JP5678736B2 - Method for producing solid electrolyte precursor solution and method for producing solid electrolyte - Google Patents

Method for producing solid electrolyte precursor solution and method for producing solid electrolyte Download PDF

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Description

本発明は、固体電解質の前駆体溶液の製造方法と、固体電解質の製造方法とに関する。   The present invention relates to a method for producing a solid electrolyte precursor solution and a method for producing a solid electrolyte.

携帯型情報機器をはじめとする多くの電気機器の電源として、リチウム電池(一次電池及び二次電池を含む)が利用されている。リチウム電池は、正極層と負極層と、これらの層の間に設置され、電気的な絶縁を保ちつつリチウムイオンの伝導を媒介する電解質層とを備える。近年、リチウム電池のエネルギー密度は飛躍的に向上したが、同時に電解質の発煙・発火といったおそれも増した故に、電解質層に用いられる有機電解液を不燃性のものとした、より安全なリチウム電池の要請が高まっている。   Lithium batteries (including primary batteries and secondary batteries) are used as a power source for many electric devices including portable information devices. The lithium battery includes a positive electrode layer, a negative electrode layer, and an electrolyte layer that is disposed between these layers and mediates conduction of lithium ions while maintaining electrical insulation. In recent years, the energy density of lithium batteries has dramatically improved. At the same time, however, there has been an increased risk of electrolyte smoking and ignition. Therefore, a safer lithium battery with a non-flammable organic electrolyte used in the electrolyte layer has been developed. The demand is growing.

このような高エネルギー密度と安全性を両立したリチウム電池として、正・負極間のリチウムの伝導に有機電解液を用いない全固体型リチウム電池が提案されている(例えば、特許文献1参照。)。全固体型リチウム電池は、正・負極間のリチウムイオンの伝導に固体電解質を使用しており、有機溶媒系の電解液を用いることに伴う問題、例えば、電解液の漏れによる安全性の問題、高温時に有機電解液がその沸点を超えて揮発することによる耐熱性の問題などを解消することができる。   As a lithium battery that achieves both high energy density and safety, an all-solid-state lithium battery that does not use an organic electrolyte for conducting lithium between the positive and negative electrodes has been proposed (see, for example, Patent Document 1). . All-solid-state lithium batteries use a solid electrolyte to conduct lithium ions between the positive and negative electrodes, and problems associated with using organic solvent-based electrolytes, such as safety problems due to electrolyte leakage, The problem of heat resistance caused by volatilization of the organic electrolyte exceeding its boiling point at high temperatures can be solved.

このような固体電解質として、リチウムイオン伝導性が高く、絶縁性に優れ、また化学的安定性の高い酸化物系の固体電解質粒子が広く知られている。酸化物系の固体電解質粒子として、チタン酸ランタンリチウム系の材料が特筆すべき高いリチウムイオン伝導率を有しており、電池への適用が期待されている。
ところで、上述した固体電解質粒子は、圧縮成形により、利用される形状に合わせた形態に成形されることが多い。しかしながら、固体電解質粒子の多くは非常に硬度が高いため、成形品(固体電解質)における電解質粒子同士の接触が不十分で粒界抵抗が高くなり、成形品のリチウムイオン伝導度が低くなる傾向にある。
As such a solid electrolyte, oxide-based solid electrolyte particles having high lithium ion conductivity, excellent insulating properties, and high chemical stability are widely known. As oxide-based solid electrolyte particles, lithium lanthanum titanate-based materials have a high lithium ion conductivity that should be noted, and are expected to be applied to batteries.
By the way, the above-mentioned solid electrolyte particles are often formed into a shape that matches the shape to be used by compression molding. However, since most of the solid electrolyte particles are very hard, the contact between the electrolyte particles in the molded product (solid electrolyte) is insufficient, and the grain boundary resistance increases, and the lithium ion conductivity of the molded product tends to decrease. is there.

そこで、圧縮成形の後に1000℃以上の温度での焼結を施すことにより固体電解質を得ることが行われているが、リチウム電池においては焼結の熱により層中の電解質と正極活物質とが化学反応し易いといった問題や、電解質からリチウムが揮発して減少することでイオン伝導率が低下し易いといった問題がある。
このような問題を回避する方法として、固体電解質粒子の少なくとも一次粒子の粒径をナノメートルオーダーとすることで、接触性を向上し、また焼結温度を熱拡散が不活性な600℃以下にする効果が期待できる。このような理由のため、固体電解質粒子の組成を精密に制御しつつ、少なくとも一次粒子を微細化できる方法が必要である。
Therefore, a solid electrolyte is obtained by performing sintering at a temperature of 1000 ° C. or more after compression molding. In a lithium battery, the electrolyte in the layer and the positive electrode active material are separated by the heat of sintering. There is a problem that the chemical reaction is easy, and a problem that the ionic conductivity is likely to decrease due to volatilization and reduction of lithium from the electrolyte.
As a method of avoiding such a problem, by setting the particle size of at least primary particles of the solid electrolyte particles to the nanometer order, the contact property is improved, and the sintering temperature is set to 600 ° C. or lower where heat diffusion is inactive. Can be expected. For this reason, there is a need for a method capable of miniaturizing at least primary particles while precisely controlling the composition of the solid electrolyte particles.

また、固体電解質を形成する手法として、液相材料を用いた合成系、特にゾルーゲル法が採用される場合がある。ゾルーゲル法は、溶液系において有機官能基と無機元素からなる化合物を加水分解反応や脱水縮合反応を伴う過程を施すことにより、ゲル状の構成元素のネットワークを形成した後、これを焼成して所定の結晶構造を形成するための手法である。ゾルーゲル法は、塗布によって電解質層を形成することに適用できるほか、高温のガス中に噴霧して微粒子を得ることができるなど、電解質の微粒子化に適した手法である。   Further, as a method for forming a solid electrolyte, a synthetic system using a liquid phase material, particularly a sol-gel method may be employed. In the sol-gel method, a compound composed of an organic functional group and an inorganic element is subjected to a process involving a hydrolysis reaction or a dehydration condensation reaction in a solution system to form a gel-like constituent element network, which is then calcined to obtain a predetermined content. This is a technique for forming a crystal structure of The sol-gel method can be applied to forming an electrolyte layer by coating, or can be sprayed into a high-temperature gas to obtain fine particles.

このようなゾルーゲル法により、固体電解質を形成するためには、例えばチタン酸ランタンリチウムの製造に関する特許文献2のような方法が知られている。即ち、まず、目的とする固体電解質を構成するための金属のアルコキシドを、アルコール溶液に溶解させる。次に、このアルコール溶液を、例えば25〜80℃でゾル化する。次に、当該ゾルを電極表面に塗布し、例えば25〜120℃で1日〜1週間程度放置して、ゲル化させる。その後、800〜900℃で1時間程度の加熱焼成を行うことによって、電極上において固体電解質が形成される。   In order to form a solid electrolyte by such a sol-gel method, for example, a method such as Patent Document 2 relating to the production of lithium lanthanum titanate is known. That is, first, a metal alkoxide for constituting a target solid electrolyte is dissolved in an alcohol solution. Next, this alcohol solution is made into a sol at 25 to 80 ° C., for example. Next, the sol is applied to the electrode surface, and is left to gel for about 1 day to 1 week at 25 to 120 ° C., for example. Then, a solid electrolyte is formed on an electrode by performing baking for about 1 hour at 800-900 degreeC.

特開2009−215130号公報JP 2009-215130 A 特開2003−346895号公報JP 2003-346895 A

Journal of Sol−Gel Science and Technology 22, 33-40, 2001Journal of Sol-Gel Science and Technology 22, 33-40, 2001

しかしながら、構成金属元素の供給源、即ち、金属アルコキシドのアルコール溶液は吸湿や酸素の接触により水酸化物や酸化物等の不溶性成分を容易に形成してしまう特性がある。このため、固体電解質の結晶の組成が変化してしまい、イオン伝導率が低下してしまう傾向にある。例えば、Li3XLa2/3TiOはx=0.12のときおよそ10−3S/cmのリチウムイオン伝導率を有するが、x=0.1及び0.15のときのリチウムイオン伝導率はおよそ10−5S/cm程度になってしまう。このように固体電解質の結晶中の組成はリチウムイオン伝導率に大きく影響するため、組成を精密に制御できる形成方法が求められている。また、複雑な組成を有する酸化物結晶の微粒子を液体材料から形成すると、構成元素が容易に偏析するため、電解質としての機能が発揮されない可能性がある。さらに、原料溶液に多量の有機溶媒を用いるため、製造作業者や環境への悪影響が懸念される。
そこで、本発明は、このような事情のもとで考え出されたものであって、固体電解質の結晶中における原子比率の制御に優れ、かつ微粒子化に適した固体電解質の前駆体溶液の製造方法と、固体電解質の製造方法の提供を目的の一つとする。
However, the supply source of the constituent metal elements, that is, the alcohol solution of the metal alkoxide has a characteristic that it easily forms insoluble components such as hydroxides and oxides due to moisture absorption and contact with oxygen. For this reason, the composition of the crystal of the solid electrolyte changes, and the ionic conductivity tends to decrease. For example, Li 3X La 2/3 -X TiO 3 has a lithium ion conductivity of approximately 10 −3 S / cm when x = 0.12, but lithium ions when x = 0.1 and 0.15. The conductivity is about 10 −5 S / cm. Thus, since the composition in the crystal of the solid electrolyte greatly affects the lithium ion conductivity, a forming method capable of precisely controlling the composition is required. In addition, when oxide crystal particles having a complicated composition are formed from a liquid material, constituent elements are easily segregated, and thus the function as an electrolyte may not be exhibited. Furthermore, since a large amount of organic solvent is used for the raw material solution, there is a concern about adverse effects on manufacturing workers and the environment.
Therefore, the present invention has been conceived under such circumstances, and is a method for producing a precursor solution of a solid electrolyte that is excellent in controlling an atomic ratio in a crystal of a solid electrolyte and that is suitable for atomization. Another object is to provide a method and a method for producing a solid electrolyte.

[態様1]
上記目的を達成するために、本発明の一態様に係る固体電解質の前駆体溶液は、過酸化水素、アンモニア、及び特定の原料から形成される水溶液であって、前記特定の原料は、(a)ペルオキソチタン酸と、(b)少なくともリチウムを含む水溶性の塩と、(c)分子内に未結合官能基を含むキレート剤と、(d)一分子内の少なくとも二箇所に前記キレート剤と縮合反応を生じる特性基を有する架橋剤、とを含み、前記水溶液中における前記(c)の未結合官能基のモル数は、少なくとも前記(d)のモル数に等しいかそれ以下であることを特徴とする。
[Aspect 1]
In order to achieve the above object, a precursor solution of a solid electrolyte according to an embodiment of the present invention is an aqueous solution formed from hydrogen peroxide, ammonia, and a specific raw material, and the specific raw material is (a Peroxytitanic acid, (b) a water-soluble salt containing at least lithium, (c) a chelating agent containing an unbonded functional group in the molecule, and (d) the chelating agent in at least two locations in one molecule. A crosslinking agent having a characteristic group that causes a condensation reaction, and the number of moles of the unbonded functional group of (c) in the aqueous solution is at least equal to or less than the number of moles of (d). Features.

このような構成であれば、過酸化水素及びアンモニアにより、ペルオキソチタン酸水溶液を調製することができ、チタンを水溶性化合物として扱うことができる。これにより、アルコキシドなどを用いた場合よりも水や酸素に対する化学的安定性が増して目的物の組成や粒径の制御が容易になる。さらに、前駆体溶液に対し、Aサイト置換元素の塩、分子内に未結合官能基を含むキレート剤、及び分子内の少なくとも二箇所に縮合反応基を有する架橋剤、とを添加した水溶液とすることで、Aサイト置換元素、キレート剤、及び架橋剤が前駆体溶液中で相分離することなく分散し、偏析による目的組成からの逸脱を減じ、イオン伝導性に優れる固体電解質を得ることができる。   If it is such a structure, peroxotitanic acid aqueous solution can be prepared with hydrogen peroxide and ammonia, and titanium can be handled as a water-soluble compound. Thereby, the chemical stability with respect to water and oxygen increases as compared with the case where alkoxide or the like is used, and the control of the composition and particle size of the target product is facilitated. Further, an aqueous solution in which a salt of an A-site substitution element, a chelating agent containing an unbonded functional group in the molecule, and a crosslinking agent having a condensation reactive group in at least two locations in the molecule are added to the precursor solution. Thus, the A site substitution element, the chelating agent, and the cross-linking agent are dispersed in the precursor solution without phase separation, and the deviation from the target composition due to segregation can be reduced, and a solid electrolyte having excellent ion conductivity can be obtained. .

なお、上記の構成において、Aサイト置換元素として用いることのできる(b)の塩は少なくともリチウムを含み、これにランタン、セリウム等のアルカリ希土類、ナトリウム、カリウム等のアルカリ金属、ジルコニウム、銀などの遷移金属、その他アルミニウム、珪素、ゲルマニウム、リン等の元素から何れかの水溶性塩を選択して用いることにより、例えば、Li3XLa2/3−XTiOなどのチタン酸系の酸化物固体電解質結晶を得ることができる。これらはイオン伝導率の向上や電位窓等の特性の改良のため、二つ以上の元素を組み合わせて用いることができる。同様の目的でアニオンをフッ素等に置換したものも用いることができる。 In the above configuration, the salt of (b) that can be used as the A-site substitution element contains at least lithium, which includes alkali rare earths such as lanthanum and cerium, alkali metals such as sodium and potassium, zirconium, silver and the like. By selecting and using any water-soluble salt from elements such as transition metals, aluminum, silicon, germanium, phosphorus, etc., for example, a titanic acid-based oxide solid such as Li 3X La 2 / 3-X TiO 3 Electrolyte crystals can be obtained. These can be used in combination of two or more elements in order to improve ion conductivity and potential window characteristics. For the same purpose, those in which the anion is substituted with fluorine or the like can also be used.

これらの原料からなる前駆体溶液中において(c)の分子内の未結合の官能基のモル数が(d)のモル数に等しいとき、(c)のキレート分子と架橋剤とが交互に連結された架橋構造をとるため、従来例よりも低温の熱処理によっても所望の結晶組成の電解質を得ることができる。一方で(d)のモル数が過剰のとき、キレート分子間の距離が大きくなるため、(a)や(b)の原子間距離が長くなり、目的物の形成に高温が要求されるようになる。また(d)のモル数が不足のとき、元素の等方的な分散性が架橋構造の減少に伴って低下し、酸化物の偏析が生じやすくなる。   When the number of moles of unbonded functional groups in the molecule of (c) is equal to the number of moles of (d) in the precursor solution composed of these raw materials, the chelate molecule and the crosslinking agent of (c) are alternately linked. Since the crosslinked structure is adopted, an electrolyte having a desired crystal composition can be obtained even by heat treatment at a temperature lower than that of the conventional example. On the other hand, when the number of moles of (d) is excessive, the distance between chelate molecules increases, so that the interatomic distances of (a) and (b) become long, and a high temperature is required for the formation of the target product. Become. Further, when the number of moles of (d) is insufficient, the isotropic dispersibility of the element is lowered as the cross-linked structure is reduced, and oxide segregation is likely to occur.

[態様2]
また、上記の固体電解質の前駆体溶液は、前記ペルオキソチタン酸と前記過酸化水素及び前記アンモニアを含むペルオキソチタン酸水溶液に、前記キレート剤を加えて錯体水溶液を得る工程と、前記錯体水溶液に前記水溶性の塩を加え、当該水溶性の塩を加えた後に前記架橋剤を加えて、ポリエステル化又はアミド化反応により前記水溶液をゲル化させる工程と、により形成され、前記水溶液をゲル化させる工程において、前記水溶液のpHは5.0以上、6.0以下に調整されていることを特徴としてもよい。
[Aspect 2]
The precursor solution of the solid electrolyte includes a step of obtaining a complex aqueous solution by adding the chelating agent to a peroxotitanic acid aqueous solution containing the peroxotitanic acid, the hydrogen peroxide, and the ammonia; and A step of adding a water-soluble salt, adding the water-soluble salt and then adding the crosslinking agent, and gelling the aqueous solution by a polyesterification or amidation reaction, and gelling the aqueous solution The pH of the aqueous solution may be adjusted to 5.0 or more and 6.0 or less.

このような構成であれば、ペルオキソチタン酸と、例えばヒドロキシカルボン酸又はアミノカルボン酸からなるキレート剤とを錯体化することで、チタン原子の水溶液中での安定性を増すことができる。また、錯体分子内の未結合官能基が架橋剤との縮合反応によりポリエステル化合物を生じることで、加熱過程における目的結晶組成物の構成元素の熱拡散を抑制し、二酸化チタン等の夾雑物の副生を抑制する効果を得ることができる。   If it is such a structure, stability in the aqueous solution of a titanium atom can be increased by complexing peroxotitanic acid and the chelating agent which consists of hydroxycarboxylic acid or aminocarboxylic acid, for example. In addition, the unbonded functional group in the complex molecule generates a polyester compound by a condensation reaction with the cross-linking agent, thereby suppressing the thermal diffusion of the constituent elements of the target crystal composition during the heating process, and reducing the amount of impurities such as titanium dioxide. The effect of suppressing life can be obtained.

上記の構成において、用いることのできるキレート剤としては、グリコール酸、乳酸、ヒドロキシ酪酸、グリセリン酸、リンゴ酸、酒石酸、クエン酸、サリチル酸等のヒドロキシカルボン酸類、および2−アミノエタン酸、3−アミノプロピオン酸、4−アミノブタン酸、5−アミノペンタン酸、6−アミノヘキサン酸、7−アミノヘプタン酸、8−アミノオクタン酸等のアミノ酸をはじめとするアミノカルボン酸類などを例示することができる。   In the above structure, chelating agents that can be used include glycolic acid, lactic acid, hydroxybutyric acid, glyceric acid, malic acid, tartaric acid, citric acid, salicylic acid, and other hydroxycarboxylic acids, and 2-aminoethanoic acid and 3-aminopropion. Examples thereof include aminocarboxylic acids including amino acids such as acid, 4-aminobutanoic acid, 5-aminopentanoic acid, 6-aminohexanoic acid, 7-aminoheptanoic acid and 8-aminooctanoic acid.

また、上記の構成によれば、前駆体溶液にAサイト置換元素の塩を添加した後、溶液のpHを5〜6の弱酸性に保つことで立方晶ペロブスカイト結晶の生成を促進することができる。このときpHが記載の範囲よりも低すぎると、ゲル化工程においてアンモニアが脱離する際に析出物を生じ易く、偏析の原因になる。また同様にpHが記載の範囲よりも高すぎると、ペルオキソチタン酸がポリアニオンとして析出しやすくなり、焼成後にTiOなどの偏析が起こり易くなる。これらの現象はペルオキソチタン酸の特性によるものであり、例えば、上記の非特許文献1にその性質が記載されている。特にAサイト元素が2種以上でイオン半径の差が大きい組み合わせにおいて、この傾向が顕著になり易い。 Moreover, according to said structure, after adding the salt of A site substitution element to a precursor solution, the production | generation of a cubic perovskite crystal | crystallization can be accelerated | stimulated by keeping pH of a solution to the weak acidity of 5-6. . At this time, if the pH is too lower than the described range, precipitates are likely to be generated when ammonia is desorbed in the gelation step, causing segregation. Similarly, if the pH is too higher than the stated range, peroxotitanic acid tends to precipitate as a polyanion, and segregation of TiO 2 or the like tends to occur after firing. These phenomena are due to the properties of peroxotitanic acid. For example, the properties are described in Non-Patent Document 1 described above. In particular, in a combination of two or more A-site elements and a large difference in ion radius, this tendency tends to be remarkable.

[態様3、4]
また、上記の固体電解質の前駆体溶液において、前記架橋剤は少なくとも炭素原子を2以上、かつ20以下含む有機化合物分子であることを特徴としてもよい。さらに、前記有機化合物分子の炭素数が8以下であることを特徴としてもよい。
このような構成であれば、目的組成を維持したまま均一な粒径の立方晶ペロブスカイト型結晶粒子が得易くなる効果を示す。これは架橋剤が前述したような原子の熱拡散を抑制する効果を有するほかに、架橋反応後のポリマーゲル中ではペルオキソチタン酸の水溶性錯体を中心にAサイト置換原子が拡散し、これが初期核となって微粒子を形成するためである。
[Aspects 3 and 4]
In the solid electrolyte precursor solution, the cross-linking agent may be an organic compound molecule containing at least 2 and at most 20 carbon atoms. Further, the organic compound molecule may have 8 or less carbon atoms.
With such a configuration, an effect of easily obtaining cubic perovskite crystal particles having a uniform particle diameter while maintaining the target composition is exhibited. This is because the cross-linking agent has the effect of suppressing the thermal diffusion of atoms as described above, and in the polymer gel after the cross-linking reaction, the A-site substituted atoms diffuse mainly in the water-soluble complex of peroxotitanic acid. This is to form fine particles as nuclei.

このとき架橋剤の炭素原子数が2〜20のとき、理想的な原子の分散状態を形成するが、これ以上炭素原子数の多い架橋剤を用いると、架橋剤自身の溶解性が低下することにより元素の分散性が悪化するおそれがあるため、架橋剤の炭素原子数は20以下が望ましい。また炭素原子数が1の架橋剤であるメタンジオールは不安定なため、偏析が起こり易いばかりでなく有害なホルムアルデヒドを発生するため危険である。そこで、架橋剤の炭素数は、安定してペルオキソチタン酸錯体同士の融合を防ぐことができる炭素数2以上のものを用いる。しかしながら、炭素数が増えると前述した溶解性の低下による分散性の低下に加え、熱分解等による有機成分の分解・除去効率が低下し、架橋剤が最終産物(即ち、固体電解質)に残留してしまうおそれがある。そこで架橋剤の炭素数は望ましくは20以下、より好ましくは8以下が良い。   At this time, when the number of carbon atoms of the crosslinking agent is 2 to 20, an ideal dispersion state of atoms is formed. However, when a crosslinking agent having a larger number of carbon atoms is used, the solubility of the crosslinking agent itself is lowered. Therefore, the number of carbon atoms in the crosslinking agent is preferably 20 or less. Further, methanediol, which is a cross-linking agent having 1 carbon atom, is unstable, so that not only segregation is likely to occur but also harmful formaldehyde is generated, which is dangerous. Therefore, the cross-linking agent having a carbon number of 2 or more that can stably prevent the fusion of peroxotitanate complexes is used. However, when the number of carbons increases, in addition to the above-described decrease in dispersibility due to the decrease in solubility, the decomposition and removal efficiency of organic components due to thermal decomposition and the like decrease, and the crosslinking agent remains in the final product (ie, solid electrolyte). There is a risk that. Accordingly, the carbon number of the crosslinking agent is desirably 20 or less, more preferably 8 or less.

このような架橋剤としては、1,2−エチレングリコール、1,3−プロパンジオール、1,4−ブチレングリコール、1,5−ペンタンジオール、1,6−ヘキサンジオール、1,7−ヘプタンジオール、1,8−オクタンジオールなど示性式HO−(CH−OHで表される脂肪族1,n−アルカンジオール類と、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、テトラエチレングリコールなどの示性式HO−(C−O)−Hで示されるオリゴエチレングリコール類、エチレンジアミン、プロパンジアミン、ブタンジアミン、ペンタンジアミン、ヘキサンジアミンなど示性式HN−(CH)−NHで表される脂肪族1,n−アルカンジアミン類、及びこれらの誘導体を一例として挙げることができる。 Examples of such crosslinking agents include 1,2-ethylene glycol, 1,3-propanediol, 1,4-butylene glycol, 1,5-pentanediol, 1,6-hexanediol, 1,7-heptanediol, 1,8-octanediol and other aliphatic 1, n-alkanediols represented by the formula HO— (CH 2 ) n —OH, and diethylene glycol, triethylene glycol, tetraethylene glycol and other formulas HO— (C 2 H 4 -O) oligoethylene glycols represented by n -H, ethylenediamine, expressed in propanediamine, butanediamine, pentanediamine, etc. hexanediamine rational formula H 3 N- (CH 2) -NH 3 Examples thereof include aliphatic 1, n-alkanediamines and derivatives thereof.

[態様5]
本発明の別の態様に係る固体電解質の前駆体溶液の製造方法は、ペルオキソチタン酸と過酸化水素及びアンモニアを含むペルオキソチタン酸水溶液に、分子内に未結合官能基を含むキレート剤を加えて錯体水溶液を得る工程と、前記錯体水溶液に少なくともリチウムを含む水溶性の塩を加え、当該水溶性の塩を加えた後に、一分子内の少なくとも二箇所に前記キレート剤と縮合反応を生じる特性基を有する架橋剤を加えて、ポリエステル化又はアミド化反応により水溶液をゲル化させる工程、とを含み、前記水溶液中における前記キレート剤の未結合官能基のモル数は、少なくとも前記架橋剤のモル数に等しいかそれ以下であることを特徴とする。
[Aspect 5]
According to another aspect of the present invention, a method for producing a precursor solution of a solid electrolyte includes adding a chelating agent having an unbonded functional group in a molecule to a peroxotitanic acid aqueous solution containing peroxotitanic acid, hydrogen peroxide, and ammonia. A step of obtaining an aqueous complex solution, and adding a water-soluble salt containing at least lithium to the aqueous complex solution, and then adding the water-soluble salt, and then causing a condensation reaction with the chelating agent in at least two places in one molecule A step of gelling the aqueous solution by a polyesterification or amidation reaction, and the number of moles of unbonded functional groups of the chelating agent in the aqueous solution is at least the number of moles of the crosslinking agent. Is less than or equal to.

このような製造方法によれば、前述したように、水や酸素に対する化学的安定性が増して目的物の組成や粒径の制御が容易となる。さらに、Aサイト置換元素、キレート剤、及び架橋剤が前駆体溶液中で相分離することなく分散し、偏析による目的組成からの逸脱を減じ、イオン伝導性に優れる固体電解質を得ることができる。また、錯体分子内の未結合官能基が架橋剤との縮合反応によりポリエステル化合物を生じることで、加熱過程における目的結晶組成物の構成元素の熱拡散を抑制し、二酸化チタン等の夾雑物の副生を抑制することができる。   According to such a manufacturing method, as described above, chemical stability against water and oxygen is increased, and control of the composition and particle size of the target product is facilitated. Furthermore, the A site substitution element, the chelating agent, and the cross-linking agent are dispersed in the precursor solution without phase separation, and a deviation from the target composition due to segregation can be reduced to obtain a solid electrolyte excellent in ionic conductivity. In addition, the unbonded functional group in the complex molecule generates a polyester compound by a condensation reaction with the cross-linking agent, thereby suppressing the thermal diffusion of the constituent elements of the target crystal composition during the heating process, and reducing the amount of impurities such as titanium dioxide. Can suppress life.

[態様6]
また、上記の固体電解質の前駆体溶液の製造方法は、前記水溶液をゲル化させる工程において、前記水溶液のpHが5.0以上、6.0以下に調整されていることを特徴としてもよい。このような製造方法によれば、前述したように、立方晶ペロブスカイト結晶の生成を促進することができる。
[Aspect 6]
The method for producing a precursor solution of the solid electrolyte may be characterized in that, in the step of gelling the aqueous solution, the pH of the aqueous solution is adjusted to 5.0 or more and 6.0 or less. According to such a manufacturing method, as described above, the production of cubic perovskite crystals can be promoted.

[態様7、8]
また、上記の固体電解質の前駆体溶液の製造方法は、前記架橋剤として、少なくとも炭素原子が2以上、かつ20以下含む有機化合物分子を用いることを特徴としてもよい。さらに、前記有機化合物分子の炭素数が8以下であることを特徴としてもよい。このような製造方法であれば、前述したように、架橋剤である有機化合物分子内の炭素数が20以下、より好ましくは2〜8であることで、目的組成を維持したまま均一な粒径の立方晶ペロブスカイト型結晶粒子を得易くすることができる。また、架橋剤自身の溶解性の低下や、有機成分の分解・除去効率の低下を抑えることができ、架橋剤が最終産物に残留してしまうことを防ぐことができる。
[Aspects 7 and 8]
The method for producing a precursor solution of the solid electrolyte may be characterized in that an organic compound molecule containing at least 2 and at most 20 carbon atoms is used as the crosslinking agent. Further, the organic compound molecule may have 8 or less carbon atoms. If it is such a manufacturing method, as above-mentioned, carbon number in the organic compound molecule | numerator which is a crosslinking agent is 20 or less, More preferably, it is 2-8, A uniform particle size, maintaining a target composition The cubic perovskite type crystal particles can be easily obtained. In addition, it is possible to suppress a decrease in solubility of the crosslinking agent itself and a decrease in decomposition / removal efficiency of the organic component, and it is possible to prevent the crosslinking agent from remaining in the final product.

[態様9、10]
本発明のさらに別の態様に係る固体電解質の製造方法は、上記の前駆体溶液を用いて固体電解質を製造する方法であって、前記前駆体溶液を300℃以上、500℃以下の温度で加熱する工程、を含むことを特徴とする。さらに、前記前駆体溶液を加熱する工程では、前記前駆体溶液を350℃以下の温度で加熱することを特徴としてもよい。
[Aspects 9 and 10]
A method for producing a solid electrolyte according to still another aspect of the present invention is a method for producing a solid electrolyte using the above precursor solution, wherein the precursor solution is heated at a temperature of 300 ° C. or more and 500 ° C. or less. Including a step of performing. Furthermore, in the step of heating the precursor solution, the precursor solution may be heated at a temperature of 350 ° C. or lower.

このような製造方法であれば、前駆体溶液を500℃以下、より好ましくは300〜350℃の範囲内で加熱することにより、組成がよく制御された、一次粒子の平均粒径が例えば10〜50nmである酸化物系の固体電解質微粒子を得ることができる。これは上記の態様1〜4の効果によって、従来法では900℃以上の高温が必要であった固体電解質の形成温度が、300〜500℃に低下する作用のためである。このとき550℃以上で加熱を行うと、元素の熱拡散が進行して粒子が成長しやすくなる。また加熱温度が300℃以下のときでは目的物が形成されにくくなるとともに、原料に添加したキレート剤や架橋剤の熱分解が進行せず、目的物の純度が低下する。
なお、本発明において、微粒子形成に関わる前駆体溶液の加熱方法は特に制限されず、一次粒子の粒径の小さな電解質粒子が得られる方法であればいかなる態様であっても良い。例えば、架橋したゲル状の前駆体溶液を容器内で加熱すれば、微細な一次粒子の凝集塊が得られる。また、噴霧熱分解装置を用いて一次粒子単体を分散させることもできる。
If it is such a manufacturing method, the average particle diameter of the primary particle whose composition was well controlled by heating the precursor solution within a range of 500 ° C. or less, more preferably within a range of 300 to 350 ° C. is, for example, 10 to 10 ° C. An oxide-based solid electrolyte fine particle having a thickness of 50 nm can be obtained. This is because the formation temperature of the solid electrolyte, which required a high temperature of 900 ° C. or higher in the conventional method, is lowered to 300 to 500 ° C. due to the effects of the above aspects 1 to 4. At this time, if heating is performed at 550 ° C. or higher, thermal diffusion of the element proceeds and particles are likely to grow. Further, when the heating temperature is 300 ° C. or lower, the target product is hardly formed, and the thermal decomposition of the chelating agent or the crosslinking agent added to the raw material does not proceed, so that the purity of the target product is lowered.
In the present invention, the method for heating the precursor solution involved in fine particle formation is not particularly limited, and any mode may be used as long as electrolyte particles having a small primary particle diameter can be obtained. For example, if a crosslinked gel-like precursor solution is heated in a container, an aggregate of fine primary particles can be obtained. Moreover, a primary particle simple substance can also be disperse | distributed using a spray pyrolysis apparatus.

第1実施例に係る固体電解質微粒子の形成手順を示すフローチャートThe flowchart which shows the formation procedure of the solid electrolyte particulates concerning 1st Example 第1実施例で得られた粉末のX線回折による解析結果を示す図。The figure which shows the analysis result by X-ray diffraction of the powder obtained in 1st Example. 第2実施例で得られた結晶種のX線回折による解析結果を示す図。The figure which shows the analysis result by X-ray diffraction of the crystal seed | species obtained in 2nd Example. 1比較例で得られた結晶種のX線回折による解析結果を示す図。The figure which shows the analysis result by X-ray diffraction of the crystal seed | species obtained by the 1st comparative example.

以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。
(1)第1実施例
図1は、第1実施例に係る固体電解質微粒子の形成手順を示すフローチャートである。ここでは、固体電解質微粒子として、Li0.35La0.55TiO微粒子を形成した。その形成手順について、以下に説明する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
(1) 1st Example FIG. 1: is a flowchart which shows the formation procedure of the solid electrolyte particulates concerning 1st Example. Here, Li 0.35 La 0.55 TiO 3 fine particles were formed as the solid electrolyte fine particles. The formation procedure will be described below.

まず、チタン源からペルオキソチタン酸水溶液を調製した。チタン源としては、チタン金属粉末、二酸化チタンの粉末などを用いることができる。これらチタン源の粉末の0.1M当量を水冷しながら30%の過酸化水素水に溶解し、さらに35%のアンモニア水を加えて、(ペルオキソチタン酸と過酸化水素及びアンモニアを含む)ペルオキソチタン酸水溶液とした(ステップ(S)1、2)。
なお、本工程のチタン源としてはペルオキソチタン酸を誘導するチタン化合物であればいかなる原料を用いても構わないが、上述したチタン金属粉末、二酸化チタン粉末を原料として用いると、過酸化水素水中でペルオキソチタン酸以外の化合物を含まない、高純度の溶液を調製することができる。
First, a peroxotitanic acid aqueous solution was prepared from a titanium source. As the titanium source, titanium metal powder, titanium dioxide powder, or the like can be used. Peroxotitanium (including peroxotitanic acid, hydrogen peroxide, and ammonia) was prepared by dissolving 0.1M equivalent of the titanium source powder in 30% hydrogen peroxide water while cooling with water, and adding 35% ammonia water. An acid aqueous solution was prepared (steps (S) 1 and 2).
As a titanium source in this step, any raw material may be used as long as it is a titanium compound that induces peroxotitanic acid. However, when the above-described titanium metal powder and titanium dioxide powder are used as raw materials, A high-purity solution containing no compound other than peroxotitanic acid can be prepared.

次の工程として、上記のペルオキソチタン酸水溶液にキレート剤としてクエン酸1水和物を溶解した。ここでは、ペルオキソチタン酸水溶液中のチタン原子のモル数に対し1.9倍のモル数になるようにクエン酸1水和物を溶解した。ペルオキソチタン酸水溶液は、ペルオキソチタン酸とクエン酸との錯体化により、ペルオキソチタン酸クエン酸錯体水溶液となる(ステップ(S)3)。この場合、キレート剤の未結合官能基はカルボキシル基である。また、そのカルボキシル基が金属原子に配位する。   As the next step, citric acid monohydrate was dissolved in the peroxotitanic acid aqueous solution as a chelating agent. Here, citric acid monohydrate was dissolved so as to have a mole number of 1.9 times the mole number of titanium atoms in the peroxotitanic acid aqueous solution. The peroxotitanic acid aqueous solution becomes a peroxotitanic acid citric acid complex aqueous solution by complexing peroxotitanic acid and citric acid (step (S) 3). In this case, the unbonded functional group of the chelating agent is a carboxyl group. The carboxyl group is coordinated to the metal atom.

次に、マグネティックスターラーで攪拌しながらLiNO及びLa(NO・6水和物をそれぞれチタン原子のモル数に対し0.035及び0.055倍のモル数になるよう溶解した。この溶液をマグネティックスターラーで30分間攪拌すると、淡橙色のペルオキソチタン酸クエン酸錯体水溶液を得た(ステップS(4))。
次に、上記のペルオキソチタン酸クエン酸錯体水溶液に対し、架橋剤として1,6−ヘキサンジオールを0.19Mになるよう溶解した。つまり、ペルオキソチタン酸クエン酸錯体水溶液中のチタン原子のモル数に対し1.9倍のモル数になるように1,6−ヘキサンジオールを溶解した。また、pHが5.5になるよう、硝酸及びアンモニア水などのpH調製剤を用いて調整し、60℃で1時間攪拌した。この工程により、暗赤色の水溶液が得られた(ステップ(S)5)。
Was then dissolved with stirring LiNO 3 and La (NO 3) 3 · 6 to hydrate for each mole of titanium atoms become moles of 0.035 and 0.055 times with a magnetic stirrer. When this solution was stirred with a magnetic stirrer for 30 minutes, a pale orange peroxotitanate citric acid complex aqueous solution was obtained (step S (4)).
Next, 1,6-hexanediol as a cross-linking agent was dissolved to 0.19 M in the above-mentioned aqueous solution of peroxotitanate citrate complex. That is, 1,6-hexanediol was dissolved so that the number of moles of titanium was 1.9 times the number of moles of titanium atoms in the aqueous solution of peroxotitanic acid-citrate complex. Moreover, it adjusted using pH adjusters, such as nitric acid and aqueous ammonia, so that pH might be set to 5.5, and stirred at 60 degreeC for 1 hour. By this step, a dark red aqueous solution was obtained (step (S) 5).

この暗赤色の水溶液が、固体電解質微粒子の前駆体溶液である。上記のように、チタン原子のモル数に対し、キレート剤であるクエン酸1水和物の溶解量と、架橋剤である1,6−ヘキサンジオールの溶解量とをそれぞれ規定することにより、この水溶液中におけるクエン酸の未結合官能基のモル数は、少なくとも1,6−ヘキサンジオールのモル数以下であり、実質的に0となっている。   This dark red aqueous solution is a precursor solution of solid electrolyte fine particles. As described above, the amount of citric acid monohydrate, which is a chelating agent, and the amount of 1,6-hexanediol, which is a cross-linking agent, are respectively defined with respect to the number of moles of titanium atoms. The number of moles of unbound functional groups of citric acid in the aqueous solution is at least equal to or less than the number of moles of 1,6-hexanediol, and is substantially zero.

次に、この水溶液(即ち、前駆体溶液)をゲル化した。このゲル化工程において、前駆体溶液のpHは、前述のpH調製剤により、5.0〜6.0の範囲内に調製されている。この工程では、pH=5.0〜6.0の前駆体溶液をマグネティックスターラーで攪拌しながら120℃に加熱し、20分〜1時間保持した。この操作により、暗橙色の粘稠なゲルが得られた(ステップ(S)6)。   Next, this aqueous solution (that is, the precursor solution) was gelled. In this gelation step, the pH of the precursor solution is adjusted within the range of 5.0 to 6.0 with the pH adjuster described above. In this step, the precursor solution having a pH of 5.0 to 6.0 was heated to 120 ° C. while stirring with a magnetic stirrer and held for 20 minutes to 1 hour. By this operation, a dark orange viscous gel was obtained (step (S) 6).

次に、このゲル化された前駆体溶液を用いて固体電解質微粒子を形成した。この微粒子形成工程では、大気雰囲気において、上記のゲルをペトリ皿内で加熱した。加熱温度は350℃とし、この温度で3時間程度保持した。3時間の加熱後、白色の粉末が得られた(ステップS(7))。この粉末を粉体X線回折装置(PANnalitical X’Pert PRO)を用いて解析し、粉末の結晶相を調べた。この解析結果を図2に示す。図2において、横軸は回析角度2θ[°]を示し、縦軸は回析線強度[arb.unit]を示す。
図2に示すように、この実施例1で得られた粉末ではLi0.35La0.55TiO結晶の回折由来のピークが検出され、Li0.35La0.55TiO結晶の単一相が生成していることが分かった。また、シェラー法により固相反応法で得られた同組成のLi0.35La0.55TiOと粒径を比較すると、一次粒子の粒径は20nmであった。
Next, solid electrolyte fine particles were formed using this gelled precursor solution. In the fine particle forming step, the gel was heated in a Petri dish in an air atmosphere. The heating temperature was 350 ° C., and this temperature was maintained for about 3 hours. After heating for 3 hours, a white powder was obtained (step S (7)). This powder was analyzed using a powder X-ray diffractometer (PANnal X'Pert PRO) to examine the crystal phase of the powder. The analysis result is shown in FIG. In FIG. 2, the horizontal axis represents the diffraction angle 2θ [°], and the vertical axis represents the diffraction line intensity [arb. unit].
As shown in FIG. 2, a peak derived from diffraction of Li 0.35 La 0.55 TiO 3 crystal was detected in the powder obtained in Example 1, and a single crystal of Li 0.35 La 0.55 TiO 3 crystal was detected. It was found that a single phase was generated. Further, when the particle size was compared with Li 0.35 La 0.55 TiO 3 having the same composition obtained by the solid phase reaction method by the Scherrer method, the particle size of the primary particles was 20 nm.

(2)第2実施例
次に、本発明の第2実施例について説明する。ここでは、架橋剤として炭素数10の1,10−デカンジオールを使用し、実施例1に準じた合成を実施した。ただし、前駆体溶液のゲル化工程では、120℃における1時間の加熱ではゲル化せず、暗赤色から黄色の固形物に変化した。この固形物を350℃で加熱すると、茶褐色から暗褐色の顆粒状に変化した。この顆粒をさらに550℃にて3時間加熱すると白色の粉末に転じた。この粉末の組成を粉体X線回折装置により調べた。この解析結果を図3に示す。図3において、横軸は回析角度2θ[°]を示し、縦軸は回析線強度[arb.unit]を示す。
図3に示すように、この第2実施例で得られた粉末ではLi0.35La0.55TiO結晶の回折由来のピークが検出されなかった。これは架橋剤のアルキル鎖が大きくなることで酸化物の形成温度が上昇し、550℃の加熱では目的とするLi0.35La0.55TiOが得られなかったため、と考えられる。
(2) Second Embodiment Next, a second embodiment of the present invention will be described. Here, synthesis according to Example 1 was carried out using 1,10-decanediol having 10 carbon atoms as a crosslinking agent. However, in the gelation step of the precursor solution, it did not gel by heating at 120 ° C. for 1 hour, but changed from a dark red to a yellow solid. When this solid was heated at 350 ° C., it changed from brownish brown to dark brown granules. When the granules were further heated at 550 ° C. for 3 hours, they turned into white powders. The composition of this powder was examined by a powder X-ray diffractometer. The analysis result is shown in FIG. In FIG. 3, the horizontal axis indicates the diffraction angle 2θ [°], and the vertical axis indicates the diffraction line intensity [arb. unit].
As shown in FIG. 3, no peak derived from diffraction of Li 0.35 La 0.55 TiO 3 crystal was detected in the powder obtained in the second example. This is thought to be because the formation temperature of the oxide increases due to the increase in the alkyl chain of the crosslinking agent, and the target Li 0.35 La 0.55 TiO 3 could not be obtained by heating at 550 ° C.

(3)第1比較例
次に、本発明の第1比較例について説明する。ここでは、酢酸リチウム、酢酸ランタン1.5水和物及びチタンテトライソプロポオキシドを0.35:0.55:1.0の比率で酢酸とイソプロパノールを含む溶媒に溶解し、100℃でゲル状にした後、1000℃で焼成した。これらの工程により得られた白色の粉末に対しXRD解析を行った。この解析結果を図4に示す。図4において、横軸は回析角度2θ[°]を示し、縦軸は回析線強度[arb.unit]を示す。
(3) First Comparative Example Next, a first comparative example of the present invention will be described. Here, lithium acetate, lanthanum acetate hemihydrate and titanium tetraisopropoxide are dissolved in a solvent containing acetic acid and isopropanol at a ratio of 0.35: 0.55: 1.0 and gelled at 100 ° C. And then fired at 1000 ° C. XRD analysis was performed on the white powder obtained by these steps. The analysis result is shown in FIG. In FIG. 4, the horizontal axis indicates the diffraction angle 2θ [°], and the vertical axis indicates the diffraction line intensity [arb. unit].

図4に示すように、この第1比較例で得られた粉末では、Li0.35La0.55TiOのほかLaTiなどのピークが検出され、Li0.35La0.55TiOではない異相が形成されていることが分かった。これはチタンテトライソプロポオキシドがTiOやTi(OH)として析出したことで偏析したものと考えられる。また、シェラー法によると一次粒子の粒径は500nm程度であることが示された。 As shown in FIG. 4, in the powder obtained in the first comparative example, peaks of Li 0.35 La 0.55 TiO 3 as well as La 2 Ti 2 O 7 were detected, and Li 0.35 La 0 It was found that a heterogeneous phase other than 0.55 TiO 3 was formed. This is thought to be segregated by the precipitation of titanium tetraisopropoxide as TiO 2 or Ti (OH) 4 . Moreover, according to the Scherrer method, it was shown that the particle size of a primary particle is about 500 nm.

(4)まとめ
本発明の第1実施例によれば、吸湿や酸素曝露によって変性し難く化学的安定性の高い前駆体溶液を得ることができる。この手法では、従来例のように前駆体溶液に添加した原料が不溶性の酸化物や水酸化物を形成して沈殿し、未反応の偏析物として副生することを防ぐことができる。このため、元素比率の制御により所望の電気的特性を備えた固体電解質を得易くなる。また、上記のように、前駆体溶液において、キレート剤の未結合官能基のモル数は、少なくとも架橋剤のモル数以下となっているため、元素の分散性及び熱処理での反応性を高めることができ、従来例よりも低温で所望の結晶組成が得られ易くなる。
(4) Summary According to the first embodiment of the present invention, it is possible to obtain a precursor solution that is hardly denatured by moisture absorption or oxygen exposure and has high chemical stability. According to this method, it is possible to prevent the raw material added to the precursor solution from forming as an insoluble oxide or hydroxide and precipitating as a by-product as an unreacted segregated product as in the conventional example. For this reason, it becomes easy to obtain a solid electrolyte having desired electrical characteristics by controlling the element ratio. In addition, as described above, in the precursor solution, the number of moles of unbonded functional groups of the chelating agent is at least the number of moles of the crosslinking agent, so that the dispersibility of the elements and the reactivity in heat treatment are improved. This makes it easier to obtain a desired crystal composition at a lower temperature than the conventional example.

また、本発明の第1実施例によれば、キレート剤がペルオキソチタン酸に配位することで水溶性が向上し、溶液の安定性や分散性を高めることができる。さらに、溶液中で金属原子に配位したキレート剤間を架橋してゲル状とすることで、前駆体溶液中の元素の分散状態を維持したまま熱処理を行うことができる。このため、溶媒の揮発後によって偏析等が生じ易かった従来例よりも目標組成を維持し易くなる。
さらに、本発明の第1実施例によれば、架橋剤によって前駆体溶液中の金属錯体間が隔離されるため、微粒子を得ることができる。このとき、架橋剤のアルキル鎖炭素数を6〜8とすると、低温で結晶が形成される反応性を維持しながら、好適に微粒子化を図ることができる。
According to the first embodiment of the present invention, the chelating agent is coordinated to peroxotitanic acid, so that the water solubility is improved and the stability and dispersibility of the solution can be improved. Furthermore, the chelating agent coordinated to the metal atom in the solution is crosslinked to form a gel, whereby heat treatment can be performed while maintaining the dispersed state of the elements in the precursor solution. For this reason, it becomes easier to maintain the target composition than the conventional example in which segregation or the like is likely to occur after the volatilization of the solvent.
Furthermore, according to the first embodiment of the present invention, since the metal complex in the precursor solution is isolated by the crosslinking agent, fine particles can be obtained. At this time, when the alkyl chain carbon number of the cross-linking agent is 6 to 8, fine particles can be suitably formed while maintaining the reactivity with which crystals are formed at a low temperature.

また、本発明の第1実施例によれば、前駆体溶液を例えば350℃で加熱することにより、固体電解質微粒子(結晶)の形成と有機物の揮発・分解が生じるため、形成された微粒子が成長したり、微粒子間が焼結して粒径が大きくなることを防ぐ効果がある。
本発明は上記の実施例に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で適用が可能なものである。
(5)応用例
以上に説明した前駆体溶液とその製造方法、固体電解質の製造方法は、応用例として、全固体リチウム電池用電解質に適用することができる。そのほか、燃料電池用電解質、超伝導材料、誘電体材料にも適用することができる。
In addition, according to the first embodiment of the present invention, the precursor solution is heated at, for example, 350 ° C., thereby forming solid electrolyte fine particles (crystals) and volatilization / decomposition of organic matter. Or has an effect of preventing the particle size from being increased due to sintering between the fine particles.
The present invention is not limited to the above-described embodiments, and can be applied without departing from the gist of the present invention.
(5) Application Examples The precursor solution, the manufacturing method thereof, and the solid electrolyte manufacturing method described above can be applied to an electrolyte for an all-solid lithium battery as an application example. In addition, the present invention can also be applied to fuel cell electrolytes, superconducting materials, and dielectric materials.

S1〜S7 ステップ   S1-S7 step

Claims (4)

ペルオキソチタン酸、過酸化水素及びアンモニアを含むペルオキソチタン酸水溶液に、分子内に未結合官能基を含むキレート剤を加えて錯体水溶液を得る工程と、
前記錯体水溶液に少なくともリチウムを含む水溶性の塩を加え、当該水溶性の塩を加えた後に、一分子内の少なくとも二箇所に前記キレート剤と縮合反応を生じる特性基を有する架橋剤を加えて、ポリエステル化又はアミド化反応により水溶液をゲル化させる工程、とを含み、
前記水溶液中における前記キレート剤の未結合官能基のモル数は、前記架橋剤のモル数以下であることを特徴とする固体電解質の前駆体溶液の製造方法。
Adding a chelating agent containing an unbonded functional group in the molecule to a peroxotitanic acid aqueous solution containing peroxotitanic acid, hydrogen peroxide and ammonia to obtain an aqueous complex solution;
After adding a water-soluble salt containing at least lithium to the aqueous complex solution, and adding the water-soluble salt, a crosslinking agent having a characteristic group that causes a condensation reaction with the chelating agent is added to at least two locations in one molecule. A step of gelling the aqueous solution by a polyesterification or amidation reaction,
The number of moles of non-bonded functional group of the chelating agent in the aqueous solution, the method for manufacturing a precursor solution of the solid electrolyte, characterized in that the pre-Symbol is less than the number of moles of crosslinking agent.
前記水溶液をゲル化させる工程において、前記水溶液のpHが5.0以上、6.0以下に調整されていることを特徴とする請求項1に記載の固体電解質の前駆体溶液の製造方法。   The method for producing a precursor solution of a solid electrolyte according to claim 1, wherein in the step of gelling the aqueous solution, the pH of the aqueous solution is adjusted to 5.0 or more and 6.0 or less. 請求項1又は請求項2に記載の製造方法による前駆体溶液を用いて固体電解質を製造する方法であって、
前記前駆体溶液を300℃以上、500℃以下の温度で加熱する工程、を含むことを特徴とする固体電解質の製造方法。
A method for producing a solid electrolyte by using a precursor solution according to the production method according to claim 1 or 2,
A step of heating the precursor solution at a temperature of 300 ° C. or more and 500 ° C. or less.
前記前駆体溶液を加熱する工程では、前記前駆体溶液を350℃以下の温度で加熱することを特徴とする請求項3に記載の固体電解質の製造方法。   The method for producing a solid electrolyte according to claim 3, wherein in the step of heating the precursor solution, the precursor solution is heated at a temperature of 350 ° C. or less.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014154236A (en) 2013-02-05 2014-08-25 Seiko Epson Corp Method for manufacturing electrode composite body
JP2015086121A (en) * 2013-10-31 2015-05-07 セイコーエプソン株式会社 Oxide particle, method of producing oxide particle and lithium ion battery
KR101683949B1 (en) * 2013-11-14 2016-12-07 주식회사 엘지화학 The synthesis of solid electrolyte nano particle for lithium secondary battery using flame spray pyrolysis
JP7299110B2 (en) * 2019-09-02 2023-06-27 太平洋セメント株式会社 Method for producing lithium lanthanum titanate crystal particles for solid electrolyte of lithium ion secondary battery

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08151214A (en) * 1994-11-29 1996-06-11 Nippon Soken Inc Production of compound oxide
JP2000159786A (en) * 1998-11-26 2000-06-13 Furuuchi Kagaku Kk Organotitanium peroxide compound, its production and formation of complex oxide containing titanium
JP2003346895A (en) * 2002-05-30 2003-12-05 Fujitsu Ltd Forming method for solid electrolyte and lithium battery
JP2006182616A (en) * 2004-12-28 2006-07-13 Tohoku Univ Method of manufacturing water-soluble titanium compound and manufacturing method of titanium oxide powder using it
US20090004563A1 (en) * 2007-06-28 2009-01-01 Zhimin Zhong Substituted lithium titanate spinel compound with improved electron conductivity and methods of making the same
JP5577541B2 (en) * 2008-03-07 2014-08-27 公立大学法人首都大学東京 Electrode active material filling method and manufacturing method of all solid state battery
JP4930857B2 (en) * 2008-03-12 2012-05-16 住友電気工業株式会社 Electrolyte particles

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