JP7280815B2 - Sintered compact, power storage device, and method for producing sintered compact - Google Patents
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Description
本明細書では、焼結体、蓄電デバイス及び焼結体の製造方法を開示する。 Disclosed herein are a sintered body, an electrical storage device, and a method of manufacturing the sintered body.
従来、蓄電デバイスとしてのリチウム二次電池としては、0.5×10-4S/cm以上のリチウムイオン導電性を示す多孔質固体電解質と多孔質固体電解質の孔内部に充填される電池活物質との複合体から構成されるリチウム二次電池用電極を備えたものが提案されている(例えば、特許文献1参照)。このリチウム二次電池は、多孔質固体電解質と多孔質固体電解質の孔内部に充填される電池活物質との複合電極により、電子デバイスに搭載可能でかつ高出力、長寿命の全固体リチウム二次電池を提供することができるとしている。また、固体電解質である焼結体としては、基材上に第1微粒子含有溶液を堆積し、乾燥して第1微粒子凝集層にし、第1微粒子凝集層上に高分子粒子を堆積し、さらに高分子粒子を浸漬するように第2微粒子含有溶液を充填した後、乾燥して多数の高分子粒子が埋め込まれた第2微粒子凝集層を形成し、これを焼結することによって、多孔質固体電解質と固体電解質緻密体とが一体化された構造体を得るものが提案されている(例えば、特許文献2参照)。この焼結体では、多孔質固体電解質と固体電解質との一体化を実現させることができるとしている。また、固体電解質である焼結体としては、Li-La-Zrガーネット相の粉末に造孔材を加えて焼結し、空隙を有するものが提案されている(例えば、非特許文献1参照)。この焼結体では、1mA/cm2の高レートで充放電ができるとしている。 Conventionally, as a lithium secondary battery as an electricity storage device, a porous solid electrolyte exhibiting a lithium ion conductivity of 0.5 × 10 -4 S/cm or more and a battery active material filled inside the pores of the porous solid electrolyte There has been proposed a lithium secondary battery electrode composed of a composite of (see, for example, Patent Document 1). This lithium secondary battery has a composite electrode consisting of a porous solid electrolyte and a battery active material that fills the pores of the porous solid electrolyte. Batteries can be supplied. Also, as a sintered body that is a solid electrolyte, a first fine particle-containing solution is deposited on a substrate, dried to form a first fine particle aggregation layer, polymer particles are deposited on the first fine particle aggregation layer, and After the solution containing the second fine particles is filled so as to immerse the polymer particles, it is dried to form a second fine particle aggregation layer in which a large number of polymer particles are embedded, and is sintered to form a porous solid. A method for obtaining a structure in which an electrolyte and a solid electrolyte dense body are integrated has been proposed (see, for example, Patent Document 2). In this sintered body, it is possible to realize the integration of the porous solid electrolyte and the solid electrolyte. In addition, as a sintered body that is a solid electrolyte, a sintered body obtained by adding a pore-forming material to a Li-La-Zr garnet phase powder and sintering it has been proposed (see, for example, Non-Patent Document 1). . It is said that this sintered body can be charged and discharged at a high rate of 1 mA/cm 2 .
しかしながら、特許文献1、2及び非特許文献1の焼結体では、焼結温度が1000℃以上であるため、粒子が粗大化しており、高レートで充放電するのに十分な構造ではなかった。非特許文献1の焼結体は、比較的高レートに対応できているともいえるが、まだ十分でなく、更なる改良が求められていた。このように、多孔性を有し、1mA/cm2を超えるような高レートでの充放電を実現可能な焼結体が求められていた。
However, in the sintered bodies of
本開示は、このような課題に鑑みなされたものであり、リチウムイオンを伝導するものにおいて、より高レートでの充放電を実現することができる焼結体、蓄電デバイス及び焼結体の製造方法を提供することを主目的とする。 The present disclosure has been made in view of such problems, and a sintered body, an electricity storage device, and a method for producing a sintered body that can realize charging and discharging at a higher rate in a lithium ion-conducting material. The main purpose is to provide
上述した目的を達成するために鋭意研究したところ、本発明者らは、ガーネット型酸化物などの固体電解質の母材粒子よりも大きく且つ所定値よりも小さい平均細孔径を有し、所定の空隙率を有するものとすると、リチウムイオンを伝導する焼結体において、より高レートでの充放電を実現することができることを見いだし、本明細書で開示する発明を完成するに至った。 As a result of intensive research to achieve the above-described object, the present inventors have found that the base material particles of a solid electrolyte such as a garnet-type oxide have an average pore size larger than a predetermined value and a predetermined void The present inventors have found that a sintered body that conducts lithium ions can be charged and discharged at a higher rate, and have completed the invention disclosed herein.
即ち、本開示の焼結体は、
リチウムイオンを伝導する母材粒子を含む焼結体であって、
空隙率が20体積%以上60体積%以下であり平均細孔径が10μm未満であり前記母材粒子の平均粒径に比して平均細孔径が大きい多孔層を外面側に有するものである。
That is, the sintered body of the present disclosure is
A sintered body containing matrix particles that conduct lithium ions,
A porous layer having a porosity of 20% by volume or more and 60% by volume or less and an average pore diameter of less than 10 μm and having an average pore diameter larger than that of the base material particles is provided on the outer surface side.
本開示の蓄電デバイスは、
正極と、
負極と、
前記正極と前記負極との間に介在してリチウムイオンを伝導し、少なくとも前記負極側に前記多孔層を有する上述の焼結体と、
を備えたものである。
The power storage device of the present disclosure is
a positive electrode;
a negative electrode;
the above-mentioned sintered body interposed between the positive electrode and the negative electrode to conduct lithium ions and having the porous layer at least on the negative electrode side;
is provided.
本開示の焼結体の製造方法は、
リチウムイオンを伝導する母材粒子を含む焼結体の製造方法であって、
前記母材粒子の平均粒径以上の平均粒径を有し且つ平均粒径10μm未満の造孔材を20体積%以上60体積%以下の範囲で添加した多孔層が前記母材粒子を含む緻密層の外面側に存在する原料成形体を900℃以下の温度で焼結させ焼結体を得る焼結工程、
を含むものである。
The method for producing a sintered body of the present disclosure includes
A method for producing a sintered body containing matrix particles that conduct lithium ions,
A dense porous layer containing the base material particles, in which a pore-forming material having an average particle size equal to or larger than the average particle size of the base material particles and having an average particle size of less than 10 μm is added in a range of 20% by volume or more and 60% by volume or less. A sintering step of obtaining a sintered body by sintering the raw material compact present on the outer surface side of the layer at a temperature of 900 ° C. or less;
includes.
本開示の焼結体、蓄電デバイス及び焼結体の製造方法では、より高レートでの充放電を実現することができる。このような効果が得られる理由は、以下のように推測される。例えば、空隙率が所望の範囲にあることにより、電極から析出したリチウムを収容するバッファとすることができ、電極と焼結体との剥離を防止することができる。また、空隙の細孔径に比して母材粒子の粒径が小さく、且つ空隙の細孔径が10μm未満であることにより、空隙チャネルとイオン伝導チャネルとがより好ましい範囲となり、イオン伝導度をより確保することができるためであると推察される。 In the sintered body, the electricity storage device, and the method for manufacturing the sintered body of the present disclosure, charging and discharging at a higher rate can be realized. The reason why such an effect is obtained is presumed as follows. For example, when the porosity is within a desired range, it can be used as a buffer for containing lithium deposited from the electrode, and can prevent separation between the electrode and the sintered body. In addition, when the particle diameter of the base material particles is smaller than the pore diameter of the pores and the pore diameter of the pores is less than 10 μm, the pore channels and the ion conducting channels are in a more preferable range, and the ionic conductivity is further improved. It is presumed that this is because it can be ensured.
(焼結体)
本開示の焼結体は、リチウムイオンを伝導する母材粒子を含む焼結体である。この焼結体は、リチウムイオンをキャリアとする蓄電デバイスに用いられる固体電解質としてもよい。この焼結体は、外面側に多孔層を有する。この焼結体は、中央部分に緻密層があるものとしてもよい。また、この焼結体は、多孔層/緻密層/多孔層の3層構造を有するものとしてもよい。多孔層には、蓄電デバイスの電極が隣接して形成されているものとしてもよい。この焼結体は、電極と一体成形され焼成されているものとしてもよい。この焼結体の厚さは、用いられる蓄電デバイスに要求される性能に応じて設定すればよいが、例えば、100μm以上としてもよいし、250μm以上としてもよいし、500μm以上としてもよい。また、この焼結体の厚さは、1000μm以下としてもよいし、750μm以下としてもよいし、600μm以下としてもよい。また、多孔層の厚さは、10μm以上としてもよいし、50μm以上としてもよいし、100μm以上としてもよい。この多孔層の厚さは、200μm以下としてもよいし、150μm以下としてもよいし、100μm以下としてもよい。また、緻密層の厚さは、50μm以上としてもよいし、100μm以上としてもよいし、2500μm以上としてもよい。この緻密層の厚さは、500μm以下としてもよいし、250μm以下としてもよいし、100μm以下としてもよい。
(sintered body)
The sintered body of the present disclosure is a sintered body containing matrix particles that conduct lithium ions. This sintered body may be used as a solid electrolyte used in an electricity storage device using lithium ions as carriers. This sintered body has a porous layer on the outer surface side. This sintered body may have a dense layer in the central portion. Also, this sintered body may have a three-layer structure of porous layer/dense layer/porous layer. Electrodes of an electric storage device may be formed adjacent to the porous layer. This sintered body may be integrally formed with the electrode and fired. The thickness of this sintered body may be set according to the performance required for the electricity storage device used, and may be, for example, 100 μm or more, 250 μm or more, or 500 μm or more. The thickness of this sintered body may be 1000 μm or less, 750 μm or less, or 600 μm or less. Moreover, the thickness of the porous layer may be 10 μm or more, 50 μm or more, or 100 μm or more. The thickness of this porous layer may be 200 μm or less, 150 μm or less, or 100 μm or less. Also, the thickness of the dense layer may be 50 μm or more, 100 μm or more, or 2500 μm or more. The thickness of this dense layer may be 500 μm or less, 250 μm or less, or 100 μm or less.
この多孔層は、空隙率が20体積%以上60体積%以下であり、平均細孔径が10μm未満であり、母材粒子の平均粒径に比して平均細孔径が大きい構造を有する。多孔層の空隙率は、25体積%以上としてもよいし、30体積%以上としてもよい。また、空隙率は、50体積%以下としてもよいし、45体積%以下としてもよい。この空隙率は、例えば、25体積%以上50体積%以下の範囲であるものとしてもよい。多孔層の平均細孔径は、7.0μm以下であることが好ましく、5.0μm以下であることがより好ましい。この平均細孔径は、1.0μm以上であることが好ましく、2.0μm以上であるものとしてもよい。例えば、平均細孔径が1.0μm以上7.0μm以下の範囲としてもよい。母材粒子の平均粒径は、例えば、0.1μm以上5μm以下の範囲が好ましい。母材粒子の平均粒径は、4.0μm以下が好ましく、2.0μm以下がより好ましく、1.0μm以下としてもよい。また、母材粒子の平均粒径は、0.2μm以上としてもよく、0.5μm以上としてもよい。ここで、平均細孔径は、焼結体の切断面を走査型電子顕微鏡(SEM)で観察し、画像に含まれる空隙に内接する円をそれぞれの空隙に対して求め、内接円の直径をその空隙の細孔径として、積算し、空隙の数で除算した平均値とする。また、粒子の平均粒径は、粉末を走査型電子顕微鏡(SEM)で観察し、観察視野(5000倍もしくは1000倍)に試験線を縦横7本ずつ引いて、その試験線が細孔を横切る切片の長さを粒径とし、粒子を球と仮定して、体積重み付け平均粒子径として算出する。母材粒子の平均粒径B(μm)に対する平均細孔径P(μm)の比であるP/Bは、1.0以上であるが、1.5以上が好ましく、2.0以上としてもよい。まは、この比P/Bは、5.0以下であることが好ましく、4.0以下としてもよい。上述した空隙率や平均細孔径比P/Bの範囲では、電極から析出したリチウムを収容するバッファとして好適であり、且つイオンの伝導チャネルを十分確保することができる。 This porous layer has a porosity of 20% by volume or more and 60% by volume or less, an average pore diameter of less than 10 μm, and has a structure in which the average pore diameter is larger than the average particle diameter of the base material particles. The porosity of the porous layer may be 25% by volume or more, or may be 30% by volume or more. Moreover, the porosity may be 50% by volume or less, or may be 45% by volume or less. This porosity may be, for example, in the range of 25% by volume or more and 50% by volume or less. The average pore diameter of the porous layer is preferably 7.0 μm or less, more preferably 5.0 μm or less. This average pore diameter is preferably 1.0 μm or more, and may be 2.0 μm or more. For example, the average pore diameter may range from 1.0 μm to 7.0 μm. The average particle size of the base material particles is preferably in the range of, for example, 0.1 μm or more and 5 μm or less. The average particle size of the base material particles is preferably 4.0 μm or less, more preferably 2.0 μm or less, and may be 1.0 μm or less. Also, the average particle diameter of the base material particles may be 0.2 μm or more, or may be 0.5 μm or more. Here, the average pore diameter is obtained by observing the cut surface of the sintered body with a scanning electron microscope (SEM), obtaining a circle inscribed in the voids contained in the image for each void, and calculating the diameter of the inscribed circle. The pore diameter of the voids is an average value obtained by accumulating and dividing by the number of voids. In addition, the average particle size of the particles is obtained by observing the powder with a scanning electron microscope (SEM), drawing 7 test lines vertically and horizontally in the observation field (5000 times or 1000 times), and the test lines cross the pores Assuming that the length of the intercept is the particle size and the particle is a sphere, the volume-weighted average particle size is calculated. P/B, which is the ratio of the average pore diameter P (μm) to the average particle diameter B (μm) of the base material particles, is 1.0 or more, preferably 1.5 or more, and may be 2.0 or more. . Alternatively, the ratio P/B is preferably 5.0 or less, and may be 4.0 or less. The porosity and the average pore size ratio P/B within the ranges described above are suitable as a buffer for accommodating lithium deposited from the electrode, and can sufficiently secure ion conduction channels.
この焼結体は、リチウムイオンを伝導する母材粒子を含むものとすればよいが、LiとLaとZrと少なくとも含むガーネット型酸化物の母材粒子を含むものとしてもよい。この母材粒子は、基本組成がLi7.0+x-y(La3-x,Ax)(Zr2-y,Ty)O12である。但し、AはSr、Caのうち1種以上であり、TはNb、Taのうち1種以上であり、0<x≦1.0、0<y<0.75を満たすものである。あるいは、母材粒子は、基本組成(Li7-3z+x-yMz)(La3-xAx)(Zr2-yTy)O12や、(Li7-3z+x-yMz)(La3-xAx)(Y2-yTy)O12で表されるガーネット型酸化物であるものとしてもよい。但し、式中、元素MはAl,Gaのうち1以上、元素AはCa,Srのうち1以上、TはNb,Taのうち1以上であり、0≦z≦0.2、0≦x≦0.2、0≦y≦2であるものとしてもよい。この基本組成式において、0.05≦z≦0.1を満たすことがより好ましい。この基本組成式において、0.05≦x≦0.1を満たすことがより好ましい。また、この基本組成式において、0.1≦y≦0.8を満たすことがより好ましい。このような範囲では、イオン伝導度をより好適なものとすることができる。 The sintered body may contain base material particles that conduct lithium ions, but may also contain base material particles of a garnet-type oxide containing at least Li, La, and Zr. This base material particle has a basic composition of Li7.0 +xy (La3 -x , Ax )( Zr2-y , Ty ) O12 . However, A is at least one of Sr and Ca, and T is at least one of Nb and Ta, satisfying 0<x≦1.0 and 0<y<0.75. Alternatively, the base material particles may have a basic composition of ( Li7-3z+xyMz ) ( La3-xAx ) ( Zr2-yTy ) O12 or ( Li7-3z+xyMz ) ( It may be a garnet-type oxide represented by La3-xAx ) (Y2 -yTy ) O12 . However, in the formula, element M is one or more of Al and Ga, element A is one or more of Ca and Sr, T is one or more of Nb and Ta, and 0 ≤ z ≤ 0.2, 0 ≤ x ≤0.2, 0≤y≤2. In this basic composition formula, it is more preferable to satisfy 0.05≦z≦0.1. In this basic composition formula, it is more preferable to satisfy 0.05≦x≦0.1. Moreover, in this basic composition formula, it is more preferable to satisfy 0.1≦y≦0.8. Within such a range, the ionic conductivity can be made more suitable.
あるいは、母材粒子は、一般的な固定電解質の粒子としてもよく、例えば、Li3N、LISICONと呼ばれるLi14Zn(GeO4)4、硫化物のLi3.25Ge0.25P0.75S4、ペロブスカイト型のLa0.5Li0.5TiO3、(La2/3Li3x□1/3-2x)TiO3(□:原子空孔)、ガーネット型のLi7La3Zr2O12、NASICON型と呼ばれるLiTi2(PO4)3、Li1.3M0.3Ti1.7(PO3)4(M=Sc,Al)などが挙げられる。また、ガラスセラミックスである80Li2S・20P2S5(mol%)組成のガラスから得られたLi7P3S11、さらに硫化物系で高い導電率を持つ物質であるLi10Ge2PS2なども挙げられる。ガラス系無機固体電解質ではLi2S-SiS2、Li2S-SiS2-LiI、Li2S-SiS2-Li3PO4、Li2S-SiS2-Li4SiO4、Li2S-P2S5、Li3PO4-Li4SiO4、Li3BO4-Li4SiO4、そしてSiO2、GeO2、B2O3、P2O5をガラス系物質としてLi2Oを網目修飾物質とするものなどが挙げられる。また、チオリシコン固体電解質としてLi2S-GeS2系、Li2S-GeS2-ZnS系、Li2S-Ga2S2系、Li2S-GeS2-Ga2S3系、Li2S-GeS2-P2S5系、Li2S-GeS2-SbS5系、Li2S-GeS2-Al2S3系、Li2S-SiS2系、Li2S-P2S5系、Li2S-Al2S3系、LiS-SiS2-Al2S3系、Li2S-SiS2-P2S5系などの固体電解質が挙げられる。 Alternatively, the matrix particles may be particles of a common solid electrolyte, such as Li3N , Li14Zn ( GeO4 ) 4 called LISICON, sulfide Li3.25Ge0.25P0.75S4 , perovskite type La 0.5 Li 0.5 TiO 3 , (La 2/3 Li 3x □ 1/3-2x ) TiO 3 (□: atomic vacancies), garnet-type Li 7 La 3 Zr 2 O 12 , NASICON-type LiTi 2 (PO 4 ) 3 , Li 1.3 M 0.3 Ti 1.7 (PO 3 ) 4 (M=Sc, Al) and the like. In addition, Li 7 P 3 S 11 obtained from glass having a composition of 80Li 2 S·20P 2 S 5 (mol %), which is a glass-ceramic, and Li 10 Ge 2 PS, which is a sulfide-based substance with high electrical conductivity. 2 are also mentioned. Li 2 S--SiS 2 , Li 2 S--SiS 2 --LiI, Li 2 S--SiS 2 --Li 3 PO 4 , Li 2 S--SiS 2 --Li 4 SiO 4 , and Li 2 S-- as glass-based inorganic solid electrolytes. P 2 S 5 , Li 3 PO 4 —Li 4 SiO 4 , Li 3 BO 4 —Li 4 SiO 4 , and SiO 2 , GeO 2 , B 2 O 3 , and P 2 O 5 as glass-based materials, and Li 2 O Examples include those used as network modifiers. Li 2 S--GeS 2 system, Li 2 S--GeS 2 --ZnS system, Li 2 S--Ga 2 S 2 system, Li 2 S--GeS 2 --Ga 2 S 3 system, and Li 2 S as thiolysicone solid electrolytes. -GeS2- P2S5 system , Li2S - GeS2 - SbS5 system , Li2S - GeS2 - Al2S3 system, Li2S - SiS2 system , Li2SP2S5 system, Li 2 S--Al 2 S 3 system, LiS--SiS 2 --Al 2 S 3 system, and Li 2 S--SiS 2 --P 2 S 5 system.
この焼結体において、母材粒子の粒界にホウ酸リチウムが含まれているものとしてもよい。焼結体は、ホウ酸リチウムによって、焼結をより促進することができる。この焼結体は、25℃でのイオン伝導度が1.0×10-4S/cm以上であるものとしてもよい。焼結体のイオン伝導度は、より高いことが好ましく、25℃での伝導度が1.0×10-4(S/cm)以上であることが好ましく、2.5×10-4S/cm以上であることがより好ましい。この伝導度は、1.0×10-2S/cm以下としてもよい。なお、Li、La及びZrを含むガーネット型酸化物では、電気伝導度はイオン伝導度を表す。この焼結体は、例えば、イオン伝導性を有するため、例えば、リチウム二次電池などの蓄電デバイスの焼結体やセパレータなどに用いることができる。 In this sintered body, the grain boundaries of the base material particles may contain lithium borate. Sintering of the sintered body can be further accelerated by lithium borate. This sintered body may have an ion conductivity of 1.0×10 −4 S/cm or more at 25° C. The ionic conductivity of the sintered body is preferably higher, and the conductivity at 25 ° C. is preferably 1.0 × 10 -4 (S / cm) or more, and 2.5 × 10 -4 S / cm or more is more preferable. This conductivity may be 1.0×10 −2 S/cm or less. In addition, in the garnet-type oxide containing Li, La and Zr, the electrical conductivity represents the ionic conductivity. Since this sintered body has, for example, ionic conductivity, it can be used, for example, as a sintered body or a separator for an electric storage device such as a lithium secondary battery.
この焼結体は、2.0mA/cm2以上で充放電可能であるものとしてもよい。この焼結体は上述した構造を有しているため、高レートの充放電を行うことができる。このレートは、高い方がより好ましいが、作製の困難さの観点から、焼結体は、5.0mA/cm2以下で充放電可能であるものとしてもよい。 This sintered body may be chargeable and dischargeable at 2.0 mA/cm 2 or higher. Since this sintered body has the structure described above, it can be charged and discharged at a high rate. A higher rate is more preferable, but from the viewpoint of production difficulty, the sintered body may be chargeable and dischargeable at 5.0 mA/cm 2 or less.
(焼結体の製造方法)
本開示の焼結体の製造方法は、母材粒子を成形した成形体を焼結させ焼結体を得る焼結工程を含む。また、焼結工程の前に、未焼結の母材粒子を合成する母材作製工程を含むものとしてもよい。
(Manufacturing method of sintered body)
The method for producing a sintered body of the present disclosure includes a sintering step of sintering a molded body obtained by molding base material particles to obtain a sintered body. Moreover, a base material preparation step of synthesizing unsintered base material particles may be included before the sintering step.
母材作製工程では、母材粒子と水酸化リチウムとを混合して得られた粉末を焼成して未焼結の母材粒子を合成する。この工程では、ガーネット型酸化物の母材粒子を合成する原料合成処理と、母材粒子を微粒子化する粉砕処理と、母材粒子と水酸化リチウムとを混合する混合処理と、混合した粉末を焼成する焼成処理とを含むものとしてもよい。この工程では、LiとLaとZrと少なくとも含むガーネット型酸化物の母材粒子を作製することが好ましい。なお、母材粒子は、上述した一般的な固体電解質としてもよい。この処理では、基本組成がLi7.0+x-y(La3-x,Ax)(Zr2-y,Ty)O12(但し、AはSr、Caのうち1種以上であり、TはNb、Taのうち1種以上であり、0<x≦1.0、0<y<0.75を満たす)である母材粒子を用いるものとしてもよい。元素Aや元素Tを添加すると、イオン伝導性をより好適にすることができる。元素AはCaが好ましく、元素TはNbが好ましい。あるいは、母材は、基本組成(Li7-3z+x-yMz)(La3-xAx)(Zr2-yTy)O12や、(Li7-3z+x-yMz)(La3-xAx)(Y2-yTy)O12で表されるガーネット型酸化物であるものとしてもよい。但し、式中、元素MはAl,Gaのうち1以上、元素AはCa,Srのうち1以上、TはNb,Taのうち1以上であり、0≦z≦0.2、0≦x≦0.2、0≦y≦2であるものとしてもよい。この基本組成式において、0.05≦z≦0.1を満たすことがより好ましい。この基本組成式において、0.05≦x≦0.1を満たすことがより好ましい。また、この基本組成式において、0.1≦y≦0.8を満たすことがより好ましい。 In the base material preparation step, powder obtained by mixing base material particles and lithium hydroxide is fired to synthesize unsintered base material particles. In this step, a raw material synthesis process for synthesizing base material particles of a garnet-type oxide, a pulverization process for making the base material particles into fine particles, a mixing process for mixing the base material particles and lithium hydroxide, and the mixed powder Firing treatment for firing may also be included. In this step, it is preferable to produce base particles of a garnet-type oxide containing at least Li, La, and Zr. Note that the base material particles may be the general solid electrolyte described above. In this treatment, the basic composition is Li7.0 +xy (La3 -x , Ax )(Zr2 -y , Ty ) O12 (where A is one or more of Sr and Ca, and T is Nb , Ta and satisfies 0<x≦1.0 and 0<y<0.75). Addition of the element A or element T can make the ionic conductivity more suitable. Element A is preferably Ca, and element T is preferably Nb. Alternatively, the base material has a basic composition of ( Li7-3z+xyMz ) ( La3-xAx ) ( Zr2-yTy ) O12 or ( Li7-3z+xyMz ) (La 3- xA x )(Y 2-y T y )O 12 may be a garnet-type oxide. However, in the formula, element M is one or more of Al and Ga, element A is one or more of Ca and Sr, T is one or more of Nb and Ta, and 0 ≤ z ≤ 0.2, 0 ≤ x ≤0.2, 0≤y≤2. In this basic composition formula, it is more preferable to satisfy 0.05≦z≦0.1. In this basic composition formula, it is more preferable to satisfy 0.05≦x≦0.1. Moreover, in this basic composition formula, it is more preferable to satisfy 0.1≦y≦0.8.
原料合成処理では、例えば、Li化合物とLa化合物とZr化合物とを少なくとも含む原料を用い焼成して母材粒子を得るものとしてもよい。原料は、適宜、所望の組成になるように各化合物の量を調整して配合する。各化合物は、例えば、水酸化物や炭酸塩、酸化物などとしてもよい。また、原料としては、Al,Gaのうち1以上を含む添加化合物、Ca,Srのうち1以上を含む添加化合物及びNb,Taのうち1以上を含む添加化合物などを含むものとしてもよい。これらの添加化合物も、水酸化物、炭酸塩、酸化物などとしてもよい。原料合成の焼成処理では、例えば、700℃以上900℃以下の温度で行うものとしてもよい。 In the raw material synthesizing process, for example, a raw material containing at least a Li compound, a La compound and a Zr compound may be used and fired to obtain base material particles. The raw materials are blended by appropriately adjusting the amount of each compound so as to obtain a desired composition. Each compound may be, for example, a hydroxide, carbonate, oxide, or the like. Further, the raw material may include an additive compound containing at least one of Al and Ga, an additive compound containing at least one of Ca and Sr, and an additive compound containing at least one of Nb and Ta. These additive compounds may also be hydroxides, carbonates, oxides, and the like. The baking treatment for synthesizing raw materials may be performed at a temperature of 700° C. or higher and 900° C. or lower, for example.
粉砕処理では、平均粒径が0.1μm以上5μm以下の範囲となるよう母材に対して、例えば、湿式または乾式での、ボールミル粉砕、遊星ミル粉砕、アトリッションミル粉砕などを行う。粉砕処理は、湿式ボールミル粉砕が良好である。湿式粉砕では、溶媒として、水や有機溶媒を用いることができる。有機溶媒としては、例えば、アルコール、アセトンなどが挙げられ、エタノールなどのアルコールが好ましい。粉砕処理により得られる母材粒子の平均粒径は、4.0μm以下が好ましく、2.0μm以下がより好ましく、1.0μm以下としてもよい。また、母材粒子の平均粒径は、0.2μm以上としてもよく、0.5μm以上としてもよい。 In the pulverization treatment, for example, wet or dry ball mill pulverization, planetary mill pulverization, or attrition mill pulverization is performed on the base material so that the average particle size is in the range of 0.1 μm or more and 5 μm or less. As the pulverization treatment, wet ball mill pulverization is preferable. In wet pulverization, water or an organic solvent can be used as a solvent. Examples of organic solvents include alcohols and acetone, and alcohols such as ethanol are preferred. The average particle size of the base material particles obtained by the pulverization process is preferably 4.0 μm or less, more preferably 2.0 μm or less, and may be 1.0 μm or less. Also, the average particle diameter of the base material particles may be 0.2 μm or more, or may be 0.5 μm or more.
混合処理では、母材粒子と水酸化リチウムとを混合する。混合方法としては、例えば、湿式または乾式での、ボールミル混合や乳鉢混合などが挙げられる。この混合処理は、粉砕処理と同じ方法及び条件で行うものとしてもよいし、粉砕処理と合わせて行う、即ち粉砕処理の一部をこの混合処理としてもよい。水酸化リチウムの配合量は、ガーネット型酸化物のリチウム数Lgに対する水酸化リチウムのリチウム数Lhの比Lh/Lgが0.05以上0.35以下の範囲が好ましい。Lh/Lgがこの範囲では、後述する焼結時の母材粒子間のネック成長を促進させ、イオン伝導度をより高めることができる。この配合量は、Lh/Lgが0.1以上であることがより好ましく、0.15以上であることが更に好ましく、0.2以上であるものとしてもよい。水酸化リチウムの配合量が増えると、焼結性がより向上し好ましい。また、この配合量は、Lh/Lgが0.3未満であることがより好ましく、0.25以下であることが更に好ましい。Lh/Lgが0.3未満では、焼結の促進を抑制することができ、母材粒子の粗粒化をより抑制することができる。 In the mixing process, base material particles and lithium hydroxide are mixed. Mixing methods include, for example, wet or dry ball mill mixing and mortar mixing. This mixing treatment may be performed in the same manner and under the same conditions as the pulverization treatment, or may be performed together with the pulverization treatment, that is, the mixing treatment may be part of the pulverization treatment. As for the amount of lithium hydroxide to be blended, the ratio Lh/Lg of the lithium number Lh of the lithium hydroxide to the lithium number Lg of the garnet-type oxide is preferably in the range of 0.05 or more and 0.35 or less. When Lh/Lg is in this range, it is possible to promote neck growth between base material particles during sintering, which will be described later, and to further increase ion conductivity. The Lh/Lg ratio is more preferably 0.1 or more, more preferably 0.15 or more, and may be 0.2 or more. Sinterability is improved when the amount of lithium hydroxide compounded is increased, which is preferable. Moreover, it is more preferable that Lh/Lg of this compounding amount is less than 0.3, and more preferably 0.25 or less. When Lh/Lg is less than 0.3, promotion of sintering can be suppressed, and coarsening of base material particles can be further suppressed.
焼成処理では、上記混合した混合粉体を、焼結温度よりも低い所定の温度で焼成する。この焼成温度は、例えば、650℃以上800℃以下の温度範囲としてもよい。この温度は、700℃以上750℃以下の範囲がより好ましい。このように焼成を行うことによって、母材粒子を得ることができる。この母材粒子は、焼成することにより、母材粒子の表面に、水酸化リチウムの分解物であるLi2Oや、大気中の炭酸を吸収したLi2CO3などが存在する。このような成分が表面に存在する母材粒子では、焼結時に母材粒子の結合が促進されると共に、多孔化することができる。 In the firing process, the mixed powder is fired at a predetermined temperature lower than the sintering temperature. The firing temperature may be, for example, a temperature range of 650° C. or higher and 800° C. or lower. This temperature is more preferably in the range of 700° C. or higher and 750° C. or lower. By carrying out the sintering in this manner, base particles can be obtained. By firing the base particles, Li 2 O, which is a decomposed product of lithium hydroxide, and Li 2 CO 3 , which has absorbed carbonic acid in the air, are present on the surface of the base particles. In the base material particles having such a component on the surface, the bonding of the base material particles is promoted during sintering, and the particles can be made porous.
焼結工程では、母材粒子に造孔材を添加した原料を少なくとも1以上の外面側に存在するよう成形し、得られた成形体を900℃以下の温度で焼結させ、焼結体を得る。この焼結工程では、母材粒子に造孔材及び/又は焼結助剤を添加する添加処理、原料粉末を原料成形体に成形する成形処理、成形体を焼結させる焼結処理を含むものとしてもよい。 In the sintering step, the raw material obtained by adding the pore-forming material to the base material particles is molded so that at least one or more of the raw materials are present on the outer surface side, and the obtained molded body is sintered at a temperature of 900 ° C. or less to obtain a sintered body. obtain. The sintering step includes an addition process of adding a pore-forming material and/or a sintering aid to the base material particles, a molding process of molding the raw material powder into a raw material compact, and a sintering process of sintering the compact. may be
添加処理では、造孔材や焼結助剤を添加して混合する。添加処理では、母材粒子の平均粒径以上の平均粒径を有し且つ平均粒径10μm未満の造孔材を20体積%以上60体積%以下の範囲で添加する。この添加処理は、例えば、窒素ガスや希ガスなど不活性雰囲気下で行うものとしてもよい。母材粒子に添加する造孔材としては、例えば有機物などが挙げられ、粒子状のポリマーなどが挙げられる。ポリマーとしては、焼結時に焼失するものであれば特に限定されないが、例えば、アクリル粒子や、有機繊維などが挙げられる。造孔材の平均粒径は、7.0μm以下であることが好ましく、5.0μm以下であることがより好ましい。この平均粒径は、1.0μm以上であることが好ましく、2.0μm以上であるものとしてもよい。例えば、造孔材の平均粒径は、1.0μm以上7.0μm以下の範囲が好ましい。なお、造孔材の存在部位に焼結体の細孔が形成されることから、造孔材の平均粒径は、焼結体の平均細孔径に関連し、これらは近接した値を示す。造孔材の添加量は、所望の空隙量に合わせて適宜設定すればよいが、例えば、25体積%以上としてもよいし、30体積%以上としてもよい。また、造孔材の添加量は、50体積%以下としてもよいし、45体積%以下としてもよい。この造孔材の添加量は、例えば、25体積%以上50体積%以下の範囲であるものとしてもよい。得られる焼結体は、25℃でのイオン伝導度が1.0×10-4S/cm以上であるものとすることができる。母材粒子に添加する焼結助剤としては、例えば、ホウ酸リチウムや酸化アルミニウム、酸化ガリウムなどが挙げられる。ホウ酸リチウムとしては、例えば、Li3BO3、Li2B4O7、LiBO2などが挙げられ、このうち、Li3BO3(以下、LBOとも称する)がより好ましい。LBOは、母材との反応性がより低いため好ましい。ホウ酸リチウムの添加量は、母材粒子とホウ酸リチウムとを足し合せた体積に対するホウ酸リチウムの体積分率を5体積%以上15体積%以下の範囲が好ましく、8体積%以上12体積%以下の範囲がより好ましい。また、焼結助剤のAlやGaは、Liを含むガーネット型酸化物のLiサイトに含まれるものとしてもよい。酸化アルミニウムは、ガーネット型酸化物の1molに対して0.08mol以上0.12mol以下の範囲となるように添加することが好ましい。酸化アルミニウムの添加量が0.08mol以上では焼結促進効果を示すことができ、0.12mol以下では添加AlがLiサイトを置換することができる。 In the addition treatment, a pore-forming material and a sintering aid are added and mixed. In the addition treatment, a pore-forming material having an average particle size equal to or larger than that of the base material particles and having an average particle size of less than 10 μm is added in a range of 20% by volume or more and 60% by volume or less. This addition treatment may be performed in an inert atmosphere such as nitrogen gas or rare gas. Examples of the pore-forming material to be added to the base particles include organic substances such as particulate polymers. The polymer is not particularly limited as long as it is burnt off during sintering, and examples thereof include acrylic particles and organic fibers. The average particle size of the pore-forming material is preferably 7.0 μm or less, more preferably 5.0 μm or less. The average particle size is preferably 1.0 μm or more, and may be 2.0 μm or more. For example, the average particle diameter of the pore-forming material is preferably in the range of 1.0 μm or more and 7.0 μm or less. Since the pores of the sintered body are formed where the pore-forming material exists, the average particle diameter of the pore-forming material is related to the average pore diameter of the sintered body, and these values are close to each other. The amount of the pore-forming material to be added may be appropriately set according to the desired void amount, and may be, for example, 25% by volume or more, or may be 30% by volume or more. Also, the amount of the pore-forming material added may be 50% by volume or less, or may be 45% by volume or less. The amount of the pore-forming material added may be, for example, in the range of 25% by volume or more and 50% by volume or less. The resulting sintered body can have an ion conductivity of 1.0×10 −4 S/cm or more at 25° C. Examples of the sintering aid added to the base particles include lithium borate, aluminum oxide, and gallium oxide. Examples of lithium borate include Li 3 BO 3 , Li 2 B 4 O 7 , and LiBO 2 , among which Li 3 BO 3 (hereinafter also referred to as LBO) is more preferable. LBO is preferred because it is less reactive with the matrix. Regarding the amount of lithium borate added, the volume fraction of lithium borate to the total volume of the base material particles and lithium borate is preferably in the range of 5% by volume or more and 15% by volume or less, and 8% by volume or more and 12% by volume. The following ranges are more preferred. Moreover, Al and Ga of the sintering aid may be contained in the Li site of the Li-containing garnet-type oxide. Aluminum oxide is preferably added in a range of 0.08 mol or more and 0.12 mol or less per 1 mol of the garnet-type oxide. When the amount of aluminum oxide added is 0.08 mol or more, the effect of promoting sintering can be exhibited, and when the amount is 0.12 mol or less, the added Al can replace the Li site.
成形処理では、金型を用いて母材粒子を含む原料粉末を成形するものとしてもよい。成形処理では、例えば、多孔層/緻密層の2層構造の原料成形体や、多孔層/緻密層/多孔層の3層構造の原料成形体を成形することができる。多孔層や緻密層の厚さについては、上記焼結体で説明した範囲とすることができる。このとき、緻密層を形成する原料粉体は、母材粒子で構成し、緻密層の外側に形成される多孔層を形成する原料粉体は、上記添加処理後の造孔材を含むものを用いる。この成形処理では、多孔層及び緻密層の原料を同時に成形してもよいし、多孔層と緻密層との原料を別々に成形してもよい。即ち、この処理において、多孔層及び緻密層の原料粉体を成形してもよいし、焼結体とした緻密層の表面に造孔材を含む多孔層の原料粉体を成形するものとしてもよいし、焼結体とした多孔層の表面に緻密層の原料粉体を成形するものとしてもよい。成形時の加圧量は、成形体の形状や大きさに合わせて適宜設定すればよく、例えば、1MPa以上100MPa以下の範囲としてもよく、5MPa以上20MPa以下の範囲としてもよい。成形体の形状は特に限定されず、任意の形状とすることができる。 In the molding process, a mold may be used to mold the raw material powder containing the base material particles. In the molding process, for example, a raw material molded body having a two-layer structure of porous layer/dense layer or a raw material molded body having a three-layer structure of porous layer/dense layer/porous layer can be formed. The thickness of the porous layer and the dense layer can be within the range described for the sintered body. At this time, the raw material powder for forming the dense layer is composed of base material particles, and the raw material powder for forming the porous layer formed outside the dense layer contains the pore-forming material after the above addition treatment. use. In this forming process, the raw materials for the porous layer and the dense layer may be formed simultaneously, or the raw materials for the porous layer and the dense layer may be formed separately. That is, in this treatment, the raw material powder for the porous layer and the dense layer may be molded, or the raw material powder for the porous layer containing the pore-forming material may be molded on the surface of the sintered dense layer. Alternatively, the raw material powder for the dense layer may be formed on the surface of the porous layer made into a sintered body. The amount of pressure applied during molding may be appropriately set according to the shape and size of the molded product, and may be, for example, in the range of 1 MPa to 100 MPa, or in the range of 5 MPa to 20 MPa. The shape of the molded body is not particularly limited, and can be any shape.
焼結処理では、成形体を800℃以上900℃以下の温度で焼結する。この温度範囲で成形体を焼結すると、空隙を有した状態で且つイオン伝導度の低下をより抑制した焼結体を得ることができる。また、この温度範囲では、比較的低温であるため、母材のLiが揮発して減少することもより抑制される。焼結温度は、820℃以上や835℃以上としてもよいし、880℃以下や850℃以下としてもよい。焼結時間は、所望の強度を有する焼結体が得られれば特に限定されないが、例えば、10時間以上としてもよいし、20時間以上としてもよい。また、50時間以下としてもよいし、24時間以下としてもよい。なお、焼結時間は短い方が省エネルギーや多孔化の観点から好ましく、焼結時間が長い方が焼結強度の向上やイオン伝導度向上の観点から好ましい。この焼結処理は、酸化物の焼結体であることから、大気中で行うことが好ましい。このようにして、特定の構造を有する空隙及び母材粒子を含み、イオン伝導度がより高く、高レートで充放電可能な焼結体を作製することができる。 In the sintering process, the compact is sintered at a temperature of 800°C or higher and 900°C or lower. By sintering the molded body in this temperature range, it is possible to obtain a sintered body having voids and further suppressing a decrease in ionic conductivity. In addition, in this temperature range, since the temperature is relatively low, volatilization and reduction of Li in the base material is further suppressed. The sintering temperature may be 820° C. or higher or 835° C. or higher, or may be 880° C. or lower or 850° C. or lower. The sintering time is not particularly limited as long as a sintered body having a desired strength can be obtained. For example, it may be 10 hours or longer, or 20 hours or longer. Moreover, it may be 50 hours or less, or may be 24 hours or less. A shorter sintering time is preferable from the viewpoint of energy saving and porosity, and a longer sintering time is preferable from the viewpoint of improving sintering strength and ion conductivity. This sintering treatment is preferably performed in the air because the sintered body is an oxide. In this way, it is possible to produce a sintered body that contains voids and base material particles having a specific structure, has higher ionic conductivity, and can be charged and discharged at a high rate.
(蓄電デバイス)
本開示の蓄電デバイスは、正極と、負極と、正極と負極との間に介在してリチウムイオンを伝導し、少なくとも負極側に多孔層を有する上述の焼結体と、を備えている。この蓄電デバイスは、リチウム二次電池、リチウムイオン二次電池、電気二重層キャパシタ、ハイブリッドキャパシタ、空気電池などのうちいずれかであるものとしてもよい。また、この蓄電デバイスは、全固体型二次電池とすることが好ましい。
(storage device)
An electricity storage device of the present disclosure includes a positive electrode, a negative electrode, and the above-described sintered body interposed between the positive electrode and the negative electrode to conduct lithium ions and having a porous layer at least on the negative electrode side. This electricity storage device may be any one of a lithium secondary battery, a lithium ion secondary battery, an electric double layer capacitor, a hybrid capacitor, an air battery, and the like. Moreover, it is preferable that this electric storage device is an all-solid-state secondary battery.
正極は、正極活物質を含むものとしてもよい。正極は、例えば正極活物質と導電材と結着材とを混合し、適当な溶剤を加えてペースト状の正極材としたものを、集電体の表面に塗布乾燥し、必要に応じて電極密度を高めるべく圧縮して形成してもよい。正極活物質としては、遷移金属元素を含む硫化物や、リチウムと遷移金属元素とを含む酸化物などを用いることができる。具体的には、TiS2、TiS3、MoS3、FeS2などの遷移金属硫化物、基本組成式をLi(1-x)MnO2(0<x<1など、以下同じ)やLi(1-x)Mn2O4などとするリチウムマンガン複合酸化物、基本組成式をLi(1-x)CoO2などとするリチウムコバルト複合酸化物、基本組成式をLi(1-x)NiO2などとするリチウムニッケル複合酸化物、基本組成式をLi(1-x)NiaCobMncO2(a+b+c=1)などとするリチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物、基本組成式をLiV2O3などとするリチウムバナジウム複合酸化物、基本組成式をV2O5などとする遷移金属酸化物などを用いることができる。これらのうち、リチウムの遷移金属複合酸化物、例えば、LiCoO2、LiNiO2、LiMnO2、LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2などが好ましい。なお、「基本組成式」とは、他の元素を含んでもよい趣旨である。あるいは、正極活物質は、キャパシタやリチウムイオンキャパシタなどに用いられている炭素質材料としてもよい。炭素質材料としては、例えば、活性炭類、コークス類、ガラス状炭素類、黒鉛類、難黒鉛化性炭素類、熱分解炭素類、炭素繊維類、カーボンナノチューブ類、ポリアセン類などが挙げられる。このうち、高比表面積を示す活性炭類が好ましい。炭素質材料としての活性炭は、比表面積が1000m2/g以上であることが好ましく、1500m2/g以上であることがより好ましい。比表面積が1000m2/g以上では、放電容量をより高めることができる。この活性炭の比表面積は、作製の容易性から3000m2/g以下であることが好ましく、2000m2/g以下であることがより好ましい。 The positive electrode may contain a positive electrode active material. For the positive electrode, for example, a positive electrode active material, a conductive material, and a binder are mixed, and an appropriate solvent is added to make a paste-like positive electrode material. It may be formed by compression to increase its density. A sulfide containing a transition metal element, an oxide containing lithium and a transition metal element, or the like can be used as the positive electrode active material. Specifically, transition metal sulfides such as TiS 2 , TiS 3 , MoS 3 and FeS 2 , and basic compositional formulas of Li (1-x) MnO 2 (0<x<1, etc., the same applies hereinafter) and Li (1 -x) Lithium-manganese composite oxides such as Mn 2 O 4 , Lithium-cobalt composite oxides such as Li (1-x) CoO 2 with a basic composition formula, Li (1-x) NiO 2 with a basic composition formula, etc. a lithium-nickel composite oxide having a basic composition formula of Li (1-x) Ni a Co b Mn c O 2 (a+b+c=1) or the like, a basic composition formula of LiV 2 O 3 Lithium vanadium composite oxides such as V 2 O 5 , transition metal oxides having a basic composition formula of V 2 O 5 , and the like can be used. Among these, transition metal composite oxides of lithium such as LiCoO 2 , LiNiO 2 , LiMnO 2 and LiNi 1/3 Co 1/3 Mn 1/3 O 2 are preferred. It should be noted that the “basic composition formula” means that other elements may be included. Alternatively, the positive electrode active material may be a carbonaceous material used in capacitors, lithium ion capacitors, and the like. Carbonaceous materials include, for example, activated carbons, cokes, vitreous carbons, graphites, non-graphitizable carbons, pyrolytic carbons, carbon fibers, carbon nanotubes, and polyacenes. Among these, activated carbons exhibiting a high specific surface area are preferred. The activated carbon as the carbonaceous material preferably has a specific surface area of 1000 m 2 /g or more, more preferably 1500 m 2 /g or more. When the specific surface area is 1000 m 2 /g or more, the discharge capacity can be further increased. The specific surface area of this activated carbon is preferably 3000 m 2 /g or less, more preferably 2000 m 2 /g or less, for ease of production.
正極に含まれる導電材は、正極の電池性能に悪影響を及ぼさない電子伝導性材料であれば特に限定されず、例えば、天然黒鉛(鱗状黒鉛、鱗片状黒鉛)や人造黒鉛などの黒鉛、アセチレンブラック、カーボンブラック、ケッチェンブラック、カーボンウィスカ、ニードルコークス、炭素繊維、金属(銅、ニッケル、アルミニウム、銀、金など)などの1種又は2種以上を混合したものを用いることができる。これらの中で、導電材としては、電子伝導性及び塗工性の観点より、カーボンブラック及びアセチレンブラックが好ましい。結着材は、活物質粒子及び導電材粒子を繋ぎ止める役割を果たすものであり、例えば、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)、フッ素ゴム等の含フッ素樹脂、或いはポリプロピレン、ポリエチレン等の熱可塑性樹脂、エチレンプロピレンジエンゴム(EPDM)、スルホン化EPDMゴム、天然ブチルゴム(NBR)等を単独で、あるいは2種以上の混合物として用いることができる。また、水系バインダーであるセルロース系やスチレンブタジエンゴム(SBR)の水分散体等を用いることもできる。正極活物質、導電材、結着材を分散させる溶剤としては、例えばN-メチルピロリドン、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、メチルエチルケトン、シクロヘキサノン、酢酸メチル、アクリル酸メチル、ジエチレントリアミン、N,N-ジメチルアミノプロピルアミン、エチレンオキシド、テトラヒドロフランなどの有機溶剤を用いることができる。また、水に分散剤、増粘剤等を加え、SBRなどのラテックスで活物質をスラリー化してもよい。増粘剤としては、例えば、カルボキシメチルセルロース、メチルセルロースなどの多糖類を単独で、あるいは2種以上の混合物として用いることができる。塗布方法としては、例えば、アプリケータロールなどのローラコーティング、スクリーンコーティング、ドクターブレイド方式、スピンコーティング、バーコータなどが挙げられ、これらのいずれかを用いて任意の厚さ・形状とすることができる。集電体としては、アルミニウム、チタン、ステンレス鋼、ニッケル、鉄、焼成炭素、導電性高分子、導電性ガラスなどのほか、接着性、導電性及び耐酸化性向上の目的で、アルミニウムや銅などの表面をカーボン、ニッケル、チタンや銀などで処理したものを用いることができる。これらについては、表面を酸化処理することも可能である。集電体の形状については、箔状、フィルム状、シート状、ネット状、パンチ又はエキスパンドされたもの、ラス体、多孔質体、発泡体、繊維群の形成体などが挙げられる。集電体の厚さは、例えば1~500μmのものが用いられる。 The conductive material contained in the positive electrode is not particularly limited as long as it is an electronically conductive material that does not adversely affect the battery performance of the positive electrode. , carbon black, ketjen black, carbon whisker, needle coke, carbon fiber, metals (copper, nickel, aluminum, silver, gold, etc.), or a mixture of two or more thereof can be used. Among these, carbon black and acetylene black are preferable as the conductive material from the viewpoint of electronic conductivity and coatability. The binder plays a role of binding the active material particles and the conductive material particles, and is, for example, polytetrafluoroethylene (PTFE), polyvinylidene fluoride (PVdF), fluorine-containing resin such as fluororubber, polypropylene, Thermoplastic resins such as polyethylene, ethylene propylene diene rubber (EPDM), sulfonated EPDM rubber, natural butyl rubber (NBR) and the like can be used alone or as a mixture of two or more. Cellulose-based or styrene-butadiene rubber (SBR) aqueous dispersions, which are water-based binders, can also be used. Examples of solvents for dispersing the positive electrode active material, conductive material, and binder include N-methylpyrrolidone, dimethylformamide, dimethylacetamide, methylethylketone, cyclohexanone, methyl acetate, methyl acrylate, diethylenetriamine, and N,N-dimethylaminopropylamine. , ethylene oxide, and tetrahydrofuran can be used. Alternatively, a dispersant, a thickener, or the like may be added to water, and the active material may be slurried with a latex such as SBR. As the thickening agent, for example, polysaccharides such as carboxymethyl cellulose and methyl cellulose can be used singly or as a mixture of two or more. Application methods include, for example, roller coating such as applicator roll, screen coating, doctor blade method, spin coating, and bar coater, and any thickness and shape can be obtained using any of these methods. Current collectors include aluminum, titanium, stainless steel, nickel, iron, calcined carbon, conductive polymer, and conductive glass. The surface of which is treated with carbon, nickel, titanium, silver, or the like can be used. For these, it is also possible to oxidize the surface. Examples of the shape of the current collector include foil, film, sheet, net, punched or expanded, lath, porous, foam, and fiber group formed bodies. The current collector used has a thickness of, for example, 1 to 500 μm.
負極は、負極活物質を含むものとしてもよい。負極は、例えば、負極活物質と集電体とを密着させて形成したものとしてもよいし、負極活物質と導電材と結着材とを混合し、適当な溶剤を加えてペースト状の負極材としたものを、集電体の表面に塗布乾燥し、必要に応じて電極密度を高めるべく圧縮して形成してもよい。負極活物質としては、リチウム、リチウム合金、スズ化合物などの無機化合物、リチウムイオンを吸蔵・放出可能な炭素質材料、複数の元素を含む複合酸化物、導電性ポリマーなどが挙げられる。炭素質材料は、例えば、コークス類、ガラス状炭素類、グラファイト類、難黒鉛化性炭素類、熱分解炭素類、炭素繊維などが挙げられる。このうち、人造黒鉛、天然黒鉛などのグラファイト類が、金属リチウムに近い作動電位を有し、高い作動電圧での充放電が可能であり支持塩としてリチウム塩を使用した場合に自己放電を抑え、且つ充電時における不可逆容量を少なくできるため、好ましい。複合酸化物としては、例えば、リチウムチタン複合酸化物やリチウムバナジウム複合酸化物などが挙げられる。負極活物質としては、このうち、炭素質材料が安全性の面から見て好ましい。また、負極に用いられる導電材、結着材、溶剤などは、それぞれ正極で例示したものを用いることができる。負極の集電体には、銅、ニッケル、ステンレス鋼、チタン、アルミニウム、焼成炭素、導電性高分子、導電性ガラス、Al-Cd合金などのほか、接着性、導電性及び耐還元性向上の目的で、例えば銅などの表面をカーボン、ニッケル、チタンや銀などで処理したものも用いることができる。これらについては、表面を酸化処理することも可能である。集電体の形状は、正極と同様のものを用いることができる。 The negative electrode may contain a negative electrode active material. The negative electrode may be formed, for example, by adhering a negative electrode active material and a current collector, or may be formed by mixing a negative electrode active material, a conductive material, and a binder, and adding an appropriate solvent to prepare a pasty negative electrode. The material may be coated on the surface of the current collector, dried, and compressed to increase the electrode density, if necessary. Examples of negative electrode active materials include inorganic compounds such as lithium, lithium alloys and tin compounds, carbonaceous materials capable of intercalating and deintercalating lithium ions, composite oxides containing multiple elements, and conductive polymers. Examples of carbonaceous materials include cokes, vitreous carbons, graphites, non-graphitizable carbons, pyrolytic carbons, and carbon fibers. Among them, graphites such as artificial graphite and natural graphite have an operating potential close to that of metallic lithium, can be charged and discharged at a high operating voltage, and suppress self-discharge when lithium salt is used as a supporting salt. Moreover, the irreversible capacity during charging can be reduced, which is preferable. Examples of composite oxides include lithium-titanium composite oxides and lithium-vanadium composite oxides. Among them, carbonaceous materials are preferable as the negative electrode active material from the viewpoint of safety. As the conductive material, binder, solvent, and the like used for the negative electrode, those exemplified for the positive electrode can be used. The current collector of the negative electrode includes copper, nickel, stainless steel, titanium, aluminum, calcined carbon, conductive polymer, conductive glass, Al-Cd alloy, etc. For that purpose, for example, copper or the like whose surface is treated with carbon, nickel, titanium, silver, or the like can also be used. For these, it is also possible to oxidize the surface. A current collector having the same shape as that of the positive electrode can be used.
図1は、蓄電デバイス10の構造の一例を示す説明図である。この蓄電デバイス10は、正極12と、負極15と、固体電解質層20とを有する。正極12は、正極活物質層13と、集電体14とを有する。負極15は、負極活物質層16と、集電体17とを有する。固体電解質層20は、上述した焼結体であり、多孔層24と緻密層25とを含む。この焼結体は、Li、La及びZrを少なくとも含むガーネット型酸化物からなる母材粒子21と、焼結助剤などの成分を含む粒界22とを備え、空隙23が形成されている。
FIG. 1 is an explanatory diagram showing an example of the structure of the
以上詳述した焼結体、蓄電デバイス及び焼結体の製造方法では、より高レートでの充放電を実現することができる。このような効果が得られる理由は、以下のように推測される。例えば、空隙率が所望の範囲にあることにより、電極から析出したリチウムを収容するバッファとすることができ、電極と焼結体との剥離を防止することができる。また、空隙の細孔径に比して母材粒子の粒径が小さく、且つ空隙の細孔径が10μm未満であることにより、空隙チャネルとイオン伝導チャネルとがより好ましい範囲となり、イオン伝導度をより確保することができるためであると推察される。 With the sintered body, the electricity storage device, and the method for manufacturing the sintered body described in detail above, charging and discharging at a higher rate can be realized. The reason why such an effect is obtained is presumed as follows. For example, when the porosity is within a desired range, it can be used as a buffer for containing lithium deposited from the electrode, and can prevent separation between the electrode and the sintered body. In addition, when the particle diameter of the base material particles is smaller than the pore diameter of the pores and the pore diameter of the pores is less than 10 μm, the pore channels and the ion conducting channels are in a more preferable range, and the ionic conductivity is further improved. It is presumed that this is because it can be ensured.
なお、本開示は上述した実施形態に何ら限定されることはなく、本開示の技術的範囲に属する限り種々の態様で実施し得ることはいうまでもない。 It goes without saying that the present disclosure is not limited to the above-described embodiments, and can be implemented in various forms as long as they fall within the technical scope of the present disclosure.
以下には、本開示の焼結体を具体的に作製した例を実験例として説明する。実験例1、2、7、8が比較例に相当し、実験例4~6が本開示の実施例に相当する。 An example in which the sintered body of the present disclosure was specifically produced will be described below as an experimental example. Experimental Examples 1, 2, 7, and 8 correspond to comparative examples, and Experimental Examples 4 to 6 correspond to examples of the present disclosure.
[微粒LLZ-CaNb粉末の作製]
粉末状試薬として、LiOH(ALDRICH製)、La(OH)3、Ca(OH)2、ZrO2、Nb2O5(いずれも高純度化学製)を用い、母材組成がLi6.8(La2.95Ca0.05)(Zr1.75Nb0.25)O12となるようにこれらを秤量し、湿式ボールミルで粉砕、混合、乾燥した。湿式ボールミルは、80mLジルコニアポット、1mmfジルコニアボールを用い、溶媒をエタノールとし、1時間、回転数700rpmで行った。乾燥は80℃で行った。その後、大気中で仮焼成を行い、母材粒子としてのガーネット型酸化物であるLLZ-CaNb粉末を得た。仮焼成は、700℃、48時間、Au箔を内貼りしたアルミナるつぼを使用して行った。このLLZ-CaNb粉末にLiOHを追添加して同様の混合粉砕工程を経たのちに700℃、10時間の条件で2回目の仮焼成を行い、得られた微粉末を未焼結の母材粒子(LLZ-CaNb-LiOH粉末)とした。LiOHの添加量は、LLZ-CaNbのリチウム数Lgに対するLiOHのリチウム数Lhの比Lh/Lgが0.1とした。
[Preparation of fine LLZ-CaNb powder]
LiOH (manufactured by ALDRICH), La(OH) 3 , Ca(OH) 2 , ZrO 2 , Nb 2 O 5 (all manufactured by Kojundo Chemical) were used as powdery reagents, and the base material composition was Li 6.8 (La 2.95 Ca 0.05 )(Zr 1.75 Nb 0.25 )O 12 , these were weighed, pulverized in a wet ball mill, mixed and dried. A wet ball mill was performed using an 80 mL zirconia pot and 1 mmf zirconia balls, using ethanol as a solvent, and rotating at 700 rpm for 1 hour. Drying was performed at 80°C. Thereafter, calcination was performed in the atmosphere to obtain LLZ-CaNb powder, which is a garnet-type oxide as base material particles. Temporary firing was performed at 700° C. for 48 hours using an alumina crucible lined with Au foil. LiOH is additionally added to this LLZ-CaNb powder, and after going through the same mixing and pulverizing process, the second calcination is performed at 700 ° C. for 10 hours, and the resulting fine powder is unsintered base material particles. (LLZ-CaNb-LiOH powder). The amount of LiOH added was such that the ratio Lh/Lg of the lithium number Lh of LiOH to the lithium number Lg of LLZ—CaNb was 0.1.
[母材粒子の評価]
得られた母材粒子を走査型電子顕微鏡(SEM)で観察したところ、Lh/Lgに依存せずにサブミクロンサイズの微粒粉末が得られることを確認した。また、Lh/Lgが0、0.1、0.2、0.3、0.4とした母材粒子のX線回折測定を行った。X線回折測定は、リガク社製のXRD装置smart-Labを使用し、Cu管球で、2θ=10°~80°の範囲で、5°/分の速度で行った。図2は、母材粒子のX線回折測定結果である。図2に示すように、主相であるガーネット構造(立方晶)からのピークの他に、LiOH添加量が増えるにしたがい、Li2CO3のピークが明瞭に現れることが確認された。これは、母材粒子を焼成した際にLiOHがLi2Oとなり、大気中の二酸化炭素を吸収して生成したものと推察された。また、LiOH添加量が「0」の場合はLa2Zr2O7に帰属されるピークが見られており、LiOH添加量は、Lh/Lgが0.05以上が好ましく、0.1以上がより好ましいと判断した。
[Evaluation of base material particles]
When the obtained base material particles were observed with a scanning electron microscope (SEM), it was confirmed that submicron-sized fine powder particles could be obtained without depending on Lh/Lg. In addition, X-ray diffraction measurement was performed on base material particles with Lh/Lg of 0, 0.1, 0.2, 0.3, and 0.4. The X-ray diffraction measurement was performed using a Rigaku XRD apparatus smart-Lab with a Cu tube in the range of 2θ = 10° to 80° at a speed of 5°/min. FIG. 2 shows the results of X-ray diffraction measurement of base material particles. As shown in FIG. 2, in addition to the peaks from the garnet structure (cubic crystal) of the main phase, it was confirmed that as the amount of LiOH added increased, the peaks of Li 2 CO 3 appeared clearly. It was speculated that LiOH was converted to Li 2 O when the base material particles were sintered, and that Li 2 O was produced by absorbing carbon dioxide in the atmosphere. In addition, when the LiOH addition amount is "0", a peak attributed to La 2 Zr 2 O 7 is observed, and the LiOH addition amount is preferably 0.05 or more in Lh/Lg, and 0.1 or more. judged to be more preferable.
[焼結体におけるLiOH添加量の検討:参考例1~6]
上述のように、母材に添加したLiOHは母材粒子の作製工程を経て、大気中では炭酸リチウム(Li2CO3)として存在するものと推察された。この炭酸リチウムは、母材粒子の表面に微粉末として付着する形態で存在するものと推察された。この炭酸リチウムは、成形体の焼結温度ではCO2を放出しLi2Oへと変化することから、このLi2Oの存在によって、母材粒子であるLLZ-CaNbの粒子間のネック成長が促進されることが期待される。ここでは、LiOHの添加量を変えた母材粒子を用いて焼結体を作製し、その特性を評価した。母材粒子と、焼結助剤としてのLi3BO3(LBO)、γ-Al2O3とを添加した原料粉末をペレット状に成形し、焼結体を得た。原料の配合比は、母材粒子1molに対するγ-Al2O3の添加量を0.1molとし、母材粒子とLBOとを足し合せた体積に対するLBOの体積分率を10体積%とした。ペレットの焼結は、835℃、48時間とした。母材粒子のLiOHの添加量として、Lh/Lgが0、0.1、0.15、0.2、0.3、0.4としたものをそれぞれ参考例1~6の焼結体とした。図3は、LiOHの添加量と焼結体に含まれる各相の体積分率との関係図である。各相の体積分率は、焼結体の見掛けの密度と焼結体作製時の仕込み組成から得た。図3に示すように、LiOH添加量の増大、即ちLi2CO3の増大に反比例するように空隙の体積分率は低下した。図3に示すように、LiOHの添加によって、焼結体中の空隙量(欠陥量)を低減することが成立していると確認することができた。
[Study of LiOH addition amount in sintered body: Reference Examples 1 to 6]
As described above, it was presumed that LiOH added to the base material would exist as lithium carbonate (Li 2 CO 3 ) in the atmosphere through the process of preparing the base material particles. It was presumed that this lithium carbonate was present in the form of fine powder adhering to the surface of the base material particles. Since this lithium carbonate releases CO 2 at the sintering temperature of the molded body and changes to Li 2 O, the presence of this Li 2 O prevents the growth of necks between the LLZ-CaNb base particles. expected to be promoted. Here, sintered bodies were produced using base material particles with varying amounts of LiOH added, and their characteristics were evaluated. A raw material powder containing base material particles and Li 3 BO 3 (LBO) and γ-Al 2 O 3 as sintering aids was formed into pellets to obtain a sintered body. As for the blending ratio of the raw materials, the amount of γ-Al 2 O 3 added to 1 mol of the base material particles was 0.1 mol, and the volume fraction of LBO with respect to the total volume of the base material particles and LBO was 10% by volume. Sintering of the pellets was carried out at 835° C. for 48 hours. As the amount of LiOH added to the base material particles, the sintered bodies of Reference Examples 1 to 6 were obtained with Lh / Lg of 0, 0.1, 0.15, 0.2, 0.3, and 0.4. bottom. FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the amount of LiOH added and the volume fraction of each phase contained in the sintered body. The volume fraction of each phase was obtained from the apparent density of the sintered body and the preparation composition when the sintered body was produced. As shown in FIG. 3, the void volume fraction decreased in inverse proportion to the increase in the amount of LiOH added, that is, the increase in Li 2 CO 3 . As shown in FIG. 3, it was confirmed that the amount of voids (the amount of defects) in the sintered body was reduced by adding LiOH.
参考例1~6の焼結体の断面をSEM観察した。まず、焼結ペレットの破断面を研磨紙によって面出ししたのち、導電性ペーストによって試料台に固定して、薄膜・断面試料作製装置(クロスセクションポリッシャ-、日本電子製SM-09010)を用いて平滑断面を得た。この加工品のSEM観察には日立製SU3500(加速電圧:5~15kV)を用いた。図4は、母材粒子を焼結した焼結体のSEM写真であり、図4Aが参考例2、図4Bが参考例4、図4Cが参考例5、図4Dが参考例6の焼結体であり、図4Eは図4Dの粒界部の拡大図である。図4に示すように、温度835℃で48時間大気中焼成した場合、LiOH添加量が多いと焼結が進行し、粗粒化し、大きな粒子に粒成長することが確認された。焼結が進行することは好ましいが、過度の粒成長は空隙の減少を生じ、好ましくないため、添加量はLh/Lgが0.3未満であれば良好であると判断した。 The cross sections of the sintered bodies of Reference Examples 1 to 6 were observed by SEM. First, after the fracture surface of the sintered pellet was surfaced with abrasive paper, it was fixed to the sample stage with conductive paste, and a thin film/cross-section sample preparation device (cross section polisher, JEOL SM-09010) was used. A smooth cross section was obtained. SU3500 manufactured by Hitachi (accelerating voltage: 5 to 15 kV) was used for SEM observation of this processed product. FIG. 4 is a SEM photograph of a sintered body obtained by sintering the base material particles, FIG. 4A is Reference Example 2, FIG. 4B is Reference Example 4, FIG. 4C is Reference Example 5, and FIG. 4E is an enlarged view of the grain boundary portion of FIG. 4D. As shown in FIG. 4, it was confirmed that when the material was sintered in the air at a temperature of 835° C. for 48 hours, sintering progressed when the amount of LiOH added was large, resulting in coarse grains and grain growth into large grains. It is preferable that sintering proceed, but excessive grain growth causes a reduction in voids, which is not preferable.
次に、リチウムイオン伝導度の観点からLiOH添加量の最適範囲を検討した。イオン伝導度は、以下のように測定した。母材粒子を焼結した焼結体に対し、25℃の恒温槽中にてACインピーダンス測定器(Agilent製4294A)を用いて、100mVで40Hz~110MHzの範囲でインピーダンス測定を行った。そして、ナイキストプロットの円弧より抵抗値を求め、この抵抗値からリチウムイオン伝導度を算出した。表1に参考例1~6のLiOH添加量、各相の体積分率及び焼結体のリチウムイオン伝導度(電気伝導度)をまとめた。表1に示すように、LiOH添加量が0である参考例1および0.4である参考例6の焼結体では、イオン伝導度は低い値を示し、その間の0.05~0.35の範囲では、安定して1×10-4S/cmを超える高い伝導度が得られることがわかった。LiOH添加量が0の場合は、ネック成長が不足し焼結が進まないことから、低い伝導度を示すものと推察された。また、LiOH添加量が0.4の場合は、図4Eに示すように、LLZ-CaNb粒子が著しく粗粒化したことによって押し出された助剤成分が粒界に浸透しており、そのため、伝導度は大きく低下するものと推察された。母材粒子の粗粒化防止の観点からは、LiOH添加量はLh/Lgが0.1以上0.3未満の範囲が好適であるが、空隙の生成は造孔材の添加により補完できることから、X線回折、組織観察、イオン伝導度の結果を総合して、LiOH添加量はLh/Lgが0.05以上0.35以下の範囲において好適であると判断した。 Next, from the viewpoint of lithium ion conductivity, the optimum range of the amount of LiOH to be added was examined. Ionic conductivity was measured as follows. The sintered body obtained by sintering the base material particles was subjected to impedance measurement at 100 mV in the range of 40 Hz to 110 MHz using an AC impedance measuring instrument (Agilent 4294A) in a constant temperature bath at 25°C. Then, the resistance value was obtained from the arc of the Nyquist plot, and the lithium ion conductivity was calculated from this resistance value. Table 1 summarizes the amount of LiOH added, the volume fraction of each phase, and the lithium ion conductivity (electrical conductivity) of the sintered bodies in Reference Examples 1 to 6. As shown in Table 1, the sintered bodies of Reference Example 1, in which the amount of LiOH added is 0, and Reference Example 6, in which the amount of LiOH is 0.4, show low values of ionic conductivity, between 0.05 and 0.35. It was found that a high conductivity exceeding 1×10 −4 S/cm can be stably obtained in the range of . When the amount of LiOH added was 0, neck growth was insufficient and sintering did not proceed, so it was presumed that low conductivity was exhibited. Moreover, when the LiOH addition amount is 0.4, as shown in FIG. It was speculated that the degree of From the viewpoint of preventing coarsening of the base material particles, the amount of LiOH added is preferably in the range of Lh/Lg of 0.1 or more and less than 0.3. , X-ray diffraction, structure observation, and ionic conductivity, it was determined that the amount of LiOH to be added is suitable when Lh/Lg is in the range of 0.05 or more and 0.35 or less.
[焼結温度の検討]
LiOH添加量Lh/Lgが0.1の母材粒子について、焼結温度を変更して焼結体を作製した。焼結条件は、835℃48時間と、915℃12時間とした。その焼結体の断面をSEM観察したところ、915℃の焼結では著しく粒子の粗大化が生じていた。温度を上げれば焼結は促進されるが、結晶粒も著しく粗大化するため多孔化には不適であると推察された。一方、焼結温度が835℃では、焼結時間を48時間と長い時間保持しても粒成長は抑制され、焼結後も粒径を1~2μm程度に保つことができており、良好な母材の微粒組織の保持を満たしていた。また、800℃未満での焼結では、ネック成長が不足しており、添加したAl2O3も未反応で残る場合があることから、母材粒子の焼結温度は、800℃以上900℃以下が好適であると推察された。
[Consideration of sintering temperature]
A sintered body was produced by changing the sintering temperature for the base material particles having a LiOH addition amount Lh/Lg of 0.1. The sintering conditions were 835° C. for 48 hours and 915° C. for 12 hours. When the cross section of the sintered body was observed with an SEM, it was found that sintering at 915.degree. Although sintering is accelerated by raising the temperature, it was presumed to be unsuitable for making porous because the crystal grains also become significantly coarser. On the other hand, when the sintering temperature is 835° C., grain growth is suppressed even if the sintering time is held for a long time of 48 hours, and the grain size can be maintained at about 1 to 2 μm even after sintering, which is good. The retention of the fine grain structure of the base material was satisfied. In addition, sintering at a temperature of less than 800 ° C. causes insufficient neck growth, and the added Al 2 O 3 may remain unreacted. It was surmised that the following would be suitable.
[LLZ-CaNb焼結多孔体の作製]
焼結後の微粒条件を検討したLLZ-CaNb粉末を用いて焼結体の作製を試みた。粒径が0.5~1.0μmの母材粒子と、粒径0.8μm~20μmのアクリル造孔材粉末とを用いた。母材粒子は、LLZ-CaNb粉末にLiOH添加量Lh/Lgが0.1である微粉末を用いた。母材(LLZ-CaNb)の1molに対するγ-Al2O3の添加量は0.1mol、母材とLi3BO3とを足し合せた体積に対するLi3BO3の体積分率は10体積%とした。造孔材の体積割合は25体積%もしくは45体積%として、図5に示す手順で多孔体を作製した。図5は、造孔材を用いた焼結体の作製工程のスキームである。この作製工程は、混合処理と、成形処理と、焼結処理とを含む。混合処理では、LLZ-CaNb微粉末にLiOHを添加して焼成した母材粒子と、焼結助剤のγ-Al2O3及びLi3BO3と、アクリル造孔材とを、Ar雰囲気のグローブボックス内で乳鉢混合した。成形処理では、直径11.0mm、厚さ660μmの外形において、外面から80μmの範囲に上記造孔材を含む原料を充填し、それ以外には焼結助剤を含む母材粒子を充填して一軸成形を行った。これにより、造孔材を含まない層の両端面に多孔層を設けた多孔層/緻密層/多孔層の三層構造をもつ焼結体を作製した。多孔層の厚みは80μm、緻密層の厚みは500μmとした。プレス圧は10MPaとした。焼結処理では、昇温速度1℃/分で昇温し、820℃、48時間保持して焼結体を得た。造孔材を用いた焼結体は、多孔層/緻密層/多孔層の3層構造を有するものとして得られた。この焼結体は、表面研磨してSEM観察し、X線回折測定、インピーダンス測定(25,60℃)、密度測定を行った。
[Production of LLZ-CaNb Sintered Porous Body]
An attempt was made to produce a sintered body using LLZ-CaNb powder for which fine particle conditions after sintering were examined. Base material particles with a particle size of 0.5 to 1.0 μm and acrylic pore former powder with a particle size of 0.8 μm to 20 μm were used. As the base material particles, a fine powder of LLZ-CaNb powder with a LiOH addition amount Lh/Lg of 0.1 was used. The amount of γ-Al 2 O 3 added to 1 mol of the base material (LLZ-CaNb) is 0.1 mol, and the volume fraction of Li 3 BO 3 with respect to the total volume of the base material and Li 3 BO 3 is 10% by volume. and Porous bodies were produced by the procedure shown in FIG. FIG. 5 is a scheme of a manufacturing process of a sintered body using a pore-forming material. The fabrication process includes a mixing process, a molding process and a sintering process. In the mixing treatment, base material particles obtained by adding LiOH to LLZ-CaNb fine powder and firing, γ-Al 2 O 3 and Li 3 BO 3 as sintering aids, and an acrylic pore former were mixed in an Ar atmosphere. Mortar mixed in the glove box. In the molding process, the raw material containing the pore-forming material was filled in the range of 80 µm from the outer surface of the outer shape having a diameter of 11.0 mm and a thickness of 660 µm, and base particles containing a sintering aid were filled in the other areas. Uniaxial molding was performed. As a result, a sintered body having a three-layer structure of porous layer/dense layer/porous layer, in which porous layers were provided on both end surfaces of a layer containing no pore-forming material, was produced. The thickness of the porous layer was 80 μm, and the thickness of the dense layer was 500 μm. The press pressure was 10 MPa. In the sintering treatment, the temperature was raised at a rate of temperature rise of 1° C./min and held at 820° C. for 48 hours to obtain a sintered body. A sintered body using the pore-forming material was obtained as having a three-layer structure of porous layer/dense layer/porous layer. This sintered body was subjected to surface polishing, SEM observation, X-ray diffraction measurement, impedance measurement (25, 60° C.), and density measurement.
(実験例1~8)
造孔材を用いずにLLZ及びAl2O3を含む層(厚さ500μm)とLBOの層との積層体とし、プレス圧を10MPaとし、厚さを550μmとしたものを実験例1の焼結体とした。造孔材を用いずにLLZとAl2O3とLBOとの一体物とし、プレス圧を10MPaとし、厚さを500μmとしたものを実験例2の焼結体とした。造孔材としてアクリル粉末(綜研化学社製,平均粒径0.8μm)を45体積%用い、厚さを600μmとしたものを実験例3の焼結体とした。造孔材としてアクリル粉末(平均粒径1.8μm)を45体積%用いたものを実験例4の焼結体とした。造孔材としてアクリル粉末(平均粒径5.0μm)を25体積%用いたものを実験例5の焼結体とした。造孔材としてアクリル粉末(平均粒径5.0μm)を45体積%用いたものを実験例6の焼結体とした。造孔材としてアクリル粉末(平均粒径10μm)を45体積%用いたものを実験例7の焼結体とした。造孔材としてアクリル粉末(平均粒径20μm)を45体積%用いたものを実験例8の焼結体とした。
(Experimental Examples 1 to 8)
A laminate of a layer containing LLZ and Al 2 O 3 (thickness: 500 μm) and a layer of LBO was formed without using a pore-forming material. It was formed. A sintered body of Experimental Example 2 was obtained by forming an integral body of LLZ, Al 2 O 3 and LBO without using a pore-forming material, setting the pressing pressure to 10 MPa, and setting the thickness to 500 μm. A sintered body of Experimental Example 3 was obtained by using 45% by volume of acrylic powder (manufactured by Soken Kagaku Co., Ltd., average particle size 0.8 μm) as a pore-forming material and having a thickness of 600 μm. A sintered body of Experimental Example 4 was obtained by using 45% by volume of acrylic powder (average particle size: 1.8 μm) as a pore-forming material. A sintered body of Experimental Example 5 was obtained by using 25% by volume of acrylic powder (average particle size: 5.0 μm) as a pore-forming material. A sintered body of Experimental Example 6 was obtained by using 45% by volume of acrylic powder (average particle size: 5.0 μm) as a pore-forming material. A sintered body of Experimental Example 7 was obtained by using 45% by volume of acrylic powder (average particle size: 10 μm) as a pore-forming material. A sintered body of Experimental Example 8 was obtained by using 45% by volume of acrylic powder (average particle diameter: 20 μm) as a pore-forming material.
(密度測定:空隙率)
焼結体の質量を電子天秤を用いて測定し、体積をマイクロメータを用いて測定した。測定した質量を体積で除して密度値を得た。造孔材を使用しない緻密焼結体の密度を利用して、多孔層/緻密層/多孔層の3層構造における多孔層の空隙率を推定した。
(Density measurement: porosity)
The mass of the sintered body was measured using an electronic balance, and the volume was measured using a micrometer. Density values were obtained by dividing the measured mass by the volume. The porosity of the porous layer in the three-layer structure of porous layer/dense layer/porous layer was estimated using the density of the dense sintered body without using a pore-forming material.
(電気化学特性評価)
グローブボックス内で焼結体の両面にLiを熱蒸着して電気化学特性評価に供した。金属Liは、直径6mm、厚さ数十μmとした。60℃の恒温槽に入れポテンショガルバノスタット(Biologic社製VMP3)を用いて、電流密度0.1,1.0,2.0mA/cm2で容量1mAh/cm2まで電流を流した。この通電は、順方向、逆方向の1セット行った。そして、電流方向切換時にインピーダンス測定を行った。
(Evaluation of electrochemical properties)
Li was thermally deposited on both sides of the sintered body in a glove box and subjected to electrochemical property evaluation. Metal Li had a diameter of 6 mm and a thickness of several tens of μm. It was placed in a constant temperature bath at 60° C., and current was applied to a capacity of 1 mAh/cm 2 at current densities of 0.1, 1.0 and 2.0 mA/cm 2 using a potentiogalvanostat (VMP3 manufactured by Biologic). This energization was performed in one set of forward and reverse directions. Then, the impedance was measured when the current direction was switched.
(SEM観察)
焼結体の破断面を研磨紙によって面出しした後、導電性ペーストによって試料台に固定して、薄膜、断面試料作製装置(クロスセクションポリッシャ-、日本電子製SM-09010)を用いて平滑断面を得た。この加工品のSEM観察には日立製SU3500を用いた。加速電圧は、5~15kVとした。また、得られたSEM画像から空隙の平均細孔径を求めた。空隙に内接する円を求め、これをその空隙の直径とし、各空隙の直径を積算し空隙の数で除して平均細孔径とした。また、粒子の平均粒径は、粉末を走査型電子顕微鏡(SEM)で観察し、観察視野(5000倍もしくは10000倍)に試験線を縦横7本ずつ引いて、その試験線が細孔を横切る切片の長さを粒径とし、粒子を球と仮定して、体積重み付け平均粒子径として算出した。
(SEM observation)
After polishing the fracture surface of the sintered body with abrasive paper, it is fixed to the sample table with conductive paste, and a thin film and cross-section sample preparation device (cross section polisher, JEOL SM-09010) is used to smooth the cross section. got SU3500 manufactured by Hitachi was used for SEM observation of this processed product. The acceleration voltage was 5-15 kV. Also, the average pore diameter of the voids was obtained from the obtained SEM image. A circle inscribed in the voids was obtained, and this was used as the diameter of the voids. In addition, the average particle size of the particles is obtained by observing the powder with a scanning electron microscope (SEM), drawing 7 test lines vertically and horizontally in the observation field (5000 times or 10000 times), and the test lines cross the pores The length of the intercept was defined as the particle size, and the particle size was calculated as the volume-weighted average particle size, assuming that the particles were spherical.
(結果と考察)
表2に実験例1~8の造孔材の粒径(μm)、添加量(体積%)、母材粒子の平均粒径Bに対する造孔材の平均粒径Pの比P/B、焼結体の平均細孔径(μm)、多孔層の空隙率(体積%)及び2mA/cm2での出力可否をまとめた。なお、比P/Bにおいて、母材であるLLZ粒子の平均粒径は、焼結後のSEM像から1.0μmと評価した。また、実験例1~4、6は、5000倍のSEM像から評価し、実験例7は、空隙サイズが粗大なため、5000倍(上段)と1000倍(下段)の2視野で評価した。実験例8は、充放電後の試料に割れが生じたため、細孔径の平均値は評価できなかったが、SEM像から10μm以上の粗大な細孔の存在が確認された。また、表2では、実験例8の空隙率として設計値を示した。実験例5の平均細孔径について、実験例6と同じ造孔材を用いているため、これと近似した値になると見込まれることから、その評価を省略した。また、空隙率において、実験例1,2には、多孔層がないため、全体の空隙率とした。また、出力可否の評価は以下のように行った。例えば、焼結体の厚み方向への析出Liの成長はセルの短絡につながる。また、焼結体の厚み方向への析出Liの成長は初期抵抗の低下をもたらすため、初期抵抗の変化から短絡の兆候を掴むことができる。そこで、出力可否の評価は、電流密度2mA/cm2で充放電を繰り返したのち、初期抵抗からの変化が20%以内であり、初期抵抗とほぼ変わらない状態を保持している場合は「A」判定とし、初期抵抗から20%を超える範囲で大きく低下している場合は「B」判定とした。
(Results and discussion)
Table 2 shows the particle size (μm) of the pore-forming materials of Experimental Examples 1 to 8, the amount added (% by volume), the ratio P/B of the average particle size P of the pore-forming material to the average particle size B of the base material particles, and the The average pore diameter (μm) of the body, the porosity (% by volume) of the porous layer, and the possibility of outputting at 2 mA/cm 2 were summarized. In addition, in the ratio P/B, the average particle size of the LLZ particles as the base material was evaluated as 1.0 μm from the SEM image after sintering. Also, Experimental Examples 1 to 4 and 6 were evaluated from 5000x SEM images, and Experimental Example 7 was evaluated with two fields of view of 5000x (upper) and 1000x (lower) because of the large void size. In Experimental Example 8, cracks occurred in the sample after charging and discharging, so the average pore diameter could not be evaluated, but the presence of coarse pores of 10 μm or more was confirmed from the SEM image. Moreover, Table 2 shows the designed value as the porosity of Experimental Example 8. Regarding the average pore size of Experimental Example 5, since the same pore-forming material as in Experimental Example 6 is used, the value is expected to be similar to that of Experimental Example 6, so the evaluation thereof is omitted. As for the porosity, since Experimental Examples 1 and 2 do not have a porous layer, the porosity of the whole was used. In addition, evaluation of whether or not output is possible was performed as follows. For example, growth of precipitated Li in the thickness direction of the sintered body leads to short-circuiting of the cell. In addition, since the growth of precipitated Li in the thickness direction of the sintered body causes a decrease in the initial resistance, it is possible to grasp the signs of a short circuit from the change in the initial resistance. Therefore, evaluation of whether or not the output is possible is performed by repeating charging and discharging at a current density of 2 mA / cm 2 , and if the change from the initial resistance is within 20% and the state is almost the same as the initial resistance, "A ", and when the initial resistance is greatly reduced in a range exceeding 20%, it is judged as "B".
図6は、実験例4の多孔層/緻密層/多孔層の断面SEM写真である。図7は、実験例4の電気化学特性評価後の多孔層のSEM写真である。図6に示すように、厚さ80μmの多孔層を剥離なく焼結体の両面に形成できることが確認された。また、図7に示すように、多孔層の構造内の様子を観察した結果、この空隙を埋める物質が確認された。この物質の元素分析を行ったところ、焼結助剤に含まれるBは検出されずCが検出されたため、この物質は、炭酸リチウムであると推察された。この炭酸リチウムは、充放電によって析出したリチウム金属が、大気中で二酸化炭素を吸収したものであると推察された。このように、多孔層の空隙は、充放電により析出したリチウム金属を収容するバッファとして機能していることが確認された。また、図7に示すように、微粒である母材粒子の骨格構造が充放電後も保持されていることが確認された。 6 is a cross-sectional SEM photograph of the porous layer/dense layer/porous layer of Experimental Example 4. FIG. FIG. 7 is an SEM photograph of the porous layer after electrochemical property evaluation in Experimental Example 4. FIG. As shown in FIG. 6, it was confirmed that porous layers with a thickness of 80 μm could be formed on both sides of the sintered body without peeling. Further, as a result of observing the state inside the structure of the porous layer, as shown in FIG. 7, a substance filling the voids was confirmed. Elemental analysis of this substance revealed that B contained in the sintering aid was not detected, but C was detected. Therefore, this substance was presumed to be lithium carbonate. It was speculated that this lithium carbonate was produced by lithium metal deposited by charging and discharging absorbing carbon dioxide in the air. Thus, it was confirmed that the voids of the porous layer functioned as a buffer for accommodating lithium metal deposited by charging and discharging. Moreover, as shown in FIG. 7, it was confirmed that the skeleton structure of the base material particles, which are fine particles, was maintained even after charging and discharging.
図8は、実験例1~8のインピーダンス測定結果であり図8A~Hがそれぞれ実験例1~8である。図8に示すように、実験例1~3、7、8では、1mA/cm2以上で充放電ができなかったり、Li伝導抵抗が初期を基準に20%を超えて大きく変動した。一方、実験例4~6では、2mA/cm2以上という高出力においても安定的に充放電することができることがわかった。図9は、造孔材の粒径と空隙率との関係図である。表2にまとめた結果及び図8の結果を合わせると、図9に点線で示した領域、即ち、空隙率が20体積%以上60体積%以下の範囲で、更に平均細孔径が10μm未満の範囲では、2mA/cm2以上という高出力化が期待できた。これは、言い換えると、焼結体の焼結体に多孔層を設けることにより、30分率での充放電が可能となることが確認できた。 FIG. 8 shows impedance measurement results of Experimental Examples 1 to 8, and FIGS. 8A to 8H are Experimental Examples 1 to 8, respectively. As shown in FIG. 8, in Experimental Examples 1 to 3, 7, and 8, charging/discharging was not possible at 1 mA/cm 2 or more, or the Li conduction resistance greatly fluctuated by more than 20% from the initial stage. On the other hand, in Experimental Examples 4 to 6, it was found that the batteries could be stably charged and discharged even at a high output of 2 mA/cm 2 or more. FIG. 9 is a diagram showing the relationship between the particle size of the pore-forming material and the porosity. When the results summarized in Table 2 and the results in FIG. 8 are combined, the region indicated by the dotted line in FIG. 9, that is, the porosity range of 20% by volume or more and 60% by volume or less and the average pore diameter of less than 10 μm. Then, a high output of 2 mA/cm 2 or more could be expected. In other words, it was confirmed that charging/discharging at a rate of 30% became possible by providing a porous layer in the sintered body of the sintered body.
(計算による妥当性検証)
図9における空隙サイズに対する最適範囲の考察をシミュレーションを計算により検討した。図10は、計算に用いた空隙率50体積%の多孔体の構造の一例であり、図10Aが造孔材の粒径が2μmである多孔体、図10Bが造孔材の粒径が5μmである多孔体の例である。母材としてのLLZと造孔材の平均粒径および母材/造孔材の配合比を様々に設定して、図10に例示されるような多孔多結晶の3D構造イメージをマルチフェーズフィールド法(焼結過程における自由エネルギー減少方向への組織変化をシミュレーション可能な計算方法)を用いて作成した。次に、この空隙チャンネル半径を内接球の最大直径として評価し、その平均値を求めた。この造孔材の粒径と空隙チャンネル半径との関係は、図10に例示される。次に、この構造イメージをベースに、空間各所の伝導率と誘電率を設定して、交流電場によって誘起される物体内部の電位分布を計算してインピーダンスを評価する手法を用いた。交流電場(周波数ω)によって誘起される物体内部の電場をEとすると、この電場は物体内各所において、数式(1)を満たす必要がある。ここで、σR(r)及びε(r)は、それぞれ位置rにおける導電率と誘電率を表しており、材料組織イメージとリンクして設定している。この数式(1)から数値計算により、複素静電ポテンシャルの実数成分と虚数成分を評価した。局所ポテンシャルと局所の導電率から求まる電流を電極に平行な断面内にて積分し、境界条件として与えた電位変調幅からインピーダンスの実数成分ZRと虚数成分ZIを評価することができる。この評価を各交流周波数条件で行うことで、インピーダンススペクトルのナイキスト線図を得た。評価した実数成分ZRの総抵抗の逆数をこの多孔構造の見掛けのリチウムイオン伝導率とした。
(Validity verification by calculation)
The consideration of the optimum range for the void size in FIG. 9 was examined by simulation calculation. FIG. 10 shows an example of the structure of a porous body with a porosity of 50% by volume used in the calculation. This is an example of a porous body. LLZ as the base material, the average particle size of the pore-forming material, and the compounding ratio of the base material/pore-forming material were variously set, and the 3D structure image of the porous polycrystal as exemplified in FIG. 10 was obtained by the multiphase field method. (calculation method capable of simulating structural change in the direction of free energy decrease in the sintering process). Next, this void channel radius was evaluated as the maximum diameter of the inscribed sphere, and its average value was obtained. This relationship between pore former particle size and void channel radius is illustrated in FIG. Next, based on this structural image, we set the conductivity and permittivity of each space and calculated the potential distribution inside the object induced by the AC electric field to evaluate the impedance. Assuming that the electric field inside the object induced by the alternating electric field (frequency ω) is E, this electric field must satisfy the formula (1) at various places inside the object. Here, σ R (r) and ε(r) represent the electrical conductivity and dielectric constant at the position r, respectively, and are set in conjunction with the material structure image. The real and imaginary components of the complex electrostatic potential were evaluated by numerical calculation from this formula (1). The current obtained from the local potential and the local conductivity is integrated in a section parallel to the electrodes, and the real component Z R and the imaginary component Z I of the impedance can be evaluated from the potential modulation width given as the boundary condition. By performing this evaluation under each AC frequency condition, a Nyquist diagram of the impedance spectrum was obtained. The reciprocal of the total resistance of the evaluated real component Z R was taken as the apparent lithium ion conductivity of this porous structure.
図11は、造孔材の平均粒径と多孔層の空隙チャネルの平均半径との関係図である。図12は、母材粒径に対する造孔材粒径の比と焼結体の見かけの伝導度との関係図である。多孔層を設けないガーネット型リチウムイオン伝導性酸化物(LLZ)を用いて、金属Li/LLZ/金属Liとして対称セルを構成した事前検討から、電流密度0.4mA/cm2において0.7mAh/cm2の容量まで安定した電位で電流を流せることを確認した。また、それ以上の電流引き抜きでは金属Li/LLZ界面においてLi枯渇が生じることを確認した。この容量0.7mAh/cm2は、Li厚さに換算すると3.4μmに見積もられ、Li金属の析出場所となる空隙の半径の上限目安を3.4μmとした。様々な多孔構造のモデルを作成して、その空隙チャンネル半径を評価したところ、造孔材の平均粒径を10μmに満たない範囲に設計すればよいことが導き出された。これは表2における造孔材の粒径の上限である10μm未満の範囲と矛盾しなかった。一方、多孔構造のリチウムイオン伝導率と構造との関わりを評価したところ、図12に示す通り、母材粒子の平均粒径よりも造孔材の平均粒径が小さくなる、即ち比が1を下回ると、電解質である母材粒子のイオン伝導パス形成が阻害されるため、イオン伝導度の性能は低下することが示唆された。このため、造孔材の平均粒径は、電解質である母材粒子の平均粒径以上の範囲に設計することが重要であると推察された。これは表2における造孔材の平均粒径の下限である1.0μmと矛盾しかった。即ち、母材粒子の平均粒径を1μmとする場合は、造孔材の平均粒径は1μm以上とすることが求められるものと推察された。 FIG. 11 is a diagram showing the relationship between the average particle size of the pore-forming material and the average radius of void channels in the porous layer. FIG. 12 is a diagram showing the relationship between the ratio of the grain size of the pore-forming material to the grain size of the base material and the apparent conductivity of the sintered body. A symmetrical cell composed of metal Li/LLZ/metal Li using a garnet-type lithium ion conductive oxide (LLZ) without a porous layer was found to be 0.7 mAh/ at a current density of 0.4 mA/cm 2 . It was confirmed that a current could flow at a stable potential up to a capacity of cm 2 . Further, it was confirmed that Li depletion occurs at the metal Li/LLZ interface when the current is pulled out beyond that level. This capacity of 0.7 mAh/cm 2 is estimated to be 3.4 μm in terms of Li thickness, and the upper limit of the radius of the voids where Li metal precipitates is set at 3.4 μm. When various porous structure models were created and the pore channel radii thereof were evaluated, it was derived that the average particle diameter of the pore-forming material should be designed in the range of less than 10 μm. This was consistent with the range of less than 10 μm, which is the upper limit of the particle size of the pore-forming material in Table 2. On the other hand, when the relationship between the lithium ion conductivity of the porous structure and the structure was evaluated, as shown in FIG. It was suggested that when the temperature is lower than that, the formation of ionic conduction paths in the base material particles, which is the electrolyte, is inhibited, resulting in a decrease in ionic conductivity performance. For this reason, it was inferred that it is important to design the average particle diameter of the pore-forming material in a range equal to or greater than the average particle diameter of the matrix particles that are the electrolyte. This was inconsistent with the lower limit of 1.0 μm for the average particle size of the pore-forming material in Table 2. That is, when the average particle size of the base material particles is 1 μm, it is assumed that the average particle size of the pore-forming material is required to be 1 μm or more.
なお、本開示の焼結体、蓄電デバイス及び焼結体の製造方法は上述した実施例に何ら限定されることはなく、本開示の技術的範囲に属する限り種々の態様で実施し得ることはいうまでもない。 The sintered body, the electric storage device, and the method for manufacturing the sintered body of the present disclosure are not limited to the above-described embodiments, and can be implemented in various modes as long as they fall within the technical scope of the present disclosure. Needless to say.
本開示は、Liイオンを伝導する物質を用いる技術分野、例えば、電池産業の技術分野に利用可能である。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present disclosure is applicable to technical fields using materials that conduct Li ions, such as the technical field of the battery industry.
10 蓄電デバイス、12 正極、13 正極活物質層、14 集電体、15 負極、16 負極活物質層、17 集電体、20 固体電解質層、21 母材粒子、22 粒界、23 空隙。 10 electricity storage device, 12 positive electrode, 13 positive electrode active material layer, 14 current collector, 15 negative electrode, 16 negative electrode active material layer, 17 current collector, 20 solid electrolyte layer, 21 base material particles, 22 grain boundaries, 23 voids.
Claims (19)
空隙率が20体積%以上60体積%以下であり平均細孔径が10μm未満であり前記母材粒子の平均粒径に比して平均細孔径が大きい多孔層を外面側に有し、
前記母材粒子の粒界にホウ酸リチウムを含む、焼結体。 A sintered body containing matrix particles that conduct lithium ions,
A porous layer having a porosity of 20% by volume or more and 60% by volume or less and an average pore size of less than 10 μm and having an average pore size larger than the average particle size of the base material particles on the outer surface side,
A sintered body containing lithium borate at grain boundaries of the base material particles.
空隙率が20体積%以上60体積%以下であり平均細孔径が10μm未満であり前記母材粒子の平均粒径に比して平均細孔径が大きい多孔層を外面側に有し、
少なくとも焼結体中央部分に緻密層を有する、焼結体。 A sintered body containing matrix particles that conduct lithium ions,
A porous layer having a porosity of 20% by volume or more and 60% by volume or less and an average pore size of less than 10 μm and having an average pore size larger than the average particle size of the base material particles on the outer surface side,
A sintered body having a dense layer at least in the central portion of the sintered body.
負極と、
前記正極と前記負極との間に介在してリチウムイオンを伝導し、少なくとも前記負極側に前記多孔層を有する請求項1~8のいずれか1項に記載の焼結体と、
を備えた蓄電デバイス。 a positive electrode;
a negative electrode;
The sintered body according to any one of claims 1 to 8, which is interposed between the positive electrode and the negative electrode to conduct lithium ions and has the porous layer at least on the negative electrode side;
A storage device with
前記母材粒子の平均粒径以上の平均粒径を有し且つ平均粒径10μm未満の造孔材を20体積%以上60体積%以下の範囲で添加した多孔層が前記母材粒子を含む緻密層の外面側に存在する原料成形体を900℃以下の温度で焼結させ焼結体を得る焼結工程、
を含む焼結体の製造方法。 A method for producing a sintered body containing matrix particles that conduct lithium ions,
A dense porous layer containing the base material particles, in which a pore-forming material having an average particle size equal to or larger than the average particle size of the base material particles and having an average particle size of less than 10 μm is added in a range of 20% by volume or more and 60% by volume or less. A sintering step of obtaining a sintered body by sintering the raw material compact present on the outer surface side of the layer at a temperature of 900 ° C. or less;
A method for producing a sintered body comprising:
前記焼結工程では、前記ガーネット型酸化物の1molに対して酸化アルミニウムを0.08mol以上0.12mol以下の範囲で含む焼結体を得る、請求項10~16のいずれか1項に記載の焼結体の製造方法。 The sintered body contains a garnet-type oxide,
The sintering step according to any one of claims 10 to 16, wherein a sintered body containing aluminum oxide in the range of 0.08 mol or more and 0.12 mol or less per 1 mol of the garnet-type oxide is obtained. A method for producing a sintered body.
前記焼結工程の前に、LiとLaとZrと少なくとも含むガーネット型酸化物と水酸化リチウムとを、前記ガーネット型酸化物のリチウム数Lgに対する前記水酸化リチウムのリチウム数Lhの比Lh/Lgが0.05以上0.35以下の範囲で混合して得られた混合粉体を焼成して未焼結の前記母材粒子を得る母材作製工程、を含む、焼結体の製造方法。 A method for producing a sintered body according to any one of claims 10 to 17,
Before the sintering step, a garnet-type oxide containing at least Li, La, and Zr, and lithium hydroxide are mixed with each other, and the ratio Lh/Lg of the lithium number Lh of the lithium hydroxide to the lithium number Lg of the garnet-type oxide a base material preparation step of obtaining unsintered base material particles by sintering a mixed powder obtained by mixing in a range of 0.05 or more and 0.35 or less.
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