JP6735083B2 - Ion conductor and lithium battery - Google Patents

Ion conductor and lithium battery Download PDF

Info

Publication number
JP6735083B2
JP6735083B2 JP2015220033A JP2015220033A JP6735083B2 JP 6735083 B2 JP6735083 B2 JP 6735083B2 JP 2015220033 A JP2015220033 A JP 2015220033A JP 2015220033 A JP2015220033 A JP 2015220033A JP 6735083 B2 JP6735083 B2 JP 6735083B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
lithium ion
ion conductor
lithium
conductor
particles
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
JP2015220033A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2017091788A (en
Inventor
大介 獅子原
大介 獅子原
弘経 安藤
弘経 安藤
雄基 竹内
雄基 竹内
英昭 彦坂
英昭 彦坂
水谷 秀俊
秀俊 水谷
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.)
NGK Spark Plug Co Ltd
Original Assignee
NGK Spark Plug Co Ltd
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 NGK Spark Plug Co Ltd filed Critical NGK Spark Plug Co Ltd
Priority to JP2015220033A priority Critical patent/JP6735083B2/en
Publication of JP2017091788A publication Critical patent/JP2017091788A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP6735083B2 publication Critical patent/JP6735083B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries

Description

本明細書によって開示される技術は、イオン伝導体に関する。 The technology disclosed by the present specification relates to an ionic conductor.

近年、パソコンや携帯電話等の電子機器の普及、電気自動車の普及、太陽光や風力等の自然エネルギーの利用拡大等に伴い、高性能な電池の需要が高まっている。なかでも、電池要素がすべて固体で構成された全固体リチウムイオン二次電池の活用が期待されている。全固体リチウムイオン二次電池は、有機溶媒にリチウム塩を溶解させた有機電解液を用いる従来型のリチウムイオン二次電池と比べて、有機電解液の漏洩や発火等のおそれがないため安全であり、また、外装を簡略化することができるため単位質量または単位体積あたりのエネルギー密度を向上させることができる。 In recent years, with the spread of electronic devices such as personal computers and mobile phones, the spread of electric vehicles, and the expansion of the use of natural energy such as sunlight and wind power, the demand for high-performance batteries has increased. Above all, it is expected to utilize an all-solid-state lithium-ion secondary battery in which all battery elements are solid. All-solid-state lithium-ion secondary batteries are safer than the conventional lithium-ion secondary batteries that use an organic electrolyte in which a lithium salt is dissolved in an organic solvent, because there is no risk of leakage or ignition of the organic electrolyte. In addition, since the exterior can be simplified, the energy density per unit mass or unit volume can be improved.

全固体リチウムイオン二次電池の電解質層や電極に用いる固体電解質としては、例えば、酸化物系リチウムイオン伝導体や硫化物系リチウムイオン伝導体が用いられる。酸化物系リチウムイオン伝導体は、1000℃程度の高温で熱処理をした焼結体の状態においては、高いリチウムイオン伝導率(例えば、25℃において1.0×10−5〜1.0×10−3S/cm程度)を示すが、焼結していない粉末を加圧成形した状態においては、リチウムイオン伝導率が極めて低い(例えば、25℃において1.0×10−7S/cm以下)。そのため、酸化物系リチウムイオン伝導体は、高いリチウムイオン伝導率を得るために要するエネルギーが多くなると共に、電池形態として利用する際に電極等の材料選択の自由度が低下する。 As the solid electrolyte used for the electrolyte layer or the electrode of the all-solid-state lithium ion secondary battery, for example, an oxide-based lithium ion conductor or a sulfide-based lithium ion conductor is used. The oxide-based lithium ion conductor has a high lithium ion conductivity (for example, 1.0×10 −5 to 1.0×10 at 25° C. in the state of a sintered body that has been heat-treated at a high temperature of about 1000° C.). -3 S/cm), but the lithium ion conductivity is extremely low in the state where the unsintered powder is pressure-molded (for example, 1.0×10 −7 S/cm or less at 25° C.). ). Therefore, the oxide-based lithium ion conductor requires a large amount of energy to obtain a high lithium ion conductivity, and at the same time, the degree of freedom in selecting materials such as electrodes when used as a battery form decreases.

一方、硫化物系リチウムイオン伝導体は、酸化物系リチウムイオン伝導体に比べてイオン伝導率が高い。これは、酸化物に比べて硫化物の方が分極率が高いからである。よって、硫化物系リチウムイオン伝導体は、粒子内のリチウムイオン伝導率が高い。さらに、硫化物系リチウムイオン伝導体は、塑性変形しやすいため、比較的低い温度域(例えば25℃から200℃程度)において加圧するだけで粒子間の密着性が高まり、高いリチウムイオン伝導率(例えば、25℃において1.0×10−4〜1.0×10−2S/cm程度)を示す。しかし、硫化物系リチウムイオン伝導体は、大気中で水分と反応して硫化水素ガスを発生するため、安全面において好ましくない場合がある。 On the other hand, the sulfide-based lithium ion conductor has a higher ionic conductivity than the oxide-based lithium ion conductor. This is because sulfide has a higher polarizability than oxide. Therefore, the sulfide-based lithium ion conductor has a high lithium ion conductivity within the particles. Further, since the sulfide-based lithium ion conductor is easily plastically deformed, the adhesion between particles is enhanced by simply applying pressure in a relatively low temperature range (for example, about 25° C. to 200° C.), and high lithium ion conductivity ( For example, it is 1.0×10 −4 to 1.0×10 −2 S/cm at 25° C.). However, the sulfide-based lithium ion conductor reacts with moisture in the atmosphere to generate hydrogen sulfide gas, which may be unfavorable in terms of safety.

また、リチウムイオン伝導率の高い酸化物系リチウムイオン伝導体とリチウムイオン伝導率の高い硫化物系リチウムイオン伝導体とを混合してリチウムイオン伝導体を作製することにより、安全性の向上とリチウムイオン伝導率の向上とを両立させる技術が知られている(例えば、特許文献1参照)。 Further, by mixing an oxide-based lithium ion conductor having a high lithium ion conductivity and a sulfide-based lithium ion conductor having a high lithium ion conductivity to produce a lithium ion conductor, it is possible to improve the safety and increase the lithium There is known a technique for achieving both improvement in ionic conductivity (see, for example, Patent Document 1).

米国特許出願公開第2015/0171463号明細書U.S. Patent Application Publication No. 2015/0171463

上記のような酸化物系リチウムイオン伝導体と硫化物系リチウムイオン伝導体とを混合して得られるイオン伝導体は、硫化物系リチウムイオン伝導体の含有割合は減るものの、やはり硫化物系リチウムイオン伝導体を含むため、安全面において向上の余地がある。 The ionic conductor obtained by mixing the oxide-based lithium ion conductor and the sulfide-based lithium ion conductor as described above has a reduced content ratio of the sulfide-based lithium ion conductor, but also the sulfide-based lithium ion conductor. Since it contains an ionic conductor, there is room for improvement in terms of safety.

なお、このような課題は、全固体リチウムイオン二次電池の電解質層や電極に用いられるイオン伝導体に限らず、リチウムイオン伝導性を有するイオン伝導体一般に共通の課題である。 It should be noted that such a problem is not limited to the ionic conductor used in the electrolyte layer or the electrode of the all-solid-state lithium-ion secondary battery, but is common to ionic conductors having lithium ion conductivity in general.

本明細書では、上述した課題を解決することが可能な技術を開示する。 This specification discloses a technique capable of solving the above-mentioned problems.

本明細書に開示される技術は、例えば、以下の形態として実現することが可能である。 The technology disclosed in this specification can be implemented, for example, in the following modes.

(1)本明細書に開示されるイオン伝導体は、複数の酸化物系リチウムイオン伝導体粒子を備えるイオン伝導体において、2つの前記酸化物系リチウムイオン伝導体粒子の間にハロゲン化リチウムが存在する領域を有することを特徴とする。このイオン伝導体によれば、硫化物系リチウムイオン伝導体を含まないために安全性が向上し、かつ、酸化物系リチウムイオン伝導体粒子同士の間にハロゲン化リチウムが存在する領域を有するために、粒子間の密着性が向上してリチウムイオン伝導率が向上する。 (1) The ionic conductor disclosed in the present specification is an ionic conductor including a plurality of oxide-based lithium ion conductor particles, in which lithium halide is present between the two oxide-based lithium ion conductor particles. It is characterized by having an existing region. According to this ionic conductor, the safety is improved because it does not contain a sulfide-based lithium ion conductor, and because there is a region where lithium halide exists between the oxide-based lithium ion conductor particles. In addition, the adhesion between particles is improved and the lithium ion conductivity is improved.

(2)上記イオン伝導体において、前記ハロゲン化リチウムは、ヨウ化リチウムである構成としてもよい。このイオン伝導体によれば、酸化物系リチウムイオン伝導体粒子同士の間にヨウ化リチウムが存在する領域を有するために、粒子間の密着性が向上してリチウムイオン伝導率が向上する。 (2) In the ionic conductor, the lithium halide may be lithium iodide. According to this ionic conductor, since there is a region where lithium iodide exists between the oxide-based lithium ion conductor particles, the adhesion between particles is improved and the lithium ion conductivity is improved.

(3)上記イオン伝導体において、前記イオン伝導体における前記ハロゲン化リチウムの分布の偏りの大きさを示す指標として破断面における前記酸化物系リチウムイオン伝導体粒子と前記ハロゲン化リチウムとの存在割合から算出した標準偏差の値が0.6未満である構成としてもよい。このイオン伝導体によれば、イオン伝導体におけるハロゲン化リチウムの分布の偏りが小さく、ハロゲン化リチウムがまんべんなく分布しているため、粒子間の密着性が大きく向上してリチウムイオン伝導率が大きく向上する。 (3) In the above-mentioned ionic conductor, as an index showing the degree of deviation of the distribution of the lithium halide in the ionic conductor, the abundance ratio of the oxide-based lithium ion conductor particles and the lithium halide in a fracture surface. The standard deviation value calculated from the above may be less than 0.6. According to this ionic conductor, the uneven distribution of the lithium halide in the ionic conductor is small and the lithium halide is evenly distributed, so the adhesion between particles is greatly improved and the lithium ion conductivity is greatly improved. To do.

(4)上記イオン伝導体において、前記イオン伝導体の破断面における前記ハロゲン化リチウムの面積割合をZaとし、前記イオン伝導体の切断面における前記ハロゲン化リチウムの面積割合をZbとしたとき、Za>Zbの関係を満たす構成としてもよい。このイオン伝導体によれば、2つの前記酸化物系リチウムイオン伝導体粒子の間にハロゲン化リチウムが存在する領域が多く、粒子間の密着性が大きく向上してリチウムイオン伝導率が大きく向上する。 (4) In the above ionic conductor, when the area ratio of the lithium halide on the fracture surface of the ionic conductor is Za and the area ratio of the lithium halide on the cut surface of the ionic conductor is Zb, Za It may be configured to satisfy the relation of >Zb. According to this ion conductor, there are many regions where lithium halide exists between the two particles of the oxide-based lithium ion conductor, the adhesion between particles is greatly improved, and the lithium ion conductivity is greatly improved. ..

(5)上記イオン伝導体において、前記イオン伝導体の少なくとも1つの切断面において、前記酸化物系リチウムイオン伝導体粒子が占める面積と前記ハロゲン化リチウムを含む粒子が占める面積との割合をXa:(100−Xa)としたとき、30≦Xa<100を満たす構成としてもよい。酸化物系リチウムイオン伝導体粒子とハロゲン化リチウムを含む粒子との割合を上記範囲とすると、リチウムイオン伝導率が大きく向上する。 (5) In the above ionic conductor, the ratio of the area occupied by the oxide-based lithium ion conductor particles and the area occupied by the lithium halide-containing particles on at least one cut surface of the ionic conductor is Xa: When (100−Xa) is set, the configuration may satisfy 30≦Xa<100. When the ratio of the oxide-based lithium ion conductor particles and the particles containing lithium halide is within the above range, the lithium ion conductivity is greatly improved.

(6)上記イオン伝導体において、前記イオン伝導体の少なくとも1つの切断面において、前記酸化物系リチウムイオン伝導体粒子が占める面積と前記ハロゲン化リチウムを含む粒子が占める面積との割合をXa:(100−Xa)としたとき、38≦Xa≦97を満たす構成としてもよい。酸化物系リチウムイオン伝導体粒子とハロゲン化リチウムを含む粒子との割合を上記範囲とすると、リチウムイオン伝導率が極めて大きく向上する。 (6) In the ionic conductor, the ratio of the area occupied by the oxide-based lithium ion conductor particles and the area occupied by the lithium halide-containing particles on at least one cut surface of the ionic conductor is Xa: When (100−Xa), 38≦Xa≦97 may be satisfied. When the ratio of the oxide-based lithium ion conductor particles and the particles containing lithium halide is within the above range, the lithium ion conductivity is significantly improved.

(7)上記イオン伝導体において、25℃におけるリチウムイオン伝導率が、1.0×10−5S/cm以上である構成としてもよい。このイオン伝導体によれば、室温において高いリチウムイオン伝導率を確保できる。 (7) In the above ionic conductor, the lithium ion conductivity at 25° C. may be 1.0×10 −5 S/cm or more. According to this ionic conductor, a high lithium ion conductivity can be secured at room temperature.

(8)上記イオン伝導体において、前記酸化物系リチウムイオン伝導体は、LiとZrとLaとOとを少なくとも含有するガーネット型構造もしくはガーネット型類似構造を有するイオン伝導体、および、LiとM(MはTi、Zr、Geの内の少なくとも1つ)とPとOとを少なくとも含有するNASICON型構造を有するイオン伝導体、および、LiとTiとLaとOとを少なくとも含有するペロブスカイト型構造を有するイオン伝導体の内の少なくとも1種類である構成としてもよい。つまりは、これらのイオン伝導体を1種類で用いても、複数種類を混ぜて用いてもよい。このイオン伝導体によれば、粒子間の密着性が向上してリチウムイオン伝導率が向上する。 (8) In the ionic conductor, the oxide-based lithium ionic conductor is an ionic conductor having a garnet-type structure or a garnet-type similar structure containing at least Li, Zr, La, and O, and Li and M. (M is at least one of Ti, Zr and Ge) and an ionic conductor having a NASICON type structure containing at least P and O, and a perovskite type structure containing at least Li, Ti, La and O. It may be configured to be at least one kind of the ionic conductor having. That is, one kind of these ion conductors may be used, or a plurality of kinds thereof may be mixed and used. According to this ionic conductor, the adhesion between particles is improved and the lithium ion conductivity is improved.

なお、本明細書に開示される技術は、種々の形態で実現することが可能であり、例えば、イオン伝導体、イオン伝導体を含むリチウム電池、それらの製造方法等の形態で実現することが可能である。 The technology disclosed in the present specification can be realized in various forms, for example, in the form of an ionic conductor, a lithium battery including the ionic conductor, a manufacturing method thereof, and the like. It is possible.

本実施形態における全固体リチウムイオン二次電池102の断面構成を概略的に示す説明図である。It is explanatory drawing which shows roughly the cross-sectional structure of the all-solid-state lithium ion secondary battery 102 in this embodiment. 本実施形態のリチウムイオン伝導体LICの構成を示す説明図(破断面のSEM画像)である。It is explanatory drawing (SEM image of a fracture surface) which shows the structure of the lithium ion conductor LIC of this embodiment. 本実施形態のリチウムイオン伝導体LICの構成を示す説明図(破断面のSEM−EDS画像)である。It is explanatory drawing (SEM-EDS image of a fracture surface) which shows the structure of the lithium ion conductor LIC of this embodiment. 本実施形態のリチウムイオン伝導体LICの製造方法を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the manufacturing method of the lithium ion conductor LIC of this embodiment. 性能評価における各サンプルの構成および性能評価結果を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the structure of each sample in performance evaluation, and a performance evaluation result. 性能評価における各サンプルの構成および性能評価結果を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the structure of each sample in performance evaluation, and a performance evaluation result. 性能評価における各サンプルのリチウムイオン伝導率Ciの測定結果を示すグラフである。It is a graph which shows the measurement result of lithium ion conductivity Ci of each sample in performance evaluation. 加熱処理が実行されていないリチウムイオン伝導体LICの構成を示す説明図(破断面のSEM画像)である。It is explanatory drawing (SEM image of a fracture surface) which shows the structure of the lithium ion conductor LIC which is not heat-processed. 加熱処理が実行されていないリチウムイオン伝導体LICの構成を示す説明図(破断面のSEM−EDS画像)である。It is explanatory drawing (SEM-EDS image of a fracture surface) which shows the structure of the lithium ion conductor LIC which is not heat-processed. 本実施形態のリチウムイオン伝導体LICの構成を示す説明図(切断面のSEM画像)である。It is explanatory drawing (SEM image of a cut surface) which shows the structure of the lithium ion conductor LIC of this embodiment. 本実施形態のリチウムイオン伝導体LICの構成を示す説明図(切断面のSEM−EDS画像)である。It is explanatory drawing (SEM-EDS image of a cut surface) which shows the structure of the lithium ion conductor LIC of this embodiment.

A.実施形態:
A−1.全固体電池102の構成:
図1は、本実施形態における全固体リチウムイオン二次電池(以下、「全固体電池」という)102の断面構成を概略的に示す説明図である。図1には、方向を特定するための互いに直交するXYZ軸が示されている。本明細書では、便宜的に、Z軸正方向を上方向といい、Z軸負方向を下方向という。
A. Embodiment:
A-1. All solid state battery 102 configuration:
FIG. 1 is an explanatory view schematically showing a cross-sectional configuration of an all-solid-state lithium-ion secondary battery (hereinafter referred to as “all-solid-state battery”) 102 according to this embodiment. FIG. 1 shows XYZ axes that are orthogonal to each other for specifying a direction. In this specification, for convenience, the Z-axis positive direction is referred to as an upward direction, and the Z-axis negative direction is referred to as a downward direction.

全固体電池102は、電池本体110と、電池本体110の一方側(上側)に配置された第1の集電部材154と、電池本体110の他方側に(下側)に配置された第2の集電部材156とを備える。第1の集電部材154および第2の集電部材156は、導電性を有する略平板形状部材であり、例えば、ステンレス鋼、Ni(ニッケル)、Ti(チタン)、Fe(鉄)、Cu(銅)、Al(アルミニウム)、これらの合金から選択される導電性金属材料、炭素材料等によって形成されている。 The all-solid-state battery 102 includes a battery main body 110, a first current collecting member 154 arranged on one side (upper side) of the battery main body 110, and a second current collecting member 154 arranged on the other side (lower side) of the battery main body 110. Current collecting member 156. The first current collecting member 154 and the second current collecting member 156 are substantially flat plate-shaped members having conductivity, and for example, stainless steel, Ni (nickel), Ti (titanium), Fe (iron), Cu ( Copper), Al (aluminum), a conductive metal material selected from these alloys, a carbon material, or the like.

電池本体110は、電池要素がすべて固体で構成された二次電池であり、電解質層112と、電解質層112の一方側(上側)に配置された正極層114と、電解質層112の他方側(下側)に配置された負極層116とを備える。 The battery body 110 is a secondary battery in which all battery elements are solid, and includes an electrolyte layer 112, a positive electrode layer 114 disposed on one side (upper side) of the electrolyte layer 112, and the other side of the electrolyte layer 112 ( And the negative electrode layer 116 disposed on the lower side).

電解質層112は、略平板形状であり、固体電解質であるリチウムイオン伝導体LICにより構成されている。正極層114は、略平板形状であり、正極活物質PAMと、電解質層112に含まれるリチウムイオン伝導体LICと同様の構成のリチウムイオン伝導体LICとを含む。正極活物質PAMとしては、例えば、S(硫黄)、TiS、LiCoO、LiMn、LiFePO等が用いられる。負極層116は、略平板形状であり、負極活物質NAMと、電解質層112に含まれるリチウムイオン伝導体LICと同様の構成のリチウムイオン伝導体LICとを含む。負極活物質NAMとしては、例えば、Li金属、Li−Al合金、LiTi12、カーボン、Si(ケイ素)、SiO等が用いられる。正極層114および負極層116は、さらに導電助剤(例えば、導電性カーボン、Ni、Pt(白金)、Ag(銀))を含んでいてもよい。 The electrolyte layer 112 has a substantially flat plate shape and is composed of a lithium ion conductor LIC which is a solid electrolyte. The positive electrode layer 114 has a substantially flat plate shape and includes a positive electrode active material PAM and a lithium ion conductor LIC having the same configuration as the lithium ion conductor LIC included in the electrolyte layer 112. As the positive electrode active material PAM, for example, S (sulfur), TiS 2 , LiCoO 2 , LiMn 2 O 4 , LiFePO 4 or the like is used. The negative electrode layer 116 has a substantially flat plate shape and includes a negative electrode active material NAM and a lithium ion conductor LIC having the same configuration as the lithium ion conductor LIC included in the electrolyte layer 112. As the negative electrode active material NAM, for example, Li metal, Li—Al alloy, Li 4 Ti 5 O 12 , carbon, Si (silicon), SiO or the like is used. The positive electrode layer 114 and the negative electrode layer 116 may further contain a conductive additive (for example, conductive carbon, Ni, Pt (platinum), Ag (silver)).

A−2.リチウムイオン伝導体LICの構成および製造方法:
本実施形態の全固体電池102は、電解質層112と正極層114と負極層116とに用いられる固体電解質であるリチウムイオン伝導体LICに特徴がある。以下、リチウムイオン伝導体LICの構成および製造方法について説明する。図2および図3は、本実施形態のリチウムイオン伝導体LICの構成を示す説明図である。図2には、リチウムイオン伝導体LIC(後述のサンプル12)の破断面のSEM画像(1000倍)が示されており、図3には、図2に対応するリチウムイオン伝導体LIC(後述のサンプル12)の破断面のSEM−EDS画像(元素マッピング画像)(1000倍)が示されている。図3では、La(ランタン)が青で示され、Zr(ジルコニウム)が赤で示され、I(ヨウ素)が緑で示されている。なお、図2および図3に示されるリチウムイオン伝導体LICは、後述の性能評価におけるサンプル12(図5参照)である。
A-2. Structure and manufacturing method of lithium ion conductor LIC:
The all-solid-state battery 102 of the present embodiment is characterized by a lithium ion conductor LIC which is a solid electrolyte used for the electrolyte layer 112, the positive electrode layer 114 and the negative electrode layer 116. The configuration and manufacturing method of the lithium ion conductor LIC will be described below. 2 and 3 are explanatory views showing the configuration of the lithium ion conductor LIC of this embodiment. FIG. 2 shows a SEM image (1000 times) of a fracture surface of a lithium ion conductor LIC (sample 12 described later), and FIG. 3 shows a lithium ion conductor LIC (described later) corresponding to FIG. A SEM-EDS image (elemental mapping image) (1000 times) of the fracture surface of Sample 12) is shown. In FIG. 3, La (lanthanum) is shown in blue, Zr (zirconium) is shown in red, and I (iodine) is shown in green. The lithium ion conductor LIC shown in FIGS. 2 and 3 is Sample 12 (see FIG. 5) in the performance evaluation described later.

図2および図3に示すように、本実施形態のリチウムイオン伝導体LICは、酸化物系リチウムイオン伝導体粒子52とハロゲン化リチウム含有粒子54とを含む。より詳細には、リチウムイオン伝導体LICは、酸化物系リチウムイオン伝導体粒子52同士の間にハロゲン化リチウム含有粒子54が存在する領域(図2および図3に示された領域)を有する。すなわち、本実施形態のリチウムイオン伝導体LICでは、ハロゲン化リチウム含有粒子54によって酸化物系リチウムイオン伝導体粒子52同士の間の空隙が埋められた状態となっている。 As shown in FIGS. 2 and 3, the lithium ion conductor LIC of the present embodiment includes oxide-based lithium ion conductor particles 52 and lithium halide-containing particles 54. More specifically, the lithium ion conductor LIC has a region (region shown in FIGS. 2 and 3) in which the lithium halide-containing particles 54 are present between the oxide-based lithium ion conductor particles 52. That is, in the lithium ion conductor LIC of the present embodiment, the voids between the oxide-based lithium ion conductor particles 52 are filled with the lithium halide-containing particles 54.

リチウムイオン伝導体LICに含まれる酸化物系リチウムイオン伝導体粒子52は、例えば、LiとZrとLaとOとを少なくとも含有するガーネット型構造もしくはガーネット型類似構造を有するイオン伝導体(例えば、LiLaZr12(以下、「LLZ」という)や、LLZに対してMg(マグネシウム)およびSr(ストロンチウム)の元素置換を行ったもの(以下、「LLZ―MgSr」という))の粒子、LiとM(MはTi、Zr、Ge(ゲルマニウム)の内の少なくとも1つ)とP(リン)とOとを少なくとも含有するNASICON型構造を有するイオン伝導体(例えば、Li1.5Al0.5Ge1.5(PO(以下、「LAGP」という))の粒子、LiとTiとLaとOとを少なくとも含有するペロブスカイト型構造を有するイオン伝導体の粒子のいずれか1種類、または、これらの内の少なくとも2つの種類を混ぜた粒子である。また、リチウムイオン伝導体LICに含まれるハロゲン化リチウム含有粒子54は、例えば、LiI(ヨウ化リチウム)の粒子や、LiBr(臭化リチウム)の粒子、LiCl(塩化リチウム)の粒子、これらハロゲン化リチウムを主成分とする粒子(例えばヨウ化リチウムガラス)である。なお、主成分とは、含有率が50w%以上の成分を意味する。図2および図3に示す例は、酸化物系リチウムイオン伝導体粒子52としてLLZ―MgSrの粒子が用いられ、ハロゲン化リチウム含有粒子54としてLiIの粒子が用いられた例である。 The oxide-based lithium ion conductor particles 52 included in the lithium ion conductor LIC include, for example, an ion conductor (eg, Li 7 La 3 Zr 2 O 12 (hereinafter referred to as “LLZ”) or particles obtained by substituting Mg (magnesium) and Sr (strontium) for LLZ (hereinafter referred to as “LLZ-MgSr”) , Li and M (M is at least one of Ti, Zr and Ge (germanium)), P (phosphorus) and O having at least a NASICON type structure (for example, Li 1.5 Al). Any one of particles of 0.5 Ge 1.5 (PO 4 ) 3 (hereinafter referred to as “LAGP”) and particles of an ion conductor having a perovskite structure containing at least Li, Ti, La, and O. 1 It is a particle, or particles that are a mixture of at least two of these. Further, the lithium halide-containing particles 54 included in the lithium ion conductor LIC include, for example, LiI (lithium iodide) particles, LiBr (lithium bromide) particles, LiCl (lithium chloride) particles, and these halogenated particles. The particles are mainly composed of lithium (for example, lithium iodide glass). The main component means a component having a content rate of 50 w% or more. The examples shown in FIGS. 2 and 3 are examples in which particles of LLZ—MgSr are used as the oxide-based lithium ion conductor particles 52, and particles of LiI are used as the lithium halide-containing particles 54.

図4は、本実施形態のリチウムイオン伝導体LICの製造方法を示すフローチャートである。はじめに酸化物系リチウムイオン伝導体の粉末とハロゲン化リチウムの粉末とを準備し(S110)、準備された両粉末を所定の割合で混合する(S120)。得られた混合粉末を成形した後、混合粉末に対する熱処理(例えば80℃、17時間)を実行する(S130)。これにより、上述した構成のリチウムイオン伝導体LICが得られる。なお、熱処理の温度としては、60℃以上、459℃以下が好ましく、70℃以上、300℃以下がより好ましく、75℃以上、200℃以下がさらに好ましい。 FIG. 4 is a flowchart showing a method for manufacturing the lithium ion conductor LIC of this embodiment. First, oxide-based lithium ion conductor powder and lithium halide powder are prepared (S110), and both prepared powders are mixed at a predetermined ratio (S120). After molding the obtained mixed powder, heat treatment (for example, 80° C., 17 hours) is performed on the mixed powder (S130). As a result, the lithium ion conductor LIC having the above-described configuration is obtained. The heat treatment temperature is preferably 60°C or higher and 459°C or lower, more preferably 70°C or higher and 300°C or lower, and further preferably 75°C or higher and 200°C or lower.

以上説明したように、本実施形態の全固体電池102に用いられるリチウムイオン伝導体LICは、酸化物系リチウムイオン伝導体粒子52同士の間にハロゲン化リチウム含有粒子54が存在する領域を有するため、酸化物系リチウムイオン伝導体粒子52同士がハロゲン化リチウム含有粒子54により融着することで、粒子間の密着性が高く、高いリチウムイオン伝導率(例えば、25℃において1.0×10−5S/cm以上)を有する。また、本実施形態のリチウムイオン伝導体LICは、比較的高温(例えば1000℃程度)の熱処理によって焼結体を形成させなくても、より低い温度での熱処理を行うだけで高いリチウムイオン伝導率を得られるため、製造に要するエネルギーを低減することができると共に、正極層114および負極層116に熱的負荷を与えないため、正極層114および負極層116の材料選択の自由度を向上させることができる。また、本実施形態のリチウムイオン伝導体LICは、大気中で水分と反応して硫化水素を発生する硫化物系リチウムイオン伝導体を含有しないため、高い安全性を有する。 As described above, the lithium ion conductor LIC used in the all-solid-state battery 102 of the present embodiment has a region in which the lithium halide-containing particles 54 are present between the oxide-based lithium ion conductor particles 52. Since the oxide-based lithium ion conductor particles 52 are fused to each other by the lithium halide-containing particles 54, the adhesion between particles is high and the lithium ion conductivity is high (for example, 1.0×10 − at 25° C.). 5 S/cm or more). In addition, the lithium ion conductor LIC of the present embodiment has a high lithium ion conductivity only by performing heat treatment at a lower temperature without forming a sintered body by heat treatment at a relatively high temperature (for example, about 1000° C.). Therefore, the energy required for manufacturing can be reduced, and the positive electrode layer 114 and the negative electrode layer 116 are not subjected to a thermal load, so that the degree of freedom in selecting the material of the positive electrode layer 114 and the negative electrode layer 116 is improved. You can Further, the lithium ion conductor LIC of the present embodiment has high safety because it does not contain a sulfide-based lithium ion conductor that reacts with moisture in the air to generate hydrogen sulfide.

なお、一般に、ハロゲン化リチウムのリチウムイオン伝導率(25℃)は、1.0×10−7S/cm程度と極めて低い。本願発明者は、酸化物系リチウムイオン伝導体に、リチウムイオン伝導率が極めて低いハロゲン化リチウムを加えて混合することにより、リチウムイオン伝導率が大きく向上するという予測困難な効果が得られることを見出した。本願発明は、この点において、当業者が想到することが極めて困難な発明であると言える。 In general, the lithium ion conductivity (25° C.) of lithium halide is extremely low at about 1.0×10 −7 S/cm. The inventor of the present application has found that by adding and mixing lithium halide having extremely low lithium ion conductivity to the oxide-based lithium ion conductor, it is possible to obtain the unpredictable effect that the lithium ion conductivity is significantly improved. I found it. In this respect, the invention of the present application can be said to be extremely difficult to conceive by a person skilled in the art.

A−3.性能評価:
リチウムイオン伝導体LICの複数のサンプル(サンプル1〜23)を作製し、性能評価として各サンプルのリチウムイオン伝導率Ci等を測定した。図5および図6は、性能評価における各サンプルの構成および性能評価結果を示す説明図であり、図7は、性能評価におけるサンプル1〜19のリチウムイオン伝導率Ciの測定結果を示すグラフである。図7の各プロット番号(P1〜P19)は、それぞれ、図5の各サンプル番号(1〜19)に対応している。なお、図5に示されたサンプルの一部(サンプル4,12)は、図6にも示されている。
A-3. Performance evaluation:
A plurality of samples (Samples 1 to 23) of the lithium ion conductor LIC were prepared, and the lithium ion conductivity Ci and the like of each sample were measured as performance evaluation. 5 and 6 are explanatory diagrams showing the configuration of each sample in the performance evaluation and the performance evaluation results, and FIG. 7 is a graph showing the measurement results of the lithium ion conductivity Ci of Samples 1 to 19 in the performance evaluation. .. The plot numbers (P1 to P19) in FIG. 7 correspond to the sample numbers (1 to 19) in FIG. 5, respectively. Note that some of the samples shown in FIG. 5 (samples 4 and 12) are also shown in FIG.

図5および図6には、各サンプルの作製に使用した材料が示されている。本性能評価では、酸化物系リチウムイオン伝導体としてLLZ―MgSrを用い、ハロゲン化リチウムとしてLiIを用いた。また、図5および図6には、各サンプルについて、切断面における酸化物系リチウムイオン伝導体粒子(具体的にはLLZ−MgSr粒子)とハロゲン化リチウム含有粒子(具体的にはLiI粒子)との合計量に占める酸化物系リチウムイオン伝導体粒子の割合(以下、「酸化物系割合X」という)が示されている。なお、酸化物系リチウムイオン伝導体粒子の割合とは、後述する切断面画像を用いた画像解析における、酸化物系リチウムイオン伝導体粒子の面積とハロゲン化リチウム含有粒子の面積とから求められる面積割合で示すことができる。ここで、酸化物系リチウムイオン伝導体粒子とハロゲン化リチウム含有粒子との割合は、酸化物系割合Xを用いて、X:(100−X)と表される。また、原料段階での酸化物系割合Xは、原料に対する混合処理や熱処理を経て作製されたリチウムイオン伝導体LICにおいても、ほぼ同じ値に維持される。酸化物系割合Xの値が0(ゼロ)%であるサンプル(サンプル1,9)は、ハロゲン化リチウム含有粒子(LiI粒子)のみから構成されており、酸化物系割合Xの値が100%であるサンプル(サンプル8,16,19)は、酸化物系リチウムイオン伝導体粒子(LLZ―MgSr粒子)のみから構成されている。 The materials used to make each sample are shown in FIGS. 5 and 6. In this performance evaluation, LLZ-MgSr was used as the oxide-based lithium ion conductor, and LiI was used as the lithium halide. 5 and 6, for each sample, oxide-based lithium ion conductor particles (specifically LLZ-MgSr particles) and lithium halide-containing particles (specifically LiI particles) on the cut surface. The ratio of the oxide-based lithium ion conductor particles to the total amount of the above (hereinafter, referred to as “oxide-based ratio X”) is shown. The ratio of the oxide-based lithium ion conductor particles, in the image analysis using the cut surface image described later, the area obtained from the area of the oxide-based lithium ion conductor particles and the area of the lithium halide-containing particles. It can be expressed as a percentage. Here, the ratio of the oxide-based lithium ion conductor particles and the lithium halide-containing particles is expressed as X:(100-X) using the oxide-based ratio X. Further, the oxide-based ratio X in the raw material stage is maintained at substantially the same value in the lithium ion conductor LIC manufactured through the mixing treatment and the heat treatment of the raw materials. The samples (Samples 1 and 9) in which the value of the oxide-based proportion X is 0 (zero)% are composed only of lithium halide-containing particles (LiI particles), and the value of the oxide-based proportion X is 100%. Samples (Samples 8, 16 and 19) are composed of only oxide-based lithium ion conductor particles (LLZ-MgSr particles).

また、図5には、混合処理(図4のS120)の方法が示されている。混合処理としては、乳鉢を用いた混合処理または遊星型ボールミルを用いた混合処理を行った。なお、酸化物系割合Xの値が0(ゼロ)%または100%のサンプルでは、混合処理は実行されない。また、図6に示すすべてのサンプルでは、乳鉢を用いた混合処理が実行されたため、図6では「混合処理」の項目を省略している。また、図5および図6には、熱処理(図4のS130)の温度および時間とが示されている。熱処理としては、80℃、17時間の熱処理、または、1100℃、4時間の熱処理を行った。なお、サンプル1〜8,17,20,21では、熱処理は実行されていない。 Further, FIG. 5 shows a method of the mixing process (S120 in FIG. 4). As the mixing treatment, a mixing treatment using a mortar or a planetary ball mill was performed. It should be noted that the mixing process is not executed in the sample in which the value of the oxide system proportion X is 0 (zero)% or 100%. Further, in all the samples shown in FIG. 6, since the mixing process using the mortar was performed, the item “mixing process” is omitted in FIG. 6. Further, FIGS. 5 and 6 show the temperature and time of the heat treatment (S130 in FIG. 4). As the heat treatment, heat treatment was performed at 80° C. for 17 hours or 1100° C. for 4 hours. In addition, in Samples 1 to 8, 17, 20, and 21, the heat treatment is not performed.

図5および図6に示すように、サンプル1〜8,20,21は、熱処理が実行されずに作製されたものであり、粉末である。サンプル1〜8,20,21のそれぞれは、酸化物系割合Xの値が互いに異なっている。一方、サンプル9〜16,22,23は、それぞれ、サンプル1〜8,20,21と同様の構成の粉末に対して80℃、17時間の熱処理を実行して作製された加熱品である。サンプル1〜16,20〜23の内、LLZ―MgSrとLiIとの両者を含有するサンプル(サンプル2〜7,10〜15,20〜23)では、乳鉢を用いた混合処理が実行されている。 As shown in FIGS. 5 and 6, Samples 1 to 8, 20, and 21 were produced without heat treatment, and are powders. The samples 1 to 8, 20, and 21 have different oxide-based proportions X from each other. On the other hand, Samples 9 to 16, 22, and 23 are heated products produced by performing heat treatment at 80° C. for 17 hours on powders having the same configurations as Samples 1 to 8, 20, and 21, respectively. Among the samples 1 to 16 and 20 to 23, the samples containing both LLZ-MgSr and LiI (samples 2 to 7, 10 to 15 and 20 to 23) are subjected to the mixing process using a mortar. ..

また、サンプル17は、サンプル4において、混合処理の方法を遊星型ボールミルを用いた方法に置換したものであり、同様に、サンプル18は、サンプル12において、混合処理の方法を遊星型ボールミルを用いた方法に置換したものである。一般に、遊星型ボールミルを用いた混合処理を行うと、乳鉢を用いた混合処理を行う場合と比べて、リチウムイオン伝導体LICを構成する粒子の平均粒径が小さくなり、かつ、粒径のばらつきが小さくなる。 Sample 17 is the same as sample 4 except that the mixing treatment method is replaced with a planetary ball mill. Similarly, sample 18 is the same as sample 12 except that the mixing treatment method is a planetary ball mill. It has been replaced by the method used. In general, when the mixing process using the planetary ball mill is performed, the average particle size of the particles forming the lithium ion conductor LIC is smaller than that in the case of performing the mixing process using the mortar, and the particle size variation is small. Becomes smaller.

また、サンプル19は、LLZ−MgSrの粉末に対して1100℃、4時間の熱処理を実行して作製された焼結体である。以下、各サンプルの作製方法について詳述する。 In addition, Sample 19 is a sintered body produced by subjecting LLZ-MgSr powder to heat treatment at 1100° C. for 4 hours. Hereinafter, the method for producing each sample will be described in detail.

まず、Li6.95Mg0.15La2.75Sr0.25Zr2.012という組成となるように、LiCO、MgO、La(OH)、SrCO、ZrOを秤量した。その際、焼成時のLiの揮発を考慮し、元素換算で15mol%程度過剰になるように、LiCOをさらに加えた。この原料をジルコニアボールとともにナイロンポットに投入し、有機溶剤中で15時間ボールミルで粉砕混合を行った。混合後、スラリーを乾燥させ、1100℃、10時間、MgO板上にて仮焼を行った。なお、仮焼後の粉末の組成は上記組成から多少ずれる場合がある。仮焼後の粉末にバインダーを加え、有機溶剤中で15時間ボールミルで粉砕混合を行った。混合後、スラリーを乾燥させ、LLZ−MgSr粉末を得た。 First, as a composition of Li 6.95 Mg 0.15 La 2.75 Sr 0.25 Zr 2.0 O 12, Li 2 CO 3, MgO, La (OH) 3, SrCO 3, and ZrO 2 Weighed. At that time, in consideration of the volatilization of Li at the time of firing, Li 2 CO 3 was further added so as to be excessive by about 15 mol% in terms of element. This raw material was put into a nylon pot together with zirconia balls, and pulverized and mixed in a ball mill for 15 hours in an organic solvent. After mixing, the slurry was dried and calcined on a MgO plate at 1100° C. for 10 hours. The composition of the powder after calcination may deviate from the above composition to some extent. A binder was added to the powder after calcination, and the mixture was pulverized and mixed in a ball mill for 15 hours in an organic solvent. After mixing, the slurry was dried to obtain LLZ-MgSr powder.

サンプル2〜7,20,21については、作製されたLLZ−MgSr粉末とヨウ化リチウム粉末(高純度化学研究所製、純度99.9%)とを、各サンプルの酸化物系割合Xに応じた配合割合で配合し、乳鉢で15分間粉砕混合して混合粉末を得た。なお、サンプル1,8については、単体の粉末が用いられるため、混合処理は実行されない。サンプル1〜8,20,21について、混合粉末(または単体粉末)を直径10mmの円筒絶縁容器中に投入し、ステンレス集電体と共にプレス機によって360MPaでプレスして圧粉体を得た。得られた各圧粉体(サンプル1〜8,20,21)を対象として、交流インピーダンス法(ソーラトロン社製 1470Eおよび1255Bを用いる)により、25℃でのリチウムイオン伝導率Ciを測定した。 For samples 2 to 7, 20, and 21, the prepared LLZ-MgSr powder and lithium iodide powder (manufactured by Kojundo Chemical Laboratory Co., Ltd., purity 99.9%) were used according to the oxide system proportion X of each sample. The ingredients were blended in the above blending ratio, and pulverized and mixed in a mortar for 15 minutes to obtain a mixed powder. It should be noted that the samples 1 and 8 do not carry out the mixing process because a single powder is used. With respect to Samples 1 to 8, 20, and 21, the mixed powder (or simple substance powder) was placed in a cylindrical insulating container having a diameter of 10 mm, and pressed together with a stainless current collector at 360 MPa with a pressing machine to obtain a green compact. With respect to each of the obtained green compacts (Samples 1 to 8, 20, and 21), the lithium ion conductivity Ci at 25° C. was measured by an AC impedance method (using Solartron 1470E and 1255B).

また、サンプル9〜16,22,23については、サンプル1〜8,20,21と同様に圧粉体を作製した後、圧粉体を50MPaで再固定し、Ar(アルゴン)雰囲気で封じたガラス製容器に入れ、大気中で高温槽(ESPEC社製 PU−1KPH)にて80℃、17時間の熱処理を行って加熱品を得た。得られた各加熱品(サンプル9〜16,22,23)を25℃まで冷却し、サンプル1〜8,20,21と同様にリチウムイオン伝導率Ciを測定した。 Further, for Samples 9 to 16, 22, and 23, a green compact was prepared in the same manner as in Samples 1 to 8, 20, and 21, and then the green compact was fixed again at 50 MPa and sealed in an Ar (argon) atmosphere. It was put in a glass container and heat-treated at 80° C. for 17 hours in a high temperature tank (PU-1KPH manufactured by ESPEC) in the atmosphere to obtain a heated product. Each of the obtained heated products (Samples 9 to 16, 22, 23) was cooled to 25° C., and the lithium ion conductivity Ci was measured in the same manner as in Samples 1 to 8, 20, 21.

また、サンプル17については、作製されたLLZ−MgSr粉末とヨウ化リチウム粉末(高純度化学研究所製、純度99.9%)とを、酸化物系割合Xに応じた配合割合で配合し、遊星型ボールミルで45ccのジルコニアポットとΦ4mmのボールを40g用いて、200rpm、3時間粉砕混合して混合粉末を得た。その後は、サンプル1〜8,20,21と同様に、混合粉末から圧粉体を得て、得られた圧粉体(サンプル17)を対象としてリチウムイオン伝導率Ciを測定した。また、サンプル18については、サンプル17と同様に圧粉体を得た後、サンプル9〜16,22,23と同様に熱処理を行って加熱品を得て、得られた加熱品(サンプル18)を対象としてリチウムイオン伝導率Ciを測定した。 For sample 17, the prepared LLZ-MgSr powder and lithium iodide powder (manufactured by Kojundo Chemical Laboratory Co., Ltd., purity 99.9%) were mixed in a mixing ratio according to the oxide ratio X. A 45 cc zirconia pot and 40 g of Φ4 mm balls were pulverized and mixed in a planetary ball mill at 40 rpm for 3 hours to obtain a mixed powder. Thereafter, similarly to Samples 1 to 8, 20, and 21, a green compact was obtained from the mixed powder, and the lithium ion conductivity Ci was measured for the obtained green compact (Sample 17). For sample 18, after obtaining a green compact in the same manner as in sample 17, heat treatment is performed in the same manner as in samples 9 to 16, 22, 23 to obtain a heated product, and the obtained heated product (sample 18) As a target, the lithium ion conductivity Ci was measured.

また、サンプル19については、作製されたLLZ−MgSr粉末を、直径12mmの金型で厚さが1.5mm程度になるようにプレス成型し、冷間静水等方圧プレス機(CIP)を用いて1.5t/cmの静水圧を印加して成型体を得た。得られた成型体を成型体と同様の組成の仮焼粉末で覆い、窒素雰囲気で1100℃、4時間の熱処理を行うことにより焼結体を得た。なお、この焼結体を粉砕処理して主結晶相をXRDで同定したところ、この焼結体の結晶構造はイオン伝導率Ciの高いLLZ立方晶であった。焼結体の両面を研磨し、金蒸着を施すことによって測定用試料を得た。得られた測定用試料(サンプル19)を対象として、サンプル1〜8と同様にリチウムイオン伝導率Ciを測定した。 For sample 19, the prepared LLZ-MgSr powder was press-molded with a mold having a diameter of 12 mm to a thickness of about 1.5 mm, and a cold isostatic press (CIP) was used. Then, a hydrostatic pressure of 1.5 t/cm 2 was applied to obtain a molded body. The obtained molded body was covered with a calcined powder having the same composition as that of the molded body, and heat-treated at 1100° C. for 4 hours in a nitrogen atmosphere to obtain a sintered body. When this sintered body was pulverized and the main crystal phase was identified by XRD, the crystal structure of this sintered body was an LLZ cubic crystal with a high ionic conductivity Ci. Both surfaces of the sintered body were polished and gold vapor deposition was performed to obtain a measurement sample. The lithium ion conductivity Ci was measured for the obtained measurement sample (Sample 19) as in Samples 1 to 8.

また、図6に示すサンプル4,12,20〜23については、リチウムイオン伝導体LICにおけるハロゲン化リチウムの分布の偏りの大きさを示す指標としての、破断面の酸化物系イオン伝導体粒子とハロゲン化リチウムとの存在割合から標準偏差σを算出した。本明細書で、破断面とは、サンプルに対し、外力を加え破壊したときに出る断面のことを言い、研磨やイオンビーム等で加工した断面である切断面ではない断面のことである。また、上記指標としての破断面の酸化物系イオン伝導体粒子とハロゲン化リチウムとの存在割合から算出した標準偏差σは、以下の方法で求めることができる。まずサンプルの破断面をSEM−EDS測定により元素分析を行い、酸化物系リチウムイオン伝導体を構成する元素のうち、ハロゲン化リチウムに含まれる元素と酸素元素を除いた元素の中から代表元素X選び、また、ハロゲン化リチウムのハロゲン元素Yを選ぶ。図6に示すサンプルでは、酸化物系リチウムイオン伝導体を構成する代表元素X(以下、単に「元素X」と呼ぶ)として、La(ランタン)を選択し、ハロゲン化リチウムのハロゲン元素Y(以下、単に「元素Y」と呼ぶ)として、I(ヨウ素)を選択した。次に、破断面における元素Xに対する元素Yの比率Y/Xを算出する。ここで比率Y/Xについてサンプルの9箇所以上で算出する。なお、9箇所以上の選定は無作為でよい。さらに、算出した9箇所以上の比率Y/Xについて、平均値を算出する。9箇所以上で算出した比率Y/Xを平均値で除算して、この除算値(9点以上)について、平均値に対する標準偏差σを算出する。 Further, in Samples 4, 12, and 20 to 23 shown in FIG. 6, oxide-based ionic conductor particles having a fracture surface as an index showing the degree of deviation of the distribution of lithium halide in the lithium ionic conductor LIC. The standard deviation σ was calculated from the ratio of existence with lithium halide. In the present specification, the fracture surface refers to a cross section that appears when an external force is applied to the sample to break it, and is a cross section that is a cross section processed by polishing, ion beam, or the like, and is not a cut surface. The standard deviation σ calculated from the abundance ratio of the oxide-based ionic conductor particles on the fractured surface and the lithium halide as the above index can be obtained by the following method. First, the fracture surface of the sample is subjected to elemental analysis by SEM-EDS measurement, and among the elements constituting the oxide-based lithium ion conductor, the representative element X is selected from the elements excluding the element contained in lithium halide and the oxygen element. Also, the halogen element Y of lithium halide is selected. In the sample shown in FIG. 6, La (lanthanum) is selected as the representative element X (hereinafter, simply referred to as “element X”) that constitutes the oxide-based lithium ion conductor, and the halogen element Y of lithium halide (hereinafter referred to as “element X”) is selected. , (Referred to simply as “element Y”), I (iodine) was selected. Next, the ratio Y/X of the element Y to the element X in the fracture surface is calculated. Here, the ratio Y/X is calculated at nine or more points in the sample. It should be noted that selection of 9 or more locations may be random. Further, an average value is calculated for the calculated ratios Y/X at nine or more locations. The ratio Y/X calculated at nine or more locations is divided by the average value, and the standard deviation σ with respect to the average value is calculated for this divided value (9 points or more).

リチウムイオン伝導体LICにおけるハロゲン化リチウムの分布の偏りが十分に小さい場合は、上記標準偏差σは0.6未満となる。また、リチウムイオン伝導体LICにおけるハロゲン化リチウムの分布の偏りが極めて小さい場合は、上記標準偏差σは0.4未満となる。そのため、上記標準偏差σが0.6未満であると、ハロゲン化リチウムの分布の偏りが十分に小さく、リチウムイオン伝導率Ciが大きく向上するため、好ましい。また、上記標準偏差σが0.4未満であると、ハロゲン化リチウムの分布の偏りが極めて小さく、リチウムイオン伝導率Ciが極めて大きく向上するため、さらに好ましい。 When the deviation of the distribution of lithium halide in the lithium ion conductor LIC is sufficiently small, the standard deviation σ is less than 0.6. When the deviation of the distribution of lithium halide in the lithium ion conductor LIC is extremely small, the standard deviation σ is less than 0.4. Therefore, when the standard deviation σ is less than 0.6, the deviation of the distribution of lithium halide is sufficiently small and the lithium ion conductivity Ci is greatly improved, which is preferable. Further, when the standard deviation σ is less than 0.4, the deviation of the distribution of lithium halide is extremely small, and the lithium ion conductivity Ci is extremely improved, which is more preferable.

また、図6に示すサンプル4,12,20〜23については、リチウムイオン伝導体LICの断面(破断面および切断面)におけるハロゲン化リチウムの面積割合であるハロゲン化リチウム面積割合(%)を算出した。なお、リチウムイオン伝導体LICの破断面におけるハロゲン化リチウム面積割合をZaと表し、リチウムイオン伝導体LICの切断面におけるハロゲン化リチウム面積割合をZbと表す。ここで、破断面とは上述の破断面と同義である。さらに、本明細書において、切断面とは、研磨やイオンビーム等で加工した断面のことを言い、上述の破断面とは異なる断面である。切断面は、例えばクロスセクションポリッシャ法(CP法)等で得ることができる。また、破断面におけるハロゲン化リチウム面積割合Zaと切断面におけるハロゲン化リチウム面積割合Zbは、SEM−EDSによる元素マッピングにより求めることができる。 For samples 4, 12, 20 to 23 shown in FIG. 6, the lithium halide area ratio (%), which is the area ratio of lithium halide in the cross section (broken surface and cut surface) of the lithium ion conductor LIC, was calculated. did. The lithium halide area ratio on the fracture surface of the lithium ion conductor LIC is represented by Za, and the lithium halide area ratio on the cut surface of the lithium ion conductor LIC is represented by Zb. Here, the fracture surface has the same meaning as the above-mentioned fracture surface. Further, in the present specification, the cut surface refers to a cross section processed by polishing, ion beam, or the like, and is a cross section different from the above fracture surface. The cut surface can be obtained by, for example, the cross section polisher method (CP method) or the like. Further, the lithium halide area ratio Za at the fracture surface and the lithium halide area ratio Zb at the cut surface can be obtained by element mapping by SEM-EDS.

リチウムイオン伝導体LICが、破断面におけるハロゲン化リチウム面積割合Zaが切断面におけるハロゲン化リチウム面積割合Zbより大きいという関係(Za > Zb)を満たすと、リチウムイオン伝導率Ciが大きく向上するため、好ましい。さらに、切断面におけるハロゲン化リチウム面積割合Zbに対する破断面におけるハロゲン化リチウム面積割合Zaの比が1.3より大きいという関係((Za/Zb)>1.3)を満たすと、リチウムイオン伝導率Ciがさらに大きく向上するため、さらに好ましい。なお、リチウムイオン伝導体LICが、Za > Zbの関係を満たすということは、酸化物系リチウムイオン伝導体粒子の間にハロゲン化リチウム粒子が存在する領域が多いことを示す。つまりは、酸化物系リチウムイオン伝導体粒子がハロゲン化リチウム粒子で覆われている領域が多いともいえる。このように言える理由としては、破断面は外力による破壊によって得られる断面であるため、酸化物系リチウムイオン伝導体粒子同士の間で破断されることになる。つまり、酸化物系リチウムイオン伝導体粒子の間にハロゲン化リチウム粒子が存在する領域が多い形態では、ハロゲン化リチウム粒子が多く表出することとなる。一方、切断面とは、研磨面もしくはイオンビーム等で加工した断面であるため、酸化物系リチウムイオン伝導体粒子も切断され、酸化物系リチウムイオン伝導体粒子の内部組織が表出することになる。その結果、破断面に比べて切断面の方が酸化物系リチウムイオン伝導体粒子の表出割合が大きくなる。しかし、酸化物系リチウムイオン伝導体粒子の間にハロゲン化リチウム粒子が存在する領域が存在しない形態では、破断面におけるハロゲン化リチウム面積割合Zaと、切断面におけるハロゲン化リチウム面積割合Zbとを比べても違いがほとんど表れない(つまり、Za≒Zb(ZaとZbとはほぼ等しい)となる)。よって、破断面におけるハロゲン化リチウム面積割合をZaとし、切断面におけるハロゲン化リチウム面積割合をZbとしたときZa > Zbの関係を満たすことで、酸化物系リチウムイオン伝導体粒子の間にハロゲン化リチウム粒子が存在する領域が多いと言える。 When the lithium ion conductor LIC satisfies the relationship (Za>Zb) that the lithium halide area ratio Za at the fracture surface is greater than the lithium halide area ratio Zb at the cut surface, the lithium ion conductivity Ci is significantly improved. preferable. Further, when the relationship that the ratio of the lithium halide area ratio Za at the fracture surface to the lithium halide area ratio Zb at the cut surface is larger than 1.3 ((Za/Zb)>1.3), the lithium ion conductivity is increased. It is more preferable because Ci is further improved. The fact that the lithium ion conductor LIC satisfies Za>Zb means that there are many regions where lithium halide particles are present between the oxide-based lithium ion conductor particles. That is, it can be said that there are many regions where the oxide-based lithium ion conductor particles are covered with the lithium halide particles. The reason that can be said in this way is that the fracture surface is a cross section obtained by fracture due to an external force, and therefore fracture occurs between the oxide-based lithium ion conductor particles. That is, in a form in which there are many regions in which lithium halide particles are present between oxide-based lithium ion conductor particles, many lithium halide particles are exposed. On the other hand, the cut surface is a polished surface or a cross section processed by an ion beam or the like, so that the oxide-based lithium ion conductor particles are also cut and the internal structure of the oxide-based lithium ion conductor particles is exposed. Become. As a result, the exposed surface of the oxide-based lithium ion conductor particles is higher in the cut surface than in the fracture surface. However, in the form in which there is no region where the lithium halide particles are present between the oxide-based lithium ion conductor particles, the lithium halide area ratio Za at the fracture surface is compared with the lithium halide area ratio Zb at the cut surface. However, the difference hardly appears (that is, Za≈Zb (Za and Zb are almost equal)). Therefore, when the lithium halide area ratio in the fractured surface is Za and the lithium halide area ratio in the cut surface is Zb, the relationship of Za>Zb is satisfied, so that the halogen compounds are oxidized between the oxide-based lithium ion conductor particles. It can be said that there are many regions where lithium particles exist.

(測定結果)
図5および図7に示すように、サンプル10〜15は、サンプル2〜7と比較して高いリチウムイオン伝導率Ciを示した。そのため、LLZ−MgSrとLiIとの混合粉末に対して80℃程度の熱処理を行うと、リチウムイオン伝導率Ciが高くなると言える。これは、熱処理によってLiIが融着し、LiIによってLLZ−MgSr粒子同士の間の空隙が埋められた状態となり、粒子間の密着性が高くなるためであると考えられる。
(Measurement result)
As shown in FIGS. 5 and 7, Samples 10 to 15 exhibited higher lithium ion conductivity Ci than Samples 2 to 7. Therefore, it can be said that when the mixed powder of LLZ-MgSr and LiI is heat-treated at about 80° C., the lithium ion conductivity Ci increases. It is considered that this is because LiI is fused by the heat treatment and the LiI fills the voids between the LLZ-MgSr particles, and the adhesion between the particles is increased.

図8および図9は、加熱処理が実行されていないリチウムイオン伝導体LICの構成を示す説明図である。図8には、サンプル4の破断面のSEM画像(1000倍)が示されており、図9には、図8に対応するサンプル4の破断面のSEM−EDS画像(元素マッピング画像)(1000倍)が示されている。図9では、La(ランタン)が青で示され、Zr(ジルコニウム)が赤で示され、I(ヨウ素)が緑で示されている。図8および図9に示すように、加熱処理が実行されていないリチウムイオン伝導体LIC(サンプル4)では、酸化物系リチウムイオン伝導体(具体的にはLLZ−MgSr)の粒子52同士の間にハロゲン化リチウム(具体的にはLiI)含有粒子54が存在する箇所があるものの、LiIの分散度が小さいため、粒子間の密着性が比較的低い。そのため、サンプル4では、リチウムイオン伝導率Ciが比較的低い。これに対し、上述した図2および図3に示すように、加熱処理が実行されたリチウムイオン伝導体LIC(サンプル12)では、LiIの分散度が高く、粒子間の密着性が高いため、リチウムイオン伝導率Ciが比較的高くなっている。 8 and 9 are explanatory views showing the configuration of the lithium ion conductor LIC on which the heat treatment is not performed. FIG. 8 shows a SEM image (1000 times) of the fracture surface of Sample 4, and FIG. 9 shows an SEM-EDS image (elemental mapping image) of the fracture surface of Sample 4 corresponding to FIG. Times) are shown. In FIG. 9, La (lanthanum) is shown in blue, Zr (zirconium) is shown in red, and I (iodine) is shown in green. As shown in FIGS. 8 and 9, in the lithium ion conductor LIC (Sample 4) in which the heat treatment is not performed, the particles 52 of the oxide-based lithium ion conductor (specifically, LLZ-MgSr) are provided. Although there is a portion where the lithium halide (specifically, LiI)-containing particles 54 exist, since the degree of dispersion of LiI is small, the adhesion between particles is relatively low. Therefore, in sample 4, the lithium ion conductivity Ci is relatively low. On the other hand, as shown in FIG. 2 and FIG. 3 described above, in the lithium ion conductor LIC (Sample 12) that has been subjected to the heat treatment, the degree of dispersion of LiI is high and the adhesion between particles is high, so The ionic conductivity Ci is relatively high.

なお、図7には、サンプル9〜16のプロット(P9〜P16)から導かれる3次の近似曲線ACの一部が示されている。この近似曲線ACに基づくと、酸化物系割合Xが30%以上、100%未満(30≦X<100)であれば、おおよそ1.0×10−5S/cm以上のリチウムイオン伝導率Ciが得られるため、好ましいと言える。また、酸化物系割合Xが38%以上、97%以下(38≦X≦97)であれば、LLZ−MgSrの焼結体であるサンプル19と同等以上であるおおよそ1.0×10−3S/cm以上のリチウムイオン伝導率Ciが得られるため、さらに好ましいと言える。 It should be noted that FIG. 7 shows a part of a third-order approximation curve AC derived from the plots (P9 to P16) of Samples 9 to 16. Based on this approximate curve AC, if the oxide system proportion X is 30% or more and less than 100% (30≦X<100), the lithium ion conductivity Ci is approximately 1.0×10 −5 S/cm or more. Can be said to be preferable because Further, when the oxide system ratio X is 38% or more and 97% or less (38≦X≦97), it is equal to or more than that of the sample 19 which is a sintered body of LLZ-MgSr, and is approximately 1.0×10 −3. It can be said that it is more preferable because a lithium ion conductivity Ci of S/cm or more can be obtained.

また、サンプル18は、サンプル12と比較して高いリチウムイオン伝導率Ciを示した。そのため、遊星型ボールミルを用いた混合処理を行うと、乳鉢を用いた混合処理を行う場合と比べて、リチウムイオン伝導率Ciが高くなると言える。遊星型ボールミルを用いた混合処理を行うと、乳鉢を用いた混合処理を行う場合と比べて、リチウムイオン伝導体LICを構成する粒子の平均粒径が小さくなり、かつ、粒径のばらつきが小さくなるため、それらの内の少なくとも一方が原因となってリチウムイオン伝導率Ciが高くなるものと考えられる。なお、サンプル12の酸化物系リチウムイオン伝導体粒子の平均粒径は14.8μmであり、サンプル18の酸化物系リチウムイオン伝導体粒子の平均粒径は3.1μmであった。 In addition, the sample 18 exhibited a higher lithium ion conductivity Ci than the sample 12. Therefore, it can be said that when the mixing process using the planetary ball mill is performed, the lithium ion conductivity Ci becomes higher than when the mixing process using the mortar is performed. When the mixing process using the planetary ball mill is performed, the average particle size of the particles forming the lithium ion conductor LIC is smaller than that when performing the mixing process using the mortar, and the variation in the particle size is small. Therefore, it is considered that the lithium ion conductivity Ci becomes high due to at least one of them. The average particle diameter of the oxide-based lithium ion conductor particles of Sample 12 was 14.8 μm, and the average particle diameter of the oxide-based lithium ion conductor particles of Sample 18 was 3.1 μm.

また、図6に示すように、熱処理を実行していないサンプル4,20,21では、上述の標準偏差σが0.6以上となった。すなわち、これらのサンプルでは、ハロゲン化リチウムの分布の偏りが比較的大きいと言える。そのため、これらのサンプルでは、リチウムイオン伝導率Ciが比較的低い値を示した。一方、熱処理を実行したサンプル12,22,23では、上述の標準偏差σが0.6未満となった。すなわち、これらのサンプルでは、ハロゲン化リチウムの分布の偏りが比較的小さいと言える。そのため、これらのサンプルでは、リチウムイオン伝導率Ciが比較的高い値を示した。この結果から、上述の標準偏差σの値が0.6未満となることが好ましいと言える。 Further, as shown in FIG. 6, in Samples 4, 20, and 21 which were not subjected to the heat treatment, the above-mentioned standard deviation σ was 0.6 or more. That is, it can be said that in these samples, the uneven distribution of lithium halide is relatively large. Therefore, in these samples, the lithium ion conductivity Ci showed a relatively low value. On the other hand, in the samples 12, 22, and 23 that were subjected to the heat treatment, the above-mentioned standard deviation σ was less than 0.6. That is, it can be said that in these samples, the uneven distribution of the lithium halide distribution is relatively small. Therefore, in these samples, the lithium ion conductivity Ci showed a relatively high value. From this result, it can be said that the value of the standard deviation σ is preferably less than 0.6.

また、図6に示すように、熱処理を実行していないサンプル4では、破断面におけるハロゲン化リチウム面積割合Zaは切断面におけるハロゲン化リチウム面積割合Zbと同じ値であった(Za=Zb)。すなわち、このサンプルでは、酸化物系リチウムイオン伝導体粒子の間にハロゲン化リチウム粒子が存在する領域が少ない、または、存在しないと言える。そのため、このサンプルでは、リチウムイオン伝導率Ciが比較的低い値を示した。一方、熱処理を実行したサンプル12,22,23では、破断面におけるハロゲン化リチウム面積割合Zaは切断面におけるハロゲン化リチウム面積割合Zbより大きい値であった(Za>Zb)。すなわち、これらのサンプルでは、酸化物系リチウムイオン伝導体粒子の間にハロゲン化リチウム粒子が存在する領域が多いと言える。そのため、これらのサンプルでは、リチウムイオン伝導率Ciが比較的高い値を示した。この結果から、Za>Zbという関係を満たすことが好ましいと言える。 Further, as shown in FIG. 6, in Sample 4 in which the heat treatment was not performed, the lithium halide area ratio Za in the fracture surface was the same value as the lithium halide area ratio Zb in the cut surface (Za=Zb). That is, in this sample, it can be said that the area where the lithium halide particles are present between the oxide-based lithium ion conductor particles is small or does not exist. Therefore, in this sample, the lithium ion conductivity Ci showed a relatively low value. On the other hand, in Samples 12, 22, and 23 that were subjected to the heat treatment, the lithium halide area ratio Za at the fracture surface was larger than the lithium halide area ratio Zb at the cut surface (Za>Zb). That is, in these samples, it can be said that there are many regions where the lithium halide particles are present between the oxide-based lithium ion conductor particles. Therefore, in these samples, the lithium ion conductivity Ci showed a relatively high value. From this result, it can be said that it is preferable to satisfy the relationship of Za>Zb.

図10および図11は、本実施形態のリチウムイオン伝導体LICの構成を示す説明図である。図10には、サンプル12の切断面のSEM画像(1000倍)が示されており、図11には、図10に対応するサンプル12の切断面のSEM−EDS画像(元素マッピング画像)(1000倍)が示されている。図11では、La(ランタン)が青で示され、Zr(ジルコニウム)が赤で示され、I(ヨウ素)が緑で示されている。図10および図11に示すように、リチウムイオン伝導体LICの切断面では、図2および図3に示すリチウムイオン伝導体LICの破断面と比較して、ハロゲン化リチウム面積割合(Zb)が小さくなっている。 10 and 11 are explanatory views showing the configuration of the lithium ion conductor LIC of this embodiment. FIG. 10 shows a SEM image (1000 times) of the cut surface of the sample 12, and FIG. 11 shows a SEM-EDS image (elemental mapping image) (1000) of the cut surface of the sample 12 corresponding to FIG. Times) are shown. In FIG. 11, La (lanthanum) is shown in blue, Zr (zirconium) is shown in red, and I (iodine) is shown in green. As shown in FIGS. 10 and 11, in the cross section of the lithium ion conductor LIC, the lithium halide area ratio (Zb) is smaller than that in the fracture surface of the lithium ion conductor LIC shown in FIGS. 2 and 3. Has become.

なお、酸化物系リチウムイオン伝導体として、LLZに対してAlの元素置換を行ったもの(以下、「LLZ―Al」という)を用いたサンプル(酸化物系割合X=50%)、および、酸化物系リチウムイオン伝導体としてLAGPを用いたサンプル(酸化物系割合X=50%)についても、同様にリチウムイオン伝導率Ciを測定した。これらのサンプルは、使用材料以外の条件(酸化物系割合X、混合処理方法、熱処理条件)は、上記サンプル12と同様である。測定の結果、これらの酸化物系リチウムイオン伝導体としてLLZ―AlやLAGPを用いたサンプルにおいても、4.4×10−4S/cmおよび1.2×10−4S/cm程度の高いリチウムイオン伝導率Ciを示すことが確認された。 A sample (oxide-based ratio X=50%) using an oxide-based lithium ion conductor obtained by substituting Al for LLZ (hereinafter referred to as “LLZ-Al”), and The lithium ion conductivity Ci was similarly measured for a sample using LAGP as the oxide lithium ion conductor (oxide ratio X=50%). The conditions (oxide ratio X, mixing treatment method, heat treatment conditions) other than the materials used for these samples are the same as those of the sample 12. As a result of the measurement, even in the samples using LLZ-Al or LAGP as these oxide-based lithium ion conductors, it is as high as 4.4×10 −4 S/cm and 1.2×10 −4 S/cm. It was confirmed that the lithium ion conductivity Ci was exhibited.

なお、リチウムイオン伝導体LICにおける酸化物系割合Xは、以下の方法により測定することができる。リチウムイオン伝導体LICが粒子である場合、この粒子を樹脂等に埋めて固定したのち、研磨や、クロスセクションポリッシャ法(CP法)などにより粒子の切断面を取得する。この切断面に対してSEM−EDS分析を行い上述の「元素X」の割合を求めることで、酸化物系リチウムイオン伝導体の面積割合を算出する。次に全体を100%と仮定して、100%からの酸化物系リチウムイオン伝導体の面積割合を減算した値をハロゲン化リチウムの面積割合とする。また、リチウムイオン伝導体LICがバルク体である場合、このバルク体に対して、研磨や、クロスセクションポリッシャ法(CP法)などによりバルク体の切断面を取得する。この切断面に対してSEM−EDS分析を行い上述の「元素X」の割合を求めることで、酸化物系リチウムイオン伝導体の面積割合を算出する。次に全体を100%と仮定して、100%からの酸化物系リチウムイオン伝導体の面積割合を減算した値をハロゲン化リチウムの面積割合とする。なお、リチウムイオン伝導体LICが他の材料と混ぜて使用されているバルク体の場合(例えば、電極材料として使われる場合)、XRDによる結晶構造解析により、混在している物質の同定を行う。次いで、このバルク体に対して研磨や、クロスセクションポリッシャ法(CP法)などによりバルク体の切断面を取得する。この切断面に対してSEM−EDS分析を行い、XRDの結果と合わせて、リチウムイオン伝導体LICと他の材料との分別を行う。そして、リチウムイオン伝導体LICの部分に対して、SEM−EDSによる元素分析の結果から、上述の「元素X」の割合を算出し、酸化物系リチウムイオン伝導体の面積割合とする。次にリチウムイオン伝導体LICの部分の全体を100%と仮定して、100%からの酸化物系リチウムイオン伝導体の面積割合を減算した値をハロゲン化リチウムの面積割合とする。つまり、このような場合は、他の材料(例えば、電極活物質や導電助剤等)の占める割合は除外して考えるものとする。 The oxide-based proportion X in the lithium ion conductor LIC can be measured by the following method. When the lithium ion conductor LIC is a particle, the particle is embedded in a resin or the like and fixed, and thereafter, a cut surface of the particle is obtained by polishing, a cross section polisher method (CP method) or the like. The area ratio of the oxide-based lithium ion conductor is calculated by performing SEM-EDS analysis on this cut surface and determining the ratio of the “element X” described above. Next, assuming that the whole is 100%, a value obtained by subtracting the area ratio of the oxide-based lithium ion conductor from 100% is taken as the area ratio of lithium halide. When the lithium ion conductor LIC is a bulk body, the cut surface of the bulk body is obtained by polishing, cross section polisher method (CP method) or the like for this bulk body. The area ratio of the oxide-based lithium ion conductor is calculated by performing SEM-EDS analysis on this cut surface and determining the ratio of the “element X” described above. Next, assuming that the whole is 100%, a value obtained by subtracting the area ratio of the oxide-based lithium ion conductor from 100% is taken as the area ratio of lithium halide. In the case of a bulk body in which the lithium ion conductor LIC is used by being mixed with another material (for example, when it is used as an electrode material), the mixed substances are identified by crystal structure analysis by XRD. Next, the cut surface of the bulk body is obtained by polishing or the cross section polisher method (CP method) for this bulk body. SEM-EDS analysis is performed on this cut surface, and together with the result of XRD, the lithium ion conductor LIC and other materials are separated. Then, with respect to the portion of the lithium ion conductor LIC, the ratio of the “element X” described above is calculated from the result of the elemental analysis by SEM-EDS, and is set as the area ratio of the oxide-based lithium ion conductor. Next, assuming that the entire portion of the lithium ion conductor LIC is 100%, a value obtained by subtracting the area ratio of the oxide-based lithium ion conductor from 100% is taken as the area ratio of lithium halide. That is, in such a case, the proportion occupied by other materials (for example, the electrode active material, the conductive auxiliary agent, etc.) is excluded.

B.変形例:
本明細書で開示される技術は、上記実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の形態に変形することができ、例えば次のような変形も可能である。
B. Modification:
The technology disclosed in this specification is not limited to the above-described embodiment, and can be modified into various forms without departing from the gist thereof, and the following modifications are possible, for example.

上記実施形態では、上述した構成のリチウムイオン伝導体LICが電解質層112と正極層114と負極層116とのすべてに含まれるとしているが、上述した構成のリチウムイオン伝導体LICは電解質層112と正極層114と負極層116との少なくとも1つに含まれていればよく、電解質層112と正極層114と負極層116とのいずれかに他の構成のリチウムイオン伝導体LIC(例えば、硫化物系リチウムイオン伝導体や酸化物系リチウムイオン伝導体)が含まれるとしてもよい。また、電解質層112と正極層114との間、または、電解質層112と負極層116との間、または、その両方に中間層を設け、この中間層のみに上述した構成のリチウムイオン伝導体LICが含まれるとしてもよい。また、上述した構成のリチウムイオン伝導体LICが、中間層と電解質層112と正極層114と負極層116とのすべてに含まれるとしてもよい。 In the above-described embodiment, the lithium ion conductor LIC having the above-described configuration is included in all of the electrolyte layer 112, the positive electrode layer 114, and the negative electrode layer 116. However, the lithium-ion conductor LIC having the above-described configuration does not include the electrolyte layer 112. It may be contained in at least one of the positive electrode layer 114 and the negative electrode layer 116, and any one of the electrolyte layer 112, the positive electrode layer 114, and the negative electrode layer 116 may have a lithium ion conductor LIC (for example, sulfide) having another structure. System lithium ion conductor or oxide system lithium ion conductor) may be included. Further, an intermediate layer is provided between the electrolyte layer 112 and the positive electrode layer 114, or between the electrolyte layer 112 and the negative electrode layer 116, or both of them, and only the intermediate layer has the above-described lithium ion conductor LIC. May be included. The lithium ion conductor LIC having the above-described configuration may be included in all of the intermediate layer, the electrolyte layer 112, the positive electrode layer 114, and the negative electrode layer 116.

また、上記実施形態における各部材を形成する材料は、あくまで例示であり、各部材が他の材料により形成されてもよい。 In addition, the material forming each member in the above embodiment is merely an example, and each member may be formed of another material.

また、上記実施形態では、全固体電池102に用いられるリチウムイオン伝導体LICを例に説明したが、本願発明は、リチウム空気電池やリチウムフロー電池等のリチウムイオン伝導性の固体電解質を利用する他のリチウム電池に用いられるリチウムイオン伝導体LICや、リチウム電池以外に用いられるリチウムイオン伝導体LICにも適用可能である。 Further, although the lithium ion conductor LIC used in the all-solid-state battery 102 has been described as an example in the above embodiment, the present invention uses a lithium-ion conductive solid electrolyte such as a lithium air battery or a lithium flow battery. It is also applicable to the lithium ion conductor LIC used for the lithium battery and the lithium ion conductor LIC used for other than the lithium battery.

52:酸化物系リチウムイオン伝導体粒子 54:ハロゲン化リチウム含有粒子 102:全固体リチウムイオン二次電池 110:電池本体 112:電解質層 114:正極層 116:負極層 154:集電部材 156:集電部材 52: Oxide-based lithium ion conductor particles 54: Lithium halide-containing particles 102: All-solid-state lithium ion secondary battery 110: Battery body 112: Electrolyte layer 114: Positive electrode layer 116: Negative electrode layer 154: Current collecting member 156: Collection Electrical member

Claims (8)

複数の酸化物系リチウムイオン伝導体粒子を備えるイオン伝導体において、
2つの前記酸化物系リチウムイオン伝導体粒子の間にハロゲン化リチウムが存在する領域を有し、
前記イオン伝導体の破断面における前記ハロゲン化リチウムの面積割合をZaとし、前記イオン伝導体の切断面における前記ハロゲン化リチウムの面積割合をZbとしたとき、Za>Zbの関係を満たすことを特徴とする、イオン伝導体。
In an ionic conductor comprising a plurality of oxide-based lithium ion conductor particles,
A region in which lithium halide is present between the two oxide-based lithium ion conductor particles,
When the area ratio of the lithium halide on the fracture surface of the ionic conductor is Za and the area ratio of the lithium halide on the cut surface of the ionic conductor is Zb, the relation Za>Zb is satisfied. Ion conductor.
請求項1に記載のイオン伝導体であって、
前記ハロゲン化リチウムは、ヨウ化リチウムであることを特徴とする、イオン伝導体。
The ionic conductor according to claim 1, wherein
The ionic conductor, wherein the lithium halide is lithium iodide.
請求項1または請求項2に記載のイオン伝導体であって、
前記イオン伝導体における前記ハロゲン化リチウムの分布の偏りの大きさを示す指標として破断面における前記酸化物系リチウムイオン伝導体粒子と前記ハロゲン化リチウムとの存在割合から算出した標準偏差の値が0.6未満であることを特徴とする、イオン伝導体。
The ionic conductor according to claim 1 or 2, wherein
The value of the standard deviation calculated from the abundance ratios of the oxide-based lithium ion conductor particles and the lithium halide on the fracture surface is 0 as an index showing the degree of deviation of the distribution of the lithium halide in the ionic conductor. Ion conductor characterized by being less than 0.6.
請求項1から請求項3までのいずれか一項に記載のイオン伝導体であって、
前記イオン伝導体の少なくとも1つの切断面において、前記酸化物系リチウムイオン伝導体粒子が占める面積と前記ハロゲン化リチウムを含む粒子が占める面積との割合をXa:(100−Xa)としたとき、30≦Xa<100を満たすことを特徴とする、イオン伝導体。
The ion conductor according to any one of claims 1 to 3,
When the ratio of the area occupied by the oxide-based lithium ion conductor particles and the area occupied by the particles containing lithium halide is Xa:(100-Xa) on at least one cut surface of the ionic conductor, An ionic conductor, which satisfies 30≦Xa<100.
請求項4に記載のイオン伝導体であって、
前記イオン伝導体の少なくとも1つの切断面において、前記酸化物系リチウムイオン伝導体粒子が占める面積と前記ハロゲン化リチウムを含む粒子が占める面積との割合をXa:(100−Xa)としたとき、38≦Xa≦97を満たすことを特徴とする、イオン伝導体。
The ionic conductor according to claim 4, wherein
When the ratio of the area occupied by the oxide-based lithium ion conductor particles and the area occupied by the particles containing lithium halide is Xa:(100-Xa) on at least one cut surface of the ionic conductor, An ionic conductor, which satisfies 38≦Xa≦97.
請求項1から請求項5までのいずれか一項に記載のイオン伝導体であって、
25℃におけるリチウムイオン伝導率が、1.0×10−5S/cm以上であることを特徴とする、イオン伝導体。
The ionic conductor according to any one of claims 1 to 5, wherein:
An ionic conductor having a lithium ion conductivity of 1.0×10 −5 S/cm or more at 25° C.
請求項1から請求項6までのいずれか一項に記載のイオン伝導体であって、
前記酸化物系リチウムイオン伝導体は、LiとZrとLaとOとを少なくとも含有するガーネット型構造もしくはガーネット型類似構造を有するイオン伝導体、および、LiとM(MはTi、Zr、Geの内の少なくとも1つ)とPとOとを少なくとも含有するNASICON型構造を有するイオン伝導体、および、LiとTiとLaとOとを少なくとも含有するペロブスカイト型構造を有するイオン伝導体の内の少なくとも1種類であることを特徴とする、イオン伝導体。
The ionic conductor according to any one of claims 1 to 6, wherein:
The oxide-based lithium ion conductor is an ionic conductor having a garnet type structure or a garnet type similar structure containing at least Li, Zr, La and O, and Li and M (M is Ti, Zr or Ge). At least one of the above), an ionic conductor having a NASICON type structure containing at least P and O, and an ionic conductor having a perovskite type structure containing at least Li, Ti, La and O. An ionic conductor characterized by being one type.
固体電解質層と、正極と、負極と、を備えるリチウム電池において、
前記固体電解質層と、前記正極と、前記負極との少なくとも1つは、請求項1から請求項7までのいずれか一項に記載のイオン伝導体を含むことを特徴とする、リチウム電池。
In a lithium battery including a solid electrolyte layer, a positive electrode, and a negative electrode,
At least one of the said solid electrolyte layer, the said positive electrode, and the said negative electrode contains the ionic conductor in any one of Claim 1-7, The lithium battery characterized by the above-mentioned.
JP2015220033A 2015-11-10 2015-11-10 Ion conductor and lithium battery Active JP6735083B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2015220033A JP6735083B2 (en) 2015-11-10 2015-11-10 Ion conductor and lithium battery

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2015220033A JP6735083B2 (en) 2015-11-10 2015-11-10 Ion conductor and lithium battery

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2017091788A JP2017091788A (en) 2017-05-25
JP6735083B2 true JP6735083B2 (en) 2020-08-05

Family

ID=58770895

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2015220033A Active JP6735083B2 (en) 2015-11-10 2015-11-10 Ion conductor and lithium battery

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP6735083B2 (en)

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6735425B2 (en) * 2018-05-01 2020-08-05 日本特殊陶業株式会社 Ion-conductive powder, ion-conductive compact, and power storage device
US20210104776A1 (en) * 2018-05-02 2021-04-08 Ngk Spark Plug Co., Ltd. Ionic conductor and electricity storage device
US20210020983A1 (en) * 2018-05-16 2021-01-21 Ngk Spark Plug Co., Ltd. Ionic conductor and lithium battery
EP3845495A4 (en) * 2018-08-30 2022-06-01 Kaneka Corporation Garnet-type composite metal oxide particles and method for producing same, and compression-molded product of garnet-type composite metal oxide
JP7217615B2 (en) * 2018-11-12 2023-02-03 Jx金属株式会社 Composite solid electrolyte pellet for unsintered all-solid-state lithium-ion battery and all-solid-state lithium-ion battery
JP6682709B1 (en) * 2019-02-19 2020-04-15 日本特殊陶業株式会社 Ion conductor, electricity storage device, and method for manufacturing ion conductor
WO2021256036A1 (en) * 2020-06-15 2021-12-23 株式会社カネカ Lithium ion-conducting garnet type oxide
WO2023013232A1 (en) * 2021-08-05 2023-02-09 パナソニックIpマネジメント株式会社 Solid electrolyte material and battery using same

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0381908A (en) * 1989-05-18 1991-04-08 Japan Synthetic Rubber Co Ltd Lithium ion conductive solid electrolyte
JP4930857B2 (en) * 2008-03-12 2012-05-16 住友電気工業株式会社 Electrolyte particles
JP5910112B2 (en) * 2012-01-26 2016-04-27 Tdk株式会社 Lithium ion conductive solid electrolyte
WO2013136446A1 (en) * 2012-03-13 2013-09-19 株式会社 東芝 Lithium-ion conducting oxide, solid electrolyte rechargeable battery, and battery pack
WO2013175991A1 (en) * 2012-05-24 2013-11-28 株式会社 村田製作所 All-solid-state battery and method for manufacturing same

Also Published As

Publication number Publication date
JP2017091788A (en) 2017-05-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6735083B2 (en) Ion conductor and lithium battery
JP6735425B2 (en) Ion-conductive powder, ion-conductive compact, and power storage device
JP6682707B2 (en) Ion conductor and electricity storage device
CN108604665A (en) Solid state battery, partition board, electrode and manufacturing method
JP6242620B2 (en) All solid battery
JP6682708B1 (en) Ion conductor and lithium battery
KR102381016B1 (en) secondary battery
JP2019125547A (en) Solid electrolyte powder, electrode mixture using the same, and all-solid sodium ion secondary battery
JP2017199539A (en) Solid electrolyte structure, lithium battery, and method of manufacturing solid electrolyte structure
WO2014038521A1 (en) Solid electrolyte ceramic material
JP2017088420A (en) Lithium ion conductive ceramic sintered compact, and lithium battery
JP6672485B2 (en) Ion conductor, lithium battery, and method for producing ionic conductor
KR20140005393A (en) Oxide solid electrolyte, method for manufacturing of the same and all-solid-state secondary battery using the same
JP6682709B1 (en) Ion conductor, electricity storage device, and method for manufacturing ion conductor
JP2018106799A (en) Lithium ion conductive ceramic material, and lithium battery
JP7045289B2 (en) Composite solid electrolyte powder for all-solid-state lithium-ion batteries and all-solid-state lithium-ion batteries
JP2018186016A (en) Lithium battery and manufacturing method thereof
JP7253956B2 (en) Method for producing lithium-ion conductor, lithium-ion conductor, and storage device
JP2019091583A (en) Lithium secondary battery
JP2018174181A (en) Solid electrolyte capacitor, and method for manufacturing solid electrolyte capacitor
WO2020170463A1 (en) Ion conductor, power storage device, and method for manufacturing ion conductor
JP7445504B2 (en) Lithium ion conductor, power storage device, and method for manufacturing lithium ion conductor
JP2018186017A (en) Lithium battery and manufacturing method thereof
JP7274670B2 (en) Ion-conducting solid-state and all-solid-state batteries
JP7445505B2 (en) Lithium ion conductor, power storage device, and method for manufacturing lithium ion conductor

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20181002

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20190710

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20190716

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20190829

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20200204

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20200306

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: 20200630

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20200713

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6735083

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

S531 Written request for registration of change of domicile

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313531

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250