JP7165048B2 - METHOD FOR MANUFACTURING LISICON-TYPE CRYSTAL PARTICLES FOR SOLID ELECTROLYTE FOR LITHIUM-ION SECONDARY BATTERY - Google Patents

METHOD FOR MANUFACTURING LISICON-TYPE CRYSTAL PARTICLES FOR SOLID ELECTROLYTE FOR LITHIUM-ION SECONDARY BATTERY Download PDF

Info

Publication number
JP7165048B2
JP7165048B2 JP2018240012A JP2018240012A JP7165048B2 JP 7165048 B2 JP7165048 B2 JP 7165048B2 JP 2018240012 A JP2018240012 A JP 2018240012A JP 2018240012 A JP2018240012 A JP 2018240012A JP 7165048 B2 JP7165048 B2 JP 7165048B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
lisicon
mixed solution
mass
type crystal
lithium
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
JP2018240012A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2020102374A (en
Inventor
弘樹 山下
剛章 大神
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.)
Taiheiyo Cement Corp
Original Assignee
Taiheiyo Cement Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Taiheiyo Cement Corp filed Critical Taiheiyo Cement Corp
Priority to JP2018240012A priority Critical patent/JP7165048B2/en
Publication of JP2020102374A publication Critical patent/JP2020102374A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP7165048B2 publication Critical patent/JP7165048B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

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

Landscapes

  • Secondary Cells (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)

Description

本発明は、全固体リチウムイオン二次電池等の二次電池に用いるための、固体電解質用LISICON型結晶粒子を製造する方法に関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a method for producing LISICON-type crystal particles for solid electrolytes for use in secondary batteries such as all-solid lithium ion secondary batteries.

現在実用化されているリチウムイオン二次電池は、電解液に可燃性の有機溶媒を用いているため、液漏れや発火等に対する安全対策を充分に講じる必要があり、また電池の小型化や薄膜化の難易度も高い。ところが、酸化物系や硫化物系の固体電解質を備えた全固体リチウムイオン二次電池であると、エネルギー密度が高い上に、可燃物を用いることなく製造することができるため、安全対策を講じる負担が軽減され、製造コストや生産性を容易に高めることが可能となる。こうしたことから、高い有用性に期待がかかる固体電解質材料については、種々の開発が活発化しつつある。 Lithium-ion secondary batteries currently in practical use use flammable organic solvents in the electrolyte, so it is necessary to take sufficient safety measures against leaks and fires. It is also highly difficult to convert. However, an all-solid-state lithium-ion secondary battery with an oxide-based or sulfide-based solid electrolyte has a high energy density and can be manufactured without using combustibles, so safety measures must be taken. The burden is reduced, and manufacturing costs and productivity can be easily increased. For these reasons, various developments are being actively carried out on solid electrolyte materials, which are expected to be highly useful.

特に、γ-Li3PO4(高温相)型のSiO4及びPO4四面体とLiO6八面体により形成される骨格構造をもつLISICON型の結晶構造を有するLi4SiO4-Li3PO4固溶体は、結晶構造上高いリチウムイオン濃度を保有する固体電解質であるという特徴に加えて、室温において10-4S/cm台もの高いリチウムイオン伝導度を示すという優れた特性を有しており、大いに期待される固体電解質材料の一つである。 In particular, Li 4 SiO 4 --Li 3 PO 4 having a LISICON type crystal structure with a framework structure formed by γ-Li 3 PO 4 (high temperature phase) type SiO 4 and PO 4 tetrahedra and LiO 6 octahedra. In addition to being a solid electrolyte with a high lithium ion concentration due to its crystal structure, the solid solution has an excellent characteristic of exhibiting a lithium ion conductivity as high as 10 -4 S/cm at room temperature. It is one of the promising solid electrolyte materials.

こうしたLISICON型結晶粒子の実用化を図るには、高純度化や粒子の微細化の実現が重要であるところ、例えば、非特許文献1には、原料を粉砕して焼成することによりLi3.5Si0.50.54で表されるリチウムイオン伝導性固体電解質を得る方法が開示されている。 In order to put these LISICON -type crystal particles into practical use, it is important to achieve high purity and fine particles. A method for obtaining a lithium ion conducting solid electrolyte represented by 0.5 P 0.5 O 4 is disclosed.

D.Wang et al. / Solid State Ionics 283(2015)109-114D. Wang et al./Solid State Ionics 283 (2015) 109-114

しかしながら、上記非特許文献に記載の製造方法により得られるLISICON型結晶粒子は、微細化を図るために施さざるを得ない粉砕処理によって、LISICON型結晶の結晶構造中に欠陥が誘発されてしまい、リチウムイオン伝導性の低下を招くおそれがある。 However, the LISICON-type crystal particles obtained by the production method described in the above non-patent document induce defects in the crystal structure of the LISICON-type crystal due to the pulverization treatment that must be performed in order to achieve miniaturization. There is a risk of causing a decrease in lithium ion conductivity.

したがって、本発明の課題は、Li4-xSi1-xx4で表されるLISICON型結晶の微細化を適度かつ有効に図ることにより、優れたリチウムイオン伝導性を発現し得る、二次電池の固体電解質として有用なLISICON型結晶粒子を製造する方法を提供することにある。 Therefore, an object of the present invention is to moderately and effectively refine the LISICON type crystal represented by Li4 - xSi1 - xPxO4 , so that excellent lithium ion conductivity can be expressed. An object of the present invention is to provide a method for producing LISICON-type crystal particles useful as a solid electrolyte for secondary batteries.

そこで本発明者らは、種々検討したところ、特定の混合液を調製しつつ特定の工程を経ることにより、適度に微細化を図りながら、高結晶度のLISICON型結晶粒子が得られることを見出し、本発明を完成させるに至った。 Accordingly, the present inventors conducted various studies and found that LISICON-type crystal particles with a high degree of crystallinity can be obtained while appropriately miniaturizing the grains by preparing a specific mixed solution and undergoing specific steps. , have completed the present invention.

すなわち、本発明は、次の工程(I)~(III):
(I)リチウム化合物、ケイ酸化合物及びリン酸化合物と、水とを混合して、25℃におけるpHが9~14である混合液を調製する工程
(II)得られた混合液を100℃以上の水熱反応に付した後、水熱反応生成物を洗浄し、次いで乾燥して、前駆体混合物を得る工程
(III)得られた前駆体混合物を400℃~1000℃で焼成する工程
を備え、下記式(1):
Li4-xSi1-xx4 ・・・(1)
(式(1)中、xは0<x<1である数を示す。)
で表されるリチウムイオン二次電池の固体電解質用LISICON型結晶粒子を製造する方法を提供するものである。
That is, the present invention provides the following steps (I) to (III):
(I) A step of mixing a lithium compound, a silicate compound, a phosphoric acid compound, and water to prepare a mixed solution having a pH of 9 to 14 at 25°C. After subjecting to the hydrothermal reaction, the hydrothermal reaction product is washed and then dried to obtain a precursor mixture; , the following formula (1):
Li4 - xSi1 - xPxO4 (1)
(In formula (1), x represents a number satisfying 0<x<1.)
The present invention provides a method for producing LISICON-type crystal particles for a solid electrolyte of a lithium ion secondary battery represented by:

本発明の方法によれば、所定の混合液を調製し、これを水熱反応した後に焼成するのみで、微細かつ高結晶度のLISICON型結晶粒子を製造することができ、また粒子の微細化を図るための粉砕処理を施す必要もないことから、高い結晶度を有したまま固体電解質として用いることができ、これにより充放電特性に優れた二次電池を実現することができる。 According to the method of the present invention, fine and highly crystalline LISICON type crystal particles can be produced simply by preparing a predetermined mixed solution, hydrothermally reacting it, and then calcining it. Since it is not necessary to perform a pulverization treatment for achieving the high crystallinity, it can be used as a solid electrolyte, thereby realizing a secondary battery with excellent charge-discharge characteristics.

実施例1で得られたLISICON型結晶粒子を示すSEM像である。1 is an SEM image showing LISICON-type crystal particles obtained in Example 1. FIG. 実施例1で得られたLISICON型結晶粒子のX線回折パターンである。1 is an X-ray diffraction pattern of LISICON-type crystal particles obtained in Example 1. FIG. 比較例1で得られたLISICON型結晶粒子を示すSEM像である。4 is an SEM image showing LISICON-type crystal particles obtained in Comparative Example 1. FIG. 比較例1で得られたLISICON型結晶粒子のX線回折パターンである。1 is an X-ray diffraction pattern of LISICON-type crystal particles obtained in Comparative Example 1. FIG.

以下、本発明について詳細に説明する。
本発明の方法は、次の工程(I)~(III):
(I)リチウム化合物、ケイ酸化合物及びリン酸化合物と、水とを混合して、25℃におけるpHが9~14である混合液を調製する工程
(II)得られた混合液を100℃以上の水熱反応に付した後、水熱反応生成物を洗浄し、次いで乾燥して、前駆体混合物を得る工程
(III)得られた前駆体混合物を400℃~1000℃で焼成する工程
を備え、下記式(1):
Li4-xSi1-xx4 ・・・(1)
(式(1)中、xは0<x<1である数を示す。)
で表されるリチウムイオン二次電池の固体電解質用LISICON型結晶粒子を製造する方法である。
The present invention will be described in detail below.
The method of the present invention comprises the following steps (I)-(III):
(I) A step of mixing a lithium compound, a silicate compound, a phosphoric acid compound, and water to prepare a mixed solution having a pH of 9 to 14 at 25°C. After subjecting to the hydrothermal reaction, the hydrothermal reaction product is washed and then dried to obtain a precursor mixture; , the following formula (1):
Li4 - xSi1 - xPxO4 (1)
(In formula (1), x represents a number satisfying 0<x<1.)
A method for producing LISICON-type crystal particles for a solid electrolyte of a lithium ion secondary battery represented by

工程(I)は、リチウム化合物、ケイ酸化合物及びリン酸化合物の全ての原料化合物と、水とを混合して、25℃におけるpHが9~14である混合液(A)を調製する工程である。このように、LISICON型結晶粒子を得るための上記原料化合物、及び水を用いつつ、pHを上記範囲に制御した混合液(A)を得ることにより、後述する工程(II)における水熱反応に付して得られる水熱反応生成物において、化学組成の均質性を高め、LISICON型結晶粒子の微細化及び高結晶度化に大いに寄与させることができる。 The step (I) is a step of preparing a mixture (A) having a pH of 9 to 14 at 25° C. by mixing all raw material compounds of a lithium compound, a silicate compound and a phosphate compound with water. be. Thus, by using the raw material compound for obtaining the LISICON-type crystal particles and water, and obtaining the mixed solution (A) in which the pH is controlled within the above range, the hydrothermal reaction in the step (II) described later can be performed. In the hydrothermal reaction product obtained by addition, the homogeneity of the chemical composition can be improved, and the LISICON type crystal grains can be made finer and highly crystallized.

上記原料化合物の1種として用い得るリチウム化合物としては、水酸化物、塩化物、炭酸塩、硫酸塩、及び有機酸塩から選ばれる1種又は2種以上が挙げられる。より具体的には、例えば、水酸化リチウム又はその水和物、過酸化リチウム、塩化リチウム、炭酸リチウム、硫酸リチウム、酢酸リチウム、シュウ酸リチウム等を好適に用いることができる。 Lithium compounds that can be used as one of the raw material compounds include one or more selected from hydroxides, chlorides, carbonates, sulfates, and organic acid salts. More specifically, for example, lithium hydroxide or its hydrate, lithium peroxide, lithium chloride, lithium carbonate, lithium sulfate, lithium acetate, lithium oxalate and the like can be preferably used.

リチウム化合物とともに、原料化合物の1種として用い得るケイ酸化合物としては、反応性のあるシリカ化合物であれば特に限定されず、二酸化ケイ素、非晶質シリカ、Na4SiO4(例えばNa4SiO4・H2O)等が挙げられる。 The silicate compound that can be used as one of the raw material compounds together with the lithium compound is not particularly limited as long as it is a reactive silica compound, and includes silicon dioxide, amorphous silica, Na 4 SiO 4 (e.g., Na 4 SiO 4 ·H 2 O) and the like.

なお、ケイ酸化合物は、工程(II)での水熱反応を効率的に生じさせて、化学組成の均質性及び結晶度が高く、かつ充分に小径化されてなる水熱反応生成物を得る観点から、細粒であることが好ましく、平均粒径が、好ましくは100nm以下、より好ましくは75nm以下である。 In addition, the silicic acid compound efficiently causes the hydrothermal reaction in step (II) to obtain a hydrothermal reaction product having a homogeneous chemical composition and a high degree of crystallinity, and having a sufficiently small diameter. From the point of view, fine particles are preferable, and the average particle diameter is preferably 100 nm or less, more preferably 75 nm or less.

また、リン酸化合物としては、オルトリン酸(H3PO4、リン酸)、メタリン酸、ピロリン酸、三リン酸、四リン酸、リン酸アンモニウム、リン酸水素アンモニウム等が挙げられる。なかでも、得られる混合液(A)のpHを制御するためのpH調整剤としても作用させ得る観点から、リン酸を用いるのが好ましく、70質量%~90質量%濃度の水溶液として用いるのが好ましい。 Phosphoric acid compounds include orthophosphoric acid (H 3 PO 4 , phosphoric acid), metaphosphoric acid, pyrophosphoric acid, triphosphoric acid, tetraphosphoric acid, ammonium phosphate, and ammonium hydrogen phosphate. Among them, it is preferable to use phosphoric acid from the viewpoint that it can also act as a pH adjuster for controlling the pH of the resulting mixed solution (A), and it is preferable to use it as an aqueous solution with a concentration of 70% by mass to 90% by mass. preferable.

原料化合物は、リチウム化合物、ケイ酸化合物及びリン酸化合物の3種の化合物からなる。工程(I)においては、これら原料化合物の全てを一括して用いる。 The raw material compound consists of three compounds, a lithium compound, a silicate compound and a phosphoric acid compound. In step (I), all of these raw material compounds are collectively used.

かかる工程(I)では、具体的には、リチウム化合物、ケイ酸化合物及び水を含有する混合液(a-1)と、リン酸化合物及び水を含有する混合液(a-2)を各々調製した後、これらの2種の混合液を混合して混合液(A)を調製する。これにより、得られる混合液(A)中には、原料化合物の全てと水が存在することとなり、かつ化学組成の均質性が高く充分に小径化されてなる反応生成物、すなわちリン酸三リチウムと、原料化合物として添加されたケイ酸化合物の混合物が含有されることとなり、LISICON型結晶粒子の微細化を効果的に図ることができる。 Specifically, in step (I), a mixed solution (a-1) containing a lithium compound, a silicate compound and water and a mixed solution (a-2) containing a phosphoric acid compound and water are each prepared. After that, these two mixed liquids are mixed to prepare a mixed liquid (A). As a result, all of the raw material compounds and water are present in the resulting mixture (A), and a reaction product having a highly homogeneous chemical composition and a sufficiently small diameter, that is, trilithium phosphate Then, the mixture of the silicic acid compound added as the raw material compound is contained, and the miniaturization of the LISICON type crystal grains can be effectively achieved.

混合液(a-1)は、リチウム化合物及びケイ酸化合物を水に混合することにより調製する。かかる混合液(a-1)におけるこれらリチウム化合物及びケイ酸化合物の合計含有量は、混合液(a-2)との混合によって生じる反応生成物の化学組成の均質性を高める観点から、混合液(a-1)中の水100質量部に対し、好ましくは1質量部~50質量部であり、より好ましくは5質量部~30質量部であり、さらに好ましくは5質量部~20質量部である。 Mixed solution (a-1) is prepared by mixing a lithium compound and a silicate compound with water. The total content of the lithium compound and the silicate compound in the mixed solution (a-1) is determined from the viewpoint of increasing the homogeneity of the chemical composition of the reaction product produced by mixing with the mixed solution (a-2). It is preferably 1 part by mass to 50 parts by mass, more preferably 5 parts by mass to 30 parts by mass, and still more preferably 5 parts by mass to 20 parts by mass with respect to 100 parts by mass of water in (a-1). be.

また、混合液(a-1)を調製するにあたり、リチウム化合物及びケイ酸化合物の混合割合は、モル比(Li:Si)で、好ましくは3.1:0.1~4:1であり、より好ましくは3.1:0.1~3.9:0.9であり、さらに好ましくは3.2:0.2~3.8:0.8である。 Further, in preparing the mixed solution (a-1), the mixing ratio of the lithium compound and the silicate compound is preferably 3.1:0.1 to 4:1 in molar ratio (Li:Si), More preferably 3.1:0.1 to 3.9:0.9, still more preferably 3.2:0.2 to 3.8:0.8.

混合液(a-1)は、各成分をより均一に分散させる観点から、混合液(a-2)と混合する前に、予め撹拌してもよい。混合液(a-1)を撹拌する時間は、好ましくは5分間~3時間であり、より好ましくは10分間~2時間であり、さらに好ましくは15分間~90分間である。撹拌速度は、反応容器内壁面での混合液(a-1)の流速に換算して、好ましくは10cm/秒~200cm/秒であり、より好ましくは15cm/秒~150cm/秒、さらに好ましくは20cm/秒~100cm/秒である。 The liquid mixture (a-1) may be stirred in advance before being mixed with the liquid mixture (a-2) from the viewpoint of dispersing each component more uniformly. The time for stirring the mixed solution (a-1) is preferably 5 minutes to 3 hours, more preferably 10 minutes to 2 hours, still more preferably 15 minutes to 90 minutes. The stirring speed is preferably 10 cm/sec to 200 cm/sec, more preferably 15 cm/sec to 150 cm/sec, and still more preferably 20 cm/sec to 100 cm/sec.

混合液(a-2)は、リン酸化合物及び水を混合することにより調製する。かかる混合液(a-2)におけるリン酸化合物の含有量は、混合液(a-2)中の水100質量部に対し、好ましくは3質量部~20質量部であり、より好ましくは5質量部~15質量部であり、さらに好ましくは7質量部~15質量部である。 Mixed solution (a-2) is prepared by mixing a phosphoric acid compound and water. The content of the phosphoric acid compound in the mixed solution (a-2) is preferably 3 parts by mass to 20 parts by mass, more preferably 5 parts by mass, relative to 100 parts by mass of water in the mixed solution (a-2). parts to 15 parts by mass, more preferably 7 to 15 parts by mass.

混合液(a-2)の25℃におけるpHは、得られる混合液(A)の25℃におけるpHを9~14に調整する観点から、好ましくは12~14であり、より好ましくは12.5~14であり、さらに好ましくは13~14である。混合液(a-2)のpHを上記範囲に調整する上で、さらにpH調整剤を用いてもよい。かかるpH調整剤は、特に限定されるものではないが、混合液(a-2)のpH調整を容易に行う観点から、水酸化リチウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム又は水酸化アンモニウム等の水酸化物を用いるのが好ましい。 The pH of the mixed solution (a-2) at 25°C is preferably 12 to 14, more preferably 12.5, from the viewpoint of adjusting the pH of the resulting mixed solution (A) to 9 to 14 at 25°C. ~14, more preferably 13-14. A pH adjuster may be used to adjust the pH of the mixture (a-2) to the above range. Such a pH adjuster is not particularly limited, but from the viewpoint of easily adjusting the pH of the mixture (a-2), water such as lithium hydroxide, sodium hydroxide, potassium hydroxide or ammonium hydroxide Preference is given to using oxides.

混合液(a-2)は、各成分をより均一に溶解又は分散させる観点から、混合液(a-1)と混合する前に、予め撹拌してもよい。混合液(a-2)を撹拌する時間は、好ましくは1分間~30分間であり、より好ましくは2分間~20分間であり、さらに好ましくは2分間~10分間である。また撹拌速度は、反応容器内壁面での混合液(a-2)の流速に換算して、好ましくは10cm/秒~200cm/秒であり、より好ましくは15cm/秒~150cm/秒、さらに好ましくは20cm/秒~100cm/秒である。 The mixed solution (a-2) may be stirred in advance before being mixed with the mixed solution (a-1) from the viewpoint of dissolving or dispersing each component more uniformly. The time for stirring the mixed solution (a-2) is preferably 1 to 30 minutes, more preferably 2 to 20 minutes, still more preferably 2 to 10 minutes. The stirring speed is preferably 10 cm/sec to 200 cm/sec, more preferably 15 cm/sec to 150 cm/sec, and still more preferably in terms of the flow speed of the mixture (a-2) on the inner wall surface of the reaction vessel. is between 20 cm/sec and 100 cm/sec.

次いで、工程(I)では、上記混合液(a-1)と上記混合液(a-2)とを混合して、混合液(A)とする。混合液(a-1)と混合液(a-2)の混合方法は、特に限定されるものではないが、撹拌している混合液(a-1)に混合液(a-2)を滴下するのが好ましい。このように、リチウム化合物及びケイ酸化合物を含む混合液(a-1)に、リン酸化合物を含む混合液(a-2)を滴下して少量ずつ加えることにより、原料化合物の全てと水を含有しつつ、反応生成物の化学組成の均質性を一層高めることができる。
この際、混合液(a-2)の混合液(a-1)への滴下速度は、10質量部の混合液(a-1)に対し、好ましくは0.1質量部/分~0.4質量部/分であり、より好ましくは0.15質量部/分~0.4質量部/分であり、さらに好ましくは0.2質量部/分~0.35質量部/分である。混合液(a-2)を滴下する際の混合液(a-1)の撹拌速度は、反応容器内壁面での混合液(a-1)の流速に換算して、好ましくは10cm/秒~200cm/秒であり、より好ましくは15cm/秒~150cm/秒、さらに好ましくは20cm/秒~100cm/秒である。
Next, in step (I), the mixed solution (a-1) and the mixed solution (a-2) are mixed to obtain a mixed solution (A). The method of mixing the mixed solution (a-1) and the mixed solution (a-2) is not particularly limited, but the mixed solution (a-2) is added dropwise to the mixed solution (a-1) being stirred. preferably. Thus, the mixed liquid (a-2) containing the phosphoric acid compound is added dropwise to the mixed liquid (a-1) containing the lithium compound and the silicate compound little by little, so that all of the raw material compounds and water are mixed. While containing, the homogeneity of the chemical composition of the reaction product can be further enhanced.
At this time, the rate of dropping the mixed liquid (a-2) into the mixed liquid (a-1) is preferably 0.1 part by mass/min to 0.1 part by mass/min with respect to 10 parts by mass of the mixed liquid (a-1). It is 4 parts/minute, more preferably 0.15 parts/minute to 0.4 parts/minute, still more preferably 0.2 parts/minute to 0.35 parts/minute. The stirring speed of the mixed solution (a-1) when the mixed solution (a-2) is added dropwise is preferably 10 cm/sec or more in terms of the flow speed of the mixed solution (a-1) on the inner wall surface of the reaction vessel. 200 cm/sec, more preferably 15 cm/sec to 150 cm/sec, and even more preferably 20 cm/sec to 100 cm/sec.

混合液(A)を得るにあたり、混合する混合液(a-1)と混合液(a-2)との質量比((a-1):(a-2))は、好ましくは20:1~1:4であり、より好ましくは10:1~1:3であり、さらに好ましくは5:1~2:3である。 In obtaining the mixed solution (A), the mass ratio ((a-1):(a-2)) of the mixed solution (a-1) and the mixed solution (a-2) to be mixed is preferably 20:1. ~1:4, more preferably 10:1 to 1:3, still more preferably 5:1 to 2:3.

混合液(a-1)と混合液(a-2)を混合する際の混合液(a-1)の温度は、好ましくは10℃~80℃であり、より好ましくは15℃~70℃であり、さらに好ましくは20℃~60℃である。また混合液(a-2)の温度は、好ましくは10℃~80℃であり、より好ましくは15℃~70℃であり、さらに好ましくは20℃~60℃である。 The temperature of the mixture (a-1) when mixing the mixture (a-1) and the mixture (a-2) is preferably 10°C to 80°C, more preferably 15°C to 70°C. and more preferably 20°C to 60°C. The temperature of the mixture (a-2) is preferably 10°C to 80°C, more preferably 15°C to 70°C, still more preferably 20°C to 60°C.

混合液(a-1)と混合液(a-2)を混合する時間は、好ましくは10分間~24時間であり、より好ましくは15分間~18時間であり、さらに好ましくは30分間~12時間である。またこの際、各成分をより均一に溶解又は分散させ、反応生成物の化学組成の均質性を高める観点から、撹拌してもよい。撹拌速度は、反応容器内壁面での混合液(A)の流速に換算して、好ましくは10cm/秒~200cm/秒であり、より好ましくは15cm/秒~150cm/秒、さらに好ましくは20cm/秒~100cm/秒である。 The time for mixing the mixture (a-1) and the mixture (a-2) is preferably 10 minutes to 24 hours, more preferably 15 minutes to 18 hours, still more preferably 30 minutes to 12 hours. is. Further, at this time, stirring may be performed from the viewpoint of dissolving or dispersing each component more uniformly and improving the homogeneity of the chemical composition of the reaction product. The stirring speed is preferably 10 cm/sec to 200 cm/sec, more preferably 15 cm/sec to 150 cm/sec, still more preferably 20 cm/sec in terms of the flow speed of the mixture (A) on the inner wall surface of the reaction vessel. sec to 100 cm/sec.

混合液(a-1)と混合液(a-2)を混合することによって、原料化合物を全部一括して混合することとなり、リチウムリン酸塩及び原料化合物として添加されたケイ酸化合物を含有する混合液(A)が得られる。これらリン酸三リチウム及びケイ酸化合物は、平均粒径が100nm以下の微粒子であり、後述する工程(II)において水熱反応に付す工程を経ることにより、LISICON型結晶粒子の前駆体混合物(B)を良好に生成する。かかる混合液(A)中におけるリチウムリン酸塩及びケイ酸化合物の合計含有量は、混合液(A)中に、好ましくは0.5質量%~40質量%であり、より好ましくは1質量%~35質量%であり、さらに好ましくは1.5質量%~30質量%である。また、混合液(A)の25℃におけるpHは、9~14であって、好ましくは10~14であり、より好ましくは10.5~14である。かかる範囲内となるよう混合液(A)のpHを調整するにあたり、必要に応じて上記pH調整剤を用いてもよい。
なお、混合液(A)中において、リチウムリン酸塩が生成され、混合物として含有されてなることは、X線回折によって確認することができる。
By mixing the mixed solution (a-1) and the mixed solution (a-2), all the raw material compounds are mixed at once, and the lithium phosphate and the silicic acid compound added as the raw material compound are contained. A mixture (A) is obtained. These trilithium phosphate and silicate compound are fine particles having an average particle size of 100 nm or less, and are converted into a precursor mixture (B ) well. The total content of the lithium phosphate and the silicate compound in the mixture (A) is preferably 0.5% by mass to 40% by mass, more preferably 1% by mass. to 35% by mass, more preferably 1.5% to 30% by mass. The pH of the mixture (A) at 25° C. is 9-14, preferably 10-14, more preferably 10.5-14. In adjusting the pH of the mixed liquid (A) so that it falls within this range, the above pH adjuster may be used as necessary.
It can be confirmed by X-ray diffraction that lithium phosphate is produced and contained as a mixture in the liquid mixture (A).

工程(II)は、工程(I)で得られた混合液(A)を100℃以上の水熱反応に付した後、水熱反応生成物を洗浄し、次いで乾燥して、前駆体混合物(B)を得る工程である。かかる工程(II)における水熱反応は、原料化合物の全てと水を含有する混合液(A)を充填した反応容器を圧力容器等に格納して加圧下で行う。 In step (II), after subjecting the mixture (A) obtained in step (I) to a hydrothermal reaction at 100° C. or higher, the hydrothermal reaction product is washed and then dried to obtain a precursor mixture ( B) is obtained. The hydrothermal reaction in step (II) is carried out under pressure in a reaction vessel filled with the mixture (A) containing all of the starting compounds and water in a pressure vessel or the like.

なお、工程(II)に移行する前に、予め工程(I)で得られた混合液(A)を撹拌する場合、かかる撹拌は反応容器内で行えばよく、次いで反応容器を圧力容器等に格納すればよい。かかる撹拌は、LISICON型結晶粒子の前駆体混合物を効率的に生成させる観点から、圧力容器等に格納された反応容器内において工程(II)における水熱反応が完了するまで継続するのが好ましい。この際における混合液(A)の撹拌速度は、反応容器内壁面での混合液(A)の流速に換算して、好ましくは15cm/秒以上であり、より好ましくは15cm/秒~80cm/秒であり、さらに好ましくは15cm/秒~70cm/秒である。撹拌方法としては、この撹拌速度が実現可能であれば特に限定されないが、例えば撹拌羽根を用いる方法、又は特開2014-118328号公報に記載のポンプを使用して合成容器中のスラリーを撹拌する方法等を好適に使用することができる。
さらに、上記撹拌方法を用いる際に、混合液(A)全体において均一に水熱反応を生じさせる観点から、反応容器内に邪魔板を設置したり、撹拌翼の回転方向やポンプの送液方向を間欠的に逆転したりすることによって、混合液(A)の流れに擾乱を生じさせるのが有効である。
When the mixed solution (A) obtained in step (I) is stirred before proceeding to step (II), such stirring may be performed in a reaction vessel, and then the reaction vessel is placed in a pressure vessel or the like. It should be stored. From the viewpoint of efficiently producing a precursor mixture of LISICON-type crystal particles, such stirring is preferably continued until the hydrothermal reaction in step (II) is completed in a reaction vessel such as a pressure vessel. At this time, the stirring speed of the mixed solution (A) is preferably 15 cm/sec or more, more preferably 15 cm/sec to 80 cm/sec in terms of the flow speed of the mixed solution (A) on the inner wall surface of the reaction vessel. and more preferably 15 cm/sec to 70 cm/sec. The stirring method is not particularly limited as long as this stirring speed is achievable. For example, a method using a stirring blade or a pump described in JP-A-2014-118328 is used to stir the slurry in the synthesis vessel. methods and the like can be suitably used.
Furthermore, when using the above-mentioned stirring method, from the viewpoint of uniformly causing a hydrothermal reaction in the entire mixed liquid (A), a baffle plate is installed in the reaction vessel, the rotation direction of the stirring blade, or the liquid feeding direction of the pump. It is effective to disturb the flow of the mixture (A) by intermittently reversing the flow of the liquid mixture (A).

水熱反応に付す際の混合液(A)の温度(反応温度)は、100℃以上であればよく、好ましくは130℃~250℃であり、より好ましくは140℃~230℃である。この際の圧力及び反応時間は、反応温度が100℃以上の場合は0.3MPa以上で10分間以上が好ましく、130℃~250℃で反応を行う場合は0.3MPa~2MPaで10分間~24時間が好ましく、140℃~230℃で反応を行う場合は0.4MPa~1.8MPaで10分間~16時間が好ましい。 The temperature (reaction temperature) of the mixed solution (A) during the hydrothermal reaction may be 100°C or higher, preferably 130°C to 250°C, more preferably 140°C to 230°C. At this time, the pressure and reaction time are preferably 0.3 MPa or more and 10 minutes or more when the reaction temperature is 100 ° C. or higher, and 0.3 MPa to 2 MPa and 10 minutes to 24 minutes when the reaction is performed at 130 ° C. to 250 ° C. When the reaction is carried out at 140° C. to 230° C., the pressure is preferably 0.4 MPa to 1.8 MPa for 10 minutes to 16 hours.

また、水熱反応における反応容器内の雰囲気は限定されるものではないが、雰囲気の調整の容易性の観点から、空気下又は水蒸気下が好ましい。 Moreover, the atmosphere in the reaction vessel in the hydrothermal reaction is not limited, but from the viewpoint of easiness of adjusting the atmosphere, it is preferably under air or under water vapor.

次いで、混合液(A)を上記水熱反応に付した後、水熱反応生成物を洗浄し、次いで乾燥する。かかる水熱反応生成物は、水熱反応後の混合液(A)を固液分離すればよく、得られる水熱反応生成物は、リン酸リチウムとケイ酸リチウムとの混合物、すなわちLISICON型結晶粒子の前駆体混合物(B)が含有されてなる。固液分離に用いる装置としては、例えば、フィルタープレス機、遠心濾過機等が挙げられる。なかでも、効率的に水熱反応生成物を得る観点から、フィルタープレス機を用いるのが好ましい。 After subjecting the liquid mixture (A) to the above hydrothermal reaction, the hydrothermal reaction product is washed and then dried. Such a hydrothermal reaction product can be obtained by solid-liquid separation of the mixed liquid (A) after the hydrothermal reaction, and the obtained hydrothermal reaction product is a mixture of lithium phosphate and lithium silicate, that is, a LISICON type crystal It comprises a particle precursor mixture (B). Apparatuses used for solid-liquid separation include, for example, a filter press and a centrifugal filter. Among them, it is preferable to use a filter press from the viewpoint of obtaining a hydrothermal reaction product efficiently.

次いで、回収された水熱反応生成物は、原料由来のアニオン成分等の水溶性不純物を効果的に除去する観点から、洗浄する。かかる洗浄には水を用いればよく、その水の量は、水熱反応生成物の乾燥質量1質量部に対し、好ましくは5質量部~50質量部であり、より好ましくは7質量部~50質量部であり、さらに好ましくは9質量部~50質量部である。かかる水の温度は、水溶性不純物を効果的に除去する観点から、好ましくは5℃~70℃であり、より好ましくは20℃~70℃である。 Next, the recovered hydrothermal reaction product is washed from the viewpoint of effectively removing water-soluble impurities such as anionic components derived from the raw materials. Water may be used for such washing, and the amount of water is preferably 5 parts by mass to 50 parts by mass, more preferably 7 parts by mass to 50 parts by mass, relative to 1 part by mass of the dry mass of the hydrothermal reaction product. parts by mass, more preferably 9 to 50 parts by mass. The temperature of such water is preferably 5° C. to 70° C., more preferably 20° C. to 70° C., from the viewpoint of effectively removing water-soluble impurities.

洗浄した水熱反応生成物は、次に乾燥する。乾燥手段としては、噴霧乾燥、箱型乾燥、流動床乾燥、外熱式乾燥、凍結乾燥、真空乾燥等が挙げられるが、なかでも、後述する工程(III)における焼成を経ることによって得られるLISICON型結晶粒子が、必要以上に成長するのを有効に制御して充分に微細化を図る観点から、噴霧乾燥とするのが好ましい。 The washed hydrothermal reaction product is then dried. Drying means include spray drying, box drying, fluidized bed drying, external heat drying, freeze drying, vacuum drying, etc. Among them, LISICON obtained by firing in step (III) described later Spray drying is preferable from the viewpoint of effectively controlling the growth of the mold crystal grains more than necessary and sufficiently miniaturizing the grains.

乾燥後に得られる前駆体混合物(B)は、リン酸リチウムとケイ酸リチウムとの混合物である。かかる前駆体混合物(B)の平均粒径は、レーザー回折・散乱法に基づく粒度分布におけるD50値で、好ましくは5nm~250nmであり、より好ましくは10nm~200nmである。ここで、粒度分布測定におけD50値とは、レーザー回折・散乱法に基づく体積基準の粒度分布により得られる値であり、D50値は累積50%での粒径(メジアン径)を意味する。したがって、乾燥手段として噴霧乾燥を採用する場合、用いるスプレードライヤーの運転条件を適宜最適化することにより、かかる前駆体混合物(B)の粒径を調整すればよい。 The precursor mixture (B) obtained after drying is a mixture of lithium phosphate and lithium silicate. The average particle diameter of the precursor mixture (B) is preferably 5 nm to 250 nm, more preferably 10 nm to 200 nm, in terms of D 50 value in particle size distribution based on laser diffraction/scattering method. Here, the D50 value in particle size distribution measurement is a value obtained from a volume-based particle size distribution based on a laser diffraction/scattering method, and the D50 value means the particle size (median diameter) at 50% cumulative. do. Therefore, when spray drying is employed as the drying means, the particle size of the precursor mixture (B) may be adjusted by appropriately optimizing the operating conditions of the spray dryer used.

工程(III)は、工程(II)で得られた前駆体混合物(B)を400℃~1000℃で焼成する工程である。かかる工程(III)を経ることにより、極めて結晶度が高く微細な粒子であって高純度である、リチウムイオン二次電池の固体電解質として非常に有用なLISICON型結晶粒子を得ることができる。 Step (III) is a step of firing the precursor mixture (B) obtained in step (II) at 400°C to 1000°C. Through such step (III), it is possible to obtain LISICON-type crystal particles that are fine particles with extremely high crystallinity and high purity, and are very useful as a solid electrolyte for lithium ion secondary batteries.

工程(III)における焼成温度は、得られるLISICON型結晶粒子の結晶性を高めつつ、有効に微細化を図る観点から、400℃~1000℃であって、好ましくは500℃~900℃であり、より好ましくは600℃~800℃である。また焼成時間は、同様の観点から、好ましくは0.5時間~30時間であり、より好ましくは1時間~24時間であり、さらに好ましくは1時間~18時間である。 The firing temperature in step (III) is 400° C. to 1000° C., preferably 500° C. to 900° C., from the viewpoint of effectively miniaturizing the LISICON-type crystal particles while enhancing the crystallinity of the resulting LISICON type crystal particles. More preferably, it is 600°C to 800°C. From the same viewpoint, the firing time is preferably 0.5 hours to 30 hours, more preferably 1 hour to 24 hours, and still more preferably 1 hour to 18 hours.

上記焼成における雰囲気は、特に限定されるものではなく、大気雰囲気下、不活性ガス雰囲気下又は還元条件下のいずれであってもよいが、簡便性の観点から、大気雰囲気下が好ましい。かかる焼成に用いる装置としては、温度の調整が可能な物であれば特に限定されず、バッチ式、連続式、加熱方式(間接又は直接)のいずれの方式のものも使用することができ、例えば、外熱キルンやローラーハース等の焼成炉が挙げられる。 The atmosphere in the firing is not particularly limited, and may be an air atmosphere, an inert gas atmosphere, or a reducing condition, but the air atmosphere is preferable from the viewpoint of convenience. The apparatus used for such baking is not particularly limited as long as it is capable of adjusting the temperature, and any of batch type, continuous type, and heating type (indirect or direct) can be used. , an externally heated kiln or a roller hearth.

本発明の方法により製造されるLISICON型結晶粒子の平均粒径は、好ましくは70nm~300nmであり、より好ましくは70nm~250nmであり、さらに好ましくは70nm~200nmである。
ここで、LISICON型結晶粒子の平均粒径とは、SEM又はTEMの電子顕微鏡を用いた観察における、数十個の粒子の粒径(長軸の長さ)の測定値の平均値を意味する。
The average particle size of the LISICON-type crystal particles produced by the method of the present invention is preferably 70 nm to 300 nm, more preferably 70 nm to 250 nm, still more preferably 70 nm to 200 nm.
Here, the average particle size of the LISICON-type crystal particles means the average value of the measured values of the particle size (long axis length) of several tens of particles in observation using an SEM or TEM electron microscope. .

また、得られるLISICON型結晶粒子のBET比表面積は、充放電特性に優れたリチウムイオン二次電池を得る観点から、好ましくは3m2/g以上であり、より好ましくは5m2/g以上であり、さらに好ましくは7m2/g以上である。 In addition, the BET specific surface area of the obtained LISICON-type crystal particles is preferably 3 m 2 /g or more, more preferably 5 m 2 /g or more, from the viewpoint of obtaining a lithium ion secondary battery with excellent charge-discharge characteristics. , more preferably 7 m 2 /g or more.

なお、本発明の方法により製造されるLISICON型結晶粒子は、例えばSO3等の水溶性不純物の含有量が極めて少ない粒子である。例えば、用いる原料化合物として硫酸塩を用いた場合、得られるLISICON型結晶粒子中の水溶性不純物の含有量(SO3量)は、好ましくは500ppm以下であり、より好ましくは300ppm以下である。 The LISICON-type crystal particles produced by the method of the present invention are particles containing an extremely small amount of water-soluble impurities such as SO 3 . For example, when a sulfate is used as a raw material compound, the content of water-soluble impurities (SO 3 content) in the resulting LISICON-type crystal particles is preferably 500 ppm or less, more preferably 300 ppm or less.

本発明の方法により製造されるLISICON型結晶粒子は、LISICON型の結晶構造を有する酸化物であり、具体的には、下記式(1)で表される。
Li4-xSi1-xx4 ・・・(1)
(式(1)中、xは0<x<1である数を示す。)
より具体的には、例えば、Li3.5Si0.50.54、Li3.9Si0.90.14、Li3.1Si0.10.94が挙げられる。
The LISICON-type crystal particles produced by the method of the present invention are oxides having a LISICON-type crystal structure, and are specifically represented by the following formula (1).
Li4 - xSi1 - xPxO4 (1)
(In formula (1), x represents a number satisfying 0<x<1.)
More specific examples include Li3.5Si0.5P0.5O4 , Li3.9Si0.9P0.1O4 and Li3.1Si0.1P0.9O4 . _ _

このように、本発明の方法によれば、結晶度が高く、かつ粒径が有効に微細化されたLISICON型結晶粒子を製造することができる。したがって、優れた充放電特性を発現し得る全固体リチウムイオン二次電池用固体電解質を、簡便に得ることができる。 Thus, according to the method of the present invention, it is possible to produce LISICON-type crystal particles having a high degree of crystallinity and effectively miniaturized particle sizes. Therefore, it is possible to easily obtain a solid electrolyte for an all-solid lithium ion secondary battery that can exhibit excellent charge-discharge characteristics.

こうして本発明の方法により製造されるLISICON型結晶粒子を固体電解質として適宜適用できるリチウムイオン二次電池としては、正極と負極と固体電解質を必須構成とするものであって、正極活物質層、固体電解質層、及び負極活物質層の順に積層配置された積層体が形成されるものであれば特に限定されない。 A lithium-ion secondary battery to which the LISICON-type crystal particles produced by the method of the present invention can be appropriately applied as a solid electrolyte has a positive electrode, a negative electrode, and a solid electrolyte as essential components, including a positive electrode active material layer, a solid There is no particular limitation as long as a laminate in which the electrolyte layer and the negative electrode active material layer are laminated in this order is formed.

ここで、正極活物質層については、リチウムイオンを充電時には放出し、かつ放電時には吸蔵することができれば、その材料構成は特に限定されるものではなく、公知の材料構成のものを用いることができる。例えば、原料化合物を水熱反応させることにより得られる各種ポリアニオン型正極活物質からなる正極活物質層を好適に用いることができる。 Here, regarding the positive electrode active material layer, as long as it can release lithium ions during charging and absorb lithium ions during discharging, the material configuration is not particularly limited, and a known material configuration can be used. . For example, a positive electrode active material layer made of various polyanion-type positive electrode active materials obtained by hydrothermally reacting raw material compounds can be preferably used.

また、負極活物質層については、リチウムイオンを充電時には吸蔵し、かつ放電時には放出することができれば、その材料構成は特に限定されるものではなく、公知の材料構成のものを用いることができる。例えば、原料を水熱反応させることにより得られるチタンニオブ酸化物やチタン酸ナトリウムリチウム複合酸化物からなる負極活物質層を好適に用いることができる。 In addition, the negative electrode active material layer is not particularly limited in its material composition as long as it can occlude lithium ions during charging and can release lithium ions during discharging, and known material compositions can be used. For example, a negative electrode active material layer made of titanium niobium oxide or sodium lithium titanate composite oxide obtained by hydrothermally reacting raw materials can be preferably used.

また、本発明の方法により製造されるLISICON型結晶粒子を用いてリチウムイオン二次電池を製造する方法としては、特に限定されず、公知の方法を使用できる。例えば、特開2017-10816号公報に記載されるように、正極活物質層、及び負極活物質層に内包される固体電解質粒子として本発明のLISICON型結晶粒子を用い、固体電解質層には、かかる固体電解質粒子以外の固体電解質を用いてもよい。 Moreover, the method for producing a lithium ion secondary battery using the LISICON type crystal particles produced by the method of the present invention is not particularly limited, and known methods can be used. For example, as described in JP-A-2017-10816, the LISICON-type crystal particles of the present invention are used as the solid electrolyte particles contained in the positive electrode active material layer and the negative electrode active material layer, and the solid electrolyte layer includes: A solid electrolyte other than such solid electrolyte particles may be used.

上記の構成を有するリチウムイオン二次電池の形状としては、特に制限を受けるものではなく、コイン型、円筒型,角型等種々の形状や、ラミネート外装体に封入した不定形状であってもよい。 The shape of the lithium-ion secondary battery having the above configuration is not particularly limited, and may be various shapes such as a coin shape, a cylindrical shape, a square shape, or an irregular shape enclosed in a laminated outer package. .

以下、本発明について、実施例に基づき具体的に説明する。なお、表中に特に示さない限り、各成分の含有量は質量%を示す。 EXAMPLES The present invention will be specifically described below based on examples. In addition, unless otherwise indicated in the table, the content of each component indicates % by mass.

[製造例1](LiCoPO4正極活物質粒子の製造)
LiOH・H2Oを12.72gと水40mLを混合して、スラリー(c-1)を得た。得られたスラリー(c-1)を、25℃の温度に保持しながら3分間撹拌しつつ85質量%のH3PO4を11.53g、35mL/分で滴下し、撹拌速度400rpmで1時間撹拌することにより、Li3PO4スラリー(c-2)を得た。次に、得られたLi3PO4スラリー(c-2)全量に対し、CoSO4・7H2Oを21.08g添加して、スラリー(c-3)とした後、これをオートクレーブに投入し、170℃で1時間の水熱反応を行った。オートクレーブ内の圧力は、0.8MPaであった。生成した水熱反応物をろ過し、次いで、水熱反応物1質量部に対して12質量部の水により洗浄した。洗浄した水熱反応物を-50℃で12時間凍結乾燥して、LiCoPO4正極活物質粒子(粒子径100nm)を得た。
[Production Example 1] (Production of LiCoPO 4 positive electrode active material particles)
12.72 g of LiOH.H 2 O and 40 mL of water were mixed to obtain a slurry (c-1). 11.53 g of 85% by mass H 3 PO 4 was added dropwise to the obtained slurry (c-1) at 35 mL/min while stirring for 3 minutes while maintaining the temperature at 25° C., and the stirring rate was 400 rpm for 1 hour. A Li 3 PO 4 slurry (c-2) was obtained by stirring. Next, 21.08 g of CoSO 4 .7H 2 O was added to the total amount of Li 3 PO 4 slurry (c-2) thus obtained to obtain slurry (c-3), which was put into an autoclave. , and 170° C. for 1 hour. The pressure inside the autoclave was 0.8 MPa. The produced hydrothermal reactant was filtered and then washed with 12 parts by mass of water per 1 part by mass of the hydrothermal reactant. The washed hydrothermal reaction product was freeze-dried at −50° C. for 12 hours to obtain LiCoPO 4 positive electrode active material particles (particle size: 100 nm).

[実施例1]
水40mLにLiOH・H2O 4.5g及びSiO2 0.9gを混合して、混合液(a-1)1を得た。25℃における混合液(a-1)1のpHは13.5であった。次いで、得られた混合液(a-1)1を25℃の温度に保持しながら、撹拌速度200rpmで10分間撹拌した後、そのまま撹拌を継続している混合液(a-1)1に、85%H3PO4 1.73gを50mL/分で全量滴下して混合した後、さらに撹拌速度200rpmで30分間撹拌して混合液(A)1を得た。かかる混合液(A)1の25℃におけるpHは12、生成したLi3PO4及びSiO2の合計含有量は6質量%であった。
[Example 1]
4.5 g of LiOH.H 2 O and 0.9 g of SiO 2 were mixed with 40 mL of water to obtain a mixture (a-1) 1 . The pH of the mixture (a-1) 1 at 25° C. was 13.5. Next, the obtained mixed solution (a-1) 1 was stirred at a stirring speed of 200 rpm for 10 minutes while maintaining the temperature of 25° C., and then added to the mixed solution (a-1) 1 which was continuously stirred. After 1.73 g of 85% H 3 PO 4 was added dropwise at a rate of 50 mL/min and mixed, the mixture was further stirred at a stirring speed of 200 rpm for 30 minutes to obtain a mixed liquid (A) 1 . The mixed solution (A) 1 had a pH of 12 at 25° C. and a total content of Li 3 PO 4 and SiO 2 produced was 6 mass %.

得られた混合液(A)1をオートクレーブに投入し、170℃、1.0MPaでの水熱反応を6時間行った。生成した固形分を吸引ろ過し、次いで得られた固形分を固形分1質量部に対して5質量部の水で洗浄した後、80℃で12時間恒温乾燥して前駆体混合物(B)1を得た。X線回折法による定性分析から、得られた前駆体混合物(B)1中における混合物Li3PO4とLi4SiO4の質量比は、1:1.04であった。得られた前駆体混合物(B)1を、空気雰囲気下700℃で4時間焼成してLISICON型結晶粒子X1を得た。
得られたLISICON型結晶粒子X1は、Li3.5Si0.50.54単相であり、平均粒径は80nm、BET比表面積は25m2/gであった。得られたLISICON型結晶粒子X1のSEM写真を図1に、X線回折パターンを図2に示す。
The mixed liquid (A) 1 thus obtained was put into an autoclave and subjected to a hydrothermal reaction at 170° C. and 1.0 MPa for 6 hours. The resulting solid content was filtered by suction, and then washed with 5 parts by mass of water per 1 part by mass of the solid content. got Qualitative analysis by X-ray diffraction revealed that the mass ratio of the mixture Li 3 PO 4 and Li 4 SiO 4 in the resulting precursor mixture (B) 1 was 1:1.04. The obtained precursor mixture (B) 1 was calcined at 700° C. for 4 hours in an air atmosphere to obtain LISICON type crystal particles X 1 .
The obtained LISICON-type crystal particles X 1 had a Li 3.5 Si 0.5 P 0.5 O 4 single phase, an average particle diameter of 80 nm, and a BET specific surface area of 25 m 2 /g. A SEM photograph of the obtained LISICON-type crystal particles X 1 is shown in FIG. 1, and an X-ray diffraction pattern is shown in FIG.

[実施例2]
LiOH・H2Oの添加量を5.01g、SiO2の添加量を1.62g、85%H3PO4の添加量を0.35gとした以外、実施例1と同様にしてLISICON型酸化物粒子X2を得た。
得られたLISICON型酸化物粒子X2は、Li3.9Si0.90.14単相であり、平均粒径は80nm、BET比表面積は25m2/gであった。
[Example 2]
LISICON-type oxidation was carried out in the same manner as in Example 1, except that the amount of LiOH·H 2 O added was 5.01 g, the amount of SiO 2 was 1.62 g, and the amount of 85% H 3 PO 4 was 0.35 g. A substance particle X 2 was obtained.
The obtained LISICON-type oxide particles X 2 had a Li 3.9 Si 0.9 P 0.1 O 4 single phase, an average particle diameter of 80 nm, and a BET specific surface area of 25 m 2 /g.

[実施例3]
LiOH・H2Oの添加量を8.10g、SiO2の添加量を0.18g、85%H3PO4の添加量を3.11gとした以外、実施例1と同様にしてLISICON型酸化物粒子X3を得た。
得られたLISICON型酸化物粒子X3は、Li3.1Si0.10.94単相であり、平均粒径は80nm、BET比表面積は25m2/gであった。
[Example 3]
LISICON-type oxidation was carried out in the same manner as in Example 1 except that the amount of LiOH.H 2 O added was 8.10 g, the amount of SiO 2 was 0.18 g, and the amount of 85% H 3 PO 4 was 3.11 g. A substance particle X 3 was obtained.
The obtained LISICON-type oxide particles X 3 had a Li 3.1 Si 0.1 P 0.9 O 4 single phase, an average particle diameter of 80 nm, and a BET specific surface area of 25 m 2 /g.

[比較例1]
水40mLにLi2CO3 11.38g、(NH4)H2PO4 2.30g、SiO2 1.20gを混合して、遊星ボールミルを用いて400rpmで4時間粉砕して前駆体混合物(B)を得た。得られた前駆体混合物(B)を空気雰囲気下900℃10時間焼成することにより、LISICON型結晶粒子Y1を得た。
得られたLISICON型結晶粒子Y1は、Li3.5Si0.50.54単相であり、平均粒径は500nm、BET比表面積は1m2/gであった。得られたLISICON型結晶粒子Y1のSEM写真を図3に、X線回折パターンを図4に示す。
[Comparative Example 1]
11.38 g of Li 2 CO 3 , 2.30 g of (NH 4 )H 2 PO 4 and 1.20 g of SiO 2 were mixed with 40 mL of water and pulverized at 400 rpm for 4 hours using a planetary ball mill to obtain a precursor mixture (B ). LISICON-type crystal particles Y 1 were obtained by firing the obtained precursor mixture (B) in an air atmosphere at 900° C. for 10 hours.
The obtained LISICON-type crystal particles Y 1 had a Li 3.5 Si 0.5 P 0.5 O 4 single phase, an average particle diameter of 500 nm, and a BET specific surface area of 1 m 2 /g. A SEM photograph of the obtained LISICON-type crystal particles Y 1 is shown in FIG. 3, and an X-ray diffraction pattern is shown in FIG.

《評価試験》
実施例1~3及び比較例1で得られたLISICON型結晶粒子X1~X3及びY1を用い、全固体リチウムイオン二次電池を作製した。
具体的には、正極に製造例1で得られたLiCoPO4正極活物質粒子を用い、正極活物質:固体電解質(質量比)を75:25の配合割合で混合した後、プレス用冶具に投入して正極活物質層とした。さらに、その層上に実施例1~3及び比較例1で得られたLISICON型結晶粒子のみをさらに投入して固体電解質層として積層させた後、ハンドプレスを用いて16MPaで2分間プレスして、φ14mmの円盤状の正極を得た。次いで、負極としてリチウム箔を固体電解質層側に取り付けることで、全固体リチウムイオン二次電池を作製した。
"Evaluation test"
Using the LISICON type crystal particles X 1 to X 3 and Y 1 obtained in Examples 1 to 3 and Comparative Example 1, all-solid lithium ion secondary batteries were produced.
Specifically, the LiCoPO4 positive electrode active material particles obtained in Production Example 1 were used for the positive electrode, and the positive electrode active material:solid electrolyte (mass ratio) was mixed at a mixing ratio of 75:25, and then put into a press jig. to form a positive electrode active material layer. Further, only the LISICON-type crystal particles obtained in Examples 1 to 3 and Comparative Example 1 were added to the layer to form a solid electrolyte layer, which was then pressed for 2 minutes at 16 MPa using a hand press. , a disk-shaped positive electrode of φ14 mm was obtained. Next, by attaching a lithium foil as a negative electrode to the solid electrolyte layer side, an all-solid lithium ion secondary battery was produced.

作製した全固体リチウムイオン二次電池を用いて、充電条件を16mA/g、電圧5.0Vの定電流充電、放電条件を16mA/g、終止電圧3.5Vの定電流放電とした場合の、16mA/gにおける放電容量を求めた。なお、充放電試験は全て45℃で行った。結果を表1に示す。 Using the produced all-solid-state lithium ion secondary battery, the charging condition is 16 mA / g, the constant current charging at a voltage of 5.0 V, the discharging condition is 16 mA / g, the constant current discharging at the final voltage of 3.5 V, A discharge capacity at 16 mA/g was determined. All charge/discharge tests were conducted at 45°C. Table 1 shows the results.

Figure 0007165048000001
Figure 0007165048000001

上記結果より、実施例1の方法で得られたLISICON型結晶粒子は、比較例1の方法で得られたLISICON型結晶粒子に比して、優れた放電容量を示すことがわかる。これは、図1及び図2からも分かるとおり、実施例1の方法で得られたLISICON型結晶粒子が結晶度の高い微粒子であることによるものと考えられる。 From the above results, it can be seen that the LISICON-type crystal particles obtained by the method of Example 1 exhibit superior discharge capacity compared to the LISICON-type crystal particles obtained by the method of Comparative Example 1. As can be seen from FIGS. 1 and 2, this is probably because the LISICON-type crystal particles obtained by the method of Example 1 are fine particles with a high degree of crystallinity.

Claims (4)

次の工程(I)~(III):
(I)リチウム化合物、ケイ酸化合物及び水を含有する混合液(a-1)を撹拌しているなかに、リン酸化合物及び水を含有する混合液(a-2)を、混合液(a-1)10質量部に対して0.1質量部/分~0.4質量部/分の速度で全量滴下した後、15分間~12時間撹拌して、25℃におけるpHが10.5~14である、リン酸三リチウム含有の混合液を調製する工程
(II)得られた混合液を100℃以上の水熱反応に付した後、水熱反応生成物を洗浄し、次いで乾燥して、前駆体混合物を得る工程
(III)得られた前駆体混合物を400℃~1000℃で焼成する工程
を備え、下記式(1):
Li4-xSi1-xx4 ・・(1)
(式(1)中、xは0.1≦x≦0.9である数を示す。)
で表されるリチウムイオン二次電池の固体電解質用LISICON型結晶粒子を製造する方法。
The following steps (I)-(III):
(I) While stirring the mixed solution (a-1) containing a lithium compound, a silicate compound and water, the mixed solution (a-2) containing a phosphoric acid compound and water is added to the mixed solution (a -1) After dropping the entire amount at a rate of 0.1 part by mass / min to 0.4 part by mass / min with respect to 10 parts by mass, stirring for 15 minutes to 12 hours , the pH at 25 ° C. is 10.5 ~ Step 14 of preparing a mixed solution containing trilithium phosphate (II) After subjecting the obtained mixed solution to a hydrothermal reaction at 100 ° C. or higher, the hydrothermal reaction product is washed and then dried. , a step of obtaining a precursor mixture (III) calcining the obtained precursor mixture at 400 ° C. to 1000 ° C., the following formula (1):
Li4 - xSi1 - xPxO4 (1)
(In formula (1), x represents a number satisfying 0.1≤x≤0.9 .)
A method for producing LISICON-type crystal particles for a solid electrolyte of a lithium ion secondary battery represented by
工程(I)において混合液(A)を得るにあたり、混合する混合液(a-1)と混合液(a-2)との質量比((a-1):(a-2))が、5:1~2:3である、請求項1に記載のリチウムイオン二次電池の固体電解質用LISICON型結晶粒子を製造する方法。In obtaining the mixed solution (A) in step (I), the mass ratio ((a-1):(a-2)) of the mixed solution (a-1) and the mixed solution (a-2) to be mixed is The method for producing LISICON-type crystal particles for a solid electrolyte of a lithium ion secondary battery according to claim 1, wherein the ratio is 5:1 to 2:3. 工程(II)において水熱反応生成物を洗浄するにあたり、水熱反応生成物の乾燥質量1質量部に対して5質量部~50質量部の水を用いる、請求項1又は2に記載のリチウムイオン二次電池の固体電解質用LISICON型結晶粒子を製造する方法。 The lithium according to claim 1 or 2 , wherein 5 parts by mass to 50 parts by mass of water is used with respect to 1 part by mass of the dry mass of the hydrothermal reaction product when washing the hydrothermal reaction product in step (II). A method for producing LISICON-type crystal particles for a solid electrolyte of an ion secondary battery. 工程(III)における焼成を、大気雰囲気下、不活性ガス雰囲気下又は還元条件下で行う、請求項1~3のいずれか1項に記載のリチウムイオン二次電池の固体電解質用LISICON型結晶粒子を製造する方法。 4. The LISICON-type crystal particles for a solid electrolyte of a lithium ion secondary battery according to any one of claims 1 to 3, wherein the sintering in step (III) is performed under an air atmosphere, an inert gas atmosphere, or reducing conditions. how to manufacture
JP2018240012A 2018-12-21 2018-12-21 METHOD FOR MANUFACTURING LISICON-TYPE CRYSTAL PARTICLES FOR SOLID ELECTROLYTE FOR LITHIUM-ION SECONDARY BATTERY Active JP7165048B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2018240012A JP7165048B2 (en) 2018-12-21 2018-12-21 METHOD FOR MANUFACTURING LISICON-TYPE CRYSTAL PARTICLES FOR SOLID ELECTROLYTE FOR LITHIUM-ION SECONDARY BATTERY

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2018240012A JP7165048B2 (en) 2018-12-21 2018-12-21 METHOD FOR MANUFACTURING LISICON-TYPE CRYSTAL PARTICLES FOR SOLID ELECTROLYTE FOR LITHIUM-ION SECONDARY BATTERY

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2020102374A JP2020102374A (en) 2020-07-02
JP7165048B2 true JP7165048B2 (en) 2022-11-02

Family

ID=71139877

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2018240012A Active JP7165048B2 (en) 2018-12-21 2018-12-21 METHOD FOR MANUFACTURING LISICON-TYPE CRYSTAL PARTICLES FOR SOLID ELECTROLYTE FOR LITHIUM-ION SECONDARY BATTERY

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP7165048B2 (en)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
AT526483A2 (en) * 2021-06-30 2024-02-15 Nippon Chemical Ind Lithium silicophosphate powder and its production process

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2008143027A1 (en) 2007-05-11 2008-11-27 Namics Corporation Lithium ion rechargeable battery and process for producing the lithium ion rechargeable battery
JP2011238523A (en) 2010-05-12 2011-11-24 Toyota Motor Corp Manufacturing method of composite cathode active material, manufacturing method of all-solid battery, and composite cathode active material
JP2018156940A (en) 2017-03-16 2018-10-04 太平洋セメント株式会社 Solid electrolyte for all-solid secondary battery, manufacturing method thereof, and all-solid secondary battery

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2008143027A1 (en) 2007-05-11 2008-11-27 Namics Corporation Lithium ion rechargeable battery and process for producing the lithium ion rechargeable battery
JP2011238523A (en) 2010-05-12 2011-11-24 Toyota Motor Corp Manufacturing method of composite cathode active material, manufacturing method of all-solid battery, and composite cathode active material
JP2018156940A (en) 2017-03-16 2018-10-04 太平洋セメント株式会社 Solid electrolyte for all-solid secondary battery, manufacturing method thereof, and all-solid secondary battery
JP2018156941A (en) 2017-03-16 2018-10-04 太平洋セメント株式会社 Electrode active material for all-solid secondary battery, manufacturing method thereof, and all-solid secondary battery

Also Published As

Publication number Publication date
JP2020102374A (en) 2020-07-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN103443968B (en) Lithium titanium mixed oxide
JP5730967B2 (en) Method for producing composite oxide, and method for producing and using lithium titanate spinel
JP5801317B2 (en) Method for improving electrochemical performance of alkali metal oxyanion electrode material, and alkali metal oxyanion electrode material obtained thereby
TW200523210A (en) Lithium iron phosphate, process for production thereof and use as an electrode material
JP7125302B2 (en) Manufacturing method of NASICON type negative electrode active material particles for sodium ion secondary battery
KR20160014698A (en) Process for the preparation of lithium titanium spinel and its use
Bao et al. Hydrothermal synthesis of flower-like LiMnPO 4 nanostructures self-assembled with (010) nanosheets and their application in Li-ion batteries
JP7189006B2 (en) Method for producing NASICON-type oxide particles for solid electrolyte of lithium-ion secondary battery
JP2022179554A (en) lithium compound
Huang et al. Enhancing the high-rate performance of Li4Ti5O12 anode material for lithium-ion battery by a wet ball milling assisted solid-state reaction and ultra-high speed nano-pulverization
JP2018160432A (en) Negative electrode active material composite for lithium ion secondary battery and method of manufacturing the same
JP7054658B2 (en) Method for manufacturing LATP crystal particles for solid electrolyte of secondary battery
JP7165048B2 (en) METHOD FOR MANUFACTURING LISICON-TYPE CRYSTAL PARTICLES FOR SOLID ELECTROLYTE FOR LITHIUM-ION SECONDARY BATTERY
JP7130460B2 (en) Method for producing LATP crystal particles for solid electrolyte of secondary battery
JP7189007B2 (en) NASICON-type oxide particles for solid electrolyte of lithium-ion secondary battery and method for producing the same
JP7130461B2 (en) LATP crystal particles for solid electrolyte and method for producing the same
JP7179603B2 (en) Method for producing NASICON-type oxide particles for solid electrolyte of lithium-ion secondary battery
TW201803803A (en) Method for manufacturing vanadium lithium phosphate
JP7224170B2 (en) LISICON type crystal particles for solid electrolyte of lithium ion secondary battery and method for producing the same
JP7224171B2 (en) Method for producing LISICON type crystal particles for solid electrolyte of lithium ion secondary battery
Gao et al. Effects of hydrothermal temperature on morphology and electrochemical performance of LiMnPO4 cathodes
JP7195915B2 (en) Positive electrode active material for secondary battery and method for producing the same
JP7165608B2 (en) Positive electrode active material composite for lithium ion secondary battery and method for producing the same
JP7144785B2 (en) Method for producing lithium vanadium phosphate
WO2015170084A1 (en) Process for the preparation of carbon-coated lithium transition metal phosphate and its use

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20211119

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20220824

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20220830

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20220920

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: 20221018

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20221021

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 7165048

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150