JP6376061B2 - Method for producing solid electrolyte layer - Google Patents

Method for producing solid electrolyte layer Download PDF

Info

Publication number
JP6376061B2
JP6376061B2 JP2015138757A JP2015138757A JP6376061B2 JP 6376061 B2 JP6376061 B2 JP 6376061B2 JP 2015138757 A JP2015138757 A JP 2015138757A JP 2015138757 A JP2015138757 A JP 2015138757A JP 6376061 B2 JP6376061 B2 JP 6376061B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
solid electrolyte
electrolyte layer
lithium ion
particles
short
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2015138757A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2017019692A (en
Inventor
坂口 琢哉
琢哉 坂口
小野 之良
之良 小野
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toyota Motor Corp filed Critical Toyota Motor Corp
Priority to JP2015138757A priority Critical patent/JP6376061B2/en
Publication of JP2017019692A publication Critical patent/JP2017019692A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP6376061B2 publication Critical patent/JP6376061B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Landscapes

  • Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)

Description

本発明は、固体電解質層の製造方法に関する。   The present invention relates to a method for producing a solid electrolyte layer.

難燃性の固体電解質を用いた固体電解質層を有する金属イオン二次電池(例えば、リチウムイオン二次電池等。以下において「全固体電池」ということがある。)は、安全性を確保するためのシステムを簡素化しやすい等の長所を有している。   A metal ion secondary battery having a solid electrolyte layer using a flame retardant solid electrolyte (for example, a lithium ion secondary battery, etc., hereinafter sometimes referred to as “all solid battery”) is used for ensuring safety. It has advantages such as easy to simplify the system.

全固体電池で用いられる固体電解質層に関する技術として、例えば特許文献1には、基本組成Li7+X−Y(La3−X、A)(Zr2−Y、T)O12(但し、AはSr、Caのうち1種以上、TはNb、Taのうち1種以上、0≦X≦1.0、0≦Y<0.75を満たす)を主成分とする母材と、ホウ酸リチウム及び酸化アルミニウムを含む添加成分とを混合し、成形した成形体を900℃以下で焼結する焼結工程を含む、ガーネット型イオン伝導性酸化物の製造方法が開示されている。また、特許文献2には、結晶質のリチウムイオン伝導性物質とフラックスとしてLi (B1−y、Az+2− δ(式中、AはC、Al、Si、Ga、Ge、In、Snのうち少なくとも1種以上の元素であり、yは0≦y<1を満たし、zは(B1−y、A)の平均価数であり、x、z、δはx+z=δ/2の関係式を満たす。)とを含む原料体を形成する形成工程と、原料体を、フラックスの融点以上、かつ、リチウムイオン伝導性物質とフラックスとが化合物を生成する温度以下の温度で加熱する加熱工程と、を含む固体電解質の製造方法が開示されている。この特許文献2には、結晶質のリチウムイオン伝導性物質とフラックスとの合計に対する結晶質のリチウムイオン伝導性物質の体積割合を33〜50%とすることも開示されている。 As a technique related to a solid electrolyte layer used in an all-solid-state battery, for example, Patent Document 1 discloses a basic composition Li 7 + XY (La 3 -X , A X ) (Zr 2 -Y , T Y ) O 12 (provided that A Is one or more of Sr and Ca, T is one or more of Nb and Ta, and 0 ≦ X ≦ 1.0 and 0 ≦ Y <0.75) as a main component, and boric acid A method for producing a garnet-type ion conductive oxide is disclosed, which includes a sintering step of mixing an additive component containing lithium and aluminum oxide and sintering the molded article at 900 ° C. or lower. Patent Document 2 discloses that Li + x (B 1-y , A y ) z + O 2− δ (where A is C, Al, Si, Ga, It is at least one element of Ge, In, and Sn, y satisfies 0 ≦ y <1, z is an average valence of (B 1-y , A y ), and x, z, δ are x + z = δ / 2 is satisfied.) and a raw material body having a temperature equal to or higher than the melting point of the flux and equal to or lower than the temperature at which the lithium ion conductive material and the flux generate a compound. And a heating step of heating at the temperature of the solid electrolyte. Patent Document 2 also discloses that the volume ratio of the crystalline lithium ion conductive material to the total of the crystalline lithium ion conductive material and the flux is 33 to 50%.

特開2015−41573号公報JP 2015-41573 A 特開2013−37992号公報JP 2013-37992 A

特許文献1に開示されている方法で固体電解質層を製造すると、母材の一部が粒成長する一方、粒成長しない母材もあるため、異なる粒子径の固体電解質が混在している固体電解質層が得られる。同様に、特許文献2に開示されている方法で固体電解質層を製造すると、加熱工程によって結晶質のリチウムイオン伝導性物質が粒成長する一方、粒成長しない母材もあるため、異なる粒子径の固体電解質が混在している固体電解質層が得られる。固体電解質層内に大小さまざまな粒子径の固体電解質が混在していると、リチウムイオンの伝導パスが限定されるため、局所的にリチウムイオンの流れが集中し、その結果、金属リチウムが析出して短絡が発生する虞がある。すなわち、特許文献1や特許文献2に開示されている技術で製造した固体電解質層は、上記短絡に対する耐性(以下において、「耐Li短絡性」と称することがある。)が不足していた。さらに、LiLaZr12を用いる特許文献1に開示されている技術では、耐Li短絡性とリチウムイオン伝導性とを両立することが困難であり、特許文献2に開示されている技術では原料体の全体積に占めるフラックスの体積の割合が高いため、リチウムイオン伝導性が不十分であった。 When a solid electrolyte layer is manufactured by the method disclosed in Patent Document 1, a portion of the base material grows while some of the base material does not grow. Therefore, a solid electrolyte in which solid electrolytes having different particle sizes are mixed is used. A layer is obtained. Similarly, when a solid electrolyte layer is manufactured by the method disclosed in Patent Document 2, a crystalline lithium ion conductive material grows by a heating process, but there is a base material that does not grow a grain. A solid electrolyte layer in which the solid electrolyte is mixed is obtained. When solid electrolytes of various sizes are mixed in the solid electrolyte layer, the lithium ion conduction path is limited, so the flow of lithium ions concentrates locally, resulting in the deposition of metallic lithium. May cause a short circuit. That is, the solid electrolyte layer manufactured by the technique disclosed in Patent Document 1 or Patent Document 2 has insufficient resistance to the short circuit (hereinafter, sometimes referred to as “Li short circuit resistance”). Furthermore, in the technique disclosed in Patent Document 1 using Li 7 La 3 Zr 2 O 12 , it is difficult to achieve both Li short-circuit resistance and lithium ion conductivity, which is disclosed in Patent Document 2. In the technology, since the ratio of the volume of the flux to the total volume of the raw material body is high, the lithium ion conductivity is insufficient.

そこで本発明は、耐Li短絡性及びリチウムイオン伝導性を向上させた固体電解質層を製造することが可能な、固体電解質層の製造方法を提供することを課題とする。   Then, this invention makes it a subject to provide the manufacturing method of a solid electrolyte layer which can manufacture the solid electrolyte layer which improved Li short circuit resistance and lithium ion conductivity.

本発明者は、鋭意検討の結果、LiLaZr12酸化物固体電解質に代えて、Li6.8LaZr12酸化物固体電解質を用いることにより、固体電解質の粒径が均一化された固体電解質層を製造することが可能になり、この固体電解質層は、LiLaZr12酸化物固体電解質を用いて作製した固体電解質層よりも、優れた耐Li短絡性及びリチウムイオン伝導性を示すことを知見した。本発明は、当該知見に基づいて完成させた。 As a result of intensive studies, the present inventor used Li 6.8 La 3 Zr 2 O 12 oxide solid electrolyte instead of Li 7 La 3 Zr 2 O 12 oxide solid electrolyte to thereby obtain a particle size of the solid electrolyte. Can be produced, and this solid electrolyte layer is superior to a solid electrolyte layer produced using a Li 7 La 3 Zr 2 O 12 oxide solid electrolyte. It was found that short-circuiting and lithium ion conductivity were exhibited. The present invention has been completed based on this finding.

上記課題を解決するために、本発明は以下の手段をとる。すなわち、
本発明は、酸化物固体電解質と融剤とを含む混合体を作製する成形工程と、該成形工程で作製された混合体を、融剤の融点以上かつ酸化物固体電解質の融点未満の温度で保持する熱処理工程と、を有し、酸化物固体電解質がLi6.8LaZr12であり、融剤がLiBOである、固体電解質層の製造方法である。
In order to solve the above problems, the present invention takes the following means. That is,
The present invention provides a molding step for producing a mixture containing an oxide solid electrolyte and a flux, and a mixture produced in the molding step at a temperature not lower than the melting point of the flux and lower than the melting point of the oxide solid electrolyte. A solid electrolyte layer manufacturing method in which the oxide solid electrolyte is Li 6.8 La 3 Zr 2 O 12 and the flux is Li 3 BO 3 .

Li6.8LaZr12とLiBOとを含む混合体を、LiBOの融点以上かつLi6.8LaZr12の融点未満の温度で保持することにより、酸化物固体電解質粒子の粒成長を防止することが可能になるので、固体電解質層を構成する電解質粒子の粒径を均一化することが可能になる。これにより、リチウムイオンの流れが局所的に集中する事態が抑制され、金属リチウムが析出し難くなる。さらに、固体電解質層を構成する電解質粒子の粒径を均一化することにより、リチウムイオン伝導性を向上させることが可能になる。すなわち、耐Li短絡性及びリチウムイオン伝導性を向上させることが可能になる。 By holding a mixture containing Li 6.8 La 3 Zr 2 O 12 and Li 3 BO 3 at a temperature equal to or higher than the melting point of Li 3 BO 3 and lower than the melting point of Li 6.8 La 3 Zr 2 O 12. Since it is possible to prevent grain growth of the oxide solid electrolyte particles, it is possible to make the particle diameters of the electrolyte particles constituting the solid electrolyte layer uniform. Thereby, the situation where the flow of lithium ions concentrates locally is suppressed, and lithium metal is difficult to deposit. Furthermore, it is possible to improve lithium ion conductivity by making the particle size of the electrolyte particles constituting the solid electrolyte layer uniform. That is, it becomes possible to improve Li short circuit resistance and lithium ion conductivity.

本発明によれば、耐Li短絡性及びリチウムイオン伝導性を向上させた固体電解質層を製造することが可能な、固体電解質層の製造方法を提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the manufacturing method of a solid electrolyte layer which can manufacture the solid electrolyte layer which improved Li short circuit resistance and lithium ion conductivity can be provided.

本発明の固体電解質層の製造方法を説明するフローチャートである。It is a flowchart explaining the manufacturing method of the solid electrolyte layer of this invention. 本発明の固体電解質層の製造方法を説明する図である。It is a figure explaining the manufacturing method of the solid electrolyte layer of this invention. 本発明の固体電解質層の製造方法における温度変化を説明する図である。It is a figure explaining the temperature change in the manufacturing method of the solid electrolyte layer of this invention. 従来の固体電解質層の製造方法を説明する図である。It is a figure explaining the manufacturing method of the conventional solid electrolyte layer. 従来の固体電解質層の製造方法における温度変化を説明する図である。It is a figure explaining the temperature change in the manufacturing method of the conventional solid electrolyte layer. 実施例及び比較例の熱処理条件を説明する図である。It is a figure explaining the heat processing conditions of an Example and a comparative example. 実施例により作製した固体電解質層の断面を示す画像である。It is an image which shows the cross section of the solid electrolyte layer produced by the Example. 比較例により作製した固体電解質層の断面を示す画像である。It is an image which shows the cross section of the solid electrolyte layer produced by the comparative example. 実施例により作製した固体電解質層の断面を示す画像である。It is an image which shows the cross section of the solid electrolyte layer produced by the Example. 比較例により作製した固体電解質層の断面を示す画像である。It is an image which shows the cross section of the solid electrolyte layer produced by the comparative example. 実施例により作製した固体電解質層を備える全固体電池の耐Li短絡性試験結果を示す図である。It is a figure which shows the Li short-circuit-proof test result of an all-solid-state battery provided with the solid electrolyte layer produced by the Example. 比較例により作製した固体電解質層を備える全固体電池の耐Li短絡性試験結果を示す図である。It is a figure which shows the Li short-circuit-proof test result of the all-solid-state battery provided with the solid electrolyte layer produced by the comparative example.

以下、図面を参照しつつ、本発明について説明する。なお、以下に示す形態は本発明の例であり、本発明は以下に示す形態に限定されない。   The present invention will be described below with reference to the drawings. In addition, the form shown below is an example of this invention and this invention is not limited to the form shown below.

図1は、本発明を説明するフローチャートであり、図2は本発明の各工程を説明する概念図である。図1及び図2を適宜参照しつつ、本発明について以下に説明する。   FIG. 1 is a flowchart illustrating the present invention, and FIG. 2 is a conceptual diagram illustrating each process of the present invention. The present invention will be described below with reference to FIGS. 1 and 2 as appropriate.

図1及び図2に示したように、本発明の固体電解質層の製造方法S10は、混合体作製準備工程(S11)と、成形工程(S12)と、熱処理工程(S13)と、を有している。   As shown in FIG.1 and FIG.2, the manufacturing method S10 of the solid electrolyte layer of this invention has a mixture preparation preparation process (S11), a formation process (S12), and a heat treatment process (S13). ing.

混合体作製準備工程(以下において、「S11」と称することがある。)は、酸化物固体電解質であるLi6.8LaZr12粒子と、融剤であるLiBO粒子とを含む混合体を作製する準備を行う工程である。S11は、Li6.8LaZr12粒子及びLiBO粒子を含む混合体の原料を調整可能であれば、その形態は特に限定されない。S11は、例えば、体積比でLi6.8LaZr12:LiBO=90:10となるように秤量したLi6.8LaZr12粒子及びLiBO粒子と、バインダーと、有機溶剤とを混ぜることにより、ペースト状の組成物を作製する工程、とすることができる。S11で使用可能なバインダーとしては、アクリル系やポリビニルアルコール(PVA)系のバインダー等を例示することができる。また、S11で使用可能な有機溶剤としては、ブタノールや酢酸ブチル等を例示することができる。 The mixture preparation preparation step (hereinafter may be referred to as “S11”) includes Li 6.8 La 3 Zr 2 O 12 particles that are oxide solid electrolytes, and Li 3 BO 3 particles that are fluxes. Is a step of preparing to prepare a mixture containing. The form of S11 is not particularly limited as long as the raw material of the mixture containing Li 6.8 La 3 Zr 2 O 12 particles and Li 3 BO 3 particles can be adjusted. S11 is, for example, Li 6.8 La 3 Zr 2 O 12 particles and Li 3 BO 3 particles weighed so that the volume ratio is Li 6.8 La 3 Zr 2 O 12 : Li 3 BO 3 = 90: 10. And a step of preparing a paste-like composition by mixing a binder and an organic solvent. Examples of binders that can be used in S11 include acrylic and polyvinyl alcohol (PVA) binders. Examples of the organic solvent that can be used in S11 include butanol and butyl acetate.

成形工程(以下において、「S12」と称することがある。)は、S11で作製した組成物を用いて、成形された混合体を作製する工程である。S12は、Li6.8LaZr12粒子及びLiBO粒子を含む、成形された混合体を作製可能であれば、その形態は特に限定されない。S12は、例えば、ドクターブレード法により、S11で作製したペースト状の組成物を樹脂フィルムの表面に塗布した後、これを乾燥させることにより有機溶剤を除去し、その後、樹脂フィルムをはがすことにより、成形された混合体を作製する工程、とすることができる。 The molding step (hereinafter sometimes referred to as “S12”) is a step of producing a molded mixture using the composition produced in S11. The form of S12 is not particularly limited as long as a molded mixture containing Li 6.8 La 3 Zr 2 O 12 particles and Li 3 BO 3 particles can be produced. S12 is, for example, by applying the paste-like composition prepared in S11 to the surface of the resin film by the doctor blade method, and then removing the organic solvent by drying, and then peeling the resin film, A step of producing a molded mixture.

熱処理工程(以下において、「S13」と称することがある。)は、S12で成形した混合体を、LiBOの融点(700℃)以上かつLi6.8LaZr12の融点(1300℃)未満の温度で所定時間に亘って保持する工程である。S13の保持時間は、融剤が溶けて酸化物固体電解質粒子が焼結することが可能であれば特に限定されず、例えば、1時間以上100時間以下とすることができる。S13は、例えば、S12で成形した混合体を、900℃で30時間に亘って保持する工程、とすることができる。S13では、Li6.8LaZr12粒子の粒成長が抑制されるので、S13が終了した後の混合体に含まれている電解質粒子は、粒径が均一である。 In the heat treatment step (hereinafter, sometimes referred to as “S13”), the mixture formed in S12 is obtained by melting the melting point of Li 3 BO 3 (700 ° C.) or higher and the melting point of Li 6.8 La 3 Zr 2 O 12 . This is a step of holding at a temperature lower than (1300 ° C.) for a predetermined time. The holding time of S13 is not particularly limited as long as the flux can be melted and the oxide solid electrolyte particles can be sintered, and can be, for example, 1 hour or more and 100 hours or less. S13 can be set as the process of hold | maintaining the mixture shape | molded by S12 at 900 degreeC over 30 hours, for example. In S13, since the particle growth of Li 6.8 La 3 Zr 2 O 12 particles is suppressed, the electrolyte particles contained in the mixture after the completion of S13 have a uniform particle size.

S12が終了してからS13が終了した後までの、混合体の温度変化の概要を、図3に示す。図3に示したように、S12が終了した後に、混合体は、LiBOの融点以上かつLi6.8LaZr12の融点未満の温度へと加熱され、当該温度で所定の時間に亘って保持される(S13)。その後、混合体は所定の温度(例えば室温)まで冷却される。このように、本発明では、酸化物固体電解質としてLi6.8LaZr12を用いる。このような形態にすることにより、S13におけるLi6.8LaZr12粒子の粒成長を防止することが可能になり、その結果、固体電解質層を構成する電解質粒子の径が均一化されるので、従来よりも耐Li短絡性及びリチウムイオン伝導性を向上させた固体電解質層を製造することが可能になる。なお、本発明により製造される固体電解質層における、Li6.8LaZr12及びLiBOの含有量は、体積%で、Li6.8LaZr12については例えば60%以上、中でも70%以上、特に80%以上であることが好ましく、LiBOについては、例えば40%以下、中でも30%以下、特に20%以下であることが好ましい。また、本発明により製造される固体電解質層の厚さは、全固体電池の構成によって大きく異なるが、例えば、0.1μm以上1mm以下であることが好ましく、1μm以上100μm以下であることがより好ましい。 An outline of the temperature change of the mixture from the end of S12 to the end of S13 is shown in FIG. As shown in FIG. 3, after the completion of S12, the mixture is heated to a temperature that is equal to or higher than the melting point of Li 3 BO 3 and lower than the melting point of Li 6.8 La 3 Zr 2 O 12. (S13). Thereafter, the mixture is cooled to a predetermined temperature (for example, room temperature). Thus, in the present invention, Li 6.8 La 3 Zr 2 O 12 is used as the oxide solid electrolyte. By adopting such a form, it becomes possible to prevent the grain growth of Li 6.8 La 3 Zr 2 O 12 particles in S13, and as a result, the diameters of the electrolyte particles constituting the solid electrolyte layer are made uniform. Therefore, it is possible to manufacture a solid electrolyte layer with improved Li short-circuit resistance and lithium ion conductivity as compared with the prior art. In the solid electrolyte layer produced according to the present invention, the contents of Li 6.8 La 3 Zr 2 O 12 and Li 3 BO 3 are in volume%, and for Li 6.8 La 3 Zr 2 O 12 , for example, It is preferably 60% or more, particularly 70% or more, and particularly preferably 80% or more. For Li 3 BO 3 , for example, it is preferably 40% or less, particularly 30% or less, and particularly preferably 20% or less. The thickness of the solid electrolyte layer produced according to the present invention varies greatly depending on the configuration of the all-solid battery, but is preferably 0.1 μm or more and 1 mm or less, and more preferably 1 μm or more and 100 μm or less. .

本発明と従来技術との相違点を明確にするため、図4〜図5を適宜参照しつつ、従来の固体電解質層の製造方法について簡単に説明する。図4は従来の固体電解質層の製造方法を説明するフローチャートであり、図5は従来の固体電解質層の製造方法の各工程を説明する図である。   In order to clarify the difference between the present invention and the prior art, a conventional method for producing a solid electrolyte layer will be briefly described with reference to FIGS. 4 to 5 as appropriate. FIG. 4 is a flowchart for explaining a conventional method for producing a solid electrolyte layer, and FIG. 5 is a diagram for explaining each step of the conventional method for producing a solid electrolyte layer.

図4及び図5に示したように、従来の固体電解質層の製造方法S90は、混合体作製準備工程(S91)と、成形工程(S92)と、熱処理工程(S93)と、を有している。混合体作製工程(S91)は上記S11と同様の工程であり、成形工程(S92)は上記S12と同様の工程である。また、熱処理工程(S93)は、酸化物固体電解質として、Li6.8LaZr12に代えてLiLaZr12を用いるほかは、上記S13と同様の工程である。本発明及び従来の固体電解質層の製造方法は、酸化物固体電解質としてLi6.8LaZr12を用いるかLiLaZr12を用いるかの点で相違している。LiLaZr12を用いる従来の固体電解質層の製造方法では、図5に示したように、S93でLiLaZr12粒子の一部が粒成長する一方、一部のLiLaZr12粒子は粒成長しない。そのため、S91〜S93を経て製造した固体電解質層は、これを構成する電解質粒子の大きさが不均一であり、耐Li短絡性及びリチウムイオン伝導性が不足している。
これに対し、本発明では酸化物固体電解質としてLi6.8LaZr12を用いるので、固体電解質層に含まれている電解質粒子の大きさを均一化することが可能になり、その結果、耐Li短絡性及びリチウムイオン伝導性を向上させることが可能になる。
As shown in FIGS. 4 and 5, the conventional solid electrolyte layer manufacturing method S90 includes a mixture preparation preparation step (S91), a forming step (S92), and a heat treatment step (S93). Yes. The mixture manufacturing step (S91) is the same step as S11 above, and the molding step (S92) is the same step as S12 above. The heat treatment step (S93) is the same step as S13 except that Li 7 La 3 Zr 2 O 12 is used as the oxide solid electrolyte instead of Li 6.8 La 3 Zr 2 O 12 . The manufacturing method of the present invention and the conventional solid electrolyte layer is different in that Li 6.8 La 3 Zr 2 O 12 or Li 7 La 3 Zr 2 O 12 is used as the oxide solid electrolyte. In the conventional method for producing a solid electrolyte layer using Li 7 La 3 Zr 2 O 12 , as shown in FIG. 5, some of the Li 7 La 3 Zr 2 O 12 particles grow in S93, while some The Li 7 La 3 Zr 2 O 12 particles do not grow. Therefore, the solid electrolyte layer manufactured through S91 to S93 has a non-uniform size of the electrolyte particles constituting it, and lacks Li short-circuit resistance and lithium ion conductivity.
On the other hand, since Li 6.8 La 3 Zr 2 O 12 is used as the oxide solid electrolyte in the present invention, the size of the electrolyte particles contained in the solid electrolyte layer can be made uniform. As a result, it becomes possible to improve Li short circuit resistance and lithium ion conductivity.

なお、一般に、全固体電池の固体電解質層には、耐Li短絡性及びリチウムイオン伝導性が要求される。局所的なリチウムイオンの流れが発生する原因としては、固体電解質層の貫通孔、及び、固体電解質層を構成する電解質の不均一が挙げられる。特許文献1や特許文献2に開示されている技術は、融剤を用いているので、固体電解質層の貫通孔の低減に対しては効果を有すると考えられる。しかしながら、これらの技術では、リチウムイオンの流れが集中することへの対策がなされていないため、耐Li短絡性が不足し、さらに、耐Li短絡性及びリチウムイオン伝導性を両立することができなかった。そこで本発明では、貫通孔を低減するために融剤を使用し、かつ、電解質粒子の粒径を均一化させるためにLi6.8LaZr12を用いる。これにより、耐Li短絡性及びリチウムイオン伝導性を向上させることが可能になる。 In general, the solid electrolyte layer of an all-solid battery is required to have Li short-circuit resistance and lithium ion conductivity. The cause of the local flow of lithium ions includes the through holes of the solid electrolyte layer and the non-uniformity of the electrolyte constituting the solid electrolyte layer. Since the technique disclosed in Patent Document 1 and Patent Document 2 uses a flux, it is considered that the technique has an effect on the reduction of the through holes of the solid electrolyte layer. However, in these techniques, since measures against concentration of the lithium ion flow are not taken, Li short circuit resistance is insufficient, and furthermore, Li short circuit resistance and lithium ion conductivity cannot be compatible. It was. Therefore, in the present invention, a flux is used to reduce the through holes, and Li 6.8 La 3 Zr 2 O 12 is used to make the particle diameter of the electrolyte particles uniform. Thereby, it becomes possible to improve Li short circuit resistance and lithium ion conductivity.

実施例及び比較例の結果を示しつつ、本発明について説明を続ける。   The description of the present invention will be continued while showing the results of Examples and Comparative Examples.

1.固体電解質層の製造
[実施例]
体積比で酸化物固体電解質:融剤=90:10となる量の、酸化物固体電解質(Li6.8LaZr12)及び融剤(LiBO(以下において、「LBO」と称する。))を秤量し、バインダー(IBM−2、積水化学製)及び有機溶剤(2−ブタノール、ナカライテスク製)と混ぜることにより、ペースト状の組成物を作製した(混合体作製準備工程)。なお、ペースト状の組成物に占める、Li6.8LaZr12(以下において、「LLZO」と称することがある。)及びLBOの合計の割合は、22mass%であった。
このようにして作製したペースト状の組成物を、ドクターブレード法にて樹脂フィルム上に塗布した後、これを乾燥させることにより有機溶剤を除去し、その後、樹脂フィルムを剥がした。これにより、LLZO、LBO、及び、バインダーからなる成形された混合体を作製した(成形工程)。その後、図6に示す条件で、混合体に大気中で熱処理を実施することにより、実施例の固体電解質層を製造した。
1. Production of solid electrolyte layer [Example]
Oxide solid electrolyte (Li 6.8 La 3 Zr 2 O 12 ) and flux (Li 3 BO 3 (hereinafter referred to as “LBO”) in a volume ratio of oxide solid electrolyte: flux = 90: 10 )) Was weighed and mixed with a binder (IBM-2, manufactured by Sekisui Chemical) and an organic solvent (2-butanol, manufactured by Nacalai Tesque) to prepare a paste-like composition (mixture preparation step) ). The total ratio of Li 6.8 La 3 Zr 2 O 12 (hereinafter sometimes referred to as “LLZO”) and LBO in the paste-like composition was 22 mass%.
The paste composition thus prepared was applied onto a resin film by the doctor blade method, and then dried to remove the organic solvent, and then the resin film was peeled off. This produced the molded mixture which consists of LLZO, LBO, and a binder (molding process). Then, the solid electrolyte layer of the Example was manufactured by implementing heat processing in air | atmosphere on the conditions on the conditions shown in FIG.

[比較例]
Li6.8LaZr12に代えてLiLaZr12を使用したほかは、実施例と同様にして、比較例の固体電解質層を製造した。
[Comparative example]
A solid electrolyte layer of a comparative example was manufactured in the same manner as in the example except that Li 7 La 3 Zr 2 O 12 was used instead of Li 6.8 La 3 Zr 2 O 12 .

[比較例2]
熱処理工程で保持する温度を850℃にしたほかは、比較例1と同様にして、比較例2の固体電解質層を製造した。
[Comparative Example 2]
A solid electrolyte layer of Comparative Example 2 was produced in the same manner as Comparative Example 1 except that the temperature maintained in the heat treatment step was 850 ° C.

[比較例3]
熱処理工程で保持する温度を950℃にしたほかは、比較例1と同様にして、比較例3の固体電解質層を製造した。
[Comparative Example 3]
A solid electrolyte layer of Comparative Example 3 was produced in the same manner as Comparative Example 1, except that the temperature maintained in the heat treatment step was 950 ° C.

2.断面観察
走査型電子顕微鏡(JSM−6610LA、JEOL製)を用いて、実施例の固体電解質層、及び、比較例1の固体電解質層のそれぞれを観察した。実施例の固体電解質層の断面SEM像(倍率300倍)を図7に、比較例1の固体電解質層の断面SEM像(倍率300倍)を図8に、実施例の固体電解質層の断面SEM像(倍率1000倍)を図9に、比較例1の固体電解質層の断面SEM像(倍率1000倍)を図10に、それぞれ示す。
2. Cross-sectional observation Each of the solid electrolyte layer of Example and the solid electrolyte layer of Comparative Example 1 was observed using a scanning electron microscope (JSM-6610LA, manufactured by JEOL). FIG. 7 shows a cross-sectional SEM image (300 × magnification) of the solid electrolyte layer of the example, FIG. 8 shows a cross-sectional SEM image (300 × magnification) of the solid electrolyte layer of Comparative Example 1, and FIG. An image (magnification 1000 times) is shown in FIG. 9, and a cross-sectional SEM image (magnification 1000 times) of the solid electrolyte layer of Comparative Example 1 is shown in FIG.

図8及び図10に示したように、比較例1の固体電解質層では、大きい電解質粒子(LLZO粒子)の間に細かい電解質粒子(LLZO粒子)が存在していた。これに対し、図7及び図9に示したように、実施例の固体電解質層には、粒径の大きい電解質粒子が存在せず、電解質粒子の粒径が略均一であった。   As shown in FIGS. 8 and 10, in the solid electrolyte layer of Comparative Example 1, fine electrolyte particles (LLZO particles) existed between large electrolyte particles (LLZO particles). On the other hand, as shown in FIGS. 7 and 9, the solid electrolyte layer of the example did not have electrolyte particles with a large particle size, and the particle size of the electrolyte particles was substantially uniform.

3.耐Li短絡性及びリチウムイオン伝導性の評価
直径11mm且つ厚さ100μmの、実施例の固体電解質層及び比較例1〜3の固体電解質層をそれぞれ3個作製した。そして、それぞれの上下面にLiを蒸着し、以下に示す条件(A→B→C→D)で電流を流すことにより、短絡する電流値を調査した。短絡する電流値は、具体的には、急激に電圧が低下した場合の電流値とした。なお、AとBとの間、BとCとの間、及び、CとDとの間では、正極及び負極を逆にした。実施例の固体電解質層に対する試験結果の一例を図11に、比較例1の固体電解質層に対する試験結果の一例を図12に、それぞれ示す。
A:10μA/cmで60分間に亘って通電した後、正極及び負極を逆にして10μA/cmで60分間に亘って通電する1サイクル。
B:50μA/cmで60分間に亘って通電した後、正極及び負極を逆にして50μA/cmで60分間に亘って通電する1サイクル。
C:100μA/cmで60分間に亘って通電した後、正極及び負極を逆にして100μA/cmで60分間に亘って通電する1サイクル。
D:500μA/cmで60分間に亘って通電した後、正極及び負極を逆にして500μA/cmで60分間に亘って通電する1サイクル。
3. Evaluation of Li short-circuit resistance and lithium ion conductivity Three solid electrolyte layers of Examples and Comparative Examples 1 to 3 having a diameter of 11 mm and a thickness of 100 μm were prepared. And Li was vapor-deposited on each upper and lower surface, and the electric current value which short-circuits was investigated by flowing an electric current on the conditions (A->B->C-> D) shown below. Specifically, the current value for short-circuiting was the current value when the voltage dropped rapidly. The positive electrode and the negative electrode were reversed between A and B, between B and C, and between C and D. An example of the test result for the solid electrolyte layer of the example is shown in FIG. 11, and an example of the test result for the solid electrolyte layer of Comparative Example 1 is shown in FIG.
A: 10μA / cm 2 after current over 60 minutes, 1 cycle for energizing over by positive and negative electrodes reversed 10 .mu.A / cm 2 for 60 minutes.
B: 50μA / cm 2 after current over 60 minutes, 1 cycle for energizing over by positive and negative electrodes reversed 50 .mu.A / cm 2 for 60 minutes.
C: 100μA / cm 2 after current over 60 minutes, 1 cycle for energizing over by positive and negative electrodes reversed 100 .mu.A / cm 2 for 60 minutes.
D: 500μA / cm 2 after current over 60 minutes, 1 cycle for energizing over by positive and negative electrodes reversed 500 .mu.A / cm 2 for 60 minutes.

実施例の固体電解質層は、n=3のうち3個とも100μA/cmまで短絡しなかったが、比較例1の固体電解質層は、n=3のうち3個とも50μA/cmで短絡した。この結果から、本発明によれば、従来よりも耐Li短絡性を向上させた固体電解質層を製造可能であることが分かった。 The solid electrolyte layers of the examples were not short-circuited to 100 μA / cm 2 for all three of n = 3, but the solid electrolyte layers of Comparative Example 1 were short-circuited to 50 μA / cm 2 for all three of n = 3. did. From this result, it was found that according to the present invention, it is possible to produce a solid electrolyte layer with improved Li short-circuit resistance than before.

また、実施例及び比較例1〜3のリチウムイオン伝導率を測定した。耐Li短絡性の結果とともに、リチウムイオン電導率の測定結果を表1に示す。   Moreover, the lithium ion conductivity of an Example and Comparative Examples 1-3 was measured. Table 1 shows the measurement results of the lithium ion conductivity together with the results of the Li short-circuit resistance.

表1に示したように、比較例2は、実施例と同等の耐Li短絡性を示したが、実施例よりもリチウムイオン伝導性が劣っていた。また、比較例3は、実施例よりもリチウムイオン伝導性が優れていたが、耐Li短絡性は実施例よりも劣っていた。このように、比較例1〜3は、いずれも、耐Li短絡性及びリチウムイオン伝導性を両立が困難であった。これに対し、実施例は、耐Li短絡性及びリチウムイオン伝導性を両立することができた。   As shown in Table 1, Comparative Example 2 showed Li short-circuit resistance equivalent to that of the example, but lithium ion conductivity was inferior to that of the example. Moreover, although the comparative example 3 was excellent in lithium ion conductivity than the Example, Li short circuit resistance was inferior to the Example. Thus, it was difficult for Comparative Examples 1 to 3 to achieve both Li short-circuit resistance and lithium ion conductivity. On the other hand, the Example was able to achieve both Li short-circuit resistance and lithium ion conductivity.

Claims (1)

酸化物固体電解質と融剤とを含む混合体を作製する成形工程と、
前記成形工程で作製された前記混合体を、前記融剤の融点以上かつ前記酸化物固体電解質の融点未満の温度で保持する熱処理工程と、を有し、
前記酸化物固体電解質がLi6.8LaZr12であり、かつ、前記融剤がLiBOである、固体電解質層の製造方法。
A molding step for producing a mixture containing an oxide solid electrolyte and a flux;
A heat treatment step of holding the mixture produced in the molding step at a temperature not lower than the melting point of the flux and lower than the melting point of the oxide solid electrolyte,
The oxide solid electrolyte is Li 6.8 La 3 Zr 2 O 12 , and the flux is Li 3 BO 3, the manufacturing method of the solid electrolyte layer.
JP2015138757A 2015-07-10 2015-07-10 Method for producing solid electrolyte layer Active JP6376061B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2015138757A JP6376061B2 (en) 2015-07-10 2015-07-10 Method for producing solid electrolyte layer

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2015138757A JP6376061B2 (en) 2015-07-10 2015-07-10 Method for producing solid electrolyte layer

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2017019692A JP2017019692A (en) 2017-01-26
JP6376061B2 true JP6376061B2 (en) 2018-08-22

Family

ID=57887571

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2015138757A Active JP6376061B2 (en) 2015-07-10 2015-07-10 Method for producing solid electrolyte layer

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP6376061B2 (en)

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5262572B2 (en) * 2008-10-23 2013-08-14 株式会社豊田中央研究所 Lithium-containing garnet-type oxide, lithium secondary battery, and method for producing solid electrolyte
JP5919673B2 (en) * 2011-08-10 2016-05-18 株式会社豊田中央研究所 Solid electrolyte and method for producing the same

Also Published As

Publication number Publication date
JP2017019692A (en) 2017-01-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6596194B2 (en) Solid ion capacitor
WO2011128976A1 (en) Solid electrolyte material, lithium battery, and manufacturing method for solid electrolyte material
JP2019518311A5 (en)
TW201620182A (en) High solid content paste formulations for secondary battery electrode
JP5392402B2 (en) Solid electrolyte material, lithium battery and method for producing solid electrolyte material
CN104919552B (en) Method for producing electrode material for aluminum electrolytic capacitor, and electrode material for aluminum electrolytic capacitor
WO2018181667A1 (en) All-solid-state lithium ion secondary battery
WO2015146315A1 (en) All-solid battery
JPWO2011148824A1 (en) Nonaqueous electrolyte battery and manufacturing method thereof
US20170178876A1 (en) Cu-Ga ALLOY SPUTTERING TARGET AND METHOD FOR MANUFACTURING SAME
JP2014154238A (en) Method of producing composite and method of producing lithium battery
JP6376062B2 (en) Method for producing solid electrolyte layer
JP6376061B2 (en) Method for producing solid electrolyte layer
JP6185414B2 (en) Method for producing solid electrolyte member for solid battery
JPWO2019167821A1 (en) All solid state battery
WO2018181662A1 (en) All-solid-state lithium ion secondary battery
WO2020105431A1 (en) Sodium secondary battery and manufacturing method thereof
JP2011171248A (en) Solid electrolyte and all-solid lithium secondary battery
CN108365226B (en) Copper-tin oxide porous alloy film for lithium battery negative electrode and preparation method thereof
US20220336847A1 (en) Solid state electrolytes
JP2014002855A (en) Method of producing electrode mixture
JPWO2019004001A1 (en) Ion-conductive composite body, all-solid-state battery, and methods for producing the same
EP3696835A1 (en) Electrode material for aluminum electrolytic capacitors and method for producing same
JP2011192499A (en) Positive electrode for nonaqueous electrolyte battery and nonaqueous electrolyte battery
US20150211108A1 (en) Sputtering target and producing method thereof

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20171026

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20180614

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20180626

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20180709

R151 Written notification of patent or utility model registration

Ref document number: 6376061

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151