JP7171826B1 - リチウム含有酸化物及び固体電解質の製造方法 - Google Patents
リチウム含有酸化物及び固体電解質の製造方法 Download PDFInfo
- Publication number
- JP7171826B1 JP7171826B1 JP2021093168A JP2021093168A JP7171826B1 JP 7171826 B1 JP7171826 B1 JP 7171826B1 JP 2021093168 A JP2021093168 A JP 2021093168A JP 2021093168 A JP2021093168 A JP 2021093168A JP 7171826 B1 JP7171826 B1 JP 7171826B1
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- lithium
- ppm
- containing oxide
- chemical shift
- solid
- 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
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 112
- WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N Lithium Chemical compound [Li] WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 106
- 239000007784 solid electrolyte Substances 0.000 title claims abstract description 48
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 16
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims abstract description 59
- -1 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 claims abstract description 19
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 17
- 239000002223 garnet Substances 0.000 claims abstract description 15
- 238000000806 fluorine-19 nuclear magnetic resonance spectrum Methods 0.000 claims abstract description 13
- 229920001343 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 claims abstract description 10
- 239000004810 polytetrafluoroethylene Substances 0.000 claims abstract description 10
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 claims abstract description 7
- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims description 40
- KWGKDLIKAYFUFQ-UHFFFAOYSA-M lithium chloride Chemical compound [Li+].[Cl-] KWGKDLIKAYFUFQ-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 22
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 18
- 238000000655 nuclear magnetic resonance spectrum Methods 0.000 claims description 18
- 150000001450 anions Chemical class 0.000 claims description 14
- 229910052746 lanthanum Inorganic materials 0.000 claims description 14
- 229910052726 zirconium Inorganic materials 0.000 claims description 13
- 238000000634 powder X-ray diffraction Methods 0.000 claims description 12
- 229910001512 metal fluoride Inorganic materials 0.000 claims description 11
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 claims description 10
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 125000004429 atom Chemical group 0.000 claims description 6
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 229910052715 tantalum Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 229910052787 antimony Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 229910052798 chalcogen Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 150000001787 chalcogens Chemical class 0.000 claims description 5
- 229910052736 halogen Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 150000002367 halogens Chemical class 0.000 claims description 5
- 239000011435 rock Substances 0.000 claims description 5
- 229910052727 yttrium Inorganic materials 0.000 claims description 5
- KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-M Fluoride anion Chemical compound [F-] KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 4
- 238000004993 emission spectroscopy Methods 0.000 claims description 4
- 125000001153 fluoro group Chemical group F* 0.000 claims description 4
- 229910052758 niobium Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910052761 rare earth metal Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910052706 scandium Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910005270 GaF3 Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052779 Neodymium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 claims description 3
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052720 vanadium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910001635 magnesium fluoride Inorganic materials 0.000 claims description 2
- BHHYHSUAOQUXJK-UHFFFAOYSA-L zinc fluoride Chemical compound F[Zn]F BHHYHSUAOQUXJK-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims 2
- 229910021587 Nickel(II) fluoride Inorganic materials 0.000 claims 1
- DBJLJFTWODWSOF-UHFFFAOYSA-L nickel(ii) fluoride Chemical compound F[Ni]F DBJLJFTWODWSOF-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims 1
- HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N Lithium ion Chemical compound [Li+] HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 22
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 21
- 229910001416 lithium ion Inorganic materials 0.000 description 20
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 20
- 239000008188 pellet Substances 0.000 description 15
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 14
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 12
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 11
- RZVAJINKPMORJF-UHFFFAOYSA-N Acetaminophen Chemical compound CC(=O)NC1=CC=C(O)C=C1 RZVAJINKPMORJF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 10
- 239000005297 pyrex Substances 0.000 description 10
- 239000002019 doping agent Substances 0.000 description 9
- 229910052731 fluorine Inorganic materials 0.000 description 9
- 238000000034 method Methods 0.000 description 9
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 9
- PQXKHYXIUOZZFA-UHFFFAOYSA-M lithium fluoride Chemical compound [Li+].[F-] PQXKHYXIUOZZFA-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 8
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 8
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 7
- 229910052723 transition metal Inorganic materials 0.000 description 7
- YCKRFDGAMUMZLT-UHFFFAOYSA-N Fluorine atom Chemical compound [F] YCKRFDGAMUMZLT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N Zirconium dioxide Chemical compound O=[Zr]=O MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000011737 fluorine Substances 0.000 description 6
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 6
- 238000009616 inductively coupled plasma Methods 0.000 description 6
- 229910052712 strontium Inorganic materials 0.000 description 6
- 238000005481 NMR spectroscopy Methods 0.000 description 5
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 5
- 229910052733 gallium Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000000463 material Substances 0.000 description 5
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 5
- 238000005245 sintering Methods 0.000 description 5
- 238000005004 MAS NMR spectroscopy Methods 0.000 description 4
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N Zinc monoxide Chemical compound [Zn]=O XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910052784 alkaline earth metal Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 4
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 4
- RKTYLMNFRDHKIL-UHFFFAOYSA-N copper;5,10,15,20-tetraphenylporphyrin-22,24-diide Chemical compound [Cu+2].C1=CC(C(=C2C=CC([N-]2)=C(C=2C=CC=CC=2)C=2C=CC(N=2)=C(C=2C=CC=CC=2)C2=CC=C3[N-]2)C=2C=CC=CC=2)=NC1=C3C1=CC=CC=C1 RKTYLMNFRDHKIL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910052747 lanthanoid Inorganic materials 0.000 description 4
- 150000002602 lanthanoids Chemical class 0.000 description 4
- XGZVUEUWXADBQD-UHFFFAOYSA-L lithium carbonate Chemical compound [Li+].[Li+].[O-]C([O-])=O XGZVUEUWXADBQD-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 4
- 229910052808 lithium carbonate Inorganic materials 0.000 description 4
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 4
- 238000003746 solid phase reaction Methods 0.000 description 4
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910005269 GaF 3 Inorganic materials 0.000 description 3
- GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N Gallium Chemical compound [Ga] GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- WMFOQBRAJBCJND-UHFFFAOYSA-M Lithium hydroxide Chemical compound [Li+].[OH-] WMFOQBRAJBCJND-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 3
- QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N Zirconium Chemical compound [Zr] QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 150000001342 alkaline earth metals Chemical class 0.000 description 3
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910052791 calcium Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 3
- 150000002222 fluorine compounds Chemical class 0.000 description 3
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 3
- 229910052738 indium Inorganic materials 0.000 description 3
- FZLIPJUXYLNCLC-UHFFFAOYSA-N lanthanum atom Chemical compound [La] FZLIPJUXYLNCLC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- MRELNEQAGSRDBK-UHFFFAOYSA-N lanthanum oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[La+3].[La+3] MRELNEQAGSRDBK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 3
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 3
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 3
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 3
- KTUFCUMIWABKDW-UHFFFAOYSA-N oxo(oxolanthaniooxy)lanthanum Chemical compound O=[La]O[La]=O KTUFCUMIWABKDW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 3
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 3
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical group [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N Hydrochloric acid Chemical compound Cl VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910021193 La 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910013716 LiNi Inorganic materials 0.000 description 2
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N Sulfuric acid Chemical compound OS(O)(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052783 alkali metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910001515 alkali metal fluoride Inorganic materials 0.000 description 2
- 150000001340 alkali metals Chemical class 0.000 description 2
- 229910001618 alkaline earth metal fluoride Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 2
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000003575 carbonaceous material Substances 0.000 description 2
- 239000013626 chemical specie Substances 0.000 description 2
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 2
- CHPZKNULDCNCBW-UHFFFAOYSA-N gallium nitrate Chemical compound [Ga+3].[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O CHPZKNULDCNCBW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- QZQVBEXLDFYHSR-UHFFFAOYSA-N gallium(III) oxide Inorganic materials O=[Ga]O[Ga]=O QZQVBEXLDFYHSR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 2
- 229910021482 group 13 metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000002354 inductively-coupled plasma atomic emission spectroscopy Methods 0.000 description 2
- 239000002608 ionic liquid Substances 0.000 description 2
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 2
- IIPYXGDZVMZOAP-UHFFFAOYSA-N lithium nitrate Chemical compound [Li+].[O-][N+]([O-])=O IIPYXGDZVMZOAP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052748 manganese Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000000691 measurement method Methods 0.000 description 2
- 238000000465 moulding Methods 0.000 description 2
- 239000007773 negative electrode material Substances 0.000 description 2
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 2
- QJGQUHMNIGDVPM-UHFFFAOYSA-N nitrogen group Chemical group [N] QJGQUHMNIGDVPM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000007774 positive electrode material Substances 0.000 description 2
- 229910052700 potassium Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000010298 pulverizing process Methods 0.000 description 2
- 229910052708 sodium Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 2
- 238000002490 spark plasma sintering Methods 0.000 description 2
- 238000004611 spectroscopical analysis Methods 0.000 description 2
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 2
- 229910021561 transition metal fluoride Inorganic materials 0.000 description 2
- 150000003624 transition metals Chemical class 0.000 description 2
- 239000011787 zinc oxide Substances 0.000 description 2
- DUFCMRCMPHIFTR-UHFFFAOYSA-N 5-(dimethylsulfamoyl)-2-methylfuran-3-carboxylic acid Chemical compound CN(C)S(=O)(=O)C1=CC(C(O)=O)=C(C)O1 DUFCMRCMPHIFTR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910016036 BaF 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910004261 CaF 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910020731 Li0.35La0.55TiO3 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910009218 Li1.3Ti1.7Al0.3(PO4)3 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910009274 Li1.4Al0.4Ti1.6 (PO4)3 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910007404 Li2Ti3O7 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910012291 Li3.4V0.6Si0.4O4 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910002986 Li4Ti5O12 Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002224 Li5La3Nb2O12 Substances 0.000 description 1
- 229910010709 Li5La3Nb2O12 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910002984 Li7La3Zr2O12 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910012851 LiCoO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910010707 LiFePO 4 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910015643 LiMn 2 O 4 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910013290 LiNiO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002228 NASICON Substances 0.000 description 1
- 240000007594 Oryza sativa Species 0.000 description 1
- 235000007164 Oryza sativa Nutrition 0.000 description 1
- 229910008071 Si-Ni Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910006300 Si—Ni Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910006404 SnO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910010413 TiO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N Zinc Chemical group [Zn] HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 1
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 1
- 238000000184 acid digestion Methods 0.000 description 1
- 239000003513 alkali Substances 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 229910052788 barium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052790 beryllium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052794 bromium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052792 caesium Inorganic materials 0.000 description 1
- WUKWITHWXAAZEY-UHFFFAOYSA-L calcium difluoride Chemical compound [F-].[F-].[Ca+2] WUKWITHWXAAZEY-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 229910001634 calcium fluoride Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 1
- 229910052801 chlorine Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 1
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 239000000428 dust Substances 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 239000008151 electrolyte solution Substances 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 1
- 238000010304 firing Methods 0.000 description 1
- 150000002259 gallium compounds Chemical class 0.000 description 1
- 229940044658 gallium nitrate Drugs 0.000 description 1
- UPWPDUACHOATKO-UHFFFAOYSA-K gallium trichloride Chemical compound Cl[Ga](Cl)Cl UPWPDUACHOATKO-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 1
- SRVXDMYFQIODQI-UHFFFAOYSA-K gallium(iii) bromide Chemical compound Br[Ga](Br)Br SRVXDMYFQIODQI-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 1
- DWRNSCDYNYYYHT-UHFFFAOYSA-K gallium(iii) iodide Chemical compound I[Ga](I)I DWRNSCDYNYYYHT-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 1
- 229910052732 germanium Inorganic materials 0.000 description 1
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 1
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- AMGQUBHHOARCQH-UHFFFAOYSA-N indium;oxotin Chemical compound [In].[Sn]=O AMGQUBHHOARCQH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 1
- 229910052740 iodine Inorganic materials 0.000 description 1
- RCFZUDZONKPRJX-UHFFFAOYSA-N lanthanum(3+) methanolate Chemical compound [La+3].[O-]C.[O-]C.[O-]C RCFZUDZONKPRJX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- JLRJWBUSTKIQQH-UHFFFAOYSA-K lanthanum(3+);triacetate Chemical compound [La+3].CC([O-])=O.CC([O-])=O.CC([O-])=O JLRJWBUSTKIQQH-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 1
- FYDKNKUEBJQCCN-UHFFFAOYSA-N lanthanum(3+);trinitrate Chemical compound [La+3].[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O FYDKNKUEBJQCCN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ICAKDTKJOYSXGC-UHFFFAOYSA-K lanthanum(iii) chloride Chemical compound Cl[La](Cl)Cl ICAKDTKJOYSXGC-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 1
- XIXADJRWDQXREU-UHFFFAOYSA-M lithium acetate Chemical compound [Li+].CC([O-])=O XIXADJRWDQXREU-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- JILPJDVXYVTZDQ-UHFFFAOYSA-N lithium methoxide Chemical compound [Li+].[O-]C JILPJDVXYVTZDQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- FUJCRWPEOMXPAD-UHFFFAOYSA-N lithium oxide Chemical compound [Li+].[Li+].[O-2] FUJCRWPEOMXPAD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910001947 lithium oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- IKGXNCHYONXJSM-UHFFFAOYSA-N methanolate;zirconium(4+) Chemical compound [Zr+4].[O-]C.[O-]C.[O-]C.[O-]C IKGXNCHYONXJSM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- GNRSAWUEBMWBQH-UHFFFAOYSA-N nickel(II) oxide Inorganic materials [Ni]=O GNRSAWUEBMWBQH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- UJVRJBAUJYZFIX-UHFFFAOYSA-N nitric acid;oxozirconium Chemical compound [Zr]=O.O[N+]([O-])=O.O[N+]([O-])=O UJVRJBAUJYZFIX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000001208 nuclear magnetic resonance pulse sequence Methods 0.000 description 1
- CMOAHYOGLLEOGO-UHFFFAOYSA-N oxozirconium;dihydrochloride Chemical compound Cl.Cl.[Zr]=O CMOAHYOGLLEOGO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- LYTNHSCLZRMKON-UHFFFAOYSA-L oxygen(2-);zirconium(4+);diacetate Chemical compound [O-2].[Zr+4].CC([O-])=O.CC([O-])=O LYTNHSCLZRMKON-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 229910052763 palladium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 235000009566 rice Nutrition 0.000 description 1
- 229910052701 rubidium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052711 selenium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000010532 solid phase synthesis reaction Methods 0.000 description 1
- 238000009987 spinning Methods 0.000 description 1
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 1
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 1
- LEDMRZGFZIAGGB-UHFFFAOYSA-L strontium carbonate Chemical compound [Sr+2].[O-]C([O-])=O LEDMRZGFZIAGGB-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 229910000018 strontium carbonate Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052714 tellurium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052718 tin Inorganic materials 0.000 description 1
- XOLBLPGZBRYERU-UHFFFAOYSA-N tin dioxide Chemical compound O=[Sn]=O XOLBLPGZBRYERU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910001887 tin oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- XIYWAPJTMIWONS-UHFFFAOYSA-N trimethoxygallane Chemical compound [Ga+3].[O-]C.[O-]C.[O-]C XIYWAPJTMIWONS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011701 zinc Substances 0.000 description 1
- DUNKXUFBGCUVQW-UHFFFAOYSA-J zirconium tetrachloride Chemical compound Cl[Zr](Cl)(Cl)Cl DUNKXUFBGCUVQW-UHFFFAOYSA-J 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01D—COMPOUNDS OF ALKALI METALS, i.e. LITHIUM, SODIUM, POTASSIUM, RUBIDIUM, CAESIUM, OR FRANCIUM
- C01D15/00—Lithium compounds
- C01D15/02—Oxides; Hydroxides
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01G—COMPOUNDS CONTAINING METALS NOT COVERED BY SUBCLASSES C01D OR C01F
- C01G25/00—Compounds of zirconium
- C01G25/006—Compounds containing, besides zirconium, two or more other elements, with the exception of oxygen or hydrogen
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01G—COMPOUNDS CONTAINING METALS NOT COVERED BY SUBCLASSES C01D OR C01F
- C01G35/00—Compounds of tantalum
- C01G35/006—Compounds containing, besides tantalum, two or more other elements, with the exception of oxygen or hydrogen
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
- H01B1/00—Conductors or conductive bodies characterised by the conductive materials; Selection of materials as conductors
- H01B1/06—Conductors or conductive bodies characterised by the conductive materials; Selection of materials as conductors mainly consisting of other non-metallic substances
- H01B1/08—Conductors or conductive bodies characterised by the conductive materials; Selection of materials as conductors mainly consisting of other non-metallic substances oxides
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
- H01M10/052—Li-accumulators
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
- H01M10/052—Li-accumulators
- H01M10/0525—Rocking-chair batteries, i.e. batteries with lithium insertion or intercalation in both electrodes; Lithium-ion batteries
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
- H01M10/056—Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes
- H01M10/0561—Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes the electrolyte being constituted of inorganic materials only
- H01M10/0562—Solid materials
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2002/00—Crystal-structural characteristics
- C01P2002/30—Three-dimensional structures
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2002/00—Crystal-structural characteristics
- C01P2002/50—Solid solutions
- C01P2002/52—Solid solutions containing elements as dopants
- C01P2002/54—Solid solutions containing elements as dopants one element only
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2002/00—Crystal-structural characteristics
- C01P2002/70—Crystal-structural characteristics defined by measured X-ray, neutron or electron diffraction data
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2002/00—Crystal-structural characteristics
- C01P2002/70—Crystal-structural characteristics defined by measured X-ray, neutron or electron diffraction data
- C01P2002/72—Crystal-structural characteristics defined by measured X-ray, neutron or electron diffraction data by d-values or two theta-values, e.g. as X-ray diagram
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2002/00—Crystal-structural characteristics
- C01P2002/80—Crystal-structural characteristics defined by measured data other than those specified in group C01P2002/70
- C01P2002/86—Crystal-structural characteristics defined by measured data other than those specified in group C01P2002/70 by NMR- or ESR-data
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2006/00—Physical properties of inorganic compounds
- C01P2006/40—Electric properties
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2006/00—Physical properties of inorganic compounds
- C01P2006/80—Compositional purity
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M2300/00—Electrolytes
- H01M2300/0017—Non-aqueous electrolytes
- H01M2300/0065—Solid electrolytes
- H01M2300/0068—Solid electrolytes inorganic
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M2300/00—Electrolytes
- H01M2300/0017—Non-aqueous electrolytes
- H01M2300/0065—Solid electrolytes
- H01M2300/0068—Solid electrolytes inorganic
- H01M2300/0071—Oxides
-
- 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
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Conductive Materials (AREA)
- Secondary Cells (AREA)
Abstract
【課題】イオン伝導性に優れるリチウム含有酸化物、該リチウム含有酸化物を含む燒結体及び電解質組成物並びに固体電解質の製造方法を提供する。【解決手段】リチウム含有酸化物は、立方晶のガーネット構造を有し、１９Ｆ核の共鳴周波数が５６４ＭＨｚである条件下で固体１９Ｆ－ＮＭＲスペクトルを測定した際に、ポリテトラフルオロエチレンの化学シフトを－１２２ｐｐｍとして、－１００～５０ｐｐｍの化学シフトの範囲内に少なくとも１本のピークが観測される。【選択図】なし
Description
本発明は、リチウム含有酸化物及び固体電解質の製造方法に関する。
固体電解質は、例えば、イオン伝導材料などとして、近年、様々な分野で盛んに研究がおこなわれている）。特に、Ｌｉ７Ｌａ３Ｚｒ２Ｏ１２（ＬＬＺＯ）等のリチウム含有酸化物は、リチウムイオン電池の固体電解質層として有用であることから、特に注目を集めている（特許文献１～７、非特許文献１～４）。電池の電解質を、従来の電解液から固体電解質に置換した全固体電池は、溶媒を使用しないことから、高容量化、急速充放電が可能であること、難燃性であり、溶媒の分解がないことから安全であること、高温耐久性が有り、冷却設備が不要であることから、パックエネルギー密度の向上が可能であることなど、多くの利点を有する。
LIU Cai et al., "High Ion Conductivity in Garnet-type F-dopedLi7La3Zr2O12", Journal ofInorganic Materials, Vol. 30 No. 9, p995-1000, Sep., 2015.
Yao Lu et al., "Effects of Fluorine Doping on Structural andElectrochemical Properties of Li6.25Ga0.25La3Zr2O12as Electrolytes for Solid-State Lithium Batteries", ACS Appl. Mater.Interfaces 2019, 11, p2042-2049.
Stephen R. Yeandel et al., "Structure and Lithium-Ion Dynamicsin Fluoride-Doped Cubic Li7La3Zr2O12(LLZO) Garnet for Li Solid-State Battery Applications", J. Phys. Chem. C2018, 122, p27811-27819.
Qiuying Li et al., "Investigation the electrochemicalproperties of LiCl-LiBr-LiF-doped Li7La3Zr2O12electrolyte for lithium thermal batteries", Ionics (2020), 26, p3875-3882.
しかしながら、従来の固体電解質は、イオン伝導性について未だ改善の余地がある。
本発明は、上述の事情に鑑みなされたものであり、イオン伝導性に優れるリチウム含有酸化物を提供することを目的とする。また、本発明は、イオン伝導性に優れる固体電解質の製造方法を提供することを目的とする。
本発明のリチウム含有酸化物は、立方晶のガーネット構造を有し、１９Ｆ核の共鳴周波数が５６４ＭＨｚである条件下で固体１９Ｆ－ＮＭＲスペクトルを測定した際に、ポリテトラフルオロエチレンの化学シフトを－１２２ｐｐｍとして、－１００～５０ｐｐｍの化学シフトの範囲内に少なくとも１本のピークが観測されるものである。当該リチウム含有酸化物は、６Ｌｉ核の共鳴周波数が４４．１ＭＨｚである条件下で固体６Ｌｉ－ＮＭＲスペクトルを測定した際に、１ｍｏｌ／ＬのＬｉＣｌ水溶液の化学シフトを１．１９ｐｐｍとして、－５～１５ｐｐｍの化学シフトの範囲内に少なくとも１本のピークが観測されると好ましい。
本発明のリチウム含有酸化物は、フッ素原子を含み、立方晶のガーネット構造を有し、６Ｌｉ核の共鳴周波数が４４．１ＭＨｚである条件下で固体６Ｌｉ－ＮＭＲスペクトルを測定した際に、１ｍｏｌ／ＬのＬｉＣｌ水溶液の化学シフトを１．１９ｐｐｍとして、－５～１５ｐｐｍの化学シフトの範囲内に少なくとも２本のピークが観測されるものであってもよい。当該リチウム含有酸化物は、１９Ｆ核の共鳴周波数が５６４ＭＨｚである条件下で固体１９Ｆ－ＮＭＲスペクトルを測定した際に、ポリテトラフルオロエチレンの化学シフトを－１２２ｐｐｍとして、－１００～５０ｐｐｍの化学シフトの範囲内に少なくとも１本のピークが観測されると好ましい。
本発明のリチウム含有酸化物は、６Ｌｉ核の共鳴周波数が４４．１ＭＨｚである条件下で固体６Ｌｉ－ＮＭＲスペクトルを測定した際に、１ｍｏｌ／ＬのＬｉＣｌ水溶液の化学シフトを１．１９ｐｐｍとして、－５～１５ｐｐｍの化学シフトの範囲内に、２ｐｐｍ以下の半値幅を有する少なくとも２本のピークが観測されると好ましい。
本発明のリチウム含有酸化物は、６Ｌｉ核の共鳴周波数が４４．１ＭＨｚである条件下で固体６Ｌｉ－ＮＭＲスペクトルを測定した際に、１ｍｏｌ／ＬのＬｉＣｌ水溶液の化学シフトを１．１９ｐｐｍとして、－５～１５ｐｐｍの化学シフトの範囲内に２本のピークが観測され、当該２本のピークの面積強度の和に対する、より小さい面積強度を有するピークの面積強度の比が０．３％以上であると好ましい。
本発明のリチウム含有酸化物は、ＩＣＰ発光分光分析法により測定された原子数の比について、Ｌａを３としたときに、Ｌｉが６～１２、Ｚｒが１～３であると好ましい。
本発明のリチウム含有酸化物は、粉末Ｘ線回折チャートにおいて、１６．０～１７．０°におけるピークの強度に対する、２８．５～２９．０°におけるピークの強度が０．５以下であると好ましい。
本発明の焼結体は、上記リチウム含有酸化物を含む。
本発明の電解質組成物は、上記リチウム含有酸化物を含む。
本発明の固体電解質の製造方法は、リチウム含有酸化物にトポタクティック反応を行う工程を備える。
上記トポタクティック反応が９００℃以下の温度で行われると好ましい。
上記トポタクティック反応により、リチウム含有酸化物にアニオンが導入され、当該アニオンが、ハロゲン、カルコゲン、窒素及びリンからなる群から選ばれる少なくとも一種の元素を含むと好ましい。
上記トポタクティック反応において、前記リチウム含有酸化物と金属フッ化物とを反応させると好ましい。
上記金属フッ化物が、ＧａＦ３、ＭｇＦ２、ＮｉＦ２及びＺｎＦ２の少なくとも一種であると好ましい。
上記固体電解質がガーネット型構造を有すると好ましい。
本発明によれば、イオン伝導性に優れるリチウム含有酸化物を提供することができる。また、本発明によれば、イオン伝導性に優れる固体電解質の製造方法を提供することができる。
＜リチウム含有酸化物＞
本実施形態のリチウム含有酸化物は、フッ素原子を含み、立方晶のガーネット構造を有し、以下の条件（１）及び条件（２）の少なくとも一方を満たすものである。
条件（１）：１９Ｆ核の共鳴周波数が５６４ＭＨｚである条件下で固体１９Ｆ－ＮＭＲスペクトルを測定した際に、ポリテトラフルオロエチレンの化学シフトを－１２２ｐｐｍとして、－１００～５０ｐｐｍの化学シフトの範囲内に少なくとも１本のピークが観測される。
条件（２）：６Ｌｉ核の共鳴周波数が４４．１ＭＨｚである条件下で固体６Ｌｉ－ＮＭＲスペクトルを測定した際に、１ｍｏｌ／ＬのＬｉＣｌ水溶液の化学シフトを１．１９ｐｐｍとして、－５～１５ｐｐｍの化学シフトの範囲内に少なくとも２本のピークが観測される。
また、条件（１）において、化学シフトの基準となるポリテトラフルオロエチレンのピークは、－ＣＦ２－ＣＦ２－単位のフッ素原子に帰属されるピークである。
このようなリチウム含有酸化物は、イオン伝導性（リチウムイオン伝導性）に優れる。なお、条件（１）及び（２）で言うピークはＮＭＲの共鳴ピークであり、スピニングサイドバンドを含まないことは言うまでもない。なお、以下では、固体１９Ｆ－ＮＭＲスペクトルにおける化学シフトは、１９Ｆ核の共鳴周波数が５６４ＭＨｚである条件下で測定された、ポリテトラフルオロエチレンの化学シフトを－１２２ｐｐｍとした場合の化学シフトを意味するものとし、固体６Ｌｉ－ＮＭＲスペクトルにおける化学シフトは、６Ｌｉ核の共鳴周波数が４４．１ＭＨｚである条件で測定された、１ｍｏｌ／ＬのＬｉＣｌ水溶液の化学シフトを１．１９ｐｐｍとした場合の化学シフトを意味するものとする。また、固体１９Ｆ－ＮＭＲスペクトル及び固体６Ｌｉ－ＮＭＲスペクトルのその他の測定条件としては、例えば、実施例における測定条件が挙げられる。
本実施形態のリチウム含有酸化物は、フッ素原子を含み、立方晶のガーネット構造を有し、以下の条件（１）及び条件（２）の少なくとも一方を満たすものである。
条件（１）：１９Ｆ核の共鳴周波数が５６４ＭＨｚである条件下で固体１９Ｆ－ＮＭＲスペクトルを測定した際に、ポリテトラフルオロエチレンの化学シフトを－１２２ｐｐｍとして、－１００～５０ｐｐｍの化学シフトの範囲内に少なくとも１本のピークが観測される。
条件（２）：６Ｌｉ核の共鳴周波数が４４．１ＭＨｚである条件下で固体６Ｌｉ－ＮＭＲスペクトルを測定した際に、１ｍｏｌ／ＬのＬｉＣｌ水溶液の化学シフトを１．１９ｐｐｍとして、－５～１５ｐｐｍの化学シフトの範囲内に少なくとも２本のピークが観測される。
また、条件（１）において、化学シフトの基準となるポリテトラフルオロエチレンのピークは、－ＣＦ２－ＣＦ２－単位のフッ素原子に帰属されるピークである。
このようなリチウム含有酸化物は、イオン伝導性（リチウムイオン伝導性）に優れる。なお、条件（１）及び（２）で言うピークはＮＭＲの共鳴ピークであり、スピニングサイドバンドを含まないことは言うまでもない。なお、以下では、固体１９Ｆ－ＮＭＲスペクトルにおける化学シフトは、１９Ｆ核の共鳴周波数が５６４ＭＨｚである条件下で測定された、ポリテトラフルオロエチレンの化学シフトを－１２２ｐｐｍとした場合の化学シフトを意味するものとし、固体６Ｌｉ－ＮＭＲスペクトルにおける化学シフトは、６Ｌｉ核の共鳴周波数が４４．１ＭＨｚである条件で測定された、１ｍｏｌ／ＬのＬｉＣｌ水溶液の化学シフトを１．１９ｐｐｍとした場合の化学シフトを意味するものとする。また、固体１９Ｆ－ＮＭＲスペクトル及び固体６Ｌｉ－ＮＭＲスペクトルのその他の測定条件としては、例えば、実施例における測定条件が挙げられる。
上記リチウム含有酸化物がリチウムイオン伝導性に優れる理由は必ずしも定かではないが、その理由について本発明者らは以下のように考えている。
まず、条件（１）について、従来のフッ素を含むガーネット構造を有するリチウム含有酸化物（例えば、比較例２及び３）では、固体１９Ｆ－ＮＭＲスペクトルにおいて、－１００～５０ｐｐｍの化学シフトの範囲内にピークは観測されない。そのため、本実施形態のリチウム含有酸化物に含まれるフッ素の少なくとも一部は、化合物中で、従来のフッ素を含むリチウム含有酸化物におけるフッ素とは異なる環境下に置かれていると言える。これにより、リチウム含有酸化物の結晶構造及び電荷状態に局所的に影響を与え、化合物中のリチウムイオンの分布又は移動性に影響を与えていると考えられる。
また、条件（２）について、従来のリチウム含有酸化物（例えば、比較例３）では、固体６Ｌｉ－ＮＭＲスペクトルにおいて、－５～１５ｐｐｍの化学シフトの範囲内に単一のピークしか観測されない。そのため、条件（２）を満たすリチウム含有酸化物は、従来のリチウム含有酸化物とは異なる環境に置かれたリチウムイオンを含むと言える。かかるリチウムイオンは移動性が高いため、電圧を印加した際に容易に移動し、リチウムイオン伝導性の向上に寄与しているものと考えられる。
条件（１）又は（２）を満たすリチウム酸化物は、結晶系が立方晶である場合にリチウムイオン伝導性の向上が見られる。一方、例えば、正方晶等、立方晶以外の結晶系の場合は、条件（１）又は（２）を満たしたとしても、リチウムイオン伝導性の向上が見られない。
まず、条件（１）について、従来のフッ素を含むガーネット構造を有するリチウム含有酸化物（例えば、比較例２及び３）では、固体１９Ｆ－ＮＭＲスペクトルにおいて、－１００～５０ｐｐｍの化学シフトの範囲内にピークは観測されない。そのため、本実施形態のリチウム含有酸化物に含まれるフッ素の少なくとも一部は、化合物中で、従来のフッ素を含むリチウム含有酸化物におけるフッ素とは異なる環境下に置かれていると言える。これにより、リチウム含有酸化物の結晶構造及び電荷状態に局所的に影響を与え、化合物中のリチウムイオンの分布又は移動性に影響を与えていると考えられる。
また、条件（２）について、従来のリチウム含有酸化物（例えば、比較例３）では、固体６Ｌｉ－ＮＭＲスペクトルにおいて、－５～１５ｐｐｍの化学シフトの範囲内に単一のピークしか観測されない。そのため、条件（２）を満たすリチウム含有酸化物は、従来のリチウム含有酸化物とは異なる環境に置かれたリチウムイオンを含むと言える。かかるリチウムイオンは移動性が高いため、電圧を印加した際に容易に移動し、リチウムイオン伝導性の向上に寄与しているものと考えられる。
条件（１）又は（２）を満たすリチウム酸化物は、結晶系が立方晶である場合にリチウムイオン伝導性の向上が見られる。一方、例えば、正方晶等、立方晶以外の結晶系の場合は、条件（１）又は（２）を満たしたとしても、リチウムイオン伝導性の向上が見られない。
条件（１）について、リチウム含有酸化物は、固体１９Ｆ－ＮＭＲスペクトルを測定した際に、－７５～２５ｐｐｍの範囲に少なくとも１本のピークが観測されると好ましく、－５０～０ｐｐｍの範囲に少なくとも１本のピークが観測されるとより好ましく、－３０～－１０ｐｐｍの範囲に少なくとも１本のピークが観測されると更に好ましい。これらの化学シフトの範囲内におけるピークの本数は、５本以下であると好ましく、３本以下であるとより好ましく、１又は２本であると更に好ましく、１本であると特に好ましい。
条件（２）について、リチウム含有酸化物は、固体６Ｌｉ－ＮＭＲスペクトルを測定した際に、－３～１２ｐｐｍの範囲に少なくとも２本のピークが観測されると好ましく、０～１０ｐｐｍの範囲に少なくとも２本のピークが観測されるとより好ましく、１．３５～５ｐｐｍの範囲に少なくとも２本のピークが観測されると更に好ましい。これらの化学シフトの範囲内におけるピークの本数は、５本以下であると好ましく、３本以下であるとより好ましく、２本であると更に好ましい。また、これらの化学シフトの範囲内には、２ｐｐｍ以下の半値幅を有する少なくとも２本のピークが観測されてもよい。
条件（２）の化学シフトの範囲内に観測されるピークのうち、最大の面積強度を有するピークを第１のピークとした場合、条件（２）の化学シフトの範囲内に観測されるピークの面積強度の合計に対する第１のピーク以外の面積強度の合計の比が０．３％以上であると好ましく、０．５～２０％であるとより好ましく、０．７～１５％であると更に好ましく、１．０～１２％であると特に好ましい。条件（２）の化学シフトの範囲内に２本のピークしか観測されなかった場合、より面積強度の小さいピークを第２のピークとすると、第１のピーク及び第２のピークの面積強度の合計に対する第２のピークの面積強度の比が上記範囲であると好ましい。第１のピークは、４８ｇリチウム席を占めるリチウムに由来するピークであってよい。条件（２）について、観測されるピークのうち、少なくとも一つは、－２～２．３ｐｐｍの範囲に観測されると好ましく、０～２ｐｐｍの範囲に観測されるとより好ましく、１．３５～２ｐｐｍの範囲に観測されると更に好ましい。また、条件（２）について、観測されるピークのうち少なくとも一つは、１．３ｐｐｍ以下の半値幅を有すると好ましく、１ｐｐｍ以下の半値幅を有すると好ましい。上記第２のピークは、－２～２．３ｐｐｍの範囲に観測され、１．３ｐｐｍ以下の半値幅を有すると好ましく、１．３５～２ｐｐｍの範囲に観測され、１ｐｐｍ以下の半値幅を有するとより好ましい。
条件（１）及び（２）は、一方のみ満たされていても、本発明の効果を奏するものの、条件（１）及び（２）の両方を満たしていたほうがより好ましい。条件（１）を満たす場合、リチウム含有酸化物は、固体６Ｌｉ－ＮＭＲスペクトルにおいて、フッ化リチウムの化学シフトを０ｐｐｍとしたときに、－５～１５ｐｐｍの化学シフトの範囲内に少なくとも１本のピークが観測されるものであってよく、－３～１２ｐｐｍの範囲に少なくとも１本のピークが観測されると好ましく、０～１０ｐｐｍの範囲に少なくとも１本のピークが観測されるとより好ましい。これらの化学シフトの範囲内におけるピークの本数は、５本以下であると好ましく、３本以下であるとより好ましく、１又は２本であると更に好ましく、１本であると特に好ましい。また、これらの化学シフトの範囲内におけるピークには、４８ｇリチウム席を占めるリチウムに由来するピークが含まれていてよい。
本実施形態のリチウム含有酸化物としては、特に限定されないが、Ｌａ及びＺｒを含むリチウム含有酸化物であると好ましい。そのようなリチウム含有酸化物における、Ｌｉ、Ｌａ及びＺｒの原子数の比は、Ｌａを３としたときに、Ｌｉが５～１２であり、Ｚｒが１～３であると好ましく、Ｌｉが６～８であり、Ｚｒが１～２．５であるとより好ましい。リチウム含有酸化物における、Ｌｉ、Ｌａ及びＺｒの原子数の比は、例えば、ＩＣＰ発光分光分析により測定することができる。
本実施形態のリチウム含有酸化物は、Ｌａ及びＺｒを含むと共に、更にＬｉ、Ｌａ及びＺｒ以外の金属元素を含んでいてもよい。そのような金属元素としては、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ等のアルカリ土類金属、Ｇａ、Ｔａ、Ｎｂ、Ｙ等の金属元素が挙げられる。リチウム含有酸化物におけるアルカリ土類金属の原子数の比は、Ｌａを３としたときに０．２以下であってよく、０．０１～０．１５であってよい。リチウム含有酸化物におけるＴａの原子数の比は、Ｌａを３としたときに０．０１～１以下であってよく、０．０５～０．６であってよい。リチウム含有酸化物におけるＧａの原子数の比は、Ｌａを３としたときに０．０１～１以下であってよく、０．１～０．６であってよい。
リチウム含有酸化物における、各原子数の比は、例えば、ＩＣＰ（誘導結合プラズマ）発光分光分析により測定することができる。
本実施形態のリチウム含有酸化物が立方晶の結晶構造を有することは、例えば、粉末Ｘ線回折測定により確認することができる。また、本実施形態のリチウム含有酸化物は、ＣｕＫα線を用いて粉末Ｘ線回折測定をした際に、粉末Ｘ線回折チャートにおいて、１６．０～１７．０°におけるピークの強度に対する、２８．５～２９．０°におけるピークの強度が０．５以下であると好ましく、０．３以下であってよく、０．１５以下であってよく、０．１以下であってよい。ここで、各ピークのピーク強度とは、回折チャートにおける各ピークの最大値を意味する。２８．５～２９．０°におけるピークは、Ｌａ２Ｚｒ２Ｏ７及び類似の化学構造を有する化合物であると考えられる。そのような化合物は、リチウムイオン伝導性に寄与しない不純物であり、含有量は少ないほうが好ましく、測定限界の範囲で検出されないことがより好ましい。
本実施形態のリチウム含有酸化物は、リチウムイオン伝導性に優れることから、イオン伝導性材料として好適であり、例えば、リチウムイオン電池の固体電解質に使用することができる。
本実施形態のリチウム含有酸化物の形状は、特に限定されず、粉末であってもよいし、ペレット状などの形状に賦形されたものであってもよい。また、粉末を焼結した焼結体であってもよく、結合剤により粉末を結合した結合体であってもよい。また、他の成分と混合して組成物として使用することもできる。そのような組成物としては、例えば、リチウムイオン電池等の固体電解質として使用するための電解質組成物が挙げられる。電解質組成物は、リチウム含有酸化物以外の成分としてイオン伝導性材料、イオン液体、高分子材料等を含んでいてもよい。
＜リチウムイオン電池＞
本実施形態のリチウム含有酸化物は、リチウムイオン電池（全固体電池）の固体電解質として有用である。リチウムイオン電池は、一次電池及び二次電池のいずれであってもよい。本実施形態のリチウム含有酸化物を固体電解質として用いた場合、溶媒を必要としないため、固体電解質の電位窓が広く、従来の電解液を使用したリチウムイオン電池の正極又は負極の材料として公知のものに限らず、より高電位の電極も使用することができる。
本実施形態のリチウム含有酸化物は、リチウムイオン電池（全固体電池）の固体電解質として有用である。リチウムイオン電池は、一次電池及び二次電池のいずれであってもよい。本実施形態のリチウム含有酸化物を固体電解質として用いた場合、溶媒を必要としないため、固体電解質の電位窓が広く、従来の電解液を使用したリチウムイオン電池の正極又は負極の材料として公知のものに限らず、より高電位の電極も使用することができる。
リチウムイオン電池の正極としては特に限定されず、正極活物質を含み、且つ必要に応じて導電助剤、結合剤等を含むものであってよい。正極は、これらの材料を含む層が集電体上に形成されたものであってよい。正極活物質としては、例えば、リチウム（Ｌｉ）と、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕからなる群から選択される少なくとも１種の遷移金属とを含むリチウム含有複合金属酸化物が挙げられる。このようなリチウム複合金属酸化物としては、例えば、ＬｉＣｏＯ２、ＬｉＮｉＯ２、ＬｉＭｎ２Ｏ４、Ｌｉ２Ｍｎ２Ｏ３、ＬｉＮｉｘＭｎｙＣｏ１－ｘ－ｙＯ２［０＜ｘ＋ｙ＜１］）、ＬｉＮｉｘＣｏｙＡｌ１－ｘ－ｙＯ２［０＜ｘ＋ｙ＜１］）、ＬｉＣｒ０．５Ｍｎ０．５Ｏ２、ＬｉＦｅＰＯ４、Ｌｉ２ＦｅＰ２Ｏ７、ＬｉＭｎＰＯ４、ＬｉＦｅＢＯ３、Ｌｉ３Ｖ２（ＰＯ４）３、Ｌｉ２ＣｕＯ２、Ｌｉ２ＦｅＳｉＯ４、Ｌｉ２ＭｎＳｉＯ４などが挙げられる。
リチウムイオン電池の負極としては特に限定されず、負極活物質を含み、且つ必要に応じて導電助剤、結合剤等を含むものであってよい。負極は、これらの材料を含む層が集電体上に形成されたものであってよい。負極活物質としては、例えば、Ｎｂ２Ｏ５、Ｖ２Ｏ５、ＴｉＯ２、Ｉｎ２Ｏ３、ＺｎＯ、ＳｎＯ２、ＮｉＯ、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）、ＡＺＯ（Ａｌ－ｄｏｐｅｄ Ｚｉｎｃ Ｏｘｉｄｅ）、ＦＴＯ（Ｆ－ｄｏｐｅｄ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）、ＴｉＯ２のアナターゼ相とルチル相、Ｌｉ４Ｔｉ５Ｏ１２、Ｌｉ２Ｔｉ３Ｏ７などのリチウム複合金属酸化物、Ｌｉ、Ｓｉ、Ｓｎ、Ｓｉ－Ｍｎ、Ｓｉ－Ｃｏ、Ｓｉ－Ｎｉ、Ｉｎ、Ａｕなどの金属及びこれらの金属を含む合金、グラファイト等の炭素材料、当該炭素材料の層間にリチウムイオンが挿入された物質などを挙げることができる。
集電体の材質は特に限定されず、Ｃｕ、Ｍｇ、Ｔｉ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｚｎ、Ａｌ、Ｇｅ、Ｉｎ、Ａｕ、Ｐｔ、Ａｇ、及びＰｄ等の金属の単体又は合金であってよい。
＜固体電解質の製造方法＞
本実施形態の固体電解質の製造方法は、リチウム含有酸化物にトポタクティック反応を行う工程を備える。
本実施形態の固体電解質の製造方法は、上記本実施形態のリチウム含有酸化物を製造するのに適した方法でもある。
本実施形態の固体電解質の製造方法は、リチウム含有酸化物にトポタクティック反応を行う工程を備える。
本実施形態の固体電解質の製造方法は、上記本実施形態のリチウム含有酸化物を製造するのに適した方法でもある。
ここで、トポタクティック反応とは、ホストであるリチウム含有酸化物の基本骨格が保たれたまま、ドーパントに含まれる元素がアニオン等の化学種としてリチウム含有酸化物に導入される反応である。リチウム含有酸化物に導入される化学種は、リチウム含有酸化物の一部の原子又は原子団と置換してもよいし、リチウム含有酸化物の構造内に挿入されてもよい。トポタクティック反応により、リチウム含有酸化物にはアニオンが導入されてよく、当該アニオンがリチウム含有酸化物に含まれる一部のアニオンと置換してもよい。
基本骨格となる結晶構造としては特に限定はされないが、ガーネット型の結晶構造、ペロブスカイト型の結晶構造、層状岩塩型構造、ＮＡＳＩＣＯＮ型結晶構造、ＬＩＳＩＣＯＮ型結晶構造、又はオリビン型結晶構造等の結晶構造を有していてよく、非晶質であってもよい。特に、ガーネット型の結晶構造、ペロブスカイト型の結晶構造、層状岩塩型構造、ＮＡＳＩＣＯＮ型結晶構造、ＬＩＳＩＣＯＮ型結晶構造、又はオリビン型結晶構造の結晶構造を有していることが好ましい。
基本骨格となる結晶構造としては特に限定はされないが、ガーネット型の結晶構造、ペロブスカイト型の結晶構造、層状岩塩型構造、ＮＡＳＩＣＯＮ型結晶構造、ＬＩＳＩＣＯＮ型結晶構造、又はオリビン型結晶構造等の結晶構造を有していてよく、非晶質であってもよい。特に、ガーネット型の結晶構造、ペロブスカイト型の結晶構造、層状岩塩型構造、ＮＡＳＩＣＯＮ型結晶構造、ＬＩＳＩＣＯＮ型結晶構造、又はオリビン型結晶構造の結晶構造を有していることが好ましい。
トポタクティック反応は、９００℃以下で行われることが好ましく、５０～８００℃で行われることがより好ましく、１００～７００℃で行われることが更に好ましく、１５０～６００℃で行われることが更になお好ましく、２００～５００℃で行われることが特に好ましい。トポタクティック反応を行う時間は特に制限されないが、例えば、３０分～４８時間であってよく、５～３６時間であってよい。
リチウム含有酸化物は、リチウム元素以外の元素を含んでいてよい。リチウム元素以外の元素としては、アルカリ金属、アルカリ土類金属元素、希土類元素、遷移金属元素、カルコゲン、ハロゲン、周期表における第１５族（窒素族）の元素、周期表における第１４族（炭素族）の元素、周期表における第１３族（ホウ素族）の元素が挙げられる。なお、本明細書において、遷移金属元素とは、周期表における第４族～第１２族の元素を意味するものとする。つまり、遷移金属元素との用語に亜鉛族を含めるものとする。
アルカリ金属は、Ｎａ、Ｋ、Ｒｂ、及びＣｓならなる群から選択される少なくとも一種であってよく、Ｎａ、及びＫならなる群から選択される少なくとも一種であってよく、Ｎａであってよい。
アルカリ土類金属元素は、Ｂｅ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、及びＢａからなる群から選択される少なくとも一種であってよく、Ｍｇ、Ｃａ、及びＳｒならなる群から選択される少なくとも一種であってよく、Ｓｒであってよい。
希土類元素は、Ｓｃ、Ｙ及びランタノイドであってよく、Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ及びＮｄからなる群から選択される一種であってよい。
遷移金属元素は、周期表における第４周期～第６周期の遷移金属元素であってよく、Ｚｒ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｖ、Ｓｂ及びＮｂからなる群から選択される少なくとも一種であってよく、Ｚｒ、Ｔａ、及びＮｂからなる群から選択される少なくとも一種であってよい。
カルコゲンは、Ｏ、Ｓ、Ｓｅ、及びＴｅからなる群から選択される少なくとも一種であってよく、Ｏ及びＳの少なくとも一方であってよい。ハロゲンは、Ｆ、Ｃｌ、Ｂｒ、及びＩからなる群から選択される一種であってよく、Ｆであってよい。
周期表における第１５族（窒素族）の元素は、Ｎ及びＰの少なくとも一方であってよく、Ｎであってよい。周期表における第１４族（炭素族）の元素は、Ｃ、Ｇｅ周期表における第１３族（ホウ素族）の元素は、Ｂ、Ａｌ、Ｇａ及びＩｎからなる群から選択される少なくとも一種であってよく、Ｇａであってよい。
リチウム含有酸化物は、ガーネット型の結晶構造、ペロブスカイト型の結晶構造、層状岩塩型構造、ＮＡＳＩＣＯＮ型結晶構造、ＬＩＳＩＣＯＮ型結晶構造、又はオリビン型結晶構造等の結晶構造を有していてよく、非晶質であってもよい。特に、ガーネット型の結晶構造、ペロブスカイト型の結晶構造、層状岩塩型構造、ＮＡＳＩＣＯＮ型結晶構造、ＬＩＳＩＣＯＮ型結晶構造、又はオリビン型結晶構造が好ましい。
ガーネット型結晶構造を有するリチウム含有酸化物としては、Ｌｉ７Ｌａ３Ｚｒ２Ｏ１２、Ｌｉ５Ｌａ３Ｎｂ２Ｏ１２、Ｌｉ５ＢａＬａ２ＴａＯ１２等が挙げられ、これら化合物の元素の一部をＮ、Ｆ、Ａｌ、Ｓｒ、Ｓｃ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｓｂ、及びランタノイド元素からなる群から選択された少なくとも一種の元素で置換したガーネット類似型結晶も上記リチウム含有酸化物として使用できる。ペロブスカイト型結晶構造を有するリチウム含有酸化物としては、Ｌｉ０．３５Ｌａ０．５５ＴｉＯ３、Ｌｉ０．２Ｌａ０．２７ＮｂＯ３等が挙げられ、これら化合物の元素の一部をＮ、Ｆ、Ａｌ、Ｓｒ、Ｓｃ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｓｂ及びランタノイド元素からなる群から選択された少なくとも一種の元素で置換したペロブスカイト類似型結晶も上記リチウム含有酸化物として使用できる。ＮＡＳＩＣＯＮ型結晶構造を有するリチウム含有酸化物としては、Ｌｉ１．３Ｔｉ１．７Ａｌ０．３（ＰＯ４）３、Ｌｉ１．４Ａｌ０．４Ｔｉ１．６（ＰＯ４）３、Ｌｉ１．４Ａｌ０．４Ｔｉ１．４Ｇｅ０．２（ＰＯ４）３等が挙げられ、これら化合物の元素の一部をＮ、Ｆ、Ａｌ、Ｓｒ、Ｓｃ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｓｂ及びランタノイド元素からなる群から選択された少なくとも一種で置換したＮＡＳＩＣＯＮ類似型結晶も上記リチウム含有酸化物として使用できる。ＬＩＳＩＣＯＮ型結晶を有するリチウム含有酸化物としては、Ｌｉ１４ＺｎＧｅ４Ｏ１６等が挙げられ、これら化合物の元素の一部をＮ、Ｆ、Ａｌ、Ｓｒ、Ｓｃ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｓｂ及びランタノイド元素からなる群から選択された少なくとも一種の元素で置換したＬｉＳＩＣＯＮ類似型結晶も上記リチウム含有酸化物として使用できる。リチウム含有酸化物は、Ｌｉ３．４Ｖ０．６Ｓｉ０．４Ｏ４、Ｌｉ３．６Ｖ０．４Ｇｅ０．６Ｏ４、Ｌｉ２＋ｘＣ１－ｘＢｘＯ３、などのその他の結晶構造を有するものであってもよい。
リチウム含有酸化物は、当該リチウム含有酸化物に含まれる各種元素を含む化合物を原料に固相反応を行って得られたものであってよい。原料としては、例えば、リチウム源としてＬｉを含む化合物、ランタン源としてＬａを含む化合物、ジルコニウム源としてＺｒを含む化合物、ガリウム源としてＧａを含む化合物等が挙げられる。
リチウム源としては、塩化リチウム、硝酸リチウム、酢酸リチウム、水酸化リチウム、炭酸リチウム等のリチウム金属塩、リチウムメトキシド等のリチウムアルコキシドなどが挙げられる。これらの原料は１種又は２種以上を用いることができる。
ランタン源としては、例えば、塩化ランタン、硝酸ランタン、酢酸ランタン等のランタン金属塩、ランタントリメトキシド等のランタンアルコキシドが挙げられる。これらの原料は１種又は２種以上を用いることができる。
ジルコニウム源としては、例えば、塩化ジルコニウム、オキシ塩化ジルコニウム、オキシ硝酸ジルコニウム、オキシ酢酸ジルコニウム、酢酸ジルコニウム等のジルコニウム金属塩、ジルコニウムテトラメトキシド等のジルコニウムアルコキシドが挙げられる。これらの原料は１種又は２種以上を用いることができる。
ガリウム化合物（ガリウム源）としては、例えば、臭化ガリウム、塩化ガリウム、沃化ガリウム、硝酸ガリウムなどのガリウム金属塩、ガリウムトリメトキシド等のガリウムアルコキシドなどが挙げられる。これらの原料は１種又は２種以上を用いることができる。
固相反応は、これらの各主原料の粉末の混合物を調整した上で、当該混合物を加熱することにより行われる。加熱温度としては特に制限はないが、例えば、９００～１２００℃程度であってよい。
ドーパントとしては、導入すべき元素を含む化合物であれば特に問題はないが、例えば、導入すべき元素を含むアニオンを有するドーパントが好ましい。アニオンとしては、ハロゲン、カルコゲン、窒素及びリンからなる群から選ばれる一種以上の元素を含むアニオンが好ましく、ハロゲン化物イオンがより好ましく、フッ化物イオンが更に好ましい。
フッ化物イオンを含むドーパントとしては、金属フッ化物が挙げられる。金属フッ化物としては特に限定されないが、アルカリ金属フッ化物、アルカリ土類金属フッ化物、遷移金属フッ化物、周期表における第１３族の金属元素のフッ化物等が挙げられる。アルカリ金属フッ化物としてはＬｉＦ、ＮａＦ、ＫＦ等が挙げられる。アルカリ土類金属フッ化物としては、ＭｇＦ２、ＣａＦ２、ＳｒＦ２、ＢａＦ２等が挙げられ、ＭｇＦ２が好ましい。遷移金属フッ化物としては、周期表における第４周期～第６周期の遷移金属のフッ化物が挙げられ、ＮｉＦ２又はＺｎＦ２が好ましい。周期表における第１３族の金属元素のフッ化物としては、ＧａＦ３等が挙げられる。金属フッ化物はＧａＦ３、ＭｇＦ２、ＮｉＦ２及びＺｎＦ２の少なくとも一種であると好ましい。
ドーパントの使用量は、ドーパントとリチウム含有酸化物との合計量１００質量％に対して、０．０５～２５質量％であることが好ましく、０．１～２０質量％であることがより好ましく、１～１８質量％であるとより好ましい。
粉末のリチウム含有酸化物及び粉末のドーパントを混合して加熱することによりトポタクティック反応を行ってよい。トポタクティック反応は、減圧下で行うことが好ましく、例えば、減圧下でパイレックス（登録商標）チューブ等の容器に粉末のリチウム含有酸化物及び粉末のドーパントを封入して、容器を加熱することにより行ってよい。粉末のリチウム含有酸化物及び粉末のドーパントは、粉末の混合物として使用してもよいが、ペレット等の所定の形状に賦形してからトポタクティック反応に供してもよい。
得られた固体電解質は、粉末であってもよいが、粉末を焼結した焼結体として使用してもよい。焼結方法として特に制限はないが、放電プラズマ焼結法等により焼結することができる。
本発明の固体電解質の製造方法によって、イオン伝導性（アルカリイオン伝導性）の高い固体電解質が得られる理由は、必ずしも定かではないが、本発明者らはその理由について以下のように考えている。まず、特許文献１～７及び非特許文献１～４に記載されるとおり、従来の固体電解質は、ドープすべき元素（例えばフッ素）を導入する際に、リチウム含有酸化物の原料とドープすべき元素を含む化合物とを一緒に１０００℃等の高温で焼成する（高温固相反応）ことにより合成されている。一方、本実施形態では、先に合成したリチウム含有酸化物にトポタクティック反応を行っているため、リチウム含有酸化物の基本骨格が保たれたまま穏やかに反応が進行される。そのため、従来の高温固相反応では得られない準安定な相が得られるものと考えられる。
本実施形態の固体電解質の形状は、特に限定されず、粉末であってもよいし、ペレット状などの形状に賦形されたものであってもよい。また、粉末を焼結した焼結体であってもよく、結合剤により粉末を結合した結合体であってもよい。また、他の成分と混合して組成物として使用することもできる。そのような組成物としては、例えば、リチウムイオン電池等の電池、キャパシタなどの蓄電デバイスの固体電解質として使用するための電解質組成物が挙げられる。電解質組成物は、固体電解質以外の成分としてイオン伝導性材料、イオン液体、高分子材料等を含んでいてもよい。
＜実施例１＞
まず、１．３０ｇのＬｉ２ＣＯ３、２．４６ｇのＬａ２Ｏ３及び１．２４ｇのＺｒＯ２を粉砕しながら混合した。得られた粉体を空気中でＭｇＯるつぼ中で、１０００℃で１０時間焼成して未ドープのＬｉ７Ｌａ３Ｚｒ２Ｏ１２（ＬＬＺＯ）を得た。
得られたＬＬＺＯに、金属フッ化物としてＧａＦ３を、ＬＬＺＯ１００質量％に対して１０質量％の量で添加し、これらを粉砕しながら混合した。得られた粉体を賦形して直径約６ｍｍのペレットとした。当該ペレットをパイレックスチューブに入れ、パイレックスチューブ内を脱気し、封管した。パイレックスチューブ中のペレットを４００℃で２４時間加熱した後、ペレットを取り出し粉砕して、粉末状のフッ素ドープしたＬＬＺＯ（固体電解質）を得た。
まず、１．３０ｇのＬｉ２ＣＯ３、２．４６ｇのＬａ２Ｏ３及び１．２４ｇのＺｒＯ２を粉砕しながら混合した。得られた粉体を空気中でＭｇＯるつぼ中で、１０００℃で１０時間焼成して未ドープのＬｉ７Ｌａ３Ｚｒ２Ｏ１２（ＬＬＺＯ）を得た。
得られたＬＬＺＯに、金属フッ化物としてＧａＦ３を、ＬＬＺＯ１００質量％に対して１０質量％の量で添加し、これらを粉砕しながら混合した。得られた粉体を賦形して直径約６ｍｍのペレットとした。当該ペレットをパイレックスチューブに入れ、パイレックスチューブ内を脱気し、封管した。パイレックスチューブ中のペレットを４００℃で２４時間加熱した後、ペレットを取り出し粉砕して、粉末状のフッ素ドープしたＬＬＺＯ（固体電解質）を得た。
＜固体１９Ｆ－ＮＭＲの測定＞
以下の条件により、実施例１の固体電解質に固体１９Ｆ－ＮＭＲの測定を行った。
装置：ＪＮＭ－ＥＣＺ６００Ｒ（日本電子株式会社製）
観測核：１９Ｆ（１９Ｆ核の共鳴周波数として５６４ＭＨｚ）
マジック角回転（ＭＡＳ）周波数：２０ｋＨｚ
測定方法：ハーンエコー法
待ち時間及び積算回数：１５秒または６０秒、１２８回
測定温度：室温
基準物質：ポリテトラフルオロエチレンの－ＣＦ２－ＣＦ２－単位のフッ素原子に由来するピークの化学シフトを－１２２ｐｐｍに設定
なお、ポリテトラフルオロエチレンについて、実施例及び比較例の試料と同一の条件で試料とは別に測定したデータを基準として使用した（つまり、外部標準として使用した。）。
ＰＴＦＥはバルカー社製のテープシール（型番２０－Ｅ）を細かく裁断した試料を使用した。
以下の条件により、実施例１の固体電解質に固体１９Ｆ－ＮＭＲの測定を行った。
装置：ＪＮＭ－ＥＣＺ６００Ｒ（日本電子株式会社製）
観測核：１９Ｆ（１９Ｆ核の共鳴周波数として５６４ＭＨｚ）
マジック角回転（ＭＡＳ）周波数：２０ｋＨｚ
測定方法：ハーンエコー法
待ち時間及び積算回数：１５秒または６０秒、１２８回
測定温度：室温
基準物質：ポリテトラフルオロエチレンの－ＣＦ２－ＣＦ２－単位のフッ素原子に由来するピークの化学シフトを－１２２ｐｐｍに設定
なお、ポリテトラフルオロエチレンについて、実施例及び比較例の試料と同一の条件で試料とは別に測定したデータを基準として使用した（つまり、外部標準として使用した。）。
ＰＴＦＥはバルカー社製のテープシール（型番２０－Ｅ）を細かく裁断した試料を使用した。
＜固体６Ｌｉ－ＮＭＲの測定＞
以下の条件により、実施例１の固体電解質に固体６Ｌｉ－ＮＭＲの測定を行った。
装置：ＡＶＡＮＣＥ３００（Ｂｒｕｋｅｒ社製）
観測核：６Ｌｉ（６Ｌｉ核の共鳴周波数として４４．１ＭＨｚ）
マジック角回転（ＭＡＳ）周波数：１０ｋＨｚ
測定方法：シングルパルス法（Ｂｒｕｋｅｒ社標準パルスシークエンスｚｇ使用）
励起パルス幅：π／４パルス
待ち時間及び積算回数：４０秒、２０４８回
測定温度：室温
基準物質：１ｍｏｌ／ＬのＬｉＣｌ水溶液について観測されるピークを１．１９ｐｐｍに設定
以下の条件により、実施例１の固体電解質に固体６Ｌｉ－ＮＭＲの測定を行った。
装置：ＡＶＡＮＣＥ３００（Ｂｒｕｋｅｒ社製）
観測核：６Ｌｉ（６Ｌｉ核の共鳴周波数として４４．１ＭＨｚ）
マジック角回転（ＭＡＳ）周波数：１０ｋＨｚ
測定方法：シングルパルス法（Ｂｒｕｋｅｒ社標準パルスシークエンスｚｇ使用）
励起パルス幅：π／４パルス
待ち時間及び積算回数：４０秒、２０４８回
測定温度：室温
基準物質：１ｍｏｌ／ＬのＬｉＣｌ水溶液について観測されるピークを１．１９ｐｐｍに設定
得られた固体６Ｌｉ－ＮＭＲスペクトルには、－５～１５ｐｐｍの化学シフトの範囲に強度が大小二つのピークが観測された。ここで、大きいピークの面積強度は、大きいピークを最小二乗法でガウシアンによりフィッティングを行うことで面積強度を算出した。
また、小さいピークの面積強度は、元のスペクトルから上記の方法のフィッティングにより得られた大きいピークのスペクトルを引き算して得られたスペクトルについて、最小二乗法でガウシアンによりフィッティングを行うことで面積強度を算出した。面積強度の大きいほうのピークを第１のピークとし、面積強度の小さいほうのピークを第２のピークとする。表１に第１及び第２のピークのそれぞれの位置及び半値幅を示す。
また、第１及び第２のピークの面積強度の和に対する第２のピークの面積強度の割合（単に面積比とも呼ぶ。）を表１に示す。
固体１９Ｆ－ＮＭＲスペクトルには、－１００～５０ｐｐｍの化学シフトの範囲内に一つのピークが観測された。具体的には、－２４．１ｐｐｍの位置にピークが観測された。
また、小さいピークの面積強度は、元のスペクトルから上記の方法のフィッティングにより得られた大きいピークのスペクトルを引き算して得られたスペクトルについて、最小二乗法でガウシアンによりフィッティングを行うことで面積強度を算出した。面積強度の大きいほうのピークを第１のピークとし、面積強度の小さいほうのピークを第２のピークとする。表１に第１及び第２のピークのそれぞれの位置及び半値幅を示す。
また、第１及び第２のピークの面積強度の和に対する第２のピークの面積強度の割合（単に面積比とも呼ぶ。）を表１に示す。
固体１９Ｆ－ＮＭＲスペクトルには、－１００～５０ｐｐｍの化学シフトの範囲内に一つのピークが観測された。具体的には、－２４．１ｐｐｍの位置にピークが観測された。
＜粉末Ｘ線回折の測定＞
装置：ＵｌｔｉｍａＩＶ（Ｒｉｇａｋｕ社製、線源：ＣｕＫα線）を用いて粉末Ｘ線回折の測定を行った。実施例１の固体電解質の粉末Ｘ線回折チャートには、２θ＝１６．０～１７．０°の位置に単一のピークが観測されたため、立方晶のガーネット型構造を有していることが確認された。また、未ドープのＬＬＺＯは正方晶のガーネット型構造であることを確認した。
また、粉末Ｘ線回折チャートにおいて、２θ＝２８．５～２９．０°にピークが観測された。当該ピークの、１６．０～１７．０°におけるピークの強度に対する強度比（以下、単にピーク強度比とも呼ぶ。）を算出した。結果を表１に示す。
装置：ＵｌｔｉｍａＩＶ（Ｒｉｇａｋｕ社製、線源：ＣｕＫα線）を用いて粉末Ｘ線回折の測定を行った。実施例１の固体電解質の粉末Ｘ線回折チャートには、２θ＝１６．０～１７．０°の位置に単一のピークが観測されたため、立方晶のガーネット型構造を有していることが確認された。また、未ドープのＬＬＺＯは正方晶のガーネット型構造であることを確認した。
また、粉末Ｘ線回折チャートにおいて、２θ＝２８．５～２９．０°にピークが観測された。当該ピークの、１６．０～１７．０°におけるピークの強度に対する強度比（以下、単にピーク強度比とも呼ぶ。）を算出した。結果を表１に示す。
＜ＩＣＰ発光分光分析＞
装置：ＩＣＰ－ＡＥＳ（Ａｇｉｌｅｎｔ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ社製 ５１１０）を用いて実施例１の固体電解質にＩＣＰ発光分光分析を行い、Ｌｉ、Ｌａ及びＺｒの含有割合（Ｌａの含有を３とした場合）を求めた。分析方法は、加圧酸分解で、ＩＣＰ－ＡＥＳ法によって実施した。前処理条件は、塩酸と硫酸を３対１のモル比で混合した混酸により１００℃で２０時間分解し、実施した。結果を表１に示す。
装置：ＩＣＰ－ＡＥＳ（Ａｇｉｌｅｎｔ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ社製 ５１１０）を用いて実施例１の固体電解質にＩＣＰ発光分光分析を行い、Ｌｉ、Ｌａ及びＺｒの含有割合（Ｌａの含有を３とした場合）を求めた。分析方法は、加圧酸分解で、ＩＣＰ－ＡＥＳ法によって実施した。前処理条件は、塩酸と硫酸を３対１のモル比で混合した混酸により１００℃で２０時間分解し、実施した。結果を表１に示す。
＜イオン伝導率の測定＞
実施例１の固体電解質を、装置ＬＡＢＯＸ－３２５Ｒ（株式会社シンタ―ランド製）を用いて、真空中、１１００℃において３分間、印加圧力４０ＭＰａの条件で放電プラズマ焼結に供し、厚さ０．５ｍｍ及び直径３～５ｍｍの円盤状の焼結体を得た。当該焼結体の互いに対向する円形の二つ面にそれぞれスパッタリングにより金層を形成して評価用試験片を得た。
室温（２５℃）において、インピーダンスアナライザー（Ｓｌ１２６０、Ｓｌ１２９６、ｓｏｌａｒｔｒｏｎ社製）を用いて、０．１から１ＭＨｚの周波数、１０ｍＶの振幅の条件下で測定を行い、得られたナイキストプロットについて等価回路を仮定してフィッティングを行うことで、上記評価用試験片のイオン伝導率を測定した。結果を表１に示す。
実施例１の固体電解質を、装置ＬＡＢＯＸ－３２５Ｒ（株式会社シンタ―ランド製）を用いて、真空中、１１００℃において３分間、印加圧力４０ＭＰａの条件で放電プラズマ焼結に供し、厚さ０．５ｍｍ及び直径３～５ｍｍの円盤状の焼結体を得た。当該焼結体の互いに対向する円形の二つ面にそれぞれスパッタリングにより金層を形成して評価用試験片を得た。
室温（２５℃）において、インピーダンスアナライザー（Ｓｌ１２６０、Ｓｌ１２９６、ｓｏｌａｒｔｒｏｎ社製）を用いて、０．１から１ＭＨｚの周波数、１０ｍＶの振幅の条件下で測定を行い、得られたナイキストプロットについて等価回路を仮定してフィッティングを行うことで、上記評価用試験片のイオン伝導率を測定した。結果を表１に示す。
＜比較例１＞
実施例１で製造した上記未ドープのＬＬＺＯについて、実施例１と同様に各種測定を行った。結果を表１及び表２に示す。なお、粉末Ｘ線回折測定の結果、１６～１７°の位置に２本の分裂したピークが観測されたため、正方晶のガーネット型構造を有していることが確認された。また、イオン導電率の測定については、プレス成形後、空気中で１０００℃で１０時間焼成した円盤状の焼結体について実施した。その他の結果を表１及び２に示す。
実施例１で製造した上記未ドープのＬＬＺＯについて、実施例１と同様に各種測定を行った。結果を表１及び表２に示す。なお、粉末Ｘ線回折測定の結果、１６～１７°の位置に２本の分裂したピークが観測されたため、正方晶のガーネット型構造を有していることが確認された。また、イオン導電率の測定については、プレス成形後、空気中で１０００℃で１０時間焼成した円盤状の焼結体について実施した。その他の結果を表１及び２に示す。
＜実施例２＞
まず、１．１６ｇのＬｉ２ＣＯ３、２．３７ｇのＬａ２Ｏ３、１．１７ｇのＺｒＯ２、０．１２ｇのＧａ２Ｏ３、０．０７ｇのＳｒＣＯ３、０．１１ｇのＴａ２Ｏ５を粉砕しながら混合した。得られた粉体を空気中でＭｇＯるつぼ中で、１０００℃で１０時間焼成してＬｉ６．２５Ｇａ０．２５Ｌａ２．９Ｓｒ０．１Ｚｒ１．９Ｔａ０．１Ｏ１２を得た。
得られたＬｉ６．２５Ｇａ０．２５Ｌａ２．９Ｓｒ０．１Ｚｒ１．９Ｔａ０．１Ｏ１２に、金属フッ化物としてＧａＦ３を、Ｌｉ６．２５Ｇａ０．２５Ｌａ２．９Ｓｒ０．１Ｚｒ１．９Ｔａ０．１Ｏ１２の量１００質量％に対して１質量％の量で添加し、これらを粉砕しながら混合した。得られた粉体を賦形して直径約６ｍｍのペレットとした。当該ペレットをパイレックスチューブに入れ、パイレックスチューブ内を脱気し、封管した。パイレックスチューブ中のペレットを４００℃で２４時間加熱後、ペレットを取り出して粉砕し、粉末状のフッ素ドープしたリチウム含有酸化物（固体電解質）を得た。得られた固体電解質について、実施例１と同様に各種測定を行った。粉末Ｘ線回折測定の結果、１６～１７°の位置に単一のピークが観測されたため、立方晶のガーネット型構造を有していることが確認された。また、上記のＬｉ６．２５Ｇａ０．２５Ｌａ２．９Ｓｒ０．１Ｚｒ１．９Ｔａ０．１Ｏ１２も立方晶のガーネット型構造を有していることを確認した。その他の結果を表１及び２に示す。
まず、１．１６ｇのＬｉ２ＣＯ３、２．３７ｇのＬａ２Ｏ３、１．１７ｇのＺｒＯ２、０．１２ｇのＧａ２Ｏ３、０．０７ｇのＳｒＣＯ３、０．１１ｇのＴａ２Ｏ５を粉砕しながら混合した。得られた粉体を空気中でＭｇＯるつぼ中で、１０００℃で１０時間焼成してＬｉ６．２５Ｇａ０．２５Ｌａ２．９Ｓｒ０．１Ｚｒ１．９Ｔａ０．１Ｏ１２を得た。
得られたＬｉ６．２５Ｇａ０．２５Ｌａ２．９Ｓｒ０．１Ｚｒ１．９Ｔａ０．１Ｏ１２に、金属フッ化物としてＧａＦ３を、Ｌｉ６．２５Ｇａ０．２５Ｌａ２．９Ｓｒ０．１Ｚｒ１．９Ｔａ０．１Ｏ１２の量１００質量％に対して１質量％の量で添加し、これらを粉砕しながら混合した。得られた粉体を賦形して直径約６ｍｍのペレットとした。当該ペレットをパイレックスチューブに入れ、パイレックスチューブ内を脱気し、封管した。パイレックスチューブ中のペレットを４００℃で２４時間加熱後、ペレットを取り出して粉砕し、粉末状のフッ素ドープしたリチウム含有酸化物（固体電解質）を得た。得られた固体電解質について、実施例１と同様に各種測定を行った。粉末Ｘ線回折測定の結果、１６～１７°の位置に単一のピークが観測されたため、立方晶のガーネット型構造を有していることが確認された。また、上記のＬｉ６．２５Ｇａ０．２５Ｌａ２．９Ｓｒ０．１Ｚｒ１．９Ｔａ０．１Ｏ１２も立方晶のガーネット型構造を有していることを確認した。その他の結果を表１及び２に示す。
＜実施例３＞
まず、１．２９ｇのＬｉ２ＣＯ３、２．３４ｇのＬａ２Ｏ３、０．９５ｇのＺｒＯ２、０．４２ｇのＴａ２Ｏ５を粉砕しながら混合した。得られた粉体を空気中でＭｇＯるつぼ中で、１０００℃で１０時間焼成してＬｉ６．６Ｌａ３Ｚｒ１．６Ｔａ０．４Ｏ１２を得た。
得られたＬｉ６．６Ｌａ３Ｚｒ１．６Ｔａ０．４Ｏ１２に、金属フッ化物としてＭｇＦ２を、Ｌｉ６．６Ｌａ３Ｚｒ１．６Ｔａ０．４Ｏ１２の量１００質量％に対して２質量％の量で添加し、これらを粉砕しながら混合した。得られた粉体を賦形して直径約６ｍｍのペレットとした。当該ペレットをパイレックスチューブに入れ、パイレックスチューブ内を脱気し、封管した。パイレックスチューブ中のペレットを４００℃で２４時間加熱後、ペレットを取り出して粉砕し、粉末状のフッ素ドープしたリチウム含有酸化物（固体電解質）を得た。得られた固体電解質について、実施例１と同様に各種測定を行った。粉末Ｘ線回折測定の結果、１６～１７°の位置に単一のピークが観測されたため、立方晶のガーネット型構造を有していることが確認された。また、上記のＬｉ６．６Ｌａ３Ｚｒ１．６Ｔａ０．４Ｏ１２も立方晶のガーネット型構造を有していることを確認した。その他の結果を表１及び２に示す。
まず、１．２９ｇのＬｉ２ＣＯ３、２．３４ｇのＬａ２Ｏ３、０．９５ｇのＺｒＯ２、０．４２ｇのＴａ２Ｏ５を粉砕しながら混合した。得られた粉体を空気中でＭｇＯるつぼ中で、１０００℃で１０時間焼成してＬｉ６．６Ｌａ３Ｚｒ１．６Ｔａ０．４Ｏ１２を得た。
得られたＬｉ６．６Ｌａ３Ｚｒ１．６Ｔａ０．４Ｏ１２に、金属フッ化物としてＭｇＦ２を、Ｌｉ６．６Ｌａ３Ｚｒ１．６Ｔａ０．４Ｏ１２の量１００質量％に対して２質量％の量で添加し、これらを粉砕しながら混合した。得られた粉体を賦形して直径約６ｍｍのペレットとした。当該ペレットをパイレックスチューブに入れ、パイレックスチューブ内を脱気し、封管した。パイレックスチューブ中のペレットを４００℃で２４時間加熱後、ペレットを取り出して粉砕し、粉末状のフッ素ドープしたリチウム含有酸化物（固体電解質）を得た。得られた固体電解質について、実施例１と同様に各種測定を行った。粉末Ｘ線回折測定の結果、１６～１７°の位置に単一のピークが観測されたため、立方晶のガーネット型構造を有していることが確認された。また、上記のＬｉ６．６Ｌａ３Ｚｒ１．６Ｔａ０．４Ｏ１２も立方晶のガーネット型構造を有していることを確認した。その他の結果を表１及び２に示す。
＜実施例４＞
金属フッ化物としてＭｇＦ２を用い、添加量をＬＬＺＯ量１００質量％に対して２０質量％の量で添加したこと以外は、実施例１と同様に固体電解質を合成し、各種測定を行った。結果を表１及び表２に示す。
金属フッ化物としてＭｇＦ２を用い、添加量をＬＬＺＯ量１００質量％に対して２０質量％の量で添加したこと以外は、実施例１と同様に固体電解質を合成し、各種測定を行った。結果を表１及び表２に示す。
＜比較例２＞
原料として１．１３ｇのＬｉ２ＣＯ３、２．４９ｇのＬａ２Ｏ３、１．２５ｇのＺｒＯ２及び０．１３ｇのＬｉＦを混合し、空気中でＭｇＯるつぼ中で１０００℃で１０時間焼成してＬｉ６Ｌａ３Ｚｒ２Ｏ１１Ｆの組成の固体電解質の粉末を得た。かかる固体電解質は、国際公開２０１５／０６５８７９号公報のリチウム含有酸化物（特に実施例２等）と同様の方法で製造されたものである。得られた固体電解質の粉末に実施例１と同様の方法で放電プラズマ焼結及び、各種測定を行った。結果を表１及び表２に示す。
原料として１．１３ｇのＬｉ２ＣＯ３、２．４９ｇのＬａ２Ｏ３、１．２５ｇのＺｒＯ２及び０．１３ｇのＬｉＦを混合し、空気中でＭｇＯるつぼ中で１０００℃で１０時間焼成してＬｉ６Ｌａ３Ｚｒ２Ｏ１１Ｆの組成の固体電解質の粉末を得た。かかる固体電解質は、国際公開２０１５／０６５８７９号公報のリチウム含有酸化物（特に実施例２等）と同様の方法で製造されたものである。得られた固体電解質の粉末に実施例１と同様の方法で放電プラズマ焼結及び、各種測定を行った。結果を表１及び表２に示す。
＜比較例３＞
特開２０２０－０８７７７０号公報の実施例３と同様の方法によりＬｉ５．５５Ｇａ０．５Ｌａ２．９５Ｃａ０．０５Ｚｒ２Ｏ１１Ｆを合成した。すなわち、０．８７ｇのＬｉ２ＣＯ３、２．４８ｇのＬａ２Ｏ３、１．２７ｇのＺｒＯ２、０．２４ｇのＧａ２Ｏ３、０．０２ｇのＣａＦ２、０．１２ｇのＬｉＦを混合し、空気中でＭｇＯるつぼ中で１０００℃で１０時間焼成して、Ｌｉ５．５５Ｇａ０．５Ｌａ２．９５Ｃａ０．０５Ｚｒ２Ｏ１１Ｆの組成の固体電解質粉末を得た。イオン導電率の測定については、プレス成形後、空気中で１０００℃で１０時間焼成した円盤状の焼結体について実施した。結果を表１及び表２に示す。
特開２０２０－０８７７７０号公報の実施例３と同様の方法によりＬｉ５．５５Ｇａ０．５Ｌａ２．９５Ｃａ０．０５Ｚｒ２Ｏ１１Ｆを合成した。すなわち、０．８７ｇのＬｉ２ＣＯ３、２．４８ｇのＬａ２Ｏ３、１．２７ｇのＺｒＯ２、０．２４ｇのＧａ２Ｏ３、０．０２ｇのＣａＦ２、０．１２ｇのＬｉＦを混合し、空気中でＭｇＯるつぼ中で１０００℃で１０時間焼成して、Ｌｉ５．５５Ｇａ０．５Ｌａ２．９５Ｃａ０．０５Ｚｒ２Ｏ１１Ｆの組成の固体電解質粉末を得た。イオン導電率の測定については、プレス成形後、空気中で１０００℃で１０時間焼成した円盤状の焼結体について実施した。結果を表１及び表２に示す。
ＮＴ：測定していない
トポタクティック反応により合成された実施例１～４の固体電解質は、いずれも高温固相合成で得られた比較例１～３の固体電解質よりも高いイオン伝導率を示した。また、実施例１、実施例３、及び実施例４の固体電解質では、固体１９Ｆ－ＮＭＲスペクトルにおいて、－１００～５０ｐｐｍの化学シフトの範囲内にピークが観測され、且つ固体６Ｌｉ－ＮＭＲスペクトルにおいて－５～１５ｐｐｍの化学シフトの範囲内に２本のピークが観測された。一方、従来の製法で合成した比較例３では、固体１９Ｆ－ＮＭＲスペクトルにおいて－１００～５０ｐｐｍの化学シフトの範囲内にピークは観測されず、固体６Ｌｉ－ＮＭＲスペクトルにおいても－５～１５ｐｐｍの化学シフトの範囲内に１本のピークしか観測されなかった。また、従来の製法で合成した比較例２では、固体１９Ｆ－ＮＭＲスペクトルにおいて－１００～５０ｐｐｍの化学シフトの範囲内にピークは観測されず、固体６Ｌｉ－ＮＭＲスペクトルにおいては－５～１５ｐｐｍの化学シフトの範囲内に２本のピークが観測されたものの、結晶系が正方晶であった。このことから、実施例１、実施例３及び実施例４の固体電解質では、フッ素が置かれた環境が従来とは異なることがわかる。また、実施例１～４と比較例３との比較から、立方晶相中におけるリチウムが置かれた環境が異なることがわかる。
Claims (17)
- 立方晶のガーネット構造を有し、
１９Ｆ核の共鳴周波数が５６４ＭＨｚである条件下で固体１９Ｆ－ＮＭＲスペクトルを測定した際に、ポリテトラフルオロエチレンの化学シフトを－１２２ｐｐｍとして、－１００～５０ｐｐｍの化学シフトの範囲内に少なくとも１本のピークが観測され、
Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ又はＮｄを含む希土類元素を含有する、リチウム含有酸化物。 - ６Ｌｉ核の共鳴周波数が４４．１ＭＨｚである条件下で固体６Ｌｉ－ＮＭＲスペクトルを測定した際に、１ｍｏｌ／ＬのＬｉＣｌ水溶液の化学シフトを１．１９ｐｐｍとして、－５～１５ｐｐｍの化学シフトの範囲内に少なくとも１本のピークが観測される、請求項１に記載のリチウム含有酸化物。
- フッ素原子を含み、立方晶のガーネット構造を有し、
６Ｌｉ核の共鳴周波数が４４．１ＭＨｚである条件下で固体６Ｌｉ－ＮＭＲスペクトルを測定した際に、１ｍｏｌ／ＬのＬｉＣｌ水溶液の化学シフトを１．１９ｐｐｍとして、－５～１５ｐｐｍの化学シフトの範囲内に少なくとも２本のピークが観測され、
Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ又はＮｄを含む希土類元素を含有する、リチウム含有酸化物。 - ６Ｌｉ核の共鳴周波数が４４．１ＭＨｚである条件下で固体６Ｌｉ－ＮＭＲスペクトルを測定した際に、１ｍｏｌ／ＬのＬｉＣｌ水溶液の化学シフトを１．１９ｐｐｍとして、－５～１５ｐｐｍの化学シフトの範囲内に、２ｐｐｍ以下の半値幅を有する少なくとも２本のピークが観測される、請求項３に記載のリチウム含有酸化物。
- ６Ｌｉ核の共鳴周波数が４４．１ＭＨｚである条件下で固体６Ｌｉ－ＮＭＲスペクトルを測定した際に、１ｍｏｌ／ＬのＬｉＣｌ水溶液の化学シフトを１．１９ｐｐｍとして、－５～１５ｐｐｍの化学シフトの範囲内に２本のピークが観測され、
前記２本のピークの面積強度の和に対する、より小さい面積強度を有するピークの面積強度の比が０．３％以上である、請求項３又は４に記載のリチウム含有酸化物。 - １９Ｆ核の共鳴周波数が５６４ＭＨｚである条件下で固体１９Ｆ－ＮＭＲスペクトルを測定した際に、ポリテトラフルオロエチレンの化学シフトを－１２２ｐｐｍとして、－１００～５０ｐｐｍの化学シフトの範囲内に少なくとも１本のピークが観測される、請求項５に記載のリチウム含有酸化物。
- ＩＣＰ発光分光分析法により測定された原子数の比について、Ｌａを３としたときに、Ｌｉが５～１２、Ｚｒが１～３である、請求項１～６のいずれか一項に記載のリチウム含有酸化物。
- 粉末Ｘ線回折チャートにおいて、１６．０～１７．０°におけるピークの強度に対する、２８．５～２９．０°におけるピークの強度が０．５以下である、請求項１～７のいずれか一項に記載のリチウム含有酸化物。
- Ｚｒ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｖ、Ｓｂ及びＮｂからなる群から選択される少なくとも一種の元素を更に含む、請求項１～８のいずれか一項に記載のリチウム含有酸化物。
- Ｌａ及びＺｒを含む、請求項１～９のいずれか一項に記載のリチウム含有酸化物。
- 請求項１～１０のいずれか１項に記載のリチウム含有酸化物を含む、焼結体。
- 請求項１～１０のいずれか１項に記載のリチウム含有酸化物を含む、電解質組成物。
- リチウム含有酸化物に９００℃以下の温度でトポタクティック反応を行うことによりアニオンを導入する工程を備え、
前記アニオンがフッ化物イオンを含む、固体電解質の製造方法。 - 前記アニオンが、フッ化物イオン以外のアニオンを更に含み、当該フッ化物イオン以外のアニオンがハロゲン、カルコゲン、窒素及びリンからなる群から選ばれる少なくとも一種の元素を含む、請求項１３に記載の製造方法。
- 前記トポタクティック反応において、前記リチウム含有酸化物と金属フッ化物とを反応させる、請求項１３又は１４に記載の製造方法。
- 前記金属フッ化物が、ＧａＦ３、ＭｇＦ２、ＮｉＦ２及びＺｎＦ２の少なくとも一種である、請求項１５に記載の製造方法。
- 前記固体電解質がガーネット型結晶構造、ペロブスカイト型の結晶構造、層状岩塩型構造、ＮＡＳＩＣＯＮ型結晶構造、ＬＩＳＩＣＯＮ型結晶構造、又はオリビン型結晶構造の結晶構造を有する、請求項１３～１６のいずれか一項に記載の製造方法。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2021093168A JP7171826B1 (ja) | 2021-06-02 | 2021-06-02 | リチウム含有酸化物及び固体電解質の製造方法 |
| EP22816158.4A EP4342850A1 (en) | 2021-06-02 | 2022-06-01 | Lithium-containing oxide, and method for preparing solid electrolyte |
| PCT/JP2022/022361 WO2022255413A1 (ja) | 2021-06-02 | 2022-06-01 | リチウム含有酸化物及び固体電解質の製造方法 |
| CN202280039095.0A CN117412925A (zh) | 2021-06-02 | 2022-06-01 | 含锂氧化物及固体电解质的制造方法 |
| US18/565,525 US20240239676A1 (en) | 2021-06-02 | 2022-06-01 | Lithium-containing oxide, and method for preparing solid electrolyte |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2021093168A JP7171826B1 (ja) | 2021-06-02 | 2021-06-02 | リチウム含有酸化物及び固体電解質の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP7171826B1 true JP7171826B1 (ja) | 2022-11-15 |
| JP2022185465A JP2022185465A (ja) | 2022-12-14 |
Family
ID=84046010
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2021093168A Active JP7171826B1 (ja) | 2021-06-02 | 2021-06-02 | リチウム含有酸化物及び固体電解質の製造方法 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US20240239676A1 (ja) |
| EP (1) | EP4342850A1 (ja) |
| JP (1) | JP7171826B1 (ja) |
| CN (1) | CN117412925A (ja) |
| WO (1) | WO2022255413A1 (ja) |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2015079509A1 (ja) | 2013-11-27 | 2015-06-04 | 株式会社日立製作所 | リチウムイオン伝導性酸化物および蓄電デバイス |
| JP2020087770A (ja) | 2018-11-28 | 2020-06-04 | セイコーエプソン株式会社 | 固体電解質、固体電解質の製造方法、二次電池、電子機器 |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102780028B (zh) | 2012-07-18 | 2015-07-15 | 宁波大学 | 一种四组份离子共掺杂石榴石型固体电解质 |
| CN102780031B (zh) | 2012-07-18 | 2016-03-30 | 宁波大学 | 一种Mg2+，Al3+，Zr4+，F-离子共掺杂石榴石型固体电解质 |
| CN102867987B (zh) | 2012-09-04 | 2015-11-25 | 宁波大学 | 一种B3+,Al3+,Mg2+,Y3+,F-共掺杂固体电解质Li7La3Zr2O12 |
| CN102867988B (zh) | 2012-09-04 | 2015-05-27 | 宁波大学 | 一种B3+,Al3+,Ti4+,Y3+,F-共掺杂固体电解质Li7La3Zr2O12 |
| CN104591231B (zh) | 2013-10-31 | 2019-04-16 | 中国科学院上海硅酸盐研究所 | 含氟石榴石结构锂离子氧化物陶瓷 |
-
2021
- 2021-06-02 JP JP2021093168A patent/JP7171826B1/ja active Active
-
2022
- 2022-06-01 WO PCT/JP2022/022361 patent/WO2022255413A1/ja active Application Filing
- 2022-06-01 CN CN202280039095.0A patent/CN117412925A/zh active Pending
- 2022-06-01 US US18/565,525 patent/US20240239676A1/en active Pending
- 2022-06-01 EP EP22816158.4A patent/EP4342850A1/en active Pending
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2015079509A1 (ja) | 2013-11-27 | 2015-06-04 | 株式会社日立製作所 | リチウムイオン伝導性酸化物および蓄電デバイス |
| JP2020087770A (ja) | 2018-11-28 | 2020-06-04 | セイコーエプソン株式会社 | 固体電解質、固体電解質の製造方法、二次電池、電子機器 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2022255413A1 (ja) | 2022-12-08 |
| EP4342850A1 (en) | 2024-03-27 |
| US20240239676A1 (en) | 2024-07-18 |
| JP2022185465A (ja) | 2022-12-14 |
| CN117412925A (zh) | 2024-01-16 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN111492443B (zh) | 固体电解质材料和电池 | |
| EP2317596B1 (en) | Ceramic material and preparation method therefor | |
| KR101665465B1 (ko) | 리튬 이온 전지용 황화물계 고체 전해질 | |
| Zhang et al. | Preparation and electrochemical properties of Li1+ xAlxGe2-x (PO4) 3 synthesized by a sol-gel method | |
| CN106458634B (zh) | 掺杂的镍酸盐材料 | |
| Okumura et al. | LISICON-based amorphous oxide for bulk-type all-solid-state lithium-ion battery | |
| Hitz et al. | Highly Li-stuffed garnet-type Li7+ xLa3Zr2-xYxO12 | |
| EP2302723A1 (en) | Ceramic material and use thereof | |
| EP3736823A1 (en) | Solid electrolyte material, and battery | |
| JP2012031025A (ja) | ガーネット型リチウムイオン伝導性酸化物及びその製法 | |
| EP3736832B1 (en) | Solid electrolyte material, and battery | |
| US10153487B2 (en) | Lithium complex oxide | |
| Kwatek et al. | Impact of Li2. 9B0. 9S0. 1O3. 1 glass additive on the structure and electrical properties of the LATP-based ceramics | |
| EP4186862A1 (en) | Solid electrolyte material and battery using same | |
| CN108461750A (zh) | 一种掺杂的镍钴铝三元锂离子电池正极材料、制备方法及用途 | |
| Bertasi et al. | Exotic solid state ion conductor from fluorinated titanium oxide and molten metallic lithium | |
| Limpert et al. | Achieving desired lithium concentration in garnet solid electrolytes; processing impacts on physical and electrochemical properties | |
| EP4163990A1 (en) | Solid electrolyte material, and battery in which same is used | |
| JP7171826B1 (ja) | リチウム含有酸化物及び固体電解質の製造方法 | |
| US20190198920A1 (en) | Method for preparing a multi-dopant, oxide-based solid electrolyte | |
| Gundale et al. | Ionic conductivity of Li3. 4V0. 6Si0. 4O4 ceramic containing LiBO2 glass as solid electrolyte | |
| JP7500709B2 (ja) | 新規な固体電解質及びその製造方法 | |
| EP4238936A1 (en) | Solid electrolyte material, and battery using same | |
| US20220293927A1 (en) | Electrolyte and Electrode Materials for Rechargeable Lithium Batteries | |
| CN117105197B (zh) | 一种混合离子导体材料及制备方法和应用 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20220427 |
|
| A871 | Explanation of circumstances concerning accelerated examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A871 Effective date: 20220427 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20220628 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20220829 |
|
| 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: 20221004 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20221102 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 7171826 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |