion conductor of the present invention, the electron conductivity in the electrode layer can be ensured without using any other conductive aid or reducing the amount of use. When using another conductive support agent with the lithium ion conductor of this invention, although the quantity of this conductive support agent is based also on the combination of a lithium ion conductor and another conductive support agent, it is 20 to 0 weight%, for example. It is preferable to be within the range.

正極層はさらに、バインダー成分を含有していてもよい。バインダー成分としては、化学的、電気的に安定なものであることが好ましく、具体的には、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)等のフッ素系バインダー成分、及び、スチレンブタジエンゴム等のゴム系バインダー成分等を挙げることができる。正極層におけるバインダー成分の含有量は、正極活物質等を安定に固定化できれば、より少ないことが好ましく、例えば20〜0重量%の範囲内であることが好ましい。   The positive electrode layer may further contain a binder component. The binder component is preferably chemically and electrically stable. Specifically, the binder component is a fluorine-based binder component such as polyvinylidene fluoride (PVDF) or polytetrafluoroethylene (PTFE), and styrene butadiene. Examples thereof include rubber-based binder components such as rubber. The content of the binder component in the positive electrode layer is preferably less as long as the positive electrode active material and the like can be stably fixed, and is preferably in the range of 20 to 0% by weight, for example.

また、正極層の厚さは、固体リチウム電池の構成によって大きく異なるものであるが、例えば0.1μm〜1000μmの範囲内であることが好ましい。   The thickness of the positive electrode layer varies greatly depending on the configuration of the solid lithium battery, but is preferably in the range of, for example, 0.1 μm to 1000 μm.

次に、負極層について説明する。負極層は、少なくとも負極活物質を少なくとも含有する層である。   Next, the negative electrode layer will be described. The negative electrode layer is a layer containing at least a negative electrode active material.

負極活物質としては、例えば金属活物質およびカーボン活物質を挙げることができる。金属活物質としては、例えばLi、In、Al、Si及びSn等を挙げることができる。一方、カーボン活物質としては、例えばメソカーボンマイクロビーズ(MCMB)、高配向性グラファイト(HOPG)、ハードカーボン、ソフトカーボン等を挙げることができる。また、負極活物質の形状は、例えば、膜状であってもよく、粒子状であってもよい。膜状の負極活物質を用いる場合は、通常、負極活物質そのものが負極層になる。また、粒子状の負極活物質の平均粒径は、例えば1nm〜100μmの範囲内、中でも10nm〜30μmの範囲内であることが好ましい。さらに、粒子状の負極活物質の比表面積は、例えば0.1m/g〜10m/gの範囲内であることが好ましい。 Examples of the negative electrode active material include a metal active material and a carbon active material. Examples of the metal active material include Li, In, Al, Si, and Sn. On the other hand, examples of the carbon active material include mesocarbon microbeads (MCMB), highly oriented graphite (HOPG), hard carbon, and soft carbon. The shape of the negative electrode active material may be, for example, a film shape or a particle shape. When a film-like negative electrode active material is used, the negative electrode active material itself is usually the negative electrode layer. Moreover, the average particle diameter of the particulate negative electrode active material is, for example, preferably in the range of 1 nm to 100 μm, and more preferably in the range of 10 nm to 30 μm. Furthermore, the specific surface area of the negative electrode active material of particulate is preferably within the range of, for example, 0.1m 2 / g~10m 2 / g.

負極活物質が粒子状である場合、負極層は、粒子状の負極活物質の他に、必要に応じて、本発明のリチウムイオン伝導体、さらに、その他の導電助剤及びリチウムイオン伝導助剤(固体電解質)、バインダー成分を含んでいてもよい。
この場合、負極層に含まれる負極活物質の含有量は、容量の観点からはより多いことが好ましく、例えば99.9〜50重量%の範囲内、特に99.9〜80重量%の範囲内であることが好ましい。また、負極層に含まれるリチウムイオン伝導体の含有量は、所望の電子伝導性及びリチウムイオン伝導性を確保できれば、より少ないことが好ましく、例えば50〜0.1重量%の範囲内、特に20〜0.1重量%の範囲内であることが好ましい。また、負極層において、本発明のリチウムイオン伝導体と共に、その他の導電助剤を用いる場合、該導電助剤の量は、リチウムイオン伝導体とその他導電助剤の組み合わせにもよるが、例えば、20〜0重量%の範囲内であることが好ましい。また、負極層におけるバインダー成分の含有量は、負極活物質等を安定に固定化できれば、より少ないことが好ましく、例えば20〜0重量%の範囲内であることが好ましい。
尚、負極層に用いられる本発明リチウムイオン伝導体、導電助剤、リチウムイオン導電助剤、バインダー成分については、上記正極層で用いられるものと同様であるので、ここでの説明は省略する。
In the case where the negative electrode active material is in the form of particles, the negative electrode layer may include, in addition to the particulate negative electrode active material, the lithium ion conductor of the present invention, and other conductive auxiliary agents and lithium ion conductive auxiliary agents as necessary. (Solid electrolyte) and a binder component may be included.
In this case, the content of the negative electrode active material contained in the negative electrode layer is preferably larger from the viewpoint of capacity, for example, in the range of 99.9 to 50% by weight, particularly in the range of 99.9 to 80% by weight. It is preferable that Further, the content of the lithium ion conductor contained in the negative electrode layer is preferably smaller as long as desired electronic conductivity and lithium ion conductivity can be secured, for example, in the range of 50 to 0.1% by weight, in particular, 20 It is preferable to be within the range of ˜0.1% by weight. In addition, in the negative electrode layer, when using other conductive auxiliary together with the lithium ion conductor of the present invention, the amount of the conductive auxiliary depends on the combination of the lithium ion conductor and the other conductive auxiliary. It is preferably within the range of 20 to 0% by weight. Further, the content of the binder component in the negative electrode layer is preferably less as long as the negative electrode active material and the like can be stably fixed, and is preferably in the range of, for example, 20 to 0% by weight.
In addition, about the lithium ion conductor of this invention used for a negative electrode layer, a conductive support agent, a lithium ion conductive support agent, and a binder component, since it is the same as that used for the said positive electrode layer, description here is abbreviate | omitted.

また、負極層の厚さは、固体リチウム電池の構成によって大きく異なるものであるが、例えば0.1μm〜1000μmの範囲内であることが好ましい。   The thickness of the negative electrode layer varies greatly depending on the configuration of the solid lithium battery, but is preferably in the range of 0.1 μm to 1000 μm, for example.

次に、固体電解質層について説明する。固体電解質層は、上記正極層および上記負極層の間に形成される層である。固体電解質層に含まれる固体電解質を介して、正極活物質と負極活物質との間のLiイオン伝導が行われる。   Next, the solid electrolyte layer will be described. The solid electrolyte layer is a layer formed between the positive electrode layer and the negative electrode layer. Li ion conduction between the positive electrode active material and the negative electrode active material is performed through the solid electrolyte contained in the solid electrolyte layer.

固体電解質層は、固体電解質材料を用いてなる層である。固体電解質材料としては、例えば、リチウムイオン伝導性を有する酸化物固体電解質材料及び硫化物固体電解質材料を挙げることができ、中でも硫化物固体電解質材料が好ましい。Liイオン伝導性が高く、高出力な電池を得ることができるからである。
リチウムイオン伝導性を有する硫化物固体電解質材料としては、例えば、LiS−P化合物、LiS−SiS化合物、LiS−GeS化合物等を挙げることができる。尚、LiS−P化合物は、LiS及びPを用いた硫化物固体電解質材料を意味する。その他の化合物についても同様である。
また、リチウムイオン伝導性酸化物固体電解質材料としては、例えば、Li1.5Al0.5Ge1.5(PO、Li0.5La0.5TiO、LiLaTaO12、Li1.5Al0.5Ti1.5(PO等が挙げられる。
The solid electrolyte layer is a layer made of a solid electrolyte material. Examples of the solid electrolyte material include an oxide solid electrolyte material and a sulfide solid electrolyte material having lithium ion conductivity. Of these, a sulfide solid electrolyte material is preferable. This is because a high output battery with high Li ion conductivity can be obtained.
Examples of the sulfide solid electrolyte material having lithium ion conductivity include a Li 2 S—P 2 S 5 compound, a Li 2 S—SiS 2 compound, and a Li 2 S—GeS 2 compound. The Li 2 S—P 2 S 5 compound means a sulfide solid electrolyte material using Li 2 S and P 2 S 5 . The same applies to other compounds.
Examples of the lithium ion conductive oxide solid electrolyte material include Li 1.5 Al 0.5 Ge 1.5 (PO 4 ) 3 , Li 0.5 La 0.5 TiO 3 , and Li 5 La 3 TaO. 12 , Li 1.5 Al 0.5 Ti 1.5 (PO 4 ) 3 and the like.

固体電解質材料の平均粒径は、例えば1nm〜100μmの範囲内、中でも10nm〜30μmの範囲内であることが好ましい。   The average particle diameter of the solid electrolyte material is, for example, preferably in the range of 1 nm to 100 μm, and more preferably in the range of 10 nm to 30 μm.

固体電解質層の厚さは、固体リチウム電池の構成によって大きく異なるものであるが、例えば0.1μm〜1000μmの範囲内、中でも0.1μm〜300μmの範囲内であることが好ましい。   The thickness of the solid electrolyte layer varies greatly depending on the configuration of the solid lithium battery. For example, the thickness is preferably in the range of 0.1 μm to 1000 μm, and more preferably in the range of 0.1 μm to 300 μm.

固体リチウム電池は、上述した正極層、電解質層及び負極層を少なくとも有するものである。さらに通常は、正極層の集電を行う正極集電体、及び負極層の集電を行う負極集電体を有する。正極集電体の材料としては、例えばSUS、アルミニウム、ニッケル、鉄、チタンおよびカーボン等を挙げることができ、中でもSUSが好ましい。一方、負極集電体の材料としては、例えばSUS、銅、ニッケルおよびカーボン等を挙げることができ、中でもSUSが好ましい。また、正極集電体および負極集電体の厚さや形状等については、リチウム電池の用途等に応じて適宜選択することが好ましい。   The solid lithium battery has at least the positive electrode layer, the electrolyte layer, and the negative electrode layer described above. Furthermore, it usually has a positive electrode current collector for collecting current of the positive electrode layer and a negative electrode current collector for collecting current of the negative electrode layer. Examples of the material for the positive electrode current collector include SUS, aluminum, nickel, iron, titanium, and carbon. Among them, SUS is preferable. On the other hand, examples of the material for the negative electrode current collector include SUS, copper, nickel, and carbon. Of these, SUS is preferable. In addition, the thickness and shape of the positive electrode current collector and the negative electrode current collector are preferably appropriately selected according to the use of the lithium battery.

また、固体リチウム電池を収納する電池ケースとしては、一般的なリチウム電池の電池ケースを用いることができる。電池ケースとしては、例えばSUS製電池ケース等を挙げることができる。   Moreover, as a battery case which accommodates a solid lithium battery, the battery case of a general lithium battery can be used. Examples of the battery case include a SUS battery case.

尚、ここでは固体電解質層を備える固体リチウム電池について説明してきたが、本発明のリチウムイオン伝導体は、電解質層として、液体電解質層、ゲル電解質層等の固体電解質層以外の形態の電解質層を備えるリチウム電池にも使用することが可能である。電解質層が液体電解質層である場合、電極層はバインダー成分を含有することが好ましい。電極層からの電極活物質の滑落を効果的に抑制することができるからである。   In addition, although the solid lithium battery provided with the solid electrolyte layer has been described here, the lithium ion conductor of the present invention has an electrolyte layer of a form other than the solid electrolyte layer such as a liquid electrolyte layer and a gel electrolyte layer as the electrolyte layer. It can also be used for a lithium battery provided. When the electrolyte layer is a liquid electrolyte layer, the electrode layer preferably contains a binder component. This is because sliding of the electrode active material from the electrode layer can be effectively suppressed.

液体電解質層は、通常、非水電解液を用いてなる層である。リチウム電池の非水電解液は、通常、リチウム塩及び非水溶媒を含有する。上記リチウム塩としては、例えばLiPF、LiBF、LiClO及びLiAsF等の無機リチウム塩;並びにLiCFSO、LiN(CFSO、LiN(CSO、LiC(CFSO等の有機リチウム塩等を挙げることができる。上記非水溶媒としては、例えばエチレンカーボネート(EC)、プロピレンカーボネート(PC)、ジメチルカーボネート(DMC)、ジエチルカーボネート(DEC)、エチルメチルカーボネート(EMC)、ブチレンカーボネート、γ−ブチロラクトン、スルホラン、アセトニトリル、1,2−ジメトキシメタン、1,3−ジメトキシプロパン、ジエチルエーテル、テトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフラン及びこれらの混合物等を挙げることができる。非水電解液におけるリチウム塩の濃度は、例えば0.5mol/L〜3mol/Lの範囲内である。尚、非水電解液として、例えばイオン性液体等の低揮発性液体を用いてもよい。 The liquid electrolyte layer is usually a layer using a non-aqueous electrolyte. The non-aqueous electrolyte of a lithium battery usually contains a lithium salt and a non-aqueous solvent. Examples of the lithium salt include inorganic lithium salts such as LiPF 6 , LiBF 4 , LiClO 4, and LiAsF 6 ; and LiCF 3 SO 3 , LiN (CF 3 SO 2 ) 2 , LiN (C 2 F 5 SO 2 ) 2 , An organic lithium salt such as LiC (CF 3 SO 2 ) 3 can be used. Examples of the non-aqueous solvent include ethylene carbonate (EC), propylene carbonate (PC), dimethyl carbonate (DMC), diethyl carbonate (DEC), ethyl methyl carbonate (EMC), butylene carbonate, γ-butyrolactone, sulfolane, acetonitrile, Examples include 1,2-dimethoxymethane, 1,3-dimethoxypropane, diethyl ether, tetrahydrofuran, 2-methyltetrahydrofuran, and mixtures thereof. The concentration of the lithium salt in the non-aqueous electrolyte is, for example, in the range of 0.5 mol / L to 3 mol / L. Note that a low-volatile liquid such as an ionic liquid may be used as the nonaqueous electrolytic solution.

ゲル電解質層は、例えば、上記非水電解液にポリマーを添加してゲル化することで得ることができる。具体的には、上記非水電解液に、ポリエチレンオキシド(PEO)、ポリアクリルニトリル(PAN)またはポリメチルメタクリレート(PMMA)等のポリマーを添加することにより、ゲル化を行うことができる。
尚、本発明の固体リチウム電池は、上記にて説明した構造に限定されるものではない。
The gel electrolyte layer can be obtained, for example, by adding a polymer to the non-aqueous electrolyte and gelling. Specifically, gelation can be performed by adding a polymer such as polyethylene oxide (PEO), polyacrylonitrile (PAN), or polymethyl methacrylate (PMMA) to the non-aqueous electrolyte.
The solid lithium battery of the present invention is not limited to the structure described above.

[リチウムイオン伝導体Li0.5La0.5TiOの作製]
(実施例1)
まず、硝酸リチウム溶液、硝酸ランタン溶液及びチタンラクテート溶液を混合し、無機系原料溶液を調製した。
次に、プロパンガス1L/minと、酸素ガス5L/minとを燃焼させて火炎を形成し、この火炎中に、酸素ガス12L/minと共に上記無機系原料溶液を2g/minで供給し、粒子(灰色、Li0.5La0.5TiO)を得た。
[Preparation of Lithium Ion Conductor Li 0.5 La 0.5 TiO 3 ]
Example 1
First, a lithium nitrate solution, a lanthanum nitrate solution, and a titanium lactate solution were mixed to prepare an inorganic raw material solution.
Next, propane gas 1 L / min and oxygen gas 5 L / min are combusted to form a flame, and the inorganic raw material solution is supplied into the flame together with oxygen gas 12 L / min at 2 g / min. (Gray, Li 0.5 La 0.5 TiO 3 ) was obtained.

得られた粒子について、比表面積測定、平均粒径測定、電子伝導度測定及びXPS測定を行った。結果を表1及び図1に示す。
尚、粒子の比表面積は、窒素吸着による1点式BET法により測定した。
また、粒子の電子伝導度測定は、粒子を加圧成形して得られた圧粉体に対して行った。具体的には、粉体抵抗測定システム(株式会社三菱アナリテック製、MCP−PD51、4探針、リング電極)を用い、20MPaの圧力印加条件下、電子伝導度を測定した。
About the obtained particle | grains, the specific surface area measurement, the average particle diameter measurement, the electronic conductivity measurement, and the XPS measurement were performed. The results are shown in Table 1 and FIG.
The specific surface area of the particles was measured by a one-point BET method using nitrogen adsorption.
Moreover, the electronic conductivity measurement of particle | grains was performed with respect to the green compact obtained by press-molding particle | grains. Specifically, the electron conductivity was measured using a powder resistance measurement system (manufactured by Mitsubishi Analytech Co., Ltd., MCP-PD51, 4 probe, ring electrode) under a pressure application condition of 20 MPa.

(比較例1)
まず、ナフテン酸リチウム溶液、2−エチルヘキサン酸ランタン溶液、チタンテトラ−2−エチルヘキソキシド溶液、及びミネラルスピリットを混合し、有機系原料溶液を調製した。
次に、プロパンガス1L/minと、酸素ガス5L/minとを燃焼させて火炎を形成し、この火炎中に、酸素ガス9L/minと共に上記有機系原料溶液を3g/minで供給し、粒子(白色、Li0.5La0.5TiO)を得た。
(Comparative Example 1)
First, a lithium naphthenate solution, a lanthanum 2-ethylhexanoate solution, a titanium tetra-2-ethylhexoxide solution, and mineral spirit were mixed to prepare an organic raw material solution.
Next, propane gas 1 L / min and oxygen gas 5 L / min are combusted to form a flame, and the organic raw material solution is supplied into the flame at 3 g / min together with oxygen gas 9 L / min. (White, Li 0.5 La 0.5 TiO 3 ) was obtained.

得られた粒子について、実施例1と同様にして、比表面積測定、平均粒径測定、電子伝導度測定及びXPS測定を行った。結果を表1及び図1に示す。   About the obtained particle | grains, it carried out similarly to Example 1, and performed the specific surface area measurement, the average particle diameter measurement, the electronic conductivity measurement, and the XPS measurement. The results are shown in Table 1 and FIG.

Figure 0005499817
Figure 0005499817

[結果]
表1に示すように、実施例1のLi0.5La0.5TiO粒子の電子伝導度は6.9×10−5S/cmであり、比較例1のLi0.5La0.5TiO粒子と比較して大幅に高い(10倍以上)電子伝導性を示した。
また、図1に示すように、実施例1及び比較例1のLi0.5La0.5TiO粒子についてXPS分析を行った結果、実施例1のLi0.5La0.5TiO粒子は、酸素(O)の1s軌道の結合エネルギーが、529eV付近に第1ピークを有していることが確認された。この529eV付近のピークは、O2−に帰属するものである。これに対して、比較例1のLi0.5La0.5TiO粒子は、O2−に帰属する529eV付近のピークは−OHに帰属する533eV付近のピークのショルダーとして観察された。
すなわち、上記電子伝導度測定の結果とXPS分析の結果から、酸素(O)の1s軌道の結合エネルギーが528〜530eVの範囲に第1ピークを有するリチウムランタンチタン酸化物が、1.0×10−5S/cmより高い電子伝導度を有することが確認された。
[result]
As shown in Table 1, the electronic conductivity of the Li 0.5 La 0.5 TiO 3 particles of Example 1 is 6.9 × 10 −5 S / cm, and Li 0.5 La 0 of Comparative Example 1 .5 Electron conductivity was significantly higher (10 times or more) compared to TiO 3 particles.
Further, as shown in FIG. 1, XPS analysis was performed on the Li 0.5 La 0.5 TiO 3 particles of Example 1 and Comparative Example 1, and as a result, Li 0.5 La 0.5 TiO 3 of Example 1 was obtained. The particles were confirmed to have a first peak in the binding energy of the oxygen (O) 1s orbital near 529 eV. This peak around 529 eV is attributed to O 2− . In contrast, in the Li 0.5 La 0.5 TiO 3 particles of Comparative Example 1, a peak near 529 eV attributed to O 2− was observed as a shoulder of a peak near 533 eV attributed to —OH.
That is, from the result of the electron conductivity measurement and the result of XPS analysis, lithium lanthanum titanium oxide having a first peak in the oxygen (O) 1s orbital bond energy in the range of 528 to 530 eV is 1.0 × 10 6. It was confirmed to have an electron conductivity higher than −5 S / cm.

Claims (2)

1.0×10−5S/cmより高い電子伝導性を有するリチウムランタンチタン酸化物からなり、
前記リチウムランタンチタン酸化物のX線光電子分光法(XPS)により求められる酸素(O)の1s軌道の結合エネルギーが、528〜530eVの範囲に第1ピークを有することを特徴とする、リチウムイオン伝導体。
Ri Do lithium lanthanum titanium oxide having a high electronic conductivity than 1.0 × 10 -5 S / cm,
Lithium ion conduction characterized in that the bond energy of the 1s orbit of oxygen (O) obtained by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) of the lithium lanthanum titanium oxide has a first peak in the range of 528 to 530 eV. body.
正極層、負極層、及び前記正極層と前記負極層の間に介在する固体電解質層を備える固体リチウム電池であって、
前記正極層及び/又は前記負極層が、少なくとも、電極活物質と、請求項1に記載のリチウムイオン伝導体と、を含むことを特徴とする、固体リチウム電池。
A solid lithium battery comprising a positive electrode layer, a negative electrode layer, and a solid electrolyte layer interposed between the positive electrode layer and the negative electrode layer,
2. The solid lithium battery, wherein the positive electrode layer and / or the negative electrode layer includes at least an electrode active material and the lithium ion conductor according to claim 1 .
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