JP6166584B2 - Lithium ion conductive solid electrolyte and composite and battery using the same - Google Patents

Lithium ion conductive solid electrolyte and composite and battery using the same Download PDF

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Description

本発明は、リチウムイオン伝導性固体電解質並びにそれを用いた固体電解質−電極複合体及び電池に関する。   The present invention relates to a lithium ion conductive solid electrolyte, a solid electrolyte-electrode composite using the same, and a battery.

ガーネット結晶構造を有するLiLaZr12なる基本組成の固体電解質(以下、LLZ系固体電解質ということがある)は、高いリチウムイオン伝導性能と、リチウム金属負極電位で還元されない特徴とを有する。そのため、この材料には、リチウムデンドライト析出による正負極間における短絡の抑制効果が期待されており、全固体電池やリチウム空気電池等の次世代を担う電池への適用が望まれる。このような技術的背景のもと、リチウムイオン伝導性能の更なる向上を図るべく様々な置換元素が検討され、組成改良による伝導性能向上の試みがなされてきた。 A solid electrolyte with a basic composition of Li 7 La 3 Zr 2 O 12 having a garnet crystal structure (hereinafter sometimes referred to as an LLZ-based solid electrolyte) has a high lithium ion conductivity and a feature that is not reduced by a lithium metal negative electrode potential. Have. Therefore, this material is expected to suppress the short circuit between the positive and negative electrodes due to lithium dendrite precipitation, and is desired to be applied to next-generation batteries such as all-solid-state batteries and lithium-air batteries. Under such technical background, various substitutional elements have been studied in order to further improve the lithium ion conduction performance, and attempts have been made to improve the conduction performance by improving the composition.

例えば、特許文献1(特表2007−528108号公報)には、L5+x12の組成を有するガーネット型の固体イオン伝導体が開示されている。特許文献2(特開2011−051800号公報)には、LLZの基本元素であるLi,La及びZrに加えてAlを加えることで、緻密性やリチウムイオン伝導度を向上できることが開示されている。特許文献3(特開2011−073962号公報)には、LLZの基本元素であるLi,La及びZrに加えてNb及び/又はTaを加えることで、リチウムイオン伝導度を更に向上できることが開示されている。特許文献4(特開2011−073963号公報)には、Li、La、Zr及びAlを含み、Laに対するLiのモル比を2.0〜2.5とすることで、緻密性を更に向上できることが開示されている。より高性能な電池を提供すべく、LLZ系固体電解質材料におけるリチウムイオン伝導性能の更なる向上が望まれる。 For example, Patent Document 1 (Japanese Patent Publication No. 2007-528108) discloses a garnet-type solid ion conductor having a composition of L 5 + x A y G z M 2 O 12 . Patent Document 2 (Japanese Patent Laid-Open No. 2011-051800) discloses that the addition of Al in addition to Li, La, and Zr, which are basic elements of LLZ, can improve the denseness and lithium ion conductivity. . Patent Document 3 (Japanese Patent Application Laid-Open No. 2011-073962) discloses that lithium ion conductivity can be further improved by adding Nb and / or Ta in addition to Li, La and Zr, which are basic elements of LLZ. ing. Patent Document 4 (Japanese Patent Laid-Open No. 2011-073963) includes Li, La, Zr, and Al, and the density can be further improved by setting the molar ratio of Li to La to 2.0 to 2.5. Is disclosed. In order to provide a higher performance battery, further improvement in lithium ion conduction performance in the LLZ solid electrolyte material is desired.

別の用途としては、特許文献5(特開2011−147875号公報)には、組成式Li5+XLaZr2−X12(Xは1.5≦X≦1.925を満たす数であり、MはNb,Ta,Sc,Ti,V,Y,Hf,Si,Al,Ga,Ge又はSnである)で表される二酸化炭素吸収材料が開示されている。 As another application, Patent Document 5 (Japanese Patent Laid-Open No. 2011-147875) includes a composition formula Li 5 + X La 3 Zr X M 2 -X O 12 (X is a number satisfying 1.5 ≦ X ≦ 1.925). And M is Nb, Ta, Sc, Ti, V, Y, Hf, Si, Al, Ga, Ge, or Sn).

特表2007−528108号公報Special table 2007-528108 gazette 特開2011−051800号公報JP 2011-051800 A 特開2011−073962号公報JP 2011-073962 A 特開2011−073963号公報JP 2011-073963 A 特開2011−147875号公報JP 2011-147875 A

本発明者らは、今般、LLZ系固体電解質の結晶構造の少なくとも一部の結晶格子内に炭素(C)を含有させ、かつ、固体電解質の表面に炭酸リチウムが実質的に存在しない領域を確保することで、LLZ系固体電解質のリチウムイオン伝導度を有意に向上できるとの知見を得た。また、炭酸リチウムが実質的に存在しない領域が、固体電解質と電極の間の界面の少なくとも一部を構成するようにすることで、LLZ系固体電解質の向上したイオン伝導度を固体電解質−電極複合体及び電池において最大限に発揮させることができるとの知見も得た。   The inventors of the present invention have recently included carbon (C) in the crystal lattice of at least a part of the crystal structure of the LLZ-based solid electrolyte, and secured a region where lithium carbonate is substantially absent on the surface of the solid electrolyte. As a result, it was found that the lithium ion conductivity of the LLZ-based solid electrolyte can be significantly improved. Further, the region where lithium carbonate is not substantially present constitutes at least a part of the interface between the solid electrolyte and the electrode, thereby improving the ionic conductivity of the LLZ-based solid electrolyte. The knowledge that it can be maximized in the body and battery was also obtained.

したがって、本発明の目的は、リチウムイオン伝導度が有意に向上されたLLZ系固体電解質並びにそれを用いた固体電解質−電極複合体及び電池を提供することにある。   Accordingly, an object of the present invention is to provide an LLZ-based solid electrolyte with significantly improved lithium ion conductivity, and a solid electrolyte-electrode composite and battery using the same.

本発明の一態様によれば、少なくともLi、La、Zr及びOで構成されるガーネット型又はガーネット型類似の結晶構造を有し、該結晶構造の少なくとも一部が結晶格子内にCを含んでなる、リチウムイオン伝導性固体電解質であって、前記固体電解質の表面に、炭酸リチウムが実質的に存在しない領域を有する、リチウムイオン伝導性固体電解質が提供される。   According to one embodiment of the present invention, the crystal structure has a garnet-type or garnet-like crystal structure composed of at least Li, La, Zr, and O, and at least part of the crystal structure includes C in the crystal lattice. A lithium ion conductive solid electrolyte is provided, which has a region where lithium carbonate is substantially absent on the surface of the solid electrolyte.

本発明の別の一態様によれば、本発明の固体電解質と、
前記固体電解質に接合してなる電極と、
を備えてなり、前記炭酸リチウムが実質的に存在しない領域が、前記固体電解質と前記電極の間の界面の少なくとも一部を構成する、固体電解質−電極複合体が提供される。
According to another aspect of the present invention, the solid electrolyte of the present invention,
An electrode formed by bonding to the solid electrolyte;
A solid electrolyte-electrode composite is provided, wherein the region substantially free of lithium carbonate constitutes at least part of the interface between the solid electrolyte and the electrode.

本発明の更に別の一態様によれば、本発明の固体電解質−電極複合体と、対向電極とを備えた、電池が提供される。   According to still another aspect of the present invention, a battery including the solid electrolyte-electrode composite of the present invention and a counter electrode is provided.

本発明の固体電解質−電極複合体の一例の模式断面図である。It is a schematic cross section of an example of the solid electrolyte-electrode composite of the present invention. 本発明の固体電解質−電極複合体の他の一例の模式断面図である。It is a schematic cross section of another example of the solid electrolyte-electrode composite of the present invention. 例A1及びA2で用いた成膜装置の構成を示す概略模式図である。It is a schematic diagram which shows the structure of the film-forming apparatus used by Example A1 and A2. 例A1で作製したイオン伝導度評価用カーボン電極を示す概略斜視図である。It is a schematic perspective view which shows the carbon electrode for ion conductivity evaluation produced in Example A1. 例A1で固体電解質AD膜について測定されたXRDプロファイルにおける(422)面ピークを示す図である。It is a figure which shows the (422) plane peak in the XRD profile measured about solid electrolyte AD film in Example A1. 例A1で固体電解質AD膜について測定されたイオン伝導度と測定温度との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the ionic conductivity measured about solid electrolyte AD membrane in Example A1, and measurement temperature. 例B1で作製したイオン伝導度評価用カーボン電極を示す写真である。It is a photograph which shows the carbon electrode for ion conductivity evaluation produced in Example B1. 例B1で固体電解質焼結体について測定されたイオン伝導度と測定温度との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the ionic conductivity measured about the solid electrolyte sintered compact in Example B1, and measurement temperature.

リチウムイオン伝導性固体電解質
本発明のリチウムイオン伝導性固体電解質は、少なくともLi、La、Zr及びOで構成されるガーネット型又はガーネット型類似の結晶構造(以下、LLZ系結晶構造という)を有するものであり、この結晶構造の少なくとも一部が結晶格子内に炭素(C)を含んでなる。その上、この固体電解質は、その表面に、炭酸リチウム(LiCO)が実質的に存在しない領域を有する。このように、LLZ系結晶構造の少なくとも一部の結晶格子内にCを含有させ、かつ、固体電解質の表面に炭酸リチウムが実質的に存在しない領域を確保することで、LLZ系固体電解質のリチウムイオン伝導度を有意に向上することができる。このような結晶格子内へのCの導入は、例えば、大気雰囲気等のCO含有雰囲気中に曝してエージング処理することにより、COに由来するCを固体電解質の結晶格子内に含有させることにより行うことができる。そもそも、この結晶格子内におけるCの含有効果は、エアロゾルデポジション(AD)法等の成膜法により作製したLLZ系固体電解質膜や焼結により作製したLLZ系固体電解質焼結体を大気中に放置することで、リチウムイオン伝導性能が向上したという予想外の現象の知見に基づくものである。
Lithium ion conductive solid electrolyte The lithium ion conductive solid electrolyte of the present invention has a garnet-type or garnet-like crystal structure (hereinafter referred to as LLZ-type crystal structure) composed of at least Li, La, Zr, and O. And at least part of this crystal structure comprises carbon (C) in the crystal lattice. In addition, the solid electrolyte has a region on the surface substantially free of lithium carbonate (Li 2 CO 3 ). Thus, by containing C in at least a part of the crystal lattice of the LLZ-based crystal structure and securing a region where lithium carbonate is not substantially present on the surface of the solid electrolyte, lithium of the LLZ-based solid electrolyte is obtained. The ionic conductivity can be significantly improved. The introduction of C into such a crystal lattice includes, for example, incorporating C 2 derived from CO 2 into the crystal lattice of the solid electrolyte by exposing it to a CO 2 -containing atmosphere such as an air atmosphere and performing an aging treatment. Can be performed. In the first place, the effect of containing C in the crystal lattice is that the LLZ solid electrolyte membrane produced by a deposition method such as the aerosol deposition (AD) method or the LLZ solid electrolyte sintered body produced by sintering is put into the atmosphere. This is based on the knowledge of an unexpected phenomenon that the lithium ion conduction performance has been improved by leaving it alone.

結晶格子内にCを含むことでリチウムイオン伝導度が向上するメカニズムの詳細は定かではないが、以下の二つの機構が考えられる。第一の機構としては、LLZ系結晶格子のOサイトにCO 2−又はCOが置換固溶して格子を拡張し、それにより結晶粒内のリチウムイオン移動度が向上することが考えられる。第二の機構としては、CO 2−又はCOの吸収により結晶格子の体積が膨張し、それにより粒子同士の密着性が向上して結晶粒界のリチウムイオン移動度を向上することが考えられる。 Although the details of the mechanism by which lithium ion conductivity is improved by including C in the crystal lattice are not clear, the following two mechanisms are conceivable. As a first mechanism, it is considered that CO 3 2− or CO 2 is substituted and dissolved in the O site of the LLZ crystal lattice to expand the lattice, thereby improving the lithium ion mobility in the crystal grains. . As a second mechanism, it is considered that the volume of the crystal lattice expands due to absorption of CO 3 2− or CO 2 , thereby improving the adhesion between the particles and improving the lithium ion mobility at the crystal grain boundary. It is done.

もっとも、結晶格子内にCを含んでいても、それだけでリチウムイオン伝導度の向上が実現できるとは限らない。これは、LLZ系固体電解質は、雰囲気中にCO及びHOが共存すると、その表面に炭酸リチウムを析出してしまい、この炭酸リチウムが高抵抗の層をもたらし、リチウムイオン伝導を阻害しうるためである。この高抵抗の層の形成を懸念して、従来は、LLZ系固体電解質を大気中に長時間放置することは避けるべきと信じられていた。それ故、本発明者らの知る限り、結晶格子内にCを含むことによる上記利点も今まで認識されていなかった。しかしながら、固体電解質の表面に炭酸リチウムが実質的に存在しない領域を確保することで、結晶格子内におけるCの含有によって向上したLLZ系固体電解質のリチウムイオン伝導が高抵抗層によって阻害されるのを回避することができる。すなわち、結晶格子内におけるCの含有によるリチウムイオン伝導度向上効果を最大限に発揮させることができる。 However, even if C is included in the crystal lattice, it is not always possible to improve the lithium ion conductivity. This is because when LLZ-based solid electrolyte coexists with CO 2 and H 2 O in the atmosphere, lithium carbonate is deposited on the surface, and this lithium carbonate provides a high-resistance layer and inhibits lithium ion conduction. This is because In view of the formation of this high resistance layer, it has been conventionally believed that the LLZ solid electrolyte should not be left in the atmosphere for a long time. Therefore, as far as the present inventors know, the above-mentioned advantage by including C in the crystal lattice has not been recognized so far. However, by ensuring a region where lithium carbonate is not substantially present on the surface of the solid electrolyte, the lithium ion conduction of the LLZ-based solid electrolyte improved by the inclusion of C in the crystal lattice is inhibited by the high resistance layer. It can be avoided. That is, the effect of improving the lithium ion conductivity due to the inclusion of C in the crystal lattice can be maximized.

そのような炭酸リチウムが実質的に存在しない領域は、任意の手法によって確保すればよく、雰囲気を制御して炭酸リチウムを析出させないようにすること、あるいは炭酸リチウムが析出した表面を削り取ることにより行えばよい。例えば、このような領域の形成は、固体電解質を用意する工程(例えばAD成膜工程や焼結体作製工程)や固体電解質を電極と接合させる工程等といった、炭酸リチウムの析出が望まれない工程をCO及びHOが実質的に共存しない雰囲気下で行うことにより行われるのが好ましい。あるいは、固体電解質はCO及びHOが共存する雰囲気に曝されてもよく、その場合にはその雰囲気に曝された表面を必要に応じて削り取ることにより炭酸リチウムが実質的に存在しない領域を確保すればよい。もっとも、所定の工程をCO及びHOが実質的に共存しない雰囲気で行う場合であっても、ある工程から別の工程に移す際にCO及びHOが共存する雰囲気下を通過する又はそのような雰囲気下に一時的に放置される時点が存在してもよく、炭酸リチウムが実質的に析出しない又は析出するとしても伝導度の観点から実害の無いレベルであれば差し支えない(実害のあるレベルであればその雰囲気に曝された表面を削り取ることにより炭酸リチウムが実質的に存在しない領域を確保すればよい)。固体電解質の表面を削り取る手法は特に限定されず、例えば、機械的な研磨や切断、水や酸又はアルカリ等の溶液による溶解洗浄、イオンミリングやスパッタ等によって、表面層を除去できればよい。中でも、機械的な研磨や切断は、プロセスが簡便である点及び副反応が起こりにくい点で好ましい。また、スパッタによる処理は、母材の結晶性低下や組成ズレなどのダメージを抑制できる点で好ましい。また、これらの工程は加熱しながら行ってもよい。 Such a region substantially free of lithium carbonate may be secured by an arbitrary method, and is controlled by preventing the precipitation of lithium carbonate by controlling the atmosphere, or by scraping the surface on which lithium carbonate is deposited. Just do it. For example, the formation of such a region is a process in which precipitation of lithium carbonate is not desired, such as a process of preparing a solid electrolyte (for example, an AD film forming process or a sintered body manufacturing process) or a process of bonding the solid electrolyte to an electrode. Is preferably performed in an atmosphere in which CO 2 and H 2 O are not substantially coexistent. Alternatively, the solid electrolyte may be exposed to an atmosphere in which CO 2 and H 2 O coexist, and in that case, a region where lithium carbonate is substantially not present by scraping the surface exposed to the atmosphere as necessary. Should be secured. However, even if the predetermined process is performed in an atmosphere in which CO 2 and H 2 O are not substantially coexisting, it passes through an atmosphere in which CO 2 and H 2 O coexist when moving from one process to another. Or may be temporarily left in such an atmosphere, and even if lithium carbonate does not substantially precipitate or does not precipitate, there is no problem as long as the level is not harmful from the viewpoint of conductivity ( If it is a practically harmful level, it is sufficient to secure a region where lithium carbonate is not substantially present by scraping the surface exposed to the atmosphere). The method for scraping the surface of the solid electrolyte is not particularly limited as long as the surface layer can be removed by, for example, mechanical polishing or cutting, dissolution cleaning with a solution of water, acid, alkali, or the like, ion milling, sputtering, or the like. Among these, mechanical polishing and cutting are preferable because the process is simple and side reactions are unlikely to occur. Further, the treatment by sputtering is preferable in that damage such as a decrease in crystallinity of the base material and a composition shift can be suppressed. Moreover, you may perform these processes, heating.

本発明の固体電解質は、その表面に、炭酸リチウムが実質的に存在しない領域を有する。「炭酸リチウムが実質的に存在しない」とはリチウムイオン伝導度の観点から実害の無いレベルの極微量の炭酸リチウムの存在は本発明の趣旨を逸脱するものではなく許容されることを意味する。もっとも、当該領域に炭酸リチウムが全く存在しないことが望ましいことは言うまでもない。炭酸リチウムが実質的に存在しない領域は固体電解質の表面全体であるのが最も好ましいが、リチウムイオン伝導経路の入口と出口を確保する観点からすれば、表面に炭酸リチウムが存在する形態の固体電解質であっても、炭酸リチウムが実質的に存在しない領域を少なくとも2か所有していれば足りる。典型的には、固体電解質の表面に1か所が位置し、もう1か所が固体電解質の裏面に位置される。もっとも、固体電解質−電極複合体を構成する場合には電極との接合界面に炭酸リチウムが実質的に存在しない領域が位置しさえしていればよく、それ以外の部分に炭酸リチウムが存在するとしても他の部材と接合される際に必要に応じて適宜削り取ればよい。   The solid electrolyte of the present invention has a region where lithium carbonate is not substantially present on the surface thereof. “Substantially no lithium carbonate” means that the presence of a very small amount of lithium carbonate having no harm from the viewpoint of lithium ion conductivity does not depart from the spirit of the present invention. However, it goes without saying that it is desirable that no lithium carbonate exist in the region. The region where lithium carbonate is substantially absent is most preferably the entire surface of the solid electrolyte, but from the viewpoint of securing the entrance and exit of the lithium ion conduction path, the solid electrolyte in a form where lithium carbonate is present on the surface Even so, it is sufficient to have at least two regions that are substantially free of lithium carbonate. Typically, one location is located on the surface of the solid electrolyte and the other location is located on the back surface of the solid electrolyte. However, in the case of constituting a solid electrolyte-electrode composite, it is sufficient that a region where lithium carbonate is not substantially present is located at the junction interface with the electrode, and lithium carbonate is present in other portions. Also, when joining with other members, it may be appropriately cut off as necessary.

本発明の固体電解質は、ガーネット型又はガーネット型類似の結晶構造の少なくとも一部が結晶格子内にCを含んでなり、好ましくは結晶構造の大半ないし概ね全体にわたって結晶格子内にCを含んでなる。結晶格子内におけるCの含有は、結晶格子内にCを含まないこと以外は同様の組成を有する参照固体電解質を用いて、X線回折における(422)面ピーク位置のシフト量及び/又はa軸の格子定数の増大量を測定することにより確認することができる。すなわち、固体電解質は、Cを結晶格子内に含まないこと以外は当該固体電解質と同様の組成を有する参照固体電解質と比較して、X線回折における(422)面のピークが低角側に好ましくは0<2θ<1°、より好ましくは0.1<2θ<1°シフトした結晶構造を有する。また、本発明の固体電解質は、Cを結晶格子内に含まないこと以外は当該固体電解質と同様の組成を有する参照固体電解質と比較して、a軸の格子定数が好ましくは0.01Å以上、より好ましくは0.05Å以上増大した結晶構造を有する。   In the solid electrolyte of the present invention, at least a part of the garnet-type or garnet-like crystal structure contains C in the crystal lattice, and preferably contains C in the crystal lattice over most or almost the entire crystal structure. . The content of C in the crystal lattice is determined by using a reference solid electrolyte having the same composition except that C is not included in the crystal lattice, and the shift amount of the (422) plane peak position and / or the a-axis in X-ray diffraction. This can be confirmed by measuring the amount of increase in the lattice constant. That is, the peak of the (422) plane in X-ray diffraction is preferable on the low angle side compared to a reference solid electrolyte having the same composition as that of the solid electrolyte, except that the solid electrolyte does not contain C in the crystal lattice. Has a crystal structure shifted by 0 <2θ <1 °, more preferably 0.1 <2θ <1 °. Further, the solid electrolyte of the present invention has an a-axis lattice constant of preferably 0.01 Å or more as compared with a reference solid electrolyte having the same composition as the solid electrolyte except that C is not included in the crystal lattice. More preferably, it has a crystal structure increased by 0.05% or more.

本発明の固体電解質は、少なくともLi、La、Zr及びOで構成されるガーネット型又はガーネット型類似の結晶構造を有する。ガーネット系セラミックス材料には負極リチウムと直接接触しても反応が起きないとの利点があるが、とりわけ、Li、La、Zr及びOを含んで構成されるガーネット型又はガーネット型類似の結晶構造を有するものが、焼結性に優れて緻密化しやすく、かつ、イオン伝導率も高いことから好ましい。この種の組成のガーネット型又はガーネット型類似の結晶構造はLLZ結晶構造と呼ばれ、CSD(Cambridge Structural Database)のX線回折ファイルNo.422259(LiLaZr12)に類似のXRDパターンを有する。なお、No.422259と比較すると構成元素が異なり、またセラミックス中のLi濃度などが異なる可能性があるため、回折角度や回折強度比が異なる場合もある。Laに対するLiのモル数の比Li/Laは2.0以上2.5以下であることが好ましく、Laに対するZrのモル比Zr/Laは0.5以上0.67以下であるのが好ましい。このガーネット型又はガーネット型類似の結晶構造はNb及び/又はTaをさらに含んで構成されるものであってもよい。すなわち、LLZのZrの一部がNb及びTaのいずれか一方又は双方で置換されることにより、置換前に比べて伝導率を向上させることができる。ZrのNb及び/又はTaによる置換量(モル比)は、(Nb+Ta)/Laのモル比が0.03以上0.20以下となる量にすることが好ましい。また、この固体電解質はAl及び/又はMgをさらに含んでいるのが好ましく、これらの元素は結晶格子に存在してもよいし、結晶格子以外に存在していてもよい。Alの添加量は固体電解質の0.01〜1質量%とするのが好ましく、Laに対するAlのモル比Al/Laは、0.008〜0.12であるのが好ましい。Mgの添加量は固体電解質の0.01〜1質量%以上が好ましく、より好ましくは0.05〜0.30質量%である。Laに対するMgのモル比Mg/Laは、0.0016〜0.07であるのが好ましい。このようなLLZ系セラミックスの製造は、特許文献2〜4に記載されるような公知の手法に従って又はそれを適宜修正することにより行うことができる。 The solid electrolyte of the present invention has a garnet type or a garnet type-like crystal structure composed of at least Li, La, Zr and O. The garnet-based ceramic material has an advantage that no reaction occurs even if it is in direct contact with the negative electrode lithium. In particular, the garnet-type ceramic material has a garnet-type or garnet-type similar crystal structure including Li, La, Zr and O. It is preferable because it has excellent sinterability, is easily densified, and has high ionic conductivity. A garnet-type or garnet-like crystal structure of this type of composition is called an LLZ crystal structure, and is referred to as an X-ray diffraction file No. of CSD (Cambridge Structural Database). It has an XRD pattern similar to 422259 (Li 7 La 3 Zr 2 O 12 ). In addition, No. Compared to 422259, the constituent elements are different and the Li concentration in the ceramics may be different, so the diffraction angle and the diffraction intensity ratio may be different. The molar ratio Li / La of Li to La is preferably 2.0 or more and 2.5 or less, and the molar ratio Zr / La to La is preferably 0.5 or more and 0.67 or less. This garnet-type or garnet-like crystal structure may further comprise Nb and / or Ta. That is, by replacing a part of Zr of LLZ with one or both of Nb and Ta, the conductivity can be improved as compared with that before the substitution. The substitution amount (molar ratio) of Zr with Nb and / or Ta is preferably set such that the molar ratio of (Nb + Ta) / La is 0.03 or more and 0.20 or less. The solid electrolyte preferably further contains Al and / or Mg, and these elements may exist in the crystal lattice or may exist in other than the crystal lattice. The addition amount of Al is preferably 0.01 to 1% by mass of the solid electrolyte, and the molar ratio Al / La to La is preferably 0.008 to 0.12. The amount of Mg added is preferably 0.01 to 1% by mass or more, more preferably 0.05 to 0.30% by mass of the solid electrolyte. It is preferable that the molar ratio Mg / La of Mg to La is 0.0016 to 0.07. Such LLZ-based ceramics can be manufactured according to a known technique as described in Patent Documents 2 to 4, or by appropriately modifying it.

本発明の固体電解質の形態は、膜状、板状又はその他のバルク状の形態を有するのが固体電解質−電極複合体を構成する上で好都合であるが、粒子状、粉末状等の他の形態であってもよく特に限定されない。   The form of the solid electrolyte of the present invention is preferably in the form of a membrane, plate, or other bulk form in constructing the solid electrolyte-electrode composite, but other forms such as particles, powders, etc. It may be a form and is not particularly limited.

固体電解質−電極複合体及び電池
本発明の一態様によれば、本発明の固体電解質を備えた固体電解質−電極複合体が提供される。また、本発明の別の一態様によれば、本発明の固体電解質−電極複合体と、対向電極とを備えた電池が提供される。この電池は全固体電池の構成を有してもよいし、固体電解質がセパレータであり、セパレータと対向電極との間に電解液をさらに備えた液系の電池であってもよい。前者の典型例としては全固体リチウムイオン二次電池が、後者の典型例としてはリチウム空気電池が挙げられる。
Solid Electrolyte-Electrode Composite and Battery According to one aspect of the present invention, a solid electrolyte-electrode composite provided with the solid electrolyte of the present invention is provided. Moreover, according to another one aspect | mode of this invention, the battery provided with the solid electrolyte-electrode composite_body | complex of this invention and a counter electrode is provided. This battery may have a configuration of an all-solid battery, or may be a liquid battery in which the solid electrolyte is a separator and an electrolyte is further provided between the separator and the counter electrode. A typical example of the former is an all-solid-state lithium ion secondary battery, and a typical example of the latter is a lithium-air battery.

図1Aに固体電解質−電極複合体10の一例の模式断面図が示される。図1Aに示される固体電解質−電極複合体10は、本発明の固体電解質12と、固体電解質12に接合してなる電極14とを備えてなる。電極14は正極及び負極のいずれであってもよい。また、図1Bに示されるように、固体電解質12の電極14と反対側に対向電極15を設け、一方の電極を正極とし、他方の電極を負極としてもよい。固体電解質12は上述した本発明のLLZ系固体電解質であり、炭酸リチウムが実質的に存在しない領域が、固体電解質12と電極14の間の界面13の少なくとも一部を構成する。この構成によれば、固体電解質12と電極14の間の接合界面13に炭酸リチウムが実質的に存在しない領域が位置するため、炭酸リチウムからなる高抵抗層を介在させることなく、固体電解質12と電極14との間でリチウムイオン伝導経路が確保される。その結果、結晶格子内におけるCの含有によるリチウムイオン伝導度向上効果をその固体電解質を備えた複合体又は電池において最大限に発揮させることができる。したがって、炭酸リチウムが実質的に存在しない領域が、固体電解質と電極の間の界面の全部を構成するのがより好ましいといえる。一方、固体電解質12における電極14との界面13以外の表面(例えば固体電解質12の側面12aや裏面12b)には炭酸リチウムが存在していてもよく、その場合には他の部材と接合される際に必要に応じて伝導性を確保した表面部位を適宜削り取ればよい。   FIG. 1A shows a schematic cross-sectional view of an example of the solid electrolyte-electrode assembly 10. A solid electrolyte-electrode complex 10 shown in FIG. 1A includes a solid electrolyte 12 of the present invention and an electrode 14 joined to the solid electrolyte 12. The electrode 14 may be either a positive electrode or a negative electrode. Further, as shown in FIG. 1B, a counter electrode 15 may be provided on the opposite side of the electrode 14 of the solid electrolyte 12, and one electrode may be a positive electrode and the other electrode may be a negative electrode. The solid electrolyte 12 is the above-described LLZ-based solid electrolyte of the present invention, and a region where lithium carbonate is not substantially present constitutes at least a part of the interface 13 between the solid electrolyte 12 and the electrode 14. According to this configuration, since a region where lithium carbonate is not substantially present is located at the bonding interface 13 between the solid electrolyte 12 and the electrode 14, the solid electrolyte 12 can be connected to the solid electrolyte 12 without interposing a high resistance layer made of lithium carbonate. A lithium ion conduction path is ensured with the electrode 14. As a result, the lithium ion conductivity improving effect due to the inclusion of C in the crystal lattice can be maximized in the composite or battery including the solid electrolyte. Therefore, it can be said that it is more preferable that the region substantially free of lithium carbonate constitutes the entire interface between the solid electrolyte and the electrode. On the other hand, lithium carbonate may be present on the surface of the solid electrolyte 12 other than the interface 13 with the electrode 14 (for example, the side surface 12a and the back surface 12b of the solid electrolyte 12), and in that case, it is joined to another member. At this time, if necessary, the surface portion where the conductivity is secured may be appropriately cut off.

このように、固体電解質−電極複合体を構成するためには、固体電解質12及び電極14は、それぞれ、膜状、板状又はその他のバルク状の形態を有し、電極14が固体電解質12と一体化されてなるのが好ましい。   As described above, in order to constitute the solid electrolyte-electrode composite, the solid electrolyte 12 and the electrode 14 each have a film shape, a plate shape, or another bulk shape, and the electrode 14 is connected to the solid electrolyte 12. It is preferable to be integrated.

電極14は正極及び負極のいずれでもあってもよい。例えば、リチウムイオン二次電池として構成する場合には電極14は正極であるのが好ましく、それにより固体電解質12を電解液代替物として機能させて全固体電池を構成することができる。また、リチウム空気電池として構成する場合には電極14は負極とされるのが好ましく、それにより固体電解質12を負極と電解液を隔離するセパレータとして機能させることができる。以下に、全固体リチウムイオン二次電池とリチウム空気電池の各々について、好ましい電極の態様を説明する。   The electrode 14 may be either a positive electrode or a negative electrode. For example, when it is configured as a lithium ion secondary battery, the electrode 14 is preferably a positive electrode, whereby the solid electrolyte 12 can function as an electrolyte solution substitute to configure an all-solid battery. In the case of constituting a lithium-air battery, the electrode 14 is preferably a negative electrode, so that the solid electrolyte 12 can function as a separator that separates the negative electrode from the electrolytic solution. Below, the aspect of a preferable electrode is demonstrated about each of an all-solid-state lithium ion secondary battery and a lithium air battery.

(1)全固体リチウムイオン二次電池
固体電解質−電極複合体10が全固体リチウムイオン二次電池用に構成される場合、電極14は正極として構成される。その形態は特に限定されないが、板状正極として構成されるのが好ましい。板状正極は、正極活物質を含むセラミックス焼結体からなるのが好ましい。正極活物質は全固体蓄電素子の正極において活物質として機能しうるものであれば特に限定されないが、リチウム−遷移金属系複合酸化物であるのが好ましい。正極活物質、特にリチウム−遷移金属系複合酸化物は、層状岩塩構造又はスピネル構造を有するのが好ましく、より好ましくは層状岩塩構造を有する。層状岩塩構造は、リチウムイオンの吸蔵により酸化還元電位が低下し、リチウムイオンの脱離により酸化還元電位が上昇する性質があり、好ましく、中でもNiを多く含む組成は特に好ましい。ここで、層状岩塩構造とは、リチウム以外の遷移金属系層とリチウム層とが酸素原子の層を挟んで交互に積層された結晶構造、すなわち、リチウム以外の遷移金属等のイオン層とリチウムイオン層とが酸化物イオンを挟んで交互に積層された結晶構造(典型的にはα−NaFeO型構造:立方晶岩塩型構造の[111]軸方向に遷移金属とリチウムとが規則配列した構造)をいう。層状岩塩構造を有するリチウム−遷移金属系複合酸化物の典型例としては、コバルト酸リチウム、ニッケル酸リチウム、マンガン酸リチウム、ニッケル・マンガン酸リチウム、ニッケル・コバルト酸リチウム、コバルト・ニッケル・マンガン酸リチウム、コバルト・マンガン酸リチウム等が挙げられ、これらの材料に、Mg,Al,Si,Ca,Ti,V,Cr,Fe,Cu,Zn,Ga,Ge,Sr,Y,Zr,Nb,Mo,Ag,Sn,Sb,Te,Ba,Bi等の元素が1種以上更に含まれていてもよい。
(1) All-solid lithium ion secondary battery When the solid electrolyte-electrode composite 10 is configured for an all-solid lithium ion secondary battery, the electrode 14 is configured as a positive electrode. Although the form is not specifically limited, It is preferable to comprise as a plate-shaped positive electrode. The plate-like positive electrode is preferably made of a ceramic sintered body containing a positive electrode active material. The positive electrode active material is not particularly limited as long as it can function as an active material in the positive electrode of the all-solid-state energy storage device, but is preferably a lithium-transition metal composite oxide. The positive electrode active material, particularly the lithium-transition metal composite oxide preferably has a layered rock salt structure or a spinel structure, and more preferably has a layered rock salt structure. The layered rock salt structure has a property that the oxidation-reduction potential decreases due to occlusion of lithium ions and the oxidation-reduction potential increases due to elimination of lithium ions, and a composition containing a large amount of Ni is particularly preferable. Here, the layered rock salt structure is a crystal structure in which transition metal layers other than lithium and lithium layers are alternately stacked with an oxygen atom layer interposed therebetween, that is, an ion layer and lithium ions of transition metals other than lithium. Crystal structure in which layers are alternately stacked with oxide ions in between (typically α-NaFeO 2 type structure: structure in which transition metal and lithium are regularly arranged in the [111] axis direction of cubic rock salt type structure ). Typical examples of the lithium-transition metal composite oxide having a layered rock salt structure include lithium cobaltate, lithium nickelate, lithium manganate, nickel / lithium manganate, nickel / lithium cobaltate, cobalt / nickel / lithium manganate. Cobalt, lithium manganate, etc., and these materials include Mg, Al, Si, Ca, Ti, V, Cr, Fe, Cu, Zn, Ga, Ge, Sr, Y, Zr, Nb, Mo, One or more elements such as Ag, Sn, Sb, Te, Ba, and Bi may be further included.

すなわち、リチウム−遷移金属系複合酸化物は、LiM1O又はLi(M1,M2)O(式中、0.5<x<1.10、M1はNi,Mn及びCoからなる群から選択される少なくとも一種の遷移金属元素、M2はMg,Al,Si,Ca,Ti,V,Cr,Fe,Cu,Zn,Ga,Ge,Sr,Y,Zr,Nb,Mo,Ag,Sn,Sb,Te,Ba及びBiからなる群から選択される少なくとも一種の元素である)で表される組成を有するのが好ましく、より好ましくはLiM1Oで表され、M1がCoである組成、もしくはLi(M1,M2)Oで表され、M1がNi及びCoであり、M2がAlである組成である。M1及びM2の合計量に占めるNiの割合が原子比で0.6以上であるのが好ましい。このような組成はいずれも層状岩塩構造を採ることができる。なお、M1がNi及びCoであり、M2がAlである、Li(Ni,Co,Al)O系組成のセラミックスはNCAセラミックスと称されることがある。特に好ましいNCAセラミックスは、一般式:Li(Ni,Co,Al)O(式中、0.9≦p≦1.3、0.6<x≦0.9、0.1<y≦0.3、0≦z≦0.2、x+y+z=1)で表され、層状岩塩構造を有するものである。 That is, the lithium-transition metal composite oxide is Li x M1O 2 or Li x (M1, M2) O 2 (where 0.5 <x <1.10, M1 is a group consisting of Ni, Mn, and Co) At least one transition metal element selected from the group consisting of Mg, Al, Si, Ca, Ti, V, Cr, Fe, Cu, Zn, Ga, Ge, Sr, Y, Zr, Nb, Mo, Ag, Sn , Sb, Te, Ba, and Bi, and a composition represented by Li x M1O 2 and more preferably a composition in which M1 is Co. Or a composition represented by Li x (M1, M2) O 2 , wherein M1 is Ni and Co, and M2 is Al. The proportion of Ni in the total amount of M1 and M2 is preferably 0.6 or more in atomic ratio. Any of such compositions can take a layered rock salt structure. A ceramic having a Li x (Ni, Co, Al) O 2 -based composition in which M1 is Ni and Co and M2 is Al may be referred to as NCA ceramics. Particularly preferred NCA ceramics have the general formula: Li p (Ni x , Co y , Al z ) O 2 (where 0.9 ≦ p ≦ 1.3, 0.6 <x ≦ 0.9, 0.1 <Y ≦ 0.3, 0 ≦ z ≦ 0.2, x + y + z = 1), and has a layered rock salt structure.

典型的には、正極活物質は、複数の結晶粒子からなる多結晶体であり、これら複数の結晶粒子が配向されてなるのが好ましい。この配向は、層状岩塩構造の(003)面が板状正極の板面(主面(principal surface))と交差するように配向しているのが好ましく、より好ましくは(003)以外の面(例えば(104)面)が板状正極の板面と平行に配向しているのが好ましい。これにより、リチウムイオン等のイオンの挿脱が容易となり、蓄電素子を構成した場合におけるレート特性が向上する。このような板状正極における配向度は、板状正極の板面からのX線回折における、(104)面による回折強度に対する(003)面による回折強度(ピーク強度)の比率[003]/[104]で評価することができ、好ましい[003]/[104]比は2以下であり、より好ましくは1以下であり、さらに好ましくは0.5以下である。なお、このような低い[003]/[104]比は、板状正極の板面や内部において板面と平行に(003)面が出現している割合が減っていることを意味する。   Typically, the positive electrode active material is a polycrystal composed of a plurality of crystal particles, and the plurality of crystal particles are preferably oriented. This orientation is preferably oriented so that the (003) plane of the layered rock salt structure intersects the plate surface (principal surface) of the plate-like positive electrode, more preferably a plane other than (003) ( For example, the (104) plane) is preferably oriented parallel to the plate surface of the plate-like positive electrode. This facilitates insertion / removal of ions such as lithium ions, and improves the rate characteristics when a power storage element is configured. The degree of orientation in such a plate-like positive electrode is the ratio of the diffraction intensity (peak intensity) by the (003) plane to the diffraction intensity by the (003) plane in the X-ray diffraction from the plate surface of the plate-like positive electrode [003] / [ 104], and a preferable [003] / [104] ratio is 2 or less, more preferably 1 or less, and further preferably 0.5 or less. Note that such a low [003] / [104] ratio means that the ratio of the appearance of the (003) plane parallel to the plate surface in the plate surface or inside of the plate-like positive electrode is reduced.

板状正極は、正極活物質を含むセラミックス焼結体からなる。このセラミックス焼結体は正極活物質以外にも導電助剤、バインダー等の任意成分を含むものであってもよいが、このような任意成分を実質的に含まない構成とすることも可能である。例えば、結晶粒子が配向されてなる正極活物質を用いる場合には、導電助剤等を使用することなくイオン移動度を向上させることができるので、活物質充填率を最大限に高めることができる。したがって、板状正極は正極活物質のみから実質的になる(consisting essentially of)のが好ましく、より好ましくは正極活物質のみからなる(consisting of)。   The plate-like positive electrode is made of a ceramic sintered body containing a positive electrode active material. This ceramic sintered body may contain optional components such as a conductive additive and a binder in addition to the positive electrode active material, but it is also possible to have a configuration substantially free of such optional components. . For example, in the case of using a positive electrode active material in which crystal particles are oriented, ion mobility can be improved without using a conductive aid or the like, so that the active material filling rate can be maximized. . Accordingly, the plate-like positive electrode preferably consists essentially of only the positive electrode active material, and more preferably consists only of the positive electrode active material.

板状正極及びそれを構成する正極活物質は、気孔を有するのが好ましい。板状正極中に気孔が存在することで、充放電によるリチウムイオンの挿脱に伴う膨張ないし収縮によって生じうる応力を緩和することができる。さらに、接合時に生じる熱膨張係数の違い(例えば後述するLCOセラミックスでは8.0×10−6、LLZセラミックスでは4.0×10−6)に起因する割れやクラックの発生を抑制する。これにより、緻密な板同士の接合で起こりうる界面での剥離も効果的に防止することができる。正極活物質は3〜30%の空隙率を有するのが好ましく、より好ましくは5〜25%であり、さらに好ましくは10〜20%である。空隙率(voidage)は、板状正極おける気孔(開気孔及び閉気孔を含む)の体積比率であり、気孔率(porosity)と称されることもあり、板状正極の嵩密度と真密度とから算出可能である。 The plate-like positive electrode and the positive electrode active material constituting the plate-like positive electrode preferably have pores. The presence of pores in the plate-like positive electrode can relieve stress that may be caused by expansion or contraction associated with insertion / extraction of lithium ions due to charge / discharge. Moreover, (8.0 × 10 -6 in LCO ceramics example described later, in the LLZ ceramic 4.0 × 10 -6) difference in thermal expansion coefficient caused during bonding suppressing generation of cracks and cracks due to. As a result, it is possible to effectively prevent peeling at the interface that may occur when the dense plates are joined together. The positive electrode active material preferably has a porosity of 3 to 30%, more preferably 5 to 25%, and still more preferably 10 to 20%. The voidage is a volume ratio of pores (including open pores and closed pores) in the plate-like positive electrode, and is sometimes referred to as porosity, and the bulk density and true density of the plate-like positive electrode It can be calculated from

このような気孔を有する正極活物質は、予め作製された正極活物質前駆体粒子から製造してもよい。この正極活物質前駆体粒子は、リチウムを導入することにより、層状岩塩構造を有するリチウム−遷移金属系複合酸化物を含有する正極活物質となり得る前駆体粒子であるのが好ましい。特に好ましい正極活物質前駆体粒子は、略球状に形成されるとともに内部に多数の空隙がほぼ均一に設けられ、平均粒径D50(体積基準)が0.5〜5μmであり、比表面積が3〜25m/gであり、タップ密度を理論密度で除した値である相対タップ密度が0.25〜0.4である。このような条件を満たすと、その後の成形工程及び焼成工程(リチウム導入工程)を経て正極活物質を生成させる際に、焼成環境が安定化されるとともにリチウム導入(拡散)状態が均一化され、それにより内部の微細構造が可及的に均一化される。また、最終目的物である正極活物質の形状安定性ならびに結晶学的な合成度が良好となる。 The positive electrode active material having such pores may be manufactured from positive electrode active material precursor particles prepared in advance. The positive electrode active material precursor particles are preferably precursor particles that can become a positive electrode active material containing a lithium-transition metal composite oxide having a layered rock salt structure by introducing lithium. Particularly preferred positive electrode active material precursor particles are formed in a substantially spherical shape, and a large number of voids are substantially uniformly provided therein, the average particle diameter D50 (volume basis) is 0.5 to 5 μm, and the specific surface area is 3 ~25m a 2 / g, relative tap density is a value obtained by dividing the tap density by the theoretical density of 0.25 to 0.4. When such conditions are satisfied, when the positive electrode active material is generated through the subsequent molding step and firing step (lithium introduction step), the firing environment is stabilized and the lithium introduction (diffusion) state is made uniform, Thereby, the internal fine structure is made as uniform as possible. In addition, the shape stability and crystallographic synthesis degree of the positive electrode active material that is the final object are improved.

好ましくは、正極活物質は、(a)リチウム複合酸化物の主原料を構成する遷移金属水酸化物の板状粒子が多数含まれるとともに内部に多数の空隙がほぼ均一に設けられた造粒体を形成する、造粒工程と、(b)造粒体を熱処理することで正極活物質前駆体粒子を形成する、熱処理工程と、(c)多数の正極活物質前駆体粒子を所定形状に成形することで成形体を得る、成形工程と、(d)成形体を焼成することでリチウム複合酸化物を生成させる、焼成工程とを有する方法によって製造される。造粒工程(a)は、遷移金属水酸化物を含む原料粉末を湿式で粉砕しつつ混合することにより調製されたスラリーを噴霧乾燥することで造粒体を形成する工程とするのが好ましい。特に、四流体ノズル方式の噴霧乾燥が好適に使用可能である。原料粉末には、ニッケル及びコバルトの水酸化物が遷移金属水酸化物として含まれていてもよい。また、原料粉末には、アルミニウム酸化物の水和物あるいはアルミニウム水酸化物等の遷移金属以外の金属化合物が含まれていてもよい。リチウム化合物は、成形時あるいは成形後焼成前に添加され得る。すなわち、例えば、リチウム化合物は、成形時に正極活物質前駆体粒子とともに上述の成形用スラリーに添加され得る。あるいは、リチウム化合物を含まない成形体を一旦仮焼成(成形体仮焼成)した後、かかる仮焼成成形体とリチウム化合物とが混合されたものを焼成する(本焼成)という二段階で焼成(リチウム導入)工程が行われてもよい。   Preferably, the positive electrode active material includes (a) a granulated body containing a large number of plate-like particles of transition metal hydroxide constituting the main raw material of the lithium composite oxide and having a large number of voids provided therein substantially uniformly. A granulating step, and (b) a heat treatment step of forming the positive electrode active material precursor particles by heat-treating the granulated body, and (c) forming a large number of positive electrode active material precursor particles into a predetermined shape. Thus, the molded body is produced by a method having a molding step, and (d) a firing step of firing the compact to produce a lithium composite oxide. The granulation step (a) is preferably a step of forming a granulated body by spray drying a slurry prepared by mixing raw material powder containing a transition metal hydroxide while being pulverized wet. In particular, four-fluid nozzle type spray drying can be used preferably. The raw material powder may contain nickel and cobalt hydroxides as transition metal hydroxides. The raw material powder may contain a metal compound other than a transition metal such as an aluminum oxide hydrate or an aluminum hydroxide. The lithium compound can be added at the time of molding or before firing after molding. That is, for example, the lithium compound can be added to the molding slurry described above together with the positive electrode active material precursor particles during molding. Alternatively, a compact that does not contain a lithium compound is temporarily calcined (molded calcined), and then a mixture of the calcined compact and the lithium compound is calcined (main calcining) in two stages (lithium Step) may be performed.

板状正極の寸法は特に限定されないが、厚さは単位面積当りの活物質容量の観点から、0.1〜300μmが好ましく、より好ましくは10〜200μm、さらに好ましくは50〜100μmであり、板面の大きさは板面内の反り抑制と電極作製の容易さの観点から、0.2mm×0.2mm〜100mm×100mmが好ましく、より好ましくは5mm×5mm〜30mm×30mmである。   The dimension of the plate-shaped positive electrode is not particularly limited, but the thickness is preferably 0.1 to 300 μm, more preferably 10 to 200 μm, and still more preferably 50 to 100 μm, from the viewpoint of the active material capacity per unit area. The size of the surface is preferably 0.2 mm × 0.2 mm to 100 mm × 100 mm, more preferably 5 mm × 5 mm to 30 mm × 30 mm, from the viewpoint of suppressing warpage in the plate surface and ease of electrode production.

本発明の好ましい態様によれば、板状正極が複数用意され、これら複数の板状正極が板状固体電解質上にタイル状に配列されてなる。これにより、電極内で活物質をより高密度に充填可能になるという利点がある。   According to a preferred aspect of the present invention, a plurality of plate-like positive electrodes are prepared, and the plurality of plate-like positive electrodes are arranged in a tile shape on the plate-like solid electrolyte. Accordingly, there is an advantage that the active material can be filled in the electrode with higher density.

板状正極には固体電解質を介して負極が設けられていてもよい。例えば、前述したように、図1Bに示される固体電解質−電極複合体10’の構成とすればよい。負極材料は、負極において活物質として機能しうるものであれば特に限定されないが、金属、合金、金属酸化物、金属硫化物、金属窒化物、および炭素材料等を用いることができる。金属材料の例としては、金属リチウム、リチウムと合金を形成しうる金属(In、Sn、Si、Al、Ge、Sb、P)及びそれらの誘導体が挙げられる。合金材料の例としては、リチウム合金(LiM、式中、MはIn、Sn、Si、Al、Ge、Sb及びPの少なくとも1種である)及びそれらの誘導体が挙げられる。炭素材料の例としては、グラファイト、ソフトカーボン、ハードカーボン、カーボンナノチューブ、グラフェン及びそれらの誘導体が挙げられる。また、カーボンとリチウムの複合体も用いることができる。集電体としては、金、銀、銅、アルミニウム、チタン、ニッケル、ステンレス、カーボン等で形成された膜や箔であってよく、例えばスパッタリング法により形成される。また、積層方法や外装等の他の構成としては公知の構成を適宜採用すればよく特に限定されない。   The plate-like positive electrode may be provided with a negative electrode through a solid electrolyte. For example, as described above, the solid electrolyte-electrode composite 10 ′ shown in FIG. 1B may be used. The negative electrode material is not particularly limited as long as it can function as an active material in the negative electrode, and metals, alloys, metal oxides, metal sulfides, metal nitrides, carbon materials, and the like can be used. Examples of the metal material include metal lithium, metal that can form an alloy with lithium (In, Sn, Si, Al, Ge, Sb, P), and derivatives thereof. Examples of the alloy material include lithium alloys (LiM, where M is at least one of In, Sn, Si, Al, Ge, Sb, and P) and derivatives thereof. Examples of the carbon material include graphite, soft carbon, hard carbon, carbon nanotube, graphene, and derivatives thereof. A composite of carbon and lithium can also be used. The current collector may be a film or foil formed of gold, silver, copper, aluminum, titanium, nickel, stainless steel, carbon or the like, and is formed by, for example, a sputtering method. Further, other configurations such as a laminating method and an exterior may be appropriately selected from known configurations and are not particularly limited.

(2)リチウム空気電池
固体電解質−電極複合体10がリチウム空気電池用に構成される場合、電極14は負極として構成される。負極は、リチウムを含んで構成され、放電時に負極でリチウムがリチウムイオンに酸化されるものであれば特に限定されず、金属リチウム、リチウム合金、リチウム化合物等を含んで構成されることができる。リチウムは他の金属元素と比べて高い理論容量を有するとの点で負極材料として優れる一方、充電時にデンドライトを成長させてしまうことがある。しかし、固体電解質のセパレータでデンドライトの貫通を阻止し、正負極間の短絡を回避することができる。負極を構成する材料の好ましい例としては、金属リチウム、リチウム合金、リチウム化合物等が挙げられ、リチウム合金の例としては、リチウムアルミニウム、リチウムシリコン、リチウムインジウム、リチウム錫などが挙げられ、リチウム化合物の例としては、窒化リチウム、リチウムカーボン等が挙げられるが、金属リチウムが大容量及びサイクル安定性の観点からより好ましい。負極には負極集電体を備えたものであってもよい。負極集電体の好ましい例としては、ステンレス鋼、銅、ニッケル、白金、貴金属等の金属板や金属メッシュ、カーボンペーパー、酸化物導電体等が挙げられる。なお、空気極(正極)や電解液等の他の構成としては公知の構成を適宜採用すればよく特に限定されない。
(2) Lithium-air battery When the solid electrolyte-electrode composite 10 is configured for a lithium-air battery, the electrode 14 is configured as a negative electrode. The negative electrode includes lithium, and is not particularly limited as long as lithium is oxidized into lithium ions at the negative electrode at the time of discharge, and may include metal lithium, a lithium alloy, a lithium compound, and the like. Lithium is excellent as a negative electrode material in that it has a higher theoretical capacity than other metal elements, while dendrite may grow during charging. However, the solid electrolyte separator can prevent the dendrite from penetrating and avoid a short circuit between the positive and negative electrodes. Preferred examples of the material constituting the negative electrode include metallic lithium, lithium alloy, lithium compound and the like, and examples of the lithium alloy include lithium aluminum, lithium silicon, lithium indium, lithium tin and the like. Examples include lithium nitride and lithium carbon, but metallic lithium is more preferable from the viewpoint of large capacity and cycle stability. The negative electrode may be provided with a negative electrode current collector. Preferable examples of the negative electrode current collector include metal plates such as stainless steel, copper, nickel, platinum, and noble metals, metal mesh, carbon paper, and oxide conductors. In addition, what is necessary is just to employ | adopt well-known structures suitably as other structures, such as an air electrode (positive electrode) and electrolyte solution, and is not specifically limited.

製造方法
本発明のリチウムイオン伝導性固体電解質を用いた固体電解質−電極複合体の好ましい製造方法について以下に説明する。この製造方法は、固体電解質の準備工程、電極接合工程、及びエージング工程を含んでなる。固体電解質の準備工程は、少なくともLi、La、Zr及びOで構成されるガーネット型又はガーネット型類似の結晶構造(以下、LLZ系結晶構造という)を有するリチウムイオン伝導性固体電解質を用意する工程であって、CO及びHOが実質的に共存しない雰囲気下において行われる。電極接合工程は、固体電解質を電極と接合して固体電解質−電極複合体を得る工程であって、CO及びHOが実質的に共存しない雰囲気下で行われる。エージング工程は、電極接合工程の前又は後において、固体電解質又は固体電解質−電極複合体をCO含有雰囲気中に曝してエージング処理することにより、COに由来するCを前記固体電解質の結晶格子内に含有させる工程である。このように、本発明の製造方法においては、固体電解質の準備工程及び電極接合工程がCO及びHOが実質的に共存しない雰囲気下で行われる一方、エージング工程はHOが共存していてもよいCO含有雰囲気で行われる。それにより、リチウムイオン伝導度が有意に向上されたLLZ系固体電解質−電極複合体を製造することができる。
Production Method A preferred method for producing a solid electrolyte-electrode composite using the lithium ion conductive solid electrolyte of the present invention will be described below. This manufacturing method includes a solid electrolyte preparation step, an electrode bonding step, and an aging step. The solid electrolyte preparation step is a step of preparing a lithium ion conductive solid electrolyte having a garnet-type or garnet-like crystal structure (hereinafter referred to as LLZ-based crystal structure) composed of at least Li, La, Zr, and O. In the atmosphere, CO 2 and H 2 O are not substantially coexisting. The electrode joining step is a step of obtaining a solid electrolyte-electrode composite by joining a solid electrolyte to an electrode, and is performed in an atmosphere in which CO 2 and H 2 O are not substantially coexisting. In the aging step, before or after the electrode bonding step, the solid electrolyte or the solid electrolyte-electrode complex is exposed to a CO 2 -containing atmosphere and subjected to an aging treatment, whereby C derived from CO 2 is crystal lattice of the solid electrolyte. It is the process of making it contain in. Thus, in the production method of the present invention, the solid electrolyte preparation step and the electrode joining step are performed in an atmosphere in which CO 2 and H 2 O are substantially not coexisting, while the aging step is coexisting with H 2 O. It is carried out in a CO 2 -containing atmosphere which may be present. Thereby, an LLZ-based solid electrolyte-electrode composite with significantly improved lithium ion conductivity can be produced.

(1)固体電解質の準備工程
本発明の方法は、CO及びHOが実質的に共存しない雰囲気下において、少なくともLi、La、Zr及びOで構成されるガーネット型又はガーネット型類似の結晶構造を有するリチウムイオン伝導性固体電解質を用意する工程を含む。このようなリチウムイオン伝導性固体電解質は公知の手法に従って作製することができるが、高抵抗の層をもたらす炭酸リチウムの析出を回避すべくCO及びHOが実質的に共存しない雰囲気下を経て作製することが望まれる。CO及びHOが実質的に共存しない雰囲気は、好ましくはAr等の不活性ガス雰囲気であるが、CO及びHOのいずれかが存在していてもよい。このような雰囲気下でLLZ系固体電解質を用意することで高抵抗の層をもたらす炭酸リチウムの析出を防止することができる。なお、LLZ系固体電解質が、原料粉末が大気雰囲気との接触等に起因してCO及びHOを含んでいる可能性がある場合には、CO及びHOが実質的に共存しない雰囲気(好ましくはAr等の不活性ガス雰囲気)下で熱処理され、それにより固体電解質に含有されることがあるCO及びHOが除去されるのが好ましい。そのような熱処理は好ましくは650℃以上、より好ましくは680℃以上、さらに好ましくは800℃以上の温度で、好ましくは10分間以上、より好ましくは1時間以上行われる。
(1) Preparation Step of Solid Electrolyte The method of the present invention is a garnet-type or garnet-type similar crystal composed of at least Li, La, Zr and O in an atmosphere in which CO 2 and H 2 O are not substantially coexisting. Providing a lithium ion conductive solid electrolyte having a structure. Such a lithium ion conductive solid electrolyte can be prepared according to a known technique, but in an atmosphere in which CO 2 and H 2 O are not substantially coexisting to avoid precipitation of lithium carbonate that results in a high resistance layer. It is desired to make it through. Atmosphere CO 2 and H 2 O does not substantially co-exist, preferably a atmosphere of inert gas such as Ar, one of CO 2 and H 2 O may be present. By preparing the LLZ-based solid electrolyte in such an atmosphere, it is possible to prevent the precipitation of lithium carbonate that results in a high resistance layer. In the case where the LLZ solid electrolyte may contain CO 2 and H 2 O due to contact of the raw material powder with the atmosphere, etc., CO 2 and H 2 O are substantially coexistent. It is preferable that the heat treatment is performed under an atmosphere (preferably an inert gas atmosphere such as Ar), thereby removing CO 2 and H 2 O that may be contained in the solid electrolyte. Such heat treatment is preferably performed at a temperature of 650 ° C. or higher, more preferably 680 ° C. or higher, more preferably 800 ° C. or higher, preferably 10 minutes or longer, more preferably 1 hour or longer.

電極との接合前における固体電解質の形態は、粒子状、粉末状、膜状、板状又はその他のバルク状の形態の任意の形態であってよい。例えば、後続の電極接合工程をエアロゾルデポジション(AD)法により行う場合には、AD法用のLLZ系原料粉末の形態であるのが好ましい。一方、後続の電極接合工程をホットプレス等の接合により行う場合にはLLZ系焼結体の形態であるのが好ましく、より好ましくは板状の形態である。   The form of the solid electrolyte before joining to the electrode may be any form of particulate, powder, film, plate, or other bulk form. For example, when the subsequent electrode bonding step is performed by an aerosol deposition (AD) method, it is preferably in the form of an LLZ-based raw material powder for the AD method. On the other hand, when the subsequent electrode bonding step is performed by bonding such as hot pressing, it is preferably in the form of an LLZ-based sintered body, more preferably in the form of a plate.

このようにして用意された固体電解質は、後続の(2)電極接合工程又は(3)エージング工程に付されることになる。これらの後続の工程、とりわけ同様にCO及びHOが実質的に共存しない雰囲気が用いられる電極接合工程へ移行はCO及びHOの共存下を経ずに行われるのが好ましい。もっとも、この工程移行時にCO及びHOが共存する雰囲気下を通過する又はそのような雰囲気下に一時的に放置される時点が存在してもよく、炭酸リチウムが実質的に析出しない又は析出するとしても伝導度の観点から実害の無いレベルであれば差し支えない(実害のあるレベルであればその雰囲気に曝された表面を削り取ることにより炭酸リチウムが実質的に存在しない領域を確保すればよい)。 The solid electrolyte thus prepared is subjected to the subsequent (2) electrode bonding step or (3) aging step. It is preferable that the transition to these subsequent steps, particularly the electrode bonding step in which an atmosphere in which CO 2 and H 2 O are not substantially coexisting is used, is performed without coexistence of CO 2 and H 2 O. However, there may be a point in time when the process passes through an atmosphere in which CO 2 and H 2 O coexist or is temporarily left in such an atmosphere, and lithium carbonate is not substantially precipitated or Even if it deposits, it is acceptable if it is at a level that is not harmful from the viewpoint of conductivity (if it is at a level that is harmful, if a region that is substantially free of lithium carbonate is secured by scraping the surface exposed to the atmosphere) Good).

(2)電極接合工程
本発明の方法は、CO及びHOが実質的に共存しない雰囲気下において、固体電解質を電極と接合して、固体電解質−電極複合体を得る工程を含む。固体電解質を電極と接合する手法は、最終的に所望の固体電解質−電極複合体が得られるかぎり特に限定されず、各種パーティクルジェットコーティング法、固相法、溶液法、気相法を用いることができる。パーティクルジェットコーティング法の例としては、エアロゾルデポジション(AD)法、ガスデポジション(GD)法、パウダージェットデポジション(PJD)法、コールドスプレー(CS)法、溶射法等が挙げられる。溶液法の例としては、水熱合成法、ゾルゲル法、沈殿法、マイクロエマルション法、溶媒蒸発法等が挙げられる。また、これらの方法を用いて合成した微結晶を、正極上に堆積させてもよいし、正極上に直接析出させてもよい。気相法の例としては、レーザー堆積(PLD)法、スパッタ法、蒸発凝縮(PVD)法、気相反応法(CVD)法、真空蒸着法、分子線エピタキシ(MBE)法等が挙げられる。また、焼結体(好ましくは板状焼結体)と固体電解質(好ましくは板状固体電解質)とを予め作製しておきホットプレス法や直接接合(ダイレクトボンディング)法等の公知の手法により接合してもよい。いずれにせよ、固体電解質及び電極の接合は、高抵抗の層をもたらす炭酸リチウムの析出を回避すべくCO及びHOが実質的に共存しない雰囲気下で行われることが望まれる。CO及びHOが実質的に共存しない雰囲気は、好ましくはAr等の不活性ガス雰囲気であるが、CO及びHOのいずれかが存在していてもよい。このような雰囲気下で固体電解質を電極と接合することにより高抵抗の層をもたらす炭酸リチウムの析出を防止することができる。その結果、固体電解質と電極を界面に炭酸リチウムを存在させることなく接合することができ、それにより結晶格子内におけるCの含有によって向上されるリチウムイオン伝導性が高抵抗層によって阻害されるのを抑制又は防止することができる。
(2) Electrode Joining Step The method of the present invention includes a step of obtaining a solid electrolyte-electrode composite by joining a solid electrolyte to an electrode in an atmosphere in which CO 2 and H 2 O are not substantially coexisting. The method of joining the solid electrolyte to the electrode is not particularly limited as long as a desired solid electrolyte-electrode composite is finally obtained, and various particle jet coating methods, solid phase methods, solution methods, and gas phase methods may be used. it can. Examples of the particle jet coating method include an aerosol deposition (AD) method, a gas deposition (GD) method, a powder jet deposition (PJD) method, a cold spray (CS) method, and a thermal spraying method. Examples of the solution method include hydrothermal synthesis method, sol-gel method, precipitation method, microemulsion method, solvent evaporation method and the like. In addition, microcrystals synthesized using these methods may be deposited on the positive electrode or may be directly deposited on the positive electrode. Examples of the gas phase method include laser deposition (PLD) method, sputtering method, evaporation condensation (PVD) method, gas phase reaction method (CVD) method, vacuum deposition method, molecular beam epitaxy (MBE) method and the like. In addition, a sintered body (preferably a plate-like sintered body) and a solid electrolyte (preferably a plate-like solid electrolyte) are prepared in advance and bonded by a known method such as a hot press method or a direct bonding (direct bonding) method. May be. In any case, it is desirable that the solid electrolyte and the electrode be joined in an atmosphere in which CO 2 and H 2 O are not substantially coexisting so as to avoid the precipitation of lithium carbonate resulting in a high resistance layer. Atmosphere CO 2 and H 2 O does not substantially co-exist, preferably a atmosphere of inert gas such as Ar, one of CO 2 and H 2 O may be present. By bonding the solid electrolyte to the electrode in such an atmosphere, it is possible to prevent the precipitation of lithium carbonate that results in a high resistance layer. As a result, the solid electrolyte and the electrode can be joined at the interface without the presence of lithium carbonate, and thereby the lithium ion conductivity improved by the inclusion of C in the crystal lattice is inhibited by the high resistance layer. It can be suppressed or prevented.

電極は正極及び負極のいずれでもあってもよい。例えば、リチウムイオン二次電池として構成する場合には電極は正極であるのが好ましく、それにより固体電解質12を電解液代替物として機能させて全固体電池を構成することができる。また、リチウム空気電池として構成する場合には電極は負極とされるのが好ましく、それにより固体電解質を負極と電解液を隔離するセパレータとして機能させることができる。   The electrode may be either a positive electrode or a negative electrode. For example, in the case of constituting as a lithium ion secondary battery, the electrode is preferably a positive electrode, whereby the solid electrolyte 12 can be made to function as an electrolyte substitute to constitute an all-solid battery. In the case of a lithium-air battery, the electrode is preferably a negative electrode, so that the solid electrolyte can function as a separator that separates the negative electrode from the electrolyte.

板状正極及び板状固体電解質がいずれもセラミックス焼結体の場合には、板状正極及び板状固体電解質を積層し、この積層体に加熱及び加圧を同時に施して固相反応により一体化させるのが好ましい。このセラミック焼結体同士の接合は、グリーンシートの積層で必要とされるような粉末同士の焼結を要しないので、高活性の異種粉末間で起こりうる高抵抗な反応層の生成を抑制することができる。その上、同時加熱及び加圧により、加熱のみで接合した場合に比べ、焼成温度を低温化する事が可能である。これにより、焼結温度の高い温度域において形成されうる高抵抗な反応層の生成を抑制することができる。また、同時加熱及び加圧により得られる複合体の接合界面の密着性は驚くほど高い。このように、本発明の方法によれば、比較的低温での接合を可能にして界面における高抵抗な反応層の生成を抑制するとともに、界面における板状正極及び板状固体電解質の密着性を高めて接合面積を最大化することができる。加熱及び加圧は同時に行われるのが好ましく、加熱しながら加圧している段階を含んでいればよく、加熱及び加圧のタイミングにずれがあってもよい。加熱及び加圧を同時に行う手法の例としては、ホットプレス法(HP)、熱間静水圧プレス法(HIP)、放電プラズマ焼結法(SPS)が挙げられるが、量産性が高く、製造コストを安く抑えることができることからホットプレス法(HP)が好ましい。加熱は600〜800℃の温度で行われるのが好ましく、より好ましくは650〜750℃であり、さらに好ましくは675〜725℃である。加圧は5〜3000kgf/cmの圧力で行われるのが好ましく、より好ましくは500〜2500kgf/cm、より好ましくは1000〜2000kgf/cmである。また、狙いの圧力への到達時間は、0.1〜10時間で行われるのが好ましく、より好ましくは1〜7時間であり、さらに好ましくは3〜5時間である。さらに、加圧開始のタイミングは、焼成プロファイルにおける昇温過程終了後であることが好ましい。加熱及び加圧は0.05〜10時間行われるのが好ましく、より好ましくは1〜8時間、さらに好ましくは2〜5時間である。このような範囲内であると、界面における高抵抗な反応層の生成をより一層確実に抑制するとともに、界面における板状正極及び板状固体電解質の密着性をより一層高めることができる。このような加熱及び加圧による接合がCO及びHOが実質的に共存しない雰囲気下で行われる。 When the plate-like positive electrode and the plate-like solid electrolyte are both ceramic sintered bodies, the plate-like positive electrode and the plate-like solid electrolyte are laminated, and this laminate is heated and pressurized at the same time and integrated by solid phase reaction. It is preferable to do so. The bonding between the sintered ceramics does not require the sintering of powders as required for the lamination of green sheets, thus suppressing the generation of a high-resistance reaction layer that can occur between highly active dissimilar powders. be able to. In addition, the firing temperature can be lowered by simultaneous heating and pressurization as compared with the case of joining by heating alone. Thereby, the production | generation of the highly resistant reaction layer which can be formed in the temperature range with a high sintering temperature can be suppressed. Moreover, the adhesiveness of the joint interface of the composite obtained by simultaneous heating and pressurization is surprisingly high. Thus, according to the method of the present invention, it is possible to bond at a relatively low temperature to suppress the formation of a high-resistance reaction layer at the interface, and to improve the adhesion between the plate-like positive electrode and the plate-like solid electrolyte at the interface. It can be increased to maximize the bonding area. It is preferable that the heating and pressurization are performed at the same time, as long as it includes a stage of pressurization while heating, and the timing of heating and pressurization may be shifted. Examples of methods for performing heating and pressurization simultaneously include hot press method (HP), hot isostatic press method (HIP), and discharge plasma sintering method (SPS). Is preferable because the hot pressing method (HP) is preferable. Heating is preferably performed at a temperature of 600 to 800 ° C, more preferably 650 to 750 ° C, and even more preferably 675 to 725 ° C. Pressurization is preferably carried out at a pressure of 5~3000kgf / cm 2, more preferably 500~2500kgf / cm 2, more preferably 1000~2000kgf / cm 2. Moreover, it is preferable that the time to reach the target pressure is 0.1 to 10 hours, more preferably 1 to 7 hours, and further preferably 3 to 5 hours. Furthermore, it is preferable that the timing of the pressurization start is after the end of the temperature raising process in the firing profile. Heating and pressing are preferably performed for 0.05 to 10 hours, more preferably 1 to 8 hours, and further preferably 2 to 5 hours. Within such a range, the generation of a high-resistance reaction layer at the interface can be more reliably suppressed, and the adhesion between the plate-like positive electrode and the plate-like solid electrolyte at the interface can be further enhanced. Such joining by heating and pressurization is performed in an atmosphere in which CO 2 and H 2 O are not substantially coexisting.

(3)エージング工程
本発明の方法は、固体電解質又は固体電解質−電極複合体をCO含有雰囲気中に曝すエージング処理する工程を含む。このエージング処理は、電極接合工程の後に行われてもよいし、電極接合工程の前に行われてもよい。エージング処理によりCOに由来するCを固体電解質の結晶格子内に含有させることができ、それによりリチウムイオン伝導度を向上させることができる。エージング処理は600℃以下の温度で行われるのが好ましく、より好ましくは0〜500℃、さらに好ましくは0〜400℃の温度で、好ましくは5時間以上、より好ましくは10時間以上、さらに好ましくは50時間以上行われる。
(3) aging step method of the present invention, a solid electrolyte or a solid electrolyte - comprising the step of aging treatment exposing electrode assembly into a CO 2 containing atmosphere. This aging treatment may be performed after the electrode bonding step or may be performed before the electrode bonding step. By aging treatment, C derived from CO 2 can be contained in the crystal lattice of the solid electrolyte, and thereby lithium ion conductivity can be improved. The aging treatment is preferably performed at a temperature of 600 ° C. or less, more preferably 0 to 500 ° C., further preferably 0 to 400 ° C., preferably 5 hours or more, more preferably 10 hours or more, and still more preferably. It is performed for 50 hours or more.

エージング処理の諸条件は、LLZ系結晶構造の少なくとも一部が結晶格子内にCを含むように、好ましくは結晶構造の大半ないし概ね全体にわたって結晶格子内にCを含んでなるように、適宜決定すればよい。結晶格子内におけるCの含有は、エージング処理前の固体電解質を参照として用いて、X線回折における(422)面ピーク位置のシフト量及び/又はa軸の格子定数の増大量を測定することにより確認することができる。すなわち、エージング処理後の固体電解質が、エージング処理前の固体電解質と比較して、X線回折における(422)面のピークが低角側に好ましくは0<2θ<1°、より好ましくは0.1<2θ<1°シフトした結晶構造を有する。また、エージング処理後の固体電解質が、エージング処理前の固体電解質と比較して、a軸の格子定数が好ましくは0.01Å以上、より好ましくは0.05Å以上増大した結晶構造を有する。   Conditions for the aging treatment are appropriately determined so that at least a part of the LLZ-based crystal structure includes C in the crystal lattice, and preferably includes C in the crystal lattice over most or almost the entire crystal structure. do it. The content of C in the crystal lattice is determined by measuring the amount of shift of the (422) plane peak position and / or the increase of the a-axis lattice constant in X-ray diffraction using the solid electrolyte before aging treatment as a reference. Can be confirmed. That is, the solid electrolyte after the aging treatment has a peak of the (422) plane in X-ray diffraction on the low angle side, preferably 0 <2θ <1 °, more preferably 0. 0, compared with the solid electrolyte before the aging treatment. It has a crystal structure shifted by 1 <2θ <1 °. Further, the solid electrolyte after the aging treatment has a crystal structure in which the lattice constant of the a-axis is preferably increased by 0.01 or more, more preferably by 0.05 or more compared with the solid electrolyte before the aging treatment.

CO含有雰囲気は、COを含む雰囲気であれば特に限定されず、最も簡便に入手可能なCO含有雰囲気である大気雰囲気を好ましく利用できる。固体電解質表面における炭酸リチウムの析出を回避することが望まれる場合(例えば電極接合工程の前にエージング処理が行われる場合)には、CO含有雰囲気は乾燥雰囲気であるのが好ましく、より好ましくは相対湿度1%以下の雰囲気、さらに好ましくはHOを実質的に含まない。 CO 2 containing atmosphere is not particularly limited as long as the atmosphere containing CO 2, can be preferably utilized atmospheric air is most conveniently available from CO 2 containing atmosphere. When it is desired to avoid deposition of lithium carbonate on the surface of the solid electrolyte (for example, when an aging treatment is performed before the electrode bonding step), the CO 2 -containing atmosphere is preferably a dry atmosphere, more preferably An atmosphere having a relative humidity of 1% or less, more preferably substantially free of H 2 O.

CO含有雰囲気はHOを含んでいてもよい。これは、既に電極が接合された固体電解質の場合には、接合界面に炭酸リチウムを存在させることなく固体電解質と電極との間で有意に向上されたリチウムイオン伝導性が確保されているためである。もっとも、エージング処理が電極接合工程の前に行われる場合であっても、CO含有雰囲気はHOを含んでよく、その場合には、CO含有雰囲気中に曝された固体電解質の表面における、少なくとも電極と接合されるべき部分を削り取る工程をさらに行うのが好ましい。CO含有雰囲気がHOを含有する場合には高抵抗の層をもたらす炭酸リチウムが固体電解質表面に析出するためである。固体電解質の表面を削り取る手法は特に限定されず、例えば、機械的な研磨や切断、水や酸又はアルカリ等の溶液による溶解洗浄、イオンミリングやスパッタ等によって、表面層を除去できればよい。中でも、機械的な研磨や切断は、プロセスが簡便である点及び副反応が起こりにくい点で好ましい。また、スパッタによる処理は、母材の結晶性低下や組成ズレなどのダメージを抑制できる点で好ましい。また、これらの工程は加熱しながら行ってもよい。 The CO 2 -containing atmosphere may contain H 2 O. This is because, in the case of a solid electrolyte with electrodes already joined, significantly improved lithium ion conductivity is ensured between the solid electrolyte and the electrodes without the presence of lithium carbonate at the joint interface. is there. However, even if the aging treatment is performed before the electrode bonding step, the CO 2 -containing atmosphere may contain H 2 O, and in that case, the surface of the solid electrolyte exposed to the CO 2 -containing atmosphere It is preferable to further perform a step of scraping at least a portion to be joined to the electrode. This is because when the CO 2 -containing atmosphere contains H 2 O, lithium carbonate that provides a high resistance layer is deposited on the surface of the solid electrolyte. The method for scraping the surface of the solid electrolyte is not particularly limited as long as the surface layer can be removed by, for example, mechanical polishing or cutting, dissolution cleaning with a solution of water, acid, alkali, or the like, ion milling, sputtering, or the like. Among these, mechanical polishing and cutting are preferable because the process is simple and side reactions are unlikely to occur. Further, the treatment by sputtering is preferable in that damage such as a decrease in crystallinity of the base material and a composition shift can be suppressed. Moreover, you may perform these processes, heating.

本発明を以下の例によってさらに具体的に説明する。なお、以下の例において使用されるAr雰囲気はCO及びHOを実質的に含まない不活性雰囲気である。 The present invention is more specifically described by the following examples. Note that the Ar atmosphere used in the following examples is an inert atmosphere substantially free of CO 2 and H 2 O.

例A1:固体電解質AD膜の作製及び評価
(1)AD膜原料粉末の合成及び熱処理
焼成用原料調製のための各原料成分として、水酸化リチウム(関東化学株式会社)、水酸化ランタン(信越化学工業株式会社)、酸化ジルコニウム(東ソー株式会社)、酸化タンタルを用意した。これらの粉末をLiOH:La(OH):ZrO:Ta=7:3:1.625:0.1875になるように秤量及び配合し、ライカイ機にて混合して焼成用原料を得た。
Example A1 : Preparation and Evaluation of Solid Electrolyte AD Film (1) Synthesis and Heat Treatment of AD Film Raw Material Powder Lithium hydroxide (Kanto Chemical Co., Inc.), lanthanum hydroxide (Shin-Etsu Chemical) as raw material components for preparing the raw material for firing Industrial Co., Ltd.), zirconium oxide (Tosoh Corporation), and tantalum oxide were prepared. These powders are weighed and blended so as to be LiOH: La (OH) 3 : ZrO 2 : Ta 2 O 5 = 7: 3: 1.625: 0.1875, and mixed by a laika machine to be a raw material for firing. Got.

第一の焼成工程として、上記焼成用原料をアルミナ坩堝に入れて大気雰囲気で600℃/時間にて昇温し900℃にて6時間保持した。   As the first firing step, the firing raw material was placed in an alumina crucible, heated at 600 ° C./hour in the air atmosphere, and held at 900 ° C. for 6 hours.

第二の焼成工程として、第一の焼成工程で得られた粉末に対しγ−Alを0.6質量%の濃度となるように添加し、この粉末と玉石を混合し振動ミルを用いて3時間粉砕して、出発原料組成がLi7.0La3.0Zr1.625Ta0.37512Al0.1の粉末を得た。なお、このγ−Alの添加量は、一次焼成粉末が仕込み組成通りの組成を有しているものと想定した組成式Li7.0La3.0Zr1.625Ta0.37512に対するモル比で0.1のAlとなる量に相当している。得られた原料粉末をマグネシア製のサヤに入れ、Ar雰囲気中にて800℃で1時間熱処理して、原料粉末に含有されうるCO及びHOを除去した。こうして得られた原料粉末は、Li及びOは焼成時の欠損等により仕込み組成のモル数である7及び12からずれている可能性があるものの、仕込み組成のLi7.0La3.0Zr1.625Ta0.37512Al0.1に概ね基づく組成を有し、炭酸リチウムを含まない。 As a second firing step, γ-Al 2 O 3 is added to the powder obtained in the first firing step so as to have a concentration of 0.6% by mass, and this powder and cobblestone are mixed to form a vibration mill. And pulverized for 3 hours to obtain a powder having a starting material composition of Li 7.0 La 3.0 Zr 1.625 Ta 0.375 O 12 Al 0.1 . The amount of γ-Al 2 O 3 added is such that the compositional formula Li 7.0 La 3.0 Zr 1.625 Ta 0.375 assumes that the primary calcined powder has a composition as charged. This corresponds to an amount of 0.1 Al in molar ratio to O 12 . The obtained raw material powder was put in a magnesia sheath and heat-treated at 800 ° C. for 1 hour in an Ar atmosphere to remove CO 2 and H 2 O that can be contained in the raw material powder. In the raw material powder thus obtained, although Li and O may deviate from 7 and 12, which are the number of moles of the charged composition, due to defects during firing, etc., the charged composition of Li 7.0 La 3.0 Zr It has a composition generally based on 1.625 Ta 0.375 O 12 Al 0.1 and does not contain lithium carbonate.

(2)固体電解質AD膜の作製
熱処理後の原料粉末をAr雰囲気のグローブボックス中で、開口径75μmのナイロンメッシュを用いて解砕した後、キャリアガスとしてNガスを用いてエアロゾルデポジション(AD)法により成膜を行った。このAD成膜は、図2に示されるような成膜装置20を用いて行った。図2に示される成膜装置20は、大気圧より低い気圧の雰囲気下で原料粉末を基板上に噴射するAD法に用いられる装置として構成されている。この成膜装置20は、原料成分を含む原料粉末のエアロゾルを生成するエアロゾル生成部22と、原料粉末を基板21に噴射して原料成分を含む膜を形成する成膜部30とを備えている。エアロゾル生成部22は、原料粉末を収容し図示しないガスボンベからのキャリアガスの供給を受けてエアロゾルを生成するエアロゾル生成室23と、生成したエアロゾルを成膜部30へ供給する原料供給管24と、エアロゾル生成室23及びその中のエアロゾルに10〜100Hzの振動数で振動が付与する加振器25とを備えている。成膜部30は、基板21にエアロゾルを噴射する成膜チャンバ32と、成膜チャンバ32の内部に配設され基板21を固定する基板ホルダ34と、基板ホルダ34をX軸−Y軸方向に移動するX−Yステージ33とを備えている。また、成膜部30は、先端にスリット37が形成されエアロゾルを基板21へ噴射する噴射ノズル36と、成膜チャンバ32を減圧する真空ポンプ38とを備えている。この成膜装置20は、成膜チャンバ32内に加熱装置や耐熱部材等を設けて原料粉末を加熱できるように構成されてもよい。例えば、原料粉末が単結晶化する温度での加熱処理を行えるように石英ガラスやセラミックス等の耐熱部材を用いてもよい。
(2) Production of Solid Electrolyte AD Film After the heat-treated raw material powder was crushed using a nylon mesh with an opening diameter of 75 μm in a glove box in an Ar atmosphere, aerosol deposition was performed using N 2 gas as a carrier gas ( Film formation was performed by the AD) method. This AD film formation was performed using a film formation apparatus 20 as shown in FIG. A film forming apparatus 20 shown in FIG. 2 is configured as an apparatus used for the AD method in which a raw material powder is injected onto a substrate in an atmosphere at a pressure lower than atmospheric pressure. The film forming apparatus 20 includes an aerosol generating unit 22 that generates an aerosol of a raw material powder containing a raw material component, and a film forming unit 30 that sprays the raw material powder onto a substrate 21 to form a film containing the raw material component. . The aerosol generation unit 22 contains a raw material powder, receives an supply of a carrier gas from a gas cylinder (not shown), generates an aerosol, a raw material supply pipe 24 that supplies the generated aerosol to the film forming unit 30, and An aerosol generation chamber 23 and a vibrator 25 that applies vibration to the aerosol in the aerosol generation chamber 23 at a frequency of 10 to 100 Hz are provided. The film forming unit 30 includes a film forming chamber 32 that injects aerosol onto the substrate 21, a substrate holder 34 that is disposed inside the film forming chamber 32 and fixes the substrate 21, and the substrate holder 34 in the X axis-Y axis direction. And an XY stage 33 that moves. The film forming unit 30 includes a spray nozzle 36 that has a slit 37 formed at the tip thereof and sprays aerosol onto the substrate 21, and a vacuum pump 38 that decompresses the film forming chamber 32. The film forming apparatus 20 may be configured to heat the raw material powder by providing a heating device, a heat-resistant member, or the like in the film forming chamber 32. For example, a heat-resistant member such as quartz glass or ceramics may be used so that heat treatment can be performed at a temperature at which the raw material powder is single-crystallized.

成膜装置20による固体電解質膜の作製条件は以下のとおりとした。基板としては、20mm平方で厚さ1mmのMgO板を用いた。また、キャリアガスとして流量2L/minの窒素ガスを使用し、成膜チャンバ内の圧力が0.1〜0.2kPa、エアロゾル化室の圧力を50〜70kPaになるように調整して、成膜を行った。その際、ノズルの開口サイズは10mm×1.8mmとし、ノズルの短辺方向に走査距離10mm、走査速度5mm/secで60往復分、成膜と同時に走査させた。こうして、固体電解質AD膜を得た。   The production conditions of the solid electrolyte membrane by the film forming apparatus 20 were as follows. As the substrate, a 20 mm square MgO plate having a thickness of 1 mm was used. Further, nitrogen gas having a flow rate of 2 L / min is used as a carrier gas, and the pressure in the film forming chamber is adjusted to 0.1 to 0.2 kPa and the pressure in the aerosol chamber is adjusted to 50 to 70 kPa to form a film. Went. At that time, the opening size of the nozzle was set to 10 mm × 1.8 mm, and scanning was performed simultaneously with the film formation for 60 reciprocations at a scanning distance of 10 mm and a scanning speed of 5 mm / sec in the short side direction of the nozzle. Thus, a solid electrolyte AD film was obtained.

(3)評価用電極の作製
図3に示されるように、MgO基板40上成膜した固体電解質AD膜42の表面に、Ar雰囲気グローブボックス中でカーボンペースト44(日本電子株式会社製、ドータイトペーストXC−12)を塗布して、イオン伝導度評価用カーボン電極を形成した。
(3) Production of Evaluation Electrode As shown in FIG. 3, a carbon paste 44 (made by JEOL Ltd., Dotite Paste) was formed on the surface of the solid electrolyte AD film 42 formed on the MgO substrate 40 in an Ar atmosphere glove box. XC-12) was applied to form a carbon electrode for ion conductivity evaluation.

(4)大気への暴露
こうして電極が形成された固体電解質AD膜を大気に暴露した。この暴露は、大気暴露時間による影響を確認するため、常温で16時間、58時間及び171時間行い、各時間経過後にその都度特性評価及び解析を行った。
(4) Exposure to the atmosphere The solid electrolyte AD film thus formed with the electrodes was exposed to the atmosphere. This exposure was performed at room temperature for 16 hours, 58 hours, and 171 hours in order to confirm the effect of exposure time to the atmosphere, and after each time, characteristic evaluation and analysis were performed.

(5)XRD測定
XRD装置(株式会社リガク製、ガイガーフレックスRAD−IB)を用い、大気暴露前後のAD膜のXRD測定を行った。また、比較のため、大気暴露する前のAD膜についても、上記同様にして測定を行った。その結果、図4に示される(422)面ピークが観察された。図4に示されるように、大気暴露前におけるピークが、大気暴露後には低角度側に0.1<2θ<1シフトすることが確認された。この結果から、大気放置によりCが格子内に導入されて、格子定数が拡大したものと解される。実際に、大気暴露前における(422)面ピーク位置と5時間の大気暴露後における(422)面ピーク位置との差に基づいて、a軸の格子定数の増加量を算出したところ、0.08Åであった。
(5) XRD Measurement Using an XRD apparatus (manufactured by Rigaku Corporation, Geiger Flex RAD-IB), XRD measurement was performed on the AD film before and after exposure to the atmosphere. For comparison, the AD film before being exposed to the atmosphere was also measured in the same manner as described above. As a result, the (422) plane peak shown in FIG. 4 was observed. As shown in FIG. 4, it was confirmed that the peak before exposure to the atmosphere shifted 0.1 <2θ <1 to the low angle side after exposure to the atmosphere. From this result, it is understood that C is introduced into the lattice by being left in the atmosphere and the lattice constant is expanded. Indeed, where on the basis of the difference between (422) plane peak position after air exposure before exposure to the atmosphere (422) plane peak position and the 5 8 hours was calculated the increase of the lattice constant of a-axis, 0. It was 08cm.

(6)イオン伝導度の評価
大気暴露した固体電解質AD膜を、Ar雰囲気グローブボックス中で、4端子法を用いた交流インピーダンス法により100℃、150℃及び200℃の温度でLiイオン伝導度を評価した。具体的には、AD膜にAuスパッタを施し、更に110℃以上で5時間以上真空乾燥させ、そのままAr雰囲気のグローブボックス内に導入し、CR2032コインセルに組み込んだ。本コインセルを大気中に取り出し、ソーラトロン社製電気化学測定システム(ポテンショ/ガルバノスタッド,周波数応答アナライザ)を用い、周波数1MHz〜0.1Hz、電圧10mVにて交流インピーダンス測定を行った。また、比較のため、大気暴露する前のAD膜についても、上記同様にして測定を行った。その結果、図5に示されるイオン伝導度が測定された。なお、図5には参照のためAD膜と同じ組成の焼結体の大気暴露していないサンプルのイオン伝導度も示してある。図5に示されるように、各測定温度において粒内伝導度が大気暴露前よりも向上することが確認された。
(6) Evaluation of ion conductivity Li ion conductivity of solid electrolyte AD membrane exposed to the atmosphere was measured at temperatures of 100 ° C, 150 ° C and 200 ° C by an AC impedance method using a 4-terminal method in an Ar atmosphere glove box. evaluated. Specifically, Au sputtering was performed on the AD film, further vacuum-dried at 110 ° C. or more for 5 hours or more, and introduced into a glove box in an Ar atmosphere as it was, and incorporated in a CR2032 coin cell. The coin cell was taken out into the atmosphere, and AC impedance measurement was performed at a frequency of 1 MHz to 0.1 Hz and a voltage of 10 mV using an electrochemical measurement system (potentiometer / galvano stud, frequency response analyzer) manufactured by Solartron. For comparison, the AD film before being exposed to the atmosphere was also measured in the same manner as described above. As a result, the ionic conductivity shown in FIG. 5 was measured. For reference, FIG. 5 also shows the ionic conductivity of a sample of the sintered body having the same composition as the AD film that is not exposed to the atmosphere. As shown in FIG. 5, it was confirmed that the intragranular conductivity was improved at each measurement temperature as compared with that before exposure to the atmosphere.

例A2:固体電解質AD膜/正極複合体の作製及び評価
(1)正極活物質板の作製
(1A)スラリー調製
Co粉末(粒径1〜5μm、D50=1.2、正同化学工業株式会社製)と、分散媒(トルエン:イソプロパノール=1:1)100重量部と、バインダー(ポリビニルブチラール:品番BM−2、積水化学工業株式会社製)10重量部と、可塑剤(DOP:ジ(2−エチルヘキシル)フタレート、黒金化成株式会社製)4重量部と、分散剤(レオドールSP−O30、花王株式会社製)2重量部とを混合した。この混合物を、減圧下で撹拌することで脱泡するとともに、500〜700cPの粘度に調製した。なお、粘度は、ブルックフィールド社製LVT型粘度計で測定した。
Example A2 : Preparation and Evaluation of Solid Electrolyte AD Membrane / Positive Electrode Composite (1) Preparation of Positive Electrode Active Material Plate (1A) Slurry Preparation Co 3 O 4 Powder (Particle Size 1-5 μm, D50 = 1.2, Justo Chemical) Manufactured by Kogyo Co., Ltd.), 100 parts by weight of a dispersion medium (toluene: isopropanol = 1: 1), 10 parts by weight of a binder (polyvinyl butyral: product number BM-2, manufactured by Sekisui Chemical Co., Ltd.), and a plasticizer (DOP: 4 parts by weight of di (2-ethylhexyl) phthalate, manufactured by Kurokin Kasei Co., Ltd., and 2 parts by weight of a dispersant (Leodol SP-O30, manufactured by Kao Corporation) were mixed. The mixture was defoamed by stirring under reduced pressure and adjusted to a viscosity of 500 to 700 cP. The viscosity was measured with an LVT viscometer manufactured by Brookfield.

(1D)成形
得られた成形用スラリーを用いて、ドクターブレード法により、厚さ50μmのシートを形成した。乾燥後のシートに対して打ち抜き加工を施すことによって、11mm平方のグリーンシート成形体を得た。
(1D) Molding Using the obtained molding slurry, a sheet having a thickness of 50 μm was formed by a doctor blade method. By punching the dried sheet, an 11 mm square green sheet molded body was obtained.

(1E)焼成(リチウム導入)
上述のようにして得られた10mm平方のグリーンシート成形体を、大気雰囲気中で1000℃にて熱処理することで、成形体の脱脂及び仮焼成を行った。得られた仮焼成成形体の両面に対して、水酸化リチウムのエタノール分散液をエアブラシによって所定量スプレーしたものを、750℃で24時間(大気雰囲気)熱処理することで、LiCoOの組成を有する、10mm平方で厚さ50μmの正極活物質板を得た。
(1E) Firing (Lithium introduction)
The green body molded body of 10 mm square obtained as described above was heat-treated at 1000 ° C. in an air atmosphere, whereby the molded body was degreased and temporarily fired. A composition obtained by spraying a predetermined amount of an ethanol dispersion of lithium hydroxide with an airbrush onto both surfaces of the obtained calcined molded body is heat-treated at 750 ° C. for 24 hours (atmosphere), thereby having a composition of LiCoO 2. A positive electrode active material plate having a thickness of 10 mm and a thickness of 50 μm was obtained.

なお、上述の水酸化リチウムのエタノール分散液は、以下のようにして調製したものである。まず、LiOH・HO粉末(和光純薬工業株式会社製)を、ジェットミルを用いて、電子顕微鏡観察による目視粒径で1〜5μmになるように粉砕した。この粉末をエタノール(片山化学株式会社製)100重量部に対し1重量部の割合で加えたものを、超音波により、粉末が目視によって確認することができなくなるまで分散させた。 The above-mentioned lithium hydroxide ethanol dispersion was prepared as follows. First, LiOH.H 2 O powder (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) was pulverized using a jet mill so as to have a visual particle diameter of 1 to 5 μm by observation with an electron microscope. What added this powder in the ratio of 1 weight part with respect to 100 weight part of ethanol (made by Katayama Chemical Co., Ltd.) was disperse | distributed until it became impossible to confirm powder visually by an ultrasonic wave.

(2)AD膜原料粉末の合成及び熱処理
例A1と同様にして、CO及びHOを除去されたAD膜原料粉末を得た。
(2) Synthesis of AD film raw material powder and heat treatment In the same manner as in Example A1, AD film raw material powder from which CO 2 and H 2 O were removed was obtained.

(3)固体電解質AD膜の作製
成膜用基板としてMgO板の代わりに、上記得られた正極活物質板を用いたこと以外は、例A1と同様にして、固体電解質AD膜の作製を行った。
(3) Production of Solid Electrolyte AD Film A solid electrolyte AD film was produced in the same manner as in Example A1, except that the positive electrode active material plate obtained above was used instead of the MgO plate as the film formation substrate. It was.

(4)評価用電極の作製
活物質板上に成膜した固体電解質AD膜の上面、及び活物質板の裏面にAr雰囲気グローブボックス中でカーボンペースト(日本電子株式会社 ドータイトペーストXC−12)を塗布して、イオン伝導度評価用カーボン電極を形成した。
(4) Preparation of electrode for evaluation Carbon paste (JEOL Co., Ltd. Dotite Paste XC-12) in an Ar atmosphere glove box on the upper surface of the solid electrolyte AD film formed on the active material plate and the back surface of the active material plate The carbon electrode for ion conductivity evaluation was formed by coating.

(5)大気への暴露
こうして電極が形成された固体電解質AD膜を大気に暴露した。この暴露は常温で171時間行った。
(5) Exposure to the atmosphere The solid electrolyte AD film thus formed with the electrodes was exposed to the atmosphere. This exposure was conducted at room temperature for 171 hours.

(6)イオン伝導度の評価
大気暴露したAD膜を、Ar雰囲気グローブボックス中で、擬似4端子(2端子)法を用いた交流インピーダンス法によりLiイオン伝導度を評価した。4端子法の代わりに擬似4端子(2端子)法を用いたこと以外、評価方法の詳細は例A1と同様とした。その結果、例A1と同様に、粒内伝導度が処理前よりも向上することが分かった。
(6) Evaluation of ion conductivity Li ion conductivity was evaluated by an alternating current impedance method using a pseudo 4-terminal (2-terminal) method in an Ar atmosphere glove box for an AD film exposed to the atmosphere. The details of the evaluation method were the same as in Example A1, except that the pseudo 4-terminal (2-terminal) method was used instead of the 4-terminal method. As a result, as in Example A1, it was found that the intragranular conductivity was improved as compared with that before the treatment.

例B1:固体電解質焼結体の作製及び評価
(1)固体電解質焼結体の作製
焼成用原料調製のための各原料成分として、水酸化リチウム(関東化学株式会社)、水酸化ランタン(信越化学工業株式会社)、酸化ジルコニウム(東ソー株式会社)、酸化タンタルを用意した。これらの粉末をLiOH:La(OH):ZrO:Ta=7:3:1.625:0.1875になるように秤量及び配合し、ライカイ機にて混合して焼成用原料を得た。
Example B1 : Production and Evaluation of Solid Electrolyte Sintered Body (1) Production of Solid Electrolyte Sintered Body As raw material components for preparing a raw material for firing, lithium hydroxide (Kanto Chemical Co., Ltd.), lanthanum hydroxide (Shin-Etsu Chemical) Industrial Co., Ltd.), zirconium oxide (Tosoh Corporation), and tantalum oxide were prepared. These powders are weighed and blended so as to be LiOH: La (OH) 3 : ZrO 2 : Ta 2 O 5 = 7: 3: 1.625: 0.1875, and mixed by a laika machine to be a raw material for firing. Got.

第一の焼成工程として、上記焼成用原料をアルミナ坩堝に入れて大気雰囲気で600℃/時間にて昇温し900℃にて6時間保持した。   As the first firing step, the firing raw material was placed in an alumina crucible, heated at 600 ° C./hour in the air atmosphere, and held at 900 ° C. for 6 hours.

第二の焼成工程として、第一の焼成工程で得られた粉末に対しγ−Alを0.6質量%の濃度となるように添加し、この粉末と玉石を混合し振動ミルを用いて3時間粉砕して、Li7.0La3.0Zr1.625Ta0.37512Al0.1の組成を有する粉砕粉を得た。なお、このγ−Alの添加量は、一次焼成粉末が仕込み組成通りの組成を有しているものと想定した組成式Li7.0La3.0Zr1.625Ta0.37512に対するモル比で0.1のAlとなる量に相当している。この粉砕粉を篩通しした後、得られた粉末を、金型を用いて約100MPaにてプレス成形してペレット状にした。得られたペレットをマグネシア製セッター上に乗せ、セッターごとマグネシア製のサヤ内に入れて、Ar雰囲気にて200℃/時間で昇温し、1000℃で36時間保持することにより、55mm×55mmのサイズで厚さ10mmの焼結体を得て、そこから3mm×4mmのサイズで長さ40mmの棒状の固体電解質焼結体を機械加工により得た。なお、Ar雰囲気として、事前に容量約3Lの炉内を真空引きした後、純度99.99%以上のArガスを電気炉に2L/分で流した。こうして得られた焼結体は、Li及びOは焼成時の欠損等により仕込み組成のモル数である7及び12からずれている可能性があるものの、仕込み組成のLi7.0La3.0Zr1.625Ta0.37512Al0.1に概ね基づく組成を有し、炭酸リチウムを含まない。 As a second firing step, γ-Al 2 O 3 is added to the powder obtained in the first firing step so as to have a concentration of 0.6% by mass, and this powder and cobblestone are mixed to form a vibration mill. And pulverized for 3 hours to obtain a pulverized powder having a composition of Li 7.0 La 3.0 Zr 1.625 Ta 0.375 O 12 Al 0.1 . The amount of γ-Al 2 O 3 added is such that the compositional formula Li 7.0 La 3.0 Zr 1.625 Ta 0.375 assumes that the primary calcined powder has a composition as charged. This corresponds to an amount of 0.1 Al in molar ratio to O 12 . After pulverizing this pulverized powder, the obtained powder was press-molded at about 100 MPa using a mold into pellets. The obtained pellets were placed on a magnesia setter, put together with the setter in a magnesia sheath, heated at 200 ° C./hour in an Ar atmosphere, and held at 1000 ° C. for 36 hours to obtain a 55 mm × 55 mm A sintered body having a size of 10 mm was obtained, and a rod-shaped solid electrolyte sintered body having a size of 3 mm × 4 mm and a length of 40 mm was obtained therefrom by machining. As the Ar atmosphere, the inside of the furnace having a capacity of about 3 L was evacuated in advance, and then Ar gas having a purity of 99.99% or more was flowed into the electric furnace at 2 L / min. In the sintered body thus obtained, although Li and O may deviate from 7 and 12, which are the moles of the feed composition, due to defects at the time of firing, the charge composition of Li 7.0 La 3.0 It has a generally based composition Zr 1.625 Ta 0.375 O 12 Al 0.1 , contains no lithium carbonate.

(2)評価用電極の作製
図6に示されるように、Ar雰囲気グローブボックス中でカーボンペースト(日本電子株式会社製、ドータイトペーストXC−12)を塗布して、イオン伝導度評価用カーボン電極を作製し電圧測定用端子として形成した。
(2) Production of electrode for evaluation As shown in FIG. 6, a carbon paste (Dotite Paste XC-12, manufactured by JEOL Ltd.) was applied in an Ar atmosphere glove box, and a carbon electrode for ion conductivity evaluation was applied. It was fabricated and formed as a voltage measurement terminal.

(3)大気への暴露
こうして電極が形成された固体電解質焼結体を大気に暴露した。この暴露は200℃で24時間行った。
(3) Exposure to the atmosphere
The solid electrolyte sintered body with the electrodes thus formed was exposed to the atmosphere. This exposure was carried out at 200 ° C. for 24 hours.

(4)イオン伝導度の評価
大気暴露した固体電解質焼結体を、Ar雰囲気グローブボックス中で、作製した棒状の固体電解質焼結体の長手方向の両端に金属リチウム箔を密着させて電流通電用端子とした4端子法を用いた交流インピーダンス法でLiイオン伝導度評価した。測定はソーラトロン社製電気化学測定システム(ポテンショ/ガルバノスタッド,周波数応答アナライザ)を用い、周波数1MHz〜0.1Hz、電圧10mVにて交流インピーダンス測定を行った。また、比較のため、大気暴露する前の焼結体板についても、上記同様にして測定を行った。その結果、図7に示されるイオン伝導度が測定された。図に示されるように、室温から200℃の範囲で測定温度を行い、粒内伝導度が大気暴露前よりも向上することが確認された。
(4) Evaluation of ion conductivity For solid-state electrolyte sintered body exposed to the atmosphere, metal lithium foil is adhered to both ends in the longitudinal direction of the produced rod-shaped solid electrolyte sintered body in an Ar atmosphere glove box for current conduction Li ion conductivity was evaluated by an AC impedance method using a four-terminal method as a terminal. The measurement was carried out using an electrochemical measurement system (potenti / galvano stud, frequency response analyzer) manufactured by Solartron, and AC impedance was measured at a frequency of 1 MHz to 0.1 Hz and a voltage of 10 mV. For comparison, the sintered plate before being exposed to the atmosphere was also measured in the same manner as described above. As a result, the ionic conductivity shown in FIG. 7 was measured. As shown in the figure, the measurement temperature was measured in the range of room temperature to 200 ° C., and it was confirmed that the intragranular conductivity was improved as compared with that before exposure to the atmosphere.

例B2:固体電解質焼結体/正極複合体の作製及び評価
(1)固体電解質焼結体の作製
例B1と同様にして、固体電解質焼結体を得た。
Example B2 : Production and Evaluation of Solid Electrolyte Sintered Body / Positive Electrode Composite (1) Production of Solid Electrolyte Sintered Body A solid electrolyte sintered body was obtained in the same manner as in Example B1.

(2)正極活物質板の作製
正極活物質板のサイズを変えたこと以外は例A2と同様にして、LiCoOの組成を有する、10mm平方で厚さ1mmの正極活物質板を得た。
(2) Production of positive electrode active material plate A positive electrode active material plate having a composition of LiCoO 2 and a thickness of 1 mm and a thickness of 1 mm was obtained in the same manner as in Example A2 except that the size of the positive electrode active material plate was changed.

(3)正極形成
上記得られた固体電解質焼結体と、上記得られた正極活物質板をホットプレスを用いて接合した。具体的には、10mm平方に加工した厚さ1mmの固体電解質板上に、1mm平方の厚さ50μmの正極活物質板を3行3列となるように9枚配列した。この配列体の上下面を焼成冶具との癒着防止用Pt箔で挟み、焼成条件700℃で5時間、2000kgf/cmの圧力でホットプレスにより焼成して、固体電解質焼結体/正極複合体を得た。
(3) Positive electrode formation The obtained solid electrolyte sintered body and the obtained positive electrode active material plate were joined using a hot press. Specifically, nine 1 mm square positive electrode active material plates having a thickness of 50 μm were arranged in three rows and three columns on a solid electrolyte plate having a thickness of 1 mm processed to 10 mm square. A solid electrolyte sintered body / positive electrode composite is obtained by sandwiching the upper and lower surfaces of this arrayed body with Pt foils for preventing adhesion to a firing jig and firing at 700 ° C. for 5 hours by hot pressing at a pressure of 2000 kgf / cm 2. Got.

(4)評価用電極の作製
接合した正極活物質及び固体電解質の各表面に、Ar雰囲気グローブボックス中でカーボンペースト(日本電子株式会社製、ドータイトペーストXC−12)を塗布して、イオン伝導度評価用カーボン電極を形成した。
(4) Production of electrode for evaluation A carbon paste (Denite Paste XC-12, manufactured by JEOL Ltd.) was applied to each surface of the joined positive electrode active material and solid electrolyte in an Ar atmosphere glove box, and the ionic conductivity. A carbon electrode for evaluation was formed.

(5)大気への暴露
こうして電極が形成された固体電解質焼結体を大気に暴露した。この暴露は常温で50時間行った。
(5) Exposure to the atmosphere
The solid electrolyte sintered body with the electrodes thus formed was exposed to the atmosphere. This exposure was carried out at room temperature for 50 hours.

(6)XRD評価
XRD装置(株式会社リガク製 ガイガーフレックスRAD−IB)を用い、大気暴露前後の固体電解質焼結体のXRD測定を行った。大気放置により、XRD測定結果において格子定数が拡大した。
(6) XRD evaluation Using an XRD apparatus (manufactured by Rigaku Corporation, Geiger Flex RAD-IB), XRD measurement was performed on the solid electrolyte sintered body before and after exposure to the atmosphere. The lattice constant increased in the XRD measurement result by leaving in the atmosphere.

(7)イオン伝導度の評価
大気暴露した膜を、Ar雰囲気グローブボックス中で、擬似4端子(2端子)法を用いた交流インピーダンス法でLiイオン伝導度評価した。4端子法の代わりに擬似4端子(2端子)法を用いたこと以外、評価方法の詳細は例B1と同様とした。その結果、例B1と同様に、粒内伝導度が処理前よりも向上することが分かった。
(7) Evaluation of ion conductivity The film exposed to the atmosphere was evaluated for Li ion conductivity by an AC impedance method using a pseudo 4-terminal (2-terminal) method in an Ar atmosphere glove box. The details of the evaluation method were the same as in Example B1, except that the pseudo 4-terminal (2-terminal) method was used instead of the 4-terminal method. As a result, as in Example B1, it was found that the intragranular conductivity was improved more than before the treatment.

例B3:CO及びHOの共存下でエージング処理を行った例
例B1において、固体電解質焼結体の大気への暴露(すなわちエージング処理)を評価用電極の作製(すなわち接合工程)よりも前にCO及びHOが共存下で行ったこと、及び大気雰囲気(CO含有雰囲気)に曝された固体電解質の電極と接触されるべき表面をAr雰囲気グローブボックス中で1200番のSiC研磨紙を用いて削り取ったこと以外、例B1と同様にして固体電解質焼結体/正極複合体を作製した。その際、マイクロメーターを用いて研磨前後の厚みを測定したところ、固体電解質層の厚みが20μm程度減少していることを確認した。
Example B3 : Example of performing aging treatment in the coexistence of CO 2 and H 2 O In Example B1, exposure of the solid electrolyte sintered body to the atmosphere (ie, aging treatment) was performed from production of an electrode for evaluation (ie, bonding step) even before the CO 2 and H 2 O were carried out in the coexistence, and No. 1200 of the surface to be contacted with the solid electrolyte of the electrode exposed to the atmosphere (CO 2 containing atmosphere) in an Ar atmosphere glove box A solid electrolyte sintered body / positive electrode composite was produced in the same manner as in Example B1, except that it was scraped off using SiC abrasive paper. At that time, when the thickness before and after polishing was measured using a micrometer, it was confirmed that the thickness of the solid electrolyte layer was reduced by about 20 μm.

10 固体電解質−電極複合体
12 固体電解質
13 接合界面
14 電極
15 対向電極
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Solid electrolyte-electrode complex 12 Solid electrolyte 13 Joint interface 14 Electrode 15 Counter electrode

Claims (23)

少なくともLi、La、Zr及びOで構成されるガーネット型又はガーネット型類似の結晶構造を有し、該結晶構造の少なくとも一部が結晶格子内にCを含んでなる、リチウムイオン伝導性固体電解質であって、前記固体電解質がMgをさらに含み、前記固体電解質の表面に、炭酸リチウムが実質的に存在しない領域を有し、
前記固体電解質が、Cを結晶格子内に含まないこと以外は前記固体電解質と同様の組成を有する固体電解質と比較して、a軸の格子定数が0.08Å以上増大した結晶構造を有する、リチウムイオン伝導性固体電解質。
A lithium ion conductive solid electrolyte having a garnet-type or garnet-like crystal structure composed of at least Li, La, Zr, and O, wherein at least part of the crystal structure includes C in the crystal lattice. there are, further comprising a solid electrolyte and Mg, the surface of the solid electrolyte, have a region in which lithium carbonate is substantially absent,
Lithium having a crystal structure with an a-axis lattice constant increased by 0.08% or more compared to a solid electrolyte having a composition similar to that of the solid electrolyte except that the solid electrolyte does not contain C in the crystal lattice Ion conductive solid electrolyte.
膜状、板状又はその他のバルク状の形態を有する、請求項1に記載の固体電解質。   The solid electrolyte according to claim 1, which has a form of a film, a plate, or other bulk. 前記炭酸リチウムが実質的に存在しない領域を少なくとも2か所有する、請求項1又は2に記載の固体電解質。   The solid electrolyte according to claim 1, wherein the solid electrolyte has at least two regions substantially free of lithium carbonate. 前記炭酸リチウムが実質的に存在しない領域が前記固体電解質の表面全体である、請求項1〜3のいずれか一項に記載の固体電解質。   The solid electrolyte as described in any one of Claims 1-3 whose area | region where the said lithium carbonate does not substantially exist is the whole surface of the said solid electrolyte. 前記固体電解質が、Cを結晶格子内に含まないこと以外は前記固体電解質と同様の組成を有する固体電解質と比較して、X線回折における(422)面のピークが低角側に0<2θ<1°シフトした結晶構造を有する、請求項1〜4のいずれか一項に記載の固体電解質。   Compared with a solid electrolyte having the same composition as the solid electrolyte except that the solid electrolyte does not contain C in the crystal lattice, the peak of the (422) plane in X-ray diffraction is 0 <2θ on the low angle side. The solid electrolyte according to any one of claims 1 to 4, which has a crystal structure shifted by <1 °. Laに対するLiのモル比Li/Laが2.0〜2.5である、請求項1〜のいずれか一項に記載の固体電解質。 The solid electrolyte according to any one of claims 1 to 5 , wherein a molar ratio Li / La of La to La is 2.0 to 2.5. Laに対するZrのモル比Zr/Laが0.5〜0.67である、請求項1〜のいずれか一項に記載の固体電解質。 The solid electrolyte according to any one of claims 1 to 6 , wherein a molar ratio Zr / La of Zr to La is 0.5 to 0.67. 前記ガーネット型又はガーネット型類似の結晶構造が、Nb及び/又はTaをさらに含む、請求項1〜のいずれか一項に記載の固体電解質。 The solid electrolyte according to any one of claims 1 to 7 , wherein the garnet-type or garnet-like crystal structure further contains Nb and / or Ta. Laに対するNb及びTaの合計量のモル比(Nb+Ta)/Laが0.03〜0.20である、請求項に記載の固体電解質。 The solid electrolyte according to claim 8 , wherein a molar ratio (Nb + Ta) / La of a total amount of Nb and Ta to La is 0.03 to 0.20. 前記固体電解質がAlをさらに含む、請求項1〜のいずれか一項に記載の固体電解質。 The solid electrolyte further comprises a Al, solid electrolyte according to any one of claims 1-9. Alを、前記固体電解質の総重量に対して、0.01〜1質量%の量で含む、請求項1に記載の固体電解質。 The Al, based on the total weight of the solid electrolyte, in an amount of 0.01 to 1 wt%, the solid electrolyte according to claim 1 0. Mgを、前記固体電解質の総重量に対して、0.01〜1質量%の量で含む、請求項1〜1のいずれか一項に記載の固体電解質。 The solid electrolyte according to any one of claims 1 to 11, comprising Mg in an amount of 0.01 to 1 mass% with respect to a total weight of the solid electrolyte. 請求項1〜1のいずれか一項に記載の固体電解質と、
前記固体電解質に接合してなる電極と、
を備えてなり、前記炭酸リチウムが実質的に存在しない領域が、前記固体電解質と前記電極の間の界面の少なくとも一部を構成する、固体電解質−電極複合体。
A solid electrolyte according to any one of claims 1 to 1 2,
An electrode formed by bonding to the solid electrolyte;
A solid electrolyte-electrode complex, wherein the region substantially free of lithium carbonate constitutes at least part of the interface between the solid electrolyte and the electrode.
前記炭酸リチウムが実質的に存在しない領域が、前記固体電解質と前記電極の間の界面の全部を構成する、請求項1に記載の固体電解質−電極複合体。 It said region where lithium carbonate is not substantially present, constitutes the entire interface between the electrode and the solid electrolyte, the solid electrolyte according to claim 1 3 - electrode assembly. 前記固体電解質及び前記電極が、それぞれ、膜状、板状又はその他のバルク状の形態を有し、前記電極が前記固体電解質と一体化されてなる、請求項1又は1に記載の固体電解質−電極複合体。 The solid electrolyte and the electrodes, respectively, film-like, plate-shaped or have other bulk form, said electrodes are integral with said solid electrolyte, according to claim 1 3 or 1 4 solid Electrolyte-electrode composite. 請求項1〜1のいずれか一項に記載の固体電解質−電極複合体と、対向電極とを備えた、電池。 The solid electrolyte according to any one of claims 1 3 to 1 5 - with the electrode composite, and a counter electrode, a battery. 全固体電池である、請求項1に記載の電池。 The battery according to claim 16 , which is an all-solid battery. 前記固体電解質がセパレータであり、前記セパレータと前記対向電極との間に電解液をさらに備えた、請求項1に記載の電池。 The battery according to claim 16 , wherein the solid electrolyte is a separator, and further includes an electrolytic solution between the separator and the counter electrode. COCO 2 及びHAnd H 2 Oが実質的に共存しない雰囲気下において、少なくともLi、La、Zr及びOで構成されるガーネット型又はガーネット型類似の結晶構造を有するリチウムイオン伝導性固体電解質を用意する、固体電解質の準備工程と、Preparing a lithium ion conductive solid electrolyte having a garnet-type or garnet-like crystal structure composed of at least Li, La, Zr and O in an atmosphere in which O is not substantially coexistent; and ,
前記固体電解質をCOThe solid electrolyte is CO 2 含有雰囲気中に曝すエージング処理により、COCO2 by aging treatment exposed to the atmosphere 2 に由来するCを前記固体電解質の結晶格子内に含有させるエージング工程と、を含み、An aging step of containing C derived from the above in the crystal lattice of the solid electrolyte,
前記エージング処理のCOCO of the aging process 2 含有雰囲気が乾燥雰囲気である、請求項1〜12のいずれか一項に記載の固体電解質の製造方法。The manufacturing method of the solid electrolyte as described in any one of Claims 1-12 whose containing atmosphere is a dry atmosphere.
COCO 2 及びHAnd H 2 Oが実質的に共存しない雰囲気下において、少なくともLi、La、Zr及びOで構成されるガーネット型又はガーネット型類似の結晶構造を有するリチウムイオン伝導性固体電解質を用意する、固体電解質の準備工程と、Preparing a lithium ion conductive solid electrolyte having a garnet-type or garnet-like crystal structure composed of at least Li, La, Zr and O in an atmosphere in which O is not substantially coexistent; and ,
前記固体電解質をCOThe solid electrolyte is CO 2 含有雰囲気中に曝すエージング処理により、COCO2 by aging treatment exposed to the atmosphere 2 に由来するCを前記固体電解質の結晶格子内に含有させるエージング工程と、を含み、An aging step of containing C derived from the above in the crystal lattice of the solid electrolyte,
前記エージング処理のCOCO of the aging process 2 含有雰囲気がHContaining atmosphere is H 2 Oを含み、前記エージング処理後に、前記COO, and after the aging treatment, the CO 2 含有雰囲気中に曝された固体電解質の表面の一部又は全体を削り取る工程がさらに行なわれる、請求項1〜12のいずれか一項に記載の固体電解質の製造方法。The manufacturing method of the solid electrolyte as described in any one of Claims 1-12 with which the process of scraping off the one part or the whole surface of the solid electrolyte exposed in the containing atmosphere is further performed.
COCO 2 及びHAnd H 2 Oが実質的に共存しない雰囲気下において、少なくともLi、La、Zr及びOで構成されるガーネット型又はガーネット型類似の結晶構造を有するリチウムイオン伝導性固体電解質を用意する固体電解質の準備工程と、A solid electrolyte preparation step of preparing a lithium ion conductive solid electrolyte having a garnet-type or garnet-type similar crystal structure composed of at least Li, La, Zr and O in an atmosphere in which O does not substantially coexist;
前記固体電解質をCOThe solid electrolyte is CO 2 含有雰囲気中に曝すエージング処理により、COCO2 by aging treatment exposed to the atmosphere 2 に由来するCを前記固体電解質の結晶格子内に含有させるエージング工程と、An aging step in which C derived from is contained in the crystal lattice of the solid electrolyte;
COCO 2 及びHAnd H 2 Oが実質的に共存しない雰囲気下において、前記固体電解質を電極と接合して固体電解質−電極複合体を得る電極接合工程と、を含み、An electrode joining step of joining the solid electrolyte with an electrode to obtain a solid electrolyte-electrode composite in an atmosphere in which O does not substantially coexist,
前記エージング工程が前記電極接合工程の前に行われ、前記エージング処理のCOThe aging process is performed before the electrode bonding process, and the aging treatment CO 2 含有雰囲気が乾燥雰囲気である、請求項13〜15のいずれか一項に記載の固体電解質−電極複合体の製造方法。The method for producing a solid electrolyte-electrode composite according to any one of claims 13 to 15, wherein the containing atmosphere is a dry atmosphere.
COCO 2 及びHAnd H 2 Oが実質的に共存しない雰囲気下において、少なくともLi、La、Zr及びOで構成されるガーネット型又はガーネット型類似の結晶構造を有するリチウムイオン伝導性固体電解質を用意する固体電解質の準備工程と、A solid electrolyte preparation step of preparing a lithium ion conductive solid electrolyte having a garnet-type or garnet-type similar crystal structure composed of at least Li, La, Zr and O in an atmosphere in which O does not substantially coexist;
前記固体電解質をCOThe solid electrolyte is CO 2 含有雰囲気中に曝すエージング処理により、COCO2 by aging treatment exposed to the atmosphere 2 に由来するCを前記固体電解質の結晶格子内に含有させるエージング工程と、An aging step in which C derived from is contained in the crystal lattice of the solid electrolyte;
COCO 2 及びHAnd H 2 Oが実質的に共存しない雰囲気下において、前記固体電解質を電極と接合して固体電解質−電極複合体を得る電極接合工程と、を含み、An electrode joining step of joining the solid electrolyte with an electrode to obtain a solid electrolyte-electrode composite in an atmosphere in which O does not substantially coexist,
前記エージング工程が前記電極接合工程の前に行われ、前記エージング処理のCOThe aging process is performed before the electrode bonding process, and the aging treatment CO 2 含有雰囲気がHContaining atmosphere is H 2 Oを含み、前記エージング処理後に、前記COO, and after the aging treatment, the CO 2 含有雰囲気中に曝された固体電解質の表面における少なくとも電極と接合されるべき部分を削り取る工程がさらに行なわれる、請求項13〜15のいずれか一項に記載の固体電解質−電極複合体の製造方法。The method for producing a solid electrolyte-electrode composite according to any one of claims 13 to 15, further comprising a step of scraping at least a portion to be bonded to the electrode on the surface of the solid electrolyte exposed to the atmosphere. .
COCO 2 及びHAnd H 2 Oが実質的に共存しない雰囲気下において、少なくともLi、La、Zr及びOで構成されるガーネット型又はガーネット型類似の結晶構造を有するリチウムイオン伝導性固体電解質を用意する、固体電解質の準備工程と、Preparing a lithium ion conductive solid electrolyte having a garnet-type or garnet-like crystal structure composed of at least Li, La, Zr and O in an atmosphere in which O is not substantially coexistent; and ,
COCO 2 及びHAnd H 2 Oが実質的に共存しない雰囲気下において、前記固体電解質を電極と接合して固体電解質−電極複合体を得る、電極接合工程と、An electrode joining step of joining the solid electrolyte with an electrode to obtain a solid electrolyte-electrode composite in an atmosphere in which O does not substantially coexist;
前記固体電解質−電極複合体をCOThe solid electrolyte-electrode composite is converted to CO. 2 含有雰囲気中に曝すエージング処理により、COCO2 by aging treatment exposed to the atmosphere 2 に由来するCを前記固体電解質の結晶格子内に含有させるエージング工程と、を含み、An aging step of containing C derived from the above in the crystal lattice of the solid electrolyte,
前記エージング工程が前記電極接合工程の後に行なわれる、請求項13〜15のいずれか一項に記載の固体電解質−電極複合体の製造方法。The method for producing a solid electrolyte-electrode composite according to any one of claims 13 to 15, wherein the aging step is performed after the electrode joining step.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE112015005517T5 (en) * 2014-12-09 2017-08-24 Ngk Insulators, Ltd. Device equipped with a battery
JP6663685B2 (en) * 2015-11-04 2020-03-13 日本特殊陶業株式会社 Lithium ion conductive ceramic sintered body and lithium battery
JP2017199539A (en) * 2016-04-27 2017-11-02 日本特殊陶業株式会社 Solid electrolyte structure, lithium battery, and method of manufacturing solid electrolyte structure
KR102301590B1 (en) * 2017-04-26 2021-09-13 니뽄 도쿠슈 도교 가부시키가이샤 Lithium ion conductive ceramic material, lithium ion conductive ceramic body, and lithium battery
KR20190015134A (en) 2017-08-04 2019-02-13 삼성전자주식회사 Solid electrolyte, preparing method thereof, and lithium battery comprising the solid electrolyte
TWI785239B (en) * 2018-05-17 2022-12-01 日商日本碍子股份有限公司 lithium secondary battery
JP7365890B2 (en) * 2019-12-18 2023-10-20 株式会社デンソー Lithium ion secondary battery and its manufacturing method
CN113336547B (en) * 2021-04-22 2022-05-31 海南大学 Oxide type solid electrolyte film and preparation method thereof
CN115537915B (en) * 2022-09-30 2024-03-12 电子科技大学 Method for reusing garnet substrate in single crystal epitaxial growth

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9034525B2 (en) * 2008-06-27 2015-05-19 Johnson Ip Holding, Llc Ionically-conductive amorphous lithium lanthanum zirconium oxide
US20120196189A1 (en) * 2007-06-29 2012-08-02 Johnson Ip Holding, Llc Amorphous ionically conductive metal oxides and sol gel method of preparation
DE102007030604A1 (en) * 2007-07-02 2009-01-08 Weppner, Werner, Prof. Dr. Ion conductor with garnet structure
JP5083336B2 (en) * 2009-02-04 2012-11-28 株式会社豊田中央研究所 Garnet-type lithium ion conductive oxide
JP5376252B2 (en) * 2009-09-03 2013-12-25 日本碍子株式会社 Ceramic materials and their use
JP5525388B2 (en) * 2009-09-03 2014-06-18 日本碍子株式会社 Ceramic material and manufacturing method thereof
JP5617417B2 (en) * 2010-08-02 2014-11-05 株式会社豊田中央研究所 Garnet-type lithium ion conductive oxide and process for producing the same
JP6144007B2 (en) * 2011-06-29 2017-06-07 株式会社豊田中央研究所 Garnet-type ion conductive oxide and method for producing the same
DE102011079401A1 (en) * 2011-07-19 2013-01-24 Robert Bosch Gmbh Lithium ion conductive, garnet-like compounds

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