JP6937198B2 - 固体電解質の製造方法、全固体電池用電極材料の製造方法、および全固体電池の製造方法 - Google Patents
固体電解質の製造方法、全固体電池用電極材料の製造方法、および全固体電池の製造方法 Download PDFInfo
- Publication number
- JP6937198B2 JP6937198B2 JP2017172621A JP2017172621A JP6937198B2 JP 6937198 B2 JP6937198 B2 JP 6937198B2 JP 2017172621 A JP2017172621 A JP 2017172621A JP 2017172621 A JP2017172621 A JP 2017172621A JP 6937198 B2 JP6937198 B2 JP 6937198B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- solution
- solid electrolyte
- mixing
- active material
- lagp
- 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
Links
- 239000007784 solid electrolyte Substances 0.000 title claims description 112
- 239000007772 electrode material Substances 0.000 title claims description 81
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims description 75
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 182
- 239000000243 solution Substances 0.000 claims description 122
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 90
- 229910021529 ammonia Inorganic materials 0.000 claims description 84
- 239000002994 raw material Substances 0.000 claims description 66
- 238000010304 firing Methods 0.000 claims description 61
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 61
- 229910005793 GeO 2 Inorganic materials 0.000 claims description 43
- 238000010979 pH adjustment Methods 0.000 claims description 36
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims description 34
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 33
- VHUUQVKOLVNVRT-UHFFFAOYSA-N Ammonium hydroxide Chemical compound [NH4+].[OH-] VHUUQVKOLVNVRT-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 29
- 230000020477 pH reduction Effects 0.000 claims description 26
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 22
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 21
- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims description 19
- 239000011149 active material Substances 0.000 claims description 11
- GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N Nitric acid Chemical compound O[N+]([O-])=O GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 239000007773 negative electrode material Substances 0.000 claims description 10
- 229910017604 nitric acid Inorganic materials 0.000 claims description 10
- 239000007774 positive electrode material Substances 0.000 claims description 10
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 claims description 10
- 239000011259 mixed solution Substances 0.000 claims description 8
- 238000004017 vitrification Methods 0.000 claims description 8
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 7
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 5
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 4
- 238000005245 sintering Methods 0.000 claims description 2
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 47
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 38
- 235000011114 ammonium hydroxide Nutrition 0.000 description 27
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 18
- 239000010408 film Substances 0.000 description 16
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 15
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 12
- 238000007630 basic procedure Methods 0.000 description 8
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 8
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 7
- 239000008188 pellet Substances 0.000 description 7
- 238000003980 solgel method Methods 0.000 description 7
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 6
- WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N Lithium Chemical compound [Li] WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 229910010413 TiO 2 Inorganic materials 0.000 description 5
- 230000002378 acidificating effect Effects 0.000 description 5
- 238000001354 calcination Methods 0.000 description 5
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 description 5
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 5
- 238000010532 solid phase synthesis reaction Methods 0.000 description 5
- 150000004703 alkoxides Chemical class 0.000 description 4
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 4
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 4
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 4
- 238000000748 compression moulding Methods 0.000 description 3
- 238000000465 moulding Methods 0.000 description 3
- 239000000047 product Substances 0.000 description 3
- 239000002228 NASICON Substances 0.000 description 2
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 description 2
- YBMRDBCBODYGJE-UHFFFAOYSA-N germanium dioxide Chemical compound O=[Ge]=O YBMRDBCBODYGJE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000012299 nitrogen atmosphere Substances 0.000 description 2
- 239000005486 organic electrolyte Substances 0.000 description 2
- BNGXYYYYKUGPPF-UHFFFAOYSA-M (3-methylphenyl)methyl-triphenylphosphanium;chloride Chemical compound [Cl-].CC1=CC=CC(C[P+](C=2C=CC=CC=2)(C=2C=CC=CC=2)C=2C=CC=CC=2)=C1 BNGXYYYYKUGPPF-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- NLXLAEXVIDQMFP-UHFFFAOYSA-N Ammonium chloride Substances [NH4+].[Cl-] NLXLAEXVIDQMFP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910009511 Li1.5Al0.5Ge1.5(PO4)3 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910011281 LiCoPO 4 Inorganic materials 0.000 description 1
- 240000007594 Oryza sativa Species 0.000 description 1
- 235000007164 Oryza sativa Nutrition 0.000 description 1
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- UCKMPCXJQFINFW-UHFFFAOYSA-N Sulphide Chemical compound [S-2] UCKMPCXJQFINFW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- YWJVFBOUPMWANA-UHFFFAOYSA-H [Li+].[V+5].[O-]P([O-])([O-])=O.[O-]P([O-])([O-])=O Chemical compound [Li+].[V+5].[O-]P([O-])([O-])=O.[O-]P([O-])([O-])=O YWJVFBOUPMWANA-UHFFFAOYSA-H 0.000 description 1
- 239000003929 acidic solution Substances 0.000 description 1
- 239000012670 alkaline solution Substances 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- LFVGISIMTYGQHF-UHFFFAOYSA-N ammonium dihydrogen phosphate Chemical compound [NH4+].OP(O)([O-])=O LFVGISIMTYGQHF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000387 ammonium dihydrogen phosphate Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000012298 atmosphere Substances 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 239000011247 coating layer Substances 0.000 description 1
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 description 1
- 230000008025 crystallization Effects 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 229940119177 germanium dioxide Drugs 0.000 description 1
- JEGUKCSWCFPDGT-UHFFFAOYSA-N h2o hydrate Chemical compound O.O JEGUKCSWCFPDGT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000010416 ion conductor Substances 0.000 description 1
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 description 1
- XIXADJRWDQXREU-UHFFFAOYSA-M lithium acetate Chemical compound [Li+].CC([O-])=O XIXADJRWDQXREU-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- SBWRUMICILYTAT-UHFFFAOYSA-K lithium;cobalt(2+);phosphate Chemical compound [Li+].[Co+2].[O-]P([O-])([O-])=O SBWRUMICILYTAT-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 235000019837 monoammonium phosphate Nutrition 0.000 description 1
- 230000001151 other effect Effects 0.000 description 1
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 description 1
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 238000012827 research and development Methods 0.000 description 1
- 235000009566 rice Nutrition 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 238000003836 solid-state method Methods 0.000 description 1
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 1
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL 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
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
-
- Y—GENERAL 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
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
Landscapes
- Conductive Materials (AREA)
- Secondary Cells (AREA)
- Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
Description
本発明は固体電解質の製造方法、全固体電池用電極材料の製造方法、および全固体電池の製造方法に関する。
リチウム二次電池は、各種二次電池の中でもエネルギー密度が高いことで知られている。しかし一般に普及しているリチウム二次電池は、電解質に可燃性の有機電解液を用いているため、リチウム二次電池では、液漏れ、短絡、過充電などに対する安全対策が他の電池よりも厳しく求められている。そこで近年、電解質に酸化物系や硫化物系の固体電解質を用いた全固体電池に関する研究開発が盛んに行われている。固体電解質は、固体中でイオン伝導が可能なイオン伝導体を主体として構成される材料であり、従来のリチウム二次電池のように可燃性の有機電解液に起因する各種問題が原理的に発生しない。そして全固体電池は層状の正極（正極層）と層状の負極（負極層）との間に層状の固体電解質（電解質層）が狭持されてなる一体的な焼結体（以下、積層電極体とも言う）に集電体を形成した構造を有している。
積層電極体の製造方法としては金型を用いて原料粉体を加圧して得た成形体を焼成する方法（以下、圧縮成形法とも言う）や周知のグリーンシートを用いた方法（以下、グリーンシート法）などがある。圧縮成形法では、金型内に正極層、固体電解質層、および負極層の各層の原料粉体を順次層状に充填して一軸方向に加圧することによって得た成形体を焼成して積層電極体を得る。
グリーンシート法は、正極活物質と固体電解質を含むスラリー状の正極層材料、負極活物質と固体電解質を含むスラリー状の負極層材料、および固体電解質を含むスラリー状の固体電解質層材料をそれぞれシート状（グリーンシート）に成形するとともに、固体電解質層材料のグリーンシートを正極層材料と負極層材料のグリーンシートで挟持した積層体を焼成して焼結体にすることで作製される。なお正極層および負極層（以下、総称して電極層とも言う）に含まれている固体電解質は、粉体状の正極活物質および負極活物質の粒子間に介在して電極層にイオン伝導性を発現させる機能を担っている。
正極活物質や負極活物質（以下、総称して電極活物質とも言う）としては従来のリチウム二次電池に使用されていた材料を使用することができる。また全固体電池では可燃性の電解液を用いないことから、より高い電位差が得られる電極活物質についても研究されている。固体電解質としては、一般式ＬｉａＸｂＹｃＰｄＯｅで表されるＮＡＳＩＣＯＮ型酸化物系の固体電解質があり、当該ＮＡＳＩＣＯＮ型酸化物系の固体電解質としては、Ｌｉ１＋ｘＡｌｘＧｅ２−ｘ（ＰＯ４）３（但し、０＜ｘ≦１、以下、ＬＡＧＰとも言う）がよく知られている。なお、以下の特許文献１にはｘ＝０．５のＬＡＧＰについて記載されている、そしてＬＡＧＰは、複数の化合物を含む粉体状の原料を高温で焼成する固相法によって製造するのが一般的である。なお、ＬＡＧＰの製造方法としては、他に、金属アルコキシドを原料とした周知のゾルゲル法があり、以下の非特許文献１にはゾルゲル法によるＬＡＧＰの作製方法について記載されている。また、以下の特許文献２には、電極活物質の表面にイオン伝導性を有する被膜を形成する方法について記載されている。
Masashi Kotobuki, Keigo Hoshina, Yasuhiro Isshiki, Kiyoshi Kanamura、「 PREPARATION OF Li1.5Al0.5Ge1.5(PO4)3 SOLID ELECTROLYTE BY SOL-GEL METHOD」、Phosphorus Research Bulletin 、Vol.25(2011)、pp.061-063
全固体電池の基本構成である積層電極体は、固体電解質層を正極層と負極層で挟持した構造の焼結体からなる。上述したように、固体電解質は、固体電解質層だけではなく電極層にも含まれている。そして、電極層のイオン伝導性を高めるためには電極活物質の粒子間に固体電解質の粒子を介在させるのではなく、電極活物質の粒子表面に固体電解質の被膜を形成することがより好ましい。ＬＡＧＰは、焼成によって結晶化することでイオン伝導度を発現することから、電極活物質の粒子表面にＬＡＧＰの被膜を形成するためには、焼成前の電極層中の粉体材料（以下、電極材料とも言う）にＬＡＧＰを非晶質の状態で含ませる必要がある。
しかし、固相法を用いてＬＡＧＰの被膜を電極活物質の粒子表面に形成する場合、粉体状の非晶質のＬＡＧＰと粉体状の電極活物質とを混合した電極材料を焼成することになるため、異なる粉体材料同士を極めて均一に混合することが難しい。異なる粉体材料同士が均一に混合されなければ、電極層中のイオン伝導度に偏りが生じる可能性がある。
一方、ゾルゲル法では、原料となる金属アルコキシドを含んだゾルと電極活物質を混合した上でゾルをゲル化し、さらに熱処理によって生成させた非晶質のＬＡＧＰを焼成するという手順でＬＡＧＰの結晶を得る。そして、ゾルゲル法を用いて電極活物質の粒子表面にＬＡＧＰの被膜を形成する場合、非晶質のＬＡＧＰが生成される以前にＬＡＧＰの原料と電極活物質を混合することができる。そのため、金属活物質の粒子表面に非晶質のＬＡＧＰの被膜を効果的に形成することができる。
しかしながら、ゾルゲル法を用いてＬＡＧＰを作製する場合、原料に高価な金属アルコキシドを用いるため原料コストが増大する。また、金属アルコキシドが水と反応することから、その反応を抑制するために乾燥雰囲気内で被膜層となる化合物を作製する必要がある。したがって、ゾルゲル法によってＬＡＧＰを製造したり、ＬＡＧＰの被膜を電極活物質の粒子表面に形成したりするためには、その製造設備に掛かるコストも増大する。もちろん、電極活物質の粒子表面に被膜を形成するためのものに限らず、ＬＡＧＰをより低コストで作製することも必要である。
そこで本発明は、固体電解質、電極活物質の粒子表面にＬＡＧＰからなる固体電解質の被膜が形成されてなる全固体電池用電極材料、および全固体電池を、簡素な手順でより安価に製造するための方法を提供することを目的としている。
上記目的を達成するための本発明の一態様は、０＜ｘ≦１として、一般式Ｌｉ１＋ｘＡｌｘＧｅ２−ｘ（ＰＯ４）３で表される固体電解質の製造方法であって、
ＧｅＯ２と、複数の水溶性化合物とを原料とし、
前記ＧｅＯ２を水に混合する第１混合ステップと、
前記第１混合ステップにて得た混合液にアンモニアを加えて液中の前記ＧｅＯ２を溶解させて第１の溶液を得るとともに、当該第１の溶液のアンモニア濃度を調整するアンモニア濃度調整ステップと、
前記第１の溶液に前記複数の水溶性化合物を混合して第２の溶液を得る第２混合ステップと、
前記第２の溶液に硝酸を加えて第３の溶液を得る酸性化ステップと、
前記第３の溶液にアンモニア水を加えて当該第３の溶液のｐＨを調整するｐＨ調整ステップと、
前記第３の溶液を熱処理して非晶質の前記固体電解質を得るガラス化ステップと、
非晶質の前記固体電解質を焼成して前記固体電解質の結晶を得る焼成ステップと、
を含み、
前記アンモニア濃度調整ステップでは、全ての前記水溶性化合物が前記第１の溶液に対して溶解性を示すようにアンモニア濃度を調整し、
前記酸性化ステップと前記ｐＨ調整ステップとにより、前記第３の溶液中の前記固体電解質の全ての原料を溶解させる、
ことを特徴とする固体電解質の製造方法としている。
ＧｅＯ２と、複数の水溶性化合物とを原料とし、
前記ＧｅＯ２を水に混合する第１混合ステップと、
前記第１混合ステップにて得た混合液にアンモニアを加えて液中の前記ＧｅＯ２を溶解させて第１の溶液を得るとともに、当該第１の溶液のアンモニア濃度を調整するアンモニア濃度調整ステップと、
前記第１の溶液に前記複数の水溶性化合物を混合して第２の溶液を得る第２混合ステップと、
前記第２の溶液に硝酸を加えて第３の溶液を得る酸性化ステップと、
前記第３の溶液にアンモニア水を加えて当該第３の溶液のｐＨを調整するｐＨ調整ステップと、
前記第３の溶液を熱処理して非晶質の前記固体電解質を得るガラス化ステップと、
非晶質の前記固体電解質を焼成して前記固体電解質の結晶を得る焼成ステップと、
を含み、
前記アンモニア濃度調整ステップでは、全ての前記水溶性化合物が前記第１の溶液に対して溶解性を示すようにアンモニア濃度を調整し、
前記酸性化ステップと前記ｐＨ調整ステップとにより、前記第３の溶液中の前記固体電解質の全ての原料を溶解させる、
ことを特徴とする固体電解質の製造方法としている。
前記複数の水溶性化合物は、ＣＨ３ＣＯＯＬｉ・２Ｈ２Ｏ、Ａｌ（ＮＯ３）３・９Ｈ２Ｏ、ＮＨ４Ｈ２ＰＯ４であり、
前記アンモニア濃度調整ステップでは、前記第１の溶液のアンモニア濃度を０．２Ｍ以上１．３５Ｍ以下に調整し、
前記酸性化ステップでは、前記第３の溶液がｐＨ≦１となるように調整し、
前記ｐＨ調整ステップでは、前記第３の溶液がｐＨ≧４．５となるように調整する、
ことを特徴とする固体電解質の製造方法とすることもできる。
前記アンモニア濃度調整ステップでは、前記第１の溶液のアンモニア濃度を０．２Ｍ以上１．３５Ｍ以下に調整し、
前記酸性化ステップでは、前記第３の溶液がｐＨ≦１となるように調整し、
前記ｐＨ調整ステップでは、前記第３の溶液がｐＨ≧４．５となるように調整する、
ことを特徴とする固体電解質の製造方法とすることもできる。
さらに、前記酸性化ステップに続いて前記ｐＨ調整ステップを実行する一連の手順を複数回繰り返す固体電解質の製造方法とすればより好ましい。
本発明のその他の態様は、全固体電池用の電極活物質の粒子表面に、０＜ｘ≦１として、一般式Ｌｉ１＋ｘＡｌｘＧｅ２−ｘ（ＰＯ４）３で表される固体電解質が被膜されてなる電極材料の製造方法であって、
ＧｅＯ２と、複数の水溶性化合物とを前記固体電解質の原料とし、
前記ＧｅＯ２を水に混合する第１混合ステップと、
前記第１混合ステップにて得た混合液にアンモニアを加えて液中の前記ＧｅＯ２を溶解させて第１の溶液を得るとともに、当該第１の溶液のアンモニア濃度を調整するアンモニア濃度調整ステップと、
前記第１の溶液に前記複数の水溶性化合物を混合して第２の溶液を得る第２混合ステップと、
前記第２の溶液に硝酸を加えて第３の溶液を得る酸性化ステップと、
前記第３の溶液にアンモニア水を加えて当該第３の溶液のｐＨを調整するｐＨ調整ステップと、
粉体状の前記電極活物質を前記ｐＨ調整ステップを経た前記第３の溶液に混合する活物質混合ステップと、
前記活物質混合ステップにて得た混合液を前記固体電解質が結晶化する焼成温度よりも低い温度で熱処理して非晶質の前記固体電解質を得るガラス化ステップと、
を含み、
前記アンモニア濃度調整ステップでは、全ての前記水溶性化合物が前記第１の溶液に対して溶解性を示すようにアンモニア濃度を調整し、
前記酸性化ステップと前記ｐＨ調整ステップとにより、前記第３の溶液における前記固体電解質の全ての原料を溶解させ、
前記ｐＨ調整ステップでは、前記第３の溶液を、前記固体電解質が結晶化する温度での熱処理によって前記電極活物質と前記固体電解質との反応に起因する異相が発生しないｐＨに調整する、
ことを特徴とする全固体電池用電極材料の製造方法としている。
ＧｅＯ２と、複数の水溶性化合物とを前記固体電解質の原料とし、
前記ＧｅＯ２を水に混合する第１混合ステップと、
前記第１混合ステップにて得た混合液にアンモニアを加えて液中の前記ＧｅＯ２を溶解させて第１の溶液を得るとともに、当該第１の溶液のアンモニア濃度を調整するアンモニア濃度調整ステップと、
前記第１の溶液に前記複数の水溶性化合物を混合して第２の溶液を得る第２混合ステップと、
前記第２の溶液に硝酸を加えて第３の溶液を得る酸性化ステップと、
前記第３の溶液にアンモニア水を加えて当該第３の溶液のｐＨを調整するｐＨ調整ステップと、
粉体状の前記電極活物質を前記ｐＨ調整ステップを経た前記第３の溶液に混合する活物質混合ステップと、
前記活物質混合ステップにて得た混合液を前記固体電解質が結晶化する焼成温度よりも低い温度で熱処理して非晶質の前記固体電解質を得るガラス化ステップと、
を含み、
前記アンモニア濃度調整ステップでは、全ての前記水溶性化合物が前記第１の溶液に対して溶解性を示すようにアンモニア濃度を調整し、
前記酸性化ステップと前記ｐＨ調整ステップとにより、前記第３の溶液における前記固体電解質の全ての原料を溶解させ、
前記ｐＨ調整ステップでは、前記第３の溶液を、前記固体電解質が結晶化する温度での熱処理によって前記電極活物質と前記固体電解質との反応に起因する異相が発生しないｐＨに調整する、
ことを特徴とする全固体電池用電極材料の製造方法としている。
また、本発明の一態様には、一体的な焼結体で、正極用の電極活物質と固体電解質を含む正極層、固体電解質を含む固体電解質層、および負極用の電極活物質と固体電解質を含む負極層がこの順に積層されてなる積層電極体を備えた全固体電池の製造方法も含まれ、当該全固体電池の製造方法は、
０＜ｘ≦１として、一般式Ｌｉ１＋ｘＡｌｘＧｅ２−ｘ（ＰＯ４）３を前記固体電解質として、非晶質状態の前記固体電解質と前記正極用の電極活物質とを混合した正極材料と、非晶質状態の前記固体電解質と前記負極用の電極活物質とを混合した負極材料を作製する電極材料作製ステップと、
層状の前記正極材料と層状の前記負極材料との間に、前記固体電解質を含んだ層状の固体電解質材料を挟持してなる積層体を焼成することで前記積層電極体を作製する焼成ステップと、
を含み、
前記電極材料作製ステップでは、
ＧｅＯ２と複数の水溶性化合物とを原料とした固体電解質を溶液法により作製する固体電解質作製ステップと、
前記固体電解質作製ステップにより前記固体電解質を作製する過程で前記原料に粉体状の電極活物質を混合する活物質混合ステップと、
を実行し、
前記固体電解質作製ステップは、
前記ＧｅＯ２を水に混合する第１混合ステップと、
前記第１混合ステップにて得た混合液にアンモニアを加えて液中の前記ＧｅＯ２を溶解させて第１の溶液を得るとともに、当該第１の溶液のアンモニア濃度を調整するアンモニア濃度調整ステップと、
前記第１の溶液に前記複数の水溶性化合物を混合して第２の溶液を得る第２混合ステップと、
前記第２の溶液に硝酸を加えて第３の溶液を得る酸性化ステップと、
前記第３の溶液にアンモニア水を加えて当該第３の溶液のｐＨを調整するｐＨ調整ステップと、
前記第３の溶液を前記固体電解質が結晶化する焼成温度よりも低い温度で熱処理して非晶質の固体電解質を得るガラス化ステップと、
を含み、
前記アンモニア濃度調整ステップでは、全ての前記水溶性化合物が前記第１の溶液に対して溶解性を示すようにアンモニア濃度を調整し、
前記酸性化ステップと前記ｐＨ調整ステップとにより、前記第３の溶液における前記固体電解質の全ての原料を溶解させ、
前記ｐＨ調整ステップでは、前記第３の溶液を、前記焼成ステップによって前記電極活物質と前記固体電解質との反応に起因する異相が発生しないｐＨに調整し、
前記活物質混合ステップを前記第２混合ステップと前記ガラス化ステップとの間に実行する、
ことを特徴としている。
０＜ｘ≦１として、一般式Ｌｉ１＋ｘＡｌｘＧｅ２−ｘ（ＰＯ４）３を前記固体電解質として、非晶質状態の前記固体電解質と前記正極用の電極活物質とを混合した正極材料と、非晶質状態の前記固体電解質と前記負極用の電極活物質とを混合した負極材料を作製する電極材料作製ステップと、
層状の前記正極材料と層状の前記負極材料との間に、前記固体電解質を含んだ層状の固体電解質材料を挟持してなる積層体を焼成することで前記積層電極体を作製する焼成ステップと、
を含み、
前記電極材料作製ステップでは、
ＧｅＯ２と複数の水溶性化合物とを原料とした固体電解質を溶液法により作製する固体電解質作製ステップと、
前記固体電解質作製ステップにより前記固体電解質を作製する過程で前記原料に粉体状の電極活物質を混合する活物質混合ステップと、
を実行し、
前記固体電解質作製ステップは、
前記ＧｅＯ２を水に混合する第１混合ステップと、
前記第１混合ステップにて得た混合液にアンモニアを加えて液中の前記ＧｅＯ２を溶解させて第１の溶液を得るとともに、当該第１の溶液のアンモニア濃度を調整するアンモニア濃度調整ステップと、
前記第１の溶液に前記複数の水溶性化合物を混合して第２の溶液を得る第２混合ステップと、
前記第２の溶液に硝酸を加えて第３の溶液を得る酸性化ステップと、
前記第３の溶液にアンモニア水を加えて当該第３の溶液のｐＨを調整するｐＨ調整ステップと、
前記第３の溶液を前記固体電解質が結晶化する焼成温度よりも低い温度で熱処理して非晶質の固体電解質を得るガラス化ステップと、
を含み、
前記アンモニア濃度調整ステップでは、全ての前記水溶性化合物が前記第１の溶液に対して溶解性を示すようにアンモニア濃度を調整し、
前記酸性化ステップと前記ｐＨ調整ステップとにより、前記第３の溶液における前記固体電解質の全ての原料を溶解させ、
前記ｐＨ調整ステップでは、前記第３の溶液を、前記焼成ステップによって前記電極活物質と前記固体電解質との反応に起因する異相が発生しないｐＨに調整し、
前記活物質混合ステップを前記第２混合ステップと前記ガラス化ステップとの間に実行する、
ことを特徴としている。
本発明によれば、固体電解質、電極活物質の粒子表面にＬＡＧＰからなる固体電解質の被膜が形成されてなる全固体電池用電極材料、および全固体電池を、簡素な手順でより安価に製造するための方法が提供される。なお、その他の効果については以下の記載で明らかにする。
＝＝＝実施例の概略＝＝＝
実用的な全固体電池を実現させるためには、ＬＡＧＰをより簡素な方法でより安価に作製する必要がある。また、そのＬＡＧＰは電極活物質の粒子表面の被膜として用いるのに適したものであることも要求されている。そこで、本発明の実施例では、これらの要求に対し、ＬＡＧＰを溶液法あるいは液相法と呼ばれる方法（以下、溶液法と総称することがある）を用いて作製することとしている。以下に示す本発明の各実施例では、当初の溶媒として水を用いながら、原料を溶媒に混合する順番や、その混合過程にて溶媒を改質させている。それによって、原料の溶媒に対する難易性を抑制している。具体的には、アンモニア濃度が所定の数値範囲に調製された溶媒にＬＡＧＰの原料を溶解させている。
実用的な全固体電池を実現させるためには、ＬＡＧＰをより簡素な方法でより安価に作製する必要がある。また、そのＬＡＧＰは電極活物質の粒子表面の被膜として用いるのに適したものであることも要求されている。そこで、本発明の実施例では、これらの要求に対し、ＬＡＧＰを溶液法あるいは液相法と呼ばれる方法（以下、溶液法と総称することがある）を用いて作製することとしている。以下に示す本発明の各実施例では、当初の溶媒として水を用いながら、原料を溶媒に混合する順番や、その混合過程にて溶媒を改質させている。それによって、原料の溶媒に対する難易性を抑制している。具体的には、アンモニア濃度が所定の数値範囲に調製された溶媒にＬＡＧＰの原料を溶解させている。
また、ＬＡＧＰの原料アンモニア水を溶媒として、ＬＡＧＰの原料が溶解しているアルカリ性溶液を、硝酸を用いて強酸性にした上で再度アンモニア水を用いて溶液のｐＨを調整している。それによって、ＬＡＧＰの原料に酸性とアルカリ性の一方に難易性を示すものがあったり、原料を溶媒に溶解させていく途上で生成された不溶性の結晶成分が残留したりしても、ＬＡＧＰの全原料の成分を完全に溶媒に溶解させることができる。さらに、焼成によってＬＡＧＰを結晶化させる際の異相の出現や電極活物質との不要な反応を抑制している。
そして、以下では、ＬＡＧＰの原料に、二酸化ゲルマニウム（ＧｅＯ２：株式会社高純度化学研究所製）、酢酸リチウム（ＣＨ３ＣＯＯＬｉ・２Ｈ２Ｏ：和光純薬工業株式会社製）、硝酸アルミニウム（Ａｌ（ＮＯ３）３・９Ｈ２Ｏ：関東化学工業株式会社製）、リン酸二水素アンモニウム（ＮＨ４Ｈ２ＰＯ４：関東化学工業株式会社製）の各化合物を用いた固体電解質(以下、ＬＡＧＰとも言う)の製造方法、そのＬＡＧＰの製造方法を応用した電極材料の製造方法、および当該電極材料の製造方法により作製された電極材料を用いた全固体電池の製造方法を本発明の実施例として挙げる。
＝＝＝原料の水溶性について＝＝＝
本発明の全ての実施例では、溶液法によってＬＡＧＰを作製することを前提にしている。したがって、ＬＡＧＰの原料を確実に溶媒に溶解させる必要がある。そこで、まず、ＬＡＧＰの原料の水に対する溶解性を調べ、各化合物の水や各種溶媒に対する溶解性に基づいて化合物を溶媒に混合する順番を決定した。なお、各原料における水などの溶媒に対する溶解性の有無については目視により判定した。化合物が溶媒に溶解すると、無色透明の溶液となるが、溶解しない場合は化合物が沈殿して溶媒が白濁する。そして、上記原料のうち、ＧｅＯ２のみ、水溶性がなく、水に対して難溶性であった。また、ＧｅＯ２を含めたＬＡＧＰの原料は、全て、アルカリ性の溶媒に溶解性を示す水溶性であることが分かった。
本発明の全ての実施例では、溶液法によってＬＡＧＰを作製することを前提にしている。したがって、ＬＡＧＰの原料を確実に溶媒に溶解させる必要がある。そこで、まず、ＬＡＧＰの原料の水に対する溶解性を調べ、各化合物の水や各種溶媒に対する溶解性に基づいて化合物を溶媒に混合する順番を決定した。なお、各原料における水などの溶媒に対する溶解性の有無については目視により判定した。化合物が溶媒に溶解すると、無色透明の溶液となるが、溶解しない場合は化合物が沈殿して溶媒が白濁する。そして、上記原料のうち、ＧｅＯ２のみ、水溶性がなく、水に対して難溶性であった。また、ＧｅＯ２を含めたＬＡＧＰの原料は、全て、アルカリ性の溶媒に溶解性を示す水溶性であることが分かった。
そこで、本発明の実施例では、最初にＧｅＯ２を水に混合し、その水をアルカリ性に改質してＧｅＯ２を溶解させ、その上で他の化合物を改質後の水に溶解させることとした。ここでは、アンモニア水に各原料を溶解させた。アンモニア水は、当初の溶媒である水にアンモニアを溶解させたり、高濃度のアンモニア水を水に混合したりして所定のアンモニア濃度に容易に調整することができる。また、アンモニアやアンモニア水は入手しやすく安価でもある。以上により、本発明の実施例に係るＬＡＧＰの製造方法では、最初に水にＧｅＯ２を混合するとともに、その水をアンモニア水にしてＧｅＯ２を溶解させ、その上で他のＬＡＧＰの原料をアンモニア水に溶解させるという手順を基本としつつ、その基本手順に全ての原料を確実に溶解させるための追加手順として、溶液に硝酸を加えて強酸性にし、その上でアンモニアを加えて溶液のｐＨを調整している。そして、この追加手順を実行した後の溶液を熱処理してＬＡＧＰを結晶化させている。
＝＝＝溶媒のアンモニア濃度について＝＝＝
上述した基本手順を規定するために、まず、各原料のアンモニア水に対する溶解性について検討したところ、全ての原料が、０．２ｍｏｌ／Ｌ（以下、Ｍ）のアンモニア濃度のアンモニア水に溶解した。次に、０．２Ｍ以上でアンモニア濃度が異なる各種アンモニア水を作製し、各アンモニア水に各原料を溶解させて、各原料のアンモニア水に対する溶解性を調べた。
上述した基本手順を規定するために、まず、各原料のアンモニア水に対する溶解性について検討したところ、全ての原料が、０．２ｍｏｌ／Ｌ（以下、Ｍ）のアンモニア濃度のアンモニア水に溶解した。次に、０．２Ｍ以上でアンモニア濃度が異なる各種アンモニア水を作製し、各アンモニア水に各原料を溶解させて、各原料のアンモニア水に対する溶解性を調べた。
以下の表１にＬＡＧＰの原料のアンモニア水に対する溶解性を示した。
以上の水、およびアンモニア水に対する溶解性の検討結果より、上記原料を用いて溶液法でＬＡＧＰを作製するためには、水にＧｅＯ２を混合した後、その水に高濃度のアンモニア水を加えるなどして、アンモニア濃度が０．２Ｍ以上１．３５Ｍ以下に調整されたアンモニア水にＧｅＯ２以外の原料を混合して溶解させることになる。すなわち、追加手順は、アンモニア濃度が０．２Ｍ以上１．３５Ｍ以下に調整されている溶液に対して行うこととなる。さらに、ここでは、追加手順を実行して得たＬＡＧＰの特性をより向上させるために、上記アンモニア濃度の範囲内から、アンモニア濃度の最適値を規定することとする。そして、その最適値を見いだすために、アンモニア濃度が異なる各種溶媒にＬＡＧＰの原料を溶解させた溶液を作製し、その溶液を熱処理して作製したＬＡＧＰの結晶をサンプルとして作製した。
図１に各サンプルの製造方法の手順を示した。溶媒として水の入った容器を用意し（ｓ１）、その水にＧｅＯ２を混合する（ｓ２）。なお、この工程（以下、第１混合工程とも言う）ではＧｅＯ２は溶媒である水に溶解しない。次に、ＧｅＯ２と水との混合液にアンモニアを加え、溶媒が各サンプルに応じたアンモニア濃度となるように調製する（ｓ３）。ここでは２８Ｍの高濃度アンモニア水を水に加えることで溶媒のアンモニア濃度を調製した。ＧｅＯ２は、このアンモニア濃度調整工程（ｓ３）によって溶解する。アンモニア濃度が異なるＧｅＯ２のアンモニア水溶液のそれぞれに、ＧｅＯ２以外のＬＡＧＰの原料を混合する（ｓ４）。なお、図中では、ＧｅＯ２のアンモニア水溶液に、ＣＨ３ＣＯＯＬｉ・２Ｈ２Ｏ、Ａｌ（ＮＯ３）３・９Ｈ２Ｏ、ＮＨ４Ｈ２ＰＯ４をこの順で混合しているが、ＧｅＯ２以外の各原料を混合する順番は、アンモニア濃度調整工程（ｓ３）より後であれば、互いに前後していてもよい。
以上のようにしてＬＡＧＰの全ての原料を第１の溶液に混合する工程（以下、第２混合工程（ｓ４）とも言う）を実行したならば、その混合液を熱処理して最終的にＬＡＧＰの結晶を得る工程に移行する。ここでは、まず、１００℃の温度のホットプレート上に容器を置いて混合液を攪拌しながら溶媒を蒸発させる溶媒除去工程（ｓ５）を行った上で、容器内に残存している材料をオーブンなどを用いて乾燥させる（ｓ６）。ここでは、２６０℃の温度で４時間掛けて乾燥させた。この乾燥工程（ｓ６）によって得た容器内の材料を４５０℃の温度で２時間、窒素雰囲気で仮焼成し（ｓ７）、この仮焼成工程（ｓ７）により得られた粉体材料を所定形状のペレットに成形する（ｓ８）。ペレットは、例えば、２００ｋｇｆ／ｃｍ２の圧力でφ２０mmの円板状となるようにプレス成形した。そして、ペレットを６００℃の温度で２時間、窒素雰囲気で焼成する焼成工程（ｓ９）によって結晶化したＬＡＧＰからなる円板状の焼結体をサンプルとして得た。最後に、各サンプルのイオン伝導度を調べるために、円板状の焼結体の両面に電極を形成した（ｓ１０）。ここでは、厚さ０．１μmのＡｕ薄膜を電極として形成した。
なお、上記手順において、仮焼成工程（ｓ７）は、非晶質のＬＡＧＰを得るための工程であり、ここでは、ＬＡＧＰの被膜を電極活物質の粒子表面に形成することを想定した条件でこの仮焼成工程（ｓ７）を実行している。すなわち、仮焼成工程（ｓ７）では、非晶質のＬＡＧＰを粉体状の電極活物質の粒子表面に付着させ、その上で焼成工程（ｓ９）によってＬＡＧＰを結晶化させることを想定している。しかし、全固体電池用の電極活物質として知られているリン酸バナジウムリチウム（Ｌｉ３Ｖ２（ＰＯ４）３）、リン酸コバルトリチウム（ＬｉＣｏＰＯ４）、二酸化チタン（ＴｉＯ２）は、７００℃以上の温度でＬＡＧＰと反応してしまう。そのため、実際にＬＡＧＰの被膜を電極活物質の粒子表面に形成する際には、仮焼成工程（ｓ７）で焼成温度よりも低い温度で熱処理してＬＡＧＰを非晶質の状態で電極活物質の粒子表面に付着させ、焼成工程（ｓ９）で７００℃の温度よりも低い温度でＬＡＧＰを結晶化させる必要がある。そして、上述したように、仮焼成工程（ｓ７）と焼成工程（ｓ９）では、それぞれ、熱処理の温度を４５０℃と６００℃としている。
図２は、アンモニア濃度調整工程において、溶媒のアンモニア濃度を変えて作製した各種サンプルのイオン伝導度σ（Ｓ／ｃｍ）を示している。図２では、アンモニア濃度（Ｍ）を横軸とし、イオン伝導度σ（Ｓ／ｃｍ）を縦軸としたグラフを示した。なお、縦軸は対数目盛になっている。図２に示したように、アンモニア濃度が０．４５Ｍ以上の溶媒に原料を溶解させて作成したサンプルでは、アンモニア濃度とイオン伝導度が、ほぼ、傾きが負となる比例関係にあることが確認できた。すなわちアンモニア濃度の増大に伴ってイオン伝導度σが低下した。そして、アンモニア濃度が１．３５Ｍ以下であれば、１×１０−６（Ｓ／ｃｍ２）以上の実用可能なイオン伝導度σが得られた。そして、０．４５Ｍのアンモニア濃度の溶媒を用いて作製したサンプルでは、１×１０−５（Ｓ／ｃｍ２）程度の高いイオン伝導度σが得られた。なお、アンモニア濃度が０．４５Ｍ未満のサンプルでも１×１０−６（Ｓ／ｃｍ２）と同等かそれ以上のイオン伝導度σが得られているが、アンモニア濃度とイオン伝導度σとの関係が上記の比例関係から外れていた。また、アンモニア濃度が同じサンプル同士でイオン伝導度σにバラツキが見られた。これは、溶媒のアンモニア濃度が低いと、ＧｅＯ２の溶媒に対する溶解性にバラツキが生じ、サンプル間でのＬＡＧＰの結晶構造に個体差があったためと思われる。
そして以下では、アンモニア濃度調整工程（ｓ３）において、溶媒のアンモニア濃度を０．４５Ｍとしたサンプルが最も高いイオン伝導度σを示したことから、本発明の第１の実施例に係る固体電解質（以下、ＬＡＧＰとも言う）の製造方法として、図１に示した手順において、アンモニア濃度調整工程（ｓ３）にて溶媒のアンモニア濃度を０．４５Ｍに調整しつつ、第２混合工程（ｓ４）と溶媒除去工程（ｓ５）との間に上述した追加手順を挿入してＬＡＧＰを製造する方法を挙げる。また、第１の実施例に係るＬＡＧＰの製造方法の変形例を第２の実施例として挙げる。さらに、そのＬＡＧＰの製造方法を応用して電極材料、および全固体電池を製造する方法について説明する。
＝＝＝第１の実施例＝＝＝
第１の実施例に係る方法で作製したＬＡＧＰの特性を評価するために、ＬＡＧＰの製造手順や製造条件が異なるＬＡＧＰや、最終的に得られる結晶化したＬＡＧＰを製造する途上で取り出した生成物をサンプルとして作製した。図３に各種サンプルの作製手順を示した。図３において、当初の溶媒である水を準備する工程（ｓ１）から第２混合工程（ｓ４）までの手順は、図１に示した基本手順と同様である。なお、アンモニア濃度調整工程（ｓ３）では、溶媒のアンモニア濃度を０．４５Ｍに調整している。第１の実施例に係るＬＡＧＰの製造方法では、第２混合工程（ｓ４）によって得られた溶液に硝酸を加える酸性化工程（ｓ２１）を実行し、溶液を強酸性にしている。ここでは、ｐＨ＝０．２となるように硝酸を加えた。さらに、強酸性の溶液に再度アンモニアを加えて溶液のｐＨを調整した（ｓ２２）。このｐＨを調整する工程（以下、ｐＨ調整工程（ｓ２２））では、ｐＨが異なる幾つかの溶液を作製した。ここでは、ｐＨ＝４．２１、５．２８、６．２８、７．７２、８．８７、および９．５２の６種類の溶液を用いた。なお、以下では、ｐＨ調整工程（ｓ２２）において、ｐＨ＝４．２１、５．２８、６．２８、７．７２、８．８７、および９．５２のそれぞれの溶液を起源として作製されたサンプルを、取り出した時期やｐＨ調整工程（ｓ２２）以降の作製手順によらず、それぞれ、サンプル１、２、３、４、５、および６と称することとする。そして種々のサンプルに対し、イオン伝導度σと、Ｘ線回折装置による測定（以下、ＸＲＤ測定とも言う）による結晶構造とを調べた。
第１の実施例に係る方法で作製したＬＡＧＰの特性を評価するために、ＬＡＧＰの製造手順や製造条件が異なるＬＡＧＰや、最終的に得られる結晶化したＬＡＧＰを製造する途上で取り出した生成物をサンプルとして作製した。図３に各種サンプルの作製手順を示した。図３において、当初の溶媒である水を準備する工程（ｓ１）から第２混合工程（ｓ４）までの手順は、図１に示した基本手順と同様である。なお、アンモニア濃度調整工程（ｓ３）では、溶媒のアンモニア濃度を０．４５Ｍに調整している。第１の実施例に係るＬＡＧＰの製造方法では、第２混合工程（ｓ４）によって得られた溶液に硝酸を加える酸性化工程（ｓ２１）を実行し、溶液を強酸性にしている。ここでは、ｐＨ＝０．２となるように硝酸を加えた。さらに、強酸性の溶液に再度アンモニアを加えて溶液のｐＨを調整した（ｓ２２）。このｐＨを調整する工程（以下、ｐＨ調整工程（ｓ２２））では、ｐＨが異なる幾つかの溶液を作製した。ここでは、ｐＨ＝４．２１、５．２８、６．２８、７．７２、８．８７、および９．５２の６種類の溶液を用いた。なお、以下では、ｐＨ調整工程（ｓ２２）において、ｐＨ＝４．２１、５．２８、６．２８、７．７２、８．８７、および９．５２のそれぞれの溶液を起源として作製されたサンプルを、取り出した時期やｐＨ調整工程（ｓ２２）以降の作製手順によらず、それぞれ、サンプル１、２、３、４、５、および６と称することとする。そして種々のサンプルに対し、イオン伝導度σと、Ｘ線回折装置による測定（以下、ＸＲＤ測定とも言う）による結晶構造とを調べた。
イオン伝導度σを調べるためのサンプルは、ｐＨ調整工程（ｓ２２）の後に、図１における溶媒除去工程（ｓ５）から電極形成工程（ｓ１０）までを順番に行って作製した（ｓ６→ｓ２３→ｓ７→ｓ２４→ｓ２５→ｓ８〜ｓ１０）。また、結晶構造を調べるためのサンプルとして、乾燥工程（ｓ６）によって析出した材料と、仮焼成工程（ｓ７）の後の非晶質の状態にあるＬＡＧＰと、焼成工程（ｓ９）を経て結晶化したＬＡＧＰとを作製した。すなわち、乾燥工程（ｓ６）まで実行した時点での生成物の一部をサンプルとして取り出した（ｓ６→ｓ２３→終わり）。さらに、溶媒除去工程（ｓ５）から仮焼成工程（ｓ７）までを実行した後、その仮焼成工程（ｓ７）によって得られる粉体材料の一部を非晶質のＬＡＧＰの結晶構造を調べるためのサンプルとした（ｓ２３→ｓ７→ｓ２４→終わり）。そして、図３に示した手順において、ペレットの成形工程（ｓ８）と電極形成工程（ｓ１０）とを省略して仮焼成工程（ｓ７）の後に焼成工程（ｓ９）を実行して得た粉体材料を結晶化したＬＡＧＰの結晶構造を調べるためのサンプルとした（ｓ７→ｓ２４→ｓ２５→ｓ９→終わり）。なお、本発明の第１の実施例に係るＬＡＧＰの製造方法は、結晶化したＬＡＧＰの結晶構造を調べるためのサンプルを作製する手順に基づいたものとなる。
図４に仮焼成工程（ｓ７）の後に取り出したサンプル１〜６に対するＸＲＤ測定の結果を示した。図４に示したように、ｐＨ＝４．２１の溶液を起源として作製されたサンプル１では、ＬＡＧＰの原料であるＧｅＯ２が溶解せずに残存していることに起因するピークが確認でき、ｐＨ調整工程（ｓ２２）の後の溶液のｐＨが４．２１よりも大きかったサンプル２〜６では、ピークが見当たらず、一様な非晶質になっていることが確認できた。また、ｐＨ調整工程（ｓ２２）の後の溶液のｐＨが４．５以上であれば、一様な非晶質になっていることが追試により確認された。すなわち、ＬＡＧＰの原料となる上述した各化合物のうち、ＧｅＯ２は強酸性の溶媒に対して溶解しにくく、ＧｅＯ２以外の化合物は強酸性の溶媒に対して完全に溶解する。なお、ＧｅＯ２以外の化合物は、ｐＨ≦１以下の溶媒中で完全に溶解することも確認している。そして、酸性化工程（ｓ２１）の後にｐＨ調整工程（ｓ２２）を実行して溶液のｐＨを４．５以上に調整すれば、ＧｅＯ２も完全に溶解し、その各原料が完全に溶解した状態にある溶液に対し、熱処理（ｓ５、ｓ６）、仮焼成工程（ｓ７）、および焼成工程（ｓ９）の各工程を実行すれば、異相のない単相のＬＡＧＰが得られる可能性が高い。
次に、図１に示した手順に基づいて作製したサンプルを第１の比較例として用意し、その第１の比較例に係るサンプルの結晶構造と、図３に示した手順に基づいて作製したサンプル６の結晶構造とを比較した。なお、第１の比較例に係るサンプルは、図１に示した手順において、乾燥工程（ｓ６）の実行後に取り出したものと、焼成工程（ｓ９）の後の結晶化した粉体状のＬＡＧＰからなるものとを用意した。また、第１の比較例に係るサンプルの作製に際し、図１に示したアンモニア濃度調整工程（ｓ３）では溶媒のアンモニア濃度を０．４５Ｍに調整した。また、結晶化したＬＡＧＰについては、成形工程（ｓ８）と電極形成工程（ｓ１０）を省略して作製した。
図５に、第１の比較例に係るサンプルとサンプル６のＸＲＤ測定結果を示した。図５（Ａ）は、乾燥工程（ｓ６）の後に取り出した各サンプルのＸＲＤ測定結果であり、図５（Ｂ）は、焼成工程（ｓ９）の後に取り出した各サンプルのＸＲＤ測定結果である。図５（Ａ）に示したように、第１の比較例に係るサンプルは、図中黒丸で示したように、乾燥工程（ｓ６）の後にＬＡＧＰの原料由来と考えられる結晶のピークが確認された。一方、サンプル６では、結晶ピークが確認されず、酸性化工程（ｓ２１）とｐＨ調整工程（ｓ２２）とにより、ＬＡＧＰの原料が完全に溶解していることが確認された。
また、図５（Ｂ）に示したように、焼成工程（ｓ９）後では、第１の比較例に係るサンプルでは、僅かではあるが、図中黒丸で示したＬＡＧＰ以外の異相のピークが確認され、サンプル６では、異相に対応するピークがなく単相のＬＡＧＰが生成されていることが確認できた。なお、サンプル２〜５についても乾燥工程（ｓ６）の後、および焼成工程（ｓ９）の後に結晶構造を調べてみたが、当然のことながら、サンプル６と同様に原料由来あるいは異相に対応する結晶ピークが確認されなかった。すなわち、先に図４で示したＸＲＤ測定結果からも容易に予想されるように、仮焼成工程（ｓ７）後のサンプル２〜５は、サンプル６と同様に異相のない非晶質のＬＡＧＰであり、その異相のない非晶質のＬＡＧＰを焼成すれば、異相のない結晶化したＬＡＧＰが得られる。
次に、サンプル２〜６のイオン伝導度σを調べてみた。図６にサンプル２、５、６、および第１の比較例に係るサンプルのイオン伝導度σを示した。図６において、サンプル２、５、６のイオン伝導度σを比較すると、ｐＨ調整工程（ｓ２２）の後の溶液のｐＨが小さいほどイオン伝導度σが高くなることが分かった。なお、第１の比較例に係るサンプルでは、図１におけるアンモニア濃度調整工程（ｓ３）によって得られた溶液のｐＨが１１．３であった。そして、第１の比較例に係るサンプルのイオン伝導度σが１×１０-５（Ｓ／ｃｍ）を少し下回る７．７×１０-６（Ｓ／ｃｍ）であったのに対し、サンプル２、５、６では、その第１の比較例よりもイオン伝導度σがさらに向上し、ｐＨ調整工程（ｓ２２）によってｐＨ＝９．５２に調整されたサンプル６では１．７×１０-５（Ｓ／ｃｍ）の高いイオン伝導度σが得られた。
次に、サンプル２、４、５、６について、複数の個体を作製し、各個体のイオン伝導度σを調べた。また、第１の比較例と同様に、図１に示した基本的な手順に基づいて作製したサンプルを第２の比較例として用意した。第２の比較例に係るサンプルは、アンモニア濃度調整（ｓ２）による溶媒のアンモニア濃度を、０．４５Ｍを中心に若干幅を持たせて溶媒のｐＨを１１〜１２程度の範囲で調整して作製したものである。図７に、各サンプルのｐＨとイオン伝導度σとの関係を示した。図７に示したように、第２の比較例に係るサンプルはｐＨの僅かなずれによってイオン伝導度σが大きく変化している。また、ｐＨが同じであっても個体間のバラツキも大きかった。これは、ＬＡＧＰの原料の溶媒に対する溶解性が個体間でばらつくためであると考えることができる。一方、第１の実施例の方法で作製したＬＡＧＰは、広いｐＨの範囲で１×１０−５（Ｓ／ｃｍ）以上のイオン伝導度σが得られ、個体間のバラツキも小さかった。このように、第１の実施例に係るＬＡＧＰの製造方法では、酸性化工程とｐＨ調整工程によりＬＡＧＰの原料を完全に溶媒に溶解させることができ、高いイオン伝導度σを有するＬＡＧＰを再現性よく製造することが可能となる。もちろん、溶液法に基づく第１の実施例に係るＬＡＧＰの製造方法では、ＬＡＧＰをより安価に製造することができる。
＝＝＝第２の実施例＝＝＝
第１の実施例に係るＬＡＧＰの製造方法によれば、実用的なイオン伝導度σを有して異相がないＬＡＧＰを再現性よく安価に作製することができる。しかし、第１の実施例に係る方法で作製されたＬＡＧＰは、固相法によって作製されたＬＡＧＰのイオン伝導度σに届いていない。そして、ＬＡＧＰは結晶化することでイオン伝導性が発現することから、イオン伝導度σをさらに向上させるためには、焼成後に残存する非晶質のＬＡＧＰをより少なくすることが必要となる。すなわち、ＬＡＧＰの結晶性を高めることが必要となる。そこで、本発明の第２の実施例として、高い結晶性を有するＬＡＧＰを製造するための方法を挙げる。
第１の実施例に係るＬＡＧＰの製造方法によれば、実用的なイオン伝導度σを有して異相がないＬＡＧＰを再現性よく安価に作製することができる。しかし、第１の実施例に係る方法で作製されたＬＡＧＰは、固相法によって作製されたＬＡＧＰのイオン伝導度σに届いていない。そして、ＬＡＧＰは結晶化することでイオン伝導性が発現することから、イオン伝導度σをさらに向上させるためには、焼成後に残存する非晶質のＬＡＧＰをより少なくすることが必要となる。すなわち、ＬＡＧＰの結晶性を高めることが必要となる。そこで、本発明の第２の実施例として、高い結晶性を有するＬＡＧＰを製造するための方法を挙げる。
図８に第２の実施例に係るＬＡＧＰの製造方法の手順を示した。基本的な手順は第１の実施例と同様であるが、図８に示したように、酸性化工程（ｓ２１）とｐＨ調整工程（ｓ２２）を複数回（Ｎ回）繰り返して実行させることとしている（ｓ３１）。そして、その実行回数Ｎに達するまで酸性化工程（ｓ２１）とｐＨ調整工程（ｓ２２）を繰り返させ（ｓ３２、ｓ３３、ｓ２１、ｓ２２、ｓ３４→ｓ３３）、実行回数Ｎに達したならば溶媒除去工程ｓ５以後の工程に移行させている（ｓ３４→ｓ５）。なお、図８には、第２の実施例の方法で作製したＬＡＧＰのイオン伝導度σと結晶構造とを測定するために、仮焼成工程（ｓ７）の後にペレットの成形工程（ｓ８）とそのペレットを焼成して得た焼結体に電極を形成する工程（ｓ１０）を含む手順（ｓ７→ｓ２５→ｓ８）と、これらの工程（ｓ８、ｓ１０）を実行せずに仮焼成工程（ｓ７）の後に焼成工程（ｓ９）を実行する手順（ｓ７→ｓ２５→ｓ９）の双方が含まれている。
以上の手順に従って作製したＬＡＧＰについて、まず、結晶構造を調べてみた。図９に、焼成工程（ｓ９）まで実行して得た上記第１の比較例、第１の実施例の方法で作製した上記サンプル６、および第２の実施例の方法で作製したＬＡＧＰ(以下、サンプル７と称する)のＸＲＤ測定結果を示した。図９（Ａ）は、１０゜≦２θ≦４０゜のＸ線回折角度範囲におけるＸＲＤ測定結果であり、図９（Ｂ）は、２０゜≦２θ≦３０゜のＸ線回折角度範囲におけるＸＲＤ測定結果である。なお、第２の実施例の方法で作製したサンプル７は、図８に示した手順においてＮ＝３に設定して作製したＬＡＧＰであり、酸性化工程（ｓ２１）とｐＨ調整工程（ｓ２２）を３回実行している。なお、サンプル７を作製する際には、サンプル６と同様に、ｐＨ調整工程（ｓ２２）の実行機会ごとに溶液のｐＨを９．５２に調整した。
図９（Ａ）に示したように、サンプル７は、サンプル６と同様に異相のない単相のＬＡＧＰであり、図９（Ｂ）に拡大して示したように、ＬＡＧＰのピーク強度がサンプル６や第１の比較例に対して大きく増大し、極めて高い結晶性を有していることが確認できた。なお、第１の比較例は、ＬＡＧＰの結晶性については、サンプル６よりも若干高かったものの、異相が存在し、先に図６や図７に示したようにイオン伝導度σがサンプル６よりも劣っている。また、サンプル７についてイオン伝導度σを調べたところ、３．０×１０−５（Ｓ／ｃｍ）の高いイオン伝導度σを示した。このイオン伝導度σは固相法で作製されるＬＡＧＰと同等である。そのため、第２の実施例に係る方法でＬＡＧＰを作製しつつ、そのＬＡＧＰの被膜を電極活物質の粒子表面に形成すれば、全固体電池における電極層が固体電解質層に対して抵抗層にならず、全固体電池の性能を飛躍的に向上させることが可能となる。もちろん、簡素な溶液法を用いつつ、固相法と同等のイオン伝導度σが得られることから、全固体電池を構成する全ての固体電解質を、本発明の第２の実施例に係る方法で作製することも可能となる。
＝＝＝全固体電池用電極材料の製造方法＝＝＝
第１および第２の実施例に係るＬＡＧＰの製造方法では、溶液法を用いてＬＡＧＰを作製していた。そして、これらの実施例に係るＬＡＧＰの製造方法を応用すれば、粉体状の電極活物質を液状のＬＡＧＰの原料に混合することができ、ＬＡＧＰの被膜を電極活物質の粒子表面に効果的に形成することができる。そして、第１および第２の実施例に係るＬＡＧＰの製造方法を応用した電極材料の製造方法では、図３や図８に示したＬＡＧＰの作製手順において、ｐＨ調整工程（ｓ２２）によって得られた溶液に電極活物質を混合する工程を実行し、その上で溶媒除去工程（ｓ５）から仮焼成工程（ｓ７）を実行すればよい。そして、仮焼成工程（ｓ７）によって得られる粉体状の材料を電極材料とすればよい。
第１および第２の実施例に係るＬＡＧＰの製造方法では、溶液法を用いてＬＡＧＰを作製していた。そして、これらの実施例に係るＬＡＧＰの製造方法を応用すれば、粉体状の電極活物質を液状のＬＡＧＰの原料に混合することができ、ＬＡＧＰの被膜を電極活物質の粒子表面に効果的に形成することができる。そして、第１および第２の実施例に係るＬＡＧＰの製造方法を応用した電極材料の製造方法では、図３や図８に示したＬＡＧＰの作製手順において、ｐＨ調整工程（ｓ２２）によって得られた溶液に電極活物質を混合する工程を実行し、その上で溶媒除去工程（ｓ５）から仮焼成工程（ｓ７）を実行すればよい。そして、仮焼成工程（ｓ７）によって得られる粉体状の材料を電極材料とすればよい。
ところで、第１および第２の実施例に係るＬＡＧＰの製造方法を全固体電池の負極層用電極活物質として用いられるＴｉＯ２に適用して電極材料を製造し、その電極材料を第１および第２の実施例と同様の焼成工程（ｓ９）によって焼成したところ、ｐＨ調整工程（ｓ２２）によって得られる溶液のｐＨが１２以上であると、焼成時にＴｉＯ２とＬＡＧＰとが反応し、焼成後に異相となるＬｉ１．４（Ａｌ０．４Ｇｅ０．２Ｔｉ１．４（ＰＯ）４）３が生成されることが分かった。したがって、電極活物質にＴｉＯ２を用いる場合ではｐＨ調整工程（ｓ２２）では、溶液のｐＨを ４．５以上１２以下に調整することが望ましい。もちろん、電極活物質が異なれば、ＬＡＧＰと反応するｐＨも異なる。いずれにしても、ｐＨ調整工程（ｓ２２）では、焼成工程（ｓ９）において電極活物質とＬＡＧＰとが反応することに起因する異相が生成されないように溶液のｐＨを調整すればよい。
＝＝＝全固体電池の製造方法＝＝＝
全固体電池を構成する積層電極体は、上述した圧縮成形法やグリーンシート法により、シート状の正極材料、固体電解質、および負極材料をこの順に積層した積層体を作製し、その積層体に対して焼成を行うことで作製される。そしてＬＡＧＰを固体電解質として用いた全固体電池では、積層体を焼成する工程によって非晶質のＬＡＧＰを結晶化させることになる。すなわち、図３、図８における焼成工程（ｓ９）は、積層体を焼成することを想定した工程であり、第１および第２の実施例に係るＬＡＧＰの製造方法を用いて全固体電池を作製する場合には、第１および第２の実施例に係る方法、あるいは固相法によって作製したＬＡＧＰを用いてシート状の固体電解質を作製するとともに、上述した電極材料の製造方法によって作製した負極および正極の電極材料をそれぞれシート状に成形する。次いで、シート状の正極材料、固体電解質、および負極材料をこの順に積層した積層体を作製する。そして、その積層体を図３や図８に示した焼成工程（ｓ９）と同様の条件で焼成して焼結体からなる積層電極体を作製し、その積層電極体の最上層と最下層に集電体として、例えば、電極形成工程（ｓ１０）と同様の条件で作製した電極を形成すればよい。＝＝＝その他の実施例＝＝＝
ＬＡＧＰの原料のうち、ＧｅＯ２以外の水溶性化合物からなる原料は、上記第１および第２の実施例にて用いたものに限定されない。そして、図３や図８におけるアンモニア濃度調整工程（ｓ３）では、原料が異なれば、当然のことながら溶媒に対して可溶性を示すアンモニア濃度が異なる。また、酸性化工程（ｓ２１）やｐＨ調整工程（ｓ２２）におけるｐＨの適正範囲も異なる。いずれにしても、アンモニア濃度調整工程（ｓ３）では、溶媒がＧｅＯ２を含む全てのＬＡＧＰの原料に対して溶解性を示すアンモニア濃度に調整し、酸性化工程（ｓ２１）とｐＨ調整工程（ｓ２２）の実行後にＬＡＧＰの原料が完全に溶解するように、それぞれの工程（ｓ２１、ｓ２２）における溶液のｐＨを調整すればよい。
全固体電池を構成する積層電極体は、上述した圧縮成形法やグリーンシート法により、シート状の正極材料、固体電解質、および負極材料をこの順に積層した積層体を作製し、その積層体に対して焼成を行うことで作製される。そしてＬＡＧＰを固体電解質として用いた全固体電池では、積層体を焼成する工程によって非晶質のＬＡＧＰを結晶化させることになる。すなわち、図３、図８における焼成工程（ｓ９）は、積層体を焼成することを想定した工程であり、第１および第２の実施例に係るＬＡＧＰの製造方法を用いて全固体電池を作製する場合には、第１および第２の実施例に係る方法、あるいは固相法によって作製したＬＡＧＰを用いてシート状の固体電解質を作製するとともに、上述した電極材料の製造方法によって作製した負極および正極の電極材料をそれぞれシート状に成形する。次いで、シート状の正極材料、固体電解質、および負極材料をこの順に積層した積層体を作製する。そして、その積層体を図３や図８に示した焼成工程（ｓ９）と同様の条件で焼成して焼結体からなる積層電極体を作製し、その積層電極体の最上層と最下層に集電体として、例えば、電極形成工程（ｓ１０）と同様の条件で作製した電極を形成すればよい。＝＝＝その他の実施例＝＝＝
ＬＡＧＰの原料のうち、ＧｅＯ２以外の水溶性化合物からなる原料は、上記第１および第２の実施例にて用いたものに限定されない。そして、図３や図８におけるアンモニア濃度調整工程（ｓ３）では、原料が異なれば、当然のことながら溶媒に対して可溶性を示すアンモニア濃度が異なる。また、酸性化工程（ｓ２１）やｐＨ調整工程（ｓ２２）におけるｐＨの適正範囲も異なる。いずれにしても、アンモニア濃度調整工程（ｓ３）では、溶媒がＧｅＯ２を含む全てのＬＡＧＰの原料に対して溶解性を示すアンモニア濃度に調整し、酸性化工程（ｓ２１）とｐＨ調整工程（ｓ２２）の実行後にＬＡＧＰの原料が完全に溶解するように、それぞれの工程（ｓ２１、ｓ２２）における溶液のｐＨを調整すればよい。
上記第１、第２の実施例に係るＬＡＧＰの製造方法では、ＬＡＧＰをＬＶＰ、ＬＣＰＯ、ＴｉＯ２など、７００℃以上の温度で焼成するとＬＡＧＰと反応してしまう可能性がある電極活物質にＬＡＧＰの被膜を形成することを想定した手順を採用していた。もちろん、電極活物質は、これらの化合物に限定されない。そして、その他の電極活物質では、より高い温度でＬＡＧＰとともに熱処理が可能なものもあるかもしれない。しかしながら、上記各実施例で想定しているＬＶＰ、ＬＣＰＯ、ＴｉＯ２などは、全固体電池用の電極活物質として周知のものであり、全固体電池を早期に実用化させるためには、これらの電極活物質を使用することが現実的であると言える。そのために、本発明の実施例では、焼成温度の上限を７００℃より１００℃も低い６００℃とした。そして上記各実施例では、この６００℃の焼成温度でも単相のＬＡＧＰを結晶化させることができた。
上記電極材料の製造方法は、正極層と負極層のそれぞれに含ませる電極活物質の粒子表面に被膜を効果的に形成することができる。もちろん、全固体電池を作製する際には、上記の電極材料の製造方法によって、正極層と負極層の両方の電極材料を作製してもよいし、正負いずれかの電極材料を作製してもよい。
ｓ２ 第１混合工程、ｓ３ アンモニア濃度調整工程、ｓ４ 第２混合工程、
ｓ７ 仮焼成工程、ｓ８ 成形工程、ｓ９ 焼成工程、ｓ１０ 電極形成工程、
ｓ２１ 酸性化工程、ｓ２２ ｐＨ調整工程
ｓ７ 仮焼成工程、ｓ８ 成形工程、ｓ９ 焼成工程、ｓ１０ 電極形成工程、
ｓ２１ 酸性化工程、ｓ２２ ｐＨ調整工程
Claims (5)
- ０＜ｘ≦１として、一般式Ｌｉ１＋ｘＡｌｘＧｅ２−ｘ（ＰＯ４）３で表される固体電解質の製造方法であって、
ＧｅＯ２と、複数の水溶性化合物とを原料とし、
前記ＧｅＯ２を水に混合する第１混合ステップと、
前記第１混合ステップにて得た混合液にアンモニアを加えて液中の前記ＧｅＯ２を溶解させて第１の溶液を得るとともに、当該第１の溶液のアンモニア濃度を調整するアンモニア濃度調整ステップと、
前記第１の溶液に前記複数の水溶性化合物を混合して第２の溶液を得る第２混合ステップと、
前記第２の溶液に硝酸を加えて第３の溶液を得る酸性化ステップと、
前記第３の溶液にアンモニア水を加えて当該第３の溶液のｐＨを調整するｐＨ調整ステップと、
前記第３の溶液を熱処理して非晶質の前記固体電解質を得るガラス化ステップと、
非晶質の前記固体電解質を焼成して前記固体電解質の結晶を得る焼成ステップと、
を含み、
前記アンモニア濃度調整ステップでは、全ての前記水溶性化合物が前記第１の溶液に対して溶解性を示すようにアンモニア濃度を調整し、
前記酸性化ステップと前記ｐＨ調整ステップとにより、前記第３の溶液中の前記固体電解質の全ての原料を溶解させる、
ことを特徴とする固体電解質の製造方法。 - 請求項１に記載の固体電解質の製造方法において、
前記複数の水溶性化合物は、ＣＨ３ ＣＯＯＬｉ・２Ｈ２Ｏ、Ａｌ（ＮＯ３）３・９Ｈ２Ｏ、ＮＨ４Ｈ２ＰＯ４であり、
前記アンモニア濃度調整ステップでは、前記第１の溶液のアンモニア濃度を０．２Ｍ以上１．３５Ｍ以下に調整し、
前記酸性化ステップでは、前記第３の溶液がｐＨ≦１となるように調整し、
前記ｐＨ調整ステップでは、前記第３の溶液がｐＨ≧４．５となるように調整する、
ことを特徴とする固体電解質の製造方法。 - 請求項２に記載の固体電解質の製造方法において、前記酸性化ステップに続いて前記ｐＨ調整ステップを実行する一連の手順を複数回繰り返すことを特徴とする固体電解質の製造方法。
- 全固体電池用の電極活物質の粒子表面に、０＜ｘ≦１として、一般式Ｌｉ１＋ｘＡｌｘＧｅ２−ｘ（ＰＯ４）３で表される固体電解質が被膜されてなる電極材料の製造方法であって、
ＧｅＯ２と、複数の水溶性化合物とを前記固体電解質の原料とし、
前記ＧｅＯ２を水に混合する第１混合ステップと、
前記第１混合ステップにて得た混合液にアンモニアを加えて液中の前記ＧｅＯ２を溶解させて第１の溶液を得るとともに、当該第１の溶液のアンモニア濃度を調整するアンモニア濃度調整ステップと、
前記第１の溶液に前記複数の水溶性化合物を混合して第２の溶液を得る第２混合ステップと、
前記第２の溶液に硝酸を加えて第３の溶液を得る酸性化ステップと、
前記第３の溶液にアンモニア水を加えて当該第３の溶液のｐＨを調整するｐＨ調整ステップと、
粉体状の前記電極活物質を前記ｐＨ調整ステップを経た前記第３の溶液に混合する活物質混合ステップと、
前記活物質混合ステップにて得た混合液を前記固体電解質が結晶化する焼成温度よりも低い温度で熱処理して非晶質の前記固体電解質を得るガラス化ステップと、
を含み、
前記アンモニア濃度調整ステップでは、全ての前記水溶性化合物が前記第１の溶液に対して溶解性を示すようにアンモニア濃度を調整し、
前記酸性化ステップと前記ｐＨ調整ステップとにより、前記第３の溶液における前記固体電解質の全ての原料を溶解させ、
前記ｐＨ調整ステップでは、前記第３の溶液を、前記固体電解質が結晶化する温度での熱処理によって前記電極活物質と前記固体電解質との反応に起因する異相が発生しないｐＨに調整する、
ことを特徴とする全固体電池用電極材料の製造方法。 - 一体的な焼結体で、正極用の電極活物質と固体電解質を含む正極層、固体電解質を含む固体電解質層、および負極用の電極活物質と固体電解質を含む負極層がこの順に積層されてなる積層電極体を備えた全固体電池の製造方法であって、
０＜ｘ≦１として、一般式Ｌｉ１＋ｘＡｌｘＧｅ２−ｘ（ＰＯ４）３を前記固体電解質として、非晶質状態の前記固体電解質と前記正極用の電極活物質とを混合した正極材料と、非晶質状態の前記固体電解質と前記負極用の電極活物質とを混合した負極材料を作製する電極材料作製ステップと、
層状の前記正極材料と層状の前記負極材料との間に、前記固体電解質を含んだ層状の固体電解質材料を挟持してなる積層体を焼成することで前記積層電極体を作製する焼成ステップと、
を含み、
前記電極材料作製ステップでは、
ＧｅＯ２と複数の水溶性化合物とを原料とした固体電解質を溶液法により作製する固体電解質作製ステップと、
前記固体電解質作製ステップにより前記固体電解質を作製する過程で前記原料に粉体状の電極活物質を混合する活物質混合ステップと、
を実行し、
前記固体電解質作製ステップは、
前記ＧｅＯ２を水に混合する第１混合ステップと、
前記第１混合ステップにて得た混合液にアンモニアを加えて液中の前記ＧｅＯ２を溶解させて第１の溶液を得るとともに、当該第１の溶液のアンモニア濃度を調整するアンモニア濃度調整ステップと、
前記第１の溶液に前記複数の水溶性化合物を混合して第２の溶液を得る第２混合ステップと、
前記第２の溶液に硝酸を加えて第３の溶液を得る酸性化ステップと、
前記第３の溶液にアンモニア水を加えて当該第３の溶液のｐＨを調整するｐＨ調整ステップと、
前記第３の溶液を前記固体電解質が結晶化する焼成温度よりも低い温度で熱処理して非晶質の固体電解質を得るガラス化ステップと、
を含み、
前記アンモニア濃度調整ステップでは、全ての前記水溶性化合物が前記第１の溶液に対して溶解性を示すようにアンモニア濃度を調整し、
前記酸性化ステップと前記ｐＨ調整ステップとにより、前記第３の溶液における前記固体電解質の全ての原料を溶解させ、
前記ｐＨ調整ステップでは、前記第３の溶液を、前記焼成ステップによって前記電極活物質と前記固体電解質との反応に起因する異相が発生しないｐＨに調整し、
前記活物質混合ステップを前記第２混合ステップと前記ガラス化ステップとの間に実行する、
ことを特徴とする全固体電池の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2017172621A JP6937198B2 (ja) | 2017-09-08 | 2017-09-08 | 固体電解質の製造方法、全固体電池用電極材料の製造方法、および全固体電池の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2017172621A JP6937198B2 (ja) | 2017-09-08 | 2017-09-08 | 固体電解質の製造方法、全固体電池用電極材料の製造方法、および全固体電池の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2019050083A JP2019050083A (ja) | 2019-03-28 |
| JP6937198B2 true JP6937198B2 (ja) | 2021-09-22 |
Family
ID=65905825
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2017172621A Active JP6937198B2 (ja) | 2017-09-08 | 2017-09-08 | 固体電解質の製造方法、全固体電池用電極材料の製造方法、および全固体電池の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP6937198B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114112770A (zh) * | 2021-11-17 | 2022-03-01 | 超威电源集团有限公司 | 一种检测铅酸蓄电池负极铅膏均匀性的方法 |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013127945A (ja) * | 2011-11-15 | 2013-06-27 | Toyota Motor Corp | 非水電解液二次電池の製造方法及び非水電解液二次電池 |
| JP6354716B2 (ja) * | 2015-09-08 | 2018-07-11 | トヨタ自動車株式会社 | 硫化物固体電池 |
| JP6660766B2 (ja) * | 2016-02-29 | 2020-03-11 | Fdk株式会社 | 全固体電池の製造方法 |
-
2017
- 2017-09-08 JP JP2017172621A patent/JP6937198B2/ja active Active
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2019050083A (ja) | 2019-03-28 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US12027663B2 (en) | Ion-conductive solid electrolyte compound, method for preparing same, and electrochemical device comprising same | |
| CN108367924B (zh) | 用于固体钠离子电池组的具有nasicon结构的电解质材料及其制造方法 | |
| Zhang et al. | Preparation and electrochemical properties of Li1+ xAlxGe2-x (PO4) 3 synthesized by a sol-gel method | |
| Wu et al. | All‐solid‐state thin film μ‐batteries for microelectronics | |
| EP3758120B1 (en) | All-solid battery | |
| CN105161688B (zh) | 一种碳包覆的磷酸铁钠‑磷酸钒钠复合材料及其制备方法 | |
| JP6767209B2 (ja) | 全固体電池の製造方法 | |
| JP2022542112A (ja) | リチウムイオン伝導性固体材料 | |
| KR20200041882A (ko) | 비수계 전해질 이차 전지용 정극 활물질과 그의 제조 방법, 및 비수계 전해질 이차 전지와 그의 제조 방법 | |
| JP6757573B2 (ja) | 全固体電池の製造方法および全固体電池 | |
| WO2021053983A1 (ja) | 全固体電池、正極および全固体電池製造方法 | |
| Ette et al. | Mo3Nb2O14: A high-rate intercalation electrode material for Li-ion batteries with liquid and garnet based hybrid solid electrolytes | |
| Saha et al. | Polymorphism in Li4Zn (PO4) 2 and stabilization of its structural disorder to improve ionic conductivity | |
| JP6971089B2 (ja) | 固体電解質の製造方法、全固体電池用電極材料の製造方法、および全固体電池の製造方法 | |
| Laha et al. | Oxygen-participated electrochemistry of new lithium-rich layered oxides Li 3 MRuO 5 (M= Mn, Fe) | |
| Park et al. | Effect of Oxidative Synthesis Conditions on the Performance of Single‐Crystalline LiMn2‐xMxO4 (M= Al, Fe, and Ni) Spinel Cathodes in Lithium‐Ion Batteries | |
| JP6937198B2 (ja) | 固体電解質の製造方法、全固体電池用電極材料の製造方法、および全固体電池の製造方法 | |
| JP7101005B2 (ja) | 正極活物質の製造方法 | |
| Windmüller et al. | Impact of fluorination on phase stability, crystal chemistry, and capacity of LiCoMnO4 high voltage spinels | |
| JP7022616B2 (ja) | 正極活物質の製造方法 | |
| JP6701393B2 (ja) | 固体電解質及び固体電解質の製造方法 | |
| KR20170003877A (ko) | 산화물계 고체 전해질 및 그 제조 방법 | |
| JP7274868B2 (ja) | 全固体電池用正極材料、全固体電池、および全固体電池用正極活物質の製造方法 | |
| JP2011048953A (ja) | 活物質及び活物質の製造方法 | |
| CN115548298A (zh) | 正极材料及其制备方法、正极极片、二次电池和电子设备 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20200820 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20210421 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20210518 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20210705 |
|
| 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: 20210803 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20210830 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 6937198 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |